造纸涂布最新技术

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1、最新造纸涂布技术 基本原理n 所 有 的 涂 布 机 都 具 有 两 种 功 能 ：n Application 上 料 装 置n metering 计 量 装 置 n Application consists of applying more material than is needed in the final product 上 料 是指将过量的涂料涂到纸张表面n Metering methods remove the excess in a way which leaves the desired coating quality at the desired production ra

2、te计量是指将过量的涂料从纸层移除，达到需要的涂布量 1、典型的涂层厚度为5-20微米2、典型的单面涂布量5-20克/平方米 涂布纸的分类n Lightweight coated: 5-10 g/m2 per siden Single-coated, medium weight 8-16 g/m2 per siden Double-coated 14-26 g/m 2 per siden Triplecoated 24-40 g/m 2 per side. n固含量要高，以达到节省能量的目的n印刷纸典型的固含量50-70%n某些功能性的颜料涂布纸固含量10-30%n随着纸机车速的提高，防止涂层

3、里面出现空气是非常关键的 目前涂布技术的发展n上料装置保证纸张上每个点被涂料覆盖n计量装置精确对纸张进行涂布 涂布上料和计量分类 上料系统 上料装置应该具备的特征n 使 涂 料 盘 外 形 与 上 涂 辊 一 致 ， 消 除 死 角 ，浆 系 统 内 的 涂 料 降 低 到 最 低 限 度n 用 水 冷 壁 冷 却 表 面 促 使 结 露 水 ， 以 防 止溢 出 物 与 喷 溅 物 结 垢 硬 化 ， 从 而 方 便 清洗n 支 持 刮 刀 架 的 横 梁 要 有 较 大 的 截 面 以 防止 下 弯 ， 用 水 循 环 控 制 温 度 n 有 一 组 空 气 管 操 纵 的 夹 紧 装 置

4、 辊式涂布 APLICATION ROLL n使用于大多数纸张涂布n从车速小于500米/分钟1500米/分钟都能适应 组成-上涂辊 背辊 涂料盘和刮刀片n 由 两 个 不 同 直 径 的 辊 子 组 成 ， 辊 子 表 面 被 橡 胶覆 盖 ， 均 是 主 动n 背 辊 （ BACK ROLL） 直 径 大 ， 速 度 =纸 机 车 速n 上 涂 辊 (APPLICATOR ROLL)直 径 是 背 辊 的 30-40%， 速 度 是 纸 机 速 度 的 15-25%n 典 型 的 辊 间 距 离 是 0.5-1.5mm n两辊之间的距离n上料辊的速度n涂料的粘度关键参数 涂 布 过 程 的

5、三 个 阶 段 1、 上 料 阶 段 -涂 料 和 纸 张 接 触2、 驻 留 阶 段 -上 料 至 计 量 之 间3、 计 量 阶 段 -有 刮 刀 、 棒 式 和 气 刀 计 量 n 在 接 触 阶 段 2-5ms， 压 区 内 的 涂 料 承 受 了 压 力脉 冲 ， 最 大 压 力 在 05-4BARS， 主 要 依 靠 于 车 速 、压 区 宽 度 和 涂 料 粘 度n 由 于 压 力 存 在 ， 涂 料 滤 饼 开 始 形 成 ； 涂 料 中 的液 体 渗 透 到 纸 张 内 部n 当 上 料 辊 与 纸 张 分 离 后 ， 压 力 下 降 ； 压 力 甚 至低 于 大 气 压 ，

6、 形 成 气 穴n 驻 留 期 大 约 持 续 20-50ms， 依 靠 于 车 速 和 辊 的直 径 ； 在 驻 留 期 主 要 依 靠 纸 张 的 吸 水 脱 除 涂 料中 的 水 分 。 n在计量阶段，纸张上的涂料组成分两个部分：1、 几 微 米 厚 的 涂 料 滤 饼2、 在 滤 饼 表 面 的 液 体 层 滤 饼 层 的 厚 度 为 2-4微 米 ， 相 当 于 3-5克 /平 方米 涂 料 ； 大 约 3-6层 颜 料 积 层 ！ 所以，辊式上料也称为 -长驻留上料涂布 随着纸机车速的增加，进入压区、通过压区或回流到涂料盘的涂料增加，容易导致飞溅SPLASH和漏涂现象的发生！ n

