現(xiàn)代紙機(jī)壓榨毛毯及毛毯-紙幅體系的技術(shù)研究進(jìn)展

朱　文　張　輝

(南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京，210037)

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現(xiàn)代紙機(jī)壓榨毛毯及毛毯-紙幅體系的技術(shù)研究進(jìn)展

朱文張輝*

(南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京，210037)

摘要：壓榨毛毯及壓區(qū)毛毯-紙幅體系較為復(fù)雜，直接影響紙機(jī)脫水效率和成紙質(zhì)量。文章在簡(jiǎn)要討論壓榨的基本作用、特征和國(guó)內(nèi)外壓榨毛毯生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了研究壓榨毛毯結(jié)構(gòu)特性、壓區(qū)毛毯-紙幅體系特性的方法、手段和取得的成果，以及壓榨毛毯及其應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：壓榨毛毯；毛毯-紙幅體系；結(jié)構(gòu)性能；脫水效率

紙機(jī)的主要功能有3個(gè)方面，即將紙漿成形、脫水以及改善紙張的內(nèi)在性能和表面性能。從脫水經(jīng)濟(jì)性和改善紙張性能兩方面看，壓榨部的作用十分重要，在現(xiàn)代高速紙機(jī)中尤其如此。若要高效、低成本地實(shí)現(xiàn)壓榨部的功能及作用，除壓榨(輥)設(shè)備外，主要取決于壓榨毛毯的結(jié)構(gòu)特性及毛毯-紙幅體系在壓區(qū)中表現(xiàn)的特性。為了適應(yīng)高速紙機(jī)的發(fā)展，國(guó)外學(xué)者對(duì)這兩方面特性進(jìn)行了許多研究，取得了較大進(jìn)展，并將其用于與高速紙機(jī)配套的壓榨毛毯的開(kāi)發(fā)中。我國(guó)對(duì)于壓榨毛毯及毛毯-紙幅體系的研究非常薄弱，無(wú)法適應(yīng)國(guó)內(nèi)造紙工業(yè)高速紙機(jī)的需要。故本文就國(guó)內(nèi)外壓榨毛毯生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀、壓榨毛毯結(jié)構(gòu)特性及毛毯-紙幅體系在壓區(qū)中表現(xiàn)的特性、壓榨毛毯發(fā)展及其應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)和研究方向等進(jìn)行詳細(xì)介紹，為我國(guó)高速紙機(jī)用壓榨毛毯及其應(yīng)用的研發(fā)提供借鑒。

1紙機(jī)壓榨部配置及研究要點(diǎn)

1.1紙機(jī)壓榨部配置及功能

紙機(jī)壓榨部一般有一道或多道壓榨，有傳統(tǒng)窄區(qū)壓榨和現(xiàn)代寬區(qū)壓榨。壓榨部壓區(qū)主要由壓榨輥、毛毯和紙幅三部分構(gòu)成。

壓榨毛毯主要作用是協(xié)助脫水、傳遞、支撐紙幅、保障紙幅在壓區(qū)內(nèi)的壓力均勻分布以及紙幅表面平整。毛毯的組織結(jié)構(gòu)、脫水性、承壓強(qiáng)度和使用壽命與紙機(jī)生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本密切相關(guān)。理想的毛毯應(yīng)具有較好的力學(xué)性能、耐沖擊、耐磨損、耐化學(xué)腐蝕，尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，具有高孔隙率和透氣性，液流阻力也小。

1.2國(guó)內(nèi)外紙機(jī)壓榨部研究重點(diǎn)

近年來(lái)，人們對(duì)壓榨部進(jìn)行了大量的研究和改進(jìn)，主要集中在改進(jìn)壓榨狀態(tài)，如開(kāi)發(fā)新型壓榨輥、采用強(qiáng)化壓榨途徑、尋求新型壓榨技術(shù)等。相對(duì)而言，對(duì)壓榨毛毯的研究較少，將毛毯和紙幅作為一個(gè)體系來(lái)研究的就更少。

國(guó)內(nèi)關(guān)于毛毯的研究局限于毛毯的織法、化學(xué)處理、清洗、防止脫毛、提高毛毯自身性能等方面，而對(duì)于將毛毯置于壓榨環(huán)境中進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)、在實(shí)驗(yàn)室條件下構(gòu)建毛毯壓榨模型以及對(duì)毛毯進(jìn)行微觀分析的研究幾乎沒(méi)有。因此，對(duì)壓榨部毛毯結(jié)構(gòu)和脫水性能的研究很有必要。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)壓榨毛毯研究的側(cè)重點(diǎn)有所不同。國(guó)內(nèi)對(duì)于毛毯的研究比較直觀，集中于新型毛毯的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)(毛毯表面植絨纖維原料、毛毯織法、毛毯表面化學(xué)處理)、毛毯清洗技術(shù)、企業(yè)自身管理等方面，傾向于工廠實(shí)際應(yīng)用。而國(guó)外對(duì)于毛毯的研究更詳細(xì)、更透徹，基礎(chǔ)理論性強(qiáng)，包括新型毛毯設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、毛毯清潔以及毛毯脫水實(shí)驗(yàn)室模型、毛毯表面粗糙度對(duì)脫水效率的影響等。

國(guó)內(nèi)關(guān)于壓榨毛毯的研究多局限于新型毛毯開(kāi)發(fā)等實(shí)用性方面，對(duì)于毛毯-紙幅體系壓榨脫水動(dòng)力學(xué)分析、數(shù)學(xué)模型、微觀結(jié)構(gòu)等方面的研究卻非常有限，進(jìn)而極大地限制了新技術(shù)的產(chǎn)生。

2壓榨毛毯生產(chǎn)技術(shù)研究進(jìn)展

影響脫水效率的重要因素之一就是壓榨毛毯?，F(xiàn)階段，對(duì)于如何延長(zhǎng)毛毯使用壽命、提高壓榨脫水效率、降低壓榨脫水能耗的研究受到越來(lái)越多的關(guān)注。

2.1壓榨毛毯材料

壓榨毛毯從全羊毛毯、半化纖毯發(fā)展到全化纖毛毯[1]，到1960年出現(xiàn)了針刺植絨基布毛毯(BOB)，1968年出現(xiàn)了針刺植絨底網(wǎng)毛毯(BOM)[2]。目前壓榨毛毯的典型原料[3-5]主要是滌綸和錦綸(聚酰胺纖維)，如PA6、PA66和PA610，這些材料具有很高的耐磨性和親水性。

植絨材料的研究包括纖維種類(lèi)、纖維幾何形狀和纖維長(zhǎng)度等方面。植絨纖維[6]選用PA46，具有較強(qiáng)的耐酸性和良好的熱穩(wěn)定性，最高軟化溫度比PA66高20℃左右；抗沖擊強(qiáng)度比PA6、PA66和聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)高2倍；耐磨強(qiáng)度是PA6的3倍，且具有良好的抗腐蝕性能。植絨纖維還可以選用以聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)為主的低熔點(diǎn)熱黏合纖維或選用較細(xì)的小徑高強(qiáng)度紗線，另外，用聚氨酯發(fā)泡材料替代絮絨材料也能優(yōu)化壓榨毛毯的性能[7]。從纖維幾何形狀來(lái)看，采用異型纖維、雙組分纖維可改善毛毯的表面性能、耐磨性能和彈性[8]。采用不同長(zhǎng)度的纖維混合有利于提高毛網(wǎng)梳理的質(zhì)量和纖維間的黏合力[2]。

