（机械设计及理论专业论文）纸质纤维板原料制备及真空后处理设备的研究.pdf

纸质纤维板原料制备及真空后处理设备的研究 摘要 根据废旧纸质纤维的特性与废旧纸质纤维板的生产工艺要求，本文对纸 质纤维板原料制备以及真空后处理进行了细致的研究，筛选出了用于工业化 规模生产的纤维分离设备，设计出了连续施胶设备与真空后处理设备，为环 保型纸质纤维板的工业化生产创造了良好的条件。 通过对不同类型纸质纤维的分析与大量的分离试验研究，采j 辟j 高细风选 粉碎机实现了纤维的有效分离。同时纤维分离粗细度可调，质量好，粉尘少， 效率高。根据已分离纤维的特点和所用脲醛胶的特性，经过反复的施胶试验 研究，确定了连续施胶设备的结构，完成了工业化生产连续施胶设备的设计， 并利用增量式p i d 控制算法实现对施胶量的合理有效控制，使施胶量和纤维 输送量达到理想配比，保证了纸质纤维板工业化生产脆胶的均匀性。 通过纸质纤维板真空后处理工艺试验，确定了真空后处理的工艺方案与 参数，设计出了纤维板真空后处理设备，解决了游离甲醛含量超标的问题。 该设备采用三级蒸汽喷射泵与启动蒸汽喷射泵相并联的真空系统，不仅能快 速有效的去除纤维板中的游离甲醛，使板材的力学性能提高，游离甲醛含量 达到欧洲e 1 级标准( 小于9 m g c m ：) ，且具有抽气速率高，能耗低，直接去除 大量生产粉尘，结构简单，工作稳定可靠，维护方便和维修量很小等优点。 同时采用一个真空源配置四个方形真空室，使设备能够适应连续化工业生产。 装板过程采用无支架平行升降平台和无垫板装坯小车，使小车装板效率能够 与热压机连续出板效率有效衔接，无垫板装坯小车一次动作即完成向真空室 i 内装板，整个过程动作简单，装板位置准确，效率高。 关键词：纸质纤维板，纤维分离，连续施胶， 真空后处理，蒸汽喷射泵 s t u d y0 nra wm a t e r i a lp r e p a r a t i o n a n dt h e e q u i p m e n t o fp o s t - v a c u u m t r e a t m e n tf o rp a p e r - b a s e df i b e r b o a r d a b s t r a c t a c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i co fw a s t e dp a p e rf i b e ra n dt h ep r o d u c t i o n t e c h n o l o g i c a lr e q u i r e m e n t so fp a p e r - b a s e df i b e r b o a r d ，w eh a s t a k e nt h es t u d y m a i n l ya b o u tr a wm a t e r i a lp r e p a r a t i o n a n dt h e e q u i p m e n to fp o s t v a c u u m t r e a t m e n ti n t h i sp a p e r , s e l e c t e dt h ef i b e rd i s i n t e g r a t o re q u i p m e n tw h i c hc a nb e u s e dt oi n d u s t r i a lp r o d u c t i o n ，d e s i g n e dt h ec o n t i n u o u sg l u eb l e n d e rd e v i c ea n dt h e e q u i p m e n to fp o s t - v a c u u mt r e a t m e n t ，w h i c hc r e a t ef a v o r a b l ec o n d i t i o nf o r t h e i n d u s t r i a lp r o d u c t i o no fg r e e np a p e r - b a s e df i b e r b o a r d b ya n a l y z i n gd i f f e r e n tp a p e rf i b e ra n dm a k i n g ag o o dq u a n t i t yo fd i s i n t e g r a t o r e x p e r i m e n t s ，w eh a v es e l e c t e dt h eh i g hf i n e n e s sw i n d s e l e c t e dd i s i n t e g r a t o rt h a t m a k e st h ep a p e rf i b e rs e p a r a t ee f f e c t i v e l y , a n df i b e rt h i c k n e s sa d j u s t a b l e ，f e w e r d u s t s ，e f f i c i e n t