溼紙幅的「粘附力/強度」比值測試儀器的製作方法

2023-04-26 14:04:06

專利名稱：溼紙幅的「粘附力/強度」比值測試儀器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及測試儀器，更詳細地說是涉及造紙工業生產領域的抄紙過程中溼紙幅的粘附力及強度的測試儀器。
溼紙幅的粘附力(Adhesion，用A表示)是指溼紙幅粘附在某一材料表面後，將其分離時所需的力；溼紙幅的強度(Strength，用S表示)是指其受載拉伸時，抵禦破壞的能力。溼紙幅的「粘附力/強度」比(以下簡稱A/S比)是造紙工業紙張製造過程中的重要控制參數，它反映了溼紙幅在成形過程中從造紙機伏輥或壓榨輥剝離的難易程度。科學研究和生產實踐表明在抄紙過程中，若粘附力較大時，溼紙幅難以剝離；而溼紙幅強度較低時，在剝離時容易斷裂。在生產上希望溼紙幅的粘附力A小且溼紙幅強度S大，因此A/S比值較小的溼紙幅，其漿料的抄造性能較好，即在生產中發生斷頭的次數少，從而可提高造紙機的車速和紙張的產量。對於一臺造紙機，當抄造車速等操作條件確定後，總有一確定的A/S比比值的上限，在實際造紙工業生產中，當新產品試製或原有工藝改變時，可在現場取樣測試溼紙幅的A/S比，若該測定值大於該造紙機的A/S比上限值，則難以保證生產的正常進行。此時可通過調整漿料配比或造紙機操作參數等方法，使之降至適宜的A/S比指標(即低於A/S比的上限值)，從而保證造紙機正常的操作。採用溼紙幅A/S比的控制方法，可減少造紙工藝調整過程中的盲目性，使生產操作過程控制目標更加明確。
造紙原料主要有木材和非木材原料兩種。對於木材原料，由於其紙漿的纖維平均長度較長，濾水速度較快，溼紙幅粘附力小且溼強度高，即A/S值比較小，一般可滿足實際生產操作的要求。因而對以木材為原料的造紙工業來說，溼紙幅的A/S比的測試顯得不很重要。但對於非木材原料，由於其紙漿的纖維平均長度較短，濾水速度較慢，溼紙幅粘附力大且溼強度低，則A/S比值往往較大，使得其在生產中的抄造性能較差，難以在較高的車速下進行抄造，從而制約了造紙機能力的發揮。我國是以非木材原料造紙為主的國家，因此測量溼紙幅的A/S比值對於我國造紙工業的科學研究領域和實際生產過程控制都有著非常重要的意義。
目前國外僅有溼紙幅強度測試儀，如瑞典的LW公司生產的Wet Web Strength Tester，但無溼紙幅粘附力的標準測試儀器，雖然早期也報導過國外有研究者用自製的儀器測試溼紙幅的粘附力，但裝置簡陋，數據的重複性較差。且由於世界上造紙工業發達國家多採用木材造紙，而木漿的溼紙幅粘附力較小，對實際的生產操作影響很小，故國外對溼紙幅粘附力測量的研究在60年代末已告一段落，因而對溼紙幅的粘附力測量裝置的研究也無新的進展，更沒有出現將溼紙幅強度和溼紙幅粘附力的比值同時測量的儀器。
國內對溼紙幅強度的測量還是採用較原始的槓桿式拉伸裝置滴水測重的方法，由於需在操作中經常加注蒸餾水，給操作帶來不便，且該儀器只能測量溼紙幅抗張強度的指標，對溼紙幅粘附力和溼紙幅的粘附力/強度的比值等較為重要的指標無法測量。
本實用新型的目的在於針對現有技術的不足之處，設計出一種溼紙幅的「粘附力/強度」比值的測試儀器。使用本儀器，既可分別測量溼紙幅粘附力和溼紙幅強度，還可以測量這兩者的比值。其中對溼紙幅強度的測量，可同時測出溼紙幅抗張強度、溼紙幅伸長率和溼紙幅累積破裂功等三項指標，為改進抄紙工藝提供依據。
本實用新型的技術方案如下本實用新型的儀器由試樣拉伸剝離裝置、測試信號採集裝置和數據處理裝置構成。
