造紙成形網(wǎng)的進展過程綜述論文

1、造紙成形網(wǎng)的進展過程綜述論文造紙成形網(wǎng)的進展過程綜述論文造紙過程中，通常出流漿箱的紙漿濃度約為 0. 3%1. 0%（抄造包 裝紙時出流漿箱的紙漿濃度可達 1. 6%）,紙幅離開網(wǎng)部進入壓榨部 之前的干度為 18%23%,高速紙機可達 27%,也就是說， 造紙過程 中 95%的脫水量是在網(wǎng)部完成的1。造紙成形網(wǎng)在各轆子和脫水 板上運行，磨損相對嚴重，是造紙主要的專用脫水和消耗器材。隨 著人們對紙張質(zhì)量要求的 H益提高，以及現(xiàn)代造紙生產(chǎn)逐步向著寬 幅、高速和低定量化的方向發(fā)展，造紙成形網(wǎng)必須適應現(xiàn)代化高速 紙機的高效、均勻和穩(wěn)定脫水等要求。造紙成形網(wǎng)除了要具備優(yōu)良 的纖維截留特性、高效的脫水性能

2、及良好的清洗效果之外，還需要 很好的運行穩(wěn)定性。目前，聚酯成形網(wǎng)己幾乎完全代替了傳統(tǒng)的銅 質(zhì)成形網(wǎng)，特別是聚酯三層成形網(wǎng)已成為現(xiàn)代化紙機的主流用成形 網(wǎng)。1造紙成形網(wǎng)材料1.1 造紙成形網(wǎng)材料的現(xiàn)狀古代的造紙術是以中國東漢蔡倫發(fā)明的手工抄紙為代表，采用的 是竹絲編造的竹簾篩子或者襯有底布的木框進行抄紙。隨著造紙技 術傳入西方，特別是工業(yè)革命引起的造紙機的發(fā)明，金屬材質(zhì)（主要 是銅質(zhì)或者不銹鋼）造紙成形網(wǎng)逐步取代了竹制網(wǎng)篩2。紙機車 速的提高和幅寬的擴大，金屬成形網(wǎng)負荷重、壽命短和耐酸堿差等 缺點越來越明顯，逐步被塑料成形網(wǎng)取代。塑料網(wǎng)又分為聚酯網(wǎng)、 聚酰胺（尼龍）網(wǎng)、聚丙烯網(wǎng)等，其各自性能如表

3、 1 3所示。聚丙 烯網(wǎng)不易吸水，密度小，形態(tài)穩(wěn)定，耐酸堿性強，但其易老化，耐 磨性差，使用溫度略低，使用受限；聚酯網(wǎng)和尼龍網(wǎng)的綜合性能好， 聚酯網(wǎng)的形態(tài)穩(wěn)定性好，尼龍網(wǎng)的耐磨性強，目前的成形網(wǎng)大都是 聚酯成形網(wǎng)，在多層聚酯網(wǎng)的底層配比一定的尼龍網(wǎng)，提高其耐磨 性能。1.2 發(fā)展方向聚酯和尼龍均為合成高分子聚合物， 可以根據(jù)需求添加不同的添 加劑和采用不同的改性方法改善聚酯和尼龍纖維的特性，以適應高 速現(xiàn)代化紙機的運行，是目前多層聚酯成形網(wǎng)是最常用的材料。聚 苯二酰胺(PPA)是以間苯二甲酸、對苯二甲酸、己二酸和己二胺之間 縮聚形成的聚合物的共混物，是一種半結晶的半芳香尼龍。PPA 具 有良好

4、的耐熱性、優(yōu)良的力學性能和尺寸穩(wěn)定性、較低的吸水率和 優(yōu)良的成型加工性，耐化學藥品性等4。PEEK 單絲是一種熱塑 性聚合體，是最先進的聚酮族衍生物，具有熱穩(wěn)定性好、極高的耐 化學腐蝕和耐磨性，但由于價格昂貴還沒有得到廣泛應用5。 Stabilon 是 Heimbach 公司開發(fā)的一種新的單絲材料，同等線徑 Stabilon 單絲具有比聚酯單絲高 30%的彈性模量6。另外， Heimbach 公司開發(fā)的多層底網(wǎng)專用單絲 Duralon 具有聚酯的穩(wěn)定性和尼龍的耐磨性，采用 Duralon 材料的 InTegraF 網(wǎng)使用壽命達到 90 天，而采用聚酯、尼龍混合編織的成形網(wǎng)，平均壽命只有 42

