Philip Bunce（龐菲立） 亞馬遜化工

揚(yáng)克缸涂層的選型和優(yōu)化帶來(lái)的紙機(jī)性能提高

Selection and Optimization of a Yankee Coating System for Improved Machine Performance

編者按：本文是亞馬遜化工的Philip Bunce先生在2015年深圳生活用紙年會(huì)國(guó)際研討會(huì)上的演講稿，介紹了揚(yáng)克缸涂層被擦除的原因及其解決方案，本刊根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄音整理，供讀者參考。

生活用紙生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)碰到許多由于烘缸涂層不均勻所帶來(lái)的紙病和生產(chǎn)操作問(wèn)題，通常由以下因素造成：烘缸本身，濕部化學(xué)品以及漿料。因此，對(duì)生產(chǎn)工藝和烘缸進(jìn)行精確分析調(diào)整，再對(duì)揚(yáng)克缸涂層進(jìn)行優(yōu)化，可以盡量減少涂層帶來(lái)的紙病和生產(chǎn)操作問(wèn)題。本文分析了一些常見(jiàn)的問(wèn)題，并列舉了兩個(gè)起皺化學(xué)品和涂層優(yōu)化帶來(lái)紙機(jī)性能提高的案例。

涂層的技術(shù)考量

烘缸涂層由粘缸劑、改良劑和剝離劑組成。一些生活用紙生產(chǎn)商還會(huì)使用無(wú)機(jī)改良劑作為烘缸的保護(hù)涂層，但這些改良劑并不能在金屬化的表面形成無(wú)機(jī)復(fù)合物，只能輔助粘缸劑作為保護(hù)層。因此需要正確選用涂層才能起到應(yīng)有的作用。

粘缸劑的作用是在紙幅烘干和起皺過(guò)程中使紙幅緊密地貼附在揚(yáng)克缸上。它可以是漿料中的天然物質(zhì)或是合成的聚合物，也可能是在濕部中使用賦予紙幅某些性能的化學(xué)品，例如濕強(qiáng)劑、干強(qiáng)劑和膠黏物控制劑。如果粘缸劑未經(jīng)改良或者和剝離劑混合在一起使用，它會(huì)在揚(yáng)克缸表面硬化，從而增加刮刀兩側(cè)無(wú)紙部位的磨損，“白邊”的問(wèn)題會(huì)更嚴(yán)重。操作人員一般會(huì)去除較軟的邊涂層而不是硬化的白邊，也有些生產(chǎn)商會(huì)在烘缸兩側(cè)添加噴淋水以便除去邊涂層，但效果很有限。

邊涂累積通常會(huì)造成斷紙或刮刀磨損，最終造成涂層產(chǎn)生振紋、烘缸表面損壞、紙幅表面形成孔洞等紙幅結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

“剝離劑”也有多種來(lái)源，它會(huì)將涂層變軟，減緩?fù)繉映尚位驅(qū)⑼繉尤コ?，如濕部消泡劑，柔軟劑和表面活性劑。?dāng)剝離效果太好，烘缸表面的所有涂層都會(huì)被去除，因此變得光亮和反光透明。當(dāng)烘缸失去涂層的

保護(hù)，會(huì)增加缸面被刮刀磨損的風(fēng)險(xiǎn)。不過(guò)最嚴(yán)重的涂層去除是紙幅上的毛毯水痕將過(guò)量的水帶到壓區(qū)。毛毯水痕產(chǎn)生的原因可能是纖維遷移、毛毯因污染物堵塞，甚至是為解決其他問(wèn)題而在毛毯噴淋水所引起。因此，能有效防水并抵御溫度變化的涂層非常重要，可使起皺和清潔刮刀保持潤(rùn)滑，從而延長(zhǎng)刮刀壽命。

防止涂層被擦除的解決方案

改良劑的作用是產(chǎn)生柔軟的改良涂層，它不會(huì)在壓區(qū)回濕時(shí)被輕易去除。建立更具靈活性的涂層有如下好處：較細(xì)的起皺結(jié)構(gòu)改善紙幅的柔軟度，改善松厚度；起皺過(guò)程中較好的潤(rùn)滑性延長(zhǎng)刮刀的壽命。如果沒(méi)有將涂層改善變軟，在更換使用角度較大或陶瓷刮刀時(shí)，會(huì)去除較多的硬涂層殘留，以及造成刮刀壽命降低和烘缸磨損。

一般可以通過(guò)檢查濕部去改善橫向和縱向脫水均勻度來(lái)改善涂層。通過(guò)檢查濕部，會(huì)發(fā)現(xiàn)纖維被灑在擋板外（圖1），纖維一般會(huì)自然地通過(guò)機(jī)械傳導(dǎo)或者毛毯噴淋和真空系統(tǒng)落到毛毯導(dǎo)向輥表面（圖2）。結(jié)果是纖維在固定點(diǎn)緩慢堵塞毛毯，導(dǎo)致脫水不良和壓區(qū)的回濕面變大。這將導(dǎo)致?lián)P克缸表面水分較高區(qū)域的涂層被擦除，形成涂紋。

