胶黏剂对硅酸铝纤维纸的影响研究

表1 毕业论文封面 浙浙 江江 科科 技技 学学 院院 本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 20122012 届届 题题 目目 胶黏剂对硅酸铝纤维纸的影响研究胶黏剂对硅酸铝纤维纸的影响研究 学学 院院 轻工学院轻工学院 专专 业业 轻化工程轻化工程 班班 级级 083083 学学 号号 108142089108142089 学生姓名学生姓名 聂求实聂求实 指导教师指导教师 胡志军胡志军 完成日期完成日期 2012012 2年年5 5月月0707日日 浙江科技学院毕业设计 论文 学位论文 版权使用授权书 本人 聂求实 学号 108142089 声明所呈交的毕业设计 论文 学 位论文 胶黏剂对硅酸铝纸张强度的影响研究 是在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果 与我一同工作的人员对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 本毕业设计 论文 学位论文作者愿意遵守浙江科技学院浙江科技学院 关于保留 使用学位论文的管理办法及规定 允许毕业设计 论文 学位论文被查阅 本 人授权 浙江科技学院浙江科技学院 可以将毕业设计 论文 学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库在校园网内传播 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编毕业设计 论文 学位论文 保密的学位论文在解密后适用本授权书 论文作者签名 导师签名 签字日期 年 月 日 签字日期 年 月 日 胶黏剂对硅酸铝纸张强度的影响研究 学生姓名 聂求实 指导教师 胡志军 浙江科技学院轻工学院 摘要 摘要 本论文主要研究不同胶黏剂及其复配对硅酸铝纤维纸张强度的 影响 目前 硅酸铝纤维毡和硅酸铝纤维板应用广泛 硅酸铝纤维纸 张的研究比较落后 硅酸铝纤维表面光滑 纤维之间不能产生氢键 故成纸强度成为一大问题 针对这一问题 采用不同胶黏剂及其复配 对硅酸铝纤维纸进行湿法抄造 研究不同配方对成纸强度影响 实验 的结果显示 PVA最佳添加量为25 CMC用量从5 30 其抗张指 数不断上升 CMC的增强效果优于PVA 用CMC作为基准试剂 得出CMC 与阳离子淀粉最佳配比为l 1 CMC和PVA最佳配比为8 2 选用四硼 酸钠作为改性剂对水玻璃进行改性 改性最佳用量为2 本次实验为 湿法抄造硅酸铝纤维纸提供了基础数据 关键词关键词 硅酸铝纤维 隔热材料 胶黏剂 物理强度 I Influence of the adhesive on the the aluminosilicate paper strength Student s name Nie Qiushi Advisor Hu Zhijun School of Light Industry Zhejiang University of Science and Technology Abstract This paper research the different adhesive complex for aluminum silicate fiber paper strength At present the aluminum silicate fiber felt and aluminosilicate fiberboard have wide range of applications and the research of aluminum silicate fiber paper is poor Aluminum fiber can not produce the hydrogen bonding between the fibers which leads to poor paper strength To solve this problem aluminum silicate fiber paper use different adhesive complex for wet papermaking to research with different recipe on paper strength Experimental results show that PVA