Suursakeusrainaus

Väitöstutkimus osoitti, että kartongin ja muiden paperituotteiden muodostaminen suursakeudessa on mahdollista kaupallisissa nopeuksissa. Suursakeus tarkoittaa paperiradan muodostamisessa käytetyn sakeuden eli puukuitujen massaosuuden kymmenkertaistamista nykyisestä. Tämänkaltainen ”pilkun siirtäminen” nykyaikaisessa prosessiteollisuudessa on harvinaista.

Paperi keksittiin 105 vuotta ennen ajanlaskun alkua Kiinassa ja ensimmäinen jatkuvatoiminen paperikone 1800-luvun alussa Englannissa. Siitä alkaen paperi- ja kartonkikoneita (lyhyesti paperikone) on kehitetty askeleittain ja paperikoneen leveys ja nopeus ovat vuosien saatossa kasvaneet kymmenkertaisiksi: leveys 1:stä 10:een metriin ja ajonopeus 12:sta 120:een km/h. Silti edelleenkin rainan muodostaminen (rainaaminen) paperikoneen ensimmäisessä osassa, perälaatikossa, tapahtuu alhaisessa sakeudessa: puukuitujen massaosuus on luokkaa 1 % lopun ollessa vettä. Rainaussakeuden nostamista on tutkittu 1970-luvulta alkaen. Rainaussakeuden nostaminen mahdollistaisi nykyistä kompaktimman paperinvalmistusprosessin tuottaen merkittäviä taloudellisia ja ekologisia etuja.

Väitöstyö perustui laajaan kokeelliseen tutkimukseen konekonemittakaavassa sekä tutkimuksiin laboratoriomittakaavassa. Suursakeuskuitususpensioiden tutkiminen on haasteellista, koska ne ovat läpinäkymättömiä ja koska niiden virtausilmiöt riippuvat sekä virtausgeometriasta että virtausnopeusalueesta. Koekonemittakaava mahdollisti ilmiöiden tutkimisen kaupallisissa nopeuksissa sekä paperiarkkien valmistamisen. Valmistettujen arkkien ominaisuuksien tutkimisessa yhdistettiin uusia mittausmenetelmiä, kuten tarkkaa tietokonekerroskuvausta, standardimittauksiin.

Väitöstutkimus osoitti, että puukuitususpensioiden rainaaminen on mahdollista suursakeudessa kaupallisissa nopeuksissa ja siihen tarvittava virtausgeometria on yksinkertaisempi kuin mitä tähän asti on arvioitu. Väitöstutkimus tuotti uutta tietoa suursakeuskuitususpensioiden virtauskäyttäytymisestä ohjaten mahdollisia jatkotutkimuksia. Lisäksi väitöstutkimus tuotti uutta tietoa muodostettujen suursakeusarkkien ominaisuuksista haastaen erään 1970-luvulla esitetyn ja sittemmin yleisesti hyväksytyn olettamuksen.