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[博士论文] 罗文伯
文化哲学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:从东汉中期(约公元105年)以来,作为传统文化皇冠上的一颗明珠,中国的造纸技艺在欧亚大陆广为传播,很大程度上改变了人类的历史进程。然而近半个世纪以来,随着电子媒介的广泛运用,以及工业化大生产背景下的现代造纸,已让手工造纸走下最初的神坛,走入了一个小角落日渐式微。中国传统手工造纸技艺现状怎样,蕴含哪些文化和精神价值,该怎样适应现代社会等问题成为本研究着力探索的方向。这些问题的回答对中国非物质文化遗产的保护、传承与发展也有较强的借鉴意义。同时,在确定传统手工造纸的发展方向时,需要对现代社会机制内在的现代性和后现代性予以梳理,以至对从前现代的过去到现在再到将来的文化发展脉络有明晰的把握。进一步的,有着悠久历史积淀的中国,如今仍处在现代化的转型过程中,如何从纵贯千年的手工造纸中提取出传统文化基因并加以解密和重组,把沉重历史包袱转化成厚重文化底蕴,形成适应未来世界的新思想文化,亦有着深远的理论意义。
  论文共分为七章。第1章是绪论部分,对研究缘起及意义、国内外研究概况、研究思路和方法以及创新之处做了说明。第2章是对中国手工造纸的总体概述,在这一章里,对中国手工造纸的历史源流、革新发明、传播分布、品类特点都予以了介绍和探讨,重点对手工造纸的发明人之争问题进行了与瓦特的案例对比研究,同时依据长期的实地调查和文献查阅的资料积累绘制了国内现存手工造纸传承地分布图。第3章是中国手工造纸现代化的解构与要素分析,辨析现代性、后现代性和现代化的概念关系,分解论文命题的主客体及环境要素。第4、5、6三章分别选取安徽泾县宣纸、四川夹江竹纸、云南纳西族东巴纸三个有特色的代表性纸种作为案例调查研究,既是对第3章的手工造纸各抽象要素的具象化,又呈现中国传统手工造纸的详细面貌及发展困扰,为下一章的实践对策分析提供素材。第7章在之前六章的基础上进行中国手工造纸现代化建构的关键维度探析,是从产业、制度、精神三个维度对论文所要研究命题的集中作答。第8章总结论文的结论,针对不同人群给出手工造纸现代化建构的相应建议,在余论中论述传统的祛魅与超越,并给出了论文的不足之处和对后续研究的展望。
  本研究通过一系列文献阅读、调查访谈和对比分析,所得结论主要集中在以下三个方面。
  1、关于中国手工造纸的起源及现状
  造纸技术源自于西汉时的中国,东汉时的蔡伦是该技术的主要革新者和集大成者,参照瓦特对蒸汽机的改良,可以称蔡伦是造纸术的发明人。这一结论回应了长期以来学术界围绕造纸术发明人的争论。
  在现状方面,从总体上看,中国手工造纸在机制纸和电子媒介的双重冲击下,其影响力虽大不如前,但仍广泛分布在华夏大地上。
  2、关于中国手工造纸的现代化转型
  在手工造纸产业层面,应以开放包容、与时俱进的理性眼光来看待中国手工造纸的技艺改良。多渠道发展“体验式”的造纸文化旅游,充分运用手工造纸文化空间。应适应时代变化与媒介技术变革,探索手工纸与数字化出版融合路径。与现代生活相结合,拓展纸品时尚与艺术新领域。
  在制度层面,各个手工造纸区域可因地制宜的选择“生产型保护”或“被动型保护”的模式。在行业管理制度方面,应在现代企业制度基础上采用人性化的管理方法,重视创意和研发,并加大成果转化力度。通过发现青蒿素的案例与手工造纸对比,提出“非遗”科普的概念及其两种模式。
  在精神层面,造纸者应是具有职业意志而自由全面发展的现代人。手工造纸从彼时的“前沿科技”位移至此时的“文化遗产”,从科技-文化轴的前端“漂移”至后端,可作为难得的标志物反衬整个民族文化的变迁。此外,体悟手工造纸行业的意境美、心境美和超然美,主张深入发掘提炼其美学价值。
  3、关于中国手工造纸的文化及哲学意蕴
  手工造纸的发明和衍变体现出不同时代的价值理性。论文指出蔡伦造纸有其历史上的偶然性,反映着皇权的统摄力,而这一偶然性在客观上促进了古代社会文化的发展,以至与之前的造纸史形成了断裂与不连续性。而反映出现代性的机器化大生产的“机制纸”的出现,则是造纸史的又一次断裂,体现的是资本主义的话语权。在后现代的消费主义社会,手工造纸更多的意味着后工业化的文化空间和文化消费情境。
  手工造纸技艺反映出中国传统造物思想,道法自然、曲径含蓄、万物合一。拾起以手工造纸为代表的非物质文化遗产,唤起文化记忆,有助于社会系统与生活世界的重新协调,克服“生活世界的殖民化”。在余论中结合媒介变迁及人生价值论提出“儒本创开”的文化观点。
[硕士论文] 李子广
电路与系统 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着经济的发展,人们的生活水平也不断提高,与此同时人们对生活质量的要求也相应提升。其中很重要的一点就是要有一个健康的生活环境。造纸业与我们的生活息息相关,我国已成为世界上生产和消费纸张量最大的国家。但是,造纸业是典型的高污染行业,尤其是造纸过程中产生的大量制浆废液,严重破坏生态环境。造纸厂所排放的废水(黑液)大部分是碱法制浆过程中形成的,所以要从根本上解决废液污染的问题,就必须研究造纸厂碱回收系统。
  首先,通过对各种黑液处理策略的比较,得出用碱回收法处理黑液是最佳的选择。分析造纸厂碱回收系统的工艺流程,可知闪蒸罐内黑液液位的平稳对碱回收系统的良好运行起着重要的作用。
  其次,关于黑液液位的控制,传统的控制方法为比例控制或PID控制。但是由于闪蒸罐内的液位具有非线性、时滞性和时变性的特点,所以用传统的控制方法很难取得良好的控制效果。现在模糊控制正在兴起,其具有反应迅速、鲁棒性好等特点。为了取得更好的控制效果,研究人员设计了阈值切换的多模控制器,此种控制器拥有多种控制方法的优点,能较好的实现对黑液液位的控制。但是通过分析阈值切换多模控制器的结构可知,在不同控制模式之间进行切换时必定存在波动干扰。为了取的更好的控制效果,本文提出基于模糊切换的多模控制方法,此方法通过模糊推理判断来实现不同控制模式之间的无差切换。分析闪蒸罐内液位的数学模型,利用MATLAB软件搭建控制模型,并进行黑液液位响应的模拟仿真。仿真结果表明:相比于PID控制和阈值切换的多模控制,使用模糊切换的多模控制方法控制黑液液位能够取得更好的控制效果。
  最后根据碱回收系统的需要配置相关的软硬件设备。通过USS通信协议为PLC与变频器建立联系,由PLC发送控制指令来使黑液液位保持平衡。将PLC与WinCC建立通信,通过WinCC创建监控界面并仿真。
[硕士论文] 刘畅
森林经理学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着科技的发展,人类社会的工业化水平越来越高,人们对于材料的要求也越来越高,而以石油、煤炭、天然气为代表的石化材料存在不可持续发展的问题,且这类能源材料的大量使用也会严重影响我们的生态环境,因此,高效开发利用一些可持续发展、生物相容、清洁环保的生物质材料成为了材料研究的热点,由于大部分生物质材料存在防水性较差、易翘曲变形等缺点,这大大限制了生物质材料的应用。纤维素作为一种储量丰富、来源广泛的生物质材料,具有环保、可再生等优点,但当前纤维素的利用普遍存在工业附加值较低、防水性较差的问题,这严重制约了它的高附加值利用。为进一步探索出纤维素材料改性的新方法,本研究利用有机-无机复合方法,以紫穗槐为原料制备了生物质纳米纤维素,并与纳米二氧化硅结合,构建了微纳米层级结构的复合材料,并对其进行疏水处理,得到超疏水纳米纸。通过微观结构表征和性能测试分析了内部微观结构、杂合效果和性能,得出如下主要研究结果:
  (1)以紫穗槐为原料,先进行化学预处理,然后通过高速研磨和高压均质机械处理,得到了直径尺寸主要为7-14 nm、长径比>1000、结构精细均匀的纳米纤维素。其结晶度高达54.67%,最大热解速率温度为336℃,是一种较理想的生物质纳米材料。
  (2)以纳米纤维素为原料,通过真空抽滤方法,成功制备了纳米纸。扫描电镜观察知,纳米纸表面平整,断面呈明显的层状结构,层与层之间为空间网缠结构。纳米纸具有良好的光学性能和力学性能,透光率高达90%,力学拉伸强度为59 MPa。
  (3)利用正硅酸乙酯,通过溶胶-凝胶方法制备出了纳米二氧化硅,直径约为350-400 nm;将纳米二氧化硅与纳米纤维素混合,经真空抽滤以及疏水处理,制备出了超疏水纳米纸;经工艺研究知,当两者质量配比达到1:1时,纳米纸静态接触角约为150°,初步可达到超疏水效果。
[博士论文] 马伟伟
材料科学与工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:随着造纸和包装工业的发展,人们对纸张性能的要求也越来越高。因此高性能纸张生产过程中纸张表面处理的作用也越来越大。本论文从苯丙乳液表面施胶剂和碳纳米管接枝含氟聚合物两个角度对纸张进行表面改性处理,研究工作主要集中于以下四个方面:
  1、首先进行了环氧丙基三甲基氯化铵中间体的合成、马来酸单酯的合成和马来酸酐型反应型乳化剂的合成三步工艺的优化,合成了阳离子马来酸酐型反应型乳化剂。优化了反应条件对产物乳化能力和临界胶束浓度(CMC)的影响。
