CN2247329Y - 湿纸幅的“粘附力/强度”比值测试仪器 - Google Patents

Abstract

一种湿纸幅的“粘附力/强度”比值测试仪器，由试样拉伸剥离装置、测试信号采集装置和数据处理装置构成，试样拉伸剥离装置的试样夹头与测试信号采集装置的力传感器连接，试样拉伸剥离装置的水平步进电机和垂直步进电机与测试信号采集装置的模数(A/D)转换器连接，该模数(A/D)转换器与数据处理装置的计算机连接，在抄纸过程中利用该仪器测试“粘附力/强度”值，为改进抄纸工艺提供依据。

Description

湿纸幅的“粘附力/强度”比值测试仪器

本实用新型涉及测试仪器，更详细地说是涉及造纸工业生产领域的抄纸过程中湿纸幅的粘附力及强度的测试仪器。

湿纸幅的粘附力(Adhesion，用A表示)是指湿纸幅粘附在某一材料表面后，将其分离时所需的力；湿纸幅的强度(Strength，用S表示)是指其受载拉伸时，抵御破坏的能力。湿纸幅的“粘附力/强度”比(以下简称A/S比)是造纸工业纸张制造过程中的重要控制参数，它反映了湿纸幅在成形过程中从造纸机伏辊或压榨辊剥离的难易程度。科学研究和生产实践表明：在抄纸过程中，若粘附力较大时，湿纸幅难以剥离；而湿纸幅强度较低时，在剥离时容易断裂。在生产上希望湿纸幅的粘附力A小且湿纸幅强度S大，因此A/S比值较小的湿纸幅，其浆料的抄造性能较好，即在生产中发生断头的次数少，从而可提高造纸机的车速和纸张的产量。对于一台造纸机，当抄造车速等操作条件确定后，总有一确定的A/S比比值的上限，在实际造纸工业生产中，当新产品试制或原有工艺改变时，可在现场取样测试湿纸幅的A/S比，若该测定值大于该造纸机的A/S比上限值，则难以保证生产的正常进行。此时可通过调整浆料配比或造纸机操作参数等方法，使之降至适宜的A/S比指标(即低于A/S比的上限值)，从而保证造纸机正常的操作。采用湿纸幅A/S比的控制方法，可减少造纸工艺调整过程中的盲目性，使生产操作过程控制目标更加明确。

造纸原料主要有木材和非木材原料两种。对于木材原料，由于其纸浆的纤维平均长度较长，滤水速度较快，湿纸幅粘附力小且湿强度高，即A/S值比较小，一般可满足实际生产操作的要求。因而对以木材为原料的造纸工业来说，湿纸幅的A/S比的测试显得不很重要。但对于非木材原料，由于其纸浆的纤维平均长度较短，滤水速度较慢，湿纸幅粘附力大且湿强度低，则A/S比值往往较大，使得其在生产

