详解纸品加工的涂布方式及设备

       以适当流变性的物质，取纸为基材，借人工或机械经涂布、干燥（有时还伴有压光）而成的纸产品，叫做“涂布纸”。由于涂布纸种类繁多，功能性各有不同，因此涂布方式及设备多种多样。

        20世纪50年代出现了第一个刮刀式涂布机专利。此后刮刀涂布机技术得到了快速的发展。根据上料设备、刮刀类型和刮刀安装位置的不同，刮刀涂布头也分为许多种，如硬刃刮刀涂布机、拖刀式刮刀涂布机、软刃刮刀涂布机、喷泉式上料刮刀涂布机、短驻留刮刀涂布机、比尔刮刀涂布机、刮辊式涂布机等。 

工作原理：利用上料辊或喷泉式上料系统向原纸上转移足够多的涂料，然后利用刮刀进行计量和整饰。工作原理如下图：

下面是一种典型的刮刀涂布设备：

比尔刮刀

刮刀涂布的特点：刮刀涂布纸的涂层表面不受原纸粗糙度的影响，可获得较高的平滑度；涂层有较高的平整度；刮刀涂布机对涂料粘度有较高的适应性；可以使用高固含量的涂料；干燥效率高；车速快，常见车速600m/min左右；运行成本低等。一般涂布量为6~20g/m2 。

刮刀涂布最常见的纸病：涂层表面的刮刀纹，产生这种条纹的原因很多：①具有胀流特性的涂料在高剪切速度下凝聚成较大粒子而挂在刀口处，将涂层表面刮出条纹或道子。②高浓涂料中的水分浸入纸层后，使涂料固化而易出道子。③涂料的粘度不适当，当粘度过低时，涂料中的杂质不易被带出刮刀口，加上水分向纸层渗透快，使杂质淤集在刀口而产生道子，而粘度过大易呈胀流特性而易出现道子。④原纸上有杂质，或原纸易掉毛掉粉，夹在刀口处即易产生道子。⑤刮刀口局部过热，此处便易固结部分涂料而在涂层划出道子。刮刀有缺口，会在涂层留下凸起的道子。

工作原理：刮棒式涂布机较多地用于有机溶剂涂布和二次涂布时的底涂，也有些用于铜版纸的生产。刮棒式涂布头主要由一个上料辊和一个安放在特殊支架上的刮棒所构成。刮棒的转向可与原纸的运行方向相同或相反，当刮棒的转向与原纸的运行方向相同时，有利于提高涂布量。当刮棒的转向与原纸的运行方向相反时，有利于涂层的整饰作用。刮棒式涂布机的工作原理如图所示。 

刮棒涂布的特点：较刮刀涂布相比，设备结构简单，操作方便，更换刮棒的频率也比刮刀小得多，但涂布量要比刮刀涂布小，也因此使用范围受限。热敏纸的面涂及无碳复写纸的下纸涂布等均可使用刮棒涂布。

       20世纪30年代气刀涂布机的问世标志着现代纸张涂布工业的诞生。

工作原理：来自涂料槽的涂料经供料和上料系统转移到原纸的表面，纸面上过量的涂料被位于背辊中心线处的气刀吹落到气料分离器内，分离后的涂料经气料分离器回流到涂料槽再用。如下图，气刀涂布机的涂布量与气刀的压力有关，同时还与气刀安装的角度、刀与纸的距离、刀缝的宽度等有关。以下为气刀的典型工艺参数：

刀 距：   6～10mm

安刀角：  0～45度

刀缝宽：  0.4～1.5mm

风 压：   9～20kPa

气刀涂布的特点：其优点表现在：产品适应性较好，涂层质量较高，涂布量可以在较大的范围内调节，操作管理也比较简单等。其缺点：用于气刀涂布机的涂料固含量较低，因此对原纸的湿强度有较高的要求，干燥部的负荷也较大，同时限制了车速的进一步提高。涂布量也相对其它涂布方式小，气刀涂布纸的涂层保留原基材表面的轮廓，因此要求原纸的平滑度不能太低。

       气刀涂布在无碳复写纸中“上纸”的涂布中，与其它涂布方式显现出了巨大优势：无碳复写纸微胶囊层涂布一般只能采用气刀涂布机，这是因为微囊涂料中的微囊是不能受外力作用的。如果微囊涂层用刮刀涂布，因刮刀需对纸页(含涂层)产生一定的线压力，来控制定量和匀化涂层，这就会造成微胶囊的破裂，色素油溢出，与显色剂接触、显色而污染纸面，而且破裂后的微囊即失去复写作用。用气刀涂布机涂布一般不会使微囊破裂可保证产品质量。

