高級(jí)鞋用紙板的漿料配比及其強(qiáng)度性能研究

刁云云 劉楊洋 劉彥雪 劉玉新

（1.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局實(shí)用新型審查部，北京，100088 2.昆明理工大學(xué) 制漿造紙工程研究中心，云南昆明，650500)

鞋用紙板是利用造紙、紡織和化工復(fù)合技術(shù)對(duì)天然纖維、合成纖維及樹(shù)脂等物質(zhì)經(jīng)特殊加工工藝處理而制成的特種功能型紙板，具有制作成本低、定型能力強(qiáng)和尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于制鞋行業(yè)[1-4]。我國(guó)作為鞋用紙板的主要生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)家，雖然已在產(chǎn)品性能和生產(chǎn)工藝方面都已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，但因多使用本色或漂白的硫酸鹽針葉木漿作為主要原料，致使產(chǎn)品成本一直處于居高不下的狀態(tài)[5]。隨著現(xiàn)代造紙和化工技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代鞋用紙板廠家傾向于采用配抄纖維或部分回收纖維來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的針葉木纖維作為原料[6]，從而實(shí)現(xiàn)降低產(chǎn)品成本的目的。本研究在對(duì)鞋用紙板質(zhì)量要求和鞋用纖維特性綜合考量的基礎(chǔ)上，選用以長(zhǎng)纖維為主的廢舊黃麻纖維來(lái)代替或部分代替針葉木纖維，分別通過(guò)對(duì)打漿度、原料配比、制漿性能和紙板強(qiáng)度等方面的研究，探索配抄漿料對(duì)鞋用紙板性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

黃麻纖維，以廢舊麻袋為原料，經(jīng)洗滌、漂選和裁切后，送入疏解機(jī)中進(jìn)行分散、疏解處理，處理后的纖維原料經(jīng)平衡水分后備用。

針葉木纖維，采用進(jìn)口硫酸鹽針葉木(落葉松)漿板，經(jīng)分散、疏解和平衡水分后備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 鞋用紙板的打漿及抄制

依據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和鞋用紙板的國(guó)家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)分散、疏解后的廢舊漿和進(jìn)口硫酸鹽針葉木(落葉松)漿分別在盤(pán)式磨漿機(jī)中進(jìn)行磨打漿處理。其中黃麻漿以5 °SR 的間隔由 14 °SR（原始漿)打漿到 50°SR；針葉木漿也是以5°SR的間隔由15°SR（原始漿)打漿至45°SR，然后對(duì)不同打漿度下的漿料以100 g/m2的定量進(jìn)行鞋用紙板抄造處理，并按照鞋用紙板制造要求將5張紙板在油壓機(jī)中壓合處理5 min，然后在105℃下進(jìn)行干燥。同時(shí)，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以單層紙板為樣本進(jìn)行強(qiáng)度性能測(cè)試。

1.2.2 鞋用紙板的物理性能檢測(cè)

依據(jù) GB/T 2803、GB/T 453、GB/T 1538 和 GB/T 455對(duì)鞋用紙板的裂斷長(zhǎng)、耐折度和撕裂指數(shù)進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 打漿度對(duì)廢舊纖維鞋用紙板強(qiáng)度的影響

