造紙成形網(wǎng)的進(jìn)展過(guò)程綜述論文

1、造紙成形網(wǎng)的進(jìn)展過(guò)程綜述論文造紙成形網(wǎng)的進(jìn)展過(guò)程綜述論文造紙過(guò)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(shí)出流漿箱的紙漿濃度可達(dá) 1. 6%）,紙幅離開(kāi)網(wǎng)部進(jìn)入壓榨部 之前的干度為 18%23%,高速紙機(jī)可達(dá) 27%,也就是說(shuō)， 造紙過(guò)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(yùn)行，磨損相對(duì)嚴(yán)重，是造紙主要的專用脫水和消耗器材。隨 著人們對(duì)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(yīng)現(xiàn)代化高速 紙機(jī)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(yùn)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(jī)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(shù)是以中國(guó)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(jìn)行抄紙。隨著造紙技 術(shù)傳入西方，特別是工業(yè)革命引起的造紙機(jī)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(jī)車(chē) 速的提高和幅寬的擴(kuò)大，金屬成形網(wǎng)負(fù)荷重、壽命短和耐酸堿差等 缺點(diǎn)越來(lái)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(qiáng)，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(qiáng)，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(yīng)高 速現(xiàn)代化紙機(jī)的運(yùn)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(duì)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(jié)晶的半芳香尼龍。PPA 具 有良好

4、的耐熱性、優(yōu)良的力學(xué)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(xué)藥品性等4。PEEK 單絲是一種熱塑 性聚合體，是最先進(jìn)的聚酮族衍生物，具有熱穩(wěn)定性好、極高的耐 化學(xué)腐蝕和耐磨性，但由于價(jià)格昂貴還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用5。 Stabilon 是 Heimbach 公司開(kāi)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(kāi)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(dá)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(zhǎng)的為 73天7。也可以考慮通過(guò)應(yīng)用納米技術(shù)和纖維表而改 性來(lái)改善成形網(wǎng)脫水和耐磨等性能8。2聚酯成形網(wǎng)結(jié)構(gòu)和編織技術(shù)進(jìn)展由于現(xiàn)代化造紙機(jī)向著大型化、高速化和自動(dòng)化方向發(fā)展，因而 金屬成形網(wǎng)己不能適應(yīng)現(xiàn)代化造紙機(jī)的要求。伴隨著高分子合成技 術(shù)的發(fā)展，很多高性能塑料高分子材料紛紛面世，20 世紀(jì)中葉，造 紙成形網(wǎng)逐步由銅網(wǎng)過(guò)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(duì)于造紙機(jī)向高速、寬幅化發(fā)展具有劃時(shí) 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(diǎn)有:密度小, 紙機(jī)負(fù)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(zhǎng) 35 倍，甚

6、至更長(zhǎng)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(lái)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(lái)滿足不同造紙機(jī)、不同紙種和不同抄紙條件，以提高造紙機(jī) 的運(yùn)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(jìn)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(jī)的傳動(dòng)負(fù)荷, 節(jié)約造紙成木。 單層網(wǎng)是由單個(gè)緯線系統(tǒng)和單個(gè)經(jīng)線系統(tǒng)相互交織 而成， 見(jiàn)圖 1 11。單層網(wǎng)編織相對(duì)簡(jiǎn)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(guò)，而經(jīng)線則在 3 根緯 線上而和 1 根緯線下而通過(guò)，保護(hù)了承受張力負(fù)荷的經(jīng)線處于網(wǎng)子 的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，而讓緯線與造紙機(jī)各個(gè)摩擦部件接觸。細(xì)的聚酯單絲 可以織造高密度經(jīng)緯結(jié)構(gòu)的單層網(wǎng)，纖維和填料的留著率較高，適 合生產(chǎn)紙頁(yè)表而性能好的紙種;這類網(wǎng)的緯線比較細(xì)，不耐磨，使用 壽命短。粗的聚酯單絲織造的低密度經(jīng)緯結(jié)構(gòu)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(jìn)的加強(qiáng)型單層網(wǎng)（如圖 1（b）的特點(diǎn)是在普通單層網(wǎng)的基 礎(chǔ)上增加了 1 組線徑較小的緯線，這組細(xì)緯與較粗的緯線交替與經(jīng) 線交織，其目的是為了增強(qiáng)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(chē)速 200m/min 以下、幅寬較窄 的造紙機(jī)上應(yīng)用較多。對(duì)于中高速造紙機(jī)，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(jī)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(qiáng)型）不能夠滿足需求。為 滿足高速、寬幅的現(xiàn)代化造紙機(jī)要求，多層聚酯成形網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。 多層網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)而層和底層的單獨(dú)設(shè)計(jì)編織結(jié)構(gòu)來(lái)改善成 形網(wǎng)而層（紙面）和底層（機(jī)面）的性能，更好地適應(yīng)各種造紙機(jī)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(qiáng)底層

