实验室打浆设备

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制浆造纸手册：第八分册纸料的准备》第191页（11606字）

实验室打浆精确度高，再现性良好，而且打浆过程可以标准化。因此可以用来评价和比较纸浆，改进工厂纸浆质量，评价工厂打浆设备和打浆过程，指导工厂打浆实践和改进打浆设备。另外，可以用来积累打浆经验，研究打浆理论。

由于以上目的，要求实验室打浆设备符合下列四项基本要求：

(1)在固定能耗的情况下，再现性良好。

(2)切断、摩擦和压溃作用与生产上相似。

(3)对纤维的不均匀性有相对的均衡作用。

(4)使用方便，易维修，运转稳定，打浆速度快，可使用较少的浆样，而且在浓度稍许变化的情况下，对打浆的影响不敏感。

实验室常用的打浆设备是瓦赖打浆机、PFI磨、离心磨和单球磨。

几种实验室打浆设备的比较如表10—1—68所示。

表10—1—68

注：上表中所列出的PFI磨和单球磨的装浆量均为Tappi标准和北欧标准所规定的．对于PFI磨，Clark提出的装浆量为24g．

下面介绍几种我国常用的实验室打浆设备的结构特征和操作方法。

1，PFI磨

PFI磨是—种国际上的通用实验室打浆设备。

在PFI磨中，带有许多刀片的打浆辊和光滑的打浆室按照同一方向旋转，但具有不同的圆周速度，因此纸浆在打浆辊和打浆室之间受到机械作用。

(1)设备结构

PFI磨的主要结构包括：打浆辊、打浆室及一个提供打浆压力的负荷装置。打浆辊和打浆室分别在垂直轴上转动。

PFI磨的设备结构如图10—1—129所示。

图10—1—129 PFI磨结构示意图

1—打浆室 2—皮带 3—打浆辊 4—打浆室盖 5—旋转臂 6—手轮 7—丝杠 8—传动轴 9—螺旋螺母 10—外壳 11—凸台

PFI磨的打浆辊和打浆室的示意图如图10—1—130所示。

图10—1—130 PFI磨打浆辊和打浆室示意图

1—打浆辊 2—打浆室

①打浆辊；打浆辊有33根刀片，各为50mm长，5mm宽。全部刀片均为径向排列，并与打浆辊轴线平行。打浆辊直径(包括刀片在内)为200mm，刀片与刀片之间槽深为30mm。由1．1kW(1．5hp)(容量约1kW)的电动机带动打浆辊转动。当不施加压力时，转数为1460±20r／min。打浆辊转数由转数表指示。

②打浆室：打浆室内径为250mm，由372．9W0．5(hp)的电动机带动。在零负荷和在打浆辊速度为1460±20r／min的条件下，为了使两个打浆元件之间圆周速度规定差达到6．0±0．1m／s，则打浆室转速应该是710r／min．

③其他

打浆压力由杠杆来施加，通过压迫打浆辊于打浆室的内壁而得到。PFI磨还安有调距螺栓装置，用以调节打浆辊与打浆室之间的距离(调距手轮转动一圈，间隙为1．5mm，手轮上共分成20个格，则每转动一个格为0．075mm)。

打浆元件由青铜或不锈钢制成。

(2)打浆操作

PFI磨打浆是检验各种纸浆(包括未完全蒸解的纤维物料)的一种实验室打浆方法，此法是检验纸浆物理性能试验时，制备浆张的第一步。通常抄制浆张，由未打浆和已打浆的纸浆制成，每一种浆样，至少应进行4次连续不同时间(或不同转数)的打浆，打浆时间(或转数)的选择决定于浆的类型和用途。

打浆试验的操作程序如下：

1)取样：称取相当于30．0±0．5g绝干浆的浆样(用于检验各种纸浆质量的实验室标准打浆取30．0±0．5g；用于其它目的实验室打浆也可选取22．5g或24g，但要注意浆与水总量不得超过450ml)，充分润湿。如果是浆板，则把它撕成大约1．5cm×1．5cm的小片。

2)打散：将湿纸浆放入打散器中，加入15～20℃的水，使总体积为2000±25ml，这样纸浆的浓度大约为1．5%(浓度低于1．5%也可进行打散，但纸浆浓度和打散器转数必须在报告中说明)，然后在规定转数的条件下对纸浆进行打散。

