造纸成形网的进展过程综述论文
造纸过程中，通常出流浆箱的纸浆浓度约为0.3%～1.0%(抄造包装纸时出流浆箱的纸浆浓度可达1.6%)，纸幅离开网部进入压榨部之前的干度为18%～23%，高速纸机可达27%，也就是说，造纸过程中95%的脱水量是在网部完成的［1］。造纸成形网在各辊子和脱水板上运行，磨损相对严重，是造纸主要的专用脱水和消耗器材。随着人们对纸张质量要求的日益提高，以及现代造纸生产逐步向着宽幅、高速和低定量化的方向发展，造纸成形网必须适应现代化高速纸机的高效、均匀和稳定脱水等要求。造纸成形网除了要具备优良的纤维截留特性、高效的脱水性能及良好的清洗效果之外，还需要很好的运行稳定性。目前，聚酯成形网已几乎完全代替了传统的铜质成形网，特别是聚酯三层成形网已成为现代化纸机的主流用成形网。
1造纸成形网材料
1.1造纸成形网材料的现状
古代的造纸术是以中国东汉蔡伦发明的手工抄纸为代表，采用的是竹丝编造的竹帘筛子或者衬有底布的木框进行抄纸。随着造纸技术传入西方，特别是工业革命引起的造纸机的发明，金属材质(主要是铜质或者不锈钢)造纸成形网逐步取代了竹制网筛［2］。纸机车速的提高和幅宽的扩大，金属成形网负荷重、寿命短和耐酸碱差等缺点越来越明显，逐步被塑料成形网取代。塑料网又分为聚酯网、聚酰胺(尼龙)网、聚丙烯网等，其各自性能如表1［3］所示。聚丙烯网不易吸水，密度小，形态稳定，耐酸碱性强，但其易老化，耐磨性差，使用温度略低，使用受限;聚酯网和尼龙网的综合性能好，聚酯网的形态稳定性好，尼龙网的耐磨性强，目前的成形网大都是聚酯成形网，在多层聚酯网的底层配比一定的尼龙网，提高其耐磨性能。
1.2发展方向
聚酯和尼龙均为合成高分子聚合物，可以根据需求添加不同的添加剂和采用不同的改性方法改善聚酯和尼龙纤维的特性，以适应高速现代化纸机的运行，是目前多层聚酯成形网是最常用的材料。聚苯二酰胺(PPA)是以间苯二甲酸、对苯二甲酸、己二酸和己二胺之间缩聚形成的聚合物的共混物，是一种半结晶的半芳香尼龙。PPA具有良好的耐热性、优良的力学性能和尺寸稳定性、较低的吸水率和优良的成型加工性，耐化学药品性等［4］。PEEK单丝是一种热塑性聚合体，是最先进的聚酮族衍生物，具有热稳定性好、极高的耐化学腐蚀和耐磨性，但由于价格昂贵还没有得到广泛应用［5］。Stabilon是Heimbach公司开发的一种新的单丝材料，同等线径Stabilon单丝具有比聚酯单丝高30%的弹性模量［6］。另外，Heimbach公司开发的多层底网专用单丝Duralon具有聚酯的稳定性和尼龙的耐磨性，采用Duralon材料的InTegraF网使用寿命达到90天，而采用聚酯、尼龙混合编织的成形网，平均寿命只有42天，最长的为73天［7］。也可以考虑通过应用纳米技术和纤维表面改性来改善成形网脱水和耐磨等性能［8］。
2聚酯成形网结构和编织技术进展
由于现代化造纸机向着大型化、高速化和自动化方向发展，因而金属成形网已不能适应现代化造纸机的要求。伴随着高分子合成技术的发展，很多高性能塑料高分子材料纷纷面世，20世纪中叶，造纸成形网逐步由铜网过渡到合成聚酯纤维编织的成形网。聚酯等合成材料用于造纸成形网，对于造纸机向高速、宽幅化发展具有划时代的意义。与铜网等金属成形网相比，聚酯成形网的优点有:密度小，纸机负荷小，生产效率高;材质柔软，易操作，不易碰伤;耐腐蚀、耐磨损，使用寿命一般比铜网长3～5倍，甚至更长［5］;能改善成纸匀度，减轻网痕和两面差，提高平滑度及减少纤维和填料的流失，可以减少换网次数以及因换网带来的各种损失［9-10］;聚酯成形网编织方法更灵活多样，可以采用不同的编织方法和改变成形网的层数，来满足不同造纸机、不同纸种和不同抄纸条件，以提高造纸机的运行效率。聚酯成形网又分为单层网和多层网。