5、天, 最長的為 73天7。也可以考慮通過應用納米技術和纖維表而改 性來改善成形網(wǎng)脫水和耐磨等性能8。2聚酯成形網(wǎng)結構和編織技術進展由于現(xiàn)代化造紙機向著大型化、高速化和自動化方向發(fā)展，因而 金屬成形網(wǎng)己不能適應現(xiàn)代化造紙機的要求。伴隨著高分子合成技 術的發(fā)展，很多高性能塑料高分子材料紛紛面世，20 世紀中葉，造 紙成形網(wǎng)逐步由銅網(wǎng)過渡到合成聚酯纖維編織的成形網(wǎng)。聚酯等合 成材料用于造紙成形網(wǎng)，對于造紙機向高速、寬幅化發(fā)展具有劃時 代的意義。與銅網(wǎng)等金屬成形網(wǎng)相比，聚酯成形網(wǎng)的優(yōu)點有:密度小, 紙機負荷小，生產(chǎn)效率高;材質(zhì)柔軟，易操作，不易碰傷;耐腐蝕、 耐磨損，使用壽命一般比銅網(wǎng)長 35 倍，甚

6、至更長5;能改善成 紙勻度，減輕網(wǎng)痕和兩面差，提高平滑度及減少纖維和填料的流失, 可以減少換網(wǎng)次數(shù)以及因換網(wǎng)帶來的各種損失9-10;聚酯成形網(wǎng) 編織方法更靈活多樣，可以采用不同的編織方法和改變成形網(wǎng)的層 數(shù)，來滿足不同造紙機、不同紙種和不同抄紙條件，以提高造紙機 的運行效率。聚酯成形網(wǎng)又分為單層網(wǎng)和多層網(wǎng)。2. 1 單層網(wǎng)聚酯成形網(wǎng)最初是按銅網(wǎng)的編織工藝進行編織的單層網(wǎng)，只是線 材由銅絲改為聚酯絲，使其質(zhì)量變輕，從而減輕了紙機的傳動負荷, 節(jié)約造紙成木。 單層網(wǎng)是由單個緯線系統(tǒng)和單個經(jīng)線系統(tǒng)相互交織 而成， 見圖 1 11。單層網(wǎng)編織相對簡單，如四綜單層網(wǎng)是彎曲 的緯線在 3 根經(jīng)線下而和 1

7、 根經(jīng)線的上面通過，而經(jīng)線則在 3 根緯 線上而和 1 根緯線下而通過，保護了承受張力負荷的經(jīng)線處于網(wǎng)子 的結構內(nèi)部，而讓緯線與造紙機各個摩擦部件接觸。細的聚酯單絲 可以織造高密度經(jīng)緯結構的單層網(wǎng)，纖維和填料的留著率較高，適 合生產(chǎn)紙頁表而性能好的紙種;這類網(wǎng)的緯線比較細，不耐磨，使用 壽命短。粗的聚酯單絲織造的低密度經(jīng)緯結構的單層網(wǎng)，可以提高 成形網(wǎng)的耐磨性和使用壽命，但是其纖維、填料留著率低，成紙性 能差。改進的加強型單層網(wǎng)（如圖 1（b）的特點是在普通單層網(wǎng)的基 礎上增加了 1 組線徑較小的緯線，這組細緯與較粗的緯線交替與經(jīng) 線交織，其目的是為了增強橫向穩(wěn)定性，增加纖維、填料留著率，提高

