CN101171391B - 用于制造以高浓度成形的纤维幅面的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造纤维幅面的方法和装置，包括由固体含量超过1.5％的纸浆形成的至少一层纤维幅面，通过头道压榨纤维幅面从所述纤维幅面中去除水分以使固体含量约为45％至65％，接着蒸发纤维幅面以使固体含量约为75％至95％，此后，通过压榨接触处理纤维幅面以增加其平滑度，在制造过程中，在卷取阶段之前，通过至少一个加压和加热处理来处理纤维幅面，其中，施加在纤维幅面上的成形压力小于等于20MPa；在加压和加热处理中，纤维幅面在三个阶段中沿其行进方向至少成形一次，以增加纤维幅面表面的平滑度，即在第一阶段，纤维幅面被预热；在第二阶段，执行实际压榨、平滑所述纤维幅面的表面；以及在第三阶段，执行调湿纤维幅面的后续处理。

Description

用于制造以高浓度成形的纤维幅面的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种制造纤维幅面的方法，并且还涉及一种用于制造纤维幅面的装置。

背景技术

在当前使用的湿幅面成形技术中，纤维幅面从由水和纤维浆形成的、固体含量通常约为0.5％至1％的纸浆转变成幅面。然而，公知作为高浓度(HC)幅面成形的幅面成形发生在固体含量约为1％至5％，主要在固体含量为2％至4％的情况下。原则上，待成形的纸浆可以包括新生态纤维或再生浆，或者包括这两者。

对现有技术的HC幅面成形而言，参考公开文献WO 2004/022844A1，其中，高浓度纸浆被对称地输送在两条带(wire)上，此后，两层纸浆在预压区中彼此压榨，以提供单个的纤维幅面。通过这种操作，提供了节省空间的加工方案以及纤维幅面的非常对称的表面和结构。

公开文献WO 97/45589也为现有技术中所公知，其公开了一种通过长网型成形机由高浓度纸浆提供纤维幅面的方法。所述公开文献提到该方法与其它方法相比的优点在于：通过这种方法可以提供平滑的外表面，从而满足高质量印刷的要求。

通常，HC幅面成形的目的在于在开始时即降低待从纤维幅面去除的水量。造纸机和纸板机的结构的主要部分被设计为通过压榨或蒸发来脱水。如果纤维浆中的水量在开始时就已经降低，则不会损害纤维幅面的打印特性，这可能会显著地降低制造纤维幅面所需的能量，并降低投资成本和装置所需的空间。

然而，现有的高浓度成形技术中纤维的平均分布和适当取向比传统的幅面成形更为困难。随着由水和纤维浆形成的纸浆的固体含量的增加，纸浆的流动和幅面成形处理变得更加困难，从而易于导致纤维幅面的不均匀成形，其中纤维堆积成线束(cluster)或絮片(flock)。另一方面，已经观察到在HC幅面成形中，纤维主要倾向于沿幅面的厚度方向(Z方向)设置。通常，Z方向指纤维幅面的厚度方向，X方向指纤维幅面的加工方向，并且Y方向指横切于纤维幅面的加工方向的方向。

HC成形可以用于单层产品，其中整个幅面由HC纸浆形成。HC成形也可以用于多层产品，如在所述参考文献中出现的，至少一层是HC形成的。特别优选的是在纸板中使用由HC纸浆形成的幅面，这样表面层内侧的层通过HC成形而制成。在这种情况下，粗筛渣(coarser reject)或再生浆可以包含在内层中，并且表面可以优选地由化学浆制造。

HC成形还可以应用于涂布的纸板和纸产品，从而在纤维幅面的结构中由HC成形引起的任何可能的缺陷和表面质量可以由涂层覆盖。

在HC成形测试中，已经观察到以高浓度成形的纤维幅面比常规的纤维幅面松厚，并且沿平行或沿平面方向设置的纤维少于由传统的、固体含量在0.5％至1.0％的纸浆形成的幅面中的纤维。这种纤维幅面的沿Z方向设置的纤维的数量尤其多。随着纤维幅面沿Z方向的纤维的数量的增加，所形成的纤维幅面的松厚度增加。这种增加可以使化学浆从2％增加到5％，甚至使包含CTMP的化学浆从5％增加到20％。此外，当沿Z方向设置的纤维的数量增加时，纤维幅面的强度、尤其是内结合(Scott-Bond)强度也增加。

