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    造纸毛毯透通性等性能的测试及其发展趋势 发布者: 工业用呢 来源: 本站 发布时间: 2009-07-10 已访问: 6712 次

    吕向阳1 韩邦春2

    (1. 太仓嫦娥工业用呢有限公司  江苏 太仓  215437)

    (2. 徐州金冠工业用呢有限公司  江苏 徐州 221009)

    摘  要:介绍了造纸毛毯透通性等性能测试的目的、原理和测试方法,分析了造纸毛毯透通性之间的关系及对毛毯运行性能的影响;探讨了造纸毛毯透通性等性能测试的发展趋势。

    关键词:造纸毛毯;透通性;性能;测试;发展趋势     

    造纸毛毯是造纸厂重要的脱水器材,也是贵重易耗品,它在纸机的压榨部起到传送、脱水、垫层等作用。造纸毛毯的透通性主要包括透气性、透水性和含水量等内容,是在生产和使用过程中评价造纸毛毯品质重要的物理性能指标,它们直接影响到造纸厂的生产效率、产品质量和生产成本,为了了解和掌握造纸毛毯性能的变化趋势,在其使用周期内进行有效的调节,使其保持最佳工况,有必要对造纸毛毯的透通性等性能指标进行测试。

     一、造纸毛毯透通性测试的目的 

    1、有助于防止意外停机     定期对纸机压榨部毛毯的透通性进行测试,是在早期发现纸病的一种有效途径,否则可能会导致以下经济损失,如纸张质量不符合标准、纸幅经常断头或各种能量消耗增加等。造纸厂的实践经验表明,经常对毛毯的使用状况进行检测和分析,不仅可以进一步优化湿纸页从压榨部进入干燥部时的干度,使干燥部高效运行,而且可大大减少意外停机的次数。 

    2、有助于确定毛毯的工作状况     毛毯的测试不仅仅用于故障诊断,在运行正常的情况下也可用于确定毛毯的工作状况。经常定期和不定期地对毛毯进行测试,不仅能够监测毛毯的趋势和倾向,也容易检测错误并及时采取正确措施。实践证明:越是经常对毛毯进行测试和分析,出现意外停机和与压榨部运行状况有关的质量问题的时间间隔就越长。 

    3、有助于压榨部的趋势分析和优化     压榨毛毯的调整、压区载荷的分布、毛毯磨损和毛毯堵塞程度都对透通性检测曲线有着重要的影响。最大程度地降低曲线的变化,这直接关系到纸机性能的提高。将这些检测手段用于压榨部可以进一步提高生产产量和质量。通过对化学品、压榨辊和压榨毛毯试验的正确评价,可以正确判断变化的原因。比较压榨部脱水效率和曲线变化(与毛毯或者设备的变更有关)的关系,可以清楚地说明这些变化的效果。例如,压榨履带和靴套方面新的先进技术对提高压榨效率的好处,可通过脱水率和横幅曲线均匀性说明。在压榨毛毯的整个使用周期间以及进行更换的时候,均可进行这些比较。趋势分析也是预测压榨毛毯有效使用寿命的一种好方法。

     4、有助于分析问题的来源    湿纸页的湿条痕及其它横幅问题一直都是令人头痛的问题,这些问题几乎总是发生在压榨部。通过在干燥部之后使用蒸箱或增加水分,可解决较小的分布均一性问题。但是,通过分析问题,发现问题的原因,进行消除它,永远都是更好的解决途径。仅仅测试毛毯的含水量分布或透水性,不足以说明压榨部的运行情况,必须同时采用这两种方法,才能获得全面的测试结果。使用毛毯含水量测试仪测试当前毛毯的含水量分布,容易获得均衡的压区压力分布,含水量的分布可以说明在压区的脱水情况。采用毛毯透水性测试仪对透水性进行测试,可揭示毛毯的运行状况,透水性显然与压榨区的脱水性能相关,而且受毛毯状况的影响。 

    5、快速获得回报     造纸厂的实践经验表明,正确检查压榨部毛毯的工作状况可极大地减少意外停机的次数。实际上,在最佳条件下,都应该在正常停机期间更换毛毯。据L&W 04/05手册提供的数据,现代化纸机意外停机时每分钟的成本约在$1.000至$2.500之间,并且停机将持续2~3小时。此外,还存在由于不能确定毛毯的状况而导致毛毯更换所造成的成本。停机成本       在$100.000-$300.000之间毛毯成本       在$10.000-$40.000之间这与拥有测试仪器投入的成本和用该仪器进行测试是息息相关的。对纸机中所有毛毯进行测试需要15-20分钟。对于一般规模的造纸厂,这意味着每天约需1小时的工作(包括分析测试数据)。仪器成本       $25.000/仪器工时成本       $10.000/年造纸厂在很短的时间内就能收回在毛毯含水量测试仪和毛毯透水性测试仪上的投资。 

