（制浆造纸工程专业论文）成形网的结构与制造对其性能影响的研究.pdf

成形网的结构与制造对其性能影响的研究 摘要 近年来，中国造纸工业得到了飞速的发展，不仅出现了很多新型的制浆 造纸科技，而且制浆造纸设备也在不断地更新换代。现代造纸成形网是极为 重要的脱水器材，与网部纸幅成形密切相关，而网部纸幅成形状况决定了最 终成纸性能。造纸成形网作为网部重要的脱水成形器材，必须要具有如下的 性能：( 1 ) 稳定丽快速的脱水能力一脱水性；( 2 ) 良好的细小纤维和填料的 留着性龇b g - 支撑性；( 3 ) 良好的尺寸稳定性一传递性；( 4 ) 较长符合纸机条件 的使用寿命。造纸技术的飞速发展，对成形网的要求越来越高，而国产成形 网还没有应用在高速纸机上，这不仅和我国成形网技术研发及服务水平落后 有关，同时，也和缺乏国内造纸企业的配合密切相关。因此，从理论和实践 上，对成形网的性能及应用的研究分析成为要解决的首要阌题。 本论文主要的研究内容包括四个部分： 第一部分：研究成形网在造纸过程中的基本性能。成形网具有支撑纤维、 细料和填料的性能，在短时间内脱出大量的水分，同时在流浆箱到压榨部之 间起到传输作用。成形网的运行性能，从下面四个方面考虑：滤水性、支撑 性、传递性和使用寿命。它们各自的相互影响得出成形网与造纸性能的关系。 第二部分：生产成形网之前必须进行理论设计，只有这样才能进入实际 生产。成形网的设计关系到纸机的运行、成纸的质量以及生产的可靠性。根 据造纸过程对成形网的要求，主要从下面三个参数考虑来设计生产成形网： 经纬密，编织方法，纱线直径及材料。经纬密分别代表单位长度内的经线数 和纬线数，它影响成形网的滤水性。编织方法决定了经线和纬线的相互交织 状况，它影响着成形网的支撑性和使用寿命。所用的材料为聚酯单丝和聚酰 胺( 尼龙) 单丝，它们可以增强成形网的使用寿命。 第三部分：从实际生产过程中研究成形网制造工艺与其性能的关系。介 绍了成形网制造工艺流程及各制造要素，并分析了各制造要素对成形网性能 变化的影响。 第四部分：主要对造纸成形网的性能和应用情况进行了研究实验。得出 良好的成形网选型、清洗和正常的维护对于增加成形网的使用效率、减少成 本消耗都有着绝对的好处。成形网在网部获得良好的应用效果，不仅取决于 成形网本身的性能，应用也很关键。 结合造纸生产过程特点和成形网织造方面知识，积极探索成形网在造纸 过程中的性能变化很有意义。将成形网的四大性能之间的关系彻底弄清楚才 是解决国产成形网踏入高速纸机的根本要素。 关键词：成形网，造纸过程，性能，制造工艺，结构设计，使用寿命 i i s t u d yo nt h ei n f l u n c eo ff a b i u cs t r u c t u r e d e s i g na n dm a n u f a c t u r ep r o c e s so nt h e p r o p e r t i eso ff o r m i n gf a b r i c a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，c h i n a sp a p e ri n d u s t r yh a sm a d er a p i dd e v e l o p m e n t n o t o n l yi nal o to fn e wp u l pa n dp a p e rt e c h n o l o g y , a n dp u l pa n dp a p e re q u i p m e n t a r ec o n s t a n t l yu p g r a d i n g f o r m i n gf a b r i c ，a so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ta p p l i a n c e ， i sv e r yc o r r e l a t i v et os h e e tf o r m a t i o ni nf o r m i n gs e c t i o n ，w h i c hd e t e r m i n e st h e p r o p e r t i e so ff i n a lp a p e r a sa ni m p o r t a n td r a i n a g ef o r m i n ge q u i p m e n t ，w em u s t h a v et h ef o l l o w i n gp r o p e r t i e s ：( 1 ) r a p i dd r a i n a g ec a p a c i t y d r a i n a g ep e r f o r m a n c e ； ( 2 ) g o o df i n e sa n df i b e r sr e t e n t i o np e r f o r m a n c e f i b e rs u p p o r t sp r o p e r t i e s ；( 3 ) g o o dd i m e n s i