    中的抄造性能较差，难以在较高的车速下进行抄造，从而制约了造纸

机能力的发挥。我国是以非木材原料造纸为主的国家，因此测量湿纸

幅的A/S比值对于我国造纸工业的科学研究领域和实际生产过程控

制都有着非常重要的意义。

    目前国外仅有湿纸幅强度测试仪，如瑞典的L&W公司生产的

Wet Web Strength Tester，但无湿纸幅粘附力的标准测试仪器，虽

然早期也报导过国外有研究者用自制的仪器测试湿纸幅的粘附力，但

装置简陋，数据的重复性较差。且由于世界上造纸工业发达国家多采

用木材造纸，而木浆的湿纸幅粘附力较小，对实际的生产操作影响很

小，故国外对湿纸幅粘附力测量的研究在60年代末已告一段落，因

而对湿纸幅的粘附力测量装置的研究也无新的进展，更没有出现将湿

纸幅强度和湿纸幅粘附力的比值同时测量的仪器。

    国内对湿纸幅强度的测量还是采用较原始的杠杆式拉伸装置滴水

测重的方法，由于需在操作中经常加注蒸馏水，给操作带来不便，且

该仪器只能测量湿纸幅抗张强度的指标，对湿纸幅粘附力和湿纸幅

的粘附力/强度的比值等较为重要的指标无法测量。

    本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，设计出一种湿

纸幅的“粘附力/强度”比值的测试仪器。使用本仪器，既可分别测

量湿纸幅粘附力和湿纸幅强度，还可以测量这两者的比值。其中对湿

纸幅强度的测量，可同时测出湿纸幅抗张强度、湿纸幅伸长率和湿纸

幅累积破裂功等三项指标，为改进抄纸工艺提供依据。

    本实用新型的技术方案如下：本实用新型的仪器由试样拉伸剥离

装置、测试信号采集装置和数据处理装置构成。

    试样拉伸剥离装置的斜试样平台固定在滑块上，垂直滑杆垂直穿

过滑块的通孔，垂直滑杆的两端与固定架的上、下端连接，平行于垂

直滑杆的丝杆与滑块的螺孔组成螺旋传动机构，垂直步进电机通过联

轴器与丝杆的一端连接，丝杆的另一端与固定架上端的轴承连接；测

试信号采集装置的力传感器探头接湿纸幅夹头，力传感器的基座通孔

套在水平滑杆上，力传感器的基座与弹簧钢带的一端连接，弹簧钢带的另一端卷在水平步进电机的转轴上。

测试信号采集装置的力传感器与放大器的输入接口连，放大器的输出接口与模数(A/D)器的输入接口连接。

数据处理装置是计算机、显示器及打印绘图机。

试样拉伸剥离装置的试样夹头与测试信号采集装置的力传感器连接，试样拉伸剥离装置的水平步进电机和垂直步进电机与测试信号采集装置的模数(A/D)转换器连接，该模数(A/D)转换器与数据处理装置的计算机连接。

试样拉伸剥离装置是这样完成对湿纸幅的拉伸剥离动作的：

试样夹头夹住湿纸幅的一端，湿纸幅的另一端贴在斜试样平台上；只测湿纸幅的强度时，将斜试样平台换成试样夹头，则湿纸幅的两端都分别夹在两个试样夹头上。

当垂直步进电机带动丝杆转动时，由于垂直滑杆的限位作用，丝杆只能通过螺旋传动使滑块作垂直方向的运动，从而带动固定在滑块上的斜试样平台完成对湿纸幅的拉伸动作。

当水平步进电机转动时，弹簧钢带作卷曲或松开动作，牵引力传感器沿着水平滑杆作水平方向的运动，从而完成对湿纸幅的剥离动作。

本实用新型仪器的工作过程以及测试湿纸幅的粘附力、强度及其比值的过程如下：1、湿纸幅粘附力的测试

将抄制好的湿纸幅试样置于斜试样平台压紧(湿纸幅的湿含量根据实验要求在抄纸时进行控制)，用细针挑起试样的上端，并夹在湿纸幅夹头上。根据不同的剥离角和湿纸幅伸长率，由数据处理装置进行驱动速度的设定，启动垂直步进电机和水平步进电机，垂直步进电机驱动丝杆使斜试样平台以一定的速度作纵向运动。水平步进电机通过弹簧钢带使力传感器作水平运动，从而使湿纸幅以恒定的速度和剥离角从斜试样平台上剥离。湿纸幅剥离时与斜试样平台间的粘附力由力传感器测量，经测试信号采集装置放大和模数转换后，由数据处理装置的计算机读取，经处理后得到粘附力和剥离功值。2、湿纸幅强度的测试

测试湿纸幅强度时，将斜试样平台换成湿纸幅夹头，将抄制好的湿纸幅试样置于两湿纸幅夹头之间并夹好(湿纸幅的湿含量应控制成与粘附力测定时一致)，启动垂直步进电机开关(此项测量时水平步进电机不启动)，垂直步进电机带动纸页向下拉伸，同时由力传感器测出纸页张力的大小，经过测试信号采集装置放大和模数转换后，由数据处理装置处理得湿纸幅的累积破裂功。该项测量可给出湿纸幅抗张强度、湿纸幅伸长率和湿纸幅的累积破裂功等三项指标。3、湿纸幅A/S比的测试

将湿纸幅粘附力和湿纸幅强度测试结果送入数据处理装置处理后，可得出两者的比值，即为湿纸幅A/S值。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1、本实用新型的湿纸幅“粘附力/强度”比值测试仪器既可分别测量湿纸幅粘附力和湿纸幅强度，还可以测量这两项指标的比值。其中对湿纸幅强度的测量，可同时测出湿纸幅抗张强度(指湿纸幅受到拉伸时，断裂前所能承受的最大载荷)、湿纸幅伸长率(指湿纸幅受到拉伸时，断裂前最大伸长量的百分率)和湿纸幅累积破裂功(湿纸幅受到拉伸时，其应力--应变曲线下的面积)等三项指标。

