自支撐綁定成形網組織結構對插接強度影響*

李 雷 葉 平 顧伯洪 孫寶忠

1.東華大學 紡織學院，上海 201620；

2.江蘇金呢工程織物股份有限公司，江蘇 海門 226132

成形網是造紙中用于紙頁成形和脫水的器件，其對流漿箱中的紙漿懸浮液進行濾水，形成濕紙幅，并將濕紙幅輸送至后續(xù)工段[1-2]。經過多年的發(fā)展，成形網已從早期的金屬單層網、兩層網發(fā)展為當前大規(guī)模應用的具有多個橫向緯線系統(tǒng)和縱向經線系統(tǒng)的自支撐綁定(self-supporting binding,SSB)成形網[3]。多層成形網通過中間層縫合而成，如傳統(tǒng)的三層網和SSB成形網采用緯線形成中間縫合層[4]。隨著造紙機車速的不斷提高，作為造紙濕部重要脫水器材的成形網，也迫切需要取得進一步發(fā)展[5]。

SSB成形網需通過插接形成接口，從而形成一個整體環(huán)形結構用于造紙加工。插接點是指接口處理過程中經線突出網面的位置，因經線處理后在網面上呈點狀而稱作插接點。插接帶由插接點組成，其寬度通常為10 cm左右。插接方法已從傳統(tǒng)的手動插接發(fā)展為當前的全自動插接。盡管插接自動化程度有所提高，但成形網的插接強度仍較低，接口質量與網體質量差異較大[6]。此外，SSB成形網所采用的單絲直徑越來越小，而造紙機車速不斷提高，對成形網插接強度和質量的要求也越來越高。接口寬度增加及緯線密度的提高，導致更多緯線在插接機上穿綜，進一步增加了插接難度。

插接工序是SSB成形網制作的最后一道關鍵工序，后續(xù)的二次熱定型僅對插接帶進行工藝微調整，因此插接強度對成形網的質量有很大影響。在造紙質量事故中，因插接強度較低造成的質量事故占很大的比重[7]。故提高插接強度，減小接口與成形網主體的質量差異，對降低造紙質量事故發(fā)生率具有重要意義。

目前，關于SSB成形網插接的研究主要側重于自動插接機的開發(fā)設計方面，如河南恒興造紙網有限公司開發(fā)出一種自動插接機，可有效收集插接中產生的網線頭[8]。關于SSB成形網組織結構(如面層與底層的織造網紋、面層緯線與底層緯線根數(shù)比、經緯直徑、經緯密度、接口寬度等)與成形網插接強度關系的研究仍有待詳細探討?；诖?，本文結合企業(yè)生產實踐，探討不同SSB成形網組織結構參數(shù)對插接強度的影響,以期為提高成形網產品的接口質量提供一定的理論參考。

1 試樣準備

1.1 原材料準備

SSB成形網，由江蘇金呢工程織物公司提供，面層經、緯線采用聚酯(PET)單絲；底層經線采用PET單絲，緯線采用根數(shù)比為1∶1的PET單絲與聚酰胺(PA)單絲。

1.2 制備SSB成形網的設備及工藝參數(shù)

整經機：瑞典TEXO公司的TSB400型整經機，整經速度為50 m/min；

織機：德國BK880型，引緯頻率為100次/min；

熱定型機：挪威KE-12.5 m，熱定型溫度從80 ℃升高至185 ℃，加工速度為2.5 m/min；

插接機：SC-5型全自動插接機，加工速度為3 761根/h。

1.3 SSB成形網組織結構模型及插接方式

SSB成形網組織結構模型如圖1所示。其中，藍線表示面層緯線，紅線表示綁定緯線，底層較粗的白線表示底層緯線，上下兩根較細的白線分別表示面層經線與底層經線。為方便表述，后文分別用面經、面緯、底經、底緯、綁緯分別表示面層經線、面層緯線、底層經線、底層緯線、綁定緯線。

圖1 SSB成形網的組織結構

SSB成形網常見的插接方式有閉口插接與開口插接兩種，如圖2中黃色標記部分所示。兩者的主要區(qū)別在于經線在接口形成插接點的方法不同。閉口插接是經線穿過同一緯線后閉合交叉形成插接點；開口插接是經線穿過相鄰緯線后呈開口狀形成插接點。無論采用哪種插接方式，插接后兩端經線并未連接，且在接口處理過程中端口凸出進而形成插接點。目前SSB成形網的面層多采用閉口插接方式，底層多采用開口插接方式。這樣的插接方式可確保插接帶具有較高的強度，同時兼具優(yōu)良的濾水性能。本文采用的SSB成形網試樣即為面層閉口插接、底層開口插接。

