刮刀涂布机
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《涂布加工纸技术手册》第243页（7742字）
刮刀涂布机的基本构成部件如下(参照图4-37)。
图4-37 刮刀涂布机结构图
1—上料辊 2—涂料盘 3—背辊 4—刮刀架
刮刀：众所周知，刮刀的几何形状是重要的。研究刮刀磨损程度对于涂布质量的控制是非常重要的。硬刮刀磨损后的刮刀角度应与新刮刀的倾角是一样的。软刮刀磨损后会在原来无角度的矩形侧面产生出角度。这就需要测量更换下来的每一把刮刀的角度，使用一台移动式显微镜，准确测量出倒角边的宽度L，刮刀的厚度T，则可根据公式tanα=T／L算出角度α。
背辊：辊筒直径和硬度是以涂布工艺的要求而变化的，辊筒直径从30cm到125cm，一般采用80～100cm。通常辊面包覆改性氯丁橡胶或合成橡胶材料，硬度约70P&J。辊面必须精密研磨，在刮刀压力下应保持恒定，同时还要求在刮刀的压力下背辊与刮刀接触部位略有变形，刮刀压力经常在300N／cm，这使得背辊趋向于粗大。
上料装置：由上料辊和涂料盘组成。上料辊直径一般为30～50cm，辊面包覆橡胶，硬度约30P&J。涂料盘为不锈钢材料，由内外壁构成，中间夹层需通入(0．3～0．4)×105Pa的冷却水。
刮刀架：刮刀架的组成见图4-38。刮刀架的作用是将刮刀固定在夹紧横梁上，并可通过刮刀横梁或夹紧横梁的调节，对刮刀涂布过程进行加压和角度调整。
图4-38 刮刀架示意图
A—微调螺杆 B—刮刀加压托架 C—刮刀 D—刮刀支撑横梁 E—夹紧横梁 F—夹紧横梁调节器 G一背辊
刮刀涂布的原理较为简单，就是通过上料辊将过量的涂料涂覆在纸幅上，然后用刮刀将多余的涂料刮去。由于刮刀涂布具有将原纸表面的凹陷处填平的不随形性涂布的特点，因此涂层面相当平滑，具有良好的印刷效果，并且它适应于高浓涂料和高速纸机的涂布。故刮刀涂布是目前发展最快，应用最为广泛的涂布设备。
1．拖曳刮刀涂布机
其构造如图4-39所示，在背辊的左下侧有一L型的涂料槽，槽体下端的刮刀刀刃与背辊上的纸幅紧密接触。这一拖曳刮刀为一弹性钢片，由于背辊表面包覆橡胶，因此刮刀与纸幅面相接触点具有可压缩的弹性，故两者能够很紧密地吻合。背辊的旋转，使纸幅向下移动，此时槽内涂料即随纸幅向下移动而涂覆于纸幅表面，涂料则由拖曳刮刀予以计量和刮平。
图4-39 拖曳刮刀涂布机
拖曳刮刀为一特殊材料的钢片，厚度约0．3mm，刀片凸出刮刀架19mm。在背辊停止回转时，刮刀与背辊的切线点成30°夹角；但是当背辊回转时，由于刮刀为弹性体，故其夹角大于30°。涂料槽内涂料液位控制在10cm至25cm高度。由于刮刀刀刃经常在纸面上拖磨，因此回流的涂料可能会有纸屑，因此回流涂料必须经过筛选处理后再循环使用。
技术参数：车速300～610m／min；涂布量8～16g／m2；涂料粘度1000mPa·s；涂料固含量50%～70%；刮刀厚度0．3～0．64mm；刮刀线压2．7～2．9N／cm；原纸定量40～200g／m2；刮刀寿命6～20h；适用于凹版、凸版、胶版印刷纸以及纸板的机内或机外涂布。
2．挠性刮刀涂布机
其构造如图4-40所示。在有纸幅包覆的背辊下方涂料槽内的涂料不是通过上料辊转移至纸幅的表面，而是由涂料槽内液位的提高与纸幅表面相接触，这里的刮刀由一压缩空气软管予以加压和控制角度。这种装置在断纸时可以迅速撤离与背辊隔开，涂料不会流失，使操作人员对断纸的处理比较容易。技术参数：车速250～700m／min，涂料固含量55%～62%，涂料粘度1500mPa·s，涂布量5～13g／m2，刮刀厚度0．3～0．5mm(涂料固含量高时，选用厚度大的刮刀)。主要适用于印刷书写纸的涂布。
图4-40 挠性刮刀涂布机
3．倒置刮刀涂布机
