制浆造纸原理与工程
第 二章 磨（打） 浆
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概 述
打浆 ——
浆料中的纤维受到剪切力的作用。
包括机械打浆、超声波打浆和水力打
浆等。
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打浆的主要任务：
（一）改变纤维的形态，使纸浆获得某些
特性（如机械强度、物理性能和胶体性
质），以保证纸页的抄造质量。
（二）通过打浆调节和控制纸料在网上的
滤水性能，以适应造纸机生产的需要，使
纸页获得良好的成形，改善纸页的匀度和
强度指标。
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打浆作用的性质
打浆是物理变化，打浆作用对纸浆产
生的纤维结构和胶体性质的变化，都属于
物理变化，并不引起纤维的化学变化或产
生新的物质。
注意,打浆作用会使纤维表面暴露一
些新的基团，但这是纤维本身原有的，与
化学变化无关。
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关于打浆 ———
“纸是在打浆机中打出来的”
生产不同品种的纸和纸板，需要不同的
打浆设备、打浆方式和打浆工艺。
针对不同的纤维原料，也要采取不同的
打浆设备、打浆方式和打浆工艺。
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打浆理论
一、纤维细胞
壁的结构
胞间层 M
初生壁 P
次生壁外层 S1
次生壁中层 S2
次生壁内层 S3
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各层的组成
胞间层（ M,middle lamella）
是细胞间的连接层，厚度为 1--2? m，含
纤维素极少，主要成分是木素。
初生壁（ P,primary wall）
是细胞壁的外层，由微纤维组成，与胞
间层紧密相连，厚度为 0.1—0.3 ? m，含有
较多的木素和半纤维素。
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各层的组成
初生壁是一层多孔的薄膜，不吸
水、不容易润胀，微纤维在初生壁上
作不规则的网状排列，有碍次生壁与
外界接触及纤维的润胀和细纤维化，
故在打浆时需将此层打碎破除。
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各层的组成
次生壁外层（ S1,secondary wall 1）
由若干层细纤维的同心层组成，厚度
为 0.1--1 ? m，是 P层与 S2层的过渡层，
其化学成分与 P层接近。微纤维排列的方
向与纤维轴向呈 70—90度角，不规则交
错地缠绕在纤维壁上。
S1层微纤维的结晶度较高，对化学
和机械作用的阻力较大，会限制 S2层的
润胀和细纤维化，故打浆时也需将此层
打碎破除。
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各层的组成
次生壁中层（ S2,secondary wall 2）
由许多细纤维的同心层组成，是纤维细
胞壁的主体。厚度为 3--10 ? m，约占细胞
壁厚度的 70—80%。该层纤维素和半纤维
素的含量高，木素的含量少，微纤维的排
列呈螺旋单一取向，与纤维轴向呈 0—45度
角。
S2层是打浆的主要对象。
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各层的组成
次生壁内层（ S3,secondary wall 3）
由层数不多的细纤维同心层组成，厚
度约 0.1 ? m，在纤维壁中所占比例不到
10%，木素含量低，纤维素含量高。该层
的化学性能稳定，微纤维的排列与 S1层相
似，与纤维轴向呈 70—90度角。
在打浆中一般不考虑 S3层。
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纤维 (fiber) 的组成
细纤维 (fibril) 直径 300--500?
微纤维 (micro fibril) 直径 250?
微细纤维 (finer micro fibril) 直径 120?
原细纤维 (elemental fibril) 直径 30?
纤维素微晶体 (crystallile)
用分辨率达 1.5?的电子显微镜还不能
看到。
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二、打浆的作用
五种主要作用 （排列次序与作用先后无关）
（一）细胞壁的位移和变形
（二）初生壁和次生壁外层的破除
（三）横向切断或变形
（四）吸水润胀
（五）细纤维化
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（一）细胞壁的位移和变形
打浆的机械作用
使 S2层中的细纤维同心层产生弯曲，
发生位移和变形；
使细纤维之间的间隙增大，水分子更
容易渗入，为纤维润胀创造了有利条件；
对 P层和 S1层的破除起了重要的促进
作用。
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纤维次生壁的位移
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（二）初生壁和次生壁外层的破除
通过打浆的机械作用和纤维之间的相
互摩擦作用将 P层和 S1层破除，以便使 S2
层充分地润胀和细纤维化。
不同制浆方法和纤维原料，其 P层和
S1层破除的难易程度也不同。
对某些化学浆，在制浆过程中已经破
除了 P层，所以打浆时主要是破除 S1层。
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（三）横向切断或变形
切断是指纤维横向发生裂断的现象。主
要是纤维受到打浆设备的剪切力作用和纤
维间的相互摩擦作用所致。
纤维的切断与其润胀有一定的关系。
润胀良好的纤维不容易被切断。
纤维切断后在断口处留下锯齿状的末
端，利于纤维的分丝帚化和细纤维化。
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（四）吸水润胀
“润胀”是指高分子化合物在吸收液体
的过程中，伴随着体积膨胀的一种物理现
象。纤维在打浆过程中也能吸水润胀。
纤维润胀的原因是由于纤维素和半纤
维素分子结构中所含极性羟基与水分子产
生极性吸引，使水分子进入纤维素的无定
形区，使纤维素分子链之间距离增大，引
起纤维变形。
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纤维润胀的意义
纤维润胀是打浆过程中的一个重要问
题。纤维润胀后，其内聚力下降，纤维内
部组织结构变得更为松弛。纤维比容和比
表面积增加,纤维直径可以膨胀增大 2—3
倍。
有利于纤维的细纤维化，增加纤维间
的接触面积，提高成纸强度，降低透气度。
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纤维的润胀
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纤维润胀的影响因素
原料的组成 ----木素是疏水性物质，因此
木素含量高的原料纸浆，不易润胀。
半纤维素含量 ----草类纤维的半纤维素含
量高，含有较多的游离羟基，比纤维素有
更大的亲水性，容易吸水润胀。
制浆方法 ----不同的制浆方法使纸浆的木
素、纤维素和半纤维素的含量不同，因此
也影响到纤维的润胀程度。
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（五）细纤维化
纤维的细纤维化从细胞壁 P层和 S1层
破除时开始，并在纤维吸水润胀后大量产
生。
细纤维化包括：
纤维外部的细纤维化
纤维内部的细纤维化
上述两种细纤维化作用，是打浆的重
要作用之一，对纸页性质影响极大。
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纤维外部的细纤维化
纤维分丝帚化，表面分丝起绒毛。
分离出大量的细纤维、微纤维、微细
纤维。从而大大增加了纤维的外比表面积，
促进了氢键的结合。
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纤维外部的细纤维化
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对照：打浆前的情况
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纤维的内部细纤维化
指纤维发生润胀后，在次生壁同
心层之间彼此产生滑动，使纤维的刚
性下降，弹性削弱，塑性增加，纤维
变得柔软而有可塑性。
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细纤维化主要产生于 S2层
这是由于：
S2层纤维素含量高
细纤维的排列与轴向几乎平行
打浆作用使 S1层破除
使该层易于产生细纤维化。
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细纤维化与润胀的关系
互相促进：
纤维吸水润胀后组织结构松弛，为进
一步细纤维化创造了有利条件；
纤维的细纤维化，使水分更容易渗入，
又能促进纤维的进一步润胀。
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（六）打浆的其他作用
产生碎片
使纤维扭曲
卷曲
压缩（微压缩）
伸长等
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三、纤维结合力
纸的强度取决于
成纸中纤维间的结合力
纤维本身的强度。
而实验研究表明，最终决定纸页强度
的，是成纸中纤维间的结合力。
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纤维的结合力有四种：
氢键结合力（ 19 kJ/mol,纤维素间 ）
化学主价键力 (140--950 kJ/mol)
极性键吸引力 (Van der Waals Force)
表面交织力
其中，氢键的结合力最重要，与打浆
的关系最密切。
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一些物质的强度比较
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（一）氢键结合 ----水分子的结构
水分子结构是一
个四面体。氧原子位
于四面体的中心，两
个氢原子和两个孤电
子队占据四面体的角
顶。
O—H键之间的键
角被压缩到 104,5度。
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氢键的饱和性：
水分子之间的氢键只能和一个氧原
子结合；当第二个氧原子在靠近氢原子
之前，会被已经结合的氧原子排斥开。
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氢键的方向性：
当一个水分子的氢原子与另一个水分子
的氧原子形成 O—H---O氢键而缔合在一起
时，尽量使 O—H---O氢键保持直线形，以
求吸引最牢。
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共价键中氢氧原子的间距 0.99?
