呂向陽1 韓邦春2
(1. 太倉嫦娥工業(yè)用呢有限公司 江蘇 太倉 215437)
(2. 徐州金冠工業(yè)用呢有限公司 江蘇 徐州 221009)
摘 要：介紹了造紙毛毯透通性等性能測試的目的、原理和測試方法，分析了造紙毛毯透通性之間的關(guān)系及對毛毯運(yùn)行性能的影響；探討了造紙毛毯透通性等性能測試的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：造紙毛毯；透通性；性能；測試；發(fā)展趨勢
造紙毛毯是造紙廠重要的脫水器材，也是貴重易耗品，它在紙機(jī)的壓榨部起到傳送、脫水、墊層等作用。造紙毛毯的透通性主要包括透氣性、透水性和含水量等內(nèi)容，是在生產(chǎn)和使用過程中評價造紙毛毯品質(zhì)重要的物理性能指標(biāo)，它們直接影響到造紙廠的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本，為了了解和掌握造紙毛毯性能的變化趨勢，在其使用周期內(nèi)進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，使其保持最佳工況，有必要對造紙毛毯的透通性等性能指標(biāo)進(jìn)行測試。
一、造紙毛毯透通性測試的目的
1、有助于防止意外停機(jī) 定期對紙機(jī)壓榨部毛毯的透通性進(jìn)行測試，是在早期發(fā)現(xiàn)紙病的一種有效途徑，否則可能會導(dǎo)致以下經(jīng)濟(jì)損失，如紙張質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)、紙幅經(jīng)常斷頭或各種能量消耗增加等。造紙廠的實踐經(jīng)驗表明，經(jīng)常對毛毯的使用狀況進(jìn)行檢測和分析，不僅可以進(jìn)一步優(yōu)化濕紙頁從壓榨部進(jìn)入干燥部時的干度，使干燥部高效運(yùn)行，而且可大大減少意外停機(jī)的次數(shù)。
2、有助于確定毛毯的工作狀況 毛毯的測試不僅僅用于故障診斷，在運(yùn)行正常的情況下也可用于確定毛毯的工作狀況。經(jīng)常定期和不定期地對毛毯進(jìn)行測試，不僅能夠監(jiān)測毛毯的趨勢和傾向，也容易檢測錯誤并及時采取正確措施。實踐證明：越是經(jīng)常對毛毯進(jìn)行測試和分析，出現(xiàn)意外停機(jī)和與壓榨部運(yùn)行狀況有關(guān)的質(zhì)量問題的時間間隔就越長。
3、有助于壓榨部的趨勢分析和優(yōu)化 壓榨毛毯的調(diào)整、壓區(qū)載荷的分布、毛毯磨損和毛毯堵塞程度都對透通性檢測曲線有著重要的影響。最大程度地降低曲線的變化，這直接關(guān)系到紙機(jī)性能的提高。將這些檢測手段用于壓榨部可以進(jìn)一步提高生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量。通過對化學(xué)品、壓榨輥和壓榨毛毯試驗的正確評價，可以正確判斷變化的原因。比較壓榨部脫水效率和曲線變化（與毛毯或者設(shè)備的變更有關(guān)）的關(guān)系，可以清楚地說明這些變化的效果。例如，壓榨履帶和靴套方面新的先進(jìn)技術(shù)對提高壓榨效率的好處，可通過脫水率和橫幅曲線均勻性說明。在壓榨毛毯的整個使用周期間以及進(jìn)行更換的時候，均可進(jìn)行這些比較。趨勢分析也是預(yù)測壓榨毛毯有效使用壽命的一種好方法。
