纤维质量分析仪在造纸中的应用

纤维质量分析仪在造纸中的应用

纤维原料的形态特征对成纸的性能有重要影响。正确、有效地确定纤维形状，对造纸原料本身的选择和质量分析的评价、浆砌造工艺的评价和新产品的开发起到了积极作用。本文重点阐述利用FQA纤维质量分析仪快速、准确测定纤维形态指标指导造纸生产的作用。1实验设备加拿大OpTestEquipmentInc生产的FQA纤维质量分析仪LDA02。1.1仪器组件纤维质量分析仪LDA02由光学组件、纤维流动系统、高性能计算机及辅助系统构成。1.2该设备的特点1.2.1防止物质溶液内的粘入量流道宽大,有效防止纤维束、纤维块的堵塞;含纤维水流位于两清水流的中间,防止了浆料中的油墨、树脂、胶料等物质粘附在流道壁上;纤维流送过程中,不会与泵、阀门等机械装置相接触,可最大程度地保护纤维形状不被改变,从而获取纤维形态参数,见图1。1.2.268nm的圆形振幅光用作测量光源1.2.3小型sd相机和高性能网络系统过氧纤维图像在摄像机内直接数字化后传输到计算机处理,失真减至最小,并能迅速准确地获得纤维形态参数的测量结果。1.3复杂异形纤维可用于测量漂白木浆、漂白草浆、APMP、机械浆、绒毛浆、复合长纤维等以及许多复杂的浆纤维。还可测量蒸煮、磨浆后,打浆前后,配浆工段,上网浆料,白水浆料等。1.4纤维原料的提取FQA纤维质量分析仪是一种能快速、准确测量纤维形态的仪器,测量指标广泛,主要有:纤维长度(包括计算数均、重均长度)、纤维宽度、粗度、纤维卷曲、纤维扭结、细小纤维含量、纤维束含量、针叶阔叶浆比例等。1.5仪器测量要求至少测定2000根纤维,纤维认定区间0.07~10mm。1.6仪器的重现性和数据可靠性测量测定结果再现性是衡量仪器质量的重要技术指标之一,公司于2002年购进该仪器,经过5年近千次纤维形态分析测量,证明该仪器再现性很好,数据稳定可靠。2实验该仪器经过多年的应用与实践,其作用总结如下。2.1fqa纤维分析法纤维长度是评价造纸纤维原料质量的最重要指标之一,是影响纸张性能的关键因素,FQA纤维分析仪可以准确有效地测定不同浆种的纤维长度频率分布,能准确计算纤维数均、重均长度和细小纤维含量,因此,在纤维原料选择上具有重要指导作用。2.1.1fqa数据处理结果分析表1和表2是利用FQA测定的一组针叶浆、阔叶浆、草浆纤维长度数据。表1数据显示,较长纤维分布方面,银星(针叶浆)好于布阔(阔叶浆),布阔好于麦草浆;表2是表1数据经FQA内部计算机处理后的结果,能更直观地看出各浆种间的平均长度Ln、Lw以及Lww之间的差别。纤维平均长度银星好于布阔,布阔好于麦草浆;重均细小纤维含量方面,银星(针叶浆)少于布阔(阔叶浆),布阔少于麦草浆。基于上述分析,可以测定数种针叶浆、阔叶浆、草浆以及非木材原料浆种的纤维形态分布,分别建立它们的纤维形态分布数据库。遇到未知浆种时,根据分布数据库确定新浆种所属类别以及浆种的等级,进而确定其用途,为生产提供依据。2.1.2南方松的纤维形态分析购买同品牌同原料的针叶浆或阔叶浆时,性能有时也有较大差别,可以利用纤维形态分布进行鉴别,区分相互间质量优劣,表3、表4是对不同时期的南方松漂白浆板进行的纤维形态分析。通过表3中的纤维长度分布频率和表4中的重均平均长度Lw可以看出,在纤维长度方面,南方松C最好,南方松A次之,南方松B最差;可以利用重均细小纤维含量进一步分析发现,南方松C细小纤维所占比重最小,南方松A次之,南方松B中细小纤维含量最多。结合纤维长度和细小纤维含量对成纸性能的影响,通过测定纤维形态的变化,确定其对抄造可能产生的影响,有效地指导工艺技术条件的调整。