CN105008618A - 用于处理纤维材料的方法 - Google Patents

Abstract

根据一个示例性实施例，本申请涉及一种用于处理纤维材料的方法(100)，该方法包括精炼(130、140)纤维材料，以促进纤维材料的制浆和/或化学处理，该纤维材料用于制造纤维产品并且该纤维材料包含纤维。在该方法中，纤维材料精炼(130)被实施为通过使用振动破碎机执行压缩精炼。

Description

用于处理纤维材料的方法

技术领域

本申请总体涉及一种用于处理纤维材料的方法。

背景技术

传统上用叶片精炼机精炼纤维浆和碎屑，叶片精炼机用于分离纤维和将纤维加工到从由其制造产品以及生产工艺的观点看的最佳状态。精炼在用于纤维产品的制造工艺中是关键步骤。精炼通常伴随着高能耗以及纤维和由其制造的产品的某些性能的恶化，如纤维含量的减少，以及脱水、抗扯强度和纸张厚度的下降。目前的精炼技术还远远没有在能源消耗和质量特性方面达到理论最佳值。

对纤维材料有用的压缩精炼已经成为几个关于化学浆精炼的早期研究的主题，且已经构造了与研究相关的试验样机，但这样的试验样机不适于在生产工艺中使用。将压缩处理应用于机械浆已在例如专利US 5540392和US 7758720 B2中描述，但这些涉及使用螺旋压缩类型的设备。

发明内容

本发明的一个目的在于，鉴于降低制浆和纤维加工所需的能量消耗并且提高纤维的性能来改善纤维材料的处理。

用权利要求1的方法、权利要求4的振动破碎机以及权利要求5的振动破碎机的用途，来实现本发明的所述一个目的。

根据一个实施例的用于处理纤维材料的方法包括精炼纤维材料，以促进纤维材料的制浆和/或化学处理，该纤维材料用于制造纤维产品且该纤维材料包含纤维。在该方法中，纤维材料精炼被实施为通过使用振动破碎机实行的压缩精炼。

术语“纤维材料”例如用来指示在纸和/或板制造中用作原料的碎屑和/或由有机纤维材料制成的机械、化学-机械或化学(纤维素)浆。纤维材料包括木基材料和/或非木基材料，例如芦苇或稻草型材料，例如竹子和/或棉花。

术语“纤维产品”例如用来指示纸、板以及包含微米纤维素和/或纳米纤维素的复合材料。纤维产品也可以指由木质纤维素基材料生产的生物燃料。

术语“制浆”例如用来指示将纤维材料分解成由彼此接触的纤维构成的纤维束和/或分解成单独的纤维。

术语“化学处理”例如用来指示例如意图用于材料的木质脱除的化学处理，例如，在半化学浆制造中使用的以硫酸和/或亚硫酸盐消化、氧漂白以及酸性和碱性处理。此外，化学处理指示例如意图用于纤维材料的漂白的化学处理，例如基于过氧化物基化学品、连二亚硫酸盐基化学品和/或氯基化学品的漂白。例如还指示化学处理，例如微米纤维素或纳米纤维素的生产中使用的TEMPO和酶处理。

术语“压缩精炼”例如用来指示通过压缩纤维材料而处理碎屑和/或纤维，从而促进纤维材料的制浆和/或增加纤维内部帚化和改性。

术语“振动破碎机”例如用来指示振动破碎机或振动研磨机，其中压缩传统上用于借助于在破碎腔室(区)中存在的破碎锥体来破碎例如集料。在集料破碎中，集料被输送到破碎腔室中并陷在破碎锥体和破碎腔室的壁之间，使得待破碎的集料被破碎至更小的部分，变成碎石或石灰。

根据一个实施例的意图用于处理纤维材料的振动破碎机设置有破碎腔室，其包括：进料元件，该进料元件包含至少一个进口开口；排料元件，该排料元件包含至少一个出口开口；和至少一个破碎锥体或破碎器，所述至少一个破碎锥体或破碎器安装在破碎腔室中且适于将所述纤维材料压靠破碎腔室的至少一个内部表面，所述进料元件适于向破碎腔室供应待通过压缩以精炼的纤维材料，并且所述排料元件适于从破碎腔室移除已通过压缩精炼的纤维材料。振动破碎机适于通过压缩来精炼纤维材料，以促进纤维材料的制浆和/或化学处理，该纤维材料用于制造纤维产品且包含纤维。

在根据一个实施例的意图用于处理纤维材料的振动破碎机用途中，振动破碎机用于通过压缩来精炼纤维材料，以促进纤维材料的制浆和/或化学处理，该纤维材料用于制造纤维产品且包含纤维。振动破碎机设置有破碎腔室，其包括：进料元件，该进料元件包含至少一个进口开口；排料元件，该排料元件包含至少一个出口开口；和至少一个破碎锥体(破碎器)，所述至少一个破碎锥体安装在破碎腔室中且适于将纤维材料压靠破碎腔室的至少一个内部表面，所述进料元件适于向破碎腔室供应待通过压缩以精炼的纤维材料，并且排料元件适于从破碎腔室移除已通过压缩精炼的纤维材料。

