成形网动态滤水特性及纸张抄造性能分析

胡志军 胡桂林 刘宝鉴 汪丹妤

(浙江科技学院，浙江杭州，310023)

在造纸工业高速发展的今天，质量和成本成为取得竞争优势的关键。如何持续降低成本、提高产量是造纸企业一直以来关注的焦点［1］。工厂实践证明，造纸企业使用合适的成形网，可延长造纸机运行时间、提高留着率、减少湿部断纸次数、提高纸幅出压榨部干度、改善纸张表面性能等，最终大大提高造纸机车速和生产效率，并减少能源消耗［2-3］。

造纸成形网是一种由聚酯单丝或尼龙单丝构成、经纬线编织而成的织物，在纸和纸板的湿法成形过程中起着至关重要的作用。其织造方法、脱水性能、结构强度和使用寿命与造纸机的产品质量、生产效率和生产成本密切相关［4-6］。优良设计的成形网有利于造纸机节能降耗、提高生产效率和产品质量。目前，国内对成形网的研究应用仍处在引进、消化和吸收国外先进技术的基础上进行自主设计阶段［7］。因而，高效成形网的设计、制备及选型是造纸及织物工作者共同面临的机遇和挑战。

为更好地满足纸和纸板高速抄造的需要，成形网的制造技术日益更新和发展。为了满足抄造过程对成形网的要求，即脱水能力、成形质量、纤维及填料留着率、使用寿命等，其制造工艺更是不断深入发展和优化。造纸成形网的结构经历了一系列的改进，从单层网向两层 (2C)、两层半 (2B)、三层成形网演变，再进一步改良得到最新的自绑式三层网 (Sheet Support Binder，SSB)，如图1所示。

图1 成形网的发展过程

国外专业成形网制造商根据各纸种的生产要素，将其产品分成多个系列，每一系列产品都有一套完善的设计和织造工艺体系。同时，各个系列又根据综数及编织工艺特点，再细分成多种规格的产品。与国外相比，国内成形网的制备技术存在较大差距。由于成形网涉及多个学科领域，与其制造相关的造纸产业和纺织工作者较少涉及这一方面的研究。国内成形网制造公司及工作者因其自身条件的局限，成形网制备技术的发展通常依赖生产试用和改进以及工程实践的积累，理论研究不够深入。

本实验选用不同类型和规格的成形网考察典型浆料的动态滤水特性及对纸张性能的影响，为优化成形网的结构设计、提高生产效率和纸张性能提供参考。

1 实验

1.1 实验原料

成形网由安徽某网业公司提供。浆料由富阳某造纸企业提供，1#浆料以漂白针叶木长纤维和少量填料(10%)构成，2#浆料由漂白阔叶木短纤维和填料(35%)构成。

1.2 实验仪器

标准浆料高剪切分散机，德国DFA动态滤水分析仪，ZQJ1-200纸样抄取器，WZL-300卧式电脑测控拉力机，DCP-SLY1000电脑测控纸张撕裂度仪和DN-B白度仪。

1.3 动态滤水分析

选用DFA动态滤水分析仪对特定浆料和成形网进行滤水分析，滤网替换为不同规格的聚酯成形网。该设备极好地模拟了造纸机的留着条件，搅拌器可编程设定，可获取不同的作用时间及不同的剪切条件，记录滤液量随时间的变化。

1.4 抄片及物理性能检测

以成形网替换纸样抄取器原有的铜网，抄制定量80 g/m2手抄片。制得的手抄片经恒温恒湿条件平衡24 h，再进行相关物理性能的检测。纸张物理性能的检测按照国家标准进行，主要包括定量、厚度、抗张指数和撕裂指数等，纸张灰分含量按照GB/T 463—1989测定。

2 结果与讨论

2.1 成形网显微结构分析

单层聚酯网在织造方法上与传统铜网十分类似，区别仅限于所用材料。与铜网相比，聚酯网的突出优点是网子质量轻、网身柔软、易于操作、易于清洗、寿命长，可显著提高生产效率。单层网由单根经/纬线系统相互交织而成［3］，如图2(a)所示。高密度经纬线细网的优点是表面性能好，填料和细小纤维等留着率高;缺点是网子不耐磨，使用寿命较短。低密度粗网的优缺点与前者正好相反。单层网的结构设计在满足成纸性能和使用寿命两者之间显示出一对矛盾关系。

