Note publique d'information : Le calandrage consiste à faire passer, à grande vitesse, la feuille de papier entre
au moins deux rouleaux, soumis à une force normale et chauffés, afin d’améliorer l’état
de surface. Ce passage durant un temps inférieur à la milliseconde et sous une pression
de quelques dizaines de MPa produit aussi une diminution de l’épaisseur du papier.
Cette thèse étudie le comportement mécanique du papier dans un nip de calandre (zone
d’emprise entre les deux rouleaux) et les interactions de surface rouleau / papier.
Différents papiers destinés à l’impression - écriture sont étudiés (couché, non couché).
Deux essais d’indentation sphérique de feuille de papier (chute de bille et compression
quasi-statique) ont été développés et des essais de calandrage ont été réalisés. Les
temps de sollicitation lors de l’essai de chute de bille sont comparables à ceux rencontrés
dans un nip. L’analyse mécanique des essais permet d’établir des courbes contrainte
/ déformation et de suivre l’évolution du module d’élasticité « statique » avec la
déformation plastique. Ces grandeurs mécaniques s’avèrent sensibles à la formulation
et au conditionnement du papier, ainsi qu’au temps de sollicitation. Un modèle mécanique
permet d’évaluer à partir des essais de compression quasi-statique, la largeur du
nip dans des conditions statiques. L’adhésion entre la surface des papiers et les
rouleaux est étudiée à partir un essai de roulement sur un plan incliné et des essais
de calandrage. Les essais de calandrage ont également permis de relier l’amélioration
des caractéristiques de surface à la réduction d’épaisseur du papier et de préciser
comment l’état de surface du rouleau se transfère sur le papier.
Note publique d'information : Calendering consists of running a sheet of paper at high pressure and speed (contact
time less than 1 ms) between at least two heated rolls so as to improve the paper
surface quality. However, this operation reduces paper thickness. Our study focused
on the mechanical behaviour of paper in the nip and on the surface interactions between
the paper and the rolls. Different grades of printing and writing paper were studied
(coated, un-coated). Two spherical indentation tests on paper samples were developed
(falling ball and quasi-static compression) and calendering trials were performed.
The contact time in the falling ball test is equivalent to that in calendering. The
mechanical interpretation of these tests and trials allows us to obtain stress / strain
curves and the evolution of « static » elastic modulus with the permanent deformation.
The mechanical variables are influenced by the paper formulation, conditioning and
time of solicitation. Using the quasi-static compression test, a model permits to
evaluate the nip width in static conditions. The adhesion between the paper surface
and the rolls is studied with a rolling friction test and calendering trials. Calendering
trials enable to link the improvement of paper surface properties (gloss, smoothness)
to the thickness reduction and to specify how the roll surface roughness is transferred
onto the paper.
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