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非织造布原料的制备

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发表于 2010-9-17 01:26:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
第三章 湿法非织造布原料的制备
第一节 备料的目的与作用
    湿法非织造布的生产过程一般是从原料准备开始的,俗称备料。即将纤维(可能有的化学品)以水为介质制成的悬浮物,利用机械力或流体的剪切力的摩擦作用,将其分散成单根纤维,除去杂质,适合成网并达到产品性能要求的过程。
    对于化学纤维来讲,在备料之前,供应厂家已经根据用户的需要生产出不同长度和细度的纤维原料。在成网前对纤维做机械处理效果不大,其主要任务是让纤维能与其他纤维在水中充分地、均匀地混合和保持相对的稳定性。
    对于不同性质的植物纤维来讲,除了按品种的不同选择基本的纤维种类以外,还可以通过打浆的方式对纤维进行机械处理,以最终达到成形的目的。图2-3-1描述了一种典型的湿法非织造布的生产备料流程。
图2-3-1 一种典型的湿法非织造布的生产备料工艺流程
     1—水力碎浆机 2—储浆池 3—除沙器 4—精浆机  
    从图2-3-1湿法非织造布的生产基本流程中可以看出,纤维A和(或)纤维B分别被自动称量输送带喂入储存有一定水量的水力碎浆机1中,被充分碎解并达到一定浓度后,按规定的比例混合并被放入储浆池2中。然后被泵送到除沙器3,以除去纤维中较纤维重的沙粒、金属等物质,同时被送入精浆机4或盘磨机,将纤维进行机械处理即打浆并按一定的浓度储存。在成网前经筛选机除去比纤维体积大的纤维或非纤维物质,这样就基本上完成了湿法非织造布的生产备料工序。故备料的主要内容有打浆与碎浆、净化与筛选、输送与储存等工艺过程。
第二节 打浆与碎浆
  一、打浆的目的和作用
    打浆的目的是利用机械力的作用处理纤维,使其达到适应成网抄造的要求,生产出预期的、满足性能要求的湿法非织造布。
打浆是利用打浆设备转刀(或飞刀)与定刀(底刀)之间的机械、剪切、摩擦、水力冲击等作用,对纤维进行疏解、切断、压溃、帚化与纵向分丝,从而达到湿法非织造布成形的要求,获得湿法非织造布预期的质量。打浆对湿法非织造布生产主要有以下几方面的作用。
(1)疏解作用:使浆料中的纤维束分散成单根纤维;
(2)水化及压溃作用:使纤维吸水后润胀,纤维细胞壁位移,增加了纤维的可塑性,使浆粕形成胶体状;
(3)帚化作用:使纤维表面帚化并起毛,增加比表面,有利于纤维间相互交织;(4)混合作用:在间歇式打浆过程中,可以与其他纤维、粘合剂等混合。
(一)打浆与湿法非织造布的关系
    大多数湿法非织造布的物理性能取决于打浆,通过打浆不仅增加了纤维之间的结合力,降低了纤维的平均长度,而且提高了湿法非织造布的抗张强度、耐破度、紧度、挺度和伸长率,但降低了湿法非织造布的透气度和撕裂度。
(二)植物纤维的结合力及其影响因素
    湿法非织造布的强度主要由纤维间相互的结合力、纤维本身的强度和长度、纤维的排列以及粘合剂共同产生的,其中纤维间的结合力是最基本的强度,而纤维间的结合力又主要是靠打浆产生。纤维经打浆,它们受到了切断、揉搓、扭曲、分丝、帚化、压溃、细纤维化等作用后使纤维细胞壁产生了不同程度的移位和变形,细胞的初生壁和次生壁被破除,纤维有可能被切断,从而吸水、润胀及细纤维化。
    打浆使纤维的柔软性和可塑性大大增加了,同时其比表面积也大大增加,在湿纤网中,由于纤维与纤维间存在着大量的水分子,纤维素上的羟基彼此之间通过水分子形成氢键结合,此时的水分子起着桥梁作用,称为水桥,这时纤维间的结合力还很弱,脱水成形时,水分蒸发,这时靠水的表面张力将纤维紧紧拉拢,使之靠近,为纤维间的氢键结合创造条件,当水分完全蒸发后,相邻的纤维素分子的羟基距离小于0.255~0.275nm时,纤维间直接形成氢键结合,所以越干的纤网氢键的结合就越强。
    湿法非织造布的打浆主要应避免纤维的切断,应尽量保持纤维的长度,以疏解为主,使湿法非织造布具有吸收性好,透气度大,撕裂度和耐破度好,尺寸稳定,变形性小的优点。但由于纤维长,易结团,成网匀度差,表面粗糙且易起毛。
    通常衡量打浆程度强弱的指标叫打浆度或叩解度,它用打浆度仪来测试浆料脱水的难易程度或滤水性能的指标,它综合反映了纤维被切断、润胀、帚化、分丝、细纤维化等的程度。其测试方法是:称取2g绝干浆,用水稀释至1000mL,在20℃的气温下,通过80目的铜网,测量从肖伯氏测定仪侧管排出来的水量,称为滤水度,打浆度=(1000mL-滤水量)/10。打浆度一直从造纸被沿用至湿法非织造布的过程控制,衡量其成形过程中的滤水程度,同时也概括的预知了将来湿法非织造布成品的物理性能,如抗张强度、耐破强度、过滤性能、深加工的性能等等。在测定打浆度的同时,湿重也可测定,它是指在肖伯氏测定仪测试打浆度值时,测定挂在湿重架上的纤维重量。它间接表示了纤维的平均长度。纤维越长,挂在湿重架上的纤维越多,也就是湿重越大。
    影响打浆的因素是很多的,主要有打浆的比压、打浆浓度、打浆温度、流量、打浆机械的刀材和刀型。
第三节 打浆设备
    打浆设备通常可分为两种,一种是间歇式的,另一种是连续式的。间歇式一般多为槽式打浆机,在湿法非织造布生产中以荷兰式打浆机为主,另外还有伏特式。连续式的打浆机主要有锥形精浆机和盘磨机等,后者在湿法非织造布生产中不多见。
一、间歇式打浆机
间歇式槽式打浆机由槽体(包括山形部)、飞刀辊、罩盖、底刀组、洗鼓、机械传动以及升降装置等组成。图2-3-2和图2-3-3所示为荷兰式打浆机。其浆槽是由钢筋混凝土制成,浆槽内壁用水泥或用涂料进行光滑处理,有的内壁衬有瓷砖,以求浆料清洁和流畅。浆槽中有一道中心隔墙,将浆槽一分为二并形成一条循环的通道,在打浆辊之前称为打浆沟,在此之后称为循环沟。在此之间,即刀辊后面有一个山形坡,沿着槽体向下形成一定坡度,打浆机工作时,浆料经飞刀与底刀接触被打浆后,被飞刀抛越山形坡,然后借山形的高度形成山形部前后落差,使浆流向槽底,再经过飞刀与底刀之间的推力,由于飞刀辊不停地转动及浆槽本身有一定的坡度,使受处理的浆料在池内沿箭头所示的方向循环运动。当浆料经过飞刀辊与底刀之间的间隙时,两刀片对纤维进行搓磨、剪切,从而浆料被不断地循环和打浆。
           
