08第二章第四节涂布设备1.ppt

1 第四节颜料涂布方法及设备 2 一 概述1 涂布加工的基本过程制备好的涂料 须利用涂布设备涂于原纸或其他基材的表面上 其涂布加工的基本过程如下 原纸卷 退纸架 涂布头 干燥器 卷取机涂布设备主要由四部分组成 其中涂布头是完成涂料在纸面上涂布的主要设备 3 涂布头在完成涂布作业时 同时具有两个功能 即对涂布量的计量功能和对涂层质量的整饰功能 由于完成这两种功能时所借助的手段不同 即形成不同类型的涂布头 但不管哪种涂布头 其涂层形成的基本过程是相同的 具体地说 上料辊将过量的涂料涂布于纸面上 涂料中的水分和胶粘剂由涂料向原纸迁移 从而导致靠近这个两者界面处的涂料固含量增高 变成半干或塑性物质 4 这时涂料固含量沿z向产生梯度 从表面至纸面 涂料从流态转换为半塑性状态 当涂层通过计量区时 计量元件对涂料产生剪切作用 使尚处于流态的表层涂料受到剪切作用被计量元件从原纸上除去 留在纸面上的涂料形成类似于滤饼的塑性涂层 5 剪切位置是随计量元件的工作参数的变化而变化 当计量元件的剪切作用较大时 原纸上的涂层就较薄 反之就会留下较厚的涂层 计量后涂层上的涂料仍有一定的流动能力 通过涂布机上整饰元件的整饰作用和 或涂料本身的流平作用得到要求的涂层质量 6 2 涂布头的基本类型最早出现的涂布头 是所谓的刷式涂布头 利用毛刷将涂料刷涂于纸面 这是对手工刷涂的模仿 由于生产能力低 涂层质量较差 已基本淘汰 现代应用的涂布头 主要有三种基本类型 1 气刀式涂布机上料辊将涂料转移到纸面后 利用气刀喷出的压缩空气 吹落多余的涂料 并喷匀涂层 2 刮刀式涂布机利用刮刀刮除多余涂料 并刮平涂层表面 3 辊式涂布机利用两辊接触的程度来计量涂料 并匀化涂层 7 3 涂布头的组合和排布方式根据涂布加工的次数和是否与纸机联动 涂布头可以有不同的组合和排布方式 1 单面涂布和双面涂布单面涂布指的是在纸的一面进行涂布加工 双面涂布指的是对纸的两面都进行涂布 2 一次涂布和两次涂布对单面和双面涂布来说都有一次涂布和两次涂布之分 一次涂布指的是一次在每面纸上涂上足够的涂布量 两次涂布指的是分两次在每面纸上涂布以获得足够的涂布量 8 对于涂布量较高的纸板涂布 一般需要涂两次 对于质量要求较高的涂布纸品种 或者从降低成本 节约能源考虑 也常常选用两次或三次涂布的方式 两次涂布中的第一次涂布称之为底涂 第二次涂布称之为面涂 相应的涂料分别称之为底涂涂料和面涂涂料 两次涂布可以使用同样的涂布头 也可以选用不同的涂布头组合 如气刀 刮刀 刮棒 刮刀和刮刀 刮刀组合涂布等 9 3 机内涂布和机外涂布按照涂布机是否与抄纸机联动 涂布方式可以分机内涂布和机外涂布 机内涂布指的是在抄纸机的干燥部后直接安装涂布机 在抄纸的同时完成涂布操作 而机外涂布是把涂布机作为独立的操作单元 对已生产出来的原纸进行涂布 涂布后再经过专门的干燥设备进行干燥 最后卷成纸卷 与机内涂布相比 机外涂布的缺点是投资高 占地面积较大 优点是灵活性较好 车速可以调整 涂布量大 因此是应用较广的一种涂布方式 10 机内涂布也分为两种 机内单面涂布和机内双面涂布 机内单面涂布 在涂布面未达到一定干度之前不能与烘缸面接触 对机内双面涂布的纸张 可双面同时涂布 也可两面分别涂布 双面同时涂布时 通常在涂后纸页进入第一烘缸之前设有热风或红外线等干燥装置 