Бумагоделательная машина (или машина для изготовления бумаги ) — это промышленная машина, которая используется в целлюлозно-бумажной промышленности для производства бумаги в больших количествах на высокой скорости. Современные машины для производства бумаги основаны на принципах машины Фурдринье, которая использует движущуюся тканую сетку для создания непрерывного бумажного полотна путем фильтрации волокон, содержащихся в бумажной массе, и создания непрерывно движущегося влажного мата из волокон. Его сушат в машине для получения прочного бумажного полотна.
Основной процесс представляет собой индустриальную версию исторического процесса ручного изготовления бумаги, который не мог удовлетворить потребности развивающегося современного общества в больших количествах печатного и пишущего материала. Первая современная бумагоделательная машина была изобретена Луи-Николя Робером во Франции в 1799 году, а улучшенная версия запатентована в Великобритании Генри и Сили Фурдринье в 1806 году.
Тот же процесс используется для производства картона на картоноделательной машине.
Бумагоделательные машины обычно имеют как минимум пять отдельных рабочих секций:
Также может быть секция нанесения покрытия для изменения характеристик поверхности с помощью таких покрытий, как каолиновая глина , также известная как фарфоровая глина. Этот раздел также может быть онлайн или офлайн.
До изобретения непрерывного производства бумаги бумагу изготавливали в виде отдельных листов путем перемешивания контейнера с суспензией целлюлозы и либо выливания ее в тканевое сито, называемое листовой формой, либо погружения и подъема листовой формы из чана. Еще находясь на ткани в форме для листов, влажную бумагу сжимали для удаления излишков воды. Затем лист поднимали и подвешивали на веревке или деревянном стержне для просушки на воздухе.
В 1799 году Луи-Николя Робер из Эссона , Франция, получил патент на машину для непрерывного производства бумаги. В то время Робер работал на Сен-Леже Дидо , с которым поссорился из-за права собственности на изобретение. Дидо считал, что Англия — лучшее место для разработки машины, но из-за волнений Французской революции он не мог поехать туда сам, поэтому он послал своего зятя Джона Гэмбла, англичанина, живущего в Париже. Через цепочку знакомых Гэмбл был представлен братьям Сили и Генри Фурдринье , лондонским продавцам канцелярских товаров , которые согласились профинансировать проект. 20 октября 1801 года Гэмблу был выдан британский патент 2487. Машина Фурдринье использовала в секции формования специальную тканую сетчатую конвейерную ленту (известную как проволока, так как когда-то она была сотканна из бронзы), где суспензия волокна (обычно древесного) или другие растительные волокна) осушают для создания непрерывного бумажного полотна. В первоначальной секции формования Фурдринье использовалась горизонтальная зона дренажа, называемая дренажным столом .
С помощью Брайана Донкина , опытного и изобретательного механика, улучшенная версия оригинала Роберта была установлена на бумажной фабрике Фрогмор в Апсли, Хартфордшир , в 1803 году, а затем еще одна в 1804 году. Третья машина была установлена на собственной фабрике Фурдринье. мельница в Ту-Уотерс. Семья Фурдринье также купила завод в Сент-Неотсе , намереваясь установить там две машины, и процесс и машины продолжали развиваться.
Недалеко от мельницы Фрогмор в Апсли Джон Дикинсон спроектировал и построил машину альтернативного типа; Машина для изготовления цилиндрических форм в 1809 году.
Томасу Гилпину чаще всего приписывают создание первой в США машины для производства бумаги цилиндрического типа в Брендивайн-Крик , штат Делавэр , в 1817 году. Эта машина представляла собой машину для изготовления цилиндрических форм. Машина Фурдринье не была представлена в США до 1827 года. [1]
Записи показывают, что Чарльз Кинси из Патерсона, штат Нью-Джерси, уже запатентовал машину для производства бумаги непрерывного процесса в 1807 году. Машина Кинси была построена на месте Дэниелом Соном, и к 1809 году машина Кинси успешно производила бумагу на фабрике Эссекс в Патерсоне. Финансовый стресс и потенциальные возможности, созданные эмбарго 1807 года, в конечном итоге убедили Кинси и его сторонников сменить фокус фабрики с бумаги на хлопок, и ранние успехи Кинси в производстве бумаги вскоре были проигнорированы и забыты. [2] [3]
Патент Гилпина 1817 года был похож на патент Кинси, как и патент Джона Эймса 1822 года. Патент Эймса был оспорен его конкурентами, утверждавшими, что Кинси был первоначальным изобретателем, а Эймс крал идеи других людей, их доказательством было использование Дэниела Соуна. работать на своей машине. [2]
Метод непрерывного производства , продемонстрированный бумагоделательной машиной, повлиял на развитие непрерывной прокатки железа, а затем и стали, а также других непрерывных производственных процессов. [4]
Растительные волокна, используемые для производства целлюлозы, состоят в основном из целлюлозы и гемицеллюлозы, которые имеют тенденцию образовывать молекулярные связи между волокнами в присутствии воды. После испарения воды волокна остаются склеенными. Для большинства сортов бумаги нет необходимости добавлять дополнительные связующие, хотя можно добавлять добавки, повышающие прочность как во влажном, так и в сухом состоянии.
