李 雷 叶 平 顾伯洪 孙宝忠

1.东华大学 纺织学院，上海 201620；

2.江苏金呢工程织物股份有限公司，江苏 海门 226132

成形网是造纸中用于纸页成形和脱水的器件，其对流浆箱中的纸浆悬浮液进行滤水，形成湿纸幅，并将湿纸幅输送至后续工段[1-2]。经过多年的发展，成形网已从早期的金属单层网、两层网发展为当前大规模应用的具有多个横向纬线系统和纵向经线系统的自支撑绑定(self-supporting binding,SSB)成形网[3]。多层成形网通过中间层缝合而成，如传统的三层网和SSB成形网采用纬线形成中间缝合层[4]。随着造纸机车速的不断提高，作为造纸湿部重要脱水器材的成形网，也迫切需要取得进一步发展[5]。

SSB成形网需通过插接形成接口，从而形成一个整体环形结构用于造纸加工。插接点是指接口处理过程中经线突出网面的位置，因经线处理后在网面上呈点状而称作插接点。插接带由插接点组成，其宽度通常为10 cm左右。插接方法已从传统的手动插接发展为当前的全自动插接。尽管插接自动化程度有所提高，但成形网的插接强度仍较低，接口质量与网体质量差异较大[6]。此外，SSB成形网所采用的单丝直径越来越小，而造纸机车速不断提高，对成形网插接强度和质量的要求也越来越高。接口宽度增加及纬线密度的提高，导致更多纬线在插接机上穿综，进一步增加了插接难度。

插接工序是SSB成形网制作的最后一道关键工序，后续的二次热定型仅对插接带进行工艺微调整，因此插接强度对成形网的质量有很大影响。在造纸质量事故中，因插接强度较低造成的质量事故占很大的比重[7]。故提高插接强度，减小接口与成形网主体的质量差异，对降低造纸质量事故发生率具有重要意义。

目前，关于SSB成形网插接的研究主要侧重于自动插接机的开发设计方面，如河南恒兴造纸网有限公司开发出一种自动插接机，可有效收集插接中产生的网线头[8]。关于SSB成形网组织结构(如面层与底层的织造网纹、面层纬线与底层纬线根数比、经纬直径、经纬密度、接口宽度等)与成形网插接强度关系的研究仍有待详细探讨。基于此，本文结合企业生产实践，探讨不同SSB成形网组织结构参数对插接强度的影响,以期为提高成形网产品的接口质量提供一定的理论参考。

1 试样准备

1.1 原材料准备

SSB成形网，由江苏金呢工程织物公司提供，面层经、纬线采用聚酯(PET)单丝；底层经线采用PET单丝，纬线采用根数比为1∶1的PET单丝与聚酰胺(PA)单丝。

1.2 制备SSB成形网的设备及工艺参数

整经机：瑞典TEXO公司的TSB400型整经机，整经速度为50 m/min；

织机：德国BK880型，引纬频率为100次/min；

热定型机：挪威KE-12.5 m，热定型温度从80 ℃升高至185 ℃，加工速度为2.5 m/min；

插接机：SC-5型全自动插接机，加工速度为3 761根/h。

1.3 SSB成形网组织结构模型及插接方式

SSB成形网组织结构模型如图1所示。其中，蓝线表示面层纬线，红线表示绑定纬线，底层较粗的白线表示底层纬线，上下两根较细的白线分别表示面层经线与底层经线。为方便表述，后文分别用面经、面纬、底经、底纬、绑纬分别表示面层经线、面层纬线、底层经线、底层纬线、绑定纬线。

图1 SSB成形网的组织结构

SSB成形网常见的插接方式有闭口插接与开口插接两种，如图2中黄色标记部分所示。两者的主要区别在于经线在接口形成插接点的方法不同。闭口插接是经线穿过同一纬线后闭合交叉形成插接点；开口插接是经线穿过相邻纬线后呈开口状形成插接点。无论采用哪种插接方式，插接后两端经线并未连接，且在接口处理过程中端口凸出进而形成插接点。目前SSB成形网的面层多采用闭口插接方式，底层多采用开口插接方式。这样的插接方式可确保插接带具有较高的强度，同时兼具优良的滤水性能。本文采用的SSB成形网试样即为面层闭口插接、底层开口插接。