7、涂 层 分 离 SPLIT， 不 能 形 成 完 全 均 匀 的 表 面 ，取 决 于 涂 料 的 粘 度 和 表 面 张 力n SPLIT容 易 形 成 RIBBED PATTERN在 纸 张 表 面 和涂 布 辊 表 面n 纸 机 车 速 越 高 ， RIBBED 又 导 致 DROPLETSD 的形 成 ， 最 终 涂 布 纸 质 量 发 生 变 化n 解 决 RIBBED 的 方 法 ： 采 用 JET APPLICATION喷射 上 料 装 置 短驻留涂布SDTA 短 驻 留 上 料 装 置 n对纸张强度要求没有长驻留高n刮刀承受的负荷小n纸张断头少 SDTA的 脱 水n 压 力n

8、时 间n 原 纸 的 吸 受n 一 定 温 度 下 ， 涂 料 对 脱 水 的 抵 抗 力n 温 度 n 由 于 短 驻 留 脱 水 时 间 ， 在 驻 留 区 承 受 的压 力 小 ， 所 以 不 会 导 致 涂 料 的 强 烈 脱 水n 短 驻 留 回 流 压 区 与 计 量 刮 刀 之 间 的 距 离为 30-50mm 当 纸 机 车 速 为 1000-1500m/min时 ， 驻 留 时 间 为1.2-3毫 秒 ； 与 600mm长 驻 留 相 比 ， 驻 留 时 间 只 有 其1/10 n短驻留原纸回湿现象少n在涂布头处纸张的强度损失少 两种驻留上料的比较 n 由 于 短 驻 留 上

9、 料 涂 料 失 水 不 严 重 ， 涂 层 滤 饼 不容 易 形 成n 如 果 形 成 涂 布 滤 饼 ， 则 在 刮 刀 处 涂 料 的 固 含 量比 泵 送 过 来 的 新 鲜 涂 料 要 高 ， 结 果 导 致 涂 料 头的 压 力 上 升 ， 结 果 导 致 过 多 的 涂 布 缺 陷 产 生 和纸 张 断 头 。 短驻留对纸张质量的影响n短驻留主要用于低、中量涂布6-11克/平方米n涂料固含量为59-64% 短 驻 留 为 什 么 产 生 比 较 平 滑 的 涂 层 表 面 ？ fiber roughening 短驻留条痕short dwell streaks 短驻留涂布量为15克

10、/平方米；长驻留涂布和喷射涂布要高20克/平方米 消 除 短 驻 留 涂 布 条 痕 的 措 施 喷射上料JET APPLICATOR Voith Dynamic Jetflow C n辊式涂布的取代产品n两把刮刀，使得控制困难；纸张张力不容易控制 Valmet Opticoat Duo Valmet Opticoat n上述几种喷射上料涂布难以在实际生产中应用。 Another example of premetered jet applicator (Valmet Opticoat). Free jet applicators FREE JET APPLICATOR的工作原理 Backin

11、g rollNozzle gap 0.6 - 1.2 mmPremetered colour150 - 200. ml/mColour supplyPaper 20- 40 n 消 除 了 FILM SPLIT 和 溢 流 ， 喷 出 的 层 状涂 料 均 匀 一 致n 影 响 因 素 主 要 包 括 ： 流 动 速 率 堰 板 宽 度 喷 射 角 喷 射 距 离 计量装置 Fundamentals page 2 基本原理 第二页n We will consider the four most popular coating methods:Blade coating both bent an

12、d stiff刮 刀 涂 布 ， 硬 刮 刀 和 软 刮 刀 n Air Knife Coating气 刀 式 涂 布n Rod Coating棒 刀 式 涂 布n Metering Size Press/Roll计 量 式 施 胶 涂 布 /辊 式 Blade vs Airknife vs Rod/Metering Size Press刮刀式涂布和棒式/计量式施胶涂布的比较 影 响 涂 布 机 运 转 的 因 素 刮 刀 式 涂 布n Blade coaters are the most commonly used metering device in the paper & board i

