论文部分内容阅读
对于化学机械浆来说,其高能耗的磨浆机理迄今仍然是世界浆纸研究领域的难解之谜。本论文以桉木和杨木APMP纤维为研究对象,以中浓磨浆方法来研究磨浆过程中纤维性状改变与能量消耗的关系,总结了化机浆磨浆能量消耗的节点及这些节点所引起的成纸物理力学性能的变化规律,结合纤维细胞壁在磨浆过程中的变化,找出随细胞壁变化而变化的能耗细分节点,最后总结了磨浆节能措施。本论文对APMP纤维经PFI中浓磨浆实验所得的纤维性状、磨浆能耗及磨浆能耗节点的关系做了分析。结果显示APMP纤维中浓磨浆能耗节点是纤维长度、细小纤维含量和Kink指数。其中磨浆能量消耗和磨齿作用次数之间存在线性关系:y=ex+b,本论文还重新定义了磨浆强度e:指能够通过磨浆作用转移到纤维本身的那部分能量需求。本论文还推导了中浓磨浆实时纤维长度表达公式:l=l0-∫0ldl=l0-ke∫0tdt及细小纤维含量和纤维长度之间的指数关系或趋势:f=k1e-ke∫dt。此外纤维长度与Kink指数存在二次函数关系或趋势,细小纤维含量与Kink指数也存在二次函数关系或趋势。其他参数,如纤维宽度、纤维粗度、导管和纤维卷曲与磨浆能耗和纤维长度之间不存在有规律性的关系,亦即难以通过调节磨浆参数来控制这些与纤维性状相关的参变量。本论文也分析了磨后APMP纤维抄片的力学性能与磨浆能耗及纤维能耗节点的关系。纸页抗张强度与纤维长度、细小纤维含量、磨浆能量消耗、磨浆转数(磨齿冲击次数)、Kink指数有二次函数关系或趋势;而纸页的伸长率与抗张强度无关,与纤维长度、细小纤维含量、磨浆能量消耗、磨浆转数(磨齿冲击次数)、Kink指数也有二次函数关系或趋势;纸页TEA指数与抗张强度、纤维长度、细小纤维含量、磨浆能量消耗、磨浆转数(磨齿冲击次数)、Kink指数有二次函数关系或趋势;纸页撕裂指数与抗张强度、伸长率、TEA指数、纤维长度、细小纤维含量、磨浆能量消耗、磨浆转数(磨齿冲击次数)、Kink指数等呈现无规律关系。本论文还分析了CMC辅助磨浆对能耗及能耗节点的影响以及纤维细胞结构和细胞壁表面变化对磨浆能耗及能耗细分节点的影响。结果显示,影响磨浆能耗节点的关键因素是S2层的微纤丝角,但纤维细胞初始长度和细胞壁厚等因素也不可忽视。S2层微纤丝角越小,Kink指数越低,磨浆能耗越高。尤其是磨浆作用后期,要尽量避免纤维产生刚性强化效应。合理利用纤维细胞壁S2层起始分丝帚化点和最佳分丝帚化点可以优化磨浆参数。分析显示,CMC辅助中浓磨浆有节能作用(节能原因是降低了磨浆强度),但节能幅度不高,约为8%,且节能效果与CMC的加入量无线性关系。分析还显示,以桉木APMP纤维为例,中浓磨浆过程中,纤维宽度变化不大,纤维粗度变化与细胞壁表面分丝分层脱皮有关;细小纤维含量与纤维长度变化有关也与P层S1层微纤丝的分丝脱落有很大关系,在这两层分丝脱落期间,细小纤维含量大幅增加约64.5%;Kink指数随纤维长度下降而下降但也随细胞壁破裂强度变小而升高,且在S1脱落和S2层分丝期间降幅最大;纤维卷曲与微纤丝脱落和细胞壁塌陷有关,且变化大多发生在P层和S2层脱落,以及细胞壁破裂期间;导管细胞表面积随P层脱落而大幅增加约29%,随S2层分丝而大幅下降约53%,并随细胞壁破溃而增加约30%;纤维长度在P层和S1层脱落期间下降约25%,在S2层分丝帚化前期下降约6%,在S2层分丝帚化达到最佳点和分丝帚化最大化期间几乎不变化(此时Kink指数、导管细胞表面积、细小纤维含量和纤维卷曲也几乎无变化),在S2层分丝帚化后期及脱落期间下降约9%,在细胞壁破溃期间下降约4%。由中浓磨浆过程中细胞壁表面形态变化还可细化细胞壁分丝分层脱落期间磨浆能耗节点:胞间层和P层脱落期间,磨浆能量消耗细化节点由大到小为细小纤维含量、导管细胞表面积、纤维长度、纤维粗度和Kink指数;S1层分丝脱落期间,磨浆能量消耗细化节点由大到小为Kink指数、细小纤维含量和纤维长度;S2层分丝前期,磨浆能量消耗细化节点由大到小为导管细胞表面积、Kink指数、纤维粗度、细小纤维含量和纤维卷曲、纤维长度;S2层分丝后期,磨浆能量消耗细化节点为纤维粗度;S2层脱落及S3层分丝前期,磨浆能量消耗细化节点由大到小为导管细胞表面积、Kink指数、细小纤维含量、纤维长度和纤维卷曲;S3层分丝到细胞壁破溃期间,磨浆能量消耗细化节点由大到小为导管细胞表面积、细小纤维含量、Kink指数、纤维长度和纤维卷曲。APMP纤维中浓磨浆节能措施:根据纤维性状、细胞壁结构特点和最终纤维应用合理选择磨片及调节磨浆参数可实现磨浆节能,利用化学添加剂辅助磨浆可调节纤维细胞壁刚性强化作用的优势可实现磨浆节能和改善APMP纤维性能。