2(1)造纸工艺

第二章磨（打）浆™本章主要介绍植物纤维原料的处理方法与设备，纤维原料的特性与纸张性能的关系等主要内容第一节概述第二节磨(打)浆原理™第三节磨(打)浆设备™第四节磨(打)浆工艺™第五节磨(打)浆对纸张性质的影响™第六节干浆板的碎解和浆料疏解™第七节磨(打)浆设备选型和生产流程设计及磨(打)浆系统控制第一节概述一、磨（打）浆的概念：纸料纤维在处理过程中受到剪切力的作用™打浆：打浆机™磨浆：磨浆机，连续设备二、磨（打）浆的目的和任务目的：改善纤维的形态和性质，满足纸机需要，生产出的纸符合预期的质量指标。打浆两大任务（1）改变纤维的形态，保证抄出的纸和纸板能取得预期的质量要求。（2）通过打浆控制纸料在网上的滤水性，以适应造纸机生产的需要。三、磨浆前后浆料性质的变化单根纤维的变化™比表面增加™柔软性增加纤维结合力增加™氢键再分布™Zeta电位变化浆料性质的变化™纤维束疏解成单根纤维™纤维的平均长度下降™打浆度上升，纤维壁的破除，杂细胞被打烂。™温度上升™针叶木打浆前（实验室照片）针叶木打浆后™盘磨机磨浆PFI磨浆第二节、磨(打)浆原理™在理解磨(打)浆原理之前，首先让我们了解纤维细胞壁的构造情况。（一）纤维细胞壁的构造内层S3（Innerlayer)次生壁S外层S1（Outerlayer)中层S2（Middlelayer)初生壁P胞间层M复合胞间层CML细胞壁一个死亡的植物细胞；两端细长；纺锤状纤维细胞壁的构造纤维细胞壁厚度与夹角细胞角隅主要为木质素胞间层（M）1~2µm0.1~0.3µm0.1~0.3µm3~10µm~0.1µm主要为木质素，无微纤丝初生壁（P）微纤丝松散、漫无规则不能纵向分丝、细纤维化外层（S1）内外以70~90°Z和S型缠绕不能纵向分丝、细纤维化中层（S2）10°（早材）到20~30°（晚材）占细胞壁厚的70~90%可以纵向分丝、细纤维化内层（S3）50~90°Z和S型交替缠绕次生壁（S）细胞壁复合胞间层（ML）纤维细胞壁各层的特点™P层：凌乱的网状，薄而易碎，打浆时易剥离™S1层：微纤维结晶度较高，对化学作用较稳定，与P层结合较紧密，S1与S2结合草木不同。™S2层：是否易散开，与微纤丝夹角有关，角度越小，越容易分丝帚化，各层的精细构造微细纤维的精细结构与半纤维素、木素的微细结构关系（二）、杂细胞的结构™杂细胞的含量结构™针叶木：1.5%，分P和S层，S1层与S2层30°-60°夹角，S2几乎与轴平行™阔叶木：17-27%，S1层与S2层60°-80°夹角™麦草：40％，壁薄易碎，壁上有纹孔，S2层与轴几乎平行，S3呈交织状。™芦苇：分P和次生壁外层和内层。P和胞间层合为一体，S1与S3呈规则网状，S3微细纤维较S1更近于轴向。二、磨(打)浆的作用（一）、磨(打)浆对纤维的作用1、初生壁P和次生壁外层S1的破除™P层和S1层中木素含量较多，其存在影响S2层的吸水润胀。™打浆使S2层的细纤维产生位移和变形，有利于吸水润胀和P层S1层的破除™除去的难易与制浆方法和原料有关纤维次生壁的位移2、吸水润胀™①、润胀（定义）：是指高分子化合物在吸收液体的过程中，伴随着体积膨胀的一种物理现象。™②、润胀的原因：纤维素大分子含有极性羟基与水产生极性吸引。③、润胀结果：™纤维吸水后，体积增大，径向增加20-30%－影响滤水，干燥时,纸张发生收缩的根源。™内聚力下降，内部的组织结构变得更为松弛，纤维变软，有利于细纤维化，不利于横向切断。™能有效地增加纤维间的接触面积－提高成纸强度，使透气度下降。④、影响纤维润胀的因素™纤维的吸水润胀与原料的组成、半纤维素的含量和制浆的方法等因素有关。⑤、纤维润胀程度的测量：保水值3、细纤维化包括外部细纤维化和内部细纤维化。™外部细纤维化：是指纤维的两端的帚化和纵向分丝，纤维表面游离出细小纤维。结果：纤维比表面积增加，柔软性增加，游离出更多羟基。™内部细纤维化：是指纤维发生润胀后，细胞壁同心层之间彼此产生滑动。结果：纤维的刚性下降，塑性增加。