纸基摩擦材料的造纸及设备介绍

纸基摩擦材料的造纸及设备介绍

沈焕荣

造纸设备是纸基摩擦材料生产过程最关键的基础设备,主要作用是把各组分配方通过打浆机打浆制成既有良好的纤维分散度又使各组分均匀分布的纸浆,通过磨浆机磨浆,浆池内对纸浆浓度的调整,然后由抄纸机成型,烘干后得到组分分布和厚度均匀的纸基摩擦层坯料。因纸基摩擦材料中纤维含量相对比较低,而容易沉淀的氧化矿物质含量较高,容易产生沉淀,造成组分分布不均匀,所以与普通造纸设备有较大差别。整个打浆、输浆、抄纸过程中应当尽量克服各组分的均匀分布,所以在设备设计时就要考虑了这些因素。一般可以分为两种造纸方式,手工造纸和机械造纸。

一．手工造纸

手工造纸主要用于工艺配方试验或用于小批量产品的生产,其优点是设备简单,投资成本低,生产场地小。缺点是组分分布不均匀,纸张的厚度差大,厚度尺寸较难控制,成品摩擦层的密度差大,组分偏析严重等。一些小规模生产企业基本上使用的都是手工造纸。

手工造纸机结构形式很多，这里介绍的是经过多年实践，操作方便，生产效率高,纸张质量相对较好，经过多年的实践完善,已经得到广泛的应用。

手工造纸机主要由打浆机、高位槽、抄纸机、真空泵、水泵组成。手工造纸机设备比较简单，投资费用低，一般全套设备投资在60000元左右。除打浆机和抄纸机外，其他设备和部件均可以市购或自制。为了使设备达到好的效果，下面介绍各部件的技术要求。

1.打浆机：一般手工造纸配备0.3-0.5立方米的打浆机，由于打浆机的打浆

辊直径越大势能越大，打浆效果越好，所以建议配备0.5立方米打浆机，0.5立方米的打浆机每次可以打浆配干料25kg。0.5立方米打浆机为整体钢结构，打浆辊尺寸Φ600X600mm，放浆口尺寸为Φ40mm螺纹接头。底部与地面高度400mm。

2.实验打浆机：配备一台0.23立方米实验打浆机，用于工艺试验和配方研究。每次打浆配干料1kg。

3.浆泵：输浆泵为立式小功率抗阻塞排污泵，型号为GW40-15-15-1.5。作用是将打浆机的纸浆输送的高位槽。

4．高位槽：高位槽用钢板焊接，尺寸为Φ1000X1000mm，底部离地面高度1000mm,容积0.8立方米左右。顶部安装搅拌电机，搅拌桨离槽底距离不大于20mm，搅拌转速150转/分左右，放浆口Φ40mm螺纹接头。

5.放浆阀：Φ40球阀（1.5寸）。把高位槽的纸浆定量放入定量容器。

6.定量容器：1000ml塑料量杯。

7.电磁阀：水用不锈钢电磁阀2只，型号2W-400-40常闭（1.5寸）,AC220v。作用是真空管路和循环水管路之间互相自动隔离。

8.真空流量阀：DN40不锈钢闸阀（1.5寸）。调节真空负压强度。

9.小水泵：家用自吸水泵，功率750W，进出孔径Φ40mm(1.5寸)。吸真空后为抄纸箱供循环水。

10.真空泵：2BV-5110水环式真空泵。

11.循环水箱：水箱尺寸长X宽X高=600X300X800mm。加盖，离上平面150mm处设溢流管，离底部60mm处根据安装方便焊接Φ40mm软管接头与小水泵进口连接，底部焊接排污阀。

12．抄纸箱：结构按图2.2所示，材料全部304不锈钢，形状尺寸大小根据产品需要，可以是方形，也可以是圆形，在容浆箱内放入与外圆等高的定位圈，用纸浆密封，可以任意改变纸张的大小尺寸。由于吸真空时筛网的负压很大，会引起筛网变形，而抄纸对筛网的平整度要求非常高，所以必须在筛网下面增加井字架，由井字架支撑孔板，由孔板支撑筛网，对这一部分的制作要求非常高，制作的质量效果直接影响到抄纸质量。

二．设备优缺点是：

1.纸浆由浆泵输送至高位槽，在连续搅拌的情况下放浆，保证纸浆前后浓度一致。

2.放浆采用定量容器计量，定量正确，操作效率高，由原两人操作改为一人操作。

3.由电磁阀控制供水和真空管路的转换，两只电磁阀分别由水泵按钮和真空泵按钮同步控制,吸真空时供水管路关闭，真空关闭时真空管路同时关闭，打开供水泵，供水管路同时打开，当水进入抄纸机时，由于底部压力升高，纸张自动弹起，便于取纸。