    二、造纸毛毯透通性测试的原理和方法 

    1、造纸毛毯透气性测试      造纸毛毯的透气性用透气量(度)来表示,它是在稳流情况下,在试样两边保持一定压力差时,单位时间内通过单位面积试样的空气流量。透气性的单位是ml/(cm2 · s),即在1s时间里,1cm2面积样品透过空气1ml,称一个透气度单位(笔者注:也有可采用单位mm/s表示)。其计算式如下:
    式中:—透气量(度) ml/(cm2 · s);        —T秒时间内通过试样的空气量(ml);        —试样面积(cm2)。由此可见,透气量(度)愈大,造纸毛毯的透气性愈强。常用的透气仪为Y561型织物透气仪。针刺无纬造纸毛毯透气性测试结果如表1所示。
         造纸毛毯的透气量(度)取决于织物中空隙的大小和多少,而这些又将取决于纤维的形状、生产方法、厚度及后整理方法等因素。造纸毛毯所用的纤维越细,则空气透过的阻力越大,透气量(度)越小。大多数异型纤维制成的毛毯透气性比圆形纤维好,压缩弹性好的纤维制成的毛毯,其透气性也较好。吸湿性强的纤维,吸湿后纤维直径显著膨胀,空隙减小,透气性下降。     不同加工方法制成的毛毯,其透气性有很大的差异。一般来说,相同品种、相同克重的毛毯越厚,其透气性越大。经过后整理的毛毯,其透气性一般都会下降。    2、造纸毛毯透水性的测试      造纸毛毯的透水性是指液态水从造纸毛毯一面渗透到另一面的性能。兜水试验可用以测定造纸毛毯的透水性。测试时,在试样一面维持一定水压的条件下,以单位时间通过单位面积试样的水量(ml/cm2.h)表示造纸毛毯的透水性(笔者注:也有可采用单位ml/s或ml/min表示)。

    (1)测试原理:水流过除砂过滤器、流量计和压力控制器之后,通过喷嘴到达毛毯。

    (2)毛毯透水性定义如下(根据Darcy公司):-毛毯透水性-毛毯常数-毛毯厚度-喷嘴面积-水压-粘度     通过检测毛毯的透水性,很容易检测毛毯是否磨损、压实和阻塞,可用于快速排除故障,同时提高了优化压榨部重要功能的可能性。测试时是将测试仪压在运行的毛毯上,即可进行测试,测试结果立即以横向和纵向分布曲线的形式显示在内置显示屏上,这样,纸机操作人员就可以快速发现可能存在的问题(如毛毯缺陷),以免导致停机。通过定期比较毛毯透水性,纸机操作人员可对毛毯清洗和更换进行预测和安排计划。比较清洗前后获得的数据可优化保洁剂的使用。

     3、造纸毛毯含水量的测试       

    毛毯含水量测试仪是借助独特的微波共振和双频测试技术,可以在非常高的取样速度下进行非常精确地测试毛毯的含水量。主要用于收集、分析、报告和储存有关压榨部毛毯和湿纸页性能的数据,以便对压榨部进行进一步了解和控制。     

    使用时可手动沿毛毯的横向和纵向进行测试。测试结果立即以横向和纵向分布曲线的形式显示在内置显示屏上,这样,纸机操作人员就可以快速发现可能存在的含水量问题,以免导致停机。利用测试结果,可确定毛毯的更换和优化化学品的使用。

    L&W Scanpro毛毯含水量测试仪的基本参数:

    测试范围:    最大3000gH2O/m2

    分辨率:      1gH2O

    测试方法:    微波双频共振

    测试面积:     90mmx145 mm

    测试速度:    0.6-320个测试值/s(10个步骤)

    内存:        48个已编号的分布图或20000个测试值

    内存时间:    每秒5个值时内存时间为1小时,内存时间为60秒时速率最高

     三、造纸毛毯透通性之间的关系及对毛毯运行性能的影响      

    毛毯的透气性是在干态下测试的,它是造纸毛毯生产企业在生产过程中必须严格控制的重要质量指标之一。透气度的选择应根据造纸机综合技术参数来确定,这是一个比较经验的数值。在实际生产中,新毛毯的透气度、毛毯使用最佳状态的透气度、毛毯失效下机的透气度均不一样,随着使用时间的延长,一般情况下毛毯的透气度会越来越差。在选择毛毯的透气度时应略大于毛毯使用最佳状态时的透气度,如果选择透气度过大会造成真空系统的真空度上不去、毛毯的含水量过大、纸页的水分脱不出去、出现毛毯透浆等问题;如果选择的毛毯透气度过小,又会导致毛毯跳动、真空系统负荷过大、毛毯磨损加重、纸页脱水困难等症状。     

