TSA柔軟度測試儀在生活用紙生產工藝優化中的應用

ALexander Grüner EMTEC Electronic GmbH

胡云濤 上海林紙科學儀器有限公司

TSA柔軟度測試儀在生活用紙生產工藝優化中的應用

TSA Tissue Softness Analyzer

ALexander Grüner EMTEC Electronic GmbH

胡云濤 上海林紙科學儀器有限公司

生活用紙最關鍵性的特征參數就是柔軟度和手感。傳統的辦法是用專家評估小組來人工測試這一質量參數。人工測試存在許多缺點，而Emtec TSA紙巾柔軟度測試儀能夠客觀地測試分析，減少人為因素。目前國內外知名的生活用紙廠商大多數已采用此先進的分析儀器和方法，包括生活用紙廠家、維美德等紙機設備供應商、化學品公司、研究機構和高校。這個儀器可以檢測紙頁的三個基本參數：粗糙度/平滑度、真實柔軟度、硬挺度。這三個參數實際上決定了當我們觸摸紙巾時整體的“手感”印象。TSA不僅僅是可以測定這些參數，更重要的是可以幫助調整像柔軟劑等化學品在濕部添加量的大小，因為添加的柔軟劑增加或減少，從TSA的監測數據可以反映“真實柔軟度”的變化。此外，TSA還可以幫助設定合理的紙機參數，例如起皺刮刀的角度，刮刀的使用壽命等。

從紙漿到成品，簡單的生產流程示意圖如圖1。備料階段的磨漿、配漿及化學品的添加都可以通過TSA來優化，節省時間、材料和費用。另外通過TSA的優化，刮刀的使用壽命也可以延長，降低刮刀更換頻率。

圖1 造紙過程流程圖

1 紙漿配比優化

不同的紙漿配比對衛生紙質量的影響是不一樣的。圖2是在美國進行的一次實驗。可以看出纖維構成為75%桉木漿/25%針葉木漿的成紙柔軟度指數為8.2，最柔軟。它的手感值為90，在所有測試組中最高。使用了脫墨漿的測試組手感值最低。另外第二天再現性測試的曲線基本上與第一天的曲線重合，這說明TSA測試穩定。因此在試機前測試手抄片，可以快速的選擇最優的漿料配比，獲得滿足要求的原紙或成品紙，節省時間、材料和費用。

2 磨漿優化

磨漿的目的是使纖維分絲帚化，增強纖維之間的結合力。但是磨漿的同時，纖維也會被切斷，纖維變短。磨漿的程度也可以通過TSA來優化。通過圖3的TSA測試曲線發現，磨漿越重，紙張越平滑，纖維越不柔軟。因此，可以通過TSA確定合適的磨漿程度。

圖3 磨漿對柔軟度的影響

3 柔軟劑種類的優化

添加柔軟劑，真實的柔軟度會上升。但是不同的柔軟劑對平滑度/粗糙度、真實柔軟度和挺度這三個參數的影響是不一樣的，人用手來感覺可能沒有那么明顯，通過TSA可以清楚的知道每個參數是受到怎樣影響的，從而確定選擇哪種柔軟劑。添加柔軟劑主要影響真實的柔軟度，因此可以通過監測真實柔軟度這一參數選擇合適的柔軟劑。

圖4 柔軟劑對三個參數的影響

4 紙幅均一性優化

現在衛生紙機的幅寬最寬可達6m左右，在橫向方向上定量、挺度、起皺發生變化都會導致粗糙度和柔軟度變化，最終影響紙幅橫向手感。發生這種情況的原因可能是紙機的速度改變，但是流漿箱沒有調整。流漿箱的設置是根據特定車速設定的，如果車速改變，就需要調整流漿箱，以確保紙幅橫向各噴嘴分配到相同的紙漿。一般情況下，手感測試組成員也可能發現這個問題，但是時效性較差。而TSA能夠很快的顯示出數據，從而及時調整。

圖5 流漿箱噴漿示意圖

5 刮刀優化

刮刀尤其是鋼制刮刀的使用壽命是有限的。一般來說，根據原紙的質量要求，一個刮刀可以生產1～8個大軸紙，然后需要更換刀片，而更換刀片需要耗費2～3min。使用手感測試只能為了運行安全根據設定的周期強行改變刀片的使用周期。而采用準確和客觀方法的TSA，刀片可以根據需求更換。通過確定一個周期的最佳刀片數量，每個刀片可以在產品質量沒有下降的情況下完成更多的紙軸。

例：某生產線年產量：45,000t；

每軸生產時間：大約30min；

刀片更換時間：大約3min。

優化前每個刀片周期的紙軸產量：4個/120min，需要更換12個刀片/d，換刀總時間36min/d。優化后每個刀片周期的紙軸產量：6個/180min，僅需要更換8個刀片/d，換刀總時間24min/d。

因此，刀片更換節省的時間：350d×12min=4,200min/ a，可以生產：140個大軸×4t=560t的額外產量，相當于增加1.25%的產量。

通過節省刮刀降低的費用：鋼制刮刀價格為42.50歐元（寬5m），可以節省4個刮刀×350d=1,400個刮刀，相當于節省1,400×42.5=59,500歐元。

圖6 刮刀變化對手感值的影響

6 助劑用量的優化

助劑的添加可以改變產品的柔軟度，但是添加量太少，達不到添加助劑的目的；添加太多的話，浪費材料，費用太高，不合算。TSA通過精確地監測，可以幫助選擇最佳的助劑添加量。從圖7中看出，隨著助劑用量的增加，柔軟度逐漸提高，當用量超過1.5g/m2的時候，柔軟度變化不大，因此助劑用量選擇1.5～2g/m2為最佳。

圖7 助劑用量對柔軟度的影響

使用TSA模型計算選擇面巾紙助劑應用案例。

例：雙層面巾紙的年產量（30 g/m2）：10,000t；

助劑用量（供應商建議）：約3g/m2（每層1.5g/m2）；

助劑總用量：約1,000t（定量的10%用量）；

助劑價格：約2～5歐元/kg；

助劑年費用：約200萬～500萬歐元。

使用TSA優化后，助劑用量1.5～2g/m2為最佳，因此，助劑的用量可以節省10%～50%，相當于費用每年可以節約20萬～250萬歐元。而儀器價格（根據配件）大約為6萬歐元，使用儀器人員的年工資為3萬歐元，投資回報從5個月降到2周。

7 結論

TSA的界面直觀，測試穩定，精度高。通過對三個基本參數粗糙度/平滑度、真實柔軟度和硬挺度的測定，能夠高效的對造紙流程進行優化，節約時間、材料和費用。還可應用于產品開發、投訴管理等方面。三個參數的配合使用和手感值HF可以比較客觀的測量紙的性能，代替人的不確定性。通過數學模型得出的HF結果很容易被各個評判小組接受，實現更好的質量控制。

（張升友整理自2016年南京生活用紙年會國際研討會論文集）