4.纸张取出后，继续向容浆箱充水，达到水位线关闭水泵，倒入纸浆，搅拌后立即吸真空。由于水是纸浆的5倍以上，纸浆得到较大稀释，纤维得到充分展开，纸张的均匀性和平整度明显提高。

5.尾部的循环水箱的作用是循环用水，不但起到节约用水作用，还能回收流失的短纤维和粉末材料，又减少了污水排放。

手工抄纸的缺点是：厚度控制较差，有偏析现象，纸张靠太阳晒干。三．机械化造纸

目前国内机械化造纸基本上采用小型长网造纸机,其缺点是占用厂房面积较大,一般厂房长度不少于45米,宽度6米,由于用水量较大考虑环境保护做到无排放,在室外建造大约40平方米的循环水处理池,所以一般小型企业受条件限制比较难实现。优点是自动化程度较高,一般整条生产线操作只需2-3名工人,连续出纸效率高,每小时出纸200-300米,组分分布均匀基本无偏析现象,纸张的厚薄差和厚度尺寸可控性强,可以控制在±0.05毫米以内，纸张平整度好等。控制好压缩比和纸张厚度可以实现表平面不加工。目前国内只有具有一定生产规模的企业具备长网造纸机。长网造纸机主要由打浆机、浆池、磨浆机、输浆系统、高位槽、抄纸机、烘干系统和切纸机组成。

由于纸基摩擦材料的造纸具有特殊的技术要求,用普通的长网造纸机很难达到纸基摩擦材料纸张的这些要求。有以下因素：

⑴在纸浆中比重较大的结晶状氧化矿物质比例较高,这些氧化矿物质与植物纤维和石墨等材料的比重差很大,在3%左右的纸浆中悬浮力不同,不但在抄纸过程中容易发生沉淀,也会产生偏析,同时也容易产生组分分布不均匀,较细的氧化矿物质容易在抄纸过程中流失。

⑵由于生产的纸只供本企业使用，生产量不大，所以只能适合使用小型化造纸机。

⑶因纸张的厚度一般在0.8-1.5左右，不容易直接干燥，网速控制在3-5米/分，是普通造纸网速的1/40-80，由于网速较慢纸浆流速也较小，流浆箱不能产生射流效果，所以对流浆箱提出了更高的技术要求。

机械造纸设备由制浆系统、长网造纸机、干燥烘道三部分组成，在抄纸过程中三部分前后呼应，做到流量、网速、温度相互对应同步，由于长网造纸机整条

线是全自动运作的，根据纸张的厚度要求精确调节纸浆流量，纸机网速和烘道网的运行速度（两者必须同步），烘道各点温度，使烘道出口的纸张不但干燥平整，厚度和左右各点的厚度差都符号技术要求，不然需要进一步调整。纸张厚度粗调调节高位槽流量，细调调节纸机网速。左右厚度差调节流浆箱上唇板左右流量间隙。

四．制浆系统：

制浆系统主要由打浆机、磨浆机、浆泵、输浆系统和浆池组成，由于输浆管道的设计合理，通过各浆阀的控制，可以将纸浆输送到任何位置，浆池底部安装推进器，对纸浆进行强力搅拌，所以在整个制浆系统中纸浆没有任何静止点，纸浆中的高比重粉末不会产生沉淀。在造纸行业有句俗话叫“七分打浆三分抄纸”，这说明要想抄出好的纸，打浆是关键，所以选择理想的打浆设备和严密的打浆工艺是非常重要的。

⑴打浆机

打浆机是纸浆系统的主要设备，一般配用3立方米的槽式打浆机比较合适，每次可以打浆干料150kg-200kg。槽形打浆机的槽体为椭圆形钢筋水泥结构，也可以用钢板焊接，中有隔墙，纸浆在打浆辊和底刀的作用下在槽内循环流动，纤维通过打浆辊和底刀之间的作用而被横向切断，纵向分丝、压溃、润胀、弯曲等，同时纤维受到强烈地揉搓和挤压作用，纤维端部分丝帚化。打浆辊和底刀的飞速运转产生大量的摩擦热，使浆料软化，有利于浆料的离解。由于在打浆过程中纤维产生切短、分丝、压溃、润胀、弯曲等现象，加之由于强力摩擦所产生的静电，使粉状物质有效吸附于纤维，从而制成符合抄纸要求的浆料。

⑵磨浆机

磨浆机有单盘磨浆机和双盘磨浆机，由于小型造纸机的纸浆量较小，适合配用小型磨浆机，一般Φ350单盘磨浆机基本能满足使用要求。磨浆机的工作原理是:纸浆由进浆管进入磨区中心，浆料在铸铁齿形磨盘离心力和进浆压力的作用下通过磨区，铸铁齿形磨盘对纸浆纤维产生剪切、搓揉、压溃、拉伸、摩擦帚化等作用力来改变纤维形态，由出浆口排出输送至另一浆池。磨盘的间隙和压力由涡轮蜗杆通过手轮调节。