13、ndustry在 造 纸 工 业 的 涂 布 应 用 中 刮 刀 式 涂 布 是 最 常 见 的 方 式n ridged blade 硬 刮 刀 n bent blade 软 刮 刀 Typical Operational Conditions for Blade Coaters刮刀涂布的典型工作条件Head angle 0刮 刀 角 35 to 50 15 to 25Coating solids涂 料 固 含 量 45 to 70 45 to 70Coater Speed 涂 布 车 速 To 2000 m/min 200 to 1200 m/minCoating Visc.涂 料 粘 度

14、800-3000 800-1500Best suited for 最 适 合 于 LWC ,pre-coats and low coat weight Board and high coat weightsBiggest concern最 关 系 到 Blade streaks刮 刀 条 纹 Blade streaks刮 刀 条 纹Stiff Blade硬刮刀Bent Blade软刮刀 Blade Coaters-Ridged刮刀涂布机 硬刮刀n Ridged blade coater advantages硬 刮 刀 涂 布 的 优 点平 整 的 纸 面 - 优 异 的 凹 版 和 胶 版 印

15、 刷 性 能高 速 或 高 固 含 量 下 的 良 好 的 涂 布 量 控 制当 用 短 留 着 型 涂 布 设 备 时 ， 非 常 适 合 轻 涂 纸 LWC Stiff Blade Bent BladeImmobilizedcoating layerCoating colourPaperP 5.28-BLAD-TE-0152e Blade Operation Modus67 | Training material DynaCoat | 5/30/2021 blade angleadjustmentblade loadadjustmentDynaBlade CCoat weight cont

16、rol 68 | Training material DynaCoat | 5/30/2021 n Ridged blade disadvantagesn硬刮刀涂布的缺点在 低 速 时 很 难 达 到 高 的 涂 布 量刮 刀 压 力 越 大 ， 保 水 性 越 差n erational issues 操作方面 n blade lines/streaks刮刀条痕n blade wear can be high刮刀磨损严重 Blade Coaters-Bent刮刀涂布机 软刮刀n Bent blade coater advantages 软 刮 刀 涂 布 的 优 点n same smooth

17、coating as stiff blade像 硬 刮 刀 一 样 的 平 整 纸 面n ability to obtain high coat weight at low speed or solids在 较 低 的 车 速 或 固 含 量 下 ， 得 到 较 高 的 涂 布 量 n can apply high coat weight on smooth substrates with few blade lines在 光 滑 的 底 面 上 得 到 高 的 涂 布 量 ， 刮 刀 条 痕 较 少n less problems with streaks than stiff blade刮

18、刀 条 痕 较 硬 刮 刀 少 n Bent blade disadvantagesn 软 刮 刀 涂 布 的 缺 点n poor ability to achieve low coat weight at high speeds在 高 速 下 较 难 达 到 高 的 涂 布 量n high coating dewatering at high blade angle/ pressure在 大 的 刮 刀 角 度 或 加 压 时 保 水 性 能 差n Operational issues n blade lines/streaks刮 刀 条 痕n blade wear can be high刮

19、 刀 磨 损 严 重 Influence Factors Coat Weight g/mn Raw paper parameters: Absorbancy (Cobb test) furnish porosityn Coating colour parameters: Viscosity mPa.s solids content % bindersn Pre-metering parameter: Colour pump rate m/hn Metering element parameters: Metering blade angle Blade load through spacer

20、unit setting mm Blade thickness 72 | Training material DynaCoat | 5/30/2021 Air Knife Coaters气 刀 式 涂 布 机n AK coater advantages n 气 刀 式 涂 布 机 的 优 点n uniform thickness coat important for optical uniformity均 一 的 涂 层 厚 度 ， 对 保 持 均 一 的 光 学 性 能 非常 重 要 n versatile in coat weight and the uniform thickness i

21、s important for many functional coatings涂 布 量 的 灵 活 性 和 均 一 的 涂 层 厚 度 可 以 适 应多 种 涂 布 的 需 求 n AK coater disadvantagesn 气 刀 式 涂 布 机 的 缺 点n requires low viscosity/solids & thus high drying load需 要 较 低 的 粘 度 /固 含 量 ， 因 为 干 燥 的 需 求比 较 大n can have patterns会 形 成 花 斑n entrained air and porous coatings空 气 会

