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第四章打浆造纸试验及其检测第一节打浆试验及其检测试验的目的和要求:1.必须掌握打浆工艺条件制定及工艺计算2.必须掌握纸浆打浆度和湿重的测定原理和方法3.初步掌握打浆操作过程4.了解实验室常用打浆设备的打浆原理及结构性能5.了解打浆过程中纤维形态和各项物理性能指标的变化一.实验室常用的打浆设备及其操作实验室用的打浆设备有很多种,最常用的有:瓦利打浆机(Valley)、PFI磨(PFImill)、φ300高浓盘磨机、单球磨和六罐磨等。我院实验室有前三种。实验室常用的打浆设备,其作用原理,都是基于在水介质中对纸浆进行机械处理,使纤维经受机械力的作用而产生切断、压溃、润胀和细纤维化等变化,从而使纸浆满足成纸的要求。(一)瓦利(Valley)打浆机打浆
(参见QB/T-3703-1999)1.设备及工作原理(1)设备结构:由浆槽、底刀床、加压机构和放料塞等部分组成。见图4-1。
(2)工作原理:一定浓度的浆料在打浆机内进行机械处理,使纤维在旋转的飞刀和固定的底刀间经受不同的作用而被疏解、切断、润胀、压溃和细纤维化等作用,从而使浆料具有一些特定的性能。(3)主要技术规格
打浆机有效容积为:23升;飞刀辊规格:φ168mm×152mm,上面镶有32把不锈钢刀片,刀片规格为:152mm×33mm×4.7mm;底刀规格:159mm×16mm×3.2mm,有7把不锈钢刀片。杠杆比为:1.94∶12.打浆操作步骤(1)浆料的准备:根据浆料的水分含量和打浆浓度,计算出相当于360±5g(或460±5)g绝干浆的浆样和用水量。如系干浆板或风干浆,在加入打浆机前,需用5升水浸泡4小时以上,然后撕成25×25mm的小浆片。湿浆无需用水浸泡。(2)浆料疏解①装料前,先在打浆机浆槽中加入18升温度20±5℃的水。然后启动打浆机,将浆料慢慢加入机内,时间控制在3~5min。装完料,补冲水至浆料和水的总体积为23.0±0.2升,以使打浆浓度约为1.57%(或2%)。调节浆料温度在20±5℃,然后进行疏解,至无小浆快为止。测打浆度时取浆量:2÷1.57%=127.39mL或2÷2%=100mL(包括抄浆片也取100mL)②在疏解过程中,应将底刀杠杆臂上下移动1~2次,使挂在飞刀背后和邻近挡板上的浆落来。疏解操作一般控制在30min以内。
疏解结束,取样测定打浆浓度和原浆的打浆度、湿重,并用显微镜观察纤维形态。若有必要,可同时取样抄纸测定原浆的物理强度。(3)打浆①打浆条件打浆浓度:2%;绝干浆:300~460g;最终打浆度:40~450SR杠杆臂负荷:54±1N(对木浆)或29.4±1N(对草浆)。飞刀辊转数:498±12r/min②取样:从打浆开始,每隔10~15min取样一次测定打浆度和湿重。并观察纤维维形态的变变化。同时时取样抄纸纸,测定纸浆的物物理强度,,以研究打打浆过程中中纸浆性能的变化情情况。物理理强度的变变化规律应应是:先随打浆度的的升高而逐逐步升高,,升到一定定高度后再逐渐下降降。打浆结束,,取下重铊铊,把纸浆浆用150目的尼龙袋收集起起来备用,,然后用水水彻底清洗洗打浆机。。(二)PFI磨打浆浆(参见GB/T1463-1992)1.设备及及工作原理理(1)设备备结构由打浆辊、、打浆室和和加压装置置三部分组成成。打浆辊直径为200mm,辊上有33把刀片片,刀片长长50mm,,宽5mm,刀片槽槽间深度为30mm,刀刀片平行于于打浆辊轴线成成辐射方向向排列。