其构造如图4-41所示，纸幅由上料装置中的两个上料辊在涂料槽内将涂料先涂覆在纸页上，然后进入背辊和刮刀之间进行计量和刮平。这种涂布方法的缺点之一是刮刀与上料段之间的滞留时间过长，其结果是产生纸页垂直延伸，从而形成连绵不断的条痕；缺点之二是由于涂料的迁移性而严重影响涂布质量，使得涂料粘度范围受到限制。这种涂布机最初用于机内涂布面包包装纸。但值得指出的是这种刮刀涂布机就是目前广泛采用的溢流接触式刮刀涂布机的前身。
图4-41 倒置刮刀涂布机
4．比尔刮刀涂布机
比尔刮刀涂布装置的原理如图4-42所示，纸幅向下运行通过由一把柔韧刮刀和软橡胶背辊形成的料池。背辊运行速度比纸页快3%～5%。这个速度差以及离开辊筒时的牵引角能提供均匀上料并消除刮痕。
图4-42 比尔刮刀涂布机
比尔刮刀涂布装置依据软刮刀原理进行操作，通过增加刮刀压力来增加涂布量，在涂布量高时也能确保很好的涂层全幅均匀性。涂料固含量20%～65%，涂料粘度1000mPa·s，原纸定量35～350g／m2。涂布量3～11g／m2，车速200～1200m／min。刮刀使用寿命在200m／min车速时约24h，调换刀片的时间不超过2min。比尔刮刀适宜于静电复印纸、无碳复写纸、防粘纸、涂料印刷纸、防潮、防气体渗透纸等的涂布加工。比尔刮刀还可进行纸页的单面涂布，如图4-43所示，以及另一种形式的双面涂布如图4-44所示。
图4-43 单面涂布形式的比尔刮刀涂布机
图4-44 双面涂布形式的比尔刮刀涂布机
5．双刮刀涂布机
其构造如图4-45所示，纸幅同时在两面被两把挠性刮刀进行涂布，涂料从两侧的缝形料池喷向垂直的纸页表面，随即就被相对的两把刮刀计量和刮平，多余的涂料返回涂料收集盘，过滤后循环再用。涂层可分别使用两种不同的涂料进行涂布。涂布刮刀的厚度约0．1～0．2mm，小倾角硬刮刀。双刮刀涂布机对原纸的质量要求较高，原纸必须具有足够的强度承受两刮刀接触时往上移动的线压力。该涂布装置对干燥设备有一定的要求，因为从垂直状态涂布后的纸幅表面处于湿润状态不能直接转变方向进入烘缸，而需进入无接触式的热风干燥装置。
图4-45 双刮刀涂布机
6．双流涂布机
其构造如图4-46所示，主要组成部分是喷嘴式上料装置，刮刀计量装置，背辊和涂料收集盘。涂料由纸幅两侧的喷嘴式上料器涂覆于纸面，上料量主要由流送泵、喷嘴式上料器与纸幅的夹角与距离大小来控制，这是一种短驻留形式的涂布，过量的涂料溢流返回涂料收集盘。涂后的纸幅由刮刀或计量棒进行计量和整饰，但必须注意的是在相同涂料情况下，靠近背辊一侧的纸面涂布量会稍高于刮刀一侧的纸面涂布量，因此要达到两面涂布量一致的话，需使用两种不同浓度的涂料，靠背辊一侧的涂料固含量低一些，所以涂料循环系统也需单独分开。该涂布机适用于杂志纸、书写纸、印刷纸、无碳复写纸、发票纸、包装纸和纸板的涂布，车速70～1200m／min，定量30～400g／m2，最高涂布量可达每面10～14g／m2。
图4-46 双流涂布机
7．溢流接触式刮刀涂布机
其构造如图4-47A所示，这是目前世界造纸业使用最为广泛的涂布装置之一。在充满和溢流的涂料盘内，包覆有橡胶的上料辊将涂料覆盖在表面，在与纸幅和背辊运行的相同方向旋转，同时将涂料转移至纸面上。上料辊与背辊之间的间隙一般为0．4mm+纸页厚度。纸幅位于上料辊与背辊接触点的中间，该点充满涂料。由楔状的线压力及剪切逐渐增加的曲线结构可消除涂料中的气泡以及防止脉动涂布的效果。然后纸幅上的涂料可经过软刮刀或硬刮刀以及计量棒的计量和整饰，刮下的涂料与涂料盘内溢流的涂料一起返回涂料循环系统。
溢流式刮刀涂布机适宜于低定量涂布纸、美术印刷纸、折叠箱板纸以及特种纸的涂布。涂布量0．3～30g／m2，刮刀厚度0．25～0．5mm，硬刮刀倾角范围20°～55°。背辊硬度75P&J，上料辊硬度25P&J，车速200～1300m／min，上料辊速度为70%～90%的纸页速度。该涂布机可根据不同原纸品种及质量要求交换使用硬刮刀涂布(图4-47B)或软刮刀涂布(图4-47C)。
