造纸成形网的进展过程综述论文

1、造纸成形网的进展过程综述论文造纸成形网的进展过程综述论文造纸过程中，通常出流浆箱的纸浆浓度约为 0. 3%1. 0%（抄造包 装纸时出流浆箱的纸浆浓度可达 1. 6%）,纸幅离开网部进入压榨部 之前的干度为 18%23%,高速纸机可达 27%,也就是说， 造纸过程 中 95%的脱水量是在网部完成的1。造纸成形网在各辘子和脱水 板上运行，磨损相对严重，是造纸主要的专用脱水和消耗器材。随 着人们对纸张质量要求的 H益提高，以及现代造纸生产逐步向着宽 幅、高速和低定量化的方向发展，造纸成形网必须适应现代化高速 纸机的高效、均匀和稳定脱水等要求。造纸成形网除了要具备优良 的纤维截留特性、高效的脱水性能

2、及良好的清洗效果之外，还需要 很好的运行稳定性。目前，聚酯成形网己几乎完全代替了传统的铜 质成形网，特别是聚酯三层成形网已成为现代化纸机的主流用成形 网。1造纸成形网材料1.1 造纸成形网材料的现状古代的造纸术是以中国东汉蔡伦发明的手工抄纸为代表，采用的 是竹丝编造的竹帘筛子或者衬有底布的木框进行抄纸。随着造纸技 术传入西方，特别是工业革命引起的造纸机的发明，金属材质（主要 是铜质或者不锈钢）造纸成形网逐步取代了竹制网筛2。纸机车 速的提高和幅宽的扩大，金属成形网负荷重、寿命短和耐酸碱差等 缺点越来越明显，逐步被塑料成形网取代。塑料网又分为聚酯网、 聚酰胺（尼龙）网、聚丙烯网等，其各自性能如表

3、 1 3所示。聚丙 烯网不易吸水，密度小，形态稳定，耐酸碱性强，但其易老化，耐 磨性差，使用温度略低，使用受限；聚酯网和尼龙网的综合性能好， 聚酯网的形态稳定性好，尼龙网的耐磨性强，目前的成形网大都是 聚酯成形网，在多层聚酯网的底层配比一定的尼龙网，提高其耐磨 性能。1.2 发展方向聚酯和尼龙均为合成高分子聚合物， 可以根据需求添加不同的添 加剂和采用不同的改性方法改善聚酯和尼龙纤维的特性，以适应高 速现代化纸机的运行，是目前多层聚酯成形网是最常用的材料。聚 苯二酰胺(PPA)是以间苯二甲酸、对苯二甲酸、己二酸和己二胺之间 缩聚形成的聚合物的共混物，是一种半结晶的半芳香尼龙。PPA 具 有良好

4、的耐热性、优良的力学性能和尺寸稳定性、较低的吸水率和 优良的成型加工性，耐化学药品性等4。PEEK 单丝是一种热塑 性聚合体，是最先进的聚酮族衍生物，具有热稳定性好、极高的耐 化学腐蚀和耐磨性，但由于价格昂贵还没有得到广泛应用5。 Stabilon 是 Heimbach 公司开发的一种新的单丝材料，同等线径 Stabilon 单丝具有比聚酯单丝高 30%的弹性模量6。另外， Heimbach 公司开发的多层底网专用单丝 Duralon 具有聚酯的稳定性和尼龙的耐磨性，采用 Duralon 材料的 InTegraF 网使用寿命达到 90 天，而采用聚酯、尼龙混合编织的成形网，平均寿命只有 42