同样公知的现有技术公开文献WO 03/064761 A1描述了通过带式砑光机(calender)等来形成纤维幅面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于获得平滑度以及在需要的情况下获得光亮表面的方法和装置，其能够使由HC纸浆形成的幅面具有良好的印刷质量。本发明的另一目的在于保持由HC成形提供的纤维幅面的良好特性，例如松厚性和沿Z方向的良好的强度特性。又一目的在于能够使用固体含量高于现有含量的纸浆来形成幅面，并且能够减少由高固体含量可能导致的关于平滑度的任何不利之处。特殊的目的在于提供一种方案，其有助于降低造纸机生产线上所生产的纤维幅面的每单位表面区域消耗的能量，同时制造的纤维幅面的等级与传统的由低固体含量的纸浆制成的纤维幅面的等级相当。对多层纤维幅面而言，一个目的在于影响纤维幅面沿Z方向的结构，以在表面上提供致密层和平滑层，同时中间层保持为比表面层松厚，从而获得每平方米克重良好的强度特性。

在非涂布的纸类或纸板类的情况下，本发明的目的在于形成有利的纤维幅面表面，以实现所需的印刷表面特性。印刷表面的基本要求包括良好的表面平滑度(例如本特生(Bendtsen)和PPS)、表面轮廓、以及相当低的密度和孔隙尺寸(印刷墨水的平均吸收率)变化。具体目的在于保持由HC成形制成的层的松厚性，并且还能够集中地处理幅面的最外表面层，以足以获得所需的特性。

对涂布的纸类和纸板类而言，本发明的重要目的在于形成用于涂布处理的有利的纤维幅面表面。具体目的在于提供介质的较小的起伏变化及较大的规模(大于约1mm)，从而在涂布处理中，易于涂敷平滑的涂布剂层。平滑的涂布剂层干燥得更加均匀，从而，涂布层的吸收特性和印刷质量良好且均匀(色调不均匀的可能性低)。

根据本发明的一种方案，提供了一种制造纤维幅面的方法，其中，至少一层纤维幅面由固体含量超过1.5％的纸浆形成，通过头道压榨所述纤维幅面从所述纤维幅面中去除水分以使固体含量约为45％至65％，接着蒸发所述纤维幅面以使固体含量约为75％至95％，此后，通过压榨接触处理所述纤维幅面以增加其平滑度，其特征在于，在制造过程中，在卷取阶段之前，通过至少一个加压和加热处理来处理所述纤维幅面，其中，施加在所述纤维幅面上的成形压力小于等于20MPa，在所述加压和加热处理中，所述纤维幅面在三个阶段中沿所述纤维幅面的行进方向至少成形一次，以增加所述纤维幅面表面的平滑度，即在第一阶段，纤维幅面被预热；在第二阶段，执行实际压榨、平滑所述纤维幅面的表面；以及在第三阶段，执行调湿所述纤维幅面的后续处理。

根据本发明的另一方案，一种用于制造纤维幅面的装置，其中，至少一层纤维幅面可以由固体含量超过1.5％的纸浆形成，该装置包括用于压榨所述纤维幅面以使固体含量约为45％至65％的成形和压榨部；在该成形和压榨部之后为用于蒸发所述纤维幅面以使固体含量约为75％至95％的干燥部；在该成形和压榨部以及该干燥部之后为用于通过压榨接触来处理所述纤维幅面以增加其平滑度的装置，其特征在于，在制造过程中，具有至少一组加压和加热处理设备，在卷取之前处理所述纤维幅面，所述加压和加热处理设备能够以小于20MPa的成形压力处理所述纤维幅面；沿所述纤维幅面的行进方向，具有用于增加所述纤维幅面表面的平滑度的至少一组加压和加热处理设备，所述加压和加热处理设备适用于三个阶段，其中设置第一阶段以预热所述纤维幅面；设置第二阶段以通过压榨实际地平滑所述纤维幅面的表面；以及设置第三阶段以提供用于所述纤维幅面的调湿的后续处理。

根据本发明的方法的特征在于，在制造过程中，在卷取阶段之前，通过至少一个加压和加热处理来处理纤维幅面，其中，施加在纤维幅面上的成形压力小于等于20Mpa。而根据本发明的装置的特征在于，在制造过程中，具有至少一组加压和加热处理设备，在卷取之前处理纤维幅面，所述设备能够以小于20MPa的成形压力处理纤维幅面。根据本发明的方案可以用于将HC纸浆转换成具有高质量表面的纤维幅面，所述幅面与相应的湿成形的纤维幅面相比更具松厚性和沿Z方向的强度。

