王寶輝 魏 崇

(江蘇理文造紙有限公司,江蘇蘇州,215536)

鋼絲輥計(jì)量式薄膜施膠機(jī)在高速瓦楞原紙紙機(jī)上的應(yīng)用

王寶輝 魏 崇

(江蘇理文造紙有限公司,江蘇蘇州,215536)

本文結(jié)合多年工廠的實(shí)踐,就鋼絲輥計(jì)量式薄膜施膠機(jī)在高速瓦楞原紙紙機(jī)上用作表面施膠的應(yīng)用原理、影響因素、工藝參數(shù)、問題解決等內(nèi)容進(jìn)行了闡述。實(shí)踐表明,合適的操作條件能夠確保鋼絲輥式施膠機(jī)在高速瓦楞原紙紙機(jī)上得到成功應(yīng)用。

計(jì)量輥;薄膜施膠機(jī);瓦楞原紙;應(yīng)用

根據(jù)中國(guó)造紙協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì),從 2000—2009年,紙和紙板消費(fèi)量年均增長(zhǎng) 10.2%,瓦楞原紙也是2009年增速超過 10%的兩個(gè)紙種之一[1]。為適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)于瓦楞原紙的需求,江蘇理文造紙有限公司(以下簡(jiǎn)稱理文公司)于 2005年投產(chǎn) 1臺(tái)幅寬 6650 mm、設(shè)計(jì)車速 1000 m/min、年產(chǎn) 35萬 t的高強(qiáng)瓦楞原紙紙機(jī),配備了 1臺(tái) UMV公司的 6900 mm計(jì)量輥式薄膜施膠機(jī),并配以Metso公司提供的淀粉連續(xù)蒸煮系統(tǒng)。經(jīng)過 1年多的實(shí)踐,解決了生產(chǎn)過程中遇到的一系列問題,保證了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率,現(xiàn)將相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié),與同仁進(jìn)行交流。

1 表面施膠的目的

瓦楞原紙一般采用大量的國(guó)內(nèi)二級(jí)廢紙配以少量的進(jìn)口廢紙進(jìn)行抄造,由于國(guó)內(nèi)廢紙經(jīng)多次回用且分類不如進(jìn)口廢紙嚴(yán)格,因此采用大量國(guó)內(nèi)廢紙抄造出的瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度、平壓強(qiáng)度等指標(biāo)較低,僅靠纖維間結(jié)合力難以達(dá)到使用要求;而且瓦楞原紙生產(chǎn)一般采用單層網(wǎng)抄造,成紙松厚度較高,環(huán)境濕度變化時(shí)會(huì)引起紙張物理強(qiáng)度指標(biāo)的回退。表面施膠是一種有效提高成紙強(qiáng)度性能的方式。表面施膠一般有如下幾種作用：

①有效地提高瓦楞原紙的物理強(qiáng)度,如環(huán)壓強(qiáng)度、耐破度等。

②提高紙張的抗液性能[2],降低瓦楞原紙因外界環(huán)境變化而引起的紙張強(qiáng)度的回退。

③改善紙張的掉毛掉粉問題。

④對(duì)紙張兩面同時(shí)施膠,可以減少紙張的兩面差和變形性,增加抗彎曲能力[3]。

2 施膠影響因素分析

2.1 計(jì)量原理及說明

鋼絲輥計(jì)量時(shí)采用的是體積計(jì)量的方式 (見圖 1所示)。從鋼絲輥上轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移輥上的膠液體積由相鄰兩根鋼絲和轉(zhuǎn)移輥之間形成的空間大小決定,空間越大,能夠轉(zhuǎn)移的膠液也就越多。但最終能夠轉(zhuǎn)移到紙面上的膠料絕干量與淀粉本身的固含量、黏度等密切相關(guān),體積一定時(shí),固含量越高,轉(zhuǎn)移的膠料量越大。此種關(guān)系也可從施膠量的公式[4](式 (1))上看出,轉(zhuǎn)移比例是指最終實(shí)際轉(zhuǎn)移到紙面上的膠料和轉(zhuǎn)移到鋼絲輥上的膠料量之比,與轉(zhuǎn)移輥硬度、轉(zhuǎn)移輥壓力、轉(zhuǎn)移輥和計(jì)量輥壓力、成紙橫幅定量等一系列因素密切相關(guān)。

圖1 計(jì)量輥計(jì)量示意圖

式中：Q為施膠量,g/m2;

d為鋼絲直徑,mm;

