呂向陽(yáng)1 韓邦春2

(1. 太倉嫦娥工業(yè)用呢有限公司  江蘇 太倉  215437)

(2. 徐州金冠工業(yè)用呢有限公司  江蘇 徐州 221009)

摘  要：介紹了造紙毛毯透通性等性能測試的目的、原理和測試方法，分析了造紙毛毯透通性之間的關(guān)系及對毛毯運行性能的影響；探討了造紙毛毯透通性等性能測試的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：造紙毛毯；透通性；性能；測試；發(fā)展趨勢     

造紙毛毯是造紙廠(chǎng)重要的脫水器材，也是貴重易耗品，它在紙機的壓榨部起到傳送、脫水、墊層等作用。造紙毛毯的透通性主要包括透氣性、透水性和含水量等內容，是在生產(chǎn)和使用過(guò)程中評價(jià)造紙毛毯品質(zhì)重要的物理性能指標，它們直接影響到造紙廠(chǎng)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本，為了了解和掌握造紙毛毯性能的變化趨勢，在其使用周期內進(jìn)行有效的調節，使其保持最佳工況，有必要對造紙毛毯的透通性等性能指標進(jìn)行測試。

 一、造紙毛毯透通性測試的目的 

1、有助于防止意外停機     定期對紙機壓榨部毛毯的透通性進(jìn)行測試，是在早期發(fā)現紙病的一種有效途徑，否則可能會(huì )導致以下經(jīng)濟損失，如紙張質(zhì)量不符合標準、紙幅經(jīng)常斷頭或各種能量消耗增加等。造紙廠(chǎng)的實(shí)踐經(jīng)驗表明，經(jīng)常對毛毯的使用狀況進(jìn)行檢測和分析，不僅可以進(jìn)一步優(yōu)化濕紙頁(yè)從壓榨部進(jìn)入干燥部時(shí)的干度，使干燥部高效運行，而且可大大減少意外停機的次數。 

2、有助于確定毛毯的工作狀況     毛毯的測試不僅僅用于故障診斷，在運行正常的情況下也可用于確定毛毯的工作狀況。經(jīng)常定期和不定期地對毛毯進(jìn)行測試，不僅能夠監測毛毯的趨勢和傾向，也容易檢測錯誤并及時(shí)采取正確措施。實(shí)踐證明：越是經(jīng)常對毛毯進(jìn)行測試和分析，出現意外停機和與壓榨部運行狀況有關(guān)的質(zhì)量問(wèn)題的時(shí)間間隔就越長(cháng)。 

3、有助于壓榨部的趨勢分析和優(yōu)化     壓榨毛毯的調整、壓區載荷的分布、毛毯磨損和毛毯堵塞程度都對透通性檢測曲線(xiàn)有著(zhù)重要的影響。最大程度地降低曲線(xiàn)的變化，這直接關(guān)系到紙機性能的提高。將這些檢測手段用于壓榨部可以進(jìn)一步提高生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量。通過(guò)對化學(xué)品、壓榨輥和壓榨毛毯試驗的正確評價(jià)，可以正確判斷變化的原因。比較壓榨部脫水效率和曲線(xiàn)變化（與毛毯或者設備的變更有關(guān)）的關(guān)系，可以清楚地說(shuō)明這些變化的效果。例如，壓榨履帶和靴套方面新的先進(jìn)技術(shù)對提高壓榨效率的好處，可通過(guò)脫水率和橫幅曲線(xiàn)均勻性說(shuō)明。在壓榨毛毯的整個(gè)使用周期間以及進(jìn)行更換的時(shí)候，均可進(jìn)行這些比較。趨勢分析也是預測壓榨毛毯有效使用壽命的一種好方法。

