造紙成形網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%的脫水量是在網部完成的［1］。造紙成形網在各輥子和脫水板上運行，磨損相對嚴重，是造紙主要的專用脫水和消耗器材。隨著人們對紙張質量要求的日益提高，以及現代造紙生產逐步向著寬幅、高速和低定量化的方向發展，造紙成形網必須適應現代化高速紙機的高效、均勻和穩定脫水等要求。造紙成形網除了要具備優良的纖維截留特性、高效的脫水性能及良好的清洗效果之外，還需要很好的運行穩定性。目前，聚酯成形網已幾乎完全代替了傳統的銅質成形網，特別是聚酯三層成形網已成為現代化紙機的主流用成形網。

1造紙成形網材料

　　1.1造紙成形網材料的現狀

　　古代的造紙術是以中國東漢蔡倫發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，特別是工業革命引起的造紙機的發明，金屬材質(主要是銅質或者不銹鋼)造紙成形網逐步取代了竹制網篩［2］。紙機車速的提高和幅寬的擴大，金屬成形網負荷重、壽命短和耐酸堿差等缺點越來越明顯，逐步被塑料成形網取代。塑料網又分為聚酯網、聚酰胺(尼龍)網、聚丙烯網等，其各自性能如表1［3］所示。聚丙烯網不易吸水，密度小，形態穩定，耐酸堿性強，但其易老化，耐磨性差，使用溫度略低，使用受限;聚酯網和尼龍網的綜合性能好，聚酯網的形態穩定性好，尼龍網的耐磨性強，目前的成形網大都是聚酯成形網，在多層聚酯網的底層配比一定的尼龍網，提高其耐磨性能。

　　1.2發展方向

　　聚酯和尼龍均為合成高分子聚合物，可以根據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，以適應高速現代化紙機的運行，是目前多層聚酯成形網是最常用的材料。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具有良好的耐熱性、優良的力學性能和尺寸穩定性、較低的吸水率和優良的成型加工性，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公司開發的多層底網專用單絲Duralon具有聚酯的穩定性和尼龍的耐磨性，采用Duralon材料的InTegraF網使用壽命達到90天，而采用聚酯、尼龍混合編織的成形網，平均壽命只有42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面改性來改善成形網脫水和耐磨等性能［8］。

2聚酯成形網結構和編織技術進展

　　由于現代化造紙機向著大型化、高速化和自動化方向發展，因而金屬成形網已不能適應現代化造紙機的要求。伴隨著高分子合成技術的發展，很多高性能塑料高分子材料紛紛面世，20世紀中葉，造紙成形網逐步由銅網過渡到合成聚酯纖維編織的成形網。聚酯等合成材料用于造紙成形網，對于造紙機向高速、寬幅化發展具有劃時代的意義。與銅網等金屬成形網相比，聚酯成形網的優點有:密度小，紙機負荷小，生產效率高;材質柔軟，易操作，不易碰傷;耐腐蝕、耐磨損，使用壽命一般比銅網長3～5倍，甚至更長［5］;能改善成紙勻度，減輕網痕和兩面差，提高平滑度及減少纖維和填料的流失，可以減少換網次數以及因換網帶來的各種損失［9-10］;聚酯成形網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的層數，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。聚酯成形網又分為單層網和多層網。

　　2.1單層網

　　聚酯成形網最初是按銅網的編織工藝進行編織的單層網，只是線材由銅絲改為聚酯絲，使其質量變輕，從而減輕了紙機的傳動負荷，節約造紙成本。單層網是由單個緯線系統和單個經線系統相互交織而成，見圖1［11］。單層網編織相對簡單，如四綜單層網是彎曲的緯線在3根經線下面和1根經線的上面通過，而經線則在3根緯線上面和1根緯線下面通過，保護了承受張力負荷的經線處于網子的結構內部，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緯結構的單層網，纖維和填料的留著率較高，適合生產紙頁表面性能好的紙種;這類網的緯線比較細，不耐磨，使用壽命短。粗的聚酯單絲織造的低密度經緯結構的單層網，可以提高成形網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(如圖1(b))的特點是在普通單層網的基礎上增加了1組線徑較小的緯線，這組細緯與較粗的緯線交替與經線交織，其目的是為了增強橫向穩定性，增加纖維、填料留著率，提高成紙性能［5］。這種成形網在車速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，單層成形網不能滿足要求。

　　2.2多層網

　　現代化的高速寬幅造紙機要求成形網有良好的脫水效果和較高的纖維、填料留著率，單層成形網(包括加強型)不能夠滿足需求。為滿足高速、寬幅的現代化造紙機要求，多層聚酯成形網應運而生。多層網的優點是可以通過面層和底層的單獨設計編織結構來改善成形網面層(紙面)和底層(機面)的性能，更好地適應各種造紙機的需求。其思路是面層在保證脫水的情況下有更高的纖維支撐指數(FiberSurportIndex，FSI)，而底層則是在保證脫水通道暢通的前提下增強底層緯線抗磨損的能力。目前，已經成熟應用的有兩層、兩層半、三層和三層半系列，并且通過不同的綜數編織達到所需性能。

　　2.2.1兩層網

　　根據前面的思路，兩層網是在單層成形網的基礎上，根據面層和底層功能的不同，通過在橫向引入多個緯線系統進行相對獨立的設計編織，如圖2(a)所示。從兩層網的橫向(CD)結構看，有兩個獨立分開的緯線系統———面緯和底緯，分別實現各自不同的功能，經線也是兩層的。編織過程是同一根經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。與單層網相比，這種兩層網結構更加致密、尺寸更加穩定，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。一般面緯和底緯的密度和線徑不同。面緯的密度略大，線徑較小，這樣有利于提高纖維的留著和降低紙張的兩面差;底緯的線徑比較粗，為的是使網子更加耐磨，提高使用壽命。這類兩層網的挺度不夠和橫向穩定性差，制約了其在高速寬幅造紙機上的應用。為此，研究人員開發了強化型兩層網(三層緯線網)，結構見圖2(b)。它是傳統兩層網的變化形式。這種網子雖然改善了挺度和橫向穩定性，但由于其結構中只有一個縱向經線系統，所以整體緊湊性差，橫向的3個層面容易產生相對滑動，使得網子的內部結構遭到破壞，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。兩層網及多層網從上往下看似乎是全封閉的，不易脫水，但傾斜一定角度觀察，就會發現兩層網同單層網一樣暢通，其脫水過程類似于流經多孔性物體，而不是像單層網的垂直方向脫水，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］。