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造紙機的前世今生

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造紙機的前世今生

發布日期:2020-06-17 作者: 點擊:

  人類開始的紙出現在中國,公元105年,蔡倫在總結前人經驗的基礎上發明了造紙方法,蔡倫用植物纖維為原料,通過浸泡、揉攘、切碎、舂搗、抄紙、晾曬等工序做出紙張。

  中國造紙術后來向東傳到朝鮮和日本,向西經過西亞傳至非洲,然后在十二世紀經西班牙進入歐洲。一千多年間,雖然在造紙原料的使用和紙的花色品種上不斷有發展和進步,但是造紙的三個主要環節——成形、壓水和干燥始終停留在手工的階段。手工撈紙,自然晾曬,不僅費事費力,而且產量很低。直到十九世紀有了造紙機,造紙才脫離手工業,成為機器大工業,讓生產規模迅速擴大,紙張產量快速增長。

  在造紙機的歷史上,有三件大事,即發明造紙機、發明夾網紙機和自動化控制,對造紙機的發展起到了重大推動作用。

  發明造紙機

  1789年,法國發生大革命,這場革命推翻了法國封建專制制度,促進了法國資本主義的發展。這時,法國人路易斯.羅伯特想到了用機器代替手工制紙,從而在1798年發明了世界上第一臺造紙機,并于次年獲得法國專利。

  這臺紙機甚為簡單,用木料做漿桶和機架,使用了由兩個輥子拉伸轉動的環形無端銅網。造紙時紙漿從漿桶中被帶上旋轉的銅網上,紙漿中的水通過銅網流回漿桶中,濕紙頁經過小輥壓水成為半干的紙頁,從機后卷取下來。銅網長27英尺(8.2米),寬48英寸(1.2米),一分鐘能造約9米長的紙,一天可做約270千克紙。

  羅伯特的雇主圣萊熱.迪渡隨后把這項技術帶去英國,經過約翰.甘布和布萊恩.唐金的改進,成為如圖2所示的造紙機,最終英國兄弟倆亨利.佛德尼亞和西利.佛德尼亞在1808年獲得全部相關專利。從那以后,這種使用一張長網的造紙機就被稱為fourdrinier machine。

  1809年英國人約翰.迪金森發明了圓網紙機,用包以銅絲網的圓桶在紙漿中旋轉抄紙,稱為cylinder machine。

  此時,紙機只具有抄紙和壓水功能,尚無干燥能力。直到1820年發明烘缸尤其是1872年發明用虹吸管排除冷凝水的蒸汽烘缸以后,造紙機才開始形成現代造紙機的雛形。從那時起,長網和圓網成形一直是造紙機的基本機型。

  十九世紀,歐洲處于工業革命,在創新機器的熱潮中,造紙機的各個部分不斷發展,不斷被完善。1825年發明水印輥;1826年發明吸水箱,用來加強長網紙機的脫水能力;1828年發明壓輥;1836年將吸移箱用于長網紙機;1838年發明成形板;1843年發明上光烘缸;1859年發明卷紙機;1863年發明五輥超級壓光機。

  除了不斷完善以外,紙機的機型也開始出現變化,多長網、多圓網和組合式紙機獲得發展。1862年美國人詹姆斯.哈珀發明長圓網結合的紙機,稱為“哈巴紙機”;1863年美國人約翰.瓊斯發明多圓網紙機;1884年瑞士埃舍 世界第一臺造紙機 ,1934年在長網上引入第二個流漿箱,從而可以取代圓網紙機生產雙層紙;1965年日本發明超級圓網紙機,后在此基礎上于1967年改進出短網紙機。

  夾網紙機

  長網和圓網成形器都是單面脫水,人類很快就意識到雙面脫水是消除紙張兩面差和提高紙機車速及產量的一個重要途徑。

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  與此同時,薄頁紙機也朝著夾網方向發展,1969年申報專利。因為薄頁紙生產的特點,新月型成形器由成形網和毛毯包裹在大直徑成形輥上形成夾網形式。這種成形器脫水能力大,紙漿在壓榨毛毯上直接成形,網毯之間不再需要傳遞裝置。1989年克拉克公司的專利到期,其它制造商相繼仿制,新月型紙機從此獲得廣泛使用,成為現代生產薄頁紙的主力紙機。