試樣拉伸剝離裝置的斜試樣平臺固定在滑塊上，垂直滑杆垂直穿過滑塊的通孔，垂直滑杆的兩端與固定架的上、下端連接，平行於垂直滑杆的絲杆與滑塊的螺孔組成螺旋傳動機構，垂直步進電機通過聯軸器與絲杆的一端連接，絲杆的另一端與固定架上端的軸承連接；測試信號採集裝置的力傳感器探頭接溼紙幅夾頭，力傳感器的基座通孔套在水平滑杆上，力傳感器的基座與彈簧鋼帶的一端連接，彈簧鋼帶的另一端卷在水平步進電機的轉軸上。
測試信號採集裝置的力傳感器與放大器的輸入接口連，放大器的輸出接口與模數(A/D)器的輸入接口連接。
數據處理裝置是計算機、顯示器及列印繪圖機。
試樣拉伸剝離裝置的試樣夾頭與測試信號採集裝置的力傳感器連接，試樣拉伸剝離裝置的水平步進電機和垂直步進電機與測試信號採集裝置的模數(A/D)轉換器連接，該模數(A/D)轉換器與數據處理裝置的計算機連接。
試樣拉伸剝離裝置是這樣完成對溼紙幅的拉伸剝離動作的試樣夾頭夾住溼紙幅的一端，溼紙幅的另一端貼在斜試樣平臺上；只測溼紙幅的強度時，將斜試樣平臺換成試樣夾頭，則溼紙幅的兩端都分別夾在兩個試樣夾頭上。
當垂直步進電機帶動絲杆轉動時，由於垂直滑杆的限位作用，絲杆只能通過螺旋傳動使滑塊作垂直方向的運動，從而帶動固定在滑塊上的斜試樣平臺完成對溼紙幅的拉伸動作。
當水平步進電機轉動時，彈簧鋼帶作捲曲或鬆開動作，牽引力傳感器沿著水平滑杆作水平方向的運動，從而完成對溼紙幅的剝離動作。
本實用新型儀器的工作過程以及測試溼紙幅的粘附力、強度及其比值的過程如下1、溼紙幅粘附力的測試將抄制好的溼紙幅試樣置於斜試樣平臺壓緊(溼紙幅的溼含量根據實驗要求在抄紙時進行控制)，用細針挑起試樣的上端，並夾在溼紙幅夾頭上。根據不同的剝離角和溼紙幅伸長率，由數據處理裝置進行驅動速度的設定，啟動垂直步進電機和水平步進電機，垂直步進電機驅動絲杆使斜試樣平臺以一定的速度作縱向運動。水平步進電機通過彈簧鋼帶使力傳感器作水平運動，從而使溼紙幅以恆定的速度和剝離角從斜試樣平臺上剝離。溼紙幅剝離時與斜試樣平臺間的粘附力由力傳感器測量，經測試信號採集裝置放大和模數轉換後，由數據處理裝置的計算機讀取，經處理後得到粘附力和剝離功值。2、溼紙幅強度的測試測試溼紙幅強度時，將斜試樣平臺換成溼紙幅夾頭，將抄制好的溼紙幅試樣置於兩溼紙幅夾頭之間並夾好(溼紙幅的溼含量應控制成與粘附力測定時一致)，啟動垂直步進電機開關(此項測量時水平步進電機不啟動)，垂直步進電機帶動紙頁向下拉伸，同時由力傳感器測出紙頁張力的大小，經過測試信號採集裝置放大和模數轉換後，由數據處理裝置處理得溼紙幅的累積破裂功。該項測量可給出溼紙幅抗張強度、溼紙幅伸長率和溼紙幅的累積破裂功等三項指標。3、溼紙幅A/S比的測試將溼紙幅粘附力和溼紙幅強度測試結果送入數據處理裝置處理後，可得出兩者的比值，即為溼紙幅A/S值。
本實用新型與現有技術相比，具有如下優點1、本實用新型的溼紙幅「粘附力/強度」比值測試儀器既可分別測量溼紙幅粘附力和溼紙幅強度，還可以測量這兩項指標的比值。其中對溼紙幅強度的測量，可同時測出溼紙幅抗張強度(指溼紙幅受到拉伸時，斷裂前所能承受的最大載荷)、溼紙幅伸長率(指溼紙幅受到拉伸時，斷裂前最大伸長量的百分率)和溼紙幅累積破裂功(溼紙幅受到拉伸時，其應力--應變曲線下的面積)等三項指標。
2、本實用新型設計了斜面試樣平臺，斜面平臺的夾角可調，因此可根據需要測定不同剝離角的A/S值。
3、本實用新型的試樣拉伸剝離裝置設計新穎，既很好地模擬了紙頁在造紙機上的剝離和拉伸，又便於製造加工和使用。
4、本實用新型的驅動系統，可採用精密的步進電機，因此在對溼紙幅粘附力的測量過程中，可通過調節兩電機的供電脈衝頻率及頻率比，精確地控制溼紙幅的剝離速度，使測量在穩定的條件下進行；另一方面，還可通過改變兩步進電機的供電脈衝頻率，進行不同剝離速度下溼紙幅性能的比較研究；此外，驅動系統較穩定和準確。