圖1 打漿度對(duì)廢舊纖維紙板強(qiáng)度的影響

由圖1可以看出，在廢舊黃麻纖維全替代的打漿體系中，在14～50°SR的打漿區(qū)間內(nèi)，隨著打漿度的升高，鞋用紙板的裂斷長(zhǎng)整體呈快速上升趨勢(shì)，尤其是自原始漿(14°SR)打漿至35°SR時(shí)，其強(qiáng)度幾乎以線(xiàn)性的形式增加，裂斷長(zhǎng)由最初的1511 m增加至4330 m。繼續(xù)打漿至50°SR時(shí)，裂斷長(zhǎng)的增加趨勢(shì)開(kāi)始變緩。如打漿度由45°SR增加至50°SR時(shí)，其裂斷長(zhǎng)僅由5010 m增加至5260 m，增加量為4.9%。由此可以看出，在廢舊黃麻漿纖維體系中，適宜的打漿過(guò)程有助于長(zhǎng)纖維的切短和細(xì)小纖維化，從而改善纖維間的結(jié)合力，提高紙板強(qiáng)度。這一點(diǎn)從撕裂指數(shù)的變化也可以進(jìn)一步驗(yàn)證，在40°SR的打漿度以前，由打漿作用而導(dǎo)致黃麻纖維間的結(jié)合力上升，從而使其撕裂指數(shù)由19.5 mN·m2/g上升至25.6mN·m2/g，平均每 5°SR 上升 1.22 mN·m2/g。 但當(dāng)打漿度由40°SR增加至50°SR時(shí)，撕裂指數(shù)反而迅速下降至16.9 mN·m2/g。這可能是由于打漿過(guò)程造成了纖維過(guò)度切短而導(dǎo)致的。因此，綜合上述紙板強(qiáng)度性能變化可以看出，在全廢舊黃麻纖維體系中，打漿度為40°SR時(shí)，可以獲得較好的鞋用紙板強(qiáng)度性能。

2.2 打漿度對(duì)廢舊黃麻纖維鞋用紙板耐折度的影響

圖2 打漿度對(duì)廢舊黃麻纖維鞋用紙板耐折強(qiáng)度的影響

打漿作用對(duì)全廢舊黃麻纖維漿體系耐折性的影響如圖2所示。以45°SR的打漿度為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，其耐折度呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。其中，當(dāng)打漿度低于30°SR時(shí)，耐折度的變化較小，僅由7次增加至9次，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[7]。之后，將打漿度提升至45°SR時(shí)，耐折度由9（30?SR)增加至13次，增加了近45%。繼續(xù)增加打漿度時(shí)，耐折度開(kāi)始出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。這說(shuō)明在全廢舊黃麻漿的鞋用紙板體系中，打漿度為45°SR時(shí)，可獲得相對(duì)較好的紙板耐折性能。

2.3 打漿度對(duì)針葉木纖維鞋用紙板強(qiáng)度的影響

由圖3可以看出，在全針葉木漿的鞋用紙板體系中，鞋用紙板的裂斷長(zhǎng)隨著打漿度的增加而整體呈上升趨勢(shì)，尤其是在20～35°SR的打漿區(qū)間內(nèi)，裂斷長(zhǎng)由5760 m迅速增加至8870 m，增加了53.9%，繼續(xù)增加打漿度為45°SR時(shí)，裂斷長(zhǎng)接近9900 m。這說(shuō)明在打漿作用下，纖維表層受到了一定程度的破壞，也提高了纖維的柔軟性，增加了纖維間的結(jié)合力，從而使鞋用紙板的強(qiáng)度迅速增加。但從圖3中也可以看出，可能部分由于磨漿機(jī)本身的原因，當(dāng)打漿度由25°SR增加至45°SR時(shí)，其撕裂指數(shù)下降非常明顯，由 18.9 mN·m2/g下降至 7.5 mN·m2/g，嚴(yán)重影響了鞋用紙板的整體性能。

圖3 打漿度對(duì)針葉木纖維鞋用紙板強(qiáng)度的影響

2.4 打漿度對(duì)針葉木纖維鞋用紙板耐折強(qiáng)度的影響

圖4 針葉木纖維不同打漿度對(duì)紙板耐折度的影響

從圖4可以看出，在15～35°SR的打漿區(qū)間內(nèi)，鞋用紙板的耐折強(qiáng)度分兩個(gè)階段呈上升趨勢(shì)。第一階段是由原始漿（15°SR)增加至打漿度為20°SR處，其耐折度稍有增加，但變化不明顯；第二階段為20～35°SR區(qū)間，在該區(qū)間內(nèi)，鞋用紙板的耐折強(qiáng)度由100次增加至346次，呈迅速上升的趨勢(shì)。繼續(xù)將打漿度提高至45°SR時(shí)，其耐折強(qiáng)度變化不明顯，甚至略有下降。這說(shuō)明對(duì)于全針葉木纖維鞋用紙板體系而言，纖維間的結(jié)合力對(duì)其耐折強(qiáng)度的影響要遠(yuǎn)大于纖維長(zhǎng)度的影響。