 4、有助于分析問(wèn)題的來(lái)源    濕紙頁(yè)的濕條痕及其它橫幅問(wèn)題一直都是令人頭痛的問(wèn)題，這些問(wèn)題幾乎總是發(fā)生在壓榨部。通過(guò)在干燥部之后使用蒸箱或增加水分，可解決較小的分布均一性問(wèn)題。但是，通過(guò)分析問(wèn)題，發(fā)現問(wèn)題的原因，進(jìn)行消除它，永遠都是更好的解決途徑。僅僅測試毛毯的含水量分布或透水性，不足以說(shuō)明壓榨部的運行情況，必須同時(shí)采用這兩種方法，才能獲得全面的測試結果。使用毛毯含水量測試儀測試當前毛毯的含水量分布，容易獲得均衡的壓區壓力分布，含水量的分布可以說(shuō)明在壓區的脫水情況。采用毛毯透水性測試儀對透水性進(jìn)行測試，可揭示毛毯的運行狀況，透水性顯然與壓榨區的脫水性能相關(guān)，而且受毛毯狀況的影響。 

5、快速獲得回報     造紙廠(chǎng)的實(shí)踐經(jīng)驗表明，正確檢查壓榨部毛毯的工作狀況可極大地減少意外停機的次數。實(shí)際上，在最佳條件下，都應該在正常停機期間更換毛毯。據L&W 04/05手冊提供的數據，現代化紙機意外停機時(shí)每分鐘的成本約在＄1.000至＄2.500之間，并且停機將持續2～3小時(shí)。此外，還存在由于不能確定毛毯的狀況而導致毛毯更換所造成的成本。停機成本       在＄100.000－＄300.000之間毛毯成本       在＄10.000－＄40.000之間這與擁有測試儀器投入的成本和用該儀器進(jìn)行測試是息息相關(guān)的。對紙機中所有毛毯進(jìn)行測試需要15－20分鐘。對于一般規模的造紙廠(chǎng)，這意味著(zhù)每天約需1小時(shí)的工作（包括分析測試數據）。儀器成本       ＄25.000／儀器工時(shí)成本       ＄10.000／年造紙廠(chǎng)在很短的時(shí)間內就能收回在毛毯含水量測試儀和毛毯透水性測試儀上的投資。 

二、造紙毛毯透通性測試的原理和方法 

1、造紙毛毯透氣性測試      造紙毛毯的透氣性用透氣量(度)來(lái)表示，它是在穩流情況下，在試樣兩邊保持一定壓力差時(shí)，單位時(shí)間內通過(guò)單位面積試樣的空氣流量。透氣性的單位是ml/(cm2 · s)，即在1s時(shí)間里，1cm2面積樣品透過(guò)空氣1ml，稱(chēng)一個(gè)透氣度單位（筆者注：也有可采用單位mm/s表示）。其計算式如下：
式中：—透氣量(度) ml/(cm2 · s)；        —T秒時(shí)間內通過(guò)試樣的空氣量（ml）；        —試樣面積（cm2）。由此可見(jiàn)，透氣量(度)愈大，造紙毛毯的透氣性愈強。常用的透氣儀為Y561型織物透氣儀。針刺無(wú)緯造紙毛毯透氣性測試結果如表1所示。
     造紙毛毯的透氣量(度)取決于織物中空隙的大小和多少，而這些又將取決于纖維的形狀、生產(chǎn)方法、厚度及后整理方法等因素。造紙毛毯所用的纖維越細，則空氣透過(guò)的阻力越大，透氣量(度)越小。大多數異型纖維制成的毛毯透氣性比圓形纖維好，壓縮彈性好的纖維制成的毛毯，其透氣性也較好。吸濕性強的纖維，吸濕后纖維直徑顯著(zhù)膨脹，空隙減小，透氣性下降。     不同加工方法制成的毛毯，其透氣性有很大的差異。一般來(lái)說(shuō)，相同品種、相同克重的毛毯越厚，其透氣性越大。經(jīng)過(guò)后整理的毛毯，其透氣性一般都會(huì )下降。    2、造紙毛毯透水性的測試      造紙毛毯的透水性是指液態(tài)水從造紙毛毯一面滲透到另一面的性能。兜水試驗可用以測定造紙毛毯的透水性。測試時(shí)，在試樣一面維持一定水壓的條件下，以單位時(shí)間通過(guò)單位面積試樣的水量（ml/cm2.h）表示造紙毛毯的透水性（筆者注：也有可采用單位ml/s或ml/min表示）。