⑶浆池

浆池是用来存储打浆后的纸浆容器，从形式区分有卧式浆池和立式浆池，

卧式浆池是钢筋混凝土结构，形状与打浆槽相似，通过推进器叶轮使纸浆作强力循环搅拌，结构比较复杂，施工技术要求非常高，要求厂房高度6米以上，占用厂房面积较大。目前大多使用立式不锈钢浆池，立式不锈钢浆池的底部为斜斗圆弧形状，推进器叶轮安装在斜斗状中底部，推进器叶轮快速运转，纸浆推向斜坡往上运动，形成上下强力循环搅拌，由于推进器叶轮安装在底部斜斗圆弧内，所以浆池底部无搅拌死角，浆料始终不会产生沉淀。⑴⑵⑶

⑷输浆系统

输浆系统由浆泵、浆阀和输浆管道组成，浆泵可以把打浆槽和浆池的纸浆输送到需要位置，通过浆阀的调整可以让纸浆按设定管路输送，整个管道系统比较复杂，可以灵活转换，随意改变纸浆输送方向。每次输送纸浆后必须反复冲洗，使尾浆尽量得到充分稀释，以免纸浆沉积堵塞管道。

五．造纸机

造纸机是纸基摩擦材料专用小型造纸机，经过多年实践研究、完善而定型的设备。目前国内主要摩擦材料生产企业使用的基本上都是这类造纸机。该小型长

网造纸机具有以下特点：①投资成本低。②运行可靠，操作简便。③自动化程度高，全线操作只需2-3人。④循环用水，不排放污水，不污染环境。⑤纸张厚度差小，调节灵活，厚度公差可控性好。⑥组分分布均匀，无偏析。⑦纸面平整、细腻。⑧连续抄纸，连续烘干。⑨边线整齐，按尺寸要求切纸。⑩成品率高，材料利用率高。经过多年实践证明纸基摩擦材料专用小型造纸生产的纸张已经达到了满意的使用效果，为纸基摩擦材料造纸国产化提供了新的途径。

造纸机主要由底轨、机架、高位槽、流浆箱、匀浆板、成型板、真空吸水箱、切边水针、胸辊、伏辊、案辊、压辊、导辊、紧网器、张网器、校网器、洗网喷水管、挡桨板、抄纸网、驱动机、接水盘、回料斗、真空泵、白水泵等24种部件组成。下面简单介绍各部件的作用与要求：

⑴流浆箱

纸浆从高位槽输送至流浆箱,流浆箱进浆管经三通分为两路进入前端匀浆室,前端匀浆室中匀浆辊的快速搅拌使纸浆达到横向匀浆,由于高位槽与流浆箱有较大液位差,进浆管产生压力,使纸浆从前端匀浆室通过流浆分配器进入箱体。在纸浆快速流动的同时会带入空气而产生的气泡通过排气管排出。流浆分配器是由有机玻璃或硬塑料制成，中间有一排孔，由于孔的限流，使纸浆得到均匀分配的效果，流入流浆箱后在匀浆辊的搅拌中纸浆越过挡桨坡均匀地流入出浆口，调节上唇板使纸浆按照要求流入网面。消泡喷水管是有多个雾化喷头组成，向流浆箱内喷洒自来水，消除由于纸浆在运动在所产生的泡沫。

上唇板的开度调节是抄纸过程中必须掌握的技术，如果每次抄纸厚度相同，其它工艺不变的情况下高位槽流量和流浆箱上唇板无需变动，在抄纸厚度方式变化或纸浆浓度发生变化时，两者都要调整。上唇板开度调节器是用来调节上唇板

的整体开度的。上唇板局部调节器是用来调节局部上唇板开度的，一般是在纸张左中右各点产生厚度差时调整，一旦纸张厚度差达到要求，可以长期不动。流浆箱的所有部件全部用304不锈钢制作。

⑵匀浆板

纸浆从流浆箱流向网面时,由于定型板几乎与流浆箱对接,当纸浆冲到定型

板网面时,快速滤水定型,产生纸面不均匀、粉末流失严重等情况，为此在定型板前面增加了匀浆平板，由于匀浆平板是整块厚度20mm的超高分子量聚乙烯PE 耐磨塑料板制成，网面不能产生滤水，所以当纸浆进入网面时，纸浆流速略高于网速，纸浆除平行向前流动，同时产生横向流动和交叉流动。使纸张的厚度均匀度以及纸面平整度有较大改善。此时在网面平稳形成纤维沉积，减少了粉末流失。匀浆平板基座用不锈钢焊接而成,四只调节螺丝固定于机架横梁上，可以精确地调节水平。高分子量聚乙烯PE耐磨塑料板于基座固定后，平面整体加工。