5、採用本實用新型儀器，可測出紙漿抄造過程中的重要控制參數A/S比值，並據此調整生產條件和工藝參數，從而保證實際生產的正常進行。
6、使用本實用新型儀器，可使造紙工業在新產品開發的工程化應用和生產工藝的調整等方面的過程定量控制得以實現。


圖1是測試完畢本實用新型儀器的試樣拉伸剝離裝置主視圖；圖2是測試完畢本實用新型儀器的試樣拉伸剝離裝置右視圖；圖3是測試前本實用新型儀器的試樣拉伸剝離裝置右視圖；圖4是本實用新型儀器的總體結構示意圖。
下面通過實施例和附圖對本實用新型作進一步說明。
實施例如圖1、圖2所示，試樣拉伸剝離裝置的斜試樣平臺1固定在滑塊2上，垂直滑杆3垂直穿過滑塊2的通孔，垂直滑杆3的兩端與固定架4的上、下端連接，平行於垂直滑杆3的絲杆5與滑塊2的螺孔組成螺旋傳動機構，垂直步進電機6通過聯軸器7與絲杆5的一端連接，絲杆5的另一端與固定架4上端的軸承連接；測試信號採集裝置的力傳感器9的探頭接溼紙幅夾頭8，力傳感器基座10的通孔套在水平滑杆11上，力傳感器基座10與彈簧鋼帶12的一端連接，彈簧鋼帶12的另一端卷在水平步進電機14的轉軸13上。溼紙幅15的一端置於試樣夾頭8上，另一端貼在斜試樣平臺1上。
如圖3所示，測試前，斜試樣平臺1及滑塊2在垂直滑杆3的上側；如圖1、圖2所示，測試完畢，斜試樣平臺1及滑塊2在垂直滑杆3的下側；如圖4所示，本實用新型的儀器由試樣拉伸剝離裝置A、測試信號採集裝置B、和數據處理裝置C和構成。
測試信號採集裝置B的力傳感器與放大器的輸入接口連，放大器的輸出接口與模數(A/D)器的輸入接口連接。
數據處理裝置C包括計算機、顯示器及列印繪圖機。
試樣拉伸剝離裝置A的試樣夾頭與測試信號採集裝置B的力傳感器連接，試樣拉伸剝離裝置A的水平步進電機和垂直步進電機與測試信號採集裝置B的模數(A/D)轉換器連接，該模數(A/D)轉換器與數據處理裝置C的計算機連接。
採用本實用新型的儀器測試溼紙幅的粘附力、強度及其比值的過程如下試用紅麻木質部化機漿抄造新聞紙，並與木漿(10％化學木漿配90％機械磨木漿)抄造的新聞紙進行對比。
由於該木漿已能在生產中正常操作，因而該木漿的溼紙幅A/S值可作為該抄紙機正常生產的確定值，表1是木漿在該抄紙機上的溼紙幅性能指標(溼含量為80％)。
表1溼抗張指數溼伸長率累破裂功粘附力粘附功A/S比(N.m/g) (％)(N.mm) (N/m) (N.mm)0.514 10.23.851.03 2.78 0.72因此，可設該抄紙機的A/S值上限為0.72。1、試樣溼紙幅試樣用取樣框在標準手抄器中抄制，試樣規格為155×20mm2。試樣水分控制在80％。2、溼紙幅粘附力的測試將抄制好的溼紙幅試樣置於圖1所示的斜試樣平臺1上壓緊，用細針挑起試樣的上端，並將其夾在溼紙幅夾頭8上。設定剝離角為60°。
由數據處理裝置的計算機進行驅動速度的設定，控制垂直步進電機6驅動絲杆5使斜試樣平臺1以恆定速度作縱向運動。水平步進電機14通過彈簧鋼帶12使力傳感器9作水平運動，從而使溼紙幅15以恆定的速度(如1.5mm/s)和剝離角(如60°)從斜試樣平臺1上剝離。剝離時溼紙幅與斜試樣平臺1間的粘附力由力傳感器9測量，經過測試信號採集裝置放大和模數轉換後，由數據處理裝置的計算機讀取、處理後，由顯示器和印表機顯示並列印出粘附力和剝離功值。所得測量值是粘附力1.19(N/m)，粘附功3.21(N.mm)。3、溼紙幅強度的測試將斜試樣平臺1換成溼紙幅夾頭8，將抄制好的溼紙幅試樣置於兩溼紙幅夾頭之間並夾好，溼紙幅夾頭間距為100mm。啟動垂直步進電機6(此項測量時水平步進電機14不啟動)，帶動溼紙幅15向下拉伸，同時由力傳感器9測出溼紙幅張力的大小，經過測試信號採集裝置放大和模數轉換後，由數據處理裝置的計算機讀取、處理得溼紙幅的累積破裂功、抗張強度、伸長率。所得測量值是溼紙幅抗張指數0.648(N.m/g)，溼紙幅伸長率5.1(％)，溼紙幅累積破裂功2.20(N.mm)。4、溼紙幅A/S比的測試當溼紙幅粘附力(用粘附功表示)和溼紙幅強度(用溼紙幅累積破裂功表示)測試完成後，其結果自動存入數據處理裝置，經處理後可得出兩者的比值，即為溼紙幅A/S值。所得無量綱比值為1.46。