5、天, 最长的为 73天7。也可以考虑通过应用纳米技术和纤维表而改 性来改善成形网脱水和耐磨等性能8。2聚酯成形网结构和编织技术进展由于现代化造纸机向着大型化、高速化和自动化方向发展，因而 金属成形网己不能适应现代化造纸机的要求。伴随着高分子合成技 术的发展，很多高性能塑料高分子材料纷纷面世，20 世纪中叶，造 纸成形网逐步由铜网过渡到合成聚酯纤维编织的成形网。聚酯等合 成材料用于造纸成形网，对于造纸机向高速、宽幅化发展具有划时 代的意义。与铜网等金属成形网相比，聚酯成形网的优点有:密度小, 纸机负荷小，生产效率高;材质柔软，易操作，不易碰伤;耐腐蚀、 耐磨损，使用寿命一般比铜网长 35 倍，甚

6、至更长5;能改善成 纸匀度，减轻网痕和两面差，提高平滑度及减少纤维和填料的流失, 可以减少换网次数以及因换网带来的各种损失9-10;聚酯成形网 编织方法更灵活多样，可以采用不同的编织方法和改变成形网的层 数，来满足不同造纸机、不同纸种和不同抄纸条件，以提高造纸机 的运行效率。聚酯成形网又分为单层网和多层网。2. 1 单层网聚酯成形网最初是按铜网的编织工艺进行编织的单层网，只是线 材由铜丝改为聚酯丝，使其质量变轻，从而减轻了纸机的传动负荷, 节约造纸成木。 单层网是由单个纬线系统和单个经线系统相互交织 而成， 见图 1 11。单层网编织相对简单，如四综单层网是弯曲 的纬线在 3 根经线下而和 1

7、 根经线的上面通过，而经线则在 3 根纬 线上而和 1 根纬线下而通过，保护了承受张力负荷的经线处于网子 的结构内部，而让纬线与造纸机各个摩擦部件接触。细的聚酯单丝 可以织造高密度经纬结构的单层网，纤维和填料的留着率较高，适 合生产纸页表而性能好的纸种;这类网的纬线比较细，不耐磨，使用 寿命短。粗的聚酯单丝织造的低密度经纬结构的单层网，可以提高 成形网的耐磨性和使用寿命，但是其纤维、填料留着率低，成纸性 能差。改进的加强型单层网（如图 1（b）的特点是在普通单层网的基 础上增加了 1 组线径较小的纬线，这组细纬与较粗的纬线交替与经 线交织，其目的是为了增强横向稳定性，增加纤维、填料留着率，提高

8、成纸性能5。这种成形网在车速 200m/min 以下、幅宽较窄 的造纸机上应用较多。对于中高速造纸机，单层成形网不能满足要 求。2. 2 多层网现代化的高速宽幅造纸机要求成形网有良好的脱水效果和较高的 纤维、填料留着率，单层成形网（包括加强型）不能够满足需求。为 满足高速、宽幅的现代化造纸机要求，多层聚酯成形网应运而生。 多层网的优点是可以通过而层和底层的单独设计编织结构来改善成 形网而层（纸面）和底层（机面）的性能，更好地适应各种造纸机的需 求。其思路是而层在保证脱水的情况下有更高的纤维支撐指数 （F 让 erSurportIndex,FSI），而底层则是在保证脱水通道畅通的前 提下增强底层

9、纬线抗磨损的能力。目前，己经成熟应用的有两层、 两层半、三层和三层半系列，并且通过不同的综数编织达到所需性 能。2.2. 1 两层网根据前而的思路，两层网是在单层成形网的基础上，根据面层和 底层功能的不同，通过在横向引入多个纬线系统进行相对独立的设 计编织，如图 2）所示。从两层网的横向（CD）结构看，有两个独立 分开的纬线系统- 而纬和底纬，分别实现各自不同的功能，经线也是两层的。编织过程是同一根经线穿过上层的纬线后向下再穿 过下层的纬线，使面层、底层编织在一起。与单层网相比，这种两 层网结构更加致密、尺寸更加稳定，而且可以通过改变不同的编织 工艺来适应抄造不同纸种造纸机的要求。一般面纬和底