（1）測試原理：水流過(guò)除砂過(guò)濾器、流量計和壓力控制器之后，通過(guò)噴嘴到達毛毯。

（2）毛毯透水性定義如下（根據Darcy公司）：－毛毯透水性－毛毯常數－毛毯厚度－噴嘴面積－水壓－粘度     通過(guò)檢測毛毯的透水性，很容易檢測毛毯是否磨損、壓實(shí)和阻塞，可用于快速排除故障，同時(shí)提高了優(yōu)化壓榨部重要功能的可能性。測試時(shí)是將測試儀壓在運行的毛毯上，即可進(jìn)行測試，測試結果立即以橫向和縱向分布曲線(xiàn)的形式顯示在內置顯示屏上，這樣，紙機操作人員就可以快速發(fā)現可能存在的問(wèn)題（如毛毯缺陷），以免導致停機。通過(guò)定期比較毛毯透水性，紙機操作人員可對毛毯清洗和更換進(jìn)行預測和安排計劃。比較清洗前后獲得的數據可優(yōu)化保潔劑的使用。

 3、造紙毛毯含水量的測試       

毛毯含水量測試儀是借助獨特的微波共振和雙頻測試技術(shù)，可以在非常高的取樣速度下進(jìn)行非常精確地測試毛毯的含水量。主要用于收集、分析、報告和儲存有關(guān)壓榨部毛毯和濕紙頁(yè)性能的數據，以便對壓榨部進(jìn)行進(jìn)一步了解和控制。     

使用時(shí)可手動(dòng)沿毛毯的橫向和縱向進(jìn)行測試。測試結果立即以橫向和縱向分布曲線(xiàn)的形式顯示在內置顯示屏上，這樣，紙機操作人員就可以快速發(fā)現可能存在的含水量問(wèn)題，以免導致停機。利用測試結果，可確定毛毯的更換和優(yōu)化化學(xué)品的使用。

L＆W Scanpro毛毯含水量測試儀的基本參數：

測試范圍：    最大3000gH2O/m2

分辨率：      1gH2O

測試方法：    微波雙頻共振

測試面積：     90mmx145 mm

測試速度：    0.6-320個(gè)測試值／s(10個(gè)步驟)

內存：        48個(gè)已編號的分布圖或20000個(gè)測試值

內存時(shí)間：    每秒5個(gè)值時(shí)內存時(shí)間為1小時(shí)，內存時(shí)間為60秒時(shí)速率最高

 三、造紙毛毯透通性之間的關(guān)系及對毛毯運行性能的影響      

毛毯的透氣性是在干態(tài)下測試的，它是造紙毛毯生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中必須嚴格控制的重要質(zhì)量指標之一。透氣度的選擇應根據造紙機綜合技術(shù)參數來(lái)確定，這是一個(gè)比較經(jīng)驗的數值。在實(shí)際生產(chǎn)中，新毛毯的透氣度、毛毯使用最佳狀態(tài)的透氣度、毛毯失效下機的透氣度均不一樣，隨著(zhù)使用時(shí)間的延長(cháng)，一般情況下毛毯的透氣度會(huì )越來(lái)越差。在選擇毛毯的透氣度時(shí)應略大于毛毯使用最佳狀態(tài)時(shí)的透氣度，如果選擇透氣度過(guò)大會(huì )造成真空系統的真空度上不去、毛毯的含水量過(guò)大、紙頁(yè)的水分脫不出去、出現毛毯透漿等問(wèn)題；如果選擇的毛毯透氣度過(guò)小，又會(huì )導致毛毯跳動(dòng)、真空系統負荷過(guò)大、毛毯磨損加重、紙頁(yè)脫水困難等癥狀。     

造紙毛毯的透氣性與透水性息息相關(guān)，透氣性越高的毛毯透水性也越高，它們之間既不相等又非線(xiàn)性關(guān)系，因為這與毛毯所使用的原料、生產(chǎn)工藝、后整理的狀態(tài)及化學(xué)處理的方式等方面有關(guān)。     