圖2 2種SSB成形網插接方式

2 SSB成形網插接強度測試與分析

2.1 插接強度測試

根據(jù)QB/T 2618—2003，采用Zwick Z010型強度試驗機測試SSB成形網的插接強度，測試參數(shù)設置如下：預張緊力0.5 N，預張緊速度10 mm/min，拉伸速度100 mm/min。

SSB成形網試樣尺寸：長200.00 mm±5.00 mm，寬20.00 mm± 0.50 mm，每種試樣測試3次。

造紙過程中成形網主要是經線方向受力，因此均沿經線方向對插接帶進行插接強度測試。

2.2 織物組織結構對成形網插接強度的影響

2.2.1 織造網紋對成形網插接強度的影響

SSB成形網生產中，通常面層織造網紋為平紋組織，以確保成形網的纖維支撐性能及平整性；底層織造網紋為緞紋組織，以使成形網更耐磨，使用壽命更長。在除織造網紋外其他結構參數(shù)基本相同的情況下，分別對織造網紋為2/10、2/8和2/6的3種常見成形網進行插接強度測試。其中，2/10織造網紋表示成形網的面層為平紋組織，底層為十枚變則經面緞紋組織，2表示平紋組織一個組織循環(huán)的經緯線根數(shù)，10表示緞紋組織一個組織循環(huán)的經緯線根數(shù)。2/8和2/6織造網紋的面層也均采用平紋組織，底層則分別采用八枚變則經面緞紋組織和六枚變則經面緞紋組織。3種成形網的拉伸性能測試結果如圖3和表1所示。

圖3 3種不同織造網紋SSB成形網的拉伸曲線

表1 3種不同織造網紋SSB成形網的插接性能測試結果

由表1可知，2/10、2/8和2/6這3種不同織造網紋SSB成形網的插接強度分別為486、546和763 N/cm，表明底層織造網紋由十枚變則經面緞紋變?yōu)榘嗣丁⒘蹲儎t經面緞紋時，成形網的插接強度逐漸提高。面層為平紋組織，底層為十枚變則經面緞紋時，成形網的插接強度最小，比底層為六枚變則經面緞紋成形網的插接強度低36.3%。

2.2.2 面緯底緯根數(shù)比對成形網插接強度的影響

當前，用于造紙的SSB成形網，其面緯底緯根數(shù)比通常采用2∶l或3∶2，且面層經緯線采用較小直徑的PET單絲，底緯采用較大直徑的PET單絲，配合一定比例的PA單絲，以提高成形網使用壽命[9]。在其他結構參數(shù)基本相同的情況下，面層緯線與底層緯線根數(shù)比分別為2∶1和3∶2的SSB成形網的拉伸性能測試結果如圖4和表2所示。

圖4 2種不同面緯底緯根數(shù)比SSB成形網的拉伸曲線

2.2.3 經緯線直徑對成形網插接強度的影響

為探討SSB成形網經緯線直徑對成形網插接強度的影響，測試不同經緯線直徑成形網的插接強度，結果如圖5和表3所示?？芍尚尉W經緯線直徑越大，插接強度越高，且經線直徑的影響更大。由圖5a)和表3可知，面經直徑為0.13 mm、底經直徑為0.21 mm時，插接強度僅為430 N/cm，較面經直徑為0.20 mm、底經直徑為0.27 mm時的插接強度減小了約43.2%。上述結果驗證了企業(yè)為提高成形網強度而普遍采用增大經線直徑的方法的正確性。由圖5b)可看出，底緯直徑越大，成形網插接強度越高。這也解釋了成形網生產時常通過增加底緯直徑的方式提高斷裂強度，進而改善成形網的耐磨性能。通過增大底緯直徑可解決成形網因不斷與驅網輥、張緊輥等脫水元件接觸而造成的過早下機問題，提高其使用壽命。綁緯是SSB成形網中連接面層與底層的一組特殊緯線，可使成形網結構更緊密。由圖5c)和表3可以看出，綁緯直徑越小，插接強度越低。當綁緯直徑由0.20 mm減小至0.13 mm時，成形網的插接強度由750 N/cm減小至522 N/cm，降低約30.4%。實際生產中，常通過增大綁緯直徑的方式提高綁緯與面經、底經的接觸面積，進一步增加成形網插接強度。

