蔣小軍 南通華嚴(yán)磨片有限公司

何本強(qiáng) 四川蜀邦實(shí)業(yè)有限公司

竹子是再生植物，繁殖能力強(qiáng)、生長(zhǎng)周期短。我國(guó)造紙木材資源嚴(yán)重匱乏，因此，近幾年在生活用紙行業(yè)大量使用竹纖維。我國(guó)西南地區(qū)（云南省、貴州省、四川?。┘皬V西地區(qū)得天獨(dú)厚的氣候條件孕育了優(yōu)質(zhì)且豐富的竹資源，為我國(guó)竹漿造紙奠定了基礎(chǔ)。

四川蜀邦實(shí)業(yè)有限公司某生產(chǎn)線(xiàn)采用竹漿配以針葉木漿和闊葉木漿原料，生產(chǎn)高檔生活用紙。由于漂白針葉木漿、漂白闊葉木漿及漂白竹漿漿料特性不同，3種漿采用兩條漿料制備生產(chǎn)線(xiàn)分開(kāi)進(jìn)行打漿，竹漿打漿系統(tǒng)使用一臺(tái)川佳NBR01（JC01）錐形磨漿機(jī)和一臺(tái)晨鐘DD660雙盤(pán)磨漿機(jī)串聯(lián)打漿。

該生產(chǎn)線(xiàn)試產(chǎn)初期，磨漿電耗高，成紙強(qiáng)度和柔軟度不理想。為了進(jìn)一步降低打漿能耗，提高生活用紙品質(zhì)，四川蜀邦實(shí)業(yè)有限公司與南通華嚴(yán)磨片有限公司研究中心協(xié)作，優(yōu)化打漿方式和磨漿機(jī)磨片，進(jìn)行了有益的研究和生產(chǎn)實(shí)踐探索，本文僅對(duì)竹漿打漿磨片優(yōu)化情況和成果做簡(jiǎn)明介紹。

1 優(yōu)化前的打漿狀況

1.1 原料

西南地區(qū)所產(chǎn)竹漿（用量20%～50%），其余漿料為進(jìn)口漂白硫酸鹽針葉木漿（NBKP）和進(jìn)口漂白硫酸鹽闊葉木漿（LBKP）。

1.2 打漿設(shè)備

因產(chǎn)能較大，且考慮到峰谷電的價(jià)差政策利用，選用兩種打漿設(shè)備，均較先進(jìn)，且動(dòng)力配置較高。

1＃磨：川佳NBR01（JC01）錐形磨漿機(jī)（Conflo），額定功率250kW；2#磨：展鐘DD660雙盤(pán)磨漿機(jī)（DDR），額定功率315kW。圖1和圖2分別為NBR01（JC01）錐形磨漿機(jī)和DD660雙盤(pán)磨漿機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 NBR01（JC01）錐形磨漿機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 DD660雙盤(pán)磨漿機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 優(yōu)化前的問(wèn)題

1.3.1 成紙強(qiáng)度、松厚度和柔軟度不理想

該生產(chǎn)線(xiàn)試產(chǎn)13.5～18g/m2生活用紙初期，采用竹漿纖維替代部分針葉木漿與闊葉木漿。但由于兩種打漿設(shè)備配置的磨片切斷力較強(qiáng)，影響了成紙的強(qiáng)度、松厚度和柔軟度，且動(dòng)力消耗很高，磨片磨損非常嚴(yán)重。

1.3.2 磨片磨損不均勻

原來(lái)采用的磨片齒形容易出現(xiàn)波浪形磨損，導(dǎo)致磨片齒條有效磨漿面積降低，需要提高打漿功率才能達(dá)到既定打漿指標(biāo)，繼而打漿強(qiáng)度提高，導(dǎo)致成紙的物理強(qiáng)度及松厚度下降。

1.3.3 打漿電耗高

由于原磨片提高打漿度較慢，需要輸人更高的打漿功率，噸漿電耗高達(dá)105kWh 。

2 優(yōu)化打漿方式和磨片

2.1 竹漿特性

楊仁黨等[1]的研究表明，竹子的纖維形態(tài)在各種屬間差距不大。從化學(xué)成分上看，竹纖維的主要成分有：纖維素、半纖維素、木素，并含有果膠、淀粉及少量的蠟質(zhì)。纖維細(xì)胞占細(xì)胞橫截面積的60%～70%，低于木材，高于一般草類(lèi)。竹漿纖維長(zhǎng)度范圍為1.5～4.4mm，纖維平均長(zhǎng)度1.5～2.0mm，介于闊葉木纖維和針葉木纖維之間，比草類(lèi)纖維長(zhǎng)；纖維寬度在7～27μm波動(dòng)，多在12～16μm，平均纖維寬度小于15μm；長(zhǎng)寬比在100～200之間。細(xì)胞壁厚而胞腔小，使得竹子纖維挺硬。