毛毯透水性和含水量是在毛毯上機使用過(guò)程中測試的，即在濕態(tài)下測試的，是毛毯的生產(chǎn)和使用單位特別是后者必須嚴格控制和跟蹤的重要的性能指標。它們的分布曲線(xiàn)給出了關(guān)于壓榨部分工作狀態(tài)的有價(jià)值的信息，壓榨毛毯的調理、壓區負荷的分布、毛毯緯線(xiàn)和毛毯的磨損等對這些曲線(xiàn)都有顯著(zhù)的影響，分布曲線(xiàn)波動(dòng)的最小化和紙機工作性能的提高直接相聯(lián)。一般地說(shuō)，毛毯含水量分布曲線(xiàn)主要說(shuō)明了壓區的脫水情況和吸水箱的問(wèn)題，而透水性分布曲線(xiàn)則表明了毛毯在運行中的狀況。從壓榨毛毯的含水量和透水性的頻率分析可以看出，造成不同類(lèi)型問(wèn)題的跡象。例如，縱向水分的波動(dòng)可能來(lái)源于成形部真空脫水元件的振動(dòng)，而透水性波動(dòng)可能來(lái)源于壓榨部的機械振動(dòng)。通過(guò)經(jīng)常并行測量這兩個(gè)特性，能夠提前進(jìn)行決策，不必等到產(chǎn)生計劃外的停機、運行問(wèn)題和質(zhì)量問(wèn)題。     

為了評價(jià)壓榨毛毯的最長(cháng)壽命，不但可以在更換壓榨毛毯時(shí)進(jìn)行比較，也可以在壓榨毛毯的整個(gè)壽命期間進(jìn)行比較?？梢詥为氃u價(jià)和比較不同的毛毯，以期在一定壓榨位置使其得到最佳的應用。     

那些從含水量分布和透水性測試中獲得最大收益的是生產(chǎn)高級文化用紙和利用回收纖維造紙的紙廠(chǎng)，因為回用纖維中的雜質(zhì)會(huì )阻塞毛毯的孔隙。測試對于新型高速紙機同樣重要，特別是超高速薄頁(yè)紙機。測試的結果對毛毯同樣很重要，它不僅了檢測了毛毯的脫水過(guò)程，而且也直接決定了壓榨部出最后一道壓榨的濕紙幅是否帶有濕條痕。然而，現實(shí)的情況卻是毛毯和化學(xué)品供應商在為大多數紙廠(chǎng)進(jìn)行毛毯測試，這并不是因為測試對部分造紙廠(chǎng)無(wú)利可圖，人們已認識到進(jìn)行測試的好處。盡管多數紙廠(chǎng)都意識到它們能節約一大筆資金，但是很多紙廠(chǎng)都未將自己進(jìn)行測試作為一個(gè)重點(diǎn)。原因通常是缺少資源，即沒(méi)有可對毛毯進(jìn)行測試和分析的工作人員。     

他人進(jìn)行所有測試的一個(gè)不利之處在于往往進(jìn)行測試的不是同一個(gè)（批）人。相反，不同的供應商輪流測試，這將產(chǎn)生不同的測試結果。而且，在需要檢測毛毯時(shí)供應商往往沒(méi)有時(shí)間。供應商通常會(huì )定期拜訪(fǎng)紙廠(chǎng)，但不會(huì )一直在現場(chǎng)。     

可喜的是，盡管大多數毛毯和化學(xué)品供應商都進(jìn)行這種測試，但越來(lái)越多的紙廠(chǎng)開(kāi)始從戰略的角度出發(fā)，將毛毯測試作為一種重要的生產(chǎn)工具。因為測試不僅僅用于跟蹤結果，更重要的是用于預防性維護。 

