纸浆纤维悬浮液絮凝特性及其屈服应力对成纸匀度的影响

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制浆造纸生产过程包含多道工艺流程,涉及原料的蒸煮、浆料的泵送和贮存、打浆及除杂处理、上网抄造等,而这些工序都与纸浆的流变特性息息相关。纸浆纤维悬浮液是以纤维为固相的多相流体,其絮凝和屈服特性是造纸过程中各操作单元稳定运行和保证成纸性能与质量良好的关键因素之一,也可为新型造纸装备的研发和高效节能的造纸流程操作提供理论依据。纸浆纤维长度一般为1-3 mm,在造纸过程中极易发生交织缠绕,形成纤维絮团。纤维在悬浮液中能否减少絮聚、分散均匀,对抄造出质量良好的纸幅起着至关重要的作用。为了研究悬浮液絮凝特性及其屈服特性对成纸匀度的影响,本论文从纸浆流变学角度出发,分别测量不同纸浆纤维悬浮液的凝结集聚因子、压缩与剪切屈服应力及Froude数,研究了纤维尺寸、机械打浆处理、纤维表面电荷以及集聚因子对悬浮液屈服特性的影响,探究了屈服应力耦合对纸张匀度的影响。经过实验,本文主要研究结果如下:(1)分级前后漂白云杉木浆纤维悬浮液凝结点在1.97~5.51 g/L之间,其凝结集聚因子Ngel的数值范围在26.1~37.8之间,且与纤维长径比A之间满足线性关系Ngel=11.26+0.22A;机械打浆处理前后漂白相思木浆纤维悬浮液凝结点在3.89~5.98 g/L之间,其凝结集聚因子在8.7~21.6之间,打浆处理后悬浮液的凝结点和凝结集聚因子比未打浆处理的浆料明显减小;在保持长径比约为60的情况下,漂白相思木浆、漂白针叶木浆和漂白蔗渣浆纤维悬浮液的凝结点在3.97~7.45 g/L之间,其凝结集聚因子的数值范围在19.3~22.9之间。(2)漂白云杉木浆、漂白相思木浆、漂白蔗渣浆和漂白针叶木浆纤维悬浮液的压缩屈服应力yP和剪切屈服应力均随着集聚因子的增大而增大,且分别满足yP(28)a N b和?y(28)m N n的指数函数关系。在同一集聚因子下,随着纤维长径比的增大,云杉木浆纤维悬浮液的压缩和剪切屈服应力均相对增大;在相同的集聚因子下,随着打浆程度的增大,漂白相思木浆悬浮液的剪切屈服应力也相应增大,但压缩屈服应力先升高再下降。(3)漂白云杉木浆、漂白相思木浆、漂白蔗渣浆和漂白针叶木浆纤维悬浮液的Froude数均随着集聚因子的增大而逐渐降低,并趋于稳定。在同一集聚因子下,纤维长径比越小,漂白云杉木浆纤维悬浮液的Froude数也相对越小;机械打浆处理前后漂白相思木浆纤维悬浮液的Froude数与N/Ngel之间具有定量函数关系y=1.46+3.29×10-7e-14.8*N/Ngel。(4)在长径比约为60的情况下,漂白相思木浆、漂白蔗渣浆、漂白针叶木浆纤维的成纸匀度均随着成形浓度的增大而减小,纤维的成纸匀度随着悬浮液压缩屈服应力和剪切屈服应力的增大都逐渐减小,且匀度指数和Froude数之间满足y=axb的指数函数关系。
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