圖5 不同經緯線直徑SSB成形網的拉伸性能曲線

表3 不同經緯線直徑SSB成形網的插接性能測試結果

2.2.4 經緯線密度對成形網插接強度的影響

SSB成形網經緯線密度是成形網制備過程中的重要指標，無論是織造還是熱定型環(huán)節(jié)，均需專門的設備和工藝條件來確保目標經緯密度的實現(xiàn)，可見經緯線密度對成形網的最終性能有很大的影響。在確保SSB成形網除經緯密度外其他結構參數(shù)基本相同的情況下，測試3種不同經緯密度SSB成形網的拉伸性能，結果如圖6和表4所示。由圖6與表4可知，相比經密為45根/cm、緯密為54根/cm的成形網，經密為57根/cm、緯密為63根/cm的成形網的插接強度提高了約21.1%。原因是經緯密增大，單位長度內的經線及緯線根數(shù)增多，紗線排列更緊密，抱合力更強，插接強度也更高。研究還發(fā)現(xiàn)，經密不變，僅增大緯密時，成形網的抗張強力與插接強度增量較小。實際生產中，增大經緯密既可提高成形網的纖維支撐留著能力，又能在確保強度的基礎上，配合使用直徑更小的單絲，改善成形網的濾水性能。

圖6 3種不同經緯密度SSB成形網的拉伸性能曲線

表4 3種不同經緯密度SSB成形網的插接性能測試結果

2.2.5 接口寬度對成形網插接強度的影響

實際應用中，接口寬度也會對成形網插接強度產生影響。在確保SSB成形網除接口寬度外其他結構參數(shù)基本相同的情況下，選用接口寬度分別為14 cm與16 cm的2種成形網進行拉伸性能測試，結果見圖7和表5。由圖7和表5可看出，接口寬度增大，插接強度提高。接口寬度從14 cm增至16 cm時，插接強度從442 N/cm增至557 N/cm，增大了26.0%。實際生產中也常通過增大接口寬度來增加插接強度，但同時需考慮插接機所能承受的最大緯線根數(shù)，在合理范圍內設計接口寬度。

圖7 2種不同接口寬度SSB成形網的拉伸性能曲線

表5 2種不同接口寬度SSB成形網的插接性能測試結果

2.3 拉伸失效分析

目前，成形網通常不會因拉伸失效而下機，更多的是因成形網磨損、高壓水使用不當、化學清洗不當、脫水元件劣質等因素而導致下機。隨著造紙機車速的提高，成形網插接帶出現(xiàn)拉伸失效的概率增大。采用顯微鏡觀察SSB成形網插接帶拉伸破壞失效模式(圖8)，可以看出，在沿經線方向的拉伸作用下，接口被拆開，經線在插接點處發(fā)生分離；緯線則并未發(fā)生斷裂，而是呈脫散分布，最終導致成形網失效。

圖8 SSB成形網插接帶拉伸破壞失效模式

3 結論

通過結合SSB成形網的生產實踐，探究了不同織物組織結構對成形網插接強度的影響，得到下述結論。

(1)常見的3種織造網紋成形網中，面層采用平紋、底層采用六枚變則經面緞紋時，制成的成形網插接強度最大，可達763 N/cm，最大抗張強力達1 525.92 N。

(2)當面緯底緯根數(shù)比為2∶1時，綁緯數(shù)量多，所得成形網結構緊密，插接強度大。

(3)經緯線直徑越大，成形網插接強度越高。經線直徑對插接強度的影響更大。面經直徑為0.13 mm、底經直徑為0.21 mm的成形網相比面經直徑為0.20 mm、底經直徑為0.27 mm的成形網插接強度減小了約43.2%，這也是成形網制備過程中通過增大經線直徑提高其強度的原因。

(4)成形網插接強度與經緯密度和接口寬度呈正相關。提高經緯密度，可在確保成形網強度的基礎上，兼顧纖維支撐留著能力與濾水性能；在插接機所能承受的最大緯線根數(shù)范圍內增加接口寬度，可提高成形網插接強度。

(5)SSB成形網沿經向拉伸的失效模式為經線在插接點處發(fā)生分離，緯線脫散。