对纸页的性质影响极大，是打浆的重要作用之一。纤维外部的细纤维化4、切断或变形™切断是指纤维横向发生断裂的现象。™适当地切断纤维，提高匀度和平滑度，但过短会降低强度，特别是撕裂度。™与润胀的关系：润胀的好，不易切断。反之容易被切断。5、产生纤维碎片™细小纤维的来源™三个方面：初生壁和次生壁外层的破除；杂细胞被打碎；横向切断产生碎片。6、其它次要作用™增加纤维柔软性™纤维的扭曲、卷曲、伸展压缩™溶解作用（二）磨(打)浆对杂细胞的作用™木浆的杂细胞被打烂™草类原料的薄壁细胞被打烂™表皮细胞保持较完整三、草类浆纤维磨(打)浆的特性™麦草浆的特点：平均长度短0.9mm、S1厚、S1与S2结合紧密、夹角较大、杂细胞多、半纤维素含量高，™麦草浆难以外部细纤维化™原因四、磨（打）浆机理™分五个阶段™作用力：机械力（低浓）™纤维间摩擦力（高浓）™流体剪刀力™压缩力™剪切力™扭曲力™摩擦力第三节、磨（打）浆设备™磨（打）浆设备是影响磨（打）浆质量的一个重要方面，造纸（工艺）工作者必须了解磨（打）浆设备的特点与原理一、磨（打）浆设备的作用（1）疏解作用：使纤维束分散成单根纤维；（2）切断作用：使纤维横向切断；（3）帚化作用：使纤维表面帚化起毛；（4）压溃作用：纸料获得胶体性质，易于相互交织；（5）水化作用：使纤维吸水润胀，变得柔软细腻，并具有可塑性；（6）混合作用：在间歇打浆过程中二、磨（打）浆设备的分类、特点及应用打浆设备可分为间歇式和连续式两大类。™间歇式主要是各种类型的打浆机；™连续式则有锥形磨浆机、圆柱磨浆机和盘磨机三类。1、间歇式打浆机槽式打浆机™基本结构主要由浆槽（包括山形部）、底刀、飞刀辊机升降调压装置、罩盖及洗鼓等组成。™适合于棉、麻等长纤维打半浆。2、锥形磨浆机™作用：纸机前精整纤维、混合纸浆；连续打浆。™（一）、锥形精浆机的结构™锥形精浆机主要由装有刀片的圆锥形转子和内表面装有刀片的圆锥形外壳以及加压和传动装置所组成。（二）、工作原理纸浆在高速旋转的转子带动下产生周向线速度和径向离心力。由于圆锥形转子使得大端的周向线速度和离心力比小端的大，导致大端的静压比小端的小。另外在锥形外壳的轴向定齿纹的“束缚”和导引下，纸浆具有由小端向大端移动的趋势。腔内纸浆移动的动力源是靠进出口浆管的外来压差和磨腔内的导引力。浆料一旦进入磨腔，受转子表面飞刀和固定锥形磨套内表面底刀之间的复杂的机械作用力，产生打浆作用。（三）分类与特点1.普通锥形精浆机™转辊线速8~11米/秒，圆锥度小于22°，刀片厚6~10毫米。它的切断能力强，适于打游离浆。通常作为精整设备，也可代替打浆机进行连续打浆。2.高速锥形精浆机™转辊线速为11~20米/秒，锥度为22~24°，刀片厚6~12毫米。它的帚化能力较强，适于打中等粘状浆。3.水化锥形精浆机™线速达18~30米/秒，锥度约26°，刀厚8~12毫米。它的帚化能力强，而切断作用较小，适于打粘状浆，也可用于纸袋纸的精整。4.大锥度精浆机™锥度达60°，帚化作用好，而切断作用小。5、内循环锥形精浆机：切断作用小，而水化性能好。它的适用范围较广，也可作为精整设备。3、圆柱磨浆机™①、工作原理：利用外界压力对定子刀进行加压打浆的。底刀固定在长方形的底刀匣中，通过外界压力使其向刀辊作径向移动而达到调压目的。②、缺点™切断能力较差，长纤维需先打半浆。™打高粘状浆时，纤维不够柔软。™散热性差，™单台设备的处理效果不显著，需要多台串联，80年代以后逐渐被淘汰。4、圆盘磨浆机①、盘磨机的主要特点™连续打浆设备，打浆质量均一性、稳定性，提高劳动生产率，。™盘磨机占地少、效率高和电耗低。™盘磨机能适应各种浆种和一些特殊的纸浆的打浆。™可以用来实现高浓连续打浆(20％～30％以上浓度)，能有效地提高磨浆的质量。™可用于半化学浆、化学磨木浆、冷碱法制浆、预热木片磨木浆、压力磨木浆等作为制浆设备。②、盘磨机的类型™按其设备特征，盘磨机可分为立式和卧式两类。按磨盘数可分为：（1）双盘式磨盘机。