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改善瓦线性能:理解和防止翘曲(上)

2007/10/17/08:59 来源:华印传媒

    纸箱企业总是设法提高竞争力、降低纸板生产成本,而事实上,纸张价格占纸板出售价格的50%以上,因此,在制造瓦楞纸板过程中,采用不均衡面纸的压力也随之增强。该情况就是否能在瓦线上持续生产出平整的纸板而提出了挑战。

    而我们所面临的是生产自动化及由此带来的瓦楞纸板加工工艺非技能化趋势。与过去相比,自动化省去了换单或设备运行时的人工调整和维护。即使在生产过程中操作人员数量减少了,但他们仍需详细了解纸张的基本性质、纸张在瓦楞加工过程中会发生怎样的变化、对成品质量潜在的威胁以及可能引起的风险和根本原因。

    本文将详细地探讨瓦楞纸板翘曲产生的原因和机理,这也是瓦线生产的基本原理之一。此外,安排部分操作人员现场观摩造纸全过程也是十分有帮助的,这样他们将更好的理解纸张的特性,也能更合理地解决纸板翘曲的问题。

    纸张质量与特性

    造纸机生产连续的宽幅纸张,这些纸张被卷成一个或更多的纸卷。另外设有单独的纵切装置来调整纸张的宽度,然后在可控张力下沿着规定的纸芯复卷纸幅,纸芯的内径应适合瓦线原纸架上的夹具。

    位于造纸机中心的纸张通常比边缘的纸张要厚,同理造纸机的不同位置湿度也不同,这可以从纸卷的湿痕看出。现代造纸机装有控制器,可克服这些缺点,但这些问题仍有可能发生。

    如果不采取保护措施,纸卷两端在装运过程中可能会吸收空气中的水分。就降低成本来说,一次购买数吨现货是相当吸引人的,但也可能引起诸如返潮之类的风险,因此检查是必要的保护性措施。这是一个独立在纸板生产之外的问题,但对这一问题的了解可帮助操作人员决定是否使用某个纸卷、将纸卷放置一段时间使之自然调整或是将纸卷作废品处理。应给湿部员工配备便携式测量仪器,帮助他们在装载之前两次检查纸卷。

    纸张是自然的产物,因此正如各个纸卷之间有差异,同一纸卷中的纸张也有差异。纸张潮湿时膨胀,干燥时收缩,这些影响在与纸张纹理垂直的方向上更为明显,原生长纤维硫酸盐纸在与纸张纹理垂直方向上的膨胀或收缩程度是沿着纸张纹理方向的两倍。现代造纸机经过专门设计,给纸张内部的纤维随机定向,而非沿着设备运行方向理顺纤维。

    如果因为湿度上升导致纸张膨胀,将纸张移回原来的湿度环境中,这些纸张在纵横方向上将收缩成小于原来的尺寸。这一现象被称为“滞后效应”。如果对同样的纸张再次重复同样的步骤,纸张将进一步整体收缩,但收缩程度随着每次重复操作而减小。水分含量高的纸张比起原先干燥的纸张更容易吸收额外的水分。如果对纸张加热,同膨胀和收缩效应相似,水分吸收效应将增强。

    较轻的面纸尺寸变化的幅度较大。BHS公司进行的测试表明每40英寸的轻型面纸可收缩3/8英寸(即9mm/m)。因此如果外层面纸用重型牛皮纸,里层用轻型纸张,可能出现严重的翘曲倾向,结果给纸板运行和加工带来了麻烦。如果将2磅/1000平方英尺的水加入65磅的纸(即将10g/m2的水加入300g的面纸),纸张水分增加约3%,但是如果将同样重量的水加入26磅(即125g)的纸张,纸张水分将增加约8%,加重了先前的不平衡状态。

    纸张在张力的作用下伸展,轻型纸张的伸展幅度更大。此外,近年来,随着纸箱企业在瓦楞纸板生产过程中越来越多地采用轻型纸张,预计几年内欧洲40%的瓦楞芯纸和10%的面纸克重将低于22磅(即100g/m2)。不论设备本身、其控制系统和精确度如何改进,我们应清楚操作人员必须了解他们的处理对象。如果缺少某些方面的培训和经验,他们成功的机会将微乎其微。

    图释:

    当纸张被加热滚筒烘干到平衡湿度之下,那么在之后的重新润湿过程中,纸张水分减少,尺寸缩小。测试表明结果是所有纸张均永久收缩。在瓦楞加工过程中,面纸可发生两次这样的过程。

    图释:

    研究不同纸张的收缩比例。根据不同的纸张克重,收缩率可达9mm/m,永久收缩率为3mm/m~4mm/m。轻型牛皮面纸或再生面纸比起重型面纸收缩率更高。这就解释了在结合轻型和重型面纸时出现的问题。

    翘曲类型

    相对于翘曲的原因,各种类型的翘曲更加为人所知。在对翘曲问题和原因进行更为广泛的分析之前,我们有必要对翘曲类型做出定义,因为识别翘曲类型是找出问题根源的第一步。

    所有的翘曲都是由应力冲突引起的,主要发生在平铺尺寸不同的里外层面纸上(有时在瓦楞芯纸上)。由于平整的纸板材料在进入双面机粘合在一起时具有不同的张力或水分含量,从而造成里外层面纸的差异。随着张力的作用,纸板内部的水分将最终分布均衡,同时也引起产生翘曲的应力。

    正向翘曲(向上翘曲)

    正如其名,正向翘曲是最为常见的翘曲类型。根据所有上述的纸张特性,如果单面纸板在进入双面机时比底层面纸潮湿,那么当多余的水分从上层转移到下层,纸板将如图所示,向上弯曲。这是因为上层面纸收缩,而下层面纸膨胀。

    这样看来正向翘曲的机理很简单。进一步探究下去,我们发现在相同条件下薄纸板(即楞高小)比粗楞纸板的翘曲程度更大,这是因为当面纸靠近时,两者之间的尺寸差异所带来的影响会放大。事实上,还有另外两个原因,这些原因如同我们对翘曲机理的理解那样重要。

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