Vai trò cấu trúc của lưới xeo trong việc định hình chất lượng sản phẩm

Trong máy xeo giấy, lưới xeo (forming fabric) không chỉ đơn thuần là một băng tải vận chuyển thụ động mà là một bộ lọc thủy lực học động (dynamic hydraulic filter) cực kỳ tinh vi.

Lưới xeo (nói chung) thực hiện ba chức năng cơ học sống còn cùng lúc:

1. Nó phải cho phép khối lượng nước khổng lồ thoát qua các vi lỗ một cách nhanh nhất có thể;

2. Nó phải giữ lại tối đa lượng xơ sợi xenlulozơ, xơ sợi mịn và hóa chất độn nhằm định hình nền tảng cấu trúc của tờ giấy;

3. Truyền tải an toàn, dẫn dắt băng giấy ướt với độ ổn định cao tới phần chăn mà không gây phá vỡ cấu trúc cơ học yếu ớt của tờ giấy ở dạng sơ khai.

Nếu lưới xeo không được lựa chọn tương thích với tốc độ máy, đặc tính bột giấy và thông số vận hành, nhà máy sẽ lập tức đối mặt với hàng loạt rủi ro vận hành nghiêm trọng: sự hình thành tờ giấy kém đồng đều (poor formation) dẫn đến độ bền thấp, hiện tượng rách giấy liên tục, tiêu hao điện năng kéo máy cao do ma sát không tối ưu, và sự xuất hiện của các vết lưới (wire marking) làm giảm giá trị thẩm mỹ và độ mịn bề mặt.

Khác với máy xeo lưới dài truyền thống nơi nước thoát chủ yếu nhờ lực hút chân không thẳng đứng từ các hộp hút , trên cấu hình máy Crescent Former, lưới xeo nằm ở vị trí ngoài cùng (Outer position), thực hiện chức năng ép dòng bột lỏng vào tấm chăn ép bên trong. Do đó, tấm lưới này phải đối diện với lực căng bề mặt rất lớn và cường độ xả nước ly tâm rất lớn. Điều này đòi hỏi lưới xeo cho Crescent Former phải sở hữu độ cứng vững ngang cực cao (high CD fabric stiffness), khả năng thoát nước siêu tốc độ và độ ổn định chiều rộng tuyệt đối dưới điều kiện vận hành khắc nghiệt.

Tiến hóa không gian ba chiều: Từ lưới đơn lớp đến công nghệ SSB (Triple Layer)

Vật liệu chế tạo lưới xeo đã tiến hóa từ các sợi hợp kim màu, sợi thép không gỉ (inox) sang các dòng polyme tổng hợp cao cấp, trong đó sợi monofilament Polyester (PET) kết hợp với Polyamide (Nylon) đóng vai trò chủ đạo nhằm đảm bảo độ bền kéo và khả năng chịu mài mòn. Tuy nhiên, sự đột phá thực sự nằm ở hình thái cấu trúc dệt, phân cấp thành nhiều hệ thống nhằm tương thích với giới hạn tốc độ và cấp độ sản phẩm khác nhau:

1. Lưới đơn lớp (Single Layer - SL): Đây là cấu trúc dệt cơ bản nhất, bao gồm một hệ thống sợi dọc (warp/MD) đan chéo trực tiếp với một hệ thống sợi ngang (weft/CD). Mặc dù cấu trúc mở giúp chúng có khả năng thoát nước tự nhiên mạnh mẽ và chi phí sản xuất thấp, lưới đơn lớp tồn tại những nhược điểm chí mạng: tuổi thọ ngắn do mài mòn nhanh, khả năng hỗ trợ bề mặt xơ sợi kém, và đặc biệt là các lỗ lưới có xu hướng hình chữ nhật kéo dài theo chiều máy, làm thất thoát lượng lớn xơ sợi ngắn. Hiện nay, lưới đơn lớp chỉ còn được ứng dụng hạn chế trên các dòng máy tốc độ chậm sản xuất giấy kraft hoặc giấy bao bì cấp thấp.

2. Lưới đa lớp (Double Layer & 2.5 Layer - DL/DLA): Nhằm khắc phục hạn chế của lưới đơn lớp, công nghệ dệt kép ra đời với một hệ sợi dọc và hai hệ sợi ngang xếp chồng lên nhau. Cấu trúc này tạo ra một bề mặt tiếp xúc giấy mịn màng hơn nhiều, đồng thời lớp sợi ngang phía dưới giúp phân tán lực ma sát, gia tăng độ bền mài mòn. Đặc biệt, biến thể 2.5 lớp (extra support) được bổ sung thêm các sợi ngang có đường kính siêu nhỏ ở mặt tiếp xúc với giấy nhằm gia tăng mật độ giữ sợi. Tuy nhiên, đối với máy Crescent Former hoạt động ở tốc độ siêu cao (trên 1.800 m/phút), lưới đôi vẫn bộc lộ những hạn chế về khả năng thoát nước nhanh và độ cứng mặt cắt ngang (CD profile).

