打浆造纸试验及其检测-第四章造纸试验及其检测

第四章打浆造纸试验及其检测第一节打浆试验及其检测试验的目的和要求：1.必须掌握打浆工艺条件制定及工艺计算2.必须掌握纸浆打浆度和湿重的测定原理和方法3.初步掌握打浆操作过程4.了解实验室常用打浆设备的打浆原理及结构性能5.了解打浆过程中纤维形态和各项物理性能指标的变化一.实验室常用的打浆设备及其操作实验室用的打浆设备有很多种，最常用的有：瓦利打浆机（Valley）、PFI磨(PFImill)、φ300高浓盘磨机、单球磨和六罐磨等。我院实验室有前三种。实验室常用的打浆设备，其作用原理，都是基于在水介质中对纸浆进行机械处理，使纤维经受机械力的作用而产生切断、压溃、润胀和细纤维化等变化，从而使纸浆满足成纸的要求。（一）瓦利（Valley）打浆机打浆（参见QB/T-3703-1999）1.设备及工作原理（1）设备结构：由浆槽、底刀床、加压机构和放料塞等部分组成。见图4－1。（2）工作原理：一定浓度的浆料在打浆机内进行机械处理，使纤维在旋转的飞刀和固定的底刀间经受不同的作用而被疏解、切断、润胀、压溃和细纤维化等作用，从而使浆料具有一些特定的性能。（3）主要技术规格打浆机有效容积为:23升；飞刀辊规格：φ168mm×152mm，上面镶有32把不锈钢刀片，刀片规格为:152mm×33mm×4.7mm;底刀规格：159mm×16mm×3.2mm，有7把不锈钢刀片。杠杆比为：1.94∶12.打浆操作步骤（1）浆料的准备：根据浆料的水分含量和打浆浓度，计算出相当于360±5g（或460±5）g绝干浆的浆样和用水量。如系干浆板或风干浆，在加入打浆机前，需用5升水浸泡4小时以上，然后撕成25×25mm的小浆片。湿浆无需用水浸泡。（2）浆料疏解①装料前，先在打浆机浆槽中加入18升温度20±5℃的水。然后启动打浆机，将浆料慢慢加入机内，时间控制在3~5min。装完料，补冲水至浆料和水的总体积为23.0±0.2升，以使打浆浓度约为1.57%（或2％）。调节浆料温度在20±5℃，然后进行疏解，至无小浆快为止。测打浆度时取浆量：2÷1.57％＝127.39mL或2÷2％＝100mL（包括抄浆片也取100mL）②在疏解过程中，应将底刀杠杆臂上下移动1~2次，使挂在飞刀背后和邻近挡板上的浆落来。疏解操作一般控制在30min以内。疏解结束，取样测定打浆浓度和原浆的打浆度、湿重，并用显微镜观察纤维形态。若有必要，可同时取样抄纸测定原浆的物理强度。（3）打浆①打浆条件打浆浓度：2%；绝干浆：300~460g；最终打浆度：40~450SR杠杆臂负荷：54±1N(对木浆)或29.4±1N（对草浆）。飞刀辊转数：498±12r/min②取样：从打浆开始，每隔10~15min取样一次测定打浆度和湿重。并观察纤维形态的变化。同时取样抄纸，测定纸浆的物理强度，以研究打浆过程中纸浆性能的变化情况。物理强度的变化规律应是：先随打浆度的升高而逐步升高，升到一定高度后再逐渐下降。打浆结束，取下重铊，把纸浆用150目的尼龙袋收集起来备用，然后用水彻底清洗打浆机。（二）PFI磨打浆（参见GB/T1463-1992）1.设备及工作原理（1）设备结构由打浆辊、打浆室和加压装置三部分组成。打浆辊直径为200mm，辊上有33把刀片，刀片长50mm，宽5mm，刀片槽间深度为30mm,刀片平行于打浆辊轴线成辐射方向排列。打浆辊由1KW电机带动，顺时针运转，空载时额定转速为1460±30r/min。打浆室内径为250mm，由400W电机带动，空载时转速控制在710±10r/min，以使打浆室和打浆辊间的圆周速度差值为6.0±0.3m/s.加压装置由重铊和杠杆系统组成。打浆压力由重铊通过杠杆使打浆辊移向打浆室的内壁而产生的。打浆时，打浆辊和打浆室分别在垂直轴上沿相同方向转动。（2）PFI磨工作原理基于以相同方向旋转的打浆辊和打浆室之间的圆周速度差，使浆料在打浆辊和打浆室间隙中受到机械作用而达到打浆目的。