打漿濃度對纖維性能的影響

打漿濃度對纖維性能的影響

在紙漿運輸過程中，纖維沒有發(fā)生化學(xué)變化。因此，無論采用何種類型的紙漿運輸設(shè)備，它們主要都是切、壓、濕、厚纖維，這些是纖維壁的變化。一般認(rèn)為,打漿對纖維的作用和變化除壓潰、揉搓、分裂以外,大體可主要分為以下五方面:細(xì)胞壁的位移和變形、初生壁和次生壁外層的破除、潤脹、細(xì)纖維化和切斷等。這五個方面的作用是針對單根纖維而言的,在實際生產(chǎn)中,利用打漿度和纖維形態(tài)的綜合表現(xiàn)(如濕重)來表征打漿效果。由于纖維的抄造與成紙?zhí)匦栽诤艽蟪潭壬先Q于纖維的形態(tài)參數(shù),紙漿纖維的形態(tài)參數(shù)主要有紙漿纖維的長度、寬度、卷曲、扭結(jié)、纖維粗度和纖維強(qiáng)度等。這些參數(shù)是評價纖維質(zhì)量的重要指標(biāo)。纖維質(zhì)量的好壞不僅影響紙漿的質(zhì)量,還直接關(guān)系到成品紙的質(zhì)量。纖維的長度、粗度和強(qiáng)度是造紙纖維的三個基本性質(zhì),與紙張的性能有著密切的關(guān)系。前兩者反映了纖維形態(tài)的基本特征,纖維長度和強(qiáng)度的變化主要影響紙頁的強(qiáng)度,而纖維粗度的影響幾乎遍及所有紙頁的性質(zhì)。粗度對紙張的多數(shù)強(qiáng)度性能、空氣和液體滲透性以及表面平滑度均有重要的影響。粗度與每克重的纖維數(shù)之間有一個相反的關(guān)系。纖維強(qiáng)度對紙頁強(qiáng)度的影響也與纖維結(jié)合程度有關(guān)。對結(jié)合較差的紙頁,其影響程度很小,因為紙頁斷裂主要發(fā)生在結(jié)合部位,并不是纖維斷裂;而對結(jié)合良好的紙頁,纖維強(qiáng)度大大地影響受纖維裂斷控制的那些強(qiáng)度性質(zhì),纖維強(qiáng)度的降低會導(dǎo)致抗張強(qiáng)度、耐破度、耐折度和撕裂度的明顯下降,尤其是耐折度下降更多。由于絕大多數(shù)紙頁都是結(jié)合很好的,纖維強(qiáng)度直接影響到紙的強(qiáng)度,因此在工藝過程中,應(yīng)將纖維強(qiáng)度的損失降低到最小限度。所以,在制漿造紙過程中,對纖維形態(tài)參數(shù)及其變化的測量是非常重要的。本實驗主要以桉木化學(xué)漿為原料研究了在不同濃度(6%,8%,10%,12%)下PFI磨打漿時纖維形態(tài)與打漿濃度的相關(guān)關(guān)系。1實驗1.1織物、織物、數(shù)據(jù)來源桉木化學(xué)漿,含水率10.3%,游離度592mL,纖維重均長度0.76mm,重均寬度12.17μm,細(xì)小纖維含量2.24%,卷曲指數(shù)18.4%,扭結(jié)指數(shù)2.43/mm,抗張因子11.913N·m/g,撕裂指數(shù)3.262mN·m2/g。1.2實驗設(shè)備PFI磨,FS-300纖維質(zhì)量分析儀,加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度儀,標(biāo)準(zhǔn)紙頁成型器,L&W抗張強(qiáng)度測定儀,撕裂度測定儀。1.3實驗方法2結(jié)果與討論2.1濃度對游離度的影響在造紙工業(yè)生產(chǎn)中通常用打漿度或游離度來表示漿料在網(wǎng)上的脫水難易程度及紙漿的濾水性能,在不同濃度下打漿漿料游離度的變化如圖1。由圖1中可以看出游離度隨打漿濃度的升高和打漿程度的提高而下降,但打漿濃度在8%以后游離度變化不大。相同游離度在同樣打漿轉(zhuǎn)數(shù)時即刀片對纖維有相同切斷作用時打漿濃度越高越易達(dá)到,這是因為游離度僅體現(xiàn)了漿料濾水性能,而影響濾水性能的因素包括纖維長度和纖維的分絲帚化情況,在不同濃度下打漿纖維受刀片切斷作用強(qiáng)度不同,并且打漿濃度越高纖維之間摩擦作用會使纖維分絲帚化作用加強(qiáng)。2.2纖維強(qiáng)力、可燃性能強(qiáng)纖維長度是評價造紙植物纖維原料和紙漿質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,纖維長度與纖維結(jié)合力是影響紙張物理性能的關(guān)鍵因素。由于造紙纖維長度的不均一,通常需要測定大量的纖維和用統(tǒng)計的方法計算纖維的平均長度。