  2、其次采用自制的反应型乳化剂,研究了其对苯丙乳液聚合体系的影响,通过曲线拟合获得了各工艺参数的聚合动力学方程。与采用其它类型乳化剂合成的聚合物乳液进行成膜性能对比。研究了通过自制反应型乳化剂制备的聚合物乳液粒子的成核机理。
  3、然后通过半连续核壳乳液聚合的方法,合成了含氟苯丙表面施胶剂。研究了聚合工艺参数对聚合产物表面施胶效果的影响,获得了最佳合成条件。对采用自制反应型乳化剂与传统乳化剂制备的表面施胶剂乳液的粒子结构和表面施胶效果进行了对比。提出了自制反应型乳化剂存在下的核壳乳液聚合和表面施胶作用机理。
  4、最后采用磁控溅射的方法在硅基体上制备了连续镍薄膜,然后通过高温氨气对硅基镍薄膜进行预处理,使得薄膜由连续态转变为纳米粒子。以此为催化剂,通过化学气相沉积(CVD)法制备了具有良好定向性的碳纳米管。通过对碳纳米管进行功能化处理,采用原子转移自由基聚合(ATRP)的方法在其表面成功接枝含氟聚合物,并涂布于纸张表面成膜,经刻蚀处理制备出具有优异流体减阻性能的超疏水纸。
  通过以上方法,完成了纸张的表面改性,实现了纸张的功能化。本论文的主要研究结果如下:
  1、合成的阳离子马来酸酐型反应型乳化剂具有良好的乳化能力和较低的CMC,避免了乳化剂过度参与水相聚合而导致的架桥凝胶。反应产物马来酸酐部分主要以顺式结构存在,产物未出现异构化。
  2、通过半连续乳液聚合工艺在反应型乳化剂存在的条件下,合成了聚合物乳液。乳液聚合过程中反应型乳化剂用量、温度、引发剂用量对聚合过程的动力学影响可以通过相应的拟合公式来描述。采用自制反应型乳化剂合成的聚合物乳液具有许多优异的性能。同时提出了一种基于大分子链缠结和电荷链段“包埋”的聚合物乳液粒子成核机理。
  3、以自制的反应型乳化剂为基础,通过核壳乳液聚合工艺合成了含氟苯丙表面施胶剂。在施胶体系中加入极少量的表面施胶剂就可以显著提高纸张性能。采用反应型乳化剂能够合成出具有特殊结粒子结构的聚合物乳液,在降低成膜温度和减少乳化剂用量以及提高纸张的疏水性和机械强度方面具有独特的优势,而且可以制备许多具有特种功能的化学品。
  4、氨气在高温下可以对硅基连续的镍薄膜进行刻蚀,细化镍薄膜并使其转变为具有高效催化性能的纳米粒子,以此为基础实现了碳纳米管的定向生长。含氟聚合物通过ATRP反应成功接枝到碳纳米管表面,并且聚合过程中单体配比对疏水纸表面特性有重要影响。流体在超疏水纸表面流动的过程中,固液接触面可以保持在稳定的Cassie状态。
  本文从反应型乳化剂、乳液聚合、表面施胶剂和碳纳米管接枝含氟聚合物四个层次研究纸张的表面改性方法和作用机理。合成的阳离子马来酸酐型反应型乳化剂具有低CMC,克服了常规乳化剂在实际应用中残留、解析、迁移、冻融稳定性差等缺陷,丰富了乳化剂的品种。采用反应型乳化剂合成的核壳含氟苯丙表面施胶剂以极少的用量添加于表面施胶体系中就可以显著提高纸张的性能,这对于生产高性能、高附加值的纸张具有重要意义。超疏水纸特殊的微结构表面提高了其抗湿、防污和自清洁能力。流体在其表面流动过程中固液界面始终保持稳定的Cassie状态。这对于在成本低廉而且易于加工的材料基体上构建牢固的超疏水表面,拓展特种纸在包装、仿生学、生物医用材料、微纳米器件、智能材料等领域中的应用开辟了新的道路。
[硕士论文] 申冉
教育技术学 曲阜师范大学 2017(学位年度)
摘要:瓜尔胶衍生物由瓜尔胶原粉经一系列化学改性后引入特定官能团制得,因其无毒害且能显著改善助留助滤效果而广泛应用于造纸湿部的抄造过程。本文系统研究了阳离子瓜尔胶(CGG)、阳离子羧甲基羟丙基瓜尔胶(CCMHPG)和两性瓜尔胶在咪唑型离子液体中的制备、表征及其在脱墨废纸浆中的助留助滤性能,分析比较了CGG、CCMHPG、两性瓜尔胶对浆料细小组分单程留着率(FPR)及滤水性能的影响,并进一步探讨了CCMHPG与聚合氯化铝(PAC)构成的二元微粒助留助滤体系的应用效果。
  首先,采用常规加热法一步合成了氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑([AMIM]Cl)和氯化1-丁基-3-甲基咪唑([BMIM]Cl)两种离子液体,进而两步合成了1-烯丙基-3-甲基咪唑乙酸鎓盐([AMIM]Ac)和1-丁基-3-甲基咪唑乙酸鎓盐([BMIM]Ac)两种离子液体。红外谱图出现了咪唑阳离子基团的特征峰,且1H-NMR和13C-NMR谱各峰的化学位移均能与四种离子液体一一对应。
  其次,以瓜尔胶原粉为原料,3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CTA)为阳离子醚化剂,分别在四种离子液体中制备了四种阳离子瓜尔胶。经测定,在离子液体[AMIM]Ac中合成的CGG具有最高的氮含量,故选取[AMIM]Ac为后续实验的反应介质。利用正交实验和单因素实验考察了醚化剂用量、反应温度、反应时间、碱化时间、碱用量对产物氮含量及粘度的影响,确定了最佳合成条件。经测定,产物的氮含量为1.95%,粘度为583mPa?s。对比发现,在[AMIM]Ac中合成的CGG较乙醇和异丙醇中合成的具有更高的氮含量和粘度,说明离子液体对瓜尔胶的醚化反应起到一定的催化和保护作用。红外谱图、1H-NMR谱表征了CGG的结构,扫描电镜照片显示CGG颗粒表面形态发生了变化。
  再次,以[AMIM]Ac为反应介质,CTA、氯乙酸钠、环氧丙烷为改性剂,创新性一步制备了 CCMHPG。研究了三种改性剂用量、碱用量、反应温度、反应时间对产物取代度和粘度的影响,确定了最佳制备条件。经测定,反应产物的阳离子取代度为0.24,羧甲基取代度为0.41,羟丙基取代度为0.36,产物水溶性较好,1%水溶液粘度达1072 mPa?s。与同条件制得的两性瓜尔胶相比,CCMHPG在粘度与溶解性方面均显现出优势。CCMHPG的红外谱图和1H-NMR谱表明季铵基团、羧甲基和羟丙基均已成功接枝到瓜尔胶分子上,电镜照片显示颗粒表面出现了褶皱及鳞片状裂纹。
  最后,对比不同取代度和不同溶剂中合成的CGG对脱墨废纸浆的细小组分单程留着率FPR发现,CGG-5的助留效果最好(CGG-5的添加量为0.06%,FPR为72.3%);对比不同取代度CCMHPG的FPR发现,添加0.04%CCMHPG-1便能取得最佳助留效果, FPR为77%;两性瓜尔胶对提高FPR也有明显效果,添加量从0增至0.05%,FPR则从46.6%增至72%;对比CGG、CCMHPG和两性瓜尔胶三种瓜尔胶衍生物的助留助滤效果发现,CCMHPG-1的助留效果和滤水性能最佳。将CCMHPG/PAC二元微粒体系用于脱墨废纸浆,PAC添加量为0.8%、CCMHPG添加量为0.04%时的留着率为94.3%,打浆度为43°SR。
[硕士论文] 汪玥
设计学 湖南工业大学 2017(学位年度)
摘要:传统手工技艺在商品经济的冲击下活力日渐消弥,但随着全球性文化遗产发掘和保护热潮的兴起,传统手工技艺又再一次走入了人们的视野中。我国历史悠久,各类文化遗产不胜枚举,成为中华民族“骄傲”的资本,但时至今日,大部分却面临着无以为继的困境。造成这种困境的原因主要有生态环境的变化、商品经济的冲击、古法工艺的传承等因素。安徽泾县的传统宣纸制造技艺于2006年被国家列入非物质文化遗产名录中,但同样也面临着严峻的生存与发展困境。本文从非物质文化遗产的保护角度看待我国传统手工艺传承与发展,以保护泾县红星宣纸为目的,以包装防伪设计为切入点,试图探索一条适合其发展的创新之路。
  本文在了解各国非物质文化遗产的保护措施和分析传统手工艺类非物质文化遗产的现状的基础上,通过实地考察、文献研读,对红星宣纸的起源、发展以及现状做出了相对完善的归纳整理。从原料短缺、人工缺乏、机械化时代冲击、市场秩序混乱等四个方面分析了阻滞宣纸技艺传承与发展的原因。结合常见的防伪手段,从文字、图形色彩三方面进行具体防伪方案研究,在优化防伪性能的同时重点突出品牌文化性,强调“红星宣纸”作为非物质文化遗产的传承性,更具特色地提出针对“红星宣纸”的防伪包装设计构思。
  在理论阐释的基础上,本文提出了一些具体的防伪设计策略与方法,比如:在文字设计方面,将名家为企业所题写的字进行拓印、变形、再设计,运用于新包装上以增强辨识度;图形设计上,利用定制的光敏或热敏油墨,印刷出具有宣纸制作技艺代表性的“108道工序图”;包装结构上采取毁坏性包装,其撕毁路线原型可以根据宣纸制作技艺中的“牵纸”步骤进行演变;包装铭牌纹样以青檀树叶为依据,为提高防伪性能定制为独特的左五右四造型叶瓣,青檀树叶下方刻上数字与字母结合的代码,每一个数字和字母都代表着相应的车间与生产日期;等等。
  本文没有停留于纯粹的“设计历史与理论”研究,而是结合红星宣纸包装设计的现状,力所能及地提出了一些包装防伪创新设计的思路、创意和技术,以期为红星宣纸的传承与发展提供一定的启示和借鉴。
[硕士论文] 孙振宇
化学工程与技术 陕西科技大学 2017(学位年度)