底網(wǎng)材料一般為圓形的聚酰胺合成纖維，底網(wǎng)的紡絲有短纖紗、合股復(fù)絲、單絲以及合股單絲?，F(xiàn)代壓榨毛毯使用的主要是單絲和合股單絲，單絲直徑為0.15~0.60 mm，有很強(qiáng)的抗壓能力和透氣度。傳統(tǒng)單絲的圓形結(jié)構(gòu)雖提供了良好的抗壓性能，但其彈性及壓縮回彈性則更多依靠底網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及單絲加捻結(jié)構(gòu)來(lái)提供。在保證合理的機(jī)械性能和熱性能的條件下，采用中空單絲能為毛毯提供更優(yōu)良的壓縮回彈性[9]。

2.2壓榨毛毯的先進(jìn)織造工藝

壓榨毛毯的織造工藝主要包括底網(wǎng)編織方法、針刺植絨工藝、熱定型工藝，每項(xiàng)工藝都會(huì)影響最終成毯的品質(zhì)和性能。

(1)經(jīng)復(fù)絲、緯單絲、底經(jīng)二重平組織法[10]。經(jīng)紗采用復(fù)絲、緯紗采用單絲、底網(wǎng)組織采用經(jīng)二重平組織，這種工藝結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在基布中經(jīng)紗基本無(wú)屈曲，毛毯伸長(zhǎng)變形小，尺寸穩(wěn)定。底網(wǎng)組織采用雙層組織，經(jīng)紗屈曲少、表面平整，使壓榨力分布更均勻；底層為二上二下方平組織，能有效托持上層底網(wǎng)，方平組織中的孔洞可增大毛毯空隙體積，同時(shí)增強(qiáng)毛毯的脫水能力，降低三方向的流阻，提高毛毯的耐壓縮性和壓縮回彈性。

(2)底網(wǎng)壓榨毛毯織造[11]。底網(wǎng)壓榨毛毯是集單絲底網(wǎng)的疏水性、穩(wěn)定性、不可壓縮性及毛毯的表面性和彈性等優(yōu)點(diǎn)為一體的網(wǎng)毯組合式壓榨毛毯。底網(wǎng)壓榨毛毯織造過(guò)程中，必須做到同一經(jīng)軸上每根經(jīng)線張力一致，底網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)紙機(jī)類(lèi)型、抄紙品種及使用場(chǎng)合進(jìn)行選擇。在針刺復(fù)合工藝中，對(duì)底網(wǎng)壓榨毛毯性能影響最大的是針刺深度，其次是針刺密度。底網(wǎng)壓榨毛毯宜采用熱風(fēng)對(duì)流式或?qū)嵊图訜峤饘倜娼佑|式熱定型。定型溫度與定型時(shí)間是互相關(guān)聯(lián)的。

(3)VectorTM非編織技術(shù)[12]。運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)可編織多軸向基層毛毯，它可將VectorTM層內(nèi)的紗線在多方向上全部調(diào)直，并合為一體。既可提供優(yōu)良的抗壓實(shí)性，又可使基層更均勻，貼紙幅表面更平坦。

(4)熱定型賦予壓榨毛毯新性能技術(shù)[13]。為保證壓榨毛毯的良好透氣/透水性能、高強(qiáng)力、低伸長(zhǎng)的尺寸穩(wěn)定性，壓榨毛毯熱定型應(yīng)在較大的縱橫張力作用下，以定型溫度165~185℃、定型時(shí)間1 min為最佳。對(duì)表面細(xì)膩度要求高的毛毯在定型時(shí)必須使溫度低于原料熔點(diǎn)2~3℃，定型速度緩慢降至4 m/min，多圈定型反復(fù)熨平。

2.3新型壓榨毛毯

壓榨毛毯通?？煞譃閇14]單層底網(wǎng)毯、雙層底網(wǎng)毯、多層底網(wǎng)毯、無(wú)交織點(diǎn)基布毛毯、接縫毛毯、多軸向底網(wǎng)毛毯等。近幾年，又開(kāi)發(fā)了具有特殊性能的壓榨毛毯，如抗污底網(wǎng)壓榨毛毯、抗靜電底網(wǎng)壓榨毛毯、耐酸/耐堿底網(wǎng)壓榨毛毯等。相應(yīng)產(chǎn)品有上海某造紙網(wǎng)毯有限公司生產(chǎn)的高線壓壓榨毛毯、抗污底網(wǎng)壓榨毛毯及徐州某廠生產(chǎn)的無(wú)網(wǎng)痕壓榨毛毯等。

(1)靜電紡絲技術(shù)[15]毛毯。將靜電紡絲技術(shù)和壓榨毛毯編織技術(shù)結(jié)合到一起，可獲得性能強(qiáng)化的技術(shù)型紡織物。納米纖維素層能提高壓榨毛毯表面平滑度，但會(huì)降低透氣性。研究表明，納米纖維素涂層的涂布量為1 g/m2時(shí)，雖然會(huì)降低毛毯透氣性，但卻能提高涂層均勻性，促進(jìn)紙幅脫水。此外，紙側(cè)毛毯不再采用針刺模式可在很大程度上減少紙幅表面的斑紋，防止紙幅纖維穿刺到毛毯表面。

(2)無(wú)接縫壓榨毛毯[12]。接縫壓榨毛毯因其實(shí)心單線結(jié)構(gòu)而使設(shè)計(jì)靈活性較低。無(wú)接縫壓榨毛毯設(shè)計(jì)靈活，用于單壓區(qū)靴式壓榨時(shí)，紙幅出壓榨部的干度甚至超過(guò)52%。

(3)多軸向壓榨毛毯[14]。這種毛毯在單層底網(wǎng)結(jié)構(gòu)的面層基布與反面植絨之間增加一層無(wú)緯的底層基布，且該底層基布的經(jīng)線與面層基布的經(jīng)線必須處于非完全重疊狀態(tài)。這種毛毯彈性大、開(kāi)孔性高、濾水性強(qiáng)、不易堵塞，且使用壽命較長(zhǎng)。

(4)Spectra毛毯[16]。Voith Paper Fabrics生產(chǎn)的Spectra毛毯的聯(lián)合隔層具有很高的回彈性，可以有效地減少和消除壓榨振動(dòng)。

(5)接縫毛毯[16]。這種毛毯具有各種空隙容積指標(biāo)，可以應(yīng)用到任何紙機(jī)的壓榨部，適應(yīng)生產(chǎn)各種紙張。Voith Paper Fabrics提供的接縫毛毯是用全單絲基層加工制造的，有更好的抗沾污性能。

(6)PrintFlexTM壓榨毛毯[16]。這種毛毯采用精細(xì)的紡織纖維和樹(shù)脂組編而成，外表面精細(xì)無(wú)痕。

(7)Evolution壓榨毛毯[17]。這種毛毯中添加了特殊的高分子顆粒，可調(diào)節(jié)毛毯密度并使其保持在理想狀態(tài)，此毛毯的脫水效果非常出色，同時(shí)開(kāi)機(jī)無(wú)需磨合期，還可減少干燥紙幅所需熱能。