图2-3-2 荷兰式打浆机示意图         图2-3-3 改良式荷兰打浆机示意图
二、连续式打浆机
    自荷兰式打浆机发明以来,打浆设备不断改进,相继出现多种多样的打浆机,但多是间歇式的,打浆效能之低,已无法适应造纸工业日新月异的发展。近几十年来,在打浆工艺和设备上进行了一系列的改进,湿法非织造布的生产也得到了应用,并逐步以连续式打浆替代了间歇式打浆。其中最有代表性的、适应湿法非织造布打浆的设备是锥形精浆机。它具有打浆效率高、占地面积小、电耗低、劳动强度低、自动化程度高等优点,为打浆的高浓化、连续化、自动化控制提供了保证。
    在湿法非织造布的生产中目前主要是以锥形精浆机为主的连续式打浆,这是由它的长纤维打浆性质所决定的。锥形精浆机主要有低速、高速、水化、内循环式和大锥度精浆机等多种形式。可以把锥形精浆机看作是1台将飞刀辊封闭在中央,而底刀分布在外周的间歇式打浆机与2台离心式浆泵的组合体。它主要由2端装有叶轮的刀辊和均匀分布在刀辊四周的定子刀及其加压装置以及外壳等组成,如图2-3-4所示。当电动机带动转子旋转时,转子上的进料叶轮就把浆料均匀地分布到转子四周进行打浆,然后通过送料叶轮把已打好的浆料经出浆管送到下一台设备或混料桶中。它是利用外界压力对定子刀进行加压打浆的。底刀固定在长方形的底刀匣中,通过外界压力使其向刀辊作径向移动而达到调压目的、产生打浆作用。目前在湿法非织造布的生产中选用循环式精浆机,主要是考虑到它能保持最大的通过量,在转子内腔受高速离心力的作用,使部分浆料可以循环并被打浆,它帚化作用大,疏解能力强,切断作用小,打浆的效能和打浆度可以通过控制循环量和打浆压力来调节和控制。根据品种的不同及产量的不同,可以单台循环使用,也可以多台串联循环使用。
      
     大锥度精浆机                             小锥度精浆机
图2-3-4 锥形精浆机示意图
三、水力碎浆机
    水力碎浆机主要用来处理纤维浆板或回收纤维,为进一步打浆做准备。它具有疏解能力强、占地面积小、效率高、耗能低、产量大等特点,是不切断纤维的一种良好的打浆辅助设备。水力碎浆机的主要部件是装有叶片和刀片的转盘以及装有筛板和底刀的槽体,如图2-3-5所示。当转盘由电动机带动回转时,一方面是其上的刀片强烈地撞击与它相接触的、经过润湿的浆团或纤维束;另一方面是其上的叶片产生强力涡旋,从而在转盘轮缘周围形成一个速度很高的湍流区,而接近槽体内壁处的速度则较低,于是就产生了水力剪切作用,使纤维物料相互摩擦。这两方面的结果,最终使物料得到碎解,使纤维得到疏解。在湿法非织造布的生产中,它还可以作为不同纤维的混合槽或化学品的添加槽。
         
