制浆造纸原理与工程造纸第二章磨打浆华南理工大学.ppt

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1、 制浆造纸原理与工程制浆造纸原理与工程造纸第二章磨打浆华南理工大学 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 制浆造纸原理与工程 概 述打浆 浆料中的纤维受到剪切力的作用。包括机械打浆、超声波打浆和水力打浆等。制浆造纸原理与工程打浆的主要任务：（一）改变纤维的形态，使纸浆获得某些特性（如机械强度、物理性能和胶体性质），以保证纸页的抄造质量。（二）通过打浆调节和控制纸料在网上的滤水性能，以适应造纸机生产的需要，使纸页获得良好的成形，改善纸页的匀度和强度指标。制

2、浆造纸原理与工程打浆作用的性质 打浆是物理变化，打浆作用对纸浆产生的纤维结构和胶体性质的变化，都属于物理变化，并不引起纤维的化学变化或产生新的物质。注意：打浆作用会使纤维表面暴露一些新的基团，但这是纤维本身原有的，与化学变化无关。制浆造纸原理与工程关于打浆 “纸是在打浆机中打出来的”生产不同品种的纸和纸板，需要不同的打浆设备、打浆方式和打浆工艺。针对不同的纤维原料，也要采取不同的打浆设备、打浆方式和打浆工艺。制浆造纸原理与工程 打浆理论l一、纤维细胞l壁的结构l胞间层 Ml初生壁 Pl次生壁外层 S1l次生壁中层 S2l次生壁内层 S3 制浆造纸原理与工程各层的组成胞间层（M，middle l

3、amella）是细胞间的连接层，厚度为1-2 m，含纤维素极少，主要成分是木素。初生壁（P,primary wall）是细胞壁的外层，由微纤维组成，与胞间层紧密相连，厚度为0.10.3 m，含有较多的木素和半纤维素。制浆造纸原理与工程各层的组成 初生壁是一层多孔的薄膜，不吸水、不容易润胀，微纤维在初生壁上作不规则的网状排列，有碍次生壁与外界接触及纤维的润胀和细纤维化，故在打浆时需将此层打碎破除。制浆造纸原理与工程各层的组成次生壁外层（S1,secondary wall 1）由若干层细纤维的同心层组成，厚度为0.1-1 m，是P层与S2层的过渡层，其化学成分与P层接近。微纤维排列的方向与纤维轴向

4、呈7090度角，不规则交错地缠绕在纤维壁上。S1层微纤维的结晶度较高，对化学和机械作用的阻力较大，会限制S2层的润胀和细纤维化，故打浆时也需将此层打碎破除。制浆造纸原理与工程各层的组成次生壁中层（S2,secondary wall 2）由许多细纤维的同心层组成，是纤维细胞壁的主体。厚度为3-10 m，约占细胞壁厚度的7080%。该层纤维素和半纤维素的含量高，木素的含量少，微纤维的排列呈螺旋单一取向，与纤维轴向呈045度角。S2层是打浆的主要对象。制浆造纸原理与工程各层的组成次生壁内层（S3,secondary wall 3）由层数不多的细纤维同心层组成，厚度约0.1 m，在纤维壁中所占比例不到

5、10%，木素含量低，纤维素含量高。该层的化学性能稳定，微纤维的排列与S1层相似，与纤维轴向呈7090度角。在打浆中一般不考虑S3层。制浆造纸原理与工程纤维(fiber)的组成细纤维 (fibril)直径 300-500微纤维 (micro fibril)直径 250微细纤维 (finer micro fibril)直径 120原细纤维 (elemental fibril)直径 30纤维素微晶体(crystallile)用分辨率达1.5的电子显微镜还不能看到。制浆造纸原理与工程 制浆造纸原理与工程二、打浆的作用五种主要作用（排列次序与作用先后无关）（排列次序与作用先后无关）（一）细胞壁的位移和变

6、形（二）初生壁和次生壁外层的破除（三）横向切断或变形（四）吸水润胀（五）细纤维化 制浆造纸原理与工程（一）细胞壁的位移和变形打浆的机械作用 使S2层中的细纤维同心层产生弯曲，发生位移和变形；使细纤维之间的间隙增大，水分子更容易渗入，为纤维润胀创造了有利条件；对P层和S1层的破除起了重要的促进作用。制浆造纸原理与工程纤维次生壁的位移 制浆造纸原理与工程（二）初生壁和次生壁外层的破除 通过打浆的机械作用和纤维之间的相互摩擦作用将P层和S1层破除，以便使S2层充分地润胀和细纤维化。不同制浆方法和纤维原料，其P层和S1层破除的难易程度也不同。对某些化学浆，在制浆过程中已经破除了P层，所以打浆时主要是破