從實測結果可以看出，紅麻化機漿的溼紙幅強度較低(以累積破裂功表示)，而粘附力較大(以粘附功表示)，從而A/S比大於木漿的該項指標，因此可預計此種紅麻化機漿的生產工藝在實際抄造中難以滿足要求。表2是紅麻木質部化機漿溼紙幅性能測試結果(溼含量為80％)。
表2溼抗張指數溼伸長率累積破裂功粘附力粘附功 A/S比(N.m/g) (％)(N.mn)(N/m) (N.mm)0.648 5.1 2.20 1.19 3.21 1.46可見其A/S值高於正常值0.72。需要對抄紙工藝進行改進。
改進的方法是重新調整配漿工藝。在紅麻化機漿中加入部分化學木漿，用以提高溼紙幅強度，降低粘附力，從而達到降低A/S比的目的。在紅麻化機漿中分別加入20％和30％的化學木漿(亞硫酸鹽馬尾松木漿)，抄造後的紙樣仍用該測試儀器進行測定，表3是改進後的紅麻化機漿溼紙幅性能指標(溼含量為80％)。
表3溼抗張指數溼伸長率累積破裂功粘附力粘附功A/S比(N.m/g) (％)(N.mm)(N/m) (N.mm)1. 0.685 6.7 2.96 1.09 2.83 0.962. 0.738 7.3 3.94 1.05 2.81 0.71注1是在紅麻化機漿中加入20％的化學木漿(亞硫酸鹽馬尾松木漿)；2是在紅麻化機漿中加入30％的化學木漿(亞硫酸鹽馬尾松木漿)。
研究結果表明，加入30％的化學木漿後A/S比為0.71，低於木漿的A/S值(0.72)，能滿足實際生產的要求，因此確定該工藝為適宜的生產工藝。
權利要求1.一種溼紙幅的「粘附力/強度」比值測試儀器，其特徵在於由試樣拉伸剝離裝置、測試信號採集裝置和數據處理裝置構成；試樣拉伸剝離裝置的斜試樣平臺固定在滑塊上，垂直滑杆垂直穿過滑塊的通孔，垂直滑杆的兩端與固定架的上、下端連接，平行於垂直滑杆的絲杆與滑塊的螺孔組成螺旋傳動機構，垂直步進電機通過聯軸器與絲杆的一端連接，絲杆的另一端與固定架上端的軸承連接；測試信號採集裝置的力傳感器探頭接溼紙幅夾頭，力傳感器的基座通孔套在水平滑杆上，力傳感器的基座與彈簧鋼帶的一端連接，彈簧鋼帶的另一端卷在水平步進電機的轉軸上；測試信號採集裝置的力傳感器與放大器的輸入接口連，放大器的輸出接口與模數(A/D)器的輸入接口連接；數據處理裝置是計算機、顯示器及列印繪圖機；試樣拉伸剝離裝置的試樣夾頭與測試信號採集裝置的力傳感器連接，試樣拉伸剝離裝置的水平步進電機和垂直步進電機與測試信號採集裝置的模數(A/D)轉換器連接，該模數(A/D)轉換器與數據處理裝置的計算機連接。
專利摘要一種溼紙幅的「粘附力/強度」比值測試儀器，由試樣拉伸剝離裝置、測試信號採集裝置和數據處理裝置構成，試樣拉伸剝離裝置的試樣夾頭與測試信號採集裝置的力傳感器連接，試樣拉伸剝離裝置的水平步進電機和垂直步進電機與測試信號採集裝置的模數(A/D)轉換器連接，該模數(A/D)轉換器與數據處理裝置的計算機連接，在抄紙過程中利用該儀器測試「粘附力/強度」值，為改進抄紙工藝提供依據。
文檔編號G01D21/02GK2247329SQ9524632
公開日1997年2月12日 申請日期1995年12月18日 優先權日1995年12月18日
發明者何北海, 閻東波, 盧謙和, 鄒海旋 申請人:華南理工大學