揚克缸涂層的選型和優化帶來的紙機性能提高

Philip Bunce（龐菲立） 亞馬遜化工

揚克缸涂層的選型和優化帶來的紙機性能提高

Selection and Optimization of a Yankee Coating System for Improved Machine Performance

編者按：本文是亞馬遜化工的Philip Bunce先生在2015年深圳生活用紙年會國際研討會上的演講稿，介紹了揚克缸涂層被擦除的原因及其解決方案，本刊根據現場錄音整理，供讀者參考。

生活用紙生產過程中會碰到許多由于烘缸涂層不均勻所帶來的紙病和生產操作問題，通常由以下因素造成：烘缸本身，濕部化學品以及漿料。因此，對生產工藝和烘缸進行精確分析調整，再對揚克缸涂層進行優化，可以盡量減少涂層帶來的紙病和生產操作問題。本文分析了一些常見的問題，并列舉了兩個起皺化學品和涂層優化帶來紙機性能提高的案例。

涂層的技術考量

烘缸涂層由粘缸劑、改良劑和剝離劑組成。一些生活用紙生產商還會使用無機改良劑作為烘缸的保護涂層，但這些改良劑并不能在金屬化的表面形成無機復合物，只能輔助粘缸劑作為保護層。因此需要正確選用涂層才能起到應有的作用。

粘缸劑的作用是在紙幅烘干和起皺過程中使紙幅緊密地貼附在揚克缸上。它可以是漿料中的天然物質或是合成的聚合物，也可能是在濕部中使用賦予紙幅某些性能的化學品，例如濕強劑、干強劑和膠黏物控制劑。如果粘缸劑未經改良或者和剝離劑混合在一起使用，它會在揚克缸表面硬化，從而增加刮刀兩側無紙部位的磨損，“白邊”的問題會更嚴重。操作人員一般會去除較軟的邊涂層而不是硬化的白邊，也有些生產商會在烘缸兩側添加噴淋水以便除去邊涂層，但效果很有限。

邊涂累積通常會造成斷紙或刮刀磨損，最終造成涂層產生振紋、烘缸表面損壞、紙幅表面形成孔洞等紙幅結構問題。

“剝離劑”也有多種來源，它會將涂層變軟，減緩涂層成形或將涂層去除，如濕部消泡劑，柔軟劑和表面活性劑。當剝離效果太好，烘缸表面的所有涂層都會被去除，因此變得光亮和反光透明。當烘缸失去涂層的

保護，會增加缸面被刮刀磨損的風險。不過最嚴重的涂層去除是紙幅上的毛毯水痕將過量的水帶到壓區。毛毯水痕產生的原因可能是纖維遷移、毛毯因污染物堵塞，甚至是為解決其他問題而在毛毯噴淋水所引起。因此，能有效防水并抵御溫度變化的涂層非常重要，可使起皺和清潔刮刀保持潤滑，從而延長刮刀壽命。

防止涂層被擦除的解決方案

改良劑的作用是產生柔軟的改良涂層，它不會在壓區回濕時被輕易去除。建立更具靈活性的涂層有如下好處：較細的起皺結構改善紙幅的柔軟度，改善松厚度；起皺過程中較好的潤滑性延長刮刀的壽命。如果沒有將涂層改善變軟，在更換使用角度較大或陶瓷刮刀時，會去除較多的硬涂層殘留，以及造成刮刀壽命降低和烘缸磨損。

一般可以通過檢查濕部去改善橫向和縱向脫水均勻度來改善涂層。通過檢查濕部，會發現纖維被灑在擋板外（圖1），纖維一般會自然地通過機械傳導或者毛毯噴淋和真空系統落到毛毯導向輥表面（圖2）。結果是纖維在固定點緩慢堵塞毛毯，導致脫水不良和壓區的回濕面變大。這將導致揚克缸表面水分較高區域的涂層被擦除，形成涂紋。