4、有助于分析問題的來源 濕紙頁的濕條痕及其它橫幅問題一直都是令人頭痛的問題，這些問題幾乎總是發(fā)生在壓榨部。通過在干燥部之后使用蒸箱或增加水分，可解決較小的分布均一性問題。但是，通過分析問題，發(fā)現(xiàn)問題的原因，進(jìn)行消除它，永遠(yuǎn)都是更好的解決途徑。僅僅測試毛毯的含水量分布或透水性，不足以說明壓榨部的運(yùn)行情況，必須同時采用這兩種方法，才能獲得全面的測試結(jié)果。使用毛毯含水量測試儀測試當(dāng)前毛毯的含水量分布，容易獲得均衡的壓區(qū)壓力分布，含水量的分布可以說明在壓區(qū)的脫水情況。采用毛毯透水性測試儀對透水性進(jìn)行測試，可揭示毛毯的運(yùn)行狀況，透水性顯然與壓榨區(qū)的脫水性能相關(guān)，而且受毛毯狀況的影響。
5、快速獲得回報 造紙廠的實踐經(jīng)驗表明，正確檢查壓榨部毛毯的工作狀況可極大地減少意外停機(jī)的次數(shù)。實際上，在最佳條件下，都應(yīng)該在正常停機(jī)期間更換毛毯。據(jù)L&W 04/05手冊提供的數(shù)據(jù)，現(xiàn)代化紙機(jī)意外停機(jī)時每分鐘的成本約在＄1.000至＄2.500之間，并且停機(jī)將持續(xù)2～3小時。此外，還存在由于不能確定毛毯的狀況而導(dǎo)致毛毯更換所造成的成本。停機(jī)成本 在＄100.000－＄300.000之間毛毯成本 在＄10.000－＄40.000之間這與擁有測試儀器投入的成本和用該儀器進(jìn)行測試是息息相關(guān)的。對紙機(jī)中所有毛毯進(jìn)行測試需要15－20分鐘。對于一般規(guī)模的造紙廠，這意味著每天約需1小時的工作（包括分析測試數(shù)據(jù)）。儀器成本 ＄25.000／儀器工時成本 ＄10.000／年造紙廠在很短的時間內(nèi)就能收回在毛毯含水量測試儀和毛毯透水性測試儀上的投資。
二、造紙毛毯透通性測試的原理和方法
1、造紙毛毯透氣性測試 造紙毛毯的透氣性用透氣量(度)來表示，它是在穩(wěn)流情況下，在試樣兩邊保持一定壓力差時，單位時間內(nèi)通過單位面積試樣的空氣流量。透氣性的單位是ml/(cm2 · s)，即在1s時間里，1cm2面積樣品透過空氣1ml，稱一個透氣度單位（筆者注：也有可采用單位mm/s表示）。其計算式如下：
式中：
—透氣量(度) ml/(cm2 · s)； 
—T秒時間內(nèi)通過試樣的空氣量（ml）； 
—試樣面積（cm2）。由此可見，透氣量(度)愈大，造紙毛毯的透氣性愈強(qiáng)。常用的透氣儀為Y561型織物透氣儀。針刺無緯造紙毛毯透氣性測試結(jié)果如表1所示。
造紙毛毯的透氣量(度)取決于織物中空隙的大小和多少，而這些又將取決于纖維的形狀、生產(chǎn)方法、厚度及后整理方法等因素。造紙毛毯所用的纖維越細(xì)，則空氣透過的阻力越大，透氣量(度)越小。大多數(shù)異型纖維制成的毛毯透氣性比圓形纖維好，壓縮彈性好的纖維制成的毛毯，其透氣性也較好。吸濕性強(qiáng)的纖維，吸濕后纖維直徑顯著膨脹，空隙減小，透氣性下降。 不同加工方法制成的毛毯，其透氣性有很大的差異。一般來說，相同品種、相同克重的毛毯越厚，其透氣性越大。經(jīng)過后整理的毛毯，其透氣性一般都會下降。 2、造紙毛毯透水性的測試 造紙毛毯的透水性是指液態(tài)水從造紙毛毯一面滲透到另一面的性能。兜水試驗可用以測定造紙毛毯的透水性。測試時，在試樣一面維持一定水壓的條件下，以單位時間通過單位面積試樣的水量（ml/cm2.h）表示造紙毛毯的透水性（筆者注：也有可采用單位ml/s或ml/min表示）。
