[发明专利]保持纸张成形所需流体动力学过程的纤维毡成形装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于纸张成形的装置。更具体而言，本发明涉及一种用于保持与纤维毡(fiber mat)成形有关的流体动力学过程的装置。该装置的性能不受造纸机车速、纸张定量或所成形毡厚度的影响。 

背景技术

一般而言，在造纸业众所周知的是，在成形织物上对纸浆中的液体进行适当排滤是保证产品质量的重要步骤。这通过使用通常位于机器(例如长网造纸机)湿部处的排水刮刀或案板(foil)来进行。(注意本文使用的术语排水刮刀，意于包括引起脱水或纸浆活化或两者的刮刀或案板。)如今针对这些刮刀有非常多种不同的设计。典型地，这些刮刀为造纸网或成形织物提供支承表面，并具有与造纸网成一定角度的脱水用拖拉部分。这就在刮刀表面与织物之间产生了间隙，并造成刮刀与织物之间的真空。这不仅将水从织物中排出，还会造成织物被下拉。当真空消退，织物返回原位，会造成横穿纸浆的脉冲，这对纸浆分布来说可能是期望的。活化度(由造纸网挠曲造成)和从纸张排出的水量与刮刀产生的真空直接相关，因此他们彼此关联。可通过将一个或更多个刮刀置于真空室上以增强这种刮刀所引起的排水和活化。排水和活化之间的这种直接相关性是不期望的，因为虽然活化通常是所希望的，但在纸张成形过程中过多的早期排水可能对纤维和填料的保留具有不利影响。快速排水也可能引起纸张封闭，使得后续的排水非常困难。现有技术迫使造纸厂为减缓早期排水而对所期望的活化进行折衷。 

排水可通过液体到液体转移的方式完成，如Ward在专利号为3,823,062的美国专利中教导的，该专利通过引用并入本文。这篇文献教导了通过骤压冲击纸浆而除去液体。该文献表明对悬浮液中的水进行受控的液-液排滤与常规排水相比更不剧烈。 

Corbellini在专利号为5,242,547的美国专利中教导了相似类型的排水。该专利教导防止在与待排水纸张相反的成形织物表面上造成弯月面(气/水界面)。该文献是通过包含一个或更多个刮刀的真空箱结构进行溢 流以及利用控制机构调节液体的排出获得这种效果的。这被称做“浸没式排水(Submerged Drainage)”。据说通过使用吸水箱中低于大气压的压力使排水得以改善。 

除排水外，刮刀还构造来有目的地在悬浮液产生活化，以提供所期望的短纤维分布。Fuchs在专利号为4,789,433的美国专利中教导了这种刮刀。该文献教导了使用波形刮刀(优选具有粗糙的脱水表面)以在纤维悬浮液中形成微湍流。 

其他类型的刮刀希望避免湍流，但仍有效排水，如Kallmes在专利号为4,687,549的美国专利中所描述的。该文献教导了填充刮刀和纤维网之间的间隙，并指出空气的缺失防止了间隙中水的膨胀和气穴现象，并基本上消除了任何压力脉冲。大量这种刮刀和其他装置公开在下列美国专利文献中：5,951,823；5,393,382；5,089,090；4,838,996；5,011,577；4,123,322；3,874,998；4,909,906；3,598,694；4,459,176；4,544,449；4,425,189；5,437,769；3,922,190；5,389,207；3,870,597；5,387,320；3,738,911；5,169,500和5,830,322，这些文献通过引用并入本文。 

通常，高速和低速造纸机生产具有宽范围定量的不同等级的纸张。纸张成形是水力过程，纤维的运动遵循液体的运动，因为单根纤维的惯性力比液体中的粘滞曳力小。成形和排水部件影响三个主要流体动力学过程，即排水、纸浆活化和定向剪切。液体是根据作用于其中或其上的剪切力作出反应的物质。排出水是穿过造纸网或织物的液流，并以通常为时间相关性的流速为特征。 

纸浆活化，从理想意义上讲，是指未经排液的纤维悬浮液流速的随意波动，通常因成形织物响应于排水力的挠曲或刮刀构造造成的液流冲力的变化而表现出来。纸浆活化的主要作用是破坏悬浮液中的网状物并使纤维运动。定向剪切与纸浆活化均为产生剪切力的过程，它们仅在定向程度上以相当大的规模不同，即比单根纤维尺寸大的规模。