7、除S1层。制浆造纸原理与工程（三）横向切断或变形 切断是指纤维横向发生裂断的现象。主要是纤维受到打浆设备的剪切力作用和纤维间的相互摩擦作用所致。纤维的切断与其润胀有一定的关系。润胀良好的纤维不容易被切断。纤维切断后在断口处留下锯齿状的末端，利于纤维的分丝帚化和细纤维化。制浆造纸原理与工程（四）吸水润胀 “润胀”是指高分子化合物在吸收液体的过程中，伴随着体积膨胀的一种物理现象。纤维在打浆过程中也能吸水润胀。纤维润胀的原因是由于纤维素和半纤维素分子结构中所含极性羟基与水分子产生极性吸引，使水分子进入纤维素的无定形区，使纤维素分子链之间距离增大，引起纤维变形。制浆造纸原理与工程纤维润胀的意义 纤维润

8、胀是打浆过程中的一个重要问题。纤维润胀后，其内聚力下降，纤维内部组织结构变得更为松弛。纤维比容和比表面积增加，纤维直径可以膨胀增大23倍。有利于纤维的细纤维化，增加纤维间的接触面积，提高成纸强度，降低透气度。制浆造纸原理与工程纤维的润胀 制浆造纸原理与工程纤维润胀的影响因素 原料的组成-木素是疏水性物质，因此木素含量高的原料纸浆，不易润胀。半纤维素含量-草类纤维的半纤维素含量高，含有较多的游离羟基，比纤维素有更大的亲水性，容易吸水润胀。制浆方法-不同的制浆方法使纸浆的木素、纤维素和半纤维素的含量不同，因此也影响到纤维的润胀程度。制浆造纸原理与工程（五）细纤维化 纤维的细纤维化从细胞壁P层和S1

9、层破除时开始，并在纤维吸水润胀后大量产生。细纤维化包括：纤维外部的细纤维化 纤维内部的细纤维化 上述两种细纤维化作用，是打浆的重要作用之一，对纸页性质影响极大。制浆造纸原理与工程纤维外部的细纤维化 纤维分丝帚化，表面分丝起绒毛。分离出大量的细纤维、微纤维、微细纤维。从而大大增加了纤维的外比表面积，促进了氢键的结合。制浆造纸原理与工程纤维外部的细纤维化 制浆造纸原理与工程对照：打浆前的情况 制浆造纸原理与工程纤维的内部细纤维化 指纤维发生润胀后，在次生壁同心层之间彼此产生滑动，使纤维的刚性下降，弹性削弱，塑性增加，纤维变得柔软而有可塑性。制浆造纸原理与工程细纤维化主要产生于S2层这是由于：S2层

10、纤维素含量高 细纤维的排列与轴向几乎平行 打浆作用使S1层破除 使该层易于产生细纤维化。制浆造纸原理与工程 细纤维化与润胀的关系互相促进：纤维吸水润胀后组织结构松弛，为进一步细纤维化创造了有利条件；纤维的细纤维化，使水分更容易渗入，又能促进纤维的进一步润胀。制浆造纸原理与工程（六）打浆的其他作用 产生碎片 使纤维扭曲 卷曲 压缩（微压缩）伸长等 制浆造纸原理与工程三、纤维结合力纸的强度取决于 成纸中纤维间的结合力 纤维本身的强度。而实验研究表明，最终决定纸页强度的，是成纸中纤维间的结合力。制浆造纸原理与工程纤维的结合力有四种：氢键结合力（19 kJ/mol，纤维素间纤维素间）化学主价键力(14

11、0-950 kJ/mol)极性键吸引力(Van der Waals Force)表面交织力 其中，氢键的结合力最重要，与打浆的关系最密切。制浆造纸原理与工程一些物质的强度比较 制浆造纸原理与工程（一）氢键结合-水分子的结构 水分子结构是一水分子结构是一个四面体。氧原子位个四面体。氧原子位于四面体的中心，两于四面体的中心，两个氢原子和两个孤电个氢原子和两个孤电子队占据四面体的角子队占据四面体的角顶。顶。OH OH键之间的键键之间的键角被压缩到角被压缩到104.5104.5度。度。制浆造纸原理与工程氢键的饱和性：水分子之间的氢键只能和一个氧原子结合；当第二个氧原子在靠近氢原子之前，会被已经结合的氧

