摘 要: 對(duì)紙漿模塑設(shè)備的關(guān)鍵工序——吸濾過程主要工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品性能指標(biāo)的影響進(jìn)行了分析, 并利用“正交回歸”的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)該過程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過優(yōu)化, 找到了能使紙漿模塑設(shè)備在吸濾后獲得最佳除水率的作業(yè)參數(shù)配合點(diǎn)。在調(diào)試中, 直接把真空度設(shè)定在最佳值, 在此基礎(chǔ)上再去調(diào)試其他參數(shù), 可大大減少調(diào)試過程中的實(shí)驗(yàn)次數(shù), 提高生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞: 紙漿模塑; 真空吸濾; 優(yōu)化
1 引 言
隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng), 以及為了從根本上解決“白色污染”問題, 近幾年在國內(nèi)逐漸使用了“綠色”紙漿模塑快餐器具, 它的保溫隔熱和抗壓性能與泡沫塑料餐具相當(dāng), 并在其用后短期內(nèi)可自行完全生物降解或被回收利用, 而且整個(gè)生產(chǎn)制造、使用以及回收的各個(gè)環(huán)節(jié)中對(duì)自然生態(tài)環(huán)境無污染、無破壞作用, 所以可廣泛地應(yīng)用于交通、旅游、快餐飲食及工業(yè)包裝行業(yè), 具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[ 1 ]。
在紙漿模塑制品的全自動(dòng)生產(chǎn)過程中, 真空吸濾成型是十分關(guān)鍵的工序。如何提高吸濾成型的效率, 并對(duì)吸濾成型和加熱干燥工藝進(jìn)行較精確的控制, 將會(huì)直接影響到產(chǎn)品的幾何尺寸、表面光潔度、機(jī)械強(qiáng)度等主要產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。本文對(duì)全自動(dòng)紙漿模塑生產(chǎn)線吸濾過程各工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品性能指標(biāo)(除水率) 的影響進(jìn)行了分析, 并在同一生產(chǎn)線上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試, 對(duì)吸濾過程的主要工藝參數(shù)利用正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了回歸優(yōu)化,得出的結(jié)論對(duì)此類設(shè)備的生產(chǎn)調(diào)試具有一定的指導(dǎo)意義。
2 全自動(dòng)紙漿模塑生產(chǎn)線吸濾過程
全自動(dòng)快餐器具生產(chǎn)線的生產(chǎn)過程如下: 制漿、配漿、吸濾成型、冷壓、熱干、消毒包裝[ 2 ]。其中吸濾過程是其中很關(guān)鍵的一步, 在本實(shí)驗(yàn)設(shè)備中采用真空抽吸即真空成型的方法。因?yàn)槲鼮V成型模具為多孔結(jié)構(gòu), 表面附有一定網(wǎng)目的成型網(wǎng)。在進(jìn)行吸濾時(shí), 利用真空泵對(duì)成型模內(nèi)腔抽真空, 靠壓力差對(duì)成型模內(nèi)腔進(jìn)行初步紙漿模塑制品。真空吸濾的物理過程可以理解為在壓差的作用下, 經(jīng)過稀釋的紙漿以一定速度沖向模具的吸濾網(wǎng), 帶動(dòng)其中的紙纖維層層吸附, 形成紙型坯。從微觀上看: 形成坯的薄處水流動(dòng)阻力小, 流速大, 帶去的紙纖維多。厚處則相反, 故自然形成厚薄比較均勻的型坯。從宏觀上來看, 水的平均流速大(與水量、壓差有關(guān)) , 型坯易于致密。紙模坯的成型質(zhì)量和效率與吸濾時(shí)間、真空度、及反沖水時(shí)間有關(guān)。吸濾成型模具結(jié)構(gòu)原理見圖1。
圖1 吸濾成型模具結(jié)構(gòu)原理
3 吸濾過程主要工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品性能指標(biāo)的影響
吸濾過程的主要工藝參數(shù)有吸濾時(shí)間、吸濾的真空度和反沖攪拌水時(shí)間, 它們分別不同程度地影響著產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)(除水率)。
3. 1 吸濾時(shí)間對(duì)除水率的影響
在吸濾過程之前, 向注漿槽進(jìn)行注漿, 同時(shí)注入攪拌水, 當(dāng)注漿和攪拌水達(dá)到一定程度時(shí), 開始抽真空進(jìn)行吸濾。在這個(gè)過程中制成一定形狀的半濕態(tài)紙餐具毛坯, 這是生產(chǎn)線的關(guān)鍵工序。在吸濾的整個(gè)過程中, 因?yàn)樽{量的大小會(huì)直接影響到成型模的厚度, 因此確保其他2 個(gè)參數(shù)不變, 保持注漿量一定的情況下單獨(dú)考慮吸濾時(shí)間對(duì)除水率的影響。注漿量一定, 反沖水時(shí)間不變,如果吸濾時(shí)間太長, 則使得生產(chǎn)效率降低, 導(dǎo)致整體真空度下降。另外, 吸濾時(shí)間太長也會(huì)浪費(fèi)大量能源, 因?yàn)槲鼮V到一定程度后,成型模的含水量不再下降, 就必須依靠后面的生產(chǎn)過程進(jìn)一步降低含水量; 如果吸濾時(shí)間過短, 則成型模含水率過高, 脫模比較困難, 真空度不夠, 則會(huì)成產(chǎn)品不脫模, 甚至導(dǎo)致成型模破裂。要使產(chǎn)品質(zhì)量外觀都符合要求, 則需要延長熱壓時(shí)間和提高熱壓溫度, 這樣能量消耗又太高。
3. 2 真空度對(duì)除水率的影響
注漿結(jié)束時(shí), 開始對(duì)成型模內(nèi)腔進(jìn)行抽真空, 使成型模內(nèi)腔與模外吸漿罩內(nèi)產(chǎn)生壓力差, 使紙漿中的纖維均勻沉積附著在成型網(wǎng)表面上, 形成濕坯, 大量的水分(濾液) 在真空抽吸的過程中通過模下部的吸濾管道被抽走。固定吸濾時(shí)間和反沖水時(shí)間不變來考慮真空度對(duì)最終除水率的影響, 若真空度過低則內(nèi)外壓力差減小, 沒有足夠的壓力差對(duì)成型模進(jìn)行抽吸, 導(dǎo)致在吸濾結(jié)束時(shí)仍有大量水分留在成型模的濕坯中, 這樣熱壓過程就必須采取相應(yīng)的措施來確保產(chǎn)品質(zhì)量, 但又增加能耗, 否則會(huì)增加破損率, 使其外表面不光滑, 有壓痕, 抗壓性差, 表面強(qiáng)度差, 增加廢品率。若真空度過高則內(nèi)外壓力差變大, 這時(shí)雖有足夠的壓力抽吸成型模中的水分, 但卻使得成型模中的含水太低而影響熱壓過程的進(jìn)行, 使熱壓后的產(chǎn)品質(zhì)量輕, 強(qiáng)度差。若溫度高則紙制品表面會(huì)出現(xiàn)焦化現(xiàn)象, 使產(chǎn)品色澤不正而報(bào)廢, 降低生產(chǎn)效率。
（待續(xù)）
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