Лохмотья хлопка и льна были основным источником целлюлозы для бумаги до древесной массы. Сегодня почти вся целлюлоза состоит из древесного волокна. Хлопковое волокно используется в специальных сортах, обычно в печатной бумаге для таких вещей, как резюме и деньги.
Источниками тряпья часто являются отходы другого производства, такие как фрагменты джинсовой ткани или обрезки перчаток. Волокна одежды получают из коробочек хлопка. Волокна могут иметь длину от 3 до 7 см, поскольку они встречаются на хлопковом поле. Отбеливатель и другие химикаты удаляют цвет с ткани в процессе приготовления, обычно с помощью пара. Фрагменты ткани механически истираются на волокна, а волокна укорачиваются до длины, подходящей для производства бумаги, в процессе резки. Тряпки и вода сбрасываются в корыто, образуя замкнутый контур. В состав петли входит цилиндр с режущими кромками, или ножами, и ложе ножа. Вращающийся цилиндр неоднократно толкает содержимое корыта. Медленно опускаясь в течение нескольких часов, он разбивает тряпки на волокна и обрезает их до нужной длины. Процесс резки заканчивается, когда смесь проходит через цилиндр достаточное количество раз при запрограммированном окончательном зазоре между ножами и станиной.
Другим источником хлопкового волокна является процесс хлопкоочистительной обработки. Семена остаются окруженными короткими волокнами, известными как ворсинки из-за их короткой длины и сходства с ворсом. Линтеры слишком короткие для успешного использования в тканях. Линт, удаленный из семян хлопчатника, доступен в виде первого и второго отрубов. Первые разрезы длиннее.
Двумя основными классификациями целлюлозы являются химическая и механическая . Раньше при производстве химической целлюлозы использовался сульфитный процесс , но сейчас преобладает крафт-процесс . Крафт-целлюлоза обладает превосходной прочностью по сравнению с сульфитной и механической целлюлозой, а отработанные химикаты крафт-процесса варки легче восстанавливать и регенерировать. Как химическую, так и механическую целлюлозу можно отбелить до высокой степени белизны.
Химическая варка целлюлозы растворяет лигнин , который связывает волокна друг с другом, и связывает внешние фибриллы , составляющие отдельные волокна, с сердцевиной волокна. Лигнин, как и большинство других веществ, которые могут отделять волокна друг от друга, действует как разрыхлитель, снижая прочность. Прочность также зависит от сохранения длинных цепочек молекул целлюлозы. Крафт-процесс, благодаря используемым соединениям щелочи и серы, имеет тенденцию минимизировать воздействие на целлюлозу и некристаллическую гемицеллюлозу , которая способствует связыванию, растворяя при этом лигнин. Процессы кислотной варки целлюлозы укорачивают целлюлозные цепи.
Из крафт-целлюлозы получается превосходный лайнер , а также превосходная бумага для печати и письма.
Древесина, основной ингредиент, используемый в газетной бумаге и основной компонент журнальной бумаги (публикаций с покрытием), буквально представляет собой измельченную древесину, полученную с помощью шлифовального станка. Поэтому в нем содержится много лигнина, что снижает его прочность. В результате измельчения образуются очень короткие волокна, которые медленно стекают.
Термомеханическая целлюлоза (ТМП) — это разновидность древесной массы, волокна которой разделяются механически при достаточно высоких температурах, чтобы размягчить лигнин.
Между химической и механической целлюлозой существуют полухимические целлюлозы, в которых используется мягкая химическая обработка с последующим рафинированием. Полухимическая целлюлоза часто используется для гофрирования.
Тюки переработанной бумаги (обычно старые контейнеры из гофрированного картона) для неотбеленной (коричневой) упаковки можно просто измельчить, просеять и очистить. Переработка для изготовления белой бумаги обычно производится на установке по удалению краски, которая включает сортировку, очистку, промывку, отбеливание и флотацию. Очищенная от краски целлюлоза используется в печатной и писчей бумаге, а также в тканях , салфетках и бумажных полотенцах . Его часто смешивают с первичной мякотью.
На целлюлозно-бумажных комбинатах целлюлозу обычно хранят в колоннах высокой плотности перед ее перекачкой на подготовку массы. Неинтегрированные заводы используют либо сухую целлюлозу, либо влажную (прессованную) целлюлозу, обычно получаемую в тюках. Тюки мякоти измельчаются в [ре]пульпере.
