高级鞋用纸板的浆料配比及其强度性能研究

刁云云 刘杨洋 刘彦雪 刘玉新

（1.国家知识产权局专利局实用新型审查部，北京，100088 2.昆明理工大学 制浆造纸工程研究中心，云南昆明，650500)

鞋用纸板是利用造纸、纺织和化工复合技术对天然纤维、合成纤维及树脂等物质经特殊加工工艺处理而制成的特种功能型纸板，具有制作成本低、定型能力强和尺寸稳定性好等优点，已被广泛用于制鞋行业[1-4]。我国作为鞋用纸板的主要生产和消费国家，虽然已在产品性能和生产工艺方面都已经形成了一定的规模，但因多使用本色或漂白的硫酸盐针叶木浆作为主要原料，致使产品成本一直处于居高不下的状态[5]。随着现代造纸和化工技术的发展，现代鞋用纸板厂家倾向于采用配抄纤维或部分回收纤维来代替传统的针叶木纤维作为原料[6]，从而实现降低产品成本的目的。本研究在对鞋用纸板质量要求和鞋用纤维特性综合考量的基础上，选用以长纤维为主的废旧黄麻纤维来代替或部分代替针叶木纤维，分别通过对打浆度、原料配比、制浆性能和纸板强度等方面的研究，探索配抄浆料对鞋用纸板性能的影响。

1 实验

1.1 实验原料

黄麻纤维，以废旧麻袋为原料，经洗涤、漂选和裁切后，送入疏解机中进行分散、疏解处理，处理后的纤维原料经平衡水分后备用。

针叶木纤维，采用进口硫酸盐针叶木(落叶松)浆板，经分散、疏解和平衡水分后备用。

1.2 实验方法

1.2.1 鞋用纸板的打浆及抄制

依据实验设计和鞋用纸板的国家生产标准，对分散、疏解后的废旧浆和进口硫酸盐针叶木(落叶松)浆分别在盘式磨浆机中进行磨打浆处理。其中黄麻浆以5 °SR 的间隔由 14 °SR（原始浆)打浆到 50°SR；针叶木浆也是以5°SR的间隔由15°SR（原始浆)打浆至45°SR，然后对不同打浆度下的浆料以100 g/m2的定量进行鞋用纸板抄造处理，并按照鞋用纸板制造要求将5张纸板在油压机中压合处理5 min，然后在105℃下进行干燥。同时，依据国家标准，以单层纸板为样本进行强度性能测试。

1.2.2 鞋用纸板的物理性能检测

依据 GB/T 2803、GB/T 453、GB/T 1538 和 GB/T 455对鞋用纸板的裂断长、耐折度和撕裂指数进行测定。

2 结果与讨论

2.1 打浆度对废旧纤维鞋用纸板强度的影响

图1 打浆度对废旧纤维纸板强度的影响

由图1可以看出，在废旧黄麻纤维全替代的打浆体系中，在14～50°SR的打浆区间内，随着打浆度的升高，鞋用纸板的裂断长整体呈快速上升趋势，尤其是自原始浆(14°SR)打浆至35°SR时，其强度几乎以线性的形式增加，裂断长由最初的1511 m增加至4330 m。继续打浆至50°SR时，裂断长的增加趋势开始变缓。如打浆度由45°SR增加至50°SR时，其裂断长仅由5010 m增加至5260 m，增加量为4.9%。由此可以看出，在废旧黄麻浆纤维体系中，适宜的打浆过程有助于长纤维的切短和细小纤维化，从而改善纤维间的结合力，提高纸板强度。这一点从撕裂指数的变化也可以进一步验证，在40°SR的打浆度以前，由打浆作用而导致黄麻纤维间的结合力上升，从而使其撕裂指数由19.5 mN·m2/g上升至25.6mN·m2/g，平均每 5°SR 上升 1.22 mN·m2/g。 但当打浆度由40°SR增加至50°SR时，撕裂指数反而迅速下降至16.9 mN·m2/g。这可能是由于打浆过程造成了纤维过度切短而导致的。因此，综合上述纸板强度性能变化可以看出，在全废旧黄麻纤维体系中，打浆度为40°SR时，可以获得较好的鞋用纸板强度性能。

2.2 打浆度对废旧黄麻纤维鞋用纸板耐折度的影响

图2 打浆度对废旧黄麻纤维鞋用纸板耐折强度的影响

打浆作用对全废旧黄麻纤维浆体系耐折性的影响如图2所示。以45°SR的打浆度为转折点，其耐折度呈现出先上升后下降的趋势。其中，当打浆度低于30°SR时，耐折度的变化较小，仅由7次增加至9次，远不能满足国家标准[7]。之后，将打浆度提升至45°SR时，耐折度由9（30?SR)增加至13次，增加了近45%。继续增加打浆度时，耐折度开始出现下降的趋势。这说明在全废旧黄麻浆的鞋用纸板体系中，打浆度为45°SR时，可获得相对较好的纸板耐折性能。