張美云等[2]針對(duì)竹漿難打漿的特點(diǎn)，利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了漂白硫酸鹽竹漿打漿性能，并與闊葉木漿打漿性能進(jìn)行對(duì)比。研究發(fā)現(xiàn)，相同打漿度下，竹漿成紙撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)和耐折度均高于闊葉木漿；竹漿長(zhǎng)纖維成紙的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)和耐折度均高于闊葉木漿長(zhǎng)纖維。這些都說(shuō)明利用竹漿能夠抄造出質(zhì)量較高的紙品。

2.2 生活用紙打漿研究

抗張強(qiáng)度、柔軟度、吸收性以及濕抗張強(qiáng)度均是生活用紙的重要性能指標(biāo)。打漿過(guò)程中，既定漿種采用合適的打漿方式使紙張達(dá)到所需的柔軟度，并保持較高的強(qiáng)度。生活用紙的性質(zhì)受原料及生產(chǎn)工藝的影響，打漿工藝、烘缸及噴涂、壓榨、起皺刮刀等方面的差異均具有不同的影響力，打漿方式、磨片材質(zhì)和齒形對(duì)竹漿打漿、成紙抗張指數(shù)等方面的影響尤為明顯。

生活用紙強(qiáng)度主要取決于纖維的結(jié)合力，磨漿是提高纖維結(jié)合力的最有效方法。纖維的長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，纖維的強(qiáng)度就愈大，纖維的長(zhǎng)寬比愈大，成紙時(shí)單位面積中纖維之間相互交織的次數(shù)多，纖維分布細(xì)密，則成紙強(qiáng)度愈高。

2.3 磨片優(yōu)化

四川蜀邦實(shí)業(yè)有限公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)與南通華嚴(yán)磨片有限公司研究中心共同研究竹漿纖維特性和生活用紙打漿機(jī)理，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備條件，探討具體工藝及匹配的磨片齒形，根據(jù)不同原料和工藝，混合打漿或分別打漿方式實(shí)現(xiàn)靈活切換，竹漿打漿系統(tǒng)使用的NBR01（JC01）錐形磨漿機(jī)優(yōu)選Broom fin掃帚鰭NBR01（JC01）-LF+型雙金屬不銹鋼磨片，DD660雙盤(pán)磨漿機(jī)優(yōu)選Broom fin掃帚鰭DD660-L3型粗粒多元合金磨片，降低打漿強(qiáng)度，以達(dá)到減少對(duì)纖維的橫向切斷，促進(jìn)纖維帚化，改善成紙的手感、柔軟度和強(qiáng)度。

2.3.1 NBR01（JC01）錐形磨漿機(jī)新磨片

磨片的設(shè)計(jì)與選型，一般應(yīng)用“比刀緣負(fù)荷”（Specific Edge Load，簡(jiǎn)稱(chēng)SEL）和“比表面負(fù)荷”（Specific Surface Load，簡(jiǎn)稱(chēng)SSL）等假說(shuō)理論。四川蜀邦實(shí)業(yè)有限公司與華嚴(yán)磨片有限公司研究中心在選擇錐形磨片齒形時(shí)，充分考慮到SEL和SSL理論的科學(xué)性和片面性，融入了“流變效應(yīng)”和最新檔壩理論，除齒寬、溝寬、溝深三者之外，更多地關(guān)注到磨片齒傾角度與檔壩形式對(duì)絮聚纖維打漿的影響因素。錐形磨漿機(jī)磨片優(yōu)化選定Broom fin掃帚鰭NBR01（JC01）-LF+型雙金屬不銹鋼磨片（見(jiàn)圖3），帶檔壩的磨片溝槽使竹漿不容易直接甩出而漏打，受到打漿和摩擦的幾率增加。