氢键中的氢氧原子的间距 1.77?
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纤维间氢键的形成过程（ I）
----通过水分子形成的水桥连接
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纤维间氢键的形成过程（ II）
----单层水分子形成的氢键结合
当纸料在网上滤
水后，经过压榨进
一步脱出水分，使
两纤维间的距离靠
拢，在纤维间形成
了比较有规则的单
层水分子连接的氢
键结合。
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纤维间氢键的形成过程（ III）
----过程完成，形成氢键结合
纸页经加热干燥进
一步脱除水分，水分
蒸发时，纤维受水的
表面张力作用，使纸
页收缩，纤维进一步
靠拢，从而使纤维素
分子间的羟基距离小
于 2.8 ?，最终形成了
氢键结合。
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氢键形成的条件
有游离羟基的存在；
两羟基之间的距离在 2.8 ?以内。
纤维的吸水润胀和细纤维化，都会使纤
维的游离羟基增加，促进纤维间的氢键结
合，从而提高纸页的物理强度。
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四、打浆与纸张性质的关系
思考题（学习要点）
1、打浆引起了纤维结合力的哪些变化，
引起了纤维形态的那些变化？
2、纸张强度性质的不同指标分别是由那
些因素决定的？
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打浆与纸页性质
1、纤维结合力随打
浆上升；
2、与结合力成正比
的强度指标，都是
先升后降；
3、与纸页致密程度
有关的指标，均随
打浆程度而下降。
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打浆与纸页性质
对于草浆，
打浆与纸页性质
的关系也与木浆
相似。
（本图为稻草浆
的打浆曲线）
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(一 )纤维结合力
（ Fiber-fiber Bonding）
随着打浆度的增加，纤维润胀和细纤
维化增加，纤维的比表面积增大，游离出
更多的羟基，促进纤维间的氢键结合，使
纤维结合力不断上升。
曲线特征：
初期上升很快，逐渐缓慢达到最高点。
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(二 )裂断长 （ Breaking Length）
----纸页的抗张强度。主要受纤维间结合力
和纤维平均长度的影响。同时与纤维的交
织排列和纤维自身的强度等也有关。
曲线特征：
初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，
后期下降。
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（三）耐破度 (Bursting Strength)
----纸页所能承受的最大压力。主要受纤
维间结合力和纤维平均长度的影响。同
时与纤维的交织排列和纤维自身的强度
等也有关。
曲线特征：
初期上升很快，中期缓慢并达到最
高点，后期下降。（比裂断长的曲线下
降早一些）
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（四）耐折度 (Folding Strength)
----纸页在一定的张力下承受 180度往复折
叠的次数。主要受纤维平均长度、纤维间
结合力、纤维在纸页中的排列，纤维本身
的强度和弹性等。
曲线特征：
初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，
后期下降。（与耐破度曲线相似）
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(五 )撕裂度 (Tearing Strength)
----纸页抗撕裂的能力。主要受纤维平均长
度的影响，其次是纤维结合力、纤维排列
方向、纤维强度和纤维交织情况等。
曲线特征：
初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，
后期下降。（比耐折度下降要早）
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（六）紧度 (Density)
紧度指纸页紧密的程度，用（ g/cm3）表
示。该指标也可用紧度的倒数 --松厚度
（ Bulk）表示,单位为 (cm3/g)。该指标主要
受纤维结合力的影响。
曲线特征：
随打浆程度的增加，曲线不断上升。
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（七）不透明度 (Opacity)
不透明度是指纸页不透光的程度，该
指标对印刷纸尤为重要。该指标主要受纤
维结合力的影响。
曲线特征：
随打浆程度增加，曲线不断下降。
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（八）伸长率和伸缩性
(Stretch Ratio)
伸长率是指纸页受到张力至断裂时，
伸长的百分率。而纸的伸缩性是指纸张浸
入水中或在不同湿度下尺寸的变化。
纸浆的上述指标均随打浆度的提高而上升。
曲线特征：
随打浆程度增加而上升。
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(九 )吸收性和透气度
(Absorption)
吸收性是表示纸张吸收水分或其他液
体的能力；透气度是指纸张透过气体的能
力。上述指标均随打浆度的提高而降低。
曲线特征：
随着打浆程度的提高而下降。
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（十）脆性 (Brittleness)
脆性是纸页的物理性质之一，特别是
对以草类浆抄造的纸和纸板更为重要。
已经引起国内造纸工作者的重视，但是目
前对脆性还没有一个明确的定义和统一的
测试方法。
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打浆工艺
一、打浆方式
（一）长纤维游离打浆
（牛皮纸、电缆纸和工业滤纸等）
（二）长纤维粘状打浆
（仿羊皮纸、纸袋纸、字典纸、描图纸等）
（三）短纤维游离打浆
（滤纸、吸墨纸、钢纸原纸、浸渍绝缘纸等）
（四）短纤维粘状打浆
（卷烟纸、电容器纸、证券纸等）
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四种打浆方式
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游离度、游离浆与游离打浆
游离度 ---- 一种测量打浆程度的参数，其值恰
与打浆度相反，打浆程度低的纸浆游离度
较高。
游离浆 ----游离度较高的纸浆。
游离打浆 ----是一种以降低纤维长度为主的打
浆方式，其与游离度（或打浆度）的高低
无直接关系。
即,游离打浆 ?打游离浆
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二、打浆工艺参数
（一）打浆比压
QP = ------------
F
式中,P----打浆比压（ N/m2,Pa）
Q----飞刀辊作用在底刀上的压力 (N)
F----飞刀与底刀的接触面积（ m2）
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打浆比压与刀间距
1、实际上飞刀与底刀不应完全接触，最
小间距应为 0.05—0.08mm。
2、增加比压即减少刀间距。有利于纤维
的切断和压溃，打浆速度加快，整根
纤维的百分比减少。
3、打游离浆要迅速缩小刀距，提高比压；
而打粘状浆则应逐步缩小刀距，逐步
提高比压。（参见表 1-3,1-4,1-5）
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（二）打浆浓度
纸料的浓度对打浆的质量影响很大。
打浆浓度的划分，是一个相对的概念，目前
在造纸界尚未达成共识。
有将打浆浓度分为低浓（ 10%以下）、中浓
（ 10-20%）和高浓（ 20-30%或更高）。
也有将常规打浆浓度（ 2-5%）定为低浓,6-
8%定为中浓，超过 10%定为高浓。
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低浓打浆
从理论上讲，适当提高打浆浓度，可
减少纤维的切断，促进纤维间的挤压与揉
搓作用，有利于纤维的分丝、润胀和细纤
维化。
但是受打浆设备的影响，常用打浆浓
度为 3—5%，新型打浆机，浓度可达
8—10%。
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低浓打浆
即使在低浓的范围内，适当提高打浆
度对打浆质量也有明显的影响。（参见表 1-
6,1-7）。
对于生产不同的纸种，打浆的浓度也
不同。打游离浆，打浆浓度在 3—5%范围
内；打粘状浆，打浆浓度在 6—8%左右 。
（参见表 1-8）
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高浓打浆
（一）高浓打浆原理
与低浓打浆相比，高浓打浆作用不是靠
磨盘直接作用于纤维，而是依靠磨盘间高
浓浆料间的相互摩擦、挤压、揉搓和扭曲
等作用打浆，同时产生大量的摩擦热，使
浆料软化。
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高浓打浆
高浓打浆工艺流程
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高浓打浆