best dosage of 25 CMC amount of from 5 30 the tensile index rising and CMC s enhanced effect is better than PVA CMC used as a reference reagent obtained the best ratio of CMC and cationic starch is1 1 the best ratio of the CMC and PVA is 8 2 sodium silicate modificated with Sodium tetraborate study showed that the optimum amount of sodium tetraborate is 2 This experiment provided the basic data for wet papermaking aluminum silicate fiber paper Keywords Aluminum silicate fiber insulation materials adhesive physical strength II II 目 录 中文摘要 I 英文摘要 II 目录 III 1 1 绪论绪论 1 1 1 国内外隔热材料发展现状及趋势 1 1 1 1 隔热材料的分类 1 1 1 2隔热材料的发展趋势 1 1 2硅酸铝纤维简介 2 1 2 1硅酸铝纤维的分类及制作工艺 2 1 2 2硅酸铝纤维制品的特性及应用 3 1 2 3硅酸铝纤维纸的发展现状以及前景 4 1 3 胶黏剂发展现状 5 1 3 1胶黏剂的分类及作用原理 6 1 3 2本次实验使用胶黏剂简介 7 1 4本课题的提出 9 2 2实验部分实验部分 10 2 2 1 1实验原料以及实验器材实验原料以及实验器材 10 2 1 1实验原料 10 2 1 2实验器材 10 2 1 3药品配制 10 2 2硅酸铝纤维纸的抄造 11 2 2 1硅酸铝纤维预处理 11 2 2 2抄造部分 12 2 3纸张物理性能的测定 12 3 3 实验结果与分析实验结果与分析 13 IV III 3 3 1 1硅酸铝纤维的长度和直径硅酸铝纤维的长度和直径 13 3 1 1实验仪器 13 3 1 2纤维长度 宽度的测量 13 3 1 3结果计算 13 3 3 2 2胶黏剂胶黏剂对成纸抗张强度影响对成纸抗张强度影响 15 3 2 1PVA以及 CMC对纸张物理性能的影响 15 3 2 2有机胶黏剂复配增强效果 16 3 2 3水玻璃增强效果 18 3 2 4硼砂改性水玻璃增强效果 19 3 33 3胶黏剂对纸张透气度影响胶黏剂对纸张透气度影响 19 4 4总结与展望总结与展望 23 4 14 1实验结果总结实验结果总结 23 4 24 2本次实验不足及问题本次实验不足及问题 23 致 谢 24 参考文献 25 IV 浙江科技学院本科毕业设计 论文 1 1 1 绪论绪论 1 1 国内外隔热材料发展现状及趋势 十二五 规划中提倡各领域节能减排 隔热材料的使用能够减少热 量的损失 节约能源 所以其的应用必将更加广泛 使用的领域也必将更 加开阔 隔热材料是指在平均温度等于或小于623K时导热率小于 0 14W m K 的材料 通常具有轻质 多孔 导热系数小的特点 1 如今 隔热材料在航空航天 能源 化工和冶金等众多工业领域已被广泛应 用 对我国的经济发展发挥了不可替代的作用 介于 传统 隔热材料 高 温强度 与隔热性能 不能兼顾 因此兼有优良隔热性能和高温强度功能的 隔热材料 成为新的研究热点 1 1 1 隔热材料的分类 隔热材料按材质分类可分为 无机隔热材料 如碳酸钙 石棉等 主 要用于热力设备和管道的保温 有机隔热材料 如软木 聚苯乙烯泡沫塑 料 聚氨酯泡沫塑料等 主要用于保冷 以及金属隔热材料 隔热材料按形态分类可分为 多孔绝热材料 如泡沫塑料 泡沫玻璃 轻质耐火材料等 纤维状隔热材料 主要由一些低导热率的有机纤维 无 机纤维 金属纤维构成的 粉末状隔热材料 如膨胀珍珠岩及其制品 主 要用于建筑及热工设备 层状隔热材料 如今运用最广泛的为纤维状隔热 材料 1 1 2隔热材料的发展趋势 近些年 隔热材料朝着憎水性保温隔热材料 纳米孔保温隔热材 料 复合保温隔热材料发展 憎水性隔热材料 其特点为憎水 吸水率对于隔热材料的隔热效果有 着至关重要的影响 隔热材料吸水后会极大影响其隔热效能 并且不利于 