四、造紙毛毯透通性等性能測試的發(fā)展趨勢

1、造紙毛毯綜合檢測系統    傳統的檢測方法僅限于檢測毛毯某單一指標，不能在線(xiàn)全面檢測毛毯的綜合性能指標。華章電器公司開(kāi)發(fā)的Web1QF-1型毛毯綜合性能檢測系統是一種便攜式的檢測設備，可同時(shí)檢測毛毯的透氣性和表面平整性，能根據檢測結果綜合判斷毛毯的質(zhì)量狀況和使用壽命，反映靈敏。該檢測系統能顯示實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，并對檢測結果進(jìn)行深度分析，包括歷史曲線(xiàn)對比，當時(shí)紙張質(zhì)量記錄，專(zhuān)家分析報告等等，下面作簡(jiǎn)單介紹。

1）工作原理     WebQF-I型手持透氣度檢測系統的工作原理，是在一定的壓力和過(guò)濾面積下，同時(shí)分別檢測通過(guò)毛毯的空氣流量和空氣壓力的相對變化來(lái)在線(xiàn)檢測毛毯的透氣度、平整性性能指標。其檢測方法是將探頭沿毛毯縱向設置成兩個(gè)氣壓獨立可控的檢測區；該探頭設置成的獨立檢測區中至少一個(gè)檢測區是封閉的環(huán)狀檢測區、并對其它一個(gè)檢測區形成封閉的平面包圍，被包圍的檢測區采用與封閉的環(huán)狀檢測區相同或者相近的檢測壓力。外環(huán)的另一個(gè)作用是提供與內圓相同壓力的氣墊以保證內圓檢測區的邊緣不泄漏空氣，從而保證內圓透氣度檢測的準確性。     透氣度的檢測：在檢測探頭中有一個(gè)設計特殊的環(huán)狀檢測區，對透氣度檢測區形成封閉的平面包圍，為其提供一個(gè)沒(méi)有漏氣的檢測環(huán)境，當透氣度檢測區與環(huán)狀檢測區檢測氣壓相同時(shí)，在一定的壓力下，通過(guò)毛毯的氣體流量大小來(lái)測定出透氣度情況。     平整性的檢測：通過(guò)檢測一定壓力下毛毯的漏氣量來(lái)判斷其平整性。外環(huán)檢測區與內圈檢測區檢測值的比值能體現毛毯邊緣空氣泄漏的比例，毛毯表面越平整、致密性越好，二者單位面積的氣體流量就越接近，反之，毛毯表面越粗糙或者越不平整，漏氣量就越大，二者單位面積的氣體流量相差就越大。 

2）系統特點(diǎn)①在一定壓力和過(guò)濾面積下同時(shí)分別檢測毛毯的透氣度和表面平整性?xún)身椥阅苤笜?。②檢測重復性非常好，對于80-120個(gè)單位值而言，均方差只有0.01-0.1。③反映靈敏，分辨率高。響應時(shí)間0.5秒。響應速度非?？?，氣壓檢測比液壓更靈敏，能清晰地分辨出毛毯內部細微的質(zhì)量變化。④使在惡劣的檢測環(huán)境中，其檢測性能也非常穩定，真正實(shí)現在線(xiàn)安全檢測。 

3）系統的組成    造紙毛毯綜合檢測系統主要是由探頭、壓力傳感器、氣體流量計、壓力調節閥、手動(dòng)閥、穩壓罐、微型壓縮泵、便攜式蓄電池、控制器和筆記本電腦等組成。

2、對測試提出了更高的要求     

隨著(zhù)造紙行業(yè)的迅猛發(fā)展，對精確測試的要求也在不斷地提高。在紙機車(chē)速提高的同時(shí)，毛毯的使用時(shí)間在下降。為獲取高效率，通過(guò)優(yōu)化毛毯的更換和減少濕紙頁(yè)斷頭的發(fā)生，最大限度地減少停機是十分重要的。此外，結構緊湊的新型壓榨部使手動(dòng)測試更難以進(jìn)行，而測試過(guò)程中人身安全永遠都是最重要的。所有這些因素都要求自動(dòng)化測試。壓榨部的固定在線(xiàn)傳感器掃描裝置可實(shí)現測試的自動(dòng)化。系統可快速地搜集測試結果，隨后以全新的方式使用測試結果，而不僅僅是為了檢測故障。甚至，更容易優(yōu)化毛毯，更容易對壓榨部進(jìn)行調節。測試結果可通過(guò)電子方式傳送給外面的專(zhuān)家，這意味著(zhù)可獲得快速幫助。最后但又是最重要的是，完全滿(mǎn)足對人身安全的要求。 