打打浆辊由1KW电机带动,顺顺时针运转转,空载时时额定转速速为1460±±30r/min。。打浆室内径为250mm,,由400W电机带带动,空载时转速速控制在710±10r/min,以以使打浆室室和打浆辊间间的圆周速速度差值为为6.0±±0.3m/s.加压装置由重铊和杠杠杆系统组组成。打浆压力由由重铊通过过杠杆使打打浆辊移向向打浆室的的内壁而产产生的。打打浆时,打浆辊和打打浆室分别别在垂直轴轴上沿相同同方向转动动。(2)PFI磨工作作原理基于以相同同方向旋转转的打浆辊辊和打浆室室之间的圆周速速度差,使使浆料在打打浆辊和打打浆室间隙中受到机机械作用而而达到打浆浆目的。2.打浆操操作步骤(1)浆料料准备:称取相当于于30±0.5g绝绝干浆的浆浆料,用水水充分湿润,,浸泡时间间长短视纸纸浆种类和和干度而定。若为浆浆板或风干干浆,则在在室温下用用0.5L水将其浸泡4h以上,,并将浸泡泡过的纸浆浆撕成约25mm××25mm的小浆块块。湿浆不不用浸泡。。(2)浆料料解离:浆料在PFI磨打浆浆之前,通通常需经解解离,使交交织的纤维维或纤维束束通过机械械疏解作用用解离成单根纤纤维,时间间5min。但仍保保持纤维的的固有状况。解解离机或疏疏解机的结结构见教材材P133(3)浆料料浓缩:浆料解离后后,用布袋袋进行浓缩缩,(或用用布氏漏斗进进行浓缩,,内放滤纸纸或100目的滤网网,用抽滤瓶瓶抽滤脱水水浓度大于于10%,,为避免纤维流失,,可将滤液液重复过滤滤一次,必必要时可过滤数次。。)称量浓浓缩后之浆浆料,并加水稀释至总重为300±5g,相当当于10%的浓度。。(4)打浆浆①打浆条件件:打浆压力木木材原料::3.33±0.1N/mm刀片长长度非木材原料料:1.77N/mm刀片片长度打浆浓度::5%~25%,最最佳浓度为为:10%刀间距:0.2mm打浆辊转速速:根据最最终打浆度度确定(计速器与与打浆辊转转速比=1∶10))木浆最终打打浆度可控控制在:45~500SR②打浆操作作:调节打浆元元件和浆料料温度在20±5℃℃,将浓度度10%的的浆料放入入打浆室内内,尽量使使浆料均匀匀分布在内内壁周围,,注意不要要使浆料留留在打浆室室底部和打打浆辊横断断面相对应应的区域内内。然后将将打浆辊放放入打浆室室内,并盖盖好盖。首先启动打打浆室,使使浆料甩到到内壁上,,然后再开动打打浆辊,待待两个打浆浆元件达到到满速旋转时,施加加打浆压力力,并同时时开动转速速计数器。。当转速达到到要求时,,先解除打打浆压力,,停止打浆。再关闭闭电机,待待打浆室和和打浆辊停停止后,打开盖子,,提起打浆浆辊。把浆料移至至容器不少少于2升的的量筒内,,用水冲洗浆室室内壁,洗洗涤水一并并倒入量筒筒中,稀释至总体积积为2000±±25mL。然后移入标标准纤维解解离器中,,于转数10000转下,使纸浆浆悬浮液充充分解离后后,取浆料料测定打浆度、湿重重和保水值值,并用显显微镜观察察纤维形态。其余浆浆料用于抄抄纸,并测测定物理强强度。标准纤维解解离器主要要有圆筒容容器,螺旋旋桨和记录转速速的计数器器组成,主主要起疏解解作用。俗话说纸成成于打浆,,所以打浆浆对纸张质质量有很重重要的影响响。打浆能能提高纸张张的抗张强强度,耐破破度和耐折折度等物理理强度。同同一种浆料料。由于打打浆方式不不同,可以以生产出不不同物理性性质的纸张张。在打浆浆过程中为为了掌握浆浆料中纤维维的变化情情况,保证证打浆质量量,必须及及时对浆料料进行各项项质量指标标的检查。。打浆工段段的检测项目主主要有浆料料浓度、打打浆度,保保水值、纤纤维平均长长度和纤维维湿重等。。