2.5 漿料配比對(duì)鞋用紙板強(qiáng)度的影響

由前面的分析可知，廢舊黃麻纖維盡管具有較好的纖維長(zhǎng)度，但無(wú)論在裂斷長(zhǎng)還是在耐折度方面，單獨(dú)采用黃麻纖維作為鞋用紙板原料還存有缺陷，不能滿(mǎn)足鞋用紙板要求。因此，分別在打漿度45°SR（廢舊黃麻)和35°SR（針葉木)下，探討黃麻纖維與針葉木纖維配抄比例對(duì)鞋用紙板強(qiáng)度的影響。結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，當(dāng)廢舊黃麻纖維取代針葉木纖維比例由 10%（9∶1)逐漸增加至 50%時(shí)（5∶5)時(shí)，鞋用紙板的裂斷長(zhǎng)由5110 m增加至7201 m，與圖3中同等打漿度（35°SR)下針葉木纖維的裂斷長(zhǎng)相比，裂斷長(zhǎng)略有下降。但與圖1中廢舊黃麻纖維全體系下的裂斷長(zhǎng)相比，其抗張強(qiáng)度增加了近一倍（前者打漿度為35°SR時(shí)的裂斷長(zhǎng)為4330 m)。

與抗張強(qiáng)度的變化不同，在撕裂指數(shù)方面，隨著廢舊黃麻纖維的增加，其撕裂指數(shù)一直呈下降趨勢(shì)。當(dāng)黃麻纖維增加至50%時(shí)，撕裂指數(shù)由19.53 mN·m2/g下降至14.43 mN·m2/g。但仍要優(yōu)于全針葉木體系中的撕裂強(qiáng)度（后者打漿度為35°SR時(shí)的撕裂指數(shù)為11.8 mN·m2/g)。這說(shuō)明在采用黃麻纖維部分代替針葉木纖維時(shí)，雖然會(huì)造成鞋用紙板抗張強(qiáng)度的下降，但黃麻纖維的加入，一定程度上也會(huì)彌補(bǔ)針葉木纖維在撕裂強(qiáng)度方面的不足。

圖5 漿料配比對(duì)鞋用紙板強(qiáng)度的影響

2.6 漿料配比對(duì)鞋用紙板耐折強(qiáng)度的影響

從圖6可以看出，采用黃麻纖維替代針葉木纖維時(shí)，無(wú)論是對(duì)于全廢舊黃麻纖維體系還是全針葉木體系，鞋用紙板的耐折度都有著明顯的提升，尤其是當(dāng)黃麻纖維取代比例達(dá)40%時(shí)，其耐折強(qiáng)度提高至2618次，能滿(mǎn)足或優(yōu)于對(duì)紙板耐折方面的要求。這可能是由于廢舊黃麻纖維漿的加入，提高了整個(gè)漿料的柔韌性能，從而顯著提高了紙板的耐折強(qiáng)度。綜合其抗張強(qiáng)度和耐折強(qiáng)度可知，黃麻纖維取代比例為30%時(shí)，其整體效果更好。

圖6 漿料配比對(duì)鞋用紙板耐折強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論

單獨(dú)使用全廢舊黃麻纖維或針葉木纖維作為鞋用紙板原料時(shí)，適宜的打漿過(guò)程可以有效改善紙板的抗張強(qiáng)度，但當(dāng)打漿度分別超過(guò)45°SR（廢舊黃麻)和35°SR（針葉木)時(shí)，其撕裂強(qiáng)度下降較大，其中打漿過(guò)程對(duì)針葉木的影響尤為明顯。在耐折強(qiáng)度方面，單獨(dú)的廢舊黃麻纖維不能滿(mǎn)足鞋用紙板要求。當(dāng)打漿度 45 °SR（廢舊黃麻)和 35 °SR（針葉木)時(shí)，采用廢舊黃麻纖維部分替代針葉木纖維時(shí)，對(duì)鞋用紙板的耐折強(qiáng)度提高明顯。當(dāng)針葉木纖維漿與黃麻纖維漿配比為7∶3時(shí)，裂斷長(zhǎng)接近6500 m，撕裂指數(shù)達(dá)到21 mN·m2/g，耐折度2510次，可滿(mǎn)足鞋用紙板生產(chǎn)要求。

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