ALexander Grüner EMTEC Electronic GmbH

胡云濤 上海林紙科學(xué)儀器有限公司

TSA柔軟度測試儀在生活用紙生產(chǎn)工藝優(yōu)化中的應(yīng)用

TSA Tissue Softness Analyzer

ALexander Grüner EMTEC Electronic GmbH

胡云濤 上海林紙科學(xué)儀器有限公司

生活用紙最關(guān)鍵性的特征參數(shù)就是柔軟度和手感。傳統(tǒng)的辦法是用專家評(píng)估小組來人工測試這一質(zhì)量參數(shù)。人工測試存在許多缺點(diǎn)，而Emtec TSA紙巾柔軟度測試儀能夠客觀地測試分析，減少人為因素。目前國內(nèi)外知名的生活用紙廠商大多數(shù)已采用此先進(jìn)的分析儀器和方法，包括生活用紙廠家、維美德等紙機(jī)設(shè)備供應(yīng)商、化學(xué)品公司、研究機(jī)構(gòu)和高校。這個(gè)儀器可以檢測紙頁的三個(gè)基本參數(shù)：粗糙度/平滑度、真實(shí)柔軟度、硬挺度。這三個(gè)參數(shù)實(shí)際上決定了當(dāng)我們觸摸紙巾時(shí)整體的“手感”印象。TSA不僅僅是可以測定這些參數(shù)，更重要的是可以幫助調(diào)整像柔軟劑等化學(xué)品在濕部添加量的大小，因?yàn)樘砑拥娜彳泟┰黾踊驕p少，從TSA的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以反映“真實(shí)柔軟度”的變化。此外，TSA還可以幫助設(shè)定合理的紙機(jī)參數(shù)，例如起皺刮刀的角度，刮刀的使用壽命等。

從紙漿到成品，簡單的生產(chǎn)流程示意圖如圖1。備料階段的磨漿、配漿及化學(xué)品的添加都可以通過TSA來優(yōu)化，節(jié)省時(shí)間、材料和費(fèi)用。另外通過TSA的優(yōu)化，刮刀的使用壽命也可以延長，降低刮刀更換頻率。

圖1 造紙過程流程圖

1 紙漿配比優(yōu)化

不同的紙漿配比對衛(wèi)生紙質(zhì)量的影響是不一樣的。圖2是在美國進(jìn)行的一次實(shí)驗(yàn)。可以看出纖維構(gòu)成為75%桉木漿/25%針葉木漿的成紙柔軟度指數(shù)為8.2，最柔軟。它的手感值為90，在所有測試組中最高。使用了脫墨漿的測試組手感值最低。另外第二天再現(xiàn)性測試的曲線基本上與第一天的曲線重合，這說明TSA測試穩(wěn)定。因此在試機(jī)前測試手抄片，可以快速的選擇最優(yōu)的漿料配比，獲得滿足要求的原紙或成品紙，節(jié)省時(shí)間、材料和費(fèi)用。

2 磨漿優(yōu)化

磨漿的目的是使纖維分絲帚化，增強(qiáng)纖維之間的結(jié)合力。但是磨漿的同時(shí)，纖維也會(huì)被切斷，纖維變短。磨漿的程度也可以通過TSA來優(yōu)化。通過圖3的TSA測試曲線發(fā)現(xiàn)，磨漿越重，紙張?jiān)狡交w維越不柔軟。因此，可以通過TSA確定合適的磨漿程度。

圖3 磨漿對柔軟度的影響

3 柔軟劑種類的優(yōu)化

添加柔軟劑，真實(shí)的柔軟度會(huì)上升。但是不同的柔軟劑對平滑度/粗糙度、真實(shí)柔軟度和挺度這三個(gè)參數(shù)的影響是不一樣的，人用手來感覺可能沒有那么明顯，通過TSA可以清楚的知道每個(gè)參數(shù)是受到怎樣影響的，從而確定選擇哪種柔軟劑。添加柔軟劑主要影響真實(shí)的柔軟度，因此可以通過監(jiān)測真實(shí)柔軟度這一參數(shù)選擇合適的柔軟劑。

圖4 柔軟劑對三個(gè)參數(shù)的影響

4 紙幅均一性優(yōu)化

現(xiàn)在衛(wèi)生紙機(jī)的幅寬最寬可達(dá)6m左右，在橫向方向上定量、挺度、起皺發(fā)生變化都會(huì)導(dǎo)致粗糙度和柔軟度變化，最終影響紙幅橫向手感。發(fā)生這種情況的原因可能是紙機(jī)的速度改變，但是流漿箱沒有調(diào)整。流漿箱的設(shè)置是根據(jù)特定車速設(shè)定的，如果車速改變，就需要調(diào)整流漿箱，以確保紙幅橫向各噴嘴分配到相同的紙漿。一般情況下，手感測試組成員也可能發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題，但是時(shí)效性較差。而TSA能夠很快的顯示出數(shù)據(jù)，從而及時(shí)調(diào)整。

