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詳細解構瓦楞紙板翹曲的真正原因

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詳細解構瓦楞紙板翹曲的真正原因

發布日期:2018-12-29 作者: 點擊:

瓦楞紙板翹曲產生的原因和機理,這也是瓦線生產的基本原理之一。此外,安排部分操作人員現場觀摩造紙全過程也是十分有幫助的,這樣他們將更好的理解紙張的特性,也能更合理地解決紙板翹曲的問題。


PART

紙張質量與特性

造紙機生產連續的寬幅紙張,這些紙張被卷成一個或更多的紙卷。另外設有單獨的縱切裝置來調整紙張的寬度,然后在可控張力下沿著規定的紙芯復卷紙幅,紙芯的內徑應適合瓦線原紙架上的夾具。

位于造紙機中心的紙張通常比邊緣的紙張要厚,同理造紙機的不同位置濕度也不同,這可以從紙卷的濕痕看出。現代造紙機裝有控制器,可克服這些缺點,但這些問題仍有可能發生。

如果不采取保護措施,紙卷兩端在裝運過程中可能會吸收空氣中的水分。就降低成本來說,一次購買數噸現貨是相當吸引人的,但也可能引起諸如返潮之類的風險,因此檢查是必要的保護性措施。這是一個獨立在紙板生產之外的問題,但對這一問題的了解可幫助操作人員決定是否使用某個紙卷、將紙卷放置一段時間使之自然調整或是將紙卷作廢品處理。應給濕部員工配備便攜式測量儀器,幫助他們在裝載之前兩次檢查紙卷。

紙張是自然的產物,因此正如各個紙卷之間有差異,同一紙卷中的紙張也有差異。紙張潮濕時膨脹,干燥時收縮,這些影響在與紙張紋理垂直的方向上更為明顯,原生長纖維硫酸鹽紙在與紙張紋理垂直方向上的膨脹或收縮程度是沿著紙張紋理方向的兩倍。現代造紙機經過專門設計,給紙張內部的纖維隨機定向,而非沿著設備運行方向理順纖維。

如果因為濕度上升導致紙張膨脹,將紙張移回原來的濕度環境中,這些紙張在縱橫方向上將收縮成小于原來的尺寸。這一現象被稱為“滯后效應”。如果對同樣的紙張再次重復同樣的步驟,紙張將進一步整體收縮,但收縮程度隨著每次重復操作而減小。水分含量高的紙張比起原先干燥的紙張更容易吸收額外的水分。如果對紙張加熱,同膨脹和收縮效應相似,水分吸收效應將增強。

較輕的面紙尺寸變化的幅度較大。BHS公司進行的測試表明每40英寸的輕型面紙可收縮3/8英寸(即9mm/m)。因此如果外層面紙用重型牛皮紙,里層用輕型紙張,可能出現嚴重的翹曲傾向,結果給紙板運行和加工帶來了麻煩。如果將2磅/1000平方英尺的水加入65磅的紙(即將10g/m2的水加入300g的面紙),紙張水分增加約3%,但是如果將同樣重量的水加入26磅(即125g)的紙張,紙張水分將增加約8%,加重了先前的不平衡狀態。

紙張在張力的作用下伸展,輕型紙張的伸展幅度更大。此外,近年來,隨著紙箱企業在瓦楞紙板生產過程中越來越多地采用輕型紙張,預計幾年內歐洲40%的瓦楞芯紙和10%的面紙克重將低于22磅(即100g/m2)。不論設備本身、其控制系統和精確度如何改進,我們應清楚操作人員必須了解他們的處理對象。如果缺少某些方面的培訓和經驗,他們成功的機會將微乎其微。


備注:當紙張被加熱滾筒烘干到平衡濕度之下,那么在之后的重新潤濕過程中,紙張水分減少,尺寸縮小。測試表明結果是所有紙張均永久收縮。在瓦楞加工過程中,面紙可發生兩次這樣的過程。


備注:研究不同紙張的收縮比例。根據不同的紙張克重,收縮率可達9mm/m,永久收縮率為3mm/m~4mm/m。輕型牛皮面紙或再生面紙比起重型面紙收縮率更高。這就解釋了在結合輕型和重型面紙時出現的問題。