（1）測試原理：水流過除砂過濾器、流量計和壓力控制器之后，通過噴嘴到達(dá)毛毯。
（2）毛毯透水性定義如下（根據(jù)Darcy公司）：－毛毯透水性－毛毯常數(shù)－毛毯厚度－噴嘴面積－水壓－粘度 通過檢測毛毯的透水性，很容易檢測毛毯是否磨損、壓實和阻塞，可用于快速排除故障，同時提高了優(yōu)化壓榨部重要功能的可能性。測試時是將測試儀壓在運(yùn)行的毛毯上，即可進(jìn)行測試，測試結(jié)果立即以橫向和縱向分布曲線的形式顯示在內(nèi)置顯示屏上，這樣，紙機(jī)操作人員就可以快速發(fā)現(xiàn)可能存在的問題（如毛毯缺陷），以免導(dǎo)致停機(jī)。通過定期比較毛毯透水性，紙機(jī)操作人員可對毛毯清洗和更換進(jìn)行預(yù)測和安排計劃。比較清洗前后獲得的數(shù)據(jù)可優(yōu)化保潔劑的使用。
3、造紙毛毯含水量的測試
毛毯含水量測試儀是借助獨(dú)特的微波共振和雙頻測試技術(shù)，可以在非常高的取樣速度下進(jìn)行非常精確地測試毛毯的含水量。主要用于收集、分析、報告和儲存有關(guān)壓榨部毛毯和濕紙頁性能的數(shù)據(jù)，以便對壓榨部進(jìn)行進(jìn)一步了解和控制。
使用時可手動沿毛毯的橫向和縱向進(jìn)行測試。測試結(jié)果立即以橫向和縱向分布曲線的形式顯示在內(nèi)置顯示屏上，這樣，紙機(jī)操作人員就可以快速發(fā)現(xiàn)可能存在的含水量問題，以免導(dǎo)致停機(jī)。利用測試結(jié)果，可確定毛毯的更換和優(yōu)化化學(xué)品的使用。
L＆W Scanpro毛毯含水量測試儀的基本參數(shù)：
測試范圍： 最大3000gH2O/m2
分辨率： 1gH2O
測試方法： 微波雙頻共振
測試面積： 90mmx145 mm
測試速度： 0.6-320個測試值／s(10個步驟)
內(nèi)存： 48個已編號的分布圖或20000個測試值
內(nèi)存時間： 每秒5個值時內(nèi)存時間為1小時，內(nèi)存時間為60秒時速率最高
三、造紙毛毯透通性之間的關(guān)系及對毛毯運(yùn)行性能的影響
毛毯的透氣性是在干態(tài)下測試的，它是造紙毛毯生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格控制的重要質(zhì)量指標(biāo)之一。透氣度的選擇應(yīng)根據(jù)造紙機(jī)綜合技術(shù)參數(shù)來確定，這是一個比較經(jīng)驗的數(shù)值。在實際生產(chǎn)中，新毛毯的透氣度、毛毯使用最佳狀態(tài)的透氣度、毛毯失效下機(jī)的透氣度均不一樣，隨著使用時間的延長，一般情況下毛毯的透氣度會越來越差。在選擇毛毯的透氣度時應(yīng)略大于毛毯使用最佳狀態(tài)時的透氣度，如果選擇透氣度過大會造成真空系統(tǒng)的真空度上不去、毛毯的含水量過大、紙頁的水分脫不出去、出現(xiàn)毛毯透漿等問題；如果選擇的毛毯透氣度過小，又會導(dǎo)致毛毯跳動、真空系統(tǒng)負(fù)荷過大、毛毯磨損加重、紙頁脫水困難等癥狀。
造紙毛毯的透氣性與透水性息息相關(guān)，透氣性越高的毛毯透水性也越高，它們之間既不相等又非線性關(guān)系，因為這與毛毯所使用的原料、生產(chǎn)工藝、后整理的狀態(tài)及化學(xué)處理的方式等方面有關(guān)。