3. Lưới ba lớp (Triple Layer) và Công nghệ liên kết SSB (Sheet Support Binder): Đây được coi là tiêu chuẩn vàng không thể tranh cãi cho máy Crescent Former hiện đại. Cấu trúc ba lớp thực chất bao gồm hai lớp lưới hoàn toàn độc lập được may ghép lại với nhau thông qua một hệ thống sợi liên kết phức tạp. Mặt trên cùng (Paper side) được dệt từ các sợi siêu mịn nhằm tạo ra một mạng lưới vi mô hoàn hảo để đỡ lấy xơ sợi mà không để lại vết hằn. Trong khi đó, mặt đáy (Machine side) được dệt từ các sợi có đường kính lớn hơn rất nhiều (từ 0,10 đến 0,60 mm), chịu trách nhiệm chống lại sự mài mòn khốc liệt khi chà xát với các lô dẫn, gạt nước, cung cấp độ cứng vững chắc và chống giãn dài cơ học. Công nghệ SSB là một đỉnh cao trong phân khúc này, nơi nhà sản xuất không sử dụng sợi binder riêng biệt mà dùng chính các sợi ngang nội tại để đan kết hai bề mặt lưới. Việc này triệt tiêu hoàn toàn sự xê dịch bên trong kết cấu, không bao giờ bị tách lớp, giảm độ dày tổng thể và cho phép nước thoát thẳng đứng không bị cản trở.

Các chỉ số hiệu suất quyết định: FSI, DI, Void Volume và Air Permeability

Việc lựa chọn một tấm lưới xeo hoàn hảo không phải là một phương trình tuyến tính mà là nghệ thuật cân bằng một ma trận các thông số kỹ thuật đan chéo phức tạp:

• FSI (Fiber Support Index - Chỉ số hỗ trợ xơ sợi): Chỉ số này đại diện cho số lượng điểm tiếp xúc đỡ xơ sợi trên bề mặt lưới tính trên một đơn vị diện tích. Trong sản xuất giấy tissue, FSI mang tính quyết định sống còn bởi bột giấy tissue có thành phần xơ sợi rất ngắn (đặc biệt khi sử dụng dòng bột tái chế, đa phần xơ sợi có độ dài dưới 0,4 mm). Một tấm lưới có FSI cao (thường vượt mức 180 đối với lưới SSB cao cấp) giúp tăng cường độ bảo lưu trên lưới, ngăn chặn sự xuất hiện của các lỗ châm kim do xơ sợi lọt qua, và tạo ra cấu trúc màng giấy mỏng nhưng có độ đồng nhất cao.

• DI (Drainage Index - Chỉ số thoát nước): Đây là đại lượng đo lường tốc độ tính toán mà nước có thể được giải phóng khỏi hỗn hợp bột xuyên qua kết cấu của lưới. Thách thức lớn nhất trong kỹ thuật dệt lưới xeo là sự đánh đổi kinh điển giữa DI và FSI: việc thiết kế bề mặt lưới siêu mịn để đạt FSI cao thường dẫn đến việc giảm tỷ lệ phần trăm diện tích lỗ trống (open area), qua đó gây cản trở nghiêm trọng đến DI. Mất cân bằng này có thể dẫn đến phá vỡ cấu trúc hình thành giấy khi áp suất nước tích tụ quá lớn không kịp thoát ra.

• Air Permeability (Độ thoáng khí) & Caliper (Độ dày): Độ thoáng khí (đo bằng cfm) là thước đo phổ thông về mức độ mở của lưới. Tuy nhiên, trên máy Crescent Former tốc độ cao, độ dày (caliper) và Độ rỗng (Void Volume) có ý nghĩa cơ lưu chất thực tiễn hơn rất nhiều. Void volume định nghĩa khoảng không gian rỗng chứa nước ẩn bên trong cấu trúc ba chiều của tấm lưới. Void volume thấp là mục tiêu thiết kế nhằm giảm thiểu lượng nước bị tấm lưới mang ngược trở lại chu trình (water carryback), giúp lưới đạt độ khô tối đa khi vòng lặp quay trở lại tiếp xúc với dòng bột mới tại thùng đầu (hòm phun bột).

