Micromechanical Characterization of Thin Paper Materials

Abstract: Hur ser framtidens hållbara förpackning ut och vad är den tillverkad av? För att besvara denna fråga blir mikromekanisk karakterisering av material en viktig parameter att utforska och förstå. I synnerhet är mikromekaniken hos tunna pappersmaterial intressant då materialet har användningspotential i flera förpackningsapplikationer. Detta examensarbete fokuserar på att studera mikromekaniska beteenden genom in situ dragprovning inuti vakuumkammaren hos ett svepelektronmikroskop. In situ testning gör det möjligt att kombinera högupplösta observationer och mätresultat under belastning, vilket ger en inblick i de mekaniska egenskaperna och deformationsmekanismerna. För att uppnå detta så utvecklades en metodiken som innefattar framställning av anpassade pappersprover med hjälp av ett programmerbart skärbord för full kontroll över orientering och dimensioner. Proverna monteras och justeras sedan i dragprovaren där de deformeras förbi brottgränsen. Under hela deformationen tas bilder, videor och kraft-förskjutningsdata. Resultaten från denna uppsats avslöjar att de mekaniska egenskaperna hos tunt papper är starkt påverkade av fiberorientering och fukthalt samt bildandet av hålrum. Den maximala dragstyrkan, brottsträckgränsen och Youngs modul varierar avsevärt beroende på fibrernas orientering inom materialet. Dessutom påverkar fukthalten i papperet det mekaniska beteendet avsevärt, varvid högre fukthalt inom intervallet 1 till 6\% visar sig minska maximal dragstyrka och öka formbarheten. Sammanfattningsvis så bidrog undersökningen av mikromekaniska beteenden hos tunt papper till utvecklingen förpackningslösningar med miljöhänsyn och påpekar behovet av fortsatt framtida forskning.