在从属权利要求中提出了其它实施例。

根据实施例的意图用于预处理纤维材料的方法，与没有预处理的叶片精炼相比，能够较迅速地精炼纤维材料，节省总精炼能耗和/或改进且更广泛地调节纤维的纸工艺性能。在一些情况下，单独压缩精炼而不进行叶片精炼可以是充分的处理。

用根据本实施例的方法实现的能耗的节省是显著的，因为在压缩精炼中，当与传统的叶片精炼相比时，纤维材料接收的碰撞的数目更少但单独碰撞的力实质上更大。因此，例如塑性变形的数目相对于弹性变形的数目是增加的，从而减少了改性所需的能量。此外，通过振动破碎机迁移精炼粘合材料需要很少的能量且可以例如通过重力作用而发生。对于纸和/或浆工厂的生产产出，这提供了泵送成本中的实质性的节能。

附图说明

附图的详细描述结合附图更具体地叙述本发明的示例性的实施例，其中：

图1示出了纤维材料的处理方法的流程图；

图2a-图2d示出了压缩精炼的原理及其对纤维材料的性能的影响；并且

图3示出了实施该方法的振动破碎机的功能单元。

具体实施方式

图1示出了如下一种方法100，该方法100用于以如下方式处理纤维材料，例如木屑或木浆，即在例如纸或板的纤维产品的制造中使用的纤维素浆，使得纤维材料被精炼，以促进纤维材料的制浆和/或化学处理。

开始步骤102包括：提供用于木浆的原料；启动用于生产、处理以及移动木浆的机器和设备。

通过使用例如桦树、云杉或松树作为原料，步骤110包括生产包含单独或彼此接触的木纤维的木屑或木浆。

在所谓未干燥的管浆的情况下，在步骤120中，所生产的木浆通过例如沿专门建造的管道泵送而被输送到纸和/或浆工厂，直接进入精炼机槽以等待精炼。可替代地，在为了运输和/或储存而将所生产的木浆干燥成包浆的情况下，干燥的包浆将被运输到纸和板工厂，其中，碎浆机借助于水来破碎木浆包以获得均一性的浆料，该均一性的浆料可以沿工厂的管道系统被泵入精炼机槽。

在步骤130中，木浆的精炼被实施为压缩精炼，通过使用至少一个适当的振动破碎机来实行该压缩精炼，所述至少一个适当的振动破碎机集成为工厂的浆处理线的一部分。

图2a和图2b示出了压缩精炼的原理，其可以被用作纤维材料的唯一精炼或者其可以选择性地实行为在传统叶片精炼之前的预处理。在压缩精炼中，如图2a所示，利用适当的振动破碎机200在两个柱形表面之间压缩纤维材料250，其中经由进口开口210到达的纤维材料在破碎腔室220的内壁222a、222b与在破碎腔室220中移动的破碎锥体或破碎器230之间被压缩，由此用作纤维材料的木纤维250主要经受在图2b中的左侧和正中间纤维的横截面中存在的箭头指示的压缩力。在从图2b的正中间纤维250中的点B的纵向视图260中描述纤维的结构，其中半纤维素262存在于微纤维264之间的胞壁中，且为在微纤维264之间的结构提供粘合类型的增强。压缩精炼在纤维改性中的目的为特意地破坏由半纤维素262形成的交联266。已压缩处理的纤维材料经由出口开口240a、240b排出破碎腔室220。

在纤维改性的背景中，压缩精炼的目的在于增加纤维内部帚化性和可变性，使得纤维尤其是更能够吸收叶片精炼的机械应力。在传统叶片精炼中会发生若干不同的现象，如纤维矫直、纤维内部和外部帚化、纤维断裂以及细粉的形成。通过改变精炼条件只能在有限的程度上改变这些现象。压缩精炼同样经历上述现象，但上述现象发生比例不同使得内部帚化占主导。在许多情况下，从改善主要是例如木浆的纤维材料的强度的质量特性的立场来看内部帚化已经被假定认为是非常有益的现象。另外，已压缩处理的纤维，例如木纤维，大多是柔韧的，因此该纤维在叶片精炼处理中表现不同，例如木纤维断裂和细粉形成可能减少。

图2c呈现作为预处理实行的压缩处理对在各种浆过滤速度(肖伯尔-瑞格勒或SR-数)下从化学木浆中制造的纸的拉伸强度的影响。从附图可得出，采用适当的预处理，能够实现在恒定过滤速度下相对较高的拉伸强度。

