刮刀涂布理论_周军锋

刮刀涂布理论

周军锋译

(中国制浆造纸研究院,北京,100020)

摘 要:本次研究的主要目的是为了更好地理解刮刀涂布过程中的物理影响因素。所研究的影响因素包括纸机车速,流量和刮刀角度。各种因素的影响作用通过三维流动程序进行模拟,然后通过中试试验对结果进行验证。模拟和试验所得到的结果与已知的脉冲力方程及流体动力方程进行比较,我们将很容易地看到模拟得到的结果和根据已知方程式计算出来的结果具有很好的相关性。关键词:

1 介绍

刮刀涂布是生产涂布纸和涂布纸板最常用的一种涂布方式,由于它能够赋予纸页较好的平滑性和在车速较高的情况下在纸页表面能够涂上一层较薄的涂层,因而比较受造纸厂欢迎。

在车速比较高的情况下要求获得高质量的涂布纸页对刮刀涂布来说是一个长期的挑战,因而理解涂层的形成就显得非常重要,这就要求应该对涂布过程进行更有效的预测和实行更好的控制。不必要进行一些经验性或凑数试验,我们也可以发现不同的影响因素之间可以很容易地结合起来。

刮刀涂布时,过量的涂料施涂到纸页的表面,多余的涂料通过刮刀除去,当多余的涂料被刮刀刮掉时,流动的涂料将会对刮刀产生作用力。在本次研究中通过模拟刮刀和纸页夹区处涂料的流动情况来对这些作用力进行验证。为了使各种因素的影响作用能够得到认可,我们在使用三维流动程序进行模拟的同时制订了试验计划,然后在一台涂布机上对前面模拟的结果进行验证。

在整个模拟过程中,将刮刀模拟成一面带有一定角度的墙壁,把纸页模拟为一个平滑的表面,涂料为牛顿型流体,通过改变涂料液的液位来调节涂料流量。在已知纸页到刮刀口距离的情况下,计算涂料施加给刮刀的总作用力。

然后将模拟所得的结果和根据已知的脉冲力方程和流体动力方程所计算出来的结果进行比较。2 背景

就涂料在刮刀区域的行为已经做了大量的研究,直到今天仍然存在许多谜团。对于涂料如何作用及哪一种模型可以完全正确描述涂料的这种动力&l2

作用仍然没有确切的答案和解释。早期的研究结果表明,在硬质刮刀涂布中,脉冲力占整个施加给刮刀的作用力的90%之多,剩余的那部分作用力为流体动力。

Kahila和Eklund两个人已经提出了解释刮刀所受作用力的基本理论,后来Eklund做了一些修改,该理论表明:刮刀口所受的平衡力可根据下面的方程来确立:

FA=FI+FH式中:FA 纸页的反作用力;

FI 脉冲力;FH 流体动力.下面是脉冲力方程:FI=sin

式中:m 流量;v 纸机车速; 刮刀角度

流体动力方程如下:FH=

h1ln(1+k)- k=-12

2+h0tan

(3)

式中: 粘度;

v 涂布机速度(或者说刮刀下面纸幅的运行

速度更确切); 刮刀角度;

h1 刮刀开始受压时尾部距离纸页表面的高

度;

h0 刮刀尖距离纸页表面的高度。下面的理论可以参考上面这些方程。3 模拟

模拟过程是通过三维流动软件来实现的,把测定的区域放在二维欧拉坐标系(x-z)中进行模拟,将刮刀模拟成一个在z向上无限高的矩形模型。把

(2)(1)

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