蔣小軍

（南通華嚴(yán)鑄造有限公司 磨片研究中心， 江蘇 南通 226403）

打漿與紙張伸縮率

蔣小軍

（南通華嚴(yán)鑄造有限公司 磨片研究中心， 江蘇 南通 226403）

紙張伸縮率在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的影響因素很多，打漿是僅次于原料的最重要的影響因素。南通華嚴(yán)磨片研究中心整合打漿機(jī)理的研究，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期比對(duì)，總結(jié)了打漿與各種紙張物理性能之間的關(guān)系，就紙張伸縮率與打漿強(qiáng)度及磨片齒型之間的關(guān)系作簡(jiǎn)要分析。

打漿機(jī)理 磨漿機(jī) 優(yōu)化磨片 打漿設(shè)備發(fā)展史

0 前 言

中國(guó)人發(fā)明造紙術(shù)2000年以來(lái)，現(xiàn)在全球的紙品種究竟有多少，很難統(tǒng)計(jì)。據(jù)英國(guó)《Paper》雜志1967年第8期曾報(bào)道：估計(jì)世界上大約有12 000種紙。隨著社會(huì)與造紙技術(shù)的發(fā)展,紙的品種會(huì)越來(lái)越多。不同品種的紙張要滿足不同的用途，分別具備不同的物理性能、力學(xué)性能、光學(xué)性能和化學(xué)性能指標(biāo)。

紙張的物理性能包括定量、厚度、緊度、強(qiáng)度、壓縮性、柔軟性、伸縮率尺寸穩(wěn)定性等。與其他物理指標(biāo)一樣，紙張伸縮率在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的影響因素也很多，但是基本都與打漿有著直接或間接的重要關(guān)系。

南通華嚴(yán)磨片研究中心整合打漿機(jī)理的研究，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期比對(duì)，總結(jié)了打漿與各種紙張物理性能之間的關(guān)系，提出最簡(jiǎn)單便捷的打漿優(yōu)化與磨漿機(jī)升級(jí)理論，為制漿造紙工廠改善紙張品質(zhì)及降低打漿能耗提供了可行性思路。本文就紙張伸縮率與打漿之間的關(guān)系作簡(jiǎn)要分析。

1 不同紙種的收縮率指標(biāo)差異

縱觀眾多紙種的物性要求，有些紙張要求較低的伸縮率，但并不是所有紙種的伸縮率都是越小越好，還有一些紙張則需要較高的伸縮率。

1.1 低伸縮率

印刷用紙的伸縮率對(duì)印刷有重要影響。如作為多色套印高級(jí)書(shū)刊、雜志、封面、插圖用的膠版印刷紙，作為紡織印染用的轉(zhuǎn)移印花紙等，其伸縮率直接影響到印刷套色的穩(wěn)定性，如果紙張的伸縮率高，印刷過(guò)程中紙頁(yè)變形大，就會(huì)產(chǎn)生套印不準(zhǔn)、串色等問(wèn)題，從而影響印刷的外觀和美感。因此，高檔印刷用紙的伸縮率一直是生產(chǎn)中控制的重點(diǎn)之一[1]。

1.2 高伸縮率

有些紙種與膠版印刷紙、轉(zhuǎn)移印花紙有著相反的伸縮率指標(biāo)，如伸性紙袋紙、高強(qiáng)紙袋紙和膠帶原紙等,需具有高伸縮率和高抗張能量吸收值的物性。與傳統(tǒng)的工業(yè)包裝紙袋紙比較, 伸性紙和高強(qiáng)紙具有抗張能量吸收值高、紙的韌性大、動(dòng)強(qiáng)度好, 制成的包裝袋運(yùn)輸裝卸過(guò)程中破損率低、抗摔性能好。實(shí)踐證明,伸長(zhǎng)率高而柔韌的紙張能有效地吸收紙袋受沖擊時(shí)的應(yīng)力，且將此應(yīng)力迅速地向四周擴(kuò)散, 因此紙袋紙應(yīng)具有較高的伸長(zhǎng)率及韌性,動(dòng)強(qiáng)度TEA 值較高。因此，多年來(lái)國(guó)內(nèi)外大力提倡并加速推廣生產(chǎn)伸性紙,以代替普通紙袋紙,從根本上提高紙袋紙的質(zhì)量和使用性能。