    造纸毛毯的透气性与透水性息息相关,透气性越高的毛毯透水性也越高,它们之间既不相等又非线性关系,因为这与毛毯所使用的原料、生产工艺、后整理的状态及化学处理的方式等方面有关。     

    毛毯透水性和含水量是在毛毯上机使用过程中测试的,即在湿态下测试的,是毛毯的生产和使用单位特别是后者必须严格控制和跟踪的重要的性能指标。它们的分布曲线给出了关于压榨部分工作状态的有价值的信息,压榨毛毯的调理、压区负荷的分布、毛毯纬线和毛毯的磨损等对这些曲线都有显著的影响,分布曲线波动的最小化和纸机工作性能的提高直接相联。一般地说,毛毯含水量分布曲线主要说明了压区的脱水情况和吸水箱的问题,而透水性分布曲线则表明了毛毯在运行中的状况。从压榨毛毯的含水量和透水性的频率分析可以看出,造成不同类型问题的迹象。例如,纵向水分的波动可能来源于成形部真空脱水元件的振动,而透水性波动可能来源于压榨部的机械振动。通过经常并行测量这两个特性,能够提前进行决策,不必等到产生计划外的停机、运行问题和质量问题。     

    为了评价压榨毛毯的最长寿命,不但可以在更换压榨毛毯时进行比较,也可以在压榨毛毯的整个寿命期间进行比较。可以单独评价和比较不同的毛毯,以期在一定压榨位置使其得到最佳的应用。     

    那些从含水量分布和透水性测试中获得最大收益的是生产高级文化用纸和利用回收纤维造纸的纸厂,因为回用纤维中的杂质会阻塞毛毯的孔隙。测试对于新型高速纸机同样重要,特别是超高速薄页纸机。测试的结果对毛毯同样很重要,它不仅了检测了毛毯的脱水过程,而且也直接决定了压榨部出最后一道压榨的湿纸幅是否带有湿条痕。然而,现实的情况却是毛毯和化学品供应商在为大多数纸厂进行毛毯测试,这并不是因为测试对部分造纸厂无利可图,人们已认识到进行测试的好处。尽管多数纸厂都意识到它们能节约一大笔资金,但是很多纸厂都未将自己进行测试作为一个重点。原因通常是缺少资源,即没有可对毛毯进行测试和分析的工作人员。     

    他人进行所有测试的一个不利之处在于往往进行测试的不是同一个(批)人。相反,不同的供应商轮流测试,这将产生不同的测试结果。而且,在需要检测毛毯时供应商往往没有时间。供应商通常会定期拜访纸厂,但不会一直在现场。     

    可喜的是,尽管大多数毛毯和化学品供应商都进行这种测试,但越来越多的纸厂开始从战略的角度出发,将毛毯测试作为一种重要的生产工具。因为测试不仅仅用于跟踪结果,更重要的是用于预防性维护。 

    四、造纸毛毯透通性等性能测试的发展趋势

    1、造纸毛毯综合检测系统    传统的检测方法仅限于检测毛毯某单一指标,不能在线全面检测毛毯的综合性能指标。华章电器公司开发的Web1QF-1型毛毯综合性能检测系统是一种便携式的检测设备,可同时检测毛毯的透气性和表面平整性,能根据检测结果综合判断毛毯的质量状况和使用寿命,反映灵敏。该检测系统能显示实时曲线,并对检测结果进行深度分析,包括历史曲线对比,当时纸张质量记录,专家分析报告等等,下面作简单介绍。

    1)工作原理     WebQF-I型手持透气度检测系统的工作原理,是在一定的压力和过滤面积下,同时分别检测通过毛毯的空气流量和空气压力的相对变化来在线检测毛毯的透气度、平整性性能指标。其检测方法是将探头沿毛毯纵向设置成两个气压独立可控的检测区;该探头设置成的独立检测区中至少一个检测区是封闭的环状检测区、并对其它一个检测区形成封闭的平面包围,被包围的检测区采用与封闭的环状检测区相同或者相近的检测压力。外环的另一个作用是提供与内圆相同压力的气垫以保证内圆检测区的边缘不泄漏空气,从而保证内圆透气度检测的准确性。     透气度的检测:在检测探头中有一个设计特殊的环状检测区,对透气度检测区形成封闭的平面包围,为其提供一个没有漏气的检测环境,当透气度检测区与环状检测区检测气压相同时,在一定的压力下,通过毛毯的气体流量大小来测定出透气度情况。     平整性的检测:通过检测一定压力下毛毯的漏气量来判断其平整性。外环检测区与内圈检测区检测值的比值能体现毛毯边缘空气泄漏的比例,毛毯表面越平整、致密性越好,二者单位面积的气体流量就越接近,反之,毛毯表面越粗糙或者越不平整,漏气量就越大,二者单位面积的气体流量相差就越大。 

