鋼絲輥計量式薄膜施膠機在高速瓦楞原紙紙機上的應用

王寶輝 魏 崇

(江蘇理文造紙有限公司,江蘇蘇州,215536)

鋼絲輥計量式薄膜施膠機在高速瓦楞原紙紙機上的應用

王寶輝 魏 崇

(江蘇理文造紙有限公司,江蘇蘇州,215536)

本文結合多年工廠的實踐,就鋼絲輥計量式薄膜施膠機在高速瓦楞原紙紙機上用作表面施膠的應用原理、影響因素、工藝參數、問題解決等內容進行了闡述。實踐表明,合適的操作條件能夠確保鋼絲輥式施膠機在高速瓦楞原紙紙機上得到成功應用。

計量輥;薄膜施膠機;瓦楞原紙;應用

根據中國造紙協會的統計,從 2000—2009年,紙和紙板消費量年均增長 10.2%,瓦楞原紙也是2009年增速超過 10%的兩個紙種之一[1]。為適應國民經濟對于瓦楞原紙的需求,江蘇理文造紙有限公司(以下簡稱理文公司)于 2005年投產 1臺幅寬 6650 mm、設計車速 1000 m/min、年產 35萬 t的高強瓦楞原紙紙機,配備了 1臺 UMV公司的 6900 mm計量輥式薄膜施膠機,并配以Metso公司提供的淀粉連續蒸煮系統。經過 1年多的實踐,解決了生產過程中遇到的一系列問題,保證了產品質量和生產效率,現將相關實踐經驗進行總結,與同仁進行交流。

1 表面施膠的目的

瓦楞原紙一般采用大量的國內二級廢紙配以少量的進口廢紙進行抄造,由于國內廢紙經多次回用且分類不如進口廢紙嚴格,因此采用大量國內廢紙抄造出的瓦楞原紙的環壓強度、平壓強度等指標較低,僅靠纖維間結合力難以達到使用要求;而且瓦楞原紙生產一般采用單層網抄造,成紙松厚度較高,環境濕度變化時會引起紙張物理強度指標的回退。表面施膠是一種有效提高成紙強度性能的方式。表面施膠一般有如下幾種作用：

①有效地提高瓦楞原紙的物理強度,如環壓強度、耐破度等。

②提高紙張的抗液性能[2],降低瓦楞原紙因外界環境變化而引起的紙張強度的回退。

③改善紙張的掉毛掉粉問題。

④對紙張兩面同時施膠,可以減少紙張的兩面差和變形性,增加抗彎曲能力[3]。

2 施膠影響因素分析

2.1 計量原理及說明

鋼絲輥計量時采用的是體積計量的方式 (見圖 1所示)。從鋼絲輥上轉移到轉移輥上的膠液體積由相鄰兩根鋼絲和轉移輥之間形成的空間大小決定,空間越大,能夠轉移的膠液也就越多。但最終能夠轉移到紙面上的膠料絕干量與淀粉本身的固含量、黏度等密切相關,體積一定時,固含量越高,轉移的膠料量越大。此種關系也可從施膠量的公式[4](式 (1))上看出,轉移比例是指最終實際轉移到紙面上的膠料和轉移到鋼絲輥上的膠料量之比,與轉移輥硬度、轉移輥壓力、轉移輥和計量輥壓力、成紙橫幅定量等一系列因素密切相關。

圖1 計量輥計量示意圖

式中：Q為施膠量,g/m2;

d為鋼絲直徑,mm;

ρ為膠料密度,kg/m3;

t為膠料固含量,%;

n為轉移比例,% (經驗數值 70%)。

2.2 影響因素分析

根據實踐經驗,對計量輥表面施膠效果的各種影響因素分析如下：

(1)原紙定量：原紙對膠料的拾取量和自身的定量無關,這就意味著在相同的條件下,膠料的轉移量一定,而定量越高,對成紙強度指標的改善就越小,反之就越大。因此對高定量紙種,就要努力提高膠料轉移量以保證施膠效果[5]。

(2)原紙橫幅均勻性：如果原紙橫幅不均勻,容易造成施膠量不均勻,經過施膠后產生打折。

(3)原紙水分：如果原紙水分過大,在施膠后容易出現打折,或由于紙張強度太低會造成斷紙次數增多且會影響紙張對膠液的吸收能力;如果原紙水分太小,紙張對膠液的吸收能力很差,且由于吸取膠料后纖維的濕變形太大,會導致橫幅尺寸發生大的變化。一般認為,原紙水分維持在 6%～8%比較合適。

