CN101806010A - 一种运用力学理论的粉煤灰纤维造纸技术 - Google Patents

Abstract

一种运用力学理论的粉煤灰纤维造纸技术，是按照力学理论，用配比粉煤灰纤维的纸浆或纸板做复合纸板的里层，越接近中间层的纸板配比的粉煤灰纤维越多；外层包括面层和底层，外层纸板用造纸纤维原料，如针叶木浆、阔叶木浆和草浆配比木浆制造的纸或纸板；从外层至中间层，纸板所用的原料质量逐层下降，中间层纸板所用的原料质量最差，如配比较多粉煤灰纤维的和废纸浆。采用电厂粉煤灰制成的纤维，生产复合纸板，面层和底层用强度高的纸板，中间层采用配比较多粉煤灰制成的纤维，不仅改善了纸的外观，使纸的挺度达到使用要求，使废物得到充分利用、节省资源、降低了成本。

Description

一种运用力学理论的粉煤灰纤维造纸技术

技术领域

本发明涉及一种复合生产纸板技术，特别涉及一种可利用电厂粉煤灰纤维生产节约资源的纸板技术。

背景技术

传统的造纸工业造纸机和纸板机，是用针叶木浆、阔叶木浆挂面、草类纸浆和废纸做里层，采用多个长网组合在一起的长网叠网纸板机，一个长网生产一层、由几个长网生产的多层的湿纸板在湿的状态下叠合成厚纸板；也有采用多圆网纸板机，每个圆网挂一层，几个圆网的多层湿纸板在湿的状态下叠合成厚纸板，在湿的状态下叠合生产纸板，即湿法生产纸板。生产纸板也可以用纸板复合机将生产好的不同纸板，中间采用粘合剂，干法进行复合生产纸板，即干法生产纸板。由上述纸板制成的纸箱，实际应用过程中，纸箱破损主要是由纸板挺度低，既抗弯曲变形能力低而造成的。

发明内容

本发明目的是为了克服已有技术的缺陷，采用一种用力学理论的粉煤灰纤维造纸技术。具体是使用电厂粉煤灰制成的纤维，合理配比植物纤维生产纸板；复合纸板的里层多配比粉煤灰纤维，外层少配比或不配比粉煤灰纤维。

为解决已有技术存在的缺陷，本发明的采用的技术方案是：一种运用力学理论的粉煤灰纤维造纸技术，是按照力学理论，用粉煤灰纤维的纸浆或纸板做复合纸板的里层，越接近中间层的纸板配比的粉煤灰纤维越多；外层包括面层和底层，外层纸板用造纸纤维原料，如针叶木浆、阔叶木浆和草浆配比少量木浆制造的纸或纸板；从外层至中间层，纸板所用的原料质量逐层下降，中间层纸板所用的原料质量最差，如粉煤灰纤维和废纸浆。

本发明的粉煤灰纤维造纸技术，分别有湿法和干法技术：

湿法技术为：使用造纸机，采用不同纸浆配比、面层和底层用针叶木浆和阔叶木浆、里层采用粉煤灰纤维配比废纸或草浆，越接近中间层配比粉煤灰纤维越多；

干法技术为：用纸板复合机，以不同原料制成的纸板，面层和底层用强度好、质量高的纸板；里层用强度差和质量低的粉煤灰纤维与废纸制成的纸板，进行一次复合2层至7层，生产出实心的复合纸板。

本发明的有益效果是：采用电厂粉煤灰制成的纤维，生产复合纸板，面层和底层用强度高的纸板，越接近中间层配比的粉煤灰纤维越多，科学合理的用料不仅改善了纸的外观，使纸的挺度达到使用要求，而且使废物得到了利用，节省了能源，降低了成本。

附图说明

图1是本发明的纸板厚度放大图；

图2是本发明的纸板厚度方向受力弯曲变形示意图；

图3是纸板厚度截面1-1和2-2部分示意图；

图4是纸板厚度方向受力弯曲时的示意图，图中示意ab层缩短、cd层伸长、O₁O₂层中间层不变；

图5是纸板厚度方向弯曲变形受压和拉力示意图；

图6是纸板厚度方向受力示意图；

图7是本发明用造纸机湿法生产复合纸板，每层纸板纸浆和粉煤灰纤维的配比；

图8是本发明用纸板复合机干法生产复合纸板，每层纸板的粉煤灰纤维的配比。

一般纸的挺度是指弯曲15°角时的弯矩，从材料力学的观点来试分析纸的挺度。

我们把纸的厚度放大，如图1所示，并假定纸是由许多与X轴平行的纤维所组成。用两个相近的截面1-1和2-2从纸上取出一段长为dx的单元体(参见图2)。从图3可以看到，纸在弯曲时与线段ab等高层上的纤维将缩短，而cd等高层上的纤维将伸长。在弯曲时不缩短也不伸长的层称中间层(图中与O₁O₂等高层)。中间层与横截面的交线称中性轴(图5中Y轴)，截面的对称轴为Z轴。在弯曲时，截面1-1和2-2将绕中性轴旋转成一个夹角dα(测定纸的挺度时，dα的积分∫dα＝15°角)。中性层上的纤维O₁O₂和距中性层为Z的纤维cd将变成圆弧线。O₁O₂弧线的长度不变仍为dx，但cd弧线的长度比dx长，用ρ表示O₁O₂的曲率半径，从图3可得：