摘要:节能降耗是造纸工业当前面临的热点问题之一。在制浆造纸过程中,总汽耗的一半以上来自干燥部,而干燥部的能耗主要源自两部分:烘缸内部(蒸汽冷凝水热力系统)能耗和烘缸外部(气罩通风热力系统)能耗。长期以来,许多研究工作都是针对两个系统分别进行能耗优化。为了进一步地降低纸机干燥部能耗、提高能源利用效率,本文基于现有研究成果提出了干燥部能耗协同的概念,即同时考虑蒸汽冷凝水热力系统的能量消耗与气罩通风热力系统的能量消耗,实现二次热能的循环综合利用。本文以浙江某高强瓦楞纸机生产线的干燥工段为研究对象,在陕西省重点科技创新团队计划项目(项目编号:2014KCT-15)的资助下,围绕干燥部能耗预测模型及能耗优化控制策略开展应用技术研究。论文的主要工作可分述如下:
  (1)多缸纸机干燥部能耗协同系统的设计
  针对造纸机干燥部热力系统,分别介绍多缸纸机干燥部的蒸汽冷凝水热力系统和气罩通风热力系统的不同供汽方案,并通过对比分析,阐述了各种方案的优缺点。分析蒸汽冷凝水热力系统中多余二次蒸汽和冷凝水的去向,将其用于气罩通风热力系统中新风的加热,针对多缸纸机建立了干燥部能耗协同系统,并阐述了其供汽方案,以达到提高能源利用效率的目的。
  (2)协同系统能耗预测模型的建立
  基于多缸纸机干燥部能耗协同系统,针对高强瓦楞纸的干燥工艺,建立高强瓦楞纸机干燥部能耗协同系统。将系统按照热力流程分为加热器、各烘缸段、通风系统等区域。对每个区域进行分析,根据能量守恒定律和物料守恒定律建立其热力学模型,再通过汇总得出干燥部协同系统的能耗机理预测模型。经过与工业现场实测蒸汽消耗量的对比,模型的预测偏差小于10%,与实际情况基本吻合。
  (3)协同系统能耗优化的研究
  以干燥部的能耗费用最低作为优化目标,以纸页干燥工艺对参数的要求作为约束条件,根据协同系统的能耗预测模型和运筹学中的非线性规划法,建立高强瓦楞纸机干燥部协同系统的能耗优化模型。采用遗传算法对能耗优化模型进行求解,从而得出在一定环境下对能耗影响较大的几个主要过程参量的最优值,即各段烘缸的进汽压力、气罩送风温度及排风温度等。经过优化后,干燥部的能耗费用较优化前可降低9.63%左右,节能效果明显。
  (4)基于西门子S7-300 PLC能耗协同控制系统的实现
  根据各个最优设定值相关控制回路的特点,设计其控制策略。以西门子S7-300系列PLC为硬件开发平台,WinCC和Step7为软件开发平台,完成集散控制系统的开发,实现对高强瓦楞纸机干燥部能耗协同系统的控制,从而达到能耗优化的目的。
  本文设计的高强瓦楞纸机干燥部能耗协同系统及控制策略的优化方法已在浙江某纸厂的一条高强瓦楞纸生产线上得到了应用,经过一段时间实际运行的结果表明:本文建立的能耗预测模型、能耗优化模型以及相应的控制系统在现场的应用效果良好,可以有效降低系统能耗,为企业带来了一定的经济效益。
[硕士论文] 张了然
设计学 中国美术学院 2017(学位年度)
摘要:延续了上千年、养育世代泽雅纸山人的古法造纸技艺而今面临着失传的危机。也许从生产力发展的角度来说,泽雅造纸是极其落后的生产方式,但是对于保护地方传统手工艺来说,这却是刻不容缓的文化大事。
  本文以泽雅造纸技艺的保护和创新为出发点,把屏纸材料作为中心线,从纸文化、纸材料、纸实验、纸应用四个方面进行论述。首先,从纸文化的角度对泽雅古法造纸进行综述,介绍了泽雅纸山文化、屏纸造纸技艺和发展现状,从而论证蕴含在泽雅屏纸中的技术价值和文化价值。其次,结合设计案例分析纺织品纸材料的特性和纸材料在现代设计中的实验性设计方法,暗示了纸材料在现代设计领域发展的良好势头,同时为屏纸材料的实验性设计研究作铺垫。在纸实验部分,提出了对屏纸造纸技艺流程的设计创新,并针对屏纸材料的纤维特性,展开对屏纸面料的实验性设计探究。通过屏纸材料的不同表现方式,推断手工屏纸在纺织品设计中的可行性发展方式。最后,提出设计创新与文化保护和生态保护相结合的理念构想。以服装为例探讨屏纸材料在纺织品中不同的的设计方式,将古老的屏纸材料应用到现代纺织品设计实践中,来说明泽雅造纸技艺的传承和发展应当注入新的设计活力,才能不断地提高它的利用价值。
  笔者希望以屏纸材料在纺织品中的实验性设计研究为个例,从现代设计者的身份出发,通过设计创新改变人们对纸材料的传统观念,重新唤醒人们的文化意识,在继承中发展传统手工艺,使原本与时代脱节的文化遗产更加积极地融入到现代生活中来。
[硕士论文] 朱慧霞
制浆造纸工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:ECF漂白技术虽能大幅度降低漂白过程中AOX的生成,但AOX难降解、且具有生物蓄积性,所以进一步研究AOX的减量技术是十分必要的。本文采用硫酸盐未漂浆为原料,对硫胺复合抑制剂减少AOX生成的作用进行研究,结果如下:
  通过对氨基磺酸、硫酰胺和硫代硫酸铵三种抑制剂对漂白过程AOX抑制效果的对比,发现硫代硫酸铵抑制AOX生成的效果较好。因此,本文选择硫代硫酸铵进行研究。通过单因素法调整优化了蔗渣浆ECF漂白过程首段二氧化氯漂白段(D0)添加硫基复合抑制剂的工艺条件。综合考虑漂白废水AOX的减量效果,纸浆白度和黏度,得出结论如下:有效氯用量为1.6%,漂白初始pH为4.0及漂白温度为70℃时,在漂白反应10min时加入0.20%(对绝干浆)的硫代硫酸铵,D0段漂白废水中AOX的含量为33.55mg/L,比不加硫代硫酸铵的漂白废水AOX含量降低了21.99%。与此同时,经过ECF三段漂白以后纸浆白度达到79.95%ISO,黏度为1002.27mL/g。
  利用红外光谱、扫描电镜和能谱仪对是否加入硫代硫酸铵的D0段漂白浆进行检测分析,发现加入硫代硫酸铵的漂白浆酚型木素和愈创木基木素含量减少,但木素中的-C=O结构得以保存。纤维表面有更多的木素暴露出来,利于后续漂白药物的渗透。利用紫外光谱仪和GC-MS对漂白废水组分检测,发现加入硫代硫酸铵后,漂白废水中的氯苯和氯酚类物质都有明显的减少,说明硫代硫酸铵可以有效抑制高毒性的氯苯和氯酚类物质的生成。
  在模拟漂白条件下,研究了硫代硫酸铵与AOX模拟物2,4,6-三氯苯酚反应的动力学。通过GC-MS检测了反应产物,推测出硫代硫酸铵与AOX的反应途径。并利用分光光度计收集动力学数据,得出硫代硫酸铵与2,4,6-三氯苯酚反应的二阶速率方程:-d[(NH4)2S2O3]/dt=k'[2,4,6-TCP][(NH4)2SS2O3]k,为二阶表观速率常数。为AOX减量技术的研究提供理论参考。
[博士论文] 王美美
微生物学 山东大学 2017(学位年度)
摘要:由于草浆等纸浆存在滤水性差、强度低等缺点,使其应用受到限制,一般生产过程中需要对其进行改性以改善滤水和强度性能。与化学法改性相比,采用纤维素酶(主要是内切酶EG)处理对纸浆改性是一种环境友好的技术,且已被证明在改善纸浆滤水性,提高成纸强度等方面具有良好效果。由于制浆造纸工艺往往在中、碱性条件下进行,这就要求使用的酶能够在高pH条件下维持酶活性,保证其催化作用有效进行。但市场上已有的商品纤维素酶大多为酸性酶,在碱性条件下酶活很低。虽然国内外对碱性纤维素酶的研究正逐渐深入,但目前仍存在很多问题,例如,已有产碱性纤维素酶菌株的产量低、酶系不合理、酶改性机理尚未完全清楚等。因此,设法提高碱性纤维素酶产量,合理优化酶系,以降低纤维素酶生产成本和提高对纸浆的改性效果,同时深入研究酶法改性机制等,对促进酶在造纸工业中的应用,降低生产成本等具有重要意义。基于以上背景,本论文在实验室前期研究基础上,通过构建耐碱性纤维素酶菌株,以希望提高纤维素酶产量;同时通过构建耐碱性纤维素酶与木聚糖酶共表达菌株,以达到优化改性酶系、提高酶法改性效果的目的;同时从不同角度研究了纸浆酶法改性的机制。本论文主要研究内容和结果如下:
  1.耐碱性纤维素酶的表达及其对纸浆改性效果研究
  为获得适合纸浆改性用的耐碱性纤维素酶,在实验室前期研究基础上,扩增来源于特异腐质霉的三个耐碱性内切纤维素酶H.EGI,H.EGII,H.EGV的基因,并在毕赤酵母GS115中成功异源表达;同时在大肠杆菌BL21中成功异源表达了来源于不同芽孢杆菌的三个内切纤维素酶Y106-EG,z-16-EG及A30-EG。测定纯化后重组耐碱性纤维素酶的性质,发现这六种内切纤维素酶的最适pH在6.5-7.5左右,最适温度在50℃-60℃之间,各酶在pH6.0-8.0条件下放置1h能够维持60%以上酶活性,其中Y106-EG、z-16-EG和H.EGV在pH9.0条件下放置1h可以维持60%以上酶活性。将六种耐碱性内切酶应用于麦草浆改性,发现Y106-EG在酶用量仅为0.2 IU/g条件下,与对照相比,能够降低12.5%的打浆度,抗张强度指数,耐破指数,撕裂指数分别提升14.6%、14.3%和10.7%。对纸浆的改性效果明显优于其它五种耐碱性内切葡聚糖酶,显示出良好的潜在应用前景。
  2.重组菌Y106OE-EG粗酶液对不同纸浆改性时的酶处理条件优化及与其它酶的协同作用研究
  为提高耐碱性纤维素酶Y106-EG的产量,利用基因工程方法,实现Y106-eg基因的同源过表达,经实验室前期优化的发酵培养基发酵,所得发酵液的CMCase酶活达到8.45 IU/ml,是出发菌株的8.28倍。利用工程菌Y106OE-EG粗酶液对杨木CMP(杨术化学机械浆),松木CMP(松木化学机械浆),麦草CP(麦草化学浆)进行改性研究发现,改性效果依次为麦草CP>杨木CMP>松木CMP。对酶法改性时的酶处理条件(处理温度、时间和pH等)进行了优化,发现当酶用量仅为0.2 IU/g浆,pH7.0,温度55℃条件下对麦草浆处理2h,与未用酶处理的对照相比,纸浆的抗张指数,耐破指数,撕裂指数分别增加了15.4%、16.9%和11.8%。
