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详细解构瓦楞纸板翘曲的真正原因

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详细解构瓦楞纸板翘曲的真正原因

发布日期:2018-12-29 作者: 点击:

瓦楞纸板翘曲产生的原因和机理,这也是瓦线生产的基本原理之一。此外,安排部分操作人员现场观摩造纸全过程也是十分有帮助的,这样他们将更好的理解纸张的特性,也能更合理地解决纸板翘曲的问题。


PART

纸张质量与特性

造纸机生产连续的宽幅纸张,这些纸张被卷成一个或更多的纸卷。另外设有单独的纵切装置来调整纸张的宽度,然后在可控张力下沿着规定的纸芯复卷纸幅,纸芯的内径应适合瓦线原纸架上的夹具。

位于造纸机中心的纸张通常比边缘的纸张要厚,同理造纸机的不同位置湿度也不同,这可以从纸卷的湿痕看出。现代造纸机装有控制器,可克服这些缺点,但这些问题仍有可能发生。

如果不采取保护措施,纸卷两端在装运过程中可能会吸收空气中的水分。就降低成本来说,一次购买数吨现货是相当吸引人的,但也可能引起诸如返潮之类的风险,因此检查是必要的保护性措施。这是一个独立在纸板生产之外的问题,但对这一问题的了解可帮助操作人员决定是否使用某个纸卷、将纸卷放置一段时间使之自然调整或是将纸卷作废品处理。应给湿部员工配备便携式测量仪器,帮助他们在装载之前两次检查纸卷。

纸张是自然的产物,因此正如各个纸卷之间有差异,同一纸卷中的纸张也有差异。纸张潮湿时膨胀,干燥时收缩,这些影响在与纸张纹理垂直的方向上更为明显,原生长纤维硫酸盐纸在与纸张纹理垂直方向上的膨胀或收缩程度是沿着纸张纹理方向的两倍。现代造纸机经过专门设计,给纸张内部的纤维随机定向,而非沿着设备运行方向理顺纤维。

如果因为湿度上升导致纸张膨胀,将纸张移回原来的湿度环境中,这些纸张在纵横方向上将收缩成小于原来的尺寸。这一现象被称为“滞后效应”。如果对同样的纸张再次重复同样的步骤,纸张将进一步整体收缩,但收缩程度随着每次重复操作而减小。水分含量高的纸张比起原先干燥的纸张更容易吸收额外的水分。如果对纸张加热,同膨胀和收缩效应相似,水分吸收效应将增强。

较轻的面纸尺寸变化的幅度较大。BHS公司进行的测试表明每40英寸的轻型面纸可收缩3/8英寸(即9mm/m)。因此如果外层面纸用重型牛皮纸,里层用轻型纸张,可能出现严重的翘曲倾向,结果给纸板运行和加工带来了麻烦。如果将2磅/1000平方英尺的水加入65磅的纸(即将10g/m2的水加入300g的面纸),纸张水分增加约3%,但是如果将同样重量的水加入26磅(即125g)的纸张,纸张水分将增加约8%,加重了先前的不平衡状态。

纸张在张力的作用下伸展,轻型纸张的伸展幅度更大。此外,近年来,随着纸箱企业在瓦楞纸板生产过程中越来越多地采用轻型纸张,预计几年内欧洲40%的瓦楞芯纸和10%的面纸克重将低于22磅(即100g/m2)。不论设备本身、其控制系统和精确度如何改进,我们应清楚操作人员必须了解他们的处理对象。如果缺少某些方面的培训和经验,他们成功的机会将微乎其微。


备注:当纸张被加热滚筒烘干到平衡湿度之下,那么在之后的重新润湿过程中,纸张水分减少,尺寸缩小。测试表明结果是所有纸张均永久收缩。在瓦楞加工过程中,面纸可发生两次这样的过程。


备注:研究不同纸张的收缩比例。根据不同的纸张克重,收缩率可达9mm/m,永久收缩率为3mm/m~4mm/m。轻型牛皮面纸或再生面纸比起重型面纸收缩率更高。这就解释了在结合轻型和重型面纸时出现的问题。


