造紙原理與工程實驗指導(dǎo)書

1、造紙原理與工程實驗指導(dǎo)書適用專業(yè)： 輕化工程專業(yè)學(xué) 時： 15福建農(nóng)林大學(xué)材料工程輕化工程實驗室2009年2月19日內(nèi)容：實驗一：打漿、抄紙及紙張物理性能測試1. 目的要求：造紙原理與工程綜合性實驗，是在課堂理論教學(xué)后進(jìn)行。實驗注重理論與實踐相結(jié)合，以理論指導(dǎo)實踐；實驗不采用固定的教學(xué)模式，在教師的指導(dǎo)下學(xué)生根據(jù)采集的紙漿原料，按照實驗的標(biāo)準(zhǔn)方法，采用不同的打漿比壓及打漿時間進(jìn)行打漿實驗，并對打后漿料進(jìn)行抄紙，然后按照國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行紙張物理性能的測試，在實驗中實施驗證打漿理論、打漿對紙張強度性能的影響。使課堂上學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動性，提高實驗實用性，為在專業(yè)上獨立工作

2、打好基礎(chǔ)。要求學(xué)生通過實驗了解紙漿與打漿比壓、打漿時間與打漿比壓之間的關(guān)系，制定適宜的打漿工藝，根據(jù)紙漿的特點做出合理的打漿曲線圖；同時了解紙漿打漿度與紙張物理性能之間的關(guān)系，掌握打漿對紙張物理強度影響的基本原理；學(xué)習(xí)使用瓦利打漿機、叩解度測定儀及各種在各種紙張物理性能測試儀器，將課堂上學(xué)習(xí)的理論知識進(jìn)行實際應(yīng)用。2. 實驗原理（1） 打漿原理：一定濃度的漿料在打漿機內(nèi)進(jìn)行機械處理，使纖維在飛刀和底刀間經(jīng)受不同的作用而被疏解、切斷、潤脹、壓潰和細(xì)纖維化等作用，從而使?jié){料具有一些特定的性能。（2） 打漿度儀工作原理：根據(jù)打漿度程度不同漿料的濾水速度不同的道理設(shè)計的打漿度儀，在將含有2g絕干漿的懸

3、浮液1000mL倒入濾水筒內(nèi)，纖維即在濾網(wǎng)上形成濾層，水通過濾層進(jìn)入分離室，隨之從兩個排水管流出。打漿時間短，漿料濾水快，從側(cè)流管流出的水量就多；反之，從側(cè)流管流出的水量就少。用特制的量筒收集從側(cè)流管流出的濾液，即可直接讀出紙漿的打漿度值。（3） 紙頁成形原理：用常規(guī)成形器在真空條件下于銅網(wǎng)上，從紙漿懸浮液制備紙頁，在400kPa的壓力下經(jīng)兩次壓榨，然后把緊貼在干燥板的紙頁在一定溫度下進(jìn)行干燥。（4） 紙張物理性能測試原理：抗張強度儀工作原理：擺的平衡。下夾頭的運動通過試樣、上夾頭和鏈條使擺沿刻度尺轉(zhuǎn)動一定角度，并在試樣斷裂時停止轉(zhuǎn)動，指示出抗張力值。撕裂度儀工作原理：當(dāng)扇形擺在初始位置時，由

4、于擺的重心被提高，使它具備了一定的位能。當(dāng)擺被松開自由落下時，位能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，動能所產(chǎn)生的力在克服撕裂試樣重?fù)p失了一部分，而剩余的動能又轉(zhuǎn)變?yōu)槲荒?。此時由指針在刻度盤上所指出的撕裂度值就是擺所損失的動能。一般采用多層紙疊起來測定（4，8或16層），由換算系數(shù)計算得到撕裂度值，單位是mN。耐破度儀工作原理：是通過一定面積的單性膠膜向紙或紙板逐步施加壓力，在這個過程中膠膜將試樣頂起，當(dāng)試樣被頂破時，測量出試樣所能承受的最大壓力，即為試樣的耐破度。耐折度儀工作原理：在試樣兩端施加規(guī)定的初始張力，然后曲臂機構(gòu)帶動，折疊片作往復(fù)運動，使試樣在輥軸間做近似180°的反復(fù)折疊，試樣張力作周期形變化