3)浓缩：打散后的纸浆在布氏瓷漏斗的筛网上脱去水分至浓度大约为20%。小心不要丢失纤维，如果必要的话，通过纤维层重新过滤滤液。把浓缩的纸浆称重并用水稀释至打浆条件所需要的浆料浓度(用于检验纸浆质量的标准打浆，浆料浓度为10%；用于其它目的的实验室打浆，浆料浓度由打浆条件而定)。

4)打浆：

①根据纸浆是否容易打浆确定打浆压力，即确定是否加附加铊。如果不加附加铊，则应在报告中说明。

②检查空载时打浆辊与打浆室的转数是否符合所要求的转数，打浆元件及纸浆悬浮液的温度保持在20±5℃。

③把调至一定浓度的纸浆悬浮液放入打浆室内，尽可能均匀地分布到整个筒壁上。

④把辊刀放入打浆室内，并把盖子压入一定位置，直到完全触及打浆室为止(可在打浆室外壁的橡胶圈上涂些水，这样便于压下盖子)。

⑤将打浆室转动起来，使纸浆甩到室壁上，然后开动辊刀。

⑥当两个打浆元件都达到满速时，则施加所要求的压力，同时开动转数计数器。在打浆过程中记录能耗。

⑦当辊刀转数达到要求时，去掉打浆压力，停止打浆。关闭电动机，使辊刀和打浆室停止转动。

⑧提起盖子和辊刀，把包括粘附在辊刀上的全部纸浆一齐移到烧杯内。

⑨将打过浆的纸浆稀释后倒入打散器进行分散，随后再稀释成所需要的浆料浓度进行打浆度测定和抄片(如欲测定保水值等，则在纸浆稀释之前取出部分浆样供测定用)。

(3)PFI磨的检查和维护

①试验结果的再现性在很大程度上取决于打浆元件的洁净度；如发现在打浆元件上有树脂沉淀，可用热(75～80℃)的饱和磷酸三钠溶液洗刷去掉。

②检查皮带不要打滑。当施加压力时，打浆辊转数通常将下降20～65r／min，而打浆室的转数将会稍微增加(提高25r／min)。如果在运转时达不到这个数值，应对皮带进行调整。

③检查各部件活动无阻，以使全部施加的负荷传至打浆压力上。

④检查调距螺钉在打浆过程中不脱开。

2．瓦赖打浆机

瓦赖打浆机(Valley beater)是一种标准的实验室打浆设备。

瓦赖打浆机的打浆与普通的工业用的打浆机相似，即称取一定量的纸浆试样按照规定浓度放在打浆机中通过飞刀和底刀进行打浆，并可在打浆过程中根据需要而间断地取样进行测定。

(1)设备结构

瓦赖打浆机与普通的工业用打浆机的不同主要是用底刀进行加压，其结构示意如图10—1—131所示。

图10—1—131 瓦赖打浆机的结构示意图

瓦赖打浆机的主要结构如下：

①飞刀是由不锈钢制成。飞刀辊的直径为168mm，镶入32把飞刀，连同飞刀的刀辊直径为190～194mm。每一把飞刀的厚度为4．7mm，飞刀辊的宽度为152mm。

②底刀也由不锈钢制成。底刀床具有7把底刀垂直地安装，底刀厚度为3．2mm，刀距为2．4mm。底刀刀片与刀片之间嵌有硬木木条。底刀床宽度为159mm。底刀床上的底刀被磨成和飞刀辊相同曲度的曲面。

③底刀床和打浆机的槽底由厚度为1．5mm的软质橡皮隔板连接起来。用一个杠杆可把底刀床压向飞刀辊，杠杆臂之间的比率为1．94比1(对中间支点)，而在长臂一端，加一5500g的荷重，从而在底刀床上可产生10．5kg的压力。