根据本发明的附加特征，纤维幅面的成形通过加压和加热处理执行，其中诸如成形压力、成形压力的作用时间、以及温度之类的促使成形的因素可以在一定距离或区域内调节。相应地，加压和加热处理装置包括用于上述调节的部件。在特别优选的实施例的加压和加热处理中，纤维幅面在三个阶段中沿纤维幅面的加工方向至少被处理一次，以改善纤维幅面表面的平滑度，即在第一阶段，纤维幅面被预热；在第二阶段，执行实际压榨，平滑纤维幅面的表面；以及在第三阶段，对纤维幅面进行调湿(stabilizing)的后续处理。相应地，沿纤维幅面的加工方向，所述装置具有用于改善纤维幅面表面的平滑度的至少一组加压和加热处理设备，所述加压和加热处理设备适用于三个阶段，其中设置第一阶段以预热纤维幅面；设置第二阶段以通过压榨实际地平滑纤维幅面的表面；以及设置第三阶段作为纤维幅面的调湿后续处理。从而加压和加热处理设备的加压和加热处理区域适于这三个阶段，在各阶段，加压效果(压力值和/或压力作用的时间)可独立地调节。在另一实施例中，加压和加热处理区域仅由一个构件构成，其中几乎相同的压力作用于纤维幅面。所要求的印刷表面的质量通过在与干燥相关的或恰好在干燥之后的加压和加热处理中形成最终表面而获得。在加压和加热处理区域中，纤维幅面的至少一个表面与被加热至70℃至250℃的表面接触。

与传统的砑光机相比，上述加压和加热处理的最显著的优点在于其作用时间相当长，从而由于集约的热供应，因此纤维幅面的表面部分早在加压和加热处理的第一阶段即被快速加热。热量使水蒸发并软化和塑化表面层中的纤维。在加压和加热处理的第二阶段施加的压力载荷有效地形成塑化的表面层，而且，在该结构中纤维加深(deeper)的设置主要是弹性地形成的，即结构大部分恢复。这种弹性行为可能是由于占优势的适度的压力载荷的等级，以及部分地由于纤维幅面的增加的内部汽压、抵抗压榨。在加压和加热处理的第三阶段，压力载荷以受控的方式降低，这样纤维幅面的内部汽压不会过快地释放。

上述逐渐调节的加压和加热处理过程能够使得热供应足以满足与压榨压力(compression pressure)相关的纤维幅面的成形，另一方面，这有助于纤维幅面沿Z方向的结构。由于集约的热供应和在成形中使用的较轻的压榨压力，因此在纤维幅面的表面上提供致密层，同时纤维幅面的中部保持较为松厚。为了整体的经济性，所述方法和装置实现制造纤维幅面的目的，用于每单位面积的制造程序所需要的能量比由传统的纸浆制造的相应的纤维幅面所需的能量低。这些测量可以在纤维幅面的制造过程中的适当阶段进行；尤其是对纸板幅而言，在涂布阶段之前，并且在卷取之前。

根据本发明的优选实施例，所述压榨压力优选地小于12.5MPa，进一步优选地小于10MPa，更优选地小于7.5MPa，最优选地小于5MPa。通过以这种方式降低用于成形的压榨压力，纤维卷幅的松厚性尤其得到更好的保持。

根据本发明的装置和方法适于制造包装纸板，例如折叠纸板和液体包装纸盒和牛皮箱纸板，以及某些印刷纸类。包括应用的目标的纤维幅面可以被涂布或不被涂布。纤维幅面可以为每平方米克重为40g/m²至150g/m²的涂布纸幅或非涂布纸幅。纤维幅面可以为每平方米克重超过100g/m2的涂布纸板幅或非涂布纸板幅。

