Understanding of the wrinkles formation during the coating functionalization of lightweight fibrous material : a multiscale approach - Laboratoire Génie des procédés papetiers Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Understanding of the wrinkles formation during the coating functionalization of lightweight fibrous material : a multiscale approach

Compréhension des phénomènes physiques relatifs à l'apparition de plis générés lors de la fonctionnalisation de surface par enduction des matériaux fibreux de faible grammage : une approche multi-échelles

Résumé

Since its creation, paper as a material has constantly evolved to meet society's needs. Currently, research focus in the reduction of grammages with constant mechanical characteristics and the functionalization of papers in order to obtain specific surface properties (roughness, oil and moisture barrier, oxygen and water permeability, etc.) for the reduction of the environmental foot printing of the paper mills.These characteristics can be obtained by coating paper surface with suitable aqueous coating color. The quality of the coating obtained depends on the triplet: paper/coating color/coating process. Once the coated paper obtained, important properties must be controlled: water absorption, basic weight, surface and hydro-expansion. For the coating color, the rheological properties, dry matter content and chemical nature must be considered. As for the process, the main parameters are the quantity of coating color transferred, the travel time from coating to drying, the drying conditions, the web tension and the roller alignment.When coating very lightweight papers, wrinkles may appear at the exit of the coating area which, after drying and depending on the nature of the coating color, may be irreversible and may cause non-conformities and downgrading of the products. Here, a coupling between water absorption, which reduces the mechanical properties of paper, and buckling phenomena, due to tension and secondary compression, has to be studied. Firstly, water decrease the fiber network during coating: the coating sauce is aqueous. Secondly, the loading imposed by the web tension (used to tension the paper during the process) may be non-uniform across the web. This may be due to roll misalignment or a convex/concave roll. This non-uniform distribution of the load generates secondary compressive stresses perpendicular to the paper transport direction and lead to an out-of-plane deformation: this is buckling. If the buckled paper passed over the roll it will create wrinkles.
Depuis sa création, le papier en tant que matériau n'a cessé d'évoluer pour répondre aux besoins de la société. Actuellement, la recherche se concentre sur la réduction des grammages avec des caractéristiques mécaniques constantes et la fonctionnalisation des papiers afin d'obtenir des propriétés de surface spécifiques (rugosité, barrière à l'huile et à l'humidité, perméabilité à l'oxygène et à l'eau, etc.) pour la réduction de l'empreinte environnementale des papeteries.Ces caractéristiques peuvent être obtenues en enduisant la surface du papier avec une couche de revêtement aqueuse appropriée. La qualité du couchage obtenu dépend du triplet : papier/couche déposée/procédé de couchage-d ’enduction. Une fois le papier couché obtenu, des propriétés importantes doivent être contrôlées : absorption d'eau, poids de base, surface et hydro-expansion. Pour la couche déposée, les propriétés rhéologiques, la teneur en matière sèche et la nature chimique doivent être prises en compte. Quant au procédé, les principaux paramètres sont la quantité de couche transférée, le temps de parcours entre le couchage et le séchage, les conditions de séchage, la tension de la bande et l'alignement des rouleaux.Lors du couchage de papiers très légers, des plis peuvent apparaître à la sortie de la zone de couchage qui, après séchage et selon la nature de la couche, peuvent être irréversibles et entraîner des non-conformités et des déclassements des produits. Il s'agit ici d'étudier un couplage entre l'absorption d'eau, qui réduit les propriétés mécaniques du papier, et les phénomènes de flambement, dus à la tension et à une compression secondaire. En premier lieu, l'eau diminue la cohésion du réseau fibreux lors du couchage : la sauce de couchage est aqueuse. Deuxièmement, la charge imposée par la tension de la feuille de papier (utilisée pour tendre le papier pendant le processus) peut être non uniforme sur la largeur. Cela peut être dû à un mauvais alignement du rouleau ou à un rouleau convexe/concave. Cette répartition non uniforme de la charge génère des contraintes de compression secondaires perpendiculaires à la direction de transport du papier et conduit à une déformation hors plan : c'est le flambement. Si le papier déformé passe sur un rouleau, des plis définitives apparaitront.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04048638 , version 1 (28-03-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04048638 , version 1

Citer

Florian Le Gallic. Understanding of the wrinkles formation during the coating functionalization of lightweight fibrous material : a multiscale approach. Chemical and Process Engineering. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2022. English. ⟨NNT : 2022GRALI091⟩. ⟨tel-04048638⟩

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