a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r i s t i co fd i s i n t e g r a t e df i b e ra n d u r e a f o r m a l d e h y d eg l u e ，a f t e rs t u d yo nr e p e a t e dg l u eb l e n d e re x p e r i m e n t s ，w eh a v e d e f i n e dc o n s t r u c t i o no fc o n t i n u o u sg l u eb l e n d e re q u i p m e n t ，a c c o m p l i s h e dt h e d e s i g no ft h ee q u i p m e n t t h et h e o r yo fi n c r e m e n t a lp i da r i t h m e t i ci s u s e di nt h e c o n t r o lo fq u a n t i t yo ft h eg l u eb l e n d e r , w h i c hr e a l i z e dt h eq u a n t i t yo ft h eg l u e b l e n d e ra n df i b e ro u t p u ts t o i c h i o m e t r y , g u a r a n t e e i n gt h ep a p e rf i b e rg l u es p r e a d e v e n l y t h r o u g h t h e e x p e r i m e n t o fp o s t - v a c u u mt r e a t m e n t ，w ed e f i n e dt h e t e c h n o l o g i c a l s c h e m ea n d p a r a m e t e r , d e s i g n e de q u i p m e n t o f p o s t - v a c u u m t r e a t m e n t ，w h i c hs o l v et h ec o n t e n to ff r e ef o r m a l d e h y d ea b o v en o r m a l t h e v a c u u ms y s t e mo f t h ee q u i p m e n ta d o p t st e r t i a r ys t e a me j e c t i o nv a c u u mp u m pw i t h e j e c t o rp r i m i n g c o n n e c ti n p a r a l l e l ，w h i c h n o to n l yc a ng e tr i do ft h ef r e e f o r m a l d e h y d eq u i c k l ya n de f f i c i e n t l y , i m p r o v et h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h e f i b e r b o a r d t h ec o n t e n to ff r e ef o r m a l d e h y d ec a na c h i e v et h ee ue1s t a n d a r d ( 9 m 1o o g ) ，b u ta l s oh a v es o m ea d v a n t a g e s ，s u c ha sh i g he f f i c i e n c ya n dl o w d i s s i p a t i o no fe n e r g y , t h es y s t e mc a nd i r e c t l yd r a wt h ed u s tf r o mt h ec h a m b e ri n v a c u u mt r e a t m e n tp r o c e s s ，s i m p l es t r u c t u r e ，w o r k i n gw i t hg o o ds t a b i l i z a t i o na n d c r e d i b i l i t y , c o n v e n i e n tm a i n t e n a n c e w i t ht h ep a r a l l e le l e v a t i n gt a b l ew i t h o u tf l a m e a n dl o a dc a rw i t h o u tb a c k i n gb o a r db e i n gu s e di nt h ep r o c e s so fl o a d i n gb o a r d ， e f f i c i e n c yo ft h