8、成紙性能5。這種成形網(wǎng)在車速 200m/min 以下、幅寬較窄 的造紙機上應用較多。對于中高速造紙機，單層成形網(wǎng)不能滿足要 求。2. 2 多層網(wǎng)現(xiàn)代化的高速寬幅造紙機要求成形網(wǎng)有良好的脫水效果和較高的 纖維、填料留著率，單層成形網(wǎng)（包括加強型）不能夠滿足需求。為 滿足高速、寬幅的現(xiàn)代化造紙機要求，多層聚酯成形網(wǎng)應運而生。 多層網(wǎng)的優(yōu)點是可以通過而層和底層的單獨設計編織結構來改善成 形網(wǎng)而層（紙面）和底層（機面）的性能，更好地適應各種造紙機的需 求。其思路是而層在保證脫水的情況下有更高的纖維支撐指數(shù) （F 讓 erSurportIndex,FSI），而底層則是在保證脫水通道暢通的前 提下增強底層

9、緯線抗磨損的能力。目前，己經(jīng)成熟應用的有兩層、 兩層半、三層和三層半系列，并且通過不同的綜數(shù)編織達到所需性 能。2.2. 1 兩層網(wǎng)根據(jù)前而的思路，兩層網(wǎng)是在單層成形網(wǎng)的基礎上，根據(jù)面層和 底層功能的不同，通過在橫向引入多個緯線系統(tǒng)進行相對獨立的設 計編織，如圖 2）所示。從兩層網(wǎng)的橫向（CD）結構看，有兩個獨立 分開的緯線系統(tǒng)- 而緯和底緯，分別實現(xiàn)各自不同的功能，經(jīng)線也是兩層的。編織過程是同一根經(jīng)線穿過上層的緯線后向下再穿 過下層的緯線，使面層、底層編織在一起。與單層網(wǎng)相比，這種兩 層網(wǎng)結構更加致密、尺寸更加穩(wěn)定，而且可以通過改變不同的編織 工藝來適應抄造不同紙種造紙機的要求。一般面緯和底

10、緯的密度和 線徑不同。而緯的密度略大，線徑較小，這樣有利于提高纖維的留 著和降低紙張的兩而差;底緯的線徑比較粗，為的是使網(wǎng)子更加耐磨, 提高使用壽命。這類兩層網(wǎng)的挺度不夠和橫向穩(wěn)定性差，制約了其 在高速寬幅造紙機上的應用。為此，研究人員開發(fā)了強化型兩層網(wǎng) （三層緯線網(wǎng)），結構見圖 2（b）o它是傳統(tǒng)兩層網(wǎng)的變化形式。這種 網(wǎng)子雖然改善了挺度和橫向穩(wěn)定性，但由于其結構中只有一個縱向 經(jīng)線系統(tǒng)，所以整體緊湊性差，橫向的 3個層而容易產(chǎn)生相對滑動, 使得網(wǎng)子的內(nèi)部結構遭到破壞，而且紙頁成形和脫水效果均不好， 性價比小，目前基本被淘汰。兩層網(wǎng)及多層網(wǎng)從上往下看似乎是全 封閉的，不易脫水，但傾斜一定角度

11、觀察，就會發(fā)現(xiàn)兩層網(wǎng)同單層 網(wǎng)一樣暢通，其脫水過程類似于流經(jīng)多孔性物體，而不是像單層網(wǎng) 的垂直方向脫水，這在一定程度上延緩了脫水速率，改善了細小纖 維和填料的留著和紙頁勻度等5。2. 2. 2 兩層半網(wǎng)兩層半網(wǎng)也就是加強的兩層網(wǎng)，木質(zhì)上屬于兩層網(wǎng)。兩層半網(wǎng)是 在兩層網(wǎng)的基礎上在而層增加了 1 組填充緯線，從圖 3 中正而視圖 和橫向視圖可以看出，而層多了一組填充緯線（圖中是深色）。而層 的經(jīng)線線徑比較細，相應增加的緯線更細，這樣的結構提高了網(wǎng)子 的纖維支撐指數(shù)和纖維留著率。網(wǎng)子整體層更加緊湊、細膩，改善 成紙性能和兩而差;而底緯線徑要比面緯線徑粗得多，保證較好的耐 磨性能和運行穩(wěn)定性。兩層半網(wǎng)

