计量施胶压榨的发展

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装置与设备
!"#$%&"’()* +,-(#&$). 或等于 $*+’3・ ;。它也被用于颜料化涂布,涂布量 涂料固含量为 )*B ( #$B , 粘度小于 ) ( !$9 @ +A 面, 或等于 !#**+’3 ・ ;。对涂布量的限制因素是存在于 施胶压榨压区的胶膜开裂。 在使用计量施胶压榨的颜料化涂布配方中, 所期 望的流变性是具有粘弹性 , D1;25703;412 - , 能提供良好 的涂布均匀性, 能把胶膜开裂减少到最小。胶粘剂的 需要量依赖于原纸的吸收性。 /0 10 3 计量施胶压榨的应用 %&’ 已开发了 !* 多年,它克服了传统的施胶压 榨在不含磨木浆未涂布纸张上表面施胶的车速制 约。它的应用已扩展到颜料化预涂布和涂布, 已成为 新纸种开发的关键手段。最近开发了用 %&’ 进行表 面化学处理的高附加值产品有: 以改进热固型胶版印 $颜料化表面处理新闻纸, 刷纸的性能, 这些纸张用于插页、 周末杂志、 分类广告 和赠券。 有一个脱墨新闻纸为原料的纸页上应用的事 例。这些类型的纸张售价与 &E 纸相同, 但性能更好, 生产成本更低。 含有油墨和调色剂的胶 $办公用纸的表面施胶, 粘剂, 以改进激光打印纸和高质量复印纸的性能。 对纸张的表面进 $含疏水性添加剂的办公用纸, 行整饰以改进喷墨式打印。 $ 轻量化的颜料涂布和适当表面整饰的纸用于 高清晰度数字印刷。 以抵抗潮气、 蒸汽、 油 $用防护涂布处理包装纸, 和油脂的渗透。 $ 对白色的或彩杂色的挂面纸板外表面进行轻 量化颜料涂布以改进其外观和多色柔曲性印刷。 $对挂面纸板进行处理以控制摩擦系数。 $ 对挂面纸板和瓦楞纸中间层进行处理以改进 环压强度和能够利用低成本的二次纤维。 2 结论 新一代计量施胶压榨可以为解决传统施胶压 榨某些问题提供一种手段,特别是高速运行下更 是如此。实际上它可以克服后干燥速度制约, 降低 每吨纸的干燥能耗, 改进纸张质量参数, 把表面施 胶的益处扩展到那些不能使用施胶压榨的纸种 上。
松香用量 7 磅・ < = .
图3
施胶压榨拾起量与原纸内施胶度
纸页在施胶压榨中拾起淀粉有两种基本机理, 第 一, 纸页具有吸收施胶液的能力。 第二, 通过辊之间的
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图;
施胶压榨压区的流体动力示意图 !"#$% &’$( )*% &)(+# ,"$- ./ 0"- 1
装置与设备 /0 1 施胶压榨设计的改进 随着纸机车速的提高, 纸机设计者已经增大了施 胶压榨辊的直径,以利于补偿过大的流体力。如图 $ 所示,增加辊的直径可以相应地降低施胶液的加速 力。 !"&’ 年制造的一些用来抄造不含磨木浆的未涂 布纸纸机,装备了 !$’’(( 直径的施胶辊,已在车速 约 "’’( ) (*+ 下成功地运行。但是也发现需用短链的 , 降解 - 淀粉, 施胶液浓度要保持在 ./ 0 %/ 范围, 以 保持胶料塘的湍流处于可控状态。
!"#$%&"’()* +,-(#&$). 面纤维的掉毛问题仍然存在, 而且随着淀粉浓度的提 高而增加。 当纸页离开压区时产生高的 8 向剪切力会 引起纸页变粗糙和掉粉。 这些因素会引起条痕等纸页表面的毛病, 这一般 存在于门辊施胶压榨中。 用门辊施胶压榨取代传统的 施胶压榨也意味着用六根辊子取代两根辊子, 也就增 加了一次性投资、 潜在的维护费用和换辊带来的停机 时间。同时还要安装和维护六套传动系统, 需要把六 辊施胶紧凑地安装在一起并在相对高压区负荷下运 行。这会导致热的积累和缩短辊子包覆材料的寿命, 相应地增加了各用辊的资金投入。几十年前, 当引入 门辊施胶压榨时, 是作为表面施胶技术的新突破而倍 受欢迎。 然而设备维护和纸页的质量问题使得多数北 美和欧洲安装了门辊施胶压榨的工厂转回传统的施 胶压榨或者是用其它类型的表面施胶设备代替之。 但 门辊施胶压榨在日本被很好地接受。 1 计量施胶压榨