(4)原紙漿內施膠：如果已經使用了 AKD、松香等進行漿內施膠有阻礙淀粉滲透的傾向,這種作用會對施膠淀粉的轉移產生負面影響。一般來說,漿內施膠度越高,提高表面施膠量也就越困難。

(5)填料：成紙中的填料如碳酸鈣等也會對表面施膠淀粉與纖維的結合產生不利影響,同時由于填料和纖維的結合不牢,可能會產生掉毛掉粉。

(6)打漿度：漿料的打漿度越高,纖維交接點越多,纖維間空隙越小,淀粉膠液的滲透越困難,最終成紙的施膠量越小。

(7)緊度、平滑度：網部脫水曲線、壓榨部壓區壓力、干網張力、烘干曲線均會對原紙的緊度、平滑度產生影響。而原紙的緊度越高,淀粉的滲透越困難,施膠量也就越小;原紙的平滑度越高,淀粉的滲透越困難,施膠量也越小。

(8)淀粉固含量、溫度、黏度：淀粉的黏度與固含量、溫度有關,相同固含量下溫度越高則黏度越小,而相同溫度情況下,固含量越高則黏度越大。理論研究表明,淀粉滲透量和淀粉黏度的平方根成反比[5],即淀粉的黏度越低,滲透能力越強。適當提高溫度可以降低淀粉黏度,提高淀粉滲透能力,但必須考慮到施膠輥是否會在此溫度下發生龜裂,避免因必須重新進行包膠而遭受重大損失。如發現表面施膠不能達到指標要求時,需要提高固含量來達到目的。

(9)正反兩面的淀粉黏度差：如果由于回流或膠料制備系統不穩定,造成正反兩面的淀粉黏度有所差異,紙張會偏向黏度較大的一邊,進而發生紙張擺動的現象,甚至造成斷紙。

(10)pH值：理文公司采用酸性施膠系統,降低pH值有助于提高施膠效果。但如果 pH值過低,會對設備特別是鋼絲輥產生腐蝕現象,而修復難度、成本均很高。建議將 pH值控制在 4～5左右。

(11)鋼絲直徑：一般認為鋼絲直徑越大,膠料拾取量越大。理文公司使用直徑為 0.45 mm鋼絲。

(12)傳遞輥硬度、中高、粗糙度：傳遞輥輥面硬度越高,膠液進入紙張的量就相對較少,一般硬度為 42 P&G;壓痕測試偏差小于 5%時認為中高是合適的,此時壓痕試驗為直線,兩端也沒有過載現象,能夠得到均勻的橫幅施膠效果,0.15 mm的中高是合適的;良好的輥面粗糙度則能夠保證膠料能夠均勻地轉移到紙面上,一般選擇輥面粗糙度為 1～1.5μm。

(13)鋼絲輥和傳遞輥間壓力：必須將其調整到均勻的狀態,防止施膠量不均造成成紙打折,一般壓力設定為 27 kPa。

(14)傳遞輥之間的壓力：壓力越高,膠液進入紙張的量就相對較多,且出現中間壓區面積小而兩端壓區面積大的情況;壓力過小,膠料滲透到紙張中的能力較弱,且出現中間壓區面積大而兩端壓區面積小的情況,此時均會發生橫向施膠不均勻的情況。

(15)紙幅張力：紙幅張力太大會造成斷紙,而張力太小則會影響施膠效果,一般建議將施膠機紙幅張力設定為 150 kN/m。

(16)氣墊輥：氣墊輥的空氣壓力是紙幅能否順利通過氣墊輥實現順利引紙并穩定運行的關鍵,一般主管道壓力設定為 80 kPa,小孔壓力設定為 20 kPa。

(17)施膠后干燥曲線：后干燥部如果烘干曲線不合適導致急干燥,容易導致紙面的膠膜發生破裂甚至脫落,影響成紙施膠效果或由此產生干部掉膠而形成紙斑或者斷紙。

3 淀粉制備系統

3.1 玉米原淀粉特性

理文公司使用的國產玉米原淀粉技術規格為：白色或微帶淺黃色陰影的粉末,細度 99.88%,酸度10.1 mL,灰分 0.11%,蛋白質 0.25%。

3.2 淀粉制備系統特點

由于所使用的玉米原淀粉黏度太高,不能直接用于表面施膠,需要經過改性后降低淀粉黏度,制得符合工藝需要的質量穩定的膠液。目前有兩種連續性操作方法被成功應用于淀粉制備：生物酶淀粉制備系統和氧化劑氧化淀粉制備系統。理文公司采用過硫酸銨 (APS)氧化淀粉制備系統,該系統具有如下特點：