④飞刀辊和底刀床的位置是相对固定的。

⑤飞刀辊以500r／min的转速运行。

⑥底刀床的杠杆位置是用螺栓固定在打浆机槽上的。

⑦当打浆机内注入23L水时，恰使底刀达到平衡，然后用很小的力就可使飞刀和底刀相接触。

(2)打浆操作程序

1)取样：取相当于360±5g绝干浆的试样。如果试样是干浆板，则应先放入5L水中在室温下彻底润湿不少于4h，再将其撕成大约25×25cm的小片。

2)打散和打浆：

①先降低底刀床，使底刀与打浆辊之间的间距不少于10mm。

②关闭打浆机槽的排出口，向槽内添加18L的清水并开动电动机。

③在3～5min以后，缓慢地加入所有的浆料，随后添加清水直至浆和水的总容积为23．0±0．2L，这样浆料的浓度就是1．57%。

④此时底刀床仍在较低位置，而浆料在打浆机内循环即是对浆料进行打散。其间也可以快速移上移下底刀床一、二次。打散时间为5～30min，视原浆情况而定。

⑤打散以后开始打浆，即在杠杆的长臂一端加上5500±50g的负荷，如果是易于打浆的纸浆，则在杠杆上可以采用较小的负荷。

⑥打浆开始时开动计时表，在打浆进行一定时间以后可以分阶段进行取样，而在过程中不中断打浆过程，不移动底刀床负荷。

对于各种纸浆的打浆取样时间如表10—1—69所示。

表10—1—69

3．离心磨

离心磨(Jokro mill)是一种常用的实验室打浆设备，离心磨打浆是检验各种纸浆(棉浆和其它纤维很长的纸浆除外)的一种实验室打浆方法。

取一定量欲打浆的试样，置于打浆辊和打浆罐的间隙中，每个打浆罐在转动圆盘的带动下，围绕中心主轴旋转，同时由本身的转动轴带着进行自转。由于罐底自中心到边缘是一个倾斜面，因此打浆辊在打浆罐公转和自转的带动下，在罐内作不规则的螺旋线运动。这样，被打浆的试样在打浆辊与打浆罐内壁之间受到机械作用。

(1)设备结构

离心磨打浆示意如图10—1—132所示。

图10—1—132 离心磨打浆示意图

离心磨主要由主轴带动下的转动圆盘和打浆元件所构成。

1)转动圆盘：由0．55kW电动机通过摩擦轮无级变速来带动水平轴转动，通过一对伞齿轮由水平轴带动垂直中心主轴转动，这样，转动圆盘即随中心主轴转动。转动圆盘下中心处有一固定直齿轮，周围有6个直齿轮与其啮合，在圆盘转动时带动6个直齿轮围绕固定直齿轮转动，同时6个直齿轮本身也进行自转，即带动打浆罐自转。

转动圆盘上有6个可以安放打浆罐的圆形凹槽，每一凹槽可安放一个打浆罐，凹槽沿圆盘的圆周分布，且彼此等距，每一凹槽与中心轴的距离也是相等的。

2)打浆元件：离心磨的打浆元件为打浆罐、打浆辊和打浆罐盖。

①打浆罐：打浆罐由黄铜制成，内径为145mm，内部高度为67mm。罐内壁刻有齿纹，齿纹与水平面的夹角为55°，齿纹长57mm，齿宽1．32mm。每一厘米圆周有7．64根齿纹。罐底从中心到边缘的倾斜度为2mm，罐底中心处有一直径为28mm的凹槽。有一比其直径略小的由山毛榉木材制成的圆片置于凹槽中。使用时，由于用水润胀，使该圆片恰好填满凹槽，并牢固地压缩在凹槽中。这一圆片的作用是作为刀辊的摩擦面。

②打浆罐盖：打浆罐盖与打浆罐之间垫有橡皮垫圈，一方面防止漏浆，另一方面使得罐底与罐盖下平面间的距离恰好为64．5mm。

③打浆辊：打浆辊直径为89．10mm，高60mm。辊上沿垂直方向均匀地分布着35个齿，齿宽为2mm，刀槽为半圆形，曲率，半径为3mm。打浆辊的重量为2000±5g，由黄铜制成，硬度为85±10°BH。

3)其他：中心轴转数为70～300r／min，一般标准中规定为150r／min，因此打浆前要调节好转数。打浆罐的转数是转动圆盘转数的2．14倍。打浆时，打浆罐中心到主轴中心的距离为225mm。

(2)打浆操作程序

1)取样：取相当于16±0．5g绝干浆的浆样，充分润湿。如果是浆板，则把它撕成大约1．5cm×1．5cm的小片。

2)打散：将湿纸浆放入打散器中，加入20±5℃的水使总容积为1100±25ml，即纸浆浓度约为1．5%(必要时浓度也可低于1．5%)，随后进行打散。

3)浓缩：可参照PFI磨打浆时的浓缩操作。把浓缩后的纸浆称重并用水稀释成总重量为267±1g，相当于6%的浆料浓度。

4)打浆：

①开机前用手转动圆盘，并检查传动部分及各零部件，调节转数至150r／min(在运转时调节)。

②将准备好的浆料放于打浆罐内壁和打浆辊之间，小心不要使浆料压在打浆辊之下，然后将打浆罐盖盖严。注意打浆辊上的号码应与打浆罐上的号码一致，而且打浆辊与打浆罐的温度也应是20±5℃。

