打浆浓度对纤维性能的影响

打浆浓度对纤维性能的影响

在纸浆运输过程中，纤维没有发生化学变化。因此，无论采用何种类型的纸浆运输设备，它们主要都是切、压、湿、厚纤维，这些是纤维壁的变化。一般认为,打浆对纤维的作用和变化除压溃、揉搓、分裂以外,大体可主要分为以下五方面:细胞壁的位移和变形、初生壁和次生壁外层的破除、润胀、细纤维化和切断等。这五个方面的作用是针对单根纤维而言的,在实际生产中,利用打浆度和纤维形态的综合表现(如湿重)来表征打浆效果。由于纤维的抄造与成纸特性在很大程度上取决于纤维的形态参数,纸浆纤维的形态参数主要有纸浆纤维的长度、宽度、卷曲、扭结、纤维粗度和纤维强度等。这些参数是评价纤维质量的重要指标。纤维质量的好坏不仅影响纸浆的质量,还直接关系到成品纸的质量。纤维的长度、粗度和强度是造纸纤维的三个基本性质,与纸张的性能有着密切的关系。前两者反映了纤维形态的基本特征,纤维长度和强度的变化主要影响纸页的强度,而纤维粗度的影响几乎遍及所有纸页的性质。粗度对纸张的多数强度性能、空气和液体渗透性以及表面平滑度均有重要的影响。粗度与每克重的纤维数之间有一个相反的关系。纤维强度对纸页强度的影响也与纤维结合程度有关。对结合较差的纸页,其影响程度很小,因为纸页断裂主要发生在结合部位,并不是纤维断裂;而对结合良好的纸页,纤维强度大大地影响受纤维裂断控制的那些强度性质,纤维强度的降低会导致抗张强度、耐破度、耐折度和撕裂度的明显下降,尤其是耐折度下降更多。由于绝大多数纸页都是结合很好的,纤维强度直接影响到纸的强度,因此在工艺过程中,应将纤维强度的损失降低到最小限度。所以,在制浆造纸过程中,对纤维形态参数及其变化的测量是非常重要的。本实验主要以桉木化学浆为原料研究了在不同浓度(6%,8%,10%,12%)下PFI磨打浆时纤维形态与打浆浓度的相关关系。1实验1.1织物、织物、数据来源桉木化学浆,含水率10.3%,游离度592mL,纤维重均长度0.76mm,重均宽度12.17μm,细小纤维含量2.24%,卷曲指数18.4%,扭结指数2.43/mm,抗张因子11.913N·m/g,撕裂指数3.262mN·m2/g。1.2实验设备PFI磨,FS-300纤维质量分析仪,加拿大标准游离度仪,标准纸页成型器,L&W抗张强度测定仪,撕裂度测定仪。1.3实验方法2结果与讨论2.1浓度对游离度的影响在造纸工业生产中通常用打浆度或游离度来表示浆料在网上的脱水难易程度及纸浆的滤水性能,在不同浓度下打浆浆料游离度的变化如图1。由图1中可以看出游离度随打浆浓度的升高和打浆程度的提高而下降,但打浆浓度在8%以后游离度变化不大。相同游离度在同样打浆转数时即刀片对纤维有相同切断作用时打浆浓度越高越易达到,这是因为游离度仅体现了浆料滤水性能,而影响滤水性能的因素包括纤维长度和纤维的分丝帚化情况,在不同浓度下打浆纤维受刀片切断作用强度不同,并且打浆浓度越高纤维之间摩擦作用会使纤维分丝帚化作用加强。2.2纤维强力、可燃性能强纤维长度是评价造纸植物纤维原料和纸浆质量的重要指标之一,纤维长度与纤维结合力是影响纸张物理性能的关键因素。由于造纸纤维长度的不均一,通常需要测定大量的纤维和用统计的方法计算纤维的平均长度。