纸浆造纸原理与工程考试整理资料湖北工业大学09 轻化一班打浆原理：打浆对纤维的作用：1 细胞壁的位移和变形，打浆的机械作用使S2层中的细纤维同心层产生弯曲，发生位移变形，使纤维之间的空隙增大，水分子容易渗入；2 初生壁P 和次生壁S1 外层的破除，蒸煮和漂白后的纤维仍存在一定数量的P 层和S1 层，影响纤维润胀，需在打浆过程中破除，以利于纤维的润胀和细纤维化；3 吸水润胀，经打浆破除P 层和S1 层后水分子大量渗入纤维素的无定形区，使纤维润胀加快； 遥控器外壳
投票箱制作4 细纤维化，纤维的细纤维化在吸水润胀后大量产生，细纤维化包括外部细纤维化和内部细纤维化；
5 横向切断或变形，切断指纤维横向发生断裂现象，是由于受到打浆设备的剪切力和纤维之间的摩擦力；
喷淋吸收塔6 产生纤维碎片。打浆任务：1 利用物理方法，使纤维受到剪切力，改变纤维形态，使，保证抄造出来的产品取纸浆获得某些特征（机械强度、物理性能）得预期质量要求；2 通过打浆，控制纸料在网上的滤水性能，以适用纸机生产需要。打浆浓度对打浆效果有什么影响？1 低浓打浆（10以下）：主要靠刀片直接对纤维的冲击、剪切、压溃和摩擦，低浓打浆的均匀性较差，并产生较多切断，当浆料浓度低于10，适当提高打浆浓度可减少纤维的切断，促进纤维之间的挤压与揉搓作用，有利于纤维的分散、润张和细纤维化，适宜打黏状浆；2中浓打浆（10-20）：纤维之间产生了巨大的内部摩擦力，使纤维初生壁P 和次生壁S1 外层破除，纤维纵向撕裂，分丝帚化，纤维长度降低减少并获得良好的细纤 维化作用，纤维的结合力和成纸强度大幅提升，纸页有较好的裂断长和伸长率，中浓打浆效率高，能耗低；3）高浓打浆（20以上）：打浆过程中产生的摩擦热使得浆料软化，有利于浆料的离解，打浆过程中打浆度上升较慢，浆料的滤水性能好，成浆的撕裂度较高，但对长纤维来说，高浓打浆过程中纤维不能受到足够的切断，成浆容易絮聚打浆对纸页的不同性质有什么不同影响？结合力：上升；裂断长：先上升（打浆度在70°SR（木浆）50°SR（草浆）达到最高）后下降；耐破度；50°SR 左右达到最高，之后下降；耐折度：先上升后下降撕裂度：先上升后下降；紧度：上升；不透明度：降低；伸长率和伸缩性：上升；吸收性和透气度：下降；脆性：先下降后上升。干强湿强的种类：干强剂有淀粉及各种变性淀粉、聚丙烯酰胺、聚酰胺、羟乙基皂荚豆胶、聚丙烯酰胺接枝淀粉等；湿强剂有三聚氰胺甲醛树脂、双醛淀粉、聚乙烯亚胺、聚酰胺多环氧氯丙烷等。湿强剂的种类与性质：（通常为两大类）分类：①甲醛树脂类（为酸熟化热固性湿强树脂）②聚酰胺多胺-表氯醇树脂（为碱熟化热固性湿强树脂）湿强剂一般应具备的基本特性：①能增加纸强度，保护纤维间的结合，②防止润胀破坏；阳离子，能与带负电荷的纤维相互吸引而留着；③水溶性的或在水中能够分散的；④必须能形成化学网络结构（一般经热固化）；⑤生产原料较廉价。聚酰胺多胺-表氯醇树脂（PAE）：PAE 是非甲醛类聚合物，水溶性，无毒无味；PAE 合成时仅发生部分交联，仍含有较充分的活性基；叔胺和季胺功能基具有阳离子性，在中碱性下能吸附到带负电荷的纤维上；干燥时才发生缩合，其交联导致的树脂熟化延续至下机后7～10 天，湿强度才达到最大值；PAE 的；使用时的最质量分数通常为10 ～20％，pH 值 3 ～4（较稳定）有效pH 值范围：6 ～8；加入点：打浆后浆内施加，注意避开阴离子助剂加入 点；用量：一般为0.05％～1.0％能提高细小纤维和填料的留着率。三聚：由三聚氰胺与甲醛缩聚、交联而成。用盐酸处氰胺甲醛树脂（MF）理时，能高度阳离子化。MF 通常在中性或弱碱性介质中聚合，水溶液形式的MF 的通常树脂质量分