图2-3-5 立式水力碎浆机示意图
     1—刀片 2—转盘 3—外壳   
复习题:
  1.湿法非织造布生产工艺中备料的含义是什么?
  2.备料的目的及作用各是什么?
  3.试回答打浆的定义、目的、作用及影响打浆的因素。
  4.常用的打浆设备有哪些?
第四章 纤维物料的流送和准备
    湿法非织造布的生产是连续性的,首先要将已打完浆的物料稳定地、连续不断地、干净地送向湿部,同时还要把浆料稀释成适合上网浓度的、均匀的纤维悬浮液,把经过纤维准备工序的纤维浆料通过输送管道进入湿法成网机中的浆料流送设备中。浆料流送设备是湿法成网机的起始部分,习惯上称之为流浆箱或网前箱,浆料流送设备的作用是把纤维浆料均匀而稳定地流送到成型网上,为湿法非织造布的均匀成网提供必要的前提,为保证均匀成网,浆料流送设备必须保证下列条件:
(1)把浆流分布开,使上网的浆流沿幅宽上有一致的流速,避免发生横流、窜流、扰动等不规则的流动现象。
(2)在保证上网浆流稳定的条件下,在浆料流动过程中,利用搅动、加速、转折、摩擦等,使浆流中有一定的速差和由此产生的流体剪切场,促使浆流中的纤维均匀分散,防止纤维沉积和絮聚。
(3)为了防止挂浆现象,浆料流送设备的浆道和浆流接触的表面,都应光滑、平直,没有死角。
    湿法非织造布纤维悬浮液成形前的准备由贮浆池、调节箱、筛选净化设备来完成,再配上输送浆和水泵、浓度调节器及自控仪表等。
第一节 贮浆池
    湿法非织造布用浆的贮存、中转以及化学品的添加多可通过贮浆池来完成,以利于连续生产。一般设计时应让它有30~150m3 的容积,也可以1台抄造机器配置2只或更多的贮浆池,连续轮流供应。一般贮浆池内的浆料可满足2h以上的生产所需。
    贮浆池有卧式和立式两种,就不同用途来分可分为贮黑浆池、贮白浆池、混合浆池、抄造浆池等等,池体有钢筋混凝土的,也有不锈钢的。搅拌装置有螺旋桨式和蜗轮式两种,除此之外,贮浆池配有浆泵、浓度调节器和液位器等辅助装置。图2-4-1是循环泵卧式贮浆池示意图。
   
图2-4-1卧式贮浆池示意图
第二节 调节箱与冲浆泵
  一、调节箱
    纸浆从贮浆池到上网成形,必须加入大量的水进行稀释,将纸浆稀释成低浓度的悬浮液,一般贮浆池中浆的浓度在3%~5%之间,进入流浆箱的浆浓度一般在0.01%~0.02%之间,一般的中、小成形设备多采用在调节箱中加入清水或白水的方法来达到纤维浆料分散均匀的目的。
    调节箱一般为方形,内部分为3格或4格,分别接受来自浆和白水、白水和浆料的混合以及白水和浆流的溢流等。浆料从进浆管用泵送至进浆室,通过调节闸板,在混合室与来自白水池的白水充分混合后沿输浆管流入流浆箱,多余的浆料通过溢流板进入溢流室后返回贮浆池。一般小型湿法非织造布的生产厂家多采用人工调节方法来控制稳定的流量和浓度,当然,采用纸浆浓度调节器及流量计自动过程控制器,能精确控制和调节浆量和浓度。
  二、冲浆泵
    冲浆泵既能使被稀释到一定浓度的浆料均匀地、连续不断地输送到网部,又能使浆料与水充分均匀混合,使纤维悬浮物形成。
冲浆泵要使浆液形成湍流并保持一定的能量,以达到上网的目的。所以,对冲浆泵的机械加工性能和对流量的控制能力要求很高。  
复习题:
  1.湿法非织造布工艺中浆料流送设备须满足哪些条件?
  2.湿法非织造布工艺中浆料的流送设备有哪些?
第五章 湿法成网
第一节 湿法成网原理
    湿法成网的纤维浆料是纤维在水中的悬浮液,其中还包括一些非纤维性的物质,如粘合剂、颜料等填料。湿法非织造布的成网过程是纤维悬浮液在成形网面上脱水和沉积的过程,脱水过程基本上是一过滤过程,此时纤维由于成形网的机械拦阻而沉积在网面上,水和一些细小的物质则会通过成形网的网眼流走,随着脱水过程的进行,留在成形网帘上的纤维基层便会增厚,过滤速度降低,由于纤维的堵塞,微细物质的积留也相应的增加。另一方面,纤维悬浮液中的纤维因脱水和沉积到成形网上的过程是一随机过程,如果纤维悬浮液中纤维的品种和长细度不同,则在沉积过程中会发生自然选分和定向现象。
    纤维的定向主要是由于浆料与成形网之间的速度差异,纤维受到成形网运动的牵伸作用而造成的。在纤维沉积开始时,由于网面清洁或是沉积在网面上的纤维层很薄,滤水快,纤维沉积时没有一定的方向排列,纵横向都比较均匀。随着湿纤维网的加厚,滤水作用减弱,纤维就越来越多地成纵向排列。当成形网面将要离开浆料液面的地方,纤维沿纵向排列的情况尤其显著。因此湿法成形的纤维网,其上下层纤维的组织状态是不同的,纤维网上层的纤维纵向排列较多,而下层的纤维则纵横排列均匀,因而湿法非织造布纵向强力大于横向。
纤维的选分现象,则是由于细小纤维有较大的表面积和较强的吸附作用,较易于沉积和附着在网面的纤维层上造成的,因而湿法成形纤维网的组成亦不同,在纤维的下层,主要以细小的纤维为主。选分现象是造成湿法成网的纤维有明显的两面性的原因之一。


