1. 研究目的与意义
自造纸术发明以来，纸就进入了人类的日常生活，然后随着生产技术的发展，造纸技术更是日新月异。从古代的蔡伦发明了造纸术至今已过了1900余年，特别第二次工业革命之后，随着蒸汽机的发明，造纸机随之而出，使造纸业实现了划时代的转变，改变了传统的造纸方式，提高了纸张的质量，促进了社会经济的发展[1]。为了能够深入了解纸机的发展历程和未来纸机的走向，提高对造纸方面的认知，以及掌握纸机方面难以解决的问题，希望能以此进行研究，探索未知的领域，完善自己的不足之处。
随着科学技术的不断发展，造纸技术也已经发生了翻天覆地的变化，在最近的30年时间里，仅造纸机的生产能力就已经提高了3倍，并且其生产观念发生了巨大的变化。总的来说，造纸机的发展是向大型化，高速化的方向发展，在70年代末以前，造纸机基本上是通过增加纸机的宽度来提高纸机的生产能力，而现在大型纸机的抄宽都在10米左右，而现在如果仍通过增加纸机宽度的方法，大约可使纸机的生产能力再提高10%左右，然而由于纸机宽度的增加，会使纸机结构变的过于巨大，而使投资费用大大增加，总的经济效益反而会呈现下降趋势，因而造纸机宽度的增加是有一定限度的。另一种提高纸机生产能力的方法是提高纸机的运行速度，近30年来，造纸机的设计车速差不多已经提高了一倍，而在将来的1015年时间里，预计车速的提高还会继续以这一速度持续发展下去。现在国际新型纸机的普通设计车速一般都在1700m/min~1800m/min，而工作车速差不多也是接近这一水平。在21世纪之初，造纸工业也将面临一个新的飞跃，新一代纸机应该是高速和宽幅相结合的造纸机。造纸工业是资本密集型行业。造纸机是其中投资最大的设备，其电力和蒸汽消耗（包括打浆和调料）超过制浆工段，也是最大的，而且还决定生产效率和最终产品的质量，因此，人们不断进行造纸机技术的研究开发[2]。
2. 国内外研究现状分析
随着纸机发明的两百年里，国内外一直对其进行不断的研究，从发明到现在二百多年的历史当中，我们可以看到造纸机在发生着日新月异的变化。自我国十一五计划提出调整造纸工业原料结构，降低水资源消耗和污染排放，淘汰落后草浆生产线以来，国家陆续关闭或整改了一批技术含量低，污染严重的小型造纸企业；同时为满足大型造纸企业对高档造纸机的需求，树立了开发国际先进制浆和造纸重大技术装备的战略目标。 新一代造纸机，作为现代造纸流程中纸幅成形与最终完成的核心设备，已被列为国家科技部十一五863计划重大研发项目[3]。目前，国内造纸机械设备制造业经过 50多年时间的发展,从最初低水平的单机维修与生产到今天的多规模,多工艺,多品种的系统成套生产,已经逐步形成了集华南理工大学制浆造纸实验室,轻工业杭州机电设计研究院,岳阳纸业,玖龙纸业集团,轻工机械设备制造集团于一体的产、学、研，用的产业链。造纸机从最初 3150mm 机发展到现在可以生产幅宽达8m ,车速达 1200m/min 的中挡机[4]。
上世纪 50年代后期,在有关部门的组织下,上海生产了我国第一台3150mm纸机,计划经济时期,主要依据当时造纸工业以发展非木纤维制浆造纸的中小型企业为主的计划来安排造纸设备生产计划。以生产单机为主，逐步生产小成套设备，以数量型发展来满足建设需要。该时期造纸机技术水平低，配置低端，质量不佳， 除少量几台3150mm，330m/min 纸机外,其余大多纸机车速都处于160m/min以下。
上世纪80年代引进国外先进造纸设备技术，加强国产化工作，纸机设备制造有了较大进步。80年代后期开始与美国贝洛依特(beloit)公司合作创办了生产高压线压胶辊的西贝造纸胶辊公司，与芬兰维美德(valmet)公司合作创办了西安维美德造纸机械有限公司，生产中挡造纸机，引进奥地利福依特(voith)长网多缸纸机的流浆箱等 , 项关键部件及刮刀涂布机的设计与制造技术,这一阶段成功开发了日产 50-75t 的长网文化纸机, 日产 100t 的叠网纸板机及多圆网纸机，纸机第一次提速到最高450m/min[4]。
3. 研究的基本内容与计划
(一) 造纸机装置设备
1) 造纸机的车速和幅宽
2) 流浆箱
4. 研究创新点
社会跨入21世纪,新世纪的高速发展也对流送与成形研究提出了更艰巨的任务,对流送与成形工艺和装备业提出了更高的要求。流送与成形的研究成果,导致了双网成形器、夹网成形器以及高浓成形技术与装备的出现,使利用成形技术控制纤维的取向和排布成为可能。预计在今后的一段时期内,可控成形技术将会是一个研究的热点,且随着相关科学技术的的发展而取得重大的突破[6]。
对于造纸机的流浆箱,随着大量使用再生纤维和印刷技术及后加工技术的提高,整个造纸机的设计将会有较大的改变,流浆箱更是首当其冲。通过改进流浆箱的设计来控制纸页的成形,从而获得更好的平滑度和减少掉毛掉粉。
层叠成形将被运用于所有原始产品的设计中,从而改善纸页性能。如薄页纸产品可以用8个流浆箱分8次成形。这样可以兼顾纸页的强度、柔软度和平滑度,将层阔叶木浆铺设在面层,而将3层针叶木浆作为芯层。层叠成形也将用于提高纸页的挺度、耐破度以及降低纸页的定量,以达到各种指标的最佳组合[7]。其中，多层成形技术在薄页纸上的广泛应用不仅因为浆料分层而提高纸页性能，成形过程中的表面絮聚物对于薄页纸不是最大的缺陷，因为薄页纸要经过起皱作用，不要求薄 页纸在成形过程中表面均匀一致。robert和 hergert[8]在他们的论文中提到了瑞典 sca obbola造纸厂的 10m抄宽的挂面纸板与单层成 形纸的性能比较 ，当加入 25％瓦楞废纸浆(相对于原 生硫酸盐浆)时，单层成形纸性能下降了 20％，而应 用 beloit converflo流浆箱三层成形纸性能仅下降 6％。对于 20％阔叶木浆和 80％针叶木浆，用英国 boiton rd纸机抄造挂面纸板，针叶木浆放在中间层，纸页性能比普通抄造方式提高 10％。在下一代的纸机操作中,成形布浆器将有效地控制局部横向的浆流浓度。用浓度稀释法设计的流浆箱布浆器将部分取代用堰板缝隙变形来调节横幅定量的布浆器。这样将会消除浆流的偏流和横流现象,使横向分布更为一致[9]。从200年前发明造纸机以来,长网造纸机就一直是纸页成形器的主体,现在已有数千台单长网造纸机在世界各地运行。有权威人士估计[10]在未来的数十年内,单长网造纸机将被渐渐地视为古董。随后,今日的混合式成形器也将不可避免地成为过时的东西,但是在近期内还不可能。