二.打浆过过程的检测测(一)纸浆浆浓度的测测定纸浆浓度的的测定是造造纸厂生产产检查中很很重要和最常用的的一个项目目,测定结结果准确与与否对生产影响较大大。例如::在漂白、、打浆、测测硬度前及网前箱中中均要测纸纸浆浓度。。测浓度的的方法也有好几种,,有干燥法法、真空抽抽滤法、离离心脱水法和手拧法法等。(二)纸浆浆滤水性能能的测定纸浆滤水性性能的测定定,通常用用肖伯氏打打浆度仪和加拿拿大标准游游离度仪测测定。我国国习惯于前者。两种仪器的的工作原理理相同,但但测定时所所取浆量不同同,测定结结果的表示示方法也不不同。下面介绍肖伯伯氏打浆度度仪的测定定:1.肖伯氏氏打浆度的的测定(参参见GB/T3332-1982)打浆度是指指浆料经过过打浆以后后,纤维受受切断、润张、、分丝和帚帚化的程度度,它是衡衡量水中浆料悬浮液液滤水性能能的一个重重要指标。。抄造的纸张不同,,要求的打打浆度也不不同,它与与纸张的物理性能有有密切的关关系。打浆浆度的单位位以0SR表示,读作作度。(1)仪器器结构肖伯氏打浆浆度仪主要要有:滤水圆筒、、锥形盖和和分离室三部分组成成。见教材P136图4—5。。滤水圆筒1:其上部部为一内径径137mm的圆筒,下部为为450的锥形体。。锥形体下下部安装一一个80目的铜铜网2,滤滤水圆筒是是活动的,,可以从仪仪器中取下。。滤水圆筒筒内有密封封锥形盖3,外径为为120mm,锥面与与垂线成550角,锥形盖盖上部与手轮4联结结,目的是是为了提升升,提升应应以100±10mm/s的速度度恒速进行行。转动手轮可可使锥形盖盖下降与滤滤水圆筒密密封。滤水筒下部有有一个漏斗斗形锥体状状的分离室室6,分离室上部有有一个平衡衡空气压力力的通气管管,下部装有一个斜斜管8和一一个直管9,斜管直直径为16mm,,直管直径径为2.32mm,,其大小应应能满足1000mL、温度度20±0.5℃℃的蒸馏水水在149±1S内排完。。分离室内装装有一个活活动的伞形形架10,,用以分布布从铜网上滤滤下来的水水,以防水水溅入斜管管内。2.工作原原理打浆度仪是是根据打浆浆程度不同同浆料的滤滤水速度不同的的道理而设设计的,在在将含有2g绝干浆浆的悬浮液1000mL倒入滤滤水圆筒时时,纤维即即在滤网上形成成滤层,水水通过滤层层进入分离离室,随之从两个排排水管流出出。打浆时时间短,浆浆料滤水快,从斜管管流出的水水量就多,,反之,打打浆时间长,滤水水慢,从斜斜管流出的的水量就少少。通过从斜管流出出的滤液的的多少,来来衡量打浆浆度的高低。从斜管管流出的水水越多,打打浆度越低低,从斜管流出的水水越少,打打浆度越高高。用特制量筒筒收集从斜斜管流出的的滤液,即即可直接读出纸纸浆的打浆浆度值。计算式为::打浆度=((1000-斜管流流出的水量mL)/100SR(3)打浆浆度仪的调调试及校准准①检查是否否漏水:调整仪器所所带水平仪仪,使铜网网保持水平平。将锥形盖于于关闭位置置,将水倒倒入滤水筒筒内,检查密封锥形形盖是否漏漏水,完好好状态应不不漏水。②仪器清理理程度的检检查:用20±0.5℃的的蒸馏水1000mL进行空空白测试。如果果测定结果果超过40SR,说明明有纤维或杂物附于于仪器内部部,这时必必须用丙酮酮和软毛刷清洗,并并用清水洗洗净。如果果铜网不合合格应更换。③斜管位置置的校正用手指堵住住直流管下下口,将20±0.5℃的蒸蒸馏水100mL倒入入分离室中中,待过量量的水从斜斜管完全流出后后,放开直直流管口,,用一量筒筒收集从直流管流出出的水量,,体积应在在7.5~~8.0mL之间,否则应校校正斜管流流出位置。。