成形网的概览

2016-11-23王国东张艳妮

华东纸业 2016年5期

关键词：金属网纸机化纤

王国东　张艳妮

（河北省安平县瑞晟丝网有限公司，　河北　安平　053605）

成形网的概览

王国东张艳妮

（河北省安平县瑞晟丝网有限公司，河北安平053605）

湿法造纸成型网以前都是用铜丝、不锈钢丝等金属丝作原料织成网。在使用中暴露出了金属网使用寿命短、换网时间长等问题。随着造纸技术发展迅猛，化纤网替代了金属网，解决了金属网的缺陷，具有使用寿命长、耐腐蚀、易操作、耐强折、换网方便等优势。着重介绍成型网的种类和使用中的优缺点，并对各种网的技术指标进行了探讨。

成形网湿法造纸化纤网金属网

0　前　言

造纸技术发展了千年，现在仍以湿法造纸为主。但是为湿法造纸成型部配套的成形网这几年在中国市场上品种发展迅猛，各种品种层出不穷，让不同的设备都发挥着不同的作用。就现有市场上产品，进行汇总和探讨，为织网行业提供一些参考资料。

1　使用领域的竞争

1.1金属网

1.1.1铜网

铜网是金属网中的一大品种，最初广泛使用在造纸圆网机、长网机上。之后随着纸机和造纸工艺的发展、造纸网的发展，现在已经基本退出长网机、叠网机市场，仅少量单长网还使用铜网。

铜网伴随其原有领域（长网纸机等）的退出，却在防伪要求高的特殊纸种上开辟了市场，如钞票纸、发票纸、防伪特种纸等。目前，国内外都有从事化纤网防伪生产工艺研究，期望完全取代铜网。直到现在，铜网因其特殊的可塑性而未被取代。取得突破性的技术是采用长网（使用化纤网）配水印铜网生产防伪纸，因化纤网和铜网的同步配合，满足了防伪清晰度等要求。虽然这类长网纸机车速较圆网纸机高，但是速度的提高却有限，一般都在350 m/min以下，与一般长网纸机、夹网纸机等速度的提升相比相去甚远。

铜三丝网，因其独特的细线高目数，在生产电容器纸、超薄纸上仍大量使用。单织铜网因其特殊的易压缩性和塑性，能轻易实现特殊压痕处理并保持稳定，同时其挺度强，保证了纸机运转中的平稳性，因此大量用于抄造钞票纸、发票纸、水印防伪纸，同时也用于压机脱水等过程。

从铜圆网使用经验得知:高目数（密度，经×纬）细线网，留着率高、成纸性能优，能抄造克重范围大的低克重优质纸张，相对不耐磨。低目数粗线网能够抄造高克重、质量要求较低的纸种，其使用寿命较长，因而圆网纸机上充分发挥多层网优势。面网用高目数网、底层用低目数网，若有衬层则选用中间目数网，实现从面层到底层由高目数向低目数逐渐过渡。这种配置实现了低克重、高质量纸抄造要求，同时避免了面网与网笼的直接接触、减少磨损，提高了面网使用寿命，由耐磨的底网直接与网笼接触，避免了因面网不耐磨频繁上下机，从而整体提高了纸机运行效率。

铜长网却无法发挥这种多层网配置优势，因使用寿命短，生产商只能从铜线镀层、加耐磨微量元素等方面提高铜线的耐磨性能，同时改善线材配比、织造工艺。如:经线均采用不同成分的锡青铜线，纬线部分用锡青铜线代替黄铜线等；所有这些方法虽能延长铜网使用时间，但是不能有效克服铜网使用寿命短的缺点。

铜网因为其线材的性能决定了其坚挺度、疏水性等，是化纤网（化学纤维）很长一段时间内达不到的。金属网可无限次重复利用也是化纤网暂时无法达到的。铜网（不同的铜合金线材织造）的信号屏蔽性也是化纤网、不锈钢网等不具有的，故而其使用范围不仅仅局限于造纸，亦可用于军工等其他用途。