浙江科技学院本科毕业设计 论文 2 被隔热物体的保护 如今憎水性隔热材料研究方向是利用有机硅化物与无 机硅酸盐材料之间较强的化学亲和力来有效改变硅酸盐材料的表面性能 可使之达到憎水效果 该方法具有稳定性好 成本低 施加工艺简单等特 点 2 纳米孔隔热材料 将固体间空隙限定到纳米数量级 可有效的控制气 体对流 从而达到良好的隔热效果 复合隔热材料 由于如今国内外大环境的需要 考虑到部分传统隔热 材料不利于环境可持续发展 如聚乙烯泡沫不能自然降解 所以复合型隔 热材料就成为隔热材料的时代坐标 随着时代的发展 人们环保意识提升 环境友好型的复合型隔热材料必定会成为研究重点 1 2硅酸铝纤维简介 硅酸铝纤维是一种轻质的纤维状耐火材料 具有重量轻 导热率低 比热容小 耐高温 热稳定性好以及耐机械震动等优点 3 这类纤维还 具有高温抗氧化性能 高温强度高 抗高温蠕变等优点 故硅酸铝纤 维作为隔热和耐火材料被广泛的使用 美国 日本等发达国家自上世纪 四五十年代开始研究硅酸铝纤维 迄今已经达到相当高的水平 但国 内对于硅酸铝纤维制品的研究起步较晚 还处于相对落后的地步 1 2 1硅酸铝纤维的分类及制作工艺 表1 1硅酸铝纤维分类和组成 质量分数 类号 1 2 3 4 5 6 分级温度 1200 1260 1400 1400 1550 1600 SiO2 53 9 53 45 55 15 5 Al2O3 43 4 47 55 41 85 95 Cr2O3 4 TiO2 1 7 浙江科技学院本科毕业设计 论文 3 Fe2O3 0 8 K2O NaO2 0 2 含量 莫来石 65 65 75 57 54 18 方石英 35 35 25 43 氧化铝 46 82 结构 非晶 非晶 非晶 非晶 多晶 多晶 根据硅酸铝纤维种类不同 硅酸铝纤维化学组成以及矿物组成如表1 1 所示 表 1 1中1 4类为硅酸铝纤维 其种类为普通硅酸铝纤维 高纯硅酸 铝纤维 高纯含铝硅酸铝纤维和高纯含锆硅酸铝纤维 硅酸铝纤维主要是由高岭土 石英砂 耐火粘土等与氧化铝混合而成 制备硅酸铝纤维时 先将原料放入电炉内 在大约2000 的温度下原 料熔化 熔体在离心力的作用下或在连续气流作用下喷出并冷却 高粘度 的Al2O3 SiO2在离心力 强烈的空气流或蒸汽流的带动下 可被吹成细丝 并在强烈的冷却作用下凝固成直径1 m 10 m 长 5cm 25cm的纤维 从而制得硅酸铝纤维 4 由于硅酸铝原材料以及工艺因素 硅酸铝纤维在 制作过程中会有球渣出现 在制备硅酸铝纤维制品时应充分注意除渣 以 免影响隔热效果 1 2 2硅酸铝纤维制品的特性及应用 硅酸铝纤维体积密度小 所以隔热性能好 在经过预处理后 通过不 同的工艺手段可制成多种硅酸铝纤维制品 如硅酸铝纤维毡 纤维板 纤 维绳 纤维纸等 并且在各领域都有广泛的应用 根据不同的制作工艺 硅酸铝纤维制品可分为加胶和不加胶两种 1 不加胶硅酸铝纤维制品 通常利用刺针在上下运动的两层硅酸铝 纤维板之间穿过 从而将两层纤维板联接在一起 利用摩擦力使之结合在 一起 用这种方法可以制成不同厚度 不同体积密度和规格的纤维制品 浙江科技学院本科毕业设计 论文 4 2 加胶硅酸铝纤维制品 我们通常遇见的大部分硅酸铝纤维制品都 为加胶类型 通过加入胶黏剂可有效提升纤维制品的强度 但其隔热效果 受胶黏剂类型 性质以及纤维制品制作工艺影响较大 现今加胶硅酸铝纤 维制品通常采用抽真空法成型 其具体工艺步骤如下 将原纤维用有机或 无机胶粘剂混合加水调成浆状 将钉板模或所需形状的模子浸入浆料中 通过真空使纤维吸附在模子 制成的纤维板或型材厚度可以由真空持续的 时间长短来控制 制成后还可以进行穿孔 剪裁等再加工 5 硅酸铝耐火纤维作为高温绝热材料和耐火材料已经有很长的历史了 并且用于生活中的各个领域 传统硅酸铝纤维制品多用于工业窑炉内衬 如今这种材料又作为隔热材料被用来制备新的薄层陶瓷纤维复合材料绝热 层 并在航空航天领域获得了广泛的应用 未来硅酸铝纤维的前进方向 一定是作为基料 朝复合型材料方向发展 1 2 3硅酸铝纤维纸的发展现状以及前景 硅酸铝纤维纸是由硅酸铝纤维作为原料 使用纸张制作工艺而形成的 薄片型纤维制品 具有较好的耐高温性能和优良的隔热性能 可用作高温 绝缘材料 高温气体过滤材料 高温缓冲材料 还可用作金属熔液流槽的 内衬材料 6 应用前景广泛 由于硅酸铝纤维的特殊性 其纤维纸张成纸有一定难度 硅酸铝纤维 属无机纤维 其表面光滑 图1 1 且不能进行传统打浆作业 