(4)测定定步骤①取相当于于2g绝干干浆的浆样样,倒入测测定量筒内,加清水水(为准确确,可加蒸蒸馏水或离离子交换水)约300mL,用分散散器(或玻玻璃棒)将将浆料充分打打散后,再再用清水(或蒸馏水或或离子交换换水)稀释释至1000mL,,用玻璃棒搅搅匀,待测测的悬浮液液中不能有有气泡存在,并控制制温度在20±1℃℃,或用用20±1℃的清水测量。。②沿逆时针针方向转动动手轮,置置锥形盖于于关闭位置。随之倒倒浆样于滤滤水筒中。。③静止5秒秒钟后,启启动手轮,,提起锥形形盖,水通通过滤网进入入分离室,,分别从直直流管和斜斜流管流出。④待斜流管管停止滴水水后,即可可从专用量量筒上读出打浆度度值。每一种浆料料应做两次次测定,取取其算术平平均值作为测定定结果。两两次测定值值的相对误误差不得超过4%。。(5)测定定打将度的的影响因素素打浆度的测测定结果受受温度和浓浓度的影响响,温度上升,,滤水速度度加快,打打浆度下降降,成反比关系;浓浓度提高,,滤水速度度下降,打打浆度上升,即浓度度与打浆度度成正比。。因此,测定定时必须严格控制制条件。测测定温度要要求在20±1℃℃。上述条件在在实验室尚尚能做到,,但在生产产上,如果没有浓浓度自动控控制,打浆浆浓度往往往发生波动,如果纸纸浆浓度测测不准,就就不能保证证每次取样2g绝干干浆,因此此测出的打打浆度就产产生了误差差。(三)纸浆浆纤维湿重重的测定在打浆过程程中,除了了控制打浆浆度外,还还要控制纤维长度度,因为纤纤维的长短短对纸浆的的强度有很大的影响响。大家知知道,打浆浆方式可分分为游离打浆和粘状状打浆,两两种打浆方方式所得纸纸浆的强度是不一样样的,因此此,只测打打浆度不测测纤维长度,不能确确切反映纸纸浆强度的的高低。纤纤维长度的测定,,在过去去通常采采用显微微镜观察察法,每每次测定不得得少于200根根纤维,,取平均均值作为为纤维的平均长长度。此此法由于于手续麻麻烦,需需要时间间较长,不能能及时指指导生产产,我国国纸厂大大都采用测定纤维湿湿重的方方法来间间接反映映纤维的的长短程程度。纤维的的湿重常常采用框框架法测测定,即即在肖伯伯氏打浆度仪仪进行打打浆度测测定时,,在仪器器的锥形形盖上,附加加一个金金属框架架,在测测打浆度度的同时时,测定挂在在框架上上的湿纤纤维的质质量,即即为湿重重。1.仪器器结构框架的形形状如图图4-10所示示。骨架架是由截截面积2mm2的铜线制制成,呈呈直径为为125mm的的弧形。框架架的一边边有伸到到中心的的缺口,,以便放放在肖伯氏打打浆度仪仪的锥形形盖的轴轴上。框框架上共共有25根肋肋条,每每根宽0.3mm,高高2mm,肋间间距5mm。框框架边缘缘设有四四根长20mm支腿,,用于支支撑框架于于打浆度度仪的锥锥形盖上上。在框框架中央央有一个活动动的半圆圆环,便便于取放放。2.测定定步骤将框架置置于肖伯伯氏打浆浆度仪的的锥形盖盖上,然后按通通常打浆浆度的测测定程序序进行测测定,由由于框架附架架在锥形形盖上,,因此,,当升起起锥形盖盖时,一些纤纤维便挂挂在框架架的肋条条上。静止2min,取下框架架,称量量框架增增加的质质量,即即得纤维维之湿重。显然,纤纤维越长长,框架架上附挂挂的纤维维越多湿重越大大。因此此,用湿重可可间接地地表示纤纤维的平均长度度和打浆浆时浆料料纤维被被切断的的程度。框架法测测定纤维维的长度度仅是近近似方法法,因为为框架上附附挂的纤纤维多少少除了与与纤
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