2.打浆操作步骤（1）浆料准备：称取相当于30±0.5g绝干浆的浆料，用水充分湿润，浸泡时间长短视纸浆种类和干度而定。若为浆板或风干浆，则在室温下用0.5L水将其浸泡4h以上，并将浸泡过的纸浆撕成约25mm×25mm的小浆块。湿浆不用浸泡。（2）浆料解离：浆料在PFI磨打浆之前，通常需经解离，使交织的纤维或纤维束通过机械疏解作用解离成单根纤维，时间5min。但仍保持纤维的固有状况。解离机或疏解机的结构见教材P133（3）浆料浓缩：浆料解离后，用布袋进行浓缩，（或用布氏漏斗进行浓缩，内放滤纸或100目的滤网，用抽滤瓶抽滤脱水浓度大于10%，为避免纤维流失，可将滤液重复过滤一次，必要时可过滤数次。）称量浓缩后之浆料，并加水稀释至总重为300±5g，相当于10%的浓度。（4）打浆①打浆条件：打浆压力木材原料：3.33±0.1N/mm刀片长度非木材原料：1.77N/mm刀片长度打浆浓度：5%~25%，最佳浓度为：10%刀间距：0.2mm打浆辊转速：根据最终打浆度确定（计速器与打浆辊转速比=1∶10）木浆最终打浆度可控制在：45~500SR②打浆操作：调节打浆元件和浆料温度在20±5℃，将浓度10%的浆料放入打浆室内，尽量使浆料均匀分布在内壁周围，注意不要使浆料留在打浆室底部和打浆辊横断面相对应的区域内。然后将打浆辊放入打浆室内，并盖好盖。首先启动打浆室，使浆料甩到内壁上，然后再开动打浆辊，待两个打浆元件达到满速旋转时，施加打浆压力，并同时开动转速计数器。当转速达到要求时，先解除打浆压力，停止打浆。再关闭电机，待打浆室和打浆辊停止后，打开盖子，提起打浆辊。把浆料移至容器不少于2升的量筒内，用水冲洗浆室内壁，洗涤水一并倒入量筒中，稀释至总体积为2000±25mL。然后移入标准纤维解离器中，于转数10000转下，使纸浆悬浮液充分解离后，取浆料测定打浆度、湿重和保水值，并用显微镜观察纤维形态。其余浆料用于抄纸，并测定物理强度。标准纤维解离器主要有圆筒容器，螺旋桨和记录转速的计数器组成，主要起疏解作用。俗话说纸成于打浆，所以打浆对纸张质量有很重要的影响。打浆能提高纸张的抗张强度，耐破度和耐折度等物理强度。同一种浆料。由于打浆方式不同，可以生产出不同物理性质的纸张。在打浆过程中为了掌握浆料中纤维的变化情况，保证打浆质量，必须及时对浆料进行各项质量指标的检查。打浆工段的检测项目主要有浆料浓度、打浆度，保水值、纤维平均长度和纤维湿重等。二.打浆过程的检测（一）纸浆浓度的测定纸浆浓度的测定是造纸厂生产检查中很重要和最常用的一个项目，测定结果准确与否对生产影响较大。例如：在漂白、打浆、测硬度前及网前箱中均要测纸浆浓度。测浓度的方法也有好几种，有干燥法、真空抽滤法、离心脱水法和手拧法等。（二）纸浆滤水性能的测定纸浆滤水性能的测定，通常用肖伯氏打浆度仪和加拿大标准游离度仪测定。我国习惯于前者。两种仪器的工作原理相同，但测定时所取浆量不同，测定结果的表示方法也不同。下面介绍肖伯氏打浆度仪的测定：1.肖伯氏打浆度的测定（参见GB/T3332-1982）打浆度是指浆料经过打浆以后，纤维受切断、润张、分丝和帚化的程度，它是衡量水中浆料悬浮液滤水性能的一个重要指标。抄造的纸张不同，要求的打浆度也不同，它与纸张的物理性能有密切的关系。打浆度的单位以0SR表示，读作度。（1）仪器结构肖伯氏打浆度仪主要有:滤水圆筒、锥形盖和分离室三部分组成。见教材P136图4—5。滤水圆筒1：其上部为一内径137mm的圆筒，下部为450的锥形体。锥形体下部安装一个80目的铜网2，滤水圆筒是活动的，可以从仪器中取下。滤水圆筒内有密封锥形盖3，外径为120mm，锥面与垂线成550角，锥形盖上部与手轮4联结，目的是为了提升，提升应以100±10mm/s的速度恒速进行。转动手轮可使锥形盖下降与滤水圆筒密封。滤水筒下部有一个漏斗形锥体状的分离室6，分离室上部有一个平衡空气压力的通气管，下部装有一个斜管8和一个直管9，斜管直径为16mm，直管直径为2.32mm，其大小应能满足1000mL、温度20±0.5℃的蒸馏水在149±1S内排完。