2、本实用新型设计了斜面试样平台，斜面平台的夹角可调，因此可根据需要测定不同剥离角的A/S值。

3、本实用新型的试样拉伸剥离装置设计新颖，既很好地模拟了纸页在造纸机上的剥离和拉伸，又便于制造加工和使用。

4、本实用新型的驱动系统，可采用精密的步进电机，因此在对湿纸幅粘附力的测量过程中，可通过调节两电机的供电脉冲频率及频率比，精确地控制湿纸幅的剥离速度，使测量在稳定的条件下进行；另一方面，还可通过改变两步进电机的供电脉冲频率，进行不同剥离速度下湿纸幅性能的比较研究；此外，驱动系统较稳定和准确。

5、采用本实用新型仪器，可测出纸浆抄造过程中的重要控制参数A/S比值，并据此调整生产条件和工艺参数，从而保证实际生产的正常进行。

6、使用本实用新型仪器，可使造纸工业在新产品开发的工程化应用和生产工艺的调整等方面的过程定量控制得以实现。

图1是测试完毕本实用新型仪器的试样拉伸剥离装置主视图；

图2是测试完毕本实用新型仪器的试样拉伸剥离装置右视图；

图3是测试前本实用新型仪器的试样拉伸剥离装置右视图；

图4是本实用新型仪器的总体结构示意图。

下面通过实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

                    实施例

如图1、图2所示，试样拉伸剥离装置的斜试样平台1固定在滑块2上，垂直滑杆3垂直穿过滑块2的通孔，垂直滑杆3的两端与固定架4的上、下端连接，平行于垂直滑杆3的丝杆5与滑块2的螺孔组成螺旋传动机构，垂直步进电机6通过联轴器7与丝杆5的一端连接，丝杆5的另一端与固定架4上端的轴承连接；测试信号采集装置的力传感器9的探头接湿纸幅夹头8，力传感器基座10的通孔套在水平滑杆11上，力传感器基座10与弹簧钢带12的一端连接，弹簧钢带12的另一端卷在水平步进电机14的转轴13上。湿纸幅15的一端置于试样夹头8上，另一端贴在斜试样平台1上。

如图3所示，测试前，斜试样平台1及滑块2在垂直滑杆3的上侧；如图1、图2所示，测试完毕，斜试样平台1及滑块2在垂直滑杆3的下侧；

如图4所示，本实用新型的仪器由试样拉伸剥离装置A、测试信号采集装置B、和数据处理装置C和构成。

测试信号采集装置B的力传感器与放大器的输入接口连，放大器的输出接口与模数(A/D)器的输入接口连接。

数据处理装置C包括计算机、显示器及打印绘图机。

试样拉伸剥离装置A的试样夹头与测试信号采集装置B的力传感器连接，试样拉伸剥离装置A的水平步进电机和垂直步进电机与测试信号采集装置B的模数(A/D)转换器连接，该模数(A/D)转换器与数据处理装置C的计算机连接。

采用本实用新型的仪器测试湿纸幅的粘附力、强度及其比值的过程如下：

试用红麻木质部化机浆抄造新闻纸，并与木浆(10％化学木浆配90％机械磨木浆)抄造的新闻纸进行对比。

由于该木浆已能在生产中正常操作，因而该木浆的湿纸幅A/S值可作为该抄纸机正常生产的确定值，表1是木浆在该抄纸机上的湿纸幅性能指标(湿含量为80％)。

               表1湿抗张指数    湿伸长率    累破裂功    粘附力    粘附功    A/S比(N.m/g)       (％)        (N.mm)      (N/m)     (N.mm)0.514         10.2        3.85        1.03      2.78      0.72因此，可设该抄纸机的A/S值上限为0.72。1、试样

湿纸幅试样用取样框在标准手抄器中抄制，试样规格为155×20mm²。试样水分控制在80％。2、湿纸幅粘附力的测试

将抄制好的湿纸幅试样置于图1所示的斜试样平台1上压紧，用细针挑起试样的上端，并将其夹在湿纸幅夹头8上。设定剥离角为60°。

由数据处理装置的计算机进行驱动速度的设定，控制垂直步进电机6驱动丝杆5使斜试样平台1以恒定速度作纵向运动。水平步进电机14通过弹簧钢带12使力传感器9作水平运动，从而使湿纸幅15以恒定的速度(如1.5mm/s)和剥离角(如60°)从斜试样平台1上剥离。剥离时湿纸幅与斜试样平台1间的粘附力由力传感器9测量，经过测试信号采集装置放大和模数转换后，由数据处理装置的计算机读取、处理后，由显示器和打印机显示并打印出粘附力和剥离功值。所得测量值是粘附力1.19(N/m)，粘附功3.21(N.mm)。3、湿纸幅强度的测试