3壓榨毛毯主要結(jié)構(gòu)、性能及其研究進(jìn)展

壓榨毛毯性能主要包括耐用性、濾水性、表面性能、初期適應(yīng)性、耐高線壓力性能、壓縮回彈性、耐磨耐腐蝕性、自潔性、質(zhì)地均一性等[2]。對(duì)這些性能進(jìn)行改進(jìn)研究可促進(jìn)壓榨部的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，幫助毛毯制造商優(yōu)化毛毯設(shè)計(jì)，使毛毯選材、織造更科學(xué)，壽命更長(zhǎng)；還可幫助造紙廠選擇最適合的毛毯。

3.1毛毯表面性能

研究表明，毛毯的壓縮性能、表面性能以及壓榨過(guò)程中毛毯中的流阻都會(huì)影響紙幅脫水性能[18]；毛毯壓力作用不均影響紙幅平滑度[19]；在壓力控制脫水時(shí)，細(xì)密的植絨纖維層能提高壓榨毛毯的壓榨脫水性能[20]；在恒定的毛毯定量下，采用植絨纖維細(xì)密的毛毯，壓榨后紙幅干度高；毛毯表面植絨結(jié)構(gòu)相同時(shí)，采用較薄的毛毯壓榨后紙幅干度更高[21]。

Oliver等[22-25]研究了壓榨毛毯表面結(jié)構(gòu)及應(yīng)力作用不均勻性對(duì)壓榨脫水的影響，并提出了2種作用機(jī)理：回濕與應(yīng)力作用不均勻。為了表征壓榨毛毯的表面粗糙度以及應(yīng)力作用的不均勻性，開(kāi)發(fā)了素像紙、壓力測(cè)試薄膜、樹(shù)脂鑄模和薄油層壓印等方法。研究表明，毛毯的不均勻性會(huì)導(dǎo)致作用在紙幅上應(yīng)力的分布不均勻，最終導(dǎo)致脫水效率降低。Bernard設(shè)計(jì)的一種實(shí)驗(yàn)方法可以量化毛毯表面的不均勻性。

壓榨毛毯表面粗糙度對(duì)紙幅脫水的影響主要表現(xiàn)在：①由于毛毯表面粗糙造成壓縮應(yīng)力分布不均；②由于毛毯表面粗糙造成紙幅與毛毯接觸面之間的孔隙中會(huì)保留一部分水[26]。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)紙幅所需脫出的水量不多時(shí)，相對(duì)均勻、細(xì)膩的毛毯表面能促進(jìn)脫水；當(dāng)紙幅所需脫除的水量較大時(shí)，相對(duì)不均勻、粗糙的毛毯表面更能促進(jìn)脫水。

研究表明，壓榨毛毯表面不均勻性體現(xiàn)在3種尺寸范圍上，分別是微觀不均勻性、中觀不均勻性和宏觀不均勻性[27]。微觀不均勻性的尺寸范圍為10~80 μm，是由于毛毯表面植絨纖維直徑不同產(chǎn)生的，實(shí)驗(yàn)室雙輥壓榨實(shí)驗(yàn)表明，紙幅平滑度隨微觀均勻性的提高(減小植絨纖維直徑)而提高。中觀不均勻性的尺寸范圍為0.5~3 mm，與毛毯壓榨表面狀態(tài)(針刺軌跡)以及毛毯底網(wǎng)材料有關(guān)；上機(jī)試運(yùn)行后，其表面會(huì)越來(lái)越光滑，表面孔隙也會(huì)變得越來(lái)越小、越來(lái)越淺，從而使紙幅表面也變得更光滑；減小毛毯表面孔隙尺寸可減少紙幅回濕量，并能提高壓榨后紙幅干度。宏觀不均勻性的尺寸范圍為3~15 mm，產(chǎn)生的原因包括植絨纖維分布不均、底網(wǎng)材料上下層之間的阻礙以及植絨纖維的不均勻脫落。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，壓榨毛毯上的纖維區(qū)與孔隙區(qū)在壓榨脫水效果上存在著很大差異，纖維區(qū)上的局部壓強(qiáng)是孔隙區(qū)的2倍。

3.2毛毯濾水和透氣性

壓榨部壓區(qū)內(nèi)毛毯沿壓區(qū)寬度上的動(dòng)壓力可用達(dá)西方程[28]描述：

(1)

式中，u為水沿壓區(qū)寬度方向的流動(dòng)速度；x為沿壓區(qū)方向的距離；Pw為作用于毛毯的動(dòng)壓力；η為水黏度。

潘?？萚28]在此公式基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了壓榨毛毯壓縮性公式：

(2)

式中，x為沿壓區(qū)方向的距離；Pw為作用于毛毯的動(dòng)壓力；η為水黏度；h為毛毯厚度；hc為毛毯在壓區(qū)中央的厚度；U為毛毯運(yùn)行速度。

設(shè)定hc/h=m，稱(chēng)之為毛毯壓縮比。在壓力不變的條件下，毛毯壓縮比對(duì)動(dòng)壓力分布有重要影響。m越大，Pw越小，即壓力中用于排水的動(dòng)壓力越?。环粗?，Pw越大。由此可見(jiàn)，毛毯的可壓縮性對(duì)其脫水性影響顯著，可壓縮性越好，越有利于脫水；孔隙率越大，越有利于濕紙幅中的水向毛毯轉(zhuǎn)移。另外，毛毯從濕紙幅中吸收和排出水的速度也是一個(gè)重要影響因素。濕紙幅經(jīng)過(guò)壓區(qū)的時(shí)間極短，隨紙機(jī)車(chē)速提高，毛毯在極短時(shí)間內(nèi)擠壓出的水需被毛毯及時(shí)吸收并排出，這對(duì)毛毯的滲透速度提出了更高的要求。

壓榨毛毯濾水性的橫幅差異大于縱向差異[29]，通過(guò)濾水性曲線可協(xié)助查找壓榨部的異常問(wèn)題?？刂坪脡赫ッ簷M幅濾水一致，就可以在一定程度上減少干燥橫幅水分差異，控制噴水量，從而減少干燥蒸汽消耗、降低干燥成本。

壓榨毛毯的透氣量(度)取決于織物中孔隙的大小和多少，而這些又取決于纖維形狀、生產(chǎn)方法、厚度及后整理方法[30]。壓榨毛毯所用纖維越細(xì)，空氣透過(guò)的阻力越大，透氣量(度)越小。大多數(shù)異型纖維制成的毛毯的透氣性比圓形纖維好，壓縮回彈性好的纖維制成的毛毯的透氣性也較好。吸濕性強(qiáng)的纖維，吸濕后纖維直徑增加，孔隙減小，透氣度下降。

