·壓光機·

壓光機系統(tǒng)的技術(shù)改進

余章書

摘要：介紹了在造紙機的干燥部配置半干壓光機、干燥部之后配置普通壓光機和在造紙機外配套超級壓光機的新技術(shù)和應(yīng)用實踐,并介紹了新型聚氨酯軟壓光輥技術(shù)的特性及應(yīng)用,比較了不同壓光機的特點,總結(jié)了影響壓光效果的因素。

關(guān)鍵詞：壓光機；半干軟壓光機；超級壓光機；聚氨酯輥

作者簡介：余章書先生，高級工程師；主要從事造紙機械設(shè)備技術(shù)改造、制漿造紙工程創(chuàng)新和設(shè)計工作。

中圖分類號：TS755

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：0254- 508X(2015)06- 0059- 05

收稿日期：2015- 01- 22(修改稿)

Abstract：New technologies including application of wet calendar stack in drying section, ordinary calendar after drying section, and off line super soft calendar were introduced. Technical characteristics and application of new polyurethane soft calender rolls were also presented. Finally the features of different calenders were compared, and the factors influencing the effect of calendaring were summarized.

Application of New Technology in Calender System

YU Zhang-shu

(E-mail: yuzhangshu@sina.com; Tel: 13459012189)

Key words：calender; soft calender; super soft calender; polyurethane roll

壓光是用壓光機對紙或紙板進行加工,以改進紙張的平滑度和光澤度,并在一定程度上對紙或紙板的厚度進行控制的工藝過程。壓光分硬壓光和軟壓光兩種方式。近20來年,隨著國內(nèi)造紙工業(yè)的迅速發(fā)展、市場用紙量的日益增加,廢紙用量逐年激增。但廢紙中夾持的垃圾雜物越來越多,而有效處理廢紙雜質(zhì)十分困難,若廢紙漿中摻雜的細砂粒、泡沫、油蠟、膠料等處理不徹底,當(dāng)生產(chǎn)各類高檔紙張時,這些細小雜質(zhì)經(jīng)過硬壓光機之后會在紙面上形成墨斑、濕斑、斑油,影響紙張的表面質(zhì)量。因此剛性的機內(nèi)外壓光機已不能滿足造紙機抄紙過程的需要。為順應(yīng)造紙工業(yè)日益發(fā)展的趨勢,普通軟壓光機和超級壓光機已得到普遍使用,但在使用時仍存在一定的缺陷需要進一步技術(shù)創(chuàng)新改進。本文主要介紹了壓光機系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的改進,以使其適應(yīng)造紙工業(yè)發(fā)展的需要[1-4]。

1軟壓光和硬壓光的應(yīng)用對比

壓光分為軟壓光和硬壓光兩種方式。造紙壓光主要起以下幾方面作用：一是整飾紙張的表面，提高紙張的平滑度、光澤度和緊度；二是調(diào)整紙張的厚度,通過局部加熱或冷卻的壓光輥來減少紙張厚度沿橫向上的波動；此外,壓光后的紙張裂斷長會增加。

大多數(shù)造紙機在干燥部配置半干壓光機和在干燥部后裝置普通壓光機,生產(chǎn)某些紙種時在造紙機之后還需配套超級壓光機[5]。普通壓光機和超級壓光機有著一定的連帶關(guān)系,當(dāng)普通壓光機達不到紙張質(zhì)量要求時,勢必影響位于其后的超級壓光機的壓光整飾作用,造成壓光作用效果差,影響紙張的質(zhì)量。

軟壓光是近10年來發(fā)展迅速且廣泛使用的新技術(shù),由于壓光機軟輥面材料的回彈,使輥面可以適應(yīng)紙張勻度和定量的變化,同時厚度不會有較大的減少,可增加平滑度,消除色斑。

與硬壓光相比,軟壓光具有以下優(yōu)點：①改善了紙張松厚度,并保持挺度穩(wěn)定性；②印刷油墨吸收性良好；③軟壓光的溫度和線壓調(diào)節(jié)范圍大,可適應(yīng)不同紙種要求的壓光整飾；④因纖維不受強烈擠壓,紙張強度好,設(shè)備運行率提高；⑤壓出的紙張緊度一致,厚度減小不大；⑥即使紙張勻度不好,其不透明度也可得到改善；⑦可獲得較高平滑度,并可減小平滑度兩面差；⑧有可能使成品紙具有較高的水分。