第二节 湿法成网系统
  一、斜网成形器概述
    斜网成形器是湿法非织造布成形部的一种新的结构形式,成形过程实质上是一个成形及其脱水的过程。也就是,在成形之前,要先在纤维中加入大量的水,制成均匀的纤维悬浮液,使纤维在水中自由地分散,然后,再通过脱水作用使纤维在水中自由地均匀分散,然后,再通过脱水作用使纤维彼此错综交织而成形。
    网部是成形器的主要部分。网部的主要作用是形成均匀的湿网,并脱去纤维悬浮液中绝大部分水。形成均匀的湿网,就是要求纤维均匀分散,纵横交织,整个纸幅的定量、厚度、紧度、匀度、强度和其他有关的性能指标均匀一致。由于通常成形器的上网浓度只有0.1%~1%,而离开网部湿纤维网的干度可达到8%~22%,网部的脱水量占总脱水量的95%~98%。所以,成形器网部的结构形式,既关系到所形成湿纸的品质,又影响着网部脱水的能力。
    斜网成形器,英语称其为Inclined Wire Former。有的设备生产厂家取名为Inclined Wire Wet End、Non-woven Former;也有的称为Deltaformer等等。从其外形看,它的流送和流浆箱与长网网部有相似之处。但其不同在于:长网造纸机网案几乎与地面底轨平行,而斜网网案则是与底轨形成一定的角度,且无案辊、案板等脱水元件。对斜网成形器可以简单地描述如下:它是一个倾斜的无案辊长网网案浸入流浆箱内,采用真空脱水原理,使纤维在倾斜的网案上脱水成形。网案网面与底轨形成的夹角度数就是斜网的斜度。可以认为,它是长网与圆网的“嫁接”,兼容了长网、圆网纸页成形的特点,适用于长纤维纸和湿法非织造布的抄造,特别是多种纤维的混合成形。
  二、斜网成形器的沿革
    斜网成形器的雏形始见于19世纪40年代,是英国人Milboun为生产纸板而设计的。但在发明以后相当长的一段时间里,几乎无人问津。后来,日本人为采用长纤维马尼拉麻浆抄造高品质的“和纸”,为解决一般长网或圆网抄造长纤维的困难,选用了类似的斜网成形器,并取得成功。尽管当时这种斜网成形器不尽完善。然而,它能使流浆箱内浆料浓度大大降低,可在0.025%左右,它使长纤维能均匀悬浮,能防止纤维的絮聚,保证了纸页的匀度,并提高了脱水效率。斜网成形器在抄造湿法非织造布上优于长网或圆网的特性才逐渐被人们所认识。美国著名的湿法非织造布生产厂家Dexter公司在20世纪50年代对斜网成形器作了改进和完善,成功地用来生产茶叶滤纸、打字蜡纸原纸、肠衣纸原纸等湿法非织造布,并获得了该项的专利。
    随着科学技术的发展,对湿法非织造布性能提出了特殊的要求。如:防油、防火、防水、耐酸碱、耐光照等性能,这样靠单纯的植物纤维已不能适应现代湿法非织造生产的需要。于是,一些非植物纤维跨进了湿法非织造布行业。如无机纤维、合成纤维、金属纤维。斜网成形器可以单独地用工业纤维或者配以一定数量的植物纤维混合。因而,在现代造纸中,它取得了特殊地位并得到了广泛应用。由此,也推动了斜网成形器的不断变革和完善。
据了解,世界上专业从事斜网成形器研究和生产的厂家有:Valmet Sandyhill公司,德国的NBM和DORRES公司,芬兰的Ahlstrom公司和日本的大昌铁工所等。把斜网成形器用于生产特种纸的厂家有美国的Dexter公司,芬兰的Ahlstrom Filtration集团公司,德国的Gessner公司、J.C.Binzer公司和S&H公司,意大利的Bosso公司,英国的Crormpton公司以及日本的三木制纸等,总数约为40余台。
三、斜网成形器的成形机理
(一)概述
    斜网成形器虽然与一般的长网成形器一样,是使纤维悬浮液在网上逐步脱水而形成湿成形网。但是,它的成形机理不同于一般的长网。长网一般用于造纸。
斜网成形器的进浆结构和长网成形器较为相似,但原理不同。图2-5-1为斜网成形器结构示意图。纤维通过冲浆泵的输送产生一定的压头,然后由阶梯扩散器将充分分散的纤维悬浮液送入堰池内,同时产生足够的微湍流并保持至上网。斜网成形器无案辊,其成形区几乎也是它的脱水区域,整个成形脱水区较长网短得多。纤维的成形既不像长网成形器那样喷浆成形,也不像圆网成形器那样挂浆成形,而是纤维处于充分悬浮状态,在网上脱水后,垂直沉积。也就是说纤维在网上成形时很少受到网前进方向上的外力而改变纤维的方向,仅受到在垂直方向的较大的真空抽吸力,使斜网成形器在较短的区域内可大量地脱水并形成均匀的湿法非织造布。

