扬克缸涂层的选型和优化带来的纸机性能提高

Philip Bunce（庞菲立） 亚马逊化工

扬克缸涂层的选型和优化带来的纸机性能提高

Selection and Optimization of a Yankee Coating System for Improved Machine Performance

编者按：本文是亚马逊化工的Philip Bunce先生在2015年深圳生活用纸年会国际研讨会上的演讲稿，介绍了扬克缸涂层被擦除的原因及其解决方案，本刊根据现场录音整理，供读者参考。

生活用纸生产过程中会碰到许多由于烘缸涂层不均匀所带来的纸病和生产操作问题，通常由以下因素造成：烘缸本身，湿部化学品以及浆料。因此，对生产工艺和烘缸进行精确分析调整，再对扬克缸涂层进行优化，可以尽量减少涂层带来的纸病和生产操作问题。本文分析了一些常见的问题，并列举了两个起皱化学品和涂层优化带来纸机性能提高的案例。

涂层的技术考量

烘缸涂层由粘缸剂、改良剂和剥离剂组成。一些生活用纸生产商还会使用无机改良剂作为烘缸的保护涂层，但这些改良剂并不能在金属化的表面形成无机复合物，只能辅助粘缸剂作为保护层。因此需要正确选用涂层才能起到应有的作用。

粘缸剂的作用是在纸幅烘干和起皱过程中使纸幅紧密地贴附在扬克缸上。它可以是浆料中的天然物质或是合成的聚合物，也可能是在湿部中使用赋予纸幅某些性能的化学品，例如湿强剂、干强剂和胶黏物控制剂。如果粘缸剂未经改良或者和剥离剂混合在一起使用，它会在扬克缸表面硬化，从而增加刮刀两侧无纸部位的磨损，“白边”的问题会更严重。操作人员一般会去除较软的边涂层而不是硬化的白边，也有些生产商会在烘缸两侧添加喷淋水以便除去边涂层，但效果很有限。

边涂累积通常会造成断纸或刮刀磨损，最终造成涂层产生振纹、烘缸表面损坏、纸幅表面形成孔洞等纸幅结构问题。

“剥离剂”也有多种来源，它会将涂层变软，减缓涂层成形或将涂层去除，如湿部消泡剂，柔软剂和表面活性剂。当剥离效果太好，烘缸表面的所有涂层都会被去除，因此变得光亮和反光透明。当烘缸失去涂层的

保护，会增加缸面被刮刀磨损的风险。不过最严重的涂层去除是纸幅上的毛毯水痕将过量的水带到压区。毛毯水痕产生的原因可能是纤维迁移、毛毯因污染物堵塞，甚至是为解决其他问题而在毛毯喷淋水所引起。因此，能有效防水并抵御温度变化的涂层非常重要，可使起皱和清洁刮刀保持润滑，从而延长刮刀寿命。

防止涂层被擦除的解决方案

改良剂的作用是产生柔软的改良涂层，它不会在压区回湿时被轻易去除。建立更具灵活性的涂层有如下好处：较细的起皱结构改善纸幅的柔软度，改善松厚度；起皱过程中较好的润滑性延长刮刀的寿命。如果没有将涂层改善变软，在更换使用角度较大或陶瓷刮刀时，会去除较多的硬涂层残留，以及造成刮刀寿命降低和烘缸磨损。

一般可以通过检查湿部去改善横向和纵向脱水均匀度来改善涂层。通过检查湿部，会发现纤维被洒在挡板外（图1），纤维一般会自然地通过机械传导或者毛毯喷淋和真空系统落到毛毯导向辊表面（图2）。结果是纤维在固定点缓慢堵塞毛毯，导致脱水不良和压区的回湿面变大。这将导致扬克缸表面水分较高区域的涂层被擦除，形成涂纹。