1.1.2不锈钢网

不锈钢网是在克服了铜网酸性环境下不耐磨损、不耐腐蚀基础上发展起来的。在国内近几年发展迅猛，在卫生纸等领域已经大面积推广并取代铜网。卫生纸领域圆网纸机主要使用不锈钢网，少量使用铜网；而生产生活用纸的夹网纸机使用化纤网，有进一步吞噬圆网纸机此市场空间的趋势。

不锈钢网因其特殊的抗高温、防氧化，所以广泛使用在玻璃纸等特种纸抄造中。

1.1.3其他金属网

因为特殊性能要求而开发的特种金属丝网，在国内市场也有出现，但是量少，如钛丝网等。

1.2化纤网

因为金属线的性能缺陷，聚酯单丝、尼龙单丝等耐磨性能优越的化学纤维因其易织造加工、运输和修复性能而被认识和大量使用，因此化纤网也就迅猛发展起来。现今我国市场上主要分为化纤网和尼龙网，其他网量少，生产量也少。

我国化纤网生产在超细目网方面还无法与铜网相比。随着技术的发展进步，聚酯产品的更精细、多样化，会进一步压缩圆网纸机上铜网的使用空间，如在卫生纸机上可能被完全取代。

近几年在夹网、长网等纸机上大量使用的SSB、IWB三层成形网均采用多经纬组，实现了面、底层的有机结合，完全克服了铜长网成纸和耐磨不调和等缺点，其产品类似于圆网纸机多层网配置，同时发挥出化纤网质量轻、耐腐蚀、易操作、耐碰折、网体软、使用寿命长等优势。当然也存在化纤网较金属网挺度差、防伪印痕处理难、耐热低等缺点。也曾展望用化纤网自身的图案实现防伪功能，那就需要小提花或大提花织造工艺的突破；同时还需构成网的层次差，在现有织机和后加工整理工艺上看，国内尚没有一家取得实践性的突破。随着环织工艺在现有化纤网产品领域的采用和推广，或许具有金属斜焊网的优势，进而取代金属网。这也暂时是一种可期待的展望。

现在的造纸成形网市场，应是多样化的品种共存，金属网和化纤网各自都有优缺点。各种网的进一步细化、小批量化、多品种、高质量、低成本（或易重复加工）会使其在各自优势领域广泛存在和发展。

1.3复合网

复合网是在金属网和化纤网的基础上结合而发展起来的。经线采用聚酯或其他化学纤维、金属丝等，纬线采用化学纤维、铜丝、不锈钢丝等金属丝，通过机织而成。经纬线可单丝或多股加捻而成的复丝，网目可粗可细。根据其使用的特殊性，进行一定的织造，以满足客户的需要。

考虑到铜线在氧化后会形成一层耐磨损保护层，因此铜网最初在电容器纸和高压纸板生产中大量使用。因铜网中线材金属特性造成极易掉渣在浆中，因此经线采用聚酯纤维的复合网随之而出现。它的出现完全克服了纸板中形成金属渣的现象，可有效避免高压击穿，同时在纸板上形成特有的网纹印和凹点。

复合网也广泛使用在装饰特种纸、瓦楞原纸及高克重纸板生产中，可以满足其他抄纸的特殊要求。

1.4小结

因为线材的多样化，所以造纸成形网分类繁多，此处仅以广泛使用中的成形网进行概要简单分类。

从实践中看，化纤网产品竞争最激烈，设备功能发展最快、用途也最广，适应了高速纸机的迅猛发展。金属网，也在一定的市场范围内使用。成型网的主要分类见表1。

表1　造纸用成形网主要分类

2　工艺的发展

2.1金属网的接口工艺

造纸湿部用成形网最终是环形网，而现有织机织成的是片网，因此必须采用适当的方法将片网变成环形网。片网依一定的规格进行缝合的部位呈接口或插口。金属网接口形式的改变是随着焊接工艺进步有所改进，从电热熔方式到电流激光方式，焊接经验也积累丰富。焊口最开始是直焊方式，即网经向与纸机运转方向一致，焊口线与纸机方向呈垂直关系。后又增加了斜焊方式，即网经向与纸机运转方向成45°夹角。斜焊方式突破了纸张成形支撑理论前提，即假定纸纤维沿纵向排列；斜焊网有效调和纵横向纸纤维支撑性能，使纸张纵横向强度比更接近，减小了纸张横向低强度弱点。生活中的部分卫生纸因为纵横向强度均衡而让消费者认可为高档产品。当然斜焊网浪费大，加大了制造商生产成本。