图2-5-1 斜网成形器结构示意图
     1-流浆箱 2-胸辊 3-唇板 4-脱水成形箱5-成形板 6-脱水管 7-驱动辊 8-网   
(二)斜网成形器的进浆系统及控制
    综述所知,复合成网在斜网成形器中成形全部是在纸料悬浮液状态中进行的。因此,在实践中要充分发挥斜网成形器独特的优点,研究和重视进浆系统的设计,选择合理的控制方法,这是十分重要的。
  1.进浆系统的特点
  (1)进浆浓度在临界浓度以下。一般采用的浓度为0.005%~0.025%。
  (2)进浆的流送量大。以1个日产5t的茶叶滤纸生产线为例,其冲浆泵的流量须选择15000L/min以上。
  (3)有较大的回流量。为了使总管压力稳定并防止纤维束、空气等聚集到末端,总管必须有一定的回流量,一般回流量应控制在8%~10%左右。
(4)采用白水封闭循环。除小部分水分由湿纸页带入压榨部外,网部产生的大量的白水应采用封闭循环回用。
  2.进浆系统的控制  进浆系统流量的控制,通常是采用控制压力的方法进行。图2-5-2是一个典型的斜网成形器进浆系统控制原理简图。

图2-5-2 斜网成形器进浆系统控制原理简图
     1—进浆锥形管 2—AC发动机 3—冲浆泵 4—白水 5—纤维浆  
    对进浆系统压力的控制,一般有两种方法,一是仪表显示控制;二是人工目测控制。
  (1)仪表显示控制:图2-5-2中A、B两处为压力传感器。在保持总管流量不变的前提下,来调节回流量的大小,使A、B两处的压力平衡,保证进浆沿着成形器全幅的压力相等而且稳定。
(2)人工目测控制:将图2-5-2所示的A、B两处连通,采用水平仪的工作原理,使A、B之间的压力平衡,同样以控制回流量的方法来保证进浆的稳定性和均匀性。
    对两种方法的选择,可根据生产厂家的条件以及产品的要求,予以确定。 (三)斜网成形器的纸页形成和脱水
    斜网成形器在临界浓度下成形和脱水,且大都是抄造的长纤维或工业纤维的特种纸。因此,为保证纸页成形的均匀和大量的脱水,其结构形式基本具备两大特点:一是高效率的流浆箱。一般是能够产生高强度微湍流的流浆箱。这是因为纸页成形虽在网上,而实际上又在流浆箱中进行。这就要求流浆箱既能有效地、分散地脱去大量的水,又要保证纸页成形的质量,因此,真空脱水系统就至关重要了。
   1.斜网成形器的流浆箱  斜网成形器的流浆箱一般均采用阶梯扩散器的流浆箱。通常是纤维悬浮液由方锥管从侧面进入阶梯扩散器,在通过阶梯扩散器,使纤维悬浮液在堰池中沿成形器横向均匀地分布,并产生微湍流,以分散纤维的絮聚。图2-5-3示意了纤维悬浮液纸料在进入流浆箱阶梯扩散器的速度流动曲线。图2-5-3十分清楚地表明:纤维悬浮液进入阶梯扩散器不仅改变了流送方向,同时流动速度也迅速增加。然而,经过二级及三级扩散后,使纤维悬浮液的动能变为静能,产生了高强度的微湍流,直至保持到堰池上网。

图2-5-3 纤维料进入流浆箱阶梯扩散器的速度流动曲线
    阶梯扩散器的设计,要根据纤维形态、上网浓度、流动速度以及阶梯扩散器本身的结构(形状大小、阶梯数量)而定。一般先在计算机上进行模拟,继而在研究中心加以验证。这样的阶梯扩散器才能满足产品质量的需要。
    斜网成形器的流浆箱有开放式和封闭式两种,在低车速的情况下,宜选择开放式,图2-5-4 开放式和封闭式斜网成形器成形与流速关系示意图