2.2增粘系数的计算过氧为满足不同纸张种类要求,需选择不同打浆方式(游离打浆、粘状打浆),如何在打浆过程中快速判断打浆方式是否与预期相符,以下介绍如何利用FQA快速验证。利用C.H.伊凡诺夫提出的增粘系数公式:K=△°SR/△L(其中,L取重均平均长度Lw值),分别计算表5、表6两种打浆方式的最终增粘系数KA、KB,得出KB=1.07、KB=1.48,根据打浆方式与增粘系数关系,可以判断A种打浆方式为游离打浆,B种打浆方式为粘状打浆。利用该方法,能迅速判断打浆方式选择与预期目标是否一致,确定打浆工艺是否需进一步调整。2.3纤维长度与织物长度的关系根据2.1中分析,显然利用FQA测定浆种纤维长度、细小纤维含量可以初步确定浆种质量,进而选择其合适用途,但是仅仅依靠纤维长度是不足以最终确定浆料用途的。高档文化用纸是长纤维与短纤维浆配合抄造的,表7显示,针叶浆A、棉短绒浆B在纤维平均长度方面介于南方松(针叶浆)和阿尔派(阔叶浆)之间,表面看来,用它们抄造高档文化用纸是可行的。但我们忽略了FQA测定的一个重要指标,那就是纤维的卷曲与扭结。当卷曲严重、扭结角度很大时,说明纤维很柔软,容易成团絮聚,造成纸张抗张强度下降、挺度下降、耐折度下降、延伸率上升、吸水性能上升、透气性能上升,很多指标都不利于高速印刷,因此,这两种浆料都不适合抄造高档文化用纸,而更适合抄造滤纸、餐巾纸等吸水性好、柔软的纸种。2.4dp-ceh-dp纤维的生长特性在此以甜高粱杆制浆为例,以经两种漂白方式DP和CEH处理后纤维形态与强度指标间的变化来说明两种工艺对纤维质量的影响。通过表8、表9可以看出,在两种漂白方式下,甜高粱浆在纤维长度频率分布和平均长度(Ln、Lw)方面都相差很小,因此长度差别对指标影响可以忽略。表10显示,在成纸强度指标:裂断长、撕裂度、耐折度方面,DP浆远好于CEH浆。结合上面的分析,可以确定DP漂白工艺相比CEH漂白工艺对浆料纤维本身强度破坏力较小,在保护纤维强度方面更具优势。同理,可以利用该方法对相同原料的不同漂白或蒸煮工艺进行分析验证,确定该工艺保护纤维强度方面的优劣。2.5指导介绍纸纤维新品种表11是新培育的一年生光叶楮制浆后与麦草浆纤维的分析对比。利用FQA进行纤维形态分析对开发有价值的造纸原料新品种具有重要指导意义。2.5.1纤维原料的确定通过表11可以看出,光叶楮各部位的纤维长度形态是不一样的,光叶楮皮纤维较长,重均长度Lw值接近针叶浆,重均细小纤维含量较低,是很好的造纸纤维原料;光叶楮芯纤维则较短,细小纤维重均量较高。整体来说,与麦草浆相比,光叶楮浆料的纤维长度较麦草长,细小纤维含量低,强度好,滤水性能比麦草优越,是一种较好的速生材。2.5.2确定最适合生产高质量的浆种的条件过氧在培育造纸新原料三倍体毛白杨过程中,因为它是多年生速生材,需确定各种条件对该原料的影响,也就是要确定何种条件下,原料质量最适合生产高质量的浆种。3通过对纤维长度和工艺进行合理管理和经营FQA纤维质量分析仪应用范围广,测定快捷、准确、再现性好,能够给造纸生产提供如下重要指导作用:⑴有效鉴别造纸纤维原料长度优劣,在纤维长度发生变化时给生产提供适时指导;⑵指导打浆方式迅速调整,保证打浆工艺正确贯彻;⑶借助纤维长度和纤维卷曲扭结测定,预测浆料用途;⑷对纤维强度破坏作出正确鉴定,判断蒸煮、漂白工艺间优劣;⑸指导开发有价值的造纸原料新品种。偏振角度经过特殊设计,使它对纤维具有更高的灵敏度,而对空气、填料、油墨等非旋光性物质不敏感,从而克服对测量结果的干扰。过氧对#37美废脱墨浆采取两种不同方式打浆,表5、表6是纤维长