Подготовка массы — это участок, где целлюлоза обычно рафинируется, смешивается до соответствующей пропорции лиственных , хвойных пород или переработанного волокна и разбавляется до максимально однородной и постоянной консистенции. Контролируется pH и при необходимости добавляются различные наполнители, такие как отбеливающие агенты, клей и прочность во влажном состоянии или прочность в сухом состоянии . Дополнительные наполнители, такие как глина , карбонат кальция и диоксид титана , увеличивают непрозрачность , поэтому печать на обратной стороне листа не будет отвлекать от содержимого на лицевой стороне листа. Наполнители также улучшают качество печати. [5]
Пульпа прокачивается через ряд резервуаров, которые обычно называются сундуками , которые могут быть круглыми или, чаще всего, прямоугольными. Исторически они изготавливались из специального железобетона, облицованного керамической плиткой, но также используются мягкие и нержавеющие стали. Поскольку волокна и наполнители плотнее воды и имеют тенденцию быстро оседать, а волокна притягиваются друг к другу, образуя комки, называемые хлопьями, суспензии целлюлозы низкой консистенции перемешиваются в этих емкостях с помощью пропеллерных мешалок рядом со всасывающим отверстием насоса на дне сундука.
В следующем процессе различные типы целлюлозы, если они используются, обычно обрабатываются в отдельных, но одинаковых технологических линиях до тех пор, пока не будут объединены в смесительном резервуаре:
Из хранилища высокой плотности или из устройства для измельчения/разбивки пульпа перекачивается в хранилище низкой плотности (резервуар). Оттуда его обычно разбавляют до консистенции примерно 4%, а затем перекачивают в резервуар для неочищенного сырья. Из нерафинированного сырья снова прокачивают с контролем консистенции через рафинер. Рафинирование — это операция, при которой пульпа проходит между парой дисков, один из которых неподвижен, а другой вращается со скоростью обычно 1000 или 1200 об/мин при частоте переменного тока 50 и 60 Гц соответственно. Диски имеют приподнятые планки на лицевой стороне и проходят друг мимо друга с узким зазором. Это действие распутывает внешний слой волокон, в результате чего фибриллы волокон частично отделяются и распускаются наружу, увеличивая площадь поверхности, способствуя склеиванию. Таким образом, рафинирование увеличивает прочность на разрыв. Например, папиросная бумага относительно нерафинирована, тогда как упаковочная бумага имеет более высокую степень очистки. Очищенное сырье из нефтеперерабатывающего завода затем поступает в сундук с очищенным сырьем или в сундук для смеси, если он используется как таковой.
Волокна твердой древесины обычно имеют длину 1 мм и меньше в диаметре, чем длина 4 мм, типичная для волокон хвойной древесины. Рафинирование может привести к разрушению трубки из волокна хвойной древесины, что приведет к нежелательным свойствам листа.
Из очищенного сырья или смесительного резервуара сырье снова контролируется по консистенции по мере его перекачки в машинный резервуар. Его можно очищать или добавлять добавки по пути в бункер машины.
Машинный ящик, по сути, представляет собой ящик для выравнивания консистенции, удерживающий около 15 минут. Этого времени удерживания достаточно, чтобы любые изменения консистенции, поступающие в сундук, можно было нивелировать действием клапана базового веса , получающего обратную связь от онлайнового сканера для измерения базового веса. (Примечание: многие бумагоделательные машины ошибочно контролируют консистенцию, выходящую из отсека машины, что мешает контролю базовой массы.) [примечания 1]
Эта бумагоделательная машина состоит из четырех основных секций. Формовочная секция превращает пульпу в основу для листов вдоль проволоки. Секция пресса, которая удаляет большую часть оставшейся воды через систему захватов, образованных валками, прижимающимися друг к другу, которым помогает прессовый войлок , который поддерживает лист и поглощает спрессованную воду. Сушильная секция бумагоделательной машины, как следует из названия, сушит бумагу с помощью ряда цилиндров с внутренним паровым нагревом, которые испаряют влагу. Каландры используются для придания поверхности бумаги большей гладкости и блеска. На практике каландровые валки обычно располагаются стопкой вертикально .