同一种纤维可以用三种不同的平均长度的数值来表示,这三种数值分别是:数量平均长度(Ln)、质量平均长度(Lw)和双重重均长度(Lww),三者各有不同的物理意义,Ln、Lw多数用于表示纤维受破坏程度及作为纸张的物理性能好坏的指标,Lww代表了较长部分的纤维的长度。同一浓度下随打浆程度的加深纤维重均长度逐渐变短,打浆过程中刀片对纤维切断,12%浓度下打浆纤维长度高于6%、8%和10%浓度下纤维长度,中浓打浆主要靠纤维网络体的“摩擦效应”、纤维之间的“弹性形变”和磨齿的机械剪切作用共同完成,在中浓打浆过程中,磨齿机械剪切作用退居次要地位,对单根纤维的作用力微弱,纤维切断少,纤维长度保留较好。打浆浓度高对纤维长度有保护作用,刀片对纤维的直接切断作用减小。在打浆过程中,纤维的吸水润胀和细纤维化、压溃、揉搓等作用使纤维发生细胞壁的位移和变形,初生壁和次生壁外层产生了破除作用。随打浆程度的加深纤维宽度呈明显上升趋势,在不同打浆浓度下,纤维吸水润胀、分丝帚化程度不同,中浓打浆时纤维间的摩擦形变作用更大,纤维宽度也会加大。游离度在420mL下降到320mL过程中10%浓度下打浆纤维宽度值最大。纤维在打浆过程中,由于种种关系,纤维受到的作用是不同的,有的纤维在打浆时可能吸水润胀和细纤维化较好,也有的纤维则受到较强烈的切断作用,这主要是由于每根纤维所受外力不同。受到摩擦、挤压等力较大的纤维,其初生壁和次生壁外层的除去较易些,因而纤维吸水润胀和细纤维化就较好;反之,有的纤维在破除初生壁和次生壁外层之前,就受到较强的剪切刀作用,纤维受到横间切断的可能性就较大。2.3纤维卷结量和扭结率的测量浆料中细小纤维含量会影响浆料滤水性能及成纸强度。打浆浓度为6%、8%和12%时细小纤维含量基本一致,而12%浓度时细小纤维含量明显低于以上三个浓度。也就是说,浓度在12%时打浆过程切断作用导致的细小纤维少,纤维之间摩擦作用较多。盘磨机械浆和预热机械浆等在高浓磨浆过程中由于热和高脉冲的作用以及磨齿的搓捻等作用,纤维承受了很高的热应力和机械应力而产生弯曲扭结。所谓纤维卷曲是指纤维平直方向的弯曲。在一定程度上,纤维卷曲指数增加,成纸的抗张强度、耐破度、环压强度下降,而成纸的透气度、松厚度、过滤速度和光散射系数等增加。纤维卷曲指数一般测量统计每根纤维的卷曲状态来表示纤维卷曲的程度。纤维的扭结是指由于纤维细胞壁受损而产生的生硬的转折。扭结程度高的纤维在纸张的抗张强度、撕裂强度等性能方面会受到较大的削弱。纤维的扭结率表示发生扭结的纤维数占总纤维数的比值,而纤维的平均扭结角一般测量统计每根纤维扭结角的平均值。图中可以看出,纤维卷曲指数和扭结指数都随打浆浓度的增加而增加,8%和10%浓度下二者较为接近。这主要是因为随着浓度的增加,纤维受流体剪切作用,小纤维网络单元自身受流体剪切发生的变化以及小纤维网络单元之间的相互作用构成了打浆作用的主要动力。2.4裂断长和裂度Clark的实验认为,纤维重均长度与纸张的物理强度有密切关系:耐破因子与Lw成正比,撕裂因子与Lw3/2成正比,裂断长与Lw1/2成正比。随打浆浓度的提高,成纸抗张因子和撕裂指数均提高。纤维长度及纤维间结合力是影响成纸强度的主要因素,打浆浓度较高,纤维长度保留较好,纤维分丝帚化程度好,纤维间结合点多,纤维间结合力提高,成纸强度自然就会提高。3纤维重、形态及大小含量3.1游离度随打浆浓度的升高和打浆程度的提高而下降。3.2PFI磨中浓打浆,随