其便 面不能形成细纤维化 故纤维间不能形成氢键 对于纸张强度有很大影响 又因为硅酸铝纤维纸是薄片制品 其制作方法只能采用加胶的方式 所以 硅酸铝纤维纸成纸关键在于胶黏剂的选择和添加 在本次论文中 我会详 细针对这一问题进行深入探讨研究 浙江科技学院本科毕业设计 论文 5 1 3 胶黏剂发展现状 胶黏剂是通过表面黏附作用使材料结合在一起的物质 胶粘剂粘结力 的形成主要包括粘合材料的表面润湿 胶粘剂分子向材料内部的迁移 扩 散和渗透几个过程 通过粘合剂和被粘合材料的机械和物理化学作用使基 材粘合在一起 7 一般来说 用于硅酸铝纤维制品的胶黏剂多为耐温胶黏 剂 通过胶黏剂的复配改性来达到耐温目的 关于耐高温胶黏剂的定 义 国内外至今尚无统一看法 一般认为凡属下列情况者可视为耐高温胶 黏剂 1 在121 175 下长期使用 累计 l一5a 或者在 204 232 下累计使用 20000 40000h 2 在260 371 oC下累计使用 200 1000h 3 在371 427 下累计使用 24 200h 4 在 538 8160C下使用 2 lOmin 耐高温有机胶黏剂的主要品种有环氧树 脂 酚醛树脂 聚氨酯 聚酰亚胺 有机硅和氰酸酯等研究和开发兼具无 图1 1 硅酸铝纤维细微结构 浙江科技学院本科毕业设计 论文 6 机胶黏剂和有机胶黏剂优点的复合型胶黏剂是提高胶黏剂耐温性能的有 效方法 8 根据用途不同也可使用常温胶黏剂 本次试验主要研究硅酸铝纤维纸 张在常温下的物理强度以及透气度 故对胶黏剂耐温性无要求 1 3 1胶黏剂的分类及作用原理 胶黏剂按照其化学性质分可分为有机胶黏剂和无机胶黏剂 有机胶黏剂 由于其本身组成为有机大分子结构 在粘合过程中 主要利用化学结合力 以及氢键产生结合效果 粘结效果好 大致可分为天然动植物胶 合成树 脂 水溶性纤维素衍生物 大部分无机胶黏剂粘结强度不如无机胶黏剂 主要通过固化反应产生胶粘作用但是其耐温性能好于无机胶黏剂 胶黏剂一般通过以下结合作用来达到胶粘效果 1 配价键结合 配价键是由电子供体与电子受体相互结合而产生的化学键 本质上配价键 和共价键是一样的 都是由电子的离域力而结合起来的 在成键的时候 由于两个原子分别产生了正负电荷 因此证负电荷之问产生了类似离子键 的库伦力 通常配价键的结合方式分为以下四类 供电性分子与受电性分子相结合产成的配价键 由电负性大的原子或基团所连接的缺电子态氢原子为电子受体 带未共 享电子对的原子或带 电子的基团为电子供体 受体与供体相互作用形成 的配价键 具有共享电子对的原子和有空轨道的原子相结合形成的多位配价键 具有 电子体系的分子与金属相结合产生的配价键 上述四种配价键广泛地存在于胶粘剂与被粘基材的结合之中 另外胶粘剂 分子中含有未共享电子对的N O原子 它们也可以与金属形成配价键的 浙江科技学院本科毕业设计 论文 7 结合 9 10 2 共价键结合 共价键即电子对共用 氢原子形成氢分子时 两个氢原子各提供一个电子 通过共用一对电子结合而形成 有些 胶黏剂在与被胶黏物产生胶粘作用 时会发生化学反应 甚至会产生离子键的结合 3 偶极 偶极相互作用 该种作用是极性分子间的一种相互作用力 即一个极性分子带有部分正 电荷的一端与另一分子带负电荷的一端之间的吸引作用 胶黏剂通常作为 一种中间介质 通过偶极力连接纤维 增大成纸强度 4 氢键结合 氢键也是通过分子间偶极 偶极相互吸引产生的 但有其特殊性 当氢 原子与电负性很强且原子半径较小的原子相连时电子云偏向电负性较大的 电子 使氢原子变成近乎氢正离子的状态 此时若与另一个电负性很强的 原子相遇 则发生静电吸引作用 使氢原子在两个电负性很强的原子之间 形成桥梁 产生氢键 在植物等有机纤维之间常通过产生氢键来达到结 合效果 5 van der Waals 力 在非极性分子中 由于电子的运动 分子的局部产生了偶极 这种瞬间 偶极将影响临近的另一部分的电荷分布 即能够诱导临近分子产生诱导偶 极 瞬间偶极和诱导偶极产生偶极力 使两分子之间产生吸引作用 这种 力即为 van der Waals 力 这种分子间作用力效果较弱 1 3 2本次实验使用胶黏剂简介 1 硅酸钠 硅酸钠 俗称水玻璃或泡花碱 分 子式为 Na20 nSi02 xH20 易溶于水 有较好的粘接能力和耐热性能 水玻璃的缺点是接触碱液会失 去粘接能力 硅酸盐类无机胶黏剂胶接的原理是将二氧化硅溶胶转变为 二氧化硅凝胶的过程 凝胶体可以产生细小的氧化物微粒 促进了凝胶化 