分离室内装有一个活动的伞形架10，用以分布从铜网上滤下来的水，以防水溅入斜管内。2.工作原理打浆度仪是根据打浆程度不同浆料的滤水速度不同的道理而设计的，在将含有2g绝干浆的悬浮液1000mL倒入滤水圆筒时，纤维即在滤网上形成滤层，水通过滤层进入分离室，随之从两个排水管流出。打浆时间短，浆料滤水快，从斜管流出的水量就多，反之，打浆时间长，滤水慢，从斜管流出的水量就少。通过从斜管流出的滤液的多少，来衡量打浆度的高低。从斜管流出的水越多，打浆度越低，从斜管流出的水越少，打浆度越高。用特制量筒收集从斜管流出的滤液，即可直接读出纸浆的打浆度值。计算式为：打浆度＝（1000－斜管流出的水量mL）/100SR（3）打浆度仪的调试及校准①检查是否漏水：调整仪器所带水平仪，使铜网保持水平。将锥形盖于关闭位置，将水倒入滤水筒内，检查密封锥形盖是否漏水，完好状态应不漏水。②仪器清理程度的检查：用20±0.5℃的蒸馏水1000mL进行空白测试。如果测定结果超过40SR，说明有纤维或杂物附于仪器内部，这时必须用丙酮和软毛刷清洗，并用清水洗净。如果铜网不合格应更换。③斜管位置的校正用手指堵住直流管下口，将20±0.5℃的蒸馏水100mL倒入分离室中，待过量的水从斜管完全流出后，放开直流管口，用一量筒收集从直流管流出的水量，体积应在7.5～8.0mL之间，否则应校正斜管流出位置。（4）测定步骤①取相当于2g绝干浆的浆样，倒入测定量筒内，加清水（为准确，可加蒸馏水或离子交换水）约300mL，用分散器（或玻璃棒）将浆料充分打散后，再用清水（或蒸馏水或离子交换水）稀释至1000mL，用玻璃棒搅匀，待测的悬浮液中不能有气泡存在，并控制温度在20±1℃，或用20±1℃的清水测量。②沿逆时针方向转动手轮，置锥形盖于关闭位置。随之倒浆样于滤水筒中。③静止5秒钟后，启动手轮，提起锥形盖，水通过滤网进入分离室，分别从直流管和斜流管流出。④待斜流管停止滴水后，即可从专用量筒上读出打浆度值。每一种浆料应做两次测定，取其算术平均值作为测定结果。两次测定值的相对误差不得超过4％。（5）测定打将度的影响因素打浆度的测定结果受温度和浓度的影响，温度上升，滤水速度加快，打浆度下降，成反比关系；浓度提高，滤水速度下降，打浆度上升，即浓度与打浆度成正比。因此，测定时必须严格控制条件。测定温度要求在20±1℃。上述条件在实验室尚能做到，但在生产上，如果没有浓度自动控制，打浆浓度往往发生波动，如果纸浆浓度测不准，就不能保证每次取样2g绝干浆，因此测出的打浆度就产生了误差。（三）纸浆纤维湿重的测定在打浆过程中，除了控制打浆度外，还要控制纤维长度，因为纤维的长短对纸浆的强度有很大的影响。大家知道，打浆方式可分为游离打浆和粘状打浆，两种打浆方式所得纸浆的强度是不一样的，因此，只测打浆度不测纤维长度，不能确切反映纸浆强度的高低。纤维长度的测定，在过去通常采用显微镜观察法，每次测定不得少于200根纤维，取平均值作为纤维的平均长度。此法由于手续麻烦，需要时间较长，不能及时指导生产，我国纸厂大都采用测定纤维湿重的方法来间接反映纤维的长短程度。纤维的湿重常采用框架法测定，即在肖伯氏打浆度仪进行打浆度测定时，在仪器的锥形盖上，附加一个金属框架，在测打浆度的同时，测定挂在框架上的湿纤维的质量，即为湿重。1.仪器结构框架的形状如图4－10所示。骨架是由截面积2mm2的铜线制成，呈直径为125mm的弧形。框架的一边有伸到中心的缺口，以便放在肖伯氏打浆度仪的锥形盖的轴上。框架上共有25根肋条，每根宽0.3mm，高2mm，肋间距5mm。框架边缘设有四根长20mm支腿，用于支撑框架于打浆度仪的锥形盖上。在框架中央有一个活动的半圆环，便于取放。2.测定步骤将框架置于肖伯氏打浆度仪的锥形盖上，然后按通常打浆度的测定程序进行测定，由于框架附架在锥形盖上，因此，当升起锥形盖时，一