Из машинного ящика сырье перекачивается в напорный бак, обычно называемый «напорным резервуаром» или наполнителем , целью которого является поддержание постоянного напора (давления) на волокнистой суспензии или массе при подаче в клапан основного веса. Сальниковая коробка также обеспечивает возможность выхода пузырьков воздуха. Консистенция пульпы в сальниковой камере находится в пределах 3%. Поток из наполнителя осуществляется самотеком и контролируется клапаном основного веса на пути к всасыванию вентиляторного насоса, где он впрыскивается в основной поток воды к вентиляторному насосу. Основной поток воды, перекачиваемой вентиляторным насосом, поступает из резервуара или резервуара для сточной воды, в котором собирается вся вода, слитая из формовочной секции бумагоделательной машины. До того, как поток волокон из наполнителя будет подан, в сточной воде очень мало волокон. Сточные воды постоянно рециркулируются вентиляторным насосом через напорный ящик и собираются из проволочной ямы и различных других резервуаров и резервуаров, в которые поступает дренаж из формовочной проволоки, а также дренаж с помощью вакуума из всасывающих коробок и валков для обработки влажного волокнистого полотна. По пути в напорный ящик пульпа может проходить через центробежные очистители, которые удаляют тяжелые загрязнения, такие как песок, и сита, которые разбивают комки волокон и удаляют негабаритный мусор. В конечном итоге вентиляторный насос питает напорный ящик независимо от наличия центробежных очистителей или сеток. [6] [7] [8]
Целью напорного ящика является создание турбулентности для предотвращения слипания волокон и равномерного распределения суспензии по ширине проволоки. Древесные волокна имеют тенденцию притягиваться друг к другу, образуя комки, этот эффект называется флокуляцией. Флоккуляция уменьшается за счет снижения консистенции или перемешивания суспензии; однако дефлокуляция становится очень затруднительной при концентрации намного выше 0,5%. Минимизация степени флокуляции при формовании важна для физических свойств бумаги. [7] [8]
Консистенция в напорном ящике обычно составляет менее 0,4% для большинства сортов бумаги, при этом для более длинных волокон требуется более низкая консистенция, чем для коротких волокон. Более высокая консистенция приводит к ориентации большего количества волокон в направлении z , тогда как более низкая консистенция способствует ориентации волокон в направлении xy . Более высокая консистенция способствует более высокой толщине (толщине) и жесткости, более низкая консистенция способствует более высоким показателям прочности на растяжение и некоторым другим прочностным свойствам, а также улучшает формообразование (однородность). [7] [8] Многие свойства листа продолжают улучшаться до уровня консистенции ниже 0,1%; однако это непрактичное количество воды. (Большинство бумагоделательных машин работают с более высокой консистенцией напорного ящика, чем оптимальная, поскольку со временем их скорость ускорялась без замены вентиляторного насоса и напорного ящика. Существует также экономический компромисс с высокими затратами на перекачку в пользу более низкой консистенции).
Исходная суспензия, часто называемая в этот момент белой водой , выходит из напорного ящика через прямоугольное отверстие регулируемой высоты, называемое срезом , поток белой воды называется струей , и на высокоскоростных машинах он находится под давлением, чтобы мягко приземлиться на перемещение тканевой петли или проволоки со скоростью, обычно составляющей плюс или минус 3% от скорости проволоки, что называется рывком и сопротивлением соответственно. Чрезмерное натяжение или сопротивление приводит к большей ориентации волокон в машинном направлении и придает различные физические свойства в машинном и поперечном направлениях; однако этого явления невозможно полностью избежать на машинах Фурдринье. [7] [8]
На машинах с более низкой скоростью (700 футов в минуту) сила тяжести и высота массы в напорном ящике создают достаточное давление для формирования струи через отверстие ломтика. Высота приклада — это голова, которая и дала название напорному ящику. Скорость струи по сравнению со скоростью проволоки известна как отношение струи к проволоке . Когда соотношение струи к проволоке меньше единицы, волокна в заготовке вытягиваются в машинном направлении. На более медленных машинах, где в заготовке остается достаточно жидкости перед ее сливом, проволоку можно перемещать вперед и назад с помощью процесса, известного как встряхивание . Это обеспечивает некоторую степень хаотизации направления волокон и придает листу более равномерную прочность как в машинном, так и в поперечном направлении. На быстрых машинах материал не остается на проволоке в жидком виде достаточно долго, и длинные волокна выравниваются по линии машины. Когда соотношение струи к проволоке превышает единицу, волокна имеют тенденцию скапливаться в комки. [7] [8] В результате разница в плотности бумаги придает ей вид старинной или пергаментной бумаги.