12、原子排斥开。制浆造纸原理与工程氢键的方向性：当一个水分子的氢原子与另一个水分子的氧原子形成OH-O氢键而缔合在一起时，尽量使OH-O氢键保持直线形，以求吸引最牢。制浆造纸原理与工程共价键中氢氧原子的间距 0.99氢键中的氢氧原子的间距 1.77 制浆造纸原理与工程纤维间氢键的形成过程（I）-通过水分子形成的水桥连接 制浆造纸原理与工程纤维间氢键的形成过程（II）-单层水分子形成的氢键结合l l 当纸料在网上滤水后，经过压榨进一步脱出水分，使两纤维间的距离靠拢，在纤维间形成了比较有规则的单层水分子连接的氢键结合。制浆造纸原理与工程纤维间氢键的形成过程（III）-过程完成，形成氢键结合 纸页经加热

13、干燥进纸页经加热干燥进一步脱除水分，水分一步脱除水分，水分蒸发时，纤维受水的蒸发时，纤维受水的表面张力作用，使纸表面张力作用，使纸页收缩，纤维进一步页收缩，纤维进一步靠拢，从而使纤维素靠拢，从而使纤维素分子间的羟基距离小分子间的羟基距离小于于2.8 2.8 ，最终形成了，最终形成了氢键结合。氢键结合。制浆造纸原理与工程氢键形成的条件 有游离羟基的存在；两羟基之间的距离在2.8 以内。纤维的吸水润胀和细纤维化，都会使纤维的游离羟基增加，促进纤维间的氢键结合，从而提高纸页的物理强度。制浆造纸原理与工程四、打浆与纸张性质的关系思考题（学习要点）1、打浆引起了纤维结合力的哪些变化，引起了纤维形态的那些

14、变化？2、纸张强度性质的不同指标分别是由那些因素决定的？制浆造纸原理与工程打浆与纸页性质1 1、纤维结合力随打浆、纤维结合力随打浆上升；上升；2 2、与结合力成正比的、与结合力成正比的强度指标，都是先强度指标，都是先升后降；升后降；3 3、与纸页致密程度有、与纸页致密程度有关的指标，均随打关的指标，均随打浆程度而下降。浆程度而下降。制浆造纸原理与工程打浆与纸页性质l l 对于草浆，对于草浆，打浆与纸页性质打浆与纸页性质的关系也与木浆的关系也与木浆相似。相似。l l（本图为稻草浆（本图为稻草浆的打浆曲线）的打浆曲线）制浆造纸原理与工程(一)纤维结合力（Fiber-fiber Bonding）随着

15、打浆度的增加，纤维润胀和细纤维化增加，纤维的比表面积增大，游离出更多的羟基，促进纤维间的氢键结合，使纤维结合力不断上升。曲线特征：初期上升很快，逐渐缓慢达到最高点。制浆造纸原理与工程(二)裂断长（Breaking Length）-纸页的抗张强度。主要受纤维间结合力和纤维平均长度的影响。同时与纤维的交织排列和纤维自身的强度等也有关。曲线特征：初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。制浆造纸原理与工程（三）耐破度(Bursting Strength)-纸页所能承受的最大压力。主要受纤维间结合力和纤维平均长度的影响。同时与纤维的交织排列和纤维自身的强度等也有关。曲线特征：初期上升很快，中期缓慢

16、并达到最高点，后期下降。（比裂断长的曲线下降早一些）制浆造纸原理与工程（四）耐折度(Folding Strength)-纸页在一定的张力下承受180度往复折叠的次数。主要受纤维平均长度、纤维间结合力、纤维在纸页中的排列，纤维本身的强度和弹性等。曲线特征：初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。（与耐破度曲线相似）制浆造纸原理与工程(五)撕裂度(Tearing Strength)-纸页抗撕裂的能力。主要受纤维平均长度的影响，其次是纤维结合力、纤维排列方向、纤维强度和纤维交织情况等。曲线特征：初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。（比耐折度下降要早）制浆造纸原理与工程（六）紧度(De

17、nsity)紧度指纸页紧密的程度，用（g/cm3）表示。该指标也可用紧度的倒数-松厚度（Bulk）表示,单位为(cm3/g)。该指标主要受纤维结合力的影响。曲线特征：随打浆程度的增加，曲线不断上升。制浆造纸原理与工程（七）不透明度(Opacity)不透明度是指纸页不透光的程度，该指标对印刷纸尤为重要。该指标主要受纤维结合力的影响。曲线特征：随打浆程度增加，曲线不断下降。制浆造纸原理与工程（八）伸长率和伸缩性(Stretch Ratio)伸长率是指纸页受到张力至断裂时，伸长的百分率。而纸的伸缩性是指纸张浸入水中或在不同湿度下尺寸的变化。纸浆的上述指标均随打浆度的提高而上升。曲线特征：随打浆程度增