2.1单层网
聚酯成形网最初是按铜网的编织工艺进行编织的单层网，只是线材由铜丝改为聚酯丝，使其质量变轻，从而减轻了纸机的传动负荷，节约造纸成本。单层网是由单个纬线系统和单个经线系统相互交织而成，见图1［11］。单层网编织相对简单，如四综单层网是弯曲的纬线在3根经线下面和1根经线的上面通过，而经线则在3根纬线上面和1根纬线下面通过，保护了承受张力负荷的经线处于网子的结构内部，而让纬线与造纸机各个摩擦部件接触。细的聚酯单丝可以织造高密度经纬结构的单层网，纤维和填料的留着率较高，适合生产纸页表面性能好的纸种;这类网的纬线比较细，不耐磨，使用寿命短。粗的聚酯单丝织造的低密度经纬结构的单层网，可以提高成形网的耐磨性和使用寿命，但是其纤维、填料留着率低，成纸性能差。改进的加强型单层网(如图1(b))的特点是在普通单层网的基础上增加了1组线径较小的纬线，这组细纬与较粗的纬线交替与经线交织，其目的是为了增强横向稳定性，增加纤维、填料留着率，提高成纸性能［5］。这种成形网在车速200m/min以下、幅宽较窄的造纸机上应用较多。对于中高速造纸机，单层成形网不能满足要求。
2.2多层网
现代化的高速宽幅造纸机要求成形网有良好的脱水效果和较高的纤维、填料留着率，单层成形网(包括加强型)不能够满足需求。为满足高速、宽幅的现代化造纸机要求，多层聚酯成形网应运而生。多层网的优点是可以通过面层和底层的单独设计编织结构来改善成形网面层(纸面)和底层(机面)的性能，更好地适应各种造纸机的需求。其思路是面层在保证脱水的情况下有更高的纤维支撑指数(FiberSurportIndex，FSI)，而底层则是在保证脱水通道畅通的前提下增强底层纬线抗磨损的能力。目前，已经成熟应用的有两层、两层半、三层和三层半系列，并且通过不同的综数编织达到所需性能。
2.2.1两层网
根据前面的思路，两层网是在单层成形网的基础上，根据面层和底层功能的不同，通过在横向引入多个纬线系统进行相对独立的设计编织，如图2(a)所示。从两层网的横向(CD)结构看，有两个独立分开的纬线系统———面纬和底纬，分别实现各自不同的功能，经线也是两层的。编织过程是同一根经线穿过上层的纬线后向下再穿过下层的纬线，使面层、底层编织在一起。与单层网相比，这种两层网结构更加致密、尺寸更加稳定，而且可以通过改变不同的编织工艺来适应抄造不同纸种造纸机的要求。一般面纬和底纬的密度和线径不同。面纬的密度略大，线径较小，这样有利于提高纤维的留着和降低纸张的两面差;底纬的线径比较粗，为的是使网子更加耐磨，提高使用寿命。这类两层网的挺度不够和横向稳定性差，制约了其在高速宽幅造纸机上的应用。为此，研究人员开发了强化型两层网(三层纬线网)，结构见图2(b)。它是传统两层网的变化形式。这种网子虽然改善了挺度和横向稳定性，但由于其结构中只有一个纵向经线系统，所以整体紧凑性差，横向的3个层面容易产生相对滑动，使得网子的内部结构遭到破坏，而且纸页成形和脱水效果均不好，性价比小，目前基本被淘汰。两层网及多层网从上往下看似乎是全封闭的，不易脱水，但倾斜一定角度观察，就会发现两层网同单层网一样畅通，其脱水过程类似于流经多孔性物体，而不是像单层网的垂直方向脱水，这在一定程度上延缓了脱水速率，改善了细小纤维和填料的留着和纸页匀度等［5］。