图2-5-4 开放式和封闭式斜网成形器成形与流速关系示意图
                   1—成形 2—最佳成形区 3—车速
    如图2-5-4所示,开放式对车速的适应范围较广,且容易操作,但是如车速较高,还是选择封闭式为宜,这样成形的匀度较为理想。
  2.斜网成形器的真空系统  斜网成形器的真空系统与成形存在着“特殊”关系。所谓“特殊”就在于它不同于一般长网成形器,一般长网成形器的真空系统几乎纯粹是脱水作用,而斜网成形器的真空系统还担负着控制纸的成形。图2-5-5所示,是一个典型的斜网真空系统。从理论上来讲,为了保证纸页的良好成形,各真空水箱的脱水量应该是相等的,以保证纤维分批连续地均匀分布在网面上。但在实际操作中,各吸水箱的脱水量可能会出现差别。一般在出成形区的最后一个吸水箱,除具有脱水功能外,还兼有固定湿纤维层的作用,以保证湿网能顺利地传递到压榨部。由于前面吸水箱有控制网部成形的功能,故常选用低压真空风机。而湿网进入最后一个吸水箱,已经出了成形区,可以采取强制脱水,一般是选用高效率的真空泵。图2-5-5 斜网成形器真空系统控制原理图


图2-5-5 斜网成形器真空系统控制原理图
1—汽水分离器 2—脱水箱 3—脱水管
    斜网成形器的吸水功能较强,虽然脱水区比一般长网纸机要短得多,但出网部的湿度仍然可以有20%~25%。
(1)斜网成形器的斜度:斜网成形器的斜度是指斜网与水平底轨之间的“夹角”,一般均在10°~30°之间选择。斜网斜度的选择视纤维原料种类和产品品种而定。对纤维较短且叩解度较低的纸料,由于脱水较快,脱水区可以较短,斜度可以适当大些,脱水箱的个数也可以相应减少。反之,叩解度较高,脱水较慢,脱水区需长些,脱水箱的个数也可以增加些。在相同的叩解度下,纤维较长,浓度较低,则因脱水量较大,成形区要加长,斜度也应该选择小些。反之亦然。
(2)流浆箱侧面和网面的密封:由于网浸入流浆箱内,流浆箱的侧面与网面需要采用特殊的密封技术。通常有水封和密封片两种。水封方法是借助水压在流浆箱两侧产生一定的静压头,以防止流浆箱纸料向两侧溢出。
    密封片方法是选用特殊材料固定在流浆箱的两侧,以挡住纸料从流浆箱两侧溢出。选用水封方法更为可靠、实用。
四、斜网成形器的工艺设计和应用
    斜网成形器与长网成形器相比较,其设计原理不一样。图2-5-6所示的是通过实验室内模拟试验和实际应用得出的斜网成形器上网浓度、纸机车速、定量、产量和脱水量之间的模量图,在斜网成形器的设计和长纤维特种纸的生产中得到了广泛的应用。图2-5-6 实验室内模拟试验斜网成形器示意图

