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濰坊友誼紙業股份有限公司

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粗粒多元合金磨片與裝飾原紙加填共磨工藝的適應性

2019-12-04

為保證具有良好的覆蓋力,裝飾原紙生產過程中需添加大量填料,主要是鈦白粉。另外,在保證一定物理強度指標前提下,原紙還需有良好的勻度、平滑度、抗張強度、濕強度、吸收性、透氣度和松厚度,有利于后工段適印性和三聚氰胺樹脂浸漬的穩定與均一。原料配比、加填、打漿、壓榨、干燥、壓光等每個環節均會影響到原紙的品質。[1、2]


裝飾原紙生產過程中,填料添加流程有叩前加填、叩后加填和涂布加填等不同工藝,叩前加填流程是將制得的鈦白粉等顏料和填料與充分碎解的木漿(NBKP+LBKP)在碎漿池混合泵送至磨漿機打漿(見圖1),使木漿、鈦白粉和顏料混合更均勻,相互間結合更緊密。有助于解決鈦白粉在紙漿中不易分散混合的問題,在使用相同助留劑配方前提下,對提高裝飾原紙遮蓋力和鈦白粉的留著率有顯著幫助。


裝飾原紙生產采用叩前加填再磨漿工藝時,高比例的鈦白粉等填料加劇了對磨漿機核心部件磨片的磨損,這一現象沒有看到相應的文獻記載,也沒有文獻提出合適的解決方法。據此,南通華嚴磨片研究中心與鴻源紙業技術團隊協作,針對高填料紙漿共磨的磨粒磨損,比對多種磨片材質適應性,最終優選多元合金磨片替代進口不銹鋼磨片,達到理想效果,本文作簡要分析和介紹。


1 鈦白粉


1.1 鈦白粉的結晶形態和硬度


鈦白粉,學名:二氧化鈦,化學式:TiO?,常用的有Anatase——銳鈦型、Rutile——金紅石型,金紅石型和銳鈦型具有不同的晶格,但為同一晶型,都屬于四方晶系,硬度較高。金紅石型莫氏硬度6-6.5級,銳鈦礦型莫氏硬度5.5-6.0級,不銹鋼莫氏硬度僅5.5級,鈦白粉制備過程中對裝備和元件的磨粒磨損,是較常見的問題。


1.2 鈦白粉的光學性能


鈦白粉在裝飾紙中的不透明度和白色效果來源于鈦白粉粒子的光學作用,即鈦白粉的光散射能力。鈦自粉的光散射能力包括對光的反射、衍射和折射,比較復雜,涉及顏料的粒徑、分散、以及顏料的晶型結構等。[3]鈦白粉的折射率是白色顏料中高的,因此,從理論上來說,它的遮蓋力也是高的。但是二氧化鈦顆粒大小、顆粒結構和分散程度影響其遮蓋力。在大于可見光半波波長的范圍內,粒徑越細,分散性越大,則遮蓋力越大,當平均粒徑為0.2μm時,遮蓋力大。


鈦白粉是世界上最白的物質,1克足以把450cm2的面積涂得雪白。應用鈦白粉的紙張,白度好、強度高、有光澤、薄而光滑、印刷時不穿透,在相同條件下不透明度比碳酸鈣、滑石粉高10倍,重量也能減輕15%-30%。


1.3  鈦白粉在裝飾原紙行業的使用量


據不完全估計,國內用于裝飾紙的鈦白粉每年超過3萬噸,裝飾紙使用的鈦白粉量是造紙行業中應用最多,遠高于其它紙種,源于對房屋、高檔家具的大量需求,裝飾紙的用量逐漸上升,鈦白粉的用量也在逐年遞增。裝飾原紙的鈦白粉含量為20-40%,成本占30-50%。


2 裝飾原紙加填工藝流程三種


2.1叩前加填工藝流程


裝飾原紙叩前加填工藝流程,將鈦白粉等填料與木漿(NBKP+LBKP)在碎漿池混合泵送至串聯的磨漿機組共磨打漿(見圖1)。


郝寧、張美云等人的研究表明,采用填料與纖維共磨方式加填的紙張中均存在細小纖維包裹纏繞填料的復合結構,在傳統加填方式加填紙中則未發現。[4]


2.1叩后加填工藝流程


裝飾原紙叩后加填打漿流程中,漂白硫酸鹽針葉木漿(NBKP)與漂白硫酸鹽闊葉木漿(LBKP)分別經過串聯的磨漿機組進行打漿,鈦白粉等填料在叩后池加入(見圖2)。


2.3涂布加填工藝流程


裝飾原紙涂布加填流程中,鈦白粉等填料只需在涂布時涂在表面(見圖3)。[5]


