气刀涂布机
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225页（6240字）
气刀涂布机出现于20世纪30年代，它的问世意味着涂布工业现代化的到来。它的基本原理是，给原纸涂上过量的涂料，然后让气刀将过剩的涂料吹去，如图4-1所示为双气刀涂布机的工作示意图。
图4-1 双气刀头涂布机
气刀涂布机通常通过以下三个方面进行操作：
(1)吹刷或平整涂层。在这种状况，涂料的计量基本上已在上料阶段完成，气刀在此主要用于平整涂层。如果上料时，涂料过量的话，则会使涂层产生严重的花纹痕迹。
(2)由气刀喷出的气帘尤如一层屏障以阻止过量涂料的通过，适应于涂料流动性大的涂布，如感光重氮化合物的涂布，吹下的多余涂料不是成雾状喷溅，而是沿着纸幅返回到上料盘。
(3)一般的实践操作，将(1)和(2)两方法相结合。
气刀涂布的主要优点：
(1)通用性
(2)不与涂料接触，特别适用于压敏性涂料的涂布。
缺点：
(1)可使用的涂料最高固含量为45%，一般为42%。
(2)结构不紧凑，除了纸板外，一般不常用于机内涂布。
(3)气刀易于受到干涂料的局部堵塞，以致引起涂层痕迹。
气刀涂布能在车速每分钟几米以至600m情况下操作，但正常的涂布速度范围是在120～320m／min之间。涂布量高至25g／m2，低到3g／m2都毫无问题。
气刀涂布机是一种随形涂布机，这是指涂层只附着于原纸的表面，而对纸的平整度无改善作用。刮刀涂布与气刀涂布不同，刮刀将涂料嵌入纸面的凹坑并刮去多余的涂料。为此通常先进行计量棒或刮刀涂布，填平纸面后，再由气刀作表面涂布。
1．气刀涂布机的上料计量系统
气刀涂布机的上料计量系统基本上有三种形式：单辊、双辊和三辊，如图4-2所示。单辊上料系统的使用率为70%，上料辊沿纸幅运行方向旋转，速度为纸幅的10%～40%，上料辊表面的涂料厚度为8～10mm，涂布机车速在250m／min以下。双辊上料系统的使用率为25%，由于添加了一只附加的计量辊，使得纸幅上需吹下的涂料量减少，适宜于涂布机车速在200m／min以上，纸幅宽度大于3．8m的涂布。三辊上料系统的使用率为5%，适用于高速涂布机(600m／min以上)，由于气刀的压力局限于62．1kPa以下，因此三辊上料系统能达到低上料量和平整涂层的效果，但由于横幅偏差较难控制的原因，只适用于纸幅宽度小于3．8m的涂布。上述三种计量系统应用于纸张涂布的实际情况见表4-2所示。
图4-2 气刀涂布机上料计量系统
表4-2 与气刀上料计量单位有关的涂布纸品种
2．气刀的类型
常见的气刀类型基本有三种，如图4-3所示。气刀喷缝的间隙一般可在0．5～0．9mm基本范围内调节，上唇堰比下唇堰略长0．1～0．2mm，以保证气流平稳而略下倾方向喷出。双气刀头可在不停机的情况下对另一气刀进行清洗。可张式气刀可快速方便地去除气刀口的堵塞，从而可防止涂布系统的不正常。
图4-3 常见的气刀形式
3．气刀位置的调整和确定
气刀安装的几何位置如图4-4所示，图中符号的表示意义如下：
R——背辊半径
D——喷射点与背辊水平中心之间距离
α——喷射点的背辊径线与水平中心线之间的夹角
β——气刀喷射中心线与背辊水平中心线之间夹角(这不是计量角)
θ——喷射点的背辊径线与刀口喷嘴中心线的夹角(这是计量角)
LR——背辊与气刀唇嘴之间的水平距离
TR——沿气刀中心线唇尖与背辊喷射点的距离
图4-4 气刀安装的几何位置
气刀位置的具体调整步骤如下：
(1)测量背辊直径，然后除以2获得半径R。
(2)从涂布机两侧检测距离D，核对两侧的高度与涂料收集盘制造厂商推荐的是否相同，然后将气刀通入气体，确定背辊上的喷射点。
(3)计算角α：α=arc sinD／R
(4)测量角β：在气刀喷嘴上放置一条线带，通入空气后，线带位于气刀的中心线上，然后测量气刀中心线与背辊水平中心线之间的夹角，即β。
(5)大部分气刀喷嘴与背辊的距离调节是沿着水平轴方向进行的。按照这种调节方法将气刀移进移出的结果会导致计量角度θ和喷射点同时发生改变，因此当你改变一个参数时(计量角或者距离时)，你必须要校正另一个参数以避免干扰效应。因此最新设计的气刀涂布机，气刀头的移进移出是沿着喷射中心线进行的，这样既可改变计量角，又可改变距离而又不相互干扰。大部分气刀操作时的计量角θ处于52°±3°范围。
角β=角θ-角α
(6)将气刀喷嘴与背辊距离LR调整在3mm至 4．5mm之间，将测隙规垂直放入喷嘴与背辊之间进行测量，但要记住在测量同时要放入所涂布的纸样。
(7)在喷射角和距离这两种调节中，距离调节的范围较大，通常的操作是使喷射尽可能靠后，在最高涂布机速度时，使用约90%的空气压力，这会保证气刀尽可能长时间地保持清洁，并可使你在工艺条件改变时，仍具有能力进行调节。
(8)计量角的调节对涂布表面质量影响重大。一般来讲，在较大计量角度操作时，会在纸面纵向产生条痕；而在较小计量角度操作时，会在纸面横向产生12～25mm的条痕。因此只有在最佳计量角度时，上述两种情况才会避免。
4．气刀的供气系统