图2 成形网显微照片

两层网拥有两层经线，纬线先后穿过上下层经线，使得整体结构更加紧密，尺寸稳定性优于单层网。两层半网在两层网的基础上，面层增加1根纬线，该纬线依次穿过上下层经线，实现了面纬和底纬的分离，见图2(b)。纬线可采用不同密度和线径的纱线，面纬线径比较细，有利于提高纤维留着率和降低成纸两面差;底纬线径比较粗，使网子更加耐磨，延长使用寿命。三层网的特点是具有多个横向纬线系统和纵向经线系统，完全可分离的面层和底层，见图2(c)。通常面纬和底纬的比例采用2∶1或3∶2，同时底纬部分采用耐磨的尼龙单丝来替代聚酯单丝。

2.2 成形网动态滤水特性分析

选用富阳某造纸公司提供的两种代表性的浆料和三类典型的成形网进行动态滤水检测分析。其中，2C代表两层网，2B代表两层半网，SSB代表三层网，序号1～3表示线密度增加的趋势。

2.2.1 不同规格成形网对1#浆料动态滤水特性的影响图3和表1为1#浆料动态滤水特性曲线和特性参数。结合图3和表1分析得到，拐点x值出现越早表明成形网越快形成初始纤维截留层，助留效果好。一般情况下，成形网只能直接影响纸张的初始成形，而进一步的成形、留着和滤水都由初始纤维截留层控制［8］。终点y值越大，表明单位时间内滤水越多;斜率越大，表明滤水速率越快。成形网2B-3并未形成明显的滤水拐点，表明该成形网快速形成初始纤维截留层，留着效果最好;其次成形网SSB-3的拐点x最小，同时终点y值都相对较低，滤水最慢。成形网2B-1拐点x值最大，表明该成形网最晚形成初始纤维截留层。成形网2C-1和2C-2终点y值最大，表明该类型成形网的滤水最快;但2C-2同时具有小的拐点x值，表明它还同时具有较好的留着。综上，同类型的成形网，织造方法对滤水和留着的影响显著。

图3 1#浆料动态滤水特性曲线

2.2.2 不同规格成形网对2#浆料动态滤水特性的影响

图4和表2为2#浆料动态滤水特性曲线和特性参数。结合图4和表2分析得到，2#浆料的动态滤水性能与1#浆料比较，成形网拐点x值多数均较1#浆料要大，表明2#浆料形成稳定的截留层相对滞后，原因在于2#浆料纤维较短，细小组分较多;终点y值普遍较1#浆料要高，表明2#浆料的滤水性能较1#浆料好;不同成形网拐点x值相差不大，表明不同类型成形网对2#浆料的滤水成形影响较弱。由表2还可知，2C-1的滤水性最好，成形网2B-1次之;SSB-2最早出现拐点，形成有效截留层，留着效果好，终点y值也相对较低;2B-3的滤水最慢，拐点x值较低，留着效果最好。

2.3 不同成形网对纸张性能的影响

取不同浆料，采用不同规格聚酯网替代抄片器的铜网进行抄片，检测相应指标。

2.3.1 不同成形网对1#浆料抄造纸张性能的影响

表3为1#浆料使用不同成形网抄造纸张的性能。由表3得知，对于1#浆料，2C系列成形网抄造纸张灰分最少，填料留着率最低，强度指标也最低;2B系列成形网的填料留着率最高，表明该类型成形网对纤维和填料的留着最好，同时纸样强度指标值也最佳;SSB系列成形网强度指标和留着率适中。2B-2的抗张指数和撕裂指数均表现为最高，成形网SSB-3次之。成形网2B-1的纸样耐折度最高，抗张指数和撕裂指数也较高。综合评价，2B系列成形网兼顾了留着和纸张性能，其性能最佳，2B-2在纸张物理性能方面表现最佳，2B-3在留着方面表现最好。