圖5 流漿箱噴漿示意圖

5 刮刀優(yōu)化

刮刀尤其是鋼制刮刀的使用壽命是有限的。一般來說，根據(jù)原紙的質(zhì)量要求，一個(gè)刮刀可以生產(chǎn)1～8個(gè)大軸紙，然后需要更換刀片，而更換刀片需要耗費(fèi)2～3min。使用手感測試只能為了運(yùn)行安全根據(jù)設(shè)定的周期強(qiáng)行改變刀片的使用周期。而采用準(zhǔn)確和客觀方法的TSA，刀片可以根據(jù)需求更換。通過確定一個(gè)周期的最佳刀片數(shù)量，每個(gè)刀片可以在產(chǎn)品質(zhì)量沒有下降的情況下完成更多的紙軸。

例：某生產(chǎn)線年產(chǎn)量：45,000t；

每軸生產(chǎn)時(shí)間：大約30min；

刀片更換時(shí)間：大約3min。

優(yōu)化前每個(gè)刀片周期的紙軸產(chǎn)量：4個(gè)/120min，需要更換12個(gè)刀片/d，換刀總時(shí)間36min/d。優(yōu)化后每個(gè)刀片周期的紙軸產(chǎn)量：6個(gè)/180min，僅需要更換8個(gè)刀片/d，換刀總時(shí)間24min/d。

因此，刀片更換節(jié)省的時(shí)間：350d×12min=4,200min/ a，可以生產(chǎn)：140個(gè)大軸×4t=560t的額外產(chǎn)量，相當(dāng)于增加1.25%的產(chǎn)量。

通過節(jié)省刮刀降低的費(fèi)用：鋼制刮刀價(jià)格為42.50歐元（寬5m），可以節(jié)省4個(gè)刮刀×350d=1,400個(gè)刮刀，相當(dāng)于節(jié)省1,400×42.5=59,500歐元。

圖6 刮刀變化對手感值的影響

6 助劑用量的優(yōu)化

助劑的添加可以改變產(chǎn)品的柔軟度，但是添加量太少，達(dá)不到添加助劑的目的；添加太多的話，浪費(fèi)材料，費(fèi)用太高，不合算。TSA通過精確地監(jiān)測，可以幫助選擇最佳的助劑添加量。從圖7中看出，隨著助劑用量的增加，柔軟度逐漸提高，當(dāng)用量超過1.5g/m2的時(shí)候，柔軟度變化不大，因此助劑用量選擇1.5～2g/m2為最佳。

圖7 助劑用量對柔軟度的影響

使用TSA模型計(jì)算選擇面巾紙助劑應(yīng)用案例。

例：雙層面巾紙的年產(chǎn)量（30 g/m2）：10,000t；

助劑用量（供應(yīng)商建議）：約3g/m2（每層1.5g/m2）；

助劑總用量：約1,000t（定量的10%用量）；

助劑價(jià)格：約2～5歐元/kg；

助劑年費(fèi)用：約200萬～500萬歐元。

使用TSA優(yōu)化后，助劑用量1.5～2g/m2為最佳，因此，助劑的用量可以節(jié)省10%～50%，相當(dāng)于費(fèi)用每年可以節(jié)約20萬～250萬歐元。而儀器價(jià)格（根據(jù)配件）大約為6萬歐元，使用儀器人員的年工資為3萬歐元，投資回報(bào)從5個(gè)月降到2周。

7 結(jié)論

TSA的界面直觀，測試穩(wěn)定，精度高。通過對三個(gè)基本參數(shù)粗糙度/平滑度、真實(shí)柔軟度和硬挺度的測定，能夠高效的對造紙流程進(jìn)行優(yōu)化，節(jié)約時(shí)間、材料和費(fèi)用。還可應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)、投訴管理等方面。三個(gè)參數(shù)的配合使用和手感值HF可以比較客觀的測量紙的性能，代替人的不確定性。通過數(shù)學(xué)模型得出的HF結(jié)果很容易被各個(gè)評(píng)判小組接受，實(shí)現(xiàn)更好的質(zhì)量控制。

（張升友整理自2016年南京生活用紙年會(huì)國際研討會(huì)論文集）