PART

翘曲类型

相对于翘曲的原因,各种类型的翘曲更加为人所知。在对翘曲问题和原因进行更为广泛的分析之前,我们有必要对翘曲类型做出定义,因为识别翘曲类型是找出问题根源的第一步。

所有的翘曲都是由应力冲突引起的,主要发生在平铺尺寸不同的里外层面纸上(有时在瓦楞芯纸上)。由于平整的纸板材料在进入双面机粘合在一起时具有不同的张力或水分含量,从而造成里外层面纸的差异。随着张力的作用,纸板内部的水分将最终分布均衡,同时也引起产生翘曲的应力。

正向翘曲(向上翘曲)

正如其名,正向翘曲是最为常见的翘曲类型。根据所有上述的纸张特性,如果单面纸板在进入双面机时比底层面纸潮湿,那么当多余的水分从上层转移到下层,纸板将如图所示,向上弯曲。这是因为上层面纸收缩,而下层面纸膨胀。

这样看来正向翘曲的机理很简单。进一步探究下去,我们发现在相同条件下薄纸板(即楞高小)比粗楞纸板的翘曲程度更大,这是因为当面纸靠近时,两者之间的尺寸差异所带来的影响会放大。事实上,还有另外两个原因,这些原因如同我们对翘曲机理的理解那样重要。

比起粗楞,细楞间隔较小,因此上胶之后,胶水线更多,自由水也更多。另外,细楞在瓦楞方向上的弯曲强度更弱,因此抵抗弯曲的能力较小。

当纸幅在双面机入口堆积时,芯纸的楞尖刚被糊胶润湿,一些水分已转移到下楞侧。用热板烘干后,芯纸收缩,常引起向下翘曲的趋势,和面纸的运动方向相反。秘诀在于平衡这三股力量。

最近涂抹的胶水带来的自由水(即淀粉成胶状后没用完的水)向上转移,或多或少地穿过顶部面纸,这样当纸板离开双面机时,顶部面纸较潮湿。当纸板在码垛中时水分蒸发,纸板会向上翘曲。因此如果纸板离开双面机时就呈明显的向上翘曲状,那么在堆成码垛后,翘曲将更为严重。在纵切压痕机上将纸板切成窄幅状可减缓应力,但向上翘曲的码垛显然无法在传送带上稳定运行,容易翻倒。另外,要将这些纸板送入纸箱加工设备也很困难。

最好的方法是令双面机生产的纸板稍稍向下翘曲,令码垛中的平整纸板微微向上翘曲,特别是当你的辊式转送装置常常引起“象脚”问题(“象脚”问题部分由底部纸幅的前缘与辊接触时被稍稍向后推动引起,因此更多的情况下是向下翘曲,此外还受到在下纸幅上运行的辊的波纹效应的影响,因此下纸幅通常比上纸幅运行得更快,因此纸板越薄、辊密度约大,结果越是糟糕。)


备注:

你可以清楚地看到微楞多么容易翘曲。就理论上的平整缺陷程度来说,我们发现F楞的翘曲程度比A楞要高出4倍。在实际操作中,微楞生产需采用额外的方法。在单面机和双面机的各个部分必须准确控制蒸汽和热量,从而调整纸张的膨胀和收缩。恒定不变的生产运行速度也是必要的。

反向翘曲(向下翘曲)

反向翘曲由相反的条件引起,即底层面纸比单面面纸潮湿。反向翘曲较少见,常和重型底层面纸联系在一起,这些面纸可能温度低或潮湿。在这种情况下,所有的纸板材料向同一方向弯曲,形成非常顽固的翘曲。

第一个解决方法是给底层面纸加热,即使这意味着重新包裹或重新串线,让热量进入纸张两面,只要运行时间足够长,可停机。否则的话,必须有速度限制。

“S”形翘曲

纸板出现“S”形翘曲表明瓦线垂直方向上的纸板位置、温度或/和含水量不平衡。如果持续发生“S”形翘曲,可能涉及设备的问题;如果仅是一卷纸张产生这样的情况,则常常是由于纸张的绕卷方法或水分梯度的问题引起的。如果只发生在高克重纸板中,则表明在垂直瓦线的方向上,至少有一个加热辊或鼓形成温度梯度。应在瓦线运行时给所有相关加热容器测量温度,然后检查通气门、虹吸管和蒸汽压,作相应调整。

