软辊压光机根据生产纸种的不同要求有多种不同的排列形式,而使纸的两面获得不同的整饰效果。
如单压区(由1个软辊和1个热辊或两个热辊组成)、三辊两压区(由两个软辊和1个热辊组成)、四辊两压区(由两个软辊和两个热辊组成,但两个压区的软、热辊排列位置相同或互调)、多压区(由两个三辊两压区组成的六辊四压区等)等几种形式。
其中软、热辊位置互调的四辊两压区是当前最主要的形式,因为这种形式生产出来的产品,以两面都要求中等压光整饰的纸种最多、最常见。
软辊压光不仅能提高纸的平滑度、光泽度,保持良好的松厚度和挺度,还能提高纸页紧度的均匀性,从而大大提高纸的印刷性能。
而且,软辊压光机是机内在线连续生产,其操作维护很方便,所以除了能提高纸的质量外,还能提高纸的抄造生产率。
这些优点表明,软辊压光是一种值得推广且很有前途的技术,它的国内外市场正在扩大中。
地域上,从欧洲向世界各地推广;应用上,从中薄纸种向各类薄、厚纸种推广,其应用效果在技术上是肯定的,在经济上也颇有竞争力。
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辊面材质的选择
软辊压区是由一根可加热调温的冷硬铸铁辊和一根可控中高、辊壳外包覆弹性材料的软辊组成。
软辊辊面在压力作用下变形,在压区形成面接触,单位面积的压强较低,使纸幅表面受到较温和的处理,纸幅整饰均匀,松厚度损失小。软辊压光机压区的宽度可达5~10mm,是纸机压光(硬压区)的5~8倍。
由于压区较宽,纸幅在压区停留时间长,其增加的能耗转变后以热的形式传给纸幅,软化纸幅表面的纤维,使其容易压光。
这样,不仅纸幅较薄区和热辊接触良好,对厚区而言,其厚度不会有大的减少,这样在厚薄区都可增加其细微平滑度,从而使整个纸幅都有非常均匀的细微平滑度,消除了色斑,印刷性能也能得到了较大改善。
此外,在纸张压黑和色斑问题基本消除的前提下,允许纸幅在水分较高的情况下运行,不仅有利于纸幅的压光整饰作用,同时使纸卷的水分保持较高。纸幅的水分高、温度高,能使纤维组分得到软化,有利于压光。
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软辊
软辊一般为可控中高辊,辊壳外包覆层厚度约12~15mm。包覆层分为底层和可磨层,可磨层厚度一般为3~5mm。据统计,生产涂布纸时约每3个月磨一次,生产印刷书写纸时约半年磨一次,每次磨去0.12~0.2mm,磨到不能再磨时就需要重新包覆。包覆层为人工合成弹性材料,目前由奥地利、法国、美国、日本等塑料厂供货。
常用的有聚氨酯和复合材料。聚氨酯橡胶,硬度SHD95°±2°~100°甚至更高,使用它能达到一定的效果,但是以Pu材料为主的聚氨酯橡胶,还是存在着表面耐温性差,不能超过80℃、提高其硬度后,使用过程中热稳定性差,表面胶料易变软的缺陷。进口合成材料,硬度SHD88°~92°,表面耐温可达130℃,压光效果相对于使用聚氨酯橡胶的,有很明显的改善。
按纸种和压光要求的不同来选择不同材料的包覆层。在线压力基本一致的前提下,辊面材质的硬度越高,线的紧度越大;辊面材质的粗糙度越低,纸的平滑度越高。
因此选择符合纸的辊面材质,有助于改善压光机本身的缺陷。如Valmet公司用Dura材料,可承受350kN/m线压及280℃温度。原Beloit公司用90顶尖XCC系列材料,可承受62MPa、230℃温度。Voith公司用Elaplast及TopTee等材料,可承受400kN/m、160℃温度。
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热辊
软压区内加热辊的辊温一般要超过压光机和超级压光机的压区辊温。
加热辊最常见的形式是多孔加热辊。即在冷硬铸铁辊体内壁,沿轴向钻同心的若干小径孔,每相邻两孔或三孔组成一个热介质的通路,又通过轴端盖上的直孔或辊体内壁的斜孔,与加热辊的中心孔相通,使热介质与加热辊端部旋转接头的进、出口相连通,成为热介质的加热循环回路。
除此之外,还有内胆加热辊,即在中空形的冷铸辊体内,固定着用不锈钢制成的筒状内胆,与固定辊体两端的连轴颈端盖上的中心通孔相通,组成热介质的加热循环回路。这种形式国外早期用得比较多,现已少见。
总之,不论是何种形式的加热辊,都必须满足加热辊面有最均匀的辊面横向温度分布,温差不超过1~2℃;在车速较高时,有良好的动平衡性能等条件。
热辊的加热方式
热辊加热的热源通常有水,蒸汽,导热油。
水加热方式
循环水温可根据需要调节,热水温度为30~120℃。加热器是以通入一定压力的蒸汽来将水加热的热交换器,由循环泵输送流经冷却器(靠冷却水来冷却热水,达到控温的目的),热水温度在控制合适后,最后送入热辊。
为了避免热水的沸腾,循环水系统中一般都设有膨胀罐,罐内装有耐温胶囊,囊内充有一定压力的氮气,这样系统中的热水,就有了热胀冷缩的余地。封闭的热水循环系统要在有压力的状况下工作,而且,为减少热交换器和系统的结垢,热水最好是软化处理后的水。