图1 通过检查湿部，会发现纤维会被洒在挡板外

图2 纤维会自然地通过机械传导或者毛毯喷淋和真空系统落到毛毯导向辊表面

为了解决涂层被擦除形成涂纹问题，工厂通常使用喷淋水冲洗堵塞在毛毯上的纤维并设法使毛毯的水分分布更均匀（图3）。但实际上适得其反，不仅使涂层被严重擦除而且也使毛毯的温度迅速降低，导致形成更多的胶黏物堵塞在毛毯中并降低了毛毯的使用寿命。在图3的复合红外可视图像中，可以看到一条黑色水管用于冲洗毛毯，没有水冲洗的地方毛毯温度大概36～37℃，有水冲洗的地方温度下降到31℃。低温区域的毛毯会导致脱水效率降低，因为水的黏度随温度而改变了。据有关资料表明，纸幅温度每升高10℃，在压区可多脱除1%的水分。这个水分减少机理反过来也成立，因此用水冲洗后造成的低温导致压区的脱水和蒸发效率降低。

图3 工厂使用喷淋水冲洗堵塞在毛毯上的纤维并设法使毛毯的水分分布更均匀

图4 扬克缸表面的热图像

从图4可以更清楚地看到冷凝水排除的情况。图中红色表示有效的热转换，蓝色表示冷凝水排除系统出现问题或出现毛毯水痕现象。如果涂层分布均匀，那么被洗掉的涂层可能是毛毯回湿所致。检查冷凝水排除系统是否正常工作和表面分布均匀，还是有可能局部的虹吸管出现了问题；通过热图像可以看到蒸汽分布系统是否正确设定，所有的虹吸管是否都在某一区域受到影响，气罩挡水板是否弥补了蒸汽系统的不足，或者其他可能存在的问题。

改良剂或软性涂层的使用

1. 湿部化学品的使用会形成大量的自然粘缸剂，或者添加了大量的填料，都会造成刮刀的严重磨损。

2. 选用高角度刮刀或陶瓷刮刀会去除烘缸表面大量的硬涂层，使烘缸表面没有了保护层，导致刮刀磨损。

3. 由于相思木含有蜡质性抽提物，使用相思木浆作为原料时，特别是配浆比例超过50%时，会增加剥离性能。

4. 毛毯保洁不好、中高/压榨参数不匹配，胶黏剂、湿强剂或填料类的污染物，甚至毛毯本身的老化都会带来毛毯水痕问题。

5. 烘缸热传导不均匀或者是烘缸的表面特殊属性，特别是设备结构导致烘缸边缘温度过高都会导致扬克缸表面温度的不均匀。

以上这些问题将可以采用改良剂或软性涂层来有效解决。

案例分析

延长刮刀寿命

东北亚的一家工厂遇到了刮刀寿命变短的问题。该生产商使用碳化钨陶瓷刮刀（90°），但是平均寿命只维持了10～15h，而此前使用这类刮刀可以长达3天的时间。他们认为传统的涂层系统可能承受不了强大的刮刀压力，希望通过软涂层组合以达到合理的刮刀寿命。

亚马逊通过调查湿部系统和毛毯情况，尽量减少湿部对涂层的影响。亚马逊将传统较硬的粘缸剂换成有改良剂的软涂层组合，结果使碳化钨刮刀寿命从16～24h提高到了100h。通常来说，陶瓷刮刀的寿命应该在普通钢铁刮刀的10～20倍，通过连续优化有改良剂的软涂层组合，最终实现，刮刀的更换时间为最少6天，或144～150h。

改善涂层耐久性

东南亚的一家工厂无法实现烘缸涂层的均匀性，有好几个地方横向温度不均匀。主要是烘缸铸造时的机械和热转换问题所造成的。亚马逊采用更有灵活性的涂层组合，以便在使用木浆和废纸浆为原料时能够生产出优质的生活用纸。

经过系统调查后，混合使用中等硬度和软性粘缸剂，涂布量为1.4mg/m2，同时使用涂层改良剂和油性剥离剂。改善涂层后，纸机车速提高到新的纪录，纸幅的柔软度提高，并降低剥离剂用量到1.02mg/m2（有效浓度），同时刮刀寿命维持不变。

总结

改良软涂层可使生活用纸生产商更灵活地达到他们的特殊需求，例如不必剥除或者额外添加剥离剂来防止硬涂层的累积，但仍可获得稳定的软涂层。亚马逊也可以针对可能导致扬克缸涂层被擦除的问题提供整改方案。更重要的是，改良的涂层可延长刮刀的使用寿命，并为产能提升带来可能。

（钟颖整理）