o n a ls t a b i l i t y t r a n s p o r tp r o p e r t i e s ；( 4 ) t h ec o n d i t i o n so fp a p e r m a c h i n ew i t hal o n g e rl i f e n o w , w i t ht h ed e v e l o p m e n to fp a p e ri n d u s t r y , i ti s s t r i c t e rw i t hf o r m i n gf a b r i c t h e r ei sn or e c o r do fd o m e s t i cf o r m i n gf a b r i cu s e d o nm o d e mh i g hs p e e dm a c h i n e i ti sn o to n l yb e c a u s eo fl o w l e v e lr e s e a r c ha n d s e r v i c eo nf o r m i n gf a b r i c ，b u ta l s o l a c k i n gc o o p e r a t i o nw i t hp a p e rm i l l t h e r e f o r e ，r e s e a r c ha n da n a l y s i so np r o p e r t i e sa n da p p l i c a t i o no ff o r m i n gf a b r i c ， t h e o r e t i c a l l ya n dp r a c t i c a l l y , w i l lb et h em o s tu r g e n t t h ea r t i c l em a i n l yi n c l u d e sf o u rp a r t s ： p a r ti ：s t u d yt h ef a b r i c sf u n d a m e n t a l i t yf u n c t i o ni np a p e r m a k i n g f o r m i n g f a b r i c sh a st h r e e p r o p e r t i e s ：f o r m i n g f a b r i c ss h o u l dh a v et h ef a c t i o no f s u p p o r t i n gt h ef i b e r sa n df i n e s d r a i n i n gp l e n t yo fw a t e r , a n da l s ot r a n s p o r t i n g t h es h e e tf r o mh e a d b o xt op r e s s i n gp a r t f o r m i n gf a b r i c sr u n n a b i l i t yh a sf o u r p r o p e r t i e s ：f i b e rs u p p o r t s ，t r a n s p o r t s ，d r a i n a g ea n dl i f ep r o p e t i e s t h e ye f f e c t e a c ho t h e rb e t w e e n f o r m i n gf a b r i c sa n dp a p e r m a k i n g p a r ti i ：缔乃e nw ep r o d u c et h ef o r m i n gf a b r i c w es h o u l dd e s i g nt h ef a b r i c s i nt h e o r e t i c ，o n l yd ot h i sc a nw ep r o d u c et h ef a b r i c s f o r m i n gf a b r i c sd e s i g n r e l a t e st ot h em a c h i n er u n n i n g ，s h e e tf o r m i n ga n dp r o d u c t i o ns e c u r i t y a sa n o p e r a t o r o f p a p e rm a c h i n ec l o t h i n g ，a c c o r d i n gt h ee n v i r o n m e n to ft h e p a p e r m a k i n g ，o n e s h o u l dc o n s i d e rt h r e e p a r a m e t e r st od e s i g nt h ef a b r i c s ： m e s h c o u n t , w e a v i n gm e t h o d s ，d i a m e t e ra n dm a t e r