(1)使用在線氧化制備表面施膠淀粉成本較外購氧化淀粉成本低。

(2)可根據紙機情況及成紙變化隨時調整制備工藝以達到最優的表面施膠效果。

(3)熬制時間短,具有良好的透明度,且黏度好,滲透性好,黏合強度高,因此氧化淀粉可明顯提高成紙強度,減少掉毛掉粉現象[6]。

(4)能夠與多種表面施膠劑配合使用。

(5)缺點是淀粉黏度變化大,容易造成成紙指標波動。

3.3 淀粉制備流程

從以上的分析可以看出,淀粉膠液的性質對于施膠的效果起著決定性的作用,而良好的膠料來自于高質量的膠料制備系統。理文公司采用的制備系統如圖 2所示。

從圖 2可知,原淀粉經開粉機開粉、計量后送入溶解槽,同時將溶解后的 APS按比例加入淀粉溶解槽,經攪拌后得到淀粉原液。淀粉原液通入蒸汽,在彎管蒸煮器進行蒸煮后加入燒堿調節淀粉 pH值后送入淀粉儲存槽。淀粉由儲存槽泵送到上料槽經壓力篩凈化后上料,對紙張正反面進行施膠。回流膠料回到上料槽,與新鮮膠液混合后經篩選重新上料。

表1 成紙表面施膠效果對比

3.4 工藝參數

理文公司根據實際情況,經過探索主要工藝參數后,運行效果良好。

以生產 90 g/m2高強瓦楞原紙為例的工藝參數：原料為國產玉米原淀粉,蒸煮濃度 30%;蒸煮溫度135℃;溫水槽溫度 70℃;APS溶解后的固含量2.5%;APS用量 0.025% (相對于玉米原淀粉的質量分數);攪拌時間 8 min;儲存槽 pH值 7.5;供料槽溫度 70～75℃;供料槽 pH值 4.0～5.0;稀釋前濃度21.5%;固含量 9.5%;黏度 100～150 mPa·s;吸水性企業內控指標：Cobb值 (120 s)：40～60 g/m2。

4 施膠效果及穩定性跟蹤

4.1 表面施膠效果

在生產 90 g/m2高強瓦楞原紙時,取未施膠的紙張及表面施膠前后定量、水分相同的紙張測定結果進行對比,并計算出表面施膠對于成紙環壓強度的提高率,結果見表 1。

從表 1可以看出,在穩定的工藝條件下,瓦楞原紙經過表面施膠后環壓指數平均提高 16.56%。通過表面施膠使得在控制成本之內成紙指標達到要求,從而滿足客戶需求。

圖2 APS在線淀粉制備系統示意圖

4.2 表面施膠后成紙指標穩定性跟蹤

為評估經過表面施膠的 90 g/m2高強瓦楞原紙經分切后存放在倉庫中的變化情況,同時進行了成紙施膠穩定性跟蹤實驗。方法是選取合格的紙卷,每天(共 10天)從該紙卷上選取一些紙樣測定成紙指標,結果見表 2,并據此制定指標隨著日期的變化曲線圖,見圖 3所示。

從表 2和圖 3可以看出,經過良好表面施膠的紙張,在正常的倉儲條件下,環壓指標雖然有相當程度的波動,但幾乎所有的檢測數據均能夠達到質量標準要求 (環壓指數 6.3 N·m/g),僅有 1個數據低于質量要求,可能是紙張抄造時局部施膠效果欠佳造成的,并不具有代表性。這也恰恰證明了穩定施膠工藝對施膠效果的重要性。

5 運行問題及解決方法

5.1 問題及分析

(1)生產運行中轉移輥閉合時斷紙：當車速上升到運行車速時,閉合轉移輥時經常會斷紙,主要原因是原張出前烘干部進入施膠部的水分太大,或者由于膠料固含量太低而使紙張吸收水分太多造成強度不足而發生斷紙。

(2)紙面有鋼絲印：主要是因為淀粉黏度太高或者太低,造成膠液在紙面成膜性不好而產生此類紙病;或由于鋼絲輥和傳遞輥的壓力不合適,壓力太高會在紙面上產生印痕。

(3)施膠量過大：如果施膠量過大往往會造成橫幅水分過大,紙幅強度降低而容易形成斷紙。

(4)裂口斷紙：主要原因是原紙干度不夠,提高壓榨部出口的紙幅干度就不易在干燥部斷紙;或由于干網臟造成紙毛、黏膠之類的異物粘在紙邊進入施膠機時被壓爛產生裂口,從而發生斷紙或者在復卷時產生斷紙。