图2-5-6 实验室内模拟试验斜网成形器示意图
1—网辊 2—唇板 3—网运行方向 4—成形脱水箱
    对斜网式湿法成网的研究工作表明:
  (1)成网帘的倾斜是必要的,倾斜式网帘对水流来说比水平式网帘具有较大的横截面,允许在浆速不变时通过大量的水并从网帘上滤去。
  (2)成网料桶中悬浮浆的压力很高,会给悬浮浆与成网帘相交处的密封造成麻烦,必须引起重视。
(3)脱水迅速的纤维应尽可能快地铺到成网帘上。
(4)难以脱水的纤维要求有较长的成网区。
  (5)成网帘的倾斜角度以10~15°为佳。它适应大部分湿法非织造布生产的要求。对于可迅速脱水的纤网(例如玻璃纤维网),倾斜角度可以增加。这样缩短了成网区的长度,通过配以适当的水量,可使成网机的结构紧凑。
(6)纤网中纤维的排列可以适当控制。一般情况下,如果成网帘的运动速度与悬浮浆的输送速度一致,则纤维呈杂乱排列。如果两者差异很大,则纤维呈一定的纵向排列。实际生产时成网的运动速度一般保持恒定。因此要靠调节悬浮浆的输送速度来控制纤维排列。这可通过改变成网帘与挡板的角度、成网区的长度进行调节。
    现在湿法成网工艺都倾向于采用循环水路,因为只要用少量水就可以进行循环,轴流泵只要补偿摩擦损失和成网料桶的压力损失,这样可以大大节约能源。但是,循环水路系统中聚集的空气不易逸出,因而易导致操作困难,另外,当生产厚纤网时,在凝网帘上的压力差会增加,会造成泵中出现空穴的危险。
五、斜网成形器的适用性
   1.适合于长纤维及其混合纤维在低浓状态下的成形  长纤维纸浆在贮存和输送过程,常因纤维细长(长宽比大)而缺乏足够的挺度,在纤维间相互碰撞和接触时,细长、柔软的纤维易絮聚。这就需要长纤维在上网时有足够的空间保持其悬浮状态,以防止絮聚。斜网成形器正是为满足长纤维及其混合纤维上网特殊要求而设计的,它通常可以适应长度3~25mm的长纤维和上网浓度在0.05%~0.025%之间的成形。一般长网和圆网局限在0.05%~0.2%的上网浓度,且对抄造长纤维亦比较困难。
   2.保证了成品较好的均匀度及透气度  只有在高度稀释状态下的纤维悬浮液,才能保证细长纤维有充分的自由舒展。这样就要求斜网成形器及时大量地脱水。网在堰池内可产生200~500mm高的成形屏障,且整个脱水和成形基本同步进行,多次地、长时间地使纤维在充分舒展情况下在网上成形。不像长网和圆网是在短时间、短距离内成形,有着长网和圆网纸机起不到的作用。正因为斜网成形器具有与众不同的特点,所以抄后成纸匀度佳,并能满足对透气性能的特定要求,如汽车过滤材料、咖啡过滤材料等。
   3.特别适用于纵横拉力比小的湿法非织造布的成形  众所周知,长网和圆网造纸机所抄成的纸,纵横拉力比大,一般在(2.5~5)∶1之间,仅适用于抄造一般用途的纸张。而纤维特种纸如:茶叶滤纸、肠衣纸、汽车过滤纸等长纤维湿法非织造布,成品要求其纵横拉力比越小越好。由于斜网成形器的成形和脱水原理特殊,它既不像长网造纸机那样喷浆成形,又不像圆网造纸机那样挂浆成形。而是通过真空脱水的抽吸作用将纤维“沉积”在网上,在网的运行过程中,无较大的外力改变纤维的自由排列。所成形的纤维在网上排列无明显的方向性,并能在网上的各个方向上均匀分布,这就达到了成纸纵横向拉力差别小的目的,一般的纵横拉力比在(1.1~2.8):1,可以满足某种长纤维特种纸特性的要求。
六、斜网成形器的种类及其发展
    最初发明的斜网成形器,其斜度比一般的长网造纸机稍微大些,且角度固定,见图2-5-7所示。这种成形器车速低,在网上液面所产生的压头比一般的长网造纸机大不了多少。浆料在网上的向前速度靠多堰板控制,完全是开放式的,而且是自然脱水。但仍适合于麻类等长纤维和合成纤维的悬浮液的抄造。随着更多合成纤维的利用及非织造布工业的发展,低浓成形的应用日益增加,现在已发展出了不同结构及适用性强的斜网成形器。图2-5-8所示是一种改良的不带堰板控制液位、有固定角度、网下靠真空吸水箱脱水的斜网成形器。在此基础上又改进成了图2-5-9所示的具有开式流浆箱并可调节斜网角度的成形器,以能抄造不同类型的纤维。为了使流速和网速一致,控制纤维悬浮液上网的均匀性,又改进设计如图2-5-10所示,它采用了堰板控制浆速的装置,同时又借鉴了长网造纸机多孔阶梯扩散技术,可控制浆液的速度及湍流的形式。
      
图2-5-7 原始的斜网成形器      图2-5-8 具有真空脱水及固定角度的斜网成形器
      
图2-5-9 有开式流浆箱并可调斜网      图2-5-10 控制浆速、网速同步的,有
角度的成形器                    固定角度的斜网成形器
    以上谈到的斜网成形器的设计大都是单层上浆,随着双层和三层成形器的开发利用,促进了过滤材料工业的发展,也促进了耐用非织造布和复合材料的发展。先进的斜网成形器可利用合成纤维和热塑树脂的复合技术,如图2-5-11和图2-5-12所示。

     
图2-5-11 用于生产双层纸页的斜网     2-5-12 用于生产三层纸页的斜网
成形器图                               成形器
液压式流浆箱应用于斜网成形器,提高了成形器的车速且改善了纸张的匀度,其结构如图2-5-13所示,双层液压式网前箱斜网成形器如图2-5-14所示,三层式液压流浆箱的斜网成形器如图2-5-15所示。图2-5-16示意了另一种变化的斜网成形器,可用于生产双层复合纸页。由此可见,多层斜网成形器已经符合生产特种非织造布、特别是长纤维材料的需要,它易使低浓度长纤维脱水,适合生产多层特种纸设想的需要。液压式流浆箱配上斜网成形器,保证了在较高车速下成形网的结构和对匀度的控制。
     
  图2-5-13 液压式流浆箱的斜网     2-5-14 双层液压式流浆箱的斜网
成形器图                         成形器
        
图2-5-15 三层式液压流浆箱的斜网成形器   图2-5-16 三层纸页夹有中间基层的斜网成形器  
    斜网成形器在长纤维特种纸、湿法非织造布生产领域中的应用有着越来越明显的优势,它已成为国际上先进的湿法非织造布生产厂家不可缺少的设备,并有着广阔的应用和发展前景。
    斜网成形器设计合理,结构紧凑,体积较小,适应范围大,操作简便。它适用于合成纤维、矿物纤维、金属纤维等混合纸浆的成形。它对不同性质的纤维能多层上浆,复合成形,能生产不同功能和用途的特种纸和湿法非织造布产品。
    随着我国特种长纤维纸和湿法非织造布系列的拓宽、规模的扩大、质量和档次的提高,引进、消化并吸收这一新型的特种造纸成形器技术,已成为赶超世界长纤维物种纸和湿法非织造布生产水平的一个重要课题。
七、圆网式湿法成网系统
    从成网原理来讲,圆网式湿法成网与斜网式湿法成网形成一体,所不同的主要是成网帘的形状,前者为圆形网,后者为一倾斜的平帘,倾斜式可以看作是曲率很大的圆网式湿法成网。
    圆网式湿法成形网称为网笼,它被安放在流浆箱的堰池中。由于网笼为圆形弧面结构,为保证成网的均匀性,堰池的形状相应地应改为弧槽与其相配,弧形的堰池称为网槽,如图2-5-17所示。