图2 2种SSB成形网插接方式

2 SSB成形网插接强度测试与分析

2.1 插接强度测试

根据QB/T 2618—2003，采用Zwick Z010型强度试验机测试SSB成形网的插接强度，测试参数设置如下：预张紧力0.5 N，预张紧速度10 mm/min，拉伸速度100 mm/min。

SSB成形网试样尺寸：长200.00 mm±5.00 mm，宽20.00 mm± 0.50 mm，每种试样测试3次。

造纸过程中成形网主要是经线方向受力，因此均沿经线方向对插接带进行插接强度测试。

2.2 织物组织结构对成形网插接强度的影响

2.2.1 织造网纹对成形网插接强度的影响

SSB成形网生产中，通常面层织造网纹为平纹组织，以确保成形网的纤维支撑性能及平整性；底层织造网纹为缎纹组织，以使成形网更耐磨，使用寿命更长。在除织造网纹外其他结构参数基本相同的情况下，分别对织造网纹为2/10、2/8和2/6的3种常见成形网进行插接强度测试。其中，2/10织造网纹表示成形网的面层为平纹组织，底层为十枚变则经面缎纹组织，2表示平纹组织一个组织循环的经纬线根数，10表示缎纹组织一个组织循环的经纬线根数。2/8和2/6织造网纹的面层也均采用平纹组织，底层则分别采用八枚变则经面缎纹组织和六枚变则经面缎纹组织。3种成形网的拉伸性能测试结果如图3和表1所示。

图3 3种不同织造网纹SSB成形网的拉伸曲线

表1 3种不同织造网纹SSB成形网的插接性能测试结果

由表1可知，2/10、2/8和2/6这3种不同织造网纹SSB成形网的插接强度分别为486、546和763 N/cm，表明底层织造网纹由十枚变则经面缎纹变为八枚、六枚变则经面缎纹时，成形网的插接强度逐渐提高。面层为平纹组织，底层为十枚变则经面缎纹时，成形网的插接强度最小，比底层为六枚变则经面缎纹成形网的插接强度低36.3%。

2.2.2 面纬底纬根数比对成形网插接强度的影响

当前，用于造纸的SSB成形网，其面纬底纬根数比通常采用2∶l或3∶2，且面层经纬线采用较小直径的PET单丝，底纬采用较大直径的PET单丝，配合一定比例的PA单丝，以提高成形网使用寿命[9]。在其他结构参数基本相同的情况下，面层纬线与底层纬线根数比分别为2∶1和3∶2的SSB成形网的拉伸性能测试结果如图4和表2所示。

图4 2种不同面纬底纬根数比SSB成形网的拉伸曲线

2.2.3 经纬线直径对成形网插接强度的影响

为探讨SSB成形网经纬线直径对成形网插接强度的影响，测试不同经纬线直径成形网的插接强度，结果如图5和表3所示。可知，成形网经纬线直径越大，插接强度越高，且经线直径的影响更大。由图5a)和表3可知，面经直径为0.13 mm、底经直径为0.21 mm时，插接强度仅为430 N/cm，较面经直径为0.20 mm、底经直径为0.27 mm时的插接强度减小了约43.2%。上述结果验证了企业为提高成形网强度而普遍采用增大经线直径的方法的正确性。由图5b)可看出，底纬直径越大，成形网插接强度越高。这也解释了成形网生产时常通过增加底纬直径的方式提高断裂强度，进而改善成形网的耐磨性能。通过增大底纬直径可解决成形网因不断与驱网辊、张紧辊等脱水元件接触而造成的过早下机问题，提高其使用寿命。绑纬是SSB成形网中连接面层与底层的一组特殊纬线，可使成形网结构更紧密。由图5c)和表3可以看出，绑纬直径越小，插接强度越低。当绑纬直径由0.20 mm减小至0.13 mm时，成形网的插接强度由750 N/cm减小至522 N/cm，降低约30.4%。实际生产中，常通过增大绑纬直径的方式提高绑纬与面经、底经的接触面积，进一步增加成形网插接强度。

