Development of model to simulate embossing of tissue paper: Effect of embossing on mechanical performance of tissue

Tissue paper is a type of soft, absorbent, and lightweight paper with several applications for hygiene and kitchen use. Embossing is an operation during the converting stage of the tissue production process which creates relief designs on tissue. Other than producing designs for aesthetic purposes, embossing increases bulk which improves absorbency and softness but reduces mechanical strength and stiffness. A computational model using the finite element method is developed to simulate the embossing of tissue paper. A tool for fitting an appropriate material model for tissue to its experimental test data is implemented. The material model is subjected to a verification test and it works sufficiently well to model the in-plane elastic and plastic anisotropic behavior of tissue. Two validation tests are conducted to check the embossing model against experimental test data where it is observed that the model works well. Firstly, it provides an idea about the amount of pressure required to be applied during loading to reach a certain embossing level. Secondly, it predicts the tensile strength of embossed tissue sheets although it provides a slight underestimate. Potential reasons for the shortcomings in the tensile strength are suggested and recommendations for further improving the model are provided. Lastly, parametric studies are conducted to investigate the influence of embossing pattern geometry on the mechanical performance of embossed tissue. After passing the verification and validation stages, the model is ready to serve as a convenient, less time-consuming, and cost-effective alternative to experimental testing to study the embossing process. It can also be used as a tool to examine the effect of one or more model parameters on embossing by simply changing them and studying the new results.
Mjukpapper är ett mjukt och absorberande papper med låg ytvikt för hygien- och köksändamål. Prägling är en operation under konverteringsstadiet av produktionsprocessen som skapar reliefmönster på mjukpapperet. Förutom att skapa mönster för estetiska ändamål, ökar präglingen bulken som förbättrar absorptionskapacitet och mjukhet men den minskar mekanisk styrka och styvhet.En beräkningsmodell med finita element-metoden utvecklas för att simulera prägling av mjukpapper och ett verktyg för att koppla en lämplig materialmodell för mjukpapper till dess experimentella testdata implementeras. Materialmodellen genomgår ett verifieringstest och det fungerar tillräckligt bra för att modellera det elastisk-plastiska anisotropiska beteendet hos mjukpapper i planet. Två valideringstester utförs för att kontrollera präglingsmodellen mot experimentella testdata där det observeras att modellen fungerar bra. För det första ger den en uppfattning om mängden tryck som behöver appliceras för att nå en viss präglingsnivå. För det andra förutspår den draghållfastheten hos präglade mjukpappersark även om det ger en liten underskattning. Potentiella orsaker för bristerna i draghållfasthet föreslås och rekommendationer för ytterligare förbättringar av modellen ges. Slutligen genomförs parametriska studier för att undersöka påverkan av präglingsmönstergeometri på den mekaniska prestandan hos präglat mjukpapper. Efter att ha klarat verifierings- och valideringsstegen är modellen redo att fungera som ett lätthanterligt, mindre tidskrävande och mer kostnadseffektivt alternativ till experimentell testning för att studera präglingsprocessen. Det kan också användas som ett verktyg för att undersöka effekten av en eller flera modellparametrar på prägling genom att helt enkelt ändra dem och studera de nya resultaten.