  夾網成形的脫水能力大,設備緊湊,動力消耗低。它沒有漿料自由面,所以不會限制車速,取得了長網和圓網成形器所達不到的車速,如今車速已達到2000米/分。夾網紙機出現是造紙機的一個重大變化,如今它已成為生產文化用紙、新聞紙和生活用紙的標準紙機,并開始應用于包裝用紙的生產。

  圓網紙機難以提高幅寬和車速,因此逐漸被長網和夾網紙機所取代。如今美卓的“Opti Concept”和福伊特的“OnePlatform”是世界先進紙機的代表。

  紙機自動化控制

  DCS以微機為核心,對生產過程進行分散控制和集中管理,從而將紙機生產各部分的控制聯系在一起,組成一套完整的自動化控制系統,其應用是造紙機控制的一次飛躍,為紙機向大型化和高速化創造了條件。

  在紙張質量檢測和控制方面,從最初的定量和水分檢測開始,逐漸發展出QCS系統。DCS、QCS等系統的應用極大地擴展了紙機的操作和生產條件,保證了造紙機在高速、寬幅條件能夠生產出質量更好的紙張。

  造紙機的顯著變化

  從發明造紙機開始,紙漿在網上脫水成形的方式始終未變,只是早期是黃銅網,后來改用青銅網,目前多用聚酯網。

  紙機成形部的變化主要體現在形式上,從長網和圓網,再到夾網,從單網到多網,從水平脫水到垂直脫水,變化多樣。與成形部相比,造紙機其它兩部分——壓榨部和干燥部的變化相對較小。

  紙機壓榨部的變化主要表現在壓榨輥上,起初是平壓輥,后來有了真空壓輥、溝紋壓輥、盲孔壓輥、可控中高壓輥及寬壓區壓榨。

  紙機干燥部的變化包括雙排缸改為單排缸、袋式通風、單毯改干網,密閉氣罩等,但主體始終還是蒸汽烘缸干燥。

  在已有造紙技術上,提高紙機生產能力的好方法就是發展大型高速紙機。因此,紙機不斷加寬,車速愈來愈高,紙機速度和寬度成為紙機進步的基礎指標。

  200多年來,紙機車速的變化達到1000米/分鐘用了100多年的時間,達到2000米/分鐘只用了30多年,紙機提速的行動不斷加快。

  1897年采用真空伏輥;1945年采用壓力流漿箱;1953年采用真空引紙;1958年引入可控中高輥;1962年采用案板,加強網部脫水;1967年用塑料成形網替代銅網;1981年采用寬壓區壓榨;1968年發明夾網紙機。這些發明和應用直接促進了紙機的提速。

  在紙機寬度方面,1830年紙機抄寬僅1.25米,1887年紙機的網寬達到2.84米,1897年達到4.1米,1919年達到5.9米,1958年達到8.7米,1998年達到10.5米,2010年達到11.8米。

  造紙機在中國

  造紙機在法、英兩國發明后,首先在歐洲流傳,然后向西到了美國,1817年美國人湯姆斯.吉爾平(Thomas Gilpin)在美國特拉華州建設了一臺圓網紙機,這是全美第一臺造紙機;接著在1827年美國又從英國進口了第一臺長網紙機。1872年造紙機再往西傳到了日本。

  中國是造紙術的發明地,手工抄紙上千年,卻無人發明機器造紙,直到造紙機發明86年后的1884年,中國第一臺造紙機才在上海機器造紙局建成投產。這是一臺英制1930毫米長網多缸造紙機,日產2噸。

  除了上海和廣東,其它各省均在二十世紀才陸續開始使用機器造紙。在歷史上,有兩次大量進口紙機的時期。起初是在機器造紙,如表2所示,我國各省的第一臺紙機幾乎都購自國外。

  其次進口紙機的高峰是改革開放之后。為了配合造紙工業的快速發展,我國引進了數百條紙機生產線,以提高產品質量和企業的市場競爭力。中國因此一躍成為裝備最先進的國家,紙機規模、產量和車速屢創世界紀錄。


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