图5 不同经纬线直径SSB成形网的拉伸性能曲线

表3 不同经纬线直径SSB成形网的插接性能测试结果

2.2.4 经纬线密度对成形网插接强度的影响

SSB成形网经纬线密度是成形网制备过程中的重要指标，无论是织造还是热定型环节，均需专门的设备和工艺条件来确保目标经纬密度的实现，可见经纬线密度对成形网的最终性能有很大的影响。在确保SSB成形网除经纬密度外其他结构参数基本相同的情况下，测试3种不同经纬密度SSB成形网的拉伸性能，结果如图6和表4所示。由图6与表4可知，相比经密为45根/cm、纬密为54根/cm的成形网，经密为57根/cm、纬密为63根/cm的成形网的插接强度提高了约21.1%。原因是经纬密增大，单位长度内的经线及纬线根数增多，纱线排列更紧密，抱合力更强，插接强度也更高。研究还发现，经密不变，仅增大纬密时，成形网的抗张强力与插接强度增量较小。实际生产中，增大经纬密既可提高成形网的纤维支撑留着能力，又能在确保强度的基础上，配合使用直径更小的单丝，改善成形网的滤水性能。

图6 3种不同经纬密度SSB成形网的拉伸性能曲线

表4 3种不同经纬密度SSB成形网的插接性能测试结果

2.2.5 接口宽度对成形网插接强度的影响

实际应用中，接口宽度也会对成形网插接强度产生影响。在确保SSB成形网除接口宽度外其他结构参数基本相同的情况下，选用接口宽度分别为14 cm与16 cm的2种成形网进行拉伸性能测试，结果见图7和表5。由图7和表5可看出，接口宽度增大，插接强度提高。接口宽度从14 cm增至16 cm时，插接强度从442 N/cm增至557 N/cm，增大了26.0%。实际生产中也常通过增大接口宽度来增加插接强度，但同时需考虑插接机所能承受的最大纬线根数，在合理范围内设计接口宽度。

图7 2种不同接口宽度SSB成形网的拉伸性能曲线

表5 2种不同接口宽度SSB成形网的插接性能测试结果

2.3 拉伸失效分析

目前，成形网通常不会因拉伸失效而下机，更多的是因成形网磨损、高压水使用不当、化学清洗不当、脱水元件劣质等因素而导致下机。随着造纸机车速的提高，成形网插接带出现拉伸失效的概率增大。采用显微镜观察SSB成形网插接带拉伸破坏失效模式(图8)，可以看出，在沿经线方向的拉伸作用下，接口被拆开，经线在插接点处发生分离；纬线则并未发生断裂，而是呈脱散分布，最终导致成形网失效。

图8 SSB成形网插接带拉伸破坏失效模式

3 结论

通过结合SSB成形网的生产实践，探究了不同织物组织结构对成形网插接强度的影响，得到下述结论。

(1)常见的3种织造网纹成形网中，面层采用平纹、底层采用六枚变则经面缎纹时，制成的成形网插接强度最大，可达763 N/cm，最大抗张强力达1 525.92 N。

(2)当面纬底纬根数比为2∶1时，绑纬数量多，所得成形网结构紧密，插接强度大。

(3)经纬线直径越大，成形网插接强度越高。经线直径对插接强度的影响更大。面经直径为0.13 mm、底经直径为0.21 mm的成形网相比面经直径为0.20 mm、底经直径为0.27 mm的成形网插接强度减小了约43.2%，这也是成形网制备过程中通过增大经线直径提高其强度的原因。

(4)成形网插接强度与经纬密度和接口宽度呈正相关。提高经纬密度，可在确保成形网强度的基础上，兼顾纤维支撑留着能力与滤水性能；在插接机所能承受的最大纬线根数范围内增加接口宽度，可提高成形网插接强度。

(5)SSB成形网沿经向拉伸的失效模式为经线在插接点处发生分离，纬线脱散。