纸料的流体与造纸.ppt

第一章 纸料的流体和造纸湿部化学特性 第一节 纸料的组成与特性 一、纸料的组成 纸料悬浮液体系是由固、液、气三相组成的复杂分 散体系。 固：主要是纤维、细小纤维，其次是胶料、填料、 非纤维添加物 液：主要成分是水，此外还有助留剂、助滤剂等 气：主要是空气 二、组成纸料各组分性质 （一）水 1.水是纸料悬浮液的介质，也是纸料的重要组分 所有的湿法抄造都借助水作为悬浮液介质，水还会 造成抄造环境，如抄造的酸碱性 2.水具有较高的表面张力 水具有比一般液体都高的表面张力，抄造过程中， 湿纸幅形成强度、泡沫的形成与破灭，纸幅内施胶 等造纸现象都受到表面张力的影响 3.水能施纤维产生润涨直接导致纤维间结合力增加 纸浆纤维由于带有羟基，能在水这种极性溶液中发 生润涨，导致比体积增加，纤维胞壁结构更为松弛 ，内聚力下降，提高了柔软性和可塑性，为打浆时 的细纤维化创造了条件，并最终作为纸页纤维间结 合的“粘合剂”。 （二）纤维与细小纤维 一般认为通过75μm（200目）的粒子构成细小纤维 不能通过的粒子是纤维部分。因为通过200目的筛 子不仅仅是细小纤维，还包括矿物填料，因此统称 为细料固体粒子 1.细料固体中的细小纤维与纤维的不同特性 （1）细小纤维具有大的比表面积 （2）细小纤维对造纸湿部添加剂有强烈的吸附能力 2.细小纤维和纤维表面带有负电荷 由于与半纤维素、氧化纤维素、氧化木素相关的表 面基团的电离作用，纤维和细小纤维总是带负电荷 3.纤维和细小纤维的离子交换行为 纤维的离子交换能力来源于自然的酸性半纤维素 纤维对各种无机离子吸附能力由强到弱的顺序为： N(CH3)3+Li+Na+K+Ag+Ca2+Mg2+Ba2+Al3+ （三）功能性添加剂 功能性添加剂是企图为变纸页中的一个成分而改变 纸页的性能，如着色剂、施胶剂、湿强剂等 （四）控制性添加剂 用于改变湿部纸料的性能，如助留剂、消泡剂、防 腐剂树、脂控制剂等。 三、纸料的特性 （一）纸料分散体系具有絮集的性质 其絮聚的临界浓度为约为0.05％，在临界浓度以 上，纤维之间由于没有足够的转动空间而容易产生 碰撞，从而使纤维间相互交织，产生絮聚。 （二）纸料分散体系还具有胶体的特性 打浆后产生的纤维表面细纤维化，亦即纤维表面起 毛和产生很多细小纤维及其它细料固体颗粒，从整 体来看它具有胶体大小尺寸。 配料中可能还有溶解的无机盐及聚电解质、表面活 性剂、胶料、填料等。 纸料分散体系的胶体颗粒表面还带有电荷，一般为 负电荷。其相斥性使胶体颗粒具有一定分散稳定 性。 （三）纸料分散体的表面电动现象 分散在水里的纸料胶体颗粒，其颗粒持有离子性及 表面层的分子结构如果有极性的话，由于从悬浮液 中选择性地吸附离子，表面具有了一定的电位便产 生了动电行为。 第二节 纸料悬浮液的流体力学性质 一、纸料悬浮液的流动状态和流动特性曲线 （一）纸料悬浮液的流动状态 流动状态可分为塞流、混流和湍流三种基本状态。 （二）纸料悬浮液的流动特性曲线 二、影响纸料悬浮液流动状态和流动 曲线的主要因素 （一）悬浮液流动速度的影响 当纸料浓度一定时（在临界浓度上）流动速度提 高，对管道内纸料纤维施加的剪切力加强，纤维网 络塞体瓦解直至完全分散，进入湍流状态。 （二）纸料浓度的影响 纸料浓度对流动过程中压头损失具有显著的影响。 （三）纤维的物理结构和化学性质的影响 较长纤维和表面粗糙及较柔软的纤维，能够增加纤 的机械缠结，进而增加纤维网络和絮聚的强度。 非木材纤维纸浆由于在纤维形态、杂细胞含量、化 学组成等方面与木材纤维纸浆有较大区别，因而两 者的流动性有较大的差别。 三、纸料悬浮液的流动特性 （一）纸料悬浮液流动过程中的湍动 1.湍动的概念 当流体的雷诺数超过一定数值时，流体就处于湍动 状态，这时管道内的每一个流体质点作不规则的、 在速度大小和方向都发生变化的脉动，流体这种不 规则的脉动在工程常称为湍动。 2.湍动的表示方法 湍动尺度和湍动强度 湍动尺度是指在湍动力场中，发生速度波动的平均 距离大小的量，即指湍动规模大小。 湍动强度指在湍动场中，发生速度变化大小的量即 湍动时产生剪切力的大小和湍动时产生的强度。 3.湍动的类型 （1）低强度湍动 不能分散网络 （2）高强大湍动 剪切力不能作用于单根纤维 上，不能分散纤维网络 （3）高强微湍动 强度很高而且尺度很小的湍 动，强大的剪切力可以作用于每根纤维，从而破坏 纤维絮聚物内在的强度，达到分散目的，所希望的 湍动。 4.湍动的特点 生存期短，具有两重性，即分散纤维又给纤维创造 碰撞交缠的机会。 （二）纸料悬浮液的纤维絮聚 1.纤维絮聚原因 纤维与纤维之间相互发生碰撞产生机械交缠而连接 起来的结果