12、適用范圍廣，可以應用于 300m/min 以上生產(chǎn)各種紙種的中高速造紙機，特別是中速造紙機上。兩層半 網(wǎng)和兩層網(wǎng)存在的問題都是它們的縱向單經(jīng)線系統(tǒng)沒有改變，經(jīng)線 貫穿上下兩層的緯線。這一方而限制了它需要同時滿足紙面和機面 不同要求的潛力，另一方而，經(jīng)線上下穿梭的編織形式，在運行過 程中承受巨大張力的情況下容易造成過快磨損，影響成形網(wǎng)的使用 壽命。2.2.3 三層網(wǎng)為了解決兩層和兩層半網(wǎng)存在的問題，造紙織物工作者開發(fā)出了 三層網(wǎng)。三層網(wǎng)的特點是而層和底層可以完全分開，使面層成為成 紙而，底層成為支撐而和耐磨而。這樣面層的經(jīng)緯線均可使用線徑 更細的聚酯單絲，織造更加適合紙張性能的面層(紙而)；底層

13、的緯 線可以采用線徑更粗的聚酯單絲，配合一定比例的尼龍代替聚酯單 絲，從而提高成形網(wǎng)的使用壽命;面層緯線和底層緯線的數(shù)量比例采 用 2 ： 1 或者 3 : 2 12-13o 兩層網(wǎng)的結合是通過中間層縫合起來, 可以采用緯線縫合，比如傳統(tǒng)三層網(wǎng)和自支撐綁定縫合技術 (SelfSupportingBinding, SSB)三層網(wǎng)，其橫向切面結構如圖 4 所7j14-15 o圖 4 三層網(wǎng)橫向結構圖 4)是傳統(tǒng)三層網(wǎng)橫切面的截面圖，從 圖 4 可以看出，面層和底層經(jīng)、緯線各自交織，形成獨立的網(wǎng)層;兩 層網(wǎng)通過中間橫向的單緯紗線縫合在一起，單緯的唯一作用就是將 上下兩層網(wǎng)縫合在一起，一般采用的是尼龍

14、紗線。這種結構的網(wǎng)子 在造紙機運行過程中，內(nèi)部磨損比較嚴重，容易斷裂造成上下兩層 網(wǎng)分離而下機。因此，又開發(fā)出了 SSB 型系列成形網(wǎng)， 它采用的是 橫向雙緯線縫合系統(tǒng)(見圖 4 (b),兩條相鄰的縫合線輪換著在面層 和底層交織， 從表面上看雙縫合線近似 1條線，這樣而層編織結構 達到理想的平織，使而層平整性達到最優(yōu)化。與傳統(tǒng)的三層網(wǎng)相比, SSB 網(wǎng)的這種相鄰縫合緯線的交換輪轉限制了面層和底層的相對運 動，在一定程度上緩和了其磨損程度，提高了使用壽命;另外這種縫 合不僅起到縫合面層和底層的作用，還在面層起到支撐纖維的作用, 使網(wǎng)子整體更緊密。SSB 網(wǎng)是目前三層網(wǎng)的主導產(chǎn)品，每個品種有不同的

15、系列。目前 常用的有 16 綜、20 綜和 24 綜等。所謂綜數(shù)就是用來描述織機上一 個織造循環(huán)的不同順序安排，對于多層網(wǎng)來說，是將上下兩層看成 整體來計算的。綜數(shù)越多，織造循環(huán)的變化種類越多。根據(jù)目前的 使用看，16 綜 SSB 網(wǎng)的耐磨性好，但容易翹邊;24 綜 SSB 網(wǎng)不易翹 邊，使用壽命卻短于 16 綜SSB 網(wǎng)。使用中要根據(jù)紙種和造紙機進行 相應選擇。成形網(wǎng)在造紙機上運行過程中，而層和底層存在一個相 對運動摩擦的作用，這不僅對傳統(tǒng)三層網(wǎng)的縫合線造成磨損，對 SSB 成形來說，其磨損也是不容忽視的。圖 5為 SSB 網(wǎng)綁定緯線的 內(nèi)部磨損狀況，從圖 5 可以看出，經(jīng)過一段時間的運行后