2.3 打浆度对针叶木纤维鞋用纸板强度的影响

由图3可以看出，在全针叶木浆的鞋用纸板体系中，鞋用纸板的裂断长随着打浆度的增加而整体呈上升趋势，尤其是在20～35°SR的打浆区间内，裂断长由5760 m迅速增加至8870 m，增加了53.9%，继续增加打浆度为45°SR时，裂断长接近9900 m。这说明在打浆作用下，纤维表层受到了一定程度的破坏，也提高了纤维的柔软性，增加了纤维间的结合力，从而使鞋用纸板的强度迅速增加。但从图3中也可以看出，可能部分由于磨浆机本身的原因，当打浆度由25°SR增加至45°SR时，其撕裂指数下降非常明显，由 18.9 mN·m2/g下降至 7.5 mN·m2/g，严重影响了鞋用纸板的整体性能。

图3 打浆度对针叶木纤维鞋用纸板强度的影响

2.4 打浆度对针叶木纤维鞋用纸板耐折强度的影响

图4 针叶木纤维不同打浆度对纸板耐折度的影响

从图4可以看出，在15～35°SR的打浆区间内，鞋用纸板的耐折强度分两个阶段呈上升趋势。第一阶段是由原始浆（15°SR)增加至打浆度为20°SR处，其耐折度稍有增加，但变化不明显；第二阶段为20～35°SR区间，在该区间内，鞋用纸板的耐折强度由100次增加至346次，呈迅速上升的趋势。继续将打浆度提高至45°SR时，其耐折强度变化不明显，甚至略有下降。这说明对于全针叶木纤维鞋用纸板体系而言，纤维间的结合力对其耐折强度的影响要远大于纤维长度的影响。

2.5 浆料配比对鞋用纸板强度的影响

由前面的分析可知，废旧黄麻纤维尽管具有较好的纤维长度，但无论在裂断长还是在耐折度方面，单独采用黄麻纤维作为鞋用纸板原料还存有缺陷，不能满足鞋用纸板要求。因此，分别在打浆度45°SR（废旧黄麻)和35°SR（针叶木)下，探讨黄麻纤维与针叶木纤维配抄比例对鞋用纸板强度的影响。结果如图5所示。

由图5可知，当废旧黄麻纤维取代针叶木纤维比例由 10%（9∶1)逐渐增加至 50%时（5∶5)时，鞋用纸板的裂断长由5110 m增加至7201 m，与图3中同等打浆度（35°SR)下针叶木纤维的裂断长相比，裂断长略有下降。但与图1中废旧黄麻纤维全体系下的裂断长相比，其抗张强度增加了近一倍（前者打浆度为35°SR时的裂断长为4330 m)。

与抗张强度的变化不同，在撕裂指数方面，随着废旧黄麻纤维的增加，其撕裂指数一直呈下降趋势。当黄麻纤维增加至50%时，撕裂指数由19.53 mN·m2/g下降至14.43 mN·m2/g。但仍要优于全针叶木体系中的撕裂强度（后者打浆度为35°SR时的撕裂指数为11.8 mN·m2/g)。这说明在采用黄麻纤维部分代替针叶木纤维时，虽然会造成鞋用纸板抗张强度的下降，但黄麻纤维的加入，一定程度上也会弥补针叶木纤维在撕裂强度方面的不足。

图5 浆料配比对鞋用纸板强度的影响

2.6 浆料配比对鞋用纸板耐折强度的影响

从图6可以看出，采用黄麻纤维替代针叶木纤维时，无论是对于全废旧黄麻纤维体系还是全针叶木体系，鞋用纸板的耐折度都有着明显的提升，尤其是当黄麻纤维取代比例达40%时，其耐折强度提高至2618次，能满足或优于对纸板耐折方面的要求。这可能是由于废旧黄麻纤维浆的加入，提高了整个浆料的柔韧性能，从而显著提高了纸板的耐折强度。综合其抗张强度和耐折强度可知，黄麻纤维取代比例为30%时，其整体效果更好。

图6 浆料配比对鞋用纸板耐折强度的影响

3 结论

单独使用全废旧黄麻纤维或针叶木纤维作为鞋用纸板原料时，适宜的打浆过程可以有效改善纸板的抗张强度，但当打浆度分别超过45°SR（废旧黄麻)和35°SR（针叶木)时，其撕裂强度下降较大，其中打浆过程对针叶木的影响尤为明显。在耐折强度方面，单独的废旧黄麻纤维不能满足鞋用纸板要求。当打浆度 45 °SR（废旧黄麻)和 35 °SR（针叶木)时，采用废旧黄麻纤维部分替代针叶木纤维时，对鞋用纸板的耐折强度提高明显。当针叶木纤维浆与黄麻纤维浆配比为7∶3时，裂断长接近6500 m，撕裂指数达到21 mN·m2/g，耐折度2510次，可满足鞋用纸板生产要求。

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