（二）高浓打浆的浆料特性
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高浓打浆
纤维受扭转作用对比
（ *每 100mm纤维扭转 180度的次数）
打浆浓度（ %） 打浆度（ OSR） 纤维扭转次数 *
18.0 53.0 111
4.25 51.5 23
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（三）浆料通过量和打浆效率
对同一打浆设备和打浆压力，单位时
间内浆料通过量越大，则打浆作用越弱 。
通过量 （ kg/h） 700 1980 2890
压力 (kg/cm2) 2 2 2
打浆度 ( OSR) 78 77 71.5
湿重 (g) 2.5 3.1 3.5
裂断长 (km) 6370 5250 5080
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打浆效率
打浆效率取决于打浆时间、打浆比压
和纸浆浓度。（参见表 1-12）
打浆效率 = 通过量（ kg/h） x ? OSR
= kg ? OSR / h
式中 ? OSR----进出口浆料打浆度之差。
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（四）打浆温度
关于打浆温度对纸浆性质的影响，
目前还没有一个确定的结论。早期的研
究认为打浆温度升高会造成不良影响，
但其实验条件与实际打浆过程相差较大，
因此难以全面地分析这一参数的影响。
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打浆温度的影响
（原教材图有误，现更正）
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（五）刀片厚度和刀片材质
刀片薄，比压大，有利于纤维切断，
适于打游离浆；刀片厚，有利于纤维的分
丝、疏解和细纤维化，适于打粘状浆。
材质：金属（碳素钢、不锈钢、青铜
等），天然石（玄武岩、花岗岩和小麻
石）。（参见表 1-13）
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（六）纸料种类和组成
1、纤维形态
长宽比 ----长宽比小于 45，纤维短而粗，
打浆较困难。
壁腔比 ----2x壁厚 /胞腔直径。壁腔比大，
纤维壁较厚，较难打浆。
一般认为壁腔比小于 1是好原料，等于
1是中等原料，大于 1是次等原料。
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2、纤维微观结构
原料 P层和 S1层的厚度,S1层与 S2
层的结合紧密程度，各层细纤维的排列
与纤维轴的缠绕角等，都影响打浆的难
易程度 。
如亚麻纤维的细纤维与纤维轴近于平
行，则打浆时容易分丝帚化；而草浆纤
维 S1层较厚，与 S2层结合紧密，细纤维
呈横向交叉螺旋状排列，与纤维轴的缠
绕角大，打浆时较难分丝帚化。
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3、纸浆的化学组成
纸浆中 ?纤维素含量高，半纤维素含
量低，打浆困难。
半纤维素分子链短，有支链，并含
有大量的羟基，容易吸水润胀。因此当
多戊糖不少于 3.5—4%时，打浆性能好；
若多戊糖含量低于 2.5—3%时，纸浆不
易水化润胀。
纸浆中木素含量多，也会妨碍纤维
的润胀，纤维挺硬，成纸强度低。
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（七） pH 值
1、在实际打浆工艺中一般不调节 pH值。
2、在实验室研究中，有研究表明，加入
NaOH打浆，可以增加纸页的耐破度和裂断
长，其原因是 NaOH通过纸浆中的酚羟基促
进浆中内脂的水解，使纤维产生润胀作用，
容易实现细纤维化。
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还有研究表明，在未漂落叶松硫酸盐
浆打浆时，加入 NaOH同时配加磷酸钠，可
以进一步提高纸页的强度指标。
说明成纸强度与纤维羟基结合阳离子
的形式有重要关系。纤维与 Na结合时耐破
度最高。由于加入磷酸钠可以提高羟基由
Ca式向 Na式结合的转化率。
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工艺参数影响分析
几点注意：
1、各个参数不是独立的，而是相关的，因
此讨论某个参数（因素）的影响时，需要
综合考虑关联的影响。
2、打浆目前还是一种工艺，还不是一门科
学，因此对工艺问题的分析，应注意“具
体问题具体分析这一原则”。
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三、打浆质量检查
（一）打浆度
打浆度值反映浆料脱
水的难易程度。
常用检测仪器有肖氏
打浆度仪，加拿大游离
度仪等（见右图）。
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（二）纤维长度
反映打浆对纤
维的作用程度。常用
分析方法有：
显微镜法。
Kajanni纤维分析仪。
湿重法。
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（三）保水值
常用方法为保水值
（ WRV,water
retention value）。保水
值较为直观地反映了纤
维受打浆作用后的润胀
程度，并与纸页的强度
有一定的关系。（参见
表 1-14）
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(四 ) 筛分析
采用标准的网目
分级（ 16目,30目，
50目,100目和 200目）
对纸浆纤维进行筛分，
以分析纸浆纤维长度
的分布情况，并以此
作为对打浆过程的监
控。
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草浆打浆
一、草浆打浆特点
草浆打浆纤维帚化难，不易实现外
部细纤维化。
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麦草打浆
麦杆硫酸盐浆（左图 210SR，右图 630SR,x160）
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芦苇打浆
芦苇化学浆（左图原浆，右图 500SR,x160）
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草浆打浆难以细纤维化的原因
（一）草浆纤维的胞腔小,S1层较厚，不
易破除。且 S1层与 S2层之间黏结紧密,S1
层的细纤维呈交叉螺旋形沿纤维横向排列，
象一个套筒把 S2层紧紧包住，限制了 S2层
的润胀。
制浆造纸原理与工程
草浆打浆难以细纤维化的原因
（二）草浆纤维的细胞壁是多层结构的微
纤维薄层，各层微纤维的排列方向往往不
一致。横向排列多层的微纤维层限制了轴
向排列的微纤维层的分丝和润胀。
如竹子、龙须草等原料的微纤维排列近
于横向。
制浆造纸原理与工程
草浆打浆难以细纤维化的原因
（三）草浆纤维的微纤维缠绕角过大。
研究发现，在结合程度相同的情况下，
微纤维缠绕角小于 100，纤维容易纵裂；
微纤维缠绕角在 100-300之间，能够帚化；
微纤维缠绕角 300-450之间，帚化较难；
微纤维缠绕角大于 450，很难帚化纵裂。
制浆造纸原理与工程
草浆打浆难以细纤维化的原因
（四）微纤维的异向性。微纤维在纤维壁
上的缠绕方向有左旋型（,S”型）和右旋
型（,Z”型），而缠绕型式多变者称为异向
性大。
异向性大的纤维，往往是,S”型与,Z”
型交错排列，微纤维交缠在一起，即使是
高度打浆，纤维也不易分丝帚化。
制浆造纸原理与工程
二、草浆游离打浆
打浆目的：生产一般文化用纸。
打浆要求：打浆度较低,30—400SR。
主要使纤维疏解分散，产生适当的润胀和
塑性变形，纤维表面稍微起毛活化，使纸
页有良好的匀度和足够的强度。不要过分
追求细纤维化。
建议采用：“充分疏解，轻度打浆”。
制浆造纸原理与工程
草浆游离打浆
注意：
1、草浆纤维一般较短，不宜过多切断。
2、草浆中非纤维细胞（杂细胞）含量多，
在打浆中易破碎而引起滤水困难，甚至引
起粘辊粘缸，造成纸页断头和纸病。
制浆造纸原理与工程
草浆中的非纤维细胞（ 麦草浆 ）
制浆造纸原理与工程
三、草浆粘状打浆
打浆目的：生产薄页纸、拷贝纸、字典
纸和描图纸等。
打浆要求：充分疏解，提高打浆浓度
（采用中高浓），采用粘状浆的打浆曲
线，使用切断少和搓揉能力强的打浆设
备（如盘磨等）。
有待研究：对草浆打粘状浆的工艺，目
前尚无统一的认识。应根据不同原料的
纤维状况，进行认真的分析研究。
制浆造纸原理与工程
打浆设备
制浆造纸原理与工程
一、间歇式打浆机
制浆造纸原理与工程
二、连续打浆设备
（一）锥形磨浆机
分为低速精浆机（线
速 8—11 m/s），适于
打游离浆；高速磨浆
机（线速 11—20
m/s ），适于打中度
粘状浆；水化精浆机
（线速 18—30 m/s），
分丝帚化能力更强。
制浆造纸原理与工程
锥形磨浆机
打浆设备特点：
小端进浆，大端出浆。
通过调节转子（内锥）的进退，控制
打浆压力和刀距。
内循环式的锥形磨浆机，部分浆料可
循环打浆，使纤维的分丝帚化能力提高。
大锥度磨浆机，锥角较大（ 60-700），对纤
维有较强的切断作用和离解作用。
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（二）圆柱打浆机
制浆造纸原理与工程
圆柱精浆机
工作原理：
圆柱精浆机的刀辊是圆柱形，沿壳体
的内表面，均匀分布着 4把定子刀。
浆料被叶轮送入转子刀和定子刀的间
隙中。刀辊作圆周运动，定子刀由加压介
质（高压水或蒸汽）推动作径向运动施加
打浆压力。
制浆造纸原理与工程
圆柱打浆机
打浆特点：
1、打浆适应性强，可打木浆、竹浆和草浆