⑶成型板

成型板的结构与匀浆平板相似，超高分子量聚乙烯PE耐磨塑料板为条状，每条前端为刀口形状，平面整体加工，要求平面度误差≤0.20mm。成型板的作用是抄纸网通过成型板间隙时快速滤水，刀口形塑料板对网底进行刮水，经过多道滤水刮水使纸浆水分减少而定型。

⑷真空吸水箱

在案辊衬托下抄纸网从成型板平稳过渡至真空吸水箱，真空吸水箱是以超高分子量聚乙烯PE耐磨塑料板做不锈钢真空箱面板，在面板上开数条通槽，通过通槽对运动的网面吸真空，真空箱底部接口连接水环式真空泵。吸真空时抄纸网与真空吸水箱有较大横向拉力，真空吸水箱必须有较强的机械刚度，在连接处焊

接加强筋，防止变形。真空吸水箱一般配装4-6只，连接水环式真空泵必须按照真空分配器。可以调节真空负压强度。

⑸切边水针

切边水针安装在几只真空吸水箱的中间，在支架两边各安装一支可以任意调节位置水管，水管顶端装有线形喷头，喷头喷射的高压水束切割纸张毛边。使纸的边线整齐。

⑹伏辊:

伏辊也是驱动辊,驱动器由变频调速电机、变速箱、传动齿轮组成，伏辊由驱动器驱动使抄纸网运转。

⑺压纸辊：

压纸辊是安装在伏辊上面，可以选择压纸和不压纸，需要压纸时把压辊放下，不压纸时提高压辊锁块自动锁定，纸张经过滚压后表面平整度提高。

⑻挡桨板：

挡桨板是安装在流浆箱出口处网面上，下端密封部分是硅橡胶，一端夹在流浆箱的侧面挡桨板的外侧，挡桨板的作用是纸浆按设定范围流动好定型。挡桨板的任何部位吧允许漏浆。

⑼胸辊：

胸辊是对应于伏辊的从动辊，表面包胶，同轴度和园跳动要求较高，否则会影响纸张的厚度差控制。

⑽导辊：

导辊的作用有二：一是调节抄纸网的走网方向，调整轴承座的前后位置，可以改变抄纸网的作用走网方向。二是改变抄纸网的上下方向，使抄纸网与紧网器

等配合，达到抄纸网的紧网和其它功能位置。导辊全部包胶，紧网器和校网器的导辊相同轴承座不同。

⑾紧网器和张网器：

紧网器的作用是将抄纸网拉紧。张网器为保护抄纸网具有抄纸时张紧，停机后把抄纸网放松。也可以用紧网器代替张网器。

⑿气囊式校网器：

抄纸网在运转过程中很容易跑偏，跑偏严重时会引起抄纸网的报废，所以必须具备自动校正功能，气囊式校网器运作比较可靠，不易产生故障，原理是滚针靠网边安装，当网产生位移时推动滚针，由滚针带动双向气动开关控制气囊充气，使导辊轴承座按反向运动，从而达到校正网的目的。

⒀洗网喷水管：

抄纸过程中抄纸网需要连续冲洗，冲洗位置在造纸机两端即伏辊和胸辊斜面处。伏辊下网面要求上下冲洗，胸辊斜面下往上冲洗。由于洗网水用量较大最好使用循环水。

⒁接水盘：

接水盘安装在机架横梁之间，固定于横梁内侧，两端往中间倾斜，与接水槽连接。作用是上部网的白水不流到回网部分，保存网面清洁。

⒂回料斗：

经切边水针切割后，纸张被传输至烘道，回料直接自动落的回料斗，便于收集。回料斗是有30°斜度的接料斗，长度与机架内尺寸相同，用不锈钢板制作。六．烘干系统

由于纸基摩擦材料的纸比较厚，经过多道真空吸水后，有足够的强度直接传送至烘道。所以省略了烘缸设备，这样大大简化了设备结构，既减少设备投资和能源消耗。

烘道由两个燃油烘道组成，每个烘道由燃烧器、燃烧室、热交换器、循环热风机、烘道组成。烘道内装有上下热风分配管道，各部位的风门可以调节热风流量。烘道内的网链为内循环网链，这样可以减少热量散失。每个烘道两端安装排气管道至室外。

在烘道内热风是上下对纸张对吹，使纸张受热而水分快速挥发，与焙烘方式的烘道相比有较好的效果。烘道内的热风被热风机抽回，由热交换器循环加热，使用热利用率不及格。不但节能而且烘干速度快，纸张平整。

以上是对纸基摩擦材料造纸的检验总结，仅供参考。