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(dá)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(dá)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)在各輥子和脫水板上運行，磨損相對嚴(yán)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)量要求的日益提高，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)已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(shù)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(shù)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(fù)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(yīng)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(jié)晶的半芳香尼龍。PPA具有良好的耐熱性、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，但由于價格昂貴還沒有得到廣泛應(yīng)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(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天，最長的為73天［7］。也可以考慮通過應(yīng)用納米技術(shù)和纖維表面改性來改善成形網(wǎng)脫水和耐磨等性能［8］。

2聚酯成形網(wǎng)結(jié)構(gòu)和編織技術(shù)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)已不能適應(yīng)現(xiàn)代化造紙機的要求。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(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3～5倍，甚至更長［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(fù)荷，節(jié)約造紙成本。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)線下面和1根經(jīng)線的上面通過，而經(jīng)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(fù)荷的經(jīng)線處于網(wǎng)子的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，而讓緯線與造紙機各個摩擦部件接觸。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)紙頁表面性能好的紙種;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(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，其目的是為了增強橫向穩(wěn)定性，增加纖維、填料留著率，提高成紙性能［5］。這種成形網(wǎng)在車速200m/min以下、幅寬較窄的造紙機上應(yīng)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(yīng)運而生。多層網(wǎng)的優(yōu)點是可以通過面層和底層的單獨設(shè)計編織結(jié)構(gòu)來改善成形網(wǎng)面層(紙面)和底層(機面)的性能，更好地適應(yīng)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(shù)(FiberSurportIndex，F(xiàn)SI)，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(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)前面的思路，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，通過在橫向引入多個緯線系統(tǒng)進行相對獨立的設(shè)計編織，如圖2(a)所示。從兩層網(wǎng)的橫向(CD)結(jié)構(gòu)看，有兩個獨立分開的緯線系統(tǒng)———面緯和底緯，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(jié)構(gòu)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(yīng)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(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(yīng)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(jié)構(gòu)見圖2(b)。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)中只有一個縱向經(jīng)線系統(tǒng)，所以整體緊湊性差，橫向的3個層面容易產(chǎn)生相對滑動，使得網(wǎng)子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(xì)小纖維和填料的留著和紙頁勻度等［5］。