3.3壓榨毛毯耐用性

耐用性是指壓榨毛毯經(jīng)久耐用的狀態(tài)，即毛毯使用壽命，是毛毯所有性能的綜合反映。毛毯的制造原料、生產(chǎn)工藝、壓榨方法、日常維護(hù)等都會(huì)影響壓榨毛毯的使用壽命[2]。壓榨毛毯絨面纖維脫落會(huì)影響其壽命，造成纖維脫落的原因包括：①受機(jī)械因素影響而降解變?nèi)?，包括受到較高壓力、高壓噴水的沖洗、較大外部或內(nèi)部摩擦；②受化學(xué)因素影響而降解變?nèi)?，如過(guò)氧化氫、含有活性氫離子化合物等(最常用的幾種漂白劑)使尼龍纖維從機(jī)械(物理)降解變?nèi)踝優(yōu)榛瘜W(xué)降解變?nèi)?；③受制造因素的影響而降解變?nèi)鮗31]。

紙機(jī)車(chē)速提高后，有些壓榨毛毯會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的橫向振動(dòng)，造成生產(chǎn)中斷和設(shè)備損壞[32]。造成毛毯橫向振動(dòng)的原因是其壓榨部固有頻率接近紙機(jī)機(jī)械裝備的振動(dòng)頻率。因此，壓榨毛毯設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮紙機(jī)狀況和生產(chǎn)工藝要求。

3.4壓榨毛毯紙機(jī)適應(yīng)性

對(duì)于現(xiàn)代高速紙機(jī)，應(yīng)根據(jù)壓榨部的真空狀態(tài)、洗滌條件、漿料情況、脫水方式等工藝要求確定所需毛毯的規(guī)格型號(hào)[33]。主要要求如下[34]：①超高壓榨脈沖對(duì)毛毯抗壓性的要求，為此，一般采用如多軸向技術(shù)、全單絲技術(shù)、彈性模塊等織造技術(shù)以及如高抗壓型單絲、中空單絲等高性能原材料來(lái)應(yīng)對(duì)；②全封閉式引紙對(duì)壓榨毛毯透氣性、保持能力的要求；③高壓真空系統(tǒng)對(duì)壓榨毛毯耐磨性的要求；④紙機(jī)高運(yùn)行效率對(duì)壓榨毛毯性能穩(wěn)定性的要求；⑤出壓區(qū)紙幅干度的要求；⑥要求較高及較為特殊的紙張表面效果對(duì)毛毯表面性的要求；⑦壓榨毛毯高速運(yùn)行時(shí)振動(dòng)性能的要求；⑧緊湊、封閉式造紙壓榨部對(duì)壓榨毛毯更換方便性的要求。

目前，國(guó)產(chǎn)高品質(zhì)壓榨毛毯的紙機(jī)適應(yīng)性主要表現(xiàn)為[35]：①能夠在中速(300~500 m/min)、中高速(500~800 m/min)紙機(jī)上使用，能夠滿足設(shè)計(jì)車(chē)速、特種壓榨形式和品質(zhì)的要求；②品質(zhì)上能夠替代進(jìn)口壓榨毛毯，在紙機(jī)設(shè)計(jì)運(yùn)行指標(biāo)、綜合性價(jià)比方面具有競(jìng)爭(zhēng)力；③在普通紙機(jī)上，能明顯改進(jìn)生產(chǎn)條件，提高車(chē)速、節(jié)能降耗、降低成本；④壓榨毛毯經(jīng)特殊設(shè)計(jì)、制造和整理，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，濾水更均勻，表面更平整，能夠幫助消除溝紋輥、盲孔等由造紙?jiān)O(shè)備原因帶來(lái)的印痕紙??；⑤毛毯經(jīng)過(guò)特殊化學(xué)整理，耐磨、抗污染，可以改善因廢紙纖維反復(fù)利用而造成的細(xì)小纖維泥漿化以及瀝青、樹(shù)脂等雜質(zhì)帶來(lái)的影響，防止毛毯黏漿阻塞，可以減輕因水系統(tǒng)封閉循環(huán)產(chǎn)生的有害液體、回水對(duì)毛毯功能的損傷。

3.5壓榨毛毯的微觀結(jié)構(gòu)性能

壓榨后毛毯表面的顯微照片顯示，壓榨毛毯和紙幅接觸面之間存在大量未被壓縮區(qū)域[36-37]。以植絨纖維和紙張纖維的尺寸來(lái)看，毛毯表面只有25%~33%的區(qū)域是承受壓輥載荷的[38]。壓榨毛毯表面結(jié)構(gòu)微觀均勻性和適宜的孔隙容積決定了毛毯承受壓力的均勻性、毛毯的壓縮性以及毛毯中的流阻。壓榨毛毯結(jié)構(gòu)均勻性、表面狀態(tài)和多孔性等性能與壓榨部能耗、生產(chǎn)及振動(dòng)之間有對(duì)應(yīng)關(guān)系[39-41]。

3.6壓榨毛毯結(jié)構(gòu)性能的主要影響因素

壓榨毛毯植絨纖維和底網(wǎng)紗線所用的聚合物一般為PA6，它具有良好的親水性和耐磨性。許多因素會(huì)改變壓榨毛毯性能[42-43]：①壓榨毛毯結(jié)構(gòu)變形、變薄，這主要是由纖維變形造成的，包括纖維橫截面變形(從圓形變得扁平)，甚至?xí)斐衫w維斷裂；壓榨毛毯表面植絨纖維重塑使得毛毯表面密度增加。機(jī)械力(壓力、摩擦力、拉力及剪切力)是導(dǎo)致毛毯變形的主要原因。②壓榨毛毯磨損，造紙化學(xué)品和污垢，如填料、瀝青、施膠劑會(huì)增強(qiáng)纖維之間的結(jié)合，并留下堅(jiān)硬顆粒，損壞纖維表面、加快纖維磨損。③壓榨毛毯的孔隙被取代，黏附在毛毯表面的污垢還會(huì)滲入到毛毯內(nèi)部。毛毯結(jié)構(gòu)變形和孔隙被取代都會(huì)減小用來(lái)脫水的毛細(xì)管孔隙的尺寸。

3.7壓榨毛毯結(jié)構(gòu)性能的檢測(cè)系統(tǒng)和測(cè)試儀器

(1)FeltViewTM系統(tǒng)和EnviroScanTM系統(tǒng)[44]。這2個(gè)系統(tǒng)可測(cè)定毛毯的含水量、透氣性、溫度橫幅分布及變化趨勢(shì)，并能清晰地顯示出毛毯壽命。EnviroScanTM是壓榨后紙幅水分和溫度分布的測(cè)定系統(tǒng)，其是帶有傳感器的小型掃描器，即使在較惡劣的環(huán)境下也能使用。2個(gè)系統(tǒng)組合使用能提高產(chǎn)品品質(zhì)、毛毯性能及運(yùn)行效率，降低壓榨和干燥能耗。

(2)L&W Scanpro壓榨毛毯透水性測(cè)試儀[30]、Web1 QF-1型手持透氣度檢測(cè)系統(tǒng)、Scanpro(SE890)毛毯濾水性測(cè)定儀[45]。其中，Scanpro(SE890)毛毯濾水性測(cè)定儀由L&W公司提供，其測(cè)定方法基于Paprican大學(xué)Ivan.Pikulik的專(zhuān)利。其原理是使恒定壓力的水通過(guò)噴頭射入毛毯中以測(cè)定毛毯透氣性。濾水性測(cè)定儀能夠量化判斷并顯示毛毯的異常情況，主要包括判斷毛毯甩毛、壓傷、臟污等問(wèn)題。