i a l m e s h c o u n tr e s p e c t i v e l y i i i r e p r e s e n t st h en u m b e ro fw e f t sa n dw a r p si nac e r t a i ni n c h w e a v i n gm e t h o d s d e t e r m i n ei n t e r w e a v eo fw a r p sa n dw e f t s m a t e r i a l s o fm o n o f i l a m e n ta r e p o l y e s t e ra n dn y l o nm o n o f i l a m e n t ，b e c a u s ep o l y e s t e r c a l li n c r e a s et h es t a b i l i t yo f f a b r i c s ，w h i l en y l o nc a ni m p r o v et h el i f e p a r ti i i ：w em a i n l ys t u d yt h ef o r m i n gf a b r i c sm a k i n gt e c h n i q u e sa n d p r o p e r t i e si np r a c t i c e s i m p l yi n t r o d u c et h et e c h n i q u e s f l o wa n d e v e r yp a r a m e t e r , a n da l s oa n a l y s i st h ei n f l u e n c eo fp r o d u c t i o np a r a m e t e r sa n df o r m i n gf a b r i c s f u n c t i o n p a r ti v ：t h i sp a r tm a i n l ys t u d i e st h ef o r m i n gf a b r i c s p r o p e r t i e sa n di t s a p p l i c a t i o n si np a p e r m a k i n gc o m p a n ya n de x p e r i m e n t w e l lf o r m i n gf a b r i c s e l e c t i o n ，c l e a n i n ga n dn a t u r a lm a i n t e n a n c ea r eg o o da tu s i n ge f f i c i e n c y a n d d e c r e a s i n gt h e c o s t sc o n s u m e ag o o df o r m i n gf a b r i c s e f f i c i e n c y , n o to n l y d e t e r m i n e db yi t sp r o p e r t i e s ，b u ta l s oe f f e c t e da p p l i c a t i o n i ti sv e r ye s s e n t i a lf o ru st oh a v eas t u d yo nf o r m i n gf a b r i cc h a n g ei n p a p e r - m a k i n gp r o c e s s t h i sp o i n ti s a l s ov e r yi m p o r t a n tf o rf u t u r ed e v e l o p m e n t o fd o m e s t i cf o r m i n gf a b r i c ；i ts h o u l db eg i v e nm o r ea t t e n t i o nb yp a p e rm i l l s i t i s t h eo n l yw a yt oi m p r o v ec o m p e t i t i v es t r e n g t hu n d e rc o o p e r a t i o no ff o r m i n g f a b r i cm a n u f a c t u r e ra n dp a p e rm i l l s ，a n dt h e nb e n e f i te a c h o t h e r k e yw o r d s ：f o r m i n gf a b r i c ，p a p e r m a k i n gp r o c e s s ，p r o p e r t i e s ，m a k i n g t e c h n i q u e s ，s t r u c t u r ed e s i g n ，u s i n g l i f e i v 陕西科技人学硕士学位论文 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： e l 期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学 位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提 供信息服务。 ( 保密论文在 论文作者签名： ) 毯e l 期：二之三= ) 制 成形网的结构与制造对其性能影响的研究 l 绪论 1 1 概述 目前，我国已经成为全球造纸工业生产、消费和进口大国，无论是产量还是消费量 都居世界第二位，造纸工业是与国民经济和社会事业发展关系密切的重要基础原材料产 业之一。随着经济、社会的迅猛发展以及人民生活水平的日益提高，印刷、包装、新闻 出版和各种具有特殊功能的工业对各种纸和纸板的需求量越来越大。近年来中国纸和纸 板的生产量和消费量始终保持快速增长，据中国造纸协会对综合信息资料调查，2 0 0 6 年全国纸及纸板生产企业约有3 5 0 0 家，全国纸及纸板生产量6 5 0 0 万吨，较上年5 6 0 0 万吨增长1 6 0 7 。消费量6 6 0 0 万吨，较上年5 9 3 0 万吨增长1 1 3 0 ，人均年消费量为 5 0 公斤，比上年增长5 公斤。2 0 0 6 年比2 0 0 0 年生产量增长1 1 3 1 1 ，消费量增长8 4 6 1 。 2 0 0 0 2 0 0 6 年，纸及纸板生产量年均增长1 3 4 4 ，消费量年均增长1 0 7 6 ，均高于同期 我国国民经济g d p 年均增长率( 见图1 ) 。 图1 - 12 0 0 0 年至2 0 0 6 年纸及纸板的生产和消费情况 f i g l - 1p r o d u c t i o na n dc o n s u m p t i o no f p a p e ra n db o a r df r o m2 0 0 0t o2 0 0 6i nc h i n a 图1 1 为2 0 0 0 年至2 0 0 6 年纸及纸板的生产和消费情况。在全球，中国是纸和纸板 领域最具活力和潜力的市场。但是，我国在纸和纸板的生产量和消费量保持快速增长的 同时，造纸工业的发展也面临着严峻的问题：造纸新技术的应用开发迟缓，对造纸化学 品依赖度大的纸种严重短缺，与工业发达国家相比，我们在纸的品种和质量方面的差距 很大，国外纸的品种多达2 0 0 0 多种，而国内能生产的纸只有2 0 0 余种。加之我国造纸化 学品企业普遍存在生产规模小、品种单一、销售成本偏高、产品微利等现象，使用对象基 本上是中小型造纸企业及中低档纸种，很难推广应用到大型造纸机上或高档纸上。在我 陕西科技大学硕士学位论文 国加入w t o 后，随着国际贸易的不断深入，国际间竞争越来越激烈，开发成本低，性 能优良，有自主知识产权的造纸化学品，在国际市场占有一席之地是十分紧迫必要的。 1 2 成形网在造纸生产中的重要性 1 2 1 成形网在生产过程中的作用 在造纸生产过程中，成形网是对从流浆箱来的纸浆悬浮液的脱水、成形和将纸幅运 行至后续工段起着重要作用的抄纸工具嗍。浆料在成形网上分布的均匀性、成形滤水状 况，对最终成纸性能起到决定性的作用。 虽然造纸工业是世界上最古老的行业之一，但是造纸工作者还是在不断追求宽幅、 高速生产更高品质纸张的方法。很多因素制约造纸工作者提高产品质量，但是最关键的 还是造纸织物。改进造纸织物和提高纸机效率两者密不可分，通过纸机各部分的检查， 能够很具体地揭示纸机和织物之间的相互关系。造纸织物的发展，给成形部带来的益处 要比其他部分更多1 7 j 。b e l o i t 公司压榨部经理l a n g , 声称：“从铜网到聚酯网是造纸织 物供应商引导纸机生产者一个典型的例子”。造纸织物对纸页成形过程是非常重要的，早 期的成形网比现在的成形网具有更高的延伸率，难以保持一个恒定的张力。因此，早期 的成形网如果用在现代车速达到1 9 0 0 m r a i n 的纸机上是非常困难的。而将来在车速 2 0 0 0 t r d m i n 以上的纸机上，那就需要更高性能的成形网聊。因此，造纸成形网不仅在成 纸过程中发挥极为重要的作用，而且是造纸技术不断发展的前提条件。 1 2 0 经济角度考虑 造纸织物对造纸生产过程有着极为重要的影响，是贵重的脱水器材。通过正确地选 择造纸织物，造纸生产者可以对生产成本进行有效的控制。无论是从大的方面还是从小 的方面来说，作为造纸织物组成部分的成形网、压榨毛毯和干同，都能促进其他方面的 成本降到最低，包括最近造纸工业的热门话胚能耗。 固1 - 2 纸机各郜脱水的相时成本 f i g l - 2r e l a t i v ec o s to fw a t e rr o m o v a l 2 成形网的结构与制造对其性能影响的研究 图1 2 显示成形部、压榨部和干燥部脱水量以及各部分吨水脱除费用比较。可以看 出，成形部脱除纸页中大部分的水分，就脱水成本而言，成形部和压榨部要远远低于干 燥部。因此，成形网和压榨毛毯的脱水性能，以及通过两者设计选型确定各部分脱水量， 对降低吨水脱水成本，具有重要的意义。 