  研究了工程菌Y106OE-EG粗酶液与其它酶的协同改性效果,发现Y106OE-EG的内切纤维素酶与纤维素膨胀因子SWO4的联合处理,与单独使用内切酶或SWO4相比,反而降低了纸浆的强度和纤维素结晶度,而当与β-葡萄糖苷酶(1.2 IU/g)或木聚糖酶(5 IU/g)联合处理时,对纸浆的强度性质(抗张指数,撕裂指数,耐破指数)均有明显改善,在温度55℃、pH7.0条件下处理2h,当Y106OE-EG粗酶液用量为0.2 IU/g,β-葡萄糖苷酶1.2 IU/g时,与对照相比,麦草浆的抗张指数、撕裂指数、耐破指数分别提升23.68%、34.10%、20.82%。当木聚糖酶加量为5 IU/g时,与对照相比,麦草浆的抗张指数、撕裂指数、耐破指数分别提升32.65%、42.44%、25.00%。此外,木聚糖酶与SWO4或木糖苷酶的联合处理,对麦草浆的改性也具有良好的协同作用效果。综合而言,Y106OE-EG生产的内切纤维素酶与短小芽孢杆菌生产的木聚糖酶Xyn30的协同处理对纸浆的改性效果最佳,为后续的共表达菌株构建提供了理论依据。
  3.产耐碱性纤维素酶与木聚糖酶共表达菌株构建及产酶条件优化
  为实现耐碱性纤维素酶(Y106-EG)及木聚糖酶(Xyn30)在Y106-WT中的共表达,采用顺反子共表达,融合酶表达,串联共表达三种方式,意在提高枯草芽孢杆菌Y106-WT的产酶能力,结果表明,以串联共表达的方式能够实现两酶的共表达,对构建的共表达工程菌Y106OE-EG-Xyl进行液体发酵,发现该菌株在培养56 h后,CMCase酶活可达最高(8.20 IU/ml),木聚糖酶在菌株培养64 h时酶活达到最高(60.40 IU/ml),分析该菌株产粗酶液的酶系发现,其滤纸酶活(0.12 IU/ml),外切纤维素酶活性(0.02 IU/ml),β-葡萄糖苷酶(未测到)均较低,说明对应用于纸浆改性而言,共表达菌所产纤维素酶的酶系比较合理,在对纸浆进行改性的同时不损害纸浆纤维。
  利用工程菌Y106OE-EG-Xyl粗酶液在最佳处理pH7.0,最佳处理温度55℃,浆浓度10%(w/v)条件下处理麦草化学浆2h,当酶用量为纤维素酶0.2IU/g木聚糖酶活1.5IU/g时,与对照及单独添加纤维素酶(0.2IU/g)及木聚糖酶(1.5 IU/g)相比,纸浆白度和强度性能都有改善,其中与不加酶的对照浆处理相比,纸浆白度增加2.0% ISO,抗张指数、耐破指数、撕裂指数分别增加8.7%、16.6%和9.3%,而打浆度降低了15%。
  利用混料设计优化了工程菌Y106OE-EG-Xyl发酵时培养基中的碳源及诱导剂比例,发现当麸皮,玉米芯,乳糖配比为3.33%、0.83%、0.83%时,液体发酵72 h,纤维素酶活可达7.9 IU/ml,木聚糖酶活可达74.5 IU/ml,木聚糖酶活比优化前提升了14.1个酶活单位,且木聚糖酶与内切纤维素酶的比由原来的7.5提升至9.4。
  4.纸浆的酶法改性机制研究
  通过对Y106OE-EG粗酶液处理前后纤维质量变化,纤维结晶度(XRD)及红外光谱(FITR-ATR)等的变化分析发现,经重组菌Y106OE-EG粗酶液处理后,杨木CMP和麦草CP的纤维质量得到明显改善,且改善效果好于松木CMP。Y106OE-EG粗酶液处理后,杨木CMP及麦草化学浆的结晶度与对照相比明显提高,但松木CMP结晶度则提高不明显,三种浆经酶处理后纸浆中的氢键强度均有所提升。分别提取了麦草CP、松木CMP和杨木CMP中的木质素组分,研究了木质素对Y106OE-EG的酶蛋白吸附特征,发现松木CMP和杨木CMP的木质素对纤维素酶蛋白的吸附能力明显高于麦草浆中的木质素,木质素对蛋白的不可逆吸附将影响酶对纤维底物的作用,因此相对而言,Y106OE-EG酶液更适合用于麦草浆的改性。
  分别利用Y106OE-EG和Y106OE-Xyl及共表达菌株Y106OE-EG-Xyl的粗酶液(EG0.2 IU/g、 Xylanase1.5 IU/g、EG0.2 IU/g-Xylanase1.5 IU/g)处理纸浆,发现与对照或只添加EG或木聚糖酶的样品相比,共表达菌株的粗酶液处理后纸浆纤维的平均长度增加,宽度几乎不变,长宽比变大,细小纤维含量减少,卷曲指数及扭结指数均有所降低,且共表达菌株的粗酶液处理效果优于单独酶的处理效果。利用红外谱图对共表达菌株Y106OE-EG-Xyl粗酶液处理前后草浆的吸收峰相对强度进行分析,发现经共表达菌株粗酶液处理后,氢键强度明显提升。利用SEM观察了重组菌Y106OE-EG及共表达菌株Y106OE-EG-Xyl的粗酶液处理前后草浆纤维表面形态变化,发现经两菌株的粗酶液处理后,与对照相比,纸浆中的细小纤维含量明显减少,纤维变得平整。酶处理后纸浆在纤维质量、纤维素结晶度、氢键强度、表面形态等方面发生的上述变化,是酶处理改善纸浆强度和滤水性能的内在原因。
  分别从酶的结构和性质、蛋白表面电荷、蛋白的疏水性、蛋白在纸浆纤维上的吸附等角度,探讨了Y106-EG所产粗酶液与来源于特异腐质霉的三个耐碱性内切纤维素酶H.EGI、H.EGII和H.EGV以及来源于其它芽孢杆菌的两个耐碱性内切纤维素酶z-16-EG和A30-EG对麦草浆的改性差异及内在原因。研究发现,与其它五种耐碱性内切纤维素酶相比,Y106-EG由于酶蛋白对底物的亲和力相对较大,且在pH7.0时,pH值低于其自身等电点使其氨基酸易被带上正电荷,另外,蛋白表面的Zeta电位与其它几种耐碱性内切酶相比负值较小,且蛋白的疏水性小,这些都使得Y106-EG酶蛋白更易于与带负电荷的细小纤维发生亲水性结合,从而有利于酶降解细小纤维。此外,Y106-EG酶蛋白是典型的(β/α)8桶状结构特征,结构稳定性较好且开口宽阔的活性中心使其可以容纳更多类型不同的多糖支链,在催化降解复杂底物时有较大优势,该酶的CBM属于A型CBM,易于结合于结晶型纤维素多糖上。这些特征使得Y106-EG在用于纸浆改性时表现出较好的优势。
[硕士论文] 侯赫男
动力工程及工程热物理;流体机械及工程 南京师范大学 2017(学位年度)
摘要:中国民国文献收藏总量丰富,种类繁多,是各级图书馆、档案馆馆藏文献的重要组成部分,是中华民族珍贵的文化遗产,具有不可复制的重要历史文化价值。但随着时间推移,民国文献正面临酸化、脆化等保护危机,抢救民国文献的任务迫在眉睫。针对纸质文献酸化日趋严峻的形式,大量脱酸处理技术已应用于纸质文献保护中。目前,国内研究的主要方向为水溶液脱酸法。快速、安全地干燥水溶液脱酸后的纸质文献是文献保护过程中的重点。本论文选取水溶液脱酸后的纸质文献为研究对象,运用真空微波-冷冻联合干燥的方法对脱酸后的整本图书进行处理。
  利用真空微波干燥和真空冷冻干燥两种方法分别对水溶液脱酸后的整本文献进行干燥都是切实可行的,但两种方法都存在一定程度的缺陷。本文将两种干燥方法进行结合,对脱酸后纸质文献进行干燥。通过共晶点的试验,结合脱酸液结晶特性,选择合适的脱酸液,确定试验流程及试验操作参数。
  本文利用Fluent软件对纸质文献真空冷冻干燥过程进行模拟,分析了预冻时冷阱周围温度场分布,以及冻干过程中冻干室温度场分布,同时对预冻及冷冻干燥过程中纸质文献温度场分布及纸质文献中心点温度变化进行模拟,研究确定真空冷冻干燥的试验参数。
  本文采用三种不同水分转换率的真空微波-冷冻联合干燥工艺,通过对比试验前后文献纸张的各方面性能及外观,确定最佳水分转换率的联合干燥工艺。结果表明,三种水分转换率的联合干燥工艺干燥过的纸质文献,白度有显著的提高,纸张的pH值在7.5以上,纸张机械性能也有不同程度的提高,其中经30%水分转换率联合干燥工艺干燥过的文献,纸张的撕裂度、抗张强度、耐折度略优于其他两种水分转换率。同时,真空微波-冷冻联合干燥在图书稳形方面有显著的效果,干燥后的文献可以很好地保持原来的形状,30%水分转换率的联合干燥工艺文献保持效果略优于其他两种。综合各方面因素,确定30%水分转换率的真空微波-冷冻联合干燥为最佳干燥工艺。
  研究结果表明,真空微波-冷冻联合干燥工艺对脱酸后图书进行干燥是一种切实可行的方法。对不同厚度及不同时期纸张的图书进行一系列的联合干燥工艺对比试验,对图书干燥后的各项指标进行了分析研究,确定了(实验范围内)最佳的联合干燥工艺,为进一步达到纸质文献规模化脱酸处理提供了一种高效安全的干燥处理方法,也为其进一步的推广应用奠定了一定的理论基础和优化方法。
[博士论文] 张道雷
发酵工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:中国是纸类产品的生产和消费大国,传统的纸浆往往以木材为原料,给有限的森林资源带来严重压力;同时,制浆过程中化学试剂的大量使用,也带来了严重的环境问题。高得率浆以及非木材纸浆,可以较好的缓解木材资源的供需矛盾。然而,禾草类纸浆特别是高得率浆在光、热条件下的易返黄性质限制了它们的应用范围。在此类抑制返黄的研究中,通过对木素进行改性处理或往纸浆中添加返黄抑制剂、增白剂等方法研究的较为深入,但由于成本高、毒性大等缺点此类方法未能实现大规模的推广应用。生物技术在造纸工业中的应用,对于抑制纸浆的光热返黄、提高纸浆品质以及降低生产成本和污染物排放量等方面具有重要的意义。