将斜试样平台1换成湿纸幅夹头8，将抄制好的湿纸幅试样置于两湿纸幅夹头之间并夹好，湿纸幅夹头间距为100mm。启动垂直步进电机6(此项测量时水平步进电机14不启动)，带动湿纸幅15向下拉伸，同时由力传感器9测出湿纸幅张力的大小，经过测试信号采集装置放大和模数转换后，由数据处理装置的计算机读取、处理得湿纸幅的累积破裂功、抗张强度、伸长率。所得测量值是湿纸幅抗张指数0.648(N.m/g)，湿纸幅伸长率5.1(％)，湿纸幅累积破裂功2.20(N.mm)。4、湿纸幅A/S比的测试

当湿纸幅粘附力(用粘附功表示)和湿纸幅强度(用湿纸幅累积破裂功表示)测试完成后，其结果自动存入数据处理装置，经处理后可得出两者的比值，即为湿纸幅A/S值。所得无量纲比值为1.46。

从实测结果可以看出，红麻化机浆的湿纸幅强度较低(以累积破裂功表示)，而粘附力较大(以粘附功表示)，从而A/S比大于木浆的该项指标，因此可预计此种红麻化机浆的生产工艺在实际抄造中难以满足要求。表2是红麻木质部化机浆湿纸幅性能测试结果(湿含量为80％)。

              表2湿抗张指数    湿伸长率    累积破裂功    粘附力    粘附功   A/S比(N.m/g)       (％)        (N.mn)        (N/m)     (N.mm)0.648         5.1         2.20          1.19      3.21     1.46

可见其A/S值高于正常值0.72。需要对抄纸工艺进行改进。

改进的方法是重新调整配浆工艺。在红麻化机浆中加入部分化学木浆，用以提高湿纸幅强度，降低粘附力，从而达到降低A/S比的目的。在红麻化机浆中分别加入20％和30％的化学木浆(亚硫酸盐马尾松木浆)，抄造后的纸样仍用该测试仪器进行测定，表3是改进后的红麻化机浆湿纸幅性能指标(湿含量为80％)。

                    表3

湿抗张指数    湿伸长率    累积破裂功    粘附力    粘附功    A/S比

(N.m/g)       (％)        (N.mm)        (N/m)     (N.mm)1.  0.685         6.7         2.96          1.09      2.83      0.962.  0.738         7.3         3.94          1.05      2.81      0.71注：1是在红麻化机浆中加入20％的化学木浆(亚硫酸盐马尾松木浆)；

2是在红麻化机浆中加入30％的化学木浆(亚硫酸盐马尾松木浆)。

研究结果表明，加入30％的化学木浆后A/S比为0.71，低于木浆的A/S值(0.72)，能满足实际生产的要求，因此确定该工艺为适宜的生产工艺。

Claims (1)

1、一种湿纸幅的“粘附力/强度”比值测试仪器，其特征在于由试样拉伸剥离装置、测试信号采集装置和数据处理装置构成；试样拉伸剥离装置的斜试样平台固定在滑块上，垂直滑杆垂直穿过滑块的通孔，垂直滑杆的两端与固定架的上、下端连接，平行于垂直滑杆的丝杆与滑块的螺孔组成螺旋传动机构，垂直步进电机通过联轴器与丝杆的一端连接，丝杆的另一端与固定架上端的轴承连接；测试信号采集装置的力传感器探头接湿纸幅夹头，力传感器的基座通孔套在水平滑杆上，力传感器的基座与弹簧钢带的一端连接，弹簧钢带的另一端卷在水平步进电机的转轴上；测试信号采集装置的力传感器与放大器的输入接口连，放大器的输出接口与模数(A/D)器的输入接口连接；数据处理装置是计算机、显示器及打印绘图机；试样拉伸剥离装置的试样夹头与测试信号采集装置的力传感器连接，试样拉伸剥离装置的水平步进电机和垂直步进电机与测试信号采集装置的模数(A/D)转换器连接，该模数(A/D)转换器与数据处理装置的计算机连接。

Images