浙江科技学院本科毕业设计 论文 8 过程 许多填料的微粒嵌于网状结构中 达到长纤维之间缠结的效果 当水玻璃与被粘接的基材发生脱水反应或形成氢键时 溶液中析出二氧 化硅胶体 新生成的二氧化硅具有较大地活性 将被粘基材粘接起来 从 而形成二氧化硅凝胶粘接接头 11 2 聚乙烯醇 PVA 聚乙烯醇是一种高分子聚合物 其分子式如图1 2所示 由聚醋酸乙 烯醇解而成 简称 PVA 呈自色的粉末状 或颗粒状 无毒无味 由于分 子链上含有大量的羟基 因此聚乙烯醇易溶于水 在造纸过程中利用 PVA大量的羟基可以形成大量氢键 达到粘结纤维的作用 聚合度和水解度 是PVA作为胶黏剂的重要指标 聚合度影响着水解度 一般来说 水解度增 大 粘结力增大 成模性变好 聚乙烯醇作为胶粘剂有来源广 价格 低 使用方便 无毒 高成膜性 强粘结能力 等特点 缺点是耐热性 能差 强度差 只能作为非结构胶粘剂使用 12 图1 2 3 羧甲基纤维素 CMC 羧甲基纤维素 简称 CMC是纤维素的衍生物 通常是用其钠盐的形式 通过 改性天然的纤维素而制得的一种固体高分子聚合物 为白色或黄色 纤 维状或粉末状固体 无臭 无味 无毒 易溶于热水和冷水 溶于水后 形成粘稠状的液体 其溶液为中性或碱性 CMC中的羧甲基能在纤维之 浙江科技学院本科毕业设计 论文 9 间起着交联结合的作用以增强纤维之间结合力 CMC在水溶液中显电负 性 以阴离子的形式存在 由于这些负电荷 CMC能与水分子中的阳离 子和固体的表面相结合 12 CMC应用广泛 在造纸领域应用很早 对纤维 成纸能起到 分散 保水 悬浮和粘结等作用 特别在非植物纤维中有很 大用量 在抄造硅酸铝纤维纸张过程中 通过添加 CMC来增加纸页强度 提升纸页性能 4 阳离子淀粉 阳离子淀粉是一种淀粉衍生物 是将带强阳电荷的基团引进淀粉链中 由于其阳离子特性 具有增强和助留助滤作用 广泛应用于各种纸类的抄 造 阳离子化作用使淀粉易于分散和溶解 更易于糊化 具有分散性好 留着率高的特点 1 4本课题的提出 鉴于先进硅酸铝纤维制品的快速发展 纤维毡 纤维绳 纤维板等制 造工艺都日益成熟 硅酸铝纤维纸的研究略显不够 而纤维纸的运用前景 广阔 所以本次研究目的定位为硅酸铝纤维纸强度的优化 硅酸铝纤维为无机纤维 其表面光滑 纤维之间不能产生分子间作用 所以成纸效果不理想 除此之外 由于硅酸铝纤维自身的特点 其性脆已 断 所以不能使用传统的打浆方法 硅酸铝纤维的制造工艺决定其产品中 有很多球渣 球渣的存在直接影响到成纸强度 硅酸铝纤维的预处理也是 本次研究重点 本次实验主要通过添加不同胶黏剂及复配的方法来探讨研究成纸最佳 用量 达到提高成纸物理强度的目的 最后对纸张的抗张强度和透气度进 行测量 比较实验结果得出最有结果 为此领域的研究提供一些基础数据 浙江科技学院本科毕业设计 论文 10 2 2实验部分实验部分 2 2 1 1实验原料以及实验器材实验原料以及实验器材 2 1 1实验原料 硅酸铝纤维 打浆度为 35阔叶木纤维 聚乙烯醇 PVA 10 羧甲基纤维素 CMC 10 阳离子淀粉 5 水玻璃 硼砂 2 1 2实验器材 电子天平 精度为 0 0001g 红外线快速干燥器 WS70 1 型 1400 型标准抄片器 加拿大 RA 公司生产 肖伯尔式厚度测定仪 抗张强度仪 WZL 300 磁力搅拌器 4301 高透气性仪 2 1 3药品配制 1 PVA的熬制 聚乙烯醇 有机化合物 白色片状 絮状或粉末状固体 无味 溶于 水 熬制浓度 为10 称取 PVA50克 量取所需要的水量500ml 在充 分搅拌条件下 在水浴锅中60 条件下润胀 20min 然后加热升温至 浙江科技学院本科毕业设计 论文 11 95 继续搅拌保温 60min 至溶液完全透明为止 在熬制过程中 为保 证溶液的固含量 要向溶液中计量补加水份 2 CMC的熬制 CMC是一种重要的纤维素醚 是天然纤维经过化学改性后所获得的一种水溶 性好的聚阴离子纤维素化合物 是一种用途广泛的天然高分子衍生物 CMC 为白色或微黄色粉末 粒状或纤维状固体 无臭 无味 无毒 按照 溶液浓度为 10 称取 CMC50克 接着 少量地逐步加入温度为70 的蒸 馏水中 加料完毕后继续搅拌 至CMC完全溶解 为保证溶液的固含 量 要向溶液中计量补加水份 3 阳离子淀粉的熬制 按照配制 5 的标准 称取 20克阳离子淀粉 放入400ml蒸馏水 中 搅拌 10分钟 使其均匀 再放入70 的水浴锅中进行加热熬制 熬 制30分钟 熬制过程中要进行搅拌 