毛毯透水性和含水量是在毛毯上機(jī)使用過程中測試的，即在濕態(tài)下測試的，是毛毯的生產(chǎn)和使用單位特別是后者必須嚴(yán)格控制和跟蹤的重要的性能指標(biāo)。它們的分布曲線給出了關(guān)于壓榨部分工作狀態(tài)的有價值的信息，壓榨毛毯的調(diào)理、壓區(qū)負(fù)荷的分布、毛毯緯線和毛毯的磨損等對這些曲線都有顯著的影響，分布曲線波動的最小化和紙機(jī)工作性能的提高直接相聯(lián)。一般地說，毛毯含水量分布曲線主要說明了壓區(qū)的脫水情況和吸水箱的問題，而透水性分布曲線則表明了毛毯在運(yùn)行中的狀況。從壓榨毛毯的含水量和透水性的頻率分析可以看出，造成不同類型問題的跡象。例如，縱向水分的波動可能來源于成形部真空脫水元件的振動，而透水性波動可能來源于壓榨部的機(jī)械振動。通過經(jīng)常并行測量這兩個特性，能夠提前進(jìn)行決策，不必等到產(chǎn)生計劃外的停機(jī)、運(yùn)行問題和質(zhì)量問題。
為了評價壓榨毛毯的最長壽命，不但可以在更換壓榨毛毯時進(jìn)行比較，也可以在壓榨毛毯的整個壽命期間進(jìn)行比較。可以單獨(dú)評價和比較不同的毛毯，以期在一定壓榨位置使其得到最佳的應(yīng)用。
那些從含水量分布和透水性測試中獲得最大收益的是生產(chǎn)高級文化用紙和利用回收纖維造紙的紙廠，因為回用纖維中的雜質(zhì)會阻塞毛毯的孔隙。測試對于新型高速紙機(jī)同樣重要，特別是超高速薄頁紙機(jī)。測試的結(jié)果對毛毯同樣很重要，它不僅了檢測了毛毯的脫水過程，而且也直接決定了壓榨部出最后一道壓榨的濕紙幅是否帶有濕條痕。然而，現(xiàn)實的情況卻是毛毯和化學(xué)品供應(yīng)商在為大多數(shù)紙廠進(jìn)行毛毯測試，這并不是因為測試對部分造紙廠無利可圖，人們已認(rèn)識到進(jìn)行測試的好處。盡管多數(shù)紙廠都意識到它們能節(jié)約一大筆資金，但是很多紙廠都未將自己進(jìn)行測試作為一個重點(diǎn)。原因通常是缺少資源，即沒有可對毛毯進(jìn)行測試和分析的工作人員。
他人進(jìn)行所有測試的一個不利之處在于往往進(jìn)行測試的不是同一個（批）人。相反，不同的供應(yīng)商輪流測試，這將產(chǎn)生不同的測試結(jié)果。而且，在需要檢測毛毯時供應(yīng)商往往沒有時間。供應(yīng)商通常會定期拜訪紙廠，但不會一直在現(xiàn)場。
可喜的是，盡管大多數(shù)毛毯和化學(xué)品供應(yīng)商都進(jìn)行這種測試，但越來越多的紙廠開始從戰(zhàn)略的角度出發(fā)，將毛毯測試作為一種重要的生產(chǎn)工具。因為測試不僅僅用于跟蹤結(jié)果，更重要的是用于預(yù)防性維護(hù)。
四、造紙毛毯透通性等性能測試的發(fā)展趨勢
1、造紙毛毯綜合檢測系統(tǒng) 傳統(tǒng)的檢測方法僅限于檢測毛毯某單一指標(biāo)，不能在線全面檢測毛毯的綜合性能指標(biāo)。華章電器公司開發(fā)的Web1QF-1型毛毯綜合性能檢測系統(tǒng)是一種便攜式的檢測設(shè)備，可同時檢測毛毯的透氣性和表面平整性，能根據(jù)檢測結(jié)果綜合判斷毛毯的質(zhì)量狀況和使用壽命，反映靈敏。該檢測系統(tǒng)能顯示實時曲線，并對檢測結(jié)果進(jìn)行深度分析，包括歷史曲線對比，當(dāng)時紙張質(zhì)量記錄，專家分析報告等等，下面作簡單介紹。