同一種纖維可以用三種不同的平均長度的數(shù)值來表示,這三種數(shù)值分別是:數(shù)量平均長度(Ln)、質(zhì)量平均長度(Lw)和雙重重均長度(Lww),三者各有不同的物理意義,Ln、Lw多數(shù)用于表示纖維受破壞程度及作為紙張的物理性能好壞的指標(biāo),Lww代表了較長部分的纖維的長度。同一濃度下隨打漿程度的加深纖維重均長度逐漸變短,打漿過程中刀片對纖維切斷,12%濃度下打漿纖維長度高于6%、8%和10%濃度下纖維長度,中濃打漿主要靠纖維網(wǎng)絡(luò)體的“摩擦效應(yīng)”、纖維之間的“彈性形變”和磨齒的機(jī)械剪切作用共同完成,在中濃打漿過程中,磨齒機(jī)械剪切作用退居次要地位,對單根纖維的作用力微弱,纖維切斷少,纖維長度保留較好。打漿濃度高對纖維長度有保護(hù)作用,刀片對纖維的直接切斷作用減小。在打漿過程中,纖維的吸水潤脹和細(xì)纖維化、壓潰、揉搓等作用使纖維發(fā)生細(xì)胞壁的位移和變形,初生壁和次生壁外層產(chǎn)生了破除作用。隨打漿程度的加深纖維寬度呈明顯上升趨勢,在不同打漿濃度下,纖維吸水潤脹、分絲帚化程度不同,中濃打漿時纖維間的摩擦形變作用更大,纖維寬度也會加大。游離度在420mL下降到320mL過程中10%濃度下打漿纖維寬度值最大。纖維在打漿過程中,由于種種關(guān)系,纖維受到的作用是不同的,有的纖維在打漿時可能吸水潤脹和細(xì)纖維化較好,也有的纖維則受到較強(qiáng)烈的切斷作用,這主要是由于每根纖維所受外力不同。受到摩擦、擠壓等力較大的纖維,其初生壁和次生壁外層的除去較易些,因而纖維吸水潤脹和細(xì)纖維化就較好;反之,有的纖維在破除初生壁和次生壁外層之前,就受到較強(qiáng)的剪切刀作用,纖維受到橫間切斷的可能性就較大。2.3纖維卷結(jié)量和扭結(jié)率的測量漿料中細(xì)小纖維含量會影響漿料濾水性能及成紙強(qiáng)度。打漿濃度為6%、8%和12%時細(xì)小纖維含量基本一致,而12%濃度時細(xì)小纖維含量明顯低于以上三個濃度。也就是說,濃度在12%時打漿過程切斷作用導(dǎo)致的細(xì)小纖維少,纖維之間摩擦作用較多。盤磨機(jī)械漿和預(yù)熱機(jī)械漿等在高濃磨漿過程中由于熱和高脈沖的作用以及磨齒的搓捻等作用,纖維承受了很高的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力而產(chǎn)生彎曲扭結(jié)。所謂纖維卷曲是指纖維平直方向的彎曲。在一定程度上,纖維卷曲指數(shù)增加,成紙的抗張強(qiáng)度、耐破度、環(huán)壓強(qiáng)度下降,而成紙的透氣度、松厚度、過濾速度和光散射系數(shù)等增加。纖維卷曲指數(shù)一般測量統(tǒng)計每根纖維的卷曲狀態(tài)來表示纖維卷曲的程度。纖維的扭結(jié)是指由于纖維細(xì)胞壁受損而產(chǎn)生的生硬的轉(zhuǎn)折。扭結(jié)程度高的纖維在紙張的抗張強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度等性能方面會受到較大的削弱。纖維的扭結(jié)率表示發(fā)生扭結(jié)的纖維數(shù)占總纖維數(shù)的比值,而纖維的平均扭結(jié)角一般測量統(tǒng)計每根纖維扭結(jié)角的平均值。圖中可以看出,纖維卷曲指數(shù)和扭結(jié)指數(shù)都隨打漿濃度的增加而增加,8%和10%濃度下二者較為接近。這主要是因為隨著濃度的增加,纖維受流體剪切作用,小纖維網(wǎng)絡(luò)單元自身受流體剪切發(fā)生的變化以及小纖維網(wǎng)絡(luò)單元之間的相互作用構(gòu)成了打漿作用的主要動力。2.4裂斷長和裂度Clark的實驗認(rèn)為,纖維重均長度與紙張的物理強(qiáng)度有密切關(guān)系:耐破因子與Lw成正比,撕裂因子與Lw3/2成正比,裂斷長與Lw1/2成正比。隨打漿濃度的提高,成紙抗張因子和撕裂指數(shù)均提高。纖維長度及纖維間結(jié)合力是影響成紙強(qiáng)度的主要因素,打漿濃度較高,纖維長度保留較好,纖維分絲帚化程度好,纖維間結(jié)合點多,纖維間結(jié)合力提高,成紙強(qiáng)度自然就會提高。3纖維重、形態(tài)及大小含量3.1游離度隨打漿濃度的升高和打漿程度的提高而下降。3.2PFI磨中濃打漿,隨