ρ為膠料密度,kg/m3;

t為膠料固含量,%;

n為轉(zhuǎn)移比例,% (經(jīng)驗(yàn)數(shù)值 70%)。

2.2 影響因素分析

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)計(jì)量輥表面施膠效果的各種影響因素分析如下：

(1)原紙定量：原紙對(duì)膠料的拾取量和自身的定量無關(guān),這就意味著在相同的條件下,膠料的轉(zhuǎn)移量一定,而定量越高,對(duì)成紙強(qiáng)度指標(biāo)的改善就越小,反之就越大。因此對(duì)高定量紙種,就要努力提高膠料轉(zhuǎn)移量以保證施膠效果[5]。

(2)原紙橫幅均勻性：如果原紙橫幅不均勻,容易造成施膠量不均勻,經(jīng)過施膠后產(chǎn)生打折。

(3)原紙水分：如果原紙水分過大,在施膠后容易出現(xiàn)打折,或由于紙張強(qiáng)度太低會(huì)造成斷紙次數(shù)增多且會(huì)影響紙張對(duì)膠液的吸收能力;如果原紙水分太小,紙張對(duì)膠液的吸收能力很差,且由于吸取膠料后纖維的濕變形太大,會(huì)導(dǎo)致橫幅尺寸發(fā)生大的變化。一般認(rèn)為,原紙水分維持在 6%～8%比較合適。

(4)原紙漿內(nèi)施膠：如果已經(jīng)使用了 AKD、松香等進(jìn)行漿內(nèi)施膠有阻礙淀粉滲透的傾向,這種作用會(huì)對(duì)施膠淀粉的轉(zhuǎn)移產(chǎn)生負(fù)面影響。一般來說,漿內(nèi)施膠度越高,提高表面施膠量也就越困難。

(5)填料：成紙中的填料如碳酸鈣等也會(huì)對(duì)表面施膠淀粉與纖維的結(jié)合產(chǎn)生不利影響,同時(shí)由于填料和纖維的結(jié)合不牢,可能會(huì)產(chǎn)生掉毛掉粉。

(6)打漿度：漿料的打漿度越高,纖維交接點(diǎn)越多,纖維間空隙越小,淀粉膠液的滲透越困難,最終成紙的施膠量越小。

(7)緊度、平滑度：網(wǎng)部脫水曲線、壓榨部壓區(qū)壓力、干網(wǎng)張力、烘干曲線均會(huì)對(duì)原紙的緊度、平滑度產(chǎn)生影響。而原紙的緊度越高,淀粉的滲透越困難,施膠量也就越小;原紙的平滑度越高,淀粉的滲透越困難,施膠量也越小。

(8)淀粉固含量、溫度、黏度：淀粉的黏度與固含量、溫度有關(guān),相同固含量下溫度越高則黏度越小,而相同溫度情況下,固含量越高則黏度越大。理論研究表明,淀粉滲透量和淀粉黏度的平方根成反比[5],即淀粉的黏度越低,滲透能力越強(qiáng)。適當(dāng)提高溫度可以降低淀粉黏度,提高淀粉滲透能力,但必須考慮到施膠輥是否會(huì)在此溫度下發(fā)生龜裂,避免因必須重新進(jìn)行包膠而遭受重大損失。如發(fā)現(xiàn)表面施膠不能達(dá)到指標(biāo)要求時(shí),需要提高固含量來達(dá)到目的。

(9)正反兩面的淀粉黏度差：如果由于回流或膠料制備系統(tǒng)不穩(wěn)定,造成正反兩面的淀粉黏度有所差異,紙張會(huì)偏向黏度較大的一邊,進(jìn)而發(fā)生紙張擺動(dòng)的現(xiàn)象,甚至造成斷紙。

(10)pH值：理文公司采用酸性施膠系統(tǒng),降低pH值有助于提高施膠效果。但如果 pH值過低,會(huì)對(duì)設(shè)備特別是鋼絲輥產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象,而修復(fù)難度、成本均很高。建議將 pH值控制在 4～5左右。

(11)鋼絲直徑：一般認(rèn)為鋼絲直徑越大,膠料拾取量越大。理文公司使用直徑為 0.45 mm鋼絲。

(12)傳遞輥硬度、中高、粗糙度：傳遞輥輥面硬度越高,膠液進(jìn)入紙張的量就相對(duì)較少,一般硬度為 42 P&G;壓痕測(cè)試偏差小于 5%時(shí)認(rèn)為中高是合適的,此時(shí)壓痕試驗(yàn)為直線,兩端也沒有過載現(xiàn)象,能夠得到均勻的橫幅施膠效果,0.15 mm的中高是合適的;良好的輥面粗糙度則能夠保證膠料能夠均勻地轉(zhuǎn)移到紙面上,一般選擇輥面粗糙度為 1～1.5μm。