气刀涂布机的供气系统由四个基本部分组成：风机、空气冷却器、管路及气压和气流调节器，其典型的供气系统流程如图4-5所示。空气需求量的大小取决于气刀喷口的间隙和所需的气体压力以及管路压降损失，表4-3列出的是在一个标准大气压、温度为20℃状况下，气刀喷口间隙分别为1．0mm、0．89mm和0．77mm在不同压力下所需要的空气量。空气量是以每厘米长度为基准时的每分钟所需空气的体积。
图4-5 气刀涂布机的供气系统
例如：一台64．2cm宽的涂布机，要求在气刀喷口间隙为0．89mm状态下，在压力为20．4kPa至34．5kPa范围内操作，该系统的管路压降损失为6．9kPa。我们可从表4-3中的气刀喷口间隙为0．89mm的一栏内和压力为34．5kPa的对应点找到标准空气量为0．128m3／(min·cm)，因此总的空气需求量为64．2×0．128=8．22〔m3／(min·cm)〕。由于工作压力为34．5kPa，再加上管路压降6．9kPa，因此总压力为41．4kPa，故可通过查阅鼓风机的样本选择55kW功率的相应风机。
表4-3 不同压力状况下，气刀喷嘴间隙大小与标准空气流量的对照表
5．气刀涂布机的涂料槽
涂料槽的关键是要有一个可使涂料作循环流动的结构，因为绝大多数的涂布方式都要求有一个稳定的涂料供应，以便能适宜地控制涂布量。如果涂料槽为非循环流动结构，那么就要考虑到蒸发效应的问题，因为从纸幅上吹落下来的涂料已被原纸作了部分的脱水，这些多余的固含量偏高的涂料，又会返回到涂料槽。另一重要的方面是要防止涂料槽中的涂料发生死角，但也要注意不允许出现湍流，否则就会产生泡沫，给涂布面带来严重的斑痕。图4-6为几种常见的涂料槽结构图。
图4-6 气刀涂布机的涂料槽结构图
6．气刀涂布机排气和回收系统
气刀涂布机由于操作上的自然因素，在涂料中混有大量的空气，因此必须设置具有挡板的料气分离槽，它能将大量的空气从回流的涂料中分逸出来。又由于空气会重新循环的缘故，因此还必须把混入到空气中的干燥的涂料粉末也分离出来。图4-7～图4-11是五种无正压排气装置的料气分离槽的结构图。这种分离槽必须在后面的流程中布置筛选装置，不然的话，回流出来的带有脏物的50%涂料与新鲜涂料混合后，将会给涂布质量带来危害。
图4-7 气刀涂布机料气分离槽结构A
图4-8 气刀涂布机料气分离槽结构B
图4-9 气刀涂布机料气分离槽结构C
图4-10 气刀涂布机料气分离槽结构D
图4-11 气刀涂布机料气分离槽结构E
图4-12是一个带有正压排气装置的气刀系统，适用于高速涂布或高涂料吹落量的情况。
图4-12 气刀涂布机料气分离槽结构F
7．气刀涂布机的涂料循环系统
从气刀涂布回流的涂料，其固含量要比送入供料槽的新鲜涂料的固含量高，因此在供料系统中必须有一个可以调节固含量的装置。否则在涂布作业过程中，涂料的固含量将逐渐增高。图4-13为典型的气刀涂布机涂料循环系统。
8．气刀涂布机的涂布量控制
如欲降低纸面的涂布量，可以由下列方法达到：
图4-13 气刀涂布机涂料循环系统
(1)增加空气压力；
(2)降低车速；
(3)降低涂料浓度；
(4)降低涂料粘度；
(5)缩小空气刮刀的喷嘴缝隙；
(6)缩短空气刮刀的喷嘴口与背辊上纸幅间距离。
反之，如果要增加涂布量时，则只要将上述六个方法进行相反操作，即可达到增加涂布量的目的。
【参考文献】：
(1) An Operator’s Guide to Aqueous Coating For Paper and Board．The British Paper and Board Industry Federation．1980，Section 7 Coating Equipment & Process．
(2) Pulp and Paper Manufacture．Third Edition，1990，Volume 8，Coating，Converting，and SpecialityProcess，Part One：Pigment Coating，Ⅱ Coating Machine，G．L．Booth．
(3) The Coating Process．TAPPI Press，1993，Chapter 3，Section 1～Ⅶ，Theodore C．Vanga etc．
(4) Web Processing and Coating Technology and Equipment，Van Nostrand Reinhold Comoany，1984，Donats Statas．
(5) 纸张涂布工程．新文化彩色印书馆(台湾)，1980，郑腾雄。
(6) Handbook for Pulp & Paper Technologies，TAPPI & CPPA．1982，G．A．Smook．
(7) 瑞典BYGw公司设备样本。
(8) 意大利Boneffi Assiai公司涂布刮刀产品样本。
(9) 芬兰Valmet公司涂布机设备样本。
(10) 奥地利Volth公司涂布机设备样本。
(11) 德国Jagenberg公司涂布机设备样本。
(12) 美国Beloit公司涂布机设备样本。