Два больших рулона обычно образуют концы дренажной секции, которая называется дренажным столом . Грудной валик расположен под проточной камерой, струя направлена на то, чтобы попасть на него примерно вверху по центру. На другом конце дренажного стола находится всасывающий ( кушетный ) валок. Гауч-вал представляет собой полую оболочку, просверленную многими тысячами точно расположенных отверстий диаметром от 4 до 5 мм. Вал с полой оболочкой вращается над стационарной всасывающей камерой, обычно расположенной вверху по центру или повернутой вниз по машине. Вакуум создается в всасывающей камере, которая втягивает воду из полотна в всасывающую коробку. Из всасывающего вала лист подается в секцию пресса. [7] [8]
Внизу машины от всасывающего ролика и на более низкой высоте находится ролик поворота проволоки . Этот ролик приводится в движение и натягивает проволоку вокруг петли. Ролик для поворота проволоки имеет значительный угол обхвата для захвата проволоки. [7]
Поддерживающим провод в зоне дренажного стола является ряд дренажных элементов. Эти элементы не только поддерживают проволоку и способствуют дренажу, но и дефлокулируют лист. На низкоскоростных станках этими элементами стола в основном являются ролики стола . По мере увеличения скорости всасывание, возникающее в зоне захвата ролика стола, увеличивается, и на достаточно высокой скорости проволока отскакивает назад после выхода из зоны вакуума и заставляет заготовку соскакивать с проволоки, нарушая формование. Для предотвращения этого используются дренажные пленки. Крылья обычно имеют наклон от нуля до двух или трех градусов и обеспечивают более плавное действие. Если используются рулоны и фольга, то рулоны располагаются рядом с напорным ящиком, а фольга — дальше в машине. [7] [8] Также можно использовать ультразвуковую фольгу, создающую миллионы импульсов давления от схлопывающихся кавитационных пузырьков, которые удерживают волокна друг от друга, придавая им более равномерное распределение.
Приближаясь к сухой линии на столе расположены низковакуумные боксы, осушающие барометрическую ногу под действием силы тяжести. После сухой линии расположены всасывающие камеры с приложенным вакуумом. Всасывающие коробки доходят до гауч-вала. У дивана консистенция листа должна быть около 25%. [7] [8]
Тип формовочной секции обычно зависит от сорта производимой бумаги или картона; однако многие старые машины имеют неоптимальную конструкцию. Старые машины можно модернизировать, включив в них более подходящие формовочные секции.
К обычному фурдринье можно добавить второй напорный ящик , чтобы положить другую смесь волокон поверх базового слоя. Вспомогательный напорный ящик обычно располагается в месте, где основной лист полностью опорожнен. Это не считается отдельным слоем, поскольку вода хорошо смешивает волокна верхнего и нижнего слоев. Вторичные напорные ящики часто встречаются на лайнере .
Модификация базового стола Фурдринье путем добавления второй проволоки поверх дренажного стола известна как формирователь верхней проволоки . Нижний и верхний проводы сходятся, и через верхний провод проходит некоторый дренаж. Верхняя сетка улучшает формирование, а также обеспечивает больший дренаж, что полезно для ускоренных машин.
В машине Twin Wire или формирователе зазоров используются две вертикальные проволоки в секции формования, тем самым увеличивая скорость обезвоживания волокнистой массы, а также обеспечивая однородную двустороннюю форму. [9]
Существуют также машины, в которых целые секции Фурдринье установлены над традиционным Фурдринье. Это позволяет изготавливать многослойную бумагу с особыми характеристиками. Их называют верхними фурдриньерами , и они производят многослойную бумагу или картон . Обычно это используется для наложения верхнего слоя отбеленного волокна на неотбеленный слой.
Еще одним типом формовочной секции является машина для изготовления цилиндрических форм , изобретенная Джоном Дикинсоном в 1809 году и первоначально являвшаяся конкурентом машины Фурдринье. [10] [11] В этой машине используется вращающийся цилиндр, покрытый сеткой, частично погруженный в резервуар с волокнистой суспензией на мокрой части для формирования бумажного полотна, что обеспечивает более случайное распределение целлюлозных волокон . Цилиндрические машины могут формовать лист более высокой консистенции, что обеспечивает более трехмерную ориентацию волокон, чем более низкие консистенции, что приводит к более высокой толщине (толщине) и большей жесткости в машинном направлении (MD). Высокая жесткость в продольном направлении полезна при упаковке пищевых продуктов, таких как коробки для хлопьев и других коробок, таких как сухие стиральные порошки.
Тканевые машины обычно формируют бумажное полотно между проволокой и специальной тканью (войлоком), когда они наматываются на формовочный валок. Полотно прессуется из войлока непосредственно на сушилку большого диаметра, называемую янки . Бумага прилипает к сушильной машине и снимается с помощью скребка, называемого доктором . Тканевые машины работают со скоростью до 2000 м/мин.
Вторая секция бумагоделательной машины — это секция прессования, которая удаляет большую часть оставшейся воды через систему зажимов, образованных валками, прижимающимися друг к другу, которым помогает прессовый войлок , который поддерживает лист и поглощает спрессованную воду. Консистенция бумажного полотна на выходе из прессовой секции может превышать 40%. [12] Прессование является вторым наиболее эффективным методом обезвоживания листа (после свободного дренажа в секции формования), поскольку требуется только механическое воздействие.