22、进 入 涂 层 形 成 中 空 的 涂 层 n Operational issues操 作 方 面n lips become plugged especially at higher speed喷 嘴 会 堵 赛 ， 尤 其 是 在 高 速 时n can only be used on low speed & coaters under 500 m/min只 能 应 用 于 低 于 500m/min的 涂 布 机 Airknife Coater气刀式涂布机 Airknife Coater double knife w/blowoff pan气刀式涂布机- 带吹气面板的双刀型 Rod Coate

23、rs棒式涂布机 n Rod coater advantages n 棒 刀 式 涂 布 机 的 优 点n free of blade lines没 有 刮 刀 条 痕n rugged/excellent for base coats适 合 于 底 涂 n Rod coater disadvantagesn 棒 式 涂 布 机 的 缺 点n coatings can have patterns涂 层 易 形 成 花 斑n solids or viscosity change coat weight固 含 量 或 粘 度 直 接 影 响 涂 布 量 n Operational issuesn 操

24、作 方 面n rod life is long compared to blade棒 刀 的 寿 命 高 于 刮 刀n coat weight control is difficult. especially at high speed涂 布 量 的 控 制 比较 难 -尤 其 在 高 速 纸 机 上 Elements of Rod Coater Jagenberg type棒 刀 涂 布 机 的 组 成 Rod Affect on Coating Smoothness棒刀对涂层平滑度的影响 Metering Size Press Coaters 计量式施胶涂布 Speedsizer: Pri

25、nciple arrangement and componentsApplicatorMetering element Return flow Rest film(10 - 40 %) Web tension50 - 500 N/m AirturnApplicatorroll 800 - 1600 mm FL Roll nip 15 - 45 mmLine load (N/m)Roll cover (P & J), 15 - 20 mmPremetered film5-50 ml/m2 (= 100 %) FL 85 | Prsentation | 5/30/2021 86 | Prsenta

26、tion | 5/30/2021 SpeedSizer AT web run 87 | Prsentation | 5/30/2021 施胶棒计量施胶棒转动 液压马达 施胶棒从两边转动 施胶棒与施胶辊转动方向相反 转动速度 - 50 - 100 rpm 表面施胶 - 150 - 200 rpm 涂涂料 用于涂布和表面施胶的施胶棒 - 平滑的施胶棒直径12-35mm - 带槽的施胶棒直径9.83-15mm and 16-25mm膜施胶工作原理：1 预计量施胶辊表面的湿膜量2 将湿膜传递到纸幅上3 不固定的膜层分离4 固定的膜层的水准测量 膜在施胶辊上的传递 带槽的施胶棒：施胶量测量表面施胶（沟纹

27、棒） 施胶量每面0.5-4 g/m2 固含量3-15 % 涂料（光滑棒） 涂布量范围 2 - 12 g/ m/side 固含量 40 - 68 % 车速 200 2000 m/min 膜 传 递 涂 布 ， 难 达 到 高 涂 布 量 n MSP coater advantagesn 计 量 式 施 胶 涂 布n free of blade lines没 有 刮 刀 条 痕n rugged/excellent for base coats or LWC适 合 于底 涂n can run at speeds over 2000 m/min运 转 车 速 可以 超 过 2000m/min n ca

28、n coat two sides simultaneously同 时 两 面 涂布n low capital cost成 本 低 n Rod coater disadvantagesn CD profile can be difficultCD向 的 横 幅 控 制 比 较 难n coat weight control limited & sensitive to coating vis.涂 布 量 控 制 较 难 ， 对 涂 料 粘 度 比 较 敏 感n Operational issues n applicator roll condition critical to good surfa

29、ce quality上 料 辊 的 工 作 状 况 对 纸 张 表 面 质 量 有 很 大 影 响 Metering Size Press Coater计量式施胶涂布 Metering Size Press Coater计量式施胶涂布 Metering Size Press Coater 计 量 式 施 胶 涂 布 Metering Size Press Coater计量式施胶涂布 MSP容易导致的问题运行性问题： 淀粉在计量棒分离 不可控制的纸幅从施胶辊分离 在压区出口处纸幅转移计量棒上散开的薄雾： 计量棒压力高易产生薄雾 辊壳硬更容易产生薄雾 增加计量棒的转速可减少薄雾 计量棒喷蒸汽可减少薄雾 计量棒运转中保持清洁，不容易产生薄雾