2聚氨酯材料特性及應(yīng)用

聚氨酯全稱聚氨基甲酸酯(polyureethane),是一種高分子材料,具有耐磨性好、強度高的特點。在國外最初使用聚氨酯包膠的輥子是溝紋壓榨輥、盲孔壓榨輥。為順應(yīng)造紙工業(yè)迅速發(fā)展的趨勢,技術(shù)創(chuàng)新改為盲孔帶溝紋壓榨聚氨酯輥、長盲孔帶溝紋壓榨聚氨酯輥等,短期使用效果比效好,表面沒有出現(xiàn)磨損現(xiàn)象,彈性好,使用一年幾乎沒有出現(xiàn)變形現(xiàn)象,保證了良好的脫水效果以及生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。目前聚氨酯廣泛使用到施膠輥、涂布壓輥、半干壓光機、普通壓光機及超級壓光機上的軟壓光配套,使得輥子的使用壽命周期延長。

3三輥半干壓光機

半干壓光機的主要目的是壓緊紙幅,為造紙機干燥部后裝置普通壓光機發(fā)揮有效作用,更有效防止黑斑、油斑等紙病產(chǎn)生。在低速及中速造紙機上,一般在干燥部中間或直接在大缸上設(shè)置三輥半干壓光機,其中輥子為聚氨酯輥、上下輥為金屬輥,或設(shè)中輥為金屬輥、上下輥為聚氨酯輥,輥面具有剛性、柔性和耐磨特點,臟物不易黏輥,易清理,見圖1、圖2。

目前在造紙機大缸上直接裝置三輥半干壓光機,即不必移動原有設(shè)備位置,也不增加傳動裝置,由大缸直接帶動,節(jié)省動力消耗,且可起濕壓光、烘干的作用,紙張不易斷頭和起皺；兩缸距離短,好引紙。這種安裝形式具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、傳動穩(wěn)定、安全可靠和勞動強度低等優(yōu)點。

圖1　造紙機干燥部中間裝置半干壓光機結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　造紙機干燥部裝置半干壓光機結(jié)構(gòu)示意圖

4普通壓光機

普通壓光機由3～7個壓光輥組成,通常為5個輥(圖3所示),底輥一般為主動輥,其他輥子借助相互摩擦而轉(zhuǎn)動。在壓光機上,紙幅自壓光輥組引入,依次地通過線壓逐漸增大的各個壓區(qū)。壓光輥的數(shù)目按所生產(chǎn)的紙種及其光澤度等性能的要求來決定,壓光輥的數(shù)目亦取決于壓光機引紙方法。用壓縮空氣吹送引紙時,由于紙幅可送至頂輥及下輥筒之間,此時應(yīng)采用呈偶數(shù)的輥組(也有風(fēng)送引紙時采用奇數(shù)輥組的事例)。人工引紙時,為了安全起見,紙幅必須繞過頂輥,在這種情況下,輥數(shù)應(yīng)采用奇數(shù)。

五輥普通壓光機由2個聚氨酯輥與3個金屬輥交替堆疊組成,分為雙側(cè)機架壓光機和單側(cè)機架壓光機的結(jié)構(gòu)形式。

圖3　五輥普通壓光機結(jié)構(gòu)示意圖

圖4　十二輥超級壓光機結(jié)構(gòu)示意圖

目前,廢紙原料雜質(zhì)較多,普通壓光機和半干壓光機均改為聚氨酯軟壓光輥,適應(yīng)性強,質(zhì)量可靠有保證。

5超級壓光機

超級壓光機一般為12個輥(圖4所示),與普通壓光機主要不同之處是輥面彈性較大,且配備較多的聚氨酯輥(原設(shè)為紙粕輥),輥筒個數(shù)多,線壓力和精致整飾作用大。

供兩面光紙用的超級壓光機使用最普遍,經(jīng)它整飾的紙張兩面光澤度和平滑度較接近。這種超級壓光機具有偶數(shù)的輥筒,頂輥和底輥都是金屬輥,中部有2個相鄰的聚氨酯輥,其余為相間排列的金屬輥和聚氨酯輥。紙張通過時,相鄰的2個聚氨酯輥使紙張另一接觸面反轉(zhuǎn)壓光,紙張的2個表面分別有機會與金屬輥相接觸。供單面涂布紙原紙和單面光紙使用的超級壓光機輥數(shù)為奇數(shù),其中頂輥和底輥是金屬輥,聚氨酯輥和金屬輥彼此相間排列。紙張通過時,僅以一面與金屬輥接觸。因此紙張只有一面平滑度和光澤度提高。

超級壓光機可分兩大類：①供書寫紙、印刷紙和其他類似用紙使用,特點是對光澤度、平滑度要求高,幅寬大、車速高和線壓力低；②供工業(yè)用紙(電容器紙、卷煙紙、仿羊皮紙)使用,特點是幅寬小、車速低和線壓力高。 表1列出生產(chǎn)不同紙張產(chǎn)品的超級壓光機與普通壓光機特點。