На количество прижимных валков, их расположение, а также расположение и тип используемого фетра влияют сорта производимой бумаги и желаемые эксплуатационные характеристики машины. [13]
Исторически пресс-войлок изготавливался из шерсти. Однако сегодня они почти на 100% синтетические. Они изготовлены из полиамидной ткани с толстым ватой, нанесенным особым дизайном для максимального поглощения воды.
Прессы могут быть одинарными или двойными. Одинарный валяный пресс имеет войлок с одной стороны и гладкий валок с другой. В прессе с двойным валянием обе стороны листа контактируют с пресс-фетром. Одиночные войлочные зажимы полезны при соединении с гладким валиком (обычно в верхнем положении), что добавляет двусторонности — верхняя сторона кажется более гладкой, чем нижняя. Двойные войлочные выступы придают шероховатость обеим сторонам листа. Прессы с двойным валянием желательны для первой секции пресса из тяжелого картона.
Простые прижимные валки могут представлять собой валки с рифленой или глухосверленной поверхностью. Более совершенными прижимными валками являются всасывающие валки. Это рулоны с перфорированной оболочкой и крышкой. Корпус из металлического материала, такого как бронза или нержавеющая сталь, покрыт резиной или синтетическим материалом. И оболочка, и крышка просверлены по всей поверхности. В сердцевине всасывающего вала установлена стационарная всасывающая камера для поддержки прессуемой оболочки. Торцевые торцевые уплотнения используются для соединения внутренней поверхности корпуса и всасывающей камеры. Гладкие валки обычно изготавливаются из гранитных валков. [14] Рулоны гранита могут достигать 30 футов (9,1 м) в длину и 6 футов (1,8 м) в диаметре. [15]
Обычные валковые прессы имеют конфигурацию, в которой один из прижимных валков находится в фиксированном положении, а сопряженный валок нагружен напротив этого неподвижного валка. Сукно проходит через зажимы прижимных валков и продолжается по сукну, обычно состоящему из нескольких суконных валков. Во время пребывания в зоне контакта влага с листа передается прессовальному сукну. Когда пресс-сукно выходит из зазора и продолжает движение, вакуумная камера, известная как Uhle Box, создает вакуум (обычно -60 кПа) к пресс-сукну, чтобы удалить влагу, так что, когда сукно возвращается в зазор в следующем цикле, оно не добавляет влаги листу.
В некоторых сортах бумаги используются присасывающие ролики, которые используют вакуум для переноса листа с кушетки на войлок при первом прессе или между секциями пресса. Прессы с подхватывающими роликами обычно имеют вакуумную камеру с двумя зонами вакуума (низкий вакуум и высокий вакуум). Эти валки имеют большое количество просверленных отверстий в крышке, позволяющих вакууму проходить из стационарной вакуумной камеры через вращающееся покрытие валков. Зона низкого вакуума захватывает лист и перемещает его, а зона высокого вакуума пытается удалить влагу. К сожалению, на достаточно высокой скорости центробежная сила выбрасывает собранную в вакууме воду, что делает обезвоживание менее эффективным. Прессы-подборщики также имеют стандартные суконные линии с коробками Uhle. Однако конструкция пресса-подборщика совершенно другая, поскольку движение воздуха важно для его функций по подбору и обезвоживанию.
Валки с управлением по коронке (также известные как валки CC) обычно являются сопрягаемыми валками в прессовом устройстве. В прижимных валках имеются гидравлические цилиндры, которые предотвращают прогибание валка. Цилиндры соединяются с башмаком или несколькими башмаками, чтобы удерживать верхнюю часть валка ровно и противодействовать естественному «изгибу» формы валка из-за приложения нагрузки к краям.
Прессы с расширенным зажимом (или ENP) являются относительно современной альтернативой обычным валковым прессам. Верхний валок обычно представляет собой стандартный валок, тогда как нижний валок на самом деле представляет собой большой валок CC с удлиненным башмаком, изогнутым по форме верхнего валка, окруженным вращающейся резиновой лентой, а не стандартной крышкой валка. Целью ENP является увеличение времени пребывания листа между двумя валками, тем самым максимизируя обезвоживание. По сравнению со стандартным валковым прессом, в котором содержание твердых частиц после прессования достигает 35 %, ENP увеличивает этот показатель до 45 % и выше, обеспечивая значительную экономию пара или увеличение скорости. ENP уплотняют лист, тем самым увеличивая прочность на разрыв и некоторые другие физические свойства.