5、。由于折疊作用，使試樣折疊區(qū)域纖維結(jié)構(gòu)松懈，強度逐漸降低，當(dāng)降至不能承受9.807N或12.749N的張力時，試樣開始斷裂，斷裂時試樣所能承受的最大折疊次數(shù)即為試樣的耐折度。3. 實驗儀器和材料：（1） 打漿：瓦利打漿機、肖伯氏打漿度儀、漿料、天平（2） 抄紙：紙頁成形器（3） 紙張物理性能測試：實驗專用裁樣器、天平、厚度計、白度儀、擺錘式拉力機、愛利門道夫撕裂度儀、耐破度儀等。4. 實驗方法和歩驟：1）打漿操作步驟a) 漿料的準(zhǔn)備：根據(jù)漿料的水分和打漿濃度，計算出相當(dāng)于（360±5）g絕干漿的漿樣和水量。（如系干漿，需用5L水浸泡4小時以上，然后撕成25mm×25mm小漿

6、片。）b) 漿料疏解：在打漿機內(nèi)加18L水啟動打漿機將漿料慢慢加入（35min）補充水至漿料和水的總體積為（23±0.2）L(打漿濃度1.57%)調(diào)節(jié)漿溫（20±5）進(jìn)行疏解至無小漿塊（30min）取出漿樣測打漿濃度、打漿度。c) 打漿：打漿條件：杠桿臂負(fù)荷（54±1）N對木漿）或（29.4±1.0）N(對草漿)；飛刀輥轉(zhuǎn)數(shù)：（498±12）r/min；取樣：從打漿開始，每隔一定時間取樣測定打漿度，同時抄紙以測定漿張強度；每次取1200mL，加水沖稀至4750mL，此時漿濃為0.4。測定打漿度取漿量：2/0.4%=500mL；抄紙取漿量：60&

7、#215;0.0314÷0.4%=471mL取樣時間：未漂堿法針葉木漿：5、15、30、60、90min；漂白堿法針葉木漿：5、15、30、45、60min；未漂和漂白亞硫酸鹽漿、堿法闊葉木漿、草漿：5、10、15、20、30min；打漿結(jié)束，取下重鉈，用水徹底清洗打漿機。2) 肖伯氏打漿度的測定（GB/T3332-1982）打漿度是衡量水中漿料懸浮液性能的指標(biāo)，以肖伯爾瑞格勒（ºSR）表示。打漿度儀的調(diào)試及校準(zhǔn)調(diào)整儀器放置位置，使銅網(wǎng)保持水平。儀器清潔程度的檢查：用（20±0.5）的蒸餾水1000mL進(jìn)行空白試驗，測定結(jié)果>4ºSR，說明有纖維或

8、雜質(zhì)附于儀器內(nèi)壁，應(yīng)用丙酮盒軟毛刷清洗。側(cè)流管位置的校正：讓儀器保持水平，用手指堵住直流管下口，注入（20±0.5）的蒸餾水100mL于濾水筒內(nèi)，待側(cè)流管水流完后，放開手指，收集從直管流出的量，應(yīng)為7.5-8.0mL之間。否則，應(yīng)校正側(cè)流管的位置。直流管尺寸的校準(zhǔn)：取出分離室內(nèi)的傘形蓋，用塞子堵住側(cè)流管，同時用手指堵住直流管口。將（20±0.5）的蒸餾水500mL倒入分離室，片刻后，放開直流管口，記錄排水時間，水流完應(yīng)為（149±1）s。若大于此值，可用適當(dāng)?shù)墓ぞ邤U大直流管口；若小于此值，則應(yīng)更換直流管孔。檢查錐形蓋的提升速率，應(yīng)保持在（100±10）m

