帘式涂布技术应用及探讨

帘式涂布作为一种预计量的理想仿形涂布，其特点是在纸机横幅方向的喷嘴提供一个自由下落到运行纸幅表面的涂料幕帘。目前国内大型涂布纸机使用帘式涂布比较成功的只有两家，一家是我们公司，另外一家是山鹰纸业(吉安纸业机）。以前山东晨鸣纸业和我司的帘涂机由福伊特（VOITH）提供，山鹰纸业的帘涂机由美卓（METSO）提供。两家帘涂机各有其特色。我司的帘涂机存放于一个密闭的恒温操作室内，而山鹰纸业的帘涂机比较小，密闭的空间也相对较小。山东晨鸣纸业由于纸机搬迁，后面帘涂机据说拆除了。

配有帘式涂布的国内某大型纸机技术规格参数如下：产品：涂布灰底白纸板；生产能力60万吨/年；定量：200～450g/m²；原纸宽度（最大值）：6600mm；设计速度：1100m/min；操作速度：1000m/min；传动侧：左侧；压缩空气供给（最小值）：4.5bar；液压系统操作压力：12bar。

图1是福伊特帘涂机和美卓帘涂机的比较。

机与美卓帘涂机

2不同涂布方式的比较

2.1 涂布效果的比较

流平涂布、等高线涂布、理想等高线涂布三种方法涂布的基本原理、涂布效果的比较如图2。

图2 不同应用系统效果比较

2.2允许空气含量的比较

在涂料制备过程中，气泡的带入是不可避免的。如图14所示为不同涂布方式所能接受的涂料空气含量。特别对于帘式涂布来说，涂料中的气泡可以使幕帘在下落过程中发生破裂，影响幕帘的稳定性；未破裂的气泡随着涂布过程的进行转移至涂层，经涂布干燥后最终破裂产生针眼（漏涂）等纸病，对成纸质量造成严重影响。

福伊特的AirEx AT-V真空除气器共分3层，每层的旋转圆盘边缘都开孔，涂料在旋转圆盘中形成薄层，离心后密度小的气泡直接被真空抽吸去除，密度较大的涂料通过边缘开孔进入下一旋转圆盘进行再除气，增加了涂料在除气器里的停留时间，提高了除气效果。一般地，进除气器的涂料温度控制在25～29℃；相应真空度控制在40～45mbar（绝压）为佳。除气后涂料的空气含量很小，用常见的EGT测试无法测出（小于0.1%）。

图3 不同涂布方式中的允许空气含量

3  帘式涂布原理

3.1 精确计量的涂布

帘式涂布作为一种非接触式涂布，属于预计量涂布方式，不同于常见的等高线涂布（MSP）、刮刀涂布（流平涂布），其涂布量可以预先精确计量，见图4。

图4 影响涂布量的因素

3.2 帘式涂布原理

在帘式涂布中，幕帘下落会对纸幅产生冲击，然后在纸幅作用下加速并随纸幅运行，直至同纸幅速度相同时，涂料沉积于纸幅上形成涂层。如图5，涂料幕帘是在喷嘴处形成的；幕帘自由下落50～300mm，在重力作用下伸展。

图5   帘式涂布原理

帘式涂布下落幕帘的稳定性：欲获得高质量的涂布纸，幕帘自由下落必需稳定。尤其是在低速或低定量涂布时，幕帘的稳定性是一个限制性因素。幕帘不稳定会导致：CD和MD方向上涂层分布不均匀，甚至漏涂。要改善幕帘的稳定性，可以通过以下措施：增加体积流量；降低表面张力；增大涂料粘度（较高的粘度减少了流体动力学障碍）。

帘式涂布冲击区域：下落幕帘在冲击区域与纸幅相碰撞，纸幅的速度比幕帘下落的速度要快得多。通常，剪切速率为105～106L/s，张力和应变也是105～106L/s。

帘式涂布伸展：涂料的伸展会破坏薄膜并产生涂布缺陷；较高的纸幅速度（可以通过增加幕帘的下落距离即下落速度）来补偿：张力较小；但是，如果距离过长，幕帘会很不稳定；较高的延展粘度可以稳定涂料的伸展，通过改性增稠剂来提高质量。

