摘　要: 对纸浆模塑设备的关键工序——吸滤过程主要工艺参数对产品性能指标的影响进行了分析, 并利用“正交回归”的实验方法对该过程进行了优化设计。通过优化, 找到了能使纸浆模塑设备在吸滤后获得最佳除水率的作业参数配合点。在调试中, 直接把真空度设定在最佳值, 在此基础上再去调试其他参数, 可大大减少调试过程中的实验次数, 提高生产效率。

     关键词: 纸浆模塑; 真空吸滤; 优化

1　引　言

    随着人们环保意识的增强, 以及为了从根本上解决“白色污染”问题, 近几年在国内逐渐使用了“绿色”纸浆模塑快餐器具, 它的保温隔热和抗压性能与泡沫塑料餐具相当, 并在其用后短期内可自行完全生物降解或被回收利用, 而且整个生产制造、使用以及回收的各个环节中对自然生态环境无污染、无破坏作用, 所以可广泛地应用于交通、旅游、快餐饮食及工业包装行业, 具有显著的社会效益和经济效益[ 1 ]。

     在纸浆模塑制品的全自动生产过程中, 真空吸滤成型是十分关键的工序。如何提高吸滤成型的效率, 并对吸滤成型和加热干燥工艺进行较精确的控制, 将会直接影响到产品的几何尺寸、表面光洁度、机械强度等主要产品质量指标。本文对全自动纸浆模塑生产线吸滤过程各工艺参数对产品性能指标(除水率) 的影响进行了分析, 并在同一生产线上进行了实验测试, 对吸滤过程的主要工艺参数利用正交实验进行了回归优化,得出的结论对此类设备的生产调试具有一定的指导意义。

2　全自动纸浆模塑生产线吸滤过程

全自动快餐器具生产线的生产过程如下: 制浆、配浆、吸滤成型、冷压、热干、消毒包装[ 2 ]。其中吸滤过程是其中很关键的一步, 在本实验设备中采用真空抽吸即真空成型的方法。因为吸滤成型模具为多孔结构, 表面附有一定网目的成型网。在进行吸滤时, 利用真空泵对成型模内腔抽真空, 靠压力差对成型模内腔进行初步纸浆模塑制品。真空吸滤的物理过程可以理解为在压差的作用下, 经过稀释的纸浆以一定速度冲向模具的吸滤网, 带动其中的纸纤维层层吸附, 形成纸型坯。从微观上看: 形成坯的薄处水流动阻力小, 流速大, 带去的纸纤维多。厚处则相反, 故自然形成厚薄比较均匀的型坯。从宏观上来看, 水的平均流速大(与水量、压差有关) , 型坯易于致密。纸模坯的成型质量和效率与吸滤时间、真空度、及反冲水时间有关。吸滤成型模具结构原理见图1。

图1　吸滤成型模具结构原理

3　吸滤过程主要工艺参数对产品性能指标的影响

     吸滤过程的主要工艺参数有吸滤时间、吸滤的真空度和反冲搅拌水时间, 它们分别不同程度地影响着产品的主要性能指标(除水率)。

3. 1　吸滤时间对除水率的影响

     在吸滤过程之前, 向注浆槽进行注浆, 同时注入搅拌水, 当注浆和搅拌水达到一定程度时, 开始抽真空进行吸滤。在这个过程中制成一定形状的半湿态纸餐具毛坯, 这是生产线的关键工序。在吸滤的整个过程中, 因为注浆量的大小会直接影响到成型模的厚度, 因此确保其他2 个参数不变, 保持注浆量一定的情况下单独考虑吸滤时间对除水率的影响。注浆量一定, 反冲水时间不变,如果吸滤时间太长, 则使得生产效率降低, 导致整体真空度下降。另外, 吸滤时间太长也会浪费大量能源, 因为吸滤到一定程度后,成型模的含水量不再下降, 就必须依靠后面的生产过程进一步降低含水量; 如果吸滤时间过短, 则成型模含水率过高, 脱模比较困难, 真空度不够, 则会成产品不脱模, 甚至导致成型模破裂。要使产品质量外观都符合要求, 则需要延长热压时间和提高热压温度, 这样能量消耗又太高。

3. 2　真空度对除水率的影响

注浆结束时, 开始对成型模内腔进行抽真空, 使成型模内腔与模外吸浆罩内产生压力差, 使纸浆中的纤维均匀沉积附着在成型网表面上, 形成湿坯, 大量的水分(滤液) 在真空抽吸的过程中通过模下部的吸滤管道被抽走。固定吸滤时间和反冲水时间不变来考虑真空度对最终除水率的影响, 若真空度过低则内外压力差减小, 没有足够的压力差对成型模进行抽吸, 导致在吸滤结束时仍有大量水分留在成型模的湿坯中, 这样热压过程就必须采取相应的措施来确保产品质量, 但又增加能耗, 否则会增加破损率, 使其外表面不光滑, 有压痕, 抗压性差, 表面强度差, 增加废品率。若真空度过高则内外压力差变大, 这时虽有足够的压力抽吸成型模中的水分, 但却使得成型模中的含水太低而影响热压过程的进行, 使热压后的产品质量轻, 强度差。若温度高则纸制品表面会出现焦化现象, 使产品色泽不正而报废, 降低生产效率。

（待续）