铜网在原加工工艺基础上，为适应客户的需求，增加了成品退火工艺，在实际操作中又分有氧退火和无氧退火。在酸碱腐蚀大、经济许可条件和无特殊水印防伪情况下，不锈钢网完全取代铜网能极大地降低停机换网时间、提高劳动生产率。

2.2化纤网的工艺发展

2.2.1化纤网原材料的变化

随着纸机生产时，造纸化学品的用量增加、纸机车速的提升，化纤网由最初的纯聚酯单丝到采用聚酯、尼龙单丝配合织造化纤网；尼龙单丝品种也不断增加，以达到尼龙和聚酯热性能等接近、更耐磨。同时也在研究聚酯纤维成分，欲使其耐磨性能接近尼龙纤维，从而使化纤网全用聚酯单丝，以能提高网体的挺度（或称刚度），进一步提高网使用寿命。生产化纤网的织机为多综，因此其产品迅速由单层简单网发展出多重经纬线系统网，如俗称的两层、三层、多层成形网。化纤网相对铜网优势，有更强的抗压折痕、抗机械损伤、抗挠曲、耐疲劳及耐腐蚀的能力，从而减少换网停机时间，提高劳动生产效率。

2.2.2检测工作要适应化纤网的发展需要

化纤网原材料因为各生产商设备、工艺、批次的不同而质量也有差异，同时化纤网制织造设备和加工工艺也存在差异。这些差异性将单丝检验工作推向了多元化，要求单丝检验提供有价值的实测数据，以便工艺调整、发挥线材最佳性能，为稳定、高质量网生产打下基础。对成形网性能要求的追求，将过程监视、测量系统在原单纯生产控制的同时要求为产品设计、客户技术服务提供有价值数据，因此检验工作变得多样化。

2.3成型网产品概况

在圆网纸机中最简单有面层、底层两种不同网目的铜网，面网的细腻度、高经纬是保证成纸的匀度、形成足够脱水量。而底层粗目网在起支撑面网的过程中，脱水面积更大，同时避免了面网直接与网笼形成挤压或松动磨损，从而提高面网使用寿命，从整体上提高成形网寿命，延长开机时间、降低生产成本。在长网纸机上却不能通过多层配置来延长寿命，而化纤网因材料的改变形成的长网却能延长其使用寿命。铜网纸机因设备和线材限制，很难发展复杂组织网；而化纤网因设备的先进性，国内二十几年的时间就发展出单经系单层网、1.5层网、单经系双层网、2.5层网、3.5层网，双经系单接结三层网、纬线双接结三层SSB网、经线双接结三层IWB网、纬线自接结三层网。现在为了更好地发挥经线双接结效果，已经开始采用三经系经线双接结方式织造三层网。铜网和不锈钢网均为单经、纬线系统织造，虽然线材会采用圆线或扁线。

到目前为止使用中的双层组织、纬线仅两重，论述较多。现就三重双层组织进行理论探讨。纬线采用三重，经线相应发展出三重，表经独立形成纸纤维平整面，里经形成机械耐磨面，而接结经在与中间纬线形成一层的同时与成纸面和机械面绑接，这在一定程度上加强了脱水微管效应、网体应具有一定的可压缩和回复性（对脱水影响尚待实践证实）。当然此类组织在湿部有其独特优势时会使用。如果优势较现SSB、IWB三层成形网优势不明显，而其生产效率更低（现织机上）就不会大量生产。如果优势明显而使用价值高，为提高织机生产效率，则双梭口织机就可能发展起来。那就可能是行业的新突破。

