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科普计量丨当纸张遇上计量

来源:河南省计量测试学会 | 发布时间:2023-07-07 | 浏览次数:2375


造纸科技的发展 -造纸机的前世今生-


       纸在我们日常生活中不可或缺,承担着非常重要的角色,但是我们是否思考过,这随处可见的纸是如何生产出来的呢,造纸机器又是如何发展的呢?

       接下来就让我们一起看看造纸技术的进步吧。


最早的纸


       人类最早的纸出现在中国,公元105年,蔡伦在总结前人经验的基础上发明了造纸方法,蔡伦用植物纤维为原料,通过浸泡、揉攘、切碎、舂捣、抄纸、晾晒等工序做出纸张。

       中国造纸术后来向东传到朝鲜和日本,向西经过西亚传至非洲,然后在十二世纪经西班牙进入欧洲。一千多年间,虽然在造纸原料的使用和纸的花色品种上不断有发展和进步,但是造纸的三个主要环节——成形、压水和干燥始终停留在手工的阶段。手工捞纸,自然晾晒,不仅费事费力,而且产量很低。



古代造纸

造纸史上三件大事



1.发明造纸机


       法国人路易斯.罗伯特(Louis Robert)想到了用机器代替手工制纸,在1798年发明了世界上第一台造纸机,并于次年获得法国专利。

       这台纸机甚为简单,用木料做浆桶和机架,使用了由两个辊子拉伸转动的环形无端铜网。造纸时纸浆从浆桶中被带上旋转的铜网上,纸浆中的水通过铜网流回浆桶中,湿纸页经过小辊压水成为半干的纸页,从机后卷取下来。铜网长27英尺(8.2米),宽48英寸(1.2米),一分钟能造约9米长的纸,一天可做约270千克纸。



2.夹网纸机的发明


       长网和圆网成形器都是单面脱水,人类很快就意识到双面脱水是消除纸张两面差和提高纸机车速及产量的一个重要途径。

       1969年全球第一台水平式夹网成形器在加拿大魁北克北岸造纸厂(Quebec North Shore Paper)投产,车速达到870米/分,这种成形器在一年后被改为立式夹网形式。

       夹网成形的脱水能力大,设备紧凑,动力消耗低。如今车速已达到2000米/分。夹网纸机出现是造纸机的一个重大变化,如今它已成为生产文化用纸、新闻纸和生活用纸的标准纸机,并开始应用于包装用纸的生产。





3.纸机的自动化控制


       二十世纪七十年代,大规模集成电路取得突破性发展,微处理器得到广泛应用,在此基础上,1978年维美德(Valmet)公司推出DCS控制系统Damatic,后改名为Metso DNA,用于造纸机的控制。

       DCS以微机为核心,对生产过程进行分散控制和集中管理,从而将纸机生产各部分的控制联系在一起,组成一套完整的自动化控制系统,其应用是造纸机控制的一次飞跃,为纸机向大型化和高速化创造了条件。




纸机的变化趋势


       200多年来,纸机车速的变化达到1000米/分钟用了100多年的时间,达到2000米/分钟只用了30多年,纸机提速的行动不断加快。

       在技术方面,1897年采用真空伏辊;1945年采用压力流浆箱;1953年采用真空引纸;1958年引入可控中高辊;1962年采用案板,加强网部脱水;1967年用塑料成形网替代铜网;1981年采用宽压区压榨;1968年发明夹网纸机。这些发明和应用直接促进了纸机的提速。

       在纸机宽度方面,1830年纸机抄宽仅1.25米,1887年纸机的网宽达到2.84米,1897年达到4.1米,1919年达到5.9米,1958年达到8.7米,1998年达到10.5米,2010年达到11.8米。



纸张的计量科普


       在日常中小小的纸张可能并不惹眼,但事实上纸张也有着自己的计量单位和计算公式。


       纸张的计量单位:

       一般情况下平板纸的数量计量单位是令或张,1令=500张;卷筒的数量计量单位为公斤或吨;长度的计量单位为米、厘米、毫米、英寸,1英寸=2.54厘米;25寸=635卷筒,31寸=787卷筒,35寸=889卷筒;31*43寸=正度,35*47寸=大度。


       纸张的计算公式:

  • 1张纸的重量=纸张的克重*纸张的长*纸张的宽/1000

  • 1令纸的重量=纸张的克重*纸张的长*纸张的宽*500张/1000

  • 1令纸的价钱=1令纸的重量(kg)*吨价/1000 

  • 总重量=纸张的克重*纸张的长*纸张的宽*张数/1000

  • 总金额=1令纸的价钱*令数=总重量*吨价/1000

  • 系数=宽(MM)*长(MM)*500/1000

  • 正度纸吨重=0.43*克重*令数

  • 大度纸吨重=0.531*克重*令数

       (以上公式重量单位为kg,克重单位为g,长宽单位为m)



       纸的制造从最初蔡伦简单的制作方法演进到,如今全自动的高速生产,这背后离不开计量文化的支撑,正是因为发明家们对计量的苦心研究,使得机械制造水平有了巨大的发展,从而推动了纸机的进步,造福了我们的日常生活,在如今,我们也同样需要了解和钻研计量文明,以此推动现代科技发展。



来源:逸夫计量博物馆
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