PART

翹曲類型

相對于翹曲的原因,各種類型的翹曲更加為人所知。在對翹曲問題和原因進行更為廣泛的分析之前,我們有必要對翹曲類型做出定義,因為識別翹曲類型是找出問題根源的第一步。

所有的翹曲都是由應力沖突引起的,主要發生在平鋪尺寸不同的里外層面紙上(有時在瓦楞芯紙上)。由于平整的紙板材料在進入雙面機粘合在一起時具有不同的張力或水分含量,從而造成里外層面紙的差異。隨著張力的作用,紙板內部的水分將最終分布均衡,同時也引起產生翹曲的應力。

正向翹曲(向上翹曲)

正如其名,正向翹曲是最為常見的翹曲類型。根據所有上述的紙張特性,如果單面紙板在進入雙面機時比底層面紙潮濕,那么當多余的水分從上層轉移到下層,紙板將如圖所示,向上彎曲。這是因為上層面紙收縮,而下層面紙膨脹。

這樣看來正向翹曲的機理很簡單。進一步探究下去,我們發現在相同條件下薄紙板(即楞高小)比粗楞紙板的翹曲程度更大,這是因為當面紙靠近時,兩者之間的尺寸差異所帶來的影響會放大。事實上,還有另外兩個原因,這些原因如同我們對翹曲機理的理解那樣重要。

比起粗楞,細楞間隔較小,因此上膠之后,膠水線更多,自由水也更多。另外,細楞在瓦楞方向上的彎曲強度更弱,因此抵抗彎曲的能力較小。

當紙幅在雙面機入口堆積時,芯紙的楞尖剛被糊膠潤濕,一些水分已轉移到下楞側。用熱板烘干后,芯紙收縮,常引起向下翹曲的趨勢,和面紙的運動方向相反。秘訣在于平衡這三股力量。

最近涂抹的膠水帶來的自由水(即淀粉成膠狀后沒用完的水)向上轉移,或多或少地穿過頂部面紙,這樣當紙板離開雙面機時,頂部面紙較潮濕。當紙板在碼垛中時水分蒸發,紙板會向上翹曲。因此如果紙板離開雙面機時就呈明顯的向上翹曲狀,那么在堆成碼垛后,翹曲將更為嚴重。在縱切壓痕機上將紙板切成窄幅狀可減緩應力,但向上翹曲的碼垛顯然無法在傳送帶上穩定運行,容易翻倒。另外,要將這些紙板送入紙箱加工設備也很困難。

最好的方法是令雙面機生產的紙板稍稍向下翹曲,令碼垛中的平整紙板微微向上翹曲,特別是當你的輥式轉送裝置常常引起“象腳”問題(“象腳”問題部分由底部紙幅的前緣與輥接觸時被稍稍向后推動引起,因此更多的情況下是向下翹曲,此外還受到在下紙幅上運行的輥的波紋效應的影響,因此下紙幅通常比上紙幅運行得更快,因此紙板越薄、輥密度約大,結果越是糟糕。)


備注:

你可以清楚地看到微楞多么容易翹曲。就理論上的平整缺陷程度來說,我們發現F楞的翹曲程度比A楞要高出4倍。在實際操作中,微楞生產需采用額外的方法。在單面機和雙面機的各個部分必須準確控制蒸汽和熱量,從而調整紙張的膨脹和收縮。恒定不變的生產運行速度也是必要的。

反向翹曲(向下翹曲)

反向翹曲由相反的條件引起,即底層面紙比單面面紙潮濕。反向翹曲較少見,常和重型底層面紙聯系在一起,這些面紙可能溫度低或潮濕。在這種情況下,所有的紙板材料向同一方向彎曲,形成非常頑固的翹曲。

第一個解決方法是給底層面紙加熱,即使這意味著重新包裹或重新串線,讓熱量進入紙張兩面,只要運行時間足夠長,可停機。否則的話,必須有速度限制。

“S”形翹曲

紙板出現“S”形翹曲表明瓦線垂直方向上的紙板位置、溫度或/和含水量不平衡。如果持續發生“S”形翹曲,可能涉及設備的問題;如果僅是一卷紙張產生這樣的情況,則常常是由于紙張的繞卷方法或水分梯度的問題引起的。如果只發生在高克重紙板中,則表明在垂直瓦線的方向上,至少有一個加熱輥或鼓形成溫度梯度。應在瓦線運行時給所有相關加熱容器測量溫度,然后檢查通氣門、虹吸管和蒸汽壓,作相應調整。