2.4成型网的发展推动其行业设备工艺的进步

成形网的实用价值决定其存在、发展，也决定着生产技术和织机装备的存在和发展。

造纸成形网因为产品的发展而对设备和工艺产生推动，使我们在设备方面有了进步，但是总体来看，这种进步仅是局部、小范围的，对整个系统性的设备主要依靠进口。软件方面的产品设计，从原材料到成品都实现了一定的理论系统化。但是对设计成品的确认却仍然主要依靠检测指标和经验感知，即停留在非实际使用或试用阶段，因而产品的整体适应性和最佳使用建议等就很难提供。从整体看，我国造纸脱水器材行业虽然大小厂各处林立、欣欣向荣，在1 000 m/min车速以下市场国内厂商占领巨大份额。同样的网纹组织和线径设计配合最优的设备，产品使用效果和稳定性与国外大企业相距甚远。伴随大量夹网纸机和高速叠网纸机的发展、中国知识产权保护的进步，化纤网产品企业需要越来越多的创新性，需要国内企业有突破性的进展，才能让从20世纪90年代就提出了与国外企业同台竞争变成现实。

单丝原料的创新软肋、设备的进口依赖性、设计产品反馈的延迟性等因素是我们发展道路上的层层障碍，是跟从国外走？还是创新性发展。虽然铜网从原料到成品的成套技术都已建立，对工序设备、工艺的增减都能有的放矢，但是随着国内老厂的解体，这种优越性正逐步丧失，很多人才都改行从事建筑等赚钱快的行业，少量的从事本行业的私营企业主要从事一线产品质量管理工作、使用原老技术，所以铜网的技术发展和创新受到一定的限制。

3　指标与两个机理探讨

3.1指标的多样化

（1）编织网纹。金属网多为平纹、三枚斜纹，而化纤网却多种多样。

（2）目数也称经纬密度。分总密度表示和分层密度表示，一般很多表示为总经密×总纬密。金属网和化纤网都有粗目网、中目网、细目网、超细目网，铜网还有以经线3根为一组的更细目网。

（3）线材原料和尺寸。如PETΦ0.18 mm表示聚酯圆单丝Φ为0.18 mm。金属网和化纤网都可能部分采用扁丝线材。

（4）定量g/m2。网重量的理论计算依据。

（5）网抗张力和抗张强度。国内一般仅进行经向(纵向)测量，少量厂商进行过纬向（横向）测量。

（6）伸长率。分定力伸长率和断裂伸长率，定力伸长率常用的测试条件为50 N/cm、80 N/cm、100 N/cm。

（7）透气量。采用手动或自动透气测量仪，对国内外不同厂家采用透气单位m3/m2h、l/min/dm2、l/s、cfm等的比较和认识加深，并实现其自由转化。

（8）滤水度(水渗透性)。对s/5L与l/min/10 cm2等测试条件和单位间的换算。脱水指数（DI）的意义及局限性的认识。这些参数让我们能从数值上评估网的潜在脱水能力。

（9）网厚度。揭示成形网脱水路径、平整度和磨损性。一般厚度值越均匀则网平整度越高，一般用网磨损厚度值表示网使用寿命极限。

（10）网成纸面对纸纤维支撑性能。纤维支撑指数（FSI）、接触点数（CP），当然也有在此基础上发展起来的经、纬单位支撑长度、长度比，以及浮长等。

（11）成纸面网孔的投影几何尺寸及开孔率。网容水体积和脱水方式等揭示脱水结构和潜在能力。

（12）耐热性、耐酸碱性指标。

（13）网挺度值或刚度值。这与网体的耐磨性和理论设计紧密相关。

（14）接口断裂强度及各指标率（接口指标值与网体实测值的百分比率）。

在以上指标的基础上，各企业还发展了其他有效指标来评价和判断成形网的使用性能和价值，当然并不是每张网或每种网都提供以上指标值。指标的多样化与数值化，让我们认识和评价成形网从定性提升到定量，为不同网种间比较、使用和产品设计提供了实际数据。各种指标的恰当使用和发展，可以更准确地表示成形网的平整性、成纸性能、脱水性、稳定性、抗皱性、清洗性及剥离性等。当然以上在制造商处提供的数据并不能完全展示成形网的实际使用价值，还需有纸厂使用的相关数据才更准确、全面，让成形网在纸机上发挥最大的功用和效率。

各种指标的消化、吸收和建立是国内造纸成形网生产技术的发展结果，为行业提供了一定的理论和实际生产基础，也需要行业内人士更多的交流和完善。

3.2脱水价值的机理探讨

从单位面积（cm2）内脱水面积来看，脱水效果与脱水面积呈正比关系，这是仅从一个因素考虑。脱水容积和路径跟流体黏性有关，微管效应能加大其脱水能力（因发挥了流体的黏性）。纤维和填料的形态和尺寸也与纸纤维垫成形直接相关，可能堵塞网孔而降低脱水性能。

