造纸原理与工程4.ppt

第二节纸页成形和成形部,P208,一、纸页成形过程的几个基本问题（一）纸页成形的目的和作用1、纸页的成形通过纸料在网上滤水而后成形，将纸料抄造成为湿纸幅。,2、纸页成形的目的和作用,P209,目的：通过适当的工艺将纸料转化为湿纸幅。作用：通过合理控制纸料在网上的留着和滤水工艺，使形成的湿纸幅有优良的匀度和所需的纸页物理性能。3、成形部（网部）的任务和要求任务：使纸料尽量地保留在网上，较多地脱出水分。网部脱水的特点是脱水量大而集中。要求：形成全幅均匀一致的湿纸幅。纤维（包括填料、胶料等）均匀分散，使全幅纸页的定量、厚度、匀度等均匀一致。为形成一张质量良好的纸张打好基础。纸料中含水分的形式：结合水和自由水,（二）纸页成形过程的纸料留着和脱水,P210,1、纸料留着的定义1）首程留着率2）全程留着率2、纸料留着率的意义,3、纸页成形与纸料脱水,P211,“脱水”与“成形”是一对矛盾的统一体。纸料在脱水过程中形成纸页；纸页在成形过程中不断地脱水。一方面：纸页成形既需要脱出大量的水分，但是也不能脱水太快，若脱水太快或太急，则纸料纤维在网上来不及均匀分布就已经成形，难于形成良好质量的纸页。另一方面：若脱水太过缓慢，则会引起已经分散的纤维重新絮聚，还会达不到所需的干度和湿强度，而影响生产。所以，应根据纸浆配料和生产纸种的不同要求及生产条件进行合理权衡，使脱水与成形相互协调和统一，在得到良好纸页成形的前提下，尽量满足脱水要求。,（三）纸页成形器及其发展概况,P211,1、造纸机发展的200年2、成形器及其分类（一般可分为三大类）P214（1）圆网成形器包括单圆网和多圆网机、真空和压力成形回转式成形器,（2）长网成形器,P214,包括各种单长网造纸机,（3）多网成形器,P214,包括双网成形器（如顶网成形器和夹网成形器）和双网以上的多层成形的叠网成形器。,顶(上)网成形器,夹网成形器,叠网成形器,纸页成形器按成形的方式分为两大类：,P214,（1）单层成形器包括单圆网机、长网机、上网成形器、夹网成形器等,（2）多层成形器包括长网配第二流浆箱、多层流浆箱,回转成形器配多层成形器、多圆网成形器,叠网成形器、多网成形器,纸页成形器按成形浓度，还可分为两大类：（1）低浓成形器上网浓度小于1.5的成形器（2）高浓成形器上网浓度大于1.5的成形器,（四）纸页成形过程和机理,P215,1、纸页成形过程的流体动力学“成形”有两重含义：其一，指纸页成形过程（Forming）其二，指纸页成形匀度（Formation）流体动力学研究的是纸页成形过程。,纸页成形的基本过程，可看作是三种主要的流体动力学过程的综合。,2、纤维在网上的过滤与浓缩,P215,泄水可按两种机理进行：过滤和浓缩过滤是泄水的主要机理。对纤维有均布作用，有益于改善匀度；但纤维是逐层沉积，表现出纸张的分层结构。浓缩时，纤维交织穿插，表现出纸张的交织结构。,3、定向剪切,P216,定向剪切除了具有分散作用外，还有定向作用和浓集作用。分散作用有利于改善匀度；定向作用表现出纸张的方向性；浓集作用使非均布的强剪切流型成为显见形态（如条纹）。所以，定向剪切作为分散纤维网络的方法时，只能用到适当的程度。,4、浆流的湍动,分散纤维网络，以及作为定向剪切衰减的手段（削弱定向与浓集作用）。湍动强度不能太大，否则浆流自由表面会有喷溅以及使悬浮体中进入空气。,（五）纸页成形结构,P219,1、纸页层状结构的成因（1）浆料抄造浓度：上网浓度低，层状结构明显（2）纤维长度：纤维平均长度大，层状结构明显2、填料在纸页层间的分布由于网上浆流的运动和湍流和以及网下脱水元件作用，从而形成了填料从顶层向下依次递减的分布情况。3、纸页成形对纸页结构和性质的影响（1）纸页成形对纸页孔径分布的影响孔径分布近似于对平均孔径的对数正态分布，平均孔径随成形时絮聚程度的增加而增大。（2）纸页成形对填料分布的影响随成形絮聚趋势的增加，填料分布的不均匀性也增加。（3）纸页成形对纸页断裂强度的影响纸页断裂处多数在局部定量波动较大的地方，这与纸页成形匀度有直接关系。,4、纤维在纸页中的分布,P221,（1）纤维的均布与纤维优先分布原则在不受干扰和纤维充分分散的前提下，纤维有自动均布的趋势。（2）纤维絮聚与纤维分布纤维絮聚是纤维均布的对立。当絮聚发生时，是以一个个絮团沉积在滤层上。