el o a d i n gc a r lm a t c hw i t ht h eh o tp r e s sm a c h i n e ，t h ew h o l ep r o c e s s a c t i o ni ss i m p l e ，l o a d i n gp o s i t i o na c c u r a t ea n de f f i c i e n t l y k e yw o r d s ：p a p e r - b a s e df i b e r b o a r d ， f i b e rs e p a r a t i o n ，c o n t i n u o u sg l u eb l e n d e r ， v a c u u mp o s t - t r e a t m e n t ，s t e a mj e tp u m p 1 绪论 1 1 国内外中密度纤维板生产状况 纤维板依据其密度不同，分为软质纤维板、中密度纤维板和硬质纤维板。其中。中密 度纤维板( m e d i u md e n s i t y f i b e r b o a r d ) 具有密度适中、尺寸稳定性好、内部组织均匀以及物 理力学性能更接近于天然木材，防腐、防虫蛀性能好，生产成本低，木材纤维利用率高， 使其应用广泛。 中密度纤维板以其优良的品质在世界范围内受到青睐，1 9 9 5 年生产企业已经发展到 1 3 5 个，比前一年增长1 8 4 ，年生产能力达1 5 0 3 万m 3 ，增长率为3 7 9 ，1 9 9 6 年生产能 力达到2 1 2 9 万m 。，1 9 9 9 年世界m d f 生产能力打破了历史最高纪录，总生产能力达2 5 7 3 万m 1 ， 年增长率为6 6 。到2 0 0 0 年及其后1 年至2 年建成投产的新增产能力为3 0 5 5 万m 1 ，其中南 美洲为1 5 5 5 万m 3 ，约占5 0 ；欧洲为9 0 0 7 i m 3 ，占3 2 ：北美洲为3 4 4 万m 1 ，占1 2 ；亚 洲太平洋地区为1 9 万m5 ，占6 。1 9 9 9 年欧洲最大的m d f 生产国是德国，其次是意大利和西 班牙，生产能力分别为2 8 4 5 万m 3 ，1 2 4 0 万0 和11 0 7 7 万m 3 。亚太地区m d f 的主要生产国 是中国、马来西亚和韩国。目前，世界中密度纤维板厂平均规模为l o 万m a ，新西兰为2 l _ 8 万m 。a ，加拿大为1 8 万珊3 a ，美国为1 5 8 万m 3 a ，马来西亚也达到1 1 9 万玎1 a 。生产线大型 化是中密度纤维板行业发展的个必然趋势f 1 1 。 我国中密度纤维板( m d f ) 的发展始于上世纪8 0 年代初期，通过近l o 年的推广应用， 深受市场的欢迎，在我国 l d f 即获得了广大的发展空间1 2 1 1 3 。 表1 - 1 近几年来我国密度板企业发展状况 t a b 卜lt h ed e v e l o p m e n to f 帅fe n t e r p r i s ei nr e c e n ty e a r s 统计日期( 年、月) 2 0 0 0 62 0 0 1 62 0 0 2 62 0 0 3 6 企业数量( 个) 2 0 72 3 63 1 34 0 7 生产线数量( 条) 2 4 22 8 93 9 65 1 7 总设计生产能力( ：t i m 3 a ) 6 3 9 57 9 41 3 6 1 82 0 4 4 3 无论是总设计能力还是实际生产量，中国目前已是全球m d f 生产第一大国。相应的国 产m d f 成套设备的生产也有了长足的发展。尽管我过成为m d f 生产大国，但并不是一个强国。 无论生产平均产能、设备制造水平、生产工艺、产品质量与规格品种、产品深加工以及实 际应用等方面都与世界先进发达国家有很大的差距【4 1 。至2 0 0 2 年6 月，我国 1 d f 生产厂家己 发展到3 3 1 3 个，生产线3 9 6 条，总设计生产能力达1 3 6 i 8 万m 3 a 。与2 0 0 年相比，分别增 长7 7 个厂家、1 0 7 条生产线和5 6 7 8 万m 3 a 生产能力，增长率分别为3 2 2 0 、3 7 0 2 和7 1 5 0 。由此可见，生产厂家和生产线增长幅度远低于生产能力的增长，其原因是2 0 0 2 年的建 设项目单机生产规模较往年大幅提高，国产线大多为5 万8 万i l l 3 a ，引进线则高达1 5 万、 2 0 万m 。a 乃至3 0 万m a ，使m d f 平均单线生产能力e h 2 0 0 1 年的2 7 5 万m 。a 左右提高到2 0 0 2 年 的3 4 4 万m a 。至2 0 0 3 年6 月，我国m d f 厂家已增加到4 0 7 个，生产线增长至u 5 1 7 条，总设计 生产能力达至i j 2 0 4 4 3 万m 3 a 。与2 0 0 2 年度相比，分别增长了比率分别为3 0 0 3 、3 0 5 6 和5 0 1 2 ，是中密度纤维板超速发展的一年。 1 2mdf 主要设备的研究现状 1 2 1 纤维分离设备 纤维分离技术及设备的现状，不但影响国产成套设备的国际竞争力，也严重制约着国 产m d f 成套生产线技术的发展速度。