圖1 通過檢查濕部，會發現纖維會被灑在擋板外

圖2 纖維會自然地通過機械傳導或者毛毯噴淋和真空系統落到毛毯導向輥表面

為了解決涂層被擦除形成涂紋問題，工廠通常使用噴淋水沖洗堵塞在毛毯上的纖維并設法使毛毯的水分分布更均勻（圖3）。但實際上適得其反，不僅使涂層被嚴重擦除而且也使毛毯的溫度迅速降低，導致形成更多的膠黏物堵塞在毛毯中并降低了毛毯的使用壽命。在圖3的復合紅外可視圖像中，可以看到一條黑色水管用于沖洗毛毯，沒有水沖洗的地方毛毯溫度大概36～37℃，有水沖洗的地方溫度下降到31℃。低溫區域的毛毯會導致脫水效率降低，因為水的黏度隨溫度而改變了。據有關資料表明，紙幅溫度每升高10℃，在壓區可多脫除1%的水分。這個水分減少機理反過來也成立，因此用水沖洗后造成的低溫導致壓區的脫水和蒸發效率降低。

圖3 工廠使用噴淋水沖洗堵塞在毛毯上的纖維并設法使毛毯的水分分布更均勻

圖4 揚克缸表面的熱圖像

從圖4可以更清楚地看到冷凝水排除的情況。圖中紅色表示有效的熱轉換，藍色表示冷凝水排除系統出現問題或出現毛毯水痕現象。如果涂層分布均勻，那么被洗掉的涂層可能是毛毯回濕所致。檢查冷凝水排除系統是否正常工作和表面分布均勻，還是有可能局部的虹吸管出現了問題；通過熱圖像可以看到蒸汽分布系統是否正確設定，所有的虹吸管是否都在某一區域受到影響，氣罩擋水板是否彌補了蒸汽系統的不足，或者其他可能存在的問題。

改良劑或軟性涂層的使用

1. 濕部化學品的使用會形成大量的自然粘缸劑，或者添加了大量的填料，都會造成刮刀的嚴重磨損。

2. 選用高角度刮刀或陶瓷刮刀會去除烘缸表面大量的硬涂層，使烘缸表面沒有了保護層，導致刮刀磨損。

3. 由于相思木含有蠟質性抽提物，使用相思木漿作為原料時，特別是配漿比例超過50%時，會增加剝離性能。

4. 毛毯保潔不好、中高/壓榨參數不匹配，膠黏劑、濕強劑或填料類的污染物，甚至毛毯本身的老化都會帶來毛毯水痕問題。

5. 烘缸熱傳導不均勻或者是烘缸的表面特殊屬性，特別是設備結構導致烘缸邊緣溫度過高都會導致揚克缸表面溫度的不均勻。

以上這些問題將可以采用改良劑或軟性涂層來有效解決。

案例分析

延長刮刀壽命

東北亞的一家工廠遇到了刮刀壽命變短的問題。該生產商使用碳化鎢陶瓷刮刀（90°），但是平均壽命只維持了10～15h，而此前使用這類刮刀可以長達3天的時間。他們認為傳統的涂層系統可能承受不了強大的刮刀壓力，希望通過軟涂層組合以達到合理的刮刀壽命。

亞馬遜通過調查濕部系統和毛毯情況，盡量減少濕部對涂層的影響。亞馬遜將傳統較硬的粘缸劑換成有改良劑的軟涂層組合，結果使碳化鎢刮刀壽命從16～24h提高到了100h。通常來說，陶瓷刮刀的壽命應該在普通鋼鐵刮刀的10～20倍，通過連續優化有改良劑的軟涂層組合，最終實現，刮刀的更換時間為最少6天，或144～150h。

改善涂層耐久性

東南亞的一家工廠無法實現烘缸涂層的均勻性，有好幾個地方橫向溫度不均勻。主要是烘缸鑄造時的機械和熱轉換問題所造成的。亞馬遜采用更有靈活性的涂層組合，以便在使用木漿和廢紙漿為原料時能夠生產出優質的生活用紙。

經過系統調查后，混合使用中等硬度和軟性粘缸劑，涂布量為1.4mg/m2，同時使用涂層改良劑和油性剝離劑。改善涂層后，紙機車速提高到新的紀錄，紙幅的柔軟度提高，并降低剝離劑用量到1.02mg/m2（有效濃度），同時刮刀壽命維持不變。

總結

改良軟涂層可使生活用紙生產商更靈活地達到他們的特殊需求，例如不必剝除或者額外添加剝離劑來防止硬涂層的累積，但仍可獲得穩定的軟涂層。亞馬遜也可以針對可能導致揚克缸涂層被擦除的問題提供整改方案。更重要的是，改良的涂層可延長刮刀的使用壽命，并為產能提升帶來可能。

（鐘穎整理）