防止淀粉结块影响最后添加效果 2 2硅酸铝纤维纸的抄造 湿法硅酸铝纤维纸张的抄造工艺流程为 打浆 除渣 添加 胶粘剂 抄纸 烘干 物理检测 2 2 1硅酸铝纤维预处理 1 打浆 由于硅酸铝纤维较长 抄纸过程中不利于纤维的分散 不易形成均匀 的纸页 因此我们应该首先对硅酸铝纤维进行打浆 硅酸铝纤维跟植物纤 维不同 属于人造矿物纤维 打浆时纤维不能细纤维化 只有切断作用 通过对硅酸铝纤维进行适当切断 从而使硅酸铝纤维抄纸时容易分散 也 便于后续渣球与纤维的分离 由于硅酸铝纤维的强度较小 在强度打浆作用下会被打成粉末 因此 造纸打浆的方法不适合于硅酸铝纤维 实验室中我们采用疏解机对硅酸铝 纤维进行打浆切断处理 通过调节工艺 使打浆后的纤维控制在1 2mm之间 浙江科技学院本科毕业设计 论文 12 2 除渣 硅酸铝纤维纤维在生产过程会有一些直径为0 25mm左右 的渣球 主要来自喷吹或者甩丝工艺渣球在抄造硅酸铝纤维纸的过程中会降低纸 页的匀度和强度 因此应将将渣球除去 实验室采用沉降法除去渣球 利 用渣球与纤维密度的不同 用水洗的方法将渣球除去 将打浆后的纤 维以约 1 的浓度分散在水中 用搅拌器高速搅拌30 min 使纤维和晶 渣尽可能分离 然后静置约5 min 晶渣大部分沉于底部 这时用20 目网将纤维从水中轻轻捞出 尽量不要搅起沉淀的晶渣 重复3次可以 将晶渣基本除去 14 3 混合浆料 经过打浆和除渣预处理后的硅酸铝纤维具有合适的纤维长度 但 由于硅酸铝纤维之间成纸时不能形成足够的相互作用力 只能依靠纤维之 间相互交织形成的摩擦力 为了增强成纸效果 在浆料中加入可加入部分 植物纤维 使得纤维之间的网络结构致密 增加胶粘剂的留着 本次实 验我选择加入 10 打浆度为 35的阔叶木纤维 2 2 2抄造部分 先将硅酸铝纤维与阔叶木纤维放入疏解机中进行疏解2min 使浆 料混合均匀 接着将混合均匀的浆料放入抄片机中 加清水至抄纸浓度为 0 1 左右 再按照预定方案加入胶黏剂 充分搅拌后放水抄 纸 2 2 3干燥 将抄造好的纸张放入烘干机中5min左右即可 将抄造好的硅酸铝纤 维纸装入袋中贴好标签 每个规格纸张抄造3张 2 3纸张物理性能的测定 本次试验设置了添加PVA CMC PVA和CMC复配 CMC和阳离子淀粉 复配 水玻璃 四硼酸钠改性水玻璃共30组对比实验 主要对硅酸铝纤 维长度宽度 纸张抗张强度 纸张透气度进行了测试 将纸样恒温恒湿 24h 然后按照国家标准对纸页性能进行检测 浙江科技学院本科毕业设计 论文 13 3 3 实验结果与分析实验结果与分析 3 3 1 1硅酸铝纤维的长度和直径硅酸铝纤维的长度和直径 植物纤维 如针叶木浆纤维的平均长度为2 2mm左右 阔叶木浆纤 维的平均长度为 1 7mm左右 麦草纤维的平均长度为1 32mm左右 矿物 纤维的粒径为 2 10 m 长度为 2 10mm 选取经打浆的硅酸铝纤维进行测试 看其是否符合成纸要求 3 1 1实验仪器 普通光学显微镜 目镜测微尺 物镜测微尺 3 1 2纤维长度 宽度的测量 将试片置于显微镜在物台上 使纤维的一端与显微镜的目镜测微尺的 零点对齐 并使物镜测微尺与要测的方向平行 量至纤维的另一端 记下 测微尺的刻度 测量纤维的长度时 一般选用40 70的放大倍数 测量 纤维的宽度时 一般选用300 400的放大倍数 以纤维的中段为测量宽度 的部位 3 1 3结果计算 1 纤维长度 通过普通显微镜的观察 经过打浆处理硅酸铝 纤维的长度数据如 图3 1 浙江科技学院本科毕业设计 论文 14 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1357911131517192123252729313335 组数 长度 m 图3 1经过打浆处理 硅酸铝 纤维的长度 由以上数据得出 硅酸铝 纤维的 平均 长度为 47550 35um 1359um 2 纤维 宽度 通过普通显微镜的观察 得到硅酸铝 纤维的直径数据如 图3 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 1234567891011 121314 151617 181920 组数 宽度 m 图3 2硅酸铝纤维直径 由以上数据得出 硅酸铝 纤维的 平均 直径为 217 20um 10 9um 3 得出其长径比为 1290 10 4 131 浙江科技学院本科毕业设计 论文 15 以上数据只是一种打浆程度的硅酸铝纤维数据 