  通过前期工作,本实验室筛选得到了一株对纸浆的热返黄有明显抑制作用的菌株Fusarium concolor X4。该菌株具有相对较低的纤维素酶酶活,经生物处理的纸浆具有较高的得率。本课题在实验室前期研究的基础上,具体研究了Fusarium concolor X4处理对高得率浆光返黄的影响,并探讨了其作用机制。在此基础上,结合该菌株在处理纸浆过程中的产酶规律,选择了可能对抑制返黄起关键作用的半纤维素酶、漆酶等酶类,深入研究了不同酶及不同酶协同作用体系对纸浆白度及光、热老化的抑制作用及机制,以期为抑制纸浆返黄的微生物酶系改造及复合酶制剂的生产提供参考。主要研究内容和结果如下:
  1、同色镰刀菌X4处理抑制高得率浆杨木CTMP光诱导返黄的效果和机制
  光老化过程中,纸浆白度的降低速度与所用光源、纸浆种类等因素均有关。杨木CTMP与化学浆相比,更容易导致光诱导返黄。在光老化24 h内,纸浆白度降低较为迅速,继续延长时间则返黄趋势放缓。相同的光强度下,随光源波长的减小,光老化后白度降低更为显著。鉴于干热老化在条件的控制及重现性方面具有独特的优势,论文选择在105℃下的干热老化作为热老化的方法,通过对杨木CTMP和麦草CP105℃干热老化72 h过程中白度和返黄值(PCN)的分析,确定24 h、105℃作为纸浆进行干热老化时的实验条件。
  Fusarium concolor X4处理可以提高杨木CTMP的白度且具有较好的抑制返黄效果。在生物处理的第2天和第6天纸浆白度分别提高5.0%和12.2%,PCN分别降低14.5%和16.8%。通过对酶活的分析发现,生物处理过程中,先后分泌出木素过氧化物酶、锰过氧化物酶、木聚糖酶,并检测到极少量的滤纸酶活、羧甲基纤维素酶活(CMCase)和β-木糖苷酶活等。不同酶的分泌时间有所差异,其中木素过氧化物酶和木聚糖酶在生物处理第2天时即被检测到,但锰过氧化物酶和漆酶则出现相对较晚,漆酶和锰过氧化物酶分别在生物处理的第8天和第10天时达到峰值。木素过氧化物酶虽然分泌较早,但在第14天时才达到酶活最大值。
  生物处理前后浆片的漫反射光谱、化学成分和红外光谱的分析证明,Fusarium concolor X4处理降低了杨木CTMP中的木质素、半纤维素及己烯糖醛酸的含量。其中生物处理后半纤维素含量降低幅度较大,木质素特别是紫丁香基木素含量有一定程度的降低。这些物质的减少使得纸浆对光的敏感性降低,从而减少了光老化后新的发色基团的形成,抑制了浆片光诱导返黄的程度。
  2、半纤维素酶处理对纸浆的返黄抑制效果和机制
  选择实验室异源表达、纯化后的木聚糖酶(Xyn)处理杨木CTMP和麦草CP,发现木聚糖酶处理具有一定的助漂和抑制返黄效果。木聚糖酶对麦草CP的白度改善效果和对返黄的抑制效果比对杨木CTMP明显。当木聚糖酶添加量为40 IU/g绝干浆时,酶处理后的麦草CP经漂白后白度比对照提高3.0%、杨木CTMP提高0.6%;光热老化后麦草CP的PCN比对照降低14.3%和34.1%,而杨木CTMP的PCN无明显变化。通过对木聚糖酶处理液及浆片化学组分的分析发现,木聚糖酶对不同纸浆中半纤维素、木素及HexA含量有不同的影响。与CTMP相比,木聚糖酶处理对麦草CP中相关组分的降解程度最大。漫反射光谱及红外光谱表明,木聚糖酶处理,降低了纸浆中半纤维素及部分木质素含量,有效减少了麦草CP在光、热老化中发色物质的生成。
  酸性木糖苷酶Abf和中性木糖苷酶Xyl与木聚糖酶Xyn协同处理,有利于提高麦草CP的白度及光、热老化稳定性,但对杨木CTMP的协同作用较弱。通过对协同处理后酶解液组分及酶处理前后纸浆的红外光谱分析发现,木聚糖酶、木糖苷酶协同处理促进了纸浆中半纤维素的降解和木质素的溶出,其中对麦草CP的作用更为明显。
  3、漆酶、漆酶价体对杨木CTMP和麦草化学浆返黄的抑制效果和机制
  漆酶对杨木CTMP具有一定的漂白及抑制返黄作用,添加介体可以较大幅度提高杨木CTMP的白度稳定性,但对漂白浆白度有不利影响。与介体ABTS、乙酰丁香酮及丁香醛相比,HBT(1-羟基苯并三咗)对杨木PCN的降低程度最大,且未明显影响漂白浆的白度。当HBT添加量为2%时,添加30 IU/g(绝干浆)的漆酶在45℃条件下处理2h后,杨木CTMP光老化和热老化后的PCN分别比对照样下降21.2%和17.8%。
  漆酶(Lac)及漆酶/介体(LMS)处理有利于麦草CP漂白浆白度及稳定性的提高,且LMS处理后白度的提高幅度大于Lac处理浆。Lac及LMS处理后麦草CP的光老化PCN均比对照降低15%,LMS处理的杨木CTMP热老化PCN比对照降低14.3%,而Lac处理未改善麦革CP的热老化稳定性。
  通过对杨木CTMP及麦草CP酶解液组分及漫反射、红外光谱分析发现,LMS处理对纸浆半纤维素及木质素的溶出量高于Lac处理,LMS对易返黄组分的降解作用大于Lac处理;Lac及LMS处理对麦革CP组分的降解作用大于对杨木CTMP的作用。酶处理前后麦草CP的X射线光电子能谱(XPS)分析表明,Lac、LMS均能在不同程度上降低纸浆表面木素含量,且LMS处理优于Lac处理。Lac以及LMS处理前后杨木CTMP磨木木素以及麦草磨木木素的红外光谱分析表明,Lac及LMS处理可降低杨木木素光、热老化过程中芳香羰基、醚等结构的生成,有效抑制麦草木素光老化过程中芳香羰基、醚等结构的产生。对木素酶处理液的紫外可见光谱分析表明,漆酶及LMS可以降解杨木CTMP以及麦草中的木素,相同条件下对麦草木素的作用更大,且LMS体系对木素的降解作用大于漆酶体系。
  4、Lac与半纤维素酶协同处理对杨木CTMP和麦草化学浆返黄的抑制效果和机制
  Lac与半纤维素酶、LMS与半纤维素酶组合处理,可以明显提高杨木CTMP及麦草CP的白度及白度稳定性。其中Xyn/Abf-LMS体系对纸浆自度及其稳定性的影响最大,且对麦草CP的作用优于杨木CTMP。
  通过对杨木CTMP及麦草CP酶解液成分及浆片的漫反射及红外光谱分析发现,半纤维素酶以及组合酶协同处理均可导致半纤维素以及木质的溶出。Xyn/Abf-LMS以及Xyn/Xyl-LMS体系处理效果最为明显,且对麦草CP组分的降解作用大于对杨木CTMP的作用。酶处理前后麦草CP的XPS分析表明Xyn/Abf-LMS体系处理可降低纸浆表面木素含量,使纸浆表面的醛、酮基团含量增加,羧基含量降低。
[硕士论文] 沈天宇
电气工程 陕西科技大学 2017(学位年度)
摘要:With the development of society and the improvement of people's living standards, tissue paper has become an essential consumer goods in our daily life. However, under the background of the global energy shortage, the fierce competition of market and the strict requirements of environment, it is the inevitable trend for the development of the tissue paper industry to reduce production costs and eliminate backward production. Especially for the medium-sized and small tissue paper companies in operation of low profit, only taking the first to solve the problem of energy consumption for tissue paper machine, the market competitiveness of the enterprises is improved.In this paper, starting from the point of view on the structure and production process of tissue paper machine, combining with the causes and factors that affects energy consumption in press section and dryer section of paper machine, the direction of energy optimization in press section and dryer section is proposed. Then the optimal scheme of energy consumption is obtained. At the same time, based on the optimal scheme of energy consumption, automatic control system of tissue paper machine is designed.