16、，SSB 網(wǎng) 內(nèi)部中間綁定線也會被磨損，這主要是由于造紙機在運行過程中受 到縱向張力，而層和底層產(chǎn)生相對運動摩擦造成的，造紙機負荷越 大， 磨損越厲害。 這種磨損不僅影響成形網(wǎng)的使用壽命， 也影響網(wǎng) 子的脫水和清洗，比如磨損處更容易黏附膠黏物等。根據(jù)生產(chǎn)紙種和造紙機的特點設計相應的三層網(wǎng)可以改善紙張的 質(zhì)量和造紙機效率，在這方面，生產(chǎn)造紙成形網(wǎng)的幾家外國企業(yè)均 開發(fā)出相應的產(chǎn)品。比如，福伊特公司針對卬刷紙的特點開發(fā)的更 纖細、更薄的成形網(wǎng)- PrintFormI 成形網(wǎng)，結合聚酯成形網(wǎng)紙而細膩和機而結構穩(wěn)定的優(yōu)點，可以減輕造紙機運行負荷、成形網(wǎng) 回濕及成形網(wǎng)尺寸穩(wěn)定；德國漢跋(Heimbach

17、)公司采用 Stab 訂 on 新 型聚合物單絲生產(chǎn)的 PrimobondXF 成形網(wǎng)可以提供高的纖維支撐指 數(shù)、最大的脫水能力和較長的使用壽命;2007 年初，坦菲爾德公司 推出了一種Hispeed 成形網(wǎng)，這種設計結合了 SSB 網(wǎng)的高纖維支撐 力和良好的穩(wěn)定性以及兩層網(wǎng)的輕薄和高效脫水的優(yōu)點，成功用在 夾網(wǎng)成形器、混合成形器上，包括新聞紙、LWC 和 SC 等造紙機上； 海克王納(HuyckWangner)綜合考慮了濾水能力、紙幅干度、留著率、 紙幅勻度和運行性能等指標，設計了新一代的成形網(wǎng)-Apexx,其關鍵技術在于新型經(jīng)線概念和造紙機橫向上的網(wǎng)孔結構，當纖維 離開流漿箱時，他們會沿著

18、造紙機方向定向排列，獲得更好的留著。傳統(tǒng)三層網(wǎng)和 SSB 網(wǎng)均是采用橫向緯線縫合技術，紙機運行過程 中，而層和底層產(chǎn)生相對移動引起磨損，長期運行會破壞縫合紗線 及面層和底層的內(nèi)部結構。近年來又出現(xiàn)了經(jīng)線縫合技術的三層網(wǎng), 有代表性的是經(jīng)線集成綁定(IntegratedWarpBinders, IWB),圖 6 是 IWB 網(wǎng)的縱向截面結構圖?？梢钥闯觯c傳統(tǒng)三層網(wǎng)和 SSB 網(wǎng)不 同的是，IWB 網(wǎng)采用的是經(jīng)線縫合技術，這是結構上的變化14。 圖 6 展示了 IWB 網(wǎng)沿著造紙機縱向的橫切面結構圖，從圖 6 可見， 兩條縫合經(jīng)線共同作用編織在網(wǎng)子面層中，與 SSB 網(wǎng)一樣增加了面 層纖維支撐指數(shù)。在造紙機運行過程中，經(jīng)線縫合也受到縱向張力 作用，但由于經(jīng)線縫合是沿著造紙機縱向的、上下兩層不產(chǎn)生相對 運動，因此內(nèi)部磨損小。這種經(jīng)線縫合的 IWB 網(wǎng)在運行過程中受到 縱向張力的情況下，結構更加緊密，增加了其強度。這種強度的增 加可以采用更優(yōu)質(zhì)的細紗線，提高經(jīng)緯密度，增加纖維支撐度，改 善脫水性能和成紙質(zhì)量。另外，江蘇金呢工程織物股份有限公司新 開發(fā)的經(jīng)線自綁定(WarpSelfBinders, WSB)成形網(wǎng)也是在這個思路 的基礎上開發(fā)的，填補了國內(nèi)空白。目前，三層以下聚酯成形網(wǎng)己被國外先