实验室中常用的打浆设备及操作技巧

实验室的打浆设备种类较多，常见的有瓦利打浆机（Valley beater）、PFI磨（PFI mill）、盘磨机（Refiner）、单球磨（Lampen mill）、六罐磨（Jokro-mill）等。所有这些打浆设备，其作用原理，都是基于在水介质中对纸浆进行机械处理，使纤维经受力的作用而产生切断、压溃、润胀、细纤维化等变化，从而使纸浆满足抄纸的要求。

以上几种打浆设备，目前实验室常用的为前三种，Valley打浆机打浆时切断作用较大，适于处理木浆等长纤维浆料，这种打浆机能够根据打浆要求调节打浆比压，因此，灵活性较大。该打浆设备在我国用的较多，国际上也多采用，也被ISO列为标准打浆设备；PFI磨打浆切断作用小、打浆浓度高、打浆比压可控制，适用范围广，国际上采用的较多，亦为ISO标准打浆设备。

下面分别介绍Valley打浆机、PFI磨两种打浆设备及其操作。

图4-1 Valley打浆机

1—罩盖 2—山形部 3—飞刀辊 4—底刀床 5—加压杠杆 6—重砣

（一）瓦利（Valley）打浆机法

参 见 国家 标 准《GB/T 24325—2009纸浆 实验室打浆瓦利（Valley）打浆机法》。

1.设备结构

与工业上用的荷兰式打浆机相仿，由具有山形部和中墙的浆槽、飞刀辊、底刀床、加压机构、放料塞等部分组成。见图4-1。

2.主要技术规格

打浆容积：23L；

飞刀辊：规格：ϕ168mm×152mm，镶刀后辊子直径为190～194mm，刀数：32把；

飞刀规格：152mm×33mm×4.7mm；

飞刀材质：不锈钢，硬度为350～400HB；

转速：（498±12）r/min；

底刀：刀数：7把，规格：159mm×16mm×3.2mm；材质：不锈钢，硬度为325～375HB

杠杆比：445/229≈1.94∶1

加压方式：通过杠杆一端的荷重使底刀压向飞刀辊而使浆料受到压力作用。

3.工作原理

一定量规定浓度的纸浆在瓦利打浆机内进行机械处理，纤维在旋转的飞刀和固定的底刀之间经受不同作用而被疏解、切断、压溃、润胀、细纤维化等，从而使浆料具有一些特定的性能。

4.操作步骤

（1）浆料的准备

根据纸浆的水分含量和打浆浓度计算出浆样质量和用水量，计算方法如式（4-1）和式（4-2）所示。如系干浆板或干浆块，在加入打浆机之前需在室温下用5L水浸泡4h以上，然后撕成25mm×25mm的小片。为了保证使最初的解离作用产生最小的打浆效果，应通过浸泡使试样彻底松软。湿浆无需用水浸泡。

（2）打浆工艺条件的制定及工艺计算

① 浆料质量：最大460g（绝干浆计）；

② 打浆浓度：1.5%～2.0%；

③ 打浆体积：23L；

④ 最终打浆度：根据需要确定，一般麦草浆约50°SR，木浆约45°SR。

⑤ 打浆比压：根据杠杆比1.94∶1及重砣质量计算，木浆（54±1）N，草浆（29±1）N；

（3）浆料预解离

装料前，先在打浆机中加入18L温度（20±5）℃的水。开动打浆机，然后把浆料慢慢加入打浆机内，加入时间控制在3～5min。装完料，补充水至浆和水的总体积为（23.0±0.2）L，以达到要求的打浆浓度，并调节浆料温度为（20±5）℃。然后进行解离，至无小浆团为止。

注1：在解离过程中，应将底刀杠杆臂上下移动1～2次，以防浆团卡在刀间而影响浆料离解。整个解离过程一般控制在30min以内。

注2：气温较高的某些地区，打浆温度可采用（25±5）℃，但应在报告中注明；有些浆料如未漂硫酸盐浆木浆难以离解，解离时间可适当延长。

警告：当打浆机运转时，手不得伸入其中。

（4）测定打浆度、保水值及湿重

解离结束，取样测定打浆浓度和原浆的打浆度、保水值及湿重，并用显微镜观察纤维形态。如有必要则同时取样抄纸，测定原浆的物理强度。

（5）打浆

① 施加重砣，开始打浆；(www.xing528.com)