Web1 QF-1型便攜式透氣性測(cè)試儀可對(duì)毛毯進(jìn)行在線測(cè)試，可在針刺過(guò)程中、定型前后對(duì)毛毯分別進(jìn)行橫向和縱向透氣性測(cè)試，通過(guò)分析測(cè)試曲線圖[46]可監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程；也可用于測(cè)定毛毯運(yùn)行期間的透水性，將測(cè)試結(jié)果以橫向和縱向分布曲線的形式實(shí)時(shí)顯示在內(nèi)置顯示屏上，很容易檢測(cè)毛毯是否磨損壓實(shí)和阻塞，能快速發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題(如毛毯缺陷)，加速故障排除，減少停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

4壓榨毛毯仿真研究方法

Meadows等[47-48]指出，壓區(qū)仿真是一種實(shí)效而省時(shí)的測(cè)試方法，可通過(guò)優(yōu)化壓榨毛毯的原材料和結(jié)構(gòu)來(lái)改善毛毯性能，如壓榨毛毯耐磨性可通過(guò)添加混紡紗和高分子質(zhì)量聚合物來(lái)得到提高。

4.1壓榨毛毯與紙幅相互作用的仿真研究方法

Vomhoff等[49]通過(guò)壓榨模擬實(shí)驗(yàn)論證壓榨過(guò)程中毛毯與紙幅之間存在相互作用。紙張模型由丙三醇飽和的發(fā)泡橡膠制成，放置在有機(jī)玻璃燒杯中，并用活塞以不同的速度壓縮紙張模型?；钊B接著伺服液壓系統(tǒng)和材料測(cè)試系統(tǒng)，借助攝像機(jī)記錄壓縮過(guò)程中紙張模型的變形過(guò)程，同時(shí)記錄載荷位移曲線。通過(guò)觀察得出，紙張模型在厚度方向上壓縮不均勻。當(dāng)壓縮力不均勻地傳遞到紙張模型上時(shí)，模型就會(huì)被不均勻地壓緊。增加紙張模型平面內(nèi)剛度，可以減弱該現(xiàn)象。此外，壓榨毛毯表面結(jié)構(gòu)對(duì)于給定紙張模型的壓縮量有很大影響。在達(dá)到相同的壓縮量下，以相對(duì)平坦的表面去壓縮紙張模型時(shí)所需要的作用力比放入壓榨毛毯模型后(代表由壓榨毛毯所造成的施力不均)壓縮紙張模型所需要的力高6倍左右。這是因?yàn)楫?dāng)作用在紙張模型上的壓力不均勻時(shí)，紙張模型表面就會(huì)形成一些未壓縮、滲透性很大的區(qū)域，這些區(qū)域會(huì)影響紙幅結(jié)構(gòu)、毛毯-紙幅中的流阻和壓榨脫水效率。

4.2壓榨毛毯原材料性能的仿真測(cè)試方法

Harlin[50]認(rèn)為，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，可通過(guò)不同方法來(lái)測(cè)試壓榨毛毯原材料的性能，如測(cè)量人造短纖維、單絲紗等原材料承受的機(jī)械應(yīng)力。在實(shí)驗(yàn)室可采用如斯托爾和馬丁代爾耐磨測(cè)試等不同方法來(lái)磨損毛毯表面，測(cè)試后用顯微鏡進(jìn)一步觀察。但是這些測(cè)試裝置均有相同的缺陷，即其并未仿真出紙機(jī)的真正運(yùn)行環(huán)境。紙機(jī)壓區(qū)內(nèi)環(huán)境通常是高壓強(qiáng)、拉力、摩擦力、化學(xué)試劑并存，而在常規(guī)測(cè)試中不可能同時(shí)兼顧這么多因素。因此，Harlin提出了一種新型測(cè)試技術(shù)，即用PMC(Paper Machine Clothing)裝置來(lái)仿真紙機(jī)運(yùn)行條件。使用該裝置可以節(jié)約成本和時(shí)間，同時(shí)對(duì)研究壓榨毛毯也十分有幫助。

4.3測(cè)試壓榨毛毯耐久性和脫水性的仿真研究方法

Hakala等[51]指出，優(yōu)化壓榨毛毯的目的就是為了提高其性能，使其在苛刻的造紙環(huán)境中具有耐久性和優(yōu)良的脫水性；他們?cè)O(shè)計(jì)了壓榨模擬器PMC裝置，并通過(guò)該裝置對(duì)壓區(qū)和壓榨毛毯磨損(老化)之間的關(guān)系進(jìn)行了探討。

4.4測(cè)試壓榨毛毯表面微觀應(yīng)力變化的仿真研究方法

Gullbrand[26]認(rèn)為，在測(cè)試壓榨毛毯表面微觀應(yīng)力變化時(shí)可采用2種方法，分別是基于掃描儀的毛毯表面應(yīng)力變化測(cè)試裝置和基于照相機(jī)的毛毯表面應(yīng)力變化測(cè)試裝置。這2種方法都是在應(yīng)力感應(yīng)薄膜的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。在壓縮過(guò)程中，將該轉(zhuǎn)化膜置于毛毯與光滑的平面之間。壓力加載時(shí)，轉(zhuǎn)化膜上受力部分的不透明部分變得透明。透明程度與被施加的應(yīng)力之間存在函數(shù)關(guān)系。在基于掃描儀的測(cè)試裝置中，掃描儀的x、y軸空間分辨率為25 μm。通過(guò)掃描儀將應(yīng)力感應(yīng)薄膜上透明度的變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的灰度(灰度0~255)，再通過(guò)一個(gè)標(biāo)定函數(shù)將灰度轉(zhuǎn)換成應(yīng)力。在基于照相機(jī)的測(cè)試裝置中，照相機(jī)的空間分辨率為6.3 μm，這意味著在加載過(guò)程中可以直接觀察毛毯與紙幅的接觸情況。應(yīng)力感應(yīng)薄膜上涂有一層黑墨，以便把毛毯和薄膜從光學(xué)上區(qū)分開(kāi)來(lái)。薄膜上受到應(yīng)力較大的部分就會(huì)變得更黑，應(yīng)力痕跡通過(guò)CCD照相機(jī)記錄，通過(guò)分析應(yīng)力痕跡就可以得到壓榨毛毯表面應(yīng)力的大小和分布情況。

4.5確定壓榨毛毯與紙幅間相互作用層中含水量的仿真研究方法

Axelsson等[52]開(kāi)發(fā)了一種確定壓榨毛毯與紙幅間相互作用層中含水量的方法。將測(cè)量得到的毛毯表面孔隙率減去紙幅纖維在毛毯表面壓入量的估算體積，就可以得到含水量。毛毯表面孔隙率采用地形圖計(jì)算，通過(guò)共聚焦顯微鏡(CLSM)法可采集到該地形圖。在該項(xiàng)研究中，壓榨毛毯在一個(gè)光滑表面上被壓縮，壓縮應(yīng)力為0~10 MPa。CLSM圖像中的偽影可通過(guò)一種圖像分析法來(lái)降低。他們采用另一種方法來(lái)估算承受不同壓力時(shí)紙幅纖維滲入毛毯表面孔隙的壓入量，該方法是仿真一個(gè)旋轉(zhuǎn)的球在毛毯表面滾轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)球的半徑和曲率根據(jù)所受壓力和毛毯定量的不同而不同。計(jì)算結(jié)果顯示，在紙幅與毛毯相互接觸層中存在大量孔隙。在大部分案例中，含水孔隙的體積占毛毯表面孔隙率的50%。假設(shè)存在一個(gè)完全水飽和的紙幅/毛毯相互作用層，則對(duì)于最細(xì)密的毛毯，其表面含水量約為10 g/m2；對(duì)于最粗糙的毛毯，其表面含水量約為40 g/m2。這意味著紙幅出壓榨部時(shí)很容易發(fā)生回濕現(xiàn)象。