也可打半浆后的棉、麻浆等；
2、打浆质量较好，成浆稳定。切断作用小，
分丝帚化能力强；
3、生产能力大，操作简单，但动力消耗大。
4、通过量低，多台串联温度高，散热性差，石
刀易爆裂。
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（三）圆盘磨浆机
纸浆打浆的主流设备之一。
并发展成为木片磨木浆和化学机械浆的主
流制浆设备。
盘磨机型号一般
以磨盘直径命名，
从 ?300--?1250。
制浆造纸原理与工程
圆盘磨浆机工作原理（ 三盘磨 ）
制浆造纸原理与工程
盘磨机工作原理
1、靠转盘与定盘之间的摩擦及纤维间的相
互摩擦，进行打浆。
2、打浆时，浆料一方面受进浆压力和离心
力的作用，从磨盘中心向圆周作径向运动。
另一方面，受磨盘转动的切向力的影响，
沿磨盘同心圆的任一点作圆周运动。所以
浆料质点的合成运动轨迹是沿螺旋渐开线
走向四周。
制浆造纸原理与工程
盘磨机工作原理
3、为了使磨浆程度均匀，在定盘和转盘上
设置了多层的交叉挡坝（封闭圈）。浆料
运动时碰到挡坝受阻，将在定盘与转盘之
间反复作折向运动，多次受到磨盘的作用。
4、浆料纤维在行程中，反复受到摩擦力、
冲击力、搓揉力、扭曲力和剪切力等的作
用，在短短几秒钟内完成打浆过程。
制浆造纸原理与工程
磨片的齿形
齿形可分为疏解型和帚化型。
疏解型 ----采用细沟、细齿和浅齿，如锯
齿型等。
帚化型 ----采用较大的齿宽，如平齿型等。
磨盘分为粗磨区和精磨区。粗磨区的齿形
为浅沟宽齿，精磨区的齿形为窄齿深沟。
此外，两盘间还有锥形梯度。
制浆造纸原理与工程
圆盘磨浆机
磨盘的结构和齿形
制浆造纸原理与工程
磨纹倾角
磨盘倾角 ----磨齿与磨盘半径之间的夹角。
倾角的方向和大小对浆料的流速有很大的
影响。流速小，打浆作用强，但产量小。
当盘磨的转动方向与齿纹倾斜方向相反时，
“泵出作用”增强；
当盘磨的转动方向与齿纹倾斜方向相同时，
“拉入作用”增强。
制浆造纸原理与工程
磨纹倾角的影响
（ 磨纹倾角一般在 15-200）
制浆造纸原理与工程
转盘与定盘上磨纹的相互位置
制浆造纸原理与工程
转盘与定盘上磨纹的相互位置
转盘与定盘的齿纹通常是交叉排列的。
当齿纹相互平行时，切断作用最强。
当齿纹相互垂直时，纤维的切断作用最小，
而摩擦作用增强，对纤维的撕裂和帚化能
力最大，而生产能力却随之下降。
制浆造纸原理与工程
磨盘上的挡坝（封闭圈）
设置挡坝的目的：延长浆料在盘磨内的停
留时间，防止浆料顺齿沟直通外排。消除
生浆片或纤维束，提高打浆的均匀度。
特别是在小直径磨盘（ 600mm以下）上设
置挡坝，效果显著。
制浆造纸原理与工程
磨盘上封闭圈的布置形式
制浆造纸原理与工程
磨齿的材质
合金钢
烧结陶瓷
白口铸铁、冷激铸铁
工程塑料
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三、打浆设备的
性能指标及其计算
（一）打浆转速与线速
? D n
V = ------------- (m/s)
60
V ----打浆辊（磨盘）的线速度（ m/s） ;
D---- 打浆辊（磨盘）的直径（ m） ;
n---- 打浆辊（磨盘）的转速（ r/min）。
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（二）打浆比压和刀距
盘磨机的磨浆比压
Ga ?
P = -------- 其中 F = ---- (D2-d2)Cr Cs
F 4
Ga----磨片间浆层所承受的轴向力（ N） ；
Cr ----转盘接触率，一般取 0.3—0.5；
Cs ----定盘接触率，一般也取 0.3—0.5。
制浆造纸原理与工程
打浆比压对打浆的影响
打浆比压的大小，主要影响纤维初切
断的程度。比压越大切断能力越强，纤维
的平均长度下降。
游离打浆时不比压宜大，粘状打浆时
比压宜小。比压过小会延长打浆时间，增
加打浆动力消耗。
制浆造纸原理与工程
（三）刃口比载荷（比刀缘负荷）理论
所谓的“比刀缘负荷理论”,1967
年由 Walten Brecht 提出。该理论认为，
打浆时纤维在刀口或转盘齿的前缘聚集，
打浆设备的特性与对纤维所做的功和刀口
的长度有关，打浆所消耗的净功率除以刀
口长度所得到的比刀缘负荷，是衡量打浆
作用的重要指标。
制浆造纸原理与工程
比刀缘（刃口比）负荷理论
对于圆柱精浆机，该理论的计算公式有：
Ne 60 Ne
Bs = ------- = -------------
Lp Z1Z2 n L
该理论较好地反映了打浆机的打浆特
性指标。（参见表 1-15）
制浆造纸原理与工程
（四）打浆能耗和打浆效率
1、打浆有效功率 （参见表１－１７）
对于盘磨机
? ?
Ns = ---------- ? Cr Cs n3 D5
2040 g
? ----浆料的密度；
? ----磨浆阻力系数，参见表 1-16；
n-----盘磨转速；
D----磨盘直径。
制浆造纸原理与工程
打浆效率
打浆效率 ?
? = 有效功率 / 总功率 = Ne / N x 100%
制浆造纸原理与工程
磨浆单位电耗（ Kw）
每吨纸浆打浆提高１ 0打浆度所消耗的电量。
?3 AV?
Kw = ----------------------- (度 /t纸浆 0SR)
T(g2 – g1) x 100
A----电机电流（Ａ）,T----每小时通过浆量（ t）
g1和 g2----打浆前后的浆料打浆度，
? ----功率因数,0.85,V----电机电压（Ｖ）
制浆造纸原理与工程
四、打浆辅助设备
（一）碎解设备
水力碎浆机
－－广泛用于浆板、废纸和损纸的碎解处
理，是一种疏解能力强，占地面积小，产
量大，效率高，电耗低，且对纤维没有切
断作用的优良疏解设备。可分为立式和卧
式两大类。
制浆造纸原理与工程
水力碎浆机
制浆造纸原理与工程
水力碎浆机工作原理：
立式水力碎浆机由槽体和转盘组成。
打浆时槽体装有水和浆料，槽体底部装有
带刀片的转盘。转盘转动，产生巨大的涡
流，使浆料受到强烈的冲击和水力剪切作
用，并受到刀片的机械作用和浆料相互的
摩擦作用，使浆料纤维疏解得到分散，碎
解后的浆料通过设在转盘下的筛形板，由
放料口排出。
制浆造纸原理与工程
２、疏解设备－高频疏解机
制浆造纸原理与工程
高频疏解机
高频疏解机可用于疏解草浆、木浆、
棉短绒浆和废纸等。对纤维有一定的切断
作用，处理废纸浆中的纸片或浆点子效果
甚好。
有孔盘式和齿盘式两种。齿盘式对浆
料的疏解作用比孔盘式好。
制浆造纸原理与工程
（二）纸浆浓度调节器
为了控制和稳定打浆浓度，必须设置
纸浆浓度调节器。常用类型有：
1、浆料运动阻力变送器（春拜式）
2、转子式变送器（ K-22K型浓度调节器）
3、全通式转子变送器
4、流线型变送器（刀式浓度变送器）
制浆造纸原理与工程
（三）贮浆池
贮浆池的作用：为了保证打浆设备的
连续和均衡的生产。
一般分为原浆池、半浆池和成浆池。
贮浆池分为卧式和立式两种。多采用
卧式。贮浆浓度 3.5—5%，浆料循环速度为
15—20m/min。
第 二章 磨（打） 浆
制浆造纸原理与工程
概 述
打浆 ——
浆料中的纤维受到剪切力的作用。
包括机械打浆、超声波打浆和水力打
浆等。
制浆造纸原理与工程
打浆的主要任务：
（一）改变纤维的形态，使纸浆获得某些
特性（如机械强度、物理性能和胶体性
质），以保证纸页的抄造质量。
（二）通过打浆调节和控制纸料在网上的
滤水性能，以适应造纸机生产的需要，使
纸页获得良好的成形，改善纸页的匀度和
强度指标。
制浆造纸原理与工程
打浆作用的性质
打浆是物理变化，打浆作用对纸浆产
生的纤维结构和胶体性质的变化，都属于
物理变化，并不引起纤维的化学变化或产
生新的物质。
注意,打浆作用会使纤维表面暴露一
些新的基团，但这是纤维本身原有的，与
化学变化无关。
制浆造纸原理与工程
关于打浆 ———
“纸是在打浆机中打出来的”
生产不同品种的纸和纸板，需要不同的
打浆设备、打浆方式和打浆工艺。
针对不同的纤维原料，也要采取不同的
打浆设备、打浆方式和打浆工艺。
制浆造纸原理与工程
打浆理论
一、纤维细胞
壁的结构
胞间层 M
初生壁 P
次生壁外层 S1
次生壁中层 S2
次生壁内层 S3
制浆造纸原理与工程
各层的组成
胞间层（ M,middle lamella）
是细胞间的连接层，厚度为 1--2? m，含
纤维素极少，主要成分是木素。
初生壁（ P,primary wall）
是细胞壁的外层，由微纤维组成，与胞
间层紧密相连，厚度为 0.1—0.3 ? m，含有
较多的木素和半纤维素。
制浆造纸原理与工程
各层的组成
初生壁是一层多孔的薄膜，不吸
水、不容易润胀，微纤维在初生壁上
作不规则的网状排列，有碍次生壁与
外界接触及纤维的润胀和细纤维化，
故在打浆时需将此层打碎破除。
制浆造纸原理与工程
各层的组成
次生壁外层（ S1,secondary wall 1）
由若干层细纤维的同心层组成，厚度
为 0.1--1 ? m，是 P层与 S2层的过渡层，
其化学成分与 P层接近。微纤维排列的方
向与纤维轴向呈 70—90度角，不规则交
错地缠绕在纤维壁上。
S1层微纤维的结晶度较高，对化学
和机械作用的阻力较大，会限制 S2层的
润胀和细纤维化，故打浆时也需将此层
打碎破除。
制浆造纸原理与工程
各层的组成
次生壁中层（ S2,secondary wall 2）
由许多细纤维的同心层组成，是纤维细
胞壁的主体。厚度为 3--10 ? m，约占细胞
壁厚度的 70—80%。该层纤维素和半纤维
素的含量高，木素的含量少，微纤维的排
列呈螺旋单一取向，与纤维轴向呈 0—45度
角。
S2层是打浆的主要对象。
制浆造纸原理与工程
各层的组成
次生壁内层（ S3,secondary wall 3）
由层数不多的细纤维同心层组成，厚
度约 0.1 ? m，在纤维壁中所占比例不到
10%，木素含量低，纤维素含量高。该层
的化学性能稳定，微纤维的排列与 S1层相
似，与纤维轴向呈 70—90度角。
在打浆中一般不考虑 S3层。
制浆造纸原理与工程
纤维 (fiber) 的组成
细纤维 (fibril) 直径 300--500?