(13)鋼絲輥和傳遞輥間壓力：必須將其調(diào)整到均勻的狀態(tài),防止施膠量不均造成成紙打折,一般壓力設(shè)定為 27 kPa。

(14)傳遞輥之間的壓力：壓力越高,膠液進(jìn)入紙張的量就相對(duì)較多,且出現(xiàn)中間壓區(qū)面積小而兩端壓區(qū)面積大的情況;壓力過小,膠料滲透到紙張中的能力較弱,且出現(xiàn)中間壓區(qū)面積大而兩端壓區(qū)面積小的情況,此時(shí)均會(huì)發(fā)生橫向施膠不均勻的情況。

(15)紙幅張力：紙幅張力太大會(huì)造成斷紙,而張力太小則會(huì)影響施膠效果,一般建議將施膠機(jī)紙幅張力設(shè)定為 150 kN/m。

(16)氣墊輥：氣墊輥的空氣壓力是紙幅能否順利通過氣墊輥實(shí)現(xiàn)順利引紙并穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵,一般主管道壓力設(shè)定為 80 kPa,小孔壓力設(shè)定為 20 kPa。

(17)施膠后干燥曲線：后干燥部如果烘干曲線不合適導(dǎo)致急干燥,容易導(dǎo)致紙面的膠膜發(fā)生破裂甚至脫落,影響成紙施膠效果或由此產(chǎn)生干部掉膠而形成紙斑或者斷紙。

3 淀粉制備系統(tǒng)

3.1 玉米原淀粉特性

理文公司使用的國(guó)產(chǎn)玉米原淀粉技術(shù)規(guī)格為：白色或微帶淺黃色陰影的粉末,細(xì)度 99.88%,酸度10.1 mL,灰分 0.11%,蛋白質(zhì) 0.25%。

3.2 淀粉制備系統(tǒng)特點(diǎn)

由于所使用的玉米原淀粉黏度太高,不能直接用于表面施膠,需要經(jīng)過改性后降低淀粉黏度,制得符合工藝需要的質(zhì)量穩(wěn)定的膠液。目前有兩種連續(xù)性操作方法被成功應(yīng)用于淀粉制備：生物酶淀粉制備系統(tǒng)和氧化劑氧化淀粉制備系統(tǒng)。理文公司采用過硫酸銨 (APS)氧化淀粉制備系統(tǒng),該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

(1)使用在線氧化制備表面施膠淀粉成本較外購氧化淀粉成本低。

(2)可根據(jù)紙機(jī)情況及成紙變化隨時(shí)調(diào)整制備工藝以達(dá)到最優(yōu)的表面施膠效果。

(3)熬制時(shí)間短,具有良好的透明度,且黏度好,滲透性好,黏合強(qiáng)度高,因此氧化淀粉可明顯提高成紙強(qiáng)度,減少掉毛掉粉現(xiàn)象[6]。

(4)能夠與多種表面施膠劑配合使用。

(5)缺點(diǎn)是淀粉黏度變化大,容易造成成紙指標(biāo)波動(dòng)。

3.3 淀粉制備流程

從以上的分析可以看出,淀粉膠液的性質(zhì)對(duì)于施膠的效果起著決定性的作用,而良好的膠料來自于高質(zhì)量的膠料制備系統(tǒng)。理文公司采用的制備系統(tǒng)如圖 2所示。

從圖 2可知,原淀粉經(jīng)開粉機(jī)開粉、計(jì)量后送入溶解槽,同時(shí)將溶解后的 APS按比例加入淀粉溶解槽,經(jīng)攪拌后得到淀粉原液。淀粉原液通入蒸汽,在彎管蒸煮器進(jìn)行蒸煮后加入燒堿調(diào)節(jié)淀粉 pH值后送入淀粉儲(chǔ)存槽。淀粉由儲(chǔ)存槽泵送到上料槽經(jīng)壓力篩凈化后上料,對(duì)紙張正反面進(jìn)行施膠?；亓髂z料回到上料槽,與新鮮膠液混合后經(jīng)篩選重新上料。

表1 成紙表面施膠效果對(duì)比

3.4 工藝參數(shù)