圖1 通過(guò)檢查濕部，會(huì)發(fā)現(xiàn)纖維會(huì)被灑在擋板外

圖2 纖維會(huì)自然地通過(guò)機(jī)械傳導(dǎo)或者毛毯噴淋和真空系統(tǒng)落到毛毯導(dǎo)向輥表面

為了解決涂層被擦除形成涂紋問(wèn)題，工廠通常使用噴淋水沖洗堵塞在毛毯上的纖維并設(shè)法使毛毯的水分分布更均勻（圖3）。但實(shí)際上適得其反，不僅使涂層被嚴(yán)重擦除而且也使毛毯的溫度迅速降低，導(dǎo)致形成更多的膠黏物堵塞在毛毯中并降低了毛毯的使用壽命。在圖3的復(fù)合紅外可視圖像中，可以看到一條黑色水管用于沖洗毛毯，沒(méi)有水沖洗的地方毛毯溫度大概36～37℃，有水沖洗的地方溫度下降到31℃。低溫區(qū)域的毛毯會(huì)導(dǎo)致脫水效率降低，因?yàn)樗酿ざ入S溫度而改變了。據(jù)有關(guān)資料表明，紙幅溫度每升高10℃，在壓區(qū)可多脫除1%的水分。這個(gè)水分減少機(jī)理反過(guò)來(lái)也成立，因此用水沖洗后造成的低溫導(dǎo)致壓區(qū)的脫水和蒸發(fā)效率降低。

圖3 工廠使用噴淋水沖洗堵塞在毛毯上的纖維并設(shè)法使毛毯的水分分布更均勻

圖4 揚(yáng)克缸表面的熱圖像

從圖4可以更清楚地看到冷凝水排除的情況。圖中紅色表示有效的熱轉(zhuǎn)換，藍(lán)色表示冷凝水排除系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題或出現(xiàn)毛毯水痕現(xiàn)象。如果涂層分布均勻，那么被洗掉的涂層可能是毛毯回濕所致。檢查冷凝水排除系統(tǒng)是否正常工作和表面分布均勻，還是有可能局部的虹吸管出現(xiàn)了問(wèn)題；通過(guò)熱圖像可以看到蒸汽分布系統(tǒng)是否正確設(shè)定，所有的虹吸管是否都在某一區(qū)域受到影響，氣罩擋水板是否彌補(bǔ)了蒸汽系統(tǒng)的不足，或者其他可能存在的問(wèn)題。

改良劑或軟性涂層的使用

1. 濕部化學(xué)品的使用會(huì)形成大量的自然粘缸劑，或者添加了大量的填料，都會(huì)造成刮刀的嚴(yán)重磨損。

2. 選用高角度刮刀或陶瓷刮刀會(huì)去除烘缸表面大量的硬涂層，使烘缸表面沒(méi)有了保護(hù)層，導(dǎo)致刮刀磨損。

3. 由于相思木含有蠟質(zhì)性抽提物，使用相思木漿作為原料時(shí)，特別是配漿比例超過(guò)50%時(shí)，會(huì)增加剝離性能。

4. 毛毯保潔不好、中高/壓榨參數(shù)不匹配，膠黏劑、濕強(qiáng)劑或填料類的污染物，甚至毛毯本身的老化都會(huì)帶來(lái)毛毯水痕問(wèn)題。

5. 烘缸熱傳導(dǎo)不均勻或者是烘缸的表面特殊屬性，特別是設(shè)備結(jié)構(gòu)導(dǎo)致烘缸邊緣溫度過(guò)高都會(huì)導(dǎo)致?lián)P克缸表面溫度的不均勻。

以上這些問(wèn)題將可以采用改良劑或軟性涂層來(lái)有效解決。

案例分析

延長(zhǎng)刮刀壽命

東北亞的一家工廠遇到了刮刀壽命變短的問(wèn)題。該生產(chǎn)商使用碳化鎢陶瓷刮刀（90°），但是平均壽命只維持了10～15h，而此前使用這類刮刀可以長(zhǎng)達(dá)3天的時(shí)間。他們認(rèn)為傳統(tǒng)的涂層系統(tǒng)可能承受不了強(qiáng)大的刮刀壓力，希望通過(guò)軟涂層組合以達(dá)到合理的刮刀壽命。

亞馬遜通過(guò)調(diào)查濕部系統(tǒng)和毛毯情況，盡量減少濕部對(duì)涂層的影響。亞馬遜將傳統(tǒng)較硬的粘缸劑換成有改良劑的軟涂層組合，結(jié)果使碳化鎢刮刀壽命從16～24h提高到了100h。通常來(lái)說(shuō)，陶瓷刮刀的壽命應(yīng)該在普通鋼鐵刮刀的10～20倍，通過(guò)連續(xù)優(yōu)化有改良劑的軟涂層組合，最終實(shí)現(xiàn)，刮刀的更換時(shí)間為最少6天，或144～150h。

改善涂層耐久性

東南亞的一家工廠無(wú)法實(shí)現(xiàn)烘缸涂層的均勻性，有好幾個(gè)地方橫向溫度不均勻。主要是烘缸鑄造時(shí)的機(jī)械和熱轉(zhuǎn)換問(wèn)題所造成的。亞馬遜采用更有靈活性的涂層組合，以便在使用木漿和廢紙漿為原料時(shí)能夠生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的生活用紙。

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)調(diào)查后，混合使用中等硬度和軟性粘缸劑，涂布量為1.4mg/m2，同時(shí)使用涂層改良劑和油性剝離劑。改善涂層后，紙機(jī)車速提高到新的紀(jì)錄，紙幅的柔軟度提高，并降低剝離劑用量到1.02mg/m2（有效濃度），同時(shí)刮刀壽命維持不變。

總結(jié)

改良軟涂層可使生活用紙生產(chǎn)商更靈活地達(dá)到他們的特殊需求，例如不必剝除或者額外添加剝離劑來(lái)防止硬涂層的累積，但仍可獲得穩(wěn)定的軟涂層。亞馬遜也可以針對(duì)可能導(dǎo)致?lián)P克缸涂層被擦除的問(wèn)題提供整改方案。更重要的是，改良的涂層可延長(zhǎng)刮刀的使用壽命，并為產(chǎn)能提升帶來(lái)可能。

（鐘穎整理）