9、m/s。測定步驟：取相當(dāng)于2g絕干漿倒入測定量筒內(nèi)加清水約300mL用分散器打散漿料稀釋至1000mL，用玻棒攪勻調(diào)節(jié)溫度在（20±1）置錐形蓋于關(guān)閉位置將漿樣倒于濾水筒內(nèi)靜止5s鐘后啟動手輪提起錐形蓋讀取打漿度值3）紙頁的抄造試驗（1） 紙頁的抄造：關(guān)閉排水閥夾好貯漿器打開進(jìn)水閥使水位升高至高于網(wǎng)面50mm倒入漿料（定量為60g/m2）加水至標(biāo)記水平線插入攪拌器上下輕輕攪動靜止10s迅速打開排水閥門（形成負(fù)壓）關(guān)閉排水閥門移開貯漿器在濕紙頁上放兩張吸水紙放上伏壓板將伏壓輥放在伏壓板上，前后輕輕移動取下伏壓輥、伏壓板蓋上不銹鋼片取下濕的吸水紙換上干的吸水紙重復(fù)上述操作至所要求的張數(shù)（

10、不銹鋼片濕紙頁吸水紙）重疊并對齊。（2） 壓榨：將上述一疊紙頁置于油壓機上，進(jìn)行壓榨。第一次的壓榨壓力為400±10kPa，保持5min±15s；松開壓力，取出紙疊，換上干的吸水紙后進(jìn)行第二次壓榨，第二次的壓榨壓力為400±10kPa，保持2min±15s；然后松開壓力，取出紙疊。（3） 干燥和溫濕處理：將吸水紙從手抄紙上揭下來，在紙頁上作上記號，放置在特制的干燥架上，在空氣正常流通下，紙頁溫濕處理。4）紙和紙板物理性能的檢測（1）紙和紙板定量、厚度、緊度和松厚度的測定紙和紙板定量的測定將經(jīng)過在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下處理的試樣，在天平上稱取試樣的質(zhì)量。紙和紙板

11、厚度的測定把測試儀器放在無振動的水平面上，調(diào)好零點，把試樣平整地放在已張開的測量面間，慢慢以低于3mm/s的速度將另一測量面輕輕地移到試樣上，在指針穩(wěn)定后讀數(shù)。對每個試樣進(jìn)行一次測量，在試樣的中間。紙和紙板緊度和松厚度的測定緊度指單位體積紙或紙板的質(zhì)量，以g/cm3或kg/cm3表示，又稱表觀密度。松厚度是指一定質(zhì)量紙或紙板的體積，即為緊度的倒數(shù)，以cm3/ g或cm3/kg表示。（2）紙張抗張強度的測定（GB/T453-1989）抗張強度是指在規(guī)定的條件下，紙或紙板所能承受的最大張力，即測定試樣承受縱向負(fù)荷而斷裂時的最大負(fù)荷。取樣恒溫恒濕處理切取長100mm、寬15mm(+0.2mm、0.1

12、mm)的試樣8條檢查儀器及零點調(diào)整好上下夾具間的距離（100mm）鎖緊上夾頭將試樣垂直夾入上夾頭中松開螺絲取一條紙樣放入下夾頭內(nèi)用手切取拉直，夾緊下夾頭選擇合適的重砣安裝在擺上打開擺固定器壓下操作把手試樣斷裂后立即停機使擺回到原位測量上下夾具間的距離下夾具實際運行距離（測量距離原夾距）加荷速度運行距離×3調(diào)好加荷速度（保證試樣在（20±5）s時間內(nèi)斷裂夾好試樣進(jìn)行正式測試（如果要測伸長率，則待試樣受力后，將伸長墊板打開，當(dāng)試樣斷裂時，立即停機，讀取力度盤上的讀數(shù)。（3）紙張撕裂強度的測定撕裂強度是撕裂紙或紙板時所做的功。內(nèi)撕裂度：在規(guī)定的條件下，已被切口的紙或紙板試樣沿切口