18、加而上升。制浆造纸原理与工程(九)吸收性和透气度(Absorption)吸收性是表示纸张吸收水分或其他液体的能力；透气度是指纸张透过气体的能力。上述指标均随打浆度的提高而降低。曲线特征：随着打浆程度的提高而下降。制浆造纸原理与工程（十）脆性(Brittleness)脆性是纸页的物理性质之一，特别是对以草类浆抄造的纸和纸板更为重要。已经引起国内造纸工作者的重视，但是目前对脆性还没有一个明确的定义和统一的测试方法。制浆造纸原理与工程打浆工艺一、打浆方式（一）长纤维游离打浆（一）长纤维游离打浆 （牛皮纸、电缆纸和工业滤纸等）（牛皮纸、电缆纸和工业滤纸等）（二）长纤维粘状打浆（二）长纤维粘状打浆 （仿

19、羊皮纸、纸袋纸、字典纸、描图纸等）（仿羊皮纸、纸袋纸、字典纸、描图纸等）（三）短纤维游离打浆（三）短纤维游离打浆 （滤纸、吸墨纸、钢纸原纸、浸渍绝缘纸等）（滤纸、吸墨纸、钢纸原纸、浸渍绝缘纸等）（四）短纤维粘状打浆（四）短纤维粘状打浆 （卷烟纸、电容器纸、证券纸等）（卷烟纸、电容器纸、证券纸等）制浆造纸原理与工程四种打浆方式 制浆造纸原理与工程游离度、游离浆与游离打浆游离度-一种测量打浆程度的参数，其值恰与打浆度相反，打浆程度低的纸浆游离度较高。游离浆-游离度较高的纸浆。游离打浆-是一种以降低纤维长度为主的打浆方式，其与游离度（或打浆度）的高低无直接关系。即：游离打浆打游离浆 制浆造纸原理与工

20、程二、打浆工艺参数（一）打浆比压（一）打浆比压 QQ P=-P=-F F式中：式中：P-P-打浆比压（打浆比压（N/mN/m2 2,Pa,Pa）Q-Q-飞刀辊作用在底刀上的压力飞刀辊作用在底刀上的压力(N)(N)F-F-飞刀与底刀的接触面积（飞刀与底刀的接触面积（mm2 2）制浆造纸原理与工程打浆比压与刀间距1 1、实际上飞刀与底刀不应完全接触，最、实际上飞刀与底刀不应完全接触，最 小间距应为小间距应为0.050.08mm0.050.08mm。2 2、增加比压即减少刀间距。有利于纤维、增加比压即减少刀间距。有利于纤维 的切断和压溃，打浆速度加快，整根的切断和压溃，打浆速度加快，整根 纤维的百分

21、比减少。纤维的百分比减少。3 3、打游离浆要迅速缩小刀距，提高比压；、打游离浆要迅速缩小刀距，提高比压；而打粘状浆则应逐步缩小刀距，逐步而打粘状浆则应逐步缩小刀距，逐步 提高比压。（参见表提高比压。（参见表1-31-3、1-41-4、1-51-5）制浆造纸原理与工程（二）打浆浓度 纸料的浓度对打浆的质量影响很大。纸料的浓度对打浆的质量影响很大。打浆浓度的划分，是一个相对的概念，目前打浆浓度的划分，是一个相对的概念，目前在造纸界尚未达成共识。在造纸界尚未达成共识。有将打浆浓度分为低浓（有将打浆浓度分为低浓（10%10%以下）、中浓以下）、中浓（10-20%10-20%）和高浓（）和高浓（20-3

22、0%20-30%或更高）。或更高）。也有将常规打浆浓度（也有将常规打浆浓度（2-5%2-5%）定为低浓，）定为低浓，6-6-8%8%定为中浓，超过定为中浓，超过10%10%定为高浓。定为高浓。制浆造纸原理与工程低浓打浆 从理论上讲，适当提高打浆浓度，可减少纤维的切断，促进纤维间的挤压与揉搓作用，有利于纤维的分丝、润胀和细纤维化。但是受打浆设备的影响，常用打浆浓度为35%，新型打浆机，浓度可达 810%。制浆造纸原理与工程低浓打浆 即使在低浓的范围内，适当提高打浆度对打浆质量也有明显的影响。（参见表1-6、1-7）。对于生产不同的纸种，打浆的浓度也不同。打游离浆，打浆浓度在35%范围内；打粘状浆