10、纬的密度和 线径不同。而纬的密度略大，线径较小，这样有利于提高纤维的留 着和降低纸张的两而差;底纬的线径比较粗，为的是使网子更加耐磨, 提高使用寿命。这类两层网的挺度不够和横向稳定性差，制约了其 在高速宽幅造纸机上的应用。为此，研究人员开发了强化型两层网 （三层纬线网），结构见图 2（b）o它是传统两层网的变化形式。这种 网子虽然改善了挺度和横向稳定性，但由于其结构中只有一个纵向 经线系统，所以整体紧凑性差，横向的 3个层而容易产生相对滑动, 使得网子的内部结构遭到破坏，而且纸页成形和脱水效果均不好， 性价比小，目前基本被淘汰。两层网及多层网从上往下看似乎是全 封闭的，不易脱水，但倾斜一定角度

11、观察，就会发现两层网同单层 网一样畅通，其脱水过程类似于流经多孔性物体，而不是像单层网 的垂直方向脱水，这在一定程度上延缓了脱水速率，改善了细小纤 维和填料的留着和纸页匀度等5。2. 2. 2 两层半网两层半网也就是加强的两层网，木质上属于两层网。两层半网是 在两层网的基础上在而层增加了 1 组填充纬线，从图 3 中正而视图 和横向视图可以看出，而层多了一组填充纬线（图中是深色）。而层 的经线线径比较细，相应增加的纬线更细，这样的结构提高了网子 的纤维支撑指数和纤维留着率。网子整体层更加紧凑、细腻，改善 成纸性能和两而差;而底纬线径要比面纬线径粗得多，保证较好的耐 磨性能和运行稳定性。两层半网

12、适用范围广，可以应用于 300m/min 以上生产各种纸种的中高速造纸机，特别是中速造纸机上。两层半 网和两层网存在的问题都是它们的纵向单经线系统没有改变，经线 贯穿上下两层的纬线。这一方而限制了它需要同时满足纸面和机面 不同要求的潜力，另一方而，经线上下穿梭的编织形式，在运行过 程中承受巨大张力的情况下容易造成过快磨损，影响成形网的使用 寿命。2.2.3 三层网为了解决两层和两层半网存在的问题，造纸织物工作者开发出了 三层网。三层网的特点是而层和底层可以完全分开，使面层成为成 纸而，底层成为支撐而和耐磨而。这样面层的经纬线均可使用线径 更细的聚酯单丝，织造更加适合纸张性能的面层(纸而)；底层

13、的纬 线可以采用线径更粗的聚酯单丝，配合一定比例的尼龙代替聚酯单 丝，从而提高成形网的使用寿命;面层纬线和底层纬线的数量比例采 用 2 ： 1 或者 3 : 2 12-13o 两层网的结合是通过中间层缝合起来, 可以采用纬线缝合，比如传统三层网和自支撑绑定缝合技术 (SelfSupportingBinding, SSB)三层网，其横向切面结构如图 4 所7j14-15 o图 4 三层网横向结构图 4)是传统三层网横切面的截面图，从 图 4 可以看出，面层和底层经、纬线各自交织，形成独立的网层;两 层网通过中间横向的单纬纱线缝合在一起，单纬的唯一作用就是将 上下两层网缝合在一起，一般采用的是尼龙

14、纱线。这种结构的网子 在造纸机运行过程中，内部磨损比较严重，容易断裂造成上下两层 网分离而下机。因此，又开发出了 SSB 型系列成形网， 它采用的是 横向双纬线缝合系统(见图 4 (b),两条相邻的缝合线轮换着在面层 和底层交织， 从表面上看双缝合线近似 1条线，这样而层编织结构 达到理想的平织，使而层平整性达到最优化。与传统的三层网相比, SSB 网的这种相邻缝合纬线的交换轮转限制了面层和底层的相对运 动，在一定程度上缓和了其磨损程度，提高了使用寿命;另外这种缝 合不仅起到缝合面层和底层的作用，还在面层起到支撐纤维的作用, 使网子整体更紧密。SSB 网是目前三层网的主导产品，每个品种有不同的