1）工作原理 WebQF-I型手持透氣度檢測系統(tǒng)的工作原理，是在一定的壓力和過濾面積下，同時分別檢測通過毛毯的空氣流量和空氣壓力的相對變化來在線檢測毛毯的透氣度、平整性性能指標(biāo)。其檢測方法是將探頭沿毛毯縱向設(shè)置成兩個氣壓獨(dú)立可控的檢測區(qū)；該探頭設(shè)置成的獨(dú)立檢測區(qū)中至少一個檢測區(qū)是封閉的環(huán)狀檢測區(qū)、并對其它一個檢測區(qū)形成封閉的平面包圍，被包圍的檢測區(qū)采用與封閉的環(huán)狀檢測區(qū)相同或者相近的檢測壓力。外環(huán)的另一個作用是提供與內(nèi)圓相同壓力的氣墊以保證內(nèi)圓檢測區(qū)的邊緣不泄漏空氣，從而保證內(nèi)圓透氣度檢測的準(zhǔn)確性。 透氣度的檢測：在檢測探頭中有一個設(shè)計特殊的環(huán)狀檢測區(qū)，對透氣度檢測區(qū)形成封閉的平面包圍，為其提供一個沒有漏氣的檢測環(huán)境，當(dāng)透氣度檢測區(qū)與環(huán)狀檢測區(qū)檢測氣壓相同時，在一定的壓力下，通過毛毯的氣體流量大小來測定出透氣度情況。 平整性的檢測：通過檢測一定壓力下毛毯的漏氣量來判斷其平整性。外環(huán)檢測區(qū)與內(nèi)圈檢測區(qū)檢測值的比值能體現(xiàn)毛毯邊緣空氣泄漏的比例，毛毯表面越平整、致密性越好，二者單位面積的氣體流量就越接近，反之，毛毯表面越粗糙或者越不平整，漏氣量就越大，二者單位面積的氣體流量相差就越大。
2）系統(tǒng)特點(diǎn)①在一定壓力和過濾面積下同時分別檢測毛毯的透氣度和表面平整性兩項性能指標(biāo)。②檢測重復(fù)性非常好，對于80-120個單位值而言，均方差只有0.01-0.1。③反映靈敏，分辨率高。響應(yīng)時間0.5秒。響應(yīng)速度非?？?，氣壓檢測比液壓更靈敏，能清晰地分辨出毛毯內(nèi)部細(xì)微的質(zhì)量變化。④使在惡劣的檢測環(huán)境中，其檢測性能也非常穩(wěn)定，真正實現(xiàn)在線安全檢測。
3）系統(tǒng)的組成 造紙毛毯綜合檢測系統(tǒng)主要是由探頭、壓力傳感器、氣體流量計、壓力調(diào)節(jié)閥、手動閥、穩(wěn)壓罐、微型壓縮泵、便攜式蓄電池、控制器和筆記本電腦等組成。
2、對測試提出了更高的要求
隨著造紙行業(yè)的迅猛發(fā)展，對精確測試的要求也在不斷地提高。在紙機(jī)車速提高的同時，毛毯的使用時間在下降。為獲取高效率，通過優(yōu)化毛毯的更換和減少濕紙頁斷頭的發(fā)生，最大限度地減少停機(jī)是十分重要的。此外，結(jié)構(gòu)緊湊的新型壓榨部使手動測試更難以進(jìn)行，而測試過程中人身安全永遠(yuǎn)都是最重要的。所有這些因素都要求自動化測試。壓榨部的固定在線傳感器掃描裝置可實現(xiàn)測試的自動化。系統(tǒng)可快速地搜集測試結(jié)果，隨后以全新的方式使用測試結(jié)果，而不僅僅是為了檢測故障。甚至，更容易優(yōu)化毛毯，更容易對壓榨部進(jìn)行調(diào)節(jié)。測試結(jié)果可通過電子方式傳送給外面的專家，這意味著可獲得快速幫助。最后但又是最重要的是，完全滿足對人身安全的要求。
