Giới thiệu
Ngành sản xuất giấy vẫn tiếp tục nỗ lực không ngừng tăng nhằm tăng năng suất. Những dây chuyền sản xuất không mang lại lợi nhuận hoặc nếu có cũng rất ít sẽ không còn dùng được bao lâu nữa. Nhưng trước đây thì sao? Dù thế nào chiếc chìa khóa để thu được lợi nhuận trong sản xuất giấy chính là việc sử dụng có hiệu quả vốn đầu tư và khả năng cung cấp các sản phẩm đáp ứng đúng và thậm chí nhiều hơn mong đợi của khác hàng. Vốn chỉ được sử dụng có hiệu quả  khi thời gian ngừng máy và lượng hàng không bán được ở mức thấp nhất.Việc tối ưu hóa khả năng chạy máy bắt đầu bằng các biện pháp cơ học của quá trình sản xuất giấy và tiếp ngay sau đó là biện pháp hóa học. Biện pháp cơ học bao gồm máy móc, thiết bị cũng như việc lựa chọn và chuẩn bị xơ sợi dùng trong trong sản xuất giấy. Hóa học trong máy xeo giấy bao gồm những lĩnh vực như gia keo, độ pH, chất trợ bảo lưu... Sự ổn định hóa học là điều kiện tiên quyết cho việc bảo lưu tốt cũng như cho việc tránh chất cặn lắng và các lỗ thủng trên băng giấy. Khả năng chạy máy in ép tốt đòi hỏi giấy không có khuyết tật, cuộn đều và chất lượng đồng nhất. Bột xeo sạch với xơ sợi bền và dễ thoát nước, dù thuận lợi nhưng cũng không đảm bảo có được khả năng chạy máy tốt. Bản thân quá trình cơ học đóng một vai trò rất quan trọng và trong quá trình in cũng vậy. Giấy dai, chất lượng đồng đều và cuộn tốt vẫn có thể gây ra đứt giấy không thể giải thích được. Đó là kết quả của lực căng hết cỡ trong quá trình in. Vì thế để đạt được khả năng chạy máy tốt trong quá trình in  thì bộ phận ép trong máy in phải được kiểm soát chặt chẽ.Trong phần tiếp theo, chúng tôi muốn đề cập đến những vấn đề liên quan đến việc nâng cao khả năng chạy máy của máy xeo cũng như của các bộ phận ép trong in. Các vấn đề về độ ổn định hóa học và các dao động cơ học trong quá trình làm giấy cũng được kiểm tra. Trong quá trình in, vấn đề cần quan tâm là các đặc tính của giấy và độ ổn định của phần ép trong quá trình in.

Khả năng chạy máy của máy xeo

Khả năng chạy máy tốt được định nghĩa là sản xuất không gặp trở ngại một sản phẩm đủ để thỏa mãn nhu cầu của khách hàng. Theo nghĩa này, chất lượng tốt đồng nghĩa với mức dao động thấp. Trong quá trình làm giấy, việc sản xuất ra sản phẩm với dao động nhỏ đòi hỏi một công nghệ với dao động nhỏ. Những dao động trong qúa trình làm giấy về bản chất có thể là vật lý hay hóa học. Để lọai bỏ những dao động này cần những công cụ tiên tiến để phân tích.

Những dao động vật lý

Một nguồn gốc quan trọng sinh ra dao động trong quá trình làm giấy bắt nguồn từ dao dông của máy xeo. Dao động không chỉ gây ra sự mài mòn thiết bị quá mức mà còn các vấn đề về chất lượng. Một ví dụ là biến động chu kỳ độ dầy giấy theo chiều dọc, có thể do sự dao động của lô ép khe gây ra. Dao động có thể dẫn đến sự biến động về lực căng  và làm tăng khả năng đứt giấy cả trên máy xeo và ở phần ép máy in. Rất khó xác định mức dao động có thể chấp nhận được cho mỗi yếu tố như cho riêng lô. Những mức này có thể do nhà cung cấp xác định, nhưng các giá trị này cũng thường chỉ mang tính chỉ dẫn. Chỉ có thể xác định được mức cho phép qua nhiều năm rút kinh nghiệm trong phân tích mức rung trên máy xeo giấy.Liên quan đến những dao động là những nhịp rung xuất hiện rất ngắn trong máy xeo. Những nhịp này là dao động về áp suất có tình chu kỳ của tần số cao thường có ở các thiết bị quay. Những sóng áp này truyền đi với tốc độ âm thanh, tốc độ này chịu tác động của lượng khí trong bột, mức áp suất và các tính năng của thiết bị công nghệ. Những nhịp có tần số dưới 30Hz rất khó giải quyết vì chúng thường không bị để ý, ngay khi qua hòm bột nhịp này gây ra sự biến động về định lượng theo chiều dọc máy. Hình 1 trình bày một số nguồn nhịp rung thủy lực trong sự tuần hoàn ngắn của máy xeo với các băng tần tương ứng.Độ ổn định hóa họcKhông thể nói hết được tầm quan trọng của độ ổn định hóa học trong quá trình làm giấy. Có rất nhiều yếu tố hóa học phải được cân bằng. Để có được một đầu ướt ổn định ít nhất cần quản lý tốt các thông số sau:

