在造纸工业中,打浆度作为衡量纸浆纤维处理程度的关键指标,与纤维长度和纤维强度之间存在着紧密而复杂的内在联系,深刻理解这些关系对于优化纸张生产工艺、提升纸张质量具有至关重要的意义。
1.打浆度与纤维长度的关系
打浆初期:在打浆刚开始时,随着打浆度的逐渐增加,纤维长度的变化相对较小。这是因为打浆设备主要是对纤维进行初步的处理,如使纤维表面的细纤维化和润胀。例如,在低打浆度阶段(肖氏打浆度低于 30°SR),纤维之间的摩擦力和设备的剪切力主要作用在纤维的表面,使纤维表面的角质层被破坏,纤维开始吸水润胀,但纤维的主体部分还未受到严重的切断作用,纤维长度基本保持不变。
打浆中期:随着打浆度进一步升高,纤维长度开始明显下降。当打浆度达到一定程度(30 - 50°SR),打浆设备的剪切力和摩擦力开始作用于纤维的主体部分,使纤维逐渐被切断。此时,纤维长度的减少速度与打浆度的升高速度呈现正相关关系。这是因为更高的打浆度意味着纤维受到更强烈的机械处理,如在盘磨机中,随着磨盘转速的提高和打浆时间的延长,纤维被夹在磨盘之间的机会增多,被切断的概率增大,导致纤维长度下降。
打浆后期:当打浆度很高(超过 50°SR)时,纤维长度的下降趋势会逐渐变缓。此时纤维已经被充分切断和处理,大部分纤维长度已经达到一个相对稳定的较短状态。剩余的纤维由于相互交织和纠缠,在继续打浆过程中,虽然打浆度还在增加,但纤维长度的减少不再明显。
2.打浆度与纤维强度的关系
强度提升阶段:在打浆度较低时,随着打浆度的增加,纤维强度呈现上升趋势。这是因为在打浆初期,纤维主要是进行表面细纤维化和润胀,纤维之间的结合面积增大。例如,纤维表面的细纤维化使得纤维之间能够形成更多的氢键,从而提高了纤维之间的结合力。在这个阶段,打浆度的增加有助于提升纸张的抗张强度,使纸张在受到拉伸时,纤维之间能够更好地协同抵抗外力,一般打浆度在 30°SR 左右时,纤维强度会有明显的提升。
强度峰值阶段:当打浆度达到一定范围(约 30 - 50°SR)时,纤维强度达到峰值。在这个阶段,纤维的细纤维化和切断程度达到一个平衡。纤维既经过了充分的表面处理,能够形成足够多的氢键来增强结合力,又没有因为过度切断而失去纤维自身的强度。此时纸张的强度性能最佳,如抗张强度、撕裂强度等指标都处于较高水平,能够满足大多数纸张的质量要求。
强度下降阶段:当打浆度超过一定限度(大于 50°SR)后,纤维强度开始下降。这是因为随着打浆度的持续升高,纤维被过度切断,纤维长度过短,使得纤维之间的结合力虽然在一定程度上仍然存在,但纤维自身的强度损失过大。同时,过度打浆可能会导致纤维结构被破坏,纤维的柔韧性降低,从而使纸张的强度性能下降,如纸张变得脆硬,抗张强度和撕裂强度等指标降低。
3.综合关系及应用
平衡关系:在实际的纸张生产中,需要平衡打浆度、纤维长度和纤维强度之间的关系。对于不同用途的纸张,这个平衡点是不同的。例如,对于包装用纸,需要一定的强度来承受货物的压力和摩擦,通常会控制打浆度在 30 - 50°SR 之间,以保证纤维有足够的强度和适当的长度,使纸张具有良好的抗张强度和耐破度。而对于一些特殊用途的纸张,如滤纸,可能需要较高的打浆度来获得良好的过滤性能,此时虽然纤维强度可能会有所下降,但可以通过其他添加剂或后处理工艺来弥补强度的损失。
生产调整:在纸浆打浆过程中,根据纸张的质量要求,可以通过调整打浆设备的参数来控制打浆度,进而影响纤维长度和强度。例如,通过降低打浆设备的转速或者缩短打浆时间,可以控制打浆度的上升速度,减少纤维的切断,保持纤维长度,使纤维强度维持在较高水平。相反,如果需要提高打浆度来增强纤维之间的结合力,可以适当提高打浆设备的转速或者延长打浆时间,但要注意避免过度打浆导致纤维强度下降。
总之,深入掌握打浆度与纤维长度、强度之间的关系,能够为造纸企业在生产过程中提供精准的工艺控制依据,从而在保证纸张质量的前提下,提高生产效率、降低生产成本,推动造纸行业的可持续发展。