图#
门辊式施胶压榨
在门辊施胶压榨中, 施胶液的固含量和拾起量是 两个独立的参数。 可增加淀粉液的浓度来降低表面施 “印刷式” 胶后纸页干燥的负荷。 这种 上胶方式保证了 淀粉液留在纸张的表面, 与胶膜开裂相关的问题和表
国际造纸 第 !" 卷 第#期
在传统的淀粉表面施胶或非颜料化防护涂布中, 计量施胶压榨有如下优越性: —— — 控制拾起量,按照单位面积而不是每吨纸来 计量涂布量。 —— — 减少固含量和拾起量的互相依存。 —— — 控制了胶料的渗透。 —— — 减少了对内施胶的依赖性。 —— — 拾起量不受水分含量的影响。 —— — 施胶后纸页干燥的负荷降低。 —— — 断头减少, 运行性能良好。
纸页进施胶压榨的水分对拾起量有很大的影响, 水分含量越高, 吸收量越大。因为整个横幅水分的波 动会导致拾起量的波动, 最终影响表面施胶纸页的质 量。因此进入施胶压榨的纸页通常烘干至水分为 .4 5 34 或更少,以保证水分的均匀和使施胶剂尽量留 在纸页的表面。 这种纸页的过干燥从能量学的角度出 发是不经济的, 而且可能制约纸机的车速。 如图 3 所示, 研究结果表明内施胶的程度对施胶 压榨的拾起量控制十分重要。事实上, 为了保证纸页 在施胶压榨和后干燥中稳定运行而且不断头, 保证起 码的内施胶水平是必要的。 保证运行稳定性能所需要 的内施胶水平与纸页的定量和湿强度成反比。因此, 为了保证低定量的纸页通过施胶压榨有必要提供高 的内施胶水平 6 甚至使用一些助剂。即使采取这些措 施 6 生产低定量低强度纸页时,机内施胶压榨常常是 纸机上损失时间的主要原因。由于普遍使用的中性 7 碱性施胶熟化慢, 所以在碱性抄造时经常遇到施胶压 榨的断头问题。
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图/
喷泉式施胶机
图 .6
封闭式胶料塘施胶机
图4
改进型低上料率短驻留施胶机
另一些制造商使用了喷泉式施胶装置, 它比短驻 留涂布头需要较小的泵送率, 如图 / 所示。 最近开发的涂布装置是封闭式胶料塘涂布器, 如 图 .6 所示。主要是作为一个翻新装置把现有的施胶 压榨转换成计量施胶压榨。与传统的施胶压榨相类 似。 它需要较低的泵送率, 占据的空间很小, 可希望把 它安装在新闻纸机或者目前还没有施胶压榨的纸机 上。 /0 2 计量元件 计量施胶压榨的计量元件有两种类型:
图$
大直径施胶压榨辊降低了加速长度
2
门辊施胶压榨
早在 &’ 年代,由于门辊施胶压榨存在施胶辊的 维护和胶膜开裂问题导致开发了刮刀或计量棒施胶 压榨,如图 9 所示,应用的短驻留刮刀涂布头和计量 施胶压榨辊。 刮刀和计量棒可以在没有或者说非常有 限的胶料塘内进行操作。
由于传统的施胶压榨存在胶料塘的湍流问题, 激 发了改进型施胶压榨的开发, 其目的是消除传统施胶 压榨的胶料塘。 #’ 年代后期引入了门辊式施胶压榨 , 见图 # - , 它有一个偏置的胶料塘 , 122345 61+7 - , 而且 不与纸页接触。这个偏置的胶料塘向计量辊转移 , 提 计量辊控制进入第二个压区的胶量。 第二个 供 - 胶液, 辊控制胶膜的均匀性, 有必要保持门辊中各辊在不同 的速度下运行, 以把胶膜开裂减到最小范围。
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施胶压榨中胶料的拾起量 施胶压榨机的运行必须十分仔细地加以控制, 保
证在整个纸机的幅宽上纸页均匀地吸收所期望的胶 液量。 同时, 吸收的水量必须降到最小量, 以使施胶后 纸页干燥需求最低的能耗。 决定拾起量的主要因素列 在表 ! 中:
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国际造纸
第 !" 卷
第#期
装置与设备