② 取样：从打浆开始，每隔一定时间取浆样测定打浆度、保水值及其湿重，并观察纤维形态。同时取样抄纸，测定浆张物理强度，以研究打浆过程中纸浆性能指标的变化情况。

取样时间举例如下：

漂白和未漂的亚硫酸盐浆、草浆、碱法阔叶木浆：5min、10min、15min、20min、30min；

漂白针叶木碱法浆：5min、15min、30min、45min、60min；

未漂针叶木碱法浆和黏状打浆：5min、15min、30min、60min、90min；

打浆结束，取下重砣，停止打浆，用尼龙袋收集纸浆，清洗机器。

（二）PFI磨法

参见国家标准《GB/T 29287—2012纸浆 实验室打浆PFI磨法》。

1.设备结构

由打浆辊、打浆室和加压装置三部分组成。

打浆辊直径为200mm，其上有33把刀片，刀片长50mm，宽5mm，刀片间的槽深30mm。刀片平行于打浆辊轴线成辐射方向排列。打浆辊由1kW电机带动，空载时其转速应控制在（1460±30）r/min。

打浆室内径为250mm，由400W电机带动，空载时转速控制在（710±10）r/min，以使打浆室和打浆辊间的圆周速度差值为（6.0±0.3）m/s。

加压装置由重砣和杠杆系统组成。打浆压力是由重砣通过杠杆使打浆辊移向打浆室的内壁而得到的。打浆时，打浆辊和打浆室分别在垂直轴上沿相同方向转动，其工作情况见图4-2。

图4-2 PFI磨打浆辊和打浆室工作示意图

1—打浆辊 2—打浆室 3—浆料

2.工作原理

由于打浆室的旋转运动使浆料产生离心力作用而被均匀地分布在打浆室的圆周内壁，打浆辊在打浆室内以与打浆室相同的旋转方向运动，但打浆辊的转动速度快于打浆室的转动速度。在打浆时使打浆辊与打浆室始终内切，并由加压装置给打浆辊加压。这样基于以相同方向旋转的打浆辊和打浆室之间的圆周速度差，使浆料在打浆辊和打浆室之间隙中受到机械作用而产生切断、压溃、分丝、帚化等打浆作用。

3.操作步骤

（1）浆料准备

取相当于（30.0±0.5）g绝干浆的浆样，用水充分润湿，浸泡时间长短视纸浆种类和干度不同而定。若为干浆板或风干浆，浸泡时间要在4h以上，浸泡后，撕成25mm×25mm大小的浆片。液体浆料可直接经解离后进行打浆。

（2）浆料离解

浆料在PFI磨打浆之前，通常要进行解离，使交织的纤维或纤维束通过机械作用离解成单根纤维，但仍保持纤维的固有结构。标准浆料解离器的离解操作另在本实验附录详述。

（3）浆料浓缩

浆料离解后，将其放入布氏漏斗内（漏斗内预先铺有一张较粗的滤纸或100目的滤网），用吸滤瓶抽吸脱水至一定干度。为避免细小纤维的损失，可将滤液重复过滤一次。称量浓缩之浆料，并加水稀释于总质量为（300±5）g，相当于质量分数为10%的浓度。

（4）磨浆

调节打浆元件和浆料温度在（20±5）℃，将浓度10%的浆料放入打浆室内，尽量使浆料均匀分布在内壁周围，注意不要使浆料留在打浆室底部和打浆辊相接触的地方。放下打浆辊于打浆室内，盖好盖子。开动打浆室，使浆料甩到壁上，然后再开动打浆辊，待两个打浆元件达到满速时施加负荷，通过杠杆调节打浆压力（针叶木可选3.330.1N/mm刀片长度，非木材可选1.77N/mm刀片长度），同时开动转数计数器。当转数达到要求时，解除打浆压力，停止打浆，待打浆室和打浆辊停止转动后，提起盖子和打浆辊，把全部浆料转移到烧杯中。取浆料测定打浆度、湿度和保水值，并用显微镜观察纤维形态的变化。其余浆料进行抄纸，测定物理强度。

附录 标准浆料解离器解离操作

参见GB/T 24327—2009化学浆解离，GB/T 29285—2012机械浆解离。

1.设备结构

主要由圆筒容器、螺旋桨和记录转速的计数器组成，主要起疏解作用，圆筒内壁有等距安装的挡板。其结构图见图4-3。

图4-3 标准浆料离解器结构

1—6.5mm×6.5部分2—边缘R33—倒角R0.44—4个螺旋桨，每个螺旋桨横跨半个圆周（图示3个）

2.工作原理

浆料在圆筒容器中靠螺旋桨的旋转作用，产生离心力，被甩向圆筒内壁四周，由内壁的挡板所撕裂，使互相交织的纤维解离成单根纤维，被解离的浆料纤维结构应不发生显著变化。

3.解离操作

放湿浆于离解器中，加入（20±5）℃的水，至总容积（2000±25）mL，浓度约1.5%，将计数器拨至零。启动电动机，进行离解，离解转数依纸浆的情况而定，对原始纸浆干度高于20%者应使螺旋桨离解转数为30000转；对原始纸浆干度小于20%者，应使离解转数为10000转。待达到规定转数时，检查浆料离解情况，若离解不充分，应继续离解一段时间，至浆料完全离解好为止，报告中应注明离解转数。

某些地方由于气温较高，也可以采用（25±25）℃的温度，但要在报告中注明。