Сушильная секция бумагоделательной машины, как следует из названия, сушит бумагу с помощью ряда цилиндров с внутренним паровым нагревом, которые испаряют влагу. Давление пара может достигать 160 фунтов на квадратный дюйм. Пар поступает в конец головки сушилки (крышку цилиндра) через паровое соединение, а конденсат выходит через сифон, который идет от внутренней оболочки к центральной трубе. Из центральной трубы конденсат выходит через соединение на головке осушителя. Широкие машины требуют нескольких сифонов. В более быстрых машинах центробежная сила удерживает слой конденсата неподвижно прижатым к корпусу, а стержни, создающие турбулентность, обычно используются для перемешивания слоя конденсата и улучшения теплопередачи. [12]
Лист обычно удерживается на сушилках длинными фетровыми петлями сверху и снизу каждой секции сушилки. Войлок значительно улучшает теплопередачу. Войлок для сушилки изготовлен из грубой нити и имеет очень открытое переплетение, которое почти прозрачно. Обычно первая нижняя секция сушилки не войлочная, и ее выбрасывают на пол подвала во время разрыва листа или при продевании листа.
Сушилки для бумаги обычно объединяются в группы, называемые секциями , чтобы их можно было запускать со все более медленной скоростью, чтобы компенсировать усадку листа по мере высыхания бумаги. Некоторые сорта бумаги также могут растягиваться при прохождении через машину, что требует увеличения скорости между секциями. Промежутки между секциями называются ничьями .
Сушильные секции обычно закрыты для сохранения тепла. Нагретый воздух обычно подается в карманы, где лист разрывает контакт с сушилками. Это увеличивает скорость высыхания. Вентиляционные трубки кармана имеют по всей длине прорези, обращенные внутрь кармана. Вытяжные колпаки сушилок обычно вытяжные с помощью ряда вытяжных вентиляторов, установленных на крыше, расположенных в сушильной секции.
Дополнительные проклеивающие вещества, в том числе смолы , клей или крахмал , могут быть добавлены в полотно для изменения его характеристик. Проклейка улучшает водостойкость бумаги, уменьшает ее способность к распушиванию, снижает абразивность, улучшает ее печатные свойства и прочность сцепления с поверхностью. Их можно наносить на влажную (внутренняя проклейка) или на сухую сторону (поверхностная проклейка), или и то, и другое. На окончательном этапе проклейка обычно наносится с помощью клеильного пресса . Клеильным прессом может быть валковый аппликатор (с затопленным зазором) или аппликатор с насадкой. Обычно его размещают перед последней секцией сушилки. Некоторые бумагоделательные машины также используют устройство для нанесения покрытия для нанесения покрытия из наполнителей , таких как карбонат кальция или фарфоровая глина , обычно суспендированных в связующем из приготовленного крахмала и бутадиен-стирольного латекса. Покрытие дает очень гладкую, блестящую поверхность с высочайшими печатными качествами.
Каландр состоит из двух или более валков, в которых к проходящей бумаге прикладывается давление. Каландры используются для придания поверхности бумаги большей гладкости и блеска. Это также придает ему более равномерную толщину. Давление, оказываемое на полотно роликами, определяет качество бумаги.
После каландрирования полотно имеет влажность около 6% (в зависимости от композиции). Бумага наматывается на металлические катушки с помощью большого цилиндра, называемого барабанной катушкой . Между барабаном катушки и шпулей поддерживается постоянное давление, что позволяет возникающему трению вращать шпулю. Бумага проходит через верхнюю часть барабана и наматывается на катушку, образуя мастер-рулон .
Чтобы обеспечить непрерывную работу бумагоделательной машины, бобина должна иметь возможность быстро переключаться с намотки готового рулона на пустую катушку, не останавливая поток бумаги. Для этого каждая секция барабана будет иметь две или более катушек, вращающихся в ходе процесса. С помощью мостового крана пустые катушки загружаются на два основных рычага над барабаном мотовила. Когда мастер-рулон достигает своего максимального диаметра, рычаги опускают новую катушку до контакта с барабаном, а машина, находящаяся за барабаном, протягивает ленту вдоль движущегося листа бумаги, быстро разрывая ее и прикрепляя поступающую бумагу к новой катушке. . Затем катушка опускается на вторичные рычаги , которые постепенно отводят катушку от барабана по мере увеличения диаметра бумаги на катушке.
Твердость валков следует проверить, получить и отрегулировать соответствующим образом, чтобы убедиться, что твердость валков находится в пределах допустимого диапазона для продукта.
Рулоны бумаги, намотанные в конце процесса сушки, имеют полную обрезанную ширину за вычетом усадки от сушки полотна, выходящего из проволоки. В намоточной секции рулоны бумаги разрезаются на более мелкие рулоны шириной и диаметром рулона, определяемыми заказом клиента. Для этого катушку помещают на разматывающую стойку, а расстояния между ножевыми станками (острыми режущими колесами) регулируются в соответствии с шириной, указанной для заказов. Намоточное устройство работает до тех пор, пока не будет достигнут желаемый диаметр рулона, а рулоны маркируются в соответствии с размером и заказом перед отправкой на отгрузку или на склад. Катушка обычно имеет достаточный диаметр для изготовления двух или более комплектов рулонов.