23、，打浆浓度在68%左右。（参见表1-8）制浆造纸原理与工程高浓打浆（一）高浓打浆原理 与低浓打浆相比，高浓打浆作用不是靠磨盘直接作用于纤维，而是依靠磨盘间高浓浆料间的相互摩擦、挤压、揉搓和扭曲等作用打浆，同时产生大量的摩擦热，使浆料软化。制浆造纸原理与工程高浓打浆高浓打浆工艺流程 制浆造纸原理与工程高浓打浆（二）高浓打浆的浆料特性 制浆造纸原理与工程高浓打浆纤维受扭转作用对比（*每100mm纤维扭转180度的次数）打浆浓度（打浆浓度（%）打浆度打浆度（OOSRSR）纤维扭转次数纤维扭转次数*18.053.01114.2551.523 制浆造纸原理与工程（三）浆料通过量和打浆效率 对同一打浆设备

24、和打浆压力，单位时间内浆料通过量越大，则打浆作用越弱。通过量通过量（kg/hkg/h）7007001980198028902890压力压力(kg/cmkg/cm2 2)2 22 22 2打浆度打浆度 (OOSR)SR)7878777771.571.5湿重湿重 (g)(g)2.52.53.13.13.53.5裂断长裂断长 (km)(km)637063705250525050805080 制浆造纸原理与工程打浆效率 打浆效率取决于打浆时间、打浆比压和纸浆浓度。（参见表1-12）打浆效率=通过量（kg/h）x OSR =kg OSR/h式中 OSR-进出口浆料打浆度之差。制浆造纸原理与工程（四）打浆

25、温度 关于打浆温度对纸浆性质的影响，目前还没有一个确定的结论。早期的研究认为打浆温度升高会造成不良影响，但其实验条件与实际打浆过程相差较大，因此难以全面地分析这一参数的影响。制浆造纸原理与工程打浆温度的影响 （原教材图有误，现更正）（原教材图有误，现更正）制浆造纸原理与工程（五）刀片厚度和刀片材质 刀片薄，比压大，有利于纤维切断，适于打游离浆；刀片厚，有利于纤维的分丝、疏解和细纤维化，适于打粘状浆。材质：金属（碳素钢、不锈钢、青铜等），天然石（玄武岩、花岗岩和小麻石）。（参见表1-13）制浆造纸原理与工程（六）纸料种类和组成1、纤维形态长宽比-长宽比小于45，纤维短而粗，打浆较困难。壁腔比-2

26、x壁厚/胞腔直径。壁腔比大，纤维壁较厚，较难打浆。一般认为壁腔比小于1是好原料，等于1是中等原料，大于1是次等原料。制浆造纸原理与工程2、纤维微观结构 原料P层和S1层的厚度，S1层与S2层的结合紧密程度，各层细纤维的排列与纤维轴的缠绕角等，都影响打浆的难易程度。如亚麻纤维的细纤维与纤维轴近于平行，则打浆时容易分丝帚化；而草浆纤维S1层较厚，与S2层结合紧密，细纤维呈横向交叉螺旋状排列，与纤维轴的缠绕角大，打浆时较难分丝帚化。制浆造纸原理与工程3、纸浆的化学组成 纸浆中纤维素含量高，半纤维素含量低，打浆困难。半纤维素分子链短，有支链，并含有大量的羟基，容易吸水润胀。因此当多戊糖不少于3.54%

27、时，打浆性能好；若多戊糖含量低于2.53%时，纸浆不易水化润胀。纸浆中木素含量多，也会妨碍纤维的润胀，纤维挺硬，成纸强度低。制浆造纸原理与工程（七）pH 值1、在实际打浆工艺中一般不调节pH值。2、在实验室研究中，有研究表明，加入NaOH打浆，可以增加纸页的耐破度和裂断长，其原因是NaOH通过纸浆中的酚羟基促进浆中内脂的水解，使纤维产生润胀作用，容易实现细纤维化。制浆造纸原理与工程 还有研究表明，在未漂落叶松硫酸盐浆打浆时，加入NaOH同时配加磷酸钠，可以进一步提高纸页的强度指标。说明成纸强度与纤维羟基结合阳离子的形式有重要关系。纤维与Na结合时耐破度最高。由于加入磷酸钠可以提高羟基由Ca式向

28、Na式结合的转化率。制浆造纸原理与工程工艺参数影响分析几点注意：1、各个参数不是独立的，而是相关的，因此讨论某个参数（因素）的影响时，需要综合考虑关联的影响。2、打浆目前还是一种工艺，还不是一门科学，因此对工艺问题的分析，应注意“具体问题具体分析这一原则”。制浆造纸原理与工程三、打浆质量检查l l（一）打浆度（一）打浆度l l 打浆度值反映浆料脱打浆度值反映浆料脱水的难易程度。水的难易程度。l l 常用检测仪器有肖氏常用检测仪器有肖氏打浆度仪，加拿大游离打浆度仪，加拿大游离度仪等（见右图）。度仪等（见右图）。制浆造纸原理与工程l l（二）纤维长度（二）纤维长度 反映打浆对纤反映打浆对纤维的作用