通过上述数据我们就 可以发现硅酸铝纤维的外观形态与植物纤维是相似的 至少在这外观形态 一方面我们可以断定它可以用于成纸 3 3 2 2胶黏剂胶黏剂对成纸抗张强度影响对成纸抗张强度影响 由于硅酸铝纤维为非植物纤维 其表面光滑 打浆仅为切断行为 不 能细纤维化 故为了提高成纸效果和强度 添加10 打浆度为 35的阔 叶木纤维 在不添加任何药剂的空白对比 实验组时 其抗张指数为 0 709Nm g 本次实验所抄造纸张定量为60g 3 2 1PVA以及 CMC对纸张物理性能的影响 选用 PVA和CMC作为胶黏剂 在抄纸浓度为0 1 时 药品添加量为 5 30 其强度变化结果如下图所示 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 3 5 5 10 15 20 25 30 药剂用量 抗张指数 Nm g PVA添加效果 CMC添加效果 图3 3 有机胶黏剂对纸张抗张指数影响以及比较 从图 3 3可以看出 添加 PVA时 在添加量为 5 25 过程中 其抗张 指数呈上升趋势 之后略有下降 添加CMC 其增强效果一直呈上升趋 势 从图中也可看出CMC的增强效果优于 PVA 分析其结果 PVA在水溶液 显中性 不易于显 硅酸铝 纤维相互吸引 所以导致PVA的留着率很低 浙江科技学院本科毕业设计 论文 16 而CMC分子较大 能较好地留着于硅酸铝纤维之间 故其增强效果弱于 CMC 抄纸实验中发现如果CMC用量 过大时 纤维的虑水能力降低 所以 CMC的用量也不宜过大 3 2 2有机胶黏剂复配增强效果 1 PVA与CMC复配实验 抄造硅酸铝纤维纸时添加不同比例的PVA与CMC复配的胶粘剂 CMC 与PVA的复配比例分别为 10 0 8 2 7 3 5 5 3 7 2 8 混合胶粘剂加入量占硅酸铝纤维质量的25 抄造出的纸张检测其抗张 指数 结果分析如下图所示 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 3 5 4 18 27 35 53 72 8 CMC PVA 抗张指数 Nm g 图3 4 CMC与PVA复配效果 由图 3 3和图3 4可以看到 添加复配的胶粘剂抄造出的硅酸铝纤维纸 的物理强度优于单独添加的 当CMC和PVA的比例接近 8 2的时候 抄 出纸张的抗张指数是最好的 分析其结果 PVA在水溶液显中性 不易与硅酸铝 纤维相互吸引 导致 PVA的留着率很低 成纸强度达不到要求 CMC和PVA混合使用可以 起到相互助留助滤的作用 从而会相互提高它们的留着 并且能使成 纸时硅酸铝纤维之间结合更加紧密 增大接触面积 除此之外 观察 CMC和PVA的结构可以发现分子量较大的CMC可与分子量较小的 PVA进行 浙江科技学院本科毕业设计 论文 17 互相交联 产生桥连作用 所以这样的 复配 效果使成纸强度比它们任 何一种单独添加的效果都好 通过以上硅酸铝纤维的性质和胶粘剂的状况 得出抄造硅酸铝纤维纸 时可以用 CMC作为基准试剂 其他试剂辅助的加入 从而起到提高纸张强 度的作用 2 CMC与阳离子淀粉复配 抄造硅酸铝纤维纸时添加不同比例的阳离子淀粉与CMC复配的胶粘 剂 阳离子淀粉与 CMC的比例分别 为 8 2 7 3 5 5 3 7 2 8 粘剂加入量占硅酸铝纤维质量的 25 抄造浓度为 0 1 抄造出的纸张检测其抗张指数具体结果见下 图 0 1 2 3 4 5 6 8 27 35 53 72 8 CMC 阳离子淀粉 抗张指数 Nm g 图3 5 CMC和阳离子淀粉复配效果 由图 3 3和图 3 5可以看出 加入相同量的胶粘剂时 使用阳离子淀粉 和CMC复配的胶粘剂抄造出的硅酸铝纤维纸的物理强度高于单独添加的 且 当阳离子淀粉和 CMC的比例接近 1 l的时候 抄出纸张的抗张指数为最好 的 浙江科技学院本科毕业设计 论文 18 分析其原因 硅酸铝纤维呈正 电性 CMC则为阴离子聚合物 在不 断加入 CMC过程中会改变浆料的电位 最终会由正电位变为负电位 刚开 始加入阳离子淀粉 能起到助留助滤的作用 当zate电位为 0时达到最 大值 成纸抗张效果最好 之后随着电位下降 成纸抗张强度也随之下 降 故出现了如图 2 2的现象 而添加 CMC和阳离子淀粉可以起到双元助 留助 滤作用 对提升纸页抗张强度也有一定作用 故阳离子淀 粉 CMC 1 1时的效果最好 且优于单独使用 CMC时的强度 3 2 3水玻璃增强效果 在抄造浓度为 