13、撕開一定距離所需的力，單位為mN。邊撕裂度：撕裂預(yù)先沒有切口的試樣，從紙的邊沿開始撕裂一定長度所需的力，單位為N。1）儀器的檢查及校準(zhǔn)a) 儀器的檢查：l 校對擺軸是否彎曲；l 擺在初始位置時，兩夾子成一條直線，夾子間距是否為（2.8±0.3）mm；l 檢查刀子是否固定緊，刀刃是否鋒利無傷，刀片應(yīng)在兩夾子中間，與夾子頂部成一直線。b) 儀器水平的校準(zhǔn)：用儀器底座上的水平泡調(diào)節(jié)儀器的前后水平，然后壓下擺的停止器，使擺切取地自由擺動，待擺停止后，觀察擺上和底板上的標(biāo)記是否重合。c) 零點調(diào)節(jié)：不夾試樣，讓擺空擺幾次，觀察指針是否指零，若不指零，用指針停止器調(diào)節(jié)。d) 擺的摩擦校對：把擺抬

14、起到待測位置，以擺與擺動停止器的邊為準(zhǔn)，向右量25mm劃一線，然后將扇形擺釋放讓其自由擺動，最輕擺20次，輕擺25次，標(biāo)準(zhǔn)擺35次，中擺80次，加重擺110次。擺減幅<25.4mm。e) 指針的摩擦校對：將擺抬起到待測位置，把指針對在零點上，然后放下空擺，指針不得推出零點外小于最輕擺10個標(biāo)尺單位，輕擺6個標(biāo)尺單位，標(biāo)準(zhǔn)擺3個標(biāo)尺單位。f) 切口尺寸及撕裂長度校對：切口長度為（20±0.25）mm，被撕裂長度為（43±0.5）mm。用定量為80160 g/m2的紙樣切成63mm×75mm的試樣來測定。g) 儀器標(biāo)尺的校對：采用專用重砣對儀器標(biāo)尺進(jìn)行校對。2）

15、測定步驟a) 切取試樣：切成長度為（75±2）mm、寬度為（63±0.5）mm的長方形，每個方向至少切5片。b) 試樣的恒溫恒濕處理c) 選擇擺和重錘：測定的數(shù)值應(yīng)在刻度值的2080范圍內(nèi)。d) 檢測：將試樣的一半正面對著刀，另一半反面對著刀，試樣側(cè)面邊緣要整齊，底邊完全與夾子底部接觸，對正夾緊。用刀將試樣切一整齊的刀口，使指針與指針停止器接觸，用手敏捷地壓下擺的停止器，待擺擺至最遠(yuǎn)返回接近起始位置時，輕輕地停止擺，使指針與操作者的眼睛水平，讀取指針指示的讀數(shù)，準(zhǔn)確至1。松開夾子，棄掉已撕的試樣，使擺和指針回到起始位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次試驗。（4）紙和紙板耐破強度的測定耐破度

16、是指紙或紙板在單位面積上所能承受的均勻增大的最大壓力，以kPa表示。測定步驟：切取試樣10張以上恒溫恒濕處理夾緊試樣測試（5）紙和紙板耐折強度的測定紙或紙板耐折度是指在一定張力條件下，再經(jīng)一定角度反復(fù)折疊而使其斷裂的折疊次數(shù)。測試儀器：肖伯爾耐折度儀和MIT耐折度儀。測試步驟：試樣恒溫恒濕處理按縱橫向切取寬（15±0.1）N、長100mm的試樣各10條將試樣平行地夾緊于測定儀的兩夾子之間拉開彈簧筒使試樣受到初始張力按計數(shù)器回零器開動儀器往復(fù)折疊直至斷裂儀器自動停止讀數(shù)取下已折斷的試樣，儀器復(fù)原進(jìn)行下一實驗。（6）紙張白度、不透明度和透明度的測定A白度的測定白度是指在可見光范圍內(nèi)（40

