Was verursacht Querrichtungs-Kreppvariation an Tissuemaschinen und wie trägt das Sprühdüsensystem dazu bei?

Querlaufende Kreppschwankungen – Tissue mit wechselnden dichten und offenen Kreppbändern über die Bahnbelagbreite – haben mehrere Ursachen, wobei das Sprühdüsensystem für den Kreppklebstoff eine davon ist, aber nicht immer die primäre. Der Beitrag der Sprühdüsen zur CD-Kreppschwankung: ungleichmäßiges Auftragsgewicht des Klebstoffs über die Yankee-Breite, verursacht durch einen Druckgradienten in einem einseitig gespeisten Verteiler, verschlissene oder teilweise blockierte Düsenpositionen oder eine ungleichmäßige Tröpfchengrößenverteilung, wenn einige Düsen teilweise verstopft sind. Jede dieser Ursachen erzeugt ein systematisches CD-Muster im Klebstofffilm – einige Zonen der Yankee-Oberfläche haben mehr Klebstoff als andere –, was zu entsprechenden Zonen stärkerer und schwächerer Blatt-zu-Yankee-Verbindung führt. Die Krepprakel kreppt diese Zonen unterschiedlich: Die stärker gebundenen Zonen kreppen mit einem höheren Kreppverhältnis (mehr Volumen, offenere Struktur, geringere Festigkeit); die schwächer gebundenen Zonen lösen sich früher und kreppen weniger (geringeres Volumen, dichtere Struktur, höhere Festigkeit). Das Ergebnis ist eine CD-Variation in der Kreppstruktur, die zu CD-Schwankungen im Flächengewicht, Volumen, Zugfestigkeit und Weichheit des Tissues führt. Nicht-Düsen-Ursachen für CD-Kreppschwankungen, die ausgeschlossen werden müssen, bevor das Problem dem Sprühsystem zugeschrieben wird: Verschleißprofil der Rakelklinge (ein abgenutzter Rakelabschnitt kreppt anders als angrenzende, ungenutzte Abschnitte), Temperaturvariation der Yankee-Trockneroberfläche (CD-Temperaturvariation beeinflusst den Aushärtungszustand des Klebstoffs und die Haftfestigkeit) und CD-Jet-Geschwindigkeitsschwankungen im Stoffauflauf (CD-Formierungsungleichmäßigkeit erzeugt CD-Schwankungen in den Bahneigenschaften vor dem Yankee). Diagnoseansatz: Messen Sie das Auftragsgewicht an mehreren Positionen über die Yankee-Breite mit einer Methode zur Analyse der Feststoffablagerungen (Papier auf die Yankee-Oberfläche auftragen, entfernen und gravimetrisch oder spektroskopisch analysieren), während das Sprühsystem läuft – wenn das Auftragsgewicht gleichmäßig ist, aber das Kreppen nicht, ist die Düse nicht die Ursache.

Welcher Düsentyp ist der richtige für die Kreppklebstoffanwendung – hydraulische Zerstäubung oder luftzerstäubende Düsen?

Die Wahl zwischen hydraulischen Zerstäubungsdüsen und luftzerstäubenden Düsen für die Kreppklebstoffanwendung hängt hauptsächlich von der Viskosität des Klebstoffs bei der Anwendungstemperatur und -konzentration ab. Hydraulische Zerstäubungsdüsen (nur Flüssigkeit, Druckzerstäubung bei 1–5 bar): funktionieren gut für niedrig- bis mittelviskose Klebstofflösungen unter 500 cP bei der Düsenfronttemperatur. Sie sind mechanisch einfacher (kein Luftversorgungssystem erforderlich), haben geringere Installationskosten und sind leichter zu reinigen. Die Einschränkung: Wenn die Viskosität über 500–800 cP ansteigt, benötigen hydraulische Düsen schrittweise höhere Versorgungsdrücke, um die gleiche Tröpfchengröße zu erreichen – über 1.500–2.000 cP erfordert das Erreichen eines Dv50 unter 150 µm mit hydraulischer Zerstäubung Drücke, die möglicherweise nicht mit der Klebstoffchemie oder dem Verteilerdesign kompatibel sind. Luftzerstäubungsdüsen (Flüssigkeit + Druckluft bei 15–40 psi): erreichen eine kleinere Tröpfchengröße (50–100 µm Dv50) bei viel geringerem Flüssigkeitsversorgungsdruck (0,5–2 bar), da die Zerstäubungsenergie von der Druckluft und nicht vom Flüssigkeitsdruck stammt. Dies macht sie zur richtigen Wahl für viskose Klebstoffsorten (500–5.000 cP), Klebstoffsysteme, die scherempfindlich sind (einige PVA-Sorten verlieren an Molekulargewicht, wenn sie unter hohem Druck durch kleine Öffnungen gepresst werden), und Anwendungen, bei denen der Klebstoff am Düsenkopf mit einer anderen Chemikalie gemischt werden muss. Luftzerstäubungsdüsen erfordern eine Druckluftversorgung (sauber, trocken, ölfrei, typischerweise 15–40 psi bei 1–5 SCFM pro Düse), und das Luft-Flüssigkeits-Verhältnis muss gesteuert werden, um die Zieltröpfchengröße aufrechtzuerhalten – eine Änderung der Klebstoffkonzentration ändert seine Viskosität, was die Tröpfchengröße bei einer festen Luftdruckeinstellung ändert. Praktische Empfehlung: Wenn die Viskosität Ihres Kreppklebstoffs bei Anwendungstemperatur unter 300 cP liegt, ist die hydraulische Zerstäubung einfacher und effektiver. Zwischen 300–800 cP sind beide praktikabel – wählen Sie basierend auf Ihrer bestehenden Infrastruktur (Verfügbarkeit von Druckluft, Präferenz). Über 800 cP ist die Luftzerstäubung die richtige Spezifikation.