9、緯線抗磨損的能力。目前，己經(jīng)成熟應(yīng)用的有兩層、 兩層半、三層和三層半系列，并且通過(guò)不同的綜數(shù)編織達(dá)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(chǔ)上，根據(jù)面層和 底層功能的不同，通過(guò)在橫向引入多個(gè)緯線系統(tǒng)進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立的設(shè) 計(jì)編織，如圖 2）所示。從兩層網(wǎng)的橫向（CD）結(jié)構(gòu)看，有兩個(gè)獨(dú)立 分開(kāi)的緯線系統(tǒng)- 而緯和底緯，分別實(shí)現(xiàn)各自不同的功能，經(jīng)線也是兩層的。編織過(guò)程是同一根經(jīng)線穿過(guò)上層的緯線后向下再穿 過(guò)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(jié)構(gòu)更加致密、尺寸更加穩(wěn)定，而且可以通過(guò)改變不同的編織 工藝來(lái)適應(yīng)抄造不同紙種造紙機(jī)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(jī)上的應(yīng)用。為此，研究人員開(kāi)發(fā)了強(qiáng)化型兩層網(wǎng) （三層緯線網(wǎng)），結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(jié)構(gòu)中只有一個(gè)縱向 經(jīng)線系統(tǒng)，所以整體緊湊性差，橫向的 3個(gè)層而容易產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng), 使得網(wǎng)子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，而且紙頁(yè)成形和脫水效果均不好， 性價(jià)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(huì)發(fā)現(xiàn)兩層網(wǎng)同單層 網(wǎng)一樣暢通，其脫水過(guò)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(xì)小纖 維和填料的留著和紙頁(yè)勻度等5。2. 2. 2 兩層半網(wǎng)兩層半網(wǎng)也就是加強(qiáng)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(chǔ)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(xì)，相應(yīng)增加的緯線更細(xì)，這樣的結(jié)構(gòu)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(xì)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(yùn)行穩(wěn)定性。兩層半網(wǎng)