15、系列。目前 常用的有 16 综、20 综和 24 综等。所谓综数就是用来描述织机上一 个织造循环的不同顺序安排，对于多层网来说，是将上下两层看成 整体来计算的。综数越多，织造循环的变化种类越多。根据目前的 使用看，16 综 SSB 网的耐磨性好，但容易翘边;24 综 SSB 网不易翘 边，使用寿命却短于 16 综SSB 网。使用中要根据纸种和造纸机进行 相应选择。成形网在造纸机上运行过程中，而层和底层存在一个相 对运动摩擦的作用，这不仅对传统三层网的缝合线造成磨损，对 SSB 成形来说，其磨损也是不容忽视的。图 5为 SSB 网绑定纬线的 内部磨损状况，从图 5 可以看出，经过一段时间的运行后

16、，SSB 网 内部中间绑定线也会被磨损，这主要是由于造纸机在运行过程中受 到纵向张力，而层和底层产生相对运动摩擦造成的，造纸机负荷越 大， 磨损越厉害。 这种磨损不仅影响成形网的使用寿命， 也影响网 子的脱水和清洗，比如磨损处更容易黏附胶黏物等。根据生产纸种和造纸机的特点设计相应的三层网可以改善纸张的 质量和造纸机效率，在这方面，生产造纸成形网的几家外国企业均 开发出相应的产品。比如，福伊特公司针对卬刷纸的特点开发的更 纤细、更薄的成形网- PrintFormI 成形网，结合聚酯成形网纸而细腻和机而结构稳定的优点，可以减轻造纸机运行负荷、成形网 回湿及成形网尺寸稳定；德国汉跋(Heimbach

17、)公司采用 Stab 订 on 新 型聚合物单丝生产的 PrimobondXF 成形网可以提供高的纤维支撑指 数、最大的脱水能力和较长的使用寿命;2007 年初，坦菲尔德公司 推出了一种Hispeed 成形网，这种设计结合了 SSB 网的高纤维支撑 力和良好的稳定性以及两层网的轻薄和高效脱水的优点，成功用在 夹网成形器、混合成形器上，包括新闻纸、LWC 和 SC 等造纸机上； 海克王纳(HuyckWangner)综合考虑了滤水能力、纸幅干度、留着率、 纸幅匀度和运行性能等指标，设计了新一代的成形网-Apexx,其关键技术在于新型经线概念和造纸机横向上的网孔结构，当纤维 离开流浆箱时，他们会沿着

18、造纸机方向定向排列，获得更好的留着。传统三层网和 SSB 网均是采用横向纬线缝合技术，纸机运行过程 中，而层和底层产生相对移动引起磨损，长期运行会破坏缝合纱线 及面层和底层的内部结构。近年来又出现了经线缝合技术的三层网, 有代表性的是经线集成绑定(IntegratedWarpBinders, IWB),图 6 是 IWB 网的纵向截面结构图。可以看出，与传统三层网和 SSB 网不 同的是，IWB 网采用的是经线缝合技术，这是结构上的变化14。 图 6 展示了 IWB 网沿着造纸机纵向的横切面结构图，从图 6 可见， 两条缝合经线共同作用编织在网子面层中，与 SSB 网一样增加了面 层纤维支撑指数。在造纸机运行过程中，经线缝合也受到纵向张力 作用，但由于经线缝合是沿着造纸机纵向的、上下两层不产生相对 运动，因此内部磨损小。这种经线缝合的 IWB 网在运行过程中受到 纵向张力的情况下，结构更加紧密，增加了其强度。这种强度的增 加可以采用更优质的细纱线，提高经纬密度，增加纤维支撐度，改 善脱水性能和成纸质量。另外，江苏金呢工程织物股份有限公司新 开发的经线自绑定(WarpSelfBinders, WSB)成形网也是在这个思路 的基础上开发的，填补了国内空白。目前，三层以下聚酯成形网己被国外先