所以纤维cd的单位伸长为：

这就是说，纤维的单位伸长与距中性层的距离成正比。

纤维的变形只与单向正应力σ有关，按照虎克定律

σ＝Eε……………………………………………………………(1)

由此得

$\mathrm{\σ}=E\frac{Z}{\mathrm{\ρ}}......\left(2\right)$

这就是说，弯曲时截面上正应力与距中性层的距离成正比，正应力σ的分布参见图4。

这一点对要求高挺度纸板的生产和使用很有意义，如生产厚纸板时，面层和底层采用强度较好的纸浆或是处理较好的纸浆、中间层采用质量最差的纸浆和代用原料。同样道理，生产复合纸板时，面层和底层用强度高的纸板，中间层采用强度差的纸板复合。

取截面以左部分(参见图5)进行力的平衡，取截面上一个坐标为Z和Y的微面积dF，作用在这个微面上的力为σdF。根据平衡方程∑M_y＝0，各微面积上的力σdF对Y轴的力矩之和应与弯矩平衡，即

上式中积分∫FZ²dF是截面面积对Y轴的惯矩，用J表示，上式可写成

$M=\frac{E}{\mathrm{\ρ}}J$ 或 $=\frac{1}{\mathrm{\ρ}}=\frac{M}{\mathrm{EJ}}......\left(4\right)$

在测定纸的挺度时，试样夹在挺度仪上的长度(泰伯挺度仪为70mm)是固定的，弯曲角度(泰伯挺度仪为15°)也是规定的，所以1/ρ是常数，表现在纸的挺度上就没意义了。即纸的挺度(弯矩M)可以用EJ的乘积来表示(材料力学中E·J的乘积叫做抗弯刚度)。其中弹性模数E表示材料(如纸的纤维种类、填料、纤维间结合力等)抵抗弯曲的性能，而惯矩J表示截面尺寸(如纸的厚度)抵抗弯曲变形的性能。

将上面公式(4)代入(2)：

$\mathrm{\σ}=E\frac{Z}{\mathrm{\ρ}}=\mathrm{EZ}\frac{M}{\mathrm{EJ}}=\frac{\mathrm{MZ}}{J},$ 则

$M=\mathrm{\σ}\frac{J}{Z}$

在材料力学中令J/Z＝W，叫截面矩量，则

M＝σW………………………………………………………………………………(5)

对直径为d的圆截面，截面矩量W为

$W=\frac{{\mathrm{\πd}}^4}{64\×d/2}=\frac{{\mathrm{\πd}}^3}{32}$

上面已假设纸的厚度为无数平行X轴的纤维，这些纤维直径d代入式(5)

$M=\mathrm{\σ}\·\frac{\mathrm{\π}}{32}{d}^3$

即挺度与d³成正比，这些微细纤维直径d的积分就是纸的厚度，即纸的挺度与厚度的立方成正比。

用力学理论的粉煤灰纤维造纸技术，包括湿法技术和干法技术。

1.湿法技术：用针叶木浆、阔叶木浆、草类浆和废纸浆，不配加粉煤灰纤维或少量配加粉煤灰纤维，做纸板的面层和底层纸浆。用越接近中间层(力学上称中性层)配比粉煤灰纤维越多的上述纸浆做纸板的芯层纸浆。在造纸机上将上述面层、底层与芯层纸浆分层上浆，生产多层不同配比的纸板。

如图6用造纸机生产复合纸板每层纸板的纸浆和粉煤灰纤维配比不同。

第1层(7层)：针叶木浆0～100％、阔叶木浆100～0％、定量45～90g/m²

第2层(6层)：针叶木浆0～30％、或阔叶木浆0～30％、废纸浆或草浆0～70％、粉煤灰纤维0～20％、定量127～310g/m²

第3层(5层)：草浆0～50％、或废纸浆0～50％、粉煤灰纤维20～50％、定量127～310g/m²

第4层：废纸浆0～30％、或草浆0～30％、粉煤灰纤维40～70％、定量127～310g/m²

2.干法技术：用针叶木浆、阔叶木浆、草类浆和废纸浆，不配加粉煤灰纤维或少量配加粉煤灰纤维制成的纸板做面层和底层。用越接近中间层(力学上称中性层)配比粉煤灰纤维越多的上述纸浆制成的纸板做纸板的芯层。在纸板复合机上，将上述面层、底层与芯层纸板用粘合剂粘合生产多层复合纸板。