-          Suất dẫn;

-          Nhiệt độ;-    

-        Các cation đa trị hòa tan, đặc biệt là can-xi;

-          Nhu cầu ôxy hóa học;

-          Lượng khí;

-          Điện tích và

-          Độ pH

Về mặt hóa học của máy xeo, kiểm soát tốt độ pH là sống còn nhưng chưa đủ. Vi pH là số loga, thậm chí một sự thay đổi rất nhỏ độ pH cũng rất quan trọng. Chỉ thay đổi 0.3 đơn vị pH cũng khiến cho nồng độ ion hydro tăng nên gấp đôi hoặc giảm đi một nửa. Rất nhiều phản ứng hóa học phụ thuộc vào độ pH. Khi độ pH tăng lên, khả năng tan của các chất hòa tan và chất dạng keo thường tăng lên. Nếu độ pH giảm đột ngột thì khả năng tan của một số chất cụ thể có thể giảm đi và có thể gây ra kết tủa. Ví dụ như, những dao động độ pH cục bộ có thể có ở những điểm hòa trộn hóa chất hoặc bột. Để hình thành tờ giấy tốt gắn với thoát nước hiệu quả thì cần kiểm soát điện tích của các sợi lơ lửng trong bột xeo. Bởi vì các đặc tính kết bông cũng như bảo lưu và thoát nước bị chi phối  bởi điện tích bề mặt. Trong quá trình làm giấy mục tiêu là duy trì điện tích âm yếu trong nước trắng và trong hòm bột và cần phải tránh những trường hợp điện tích thay đổi bất thường giữa âm và dương. Trong vấn đề thoát nước và bảo lưu việc kiểm soát nồng độ của nước trắng có giá trị lớn. Những lợi ích của việc kiểm soát nồng độ và điện tích được minh họa chi tiết trên Hình 2.Phân tích quá trìnhMột máy xeo giấy có thể phơi bầy khả năng chạy máy kém ở hình thức đứt giấy hoặc chất lượng không tương xứng, nguyên nhân thì khác nhau từ “đơn giản” – như mức dính lô7 đến nguyên nhân phức tạp hơn từ tác động qua lại của nhiều biến số. Trong trường hợp sau, việc phân tích và cô lập nguyên nhân đòi hỏi khả năng phân tích đồng thời những biến số tăng lên nhiều lần. Điều này đỏi hỏi những công cụ chính xác và sự tinh thông trong phân tích dữ liệu nhiều biến số. Một công cụ hữu ích thường dùng trong những phân tích như thế này là PCA, máy phân tích thành phần chính. Hình 3 cho thấy biểu đồ các vết hằn và biểu đồ chất độn từ phân tích PCA gần đây đối với các dữ liệu ở một nhà máy sản xuất giấy in báo ở Trung Âu, gặp phải vấn đề về cặn lắng. Các điểm có mầu (sắc) ở đồ thị vết hằn biểu lộ quá trình sản xuất đã chuyển như thế nào từ trạng thái này sang trạng thái khác. Biểu đồ chất độn cũng biểu lộ những biến số đáp lại sự chuyển trạng thái và những biến số quan hệ với nhau ra sao. Thiết bị phân tích dữ liệu công nghệ PCA có thể biểu lộ những biến số đã chuyển dịch quá trình từ một trạng thái mà ở đó vấn đề không xuất hiện sang trạng thái những vấn đề này xuất hiện.

Khả năng chạy ở phần ép máy in

Trong in ấn, mục đích là sản xuất ra những sản phẩm in có chất lượng tốt hiệu quả nhất. Điều này có nghĩa là giảm tối thiểu số lần đứt giấy. Để đạt được khả năng chạy máy tốt cần cân nhắc 4 yếu tố quan trọng:

-          Sự đồng đều về độ bền kéo trên khắp băng giấy;

-          Khúc tuyến mặt cắt ngang;

-          Chất lượng lô;

-          Dao động lực căng trong phần ép máy in.

