Broom fin磨片改善竹漿生活用紙強度及柔軟度

蔣小軍 南通華嚴磨片有限公司

何本強 四川蜀邦實業有限公司

竹子是再生植物，繁殖能力強、生長周期短。我國造紙木材資源嚴重匱乏，因此，近幾年在生活用紙行業大量使用竹纖維。我國西南地區（云南省、貴州省、四川省）及廣西地區得天獨厚的氣候條件孕育了優質且豐富的竹資源，為我國竹漿造紙奠定了基礎。

四川蜀邦實業有限公司某生產線采用竹漿配以針葉木漿和闊葉木漿原料，生產高檔生活用紙。由于漂白針葉木漿、漂白闊葉木漿及漂白竹漿漿料特性不同，3種漿采用兩條漿料制備生產線分開進行打漿，竹漿打漿系統使用一臺川佳NBR01（JC01）錐形磨漿機和一臺晨鐘DD660雙盤磨漿機串聯打漿。

該生產線試產初期，磨漿電耗高，成紙強度和柔軟度不理想。為了進一步降低打漿能耗，提高生活用紙品質，四川蜀邦實業有限公司與南通華嚴磨片有限公司研究中心協作，優化打漿方式和磨漿機磨片，進行了有益的研究和生產實踐探索，本文僅對竹漿打漿磨片優化情況和成果做簡明介紹。

1 優化前的打漿狀況

1.1 原料

西南地區所產竹漿（用量20%～50%），其余漿料為進口漂白硫酸鹽針葉木漿（NBKP）和進口漂白硫酸鹽闊葉木漿（LBKP）。

1.2 打漿設備

因產能較大，且考慮到峰谷電的價差政策利用，選用兩種打漿設備，均較先進，且動力配置較高。

1＃磨：川佳NBR01（JC01）錐形磨漿機（Conflo），額定功率250kW；2#磨：展鐘DD660雙盤磨漿機（DDR），額定功率315kW。圖1和圖2分別為NBR01（JC01）錐形磨漿機和DD660雙盤磨漿機結構示意圖。

圖1 NBR01（JC01）錐形磨漿機結構示意圖

圖2 DD660雙盤磨漿機結構示意圖

1.3 優化前的問題

1.3.1 成紙強度、松厚度和柔軟度不理想

該生產線試產13.5～18g/m2生活用紙初期，采用竹漿纖維替代部分針葉木漿與闊葉木漿。但由于兩種打漿設備配置的磨片切斷力較強，影響了成紙的強度、松厚度和柔軟度，且動力消耗很高，磨片磨損非常嚴重。

1.3.2 磨片磨損不均勻

原來采用的磨片齒形容易出現波浪形磨損，導致磨片齒條有效磨漿面積降低，需要提高打漿功率才能達到既定打漿指標，繼而打漿強度提高，導致成紙的物理強度及松厚度下降。

1.3.3 打漿電耗高

由于原磨片提高打漿度較慢，需要輸人更高的打漿功率，噸漿電耗高達105kWh 。

2 優化打漿方式和磨片

2.1 竹漿特性

楊仁黨等[1]的研究表明，竹子的纖維形態在各種屬間差距不大。從化學成分上看，竹纖維的主要成分有：纖維素、半纖維素、木素，并含有果膠、淀粉及少量的蠟質。纖維細胞占細胞橫截面積的60%～70%，低于木材，高于一般草類。竹漿纖維長度范圍為1.5～4.4mm，纖維平均長度1.5～2.0mm，介于闊葉木纖維和針葉木纖維之間，比草類纖維長；纖維寬度在7～27μm波動，多在12～16μm，平均纖維寬度小于15μm；長寬比在100～200之間。細胞壁厚而胞腔小，使得竹子纖維挺硬。

張美云等[2]針對竹漿難打漿的特點，利用實驗系統研究了漂白硫酸鹽竹漿打漿性能，并與闊葉木漿打漿性能進行對比。研究發現，相同打漿度下，竹漿成紙撕裂指數、耐破指數和耐折度均高于闊葉木漿；竹漿長纖維成紙的抗張指數、撕裂指數、耐破指數和耐折度均高于闊葉木漿長纖維。這些都說明利用竹漿能夠抄造出質量較高的紙品。

2.2 生活用紙打漿研究

抗張強度、柔軟度、吸收性以及濕抗張強度均是生活用紙的重要性能指標。打漿過程中，既定漿種采用合適的打漿方式使紙張達到所需的柔軟度，并保持較高的強度。生活用紙的性質受原料及生產工藝的影響，打漿工藝、烘缸及噴涂、壓榨、起皺刮刀等方面的差異均具有不同的影響力，打漿方式、磨片材質和齒形對竹漿打漿、成紙抗張指數等方面的影響尤為明顯。

生活用紙強度主要取決于纖維的結合力，磨漿是提高纖維結合力的最有效方法。纖維的長度愈長，纖維的強度就愈大，纖維的長寬比愈大，成紙時單位面積中纖維之間相互交織的次數多，纖維分布細密，則成紙強度愈高。

