《紙料的流體和造紙》課件

紙料的流體和造紙紙張的制造是一個復(fù)雜的過程,需要理解紙料的流體特性。這個介紹將探討紙張制造中的關(guān)鍵流體動力學(xué)原理。M課程目標(biāo)1全面了解紙料的組成成分包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等在內(nèi)的紙料主要成分及其特性。2掌握紙料的性質(zhì)指標(biāo)如抗張強度、撕裂強度、耐折度、白度等評判紙張質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。3學(xué)習(xí)紙料制造的流體力學(xué)基礎(chǔ)包括流體的定義、流體的特性如黏度、表面張力等。4熟悉紙張制造的全流程從漿料制備、脫水干燥到涂布壓光等工藝流程。紙料的組成纖維素紙料的主要成分是纖維素,它是由葡萄糖單元通過β-1,4-糖苷鍵連接而成的線性高分子化合物。纖維素是紙張的骨架,決定了紙張的強度和機械性能。半纖維素半纖維素是一種由木糖、木葡萄糖等雜多糖組成的支鏈多糖,與纖維素共同構(gòu)成植物細(xì)胞壁的主要成分。它提高了紙張的親水性和柔軟性。木質(zhì)素木質(zhì)素是一種復(fù)雜的三維高分子化合物,是紙漿制造過程中最難去除的成分。它使紙張變硬、變脆,降低了白度和柔軟性。纖維素分子結(jié)構(gòu)纖維素是由葡萄糖單元通過β-1,4糖苷鍵連接而成的大分子多糖。其特殊的分子結(jié)構(gòu)決定了纖維素在木材中的主要作用。含量和性質(zhì)纖維素是木材的主要成分,約占40-50%。它具有良好的力學(xué)強度和化學(xué)穩(wěn)定性,是造紙工業(yè)的重要原料。半纖維素結(jié)構(gòu)特點半纖維素為木質(zhì)植物細(xì)胞壁中的一種多糖成分，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要由五碳糖組成?；瘜W(xué)性質(zhì)半纖維素分子量較小,容易水解,在酸性條件下易降解。作用在制漿造紙過程中,半纖維素有助于纖維間的結(jié)合,提高成紙性能。木質(zhì)素主要成分木質(zhì)素是植物細(xì)胞壁的重要部分,由芳香族化合物交聯(lián)形成,是造紙過程中需要去除的重要成分。作用木質(zhì)素賦予植物堅韌性,但會影響紙張的強度和柔軟性,因此在制漿過程中需要盡量去除。性質(zhì)木質(zhì)素難溶于水,一般需要化學(xué)方法如漂白等來除去木質(zhì)素,提升紙張品質(zhì)。其他成分無機化合物紙料中還含有一些無機鹽類,如碳酸鹽、硫酸鹽和硅酸鹽等,這些成分可以影響紙張的強度、阻燃性和白度。助劑和染料為了賦予紙張?zhí)厥獾男阅?如柔軟度、可打印性和著色等,會添加各種助劑和染料。這些化學(xué)品的選擇和用量直接影響紙張的品質(zhì)。填充劑向紙漿中加入一些惰性的填充物,如高嶺土、碳酸鈣等,可以提高紙張的不透明度、平滑度和白度等特性。紙料的性質(zhì)1力學(xué)性能紙料具有一定的抗張強度、撕裂強度和耐折度,這些性能反映了紙張的使用壽命和耐用性。2光學(xué)性能紙料的白度和光澤度直接影響印刷效果,是評判紙張質(zhì)量的重要指標(biāo)。3吸水性良好的吸水性是紙張適用于書寫、印刷等用途的關(guān)鍵性能。4其他特性紙料還有諸如透氣性、表面平整度、折疊耐受性等重要特性,決定了其用途和應(yīng)用范圍。抗張強度紙張的抗張強度是指紙張在受到拉伸作用時所能承受的最大力度。這是一個非常重要的紙張性能指標(biāo),決定了紙張在使用過程中的耐用性和使用壽命。從圖中可以看出,化學(xué)漿制造的紙張抗張強度最高,達(dá)到80N/m,而再生紙的抗張強度則相對較低。撕裂強度3.2N撕裂指數(shù)紙張的單位長度撕裂所需的力5.6N撕裂長度紙張從一點到被完全撕破所需的長度7.8N撕裂能量撕裂紙張所需的全部力學(xué)能耐折度耐折度紙張在反復(fù)折疊時,其承受次數(shù)的一種指標(biāo)。衡量紙張的強度和韌性。測試方法使用特殊的折疊測試儀,記錄紙張折疊的次數(shù)直至斷裂。