  The specific work of this paper can be summarized in several aspects as follows:⑴Analysis on energy consumption of each section in tissue paper machineThrough the analysis of paper machine structure and production process, the energy consumption of each section of paper machine is obtained, and at the same time, it is concluded that the energy consumption of the headbox, forming section and coiling section is fixed in the normal operation of the paper machine. However, the range of energy consumption is large in the press section and dryer section. Besides, both of them have the potential to optimize energy consumption. Finally, the energy optimization of the press section and the dryer section is confirmed as the important content of this paper.⑵Theoretical analysis and optimization of energy consumption in press sectionThrough the analysis of the structure of press section and the theory of pressing dewatering, it is obtained that the paper dryness which has been pressed is used as index of energy consumption in press section. And at the same time, it is confirmed that the nip pressure and the speed of paper machine are the main factors which affects the energy consumption of the press section. Combined with the actual production of paper machine, the data of press dewatering is tested and recorded, the data graph is mapping and the functional relationship between the nip pressure, the speed of the paper machine and the dryness of the paper is fitted. Finally, the best range of nip pressure and the speed of the paper machine are confirmed and optimization of energy consumption in press section is realized.⑶Theoretical analysis and optimization of energy consumption in dryer sectionBased on the drying process of paper and the theory of drying, the dryer section can be divided into steam condensate system, the ventilation system and heat recovery system, and then the characteristics of energy distribution and factors for each system are analyzed. Under the condition of ensuring the stability of the paper sheet, the efficiency of the dryer and the hood, through the controlling of the temperature and humidity of exhaust air in heat recovery system, the capacity of the heat recovery is enhanced and the preheating temperature of fresh air is increased. The consumption of steam that heat the fresh air is saved and the optimization of energy consumption in the dryer section is realized.⑷Design for automatic control system of paper machine based on energy optimization schemeCombined with energy optimization scheme of the press section and dryer section, the control requirements of the paper machine drive control system and DCS (Distributed Control System, DCS) control system are summarized. SIEMENS STEP7 and WinCC7.0 are used as software platform, SIEMENS S7-300PLC (Programmable Logic Controller, PLC) is used as the hardware platform, and industrial Ethernet and Profibus-DP are used as communication mode, then the design of automatic control system for tissue paper machine is completed.Through the analysis of above, the operating parameters in the press section and dryer section of tissue paper machine is controlled reasonably, which is beneficial for saving electrical and thermal energy in the production process of the paper machine. And the energy optimization of the tissue paper machine is realized, cost of production is reduced, the market competitiveness of enterprises is improved.
[硕士论文] 郭雯
化学 陕西科技大学 2017(学位年度)
摘要:粉煤灰/煤矸石纤维是燃煤废弃物粉煤灰和采煤过程中排放的固体废弃物煤矸石经高温熔化、喷丝,冷却等工序所制成得一种无机纤维。该纤维具有良好的无机纤维特性,目前在防火保温材料中得到了广泛的应用;因其与植物纤维有相似之处,可将其应用于造纸工业中,但由于粉煤灰/煤矸石纤维所具有的刚性强、脆性大等缺点,使得生产出来的纸张性能有所降低。本课题基于上述问题,研究了一种增强剂,包覆于粉煤灰/煤矸石纤维表面,增强纤维的韧性和弹性,使其在与植物纤维进行配抄所生产的纸张的相关性能有所提高。本论文主要研究工作有以下几个方面:
  (1)单因素变量法探索粉煤灰/煤矸石纤维增强剂的合成工艺
  以淀粉作为主要原料,硫酸亚铁(FeSO4)为催化剂,双氧水(H2O2)、亚硫酸氢钠(NaHSO3)为引发剂,苯乙烯(St)、丙烯酸丁脂(BA)等为单体,通过乳液聚合的方法合成一种粉煤灰/煤矸石纤维增强剂,对粉煤灰/煤矸石纤维表面进行增强改性,改变其刚性强、脆性大、易断裂的缺点。以增强后粉煤灰/煤矸石纤维的研磨过筛率为考察指标,采用单因素变量法,研究了淀粉、FeSO4、H2O2、引发剂配比、单体配比用量对增强剂性能的影响。得出合成粉煤灰/煤矸石纤维增强剂较优工艺为:淀粉为10.0 g, FeSO4为0.02 g,氧化降解 H2O2为2.5 g,引发剂 H2O2/NaHSO3质量比为5:1,单体 St/BA质量比为13:7;通过红外光谱(FT-IR)、乳液粒径等分析方法对较优条件下合成的增强剂进行表征。结果表明:St、BA等已接枝共聚到淀粉分子上,粉煤灰/煤矸石纤维增强剂成功合成;增强剂乳液分散性指数(PDI)为0.163,平均粒径(Z-Average)为70.30 r.nm。将增强剂应用于粉煤灰/煤矸石纤维增强工艺中,通过环境扫描电镜、纤维过筛法、纸张物理性能等分析方法对增强后的纤维进行评估。研究结果表明,纤维表面包覆一层增强剂;增强后粉煤灰/煤矸石纤维过筛率低于未增强粉煤灰/煤矸石纤维;在增强粉煤灰/煤矸石纤维添加量为30%的前提下的配抄纸,与纯植物纤维所抄纸张的物理性能相比较,纸张各项性能有所提高。
  (2)响应曲面法优化粉煤灰/煤矸石纤维增强剂的制备工艺
