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造纸机纸幅成形的机理

浏览: 发布日期:2018-12-04

造纸机纸幅成形的机理

造纸机纸幅的成形过程即是纤维悬浮液在成形网面上脱水和沉积的过程,其主要是一个流体力学的过程;化学力和胶体化学作用力也有一定的影响,尤其是对纸料中微细物质的影响是比较显著的。其流体动力过程主要包括三个过程:泄水、定向剪切和湍动。

泄水过程

泄水即是水通过成形网的流动,水流的方向基本是但不完全是垂直于网平面,其特征是流速随时间而变化。泄水所起的主要作用是纤维悬浮体脱水而使纸浆中的纤维沉积到成形网上成为积层。

泄水按两种机理来进行:过滤和浓缩。当悬浮体中的纤维是易动的或可以互相无干涉地自由运动时,就发生过滤。在过滤的机理下泄水时,沉积的纤维积层与接近积层的稀薄的悬浮体之间有着清楚的边界,积层上未泄水的悬浮体浓度基本上是常值。

1、过滤机理的泄水对纸的成形有两种作用:匀布作用和逐层沉积作用。

因为泄水流动总是在阻力最小的途径上有最大的流量,从而把较多的易动的纤维带到这阻力最小、也就是纤维积层较薄的地方去,这就使积层有均匀增长的趋势,这就是匀布作用。

由于过滤机理的泄水把主要是呈单体状态的纤维一层层地沉积在成形网上,故积层的结构中纤维的交织、穿插相对地较少,层次性比较明显。这就是逐层沉积作用。

2、当悬浮体中的纤维成为互相交缠连绵的网络状态、纤维不易动时,就发生浓缩。此时积层与悬浮体之间没有清楚的界限,悬浮体的浓度在越靠近积层之处越大。悬浮体中的纤维网络与积层一样,随着浓缩的过程而被逐渐地压紧。悬浮体泄水的主要机理是过滤。但过滤与浓缩这两种泄水机理实际上也是同时存在的,只是按浓缩机理进行的泄水带局部性和暂时性。

在泄水中纤维受到成形网的机械阻拦而积留在网上,由此产生了积层,并使积层随着泄水的进程增长并受到压紧。在积层中的纤维之间和纤维与成形网之间的摩擦在泄水过程中逐渐增大,从而使积层的纤维结构稳定下来,能够抵抗积层上方未泄水的悬浮体中的流动扰动和来自成形网下方的水的反冲。积层的增长和压紧使纤维和细微物质的积留增加。

定向剪切过程

定向剪切是在尚未泄水的纤维悬浮体中的剪切流,它的特征是有清楚可见的流动方向和平均流速的梯度。定向剪切具有分散作用、定向作用和浓集作用。

1、定向剪切的分散作用即是由于其流速梯度的存在,使悬浮体中的纤维网络受到剪切力的作用而发生变形,以致最后被分散。

2、定向剪切的定向作用即是由于定向剪切表现出明显的流动方向性,使积层中沉积的纤维多沿着该优势的剪切方向排列。

3、在泄水范围内包含有非匀布的强剪切流型时,纤维表现出相应于剪切场模式的浓集趋势,这就是定向剪切的浓集作用。这种作用是成形中不希望有的,所以要用高强度小尺度的湍动来抑制它。

湍动过程

在成形中,湍动从理论上说就是在未泄水的自由悬浮体中的流速的无定向波动。但实际上自由悬浮体中湍动的流型并不是真正无定向的,但它还不足以产生显著的定向剪切,它对纸的结构的影响与真正的流速无定向波动所起的效应很近似。这是一种拟湍动的流型。它也是流动方向性很高的流动缓和时的自然结果。

湍动在成形过程中的主要作用是分散纤维网络,在有限的程度上使纤维在悬浮体中易动从而降低其絮聚程度,以及作为使定向剪切衰减的手段。

定向剪切和湍动都是剪切的过程,其区别仅在于:在给定的尺度(与单体纤维的长度尺寸相比足够大的尺度)范围内方向性的程度不同。在任何成形器中,上述三种流体动力过程都是同时发生和存在的,而且它们在时间上和空间上都不是均匀分布的,彼此也都不是完全独立的。

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