2.3.2 DD660雙盤(pán)磨漿機(jī)新磨片

Broom fin掃帚鰭DD660-L3型粗粒多元合金磨片（見(jiàn)圖4），是一款經(jīng)典的適宜于偏粘狀打漿磨片的改型磨片，設(shè)有漿檔的彎折齒，可以較快地提高打漿度。結(jié)合“流變效應(yīng)”觀(guān)點(diǎn)，磨片齒紋延外徑線(xiàn)速度最高區(qū)域增強(qiáng)“湍流”作用，避免了“生漿”直接甩出，使纖維在流體作用力和離心作用力條件下得到更充分的磨解，交匯角增大有助于降低對(duì)纖維的橫向切斷，而分絲帚化的作用得以加強(qiáng)。表面帶粗粒的多元合金磨片，打漿過(guò)程中的摩擦力促進(jìn)了纖維的分絲起毛和結(jié)合力[3]。近似玄武巖孔隙的“微小磨齒”作用，促進(jìn)了纖維的分絲起毛和吸水潤(rùn)脹，在打漿度提高過(guò)程中較好保持纖維濕重，磨齒粗粒表面促進(jìn)纖維潤(rùn)脹水化，有助于提高纖維強(qiáng)度，并且降低打漿電耗[4]。

Broom fin新型粗粒多元合金磨片，有助于改善纖維結(jié)合強(qiáng)度，相同打漿指標(biāo)條件下可降低打漿電耗，在采用高強(qiáng)度打漿方式時(shí)則切斷力加劇，本次優(yōu)化打漿為保持纖維長(zhǎng)度采用低強(qiáng)度打漿。本次優(yōu)化實(shí)踐中，粗粒多元合金磨片在使用的全周期內(nèi)未出現(xiàn)波浪形、鋸齒形磨損和嚙合狀磨損，打漿電流穩(wěn)定，磨片磨損平整、均勻。

圖3 NBR01（JC01）-LF+型雙金屬不銹鋼磨片

圖4 DD660-L3型粗粒多元合金磨片

3 優(yōu)化前后成紙物性和打漿電耗對(duì)比

生產(chǎn)線(xiàn)調(diào)試初期，只啟動(dòng)一臺(tái)川佳的錐形磨漿機(jī)，竹漿用量20%，如果增加竹漿用量則紙頁(yè)手感、柔軟度等會(huì)變差。后增開(kāi)了晨鐘DD660雙盤(pán)磨漿機(jī)，竹漿用量上調(diào)至50%，但紙頁(yè)手感柔軟度、強(qiáng)度仍不能達(dá)到既定目標(biāo)。經(jīng)過(guò)此次對(duì)兩臺(tái)磨漿機(jī)的磨片進(jìn)行優(yōu)化及工藝調(diào)整，在相同定量條件下，改善了成紙的松厚度、柔軟度及強(qiáng)度，提升了品質(zhì)（見(jiàn)表1），使用Broom fin磨片后，噸漿電耗82kWh，比優(yōu)化前下降23kWh（見(jiàn)表2），年節(jié)電可達(dá)200MWh以上，此處還未計(jì)入蒸汽消耗降低所帶來(lái)的節(jié)電量。

表1 優(yōu)化前后成紙性能對(duì)比

表2 優(yōu)化前后打漿電耗對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

業(yè)界對(duì)于竹漿打漿難易程度的觀(guān)點(diǎn)不太一致，對(duì)這方面的討論往往各執(zhí)一詞。筆者認(rèn)為竹漿纖維與其他植物纖維不同，細(xì)胞壁為多層結(jié)構(gòu)，采用低強(qiáng)度打漿就可提高打漿度。竹纖維橫切面由多個(gè)橢圓縫隙組成，呈中空狀態(tài)，打漿可促進(jìn)內(nèi)部帚化及壁層分離。但是，竹纖維細(xì)胞壁厚、硬挺，打漿過(guò)程中纖維容易被橫向切斷，濕重下降快。四川蜀邦實(shí)業(yè)有限公司和南通華嚴(yán)磨片有限公司研究中心協(xié)作的竹漿生活用紙打漿優(yōu)化案例表明，竹漿打漿使用Broom fin磨片，采用低強(qiáng)度的擠壓、揉搓、疏解、帚化為主的打漿方式，盡量促進(jìn)內(nèi)帚化，并保留其纖維長(zhǎng)度和強(qiáng)度，改善了成紙的松厚度、柔軟度及強(qiáng)度，并降低了原料成本和電耗成本。