近幾年來,超級壓光機和普通壓光機的發(fā)展趨勢是減少停機時間和減少輥筒的維修。為此采取一系列措施,如：①增加卷取紙卷直徑,達1.5～2 m；②采取快速換卷裝置,盡快地移去空卷紙軸或采用連續(xù)退卷站；③斷紙時,快速制動紙卷和輥筒；④采用輥筒快速脫開機構(gòu),使輥筒在斷紙時快速脫開而不受損傷。

在超級壓光機上配置聚氨酯輥進行軟壓光,車速提高了35%,生產(chǎn)穩(wěn)定運行,消除安全隱患,解決了生產(chǎn)平衡問題。

超級壓光機聚氨酯輥的肖氏硬度應(yīng)為91°～93°,三輥半干壓光機和普通壓光機聚氨酯輥的肖氏硬度為86°～90°為合適。壓光機包覆聚氨酯要求質(zhì)量高,如輥面選擇硬度不當(dāng)也將會影響壓光效果。

6影響壓光效果的因素

紙張在壓光機上的壓光效果既取決于它在壓光前的原有特性(如纖維配比、打漿的均勻度和紙張水分),也取決于壓光機對紙張的作用。在壓光機上影響壓光的主要因素是：比壓力、輥數(shù)和輥子表面溫度、光潔度等[6-9]。

6.1比壓力

表1　生產(chǎn)不同紙種的超級壓光機與普通壓光機特點

當(dāng)紙張通過壓光機時,在線壓力的作用下,聚氨酯輥和紙張產(chǎn)生變形,形成一個變形面積。壓力即分布在該面積上。變形面積的寬度決定聚氨酯輥的變形量和紙張厚度的減少量。(線壓力與變形面積的寬度比稱為比壓力,單位為kPa/m2)。

與在壓榨部使用聚氨酯輥相同,在壓光機上使用聚氨酯輥能形成較寬的變形面積。在這種情況下,雖然線壓力很大,但比壓力較小,所以不會把紙張壓潰,并且能延長紙張在輥間壓區(qū)中的受壓時間。

比壓力是決定紙張緊度、平滑度和光澤度的主要因素。在壓光機上,紙張緊度隨比壓力的增加而提高,而紙張的物理性能和它在壓光機上所獲得的緊度有關(guān)。

紙張的平滑度和光澤度是由于紙張在輥間產(chǎn)生滑動,并在壓力作用下表面產(chǎn)生塑性變形的結(jié)果。由于輥間壓區(qū)中紙張表面不平,而使紙張與輥筒僅僅局部接觸而不是全部寬度上接觸。當(dāng)壓力提高時,接觸面積增加,因而紙張的光澤度和平滑度提高。但當(dāng)壓力增加超過某一極限范圍(250～300 kN/m),壓力再繼續(xù)增加對紙張平滑度的影響不大。

圖5　聚氨酯輥徑向變形

由聚氨酯輥的徑向變形而引起的輥間滑動可用圖5來說明。假設(shè)聚氨酯下輥為主動輥,它有一變形區(qū)域,區(qū)域中的平均半徑R0=R1-ΔR1,則金屬上輥的角速度ω2=ω1(R1-ΔR1)/R2,而上輥圓周速度V2=ω2R2=ω1(R1-ΔR1)。因V1=R1ω1，則輥筒圓周速度之比(相對的滑動)：V1/V2=R1/(R1-ΔR1),圓周速度之差：ΔV=V1-V2=ω1R1-ω1(R1-ΔR1)=ω1ΔR1。由此可知,輥筒間相對滑動與車速無關(guān),只取決于聚氨酯輥徑向變形及其直徑。輥筒間的滑動可以是正的或負的。如果兩輥(聚氨酯輥及金屬輥)之中聚氨酯輥是主動輥,則從動金屬輥的線速度將小于主動輥的線速度,這時發(fā)生的滑動稱之為正滑動。如果金屬輥是主動輥,則從動輥聚氨酯輥的線速度大于主動輥的線速度,這時可以稱為負滑動。試驗表明,聚氨酯輥相對滑動為0.05%～0.08%,并隨輥間線壓力的增加而增大。

聚氨酯輥的彈性模數(shù)越小則其徑向變形越大,輥間的滑動亦越大,因此對于平滑度及光澤度要求高的紙種,如書寫紙類、印刷紙類及涂布紙的壓光需要采用彈性好的聚氨酯輥。根據(jù)生產(chǎn)不同紙種的產(chǎn)品,包覆的聚氨酯輥肖氏硬度一般為88°～95°。