3 叩前加填磨漿磨片材質優選過程


佛山市高明鴻源紙業某裝飾原紙生產線,使用叩前加填工藝流程,配置多臺20英寸安德里茲雙盤磨,用于木纖維和鈦白粉等填料混合的漿料共磨打漿,該流程改變叩后加填工藝流程的不足,制得的鈦白粉懸浮液與充分碎解的木漿(NBKP+LBKP)在碎漿池混合泵送至磨漿機共磨打漿(見圖1),使流程大大縮短,減少了磨漿設備數量和電能消耗,解決了傳統流程電耗高和鈦白粉在紙漿中不易分散混合的問題,使木漿、鈦白粉和顏料混合更均勻,相互間結合更緊密。在使用相同助留劑配方前提下,有助于提高裝飾原紙遮蓋力和鈦白粉的留著率。鈦白粉是較昂貴的原料,因為留著率的提高和動力消耗的降低,使生產成本得到降低。但是,高比例的鈦白粉等填料加劇了對磨漿機核心部件磨片的磨損,這一現象沒有看到相應的文獻記載,也沒有文獻提出合適的解決方法。據此,南通華嚴磨片研究中心協同具有裝飾原紙豐富生產經驗的鴻源紙業技術團隊,針對高填料紙漿共磨的磨粒磨損,比對多種磨片材質適應性,最終優選多元合金磨片替代進口不銹鋼磨片,達到了理想效果,延長了磨片使用壽命。


3.1 叩前加填磨漿不同材質磨片的比較


3.1.1  不銹鋼磨片波浪形磨損


如前述,鈦白粉硬度較高,金紅石型莫氏硬度6-6.5級,銳鈦礦型莫氏硬度5.5-6.0級,不銹鋼莫氏硬度僅5.5級,不銹鋼磨片在添加鈦白粉的紙漿打漿過程中,磨粒磨損是較常見的問題。本項目初期使用的進口原裝不銹鋼磨片價格昂貴,僅使用不到30天就出現劇烈的波浪形磨損,嚴重影響了打漿質量和效率。(見圖4)


3.1.2  高鉻鑄鐵和中鉻鑄鐵磨片斷齒和嚙合狀磨損


鴻源紙業技術團隊在其它裝飾原紙項目也對叩前加填共磨打漿的磨片材質進行過比較,高鉻鑄鐵和中鉻鑄鐵磨片具有較高的硬度,但是抗沖擊韌性較低,磨片易斷齒并伴隨劇烈的嚙合狀磨損(見圖5),影響成漿均一性和正常生產。


3.1.3  陶瓷磨片脆性損壞


鴻源紙業技術團隊在其它裝飾原紙項目中,還曾經嘗試過陶瓷磨片,其具有較高耐磨性,但是脆性也較高,磨片上機立即易損壞 (見圖6),未能夠正常使用。



3.1.4  粗粒多元合金磨片磨損均勻延長了磨片使用壽命。


據上述幾種材質磨片的應用情況,南通華嚴磨片研究中心協同鴻源紙業技術團隊進行了深入的分析與研究,針對鈦白粉四方晶系結晶形態和高劃痕硬度特性,以及高填料紙漿共磨的磨粒磨損機理,比對多種磨片材質適應性,最終優選具有較高硬度和抗沖擊韌性的粗粒多元合金磨片替代進口不銹鋼磨片,打漿過程中,磨齒粗粒與微孔隙增加了摩擦力,促進了纖維的分絲帚化和纖維間的結合力。多元合金磨片經過特殊處理具有較高硬度和抗沖擊韌性,杜絕了斷齒、不耐磨等制約生產的問題,且消除了“鋸齒狀”磨損和 “蓬頭”現象[6],磨片使用周期定期觀察,磨損均勻、平整,打漿電流穩定,使用全周期壽命內未出現意外斷齒現象(見圖7)。


優選磨片材質的同時,根據該生產線打漿工藝指標和硬件條件,充分考慮填料添加量、用漿量、打漿時間、設備動力配置及管線分布等方面因素,采用南通華嚴Soft fin磨片齒型,實際運行中降低雙盤磨空載功率比例25%,通過量提高3.3%,打漿度提高2.7%,濕重提高7.1%,比進口磨片使用壽命提高80%,達到了理想效果,降低了易損件支出成本,并減少了停機維護的時間。


4 總結


本次磨片材質磨損對比和優化實踐,針對叩前加填混合打漿的工藝特性,優選具有粗粒多元合金磨片替代進口不銹鋼磨片,磨片磨損均勻、平整,打漿電流穩定,實際運行中增加通過量前提下,打漿度、濕重均同步得到提高,并大幅提高了磨片使用壽命,還改善了原紙的質量。


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