数为50％，使用前需在树脂中加一定量的盐酸使之溶解成5～10％的浓度，并放置老化至出现蓝霞雾状现象时，说明MF 溶液已具有阳电荷，可充分稀释并能迅速被纤维所吸附、结合。适用于浆内增强，湿强度可高达干强度的50％，一般用量：1％～3％，MF 热固化效率较高，能取得永久性湿强度。脲醛：由尿素CO NH22 与甲醛CH2O 缩聚而成。UF 为非离子树脂（UF）型溶液，不能被纤维吸附，多用于表面施加。用量：1.5％～2.0％增湿强效果不太显著，为半永久性的湿强度。有甲醛析出造成环境污染。湿强剂增湿强作用机理：1.强化现有的纤维之间的结合。
2.保护现有的纤维结合以免受水影响，湿强树脂的部分高分子聚合物沉积于纤维之间与纤维构成网状结构的无定形交织，限制了纤维的活动。
3.形成对水不敏感的共价化学键，湿强剂加入纸浆后能渗透至纤维的表面和内部，再缩聚成高分子化合物。
4.形成缠结纤维的聚合物网络。增干强剂增强作用机理：一般认为决定纸张干强度的主要因素有：纤维本身的强度；纤维之间的结合强度；纤维间结合的表面积和结合键的分布均匀程度。增干强剂能增
加纸页的干强度主要是：干强剂中的羟基、胺基能参与纤维素分子的氢键结合，增补纤维间在结合区域自然形成的氢键数目，有效地增加纤维之间的结合强度。增干强剂能增加纸页的干强度主要是：干强剂中的羟基、胺基能参与纤维素分子的氢键结合，增补纤维间在结合区域自然形成的氢键数目，有效地增加纤维之间的结合强度。使用增干强剂的目的和作用：1）可多用短纤维原料（2）可降低纸页定量（3）提高产品档次（4）减少打浆程度，降低电耗，提高车速增干强剂能增加纸页的干强度主要是：增干强剂的性质：1 增干强剂的种类：天然动植物胶（如原淀粉、改；性淀粉）合成树脂；（如聚丙烯酰胺）水溶性纤维素衍生物。（如CMC）常用：淀粉、聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素。2A 淀粉：有原淀粉、改性淀粉和淀粉衍生物三种形式。是使用最多的浆内增干强剂，且还用作纸面施胶。淀粉增干强剂能提高纸页干强度，包括抗张、耐破和耐折，能改善纸页的表面性能如平滑度、光泽度、表面结合强度和吸油墨性，一定程度上也能增加湿纸页的强度。B 聚丙烯酰胺（PAM）：作为干强剂，常用阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）。极性酰胺基能与纤维素分子的羟基形或阴离子聚丙烯酰胺（APAM）成氢键，其结合强度比普通的纤维素间氢键强得多。：C 羧甲基纤维素（CMC）常用其钠盐，其羧甲基能在纤维间起交联接合作用以增强纤维间得结合力，需加硫酸铝作沉淀剂。也可用作增湿强剂和表面施胶剂。D 其他增干强剂：聚乙烯醇、胶乳和壳聚糖助留助滤机理：1 助留机理：Zeta 电位电荷中和助留；篏镶结合助留；形成桥联物助留2 助滤机理：电荷中和改变水分子排列结构助滤，阳离子型助留助滤剂使纤维和填料表面定向排列的，水分子被扰乱，而容易释放出来；凝结与絮聚助滤，阳离子型助留助滤剂能促使纤维和填料絮聚，使纤维或填料的比表面积降低而加速脱水作用。
湿部助留助滤能同时起作用的原因：助流是提高填料和细小纤维的留着，助滤是改善滤水性能，两者在作用机理上并没冲突。细小组分在纸页中通过机械截留和胶体吸附两种机理实现留着。助留助滤剂的种类：包括电荷中和剂（明矾、PAC）、阳离子聚合电解、酶（纤维素酶和半纤维素酶）质（CPAM、PEI、CS、阳离子瓜耳胶）、阴离子微粒（胶体胶和钠基膨润土）。助留助滤剂大体分三大类：1、无机产品类——如硫酸铝、改性天然产品类——如聚合氯化铝2、阳离子淀粉、阳离子瓜耳胶3、高分子聚合物—阳离子聚丙烯酰胺（用量如0.02％）助留助滤的目的和作用在于：助留：提高填料和细小纤维的留着；助滤：改善滤水