       20世纪60年代帘式涂布作为一种新的涂布方式被应用于造纸行业，并成为特种纸机外高速涂布的主要形式。

工作原理：涂料从涂布头内的喷嘴（缝宽0.2~0.6mm）中流出连续性的薄膜，以幕帘状坠下，通过一段垂直高度50~450mm的距离沉积在下方的纸面上，以完成覆盖涂布。如下图：

帘式涂布的特点：其优点表现在：纸幅受力较小；适用于相对较高的车速；涂布量均匀，且涂布量范围较大；涂布覆盖性好。其缺点：不适用于低车速涂布机；对涂料中的气泡十分敏感，气泡会造成“破帘”现象而漏涂；对涂料中杂质的筛选比较苛刻；对涂料的黏度、表面张力、流变性均有特殊要求；周围气流的变化较大时会造成料帘的摆动；纸运行时的空气夹带也会影响涂布效果。

工作原理：两个斜列的辊子压在一起，胶液在压区上方形成一个胶料池，当纸页通过压区的料池时，会吸附一定量的胶料，以完成施胶过程，此类施胶机的合辊线压力比较高，一般在40-60KN/M。

其优点是适用于大克重纸种的施胶。

其缺点是：①对施胶前纸的抗水性有一定要求，避免施胶过程中，由于纸页浸泡在胶液中而造成断纸；②车速越高，为避免胶溅料，施胶辊辊径越大；③胶液要确保流动性好，一般情况下，固含量小，会增加干燥成本；④横幅施胶量无法进行微调；⑤只能适用同种料的施胶。

工作原理：胶料或涂料通过计量棒的计量，在转移辊上涂上一层均匀的薄料膜，料膜在压区转移到纸上，完成施胶或涂布。据涂布在线了解，一般设计线压力在18-45 KN/M，工作时线压力通常使用24KN/M左右。

膜转移施胶机特点总结如下：

运行性能良好；

施胶/涂布量调节范围大；

施胶/涂布量受车速影响小；

施胶/涂布量受纸页的吸收性能影响小；

施胶/涂布量受原纸的水分影响小；

纸幅断头少；

减少后干燥部的能耗；

在纸幅水分含量较高的情况下施胶机也能正常运行；

纸张两面胶料/涂料可以不相同。

       此外，由于纸机生产的纸种不定，且纸机运行车速较低，因此，有的纸机即需要能满足生产低定量施胶纸种的膜转移施胶机，同时也要求具备生产高定量施胶纸种的浸泡式施胶机。

工作原理：喷泉式涂布装置包括腔体、上唇板、下唇板、布料管、边封装置和唇口，工作时，涂料从涂料制备系统经喷泉上料装置入口进入喷泉装置，然后从唇口喷出，均匀地喷到涂布背辊上，经计量装置计量后均匀涂在纸面上，经计量装置刮除的多余涂料落到接料盘中，最后回料到涂料制备系统。如图所示：

喷泉涂布的特点：能够较容易地调节上料横幅宽度，方便涂布背辊的清洗，发生断纸时不容易损伤上料装置和涂布背辊，实用与高车速下纸张的涂布，并且涂层的均匀性较好，上料量准确，回流量小，涂料浓度稳定，从而降低生产成本，提高产品质量及生产效率。

        近几年市场需求离型纸的量不断增加，为满足市场需求，车速也在不断提高，对涂布机车速的要求越来越高，涂布设备的改进迫在眉睫，先后从三辊硅油涂布发展到四辊硅油涂布，最后到五辊硅油涂布，车速也在不断地提升，下面以五辊硅油涂布为例。

工作原理：在A辊和B辊之间夹缝存储硅油料，通过两辊的转动使辊B表面形成料层，并可通过调节压力与辊C和辊A接触，它的宽度决定最终材料的涂布宽度，经辊C的转移，将料转移到辊D使硅油料更均匀地涂到纸上。如下图所示：

五辊硅油涂布的特点：无论是在生产安全与稳定、提高产品质量、还是降低生产成本、提高市场竞争能力方面，拥有更健康、更环保、更安全、更节能、更高效的特点，采用硅油涂布都是十分有利的，是一种值得大力倡导的，极具实用价值的生产方法。

       涂布在线认为，在与日俱增的市场需求量，硅油涂布将会不断创新、改进和完善，成为一项成熟的技术，成为市场主导。

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