印刷用紙頁(yè)的成型過(guò)程及原理

1.紙頁(yè)的成型過(guò)程流體動(dòng)力學(xué)
通常在紙機(jī)網(wǎng)部水線處的濕紙頁(yè)干度為5%~7%,紙頁(yè)的成型過(guò)程基本結(jié)束了。由于水線后濕紙頁(yè)中自由水分的消失,濕紙頁(yè)的纖維易動(dòng)性也就基本消失了,因此水線可作為成型過(guò)程結(jié)束的標(biāo)志。
同時(shí),水線后紙頁(yè)中纖維的排列和其他固相物質(zhì)之間的相互位置都基本不再變動(dòng)了。
紙頁(yè)成型的基本過(guò)程可以看作濾水、定向剪切和湍動(dòng)三種主要的流體動(dòng)力過(guò)程的綜合結(jié)果濾水是指成型過(guò)程中纖維懸浮液中的水分借重力、離心力和真空吸力等排出的過(guò)程。
濾水是水通過(guò)網(wǎng)或篩的流動(dòng),其方向主要是(但不完全是)垂直于網(wǎng)面的,其特征是流速往往會(huì)隨時(shí)間起變化。
定向剪切是在未濾水的纖維懸浮體中具有可清楚識(shí)別形態(tài)的剪切流動(dòng),它以流動(dòng)的方向性以及平均速度梯度為特征。
例如,在紙機(jī)縱向上,流漿箱的噴漿速度與網(wǎng)速之差和網(wǎng)案搖振時(shí)自由懸浮液中誘導(dǎo)的橫向速度“擺動(dòng)”所產(chǎn)生的流型。
湍動(dòng)是在未濾水的纖維懸浮液中流速的無(wú)定向波動(dòng)。在紙頁(yè)的成型過(guò)程中,湍動(dòng)擾動(dòng)可列為湍動(dòng)流型者,并非真是無(wú)定向的。只不過(guò)它不足以產(chǎn)生顯著的定向剪切,因而對(duì)紙頁(yè)的結(jié)構(gòu)影響近似真正的湍流。

2.纖維在網(wǎng)上的過(guò)濾與濃縮
濾水的主要作用是纖維懸浮液的脫水,使懸浮體中的纖維沉積到網(wǎng)上成為沉積層。按照未濾水的懸浮液中纖維的易動(dòng)狀態(tài)濾水可按兩種機(jī)理進(jìn)行,即過(guò)濾與濃縮。
如果懸浮液的纖維是易動(dòng)的或互相間可以無(wú)干涉地自由運(yùn)動(dòng)的,就會(huì)發(fā)生過(guò)濾。此時(shí)沉積在網(wǎng)上的積層與靠近它的稀薄的懸浮液之間有著清楚的邊界,在積層以上的未濾水的懸浮液的濃度基本上保持著常值。如果懸浮液中的纖維是不易動(dòng)的而且成為互相交纏的網(wǎng)絡(luò),就會(huì)發(fā)生濃縮。
纖維網(wǎng)絡(luò)是可壓縮的固態(tài)結(jié)構(gòu),它在濃縮過(guò)程中不斷地被潰散。濃縮在積層與懸浮液之間沒(méi)有清楚的邊界,而懸浮液的濃度越靠近積層越大。
在這種情況下,懸浮液中的網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)得與積層一樣,發(fā)生全部網(wǎng)絡(luò)的逐漸壓緊。實(shí)際上這兩種脫水機(jī)理都必然發(fā)生,但從抄造出來(lái)紙頁(yè)的結(jié)構(gòu)來(lái)分析,在紙頁(yè)的成型過(guò)程中,過(guò)濾是濾水的主要機(jī)理。
紙頁(yè)中的纖維絮聚表現(xiàn)出在小尺寸范圍內(nèi)均勻地分布,這對(duì)改善紙頁(yè)成型勻度是有益的。由過(guò)濾而沉積的積層是由單體的纖維逐層沉積而成的,不是交織穿插的,而由濃縮沉積的積層則有交織纖維。
在紙頁(yè)的結(jié)構(gòu)中,表現(xiàn)了這種以纖維分層為主的結(jié)構(gòu)組織,這說(shuō)明過(guò)濾機(jī)理是起主導(dǎo)作用的。同時(shí)由于存在著分層與交織兩種組織的混合結(jié)構(gòu),因此說(shuō)明過(guò)濾與濃縮兩者也是同時(shí)存在的。

3.定向剪切
定向剪切既具有分散作用,還具有定向作用和濃集作用。
當(dāng)纖維懸浮液存在著剪切過(guò)程時(shí),連貫的網(wǎng)絡(luò)就必然分散,因?yàn)槔w維網(wǎng)絡(luò)不能無(wú)限地彈性變形。
纖維網(wǎng)絡(luò)在剪切場(chǎng)中的分散規(guī)律,并不是分散成單體纖維的狀態(tài),而是分散成較小的網(wǎng)絡(luò),直至纖維絮聚體成形。
纖維絮聚體的大小隨剪切率的增強(qiáng)而越來(lái)越小。定向剪切的作用是使積層中的沉積纖維順優(yōu)勢(shì)方向排列。
當(dāng)有濾水過(guò)程存在時(shí),在剪切場(chǎng)中的單體纖維或纖維絮聚體就以一端沿泄水方向伸入正在沉積著的纖維積層中,而其易動(dòng)的另端就順著未濾水的懸浮液中剪切場(chǎng)方向被拖曳而逐漸定向,直至以此方向沉積于積層之中,這就是定向剪切的定向作用。
當(dāng)定向剪切場(chǎng)中包括了一種在濾水區(qū)域內(nèi)非均布的強(qiáng)剪切流型時(shí),纖維就會(huì)適應(yīng)這種流型濃集成為顯見(jiàn)的形態(tài)。
自由表面波來(lái)自高度湍動(dòng)的流型,它沿濾水區(qū)一直存在著,導(dǎo)致自由懸浮體深度方向的變化。當(dāng)懸浮液迅速濾水時(shí),積層的定量足與其上的懸浮液深度成比例的,由此在紙中產(chǎn)生相應(yīng)于波型的定量變化。
這些剪切流型往往在長(zhǎng)網(wǎng)機(jī)成型中發(fā)生,導(dǎo)致產(chǎn)生沿紙機(jī)縱向上紙頁(yè)定量和紙料配比變化的條紋。這就是定向剪切的濃集作用。漿流的湍動(dòng)湍動(dòng)包括真正無(wú)定向流的波動(dòng)和部分定向的波動(dòng)。
湍動(dòng)的主要作用是分散纖維網(wǎng)絡(luò),并在有限的程度上使纖維在懸浮液中易動(dòng),從而降低懸浮液的絮聚程度,以及作為定向剪切衰減的手段。

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