性能，提高脱水速率。多数情况助滤与助留同时进行，（1）提高填料和细小纤维的留着，减少流称为助留助滤作用。目的：（2）改善纸页两面性，提高纸张印刷失，改善白水循环，减少污染；性能（3）提高网部脱水能力，增加纸机车速。助留助滤剂正确使用：助留助滤作用是将细小纤维和填料集结为较大凝聚物并粘附于纤维表面以增加脱水，对纸页匀度有较大影响。助剂加入后浆流出现湍流会破坏留着作用，降低助留效率，因此要选择对留着最优的湍流位置加入，高分子聚合物助留助滤剂兼有留着、滤水和凝聚三重作用。其中留着和滤水作用随时间延长而减弱，而凝聚随时间延长增加，为取得最大留着和滤水效果，助剂加入点在保证与纸料充分混合的前提下应尽可能接近流浆箱。阴离子垃圾的影响、由来、定义：定义：随着纤维原料的改变和更多功能化学药品的添加，造纸体系中会引入大量新的干扰物质和有害物质，使湿部干扰性物质复杂化，干扰物包括纸机湿部所有溶解的阴离子 造纸助留助滤剂
聚合物（低聚物或高聚物）和胶体的阴离子物质，通常被人们称为阴离子垃圾。（2）水；由来（1）原料；（3）各种填料；（5）（4）造纸助剂；浆料的贮存。影响：1 影响纸机正常运转：形成的附聚物（树脂、白树脂、粘附物）降低纸机运转性能，增加断头次数。2 影响助剂效能：对施胶剂、干强剂、湿强剂、助留助滤剂、染料等的作用效果均有不利影响。阴离子垃圾主要危害：1 影响纸机正常运转：形成的附聚物（树脂、白树脂、粘附物）降低纸机运转性能，增加断头次数。2 影响助剂效能：对施胶剂、干强剂、湿强剂、助留助滤剂、染料鹊淖饔眯Ч 胁焕 跋臁４胧 褐饕 捎靡趵胱永 都 ?如：聚合氯化铝：一种阳离子无机高分子聚合物。聚乙烯亚胺（PEI）（PAC）：一种典型的水溶性阳离子型聚电解质。（重质）和沉淀碳酸钙碳酸钙：用作造纸填料的有研磨碳酸钙（GCC）（轻质）（PCC）。GCC：密度2.2～2.7 g/cm3 ，白度98％粒度0.1～3μm，折射率1.58；PCC：密度 2.2～3.0 g/cm3 ，折射率 1.56，粒度0.1～0.4μm，白度98％。PCC 的优缺点：高不透明度，对纸机磨损低，无需加分散剂/比表面积大，有损施胶效果；对纸的强度影响较大；保水性强，不利于纸机车速提高；加填量较低。GCC 的优缺点：加填量高，对纸强度影响小，较好的抄造性能，对施胶效果影响小/白度、不透明度稍差，需加分散剂。碳酸钙的优点是白度高、颗粒细、能显著提高纸页不透明度，松厚度比较好，吸油墨速度快，能促进印刷油墨的干燥，且成纸较柔软、紧密、有光泽，是较理想的造纸填料；能控制好纸张的燃烧，且能有效地改善纸页的透气度和不透明度，燃烧后的烟灰又发白好看，故是卷烟纸不可缺少的。缺点是碳酸钙是一种碱性填料，化学稳定性差，在酸性条件下会分解成二氧化碳气体，产生泡沫，给造纸带来困难并使浆料PH 上升，破坏施胶效果，故碳酸钙目前只用于中
变速箱试验台性施胶或不施胶的纸页以及薄页印刷纸中。纳米碳酸钙：一种新型超细固体材料，颗粒尺寸大小为1100nm 左右。使用纳米碳酸钙加填的优点：1 具有高蔽光性、高亮度，能提高2纸制品的白度和蔽光性；使造纸厂使用较多的填料而用较少的纸浆，能大幅度地降低生产成本；3 纳米碳酸钙粒度细且均匀，对纸机的磨损小，并且能使生产的纸制品更加均匀、平整4 纳米碳酸钙的吸油值高，能提高彩纸的颜料牢固性5 采用纳米碳酸钙填充中性纸或纸板时，能够提高纸或纸板的紧度，故用纳米碳酸钙作为填料的纸张具有较高的密度，良好的可塑性，纸张表面细腻，可大大改善纸张性能，是企业获得明显的经济效益。滑石粉：一种良好的造纸填料，满足一般纸张的加填要求，且滑石粉矿藏丰富，价格较低，目前国内使用最广泛。滑石粉是由天然