сломанный : макулатура, образовавшаяся в процессе изготовления бумаги, образовавшаяся либо во время разрыва листа, либо в результате обрезков. Его собирают и помещают в репульпер для повторного использования в процессе.
консистенция : процент сухого волокна в суспензии целлюлозы.
диван : по-французски означает «лежать» . После гаушечной прокатки лист снимается с проволоки и передается в секцию пресса.
Денди-ролл : полый рулон, покрытый сеткой, который надевается на вершину Фурдринье. Он разбивает комки волокон для улучшения формирования листа, а также может использоваться для отпечатка, как на уложенной бумаге . См. также водяной знак .
вентиляторный насос : большой насос, который перекачивает белую воду из бака для белой воды в напорный ящик. Насос представляет собой специальную конструкцию с низким уровнем импульсов, которая сводит к минимуму влияние лопастных импульсов, которые могут привести к неравномерности плотности бумаги в направлении машины, известной как блокировка . Поток из вентиляторного насоса может проходить через сетки и очистители, если они используются. На больших бумагоделательных машинах производительность вентиляторных насосов может достигать десятков тысяч галлонов в минуту.
войлок : петля из ткани или синтетического материала, которая проходит между прижимными валками и служит местом для приема отжатой воды. Войлок также поддерживает влажное бумажное полотно и направляет его через секцию пресса. В сушильной секции также используется войлок, чтобы поддерживать тесный контакт листа с сушилкой и увеличивать теплопередачу.
наполнитель : мелкодисперсное вещество, добавляемое в бумагу в процессе формования. Наполнители улучшают качество печати, яркость и непрозрачность. Наиболее распространенными наполнителями являются глина и карбонат кальция. Диоксид титана является наполнителем, но также улучшает яркость и непрозрачность. Использование наполнителя из карбоната кальция обычно используется при производстве щелочной бумаги, тогда как каолиновая глина преобладает при производстве кислой бумаги. Щелочная бумага имеет превосходные свойства старения.
Формирование : степень равномерности распределения волокон в готовой бумаге, которую легко увидеть, поднеся бумагу на свет.
напорный ящик : камера давления, в которой применяется турбулентность для разрушения комков волокон в суспензии. Основная задача напорного ящика — равномерно распределить волокнистую массу по проволоке.
зазор : область контакта, где встречаются два противоположных валка, например, в прессе или каландре.
pH : степень кислотности или щелочности раствора. Щелочная бумага имеет очень долгий срок службы. Кислотная бумага со временем портится, из-за чего библиотеки либо принимают меры по сохранению, либо заменяют многие старые книги.
Размер : химическое вещество или крахмал, нанесенный на бумагу для замедления скорости проникновения воды. Калибровка предотвращает растекание чернил во время печати, улучшая четкость печати.
срез : регулируемое прямоугольное отверстие, обычно расположенное в нижней части напорного ящика, через которое струя белой воды выходит на сетку. Отверстие среза и давление воды вместе определяют количество и скорость потока сточной воды через срез. Ломтик обычно имеет какой-то механизм регулировки для выравнивания профиля плотности бумаги по всей машине (профиль CD), хотя более новый метод заключается в впрыскивании воды в беловую воду через область среза напорного ящика, тем самым используя локализованную консистенцию для управления профилем плотности CD. .
сырье : суспензия целлюлозы, обработанная на участке подготовки массы с необходимыми добавками, очисткой и корректировкой pH и готовая для изготовления бумаги.
полотно : непрерывный поток невысушенного волокна с кушетки скатывается вниз по бумагоделательной машине.
белая вода : фильтрат из дренажного стола. Белая вода со стола обычно хранится в баке для белой воды, из которого она перекачивается вентиляторным насосом в напорный ящик.
проволока : петля из плетеной сетчатой ткани, которая используется для слива пульпы из напорного ящика. До 1970-х годов использовалась бронзовая проволока, но теперь ее ткут из грубой моноволоконной синтетики, похожей на леску, но очень жесткой.
Нержавеющие стали широко используются в целлюлозно-бумажной промышленности [16] по двум основным причинам: во избежание загрязнения продукции железом и их коррозионной стойкости к различным химикатам, используемым в процессе производства бумаги. Нержавеющая сталь типа 316 — распространенный материал, используемый в бумагоделательных машинах.
Мельница в Эссексе имеет историческое значение как первая новая фабрика, арендованная Обществом по созданию полезных производителей, и как место проведения некоторых из самых ранних экспериментов с непрерывным производством бумаги в Соединенных Штатах. Состояния.
{{cite book}}: CS1 maint: постскриптум ( ссылка ){{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )