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皱纹滤纸生产工艺探究

摘要:通过实验确定了生产皱纹滤纸的原料配比、打浆工艺及起皱技术,优化了化学助剂的使用条件,生产出了性能优良的柴油滤清器滤芯用皱纹滤纸。

关键词:皱纹滤纸;生产工艺;化学助剂;起皱技术

起皱技术是使纸张产生横向皱纹的一种机械加工方法,它可以改变纸张的一些物理性质,增加纸张的柔软性和韧性,改变纸张的吸收性和透气性等[1]。纸张是否需要起皱由纸张的用途决定,如卫生纸和餐巾纸起皱是为了增加纸张的柔软性和伸长性,纸袋纸起皱是为了增加纸袋纸的破裂功以适应包装的需求,滤纸起皱主要是为了增加滤芯的有效过滤面积[2]。本研究从皱纹滤纸的原料配比和打浆工艺、起皱原理与技术、化学助剂的使用3个方面对柴油滤清器滤芯用皱纹滤纸进行探讨。

1皱纹滤纸的生产工艺

1.1皱纹滤纸的技术指标。汽车工业滤纸是生产滤芯器的原材料之一,其中燃油滤纸主要是滤出燃油中的杂质粒子,保证内燃机安全有效地运行。燃油滤纸要求具有一定的物理强度以承受流体压力,还要有一定的孔径大小和开孔率以保证一定的流量要求[3]。根据企业和客户需求来制定柴油滤清器滤芯用皱纹滤纸技术指标,如表1所示。1.2皱纹滤纸的生产工艺流程。柴油滤清器滤芯用皱纹滤纸的生产工艺流程图如图1所示。由图1可知,将针叶木浆加入碎浆机碎解,然后利用双盘磨浆机磨浆,后经匀浆分散后在调浆池中加入湿强剂。将制备好的浆料经流浆箱上网脱水成形和压榨脱水后,当水分含量为40%~60%时,在第一只烘缸上对纸张进行起皱处理,然后利用烘缸把纸张干燥到90%以上的干度,再进行表面涂胶,最后经烘缸烘干至成品所需干度,再进行卷取和完成整理。1.3纸浆配比选择。为了满足皱纹滤纸的强度、透气度和孔径要求,实验分别选择了加拿大虹鱼牌(KAMLOOPS)针叶木浆(纤维平均长度2.5mm)、美国白金(WHITEGOLD)短纤维针叶木浆(美国W浆,纤维平均长度1.18mm)分别与美国布朗斯威克(GP-BUNSWICK)针叶木浆(美国G浆,纤维平均长度2.6mm)以不同配比抄造定量为96g/m2的皱纹滤纸,实验结果如表2所示。由表2可知,采用加拿大虹鱼浆与美国G浆配比抄造时,随着美国G浆比例的提高,滤纸的耐破度、透气度和孔径均提高。这是由于美国G浆纤维本身较粗较长,强度较高,而加拿大虹鱼浆也是长纤维针叶木浆,两者长度相差不大,故皱纹滤纸的强度、透气度和最大孔径随美国G浆配比的提高而提高。当采用美国W浆与美国G浆配比抄造时,由于美国W浆纤维长度较短,本身强度较低,故其在配比为50∶50时耐破度低于150kPa。随着美国G浆用量的增加耐破度提高,透气度和最大孔径也增大。加拿大虹鱼浆与美国G浆以50∶50的配比抄造时,所得滤纸的耐破度、透气度和最大孔径均达到产品质量要求,综合质量较好,故最终选择了加拿大虹鱼浆与美国G浆以50∶50的比例混合来抄造皱纹滤纸。1.4打浆工艺。为了尽量保持原生纤维的长度,并使纤维充分吸水润胀和细纤维化,实验使用针叶木浆生产皱纹滤纸的打浆工艺主要采用以疏解为主的游离状打浆方式。虽然打浆有助于提高纸张强度,但也会使纸张紧度增大,孔隙率降低,过滤效率下降,同时打浆度过高也会使纸幅与烘缸黏附力过大而影响起皱。分别使用15°SR、17°SR、20°SR、22°SR4种不同打浆度的纸浆进行实验,当纸浆打浆度在20°SR时,皱纹滤纸成浆的湿重为9.2g,成纸定量是95.6g/m2,耐破度180kPa,最大孔径41.8μm,透气度45L/(m2•s),各项指标均达到了生产要求。

2起皱原理与起皱技术的应用

2.1起皱方法。根据起皱加工时纸幅的水分大小可分为湿法起皱和干法起皱[4]。纸幅在潮湿状态下起皱的方法,叫做湿法起皱。湿法起皱又可以分为两种情况,即压榨起皱和烘缸起皱(也称半干法起皱)。压榨起皱是指在最后一道压榨辊上起皱,此时纸幅的水分为60%~65%,纸幅靠水的表面张力黏附在辊面上,且在潮湿状态下易于变形,所以起皱容易控制,起皱频度高。但起皱后的湿纸幅一般都在无张力的条件下干燥,与烘缸接触不紧密,因此干燥效率很低,且起皱时已发生改变的纸幅,干燥时会在新的状态下收缩并形成氢键结合,导致纸内结合力较高,成纸柔软性和手感较差。烘缸起皱是在干燥部的前两个烘缸上完成的,此时纸幅水分控制在20%~40%,纸幅与烘缸黏附较好,纸幅也容易变形,所以起皱也较易控制。且后干燥过程中纸幅的水分蒸发较少,因失水产生的收缩也小,所以柔软性和手感优于压榨起皱的纸,但这种方法由于起皱后与烘缸黏附不紧,也存在后段干燥效率比较低的问题。干法起皱是纸张在烘缸上已干燥到产品标准水分后进行起皱的方法,此时纸张与烘缸黏附不紧,易剥离,加上纸幅干燥后较挺硬,不易变形,因此对起皱不利。皱纹滤纸一般采用湿法起皱技术,在离开压榨后的第一个烘缸表面进行刮刀起皱,起皱时纸幅水分控制在45%左右,起皱操作易于控制,成纸强度较好。2.2起皱原理。起皱过程就是用刮刀刮起黏附在缸面上的纸幅,使得其表面产生皱纹。起皱过程的主要影响因素就是纸幅与烘缸之间的黏附力及适当的刮刀安装角度。适宜的黏附力和刮刀角度,应该是纸幅接触刮刀时,使刮刀的冲击力和黏附力达到平衡,纸幅形成褶子并从缸面剥离开。当黏附力过大,虽然皱褶细微,但纸幅容易产生破洞,甚至断纸。反之,黏附力过小,与刮刀一触即剥离开,皱褶轻微而稀疏。在生产上可通过调节刮刀上的安装角度来适应不同的黏附力,即增大接触角,可以减轻纸幅的剥离力,有利于改善起皱频度,反之,剥离力增大,会使纸幅起皱频度下降。影响黏附力的因素很多,其中,水分是最重要的影响因素之一。当起皱时的水分偏高,纸幅黏附力就大,反之,起皱时水分小,纸幅收缩比较严重,与缸面的附着力将降低。另外,打浆度高低,干燥汽压高低、纸张定量的波动,甚至毛毯的清洁程度也都会影响纸幅水分导致黏附力发生变化。影响黏附力的另一个重要因素是烘缸表面状态,比如烘缸表面不清洁、有锈斑、铸铁缸表面氧化层有斑剥,都会使纸幅在缸面黏附力过大或不均匀而影响起皱。当纸幅黏附力改变时,由于刮刀都有一定弹性,应该根据黏附力大小,调节刮刀线压力,即黏附力大时,应增大线压,否则会因刮刀变形而出现夹纸等现象,影响起皱效果。2.3起皱技术在滤纸中的应用。起皱程度可用起皱度和起皱频率两个参数来表示。所谓起皱度,是指起皱导致纸张长度的收缩程度,如卫生纸的皱折度一般为15%~30%。起皱频率,即单位长度的皱纹数,一般用个/cm表示,这是反映皱纹大小的参数,数值越大,皱纹越细密。皱纹滤纸起皱的主要目的是为了增加滤芯的有效过滤面积。其中,刮刀的起皱厚度与起皱角度是决定皱纹深度与效果的关键。某公司在皱纹汽车滤纸生产时分别选取0.8、1.0、1.2mm厚度的刮刀,起皱角度分别为20°、25°、30°,对滤纸进行起皱试验,结果如表3所示。表3不同刮刀厚度和起皱角度对起皱深度的由表3可知,当刮刀起皱厚度为1.0mm,起皱角度是25°度时,滤纸的皱纹深度0.10mm,粗细适当,起皱均匀,能较好地满足产品质量要求。

3化学助剂

在生产过程中,如果通过调节浆料打浆度、起皱水分、烘缸表面条件等仍无法达到理想的纸幅与烘缸表面黏附力时,则可以采用添加化学助剂的方法来达到目的,即是用起皱剂或脱缸剂等化学助剂来改善纸幅与烘缸表面的黏附,从而改善起皱操作和起皱效果。如对于黏附力偏低的纸机,可以在纸料或白水中加入少量动物胶、氧化淀粉、羧甲基纤维素等胶黏剂,来提高黏附力,而对于黏附力过大的纸机,可以加入少量的乳化矿物油、低相对分子质量聚乙烯等憎水性物质,以减少纸幅与烘缸表面的摩擦[1]。柴油滤清器滤芯用皱纹滤纸用于柴油的过滤,须有一定的湿强度与抗水性。经实验表明,在生产过程中选择添加量为3%(对绝干浆计算)的PPE树脂加入浆中用来增强,以提高纸幅湿强度。同时,两段干燥之间采用表面喷雾的方式在纸张表面均匀喷涂一层高强度且抗水、耐油的乳胶层,增大了皱纹滤纸的强度、挺度和耐油性,从而提高其过滤精度和寿命。

4结语

选用加拿大虹鱼浆和美国G浆以50∶50的配比进行抄造,采用游离式打浆,并采用特殊工艺(滤纸起皱,纸幅预干燥成形,抗水剂喷涂)生产皱纹滤纸质量较好,具有孔隙率高、最大孔径小、过滤阻力小效率高、挺度高、耐湿性好、使用寿命长等特点。目前,企业已成功开发出柴油滤清器滤芯用皱纹滤纸,成纸产品经浙江省方圆检测集团公司检测,符合滤纸标准规定。

参考文献

[1]HuangJuhong.Wrinklingagentanddecylinderagentforpaper[J].PapermakingintheNorth,1994(3):36.黄菊洪.纸张的起皱起皱剂与脱缸剂[J].北方造纸,1994(3):36.

[2]ZhangLida,Chaibingquan.Abriefdiscussiononthewrinklingtech-nologyofthinpaper[J].WorldPulpandPaper.1985,4(2):12.张理达,柴秉权.浅谈薄纸起皱技术[J].国际造纸,1985,4(2):12.

[3]CHENZhongwei.Introductionoftheapplicationoffilterpaperinau-tomobileindustry[J].TianjinPaperMaking,2006,28(4):16.陈忠伟.汽车工业滤纸的应用介绍[J].天津造纸,2006,28(4):16.

[4]CAIWen-xiang.Discussionontheproductionprocessofcolorwrin-klepaper[J].ChinaPulp&Paper,2005,24(12):73.蔡文祥.彩色皱纹纸生产工艺的探讨[J].中国造纸,2005,24(12):73.

作者:吴安波 单位:杭州特种纸业有限公司

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