微纤维 (micro fibril) 直径 250?
微细纤维 (finer micro fibril) 直径 120?
原细纤维 (elemental fibril) 直径 30?
纤维素微晶体 (crystallile)
用分辨率达 1.5?的电子显微镜还不能
看到。
制浆造纸原理与工程
制浆造纸原理与工程
二、打浆的作用
五种主要作用 （排列次序与作用先后无关）
（一）细胞壁的位移和变形
（二）初生壁和次生壁外层的破除
（三）横向切断或变形
（四）吸水润胀
（五）细纤维化
制浆造纸原理与工程
（一）细胞壁的位移和变形
打浆的机械作用
使 S2层中的细纤维同心层产生弯曲，
发生位移和变形；
使细纤维之间的间隙增大，水分子更
容易渗入，为纤维润胀创造了有利条件；
对 P层和 S1层的破除起了重要的促进
作用。
制浆造纸原理与工程
纤维次生壁的位移
制浆造纸原理与工程
（二）初生壁和次生壁外层的破除
通过打浆的机械作用和纤维之间的相
互摩擦作用将 P层和 S1层破除，以便使 S2
层充分地润胀和细纤维化。
不同制浆方法和纤维原料，其 P层和
S1层破除的难易程度也不同。
对某些化学浆，在制浆过程中已经破
除了 P层，所以打浆时主要是破除 S1层。
制浆造纸原理与工程
（三）横向切断或变形
切断是指纤维横向发生裂断的现象。主
要是纤维受到打浆设备的剪切力作用和纤
维间的相互摩擦作用所致。
纤维的切断与其润胀有一定的关系。
润胀良好的纤维不容易被切断。
纤维切断后在断口处留下锯齿状的末
端，利于纤维的分丝帚化和细纤维化。
制浆造纸原理与工程
（四）吸水润胀
“润胀”是指高分子化合物在吸收液体
的过程中，伴随着体积膨胀的一种物理现
象。纤维在打浆过程中也能吸水润胀。
纤维润胀的原因是由于纤维素和半纤
维素分子结构中所含极性羟基与水分子产
生极性吸引，使水分子进入纤维素的无定
形区，使纤维素分子链之间距离增大，引
起纤维变形。
制浆造纸原理与工程
纤维润胀的意义
纤维润胀是打浆过程中的一个重要问
题。纤维润胀后，其内聚力下降，纤维内
部组织结构变得更为松弛。纤维比容和比
表面积增加,纤维直径可以膨胀增大 2—3
倍。
有利于纤维的细纤维化，增加纤维间
的接触面积，提高成纸强度，降低透气度。
制浆造纸原理与工程
纤维的润胀
制浆造纸原理与工程
纤维润胀的影响因素
原料的组成 ----木素是疏水性物质，因此
木素含量高的原料纸浆，不易润胀。
半纤维素含量 ----草类纤维的半纤维素含
量高，含有较多的游离羟基，比纤维素有
更大的亲水性，容易吸水润胀。
制浆方法 ----不同的制浆方法使纸浆的木
素、纤维素和半纤维素的含量不同，因此
也影响到纤维的润胀程度。
制浆造纸原理与工程
（五）细纤维化
纤维的细纤维化从细胞壁 P层和 S1层
破除时开始，并在纤维吸水润胀后大量产
生。
细纤维化包括：
纤维外部的细纤维化
纤维内部的细纤维化
上述两种细纤维化作用，是打浆的重
要作用之一，对纸页性质影响极大。
制浆造纸原理与工程
纤维外部的细纤维化
纤维分丝帚化，表面分丝起绒毛。
分离出大量的细纤维、微纤维、微细
纤维。从而大大增加了纤维的外比表面积，
促进了氢键的结合。
制浆造纸原理与工程
纤维外部的细纤维化
制浆造纸原理与工程
对照：打浆前的情况
制浆造纸原理与工程
纤维的内部细纤维化
指纤维发生润胀后，在次生壁同
心层之间彼此产生滑动，使纤维的刚
性下降，弹性削弱，塑性增加，纤维
变得柔软而有可塑性。
制浆造纸原理与工程
细纤维化主要产生于 S2层
这是由于：
S2层纤维素含量高
细纤维的排列与轴向几乎平行
打浆作用使 S1层破除
使该层易于产生细纤维化。
制浆造纸原理与工程
细纤维化与润胀的关系
互相促进：
纤维吸水润胀后组织结构松弛，为进
一步细纤维化创造了有利条件；
纤维的细纤维化，使水分更容易渗入，
又能促进纤维的进一步润胀。
制浆造纸原理与工程
（六）打浆的其他作用
产生碎片
使纤维扭曲
卷曲
压缩（微压缩）
伸长等
制浆造纸原理与工程
三、纤维结合力
纸的强度取决于
成纸中纤维间的结合力
纤维本身的强度。
而实验研究表明，最终决定纸页强度
的，是成纸中纤维间的结合力。
制浆造纸原理与工程
纤维的结合力有四种：
氢键结合力（ 19 kJ/mol,纤维素间 ）
化学主价键力 (140--950 kJ/mol)
极性键吸引力 (Van der Waals Force)
表面交织力
其中，氢键的结合力最重要，与打浆
的关系最密切。
制浆造纸原理与工程
一些物质的强度比较
制浆造纸原理与工程
（一）氢键结合 ----水分子的结构
水分子结构是一
个四面体。氧原子位
于四面体的中心，两
个氢原子和两个孤电
子队占据四面体的角
顶。
O—H键之间的键
角被压缩到 104,5度。
制浆造纸原理与工程
氢键的饱和性：
水分子之间的氢键只能和一个氧原
子结合；当第二个氧原子在靠近氢原子
之前，会被已经结合的氧原子排斥开。
制浆造纸原理与工程
氢键的方向性：
当一个水分子的氢原子与另一个水分子
的氧原子形成 O—H---O氢键而缔合在一起
时，尽量使 O—H---O氢键保持直线形，以
求吸引最牢。
制浆造纸原理与工程
共价键中氢氧原子的间距 0.99?
氢键中的氢氧原子的间距 1.77?