1 3 国内外成形网的研究现状 1 3 1 国内成形网现状 我国造纸成形网行业的现状：与目前的世界先进水平相比，我国造纸成形网的质量 还存在较大差距，水平不高，设备简陋，原材料档次低，工艺技术落后，大多数是小规 模低水平的重复c 9 】。由于资金的缺乏和体制上的原因，整个行业都处在一个低水平的状 态，与造纸技术的发展相比，成形网技术的差距越来越大。同时，成形网制造所需的人 才的匮乏，造纸厂使用国产成形网的迟疑，也加大了成形网企业发展的难度。其主要原 因表现在两个方面： ( 1 ) 低水平的竞争，影响了行业的技术发展速度。我国目前造纸网的生产能力远远 大于实际消耗量，但主要产品为中低档网，一方面大型纸机需要的高档网大量依赖进口， 另一方面中低网供过于求，形成了在价格上的持续走低，使得国内成形网厂的利润越来 越少，造成在资金上无力进行大规模、高层次的技术改造与产品开发，阻碍了成形网行 业的技术发展速度【1 0 】。 ( 2 ) 与造纸技术的发展相比，成形网的技术差距越来越大。改革开放以来，我国实 行引进外资与国外先进设备的政策，大量先进造纸机在中国落户。当代先进的造纸技术 大大地改善了我国造纸工业的面貌，反观我国造纸成形网的技术发展就明显落后了。因 资金的匮乏和体制上的原因，使得国内造纸成形网厂没能引进国外先进设备和技术，从 而制造出适应现代纸机生产要求的高性能造纸成形网。同时，造纸成形网所需要的复合 型人才的匮乏和造纸厂使用国产新成形网的迟疑，也加大了我国造纸网业发展的难度。 根据中国海关总署信息资料统计中心提供的资料，2 0 0 3 年全国进口造纸成形网数量 为1 1 3 9 0 0 5 t ，进口用外汇5 7 8 1 2 2 8 7 万美元，与上年相比分别增加了2 7 和4 7 。 随 着我国造纸工业的飞速发展和技术水平的不断提高，近几年进口网毯数量逐年大幅度上 升。2 0 0 3 年进口造纸用网外汇额度已经是1 9 9 8 年的7 6 倍。1 9 9 8 - - 2 0 0 3 年6 年合计进 口用外汇已高达1 6 4 2 亿美元 7 1 。 目前在1 0 0 0 m m i n 以上车速的纸机上，所用的造纸成形网基本上依赖进口，国产造 纸网所占的份额基本为零，而这个速度对现有纸机技术来说，还不算高速。国内已有多 台超过1 8 0 0 m m i n 大型高速纸机，造纸成形网全部依赖进口。国产造纸成形网如何不断 地提高质量，进入高速纸机的市场，是一个迫切的课题。 进口不仅给企业带来了产品成本的增加，而且它还给企业带来了一些不稳定因素。 3 陕两科技大学硕士学位论文 例如一旦国际局势变动，国际经济合作环境恶化，供货商停止供货，我们的生产就会因 此停滞。这就使得我们国内企业的产业安全得不到保障。同时在产品的使用和维护上， 我们也不可能做得很好。 1 3 2 国外造纸成形网的研究状况 国外对成形网的研究很成熟，他们不仅能设计出具有脱水性好、细小纤维和填料留 着率高的，同时还可以改善成纸表面性能和提高耐磨性的多层、多综系列的合成纤维网， 而且他们还有针对性地为不同企业的不同生产线设计和选用合理的造纸成形网。如福伊 特织物针对文化纸机、纸板以及包装用纸纸机成形部的特点，分别创新设计了不同的成 形网。最近这些创新设计的纸机成形网在北美和欧洲市场上已得到成功应用。应用后纸 厂生产效率提高，生产成本降低。 当前的包装用纸纸机倾向于在更高的车速下生产较低定量的纸种。回收纤维的使用 使得纤维长度降低、系统中细小纤维和填料数量增加。未来的纸机要求成形网在纤维留 着、脱水能力以及耐磨性等方面具有较好的性能。为了解决这些问题，v o i t h 公司研发 了m u l t i f o r mv 系列产品( 包括开发的高速新型夹网纸机) ，这种新型设计可以对成形 网磨损面线径进行多样选择，而不影响其脱水性 7 1 。此外，福伊特织物还利用位于德国 海德海姆市的v o i t h 造纸的4 群实验纸机对新的研发产品进行测试，以适应当今纸机的 性能要求，同时也为未来车速超过2 0 0 0 m m i n 的新纸机成形网要求做准备( 福伊特织物 目前正在v p m 4 纸机上进行第一条新一代成形网的运行测试实验) 。 除此之外，国内与国外造纸网企业在技术服务方面也存在很大的差距，在经济高度 发展的今天，当一个市场内的各生产厂家之间的技术差距不是很大时，产品的服务就成 为生产者争夺市场的法宝，造纸网行业也不例外。随着纸厂规模化的发展，纸机逐步向 着现代化宽幅高速纸机更新，中低速纸机将大量被淘汰t 1 。这就使主要占领窄幅中低速 纸机用网市场的国内企业雪上加霜，分享的行业蛋糕越来越小了。 国外专业成形网制造商如a l b a n y 、v o i t h 等公司，都根据不同纸种生产需要，将其 产品分成几个系列，每个系列的产品，都有一套完善的织造工艺体系。 1 3 3 高端成形网国产化的迫切性 大宽幅、高车速、高线压、复合压榨成为技术发展主流。随着国内对进口纸机设备 的消化吸收以及国家环保和国家造纸业政策的出台，目前国内造纸机都在向大型、高速、 高线压方向发展，这一趋势的发展使得纸机对专用脱水器材在功能上提出了更高的要求。 当前造纸成形网生产实践还处于不断摸索的阶段，缺乏理论上系统的指导，以至于企业 产品质量不高。 