ОБОРУДОВАНИЕ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА

МАШИННОЕ КАЛАНДРИРОВАНИЕ БУМАГИ

Подавляющая часть продукции, вырабатываемой на бумаго - и картоно­делательных машинах, проходит машинное каландрирование. Наряду с от­ливом, формованием и прессованием машинная отделка бумаги и картона б значительной степени определяет такие качественные показатели полотна, как плотность, гладкость и равномерность толщины. Перечисленные показа­тели, или управляемые параметры процесса каландрирования, имеют весьма важное значение для массовых и технических видов бумаги. Удовлетворяют требованиям ГОСТов и такие показатели качества бумаги, как разрывная длина, число двойных перегибов, воздухопроницаемость, белизна и др. Та­ким образом, основная цель машинного каландрирования состоит в дости­жении требуемых показателей гладкости, плотности и равномерности тол­щины полотна при соблюдении прочих показателей качества в заданных пределах.

Указанные требования к показателям качества предъявляются к бумаге не в равной степени Например, каландрирование перфокарточной бумаги в основном преследует выравнивание толщины полотна, каландрирование ка­бельной бумаги — достижение требуемой плотности, каландрирование многих видов бумаїи для печати — в первую очередь достижение требуемой глад­кости.

Основное физическое воздействие, которое бумажное полотно испытывает в захвате металлических валов каландра,— дефор­мация сжатия, осуществляемая под действием усилия, направ­ленного по нормали к обрабатываемой поверхности полотна. Касательная составляющая усилия каландрирования примерно на два порядка меньше нормальной составляющей и заметного влияния на деформационные и качественные показатели по­лотна не оказывает. В то же время при обработке полотна в су­перкаландре в результате деформации и «скольжения» набив - ного вала касательное усилие оказывает заметное влияние на качественные показатели полотна [32, 84].

При обработке полотна в машинном каландре значение ка­сательной составляющей усилия каландрирования необходимо учитывать при определении окружных усилий для расчета мощности каландрирования и усилий, действующих на проме­жуточные валы каландровых батарей.

На показатели процесса каландрирования в основном влияют давление между валами, число захватов, продолжи­тельность каландрирования, температура валов и влажность обрабатываемого полотна. Эти параметры можно отнести к уп­равляющим параметрам процесса. Наиболее важный параметр каландрирования — линейное давление и его распределение по ширине площадки контакта между валами и бумагой. Эффект воздействия на полотно в конечном счете определяется значе­нием и характером распределения давления, которое в значи­тельной степени зависит от вязкоупругих свойств бумаги.

Закон изменения давления в захвате валов по ширине пло­щадки деформации полотна имеет вид колоколообразной кри­вой. Если пренебречь смещением участка максимального дав­ления от середины площадки контакта вследствие вращения валов, то вершина колоколообразной кривой изменения давле­ния по ширине В площадки контакта будет лежать на оси, проходящей через центры контактирующих валов (рис. 10.1). Соответствующее этому давлению линейное давление равно площади под кривой, определяемой интегрированием функции f(x) по ширине площадки деформации:

Для упрощения расчета среднего давления в захвате сложный по форме импульс площадки контакта с шириной В заменим равным по площади прямоугольным импульсом с ши­риной Вэф И ВЫСОТОЙ Ртах, ТОГДЭ ртах = рлин/^оф - Эффективная

Ширина зоны контакта ВЯф зависит от вязкоупругих свойств бу­маги и лежит в пределах от 0,5В до 0,3В соответственно для бумаги с ярко выраженными упругими свойствами и для пла­стичной бумаги. Упругие свойства бумаге придают целлюлоз­ные волокна, а пластичность — влага, наполнители и волокна древесной массы. Ширина зоны контакта (В м) валов с бума­гой определится как сумма входной Сі и выходной С2 зоны ка­ландрирования:

В^ + С^]/-^ Ийл6^=67), (10.1)

V гх + г2

Где бо —толщина бумаги до каландра, м; бн —наименьшая толщина бумаги в захвате валов, м; бп — толщина бумаги после каландра, м; гь г2 — радиусы валов, м.