影響因素纖維成分、長度、定向程度、干燥狀態(tài)等。優(yōu)質(zhì)紙張應(yīng)有較高的耐折度。白度90%紙張標(biāo)準(zhǔn)一般用于打印和復(fù)印紙的最低白度標(biāo)準(zhǔn)100最高值可達(dá)到的最高白度,但成本較高85%平均值大多數(shù)日用紙張的白度水平紙張的白度是通過測量反射光強度來決定的,白度越高,紙張越亮潔。它是衡量紙張品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。合理控制紙張白度有利于提高印刷質(zhì)量和視覺效果。流體力學(xué)基礎(chǔ)深入了解流體的物理特性,為后續(xù)的紙料制造工藝奠定基礎(chǔ)。流體的定義物質(zhì)狀態(tài)流體是介于固體和氣體之間的一種物質(zhì)狀態(tài)，它能夠流動和適應(yīng)容器的形狀。壓縮性流體具有較低的壓縮性，能夠相對容易地改變體積。分子結(jié)構(gòu)流體的分子間結(jié)合較弱,分子能夠自由移動,導(dǎo)致流動性的產(chǎn)生。流體的特性穩(wěn)定性流體不會維持固定的形狀,而是會根據(jù)容器的形狀發(fā)生變形。這種穩(wěn)定性使流體能夠滿足各種復(fù)雜的應(yīng)用需求。不可壓縮性與氣體不同,流體的密度基本保持不變,即使受到外力作用也無法明顯壓縮。這種特性使流體能夠高效傳遞壓力。流動性流體分子之間的相互作用較弱,使得流體能夠在施加外力時產(chǎn)生連續(xù)流動。這種流動性是流體最重要的特性。黏性流體的黏性是其阻礙流動的內(nèi)部摩擦,影響流體的流動特性。合理控制黏性是造紙工藝的關(guān)鍵。黏度液體的黏度黏度是描述液體流動性的一個重要參數(shù)。它反映了液體內(nèi)部分子之間的相互作用強度。黏度越大，液體流動越緩慢。高黏度液體一些液體如蜂蜜、糖漿等具有很高的黏度,流動性差,需要施加更大的外力才能產(chǎn)生流動。這種高黏度與分子間相互作用力較強有關(guān)。溫度對黏度的影響一般來說,溫度升高會降低液體的黏度,因為溫度上升使分子間的相互作用減弱,流動性增強。這種關(guān)系在工業(yè)生產(chǎn)中非常重要。表面張力分子間作用力液體表面分子之間存在吸引力,這種分子間作用力就是表面張力的根源。調(diào)節(jié)表面張力通過添加表面活性劑可以降低液體的表面張力,改善浸潤性和濕潤性。毛細(xì)現(xiàn)象表面張力會產(chǎn)生毛細(xì)作用,使液體在細(xì)小管道中上升或下降。這在紙張吸水過程中起重要作用。蠕動流動蠕動流動的定義蠕動流動是指流體在受到管壁摩擦的影響下,呈現(xiàn)出分層流動的特點。這種流動形式常見于粘度較高的流體,如血液、泥漿等。蠕動流動的特點流體在管壁附近流速較低流體在管中心流速較高流體呈現(xiàn)分層流動容易造成管道堵塞蠕動流動在工業(yè)中的應(yīng)用蠕動流動常見于化工、制藥等工業(yè)領(lǐng)域,如泥漿和高濃度液體的輸送。需要特殊的泵和管路設(shè)計來應(yīng)對這種流動模式。紙料制造工藝了解紙料的制造過程,從漿料準(zhǔn)備到最終的紙張成型,掌握造紙的關(guān)鍵步驟。談?wù)勗旒堖^程1漿料制備將原料進(jìn)行機械、化學(xué)等處理制成漿料2脫水和干燥利用壓力、溫度等手段去除多余水分3涂布和壓光在紙張表面進(jìn)行涂層處理和壓光4后道工序根據(jù)需求進(jìn)行切割、打孔、折疊等后續(xù)處理造紙是一個復(fù)雜的工藝流程,需要經(jīng)過多個步驟才能制成最終的紙張產(chǎn)品。首先,將原料如木材、植物等進(jìn)行機械或化學(xué)處理制成紙漿;然后利用脫水和干燥技術(shù)去除多余水分;接下來在紙張表面進(jìn)行涂布和壓光處理;最后根據(jù)需求進(jìn)行切割、打孔等后續(xù)加工。整個過程中需要精準(zhǔn)控制各個環(huán)節(jié),以確保紙張質(zhì)量。漿料制備原料準(zhǔn)備將木材、廢紙等原料破碎、清洗、分選,去除雜質(zhì)并提取纖維素?