12、適用范圍廣，可以應(yīng)用于 300m/min 以上生產(chǎn)各種紙種的中高速造紙機(jī)，特別是中速造紙機(jī)上。兩層半 網(wǎng)和兩層網(wǎng)存在的問(wèn)題都是它們的縱向單經(jīng)線系統(tǒng)沒(méi)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(shí)滿足紙面和機(jī)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(yùn)行過(guò) 程中承受巨大張力的情況下容易造成過(guò)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(wèn)題，造紙織物工作者開(kāi)發(fā)出了 三層網(wǎng)。三層網(wǎng)的特點(diǎn)是而層和底層可以完全分開(kāi)，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(xì)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(jié)合是通過(guò)中間層縫合起來(lái), 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(shù) (SelfSupportingBinding, SSB)三層網(wǎng)，其橫向切面結(jié)構(gòu)如圖 4 所7j14-15 o圖 4 三層網(wǎng)橫向結(jié)構(gòu)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(dú)立的網(wǎng)層;兩 層網(wǎng)通過(guò)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(jié)構(gòu)的網(wǎng)子 在造紙機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)部磨損比較嚴(yán)重，容易斷裂造成上下兩層 網(wǎng)分離而下機(jī)。因此，又開(kāi)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(jiàn)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(jié)構(gòu) 達(dá)到理想的平織，使而層平整性達(dá)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(zhuǎn)限制了面層和底層的相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，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(dǎo)產(chǎn)品，每個(gè)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(lái)描述織機(jī)上一 個(gè)織造循環(huán)的不同順序安排，對(duì)于多層網(wǎng)來(lái)說(shuō)，是將上下兩層看成 整體來(lái)計(jì)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(jī)進(jìn)行 相應(yīng)選擇。成形網(wǎng)在造紙機(jī)上運(yùn)行過(guò)程中，而層和底層存在一個(gè)相 對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦的作用，這不僅對(duì)傳統(tǒng)三層網(wǎng)的縫合線造成磨損，對(duì) SSB 成形來(lái)說(shuō)，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(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后

16、，SSB 網(wǎng) 內(nèi)部中間綁定線也會(huì)被磨損，這主要是由于造紙機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中受 到縱向張力，而層和底層產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦造成的，造紙機(jī)負(fù)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(jī)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的三層網(wǎng)可以改善紙張的 質(zhì)量和造紙機(jī)效率，在這方面，生產(chǎn)造紙成形網(wǎng)的幾家外國(guó)企業(yè)均 開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的產(chǎn)品。比如，福伊特公司針對(duì)卬刷紙的特點(diǎn)開(kāi)發(fā)的更 纖細(xì)、更薄的成形網(wǎng)- PrintFormI 成形網(wǎng)，結(jié)合聚酯成形網(wǎng)紙而細(xì)膩和機(jī)而結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，可以減輕造紙機(jī)運(yùn)行負(fù)荷、成形網(wǎng) 回濕及成形網(wǎng)尺寸穩(wěn)定；德國(guó)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(zhǎng)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(shè)計(jì)結(jié)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(diǎn)，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(jī)上； ?？送跫{(HuyckWangner)綜合考慮了濾水能力、紙幅干度、留著率、 紙幅勻度和運(yùn)行性能等指標(biāo)，設(shè)計(jì)了新一代的成形網(wǎng)-Apexx,其關(guān)鍵技術(shù)在于新型經(jīng)線概念和造紙機(jī)橫向上的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，當(dāng)纖維 離開(kāi)流漿箱時(shí)，他們會(huì)沿著

18、造紙機(jī)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(shù)，紙機(jī)運(yùn)行過(guò)程 中，而層和底層產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)引起磨損，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)破壞縫合紗線 及面層和底層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。近年來(lái)又出現(xiàn)了經(jīng)線縫合技術(shù)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(jié)構(gòu)圖?？梢钥闯?，與傳統(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(shù)，這是結(jié)構(gòu)上的變化14。 圖 6 展示了 IWB 網(wǎng)沿著造紙機(jī)縱向的橫切面結(jié)構(gòu)圖，從圖 6 可見(jiàn)， 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(jī)運(yùn)行過(guò)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(jī)縱向的、上下兩層不產(chǎn)生相對(duì) 運(yùn)動(dòng)，因此內(nèi)部磨損小。這種經(jīng)線縫合的 IWB 網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中受到 縱向張力的情況下，結(jié)構(gòu)更加緊密，增加了其強(qiáng)度。這種強(qiáng)度的增 加可以采用更優(yōu)質(zhì)的細(xì)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(kāi)發(fā)的經(jīng)線自綁定(WarpSelfBinders, WSB)成形網(wǎng)也是在這個(gè)思路 的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。目前，三層以下聚酯成形網(wǎng)己被國(guó)外先