Рис. 10.1. Распределение давления в захвате валов батареи каландров (а) и деформация полотна в захвате валов (б)

Рис. 10.2. Зависимость деформации и гладко­сти бумаги от основных показателей процесса каландрирования:

А — зависимость полной и остаточной деформации типографской бумаги № 2 от давления при различ­ной сухости С и температуре t полотна (скорость каландрирования о=150 м/мин); / — С=80 %; /= = 65 °С; 2-С=92%, i=65 °С; 3 - С=95%, <-20 °С (------- полная деформация; ----------------------------------------- оста­точная деформация); б — зависимость полной и ос­таточной деформации типографской бумаги № 2 от числа захватов при разном давлении деформа­ции - / — р=24 МПа; 2 — р= 16 МПа; 3 — р=8 МПа; в — зависимость остаточной деформации 8 от дав­ления для бумаги с разной плотностью g: 1 — типо­графская бумага (g=0,7 г/см3); 2 — кроющая бу­мага (g = 0,7 г/см3); 3 — пачечная бумага (g=0,75 г/см3); 4 —кабельная бумага (£•= 0,78 г/см3); 5 — упаковочная бумага (g—0,9 г/см3); г — зависимость гладкости типографской бумаги от давления при разном количестве захватов (С=92 %, <=60 °С, ц = = 150 ч/мин)

0 0.3 Ъ 2,4- 3,2 ДО %3 р МПа

На рис. 10.2 в координатах деформация е —давление р представлены опытные кривые полной и остаточной относи­тельной деформации различных видов бумаги при постоянной скорости каландрирования [64]. Кривые зависимости полной и остаточной деформации от прилагаемого давления и числа циклов нагружения (числа захватов п) нелинейны и асимпто­тически приближаются к своему предельному значению. Форма графиков (крутых при малых давлениях и деформации и поло­гих при больших) объясняется процессом сжатия волокон бу­маги. В начальный момент, при вытеснении воздуха из межво­локонных полостей, деформация происходит более интенсивно и для этого не требуется больших усилий. По мере сжимаемо­сти волокон деформация затрудняется. В многовальных ка­ландрах деформация бумаги происходит в основном в первых двух захватах. Так, при суммарной относительной деформации газетной бумаги в восьмивальном каландре 30 % деформация в первых двух захватах составляет 20%, а в последнем за­хвате всего 2 %.

Гладкость бумаги с увеличением числа захватов и линей­ного давления возрастает практически линейно. По мере дви­жения бумажного полотна от захвата к захвату многовального каландра оно уплотняется и теряет пластичность, вследствие чего площадка деформации бумаги при действии на нее уси­лия, направленного по нормали, уменьшается, а давление уве­личивается. Так, в шестивальном каландре при каландрирова­нии типографской бумаги № 2 увеличение линейного давления от первого к пятому захвату в 5 раз приводит к повышению давления в захвате в 9 раз.

Как уже отмечалось, эффект каландрирования в значитель­ной степени зависит от влажности каландрируемой бумаги. С повышением влажности пластичность бумаги увеличивается,, благодаря чему при прохождении между валами каландра она хорошо выглаживается и уплотняется. Эффект каландрирова­ния чрезмерно сухой бумаги очень снижается, кроме того, при этом наблюдаются частые обрывы полотна. Вместе с тем и повышенная влажность бумаги также неприемлема: возможны обрывы, потемнение бумаги и появление на ее поверхности за­лощенных участков. Гладкость такой бумаги со временем убы­вает.

Таким образом, в зависимости от вида бумаги и условий ее каландрирования необходима оптимальная влажность.

При выработке бумаги трудно обеспечить равномерную и оптимальную влажность. Поэтому на практике бумагу не­сколько пересушивают, а затем увлажняют на холодильном ци­линдре. Увлажнение бумаги на 1—2 °/о на холодильном цилин­дре происходит вследствие конденсации влаги на соприкасаю­щейся с бумагой холодной поверхности цилиндра. Волокна поверхностных слоев увлажненной бумаги приобретают пластич­ность и легко поддаются деформации, в результате чего повы­шается гладкость бумаги.

Дополнительный прижим в каландре с обычными сплош­ными валами сообщается через верхний вал. Для компенсации прогиба при этом нижний и верхний валы бомбируются. Од­нако применять высокие линейные давления в первых захва­тах каландра для многих видов бумаги и в первую очередь бумаги, содержащей в композиции древесную массу, нельзя вследствие перелощения и появления темных пятен на бумаге. Последнее обусловлено неоднородностью толщины и неодно­значностью вязкоупругих констант бумаги, поступающей в ка­ландр.

Создание валов с регулируемым прогибом расширило воз­можности управления процессом каландрирования, в частности позволило обеспечить дополнительный прижим валов после прохождения бумагой одного-двух захватов каландра, т. е. после предварительного выравнивания толщины бумаги и ее вязкоупругих свойств. Дополнительный прижим позволяет су­щественно повысить давление каландрирования без поврежде­ния бумаги [64].