（3）纤维在纸页中的定向机制纸的纤维定向分布主要集中在纸机的纵向原因：一是流浆箱堰口的浆流纵向喷射作用；二是成形网的纵向梳理作用。,4、纤维在纸页中的分布,P222,（4）纸料流的喷射作用,（5）成形网的“梳理”作用,第二节纸页成形和成形部,P222,二、长网成形器的主要部件及纸页成形与脱水,（一）长网成形器的主要部件及其作用组成,P223224：主要部件及其作用,（二）纸页的成形和脱水,P224,1、纸料沿长网成形器网案的脱水：,大体分为三个阶段,P224,第一阶段：上网段，为保证后续成形纸页的均匀性，该段要求喷射网面的纸料是均匀分散的，且应最大限度地降低喷射浆流表面的不稳定性。第二阶段：成形区，为保证纸页成形质量，减少两面差和避免跳浆等问题，应控制合适的脱水率，脱水量应比较均匀，不宜过大；脱水区，纸页的成形已基本完成，因而可以大量脱水。第三阶段：高压差脱水段，强脱水。,（二）纸页的成形和脱水,P225,2、网上的湍动和定向剪切,当纸料离开流浆箱上网后，原有的能量将会很快消失，如果没有外加的能量，纤维的絮聚将会加剧。因此必须设法输入能量，以建立和保持良好的纤维分布状态。输入能量的方法主要有两个：湍动和定向剪切。产生湍动的元件：案辊、案板、网案摇振、整饰辊等产生定向剪切的元件：整饰辊、合理配置的刮水板、纵向带有“凸条”的浆流等,（三）纸料喷射上网与纸页脱水成形,P226,1、流浆箱堰板的喷射角和着网点,2、喷射角和着网点的确定喷射角和着网点可通过公式计算（P226-227）控制喷射角来达到理想的着网点。,P226,着网点分析,原因：1、着网点若在成形板上，则胸辊不脱水，喷浆冲击作用较平稳，但浆料表面相邻的浆流互相冲击会出现“浆道子”（常称鱼鳞皮）的纸病；2、着网点若在胸辊上，则由于胸辊的强烈抽吸作用而大量脱水，纸页过快成形，成纸网印较重；同时高速喷浆带入的空气无法穿过网而进入浆层，会扰动纸料或引起跳浆，破坏成形。,着网点在一般情况下，应在成形板的前缘或前缘附近为宜。,P227,3、浆速与网速的关系,（1）浆网速比：R浆速/网速（2）浆网速比对成纸质量的影响R1：浆速大于网速纤维的横向排列较多。游离浆滤水速度快，易导致纸页出现波纹状，不适合；粘状浆滤水速度慢，有利于提高纸页匀度，适合。一般卷烟纸、电容器纸等的R值为1.061.14。R1：浆速小于网速浆料受网子的牵引作用能使纤维分散，减少絮聚，但R值过大，会导致纵横强度差增加。一般纸张多采用浆速小于网速的工艺。如印刷、书写纸的R值为0.830.93。R1：浆速等于网速浆之间无相对速度，无剪切力，湍动强度小，使已分散的纤维易再絮聚。所以，只适合夹网纸机。,原理：网面先贴辊面运动，而后受网的张力于辊面分开，并逐渐形成增大的下游区间歇，如同气缸活塞一样产生一定的抽吸作用，形成负压。,（四）网部主要脱水元件的功能与作用原理,P228,1、成形脱水段的脱水元件和作用机理1）案辊,产生抽吸力的压头差主要取决于网速：,（四）网部主要脱水元件的功能与作用原理,P230,1、成形脱水段的脱水元件和作用机理1）案辊:存在的问题：,对高速纸机，当向上的压力过大，白水猛烈返回纸页，产生过大的扰动，甚至引起跳浆，影响成形，严重时会破坏纸页成形；抽吸力过大，脱水猛烈，细小纤维和填料流失，白水浓度增高，加大纸页两面性，甚至产生网痕、针眼等纸病。,所以，出现了沟纹案辊，可缓和压力和抽吸力。,P230,2）案板,原理：案板顶面与成形网接触被水润湿产生吸附力，在网与顶面之间形成水膜，当网进入案板的脱水斜面后，由于斜角和网的张力使网与斜面逐渐分开，形成一个楔形区，产生负压。小部分水在此脱出，大部分水吸附在网下被下一案板的前角刮去。,P232,3）案辊与案板脱水与成形性能的分析比较,与案辊相比，案板没有明显的压力最高点；与案辊相比，案板脱水量大而缓和；案板能改善纸页的组织结构和成形质量；案板易于调节和精确控制脱水量和脉动强度；案板能延长成形网的使用寿命。,适合于车速600m/min以下，特别是低于300m/min且生产高定量纸页时。,4）网案摇振装置,P233,5）整饰辊的结构及应用,又名“水印辊”。安装位置：第一吸水箱之后，干度约2处。原理：改善成形扰动，梳理。,P234,2、高压差脱水段的脱水元件和作用机理,该段纸页已基本定形，干度约1.54.0。