2.3 磨片優化

四川蜀邦實業有限公司技術團隊與南通華嚴磨片有限公司研究中心共同研究竹漿纖維特性和生活用紙打漿機理，根據現有設備條件，探討具體工藝及匹配的磨片齒形，根據不同原料和工藝，混合打漿或分別打漿方式實現靈活切換，竹漿打漿系統使用的NBR01（JC01）錐形磨漿機優選Broom fin掃帚鰭NBR01（JC01）-LF+型雙金屬不銹鋼磨片，DD660雙盤磨漿機優選Broom fin掃帚鰭DD660-L3型粗粒多元合金磨片，降低打漿強度，以達到減少對纖維的橫向切斷，促進纖維帚化，改善成紙的手感、柔軟度和強度。

2.3.1 NBR01（JC01）錐形磨漿機新磨片

磨片的設計與選型，一般應用“比刀緣負荷”（Specific Edge Load，簡稱SEL）和“比表面負荷”（Specific Surface Load，簡稱SSL）等假說理論。四川蜀邦實業有限公司與華嚴磨片有限公司研究中心在選擇錐形磨片齒形時，充分考慮到SEL和SSL理論的科學性和片面性，融入了“流變效應”和最新檔壩理論，除齒寬、溝寬、溝深三者之外，更多地關注到磨片齒傾角度與檔壩形式對絮聚纖維打漿的影響因素。錐形磨漿機磨片優化選定Broom fin掃帚鰭NBR01（JC01）-LF+型雙金屬不銹鋼磨片（見圖3），帶檔壩的磨片溝槽使竹漿不容易直接甩出而漏打，受到打漿和摩擦的幾率增加。

2.3.2 DD660雙盤磨漿機新磨片

Broom fin掃帚鰭DD660-L3型粗粒多元合金磨片（見圖4），是一款經典的適宜于偏粘狀打漿磨片的改型磨片，設有漿檔的彎折齒，可以較快地提高打漿度。結合“流變效應”觀點，磨片齒紋延外徑線速度最高區域增強“湍流”作用，避免了“生漿”直接甩出，使纖維在流體作用力和離心作用力條件下得到更充分的磨解，交匯角增大有助于降低對纖維的橫向切斷，而分絲帚化的作用得以加強。表面帶粗粒的多元合金磨片，打漿過程中的摩擦力促進了纖維的分絲起毛和結合力[3]。近似玄武巖孔隙的“微小磨齒”作用，促進了纖維的分絲起毛和吸水潤脹，在打漿度提高過程中較好保持纖維濕重，磨齒粗粒表面促進纖維潤脹水化，有助于提高纖維強度，并且降低打漿電耗[4]。

Broom fin新型粗粒多元合金磨片，有助于改善纖維結合強度，相同打漿指標條件下可降低打漿電耗，在采用高強度打漿方式時則切斷力加劇，本次優化打漿為保持纖維長度采用低強度打漿。本次優化實踐中，粗粒多元合金磨片在使用的全周期內未出現波浪形、鋸齒形磨損和嚙合狀磨損，打漿電流穩定，磨片磨損平整、均勻。

圖3 NBR01（JC01）-LF+型雙金屬不銹鋼磨片

圖4 DD660-L3型粗粒多元合金磨片

3 優化前后成紙物性和打漿電耗對比

生產線調試初期，只啟動一臺川佳的錐形磨漿機，竹漿用量20%，如果增加竹漿用量則紙頁手感、柔軟度等會變差。后增開了晨鐘DD660雙盤磨漿機，竹漿用量上調至50%，但紙頁手感柔軟度、強度仍不能達到既定目標。經過此次對兩臺磨漿機的磨片進行優化及工藝調整，在相同定量條件下，改善了成紙的松厚度、柔軟度及強度，提升了品質（見表1），使用Broom fin磨片后，噸漿電耗82kWh，比優化前下降23kWh（見表2），年節電可達200MWh以上，此處還未計入蒸汽消耗降低所帶來的節電量。

表1 優化前后成紙性能對比

表2 優化前后打漿電耗對比

4 結束語

業界對于竹漿打漿難易程度的觀點不太一致，對這方面的討論往往各執一詞。筆者認為竹漿纖維與其他植物纖維不同，細胞壁為多層結構，采用低強度打漿就可提高打漿度。竹纖維橫切面由多個橢圓縫隙組成，呈中空狀態，打漿可促進內部帚化及壁層分離。但是，竹纖維細胞壁厚、硬挺，打漿過程中纖維容易被橫向切斷，濕重下降快。四川蜀邦實業有限公司和南通華嚴磨片有限公司研究中心協作的竹漿生活用紙打漿優化案例表明，竹漿打漿使用Broom fin磨片，采用低強度的擠壓、揉搓、疏解、帚化為主的打漿方式，盡量促進內帚化，并保留其纖維長度和強度，改善了成紙的松厚度、柔軟度及強度，并降低了原料成本和電耗成本。