矿石滑石磨碎而成，一种水合硅酸镁矿，分子式为3MgO 4SiO2 H2O，密度 2.6～2.8 g/cm3 ，折射率1.57，粒度0.5～5μm，白度90％～96.8％。滑石粉粒子成鳞片状，有滑腻感，及软，化学性质不活波，能提高纸页的匀度、平滑度、光泽度、稀油墨性，改善纸业的印刷型和书写性，多用于印刷类和书写类等的一般文化用纸的加填，但由于折射率不高，滑石粉少用于薄页纸中。高强微湍流：一种湍动强度很高而湍动尺度又很小时，强大的剪切力就可以施于每根纤维上，从而破坏纤维絮聚物的内在强度，达到分散纤维的目的，这是纸料流送过程中所希望的一种湍动状态。①湍动的类型——三种流态：低强微湍流②高强大湍流③高强微湍流。湍动的特点：①具两重性（分散纤维和为纤维絮聚创造机会）一旦湍动衰减下来，纤维又将絮聚②生成期很短（以毫秒或几分之一毫秒计）规模越小，生成
期就越短∴应在流送中，保持连续不断的湍动。控制湍流的主要原因是防止纤维絮聚，分散纤维。纸料的湍动与纤维絮聚存在一种平衡关系。A 湍动与纤维絮聚的关系：当纸料的湍动强度较大而湍流规模较小时，湍动能分散纤维絮聚物；当纸料的湍动强度较小时，纸料中絮聚物的纤维交织强度可以阻碍湍动的作用力，则湍动不能使絮聚团分散；当湍动尺度很大时，絮聚团可存在于大涡流之中，也不能分散絮聚团。即高强微湍流能分散纤维絮聚物。一般将这种微湍动的尺度必须小于或等于所谓的“纤维尺度”。B 湍动的特点：①具两重性（分散纤维和为纤维絮聚创造机会）一旦湍动衰减下来，纤维又将絮聚②生成期很短（以毫秒或几分之一毫秒计）规模越小，生成期就越短，故应在流送中，保持连续不断的湍动。C 故主要控制湍动，以分散纤维。一是控制湍动的规模二是控制湍动的强度，湍动的强度能克服纤维缠结强度。流送设备- 流浆箱（水力流浆箱结构: 水力式流浆箱（车速gt500m/min）分为：满流式、满流气垫结合式.流浆箱（纸机的心脏）的任务：1.沿纸机横幅全宽均匀，稳定分布纸料，保证压力均布，速度均布，流量均布，浓度均布以及纤维定向的可控性和均匀性，2有效分散纤维，防止絮聚，保证上网纸料中纤维、细小纤维和化学品的分布均匀。3 按工艺要求，提供和保持稳定的上网纸料流压头和浆网速关系，便于控制调节。流浆箱的组成和作用：1.布浆装置作用是沿纸机横幅全宽提供压力、速度、流量和上网固体物质量均匀一致的上网纸料流。
二氧化氯发生器加药
2.整流装置，作用是产生适当规模和强度的湍流，有效分散纤维，防止絮聚，使上网纸料均匀分散。
3.上网装置，作用是使纸料流以最适当的角度喷射到成形部最合适的位置，并控制纸料流上网的速度，
使之适应纸机车速的变化和工艺需求。水力式流浆箱的标志是在流浆箱中设置的水力式的布浆整流元件，分为满流式水力式流浆箱和满流气垫结合式水力流浆箱。满流式水力流浆箱配置了锥形布浆总管以及阶梯扩散器或管束、瓢片等高效布浆整流元件，产生具有高湍流强度，有限制的湍流规模以及扰动小和絮聚少的上网纸料流。流浆箱的水力布浆整流元件：1.孔板，设流经孔板的流体由一条条流速不等的流束组成，速度不同的流束进入孔板的机会是均等的，当这些流束碰到孔板时，则被孔板阻滞。在总体上，孔板前浆流中流速较大的区域经过孔板后压入了流速较小的区域，这样就使整个流动截面内的流速比较均匀。2.阶梯扩散器，当流体离开第一阶和第二阶时，由于截面积突然扩大，因而在第一阶和第二阶的交点处出现分离点，通过分离点后流体即与管壁分离，出现强烈的流线曲率，并出现自由混合失速区，纸料在自由混合失速区出现一封闭的涡流，发生强烈的质量和能量交换，产生强烈的湍流，引起纸料产生轴向和径向的均匀混