主要任务：强制脱水1）真空箱的脱水机理水线前为湿真空箱，后为干真空箱,真空度与脱水面积之关系：,增加脱水面积（箱数）更为有效真空箱排列和真空度控制问题：以紧密连续式排列为宜以真空度递增式效果最好,P235,2）真空伏辊脱水,现代纸机基本采用真空伏辊。依靠真空抽吸力进行脱水，脱水能力强。,3）伏辊压榨,偏心距,（五）造纸及网部参数的测量与控制（P236）自学,第二节纸页成形和成形部,P238,三、圆网成形器的纸页成形与脱水,（一）概述圆网纸机仍然在我国造纸工业生产中发挥着重要作用。分为两大类：传统式和新型机1、传统式圆网纸机的网部,网笼网槽伏辊,P239,2、传统圆网机网槽的典型结构,（1）顺流式（活动弧形板式、顺流溢浆式和喷浆式）常用：活动弧形板式和顺流溢浆式,P239,2、传统圆网机网槽的典型结构,（2）逆流式（特点：P240）,（3）侧流式（特点：P240）,P240,3、传统圆网机的湿纸页转移,借助伏辊的弹性，把毛毯均匀地压在湿纸幅上，利用毛毯的比表面积大于成形网的原理，将湿纸页从网上揭起粘到毛毯上，转移到压榨部。,偏心距：150200mm,作用：对湿纸页进行预压，避免压花现象。,P240,2、新型圆网造纸机,（1）真空圆网,（2）加压圆网,（3）超成形圆网成形器,新型圆网资料图片：,三、圆网成形器的纸页成形与脱水（二）圆网成形器的纸页成形和脱水过程控制,P241,1、脱水压差和脱水弧长对纸页脱水和成形的影响,（2-5-20）,延长脱水弧长有利于提高脱水量；增加网笼内外压差有利于提高脱水量；减少脱水阻力有利于提高脱水量。,2、浆速和网速的关系,，一般0.6，导致严重的纵横向拉力差,新式机采用类似长网的喷浆上网方式，以替代传统的挂浆上网方式。,P242,3、选分与洗刷,选分作用纸料在圆网机上形成纸页的过程中，由于纸料各组分具有不同的长度和粗度，使圆网有选择地进行吸附比较粗长的纤维优先吸附。洗刷作用由于圆网回转与纸料间的摩擦作用，使已经吸附于网面的部分纸料又被冲刷下来比较粗长的纤维易被洗刷。选分与洗刷的结果：造成纸页两面性较大，纸页表面粗糙，平滑性较差。,4、圆网临界速度和圆网纸机极限速度,p圆网内外压差；a圆网上单位重量质点m所占面积。,四、夹网和混合（上网）成形器的纸页成形与脱水,P244,（一）概述,双网成形器（TwinWireFormer）,上网成形器（TopFormer）夹网成形器（GapFormer）,主要特征：湿纸页成形过程，部分或全部在双网的夹持下完成。,（二）夹网成形器1、夹网成形器的定义和分类定义：在两张成形网间完成全部成形过程的成形器。形式：,辊式夹网成形器脱水板式成形器辊/脱水板结合式成形器,P244,2、夹网成形器的脱水原理,3、夹网纸机浆网速比当压区形成脱水压力后，其浆速应等于网速。,（1）恒定压力脱水（2）脉冲压力脱水（3）真空脱水（4）离心力脱水,4、夹网成形器的成形特性双面脱水；脱水率比单网增加4倍；封闭成形。优点：成形质量好，两面差小，掉毛掉粉少，平滑度好，纸页横幅定量和水分分布均匀等。,P247,5、典型夹网成形器的脱水特性及其脱水分配,1）辊式夹网成形器,压力脱水,离心力脱水,P248,2）“C”型辊式夹网成形器,3）脱水板式夹网成形器,4）辊/脱水板结合式夹网成形器,（三）混合（上网）成形器,P250,1、概述上网成形器也称顶网成形器是对长网机的改造，以减少纸页的两面差，也提高网部脱水能力。2、上网成形器的型式特点型式：辊式（成形辊）脱水板式（刮水板等静止脱水元件）复合式（辊子加静止脱水元件）特点：进入上网成形器的纸幅干度约1，离开约10；上网脱水的百分率约30以上，比长网提高1/3；一般上网成形器不需要真空脱水；不同结构的上网成形器，其脱水区物料平衡和所抄纸页结构有所不同。,3、典型上网成形器的成形特性,P251,1）辊式和刮板式上网成形器,2）“C”型上网成形器,4、双网脱水区的脱水状况与纤维絮聚体分散的关系,P252,从理论上讲，双网脱水区浆流有两种极端情况：长网预成形的湿纸幅上覆有一层稀薄、未经过滤的纤维悬浮液有利于纸张的匀度；纤维以更絮聚的状态处于浆料的上边界利于提高脱水能力和纤维留着率，减少网痕。5、脱水速度、脱水压力与脱水量向上脱水速度不宜过高，否则脱水压力也会因此增大，导致网痕严重，迅速脱水有可能过多地冲走纸幅中地细小纤维和