Wie sollten weichmachende Chemikalien auf Tissue-Faserstoff aufgetragen werden, um eine gleichmäßige CD-Verteilung zu gewährleisten?

Eine gleichmäßige Querverteilung von weichmachenden Chemikalien im Tissue-Faserstoff erfordert sowohl die korrekte Auswahl der Zugabestelle als auch die korrekte Düsenkonfiguration an dieser Stelle. Auswahl der Zugabestelle: Die besten Zugabestellen sind jene, an denen sich der Faserstoff vor dem Stoffauflauf in einem turbulenten, gut durchmischten Fluss befindet – typischerweise die Rohrleitung des Ventilatorpumpenauslasses, der Einlassverteiler des Drucksiebannehmers oder der Einlass des Stoffauflauf-Anströmverteilers. Das Hinzufügen von Weichmacher zum Maschinenbrustkasten oder zur Siebwanne bietet eine unzureichende Mischzeit und eine unzureichende Turbulenz für eine gleichmäßige Verteilung über den Faserstoffstrom vor der Bildung am Stoffauflauf. Der Stoffauflauf selbst ist kein guter Mischort – das Hinzufügen von Chemikalien am Stoffauflaufeinlass kann Konzentrationsgradienten im Stoffauflaufstrahl erzeugen, die zu CD-Schwankungen in der gebildeten Bahn führen. Das Hinzufügen von Weichmacher am Ventilatorpumpenauslass in einer turbulenten Rohrzohne (Reynolds-Zahl über 10.000 – typischerweise jede Rohrgeschwindigkeit über 1–2 m/s bei typischen Rohrdurchmessern des Anströmungssystems) bietet 10–30 Sekunden turbulentes Mischen vor dem Stoffauflauf, was für die meisten Trennmittelsysteme ausreichend ist. Düsenkonfiguration an der Zugabestelle: Eine einzelne Einspritzdüse in einem Rohr erzeugt eine Konzentrationswolke, die sich durch turbulente Diffusion ausbreitet – effektiv für Rohre mit kleinem Durchmesser (unter 200 mm), wo die Wolke den gesamten Rohrdurchschnitt innerhalb der verfügbaren Mischlänge durchquert. Bei größeren Rohrdurchmessern (über 300 mm) oder wenn die Mischlänge kurz ist, erzielt ein Mehrpunkt-Einspritzverteiler, der den gesamten Rohrdurchschnitt überspannt (Ringverteiler mit 3–6 Einspritzdüsen), eine schnellere und gleichmäßigere Verteilung. Luftzerstäubungsdüsen für viskose Weichmacher erzeugen kleinere Tröpfchen, die sich schneller verteilen als einzelne Flüssigkeitsstrahlen – ein entscheidender Vorteil für Polysiloxan-Weichmacher mit 5.000–50.000 cP, die sich in turbulenter Strömung als große Flüssigkeitskugeln nur schwer auflösen.

Welche NFPA-Anforderungen gelten für die Staubunterdrückung bei Tissue und welches Sprühsystemdesign erfüllt diese?