这些大型造纸骨干机台由于网面宽、车速高，对造纸成形网提出了更高的要求，它 要求成形网滤水性好、耐磨性强、使用寿命长等多项技术经济指标。从造纸生产企业的 4 成形网的结构与制造对其性能影响的研究 角度考虑，为在激烈竞争中立于不败之地，必然要求提高产品的品质，同时还要考虑到 投入成本。造纸成形网因其价格较昂贵，是造纸企业的贵重器材，国产成形网一旦在性 能上达到现代化生产的要求，价格上肯定会有优势。显然，作为纸机贵重消耗品的成形 网，在造纸生产的成本中占有相当的比例。实现高端成形网的国产化，可以改变由于进 口成形网的高价位对造纸企业经济效益的影响，提高其市场竞争力。因此，造纸企业迫 切希望尽快实现高速纸机成形网的国产化。 1 4 研究目的和意义 国内成形网技术和国外相比还落后很多。目前，国内对成形网的研究处在一个很低 的水平，由于成形网涉及的领域比较广，国内成形网生产技术的发展仅仅是靠成形网工 作者实际经验的积累，在理论上，国内还没有研究机构或个人专门从造纸角度出发，结 合成形网的结构和性能来研究。而根据国内成形网厂反映的情况，成形网的生产技术更 为落后，在理论上的研究更为缺乏，因此，生产出适合现代化纸机要求的成形网，显得 更为困难。 目前在1 0 0 0 m m i n 以上车速的纸机上，所用的造纸成形网基本上依赖进口，作为造 纸生产过程必不可少的贵重器材，在高速纸机上，造纸成形网完全依赖进口，在这领域 无论是先进的技术，还是尖端的人才，都掌握在国外制造商手里，而国内的企业在这方 面远远落后于国外，对造纸成形网业及造纸业的发展是极为不利的；同时，从国民经济 发展或造纸行业发展的战略角度看，缺乏尖端的人才和技术，对我国在这一领域的发展 构成一个潜在的隐患。从造纸生产企业的角度考虑，为在激烈竞争立于不败之地，必然 要求提高产品的品质，同时还要考虑到投入成本，造纸网因其价格较昂贵，纸张生产成 本中一般5 1 0 ，是造纸企业的贵重器材。而国产网一旦在性能上达到现代化生产的 要求，价格上肯定会有优势，所以造纸企业本质上有使用国产网的需要。从中国造纸的 长远发展来看，适合现代化生产的造纸网不仅仅是迫切需要，更是一种必然要求。通过 剖析现代化高速纸机运行条件，造纸生产过程中各种因素对成形p 的要求，从现代化造 纸实际生产需要来研究成形网的性能。 本课题主要意义是：作为一个造纸工作者通过纸厂的实际生产，总结出成形网的性 能要求，得出滤水性能、支撑性能、传递性能和使用寿命是成形网在湿部“生存 的根 本。论文还从纺织学的一些知识来确定成形网的工艺，并通过在成形网厂的实习得出它 的生产工艺与其性能形成的关系。然后通过到纸厂的技术服务来查出成形网的一些设计、 生产不足，为提供更好的纸机需求服务。 1 5 研究内容 l - 5 1 成形网在制浆造纸过程中的性能体现 成形网是造纸湿部中一个很贵重的脱水器材，它是纸页成形的基础，而造纸湿部是 5 陕两科技大学硕士学位论文 一个复杂的物理化学过程，如何能够认识成形网在湿部起的作用是很重要的问题。根据 纸页和网下白水的情况，成形网必须具备滤水性、支撑性、传递性和使用寿命这四种性 能才能在复杂的湿部起到它应有的作用一脱水成形。 1 5 2 成形网的结构与性能的关系 影响成形网性能的因素是成形网的结构，成形网的结构包括经纬密、编织方法、线 材类型和线径三种，它们对成形网的四大性能起着决定性作用。本论文主要是研究这三 个参数如何影响成形网的性能，以及它们之间的关系，进而确定合适的结构和适用其性 能要求。 1 5 3 成形网的生产对其性能的影响 成形网的生产是一个纺织过程，这个过程是成形网性能确定的最主要因素，论文主 要从成形网的生产工艺流程来解释各个工序对其性能的影响，进而选出良好的工艺标准 加以检测管理，真正使成形网达到生产的实用化。 1 5 4 成形网的应用 成形网的应用则是从它的选型、糊网清洗以及使用寿命来分析，进而确定最好的抄 造范围、更好的工艺参数和更加完美的寿命预测。 6 成形网的结构与制造对其性能影响的研究 2 成形网在制浆造纸中性能的体现 成形网是纸页成形过程中一个重要的器材。它具有支撑纤维、细料和填料的功能， 在短时间内脱出大量的水分，同时在流浆箱到压榨部之间起到传输作用。成形网的性能， 主要从滤水性、支撑性、传递性和使用寿命四个参数来考虑m ，。 图2 - 1 细纱线改变成形网时性能 f i 9 2 1f i n e r y a r n s m o d i f i e d t h e 毋2 - 2 扭纱线改变戚形网的性能 f i g 2 - 2 i n c r e a s e d y a m m o d i f i e d t h e p r o f e r t l e s o f f o r m i n g f a b r i cp r o p e r t i e s o f f o r m i n g f s b f i c 由图2 - i 和图2 2 可知，成形网的性能参数主要有滤水性、支撑性、传递性和使用 寿命，而影响它们的因素是经纬密、编织网纹、线材以及线径( 箭头面积代表各自的大 小) 。由上图明显得知当增加滤水性和支撑性时，传递性增加很小，相对而言，传递性 就是成形网的一个瓶颈，不能同时增加成形网的所有性能。