17、0700nm）紙漿等產(chǎn)品顯白的反應(yīng)，通常采用目測對比來測定；亮度是在單一波長（457nm）下紙漿等產(chǎn)品顯白的反應(yīng)，即特定條件下的白度值。測定儀器：SBD 1型數(shù)字白度儀操作步驟l 將儀器電源打開，預(yù)熱30min；l 調(diào)節(jié)功能手輪6置“R457”；l 將濾光片按要求插入入射光孔道和反射光孔道。l 用已標(biāo)定好的6參比白板和黑筒校正儀器。測定試樣：試樣重疊至不透光B 不透明度的測定（GB/T15431988）紙張的透明度和不透明度是指光束照射在紙面上透射的程度。不透明度是指帶黑色襯墊時，對綠光的反射因數(shù)R0與厚度達(dá)到完全不透明的多層紙樣的相應(yīng)反射因數(shù)R之比。透明度是指單層試樣反映被覆蓋物影相的明顯程

18、度。儀器：反射光度計或白度計；工作標(biāo)準(zhǔn)板；標(biāo)準(zhǔn)黑筒：反射因數(shù)不大于0.5%。儀器校對：l 將儀器接通電源，預(yù)熱至儀器光電池穩(wěn)定。調(diào)節(jié)儀器內(nèi)濾光片在Y值濾光片位置，使儀器有效波長在550nm。l 用黑筒調(diào)好零點，用工作標(biāo)準(zhǔn)板和黑筒校對儀器。測試步驟：切取試樣（100mm×100mm）使正面向上疊成一疊（不透光）將試樣的對角線方向與儀器前后方向平行測量上面一層試樣的內(nèi)反射因數(shù)R讀數(shù)精確到0.1%取下試樣放在紙疊底部重復(fù)上面操作至少5次翻轉(zhuǎn)紙疊測試試樣反面的內(nèi)反射因數(shù)R將上述紙疊各單層試樣背襯黑筒分別測定其正反面的反射因數(shù)R0C 透明度的測定（GB/T2679.11993）儀器及儀器校對：

19、同不透明度測定測定步驟：切取試樣（100mm×100mm）使正面向上疊成一疊取下一張試片正面向上平整地背襯以白色標(biāo)準(zhǔn)板夾在測試孔上試片的對角線與儀器的前后方向平行測定其反射率Rw然后以同樣方法使該試片反面向上測其Rw將已測Rw的試片背襯以標(biāo)準(zhǔn)黑筒夾在測試孔上測定其反射率R0重復(fù)上述測試，正反面至少測定3張有效試片5. 實驗結(jié)果與分析(數(shù)據(jù)如何處理)：（1）打漿度按下式計算打漿度=1000側(cè)管流出的水量（mL）（ºSR）10以兩次測定的算術(shù)平均值作為結(jié)果，準(zhǔn)確到小數(shù)點后一位，兩次測定值間誤差4%。（2）試樣定量按下式計算：g=m=mAa×n式中 g定量，g/m2m試

20、樣疊的質(zhì)量， gA試樣疊的面積，m2a每張試樣的面積，m2n每一疊試樣的層數(shù)計算結(jié)果取三位有效數(shù)字。（3）試樣厚度的計算：單張紙頁的平均厚度由計算讀數(shù)的平均值得到，結(jié)果以mm或m表示，取三位有效數(shù)字。（4）緊度、松厚度可由紙或紙板的定量和厚度計算而得出。=g ×1000v=×1000g式中 紙或紙板的緊度，g/cm3v紙或紙板的松厚度，cm3/ gg定量，g/m2紙的厚度，mm結(jié)果準(zhǔn)確到兩位小數(shù)。（5）抗張強度、裂斷長、抗張指數(shù)計算a) 抗張強度 S=FLW式中 S抗張強度，kN/mF平均抗張力，NLW試驗紙張的寬度，mm取三位有效數(shù)字b) 裂斷長LB =1×S×1039.8gLB =1×F×1039.8LW· g式中 LB裂斷長，km g定量，g/m2取三位有效數(shù)字c) 抗張指數(shù)Y =S×103 或Y =F×103gLW· g（6）撕裂度、撕裂指數(shù)計算a) 內(nèi)撕裂度a=SPn式中 a