附图说明

本发明参考附图进行详细的描述，其中：

图1示出了用于形成纤维幅面的装置的草图；

图2示出了作为时间的函数的压力和温度的优选的形成曲线；

图3示出了另一优选的形成曲线。

具体实施方式

图1示出了用于形成纤维幅面W的加压和加热处理装置的一个可行实施例。本实施例包括带式砑光机1，所述带式砑光机1具有围绕多个导辊3延伸的金属带2，其中至少一个导辊适于可移动地调节带2的张紧或张力。成形带2行进穿过辊5，并在带2和辊5之间构成加压和加热处理区域N。待成形的纤维幅面W行进穿过加压和加热处理区域N，同时在作为时间的函数的压力动量和温度下成形。带2可以被制热/制冷设备6制热或制冷。图1中的点划线9示出了所形成的压力，当压辊4安装在由成形带2制成的环的内侧时，作为压榨元件并将带2压向辊5的辊4在加压和加热处理区域N的压区中提供更大的压力。另一方面，虚线8示出了当只有带2的张力工作时，即当辊4没有与带一起形成压区或辊4完全脱离所述位置时所形成的压力的分布。辊5和辊4可以为可变凸度辊或非可变凸度辊，并且它们可以从包括具有挠性表面的辊的组中选择，例如具有聚合体、橡胶或弹性表面的辊；靴辊；热辊；金属辊；纸粕辊；和复合辊。除了辊4之外，压榨元件可以为能够被造型或形成固定外形并且可以包含沿X方向或Y方向的多个连续区域的压榨元件。压榨元件可以具有连续的或非连续的表面。压榨元件4可以设置为固定的或可移动的，并且其影响加压和加热处理区域的长度或带2的张力。

图2示出了作为时间的函数的、用于纤维幅面的可行的压榨压力曲线。在特别优选的实施例中，加压和加热处理区域包括三个部分，如图2中的区域21、区域22和区域23所示，其加压效果(压力的值和作用时间)可以独立调节。图2示出了纤维幅面在三个阶段中如何被压榨，以改善纤维幅面表面的平滑度，即在第一阶段21，纤维幅面被预热；在第二阶段22，执行平滑纤维幅面表面的实际压榨；以及在第三阶段23，执行后续处理来调湿纤维幅面。根据本发明，纤维幅面通过这些成形的加压和加热处理序列中的至少一个进行处理，但是也可以顺序地执行多个处理。在其它实施例中，加压区域仅由一个部分构成，其中产生几乎相同的压力(阶段21、阶段22和阶段22相结合)。根据需要，可以在这些成形之间执行任何其它处理操作，例如衬里、涂布、汽蒸、润湿、干燥等。

图2中的曲线还通过虚线示出与第一阶段21和第三阶段23相比第二阶段22的另一可行位置。例如，在第一阶段，纤维幅面可以受到0.05MPa至0.5MPa的压力、20ms至100ms的停留时间的作用。通过这种方式，在适当的长停留时间内纤维幅面能够被加热至适于成形的温度，从而纤维幅面可以塑性地形成。这种长停留时间的优点在于：在加热带2或辊5、4与纤维幅面W之间可以使用合理的温度差。通过这种方式，可以避免由过高的温度差引起纤维幅面的局部过热。在第二阶段22中，纤维幅面受到0.2MPa至20MPa的压力、例如0.5ms至10ms的停留时间的作用。通过这种方式利用合理的低成形压力，纤维幅面的与松厚性相关的良好特性能够得以保持，而且还能充分地影响纤维幅面的平滑度和光亮度。在第三阶段23中，纤维幅面受到0.05MPa至0.5MPa的压力、例如20ms至100ms的停留时间的作用。第三阶段均衡纤维幅面的状态，以使由第二阶段引起的纤维幅面的弹性变形部分变成塑性变形。类似地，在这种“释放”的过程中，纤维幅面和单独纤维的内部汽压差值能够逐步变得平均，而不会使压力释放得过快以致于导致纤维幅面结构的削弱。当在上述数值范围内操作时，最终结果是根据本发明的目的的纤维幅面可以由通过高浓度纸浆形成的纤维幅面形成，并且能够具有良好的印刷质量。

图3示出了作为时间的函数的纤维幅面的另一可选的成形压力/温度曲线。与图2相比，其区别主要在于图3包括从一个阶段到另一个阶段的“圆滑”过渡，从而影响纤维幅面的参数不会快速地改变。类似地，瞬态被略微地消减，从而所使用的最大压力的停留时间略长于根据图2的情况。曲线形状的这种变化的细微调节主要取决于纤维幅面的具体特性，因此，细微调节必须总是适应具体情况。图3还示出了与所使用的成形压力相比纤维幅面W的加热的实例。这也与纤维幅面的特性和所使用的材料、纤维等级、填充剂、填充剂的量、纤维幅面的多孔性、尤其是由作为上述的结果产生的热导率相关。对所述方法优选的是，在加压和加热处理之前，在干燥纤维幅面的蒸发阶段，纤维幅面通过平滑的接触表面(例如烘缸或杨克式烘缸)被加热，这样总的接触时间至少为1000ms。加压和加热处理装置包括金属带输送器、长压区砑光机、传统带式砑光机、以及冷凝带烘干机(Condebelt dryer)或杨克烘干机。