成形网的各种特性在造纸中 是相互影响的，不可能单独为增加其中某一性能而使成形阿的所有性能都增加，反而会 减小其它两性功能，这样对于造纸过程是很危险的。 成形网的四太性能参数：滤水性、支撑性、传递性和使用寿命是相互联系的。为了 降低它们之间的相互抵消制造商利用设计参数来满足纸张等缴和纸机的要求。规定这 些工具和应用的讨论可以使四大性能更好的结合。和造纸界的大多数概念一样，成形网 设计的优化和应用是各种性能的折中结果。 从流浆箱出来的浆料，在短时间内，网部要脱去大部分的水分，其动态过程非常复 杂，对纸幅最终成纸性起着决定性的作用。由于脱水过程的复杂性，目前还 没有一种特 别精确的方法来确定成形网的滤水性，只能通过多个参数来评估，在成形网加工过程中， 结构设计是决定滤水性最主要的因素。 2 1 滤水性 成形网的主要作用是脱水成形，一个好的成形设备不仅对造纸机械，对抄纸也是一 个很好的应用。现代高速纸机要求在最短时间内脱除大罱的水而形成更好的纸幅，这是 陕西科技大学硕士学位论文 一个矛盾统体。要脱除大量的水就需要较小的经纬密，但这又会影响成纸的性能，因 为太小的经纬密会造成大量细小纤维和填料的流失，造成严重的纸幅两面差。达不到成 形的目的。 成形网的滤水特性会影响纸机运行性能和最终的成纸性能】。透气度可得出成形网 的滤水能力，透气度的增加对成纸的抗张强度，耐破度和纸张撕裂度都有显著影响。随 着透气度的增加，滤水性也增加，使得滤水速度加快，从而可以缩短纤维絮凝时间。纤 维交联越多，形成的纸张强度就越太”a a 在一台纸机上，滤水能力也会被纤维和网的界面所影响。一旦最初的纤维垫( 交联 体) 在成形网上沉积下来，则纤维垫便由于阻塞滤水孔而降低滤水能力。起初存留的纤 维可以看作成形网的一部分，并且帮助截留随后而来的纤维，细小纤维和填料的留着提 高。然而随着滤水速度的增加，堵塞效应也增加，因此滤水性降低，纸张强度也降低q 。 这与圉2 3 所显示的效果相似。滤水应该通过选用恰当的成形网设计来控制。例如多层 成形网，既可以保证好的滤水，同时又可以保持和增加纤维留着。 从流浆箱出来的浆料。含有大约9 9 的水分和1 的纤维，在很短的时间内，网部 要脱去8 0 左右的水分，由此可见滤水性对纸幅成形的重要性。对于单层网而言，主要 是垂直脱水，因此丌孔面积大小决定了滤水能力：而多层网，因其内部结构比较复杂， 脱水方式也发生了改变，脱水方向通常与垂直方向成一定夹角关系m 。内部空隙体积形 成了一个脱水通道，决定脱水能力的太小，同时，该通道大小均匀性决定了脱水的连贯 性。空隙分布不均匀，不但不利于脱水，还会影响到成纸性。 成形网要求在很短时间内脱除大量的水。成形网简单的编织结构允许自由脱水、最 大脱水( 如图23 ) 。这种结构代表简单的一上下织物，像纱窗一样。在每个方向每英 寸上只有2 0 根直径为01 2 m m 的单丝。但是达到最大滤水性时，这种结构并不能满足支 撑性和传递性。 ：翌：工 图2 - 3 最太落水性 f i g2 - 3 m a x d r a i n a g e 对于单层网而言， 图2 4 成彤珥内部空隙体积分布 f i g 2 - 4 v o i d v o l u r c t d i s t r i b u t i n g o f f o r m i n g f a b r i c 主要是垂直脱水，因此面层开孔数量以及单个孔的面积大小，即 成形网的结构与制造对其性能影响的研究 开孑l 总面积大小决定了滤水能力；脱水指数和c f m 能很好的反映单层网的滤水性。而 多层网因为有中间层和底层，对c f m 有很大的影响，但却不一定影响到脱水性，因此 c f m 和脱水指数并不能k 很z 好的反映多层网的滤水性 i s l 。经验证明，对多层网而言，开孔 面积百分率能更好地反映成形网的脱水能力，当然，最直接反映多层网脱水能力的是空 隙体积及分布【1 9 1 。 多层网因其内部结构比较复杂，脱水方式也发生了改变，脱水方向通常与垂直方向 成一定夹角关系。成形网的脱水能力取决于空隙体积百分比和各滤水通道内空隙体积的 分布状况。对于成形网设计理想的结果是使瓶颈靠近面层，瓶颈越靠近面层，越有利于 纸幅水分快速经过瓶颈形成负压抽吸更有利于脱水的连贯性，以控制滤水和增加纤维留 着。图2 4 所示，一种两层半网的瓶颈距离面层0 3 0 0 m m 处，具有3 5 的空隙体积。 双层网同单层网相比较，它的脱水能力强，但速率低，主要是因为初始脱水慢。由 于双层网具有两个纬线系统，内部结构比单层网复杂，不利于纸页成形脱水的初期案板 等脱水元件机械作用脱水和垂直重力脱水。但后期在真空抽吸的作用下，水分沿着网子 内部各个滤水通道快速连续脱水。 2 1 1 成形网的空隙对其滤水性的影响 成形网的种类繁多，但是大致可以分为三种：单层网、双层网、三层网。这些编织 方法产生的空隙也自然不同。在成形网面层平织( 纺织上称为“一上一下 结构) 比较 平整的情况下，面层的成纸性大致相当；但是底层相差就比较大，脱水速度很快的成形 网一般成纸性都不是很好，因为在高速脱水时会产生冲击力，使得很多设计参数发生变 化，进而改变了抄造工艺，形成差别。