该类又可分为单盘旋转式）和双盘旋转式两类。（2）三盘磨。又称双圆盘磨浆机。（3）多盘式磨浆机。另外，还可按用途及工作条件分为木片盘磨机、热磨机、高浓盘磨机等。™它的型号是按圆盘直径（毫米）大小来表示的。主要规格有：￠300、￠330、￠370、￠400、￠450（三盘磨）、￠500、￠600、￠800、￠915（双盘旋转式）、￠1250、（石磨）等。（1）、单盘磨旋转式盘磨机™单盘磨主要由壳体、盘磨、间隙调节机构机传动装置等组成。™一个定盘，一个动盘（2）、双盘旋转式盘磨机两个动盘图10-20双盘磨结构示意图5-电机2-进料螺旋3-转盘4-转盘2、6-油缸7-手轮8、9-主轴（3）、三盘磨一个动盘、两个定盘图10-21三盘磨结构示意图a-单流式b-双流式③、盘磨机磨盘的齿型④、盘磨机的磨浆机理™浆料在高速转盘的巨大离心力作用下，从磨盘中心向圆周个方向运动，在此过程中，纤维受到摩擦力、扭力、剪力、水力及热力等各种作用。因而，纤维的撕裂、分丝、帚化、压溃、弯曲和搓软作用显著，而切断作用较小，特别是高浓磨浆时，以上作用更加明显。④磨浆的能耗和效率不同材质的磨盘的电耗比较。第四节、磨（打）浆工艺™根据纸的质量要求、纤维原料的性质以及打浆设备的型式和材质等，制订合理的打浆工艺和操作方法，正确地控制打浆的影响因素，这是充分发挥打浆效能的重要环节。一、磨（打）浆方式（一）、游离打浆和粘状打浆™游离打浆是以横向切断纤维为主的一种打浆方式，™粘状打浆是以纤维吸水润胀、细纤维化为主的打浆方式。™长纤维打浆是指尽可能的保留纸浆中纤维的长度。™短纤维打浆是指对纤维进行切断的打浆方式。必须指出，生产中四种打浆方式不可能截然划分。™打浆方式只表明打浆过程中打浆的方向和打浆的主要作用，并不表示打浆的程度。™打浆的程度主要是用打浆度来衡量。™我国通常将打浆度低于30°SR以下的浆料称为游离浆，打浆度高于70°SR的浆料称为粘状浆，而介于30～70°SR之间的浆料称为半游离半粘状浆。（二）、四种类型磨（打）浆方式浆料的特性™磨(打)浆方式分为四种类型：™长纤维游离状磨(打)浆™短纤维游离状磨(打)浆™长纤维粘状磨(打)浆、™短纤维粘状磨(打)浆。™长纤维游离状打浆:适当切断纤维，尽可能保持纤维长度。纸料在网上容易脱水，成纸强度大、透气性好和变形小、匀度不太好，表面粗糙，多用来抄造纸袋纸、牛皮包装纸等。™短纤维游离状打浆:要求高度切断纤维，避免纸浆的润胀和细纤维化。这种纸料脱水容易，纸的组织均匀，纸质松软，强度不大，吸收性好。适于抄造滤纸、吸墨纸等组织均匀要求高的纸。™长纤维粘状打浆：要求纤维高度细纤维化，良好的润胀水化，尽量避免切断纤维。这种纸料因打浆度高，脱水困难，纤维长上网时容易絮聚，影响成纸匀度，需采用低浓上网。成纸强度大，吸收性小，可用来生产高级薄页纸如仿羊皮纸、字典纸等。™短纤维粘状打浆：要求纤维高度细纤维化，润胀水化，并进行适当的切断。这种纸料上网脱水困难，成纸匀度好，吸收性小，有较大的强度，适合于抄造电容器纸和证券纸等。表1-2-4几种不同纸张的浆料打浆特性和打浆方式纸种定量(g/m2)纤维平均长度(mm)打浆度(°SR)打浆方式纸袋纸牛皮纸滤纸吸墨纸描图纸防油纸电容器纸卷烟纸书写纸印刷纸打字纸8040～110100100508～10μm228052282．0～2．41．8～2．41．2～1．50．7～1．01．2～1．61．5～2．01．1～1．40．9～1．41．5～1．81．5～1．80．95～1．120～2522～4025～3020～3085～9065～7592～9680～9248～5530～4056～60长纤维粘状长纤维游离状中等长游离状短纤维游离状中等长粘状长纤维粘状短纤维高粘状短纤维粘状中等长半粘状中等长半游离短纤维半粘状二、低浓打浆、中浓打浆和高浓打浆™按打浆浓度可分为低浓打浆、中浓打浆和高浓打浆。一般认为：™10%以下的称为低浓打浆，™10%～20%时称为中浓打浆，™20%～30%