合。3.管束，与阶梯扩散器一样，不过，它采用变经管过渡连接，管束一般设置在布浆总管之后，纸料流经布浆器转向和加速后，容易产生交错流，大涡流和偏流等，在此处设置管束可消除上述不良影响。4.飘片，限制了湍流的规模，但提高了唇口喷射纸料流的湍动强度，瓢片控制湍流的参数是其长度和末端几何形状，由于在收敛流道中设置飘片，减少了收缩角。流送功能元定义及其与流浆箱的联系：A 流送功能元的定义：包括纸浆流送过程中的各种水力元件，重点是流浆箱内各水力元件的有机组合，流送功能元的功能是产生湍流、分散纤维絮聚和消能整流。具有这种功能的水力布浆整流元件
的有机组合就构成了流送功能元。流送功能元的组成可以是一个、两个或多个水力布浆整流元件。一般包括两个部分：湍流发生器和消能整流元件。这两部分功能通常由两个水力元件分别完成，有时也有一个元件兼容另一种功能的情况。B 与流浆箱的联系：一般实际应用的流浆箱多为两次功能元的组合，也有一次功能元的流浆箱。第一次功能元大都采用细长流道的湍流发生器（布浆整流元件），用于完成转向加速和布浆任务；而堰板唇口前的末次功能元，大都采用渐缩式匀浆区，以便于纸料稳定上网。一个流浆箱的流送功能可具有不同因次。因次高的流浆箱布浆整流效果相对较好，结构相对较为复杂，考虑到能耗和结构等因素，一般实际使用的流浆箱多为二次功能元的组合。在高车速大流量的情况下，二次功能元组合的流浆箱会产生更均匀的流量分布，使流浆箱运行更稳定。一次功能元、二次功能元（用图解释）：第一次功能元：管束＋均衡室，主要起布浆作用第二次功能元：阶梯扩散器＋叶片，主要形成高强湍流、有限制的湍流规模的上网浆流。对一次功能元流浆箱，该功能元要兼顾首次和末次功能元的双重任务，故在结构上应作妥善安排；对二次功能元流浆箱，有人认为，在高车速大流量的情况下，二次布浆整流会产生更均匀的流量分布，使流浆箱运行更稳定。发展趋势是由管束一次功能元组合的流浆箱（Beloit 集流式飘片流浆。箱）变成飘片（二次功能元组合的流浆箱）长网成形器的成形和脱水:（封闭单网）在长网部纸页成形和脱水的过程中，纸料首先从流浆箱堰口流出，以一定的速度和角度喷射到长网的网面上，其后，纸料受到长网网下脱水元件的真空抽吸等产生的过滤作用，脱去大部分水分而使纤维和添加物沉积到网上，形成湿纸幅，在一般情况下，网部纸料脱水和纸页成形的过程分为三个阶段：第一段为上网段：从流浆箱堰口喷出的纸料与网面的接触点起，
至成形板或第一根案辊上，为保证后续成形纸页的均匀性，该段要求喷射到网面的纸料是均匀分散的，且应最大限度降低喷射浆流表面的不稳定性。第二段是成形脱水段：从第一段结束点起，至真空箱之前。在这一段，纸料开始大量脱水并形成湿纸页。经过这一段脱水后，纸页干度可达1.83.0。第三段是高压脱水段：该段从真空吸水箱起，直至长网的后部。在这一段，湿纸页已经成形，普通脱水元件难以继续脱除其中的水分，因而要通过较高的压差来进一步脱除水分，该段由真空吸水箱和伏辊组成。其主要组成有：胸辊、成形板、案辊、刮水板、湿真空箱、干真空箱、伏辊、封闭引纸装置、成形网。圆网成形器：与长网、夹网类型的纸机相比，传统圆网纸机具有结构简单、占地面积小、投资省、制造加工容易和操作维护方便等有点。且对一些纸种（如纸板、薄型纸等）有很好的适应性。因此在我国造纸工业装备的技术改造中，更好地保留和发挥圆网造纸机的优点，仍然是我国造纸工作者的一项重要任务。网部由网笼、网槽和伏辊三部分组成。纸页的成形是依靠网内外的水位差所产生的过滤作用，使纤维在脱水过程中被吸附在网面上形
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