植物纤维模塑干燥方法及干燥机理

2022-08-29 08:36:46

植物纤维模塑制品是以纸浆、废纸、甘蔗浆、竹纤维、秸秆纤维等等为原料生产的一种新型材料，广泛用于各类产品的包装。植物纤维模塑制品的生产过程分为浆料处理、真空成形和干燥、整形等工序，干燥过程的能量消耗在整个生产成本中占有很大的比重。如何合理地确定干燥工艺条件，降低能耗，是提高企业经济效益的一个关键同题。

1.植物纤维模塑制品的干燥方法及干燥机理

目前植物纤维模塑制品采用烘道热空气干燥、太阳能干燥、真空脱水、膜内干燥等等干燥工艺，其中烘道热空气干燥是在特定的干燥设备内在热空气作为干燥介质对植物纤维模塑制品进行干燥。热空气主要由两种方式取得，一种是利用热风炉燃烧直接产生热空气；另一种是利用蒸汽、导热油等等通过热交换器与空气进行热交换产生热空气。植物纤维模塑制品干燥过程采用的设备主要有干燥箱、隧道式干燥器和链式干燥机等。无论采用哪一种干燥设备，其干燥机理是基本相回的。

由纸浆、废纸、甘蔗浆、竹纤维、秸秆纤维等等为主要组分的湿毛坯，是内部具有毛细管结构的多孔隙物体。水分存在于纤维的表面和纤维毛细管的孔隙之间。用于产品内包装的植物纤维模塑制品，一般要求具有良好的动态缓冲性能，其中的水分不能用机械压榨的方式除去，完全需要以干燥方式予以脱除。因此，与常规的纸页干燥过程相比，植物纤维模塑制品的干燥强度很大。热空气一方面作为热源为去除水分提供能量；另一方面又作为水分载体，将不断蒸发出来的水分带走。

湿毛坯中的水分是依靠水分的内扩散和外扩散，所谓内扩散是指水分在湿纸模毛坯中由内部向表面的迁移过程；外扩散则是指水分从其表面蒸发后被带走的过程。植物纤维模塑制品干燥效率的高低取决于水分内、外扩散的速度和两者之间的平衡、协调，合理的工艺条件围绕着上述两方面和植物纤维模塑制品的干燥物性制定。

2 提高植物纤维模塑制品干燥效率的途径

在植物纤维模塑制品的干燥过程中，为了提高干燥效率，降低干燥介质（热空气）的湿度，提高温度和气流速度是必要的，但必须同时提高水分的内、外扩散速度。在生产实践中，可通过以下途径来实现。

2.1 适当减少植物纤维模塑制品的厚度

植物纤维模塑制品的厚度越大，其干燥越困难。因此，在设计植物纤维模塑制品的厚度尺寸时，应在保证其整体强度和满足包装性能的前提下，尽量减小其厚度，既有利于干燥效率的提高，同时又降低纤维原料的消耗。各部位的厚度差不要过大，以避免因其局部的水分向外扩散困难而影响整体的干燥速度。

2.2 适当增大湿毛胚表面与内部的水分梯度

在干燥过程中，湿毛坯表面与内部的水分浓度差，是形成水分内扩散的主要动力。通过调整热空气的温度、湿度、风速及风量来提高水分梯度，对于提高水分内扩散是有利的。但水分外扩散速度太大，则易造成湿纸模表面收缩过快过大而影响水分的内扩散速度，这将对植物纤维模塑制品的干燥产生负面效应。

2.3　适当提高干燥时的温度

干燥温度的提高，有利于水分从湿毛坯内部向表面迁移。但在生产实践中，温度的提高要受到诸多方面的限制，所以只能适当地提高。

3　干燥时的生产工艺条件

3.1　干燥温度

提高温度可以加快干燥速度。但温度过高会使植物纤维模塑制品的整体强度等性能指标有所下降，湿毛坯内各部分将形成较大的温度梯度，而产生较大的热应力，使植物纤维模塑制品发生缺陷。此外，过高的热空气温度也会使能耗增大，干燥的热效率严重降低。因此，在湿毛坯干燥时，热空气的温度一般都控制在110℃左右，并且要求干燥设备内各部位的温度应保持一致。

3.2　干燥时热空气湿度的控制

热空气湿度的控制十分重要。湿毛坯干燥初期蒸发出来的水分，若不及时排除，会造成干燥设备内的湿度不断增大，从而延长植物纤维模塑制品的干燥时间和降低干燥效率。对一些热空气循环的干燥设备，要随时调节循环热空气和新鲜热空气的比例，不使其因湿度过大而彩响干燥设备的干燥效率。

3.3　热空气的速度和流量

调节进入干燥设备内热空气的速度和流量也是提高干燥速度的一个有效方法。湿毛坯水分的外扩散速度在很大程度上取决于干燥设备内热空气的速度和流量，并且要求高速的热空气能够均匀地吹向湿纸模毛坯的表面和保证有足够的热空气流量，使其得到均匀地干燥，一般在热空气速度达到５米／秒以上时，植物纤维模塑制品能够得到较快速的干燥。

4 结论

植物纤维模塑制品的干燥过程直接影响产品质量和生产成本。因此，掌握其干燥机理、特性和确定合理的干燥条件是十分重要的。目前，在国内的生产企业中，植物纤维模塑制品的干燥过程普遍存在着能源消耗高、干燥效率低的问题，其中有些是干燥设备本身存在的缺陷，但大多是生产中没有控制好热空气的温度、湿度和流速（流量）三大工艺要素，合理地确定这三大工艺要素，才能得到植物纤维模塑制品较好的干燥效果。

本文来源：包装部落2018

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