成形网对初始脱水量要大，但又不能流速过快，过快流速会携带大量填料和短纤维进入网孔；如果排除不畅会严重影响网脱水效果和使用寿命。

成形网的脱水性能与网结构的容水体积、水流路径结构、压力、运行长度和阻碍等相关。

脱水孔的理论投影尺寸能一定程度上反映脱水能力，但网在与纸浆接触面形成的立体脱水形态能更准确反映其脱水能力（不考虑有堵塞等情况时）。因为经纬线在成纸面形成的z轴落差，也即网孔立体程度高，则易在纸基上形成表面松软层，会增强纸张松厚度、粗糙度，会降低纸张的平滑性和光洁度。当然这就形成了一个多元体，对卫生纸等要求松厚度高的纸张，在成形网设计、生产中应尽量增加其经纬z轴落差；而对纸张平滑性要求高的就需要降低经纬z轴落差，也即网孔立体程度低。对成纸面，一般理论上要所有经线高点或低点在同一水平面，所有纬线高、低点在一水平面。当然，z 轴落差可以通过经纬线直径性能配比工艺参考数调整。

z 轴落差是指成形网垂直于成纸面或机械磨损面方向上的经纬线高低点间距离差。

现在主要有以下方面指标来进行定量表示和分析:

（1）透气量；

（2）脱水指数；

（3）滤水度；

（4）开孔面积率；

（5）容水率；

（6）脱水网孔尺寸及匀度；

（7）网经纬线平行差；

（8）网体厚度及整体变化情况；

（9）网挺度（紧度）值。

现有聚酯成形网在国家标准中经常用到的是透气量、脱水指数和滤水度，单层网、化纤网则涉及开孔面积率、脱水网孔尺寸及匀度；而对金属网和复合网则多是开孔面积率、网孔尺寸及匀度等指标。

伴随着纸张制造技术发展、浆料的变化等，其评价指标也越来越体现其他指标的重要性。就国内供800 m/min左右车速纸机看，仅从透气量、脱水指数、滤水度无法完全评价同种成形网是否满足使用要求；同时在供网中，同种网因为经纬线平行差、脱水网孔尺寸及匀度、网厚度、网挺度的不同而造成实际脱水不同，也就具有了不同的脱水价值。

3.3使用寿命的机理探讨

现在更多的关注到化纤网的使用寿命，需要提供实际数据，实现定量化；生产商也从各种方面进行检测，以便能定量评价其耐磨损性能。现在主要从以下方面来定量表示:

（1）磨损厚度变化。

式中:h——网耐磨损厚度率，%；

H ——试样网原始厚度值，mm；

H0——测试条件下网磨损到失去使用价值时

厚度值，mm。

这也是纸厂能根据数值进行网使用寿命评价的常用方法，直接进行网体的测量而确定下机时间。

（2）重量变化。定力载荷、测试条件下，网基本失去使用价值时重量损失量变化率。

式中:w——网耐磨损厚度率，%；

W ——试样网原始厚度值，g；

W0——测试条件下网磨损到失去使用价值时厚度值，g。

式中: w——网耐磨损厚度率，g/cm2；

W ——试样网原始厚度值，g；

W0——测试条件下网磨损到失去使用价值

时厚度值，g；

S——测试网样面积，cm2。

这种方法在纸厂的实用价值较低，但对生产商而言却为网耐磨性能评价提供了一种有益的方法。

（3）体积变化。定力载荷、测试条件下，网基本失去使用价值时体积损失量变化率。

这种方法考虑到线材变化和网容水情况变化，其理论推导公式也是产品设计时的理论依据。

各种指标的多元化和实用，让我们可以实现产品理论设计的计算化或程序化，从而提高产品设计效率和实用准确性。当然不同的厂商对网样的实际测试方法、规程等不尽相同，有些还没有统一的标准；同时国内环境压力和生态理念的发展，造纸成形网在使用中的品种选择、各种相互配置有待形成自己的体系和理论，也是造纸网行业的新挑战和发展方向。