；瘜W(xué)處理利用化學(xué)方法如漂白、煮解等來去除木質(zhì)素,增加纖維素含量。機械打漿將纖維素纖維充分分散和纖維化,提高吸水性和成網(wǎng)性。添加助劑根據(jù)需要添加填料、增強劑、助留劑等,調(diào)節(jié)漿料性能。脫水和干燥1漿料脫水采用濾網(wǎng)、壓榨等方式去除紙漿中的多余水分2初步干燥使用烘干設(shè)備對脫水后的紙張進(jìn)行進(jìn)一步干燥3終極干燥持續(xù)加熱直至紙張達(dá)到所需含水率紙張干燥是造紙工藝的關(guān)鍵步驟之一。通過一系列的脫水和干燥過程,可以使紙漿中的水分逐步去除,直至紙張達(dá)到預(yù)期的含水率和干燥程度。這不僅能確保紙張的質(zhì)量和性能,也為后續(xù)的涂布和壓光等工序奠定了基礎(chǔ)。涂布和壓光1涂布在紙張表面均勻涂覆一層特殊涂料,提高表面光滑度和印刷性能。涂料可以是顏料、粘合劑或其他化學(xué)添加劑的混合物。2壓光利用強大的壓力和精密的壓光機械,壓制紙張表面,進(jìn)一步提升光澤度和平整度。這個過程可以增強紙張的強度和密度。3干燥涂布和壓光后,紙張需要經(jīng)過高溫烘干處理,固化涂層,并調(diào)節(jié)最終的水分含量。這一步驟確保紙張的穩(wěn)定性和使用壽命。后道工序1涂布在紙張表面涂覆各種功能性涂料,如防水劑、UV保護(hù)劑、彩色油墨等,以增加紙張的性能和外觀。2壓光將紙張送入高壓機進(jìn)行表面壓平和光澤處理,提高紙張的光潔度和平整性。3裁切根據(jù)客戶需求對成品紙張進(jìn)行裁切、分切和卷繞,以滿足不同規(guī)格的要求。紙張評價指標(biāo)要全面評價紙張的品質(zhì)和性能,需要針對不同的應(yīng)用需求,綜合考慮多個重要指標(biāo)。我們將詳細(xì)介紹幾個關(guān)鍵的紙張評價指標(biāo)及其測試方法?；囟x紙張每平方米的重量，用克表示，是紙張最基本的物理性質(zhì)。意義基重是評判紙張質(zhì)量、厚度和強度的重要指標(biāo)。合理的基重有助于滿足不同用途的需求。常見取值一般從45克/平方米到400克/平方米不等，具體取決于紙張用途。紙張厚度紙張的厚度是一個重要的指標(biāo),影響著紙張的手感、強度和印刷效果。厚度通常用微米(μm)來衡量,反映了紙張的密實程度和重量。不同用途的紙張對厚度有不同要求,從書寫紙到包裝紙,厚度可以有數(shù)十微米到數(shù)百微米的差異。光澤度光澤度是衡量紙張表面光潔度的重要指標(biāo)。它反映紙張表面反射光線的程度。光澤度高的紙張可以呈現(xiàn)出更清晰的圖像和文字效果。不同類型的紙張由于其表面處理工藝的差異,呈現(xiàn)出不同的光澤度?？蛻艨筛鶕?jù)需求選擇合適的紙張。吸水性95%最大吸水率紙張的最大吸水容量達(dá)到紙自身重量的95%2.5s吸水時間紙張在水中可在2.5秒內(nèi)完全濕透1.2g/m2·s吸水速度紙張的平均吸水速度可達(dá)到1.2克/平方米·秒總結(jié)與討論主要內(nèi)容回顧本課程深入探討了紙料的組成、性質(zhì)和制造工藝,涵蓋了流體力學(xué)基礎(chǔ)、造紙工藝等關(guān)鍵知識點。新興趨勢隨著科技進(jìn)步,智能造紙裝備的應(yīng)用、可再生紙料的開發(fā)等正成為新熱點。未來展望下一步可以針對行業(yè)痛點,探討紙張性能優(yōu)化、環(huán)境友好工藝等創(chuàng)新方向。課程小結(jié)核心要點概括本課程從紙料的組成、性質(zhì)和制造工藝三個角度全面地介紹了造紙技術(shù)的基礎(chǔ)知識。關(guān)鍵技術(shù)解析重點分析了流體力學(xué)、漿料制備和脫水干燥等關(guān)鍵工藝技術(shù)在造紙中的應(yīng)用。未來發(fā)展趨勢展望了造紙工業(yè)在節(jié)能環(huán)保、智能制造等方面的未來發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。實踐應(yīng)用能力通過理論知識講解和實踐案例分析,培養(yǎng)學(xué)