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超声波技术在瓦线上的应用

超声波技术在瓦线上的应用 2011年12月09日 来源： “[I>冷”瓦线可以降低瓦楞纸板加工过程、减少投资成本和运行维护成本、降低能源消耗。不过，尽管“冷”瓦线具有上述诸多优点，但历经40余年的研究，仍未能取得令人信服的成果。那么，长期以来用于塑料薄膜、部分无纺材料和人造纤维纺织品的超声波焊接技术能否用于生产瓦楞纸板呢？BHS公司一直致力于投资开发能生产更宽纸板、加工速度更快的瓦楞纸板生产线，并非常关注其市场发展潜力。因此，BHS公司组成了一个研究小组来研究开发该项新技术，该小组成员为大学研究院所的成员和瓦楞纸板行业的技术专家。 [/I>　　该小组自研究一开始就直奔研究主题——瓦楞芯纸与面纸的粘合问题。假设要在生产速度为300米/分钟的瓦线上，在一分钟内粘合瓦楞芯纸和面纸，就意味着超声波喷射头（也称超声波触头）对纸的影响少于0.2毫秒（0.0002秒）。0.2毫秒与传统单面机上的压力辊的作用时间相差无几，尽管传统单面机的生产过程中包含预热过程。而采用超声波粘合技术的目标之一是消除残留水分的影响（现在的单面机在生产瓦楞纸板时使用的浆糊中含有水分），而水分常常会影响纸板的平整度。与传统的瓦楞纸板加工过程相比，超声波技术具有以下优势：

·无需使用浆糊，从而消除了水分对纸板加工过程的影响　　·无需预热瓦楞辊　　·减少了纸板翘曲现象的发生　　·机器重启时不会出现没有粘合的单面纸板　　超声波设备

出于实际运用的考虑，该研究项目限于使用纵向超声波触头或辊状超声波触头。

在实际生产中，超声波通过粘合单元来产生。粘合单元包括超声波发生器、处理器、增压器和超声波触头。超声波发生器产生超声波，通过处理器不间断地监测和控制超声波的振幅和波长（因为未经过控制的振幅增加将严重破坏整个系统）。增压器在超声波触头处扩大振幅，以获得生产所需的振幅。到了超声波触头，也即系统的末端，必须进行调频（如增压器所起的作用）使波长产生共振。以钛为原材料生产的Ti-3A1-4V 通常被用于达到最高超声波振幅。超声波共振是机械的，必须通过压力直接传递到材料上，在支撑砧垫上进行粘合。在这种情况下，砧垫就是旋转的上瓦楞辊。

原纸

原纸由纤维素构成，不具有热塑性。很多适用于超声波粘合技术的塑料材料是由于其固有的热塑性，及对固定位置的加热而达到的粘合效果。该小组对此进行了一项在两张纸之间建立粘合关系的研究。

研究人员首先在各种不同的生产参数下，对不同的纸张级别进行了测试，以确定其对超声波粘合技术的适应性，了解并弄清了粘合机制。研究人员还去纸张研究机构按要求生产了一些样品，并分析了超声波粘合测试的结果。含有确定纤维的纸浆就这样被生产出来了（经过漂白和未经过漂白的松树纸浆以及机械木纸浆）。其中包括100%机械纸浆、50%经过漂白的和50%机械纸浆的混合纸浆。

然后是在样品上进行的测试。测定条件包括装载压力、暴露时间和振动幅度——包括加湿、不加湿或加浆糊的情况——主要目的是确定哪些参数对纸板生产产生影响。初步结果显示，适当添加浆糊和水分对于获得规定的粘合强度至关重要。仅仅通过超声波技术不可能达到理想的粘合效果。

在第二组系列测试中，四种不同稀释浓度的浆糊被应用到纸张表面，然后在特定条件下进行超声波粘合。运用抗剥离测试测定每种情况下的粘合强度，结果如下：

·在没有经过任何湿润或不含有任何浆糊的纸板上，即使纸板含有丰富的木质素，完全采用超声波技术不可能达到粘合效果。　　·含有一定量水分和浆糊的纸板可以采用超声波技术进行粘合。粘合强度则视情况而定。　　普通芯纸和面纸测试

第三组系列测试的对象为普通芯纸和面纸。测试结果具有参考价值。

在初级测试阶段，采用了多种超声波运用时间、静态粘合压力和振动幅度以限定加工工艺参数。接下来进行的测试系列采用干燥纸板（通常是自然含水率5%-8%），楞型为C楞，然后在这些纸张上增加水分。共采用550多张纸板样品用于超声波技术测试。纸板粘合强度测定采用了TAPPI T821标准（粘合强度测定标准）。

首先进行的是“干燥”测试（即不对纸板加湿），结果不是粘合强度很差，就是导致纸板燃烧。测试结果证明，纸板在超声波下暴露的时间越长、接触的压力越大，粘合强度也会相应的提高。其中所获得的最好的粘合强度是采用传统浆糊用量的26%，暴露时间为0.1秒，这样产生的粘合强度比传统生产条件下的粘合强度高100倍。

“潮湿”测试（即对纸板加湿）复杂得多。由于暴露时间为0.06秒，因此对设备运用造成限制。测试结果表明，纸板在超声波下暴露的时间越短，接触压力越大，粘合强度就越高。减小振幅只会对粘合强度造成少量影响。通过以上测试不难得出以下结论：

·对于普通原纸来说，潮湿度是获得足够

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