    2)系统特点①在一定压力和过滤面积下同时分别检测毛毯的透气度和表面平整性两项性能指标。②检测重复性非常好,对于80-120个单位值而言,均方差只有0.01-0.1。③反映灵敏,分辨率高。响应时间0.5秒。响应速度非常快,气压检测比液压更灵敏,能清晰地分辨出毛毯内部细微的质量变化。④使在恶劣的检测环境中,其检测性能也非常稳定,真正实现在线安全检测。 

    3)系统的组成    造纸毛毯综合检测系统主要是由探头、压力传感器、气体流量计、压力调节阀、手动阀、稳压罐、微型压缩泵、便携式蓄电池、控制器和笔记本电脑等组成。

    2、对测试提出了更高的要求     

    随着造纸行业的迅猛发展,对精确测试的要求也在不断地提高。在纸机车速提高的同时,毛毯的使用时间在下降。为获取高效率,通过优化毛毯的更换和减少湿纸页断头的发生,最大限度地减少停机是十分重要的。此外,结构紧凑的新型压榨部使手动测试更难以进行,而测试过程中人身安全永远都是最重要的。所有这些因素都要求自动化测试。压榨部的固定在线传感器扫描装置可实现测试的自动化。系统可快速地搜集测试结果,随后以全新的方式使用测试结果,而不仅仅是为了检测故障。甚至,更容易优化毛毯,更容易对压榨部进行调节。测试结果可通过电子方式传送给外面的专家,这意味着可获得快速帮助。最后但又是最重要的是,完全满足对人身安全的要求。 

    3、一种监控压榨毛毯状态的新概念     用来测定并确定压榨毛毯详细的全幅状况的方法是使用便携式仪器进行手动测量,该测量更多用于排出故障的目的和对其状态的记录。在多数纸厂中,这种测量的频率不够高,无法跟踪发展变化,因而无法对压榨部脱水进行优化,为此有必要使用自动测量毛毯系统。     毛毯的自动测量系统提供了一种新型的在线扫描架,可以并行测量压榨毛毯的含水量和透水性,并将测量结果存入数据库中,以全幅曲线显示纵向和横向上的分布,同时显示所有时间内的趋势图。分布曲线和趋势图可以与历史数据库的数据、纸机QCS系统的数据进行比较。同时也要进行频率分析和统计分析。所有这些技术都是用来确定生产过程中毛毯的含水量和透水性的波动,以及这些波动对纸张质量和运行性能的影响。所装备的在线含水量和透水性系统直接和纸厂的QCS系统以及DCS系统相连,也可以通过国际互联网络传输数据。这样就可以使毛毯和化学品供应商介入到远程数据分析和工艺评价当中。     这种新型毛毯自动测量系统,能输出毛毯的状态报告。根据这些结果,纸机操作人员可以改善和优化毛毯调理系统的工作性能。这样,做出何时停机维修或者更换毛毯的决定就比较容易了。目的是防范于未然而非被动响应,从而提高纸机的生产效率,降低生产成本,提高产品质量。压榨毛毯含水量和透水性的频率分析所提供的独特结果,以及可以显示完整而详细的毛毯图,使得该系统成为优化压榨部运行的强有力的工具。这些最新工具对新型压榨毛毯的开发也有很大的帮助。最后一点也是很重要的一点就是:它避免了在纸机最危险的部分进行手动测量。

     四、结论     

    造纸毛毯的透通性主要包括透气性、透水性和含水量等内容,是毛毯的生产和使用单位特别是后者必须严格控制和跟踪的重要的性能指标。通过测试有助于防止意外停机、确定毛毯的工作状况、对压榨部的趋势进行分析和优化、分析问题的来源并迅速获得回报,对毛毯的运行性能有着较大的影响。随着造纸行业的迅猛发展,对测试的精确要求和人身安全也在不断地提高,使用造纸毛毯的综合检测系统和在线自动检测系统将是必然的趋势,也将成为优化压榨部运行的强有力的工具。(华章电器公司唐志超高级工程师给予了大力支持,在此一并表示感谢!) 

    参考文献:[1]郭秉臣主编,《非织造布的性能与测试》,北京,中国纺织出版社,1998[2]L&W HANDBOOK 04 瑞典AB Lorentzen & Wettre 公司,2004[3]L&W HANDBOOK 06/07 瑞典AB Lorentzen & Wettre 公司,2006

     作者简介:    吕向阳先生,高级工程师,工程硕士;现就职于太仓嫦娥工业用呢有限公司;主要研究方向:造纸用脱水器材。