③把打浆罐放入圆盘的凹槽内，用夹子拧紧，其位置应对称平衡，即可放入2、3、4或6个打浆罐同时进行打浆。

④打浆时记录转数表的数字为4次，即开始打浆时，设备运转到150r／min时，停机时，完全停止转动时。用秒表记录开始打浆至停机时的时间(准确至1／5s)。

⑤每种浆料一般要进行4个不同时间的打浆，而打浆时间的长短与浆料的种类有关。一般来说，未漂亚硫酸盐木浆的打浆时间可为20、40、60和80min；未漂硫酸盐木浆为40、80、120和150min。漂白浆打浆时间可少于未漂浆，阔叶材木浆或草浆比未漂亚硫酸盐木浆打浆时间可以缩短。

⑥打浆过程中，当打浆罐中浆料因打浆时间较长而温度升高时，应停机冷却，待其冷却至20℃时再继续打浆(温度一般不超过28～30℃)。

⑦打浆完毕后(转盘完全停止转动时)，取出打浆罐，将浆料转移到烧杯中，稀释后倒入打散器中进行分散，随后再稀释至所需浓度进行打浆度测定和抄片(如欲测定保水值等，则在纸浆稀释之前取出部分浆样供测定用)。

⑧打浆结束后，应用清水洗刷并擦净打浆辊和打浆罐。

(3)检查和维护

为了保持正常的运转条件，设备要安装稳固，并应经常加以维护。

①设备的安装应保持主轴是准确垂直的，这样转动圆盘就是水平的。

②设备应经常校准，以保证主轴和转动圆盘的准确位置。

③打浆罐底部的山毛榉圆片要经常保持用水润湿，甚至在停止使用时，圆片也应保持用水湿润。

④如果山毛榉圆片强烈磨损应该更新，否则金属与金属的摩擦将会影响打浆效果。另外，如果山毛榉圆片在润胀超出水平面的高度也应进行更新。

⑤打浆结束后应用清水洗刷擦净打浆罐和打浆辊等。

⑥在打浆罐中，特别是在亚硫酸盐木浆打浆时沉淀有树脂，可通过用弱碱液的洗涤加以排除，再用清水充分冲洗干净。

⑦打亚硫酸盐木浆时，如有树脂粘附于打浆辊和打浆罐，则可用稀碱液洗涤，随后再用清水充分洗刷。打硫酸盐木浆时，如有沉淀，可用饱和磷酸三钠溶液来洗涤，最后用清水充分洗刷。

4．单球磨

单球磨(Lampen Mill)，是一种检验各种纸浆用的北欧标准化的实验室打浆设备。

称取一定量的纸浆按规定浓度，放在圆球和光滑的球磨室之间，在一定转速下旋转，纸浆在圆球和球磨室之间受到摩擦和压溃而产生打浆作用。

(1)设备结构

单球磨主要由机架以及转动的球磨室、外壳和圆球等组成，如图10—1—133所示。

图10—1—133 单球磨的设备结构示意图

①球磨室：球磨室的内径为191mm，内壁光滑，其转数为250r／min。球磨室有开口，附有盖子，装料后盖紧盖子不应有漏液现象。球磨室能旋转，并能固定在一定的位置上，以便装料、打浆和放料。