2 打漿對(duì)伸縮率的影響

2.1 打漿度對(duì)伸縮率的影響

影響成紙的伸縮變形有兩個(gè)原因：一個(gè)是單根纖維發(fā)生的收縮與潤(rùn)脹，另一個(gè)是纖維在紙頁(yè)成形過(guò)程中互相結(jié)合狀態(tài)。

以往的研究資料已經(jīng)表明：成紙的漿料纖維性質(zhì)不同，如漿種及打漿度不同，其伸縮率就不同。一般情況下，打漿度增高，成紙伸縮率增大；打漿度降低，伸縮率減小。但是，如果不考慮磨片齒型、打漿強(qiáng)度和平均纖維長(zhǎng)度等因素，僅僅孤立地通過(guò)打漿度來(lái)調(diào)整伸縮率，是不科學(xué)的，片面的調(diào)整打漿度有時(shí)會(huì)適得其反。

2.2 濕重對(duì)伸縮率的影響

對(duì)于打漿度高低對(duì)成紙伸縮率的影響已引起廣泛的注意并得到認(rèn)同，而漿料纖維的形狀及成形交織形式對(duì)成紙尺寸穩(wěn)定性影響如何卻未引起重視，有關(guān)資料少有報(bào)道。

珠江特紙肖仕南在生產(chǎn)實(shí)踐中證明，要求平整性較高的低定量工業(yè)用紙，纖維濕重對(duì)成紙的影響更不可忽視，木漿纖維濕重對(duì)伸縮率影響顯著[2]。漿料打漿度相對(duì)穩(wěn)定情況下 ,打漿后纖維濕重及網(wǎng)前箱漿料濕重較大時(shí)其成紙伸縮率也較大；而其濕重下降明顯時(shí) ,則可減少纖維絮聚 ,改善紙的勻度使伸縮率下降。

不同漿料，由于平均纖維長(zhǎng)度不同，纖維在成形過(guò)程相互作用，纖維的定向排列不同，降低木漿纖維濕重即平均纖維長(zhǎng)度，有利于改善紙的交織成形，減少木漿的纖維縱向排列而降低紙頁(yè)的橫向伸縮率[3]。

3 磨片齒型對(duì)伸縮率的間接影響

縱觀打漿設(shè)備的發(fā)展歷程和分類，磨漿機(jī)的變革主要來(lái)自于磨片這個(gè)核心元件的變革，沒(méi)有最好的磨漿機(jī)，只有最合適的磨片[4]。大多數(shù)老生產(chǎn)線，可以根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備系統(tǒng)和工藝指標(biāo)，通過(guò)選擇合適的磨片齒型（見(jiàn)表1），來(lái)改善磨漿質(zhì)量滿足既定的紙張物理指標(biāo)，同時(shí)還能降低磨漿電耗，提高磨漿效率。這是一個(gè)經(jīng)濟(jì)且便捷的辦法。但是，優(yōu)化打漿僅孤立著眼磨片選型也是不夠全面的，磨片齒型是最重要的硬件基礎(chǔ)，同時(shí)還要綜合考慮打漿強(qiáng)度、磨漿功率、濃度、流量和壓力等軟件因素。

表1 南通華嚴(yán)四大系列磨片齒型的不同功能

3.1 高強(qiáng)度打漿磨片齒型

不同漿料,由于平均纖維長(zhǎng)度不同 ,纖維在成形過(guò)程相互作用,纖維的定向排列不同,降低木漿纖維濕重,有利于改善紙的交織成形,減少木漿的纖維縱向排列而降低紙頁(yè)的橫向伸縮率。

雖然某些文獻(xiàn)資料中也有相反的觀點(diǎn)，但是我們的實(shí)踐和大量文獻(xiàn)案例證明，采用高強(qiáng)度磨片齒型和高強(qiáng)度打漿方式，相同打漿度情況下，濕重較低，伸縮率也較小，纖維濕重與成紙伸縮率成正比。

Cut fin切割鰭系列磨片（見(jiàn)圖1）是符合高強(qiáng)度打漿設(shè)計(jì)的齒型分類，傾角度較小，具有較高的比刀緣負(fù)荷，有利于對(duì)針葉木漿、棉漿、麻漿、竹漿、非植物漿種等原料長(zhǎng)纖維的橫向切斷，較低動(dòng)力消耗狀態(tài)下可快速降低濕重，有效降低打漿負(fù)載和電耗，解決了長(zhǎng)纖維打漿“絮聚”問(wèn)題，有利于成漿濾水性能和成紙勻度的提升。在高檔印刷用紙的長(zhǎng)纖維打漿使用中，有助于控制紙張伸縮率。