如为两面分别涂布 一般应先涂反面 使未涂布的正面经大烘缸接触干燥后再涂正面 并使已干燥的反面与第二个大烘缸接触干燥 最后再经烘缸完成干燥工序 11 机内涂布的优缺点 与机外涂布相比 机内涂布不需要单独的退纸 引纸和传动调节系统等 故具有设备紧凑 设备投资和单位成本低的优点 是当前国外生产涂布纸的一种基本涂布方式 机内涂布的缺点是纸机的干燥能力有限 涂布速度较低 影响纸机的产量 同时抄纸和涂布两部分断头互相影响而降低生产效率 也不利于产品品种的调整等 考虑到我国以草类原料为主 纸的强度低 纸页易断头等现象 目前我国较少采用机内涂布 12 二 刷式涂布机刷式涂布机是最古老的涂布设备 最初于19世纪50年代用于使用瓷土涂料生产涂布墙壁纸 刷式涂布头有3种不同的类型 圆刷涂布头 毯辊涂布头和毯套涂布头 图2 32为一种早期使用的刷式涂布头 13 上料辊将涂料传给圆刷 圆刷将涂料转涂到纸面上 并通过圆刷对原纸压力的大小来调整涂布量 最后经摆动的平板刷将涂料刷平 为了使纸面上的涂层更加均匀 将圆刷改为包毯辊就构成了毯辊涂布头 毯辊涂布头的缺点是不易保持毯辊的清洁 毯辊也不如毛刷耐用 毯套涂布头是用一床毛毯代替圆刷而将涂料转涂于纸面上的 这是毯辊式的改进 延长了使用寿命 降低了维持费用 其缺点是需要经常洗毯 而且由于涂料在毯上停留的时间较毯辊式长 故毯上的涂料容易变干导致质量问题 14 刷式涂布机的缺点是 车速低 最高车速一般不超过100m min 不宜使用高固含量的涂料 因此能耗较大 同时由于低固含量的涂料与纸幅接触时间长 因此对原纸的耐水性或湿强度的要求也较高 毛刷涂布机的另一个缺点是成本高 维修复杂 涂层上易于产生刷痕 由于毛刷压力沿纸宽方向不均匀而导致涂层不均匀等 目前这种涂布机已很少使用 15 三 气刀涂布机20世纪30年代气刀涂布机的问世标志着现代纸张涂布工业的诞生 气刀涂布机正是克服了刷式涂布机的上述缺点 迅速被推广 导致了涂布纸产量的急剧增加 气刀涂布头的典型结构和工作原理如图2 33所示 16 图2 33气刀涂布头示意图1 压纸辊2 刮刀3 泡沫堰板4 进料区5 涂料槽6 上料辊7 匀料辊8 背辊9 回料10 气料分离器11 定流板12 气刀13 吸风传送带14 胶带传送辊15 打孔胶带16 吸风箱17 张紧辊 17 来自涂料槽的涂料经供料和上料系统转移到原纸的表面 纸面上过量的涂料被位于背辊中心线处的气刀吹落到气料分离器内 分离后的涂料经气料分离器回流到涂料槽再用 气刀涂布机的涂布量与气刀的压力有关 同时还与气刀安装的角度 刀与纸的距离 刀缝的宽度等有关 以下为气刀的典型工艺参数 刀距6 10mm安刀角0 45度刀缝宽0 4 1 5mm风压9 20kpa 18 气刀涂布机的优点是 产品适应性较好 涂层质量较高 涂布量可以在较大的范围内调节 操作管理也比较简单等 气刀涂布机的缺点是 用于气刀涂布机的涂料固含量较低 因此对原纸的湿强度有较高的要求 干燥部的负荷也较大 同时限制了车速的进一步提高 气刀涂布纸的涂层保留原基材表面的轮廓 因此要求原纸的平滑度不能太低 19 气刀涂布机车速较高时 随着气刀风压增高 风量增大 飞浆的问题将会变得严重 因此回流槽设计应合理 而且回流的涂料进入供料槽前必须经气液分离器以除气 