表1 1#浆料动态滤水特性参数

表2 2#浆料动态滤水特性参数

表3 不同成形网对1#浆料纸张性能的影响

表4 不同成形网对2#浆料纸张性能的影响

2.3.2 不同成形网对2#浆料抄造纸张性能的影响

表4为使用不同成形网抄造2#浆料纸张的性能。由表4比较得到，对于2#浆料，因填料比例较多，强度指标均低于1#浆料，尤其耐折度显著降低，检测中多个试样检测不出，未给出相应数据;其中抗张指数和撕裂指数变化幅度都较小，与1#浆料类似。三大系列成形网在留着率和强度指标方面对2#浆料的影响与1#浆料大致相同。2C系列成形网在多个方面的性能与SSB系列成形网相近，表明对于品质相对较差的浆料使用低价的2C系列成形网更实用。成形网2B-2的抗张指数表现最高，撕裂指数与留着率相对较高;成形网SSB-3的撕裂指数最高，但抗张指数较低;成形网2B-3填料留着率最高，抗张指数偏低，撕裂指数适中。同上，2B系列成形网的综合性能最佳，兼顾了留着和纸张性能，2B-2在纸张物理性能方面表现最佳，2B-3在留着方面表现最好。

3 结论

本研究考察了长纤维和短纤维两种浆料在三类典型成形网 (两层网 (2C)、两层半网 (2B)和三层网 (SSB))上的动态滤水特性，以及对抄造纸张性能的影响，为优化成形网的结构设计，提高生产效率和纸张性能提参考。

3.1 根据浆料动态滤水特性分析，长纤维为主的浆料滤水拐点普遍早于短纤维和填料较多的浆料，终点y值低于短纤维和填料较多的浆料，不同规格成形网对长纤维为主的浆料的留着都高于短纤维和填料较多的浆料，但滤水较慢。

3.2 综合考虑动态滤水特性和纸张性能，2C系列成形网在多个方面的性能与SSB系列成形网相近，对于短纤维和填料较多的浆料，使用低价的2C系列成形网更实用。

3.3 成形网2C-1和2C-2终点y值最大，表明该类型成形网的滤水性最好;2C-2同时具有小的拐点x值，表明它还同时具有较好的留着;数据表明同类型的成形网，织造方法对滤水和留着影响显著。

3.4 2B系列成形网的性能最佳，兼顾了留着和纸张性能，2B-2在纸张物理性能方面表现最佳，2B-3在留着率方面效果最好，同时说明更多的细小组分留着有利于提高纸张的结合强度。

［1］ Wang Yan．The Advanced Forming Fabric Technology［J］．World Pulp and Paper，2009，28(4):68．王 艳．最新的造纸成形网应用技术［J］．国际造纸，2009，28(4):68．

［2］ Bottiglieri J．Machine Clothing strategies keep wraps on cost［J］．TAPPI，Solutions!For people，Processes and Paper，2004，87(8):26．

［3］ Reese，Richard．Save Energy by optimizing paper machine clothing［J］．TAPPI，Solutions!For people，Processes and Paper，2006，89(4):21．

［4］ JI Ya-chao，WANG Hai-yi，WANG Zhi-jie，et al．Detection of Forming Fabrics's Dewatering Performance in Wet-end by Using NDC Drainage Profiler Model［J］．China Pulp ＆ Paper，2008，27(12):43．冀亚超，王海毅，王志杰，等．在线检测成形网网部的脱水性能［J］．中国造纸，2008，27(12):43．

［5］ TAN Xiao-hang．Development and Application on Forming Fabrics of Multi-wire Paper Machine［J］．China Pulp ＆ Paper，2003，22(3):61．谭晓杭．叠网纸机成形网的开发应用［J］．中国造纸，2003，22(3):61．

［6］ WANG Xiao-hua，WANG Zhi-jie．The Advanced Manufacture Techniques of Forming Fabric and the Products［J］．World Pulp and Paper，2006，25(6):49．王晓华，王志杰．成形网最新制造技术及相关产品［J］．国际造纸，2006，25(6):49．

［7］ WANG Yong-wei，WANG Zhi-jie，JI Ya-chao，et al．The Knitting Methods of Forming Fabrics and the Relationship between Its Dewatering and Forming Properties and the Knitting Methods［J］．China Pulp ＆ Paper，2008，27(4):57．王永伟，王志杰，冀亚超，等．造纸成形网的编织方法与脱水成形性能的关系［J］．中国造纸，2008，27(4):57．

［8］ Wang Yan．Revolution in the making forming fabric［J］．World Pulp and Paper，2011，30(3):52．王 艳．造纸成形网的最新发展［J］．国际造纸，2011，30(3):52．