图4-47 溢流接触式刮刀涂布机
8．喷射式刮刀涂布机(Jetcoater)
其构造如图4-48所示，这种涂布机属于短驻留涂布机，即纸幅上的涂料上料与计量之间的距离相当短，有效地限制了湿涂料对纸页的渗透程度。上料系统为一喷射式的结构，紧靠刮刀架与背辊位置。该涂布机尤其适宜于LWC纸的涂布，有时也可作为纸板的预涂布。
图4-48 喷射式刮刀涂布机
9．刮刀涂布机的上料系统
1)辊式上料系统
如图4-49所示，常见的辊式上料系统有三种形式。图A为低液位上料辊结构，通常涂料盘内的液位低于上料辊的中心轴线，主要问题是高速涂布时会产生涂料飞溅问题。图B为溢流式上料辊结构，图C为门辊式上料结构。
图4-49 辊式上料系统的三种形式
2)涌泉式上料系统
其构造如图4-50所示，涂料从一条长缝的喷嘴如泉水喷涌地喷到纸页上，可以比较精确地控制涂料的宽度，涌料器可以抬向纸页或升高至预先设定的间隙。
图4-50 涌泉式上料系统
3)喷嘴式上料系统
其构造如图4-51所示，涂料通过缝式喷嘴直接喷向平整辊与背辊间隙之间的纸幅上，这种设计概念比较新颖，有时可用于比较特殊的涂布纸生产。
图4-51 喷嘴式上料系统
10．涂布刮刀
涂布刮刀分为两类，软刮刀(又称无倾角刮刀)和硬刮刀(又称倾角刮刀)。这两类刮刀的厚度范围为0．25～0．63mm，宽度范围为70～105mm，长度随各类涂布机的宽度而定。刮刀的结构和外形如图4-52所示。图①是软刮刀，倾角为90°，涂布过程中，刮刀与背辊基本上成切线或形成很小的角度。图①是硬刮刀，这是经常使用的一种刮刀，需注意的是刀片顶端的宽度区域“P”，宽度值通常为0．05～0．10mm，该宽度有助于降低磨损周期。图①为硬刮刀，刀身厚度为0．40～0．60mm时使用，其优点为磨损过程中接触表面不发生变化，不足之处是接触表面积较小、易磨损。图为硬刮刀，优点是两端均可使用，能降低成本。图为硬刮刀，当工作角度较小，在5°～15°左右时可以降低磨损。
图4-52 涂布刮刀的结构和形状
涂布刮刀的材料是高碳钢，按美国钢铁标准AISI1095，其基本成分为含碳量0．90%～1．03%；含镁量0．30%～0．50%；含磷量≤0．04%；含硫量≤0．05%。刮刀的质量指标为：硬度48～52洛氏硬度；尺寸偏差范围，垂直度390μm，厚度13μm，宽度25μm，平行度50μm。
11．影响刮刀涂布机涂布量的因素
图4-53显示了影响刮刀涂布机涂布量大小的各种因素曲线。其中图(A)为刮刀长度对涂布量的影响曲线。图(B)为涂料粘度对涂布量的影响曲线。图(C)为刮刀厚度对涂布量的影响曲线。图(D)为涂布机车速对涂布量的影响曲线。图(E)为刮刀压力对涂布量的影响曲线。图(F)为硬刮刀倾角对硬刮刀涂布量的影响曲线。图(G)为背辊半径大小对软刮刀涂布量的影响。图(H)为刮刀工作角度对软刮刀涂布量的影响曲线。图(Ⅰ)为软刮刀的宽度对软刮刀涂布量的影响曲线。
图4-53 影响刮刀涂布机涂布量大小的各种因素曲线
注：图中实线表示硬刮刀涂布，虚线表示软刮刀涂布。
刮刀涂布机的涂布量计算公式如下：
式中 W——单位时间内的涂料体积，in3／min
b——刮刀长度，in
C——刮刀厚度，in
α——硬刮刀倾角，(°)
μ——涂料粘度，mPa·s
R——背辊半径，in
P——刮刀加压负荷，lb／in
U——纸幅和背辊表面的运行速度，ft／min
θ——软刮刀与背辊接触的表面弧度，(°)
L——刮刀高度，从刮刀夹紧器底座至顶端的距离，in
E——杨氏弹性模量，lb／in2
δ——软刮刀顶端的偏斜距离，in
(注：1in=25．4mm，1lb=4．4N)
表4-8列出了刮刀涂布机涂布量计算的实例。
表4-8 刮刀涂布机涂布量计算实例
【参考文献】：
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