3、一種監控壓榨毛毯狀態(tài)的新概念     用來(lái)測定并確定壓榨毛毯詳細的全幅狀況的方法是使用便攜式儀器進(jìn)行手動(dòng)測量，該測量更多用于排出故障的目的和對其狀態(tài)的記錄。在多數紙廠(chǎng)中，這種測量的頻率不夠高，無(wú)法跟蹤發(fā)展變化，因而無(wú)法對壓榨部脫水進(jìn)行優(yōu)化，為此有必要使用自動(dòng)測量毛毯系統。     毛毯的自動(dòng)測量系統提供了一種新型的在線(xiàn)掃描架，可以并行測量壓榨毛毯的含水量和透水性，并將測量結果存入數據庫中，以全幅曲線(xiàn)顯示縱向和橫向上的分布，同時(shí)顯示所有時(shí)間內的趨勢圖。分布曲線(xiàn)和趨勢圖可以與歷史數據庫的數據、紙機QCS系統的數據進(jìn)行比較。同時(shí)也要進(jìn)行頻率分析和統計分析。所有這些技術(shù)都是用來(lái)確定生產(chǎn)過(guò)程中毛毯的含水量和透水性的波動(dòng)，以及這些波動(dòng)對紙張質(zhì)量和運行性能的影響。所裝備的在線(xiàn)含水量和透水性系統直接和紙廠(chǎng)的QCS系統以及DCS系統相連，也可以通過(guò)國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )傳輸數據。這樣就可以使毛毯和化學(xué)品供應商介入到遠程數據分析和工藝評價(jià)當中。     這種新型毛毯自動(dòng)測量系統，能輸出毛毯的狀態(tài)報告。根據這些結果，紙機操作人員可以改善和優(yōu)化毛毯調理系統的工作性能。這樣，做出何時(shí)停機維修或者更換毛毯的決定就比較容易了。目的是防范于未然而非被動(dòng)響應，從而提高紙機的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。壓榨毛毯含水量和透水性的頻率分析所提供的獨特結果，以及可以顯示完整而詳細的毛毯圖，使得該系統成為優(yōu)化壓榨部運行的強有力的工具。這些最新工具對新型壓榨毛毯的開(kāi)發(fā)也有很大的幫助。最后一點(diǎn)也是很重要的一點(diǎn)就是：它避免了在紙機最危險的部分進(jìn)行手動(dòng)測量。

 四、結論     

造紙毛毯的透通性主要包括透氣性、透水性和含水量等內容，是毛毯的生產(chǎn)和使用單位特別是后者必須嚴格控制和跟蹤的重要的性能指標。通過(guò)測試有助于防止意外停機、確定毛毯的工作狀況、對壓榨部的趨勢進(jìn)行分析和優(yōu)化、分析問(wèn)題的來(lái)源并迅速獲得回報，對毛毯的運行性能有著(zhù)較大的影響。隨著(zhù)造紙行業(yè)的迅猛發(fā)展，對測試的精確要求和人身安全也在不斷地提高，使用造紙毛毯的綜合檢測系統和在線(xiàn)自動(dòng)檢測系統將是必然的趨勢，也將成為優(yōu)化壓榨部運行的強有力的工具。（華章電器公司唐志超高級工程師給予了大力支持，在此一并表示感謝?。?nbsp;

參考文獻：［1］郭秉臣主編，《非織造布的性能與測試》，北京，中國紡織出版社，1998［2］L&W HANDBOOK 04 瑞典AB Lorentzen & Wettre 公司，2004［3］L&W HANDBOOK 06/07 瑞典AB Lorentzen & Wettre 公司，2006

 作者簡(jiǎn)介：    呂向陽(yáng)先生，高級工程師，工程碩士；現就職于太倉嫦娥工業(yè)用呢有限公司；主要研究方向：造紙用脫水器材。