理文公司根據(jù)實(shí)際情況,經(jīng)過探索主要工藝參數(shù)后,運(yùn)行效果良好。

以生產(chǎn) 90 g/m2高強(qiáng)瓦楞原紙為例的工藝參數(shù)：原料為國(guó)產(chǎn)玉米原淀粉,蒸煮濃度 30%;蒸煮溫度135℃;溫水槽溫度 70℃;APS溶解后的固含量2.5%;APS用量 0.025% (相對(duì)于玉米原淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù));攪拌時(shí)間 8 min;儲(chǔ)存槽 pH值 7.5;供料槽溫度 70～75℃;供料槽 pH值 4.0～5.0;稀釋前濃度21.5%;固含量 9.5%;黏度 100～150 mPa·s;吸水性企業(yè)內(nèi)控指標(biāo)：Cobb值 (120 s)：40～60 g/m2。

4 施膠效果及穩(wěn)定性跟蹤

4.1 表面施膠效果

在生產(chǎn) 90 g/m2高強(qiáng)瓦楞原紙時(shí),取未施膠的紙張及表面施膠前后定量、水分相同的紙張測(cè)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,并計(jì)算出表面施膠對(duì)于成紙環(huán)壓強(qiáng)度的提高率,結(jié)果見表 1。

從表 1可以看出,在穩(wěn)定的工藝條件下,瓦楞原紙經(jīng)過表面施膠后環(huán)壓指數(shù)平均提高 16.56%。通過表面施膠使得在控制成本之內(nèi)成紙指標(biāo)達(dá)到要求,從而滿足客戶需求。

圖2 APS在線淀粉制備系統(tǒng)示意圖

4.2 表面施膠后成紙指標(biāo)穩(wěn)定性跟蹤

為評(píng)估經(jīng)過表面施膠的 90 g/m2高強(qiáng)瓦楞原紙經(jīng)分切后存放在倉庫中的變化情況,同時(shí)進(jìn)行了成紙施膠穩(wěn)定性跟蹤實(shí)驗(yàn)。方法是選取合格的紙卷,每天(共 10天)從該紙卷上選取一些紙樣測(cè)定成紙指標(biāo),結(jié)果見表 2,并據(jù)此制定指標(biāo)隨著日期的變化曲線圖,見圖 3所示。

從表 2和圖 3可以看出,經(jīng)過良好表面施膠的紙張,在正常的倉儲(chǔ)條件下,環(huán)壓指標(biāo)雖然有相當(dāng)程度的波動(dòng),但幾乎所有的檢測(cè)數(shù)據(jù)均能夠達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求 (環(huán)壓指數(shù) 6.3 N·m/g),僅有 1個(gè)數(shù)據(jù)低于質(zhì)量要求,可能是紙張抄造時(shí)局部施膠效果欠佳造成的,并不具有代表性。這也恰恰證明了穩(wěn)定施膠工藝對(duì)施膠效果的重要性。

5 運(yùn)行問題及解決方法

5.1 問題及分析

(1)生產(chǎn)運(yùn)行中轉(zhuǎn)移輥閉合時(shí)斷紙：當(dāng)車速上升到運(yùn)行車速時(shí),閉合轉(zhuǎn)移輥時(shí)經(jīng)常會(huì)斷紙,主要原因是原張出前烘干部進(jìn)入施膠部的水分太大,或者由于膠料固含量太低而使紙張吸收水分太多造成強(qiáng)度不足而發(fā)生斷紙。

(2)紙面有鋼絲?。褐饕且?yàn)榈矸垧ざ忍呋蛘咛?造成膠液在紙面成膜性不好而產(chǎn)生此類紙病;或由于鋼絲輥和傳遞輥的壓力不合適,壓力太高會(huì)在紙面上產(chǎn)生印痕。

(3)施膠量過大：如果施膠量過大往往會(huì)造成橫幅水分過大,紙幅強(qiáng)度降低而容易形成斷紙。

(4)裂口斷紙：主要原因是原紙干度不夠,提高壓榨部出口的紙幅干度就不易在干燥部斷紙;或由于干網(wǎng)臟造成紙毛、黏膠之類的異物粘在紙邊進(jìn)入施膠機(jī)時(shí)被壓爛產(chǎn)生裂口,從而發(fā)生斷紙或者在復(fù)卷時(shí)產(chǎn)生斷紙。

表2 成紙指標(biāo)跟蹤表

(5)紙幅打折：紙幅打折可能是前干燥的水分不均勻,如毛毯的狀態(tài)較差,網(wǎng)部脫水不良,助留劑使用效果不佳,消泡劑效果差,壓輥的中高不對(duì)等;或者是由于鋼絲輥磨損、橫向壓力不均等造成膠液在紙面上分布不均,從而形成紙幅打折。