4.6壓榨壓區(qū)壓力沖擊現(xiàn)象的仿真研究方法

Hakala等[53]尋求了一種新方法，以便在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下仿真壓區(qū)壓力沖擊，進(jìn)而找出預(yù)示毛毯噪聲運(yùn)行問(wèn)題的方法。實(shí)驗(yàn)采用一種動(dòng)態(tài)的測(cè)試方法——霍普金森分離式桿(HSB)來(lái)界定上壓輥與下壓輥之間能量沖擊和新、舊毛毯對(duì)壓力沖擊的抑制作用。研究認(rèn)為，毛毯的柔韌性與老化時(shí)間密切相關(guān)，壓榨毛毯柔韌性降低會(huì)導(dǎo)致壓區(qū)脈沖更容易穿透壓榨毛毯；在沖擊作用下，毛毯樣品的厚度減小，直徑增大。根據(jù)樣品材料和結(jié)構(gòu)的不同，樣品會(huì)發(fā)生塑性變形、黏彈性變形和彈性變形。

5壓區(qū)毛毯-紙幅體系性能及其研究進(jìn)展

壓區(qū)毛毯-紙幅體系(見(jiàn)圖1)宏觀上包括處于壓區(qū)中的濕紙幅和壓榨毛毯。國(guó)內(nèi)外的研究多把兩部分分開(kāi)討論。而筆者認(rèn)為，濕紙幅和毛毯在壓區(qū)中各自變化的同時(shí)，接觸面之間也存在微觀結(jié)構(gòu)上的變化，這些變化會(huì)影響紙幅壓榨脫水過(guò)程。在壓榨過(guò)程中，紙幅與毛毯之間存在相互作用層[54]，該層由壓縮區(qū)域和未壓縮區(qū)域組成。未壓縮區(qū)域由于沒(méi)有受到機(jī)械應(yīng)力的作用，只有部分水被脫除，所以該處紙幅干度很低。

5.1壓榨脫水機(jī)理研究

圖1　壓區(qū)毛毯-紙幅體系

Wicks等[55-57]認(rèn)為，在壓榨過(guò)程中紙幅會(huì)在厚度方向形成密度梯度，造成紙幅靠近毛毯一側(cè)的密度比靠近光滑輥面一側(cè)的密度大，稱(chēng)之為紙幅分層現(xiàn)象。

Chang[58]認(rèn)為，分層現(xiàn)象會(huì)制約壓榨脫水過(guò)程，紙幅靠近毛毯表面的致密層會(huì)限制紙幅脫水效果。對(duì)于高定量紙幅，在較短的壓榨間隔內(nèi)水的脫除量很少，與“流動(dòng)控制壓榨”下的表現(xiàn)相似，Chang將其命名為界面控制。他指出，在完全相同的材料和實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)于低定量紙幅，脫水形式很有可能是壓縮控制，而高定量紙幅則是流動(dòng)控制，這意味著脫水結(jié)果不僅受到漿料種類(lèi)的影響，還受到紙張定量的影響。

利用壓榨模擬裝置研究了紙幅定量對(duì)壓榨干度的影響[59]；結(jié)果表明，紙幅定量越大，濕紙幅出壓區(qū)的干度越小。低打漿度、低定量的濕紙幅，壓區(qū)表現(xiàn)為壓控壓區(qū)，紙幅中的孔隙對(duì)水的流動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生太大阻力，紙幅回濕現(xiàn)象發(fā)生在壓區(qū)中線之后；漿料打漿度較高而濕紙幅定量較大時(shí)，壓區(qū)表現(xiàn)為流控壓區(qū)，此時(shí)濕紙幅中的孔隙對(duì)壓區(qū)脫水的阻力比較大。流控壓榨中，壓區(qū)中央紙幅干度取決于水的流動(dòng)阻力和壓力維持時(shí)間，影響流控壓榨脫水效果的主要因素為加壓時(shí)間。對(duì)于流控壓榨，采用雙毯壓榨最為有利；在紙板生產(chǎn)過(guò)程中，雙毯壓榨可在很大程度上減小壓榨毛毯纖維組織的流動(dòng)阻力。

5.2進(jìn)壓區(qū)濕紙幅的干度和溫度對(duì)壓榨脫水的影響

研究人員[59]研究了濕紙幅進(jìn)壓區(qū)時(shí)的干度對(duì)出壓區(qū)干度的影響;結(jié)果表明，濕紙幅進(jìn)壓區(qū)與出壓區(qū)濕度比值約為3∶1~2∶1，紙幅回濕會(huì)降低壓榨脫水效率。

提高濕紙幅溫度能促進(jìn)濕紙幅的壓區(qū)脫水。研究表明，濕紙幅進(jìn)入壓區(qū)時(shí)的溫度從5℃升至90℃時(shí)，出壓區(qū)紙幅干度非線性地提高了10個(gè)百分點(diǎn)，即干度由38%提高到48%。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，濕紙幅溫度每提高11℃，出壓區(qū)紙幅干度可提高0.6~1.4個(gè)百分點(diǎn)。溫度對(duì)濕紙幅干度的影響也受其他因素制約，特別是漿料配比[59]。

5.3漿料性質(zhì)對(duì)壓榨脫水的影響

研究表明[59]，改變漿料組成或纖維特性能改變纖維結(jié)構(gòu)的可壓縮性，達(dá)到增加脫水量的目的。漿料游離度也會(huì)影響壓榨脫水，游離度每提高40 mL，出壓區(qū)紙幅干度約提高1%。

5.4紙幅定量對(duì)毛毯選擇的影響

工廠試驗(yàn)[59]證明，生產(chǎn)定量50 g/m2的紙時(shí)，使用表面細(xì)密的壓榨毛毯的壓榨干度比使用表面粗糙壓榨毛毯高約7%；其次，毛毯的針刺植絨纖維細(xì)度對(duì)加壓均勻性和流動(dòng)阻力也有直接影響。植絨纖維直徑不僅影響加壓均勻性，而且，在很大程度上還影響毛毯透水性。纖維直徑從17 μm增加到70 μm，毛毯透水性增加約3倍，這對(duì)薄頁(yè)紙生產(chǎn)特別重要。對(duì)薄頁(yè)紙而言，壓力的均勻性是影響脫水的關(guān)鍵因素；但當(dāng)紙張定量較大時(shí)，壓力均勻性變得不那么重要，而流動(dòng)阻力的影響更重要。對(duì)于定量較低的薄頁(yè)紙，細(xì)毛毯脫水效果好；對(duì)于定量較大的紙板，粗毛毯脫水量更大。