蒸汽加热方式
这类热辊通常是中空表面冷硬铸铁辊,它只能采用同侧进汽回水蒸汽旋转接头,这样往往会造成辊面温度不均,造成纸幅厚薄不均一。
导热油加热方式
这类热辊通常是周边打孔厚壁表面冷硬铸铁辊,导热油进回油通道将热辊表面温差全幅控制在2℃以内,使辊面温度一致,能达到非常好的压光效果。
导热油加热一个非常有利的特点是温度可调范围广,通常在20℃~250℃之间可任意设置,导热油的热量通过有机热载锅炉热交换的方式获得。
实践表明,热辊表面温度高低对同一纸种的平滑度影响很大,利用导热油加热的温度任意设置可控的特点,可以解决同一机台不同产品纸种紧度与平滑度同时提高的问题。
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压光辊辊面的研磨
压光辊表面的研磨质量对纸的压光是至关重要的,特别是固定中高辊的中高曲线。
若中高选择正确而中高曲线不标准可通过静动态压印试验能立即发现,则达到理想的中高曲线,将成为研磨工艺和磨床机械精度两方面的保证。
造纸机上所有辊子的研磨要求,属压光机辊子最高,它也是最难研磨的。目前压光辊表面材料多为进口复合材料、聚氨酯、冷硬合金等。
这些都是比较难磨削的材料,研磨时很容易出现砂轮印,因此需要加强对研磨后辊面质量的验收。
另外还要注意辊面的不圆度、辊体的动平衡状态,并及时对轴承档位进行检查和修复。
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压光辊辊面的保护
软压光软辊的寿命短,是造纸行业的普遍现象。造纸企业的压光机维护人员希望在设计和制造压光机时就采取有效的技术措施或者选择适宜的辊面材料,来预防压光辊辊面的失效,当压光辊辊面磨损时,也能采取有效的修复措施修复辊面。
国内一些造纸企业针对自己的机械设备情况,作出了大胆的尝试,并取得了很好的效果。
大宇制纸有限公司生产高档美术铜版纸的Voith公司产12辊超级压光机的纸粕辊每个月平均研磨量约12根,后该厂用材料为ElagiassZE-200、硬度SHD92°的日本树脂代替纸粕底辊,研磨周期每2~6个月一次;每年可减少研磨费用57.5万美元,减少因纸病造成的损失约40.8万元。
山东晨鸣纸业集团有限公司生产轻涂纸的机台,软辊包覆在用JalonOrange代替了JalonYellow#9607后,耐温提高到100℃,表面瞬时耐温达180℃,长时间耐温保持在160℃,现已能完全满足生产轻涂纸的需要。
美卓CalJaguar是市场上一种专用于涂布纸种的辊面产品。辊面硬度为SHD91°,在同样硬度条件下,该辊面比其他辊面更软,辊面的抗冲击性也提高了40%,而且在应用了纳米技术后,CalJaguar的表面质量得到了提高。其经久耐用的优点,使之成为许多压区压光工艺的理想辊面产品。
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可控挠度辊的发展
目前,普遍使用的可控挠度辊有游动辊(swimmingroll)、可控中高辊(controlledcrownroll)和分区可控辊(nipcoroll)。
这些辊都是应用辊内液压加压点原理,它们分别采用辊壳上下油腔点的静压差,辊壳内长条形动压支承和辊壳内排成一列数十个静压支承点结构,来调节控制辊壳点挠度。
其中,游动辊(第一代可控挠度辊),加工精度要求较高,密封困难,能耗高且只能进行辊面整幅挠度的对称调节,适用于4m以下的压辊;可控中高辊(第二代可控挠度辊),误差较前者大,对工艺精度、材料要求都很高,还不能调节不对称与局部挠曲变形;分区可控挠度辊(第三代可控挠度辊),由于其原理上的分区可控性,使宽幅高速纸机的横向水分得以保持均匀,横向辊面各点线压得以实时控制,还可以对辊面进行对称、不对称、整幅或局部的调节。
高精度的调节控制,能有效提高纸张的质量,但其结构和控制系统复杂且价格昂贵。
此外,上世纪80年代由杭州轻工业研究院开发的中固可控挠度辊,结构简单、重量轻、制造容易、价格低廉、能耗低,能满足低端纸机对可控辊的要求,但由于其调节精度低,不能调节局部辊面线压,不适合中高车速、宽幅纸机。其于90年代开发的全幅可控挠度辊,全幅用3~6个支承点调节控制辊壳挠度,挠度误差1~10μm,可满足使用要求且价格较低廉,缺点是调节精度有限,响应速度不快,仅适合5m以下幅宽的纸机。
软辊压光机是20世纪80年代发展起来的一种新型造纸整饰设备。其优异的性能及优点早已被造纸界所认可,且适应性广、整饰效果良好,不但可提高纸产品的质量,还能节省不少材料成本。虽然国内已引进一些各种规格的软辊压光机,但国内造纸厂家迫切希望软辊压光机的生产能国产化并能取代进口产品,使众多造纸厂家用得起软辊压光机。
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