制浆造纸原理与工程
纤维间氢键的形成过程（ I）
----通过水分子形成的水桥连接
制浆造纸原理与工程
纤维间氢键的形成过程（ II）
----单层水分子形成的氢键结合
当纸料在网上滤
水后，经过压榨进
一步脱出水分，使
两纤维间的距离靠
拢，在纤维间形成
了比较有规则的单
层水分子连接的氢
键结合。
制浆造纸原理与工程
纤维间氢键的形成过程（ III）
----过程完成，形成氢键结合
纸页经加热干燥进
一步脱除水分，水分
蒸发时，纤维受水的
表面张力作用，使纸
页收缩，纤维进一步
靠拢，从而使纤维素
分子间的羟基距离小
于 2.8 ?，最终形成了
氢键结合。
制浆造纸原理与工程
氢键形成的条件
有游离羟基的存在；
两羟基之间的距离在 2.8 ?以内。
纤维的吸水润胀和细纤维化，都会使纤
维的游离羟基增加，促进纤维间的氢键结
合，从而提高纸页的物理强度。
制浆造纸原理与工程
四、打浆与纸张性质的关系
思考题（学习要点）
1、打浆引起了纤维结合力的哪些变化，
引起了纤维形态的那些变化？
2、纸张强度性质的不同指标分别是由那
些因素决定的？
制浆造纸原理与工程
打浆与纸页性质
1、纤维结合力随打
浆上升；
2、与结合力成正比
的强度指标，都是
先升后降；
3、与纸页致密程度
有关的指标，均随
打浆程度而下降。
制浆造纸原理与工程
打浆与纸页性质
对于草浆，
打浆与纸页性质
的关系也与木浆
相似。
（本图为稻草浆
的打浆曲线）
制浆造纸原理与工程
(一 )纤维结合力
（ Fiber-fiber Bonding）
随着打浆度的增加，纤维润胀和细纤
维化增加，纤维的比表面积增大，游离出
更多的羟基，促进纤维间的氢键结合，使
纤维结合力不断上升。
曲线特征：
初期上升很快，逐渐缓慢达到最高点。
制浆造纸原理与工程
(二 )裂断长 （ Breaking Length）
----纸页的抗张强度。主要受纤维间结合力
和纤维平均长度的影响。同时与纤维的交
织排列和纤维自身的强度等也有关。
曲线特征：
初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，
后期下降。
制浆造纸原理与工程
（三）耐破度 (Bursting Strength)
----纸页所能承受的最大压力。主要受纤
维间结合力和纤维平均长度的影响。同
时与纤维的交织排列和纤维自身的强度
等也有关。
曲线特征：
初期上升很快，中期缓慢并达到最
高点，后期下降。（比裂断长的曲线下
降早一些）
制浆造纸原理与工程
（四）耐折度 (Folding Strength)
----纸页在一定的张力下承受 180度往复折
叠的次数。主要受纤维平均长度、纤维间
结合力、纤维在纸页中的排列，纤维本身
的强度和弹性等。
曲线特征：
初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，
后期下降。（与耐破度曲线相似）
制浆造纸原理与工程
(五 )撕裂度 (Tearing Strength)
----纸页抗撕裂的能力。主要受纤维平均长
度的影响，其次是纤维结合力、纤维排列
方向、纤维强度和纤维交织情况等。
曲线特征：
初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，
后期下降。（比耐折度下降要早）
制浆造纸原理与工程
（六）紧度 (Density)
紧度指纸页紧密的程度，用（ g/cm3）表
示。该指标也可用紧度的倒数 --松厚度
（ Bulk）表示,单位为 (cm3/g)。该指标主要
受纤维结合力的影响。
曲线特征：
随打浆程度的增加，曲线不断上升。
制浆造纸原理与工程
（七）不透明度 (Opacity)
不透明度是指纸页不透光的程度，该
指标对印刷纸尤为重要。该指标主要受纤
维结合力的影响。
曲线特征：
随打浆程度增加，曲线不断下降。
制浆造纸原理与工程
（八）伸长率和伸缩性
(Stretch Ratio)
伸长率是指纸页受到张力至断裂时，
伸长的百分率。而纸的伸缩性是指纸张浸
入水中或在不同湿度下尺寸的变化。
纸浆的上述指标均随打浆度的提高而上升。
曲线特征：
随打浆程度增加而上升。
制浆造纸原理与工程
(九 )吸收性和透气度
(Absorption)
吸收性是表示纸张吸收水分或其他液
体的能力；透气度是指纸张透过气体的能
力。上述指标均随打浆度的提高而降低。
曲线特征：
随着打浆程度的提高而下降。
制浆造纸原理与工程
（十）脆性 (Brittleness)
脆性是纸页的物理性质之一，特别是
对以草类浆抄造的纸和纸板更为重要。
已经引起国内造纸工作者的重视，但是目
前对脆性还没有一个明确的定义和统一的
测试方法。
制浆造纸原理与工程
打浆工艺
一、打浆方式
（一）长纤维游离打浆
（牛皮纸、电缆纸和工业滤纸等）
（二）长纤维粘状打浆
（仿羊皮纸、纸袋纸、字典纸、描图纸等）
（三）短纤维游离打浆
（滤纸、吸墨纸、钢纸原纸、浸渍绝缘纸等）
（四）短纤维粘状打浆
（卷烟纸、电容器纸、证券纸等）
制浆造纸原理与工程
四种打浆方式
制浆造纸原理与工程
游离度、游离浆与游离打浆
游离度 ---- 一种测量打浆程度的参数，其值恰
与打浆度相反，打浆程度低的纸浆游离度
较高。
游离浆 ----游离度较高的纸浆。
游离打浆 ----是一种以降低纤维长度为主的打
浆方式，其与游离度（或打浆度）的高低
无直接关系。
即,游离打浆 ?打游离浆
制浆造纸原理与工程
二、打浆工艺参数
（一）打浆比压
QP = ------------
F
式中,P----打浆比压（ N/m2,Pa）
Q----飞刀辊作用在底刀上的压力 (N)
F----飞刀与底刀的接触面积（ m2）
制浆造纸原理与工程
打浆比压与刀间距
1、实际上飞刀与底刀不应完全接触，最
小间距应为 0.05—0.08mm。
2、增加比压即减少刀间距。有利于纤维
的切断和压溃，打浆速度加快，整根
纤维的百分比减少。
3、打游离浆要迅速缩小刀距，提高比压；
而打粘状浆则应逐步缩小刀距，逐步
提高比压。（参见表 1-3,1-4,1-5）
制浆造纸原理与工程
（二）打浆浓度
纸料的浓度对打浆的质量影响很大。
打浆浓度的划分，是一个相对的概念，目前
在造纸界尚未达成共识。
有将打浆浓度分为低浓（ 10%以下）、中浓
（ 10-20%）和高浓（ 20-30%或更高）。
也有将常规打浆浓度（ 2-5%）定为低浓,6-
8%定为中浓，超过 10%定为高浓。
制浆造纸原理与工程
低浓打浆
从理论上讲，适当提高打浆浓度，可
减少纤维的切断，促进纤维间的挤压与揉
搓作用，有利于纤维的分丝、润胀和细纤
维化。
但是受打浆设备的影响，常用打浆浓
度为 3—5%，新型打浆机，浓度可达
8—10%。
制浆造纸原理与工程
低浓打浆
即使在低浓的范围内，适当提高打浆
度对打浆质量也有明显的影响。（参见表 1-
6,1-7）。
对于生产不同的纸种，打浆的浓度也
不同。打游离浆，打浆浓度在 3—5%范围
内；打粘状浆，打浆浓度在 6—8%左右 。
（参见表 1-8）
制浆造纸原理与工程
高浓打浆
（一）高浓打浆原理
与低浓打浆相比，高浓打浆作用不是靠
磨盘直接作用于纤维，而是依靠磨盘间高
浓浆料间的相互摩擦、挤压、揉搓和扭曲
等作用打浆，同时产生大量的摩擦热，使
浆料软化。
制浆造纸原理与工程
高浓打浆
高浓打浆工艺流程
制浆造纸原理与工程
高浓打浆
（二）高浓打浆的浆料特性
制浆造纸原理与工程