中密度纤维分离设备主要有热磨机、高速磨桨机两 大类。热磨机已初步形成系列【5 1 1 “。 表1 - 2 热磨机系列与主要参数 t a b 1 2s i z es y s t e ma n dp a r a m e l e rf o rd e f i b r a t e r 盘磨直径主机转速主电机高压电机功率适和产量 型号 ( 英寸) ( “m i n )( k w ) ( 万n 1 3 年) q m 9 d 3 69 0 02 8 01 2 m 1 0 l3 61 5 0 01 0 0 03 m 1 0 33 81 5 0 01 2 5 03 m 2 0 04 21 5 0 01 4 0 05 m 2 0 0 a4 21 5 0 01 8 0 05 目前，国内大型生产线所配热磨机还需进口，国内生产热磨机产量最大的为4 2 英寸 ( o1 0 7 0 m m ) 的热磨机，生产能力可满足年产3 5 万m 3 m d f 生产线使用，超产空间有 限，其主轴结构采用s k f 球面滚子推力轴承来吸收磨盘推力，间隙调整采用蜗轮螺杆与液 压缸形式；主轴采用机械密封或盘根密封1 7 1 。因热磨机转速较高，磨浆时受力较大，因此， 其轴承与密封较易发生故障。生产如此庞大的精密度机器，从国内现阶段机械制造水平来 看，既无相应的技术加工制造，也没有与之相适的检测手段保证精度。我国生产的双螺杆 磨浆机最大直径为1 2 0 n u n ，年生产能力约1 万t ，而法国c l e x t r a l 公司生产的双螺杆磨浆 机最大直径为2 4 0 m m ，年生产能力约2 5 万t 。按我国目前环保政策的要求，要关闭3 ) j - t 以下造纸厂，所以开发大直径双螺杆磨浆机很有必要。另外，还应开发适合不同用途( 如 渣浆再磨、废纸处理、浆料漂白和洗涤或与盘磨机配合使用等) 的双螺杆磨浆机。国内外 正在开发的技术有：积压出料( 纤维从热磨机排出) 、降低热磨动力、控制纤维形状分布和 管理运行参数等。为尽可能减少纤维束，采用两台热磨机串联的两段热磨法。此法虽然动 力增加0 5 1 0 倍，但能扩大原材料如锯屑或废木材等。该技术在新西兰和北美已开始 应用i8 1 。 1 2 2 调、施胶设备 调胶设备按采用胶的计量系统不同，大体分为容积式、减重式和流量计式三种。容 积式调旌胶( 包括施蜡) 计量系统：该系统以意大利( i m a l ) 公司制造的设备为代表，国 内中小型刨花板、纤维板成套设备多以此种调胶形式配套。减重式调施胶( 施蜡) 计 量系统；该系统以德国迪芬巴赫( d i e f f e n b a c h e r ) 公司开发的g a r d o 胶料系统为代表。 流量计调旋胶系统：其施胶量足根据热磨纤维排放量和含水率的变化进行自动调整，全 部由计算机自动控制。 施胶系统采用意大利i 姒l 模式，石蜡和胶在热磨机出口和干燥机进口之前喷入，喷 入量由纤维计量称自动控制；管式干燥机采用水平布置，并留有人孔，在停机冷却之后可 进行清扫，清除粘结在管壁上的纤维；并装有自动报警灭火系统，大多数厂家采用较先进 的管道施胶干燥系统，配备有安全可靠的火花探测器自动灭火系统和旄胶旋蜡微机控制系 统。，防止火灾的危险。加热器有要用t c s 椭圆管钢翅片串片式散热器，传热系统较轮圆 管绕片式提高4 6 ，并装有温度传感器和自动调控系统，最终控制干燥后的纤维含水率， 以保证纤维的质量。 施胶按方式不同可分为搅拌机施胶和管道施胶。f p0 7 2 85 6 2a z 专利提出的工艺是在 热磨后纤维先通过干燥机到纤维料仓，然后再从纤维料仓运输到特殊的输送管道内，并进 入胶润湿区完成施胶。这种方法尚未经试验室和工业化试验。德国弗劳霍夫木材研究所正 在开发一种新的施胶方法，即在管道干燥机的终端作为胶润湿区，代替目前广泛应用的喷 放施胶法，以解决喷放施胶方法现存的缺陷。目前，国内多采用从国外引进的纤维干燥前 管道施胶的方法，即采用纤维先旌胶后干燥的生产工艺。通过对在管道干燥机终端已干燥 和进一步冷却的纤维施胶，避免了胶粘剂在管道干燥机的预固化以及水解。施胶后的纤维 用管道干燥机连接到胶润湿区端部的旋风分离器，从空气中分离出来。纤维板施胶设备通 常是借助机械搅拌和施胶装置来完成，一般称为拌胶机。在刨花板生产中应用最广泛的是 高速环式拌胶机。近年来，国内外又出现了比较先进的新型拌胶机，如锥鼓式拌胶机，高 速双轴拌胶机和意大利p al 。公司研制的新型环式拌胶机一i 。 国外人造板先进的调施胶技术，以意大利i m a l 、芬兰m e t s o 、德国申克公司等的技术 为代表，其调施胶工艺和设备先进，调施胶控制系统已经采用p l c 和工业计算机网络控制。 采用高精度称重和液位传感器，控制化学组份并依据施胶配方控制配比，计量准确：采用 单、双闭环控制系统，电子皮带秤称重( 失重计量) ，较精确实现对原料按比例定量施胶， 提高胶量和物料的计量精度，提高施胶均匀度，施胶量稳定，节省用胶量，初步结果显示， 减少施胶量( 达3 固体树脂绝干纤维) 可得到同样的中纤板胶合质量【10 1 。满足不同原料、 不同生产工艺的要求，为提高绿色人造板产品的质量( 达到e 1 级欧洲标准) 和生产效益 而提供技术保证。 