如果反復發生“S”形翹曲,應聯系工程設計人員來檢查原紙架臂、所有引導輥、包裹輥、預熱器和預調節鼓是否平行,如果必要的話,還可檢查瓦楞輥、壓力輥、涂膠輥和刮膠輥。檢查時注意檢測軸承游隙或升高。自動調節張力平衡輥在這種情況下給運行脆弱的位置可提供很大幫助。

如果翹曲的形狀為M狀或W狀,這可能是因為紙紙張邊緣潮濕,當使用被磨損的瓦楞輥、瓦楞輥組不平行、與中心點偏斜或刮刀過緊時,翹曲情況將更加嚴重。

扭曲

扭曲通常由施加在單面紙幅上過大或不均勻的張力引起,有時候也可能是紙幅水分不均勻而引起的。應檢查紙幅張力,確保天橋區域空氣流通,單面紙板在天橋上的堆積量處在最小的安全范圍內。


備注:紙幅的一面張力較高可引起對加熱滾筒的較高壓力,而在這個區域的高溫又反過來引起紙張收縮。收縮最終引起紙幅張力的進一步升高。

邊緣翹曲

邊緣翹曲是由運輸或存儲過程中紙卷兩端受潮引起的。而高速運行的設備和直徑較大的瓦楞輥則進一步造成邊緣翹曲。隨著紙幅運行速度持續超過650英尺/分鐘(即200米/分鐘),瓦楞輥快速地將熱量傳給紙張,引起溫度下降,由此,在中高輥上無法有效形成楞峰,而在平行輥上紙板中央形成反向楞峰。相似情況也可發生在涂膠輥上,即紙板中央區域的涂膠量減少,而邊緣部分卻增多。

長翹曲(瓦線方向翹曲)

長翹曲產生與瓦線方向上,如果單面紙板的張力比底層面紙大,則向上翹曲,反之,則向下。應在運行過程中重新平衡張力來去除翹曲。單面紙板制動器在進行瓦線控制時準確性差,但在控制長翹曲時卻是極為有效的。

現在已經了解了主要翹曲類型和原因,以及一些建議和補救措施。翹曲很可能是生產優質紙板的主要挑戰。其他挑戰還包括粘合問題、印刷表面缺陷、厚度損失和軟紙板。

類似于其他許多紙板問題,翹曲的影響可延伸至成型后的紙箱。最常見的向上翹曲可引起紙箱面板外凸,致使紙箱抗壓和堆疊能力差。任何翹曲類型都可在紙箱加工設備運行過程中引起問題,如不能順利送紙、紙板損壞、阻塞等。翹曲還可引起自動填裝設備大規模損壞。

研究不同紙張的收縮比例。根據不同的紙張克重,收縮率可達9mm/m,永久收縮率為3mm/m~4mm/m。輕型牛皮面紙或再生面紙比起重型面紙收縮率更高。這就解釋了在結合輕型和重型面紙時出現的問題。

你可以清楚地看到微楞多么容易翹曲。就理論上的平整缺陷程度來說,我們發現F楞的翹曲程度比A楞要高出4倍。在實際操作中,微楞生產需采用額外的方法。在單面機和雙面機的各個部分必須準確控制蒸汽和熱量,從而調整紙張的膨脹和收縮。恒定不變的生產運行速度也是必要的。

紙幅的一面張力較高可引起對加熱滾筒的較高壓力,而在這個區域的高溫又反過來引起紙張收縮。收縮最終引起紙幅張力的進一步升高。

為了達到最佳生產效果,主要因素如紙張、膠水、員工和設備必須互相協調。優質瓦楞紙板的生產和獲取是一個非常復雜的過程。利用連接瓦線各個設備的電子網絡,我們可以通過中央控制桌面來控制紙板溫度和平整度。圖中,你可以看見在這臺130”(3.3米)的瓦線上,所有相關參數都經過系統化設置和有效控制。這樣,在整個瓦線速度范圍內,紙板可達到最佳平整度。


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