如图7用纸板复合机生产复合纸板，原每层纸板配比。

第1层(7层)纸板：针叶木浆0～100％纸板、阔叶木浆100～0％纸板、定量45～90g/m²纸板

第2层(6层)纸板：针叶木浆0～30％纸板、或阔叶木浆0～30％、废纸或草浆0～70％、粉煤灰纤维0～20％、定量127～310g/m²

第3层(5层)纸板：草浆0～50％、或废纸浆0～50％、粉煤灰纤维20～50％、定量127～310g/m²

第4层纸板：废纸浆0～3％、或草浆0～30％、粉煤灰纤维40～70％、定量127～310g/m²

实例1.湿法技术：定量2050g/m²厚纸板，粉煤灰纤维占35.2％。

第1层、7层：漂白针叶木浆100％，一层定量55g/m²；

第2层、6层：本色针叶木浆20％、本色麦草浆60％、粉煤灰纤维20％，一层定量310g/m²；

第3层、5层：本色麦草浆60％、粉煤灰纤维40％，一层定量310g/m²；

第4层(中性层)：废纸浆50％、粉煤灰纤维50％，每层100g/m²，以七层复合成纸板，七层总计定量700g/m²。

实例2.湿法技术：定量1694g/m²，粉煤灰纤维占39.2％。

第1层、7层：漂白针叶木浆40％、漂白阔叶木浆40％，一层定量60g/m²；

第2层、6层：本色阔叶木浆14％、本色稻草浆60％、粉煤灰纤维26％，一层定量127g/m²

第3层、5层：本色稻草浆30％、废纸浆30％、粉煤灰纤维40％，每层定量310g/m²；

第4层(中性层)：废纸浆50％、粉煤灰纤维50％，每层100g/m²，以七层复合成纸板，七层总计定量700g/m²。

实例3.湿法技术：定量2050g/m²，粉煤灰纤维占38.2％。

第1层、7层：漂白阔叶木浆80％、漂白针叶木浆20％，一层定量55g/m²；

第2层、6层：本色稻草浆35％、废纸浆35％、粉煤灰纤维30％，一层定量310g/m²；

第3层、5层：本色稻草浆30％、废纸浆30％、粉煤灰纤维40％，每层定量310g/m²；

第4层(中间层)：废纸浆50％、粉煤灰纤维50％，每层100g/m²，以七层复合成纸板，七层总计定量700g/m²。

实例4.干法技术：定量(共三层)450g/m²，粉煤灰纤维占34.4％。

面层和底层：俄罗斯漂白针叶木浆15％、漂白稻草浆85％，一层定量70g/m²(双胶纸)；

中性层：废纸浆50％、粉煤灰纤维50％，一层定量310g/m²。

实例5.干法技术：定量(共三层)430g/m²，粉煤灰纤维占36％。

面层和底层牛皮纸，每一层定量60g/m²(牛皮纸)；

中性层310g/m²50％废纸浆、50％粉煤灰纤维已制成的纸板。

用纸板复合机将上述三层纸和纸板复合成定量430g/m²纸板。

Claims (2)

1.一种运用力学理论的粉煤灰纤维造纸技术，其特征在于：按照力学理论，用配比粉煤灰纤维的纸浆或纸板做复合纸板的里层，越接近中间层的纸板配比的粉煤灰纤维越多；外层包括面层和底层，外层纸板用造纸纤维原料，如针叶木浆、阔叶木浆和草浆配比少量木浆制造的纸或纸板；从外层至中间层，纸板所用的原料质量逐层下降，中间层纸板所用的原料质量最差，如配比粉煤灰纤维的废纸浆；

2.一种运用力学理论的粉煤灰纤维造纸技术，其特征在于：所述的粉煤灰纤维造纸技术，分别有湿法和干法技术：

湿法技术为：使用造纸机，采用不同纸浆配比、面层和底层用针叶木浆和阔叶木浆、里层采用粉煤灰纤维配比废纸浆和草浆，越接近中间层配比粉煤灰纤维越多；

干法技术为：用纸板复合机，以不同原料制成的纸板，面层和底层用强度好、质量高的纸板；里层用强度差和质量低的粉煤灰纤维与废纸制成的纸板，进行一次复合2层至7层实心纸板，生产出实心的复合纸板。

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