1 2 3 铺装设备 铺装设备主要分为气流铺装与机械铺装两种机型。气流铺装机是采用风机直接将纤维 送入成型室，成型板坯采用网带输送，成型室底部配置1 套负压系统。该类机型能有效地 降低板坯进入预压机前的高度，预压板坯的密实度和板坯的初强度效果较好( 尤其是对生 产厚板和成型速度提高时) 。该类机型按生产能力有单头和双头的不同组合，结构简单， 维护、操作和控制方便，但动力消耗较大。 j l j 机械铺装机是纤维经扫平辊进入定量料仓，使纤维在料仓宽度上分布均匀，堆积密度 偏差小。纤维铺装抛辊采用水平或倾斜结构，有利于成型板坯厚度方向结构均匀一致。板 坯输送采用网带，并辅以底部负压成型。负压在机械式铺装机上的应用，十分有效地提高 了板坯成型速度和成型后的密实度，有利于厚板成型的同时还改善了因为成型线粉尘造成 的车间内部环境污染。该机型调整方便，成型板坯结构均匀，动力消耗比气流铺装机小的 多。这两种成型机都有很高的成型精度，密度偏差可达到2 。典型的产品有瑞典s u n d s 公司的p e n d i s l 成型机与德国申克公司的机械抛辊式成型机。 1 。2 4 热压成型设备 热压一般有3 种方式：多层压机生产单层压机生产连续压机生产。连续压机在 生产实践中，表现出以下优点：材料消耗降低，主要由于极薄的预固化层( 最低单面可为 0 2 m m ) 、无横向齐边损失、板材厚度精确度高、板面平整、质地细密；密度梯度分布合理， 在减少2 6 4 密度的同时，与间歇式热压机所产板材有同样的强度：生产率高，对因 板材厚度变化造成的产量波动不甚敏感( 如生产2 5 m m 板与6 m m 板比较，连续压机产量波动 系数为o 8 4 ，而多层压机的波动系数为0 4 2 ) ；能耗降低，主要是机械无开闭动作，液压 系统无零与峰值大幅度变化，压力系统处于半静止状态，热耗减少1 5 ；改变规格容易， 不需停机；综合效益好，生产成本降低1 5 。1 9 7 7 年，德国库斯特斯( k u s t e r s ) 向全世 界推出首台双钢带辊子链式连续平压热压机。目前，大规模的m d f 工厂几乎均已采用连续 平压热压机。板坯预热方面，传统的用高频或微波向板坯中心进行热传递进而达到板坯预 热进行的研究，由于成本太高，而无法实际应用。1 9 9 9 年克瓦纳( k v a e r n e r ) 公司推出“板 芯加热器”的全新系统。借助这一加热器，可以使热能以蒸汽的形式从板坯的中心均匀的 传递到整个板坯，使产量提高2 0 。板子回冷方面，美卓( m e t s o ) 公司推出在热压机中 设立冷却段的技术。通过降低板材温度，降低板子内部的蒸汽压力，减少鼓泡和分层的可 能性，进而提高生产速度。这样生产出的板子含水率较高( 7 8 ) ，可以增加板材的尺 寸稳定性，减少甲醛等挥发物的排放，提高产品的合格率【1 3 】【1 0 j 。 1 2 5 纸质纤维板设备 目前，随着纤维板生产设备的国产化，木质纤维板的生产设备已经比较成熟。现有的 纤维板铺装和热压设备均能够满足纸质纤维板的生产要求。但是由于纸质纤维和木质纤维 之间存在一定的差异，因此木质纤维板的生产设备不能完全适用于纸质纤维板的生产，要 保证纸质纤维板的工业化生产，就必须设计相应的设备来满足纸质纤维板的生产。 由于纸质纤维和木质纤维存在特性方面的区别，纸质纤维在开始造纸过程中经过磨浆 等工序，纤维长度相对变小，并且淀粉，碳酸钙等物质与纤维结合在一起，不可能完全从 纤维上去除，外观上体积蓬松、易结团，不能采用普通的木质纤维的分离方法来进行纸质 纤维的分离，须对纸质纤维的分离进行试验，选择或设计一种适和纸质纤维分离的设备。 由于纸质纤维和木质纤维状态、性质上的差别，导致施胶过程中木质纤维的施胶设备不能 用于纸质纤维板的施胶，因此在本课题中对纸质纤维板的施胶进行试验研究，找到合适的 施胶方法，著完成旅胶设备的设计。 2 0 0 2 年，陕西省质量技术监督局对陕西市场上人造板产品的游离甲醛释放量进行了监 督抽查，产品合格率是5 2 5 ；2 0 0 3 年第二季度合格率为5 0 左右；2 0 0 4 年第三季度以 来，产品合格率达到5 5 7 。 在降低纤维板游离甲醛方面还没有专门的设备。目前，消除纤维板甲醛对人体带来伤 害主要采取两种措施：企业通过对胶粘剂的研究来尽量减少成型后板材中游离甲醛的含 量；用户采取各种甲醛扑捉剂来消除甲醛给人带来的危害。但大部分企业生产的板材并不 能达到国家环保标准规定的要求，因而无法投入市场。 为了有效的降低人造板游离甲醛含量，在本课题的研究中，根据真空负压原理，设计 一套甲醛真空后处理装置，对制出的板材进行真空后处理研究，根据试验结果，进行真空 后处理设备的设计。 1 3 纸质纤维板技术 13 1 工艺流程 纸质纤维板生产的工艺流程是根据原料、制品质量要求、设备条件等来制定。根据工 艺性试验可知，纤维的分离不可采用磨浆机和热磨机，且只能采用干法生产【l ”，即将原料 在纤维分离设备锤片能量的剪切力、冲击力、摩擦力等机械力的作用下分离成纤维，无需 任何化学添加剂，然后在纤维中加入按照工艺要求调配好的胶粘剂，在热压设备能量的作 用下热压制成纸质纤维板。 