5.5壓榨毛毯-紙幅相互作用層

Vomhoff[60]指出，毛毯與紙幅之間的相互作用促使?jié)窦埛行纬闪讼嗷プ饔脤?，位于毛毯的下方，它由低滲透性的壓縮區(qū)域和高滲透性的未壓縮區(qū)域組成。壓縮區(qū)域的形成原因是紙幅在壓榨過(guò)程中由于壓榨毛毯的存在而使得其局部受壓，而未壓榨區(qū)域位于毛毯-紙幅接觸區(qū)域之間。相互作用層的厚度取決于壓榨毛毯表面的粗糙程度，即接觸區(qū)域之間的距離、壓榨過(guò)程中受力以及漿料種類(lèi)。濕紙幅中相互作用層的下方是完全壓縮層，該層濕紙幅被全部壓縮。未壓縮區(qū)域具有相當(dāng)高的滲透性，可利用其簡(jiǎn)化脫水過(guò)程，因?yàn)樵趬赫ミ^(guò)程中它們代表有效流動(dòng)通道。然而，當(dāng)機(jī)械壓力撤除時(shí)，這些未壓縮區(qū)域干度較低，因?yàn)槠渲兄挥胁糠炙幻摮?/p>

Vomhoff等[61]通過(guò)半經(jīng)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸浪懔讼嗷プ饔脤拥暮穸?。研究表明，采用表面?xì)密的壓榨毛毯時(shí)，毛毯與針葉木TMP和漂白針葉木漿抄造的紙幅間相互作用層的厚度分別為6 g/m2和11 g/m2；若采用無(wú)植絨纖維層的粗糙底網(wǎng)毛毯時(shí)，相互作用層的厚度近70 g/m2。

壓榨過(guò)程中，毛毯與紙幅在機(jī)械壓力的作用下緊緊地壓貼在一起，使兩者之間形成了一個(gè)接觸面，該接觸面由許多充滿水的孔隙組成。這些共有孔隙的尺寸和形狀取決于毛毯表面的粗糙程度和漿料種類(lèi)。當(dāng)毛毯與紙幅出壓榨部分離時(shí)，這些孔隙中的水會(huì)進(jìn)入毛毯或紙幅中，這種現(xiàn)象被稱(chēng)作分離回濕[62]。Norman[63]指出，當(dāng)采用相對(duì)平整的毛毯時(shí)，其與毛毯接觸面共有孔隙中的水較少，分離回濕量也相應(yīng)減少。

Szikla[64]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了Norman的理論；他研究了毛毯與紙幅分離時(shí)共有孔隙中水分的分布；研究表明，在分離階段，當(dāng)毛毯中存在真空區(qū)時(shí)，能很大程度地提高紙幅干度，因?yàn)檎婵諈^(qū)可以將大部分水留在毛毯中。Ahlman[65]發(fā)現(xiàn)，分離回濕也受到毛毯-紙幅接觸面有效水分的影響，且毛毯-紙幅接觸面的有效水分取決于紙幅進(jìn)壓榨部時(shí)的水分。

6國(guó)內(nèi)外壓榨毛毯行業(yè)現(xiàn)狀

近些年來(lái)，我國(guó)造紙企業(yè)引進(jìn)了大量先進(jìn)的造紙?jiān)O(shè)備，其裝備水平明顯提高，對(duì)壓榨毛毯的要求也隨之提高。盡管壓榨毛毯行業(yè)發(fā)展非常迅速，但國(guó)內(nèi)壓榨毛毯新品研發(fā)及生產(chǎn)技術(shù)依然落后，產(chǎn)品檔次和品質(zhì)提升緩慢，不能適應(yīng)大型高速紙機(jī)的需要，壓榨毛毯進(jìn)口量逐年增加。

壓榨毛毯對(duì)所用的化纖原料有特殊的質(zhì)量要求，國(guó)產(chǎn)化纖原料在質(zhì)量指標(biāo)上還不能完全滿足需求，僅能滿足500 m/min以下的低速紙機(jī)。中高速紙機(jī)使用的壓榨毛毯的原料大部分依靠進(jìn)口，價(jià)格不菲。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代紙機(jī)壓榨毛毯的原材料一般都采用尼龍，國(guó)外的植絨纖維比較細(xì)、耐磨性好、強(qiáng)度大、彈性好；而國(guó)內(nèi)原料比較粗糙，耐磨性和強(qiáng)度都較差；此外，國(guó)內(nèi)少有該方面的專(zhuān)門(mén)研究機(jī)構(gòu)。

瑞典TEXO是專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)壓榨毛毯織機(jī)的公司[66]，目前國(guó)內(nèi)重型進(jìn)口織機(jī)中90%都由其提供。TEXO提供的底網(wǎng)織機(jī)織幅寬約16 m。2009年徐州金冠進(jìn)口了1臺(tái)幅寬為15 m的寬幅織機(jī)，海門(mén)金呢公司也進(jìn)口了2臺(tái)這種織機(jī)。國(guó)外織造的底網(wǎng)可適用于車(chē)速1200 m/min以上、線壓力1000 kN/m的大型現(xiàn)代化紙機(jī)。而采用國(guó)產(chǎn)織機(jī)織造的底網(wǎng)幅寬僅4~6 m，只能供應(yīng)國(guó)產(chǎn)中低速紙機(jī)使用。目前，國(guó)產(chǎn)壓榨毛毯適應(yīng)的紙機(jī)車(chē)速為800～900 m/min；使用壽命約50~60天，最長(zhǎng)90~180天。

7壓榨毛毯及毛毯-紙幅體系研究的方向和趨勢(shì)

7.1原材料的革新和深入研究

國(guó)內(nèi)外壓榨毛毯原材料質(zhì)量和品種仍存在相當(dāng)大的差異，這無(wú)疑制約了壓榨毛毯的發(fā)展。國(guó)內(nèi)壓榨毛毯底網(wǎng)采用進(jìn)口單絲，織法也與國(guó)外相同，但產(chǎn)品質(zhì)量與進(jìn)口仍有差距。因此，需要對(duì)單絲原料的內(nèi)在成分和結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行深入細(xì)致的研究，增強(qiáng)底網(wǎng)單絲的機(jī)械強(qiáng)度及其能承受的線壓力。對(duì)于植絨纖維，除采用典型的材料聚酰胺合成物(如PA6、PA6.6和PA6.10)外，還可以采用PA46、以PET為主的低熔點(diǎn)熱黏合纖維以及較細(xì)的小徑高強(qiáng)度紗線為原料。從纖維幾何形狀出發(fā)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)異型纖維、雙組分纖維等的性能研究。此外，還應(yīng)對(duì)不等長(zhǎng)混合纖維以及長(zhǎng)度配比對(duì)壓榨毛毯成品性能的影響進(jìn)行研究。