3.2 低強(qiáng)度打漿磨片齒型

打漿要考慮實(shí)際生產(chǎn)中的打漿效率、打漿電耗和紙漿濾水性能，還需滿足給定紙種的撕裂度、抗張強(qiáng)度、勻度、透氣度和松厚度等綜合物理指標(biāo)。僅從提高伸縮率角度來(lái)講，也不能孤立地認(rèn)為打漿度越高越好，漿料提高打漿度的同時(shí)，纖維平均長(zhǎng)度也會(huì)逐漸衰減，而且較低的濕重也會(huì)降低伸縮率。這樣，在生產(chǎn)高伸縮率紙張時(shí)，既要達(dá)到一定的打漿度以滿足纖維潤(rùn)漲和帚化率，又要保證不過(guò)多地降低濕重，就需要選擇切斷力較弱的低強(qiáng)度打漿磨片齒型和低強(qiáng)度打漿方式。

Broom fin 掃帚鰭系列磨片對(duì)常規(guī)直通齒紋溝槽作了改進(jìn)，特別對(duì)于6%以下的低濃打漿中，使紙漿在磨齒溝槽內(nèi)產(chǎn)生擾流和湍流，避免了“生漿”直接甩出，使纖維在流體作用力和離心作用力條件下得到更充分的磨解，交匯角增大，對(duì)纖維橫向切斷作用減弱。

Soft fin軟鰭系列磨片兼顧泵送角、剪切角與能量有效利用之間的關(guān)系，采用弧線型齒型，切斷能力較弱[5]（見(jiàn)圖2），降低了打漿強(qiáng)度，可廣泛適用于高濃磨、中濃磨、低濃圓盤磨及熱磨機(jī)，對(duì)針葉木漿、闊葉木漿、草漿、廢紙漿等纖維的制備和磨漿，有助于保持纖維平均長(zhǎng)度和濕重。

圖2： Soft fin軟鰭磨片交匯角示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

造紙技術(shù)趨向于使用不同性質(zhì)漿料來(lái)搭配抄紙 ,以期達(dá)到某些質(zhì)量指標(biāo)的互補(bǔ) ,提高產(chǎn)品的綜合質(zhì)量和使用性能 ,同時(shí)也更關(guān)注節(jié)約原材料及降低成本。 因此 ,探討打漿對(duì)紙張伸縮率的影響 ,無(wú)疑將有助于考慮抄造某些低伸縮率紙種和高伸縮率紙種的打漿工藝的制定,對(duì)不同工藝的打漿優(yōu)化和磨片選型也起到指導(dǎo)作用。

[1] 喬文峰.高檔印刷用紙伸縮率的控制[J].紙和造紙, 2004(3):25-27.

[2] 肖仕南.漿料纖維濕重對(duì)成紙伸縮率影響的探討[J].造紙科學(xué)與技術(shù),2002 (1)：55-57.

[3] 李紅,劉文. 影響紙張濕潤(rùn)脹伸縮率的因素[J]. 黑龍江造紙,2007, 35(3):11-14.

[4] 蔣小軍,嚴(yán)震,蔣思蒙.用最簡(jiǎn)單的方法升級(jí)磨漿機(jī)[C]//第三屆中國(guó)造紙裝備發(fā)展論壇報(bào)告和論文專集,濰坊：中國(guó)造紙裝備發(fā)展論壇組委會(huì)秘書(shū)處，2016：273.

[5] 蔣小軍, 任紅銳, 尚慶武,等. Soft fin軟鰭磨片降低磨漿能耗 提高原紙抗張指數(shù)[C]//第二屆中國(guó)造紙裝備發(fā)展論壇報(bào)告和論文專集,高唐：中國(guó)造紙裝備發(fā)展論壇組委會(huì)秘書(shū)處，2013：168.

蔣小軍，高級(jí)工程師，主要從事磨漿機(jī)理的研究和磨片設(shè)計(jì)、研發(fā)及應(yīng)用指導(dǎo)。

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