《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(gè)復(fù)雜的過(guò)程,需要理解紙料的流體特性。這個(gè)介紹將探討紙張制造中的關(guān)鍵流體動(dòng)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(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐折度、白度等評(píng)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?jí)汗獾裙に嚵鞒?。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(guò)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(qiáng)度和機(jī)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(guò)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(guò)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(qiáng)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(diǎn)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(guò)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(guò)程中需要去除的重要成分。作用木質(zhì)素賦予植物堅(jiān)韌性,但會(huì)影響紙張的強(qiáng)度和柔軟性,因此在制漿過(guò)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(lái)除去木質(zhì)素,提升紙張品質(zhì)。其他成分無(wú)機(jī)化合物紙料中還含有一些無(wú)機(jī)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(qiáng)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(huì)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(qiáng)度、撕裂強(qiáng)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(píng)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?？箯垙?qiáng)度紙張的抗張強(qiáng)度是指紙張?jiān)谑艿嚼熳饔脮r(shí)所能承受的最大力度。這是一個(gè)非常重要的紙張性能指標(biāo),決定了紙張?jiān)谑褂眠^(guò)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(qiáng)度最高,達(dá)到80N/m,而再生紙的抗張強(qiáng)度則相對(duì)較低。撕裂強(qiáng)度3.2N撕裂指數(shù)紙張的單位長(zhǎng)度撕裂所需的力5.6N撕裂長(zhǎng)度紙張從一點(diǎn)到被完全撕破所需的長(zhǎng)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?jiān)诜磸?fù)折疊時(shí),其承受次數(shù)的一種指標(biāo)。衡量紙張的強(qiáng)度和韌性。測(cè)試方法使用特殊的折疊測(cè)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(zhǎng)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(guò)測(cè)量反射光強(qiáng)度來(lái)決定的,白度越高,紙張?jiān)搅翝?。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(dòng)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(duì)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(dòng),導(dǎo)致流動(dòng)性的產(chǎn)生。流體的特性穩(wěn)定性流體不會(huì)維持固定的形狀,而是會(huì)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(wú)法明顯壓縮。這種特性使流體能夠高效傳遞壓力。流動(dòng)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(shí)產(chǎn)生連續(xù)流動(dòng)。這種流動(dòng)性是流體最重要的特性。黏性流體的黏性是其阻礙流動(dòng)的內(nèi)部摩擦,影響流體的流動(dòng)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(dòng)性的一個(gè)重要參數(shù)。它反映了液體內(nèi)部分子之間的相互作用強(qiáng)度。黏度越大，液體流動(dòng)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(dòng)性差,需要施加更大的外力才能產(chǎn)生流動(dòng)。這種高黏度與分子間相互作用力較強(qiáng)有關(guān)。溫度對(duì)黏度的影響一般來(lái)說(shuō),溫度升高會(huì)降低液體的黏度,因?yàn)闇囟壬仙狗肿娱g的相互作用減弱,流動(dòng)性增強(qiáng)。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(guò)添加表面活性劑可以降低液體的表面張力,改善浸潤(rùn)性和濕潤(rùn)性。毛細(xì)現(xiàn)象表面張力會(huì)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(guò)程中起重要作用。蠕動(dòng)流動(dòng)蠕動(dòng)流動(dòng)的定義蠕動(dòng)流動(dòng)是指流體在受到管壁摩擦的影響下,呈現(xiàn)出分層流動(dòng)的特點(diǎn)。這種流動(dòng)形式常見于粘度較高的流體,如血液、泥漿等。蠕動(dòng)流動(dòng)的特點(diǎn)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(dòng)容易造成管道堵塞蠕動(dòng)流動(dòng)在工業(yè)中的應(yīng)用蠕動(dòng)流動(dòng)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(jì)來(lái)應(yīng)對(duì)這種流動(dòng)模式。紙料制造工藝了解紙料的制造過(guò)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^(guò)程1漿料制備將原料進(jìn)行機(jī)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(gè)復(fù)雜的工藝流程,需要經(jīng)過(guò)多個(gè)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(jī)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(lái)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(gè)過(guò)程中需要精準(zhǔn)控制各個(gè)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(lái)去除木質(zhì)素,增加纖維素含量。機(jī)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(qiáng)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(duì)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(guò)一系列的脫水和干燥過(guò)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(qiáng)大的壓力和精密的壓光機(jī)械,壓制紙張表面,進(jìn)一步提升光澤度和平整度。這個(gè)過(guò)程可以增強(qiáng)紙張的強(qiáng)度和密度。3干燥涂布和壓光后,紙張需要經(jīng)過(guò)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(jī)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(duì)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?jiān)u價(jià)指標(biāo)要全面評(píng)價(jià)紙張的品質(zhì)和性能,需要針對(duì)不同的應(yīng)用需求,綜合考慮多個(gè)重要指標(biāo)。我們將詳細(xì)介紹幾個(gè)關(guān)鍵的紙張?jiān)u價(jià)指標(biāo)及其測(cè)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(píng)判紙張質(zhì)量、厚度和強(qiáng)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(gè)重要的指標(biāo),影響著紙張的手感、強(qiáng)度和印刷效果。厚度通常用微米(μm)來(lái)衡量,反映了紙張的密實(shí)程度和重量。不同用途的紙張對(duì)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(shí)間紙張?jiān)谒锌稍?.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(shí)點(diǎn)。新興趨勢(shì)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(diǎn)。未來(lái)展望下一步可以針對(duì)行業(yè)痛點(diǎn),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(diǎn)概括本課程從紙料的組成、性質(zhì)和制造工藝三個(gè)角度全面地介紹了造紙技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。關(guān)鍵技術(shù)解析重點(diǎn)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(lái)發(fā)展趨勢(shì)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(lái)發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。實(shí)踐應(yīng)用能力通過(guò)理論知識(shí)講解和實(shí)踐案例分析,培養(yǎng)學(xué)