气刀涂布机操作时需要解决的另一个问题是气刀计量时气流对涂料中颜料颗粒的选分作用 即气流将会有选择地优先吹去涂料中颗粒较大的颜料 从而导致涂料槽中大颗粒颜料的积累 20 21 保证涂层的匀度 是加工质量的主要目标 如果气刀喷出的气流压力适当 流量均匀 纸面上涂层能形成均匀的滤饼 而表面上多余的涂料又具有较好的流动性 气刀式涂布机的涂层厚度应该是均匀的 但将保留纸页表面的不平性 如果气刀工作条件控制不当 比如风压较低 或者刀口离背辊距离远而使风力下降 或者开口太大 使风量大而风压低 都会因风力不足而不能正常地吹落多余的涂料 易引起涂布量过大 或涂层不均匀 如果风压波动 影响就更显著了 22 生产中要不断地根据涂料液粘度 纸的吸收性以及车速等的变化 来调节气刀的工作状况 一般气刀刀口距背辊面3 7mm 角度90 110度 风压0 004 0 035mpa 开口0 4 1 0mm 另外 如果涂料粘度太高 或车速太快 也会使气刀负荷过重 影响涂层均匀 一般涂料粘度控制在0 05 0 5pa s 从而浓度也受限制 一般为20 43 涂布量为10 35g m2 23 上料辊的转速不适当 也会造成涂布量的不均匀 比如转速过快时 会使涂布量增大 增大气刀的负荷 从而也会影响涂层匀度 当涂料液粘度较大 而上料辊转速较慢时 容易使纸面上出现未挂料的部分 因此 根据涂料粘度的变化 以及涂层定量和匀度的具体情况 注意调节上料辊的转速也是必要的 另外 纸页张力不足时 松弛的部分可能与上料辊接触不紧密 也会出现未挂料的部分 此时可增大纸页张力 如果是由于原纸本身的问题造成的 严重时只好更换纸卷 24 气刀刀口有夹杂物 会使喷出的气流不均匀 在对应的纸面上涂层出现连续的厚道子 所以应保持刀口清洁 气刀涂布多用于高级美术涂料印刷纸 无碳复写纸 重氮晒图纸 静电复印纸 蜡光纸 防锈纸 静电复印纸 涂布白板纸和黄板涂布纸等产品 25 四 刮刀式涂布机20世纪50年代出现了第一个刮刀式涂布机专利 此后刮刀涂布机技术得到了快速的发展 根据上料设备 刮刀类型和刮刀安装位置的不同 刮刀涂布头也分为许多种 如硬刃刮刀涂布机 拖刀式刮刀涂布机 软刃刮刀涂布机 喷泉式上料刮刀涂布机 短驻留刮刀涂布机 比尔刮刀涂布机 刮辊式涂布机等 26 刮刀式涂布机的工作原理是 利用上料辊或喷泉式上料系统向原纸上转移足够多的涂料 然后利用刮刀进行计量和整饰 刮刀涂布具有许多优点 与气刀涂布相比 刮刀涂布纸的涂层表面不受原纸粗糙度的影响 可获得较高的平滑度 涂层有较高的平整度 刮刀涂布机对涂料粘度有较高的适应性 可以使用高固含量的涂料 干燥效率高 车速快 运行成本低等 27 刮刀涂布机的缺点是 由于涂料中颜料的磨损性 刮刀的寿命比较短 刮刀对涂料的粘度和流变性有严格的要求 另外由于刮刀涂布机车速较高且须较频繁地换刀 故刮刀涂布机不适于机内涂布 正是由于刮刀涂布机具有许多优点 因此刮刀涂布是目前最流行的涂布形式 近年国内进口的涂布机大多是刮刀涂布机 刮刀涂布机可以按供料方式和刮刀的类型分类 下面简单介绍常用的几种刮刀涂布机 28 1 软刃刮刀涂布头早先使用的刮刀涂布机是一种称之为硬刃刮刀涂布机的设备 由于硬刃刮刀涂布机不宜用于涂布量较小的纸张 并且涂布纸的涂布面较粗糙 全幅的匀度也较差 现已基本淘汰 现在比较流行的是各种软刃刮刀涂布机 根据上料系统和刮刀类别的差别 