3、一種監(jiān)控壓榨毛毯狀態(tài)的新概念 用來測定并確定壓榨毛毯詳細(xì)的全幅狀況的方法是使用便攜式儀器進(jìn)行手動測量，該測量更多用于排出故障的目的和對其狀態(tài)的記錄。在多數(shù)紙廠中，這種測量的頻率不夠高，無法跟蹤發(fā)展變化，因而無法對壓榨部脫水進(jìn)行優(yōu)化，為此有必要使用自動測量毛毯系統(tǒng)。 毛毯的自動測量系統(tǒng)提供了一種新型的在線掃描架，可以并行測量壓榨毛毯的含水量和透水性，并將測量結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中，以全幅曲線顯示縱向和橫向上的分布，同時顯示所有時間內(nèi)的趨勢圖。分布曲線和趨勢圖可以與歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)、紙機(jī)QCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。同時也要進(jìn)行頻率分析和統(tǒng)計分析。所有這些技術(shù)都是用來確定生產(chǎn)過程中毛毯的含水量和透水性的波動，以及這些波動對紙張質(zhì)量和運(yùn)行性能的影響。所裝備的在線含水量和透水性系統(tǒng)直接和紙廠的QCS系統(tǒng)以及DCS系統(tǒng)相連，也可以通過國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。這樣就可以使毛毯和化學(xué)品供應(yīng)商介入到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析和工藝評價當(dāng)中。 這種新型毛毯自動測量系統(tǒng)，能輸出毛毯的狀態(tài)報告。根據(jù)這些結(jié)果，紙機(jī)操作人員可以改善和優(yōu)化毛毯調(diào)理系統(tǒng)的工作性能。這樣，做出何時停機(jī)維修或者更換毛毯的決定就比較容易了。目的是防范于未然而非被動響應(yīng)，從而提高紙機(jī)的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。壓榨毛毯含水量和透水性的頻率分析所提供的獨(dú)特結(jié)果，以及可以顯示完整而詳細(xì)的毛毯圖，使得該系統(tǒng)成為優(yōu)化壓榨部運(yùn)行的強(qiáng)有力的工具。這些最新工具對新型壓榨毛毯的開發(fā)也有很大的幫助。最后一點(diǎn)也是很重要的一點(diǎn)就是：它避免了在紙機(jī)最危險的部分進(jìn)行手動測量。
四、結(jié)論
造紙毛毯的透通性主要包括透氣性、透水性和含水量等內(nèi)容，是毛毯的生產(chǎn)和使用單位特別是后者必須嚴(yán)格控制和跟蹤的重要的性能指標(biāo)。通過測試有助于防止意外停機(jī)、確定毛毯的工作狀況、對壓榨部的趨勢進(jìn)行分析和優(yōu)化、分析問題的來源并迅速獲得回報，對毛毯的運(yùn)行性能有著較大的影響。隨著造紙行業(yè)的迅猛發(fā)展，對測試的精確要求和人身安全也在不斷地提高，使用造紙毛毯的綜合檢測系統(tǒng)和在線自動檢測系統(tǒng)將是必然的趨勢，也將成為優(yōu)化壓榨部運(yùn)行的強(qiáng)有力的工具。（華章電器公司唐志超高級工程師給予了大力支持，在此一并表示感謝！）
參考文獻(xiàn)：［1］郭秉臣主編，《非織造布的性能與測試》，北京，中國紡織出版社，1998［2］L&W HANDBOOK 04 瑞典AB Lorentzen & Wettre 公司，2004［3］L&W HANDBOOK 06/07 瑞典AB Lorentzen & Wettre 公司，2006
作者簡介： 呂向陽先生，高級工程師，工程碩士；現(xiàn)就職于太倉嫦娥工業(yè)用呢有限公司；主要研究方向：造紙用脫水器材。
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