图2-5-17 圆网成网机
    纤维悬浮浆在流浆箱中经过几个挡板转向后进入成形区网槽中,在一定的液位差作用下,水通过网笼的网眼进入到网笼中被抽走,而纤维则留在网笼的网面上形成纤维网。
    图2-5-18为1台典型的圆网式湿法成网机(Rotoformer)。纤维悬浮浆由管道1经分散辊2,输入成网区3,用1块可以调节的挡板4来控制成网区空间的大小,成网帘5为回转的圆网滚筒。纤维悬浮浆经抽吸箱6的作用而使纤维凝聚于圆网表面,水则被吸入抽吸箱,进入滤水盘7。为了保持圆网表面的清洁,由3只喷水头进行冲洗。回转辊筒8中有一固定的吸管对准圆网表面,帮助纤维离开圆网,并转移至湿网导带9上成网。悬浮浆在成网区中的高度可由溢流螺栓10调节。

图2-5-18 典型的圆网式湿法成网机
八、复合成网系统
    在湿法非织造布中加入纱线、长丝或其他均匀带有较大空隙的薄型柔性材料,可增加产品强力,改善产品性能,该系统称为复合成网系统。纱线一般利用斜网式湿法成网机,在成网过程中加入,如图2-5-19所示。

图2-5-19 加入纱线的斜网式湿法成网
1—纤维悬浮浆 2—成网区 3—纱线 4—成网帘
    纤维悬浮浆1由管道输入到成网区2,纱线3从经轴退解后引入成网区的中间。因此,在成网帘4上形成的纤网中就加入了纱线。 (一)侧浪式成形器 (图2-5-20)
图2-5-20 侧浪式成形器平面示意图
    侧浪式成形器是20世纪60年代初在浙江温州蜡纸厂发明成功的,可作为中国湿法非织造布实现机械生产的标志,而杭州新华集团有限公司是目前拥有侧浪式成形器最多的企业。其发明的主要目的是为充分利用木本类长纤维原料,如桑树皮、构皮、三桠皮等生产各类湿法非织造布,即传统意义上所称的各类韧皮长纤维纸,如铁笔蜡纸基材、打字蜡基材、非热封茶叶滤纸基材等等。这类产品的定量在9~13g/m 2 之间。
(二)侧浪式成形器的工作原理
    侧浪式成形器的主要成形机理是在手工抄纸的基础上脱颖而出的,手工“打浪”的目的是使纤维在成形网帘上重叠交织,多次成形,以此达到纤维纵横均匀排列。纤维悬浮物从成形器网部两侧的垂直方向,即在长网成形器的基础上运行方向的两侧,各设置1只浆槽,槽内安装回转式打浪器若干只,凭借打浪器内的浪斗,把浆料提升到一定的高度,通过滤板的倾斜角,把浆料以一定的流速喷向网面。
    打浪器的排列互不对称,避免了浆料的冲突,也保证了两侧浆槽内液面的平衡。通过均衡排列的喷浆元件俗称浪斗横向上浆,在网部向前运行过程中通过案辊多次脱水成形,同时,凭借浆料在帘面上的快速流动,把浆料中的纤维束、浆疙瘩冲出帘面,以保证成形的均匀。另外,在湿法成形的最后阶段,设计了一个推水器,利用网下白水,将白水冲向网面,最后把成形过程中浆料内的纤维束等杂质冲出,以保证已成形湿法非织造布的洁净,继而进入压榨部和干燥部。见图2-5-21所示。

图2-5-21 侧浪式成形器横截面示意图
侧浪式成形器能在0.02%~0.03%的低浓状态下成形,依靠高分子分散剂保持纤维的分散状态,边脱水边成形。由于它在成形网的横向上浆,使得最终成品纵横拉力比非常接近,其适用纤维的长度比斜网成形器长,投资少,操作简便。其主要缺点是生产效率较低,耗用分散剂,强度、透气度、匀度等均不如斜网成形器。
复习题:
  1.浆料在成网过程中发生的选分和定向现象是如何造成的?两种现象对纤网的具体影响是什么?
  2.何谓斜网成形器?斜网成形器的成形机理是什么?
  3.斜网成形器的进浆系统有何特点?
  4.简述斜网成形器的结构特点。
  5.斜网成形器的设计要求有哪些?
  6.与其他成形器相比,斜网成形器的优势有哪些?
  7.斜网成形器的种类有哪些?各有何特点?
  8.圆网成形器与斜网成形器的区别。
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