29、程度。常用维的作用程度。常用分析方法有：分析方法有：l l显微镜法。显微镜法。l lKajanniKajanni纤维分析仪。纤维分析仪。l l湿重法。湿重法。制浆造纸原理与工程l l（三）保水值（三）保水值l l 常用方法为保水值常用方法为保水值（WRVWRV，water retention water retention valuevalue）。保水值较为直）。保水值较为直观地反映了纤维受打浆观地反映了纤维受打浆作用后的润胀程度，并作用后的润胀程度，并与纸页的强度有一定的与纸页的强度有一定的关系。（参见表关系。（参见表1-141-14）制浆造纸原理与工程l l(四四)筛分析筛分析l l 采用

30、标准的网目采用标准的网目分级（分级（1616目，目，3030目，目，5050目，目，100100目和目和200200目）目）对纸浆纤维进行筛分，对纸浆纤维进行筛分，以分析纸浆纤维长度以分析纸浆纤维长度的分布情况，并以此的分布情况，并以此作为对打浆过程的监作为对打浆过程的监控。控。制浆造纸原理与工程草浆打浆一、草浆打浆特点 草浆打浆纤维帚化难，不易实现外部细纤维化。制浆造纸原理与工程麦草打浆麦杆硫酸盐浆（左图麦杆硫酸盐浆（左图21210 0SRSR，右图，右图63630 0SRSR，x160 x160）制浆造纸原理与工程芦苇打浆芦苇化学浆（左图原浆，右图芦苇化学浆（左图原浆，右图50500 0S

31、RSR，x160 x160）制浆造纸原理与工程草浆打浆难以细纤维化的原因（一）草浆纤维的胞腔小，S1层较厚，不易破除。且S1层与S2层之间黏结紧密，S1层的细纤维呈交叉螺旋形沿纤维横向排列，象一个套筒把S2层紧紧包住，限制了S2层的润胀。制浆造纸原理与工程草浆打浆难以细纤维化的原因（二）草浆纤维的细胞壁是多层结构的微纤维薄层，各层微纤维的排列方向往往不一致。横向排列多层的微纤维层限制了轴向排列的微纤维层的分丝和润胀。如竹子、龙须草等原料的微纤维排列近于横向。制浆造纸原理与工程草浆打浆难以细纤维化的原因（三）草浆纤维的微纤维缠绕角过大。研究发现，在结合程度相同的情况下，微纤维缠绕角小于100，纤

32、维容易纵裂；微纤维缠绕角在100-300之间，能够帚化；微纤维缠绕角300-450之间，帚化较难；微纤维缠绕角大于450，很难帚化纵裂。制浆造纸原理与工程草浆打浆难以细纤维化的原因（四）微纤维的异向性。微纤维在纤维壁上的缠绕方向有左旋型（“S”型）和右旋型（“Z”型），而缠绕型式多变者称为异向性大。异向性大的纤维，往往是“S”型与“Z”型交错排列，微纤维交缠在一起，即使是高度打浆，纤维也不易分丝帚化。制浆造纸原理与工程二、草浆游离打浆打浆目的：生产一般文化用纸。打浆要求：打浆度较低，30400SR。主要使纤维疏解分散，产生适当的润胀和塑性变形，纤维表面稍微起毛活化，使纸页有良好的匀度和足够的强

33、度。不要过分追求细纤维化。建议采用：“充分疏解，轻度打浆”。制浆造纸原理与工程草浆游离打浆注意：1、草浆纤维一般较短，不宜过多切断。2、草浆中非纤维细胞（杂细胞）含量多，在打浆中易破碎而引起滤水困难，甚至引起粘辊粘缸，造成纸页断头和纸病。制浆造纸原理与工程草浆中的非纤维细胞（麦草浆）制浆造纸原理与工程三、草浆粘状打浆打浆目的：生产薄页纸、拷贝纸、字典纸和描图纸等。打浆要求：充分疏解，提高打浆浓度（采用中高浓），采用粘状浆的打浆曲线，使用切断少和搓揉能力强的打浆设备（如盘磨等）。有待研究：对草浆打粘状浆的工艺，目前尚无统一的认识。应根据不同原料的纤维状况，进行认真的分析研究。制浆造纸原理与工程打