图2d呈现压缩处理对木纤维的宽度的影响，其反映由内部帚化引起的木纤维膨胀。压缩精炼也能够促进操作助剂渗透进入纤维材料。

在期望在步骤132中使已振动精炼的木浆经受重复的振动破碎机处理的情况下，该方法返回到压缩精炼步骤130。在压缩精炼的程度是足够的情况下，该方法前进到步骤138。

如果期望在步骤138中使经压缩精炼的木浆经受进一步处理，就可以进一步经受在步骤140中的叶片精炼和/或化学处理，在这种情况下，压缩精炼用作叶片精炼和/或化学处理的预处理。也能够选择在压缩精炼过程的期间实形木浆的化学处理。

在木浆的精炼仅包括振动破碎机精炼的情况下，该方法直接前进到步骤150。

在步骤150中，在叶片精炼或可替代的压缩精炼之后，已精炼的木浆通过沿适当的管道系统或在干燥条件下泵送而被送到纸机或板机以由其生产纸、板或其它纤维产品。

在步骤152中，用于处理木浆的方法结束。

图3呈现了用于矿物的破碎和适于纤维材料的压缩处理的KID300K振动破碎机300的横截面。

KID机器300可用于精炼纤维材料，且其实现例如由意图用于纤维材料的叶片精炼机获得的精炼。在测试中发现，为了实现各种性能，可以为采用机器300实行精炼纤维材料补充传统的纤维材料精炼设备。最终的结果是，在一方面这能够改进纤维材料的质量水平且在另一方面减少精炼能量的消耗。

振动破碎机300包括例如调节轴环302、破碎腔室(压缩区)320和其内壁322、破碎锥体(破碎器)330、振动发生器304、驱动块306、框架支撑308、342、锥形支撑312、增强环314、球支撑316、框架318、减震器324、杯体326、盖328、包括进口开口(接收开口、进料区)的进料元件310、保护件332、轴承组件334、一个或多个紧固螺栓336、用于润滑进料的配件338、一个或多个用于排泄的配件342a、342b以及包括出口开口的排料元件340。

纤维材料经由进口开口310被送到机器中，且纤维材料通过重力或压差作用前进通过机器300同时被精炼。纤维材料在破碎腔室320和壁322之间成为压缩的，且借助于排料元件340从机器300的底部排出。在处理之前，待处理的纤维材料的游离度被调整为期望水平。此外，施加到纤维材料的碰撞的数目和力以及纤维材料横跨压缩区的迁移(＝生产速度)，可被下列因素中的至少一个影响：破碎锥体330的振动频率、在破碎锥体330和破碎腔室的壁322之间的间隙、偏心配重的不对称、精炼区的宽度、锥体330的直径和处理循环的数目。

为实现各种情况所期望的纤维性能、能耗水平以及生产速度必须单独优化上述因素(包括游离度)。

锥形区段310、320、322，即进料和压缩区，可具有关于其设计的各种替换物。替代实施例可被这样设计成使得实际的锥形区段310、320、322不存在和/或特别是压缩区320、322已被构造成柱形设计。在这种情况下，当操作振动破碎机300(上线)时，可调节压缩区320、322的宽度，但是间隙的调整将变得稍微更不方便。可替代地，压缩区320、322也可以是非常平缓的锥形，由此，压缩区320、322的缩窄也将导致间隙的增加。锥体310、320、322的表面材料的粗糙度和/或轮廓(例如波纹轮廓)也可以被用于影响机器300的操作。

前述只是本发明的一些示例性实施例。例如就实施细节以及应用领域而言，根据本发明的原理自然可以在权利要求限定的保护范围内变化。

Claims (6)

1.一种用于处理纤维材料的方法(100)，包括精炼(130、140)所述纤维材料，以用于促进所述纤维材料的制浆和/或化学处理，其中所述纤维材料用于制造纤维产品并且所述纤维材料包含纤维，

其特征在于：纤维材料精炼(130)被实施为通过使用振动破碎机执行压缩精炼。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纤维材料包括单独的或与其它接触的碎屑和/或纤维。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括：在将所述纤维材料输送(150)到纤维产品的制造设备之前，用叶片精炼机精炼(140)由振动破碎机精炼过的纤维材料和/或化学地处理精炼过的纤维材料(140)。

4.一种振动破碎机(300)，所述振动破碎机适于实施根据权利要求1或2所述的方法。

5.一种用于处理纤维材料的振动破碎机的用途，所述振动破碎机被用于通过压缩来精炼所述纤维材料，以用于促进所述纤维材料的制浆和/或化学处理，其中所述纤维材料用于制造纤维产品并且所述纤维材料包含纤维。

6.根据权利要求5所述的振动破碎机的用途，其中，所述纤维材料包括单独的或与其它接触的碎屑和/或纤维。