Obróbka włókna – mielenie

Najważniejszym etapem w przygotowaniu masy wydaje się jej mielenie

Mielenie masy papierniczej jest niezwykle ważnym procesem technologicznym, wpływającym na wszystkie prawie właściwości otrzymanego z niej wytworu papierniczego. Mielenie włókien odbywa się za pośrednictwem elementów mielących (noży), z których jedna część wiruje, zaś druga pozostaje na ogół nieruchoma, ewentualnie wiruje w przeciwnym kierunku. Wirujące elementy mielące mijając się bardzo blisko nich położonymi nożami nieruchomymi wywierają różnego rodzaju działania mechaniczne na włókna, jak np. rozczesywanie, gładzenie, tarcie, ścinanie i rozprężanie, rozgniatanie, rozłupywanie, uderzanie, cięcie. Efekt mielenia zależy od rodzaju poddawanych mieleniu włókien, od konstrukcji urządzenia mielącego (prędkości obwodowej noży i rodzaju unożowienia) oraz od warunków technologicznych procesu, tj. stężenia masy papierniczej, ciśnienia właściwego mielenia i wielkości szczeliny między nożami, jak również czasu mielenia. Bezpośrednim wynikiem tych działań i celem mielenia włókien jest:

- nadanie włóknom niezbędnej giętkości i plastyczności (fibrylacja wewnętrzna) oraz rozwinięcie i uwodnienie ich powierzchni (fibrylacja zewnętrzna) – decyduje to o zdolności włókien do wytwarzania wiązań między sobą, a tym samym o właściwościach wytrzymałościowych papieru, jego ciężarze objętościowym, zwartości powierzchni, chłonności cieczy, przepuszczalności powietrza, przezroczystości i wielu innych własnościach.
– nadanie poszczególnym frakcjom włókien odpowiednich rozmiarów (zmniejszenie długości włókien i ewentualnie szerokości) co ma wpływ na uzyskanie papieru o wymaganej strukturze i przezroczu.

Zjawiska te, tj. fibrylacje wewnętrzną i zewnętrzną włókien z jednej strony, a ich cięcie i skracanie z drugiej, można regulować w zależności od potrzeb tak, aby jedno z nich przeważało lub aby zachodziły one mniej więcej w jednakowym stopniu.
Oba zjawiska w nieco różny sposób powodują wzrost smarności masy, tj. zmniejszają jej odwadnialność w określonych warunkach. Ponieważ jednak zdolność utrzymywania wody przez włókna wzrasta wyłącznie wskutek fibrylacji i rozwijania powierzchni, dlatego gdy występuje silne działanie fibrylujące włókna, uzyskuje się masę, którą nazywamy smarną, a gdy jest ono nieznacznIe – chudą. Natomiast gdy występuje silne skracanie włókien, zachodzące wskutek działania tnącego noży, otrzymaną masę nazywamy krótką, zaś gdy cięcie zachodzi tylko w niewielkim stopniu – długą. Prowadząc odpowiednio proces mielenia można uzyskać masy o różnym stopniu smarności i skróceniu włókien. Działanie fibrylujące przeważa, jeśli elementy mielące wirują niezbyt blisko elementów nieruchomych. Działaniu temu sprzyja większa szybkość obwodowa i szerokość noży, wyższe stężenie masy i niezbyt wysokie ciśnienie właściwe mielenia. Działanie takie nazywamy rafinacją masy. Działanie rozłupujące i tnące przeważa, jeśli elementy wirujące tworzą wąską szczelinę z elementami nieruchomymi. Warunki sprzyjające temu działaniu to – wąskie noże, wirujące z małą szybkością obwodową, niskie stężenie masy i wysokie ciśnienie właściwe mielenia. Działanie takie nazywamy domielaniem (cięciem) masy.
Proces mielenia prowadzi się zazwyczaj w młynach stożkowych lub tarczowych. Jeśli konstrukcja młyna sprzyja rafinacji masy – nazywa się go rafinerem. Niezależnie od tego czy elementy mielące umieszczone są na wirniku młyna stożkowego i jego osłonie czy też na tarczach rafinera tarczowego oraz niezależnie od konstrukcji urządzenia mielącego istnieje szereg wyprowadzonych teoretycznie zależności i praw pozwalających dobrać właściwe urządzenia i odpowiednie warunki technologiczne. Niezmiernie ważne jest też poznanie i ustalenie podstawowych i wtórnych efektów mielenia i ich zależności od rodzaju zastosowanych półproduktów włóknistych i różnych dodatków masowych.