!"#$%&"’()* +,-(#&$). 胶膜数量和纸幅与辊表面分离的方式。胶液粘度低 8 高胶液温度 9 ,低的纸机速度,低的内施胶水平都是 导致高吸收值的主要因素。施胶辊压力小, 纸页粗糙 是导致胶膜厚度大的主要原因。 图 : 显示了在一定纸 机车速和胶液粘度下吸收和膜剥离对施胶压榨拾起 量的相对影响。
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—— — 容积式的 7 8"$’9+:;< = —— — 压力控制 7 (#+>>’#+ <"*:#"$$+% = /0 20 1 容积式计量元件 容积式计量元件包括沟纹棒和绕金属丝的大直径 辊。 对于容积式计量元件, 改变计量元件的压力负荷对 涂布量的影响很有限。改变涂料固含量或改变计量元 件型号,例如更换计量棒或计量辊都可以改变涂布 量。 高固含量计量施胶压榨, 使用大直径的绕金属丝的 辊子, 如图 .. 所示。使用大直径绕线辊可能限制操作 灵活性。 然而, 对纸机设计应用于生产单一的或有限的 纸种中, 大直径饶线辊具有使用周期长的优势。 /0 20 2 压力控制式计量元件 多数计量施胶压榨的最新开发的领域是压力控 制计量元件。有两种主要类型的压力控制计量元件: 刮刀和光滑刮棒。传统的气管加压弯曲刮刀作计量施 胶压榨计量元件的一种选择已有许多年了,随着许多
装置与பைடு நூலகம்备
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计量施胶压榨的发展
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何林华 编译
摘 要 传统的双辊涂料堰施胶压榨在近一个世纪内一直是纸机标准组成单元, 它不仅用于表面淀粉 施胶, 也用于颜料化预涂布和涂布。但它有许多局限性, 胶料或涂料的拾起 % &’()*+ , 依赖于纸页的内施 胶水平和水分含量。-. 年代早期开发了计量施胶压榨, 它使用短驻留涂布头作为施胶装置, 把湿的胶 膜向辊表面转移。当今使用了几种类型施胶装置, 包括短驻留涂布头、 喷泉式和封闭式涂布头。计量元 件的选择包括容积式沟纹棒 % /01*234’( 5600738 6089 , 、 绕线式计量棒、 压力控制刮刀和光滑棒。计量施 胶压榨用于表面施胶,施胶量 .: ; < =: .5 > 2? 面,胶料固含量是 $@ < -@ ;用于颜料涂布时固含量是 涂布量 A < !$5 > 2? 面。计量施胶压榨已成为一种重要的造纸工具。 A.@ < #$@ , 传统的双辊涂料堰施胶压榨在近一个世纪内一 直是纸机的标准组成单元, 主要是用于淀粉的表面施 胶。纸厂的实际应用中, 把浓度 A@ < "@ 低粘度的淀 粉溶液用于施胶压榨,每吨纸可拾起 A. < $.)5 的绝 干淀粉。尽管淀粉是最常用的表面施胶剂B 施胶压榨 也使用其它的化学品。颜料化涂布的应用能改进纸页 的印刷性能。 用施胶压榨进行功能性特种涂布可以赋 予纸页特定的性能, 如渗透性控制、 抗油性、 阻燃性、 导电性和防腐性。 施胶压榨是第一种应用颜料化涂布改进印刷性 能的涂布方式。 胶膜开裂 % C’129+1’4 , 在实际应用中限制 了颜料化施胶压榨的最大涂布量,传统的施胶压榨涂 涂料最大固含量为 A.@ , 粘 布量约为每面 = < $5 > 2? , 度小于或等于 $..2&D・ 9。 在过去的几十年中, 刮刀涂 布成为了颜料化涂布改进印刷性的一种选择方式, 因 为它能提供较高的涂布量, 因此为印刷提供了均匀的 表面性能。当今一些颜料化施胶压榨涂布纸仍在生 产, 主要是用于生产课本纸和封面纸。这些品种常常 “洗涤涂布”% ED9F “膜涂布”% C’12 (0D438 , 或 被称之为 在那些生产高质量涂布纸的纸厂经常使用施 (0D438 , 。 胶压榨作为机内的预涂布。 / 传统施胶压榨的结构 在传统的施胶压榨中, 纸页与施胶液一起进入压 区, 吸收一些施胶液, 多余胶液从施胶辊移去。溢流的