Tissue-Verarbeitungslinien erzeugen bei Schneid-, Präge-, Wickel- und Schlitzvorgängen Zellulosefaser- und Füllstaub – dieser Staub erfüllt die NFPA-Definition eines brennbaren Staubes (Mindestexplosionskonzentration unter 500 g/m³, Mindestzündenergie unter 1.000 mJ). NFPA 652 (Ausgaben 2016 und später) verlangt von Einrichtungen, die brennbaren Staub handhaben, eine Staubgefahrenanalyse (DHA) aller Vorgänge durchzuführen, bei denen sich brennbarer Staub ansammeln oder in die Luft gelangen kann. NFPA 654 enthält die spezifischen Anforderungen für die Herstellung und Verarbeitung von partikulären Feststoffen. Die wichtigsten Schwellenwerte: Ein Bereich wird als Staubexplosionsgefahrenbereich klassifiziert, wenn die Konzentrationen brennbaren Staubes 25 % der Mindestexplosionskonzentration (MEC) erreichen können – für Tissue-Staub bei MEC ≈ 80 g/m³ liegt der Schwellenwert bei 20 g/m³. Hochgeschwindigkeits-Tissue-Verarbeitungsvorgänge (Rotationsschneider, Gattersägen mit 400+ m/min) können innerhalb von Maschinenhauben ohne Unterdrückung transient Konzentrationen über 20 g/m³ erzeugen. Ein Staubunterdrückungs-Sprühnebelsystem erfüllt die NFPA 654-Anforderungen zur Staubkontrolle, wenn es nachweislich die Staubkonzentrationen an den überwachten Stellen innerhalb der Maschinenhaube unter 25 % der MEC hält. Die Anforderungen an das Systemdesign: Feinnebel-Düsen (Dv50 15–40 µm), die innerhalb der Maschinenhaube an den Staubentstehungspunkten (Schneidklinge, Sägeblatt, Prägespalt) positioniert sind, mit bedarfsgesteuerter Aktivierung durch Staubkonzentrationsmonitore (Echtzeit-photoelektrische oder Laserpartikelzähler, die innerhalb der Haube überwachen). Ein kontinuierlicher Nebelbetrieb ist nicht erforderlich und kontraproduktiv – kontinuierlicher Nebel in einer Verarbeitungslinie führt Feuchtigkeit in das Blatt und die Ausrüstung ein. Das Unterdrückungssystem muss innerhalb von 2–5 Sekunden reagieren, nachdem der Staubmonitor den Auslösewert erreicht hat. Düsenpositionierung: innerhalb von 300–500 mm vom Staubentstehungspunkt, so ausgerichtet, dass der staubbeladene Luftstrom am Entstehungsort abgefangen wird, anstatt zu versuchen, Staub zu entfernen, der sich bereits im Haubenvolumen verteilt hat. Wasserversorgung: demineralisiertes oder Umkehrosmosewasser, um Kalkablagerungen an feinen Düsenöffnungen zu verhindern (Dv50 unter 30 µm erfordert Öffnungen unter 100 µm Durchmesser, die bei hartem Wasser schnell verkalken).

Wie wird das Auftragsgewicht des Yankee-Kreppklebstoffs gemessen und welche Indikatoren deuten auf eine ungleichmäßige Anwendung hin?

Die Messmethoden für das Auftragsgewicht des Yankee-Kreppklebstoffs reichen von einfachen Betriebsindikatoren bis hin zu analytischen Labortechniken, und der richtige Überwachungsansatz nutzt beides. Betriebsindikatoren für eine ungleichmäßige Klebstoffauftragung: Querprofil-Schwankungen in der Kreppstruktur, die im Blatt sichtbar sind (wechselnde enge und offene Kreppbänder), Querprofil-Schwankungen im Flächengewicht des Tissues, gemessen durch den Flächengewichtsscanner der Maschine, konsistente Querprofil-Muster in der Zugfestigkeit oder Dehnung an der Rolle und Rakelverschleißmuster, die einen beschleunigten Verschleiß in bestimmten Querprofil-Zonen zeigen (was auf lokalisierte übermäßige Haftung hindeutet). Dies sind nachlaufende Indikatoren – sie treten auf, nachdem die Ungleichmäßigkeit lange genug vorhanden war, um messbare Produkteffekte zu erzeugen. Direkte Messmethoden des Auftragsgewichts: Die am häufigsten verwendete Feldmethode ist der Yankee-Oberflächenablagerungstest – dabei wird ein vorgewogenes Labortuch oder eine Papierprobe mit kontrollierter Kontaktzeit und Druck auf die Yankee-Oberfläche gedrückt, entfernt, getrocknet und erneut gewogen, um das Ablagerungsgewicht pro Flächeneinheit zu berechnen. Die Durchführung an 5–7 Positionen über die Yankee-Breite zum gleichen Zeitpunkt im Klebstoffauftragszyklus liefert ein Querprofil des Auftragsgewichts. Eine Gleichmäßigkeit von ±3 % des Mittelwerts über die gesamte Yankee-Breite wird angestrebt – Positionen außerhalb dieses Bereichs deuten auf eine ungleichmäßige Düsenströmung, eine teilweise Düsenverstopfung oder einen Druckgradienten im Verteiler hin. Genauere Messung: Infrarotspektroskopie von Yankee-Oberflächenablagerungen (erfordert Laborprobenahme) oder Fluoreszenztracerzugabe zur Klebstofflösung (ermöglicht In-situ-Messung durch UV-Fluoreszenzscanner über die Yankee-Breite). Wenn die Auftragsgewichtsmessungen einen systematischen Gradienten von einer Kante zur anderen zeigen (keine zufällige Variation), ist die Ursache fast sicher ein Druckgradient im Verteiler durch einseitige Zuführung – implementieren Sie eine Ringverteilerzuführung. Wenn die Ungleichmäßigkeit periodisch ist mit Abständen, die dem Düsenabstand entsprechen, weisen eine oder mehrere Düsenpositionen eine teilweise Verstopfung oder Abnutzung auf – ersetzen Sie den gesamten Düsensatz des Verteilers.