6.2車速和輥數(shù)

當(dāng)線壓力相同時,在一定范圍內(nèi)增加輥數(shù),可以提高紙張光澤度和平滑度,并且稍微增加紙張緊度。隨著輥數(shù)的增加,紙張伸長率也增加,而聚氨酯輥的硬度越小,紙張伸長率也就越高。

當(dāng)壓光機車速提高時,由于紙幅在輥間壓區(qū)中受壓時間減少,使紙張平滑度提高量顯著減少。例如,當(dāng)車速從50 m/min增至160 m/min時,線壓力為70 kN/m的作用下,則紙張平滑度從300 s降至160 s；但提高車速時,所得紙張的光澤度和平滑度降低不大。

6.3紙張水分和紙筒溫度

紙張的水分越大,可塑性就越大,壓光就越容易。因此紙張在通過壓光之前要經(jīng)過潤濕處理。對書寫紙和印刷紙而言,在壓光機前的水分不應(yīng)低于8%～9%,但很少達到10%。這兩種紙張的潤濕是在造紙機后卷紙機前進行,最適宜的方法是將濕潤過的紙張在恒溫、恒濕環(huán)境擱置2～3天,使紙張內(nèi)水分均勻分布。但當(dāng)造紙機的生產(chǎn)能力很大時,則需很大的堆放面積,并使整飾車間內(nèi)紙張的運輸工作復(fù)雜化,因此目前只有在生產(chǎn)高級紙時才采用此法。

工業(yè)用紙(如電容器紙、仿羊皮紙等)在超級壓光前需要水分15%～30%,潤濕是在特制潤濕機上進行,以保證沿紙張的全寬潤濕均勻。當(dāng)紙張濕度不夠時,可在超級壓光機的頂部前面或中間輥處,用蒸汽補充潤濕紙張。

紙張通過超級壓光機或普通壓光機時,輥筒的溫度決定紙張水分的變化,而水分的變化對壓光過程又有重大影響。因為超級壓光機和普通壓光機對過干紙的作用不大,因此需要調(diào)節(jié)蒸汽和水的供給量,使紙張在經(jīng)過上部各輥筒時,干度不會達到最終干度。

為了獲得質(zhì)量良好的紙張,輥面應(yīng)經(jīng)常磨光。輥面磨光要定期進行,兩次磨光的時間間隔決定于壓光機的車速、線壓力、紙張中砂粒的含量和刮刀的使用狀況。當(dāng)車速超過300 m/min時,頂輥和中間輥每4～6個月要磨光1次；底輥12～18個月磨光1次；當(dāng)車速低于300 m/min時,頂輥和中間輥每8～12個月要磨光1次；底輥18～24個月磨光1次。由于壓光輥表面都經(jīng)加工,當(dāng)車速不超過500 m/min時,一般不需要校平衡。

五輥普通壓光機(紙機內(nèi))及十二輥超級壓光機(機外)改為聚氨酯軟壓光后,紙張產(chǎn)品主要物理指標(biāo)有所提高：①緊度分別為0.70～0.9 g/cm3和0.9～1.0 g/cm3；②裂斷長分別為5000～6000 m 和6000～7000 m；③紙張的正面平滑度分別為150～170 s和190～200 s,而平滑度兩面差分別減小到8%～12%和2%～5%(有時兩面差可減小到接近0)；④通過壓光機的成品合格率分別為96%～97%和99.5%～99.8%; ⑤造紙機經(jīng)過三輥半干軟壓光和五輥普通軟壓光后,高強瓦楞原紙的環(huán)壓強度由改進前的0.6～0.75 kN/m提高到0.9～0.95 kN/m; ⑥機內(nèi)壓光紙的縱橫抗張強度比由改造前的1.0∶2.5～1.0∶2.8縮小到1.0∶1.8～1.0∶2.2；⑦機內(nèi)壓光紙的耐折度可達18～22次；⑧機內(nèi)壓光紙的耐破度為900～1250 kg/t。不同定量有不同的要求,以上數(shù)據(jù)為抄造120 g/m2紙張的物理指標(biāo)。

7結(jié)語

筆者經(jīng)過幾年的實踐經(jīng)驗,反復(fù)地琢磨研究、探討及實踐,找尋提高壓光效率的方法，分析并總結(jié)影響紙張壓光效果的因素,以期對壓光機的設(shè)計、技術(shù)創(chuàng)新、改造及推廣與應(yīng)用提供一定的指導(dǎo)。

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(責(zé)任編輯：劉振華)