实验室干法制造纸质纤维板实验室工艺流程如下： 废旧纸箱- + 前期处理_ + 纤维粗分离叶纤维细分离。施胶+ 铺装 卜预压热压成型 根括买验工艺确定工业化干珐生产纤维板制造的工艺流程如f ： 能量能量 上上 原料o 纤维o 铺装预压锯截斗热压后处理 纤维板 tt 纤维分离腔粘剂 1 3 2 纤维分离与施胶 纤维的分离方法可分成：机械法、爆破法。机械法又可分为加热机械法、化学机械法 和纯机械法。根据纸质纤维板干法制板工艺要求，纸质纤维分离须采取纯机械法。 干法纤维板生产中，施加胶粘剂有多种方法。不同的施加方法有各自特点，且有相应 的适用范围或局限性。一种较早采用的方法是在纤维分离时，矗j 纤维分离设备内加入胶粘 剂，虽然能获得纤维与胶料均匀混和的目的，但由于高温会引起部分胶料的提前固化，所 以一般仅限于酚醛树脂的施加。另一种方法是在干法中密度纤维板发展初期，沿用了干法 硬质纤维板的旅加方法与流程，即将分离设备所得的纤维先经干燥，然后在高速搅拌机中 施加胶粘剂，纸质纤维板的生产采用的是后一种方法，即就是先分离纤维然后再施胶，不 同于硬质纤维板的搅拌施胶，纸质纤维板是将分离设备所得的纤维先经干燥，然后采用管 道施胶。 1 3 3 真空后处理 目前人造板材生产采用的胶粘剂主要以脲醛树脂为主，因此人造板中大都含有一定的 甲醛，板材中残留的游离甲醛会逐渐向周围环境释放，对人和环境造成伤害和污染。而目 前现有的处理方法都是在纤维板生产出之后来进行，且效果不是特别理想，为了使纸质纤 维板达到国家环保、质量监督部门的标准，提出了采用真空后处理的方法来解决甲醛含量 散发量超标的问题。根据纸质纤维板真空后处理试验，在本文中对纸质纤维板进行真空后 处理试验研究，根据对真空后处理试验结果的分析，设计一套纤维板真空后处理设备来解 决这一问题。 1 4 课题研究内容 141 研究内容 本课题研究的内容主要包括以下几个部分： 1 对废旧纸箱纤维的分离方法进行试验，找出合适的纤维分离方法，然后进行纸质 纤维分离设备的选型，确定纤维分离设备。 2 对纸质纤维板施胶进行试验，分析施胶工艺试验结果，找出最佳的施胶工艺方案， 进行施胶设备的结构设计。 ： 对制出的纸质纤维板进行真空后处理，对处理后板材的力学性能及游离甲醛含量 释放量进行检测，找出最佳的真空处理工艺。进行真空处理设备的结构设计，主要包括： 真空系统的选择及优化配置、真空室、送板机构等的设计。 7 1 4 2 试验内容及要求 本课题试验过程中存在以及要解决的主要问题有： ( 1 ) 确定纸质纤维分离后制板最佳的纤维粗细度。由于纤维分离越细，纤维表面积 越大，越有利于施胶均匀，也有利于板材的成型。但是如果分离纤维过细，则分离设备的 效率降低，在其后的旌胶成型工段将产生大量的粉尘，板材的强度也将降低。如果分离纤 维过粗，则容易堵塞分离筛板，使得纤维分离设备无法正常工作，其后的施胶均匀性也难 以控制。 ( 2 ) 纸质纤维施胶方法及施胶均匀性的控制。旖胶不均匀，会造成板坏铺装不均， 导致产品密度、厚度稳定性受到影响，板坯热压后板面会出现分层和鼓泡现象，还会在板 面产生胶斑、胶块等外观缺陷，板面质量也要差一些。 ( 3 ) 确定纸质纤维板真空后处理的实现方式及真空后处理设备的结构；真空后处理 设备真空系统的选择；真空室的设置及其与真空系统之间的配合问题。该真空设各的工作 要能够适应工业化连续生产。如果单一真空源与单个真空室相配合，使得真空源不能充分 的发挥其有效的工作能力，生产效率也不能满足大规模生产的要求，造成能源的浪费。 1 5 课题的研究意义及市场前景 目前，我国人造板企业、及人造板的年产量呈上升趋势，木材原料的供需矛盾越来越 严重，因此，各个厂家的原料来源也将面临越来越大的挑战。随着我国工业化程度的提高， 纸箱季亍业的不断发展，纸箱的年产量也在不断的增加，废煅纸箱将会越来越多。 经过本课题的研究设计，找出利用废旧纸箱、纸制品制作纸质纤维板对纤维分离设备 的要求，根据要求选型后解决纸质纤维板生产分离设备的技术问题，为纤维板厂家技术改 造提供一种设备支持。经过对施胶的研究，保证纸质纤维板生产时的连续化旌胶，使生产 能够实现工业化。这样，纤维板生产厂家无需太大投资即可进行纸质纤维板的生产，原料 问题得以缓解。对纸质纤维板进行真空后处理，使纤维板甲醛含量超标问题能够得到妥善 解决，给消费者一个健康的工作、生活环境，也对纸质纤维扳生产的推广具有积极的作用。 由相关资料可知，回收一吨废旧纸箱可制成1 厘米厚的板材4 0 0 平方米，节约木材4 立方米、标准煤4 0 0 千克、纯碱4 0 0 千克、电5 0 0 0 千瓦时、水4 7 0 0 吨，利用废旧纸制品 回收不重复能耗，避免环境污染。利用废l 目纸箱、纸制品生产纤维板，给人造板企业解决 原料紧缺问题找到一条新的途径，即缓解了纤维板原料供需矛盾，又解决了废弃纸箱污染 环境的问题，且加快了废旧纸制品的的转化利用，为生产加工者产生巨大经济效益，也为 社会节约大量人力、物力等财富。 2 原料制备及纤维分离设备的研究 21 备料及纤维分离试验 2 1 1 原料的处理 原料的处理是纸质纤维板生产的第一个工段，主要包括原料预处理和分离两部分。预 处理工段主要包括以下工序：原料的分拣、去除塑封、去除图钉、除尘等。 