印刷用紙頁的成型過程及原理

1.紙頁的成型過程流體動力學
通常在紙機網部水線處的濕紙頁干度為5%~7%,紙頁的成型過程基本結束了。由于水線后濕紙頁中自由水分的消失,濕紙頁的纖維易動性也就基本消失了,因此水線可作為成型過程結束的標志。
同時,水線后紙頁中纖維的排列和其他固相物質之間的相互位置都基本不再變動了。
紙頁成型的基本過程可以看作濾水、定向剪切和湍動三種主要的流體動力過程的綜合結果濾水是指成型過程中纖維懸浮液中的水分借重力、離心力和真空吸力等排出的過程。
濾水是水通過網或篩的流動,其方向主要是(但不完全是)垂直于網面的,其特征是流速往往會隨時間起變化。
定向剪切是在未濾水的纖維懸浮體中具有可清楚識別形態的剪切流動,它以流動的方向性以及平均速度梯度為特征。
例如,在紙機縱向上,流漿箱的噴漿速度與網速之差和網案搖振時自由懸浮液中誘導的橫向速度“擺動”所產生的流型。
湍動是在未濾水的纖維懸浮液中流速的無定向波動。在紙頁的成型過程中,湍動擾動可列為湍動流型者,并非真是無定向的。只不過它不足以產生顯著的定向剪切,因而對紙頁的結構影響近似真正的湍流。

2.纖維在網上的過濾與濃縮
濾水的主要作用是纖維懸浮液的脫水,使懸浮體中的纖維沉積到網上成為沉積層。按照未濾水的懸浮液中纖維的易動狀態濾水可按兩種機理進行,即過濾與濃縮。
如果懸浮液的纖維是易動的或互相間可以無干涉地自由運動的,就會發生過濾。此時沉積在網上的積層與靠近它的稀薄的懸浮液之間有著清楚的邊界,在積層以上的未濾水的懸浮液的濃度基本上保持著常值。如果懸浮液中的纖維是不易動的而且成為互相交纏的網絡,就會發生濃縮。
纖維網絡是可壓縮的固態結構,它在濃縮過程中不斷地被潰散。濃縮在積層與懸浮液之間沒有清楚的邊界,而懸浮液的濃度越靠近積層越大。
在這種情況下,懸浮液中的網絡表現得與積層一樣,發生全部網絡的逐漸壓緊。實際上這兩種脫水機理都必然發生,但從抄造出來紙頁的結構來分析,在紙頁的成型過程中,過濾是濾水的主要機理。
紙頁中的纖維絮聚表現出在小尺寸范圍內均勻地分布,這對改善紙頁成型勻度是有益的。由過濾而沉積的積層是由單體的纖維逐層沉積而成的,不是交織穿插的,而由濃縮沉積的積層則有交織纖維。
在紙頁的結構中,表現了這種以纖維分層為主的結構組織,這說明過濾機理是起主導作用的。同時由于存在著分層與交織兩種組織的混合結構,因此說明過濾與濃縮兩者也是同時存在的。

3.定向剪切
定向剪切既具有分散作用,還具有定向作用和濃集作用。
當纖維懸浮液存在著剪切過程時,連貫的網絡就必然分散,因為纖維網絡不能無限地彈性變形。
纖維網絡在剪切場中的分散規律,并不是分散成單體纖維的狀態,而是分散成較小的網絡,直至纖維絮聚體成形。
纖維絮聚體的大小隨剪切率的增強而越來越小。定向剪切的作用是使積層中的沉積纖維順優勢方向排列。
當有濾水過程存在時,在剪切場中的單體纖維或纖維絮聚體就以一端沿泄水方向伸入正在沉積著的纖維積層中,而其易動的另端就順著未濾水的懸浮液中剪切場方向被拖曳而逐漸定向,直至以此方向沉積于積層之中,這就是定向剪切的定向作用。
當定向剪切場中包括了一種在濾水區域內非均布的強剪切流型時,纖維就會適應這種流型濃集成為顯見的形態。
自由表面波來自高度湍動的流型,它沿濾水區一直存在著,導致自由懸浮體深度方向的變化。當懸浮液迅速濾水時,積層的定量足與其上的懸浮液深度成比例的,由此在紙中產生相應于波型的定量變化。
這些剪切流型往往在長網機成型中發生,導致產生沿紙機縱向上紙頁定量和紙料配比變化的條紋。這就是定向剪切的濃集作用。漿流的湍動湍動包括真正無定向流的波動和部分定向的波動。
湍動的主要作用是分散纖維網絡,并在有限的程度上使纖維在懸浮液中易動,從而降低懸浮液的絮聚程度,以及作為定向剪切衰減的手段。

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