如果反复发生“S”形翘曲,应联系工程设计人员来检查原纸架臂、所有引导辊、包裹辊、预热器和预调节鼓是否平行,如果必要的话,还可检查瓦楞辊、压力辊、涂胶辊和刮胶辊。检查时注意检测轴承游隙或升高。自动调节张力平衡辊在这种情况下给运行脆弱的位置可提供很大帮助。

如果翘曲的形状为M状或W状,这可能是因为纸纸张边缘潮湿,当使用被磨损的瓦楞辊、瓦楞辊组不平行、与中心点偏斜或刮刀过紧时,翘曲情况将更加严重。

扭曲

扭曲通常由施加在单面纸幅上过大或不均匀的张力引起,有时候也可能是纸幅水分不均匀而引起的。应检查纸幅张力,确保天桥区域空气流通,单面纸板在天桥上的堆积量处在最小的安全范围内。


备注:纸幅的一面张力较高可引起对加热滚筒的较高压力,而在这个区域的高温又反过来引起纸张收缩。收缩最终引起纸幅张力的进一步升高。

边缘翘曲

边缘翘曲是由运输或存储过程中纸卷两端受潮引起的。而高速运行的设备和直径较大的瓦楞辊则进一步造成边缘翘曲。随着纸幅运行速度持续超过650英尺/分钟(即200米/分钟),瓦楞辊快速地将热量传给纸张,引起温度下降,由此,在中高辊上无法有效形成楞峰,而在平行辊上纸板中央形成反向楞峰。相似情况也可发生在涂胶辊上,即纸板中央区域的涂胶量减少,而边缘部分却增多。

长翘曲(瓦线方向翘曲)

长翘曲产生与瓦线方向上,如果单面纸板的张力比底层面纸大,则向上翘曲,反之,则向下。应在运行过程中重新平衡张力来去除翘曲。单面纸板制动器在进行瓦线控制时准确性差,但在控制长翘曲时却是极为有效的。

现在已经了解了主要翘曲类型和原因,以及一些建议和补救措施。翘曲很可能是生产优质纸板的主要挑战。其他挑战还包括粘合问题、印刷表面缺陷、厚度损失和软纸板。

类似于其他许多纸板问题,翘曲的影响可延伸至成型后的纸箱。最常见的向上翘曲可引起纸箱面板外凸,致使纸箱抗压和堆叠能力差。任何翘曲类型都可在纸箱加工设备运行过程中引起问题,如不能顺利送纸、纸板损坏、阻塞等。翘曲还可引起自动填装设备大规模损坏。

研究不同纸张的收缩比例。根据不同的纸张克重,收缩率可达9mm/m,永久收缩率为3mm/m~4mm/m。轻型牛皮面纸或再生面纸比起重型面纸收缩率更高。这就解释了在结合轻型和重型面纸时出现的问题。

你可以清楚地看到微楞多么容易翘曲。就理论上的平整缺陷程度来说,我们发现F楞的翘曲程度比A楞要高出4倍。在实际操作中,微楞生产需采用额外的方法。在单面机和双面机的各个部分必须准确控制蒸汽和热量,从而调整纸张的膨胀和收缩。恒定不变的生产运行速度也是必要的。

纸幅的一面张力较高可引起对加热滚筒的较高压力,而在这个区域的高温又反过来引起纸张收缩。收缩最终引起纸幅张力的进一步升高。

为了达到最佳生产效果,主要因素如纸张、胶水、员工和设备必须互相协调。优质瓦楞纸板的生产和获取是一个非常复杂的过程。利用连接瓦线各个设备的电子网络,我们可以通过中央控制桌面来控制纸板温度和平整度。图中,你可以看见在这台130”(3.3米)的瓦线上,所有相关参数都经过系统化设置和有效控制。这样,在整个瓦线速度范围内,纸板可达到最佳平整度。


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