原料处理工艺取决于纤维板生产的原料、设备的选型以及对原料处理质量的要求。废 旧包装纸箱在使用的过程中，为了防水、防湿大部分都有塑封层，并且在制作的过程中大 部分都是采用图钉进行钉合的，为了不影响纤维分离的质量，必须在进行分离前进行去除 塑封、图钉的预处理工作。废旧纸制品作为废弃物，在放置过程中不可避免的带有较大的 尘土和粉尘，不仅使原料预处理工段的工作环境恶化，还损害操作人员身体健康，带入到 纤维中会影响胶粘剂的胶粘性能，因此，在生产前必须进行除尘。 2 1 2 纤维分离机理 纤维分离不是一次受力就能完成，而是千百次重复受力的结果，这就是纤维分离的松 弛理论| 】”。原料在分离设备内受到压力、剪力、扭转及拉伸等诸力作用下，会产生变形。 作用力小时，纤维产生弹性变形，当外力消失后，变形随之迅速且完全消失，纤维恢复原 状。作用力大到超过弹性变形极限时，纤维产生高弹性变形，当外力消失后，纤维虽然仍 可恢复原状，但周期较长( 几s 至几m i n ) 。作用力再大到纤维产生塑性变形时，即使外力 消失，纤维己不能恢复原状。显然，要分离纤维必须使其达到塑性变形的程度。纤维所受 的剪切、冲击和摩擦都不是独立进行，而是混和进行的。纤维一次受力即产生塑性变形， 在生产中实现是困难的。 2 1 3 纤维分离方法的确定 纸质纤维原料具有很强的吸水吸湿性，在前期的探索性试验生产过程中证明纸质纤维 板必须采用干法生产，所以在纤维分离的过程中不能带入大量水分，如果带入大量的水分， 不仅要在纤维分离后、施胶前加上一道纤维干燥工序，而且生产过程的能耗也会增加。控 制纤维施胶前含水率f j 分重要，如果在纤维分离时带入大量水分，在后续的施胶工段，纤 维分离带入的水分对配好的胶粘剂浓度也将产生一定程度的影响，也将影响到板材制品的 质量。从纸质纤维板原料种类、生产工艺、制品性能等方面综合考虑，在纸质纤维板生产 过程的纤维分离方法只能采用纯机械法。 根据废旧纸箱原料的特点( 硬度、分离后要得到的纤维质量) ，选择锤式粉碎机进行 纤维的分离工艺试验。锤式粉碎机一般适用于含水量小于1 2 的物料。锤式粉碎机的优点 是： ( 1 ) 构简单，尺寸紧凑，自重较小，单位产品的功率消耗小。 ( 2 ) 生产率较高，破碎比大( 单转子式的破碎比可达i = 1 0 1 5 ) ，产品粒度均匀， 过渡破碎现象少。 ( 3 ) 工作连续可靠，维护修理方便，易损零部件容易检查和更换。 214 纤维的分离试验 试验设备：锤式粉碎机( 9 心一3 0 a ) 试验原料：废旧纸箱 试验原理：将备好的原料由进料口加入，转盘高速旋转，锤子( 按一定规律活铰在转 盘上) 因离心力和旋转力，打击装入机内的物料，受到打击的物料彼此之间以及与机内衬 板、筛子之间相互撞击，促使物料破碎。根据纤维松弛理论，使其受剪切、冲击和摩擦等 多次重复的外力作用，最终导致原料分解成纤维。 试验目的：利用锤式粉碎机进行废旧纸箱纤维的分离，研究锤式粉碎机能否满足废旧 纸箱纤维的分离要求；如果该纤维分离方式可行，进一步了解锤式纤维分离设备的生产效 率及其不足之处，作为纸质纤维板纤维分离设备选型依据。同时利用试验所得纤维进行纸 质纤维板生产试验，找出纸质纤维板生产所用纤维的要求及分离工艺。 试验步骤： 1 将提前收集好的废旧纸箱进行前期处理，去除其上的图钉、塑封层，切成窄条等。 2 按试验所要得到的纤维大小安装指定规格要求的筛网。 3 开启锤式粉碎机，将事先称好的废| 日纸箱进行纤维的分离，然后将所得纤维按照规 格要求进行保存，作为纸质纤维板生产工艺试验的原料。 1 更换不同规格的筛网，重复试验步骤三。 5 关闭锤式粉碎机，切断电源。 试验结果与分析： 经过试验后发现，分离出的纤维呈棉絮状，利用锤式粉碎机进行废旧纸箱纤维的分离 是可行的。利用试验所得不同规格的纤维进行了纸质纤维板生产试验，做出的板材质量达 n t 制板要求。另外，通过试验对分离所得纤维进行了测试，找出了纸质纤维板生产所需 最佳纤维规格( 筛板孔径：粗分离中6 m m ，细分离( p 3 m m ) 。 通过制出不同规格的纤维进行纸质纤维板生产试验，发现了板制品的强度和性能，主 要与纤维被分离的状态有直接关系。纤维之间结合力型式有多种：来自胶粘剂的化学结合、 氢键结合以及木素的胶合。纤维分离的越细，比表面积越大，纤维表面上游离的羟基数量 就越多，这就为形成纤维之间的各种结合强度提供了内在条件。据此，纤维分离的基本要 求就是在纤维尽量少受损失的前提下，消耗较少的动力，并使纤维具有一定的比表面积和 交织性能，为纤维之间的重新结合创造必要的条件。 2 2 纤维分离设备选型 2 2 1 纤维分离设备的要求 通过2 1 4 纤维板的纤维分离试验知，纸质纤维分离可采用设备的要求是： 1 设备具有定的生产效率，分离纤维的生产率能够适应纤维板工业化生产的要求。 2 废旧纸制品最好在正常状况下进行纤维分离，纤维分离过程中不带入水分，无需蒸 煮软化，分离时不加入任何其它化学添加剂。 3 纤维分离过程中，纤维分离的粗细度可进行准确的控制，设备具有良好的除尘装置， 在纤维分离过程中不产生大量的粉尘，不污染环境。 4 设备操作控制简单，能耗小，噪音低，工作稳定可靠，维修量小。 2 2 2 可选纤维分离设备的分析比较 根据试验结果与分析得知，纸质纤维分离可采用锤式粉碎机来完成。