7.2底網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

為了適應(yīng)不斷提高的紙機(jī)車(chē)速、壓榨脈沖、操作溫度，單層底網(wǎng)已不能適應(yīng)需求，應(yīng)開(kāi)發(fā)疊層與雙層毛毯、多層復(fù)合毛毯、單絲結(jié)構(gòu)毛毯、多軸向結(jié)構(gòu)、無(wú)交織結(jié)構(gòu)、聚合物結(jié)構(gòu)、經(jīng)二重平組織結(jié)構(gòu)等新型的底網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)以及具有特殊性能的毛毯，使壓榨毛毯具有更好的尺寸穩(wěn)定性、壓縮回彈性、濾水性及更長(zhǎng)的使用壽命。

7.3壓榨毛毯紙機(jī)適應(yīng)性的不斷提高

在為高速紙機(jī)設(shè)計(jì)、選取壓榨毛毯時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)線壓力與紙機(jī)負(fù)荷對(duì)毛毯強(qiáng)度的要求，重點(diǎn)考慮真空狀態(tài)、洗滌條件、漿料情況、脫水方式等。參照以往的經(jīng)驗(yàn)與毛毯制造特性等，深入研究車(chē)速、壓榨方式和紙種對(duì)毛毯的要求，以及各類(lèi)毛毯所能適應(yīng)的紙機(jī)工況。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)壓榨毛毯保養(yǎng)、在線清洗和在線、離線檢測(cè)方面的研究。

進(jìn)行以EnviroScanTM和FeltViewTM測(cè)試系統(tǒng)管理單壓區(qū)靴形壓榨部的研究，以減少毛毯與網(wǎng)子的磨損及損壞。此外，對(duì)壓榨技術(shù)、壓榨部結(jié)構(gòu)微調(diào)等方面進(jìn)行研究，以便減少毛毯磨損，延長(zhǎng)其使用壽命。

7.4壓榨毛毯清洗技術(shù)的改進(jìn)

造紙廠中經(jīng)常會(huì)有腐漿沉積、纖維、填料、濕強(qiáng)樹(shù)脂、施膠劑、碳酸鈣等物質(zhì)堵塞壓榨毛毯的現(xiàn)象，很容易導(dǎo)致計(jì)劃外停機(jī)。故應(yīng)加強(qiáng)以下方面的研究：壓榨毛毯洗滌、堵塞毛毯的細(xì)小組分清除；高溫和化學(xué)清洗對(duì)毛毯尼龍材料的損壞；壓榨毛毯酶基處理技術(shù)，以較溫和的方式對(duì)壓榨毛毯進(jìn)行清洗。

7.5毛毯-紙幅體系結(jié)構(gòu)和脫水機(jī)理的深入探討

國(guó)內(nèi)壓榨毛毯的研究多局限于新型毛毯開(kāi)發(fā)等實(shí)用性方面，而高速紙機(jī)壓榨毛毯的核心技術(shù)均在國(guó)外。國(guó)內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)開(kāi)展毛毯-紙幅體系壓榨脫水動(dòng)力學(xué)分析、數(shù)學(xué)模型、微觀結(jié)構(gòu)等方面的研究，有利于開(kāi)發(fā)與國(guó)際先進(jìn)水平接軌的毛毯制造技術(shù)。

在研究壓區(qū)脫水機(jī)理方面，可以在實(shí)驗(yàn)室中搭建仿真實(shí)驗(yàn)裝置，創(chuàng)建濕紙幅模型和壓榨毛毯表面模型，模擬紙幅壓榨脫水過(guò)程，表征壓榨過(guò)程中濕紙幅厚度方向上的形態(tài)變化，研究壓榨脫水機(jī)理和設(shè)定的過(guò)程參數(shù)對(duì)脫水效率的影響。在研究壓榨毛毯表面微觀應(yīng)力變化對(duì)脫水的影響時(shí)，可以搭建基于掃描儀的毛毯表面應(yīng)力變化測(cè)試裝置和基于照相機(jī)的毛毯表面應(yīng)力變化測(cè)試裝置，將壓感紙拓印下來(lái)的圖像通過(guò)掃描儀輸入電腦，將圖像的灰度轉(zhuǎn)換成應(yīng)力，同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)多變量的數(shù)學(xué)模型：

(3)

式中，y為紙幅干度；x1為毛毯-紙幅接觸表征參數(shù)；x2為紙幅定量。

采用MODDE6.0軟件，并運(yùn)用PLS回歸法對(duì)設(shè)定參數(shù)(如紙幅定量、紙幅與毛毯接觸區(qū)域參數(shù))進(jìn)行分析，從而分析出毛毯-紙幅體系結(jié)構(gòu)對(duì)脫水效率的影響。有條件的實(shí)驗(yàn)室可配備實(shí)驗(yàn)紙機(jī)，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性并進(jìn)行更深入細(xì)致的研究。

加強(qiáng)與壓榨毛毯相關(guān)的仿真模擬實(shí)驗(yàn)方法和裝置的開(kāi)發(fā)研究。

8結(jié)束語(yǔ)

壓榨毛毯是現(xiàn)代紙機(jī)壓榨部的重要脫水器件，直接影響到紙機(jī)壓榨脫水效率、紙幅質(zhì)量以及紙機(jī)能耗。壓榨毛毯和毛毯-紙幅體系的技術(shù)研究是屬于邊緣學(xué)科和交叉學(xué)科領(lǐng)域的研究，在我國(guó)非常薄弱。目前，我國(guó)造紙企業(yè)現(xiàn)代化大型高速紙機(jī)數(shù)量迅速增加，對(duì)壓榨毛毯的制造及應(yīng)用技術(shù)水平也提出了更高要求。對(duì)此，壓榨毛毯生產(chǎn)行業(yè)應(yīng)引起高度重視，通過(guò)壓榨毛毯原料生產(chǎn)企業(yè)、壓榨毛毯制造企業(yè)、相關(guān)院校所和造紙企業(yè)的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開(kāi)發(fā)，才能改變中高速紙機(jī)壓榨毛毯主要依賴(lài)進(jìn)口的現(xiàn)狀。

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(責(zé)任編輯：王巖)

Research Progress on the Press Felt and Felt-sheet System in the Modern Paper Machine

ZHU WenZHANG Hui*

(JiangsuProvincialKeyLabofPulpandPaperScienceandTechnology,NanjingForestryUniversity,

Nanjing,JiangsuProvince, 210037)

(*E-mail: zhnjfu@163.com)

Abstract：The micro structures of the press felt and felt-sheet system are complicated, which directly affect dewatering efficiency and quality of the sheet in modern paper machines. They have become one of the key considerations in modern paper machine system. In this paper the basic function and characteristics of press section as well as the current manufacture technology of press felt both at home and abroad were briefly introduced; and the research progress on the methods, means and achievements of the structure characteristics of press felt and the characteristics of felt-sheet system in the press section were mainly discussed. These characteristics were closely related to the dewatering efficiency and the quality of sheet. Finally, the future research trends of the press felt and the felt-sheet system were presented.

Keywords：press felt； felt-sheet system； structure property； dewatering efficiency

作者簡(jiǎn)介：朱文，女，1990年生；在讀碩士研究生；研究方向：造紙脫水器材科學(xué)與技術(shù)。

基金項(xiàng)目：2014年南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(201409)；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PAPD)。

收稿日期：2015- 02- 01

中圖分類(lèi)號(hào)：TS737+.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000- 6842(2015)04- 0051- 10

*通信聯(lián)系人：張輝，E-mail:zhnjfu@163.com。