  在前期单因素探索的基础上,我们发现引发剂 H2O2、St、FeSO4的用量对增强剂性能影响较大,因此采用响应曲面法对粉煤灰/煤矸石纤维增强剂合成工艺进行进一步优化。以增强后纤维的研磨过筛率为考察指标,分析了引发剂 H2O2、St、FeSO4的用量对增强剂性能的影响。研究结果表明,合成最佳用量:FeSO4为0.016 g,引发剂 H2O2为2.61 g, St为15.09 g;优化后增强粉煤灰/煤矸石纤维过筛率的预测值为25.22%。采用最佳优化工艺条件下合成的增强剂对粉煤灰/煤矸石纤维进行增强改性,增强后粉煤灰/煤矸石纤维过筛率为25.57%,误差较小,与预期值25.22%基本吻合。所以,该响应面法所建立的模型可行,最佳优化工艺可靠。通过 FT-IR、乳液粒径等分析方法对最优条件下合成的增强剂进行表征。结果表明:粉煤灰/煤矸石纤维增强剂乳液被成功合成;增强剂乳液 PDI及 Z-Average均小于单因素法所得的粒径数据,说明响应面优化工艺所得的增强剂优于单因素法。将增强剂应用于粉煤灰/煤矸石纤维增强工艺中,通过环境扫描电镜、纤维过筛法、纸张物理性能等分析方法对增强后的纤维进行评估。研究结果表明:采用响应曲面优化工艺所增强的粉煤灰/煤矸石纤维,经研磨过筛,过筛率小于单因素法所增强的粉煤灰/煤矸石纤维;在增强粉煤灰/煤矸石纤维添加量为30%的前提下进行配抄纸实验,纸张的各项物理性能不仅优于纯植物纤维纸张的相关性能,而且相较于单因素法所配抄的纸张,相关物理性能更有所提高,进一步说明响应曲面的优化工艺较为成功。
  (3)粉煤灰/煤矸石纤维增强工艺的研究及增强纤维对纸张性能的影响
  将最优工艺条件下合成的增强剂用于粉煤灰/煤矸石纤维的增强工艺中,以增强后纤维的过筛率以及配抄纸张的物理性能为指标,探索了增强剂用量、增强温度、增强时间对增强效果的影响。结果表明,最佳增强条件:增强剂的浓度为2%,增强温度为65℃,增强时间为1.5 h;并将增强后的纤维与植物纤维进行配抄纸实验,探索了配抄纸时粉煤灰/煤矸石纤维的最大添加量。结果表明:增强后粉煤灰/煤矸石纤维在纸张中的最大添加量为30%时,所配抄的纸张性能与纯植物纤维所抄的纸张性能接近甚至更优。
[硕士论文] 田耀斌
轻工技术与工程 陕西科技大学 2017(学位年度)
摘要:雾霾天气的增多,使得人们更加关注空气质量问题,国家也出台相关政策来改善空气质量。尤其是政府推出一系列清洁能源计划,为液化天然气的发展带来了机遇,推动了LNG(液化天然气)产业的发展。隔热层使用的微纤维玻璃棉绝热材料对气罐隔热性起着关键作用。运输LNG时,需要大量的LNG气罐,这种气罐采用的隔热方式是:高真空多层绝热。
  本论文首先通过实验分析讨论微纤维玻璃棉浆料的性能,得出以下结论,随着疏解转数的提高,五种微纤维玻璃棉均表现出打浆度先上升,到达某一个特定的疏解转数后,打浆度略微有减小,最后会趋于稳定在某个特定的值。纤维浆料的滤水时间也会增加,当疏解转数到达一定值时,滤水时间有所降低。随着转数的增大,材料的透气度减小,疏解转数超过10000r之后,透气度会大幅度的升高,之后,透气度出现回落。随着疏解转数的增加,五种微纤维玻璃棉复合绝热材料被拉断所需要的拉力逐步提高,当对应转数到达(9000r、12000r、9000r、15000r、12000r)时,材料被拉断所需的拉力明显开始下降,随着疏解转数的进一步增加,材料被拉断所需的拉力维持不变。
  紧接着研究了影响浆料体系的Zeta电位的因素,同时对其相关机理进行研究,分析得出:微纤维玻璃棉浆料浓度越低,浆料体系中纤维的沉降速度越慢,相同时间内的体积沉降分数越高,纤维沉积的部分结构越疏松,浆料的分散性能越好。机械法通过减小纤维的长度从而改善微纤维玻璃棉浆料的分散性能,且随着剪切速率的增加,Zeta电位的绝对值先增大而后减小,浆料分散状态先变好而后变差。pH通过改变纤维之间的静电排斥力来影响微纤维玻璃棉浆料的分散性,随着浆料pH值的减小,浆料的分散性表现为先变好后变差的趋势,在pH=2.5时,浆料的分散性达到最佳。SHMP、PEO、HEC的使用,可以对微纤维玻璃棉浆料体系的分散性有所改善。随着添加量的增大,分散效果均呈现先变好后变差的趋势。在各自的最佳添加量下, SHMP分散效果最佳,PEO次之,HEC最差,SHMP为最佳分散剂。
  最后研究了低温隔热纸的相关导热性能。结果表明:测定导热系数前,需要对微纤维玻璃棉绝热复合材料进行干燥处理,最佳的干燥时间为60min,干燥温度控制在105℃。低温下,29°SR玻棉纤维制备的绝热材料导热性能最佳,39°SR玻棉纤维制备的材料导热性最小。随着温度的提高,不同打浆度的微纤维玻璃棉绝热材料的导热系数都会上升,其中29°SR和39°SR玻棉纤维绝热材料的导热系数随着温度变化不大。其他四种打浆度的玻璃棉纤维绝热材料导热性呈现明显变化,由此可以看出,39°SR玻棉理论上为最合适的绝热材料制备原料,合理的疏解转数为12000r。通过对微纤维玻璃棉绝热复合材料X-射线衍射图案的分析,可以看出微纤维玻璃棉显示出玻璃棉纤维降解较少的无定形状态,在最终材料成型当中具有一定的骨架支持能力。
[硕士论文] 李秋梅
轻工技术与工程 陕西科技大学 2017(学位年度)
摘要:在纸张中添加填料,不仅能改善纸张性能,降低生产成本,还有利于保护森林资源,发展“低碳经济”。填料种类不同,其成纸性能具有较大的差别,即使填料物理和化学性质相同,其在纸张中分布的差异也可导致成纸性能的不同。为了探究填料特性及 Z向分布对纸张性能的影响,本文从以下方面进行了研究:
  首先,采用机械研磨法和化学预絮聚法研究了填料粒径及分形维数对纸张结构性能、光学性能及强度性能的影响。对于粉煤灰基多孔硅酸钙(FACS)采用机械研磨法得到具有不同粒径的填料;对于沉淀碳酸钙(PCC)采用化学预絮聚的方法获得具有不同粒径的填料。采用扫描电子显微镜的背散射模式拍摄填料及纸张中填料形态后,运用图像分析软件统计了填料的粒径、粒径分布及分形维数。并对不同粒径的填料加填纸性能进行了比较。
  结果表明,FACS0、FACS1、FACS2、FACS3的中粒径和分形维数分别约为18.6μm、15.8μm、8.6μm、3.6μm;1.76、1.74、1.73、1.68。未添加化学助剂时,其在纸张中的粒径和分形维数分别约为18.0μm、15.3μm、8.5μm、3.6μm;1.73、1.72、1.70、1.63。填料特性基本没有发生改变,说明在抄造过程中填料未发生聚集,因此,仍可用填料自身性质分析其对纸张性能的影响。不同粒径的 FACS加填纸的抗张强度顺序为:FACS1﹥FACS0﹥FACS2﹥FACS3。分形维数、填料粒径对于纸张结构性能、强度性能和光学性能具有重要影响。填料粒径和分形维数较大时,纸张的松厚度和透气性较高,不透明度较小;在一定范围内,纸张抗张指数随着粒径及分形维数的增加而增加,超过一定值后出现下降。
  PCC1、PCC2、PCC3的中粒径和分形维数分别约为18.5μm、11.1μm、4.3μm;1.44、1.59、1.68。其在纸张中的粒径和分形维数分别约为28.6μm、19.4μm、4.2μm;1.39、1.40、1.68。PCC1和 PCC2加填前后特性发生了显著变化,此时需采用纸张中填料特性来分析其对纸张性能的影响;而 PCC3特性基本未发生变化,仍可用填料自身特性分析其对纸张性能的影响。分形维数较低粒径较大的 PCC1填料加填后,纸张的光学性能和松厚度较差,抗张强度较好。
  其次,探究了填料 Z向分布曲线对纸张性能的影响,提出了弧度因子用于表征填料 Z向分布特性,并探究其对成纸性能的影响。结果表明,弧度因子与纸张松厚度、透气度、不透明度、抗张强度及内结合强度有着较好的相关性。当弧度因子较大时,纸张的松厚度、透气性及内结合强度较低,而抗张指数较高。当弧度因子为零时,纸张的透气性和松厚度最高,抗张强度较低。
  最后,为了提高 PCC加填纸强度性能,探究了 PCC与滑石粉复配预絮聚,研究了相同复配填料絮聚体尺寸对纸张性能的影响。结果表明,填料复配预絮聚后形成的 PCC与滑石粉填料复合体,可实现在原有预絮聚方法的基础上进一步提高加填纸成纸抗张强度。当填料含量为(20±0.5)%时,与未预絮聚 PCC填料加填纸相比,絮聚体尺寸为48μm时,单独预絮聚PCC加填纸抗张强度性能可提高约46%,而当PCC:滑石粉=1:1时,抗张强度可提高约54%。
[硕士论文] 郝杨
轻工技术与工程 陕西科技大学 2017(学位年度)
摘要:间位芳纶纸基材料是以芳纶短切纤维和芳纶沉析(或芳纶浆粕)纤维为原料,利用现代造纸湿法抄造技术抄造成纸,再经后续加工处理后制备所得。因芳纶纤维本身高的取向度和结晶度,使其具有较高的比强度、比模量,介电性能、并兼具优良的化学稳定性、耐高温性能和低密度等特性,其产品也多种多样,包括耐高温绝缘材料、轻质化蜂窝材料、高性能电子材料等,在现代高科技领域如电子电工、航空航天、国防军事、轨道交通等都有着广泛的应用。芳纶纸基材料中,由于芳纶短切纤维本身的皮-芯层结构导致纤维表面呈化学惰性,和沉析纤维基体结合性差,导致纸张结构疏松多孔,严重影响了成纸的机械强度和介电性能。此外,芳纶纸在使用过程中会出现老化现象,也严重影响了芳纶纸的使用寿命。
  纳米纤维素(NFC)和纳米TiO2因为具有优异的增强效果和耐热性能,在改善复合材料性能方面有着广泛的应用。本课题在芳纶纸基材料中引入性能优异的NFC和纳米TiO2,来改善芳纶纸的强度和绝缘性能差等问题。
  首先对比分析了间位芳纶短切纤维和沉析纤维在表观形貌和形态参数等方面的差异,以及对纸页结构的影响,明确了芳纶纸的强度主要依靠短切和沉析纤维的物理交织,结合强度弱。继而采用磷酸溶液对芳纶短切纤维进行改性来增加其表面粗糙度和活性,并研究了NFC含量对芳纶纸基材料性能的影响。结果表明当NFC的含量为20%时,成纸的抗张指数、撕裂指数、层间结合强度和抗张能量吸收(TEA)分别达到了最大值22.44 N·m·g-1,13.33 mN·m2·g-1,138.22J·m-2和29.71/J·m-2。FT-IR表明强度性能的提升主要是因为NFC表面的羟基和芳纶纤维表面的活性基团能够产生很强的氢键缔合作用。SEM图象表明NFC像“蛛网”或“蚕丝”状的薄膜结构粘接在芳纶纤维上,作为短切纤维和沉析纤维的界面粘结桥梁和填充剂,从而使纸张的界面粘结强度大幅度提高。
  然后利用KH-550改性纳米TiO2,获得分散均一的纳米粒子,再以网状NFC作为载体分散和负载无机纳米TiO2,采用分光光度计研究了二者的分散稳定性和均匀性,结果表明NFC因其特殊的的三维网状结构和表面活性不但可以作为载体截留纳米TiO2,还起到了分散纳米TiO2的作用。FT-IR表明NFC/纳米TiO2通过氢键组装成了紧密的有机-无机杂化纳米材料。
  接着研究了NFC/纳米TiO2有机-无机杂化纳米材对间位芳纶纸基材料力学性能、应力-应变、绝缘强度和抗老化性能的影响。结果表明当芳纶纤维/NFC/纳米TiO2三者的比例为8.7:0.5:0.8时,复合纸的抗张指数、断裂应力和绝缘强度分别达到了最大值16.42N·m·g-1,6.991MPa和9.81kV·mm-1,同时也具备了较强的抗老化性能。