为此，应选择一 种合适的锤式粉碎机作为纸质纤维板生产的纤维分离设备，这样可使纤维板生产厂家在生 产设备改造时无需对其进行专门设计。 据试验知满足要求的锤式粉碎机主要有以下几种可供选择： 1 普通锤式粉碎机 2 单轴链式粉碎机 3 双轴链式粉碎机 4 高细度风选粉碎机 现将四种锤式粉碎机进行综合的分析比较： 1 普通锤式粉碎机【l 6 】 普通锤式粉碎机是一种用途广泛的粉碎机械。主要是对中硬和软物料进行中、细破碎。 它是利用转子盘带动锤片，在通过电机直接带动主轴高速旋转的条件下，高速旋转的锤片 对物料进行冲击，从而使物料破碎，如图2 一l 所示。 图2 - - i 普通锤式粉粉碎机工作简图 1 外壳2 锤片3 连接轴4 转子盘5 转轴6 篦子 f i g 2 lt r a d i t i o n sw o r k i n gd r a w i n go fi m p a c td is i n t e g r a o r 纸质纤维分离试验所用锤式粉碎机就如此种，该锤式粉碎机虽具有一般锤式粉碎机的 优点外，但其具有如下缺点：主要工作部件锤片的磨损较快，设备在运转过程中粉尘较多； 破碎腔中落入金属块等不能破碎的物件时，容易损坏设备，严重时会将转子、衬板、筛网 打坏，容易发生事故；物料的含水量过高，或含有较多粘土时，出料筛易堵塞而使生产率 降低，并增大能量消耗，以至加快锤头等易损零件的磨耗，根据试验结果，发现使用此种 分离设备，如果要一次分离就得到纸质纤维板的生产用纤维，则生产效率很低，所以纤维 分离必须进行纤维粗分离和细分离两次分离，这样很难达到工业化生产的效率要求。 2 单轴链式粉碎机1 1 7 l f l 8 1 单轴链式耢碎机的一般结构如图2 2 所示。由于它的转子盘是内凹形边的三角形，另 外，锤片和转子盘连接轴之间用链条连接，所以，转子盘相对于普通锤片粉碎机的圆转子 盘和直边三角形的转子盘，外形尺寸大大缩小，重量减轻许多。锤片可以沿轴向排列得更 加紧密。三个棱角的磨损与传统直边三角形的转子盘相比，可以大大减轻，寿命较长。它 的生产率高、破碎比大、构造简单、结构尺寸紧凑、功率消耗小、维护简单、修理和更换 零件容易、产品粒度均匀，过粉碎少。该形式粉碎机虽然具有以上优点，但是对纸质纤维 图2 2 单轴链式粉碎机工作简图 f i 9 2 _ t h ew o r k i n gd r a w i n go fs i n g lea x i e sc h a i nd is i n t e g r a t o r 粉碎的粗细度不易控制，箱内壁易秸料，如果粉碎物料含水率稍微偏高且带有一定的粉尘， 物料粘性较大或较软，用不太长时间，机器就会转不动，在锤片旋转圆周上的a 、b 两个 区域，结有较结实的物料，极难清除，效率低，若转子盘的三个棱角的磨损会使链条飞出， 发生事故。 3 双轴链式粉碎机的特点【1 9 1 1 2 0 1 双轴链式粉碎机和单轴链式粉碎机都具有链式粉碎机的特点，其结构如图2 - ： 。当物 科从进料口进入后，由于链条锤片之间的排列紧密，纵向空间小，两转子之间的间隙也很 小，i x = 1 0 n n n ，且两转子又是相对转动，所以物料是经过多次撞击破碎后才排出的。若粒 度没有达到要求，较大的物料便不会自然排出，物料会反复受到撞击，直至粒度达到要求 才排出。该机体积较大，且与单轴链式粉碎机类似，虽然其效率有所增加，纤维分离的粗 细度仍然不易控制，对纸质纤维的排料比较困难，两斜侧面有粘料现象，且箱内壁粘结后 不易清除，这样对施胶的截边板料回收粉碎造成很大麻烦。 4 图2 3 双轴链式粉碎机结构简图 1 ，底座2 斜侧面盖3 箱体4 转子盘5 主轴6 连接轴7 链条锤片8 主轴支承9 隔环 10 ，端面盘1 1 键12 三角带13 皮带轮14 电机15 橡胶板 f i g 2 3t h es k e t c hm a po ft w oa x l e sc h a i nd i s i n t e g r a t o r 4 高细风选粉碎机川【2 2 j 高细风选粉碎机是组合型粉碎机( 如图2 l 4 ) ，由主杌、风机、分离器、卸料器、除尘 装置等组成。主机的卧式密闭机壳内分为粉碎室、分级段和风机室三部分。主轴由电机带 动高速旋转，物料由加料口进入粉碎室，经主轴上高速旋转的锤板、机壳内衬板间的冲击 和气流剪切作用而被粉碎。粒度合格的物料被该风选机一侧的离心风机吸去，经出料管送 入输送管道。分级段装有可调整的打板，通过调整打板和机壳间的间隙，可控制成品细度。 风机室内装有风叶，粉碎后的物料随机一同排出，经旋风分离器、集粉器被收集下来，使 得物料在粉碎的同时不会产生粉尘污染环境。机壳轴向可拆卸，便于检查和更换内部构件。 主轴上装有粉碎锤板、分级打板和风叶机壳轴向可拆卸，便于检查和更换内部构件。装机 时经过静平衡调试，设备运转平稳，噪音低。 高细风选锤式粉碎机用于破碎中硬物料，其普氏硬度系数2 4 ，可塑性指数小于1 1 ， 含水率在4 8 。该机还可安装水冷装置，故本机对纤维性物料、软性物料、热塑性物 料、弹性和韧性物料及不易粉碎物料，具有独特的粉碎功能。 2 2 3 纤维分离设备的确定 根据废旧纸箱物料特性( 硬