高浓打浆
纤维受扭转作用对比
（ *每 100mm纤维扭转 180度的次数）
打浆浓度（ %） 打浆度（ OSR） 纤维扭转次数 *
18.0 53.0 111
4.25 51.5 23
制浆造纸原理与工程
（三）浆料通过量和打浆效率
对同一打浆设备和打浆压力，单位时
间内浆料通过量越大，则打浆作用越弱 。
通过量 （ kg/h） 700 1980 2890
压力 (kg/cm2) 2 2 2
打浆度 ( OSR) 78 77 71.5
湿重 (g) 2.5 3.1 3.5
裂断长 (km) 6370 5250 5080
制浆造纸原理与工程
打浆效率
打浆效率取决于打浆时间、打浆比压
和纸浆浓度。（参见表 1-12）
打浆效率 = 通过量（ kg/h） x ? OSR
= kg ? OSR / h
式中 ? OSR----进出口浆料打浆度之差。
制浆造纸原理与工程
（四）打浆温度
关于打浆温度对纸浆性质的影响，
目前还没有一个确定的结论。早期的研
究认为打浆温度升高会造成不良影响，
但其实验条件与实际打浆过程相差较大，
因此难以全面地分析这一参数的影响。
制浆造纸原理与工程
打浆温度的影响
（原教材图有误，现更正）
制浆造纸原理与工程
（五）刀片厚度和刀片材质
刀片薄，比压大，有利于纤维切断，
适于打游离浆；刀片厚，有利于纤维的分
丝、疏解和细纤维化，适于打粘状浆。
材质：金属（碳素钢、不锈钢、青铜
等），天然石（玄武岩、花岗岩和小麻
石）。（参见表 1-13）
制浆造纸原理与工程
（六）纸料种类和组成
1、纤维形态
长宽比 ----长宽比小于 45，纤维短而粗，
打浆较困难。
壁腔比 ----2x壁厚 /胞腔直径。壁腔比大，
纤维壁较厚，较难打浆。
一般认为壁腔比小于 1是好原料，等于
1是中等原料，大于 1是次等原料。
制浆造纸原理与工程
2、纤维微观结构
原料 P层和 S1层的厚度,S1层与 S2
层的结合紧密程度，各层细纤维的排列
与纤维轴的缠绕角等，都影响打浆的难
易程度 。
如亚麻纤维的细纤维与纤维轴近于平
行，则打浆时容易分丝帚化；而草浆纤
维 S1层较厚，与 S2层结合紧密，细纤维
呈横向交叉螺旋状排列，与纤维轴的缠
绕角大，打浆时较难分丝帚化。
制浆造纸原理与工程
3、纸浆的化学组成
纸浆中 ?纤维素含量高，半纤维素含
量低，打浆困难。
半纤维素分子链短，有支链，并含
有大量的羟基，容易吸水润胀。因此当
多戊糖不少于 3.5—4%时，打浆性能好；
若多戊糖含量低于 2.5—3%时，纸浆不
易水化润胀。
纸浆中木素含量多，也会妨碍纤维
的润胀，纤维挺硬，成纸强度低。
制浆造纸原理与工程
（七） pH 值
1、在实际打浆工艺中一般不调节 pH值。
2、在实验室研究中，有研究表明，加入
NaOH打浆，可以增加纸页的耐破度和裂断
长，其原因是 NaOH通过纸浆中的酚羟基促
进浆中内脂的水解，使纤维产生润胀作用，
容易实现细纤维化。
制浆造纸原理与工程
还有研究表明，在未漂落叶松硫酸盐
浆打浆时，加入 NaOH同时配加磷酸钠，可
以进一步提高纸页的强度指标。
说明成纸强度与纤维羟基结合阳离子
的形式有重要关系。纤维与 Na结合时耐破
度最高。由于加入磷酸钠可以提高羟基由
Ca式向 Na式结合的转化率。
制浆造纸原理与工程
工艺参数影响分析
几点注意：
1、各个参数不是独立的，而是相关的，因
此讨论某个参数（因素）的影响时，需要
综合考虑关联的影响。
2、打浆目前还是一种工艺，还不是一门科
学，因此对工艺问题的分析，应注意“具
体问题具体分析这一原则”。
制浆造纸原理与工程
三、打浆质量检查
（一）打浆度
打浆度值反映浆料脱
水的难易程度。
常用检测仪器有肖氏
打浆度仪，加拿大游离
度仪等（见右图）。
制浆造纸原理与工程
（二）纤维长度
反映打浆对纤
维的作用程度。常用
分析方法有：
显微镜法。
Kajanni纤维分析仪。
湿重法。
制浆造纸原理与工程
（三）保水值
常用方法为保水值
（ WRV,water
retention value）。保水
值较为直观地反映了纤
维受打浆作用后的润胀
程度，并与纸页的强度
有一定的关系。（参见
表 1-14）
制浆造纸原理与工程
(四 ) 筛分析
采用标准的网目
分级（ 16目,30目，
50目,100目和 200目）
对纸浆纤维进行筛分，
以分析纸浆纤维长度
的分布情况，并以此
作为对打浆过程的监
控。
制浆造纸原理与工程
草浆打浆
一、草浆打浆特点
草浆打浆纤维帚化难，不易实现外
部细纤维化。
制浆造纸原理与工程
麦草打浆
麦杆硫酸盐浆（左图 210SR，右图 630SR,x160）
制浆造纸原理与工程
芦苇打浆
芦苇化学浆（左图原浆，右图 500SR,x160）
制浆造纸原理与工程
草浆打浆难以细纤维化的原因
（一）草浆纤维的胞腔小,S1层较厚，不
易破除。且 S1层与 S2层之间黏结紧密,S1
层的细纤维呈交叉螺旋形沿纤维横向排列，
象一个套筒把 S2层紧紧包住，限制了 S2层
的润胀。
制浆造纸原理与工程
草浆打浆难以细纤维化的原因
（二）草浆纤维的细胞壁是多层结构的微
纤维薄层，各层微纤维的排列方向往往不
一致。横向排列多层的微纤维层限制了轴
向排列的微纤维层的分丝和润胀。
如竹子、龙须草等原料的微纤维排列近
于横向。
制浆造纸原理与工程
草浆打浆难以细纤维化的原因
（三）草浆纤维的微纤维缠绕角过大。
研究发现，在结合程度相同的情况下，
微纤维缠绕角小于 100，纤维容易纵裂；
微纤维缠绕角在 100-300之间，能够帚化；
微纤维缠绕角 300-450之间，帚化较难；
微纤维缠绕角大于 450，很难帚化纵裂。
制浆造纸原理与工程
草浆打浆难以细纤维化的原因
（四）微纤维的异向性。微纤维在纤维壁
上的缠绕方向有左旋型（,S”型）和右旋
型（,Z”型），而缠绕型式多变者称为异向
性大。
异向性大的纤维，往往是,S”型与,Z”
型交错排列，微纤维交缠在一起，即使是
高度打浆，纤维也不易分丝帚化。
制浆造纸原理与工程
二、草浆游离打浆
打浆目的：生产一般文化用纸。
打浆要求：打浆度较低,30—400SR。
主要使纤维疏解分散，产生适当的润胀和
塑性变形，纤维表面稍微起毛活化，使纸
页有良好的匀度和足够的强度。不要过分
追求细纤维化。
建议采用：“充分疏解，轻度打浆”。
制浆造纸原理与工程
草浆游离打浆
注意：
1、草浆纤维一般较短，不宜过多切断。
2、草浆中非纤维细胞（杂细胞）含量多，
在打浆中易破碎而引起滤水困难，甚至引
起粘辊粘缸，造成纸页断头和纸病。
制浆造纸原理与工程
草浆中的非纤维细胞（ 麦草浆 ）
制浆造纸原理与工程
三、草浆粘状打浆
打浆目的：生产薄页纸、拷贝纸、字典
纸和描图纸等。
打浆要求：充分疏解，提高打浆浓度
（采用中高浓），采用粘状浆的打浆曲
线，使用切断少和搓揉能力强的打浆设
备（如盘磨等）。
有待研究：对草浆打粘状浆的工艺，目
前尚无统一的认识。应根据不同原料的
纤维状况，进行认真的分析研究。
制浆造纸原理与工程
打浆设备
制浆造纸原理与工程
一、间歇式打浆机
制浆造纸原理与工程
二、连续打浆设备
（一）锥形磨浆机
分为低速精浆机（线
速 8—11 m/s），适于
打游离浆；高速磨浆
机（线速 11—20
m/s ），适于打中度
粘状浆；水化精浆机
（线速 18—30 m/s），
分丝帚化能力更强。
制浆造纸原理与工程
锥形磨浆机
打浆设备特点：
小端进浆，大端出浆。
通过调节转子（内锥）的进退，控制