Claims (29)

1.一种制造纤维幅面的方法，其中，至少一层纤维幅面由固体含量超过1.5％的纸浆形成，通过头道压榨所述纤维幅面从所述纤维幅面中去除水分以使固体含量为45％至65％，接着蒸发所述纤维幅面以使固体含量为75％至95％，此后，通过压榨接触处理所述纤维幅面以增加其平滑度，其特征在于，在制造过程中，在卷取阶段之前，通过至少一个加压和加热处理来处理所述纤维幅面，其中，施加在所述纤维幅面上的成形压力小于等于20MPa，在所述加压和加热处理中，所述纤维幅面在三个阶段中沿所述纤维幅面的行进方向至少成形一次，以增加所述纤维幅面表面的平滑度，即在第一阶段，纤维幅面被预热；在第二阶段，执行实际压榨、平滑所述纤维幅面的表面；以及在第三阶段，执行调湿所述纤维幅面的后续处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述加压和加热处理中，成形压力、成形压力的作用时间、以及温度是可调节的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成形压力小于12.5MPa。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述成形压力小于10MPa。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述成形压力小于7.5MPa。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述成形压力小于5MPa。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一阶段，所述纤维幅面受到0.05MPa至0.5MPa的压力、20ms至100ms的停留时间的作用。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二阶段，所述纤维幅面受到0.2MPa至20MPa的压力、0.5ms至10ms的停留时间的作用。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第三阶段，所述纤维幅面受到0.05MPa至0.5MPa的压力、20ms至100ms的停留时间的作用。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述加压和加热处理阶段，至少所述纤维幅面的表面与被加热至70℃至250℃的表面接触。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在干燥的蒸发阶段，所述纤维幅面通过平滑接触表面而加热，以使总的接触时间至少为1000ms。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述平滑接触表面为烘缸。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述烘缸为杨克式烘缸。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维幅面为每平方米克重从40g/m²至150g/m²的涂布纸幅或非涂布纸幅。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维幅面为每平方米克重超过100g/m²的非涂布纸板幅。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述纤维幅面为纸板幅的情况下，在涂布阶段之前执行至少一个加压和加热处理。

17.一种用于制造纤维幅面的装置，其中，至少一层纤维幅面可以由固体含量超过1.5％的纸浆形成，该装置包括用于压榨所述纤维幅面以使固体含量为45％至65％的成形和压榨部；在该成形和压榨部之后为用于蒸发所述纤维幅面以使固体含量为75％至95％的干燥部；在该成形和压榨部以及该干燥部之后为用于通过压榨接触来处理所述纤维幅面以增加其平滑度的装置，其特征在于，在制造过程中，具有至少一组加压和加热处理设备，在卷取之前处理所述纤维幅面，所述加压和加热处理设备能够以小于20MPa的成形压力处理所述纤维幅面；沿所述纤维幅面的行进方向，具有用于增加所述纤维幅面表面的平滑度的至少一组加压和加热处理设备，所述加压和加热处理设备适用于三个阶段，其中设置第一阶段以预热所述纤维幅面；设置第二阶段以通过压榨实际地平滑所述纤维幅面的表面；以及设置第三阶段以提供用于所述纤维幅面的调湿的后续处理。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述加压和加热处理设备包括用于调节成形压力、成形压力的作用时间、以及温度的装置。

19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述成形压力小于12.5MPa。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述成形压力进一步优选地小于10MPa。

21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述成形压力小于75MPa。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述成形压力小于5MPa。

23.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，在所述第一阶段，所述纤维幅面在与20ms至100ms的停留时间相对应的长度内受到0.05MPa至0.5MPa的成形压力的作用。

24.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，在所述第二阶段，所述纤维幅面在与0.5ms至10ms的停留时间相对应的长度内受到0.2MPa至20MPa的成形压力的作用。

25.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，在所述第三阶段，所述纤维幅面在与20ms至100ms的停留时间相对应的长度内受到0.05MPa至0.5MPa的成形压力的作用。

26.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，在该干燥部中具有平滑接触表面。

27.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述平滑接触表面为烘缸。

28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述烘缸为杨克式烘缸。

29.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述加压和加热处理设备包括金属带砑光机、长压区砑光机、普通带式砑光机、以及冷凝带烘干机或杨克烘干机。

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