单层网的空隙可以用“开孔率”来表示( 开孔率 是成形网单位面积上的空隙所占的比例) 。由于它是单层，因此很容易脱水，一般抄造质 量较低的纸种，或者用来抄造纸板。而多层成形网则不能用开孔率来表示，因为是多层， 它不能真实的反映成形网的开孔面积，所以用“自由空间量 来表示( 自由空间量是单 位体积下真空所占的比例) 。 2 1 1 1 成形网的中心面结构 成形网的中心面阻力c p r ( c e n t e rp l a n er e s i s t a n c e ，指成形网聚酯面对渗透液体的阻 留效应) 将影响到纸页的脱水成形效果【2 0 1 。c r p 的大小直接决定了成纸性能，中心面的 空隙大小对脱水阻力起决定性作用，而它的结构是根据织造的原理来确定的。 9 跌西科技大学硕士学位论文 图2 - 5 成形网的横切面 f i 9 2 - 5c r o s ss e c t i o n so f f o r m i n g f a b r i c s 图2 - 5 显示：单层网的中心面很开阔，随着纱线穿过一个方向时面层占统治地位， 而纱线通过相反方向时则底层占统治地位，中日j 是有纱线在面层和底层交替编织组成： 在双层网的面层和底层仍然有一相同的区域，但是在中间有纱线在这一区域穿过并延伸： 另一方而，三层网有单独的面层和底层织物它们是通过中间连接线或内在经纬线编织 在一起。由此介于两个独立织物面中间的中心剖面是很开阔的；最后，w i s s ( r 盯d i n t e g r a t e ds h e e ts u p p o r t ) 全部使用经线来形成面层的平整和底层的编织结构。如果中心 面的长浮丝堵塞这一区域，将会限制脱水。这一区域被称为“中间脱水面积”。中间脱水 面积可以被计算出也可以像任何成形网的面层或底层一样被认为是开孔面积的脱水面 积。计算结果见表2 1 ： 表2 - l 各种类型成形同的脱水面积率( ) t a b2id m i ”g e u p l a n e s w i t h i ne a c h t y p e o f f o m n n g f a b r i c 在平面内各成形网结构的脱水面积计算( 表2 1 ) 显示单层网有两个控制孔( 所谓 控制孔，就是能够控制脱水速率的空隙) ，一个在面层，一个在底层，而且它们可以有相 当大的变化空自j ；双层网的结构中有一个控制孔，在中心面；三层网包括最新的s s b ( s h e e t s u p p o r t b i n d e r ) 和b t l ( w a r p b o u n d t r i p l e l a y e r ) 在面层有一个控制孔，在 底层也有一个控制孔，然而，在两个独立层中问的面积是很开阔的。另方面，w 1 s s 霭 成形网的结构与制造对其性能影响的研究 三层网只有在中间有一浅的控制孔，而且可以通过设计来满足单机的需求。 2 1 1 2 各种成形网的脱水面积 通过对国产和进口成形网的分析，以上各种成形网的脱水面积见下( 图2 - 6 到2 9 ) 。 本论文主要是通过平均计算脱水面积与单层网、末端加强双层网、典型三层网和w i s s 三层面网的厚度之间的函数关系。图2 6 则是简单叙述了各种成形网的最小脱水区域水 孔的大小以及所占的比重。 图2 - 6 单层成形网实例一开孔面积与厚度的函数关系 。， f i g 2 6s i n g l el a y e rf o r m i n gf a b r i ce x a m p l e i l l u s t r a t i o no f o p e na r e aa saf u n c t i o no fc a l l i p e r 图2 6 是国产某成形网厂的厚度为0 4 5 r a m 的单层网，而且末端的开孔率是l o o 情 况下脱水面积的实例。由图可以明显得知单层网面层中心的开孔率是3 4 6 ，而底层中 间的为3 6 5 。因此控制该网脱水速率的是网的底面，相比下面的几种网，单层网的脱 水速率较快，不利于高质量的纸页成形。 图2 7 末端加强双层网实例一开孔面积与厚度的函数关系 f i g 2 - 7e x t r as u p p o r td o u b l el a y e rf o r m i n gf a b r i ce x a m p l e i l l u s t r a t i o no f o p e na r e a a saf u n c t i o no f c a l l i p e r 图2 7 是国产某成形网厂的厚度为0 7 4 r a m 的末端双层网的面层和底层的开孔率是 陕西科技大学硕士学位论文 1 0 0 情况下脱水面积的实例。双层网面层中心的开孔率是4 4 8 ，而底层中间的为 3 4 4 。这种网的结构有大量的经线穿梭于上下两层中间。计算中心剖面的脱水面积显 示，2 6 4 的脱水面积的控s u c l 是控制纸页脱水速率的主要因素，相比单层网有明显下 降，但是，这对于抄造良好的纸种是必须的，而且它占据国产成形网使用的5 0 以上。 图2 - 8s s b 三层网实例一开孔面积与厚度