４ 帘式涂布工艺

4.1 典型的帘涂配方（见表1）

4.2 典型的帘涂工艺参数（见表2）

5 帘式涂布的特点

5.1 优点

与传统涂布机一样，固含量能够达到70%；能够满足中高涂布量（至20g/m²），且实现完美的涂层覆盖。机器速度达1600m/min，有潜力至2000m/min。

基于无接触应用的优良运行性能，容易操作和实现最低维护费用：

● 无易损件：无橡胶覆盖辊、无计量元件（无刮刀梁、切纸机）

● 极少断纸

● 单层涂布量检测：涂料进料量＝涂布量

● 最少涂料应用

5.2 局限性

● 无平滑作用

● 低定量涂布困难，尤其是低纸机车速时

● 不能“真正的”同时两面应用

5.3  应用潜力

● 涂布非木材

● 涂布纸板和包装材料

● 涂布含木纸

● 复合涂布

6 应用实践

6.1 降低涂料中的空气含量

来自于帘式涂布的针眼（漏涂），有效的解决办法是减少涂料及涂布过程中带入的空气。一般可从以下方面着手解决：第一，帘涂配方必须精心设计，精确计量，包括加料顺序和涂料各组分混合的速度控制等，尽可能减少涂料制备过程中带入的空气；第二，帘涂工作站整个上料系统包括供料泵、预过滤器、主过滤器（压力筛）的主管道和回流管道等的走向、位置安装都要尽可能减少带入的空气，另外几个除气器的布置、管道坡度安装时要一样，确保除气后空气含量小于0.1%甚至更低。

6.2 涂布故障及涂布帘故障

涂布故障、涂布帘故障如图。道、条纹纸病，多发生于高速、原纸太粗糙，解决措施是降低原纸粗糙度；幕帘破裂纸病，多发生于低流速，原因是幕帘太薄，解决措施是调整配方，稀释涂料，增加涂层厚度。至于在纸面不规则间歇出现的帘涂“条痕”，实际是由于帘涂喷嘴处的冷凝水在形成和下落过程中将此处自由下落的幕帘稀释变薄所致，究其原因为帘涂恒温室房间温度与帘涂喷嘴处的涂料温差太大，使喷嘴结露引起。只需将二者温度控制一致即可消除此现象。

帘式涂布常见纸病问题及解决办法表3。

表3  帘式涂布常见问题的解决办法

6.3 帘式涂布冲击区：跟的形成

若涂布量高或纸幅速度低，就会产生脚后跟现象（图6）：跟不稳定：由于不稳定的湿线会导致涂层横向分布不均匀；可能会有漩涡：气泡会被夹带进去，导致漏涂。

如果涂料粘度较高，形成跟的可能性较小。

图6  跟的形成

6.4 帘式涂布冲击区：拉拽

如果纸幅速度快、涂料流速慢，纸幅就会拽着幕帘走，如图7。湿线朝着纸幅运动方向走，可能会变得不稳定：会有夹带空气和气穴现象的危险，甚至导致漏涂现象。若粘度太高，幕帘拉拽和漏涂现象更有可能发生。

图7  拉拽

总之，帘式涂布因其完美的覆盖，掩盖了大多数尘埃纸病，同时节约了纤维、无涂布原件损耗，消除了刮刀条痕、非接触式涂布对原纸没有施加任何机械应力，可以施涂低强度原纸，使涂布操作断纸减少、运行率提高，因此具有较大的经济、技术和质量优势。但是由于高速帘式涂布在国内使用的时间较短，很多方面还需继续摸索，比如目前国内能提供稳定的帘涂胶乳的只有盛禧奥一家，这也限制了帘涂工艺的改进和成本的控制。目前帘涂的吨涂料成本相对预涂和面涂还是高很多，这是我们做涂料和造纸人的努力方向。