  最后探讨了NFC/纳米TiO2的增强机理,主要分为两点:一是NFC/纳米TiO2之间形成了有机-无机界面相,形成优势互补,界面层的活性增强,从而增加了界面的结合强度;二是NFC负载了纳米TiO2后表面粗糙度大幅度提高,从53nm提高到了101.1nm,与芳纶纤维之间产生了较强的界面啮合强度,改善了界面结合强度,从而提升了芳纶纸基材料的综合性能。
[硕士论文] 周会宁
轻工技术与工程 陕西科技大学 2017(学位年度)
摘要:造纸法玻纤(玻璃纤维)基吸音阻燃薄页材料是一种兼具吸音和阻燃的复合型材料,与国外产品相比,国内产品品质较差,为了改善这一情况,本论文主要从以下几个方面就行研究,通过不同的增塑剂对玻纤基吸音阻燃薄页基材(只添加了粘结剂,未添加阻燃剂、色浆等一系列化学药品的产品)进行研究,得到较优的生产工艺条件,同时研究了阻燃剂、粘结剂对玻纤基吸音阻燃薄页材料物理性能以及力学性能的影响,并利用 SEM、FT-IR、TG、EDS等分析仪器对相关机理进行了研究。
  利用 AFG型增塑剂、Arosurf PA777型增塑剂、Varisoft3696型增塑剂等五种不同的增塑剂对玻纤基吸音阻燃薄页基材进行处理,探讨增塑剂对玻纤基吸音阻燃薄页基材定量、厚度、紧度、松厚度以及抗张强度的影响,确定最佳的增塑剂种类和用量。研究发现, AFG型增塑剂对玻纤基吸音阻燃薄页基材的影响效果最好。当 AFG型增塑剂用量为0.75 wt%时,制备得到玻纤基吸音阻燃薄页基材紧度为0.225 g/cm3,松厚度为4.44 cm3/g,抗张强度为13.35 N/15mm,能够满足生产生活的要求。
  由于玻纤基吸音阻燃薄页基材不具有阻燃效果,因此需要采取浸渍阻燃剂的方法对其进行处理。通过 FT-IR、SEM-EDS等分析仪器对阻燃剂进行分析,确定阻燃剂种类为三聚氰胺类阻燃剂。然后研究阻燃剂浸渍时间和阻燃剂用量对玻纤基吸音阻燃薄页基材的物理和力学性能、阻燃性能的影响,确定最佳的工艺条件。当阻燃剂浸渍时间为15s,阻燃剂用量为5%时,玻纤基吸音阻燃薄页材料的阻燃剂含量为16.00%,抗张强度为11.92N/15mm,平均氧指数为28.5%,一级阻燃等级。最后再利用 SEM分析、燃烧后炭层分析、以及 TG分析,对阻燃剂的作用方式和作用机理进行研究。SEM研究发现,玻璃纤维与植物纤维相互交错相连,形成网状结构。阻燃剂主要在植物纤维表面,玻璃纤维表面较少;燃烧后炭层分析以及TG分析可知,阻燃剂在遇热时,提前分解产生不可燃气体,稀释氧气,同时在植物纤维表面形成一层保护膜,阻碍植物纤维与空气的接触,从而达到阻燃的目的。
  一般来说,粘结剂用量越大,材料的强度也就越大,但对材料的其他指标都会有一定的负面影响,比如紧度、手感等。通过研究粘结剂对玻纤基吸音阻燃薄页材料性能的影响,发现随着粘结剂用量的增加,玻纤基吸音阻燃薄页材料的抗张强度在不断增加,紧度也在不断增大,但手感减弱,孔隙率减小。这是因为添加的粘结剂,填充了薄页基材的内部或者包覆在纤维表面,从而引起玻纤基吸音阻燃薄页薄页基材的手感减弱、孔隙率减小。因此选择合适的粘结剂用量是平衡材料各方面性能的重要因素之一。研究发现,当粘结剂用量为4%时,玻纤基吸音阻燃薄页薄页基材含胶量14.57%,抗张强度15.21 N/15mm,孔隙率为85.21%,可以满足产品指标的要求。
  通过研究粘结剂以及阻燃剂用量对玻纤基吸音阻燃薄页材料吸音性能的影响,得到玻纤基吸音阻燃薄页材料的吸音系数可以达到0.5以上,具有较好的吸音效果。
[硕士论文] 李鹏辉
制浆造纸工程 陕西科技大学 2017(学位年度)
摘要:芳纶纸是具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀和优异绝缘性能的复合材料,在航空航天、高速列车和电子电工领域有着广阔的应用前景。目前国产芳纶纸的力学性能、绝缘性能与Nomex纸仍有一定差距。主要有原料质量问题、纤维分散和湿法成型等工艺及设备的问题,特别是热压成型工艺和纤维间界面粘结性能不足等问题一时难以完全解决。另外,Nomex纸在中低端应用领域性能富裕,采用纤维混杂成型技术,借助不同种类纤维优势互补,无疑也是制备低成本且综合性能优异的纸基复合材料的一种有效途径。
  本研究采用国产对位芳纶纤维(PPTA)、间位芳纶纤维(PMIA)、宝德纶纤维(POD)、芳砜纶纤维(PSA)、聚酯纤维(PET)以及间位芳纶浆粕(PMIA)制备高性能混杂纤维纸。通过分析不同类型纤维的结构与性能,研究不同类型短切纤维与PMIA浆粕制备高性能混杂纤维纸的混杂潜力。采用单组分短切纤维、双组分短切纤维分别与PMIA浆粕混杂,优化纸基材料热压成型工艺条件,制备不同类型混杂纤维纸。研究了热压成型工艺条件对纸张在热压过程中短切纤维与浆粕纤维之间的相互作用以及界面粘结状态的影响。根据产品结构和使用性能的要求,通过调整纤维类型、配比、混杂方式和成形方法等工艺参数和制备技术,进行纸张的可控设计和制备,形成结构和功能兼备的系列高性价比纸基复合材料。从而为芳纶纸基材料扩大原料选择范围与进一步研究提供研究依据。
  研究不同合成纤维的形态、结晶、化学结构及其热稳定性。结果表明,不同类型短切纤维均呈圆柱棒状结构,粗细程度差异较大。纤维长度均在5mm左右;PMIA-纤表面粗糙存在大量沟壑状皱褶,而PPTA-纤、POD-纤、PSA-纤、PET-纤表面较为光滑。PMIA-浆呈飘带状,非常柔软,尺寸较小,细碎化程度高,比表面积大,有利于纸张湿法成形。PPTA-纤、POD-纤、PET-纤结晶程度较高,PMIA-纤次之,PSA-纤结晶程度最低,PMIA-浆非晶化成分较多,属于非晶态结构。PMIA-纤、PPTA-纤、POD-纤、PSA-纤、PET-纤与 PMIA-浆耐热性能有所差异,PPTA-纤、POD-纤热稳定性相对较高,PMIA-纤、PSA-纤、PMIA-浆次之,PET-纤热稳定性最差。
  采用五种不同短切纤维分别单独与 PMIA-浆混杂,制备单组分短切纤维混杂纤维纸。结果表明,在最佳热压工艺条件下,PPTA-纸抗张指数为212.6N·m·g-1约为Nomex T410纸(111.1N·m·g-1)的两倍;PMIA-纸、POD-纸抗张指数在95~100N·m·g-1之间略逊于Nomex T410纸;PSA-纸、PET-纸抗张指数在80~90N·m·g-1之间相对较差。PMIA-纸、PPTA-纸、POD-纸、PSA-纸耐压强度在14~17.0kV·mm-1之间,PET-纸相对较高为22.0kV·mm-1,但仍与Nomex T410纸(27.0kV·mm-1)存在较大差距。高温热压条件有利于纸张结晶性能的改善。PMIA-纸,PPTA-纸,POD-纸,PSA-纸耐热性能相近,PET-纸耐热性能较差,但仍具有稳定的耐热性能。
  PPTA-纤、POD-纤、PSA-纤、PET-纤与 PMIA-纤以一定配比混合后与PMIA-浆混杂,制备双组分短切纤维混杂纤维纸。结果表明,在最佳短切纤维配比与热压工艺条件下,PPTA/PMIA-纸抗张指数为130.4N·m·g-1,优于Nomex T410纸;耐压强度为26.0kV·mm-1,与Nomex T410纸基本无异。POD/PMIA-纸、PSA/PMIA-纸、PET/PMIA-纸综合性能与Nomex T410纸相差较大。高结晶度本体组分纤维有利于不同短切纤维配比纸张结晶度的改善。自制混杂纤维纸具有相对稳定的耐热性能,其中PPTA/PMIA-纸、POD/PMIA-纸、PSA/PMIA-纸耐热性能相近,而PET/PMIA-纸耐热性能相对较差。由此看来,PPTA-纤可以有效地提升纸基复合材料各项性能,对位结构及高强度性能形成了其成纸优势;PET-纤可以有效地提升纸基复合材料电学性能,对位结构也起到了关键作用。
  在此基础上,尝试选用对PMIA-纸力学性能有显著增强作用的高成本PPTA-纤与对其电气绝缘性能提升作用明显的低成本PET短切纤维进行混杂并制备高性价比混杂纤维纸。结果表明,当PPTA/PET短切纤维混杂比为1:3时,纸张与Nomex T410纸力学性能、绝缘性能、结晶性能、耐热性能相近,可与Nomex T410纸综合性能相媲美。
[硕士论文] 黄宝柱
化学工程与技术 陕西科技大学 2017(学位年度)
摘要:在造纸、化工等行业的生产过程中,流量是重要的过程控制变量之一,其控制效果直接关系到产品质量,受到相关行业的高度关注。然而随着企业对流量控制要求的提高,普通调节阀的控制精度已不能满足要求,高精度定量阀因其具有较高的控制精度与良好的动态特性在流量控制中倍受青睐。由于国内目前尚未制造出高精度的定量阀,因此当前国内主要依赖于进口,国外高昂的垄断价格使企业投资成本大幅度增加。为了打破国外的技术垄断,迫切需要研制出一种具有一定竞争力的国产高精度定量阀。本论文受高精度定量控制执行器的研制项目(项目号:201311)和陕西省重点科技创新团队计划项目(项目号:2014KCT-15)的资助,围绕高精度定量阀的机械结构及控制单元设计、加减速定位控制和位置闭环智能控制三个方面展开了以下研究工作:
  (1)高精度定量阀机械结构与控制单元的设计
  针对高精度定量阀驱动部件的选型问题,通过仿真实验,对同步电机、异步电机,步进电机的开环定位精度进行了测试。根据测试结果,选择定位精度相对较高的步进电机作为驱动部件,然后结合减速器、阀体等零部件,设计了高精度定量阀的整体机械结构。根据阀门控制的电机驱动、故障报警、阀位反馈、通信等功能需求,设计了以S7-200 PLC与步进电机驱动器构成的高精度定量阀控制单元。
  (2)高精度定量阀加减速定位控制的研究
  针对高精度定量阀的驱动部件在运动过程中存在丢步与过冲的现象,提出了基于三角形、梯形、S形的加减速定位控制算法。通过分析每种算法的优缺点,并结合算法实现成本,选择了拟合S形加减速算法对高精度定量阀进行定位控制。最后利用仿真实验验证了拟合S形加减速算法的定位效果,并且将拟合S形加减速算法在物理实验平台上做出了进一步地验证。
  (3)高精度定量阀位置闭环智能控制的研究
  针对阀门最终位置偏差以及步进电机强耦合性与高非线性的特点,提出了基于模糊PID的阀门位置闭环控制策略。通过仿真实验发现,与传统的PID控制器相比,模糊PID控制器能够有效且快速地纠正阀门位置偏差,进一步提升高精度定量阀的控制精度,并且取得了令人满意的动态特性。
  本论文通过高精度定量阀的定位控制提高了其控制精度与动态特性,最后将其应用在四川某企业的卫生纸机纵向定量控制中,现场流量历史曲线和定量采样数据表明,该高精度定量阀能够有效地提高了浆料流量控制精度与纵向定量的稳定性。
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