(6)施膠量過小：原因主要是淀粉黏度太小或鋼絲輥的角度過小?？赏ㄟ^提高固含量、增加角度以提高施膠量加以解決。

(7)淀粉黏度的問題：主要與 APS的用量有關(guān)。APS用量太高時(shí)會(huì)造成淀粉變性后黏度很低而成膜性差,達(dá)不到很好的增強(qiáng)效果;APS用量太低時(shí)會(huì)造成膠液黏度太高,蒸煮困難。APS用量控制在 0.025%～0.035%時(shí)能獲得合適的蒸煮黏度。

5.2 解決問題的要點(diǎn)

(1)保持膠料質(zhì)量穩(wěn)定：盡可能保證蒸煮條件的穩(wěn)定,保持膠料性質(zhì)穩(wěn)定;需定時(shí)對(duì)淀粉液的黏度進(jìn)行測(cè)定,并根據(jù)施膠效果及時(shí)對(duì)工藝條件進(jìn)行修正。

(2)可以定期使用燒堿等對(duì)蒸煮系統(tǒng)管道進(jìn)行清洗,以保證控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,能夠按照設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行。

(3)酸性施膠系統(tǒng)中,降低 pH值有助于提高施膠效果,但 pH值過低會(huì)使鋼絲輥發(fā)生電化學(xué)腐蝕,鋼絲輥輥面出現(xiàn)鼓泡,繞鋼絲后輥面局部突出,造成嚴(yán)重的施膠不均。這時(shí)就必須對(duì)輥面重新進(jìn)行加工,代價(jià)高昂。一般推薦 pH值以 4～5為宜。

(4)確保計(jì)量輥和轉(zhuǎn)移輥橫向壓力均勻：這是計(jì)量輥施膠機(jī)的難點(diǎn)之一,但是必須總結(jié)經(jīng)驗(yàn)使其能夠達(dá)到橫向壓力均勻,否則會(huì)影響施膠效果。

(5)合適的轉(zhuǎn)移輥膠面硬度、粗糙度、中高以及鋼絲輥鋼絲直徑能保證良好的施膠效果。

圖3 成紙指標(biāo)跟蹤圖

(6)鋼絲在磨損量大于直徑的 1/2時(shí),必須更換。如直徑 0.4 mm的鋼絲,經(jīng)顯微測(cè)量后發(fā)現(xiàn)其磨損直徑約為 0.2mm左右時(shí),必須要安排重繞鋼絲,以保證良好的施膠效果。

6 結(jié) 語

6.1 鋼絲輥計(jì)量式施膠機(jī)能夠在瓦楞原紙上成功地應(yīng)用并達(dá)到良好、穩(wěn)定的紙張?jiān)鰪?qiáng)效果。

6.2 合適且穩(wěn)定的淀粉黏度及固含量是達(dá)到良好施膠效果的關(guān)鍵。

6.3 積極探索適合紙機(jī)需要的操作條件、進(jìn)行良好的設(shè)備維護(hù)是保證施膠機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

[1] 中國(guó)造紙協(xié)會(huì).中國(guó)造紙工業(yè) 2009年度報(bào)告[J].造紙信息,2010(6)：6.

[2] National Starch&Chemical.Surface starch presentation[J].2005.

[3] 盧謙和.造紙?jiān)砼c工程[M].2版.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社.2004.

[4] BTG-UMV Coating System AB.Twin-HS Mtechnical specification[J].2005.

[5] J P凱西.制漿造紙化學(xué)工藝學(xué)[M].3版.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社,1980.

[6] 賀江帆,張新東.常用表面施膠淀粉的制備工藝[C].2008年全國(guó)造紙化學(xué)品開發(fā)應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)論文集,蘇州,2008.

(責(zé)任編輯：常 青)

Application of Fil m Sizer withMeteri ng Roll i n High Speed Corrugati ngMedium Machine

WANGBao-hui＊WEI Chong
(Jiangsu Lee&Man Paper Mfg.Co.,Ltd,Suzhou,Jiangsu Province,215536)
( ＊ E-mail：henry_wang@leemanpaper.com)

It is important to upgrade the paper quality by film sizer in a high speed fluting paper machine using recycled fibers as raw material.Based on many years mill practice experiences,some concerns with regards to the metering roll type film sizer application to the corrugating medium paper will be discussed in this article,such as the application principle,influencing factors,processing data,trouble shooting.It is also proved that the metering roll type film sizer can perform well in modern high speed corrugating medium paper under appropriate operating condition.

metering roll;film sizer;corrugating medium;application

TS735

A

0254-508X(2011)01-0040-05

王寶輝先生;主要負(fù)責(zé)牛皮箱紙板、瓦楞原紙、白面?？埖墓に嚳刂萍吧a(chǎn)管理工作。

2010-09-13(修改稿)