软刃刮刀涂布机也分为几种不同的类型 如拖刀式软刃刮刀涂布机 斜角软刃刮刀涂布机等 图2 35和图2 36分别为这两种涂布头的工作原理图 29 30 31 32 33 34 由图2 35可以看出 拖刀式软刃刮刀涂布机的刮刀位于涂布头的底部 并压向包胶背辊的侧面 构成涂料槽 原纸由背辊引入而通过涂料槽时 随着辊的转动 由于涂料的粘附力 涂料被涂敷上纸面 然后在涂料槽出口由刮刀将涂层定量并刮平 即在上料的同时完成刮刀的计量和整饰的任务 多余的涂料经两端的堰板控制回流 图2 36是一种称之为斜角软刃刮刀涂布头的工作原理图 刮刀以一定的压力斜压在背辊上 上料辊将过量的涂料涂敷至纸面 然后由刮刀将多余的涂料刮下 流入回料槽回流至涂料贮藏槽 35 刮刀涂布机的涂布参数包括 刮刀的类型 如材料 厚度 刀口角度 刀刃形状等 刮刀与背辊的接触角等 软刃刮刀涂布机的工艺参数根据涂布机类型和涂布产品的质量要求而定 通常涂布车速为300 800m min 甚至可以超过1000m min 涂布量根据需要可以在6 25g m2的范围内调节 涂布量除了和涂布机的工艺参数有关外 还和原纸的平滑度 吸收性及涂料的浓度 粘度和保水性有关 36 软刃刮刀涂布机的涂料粘度可以在1 5pa s的范围内变化 涂料固含量可达50 60 甚至更高 通常刮刀的材料为弹簧钢 厚度为0 3 0 6mm 涂布机的速度较低时 刮刀较薄 反之则较厚 刮刀与背辊接触角可在0 60度角的范围内变化 一般为45度角 刮刀涂布机上最常见的生产故障是涂层表面的刮刀纹 宽3mm以下的几米至上百米长的细纹 及道子 宽3 6mm或更宽 长度同上 对着光看呈透明度高的条纹 37 产生这种条纹的原因很多 具有胀流特性的涂料在高剪切速度下凝聚成较大粒子而挂在刀口处 将涂层表面刮出条纹或道子 高浓涂料中的水分浸入纸层后 使涂料固化而易出道子 涂料的粘度不适当 当粘度过低时 涂料中的杂质不易被带出刮刀口 加上水分向纸层渗透快 使杂质淤集在刀口而产生道子 而粘度过大易呈胀流特性而易出现道子 原纸上有杂质 或原纸易掉毛掉粉 夹在刀口处即易产生道子 刮刀口局部过热 此处便易固结部分涂料而在涂层划出道子 刮刀有缺口 会在涂层留下凸起的道子 38 此外 涂料中的杂质 大于160um的会造成道子 而小于75um 200目 的 问题不大 一般原纸表面适当粗糙些 能够捕集一些粒子 具有适当施胶度 不使渗透过甚 涂料粘度低 而保水性高 原纸表面和涂料清洁 增加涂料循环量 以促进涂料在涂料盘中的流动 刮刀压力轻些 都有利于减轻道子 刚性直刮刀比软刃刮刀易出道子 39 2 刮棒式涂布头刮棒式涂布机较多地用于有机溶剂涂布和二次涂布时的底涂 也有些用于铜版纸的生产 刮棒式涂布头主要由一个上料辊和一个安放在特殊支架上的刮棒所构成 刮棒的转向可与原纸的运行方向相同或相反 当刮棒的转向与原纸的运行方向相同时 有利于提高涂布量 当刮棒的转向与原纸的运行方向相反时 有利于涂层的整饰作用 刮棒式涂布机的工作原理如图2 37所示 40 41 刮棒式涂布机工作时 涂料首先被送入涂料槽 上料辊在转动中将过量的涂料连续涂敷于原纸上 原纸带着过量的涂料经过回转的刮棒时 刮棒将过量的涂料刮下 送入回流槽 刮棒通常为镀铬钢棒 直径为3 l0mm 通常以10 20r min的固定转速旋转 刮棒支架除