34、浆设备 制浆造纸原理与工程一、间歇式打浆机 制浆造纸原理与工程二、连续打浆设备（一）锥形磨浆机（一）锥形磨浆机 分为低速精浆机（线分为低速精浆机（线速速 811 m/s 811 m/s），适于），适于打游离浆；高速磨浆打游离浆；高速磨浆机（线速机（线速1120 m/s 1120 m/s），适于打中度粘状），适于打中度粘状浆；水化精浆机（线浆；水化精浆机（线速速1830 m/s1830 m/s），分），分丝帚化能力更强。丝帚化能力更强。制浆造纸原理与工程锥形磨浆机打浆设备特点：小端进浆，大端出浆。通过调节转子（内锥）的进退，控制打浆压力和刀距。内循环式的锥形磨浆机，部分浆料可循环打浆，使纤维的分

35、丝帚化能力提高。大锥度磨浆机，锥角较大（60-700），对纤维有较强的切断作用和离解作用。制浆造纸原理与工程（二）圆柱打浆机 制浆造纸原理与工程圆柱精浆机工作原理：圆柱精浆机的刀辊是圆柱形，沿壳体的内表面，均匀分布着4把定子刀。浆料被叶轮送入转子刀和定子刀的间隙中。刀辊作圆周运动，定子刀由加压介质（高压水或蒸汽）推动作径向运动施加打浆压力。制浆造纸原理与工程圆柱打浆机打浆特点：打浆特点：1 1、打浆适应性强，可打木浆、竹浆和草浆、打浆适应性强，可打木浆、竹浆和草浆 也可打半浆后的棉、麻浆等；也可打半浆后的棉、麻浆等；2 2、打浆质量较好，成浆稳定。切断作用小，、打浆质量较好，成浆稳定。切断作用

36、小，分丝帚化能力强；分丝帚化能力强；3 3、生产能力大，操作简单，但动力消耗大。、生产能力大，操作简单，但动力消耗大。4 4、通过量低，多台串联温度高，散热性差，石、通过量低，多台串联温度高，散热性差，石 刀易爆裂。刀易爆裂。制浆造纸原理与工程（三）圆盘磨浆机纸浆打浆的主流设备之一。并发展成为木片磨木浆和化学机械浆的主流制浆设备。盘磨机型号一般以磨盘直径命名，从300-1250。制浆造纸原理与工程圆盘磨浆机工作原理（三盘磨）制浆造纸原理与工程盘磨机工作原理1、靠转盘与定盘之间的摩擦及纤维间的相互摩擦，进行打浆。2、打浆时，浆料一方面受进浆压力和离心力的作用，从磨盘中心向圆周作径向运动。另一方面

37、，受磨盘转动的切向力的影响，沿磨盘同心圆的任一点作圆周运动。所以浆料质点的合成运动轨迹是沿螺旋渐开线走向四周。制浆造纸原理与工程盘磨机工作原理3、为了使磨浆程度均匀，在定盘和转盘上设置了多层的交叉挡坝（封闭圈）。浆料运动时碰到挡坝受阻，将在定盘与转盘之间反复作折向运动，多次受到磨盘的作用。4、浆料纤维在行程中，反复受到摩擦力、冲击力、搓揉力、扭曲力和剪切力等的作用，在短短几秒钟内完成打浆过程。制浆造纸原理与工程磨片的齿形齿形可分为疏解型和帚化型。疏解型-采用细沟、细齿和浅齿，如锯 齿型等。帚化型-采用较大的齿宽，如平齿型等。磨盘分为粗磨区和精磨区。粗磨区的齿形为浅沟宽齿，精磨区的齿形为窄齿深沟

38、。此外，两盘间还有锥形梯度。制浆造纸原理与工程圆盘磨浆机磨盘的结构和齿形 制浆造纸原理与工程磨纹倾角磨盘倾角-磨齿与磨盘半径之间的夹角。倾角的方向和大小对浆料的流速有很大的影响。流速小，打浆作用强，但产量小。当盘磨的转动方向与齿纹倾斜方向相反时，“泵出作用”增强；当盘磨的转动方向与齿纹倾斜方向相同时，“拉入作用”增强。制浆造纸原理与工程磨纹倾角的影响（磨纹倾角一般在15-200）制浆造纸原理与工程转盘与定盘上磨纹的相互位置 制浆造纸原理与工程转盘与定盘上磨纹的相互位置转盘与定盘的齿纹通常是交叉排列的。当齿纹相互平行时，切断作用最强。当齿纹相互垂直时，纤维的切断作用最小，而摩擦作用增强，对纤维的