0 1 时 水玻璃加入量为20 40 对硅酸铝纤 维 纸张抗张强度变化趋势如下图所示 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 1 2 1 4 1 6 1 8 20 25 30 35 40 药剂添加量 抗张指数 Nm g 图3 6水玻璃增强效果 比较图 3 3与图 3 6 我们可以发现水玻璃的增强效果弱于CMC和 PVA 分析其原因是水玻璃为无机胶黏剂 没有羟基 不能利用混合浆 料中的阔叶木纤维形成氢键 只能利用自身固化效果 另外水玻璃的分子 小 留着率差 故其增强效果差 浙江科技学院本科毕业设计 论文 19 3 2 4硼砂改性水玻璃增强效果 单独使用水玻璃作为胶黏剂成纸效果差 我们可以通过水玻璃改性来 提高水玻璃作为胶黏剂的效果 本实验四硼酸钠改性水玻璃是将一定量的四硼酸钠加入水玻璃中 四 硼酸钠的加入的量分别是水玻璃的 O 5 1 O 1 5 2 0 2 5 在加热的状态下用搅拌器 搅拌从而使四硼酸钠溶于水玻璃中 直到体系形成均匀稳定的溶液 以改 性后的水玻璃为胶粘剂抄造硅酸铝纤维纸 胶粘剂用量为40 检测 纸张的物理性能 结果如下 1 7 1 8 1 9 2 2 1 2 2 2 3 1 0 1 5 2 0 2 5 硼砂用量 抗张指数 Nm g 图3 7硼砂改性水玻璃增强效果 由图 3 7可以看出 当硼砂用量在2 5 时 抗张强度有所下降 用量 在2 时最佳 比较图 3 6与图 3 7可以发现水玻璃的加入可以提高纸张强 度 分析其原因可知 改性水玻璃中加入的四硼酸钠使原有水玻璃胶体中 的网络结构更加趋于完整 从而提升水玻璃最为胶黏剂的使用效果 3 33 3胶黏剂对纸张透气度影响胶黏剂对纸张透气度影响 浙江科技学院本科毕业设计 论文 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5 10 15 20 25 药剂添加量 透气度 立方英尺 分钟 PVA添加效果 CMC添加效果 图3 8添加 CMC和PVA对成纸透气度 影响 0 10 20 30 40 50 60 20 25 30 35 40 水玻璃添加量 透气度 立方英尺 分钟 图3 9添加水玻璃对成纸透气度影响 浙江科技学院本科毕业设计 论文 21 0 5 10 15 20 25 30 35 18 27 35 53 72 8 CMC PVA 透气度 立方英尺 分钟 图3 10CMC与PVA复配对成纸透气度影响 0 5 10 15 20 25 30 8 27 35 53 72 8 CMC 阳离子淀粉 透气度 立方英尺 分钟 图3 11CMC与阳离子淀粉复配对成纸透气度影响 比较图 3 8和图 3 9 可以发现胶黏剂单独添加后成纸透气度呈逐渐 下降趋势 是由于透过加大胶黏剂的用量纤维之间的粘结度增强 纤维之 间更加紧密 致使透气度降低 同时我们也可以看见添加水玻璃的成纸透 气度大于 PVA大于 CMC 分析其原因 我们发现水玻璃的粘结作用是通过其 固化效果 不能有利的利用浆料中的植物纤维 从而不能更加有效的增强 浙江科技学院本科毕业设计 论文 22 纤维之间的粘结 而PVA作为有机 胶黏剂有其优势 可利用其分子链上的 羟基和植物纤维产生氢键作用 加强了纤维之间的联接 增强了纸张 的紧 密程度 但由于其中性特性不能与硅酸铝纤维有效结合 加上其分子 量较 小 故其成纸的透气度大于添加CMC的成纸透气度 通过观察图 3 10和图 3 11我们可以发现 这两种情况下透气度的变 化趋势有转折点的出现 分析其原因 1 当添加 CMC和PVA复配时 其 透气度弱于单独添加PVA或CMC 这是因为两种胶黏剂同时添加可产生桥 联 增大分子链长度 提高胶黏剂的留着率 达到紧密纤维之间结合的效 果 而当添加比例大约达到7 3时达到最低 这与抗张强度达到最大值使 用比例 8 2大致相同 2 当添加 CMC和阳离子淀粉复配时 由于这两种胶 黏剂能起到助留助滤作用 当zate电位降到最低时 纤维之间的连接程 度能达到最佳 透气度降至最低 同时阳离子淀粉具有分散效果 极大提 高了成纸的匀度 增加了成纸紧密程度 使透气度降低 通过观察透气度和抗张强度的关系 我们可以发现两者之间有密切的 联系 大致趋势是当抗张强度增大时透气度减小 两者呈反比关系 4 4总结与展望总结与展望 浙江科技学院本科毕业设计 论文 23 4 14 1实验结果总结实验结果总结 1 在抄制硅酸铝纤维纸张前需要做好纤维预处理工作 包括