②圆球：圆球表面光滑，其重量为10±0．1kg，直径为132mm。

③其他：单球磨的电动机功率为168．43kW(0．25hp)，有一个转数计。

(2)打浆特点

①纸浆在圆球和球磨室之间主要受到摩擦和压溃，而没有切断作用，打得的浆料比较粘。

②打浆效率低，打浆速度相当缓慢，打浆作用温和，这些与工业生产上的打浆实际相比，其差距是较大的，结果造成偏高的强度值。

③使用单球磨打浆的再现性强。

(3)打浆操作程序

①取相当于30±5g绝干浆，打散和浓缩与其他型式的实验室打浆设备相似。

②装料前先转动单球磨，使其装料口位于最上方的位置，拧松球磨室盖子的螺丝，卸下盖子，此后进行装料和装水，保持浆料浓度为3%。随后盖好盖子，拧紧螺丝。

③将转数计的字码调整至零点，并调节到所要求的转数，此时开动单球磨进行运转。

④在打浆过程中，如果圆球被粘住，可采用暂时停机而再次开动的办法来解决。

⑤待达到规定的转数时，球磨自行停止转动，随后使其装料口位于最上方的位置，取下球磨室的盖子，将浆料倒出，再进行下一步试验。

(4)检查和维护

①应经常检查球磨室内壁和圆球表面是否平滑有无伤痕。定期打标准浆样核对单球磨的一般打浆条件。

②使用完毕后，必须及时用清水刷洗球磨室内壁和圆球表面，擦干后再盖好盖子。

③如打树脂含量高的纸浆以后，要用树脂溶剂来洗刷单球磨的打浆表面。

不同国家使用单球磨进行打浆的比较如表10—1—70所示。

表10—1—70

5．克拉克碾磨机

克拉克实验室碾磨机(Clark laborotory kollergang)也是一种Tappi标准化的实验室打浆设备，如图10—1—134和10—1—135所示。

图10—1—134 克拉克碾磨机的俯视示意图

1—齿轮传动 2—电机 3—计时器 4—计数器

图10—1—135 克拉克碾磨机的剖视示意图

克拉克实验室碾磨机的主体设备是一个由齿轮传动的圆盘，圆盘的底部并非平底而是呈沟槽状的。在沟槽内回转着三个盘磨，它们是由铬铸铁或不锈钢制成。盘磨有倾斜的工作面，其倾斜度是45°。磷青铜的凸缘用埋头螺栓固定在盘磨的工作边上，以防止纸浆的滑动。在三个盘磨之间夹着三个搅拌轴，轴的下部有搅拌叶，它在槽沟内转动以防止长纤维浆料粘附在槽沟上。搅拌叶的最底部与槽沟的距离约为1．3mm。

取90±5g绝干浆试样用水稀释至3%的浓度，放入打散器内分散后再装入克拉克实验室碾磨机中进行打浆试验。在打浆过程中可以定期分别进行取样。

6．球磨机

球磨机(Ball—mill)打浆也是一种Tappi标准化的实验室打浆方法。

这种设备是由四个瓷制球磨组成，每一球磨的内径为25cm。球磨安装在适宜的支架上，转速为r／min。每一球磨内装有90～110个瓷制圆球，瓷球的直径约为3cm。

取450g绝干浆试样稀释至4．5%的浓度后，在打散器内进行充分分散。向每一球磨中添加浓度为4．5%的90g绝干浆试样。盖好球磨盖检查不漏液后开始转动。第一个球磨回转1200转，而其它的分别是3600、4800和6000转(各为20、60、80和100min)。

在打浆完成后，将球磨内的纸浆悬浮液和瓷球一起倒入一个容器内，拣出瓷球，并将浆料稀释至1%的浓度，随后再进行打散、稀释和抄片试验。

7．Aylesford实验室磨浆机

Aylesford实验室磨浆机如图10—1—136所示。

图10—1—136 Aylesford实验室磨浆机

带有搅拌器的贮浆槽可以贮存2L的浆料。贮浆槽内的浆料可以按图中箭头的方向进入回转的锥形刀辊的底部，随后又返回至贮浆槽，这样反复的循环就进行了打浆作用。

锥形刀辊的上部直径是11．4cm，并具有9把6mm宽的刀片。围绕锥形刀辊的外壳(底刀床)具有22把刀片，每一刀片的宽度也为6mm。锥形刀辊由745．7W(1hp)的变速电动机带动，平均圆周线速度为300至555m／min，经常是300m／min。借助于改变压力或刀齿间距离可以控制打浆的强度。齿间距离在打浆10min以后，经常从1．3mm降低至工作间距0．13mm。

8．Mead式实验室盘磨机

Mead 式实验室盘磨机

如图10—1—137所示。

图10—1—137 Mead式实验室盘磨机

1—旋转磨盘 2—固定磨盘 3—电动机 4—轴承 5—浆槽 6—弯管

Mead式实验室盘磨机主要由旋转的磨盘和固定的磨盘组成。每一磨盘的直径为29cm，其上均有宽度为1．9cm的24个盘齿。旋转磨盘由电动机带动，其转速为450r／min。

取80g绝干浆试样稀释至2%的浓度，经分散后装入浆槽内。浆槽内的浆料进入旋转磨盘和固定磨盘之间进行打浆，随后再通过弯管返回至浆槽中。如此反复循环至规定的时间，这就完成了实验室的打浆操作。