表2 成紙指標跟蹤表

(5)紙幅打折：紙幅打折可能是前干燥的水分不均勻,如毛毯的狀態較差,網部脫水不良,助留劑使用效果不佳,消泡劑效果差,壓輥的中高不對等;或者是由于鋼絲輥磨損、橫向壓力不均等造成膠液在紙面上分布不均,從而形成紙幅打折。

(6)施膠量過小：原因主要是淀粉黏度太小或鋼絲輥的角度過小。可通過提高固含量、增加角度以提高施膠量加以解決。

(7)淀粉黏度的問題：主要與 APS的用量有關。APS用量太高時會造成淀粉變性后黏度很低而成膜性差,達不到很好的增強效果;APS用量太低時會造成膠液黏度太高,蒸煮困難。APS用量控制在 0.025%～0.035%時能獲得合適的蒸煮黏度。

5.2 解決問題的要點

(1)保持膠料質量穩定：盡可能保證蒸煮條件的穩定,保持膠料性質穩定;需定時對淀粉液的黏度進行測定,并根據施膠效果及時對工藝條件進行修正。

(2)可以定期使用燒堿等對蒸煮系統管道進行清洗,以保證控制系統運行穩定,能夠按照設計參數運行。

(3)酸性施膠系統中,降低 pH值有助于提高施膠效果,但 pH值過低會使鋼絲輥發生電化學腐蝕,鋼絲輥輥面出現鼓泡,繞鋼絲后輥面局部突出,造成嚴重的施膠不均。這時就必須對輥面重新進行加工,代價高昂。一般推薦 pH值以 4～5為宜。

(4)確保計量輥和轉移輥橫向壓力均勻：這是計量輥施膠機的難點之一,但是必須總結經驗使其能夠達到橫向壓力均勻,否則會影響施膠效果。

(5)合適的轉移輥膠面硬度、粗糙度、中高以及鋼絲輥鋼絲直徑能保證良好的施膠效果。

圖3 成紙指標跟蹤圖

(6)鋼絲在磨損量大于直徑的 1/2時,必須更換。如直徑 0.4 mm的鋼絲,經顯微測量后發現其磨損直徑約為 0.2mm左右時,必須要安排重繞鋼絲,以保證良好的施膠效果。

6 結 語

6.1 鋼絲輥計量式施膠機能夠在瓦楞原紙上成功地應用并達到良好、穩定的紙張增強效果。

6.2 合適且穩定的淀粉黏度及固含量是達到良好施膠效果的關鍵。

6.3 積極探索適合紙機需要的操作條件、進行良好的設備維護是保證施膠機穩定運行的關鍵。

[1] 中國造紙協會.中國造紙工業 2009年度報告[J].造紙信息,2010(6)：6.

[2] National Starch&Chemical.Surface starch presentation[J].2005.

[3] 盧謙和.造紙原理與工程[M].2版.北京：中國輕工業出版社.2004.

[4] BTG-UMV Coating System AB.Twin-HS Mtechnical specification[J].2005.

[5] J P凱西.制漿造紙化學工藝學[M].3版.北京：中國輕工業出版社,1980.

[6] 賀江帆,張新東.常用表面施膠淀粉的制備工藝[C].2008年全國造紙化學品開發應用技術研討會論文集,蘇州,2008.

(責任編輯：常 青)

Application of Fil m Sizer withMeteri ng Roll i n High Speed Corrugati ngMedium Machine

WANGBao-hui＊WEI Chong
(Jiangsu Lee&Man Paper Mfg.Co.,Ltd,Suzhou,Jiangsu Province,215536)
( ＊ E-mail：henry_wang@leemanpaper.com)

It is important to upgrade the paper quality by film sizer in a high speed fluting paper machine using recycled fibers as raw material.Based on many years mill practice experiences,some concerns with regards to the metering roll type film sizer application to the corrugating medium paper will be discussed in this article,such as the application principle,influencing factors,processing data,trouble shooting.It is also proved that the metering roll type film sizer can perform well in modern high speed corrugating medium paper under appropriate operating condition.

metering roll;film sizer;corrugating medium;application

TS735

A

0254-508X(2011)01-0040-05

王寶輝先生;主要負責牛皮箱紙板、瓦楞原紙、白面牛卡紙的工藝控制及生產管理工作。

2010-09-13(修改稿)