39、撕裂和帚化能力最大，而生产能力却随之下降。制浆造纸原理与工程磨盘上的挡坝（封闭圈）设置挡坝的目的：延长浆料在盘磨内的停留时间，防止浆料顺齿沟直通外排。消除生浆片或纤维束，提高打浆的均匀度。特别是在小直径磨盘（600mm以下）上设置挡坝，效果显著。制浆造纸原理与工程磨盘上封闭圈的布置形式 制浆造纸原理与工程磨齿的材质合金钢烧结陶瓷白口铸铁、冷激铸铁工程塑料 制浆造纸原理与工程三、打浆设备的性能指标及其计算（一）打浆转速与线速 D nV=-(m/s)60V-打浆辊（磨盘）的线速度（m/s）;D-打浆辊（磨盘）的直径（m）;n-打浆辊（磨盘）的转速（r/min）。制浆造纸原理与工程（二）打浆比压和刀

40、距盘磨机的磨浆比压 Ga P=-其中 F=-(D2-d2)Cr Cs F 4Ga-磨片间浆层所承受的轴向力（N）；Cr-转盘接触率，一般取0.30.5；Cs-定盘接触率，一般也取0.30.5。制浆造纸原理与工程 打浆比压对打浆的影响 打浆比压的大小，主要影响纤维初切断的程度。比压越大切断能力越强，纤维的平均长度下降。游离打浆时不比压宜大，粘状打浆时比压宜小。比压过小会延长打浆时间，增加打浆动力消耗。制浆造纸原理与工程（三）刃口比载荷（比刀缘负荷）理论 所谓的“比刀缘负荷理论”，1967年由Walten Brecht 提出。该理论认为，打浆时纤维在刀口或转盘齿的前缘聚集，打浆设备的特性与对纤维所

41、做的功和刀口的长度有关，打浆所消耗的净功率除以刀口长度所得到的比刀缘负荷，是衡量打浆作用的重要指标。制浆造纸原理与工程比刀缘（刃口比）负荷理论对于圆柱精浆机，该理论的计算公式有：Ne 60 NeBs=-=-Lp Z1Z2 n L 该理论较好地反映了打浆机的打浆特性指标。（参见表1-15）制浆造纸原理与工程（四）打浆能耗和打浆效率1 1、打浆有效功率（参见表）、打浆有效功率（参见表）对于盘磨机对于盘磨机 Ns=-Ns=-Cr Cs n Cr Cs n3 3 D D5 5 2040 g2040 g -浆料的密度；浆料的密度；-磨浆阻力系数，参见表磨浆阻力系数，参见表1-161-16；n-n-盘磨转

42、速；盘磨转速；D-D-磨盘直径。磨盘直径。制浆造纸原理与工程打浆效率打浆效率=有效功率/总功率=Ne/N x 100%制浆造纸原理与工程磨浆单位电耗（Kw）每吨纸浆打浆提高0打浆度所消耗的电量。3 AVKw=-(度/t纸浆 0SR)T(g2 g1)x 100A-A-电机电流（）电机电流（）,T-,T-每小时通过浆量（每小时通过浆量（t t）g1g1和和 g2-g2-打浆前后的浆料打浆度，打浆前后的浆料打浆度，-功率因数，功率因数，0.85,V-0.85,V-电机电压（）电机电压（）制浆造纸原理与工程四、打浆辅助设备（一）碎解设备水力碎浆机广泛用于浆板、废纸和损纸的碎解处理，是一种疏解能力强，占

43、地面积小，产量大，效率高，电耗低，且对纤维没有切断作用的优良疏解设备。可分为立式和卧式两大类。制浆造纸原理与工程水力碎浆机 制浆造纸原理与工程水力碎浆机工作原理：立式水力碎浆机由槽体和转盘组成。打浆时槽体装有水和浆料，槽体底部装有带刀片的转盘。转盘转动，产生巨大的涡流，使浆料受到强烈的冲击和水力剪切作用，并受到刀片的机械作用和浆料相互的摩擦作用，使浆料纤维疏解得到分散，碎解后的浆料通过设在转盘下的筛形板，由放料口排出。制浆造纸原理与工程、疏解设备高频疏解机 制浆造纸原理与工程高频疏解机高频疏解机可用于疏解草浆、木浆、棉短绒浆和废纸等。对纤维有一定的切断作用，处理废纸浆中的纸片或浆点子效果甚好。有孔盘式和齿盘式两种。齿盘式对浆料的疏解作用比孔盘式好。制浆造纸原理与工程（二）纸浆浓度调节器 为了控制和稳定打浆浓度，必须设置纸浆浓度调节器。常用类型有：1、浆料运动阻力变送器（春拜式）2、转子式变送器（K-22K型浓度调节器）3、全通式转子变送器4、流线型变送器（刀式浓度变送器）制浆造纸原理与工程（三）贮浆池 贮浆池的作用：为了保证打浆设备的连续和均衡的生产。一般分为原浆池、半浆池和成浆池。贮浆池分为卧式和立式两种。多采用卧式。贮浆浓度3.55%，浆料循环速度为1520m/min。