物理行为下再生植物纤维性能衰变的研究

论文摘要

废纸的回收利用是减轻环境污染、保护生态平衡的重要措施。碎浆和打浆是废纸利用第一道工序--制取原料的关键环节,对废纸的利用效果有着重要影响,因此加强对打浆和碎浆的研究是提高废纸利用效果、减轻环境污染的重要课题。本课题研究了碎浆和打浆对再生纤维回用品质的影响,为提高纤维利用效果提供理论支持,并在此理论基础上对碎浆和打浆设备进行改进,以延缓纤维衰变、提高纤维品质。研究结果表明,碎浆的浓度、转子转速、时间、温度、pH等因素都会对纤维性能和成纸性能产生影响;纤维表面氢键强度在碎浆过程中发生变化,对纤维结晶状况产生影响;此外,利用低温N吸附对纤维平均孔径和BET比表面积的变化规律进行研究,研究表明碎浆处理对再生纤维平均孔径影响非常小,但累积孔容最大提高30.95%, BET比表面积呈现增大趋势,碎浆20min时提高18.31%。利用三维设计软件Pro/Engineer优化设计碎浆转子,在最优工艺:碎浆时间10min,转子转速900rpm,碎浆浓度12%,pH12,碎浆温度40℃条件下,新型转子碎浆较快且循环平稳,实现了浓度在12%以上的中高浓度碎浆,增加生产能力20%,单位质量浆料耗电量节省了12.8%;细小纤维含量增加5.50%,纤维长度下降了2.04%,保水值提高了5.35%,纤维的两个主要强度指标抗张指数、撕裂指数分别提高了4.77%和5.76%;纤维平均孔径下降了4.72%,BET比表面积提高了17.59%。与旧转子相比,新型转子具有明显优势。研究结果表明,打浆使细小纤维含量增加10%以上,6%以下的低浓打浆对纤维有一定的切断作用,一、二次回用纤维长度仅分别降了8%和8.16%;打浆能够有效改善纤维回用品质,使三次回用纤维成纸抗张指数分别提高39.90%、27.77%、18.90%;纤维润胀性得到改善,一次和三次回用纤维保水值分别增加32.06%、37.7%,但随着回用次数的增加,打浆对改善再生纤维回用品质的作用逐渐减弱;随着打浆度的升高,结晶度先略有上升而后降低,纤维素分子间氢键作用先增强后减弱;纤维孔径、累积孔容、BET随着打浆度的提高而增加。利用三维设计软件Pro/Engineer优化设计打浆机磨片,在最优工艺:打浆时间10min,打浆浓度6%,间隙0.3mm条件下,新型磨片打浆时间从20min缩短到10min,增加生产能力50%,单位质量浆料耗电量节省了13.6%;细小纤维含量增加了5.18%,纤维长度上升了4.54%,纤维保水值提高了4.13%,成纸抗张指数、撕裂指数分别提高了7.01%和6.88%;再生纤维BET比表面积增加了2.61%,平均孔径升高了9.35%,累积孔容提高了12.51%。与旧磨片相比,新型磨片打浆效果有了较大提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 再生植物纤维的利用在环境保护中的作用
• 1.1.1 节约资源，保护生态
• 1.1.2 减轻污染，保护环境
• 1.1.3 节约能源，降低能耗
• 1.2 再生植物纤维衰变及其抑制方法研究现状
• 1.2.1 再生植物纤维的衰变问题
• 1.2.2 物理抑制方法研究
• 1.2.3 化学抑制方法研究
• 1.2.4 生物抑制方法研究
• 1.3 碎浆工艺及设备研究进展
• 1.3.1 碎浆工艺发展现状
• 1.3.2 高浓水力碎浆的研究现状
• 1.4 打浆工艺及设备研究进展
• 1.4.1 低浓打浆技术和设备
• 1.4.2 中高浓打浆技术和设备
• 1.5 纤维主要性能及表征
• 1.5.1 纤维及成纸主要性能表征
• 1.5.2 纤维孔隙结构表征
• 1.5.3 纤维表面氢键的表征
• 1.6 研究的目的和内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 主要研究内容
• 第二章 碎浆对再生植物纤维性能衰变的影响
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 实验方法和流程
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 碎浆时间对纤维回用品质的影响
• 2.2.2 转子转速对纤维回用品质的影响
• 2.2.3 碎浆浓度对纤维回用品质影响
• 2.2.4 碎浆温度对纤维回用品质的影响
• 2.2.5 碎浆pH 对纤维回用品质的影响
• 2.2.6 碎浆对纤维微观孔隙结构的影响
• 2.3 本章小节
• 第三章 新型变螺径式高浓碎浆转子的设计和应用
• 3.1 新型水力碎浆机设计依据
• 3.2 转子结构设计方案
• 3.3 转子结构参数设计
• 3.4 基于Pro/E 的新型水力碎浆机的运动仿真和结构优化
• 3.4.1 基于Pro/E 的新型水力碎浆机的三维建模
• 3.4.2 基于Pro/E 的新型碎浆机的运动仿真的实现
• 3.4.3 基于Pro/E 的新型碎浆机转子的有限元分析和结构优化
• 3.5 应用实例
• 3.5.1 新型水力碎浆机最优工艺条件确定
• 3.5.2 新型水力碎浆机性能研究
• 3.6 本章小节
• 第四章 打浆对再生植物纤维性能衰变的影响
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 实验方法和流程
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 打浆对纤维形态的影响
• 4.2.2 不同回用次数对打浆度和保水值的影响
• 4.2.3 打浆对成纸性能的影响
• 4.2.4 打浆对结晶度和保水值的影响
• 4.2.5 打浆过程对纤维表面化学键的影响
• 4.2.6 打浆对纤维微观孔隙结构的影响
• 4.3 本章小节
• 第五章 新型中浓打浆磨片的设计和应用
• 5.1 新型磨片设计依据
• 5.2 新型磨片设计方案
• 5.3 磨片结构设计及参数计算
• 5.4 基于Pro/E 的新型打浆磨片结构优化
• 5.4.1 磨片三维建模及单元的选择
• 5.4.2 磨片的有限元分析
• 5.4.3 磨片的结构优化
• 5.5 应用实例
• 5.5.1 新型打浆机最优工艺条件确定
• 5.5.2 新型打浆机性能研究
• 5.6 本章小节
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