Một nguyên nhân vật lý đơn giản của việc đứt giấy là lực căng cục bộ vượt quá sức bền cục bộ (minh họa Hình 4). Đỉnh cao của lực căng xuất hiện ở phần ép, còn vùng sức bền thấp thì xuất hiện ở băng giấy. Dốc đứng khúc tuyến mặt cắt ngang có thể gây ra dốc đứng khúc tuyến lực căng với lực căng ở một đầu cao hơn nhiều lực căng ở đầu khác. Vùng lực căng cao có thể chồng lên vùng sức bền thấp và gây ra đứt giấy.Độ bền xé vẫn thường được sử dụng như một điều báo trước khả năng chạy máy. Nhưng có thực vậy không? Ngoài việc mắc phải những yếu kém về mặt lý thuyết, các nghiên cứu về lĩnh vực này cũng không tìm ra sự tương quan giữa độ bền xé và tần xuất đứt giấy (xem Hình 5). Tuy nhiên, chỉ số lực căng và dao động của nó, nếu được đánh giá đúng, sẽ rất quan trọng. Xem Hình 4 có thể thấy, chính vùng có độ bền thấp hoặc phần cuối của phân bố độ bền quyết định việc giấy có bị đứt hay không. Dao động và do đó cả sự đồng đều của độ bền kéo trên băng giấy có thể được đánh giá thông qua việc dùng modun Weibull về thông số tính đồng đều của độ bền. Giá trị các thông số này càng cao thì độ bền băng giấy càng đồng đều, đem lại khả năng chạy máy tốt hơn. Deng et al đã công bố dữ liệu chỉ ra mối quan hệ giữa sự đồng đều về độ bền và khả năng chạy máy (xem Hình 6).Hristopulos và Uesaka tuyên bố rằng băng giấy kích thước ít nhất 30 cm x 5 cm nên được sử dụng trong việc đánh giá những thông số độ bền cơ bản có liên quan đến việc xuất hiện hiện tượng đứt giấy trong xưởng in ép. Nhìn chung, kích thước băng giấy càng lớn và càng nhiều băng giấy càng tốt. Sẽ tốt hơn nếu sử dụng các máy in ép hoặc các thiết bị sản xuất khác để đánh giá mức dao động về độ bền băng giấy. Nhưng do việc này không có tính thực tế, ít nhất đối với nhiều người, nên cần tìm những biện pháp thay thế. Một biện pháp là dùng những thiết bị kiểm định băng giấy được thiết kế đặc biệt như KCL AHMA giúp mô phỏng việc đứt băng giấy và thu thập đặc tính thống kê về sự đứt băng giấy có liên quan. Với KCL AHMA ( xem Hình 7) độ bền của giấy được kiểm định với một băng giấy kích thước theo chiều dọc máy xeo (MD) x chiều ngang máy xeo (CD) 1 m x 0,25 m chạy ở tốc độ sản xuất. Có thể thu thập thông tin đứt băng giấy từ 100 – 300 lần đứt từ một cuộn giấy, phụ thuộc vào chiều dài cuộn giấy, chủng loại giấy và tốc độ chạy máy. Khi một lần đứt giấy xảy ra trên KCL AHMA, độ căng và sức căng gây đứt giấy, cũng như sức căng động học sẽ được đánh giá. Khi đo được hàng trăm thông số này trên mỗi cuôn giấy, chúng ta cũng thu được số liệu thông kê liên quan đến đứt giấy. Modul Weibull được đánh giá là có độ chuẩn xác cao. Nhiều thử nghiệm được tiến hành với thiết bị KCL AHMA chỉ ra rằng sự không đồng nhất về độ bền là nguyên nhân gây ra đứt giấy mà trước đây được coi là “nguyên nhân không rõ”. Sự không đồng nhất này có thể hạn chế tiềm năng của một cấu trúc máy xeo nhất định.

Kết luận

Cải thiện khả năng chạy máy bắt đầu với phần cơ trong quá trình sản xuất giấy - dao động và nhịp rung - và tiếp sau đó là ổn định phần hóa học của máy xeo. Rung động của các lô ép khe có thể dẫn đến biến động chu kỳ độ dày giấy theo chiều dọc, nhịp thủy lực chạy suốt qua hòm bột đến sự biến động về định lượng giấy theo chiều dọc máy xeo. Ở đây có một số ví dụ về những dao động vật lý gây ra những vấn đề về chất lượng và khả năng chạy máy. Để có được sự ổn định về hóa chất ở đầu ướt máy xeo cần kiểm soát chặt chẽ độ pH, suất dẫn, nhiệt độ, nhu cầu ô-xy hóa học, điện tích, cation nhiều trị và lượng khí. Kiểm soát bảo lưu, cụ thể là nồng độ nước trắng, rất quan trọng để đạt được khúc tuyến định lượng theo chiều dọc máy đồng nhất. Khi kiểm soát thêm điện tích thì có thể cải thiện sự hình thành giấy và khả năng thoát nước.Khả năng chạy máy tốt trong quá trình in đòi hỏi giấy không có khuyết tật, cuộn đều và chất lượng đồng đều. Ở máy xeo, bột xeo sạch chứa xơ sợi bền, dễ thoát nước, mặc dù rất có lợi, nhưng không đảm bảo khả năng chạy máy tốt. Các phần cơ trong công nghệ có vai trò quan trọng. Tương tự như vậy đối với quá trình in. Giấy bền, cuộn tốt vẫn có thể gây ra đứt giấy mà không giải thích được. Nguyên nhân là do độ căng cực đại trong quá trình in. Tính chất quan trọng nhất của giấy chính là sự đồng đều về độ bền và sự đồng đều khúc tuyến theo chiều ngang máy xeo. Độ bền không đồng đều, được đánh giá tốt nhất bằng việc đo trên dải giấy đủ rộng hoặc trên cuộn giấy thực, được xem là nguồn gốc gây ra đứt giấy ở máy in ép.

Bùi Thanh-Theo IPW tháng 5/2007