打浆压力和刀距。
内循环式的锥形磨浆机，部分浆料可
循环打浆，使纤维的分丝帚化能力提高。
大锥度磨浆机，锥角较大（ 60-700），对纤
维有较强的切断作用和离解作用。
制浆造纸原理与工程
（二）圆柱打浆机
制浆造纸原理与工程
圆柱精浆机
工作原理：
圆柱精浆机的刀辊是圆柱形，沿壳体
的内表面，均匀分布着 4把定子刀。
浆料被叶轮送入转子刀和定子刀的间
隙中。刀辊作圆周运动，定子刀由加压介
质（高压水或蒸汽）推动作径向运动施加
打浆压力。
制浆造纸原理与工程
圆柱打浆机
打浆特点：
1、打浆适应性强，可打木浆、竹浆和草浆
也可打半浆后的棉、麻浆等；
2、打浆质量较好，成浆稳定。切断作用小，
分丝帚化能力强；
3、生产能力大，操作简单，但动力消耗大。
4、通过量低，多台串联温度高，散热性差，石
刀易爆裂。
制浆造纸原理与工程
（三）圆盘磨浆机
纸浆打浆的主流设备之一。
并发展成为木片磨木浆和化学机械浆的主
流制浆设备。
盘磨机型号一般
以磨盘直径命名，
从 ?300--?1250。
制浆造纸原理与工程
圆盘磨浆机工作原理（ 三盘磨 ）
制浆造纸原理与工程
盘磨机工作原理
1、靠转盘与定盘之间的摩擦及纤维间的相
互摩擦，进行打浆。
2、打浆时，浆料一方面受进浆压力和离心
力的作用，从磨盘中心向圆周作径向运动。
另一方面，受磨盘转动的切向力的影响，
沿磨盘同心圆的任一点作圆周运动。所以
浆料质点的合成运动轨迹是沿螺旋渐开线
走向四周。
制浆造纸原理与工程
盘磨机工作原理
3、为了使磨浆程度均匀，在定盘和转盘上
设置了多层的交叉挡坝（封闭圈）。浆料
运动时碰到挡坝受阻，将在定盘与转盘之
间反复作折向运动，多次受到磨盘的作用。
4、浆料纤维在行程中，反复受到摩擦力、
冲击力、搓揉力、扭曲力和剪切力等的作
用，在短短几秒钟内完成打浆过程。
制浆造纸原理与工程
磨片的齿形
齿形可分为疏解型和帚化型。
疏解型 ----采用细沟、细齿和浅齿，如锯
齿型等。
帚化型 ----采用较大的齿宽，如平齿型等。
磨盘分为粗磨区和精磨区。粗磨区的齿形
为浅沟宽齿，精磨区的齿形为窄齿深沟。
此外，两盘间还有锥形梯度。
制浆造纸原理与工程
圆盘磨浆机
磨盘的结构和齿形
制浆造纸原理与工程
磨纹倾角
磨盘倾角 ----磨齿与磨盘半径之间的夹角。
倾角的方向和大小对浆料的流速有很大的
影响。流速小，打浆作用强，但产量小。
当盘磨的转动方向与齿纹倾斜方向相反时，
“泵出作用”增强；
当盘磨的转动方向与齿纹倾斜方向相同时，
“拉入作用”增强。
制浆造纸原理与工程
磨纹倾角的影响
（ 磨纹倾角一般在 15-200）
制浆造纸原理与工程
转盘与定盘上磨纹的相互位置
制浆造纸原理与工程
转盘与定盘上磨纹的相互位置
转盘与定盘的齿纹通常是交叉排列的。
当齿纹相互平行时，切断作用最强。
当齿纹相互垂直时，纤维的切断作用最小，
而摩擦作用增强，对纤维的撕裂和帚化能
力最大，而生产能力却随之下降。
制浆造纸原理与工程
磨盘上的挡坝（封闭圈）
设置挡坝的目的：延长浆料在盘磨内的停
留时间，防止浆料顺齿沟直通外排。消除
生浆片或纤维束，提高打浆的均匀度。
特别是在小直径磨盘（ 600mm以下）上设
置挡坝，效果显著。
制浆造纸原理与工程
磨盘上封闭圈的布置形式
制浆造纸原理与工程
磨齿的材质
合金钢
烧结陶瓷
白口铸铁、冷激铸铁
工程塑料
制浆造纸原理与工程
三、打浆设备的
性能指标及其计算
（一）打浆转速与线速
? D n
V = ------------- (m/s)
60
V ----打浆辊（磨盘）的线速度（ m/s） ;
D---- 打浆辊（磨盘）的直径（ m） ;
n---- 打浆辊（磨盘）的转速（ r/min）。
制浆造纸原理与工程
（二）打浆比压和刀距
盘磨机的磨浆比压
Ga ?
P = -------- 其中 F = ---- (D2-d2)Cr Cs
F 4
Ga----磨片间浆层所承受的轴向力（ N） ；
Cr ----转盘接触率，一般取 0.3—0.5；
Cs ----定盘接触率，一般也取 0.3—0.5。
制浆造纸原理与工程
打浆比压对打浆的影响
打浆比压的大小，主要影响纤维初切
断的程度。比压越大切断能力越强，纤维
的平均长度下降。
游离打浆时不比压宜大，粘状打浆时
比压宜小。比压过小会延长打浆时间，增
加打浆动力消耗。
制浆造纸原理与工程
（三）刃口比载荷（比刀缘负荷）理论
所谓的“比刀缘负荷理论”,1967
年由 Walten Brecht 提出。该理论认为，
打浆时纤维在刀口或转盘齿的前缘聚集，
打浆设备的特性与对纤维所做的功和刀口
的长度有关，打浆所消耗的净功率除以刀
口长度所得到的比刀缘负荷，是衡量打浆
作用的重要指标。
制浆造纸原理与工程
比刀缘（刃口比）负荷理论
对于圆柱精浆机，该理论的计算公式有：
Ne 60 Ne
Bs = ------- = -------------
Lp Z1Z2 n L
该理论较好地反映了打浆机的打浆特
性指标。（参见表 1-15）
制浆造纸原理与工程
（四）打浆能耗和打浆效率
1、打浆有效功率 （参见表１－１７）
对于盘磨机
? ?
Ns = ---------- ? Cr Cs n3 D5
2040 g
? ----浆料的密度；
? ----磨浆阻力系数，参见表 1-16；
n-----盘磨转速；
D----磨盘直径。
制浆造纸原理与工程
打浆效率
打浆效率 ?
? = 有效功率 / 总功率 = Ne / N x 100%
制浆造纸原理与工程
磨浆单位电耗（ Kw）
每吨纸浆打浆提高１ 0打浆度所消耗的电量。
?3 AV?
Kw = ----------------------- (度 /t纸浆 0SR)
T(g2 – g1) x 100
A----电机电流（Ａ）,T----每小时通过浆量（ t）
g1和 g2----打浆前后的浆料打浆度，
? ----功率因数,0.85,V----电机电压（Ｖ）
制浆造纸原理与工程
四、打浆辅助设备
（一）碎解设备
水力碎浆机
－－广泛用于浆板、废纸和损纸的碎解处
理，是一种疏解能力强，占地面积小，产
量大，效率高，电耗低，且对纤维没有切
断作用的优良疏解设备。可分为立式和卧
式两大类。
制浆造纸原理与工程
水力碎浆机
制浆造纸原理与工程
水力碎浆机工作原理：
立式水力碎浆机由槽体和转盘组成。
打浆时槽体装有水和浆料，槽体底部装有
带刀片的转盘。转盘转动，产生巨大的涡
流，使浆料受到强烈的冲击和水力剪切作
用，并受到刀片的机械作用和浆料相互的
摩擦作用，使浆料纤维疏解得到分散，碎
解后的浆料通过设在转盘下的筛形板，由
放料口排出。
制浆造纸原理与工程
２、疏解设备－高频疏解机
制浆造纸原理与工程
高频疏解机
高频疏解机可用于疏解草浆、木浆、
棉短绒浆和废纸等。对纤维有一定的切断
作用，处理废纸浆中的纸片或浆点子效果
甚好。
有孔盘式和齿盘式两种。齿盘式对浆
料的疏解作用比孔盘式好。
制浆造纸原理与工程
（二）纸浆浓度调节器
为了控制和稳定打浆浓度，必须设置
纸浆浓度调节器。常用类型有：
1、浆料运动阻力变送器（春拜式）
2、转子式变送器（ K-22K型浓度调节器）
3、全通式转子变送器
4、流线型变送器（刀式浓度变送器）
制浆造纸原理与工程
（三）贮浆池
贮浆池的作用：为了保证打浆设备的
连续和均衡的生产。
一般分为原浆池、半浆池和成浆池。
贮浆池分为卧式和立式两种。多采用
卧式。贮浆浓度 3.5—5%，浆料循环速度为
15—20m/min。
