Compression du papier

En s’appuyant sur le modèle de fondation ([Johnson, 1985]), une analyse mécanique des essais a permis d’identifier des grandeurs intrinsèques au papier, telles qu’une contrainte d’écoulement et un module d’élasticité. La déformation du papier a été déterminée, soit sous la forme d’une déformation totale (essai dynamique), soit sous la forme de deux composantes : une déformation plastique et une déformation élastique (essai quasi- statique). La déformation plastique caractérise la densification irréversible du papier et la déformation élastique correspond à la composante réversible (très probablement viscoélastique en fait) après la charge. Les grandeurs mécaniques étant fonction de la déformation du papier, les différents résultats obtenus ont été présentés par des courbes contrainte / déformation ou module / déformation. Parallèlement à ces essais de laboratoire, des essais sur une soft-calandre pilote ont été réalisés afin de caractériser le comportement mécanique du papier dans le nip dans des conditions quasi-industrielles. La contrainte a été identifiée à partir de la force linéique et de la largeur du nip en condition statique pour chaque papier étudié. La déformation a été déterminée à partir de deux méthodes : Nous pouvons noter que les essais de chute de bille ont un temps de contact compris entre 0,1 et 0,3 ms (suivant le nombre de feuilles), alors que les temps de contact lors des essais de calandrage se situent entre 0,63 et 1,5 ms (sans considérer les essais réalisés avec le rouleau ayant les formes géométriques). Tous les temps de contact des essais de chute de bille et de calandrage sont présentés dans l’annexe n°8. Des essais de calandrage à plus grande vitesse sont possibles sur la calandre pilote, mais cela n’a pas été réalisé lors des différentes campagnes. En comparaison, une calandre industrielle ayant une vitesse de 1800 m/min et une largeur de nip d’environ 10 mm, impose un temps de contact de l’ordre de 0,3 ms. Ainsi, au niveau du temps de contact, l’essai de chute de bille permet donc de déterminer le comportement mécanique du papier à des vitesses de sollicitation proche des calandres industrielles.

D’un point de vue qualitatif, les comportements mis en évidence par les essais de laboratoire et les essais sur la calandre pilote sont similaires (l’influence du type de pâte ou de la couche par exemple). Par contre, d’un point de vue quantitatif, les résultats ne sont pas concordants. La Figure 5. 1 et la Figure 5. 2 présentent pour le papier pré-couché et le papier couché F (Tableau 2.6) les courbes de contrainte / déformation totale obtenues à partir des deux essais de laboratoire et des essais de calandrage en utilisant la méthode optique pour mesurer la déformation du papier dans le nip. Nous constatons pour les deux papiers, que la courbe contrainte / déformation totale obtenue à partir des essais de calandrage présente une déformation plus importante que celle déterminée à partir des essais de laboratoire, à contrainte donnée. courbes de contrainte / déformation plastique obtenues à partir de l’essai de compression quasi-statique et des essais de calandrage en utilisant la méthode du micromètre pour mesurer la déformation plastique du papier après calandrage. Nous notons par contre, que, de manière plus satisfaisante, les courbes contrainte / déformation plastique déduites du calandrage se situent au dessus de celles relatives au essais quasi-statique.

Détermination de la largeur de nip en statique à partir des essais de compression quasi-statique

Les résultats sont surprenants dans le sens où ils montrent une déformation totale du papier plus importante, à contrainte imposée, lors des essais de calandrage que lors des essais de laboratoire. Nous avons vu précédemment que le temps de contact lors de l’essai de chute de bille est plus court que celui lors des essais de calandrage. Cependant, le temps de contact lors de l’essai de compression quasi-statique est beaucoup plus long par rapport aux deux autres (chute de bille et calandrage). La détermination de la contrainte repose sur des modèles : Par ailleurs, le profil de pression appliquée dans le nip a été défini en première approximation comme étant hertzien, ce qui signifie un profil de pression parabolique et symétrique par rapport au centre du nip. Cette approximation semble raisonnable en statique ; elle est par contre, plus douteuse en dynamique. En effet, au fur et à mesure de l’avancement du papier dans le nip, ce dernier subit une déformation visco-élastoplastique avec un profil de pression croissant jusqu’à une valeur maximale. Après cette déformation, correspondant à la pression maximale et à l’entrefer minimal, une recouvrance viscoélastique du papier a lieu avec un profil de pression diminuant, or les mesures montrent que la recouvrance dans le nip est faible. Ainsi, la zone de contact rouleau / papier après la pression maximale est due essentiellement à la recouvrance du rouleau polymère et est plus petite qu’à l’entrée du nip. La pression maximale ne serait donc pas appliquée au centre du nip mais plus proche de la sortie. La rotation des rouleaux est donc à l’origine d’une asymétrie du profil de pression entre l’entrée et la sortie du nip.