• Elastic Modulus (Mô đun đàn hồi): Khả năng chống lại sự biến dạng kéo dãn theo hướng chạy máy (Machine Direction - MD). Chỉ số này bắt buộc phải cực kỳ cao trên lưới xeo Crescent Former để duy trì ổn định lực ép ly tâm và ngăn chặn sự hẹp lại của chiều ngang mép giấy dưới điều kiện căng lực liên tục.

Đột phá cấu trúc liên kết dọc (Warp-Bound) so với liên kết ngang (Weft-Bound)

- Phân tích kỹ thuật chuyên sâu từ các nhà chế tạo hàng đầu cho thấy một xu hướng chuyển dịch kiến trúc lõi: sự thống trị của thiết kế lưới ba lớp liên kết sợi dọc (Warp-Bound Triple Layer) so với các thế hệ cũ.

- Ở cấu trúc dệt Weft-Bound (liên kết sợi ngang) truyền thống, sự mài mòn cơ học tập trung vào các sợi binder ngang, dẫn đến điểm mù chết người là hiện tượng tách lớp (delamination), khiến tấm lưới rách hỏng hoàn toàn trước khi hết tuổi thọ hữu ích. Thêm vào đó, các sợi binder nằm đan xen làm thu hẹp các luồng thoát nước tự nhiên, khiến phần trăm diện tích rỗng (open area) bị chặn lại đáng kể.

- Ngược lại, thiết kế Warp-Bound sử dụng chính hệ thống sợi dọc (warp/MD) chịu lực ở mặt đáy để uốn lượn lên bện kết cấu với mặt trên. Kỹ thuật dệt phức tạp này triệt tiêu 100% nguy cơ tách lớp. Quan trọng hơn, không có sự hiện diện của sợi binder dư thừa, cấu trúc lưới trở nên mở hơn rất nhiều, đẩy diện tích lỗ thoát nước (open area) lên mức 36,3% đến 36,7%, so với mức trần 30% của lưới truyền thống. Nhờ kiến trúc này, một tấm lưới Warp-Bound dù có độ thoáng khí định danh chỉ 450 cfm vẫn có thể xả nước ly tâm nhanh hơn một tấm lưới Weft-Bound 550 cfm, cho phép nó đạt được một chỉ số FSI rất lớn (khoảng 187.0) trong khi vẫn duy trì DI ở mức cao (khoảng 49.5).

Một số nhà sản xuất lưới tiêu biểu

Albany International

Albany International là một ví dụ điển hình về sự kết hợp liên ngành, sở hữu hai mảng kinh doanh cốt lõi: Vật tư máy giấy (Machine Clothing) và Vật liệu composite hàng không vũ trụ (Engineered Composites). Công nghệ dệt sợi đa lớp 3D phức tạp ứng dụng trong hàng không được hãng chuyển giao và tối ưu hóa để dệt nên lưới xeo giấy. Hãng cung cấp danh mục sản phẩm từ lưới định hình (Forming Fabrics) chống mài mòn, chăn ép (Press Felts) tối ưu hóa khả năng hấp thụ, đến lưới sấy chịu nhiệt (Dryer Fabrics) và băng tải truyền dẫn (Process Belts). Điểm mạnh của Albany nằm ở khả năng kiểm soát chất lượng xuyên suốt và mạng lưới chuyên gia toàn cầu thực hiện các dịch vụ chẩn đoán định kỳ (diagnostic services), đảm bảo sự cân bằng giữa thoát nước và tiêu thụ điện năng cho các nhà máy mô trên toàn thế giới.

AstenJohnson

Tập đoàn AstenJohnson tập trung mạnh mẽ vào sự đổi mới của các cấu trúc dệt tinh vi và tính bền vững. Đối với phân khúc máy giấy tissue bán nguyệt, dòng sản phẩm InTegra-T của hãng nổi bật với bề mặt dệt 3 lớp (3-shed papermaking surface) và thiết kế liên kết sợi ngang nội tại (intrinsic weft design), giúp tăng cường sự tạo hình bề mặt (bulk and tensile generation) trong khi vẫn cho phép tăng tỷ lệ pha loãng bột ở thùng đầu để đẩy nhanh tốc độ máy. Bên cạnh đó, dòng lưới PrintStar của hãng được thiết kế theo dạng siêu mỏng (super thin SSB triple layer) kết hợp với công nghệ "Structured Yarn" theo chiều máy (MD), giúp giảm tối đa độ rỗng thể tích rác, tăng hiệu quả vận hành của trục hút chân không và giảm tiêu hao năng lượng truyền động. Các vật liệu thuộc nhóm EcoLife của AstenJohnson cũng được tối ưu hóa để tăng tuổi thọ và giảm tải kéo.

Valmet

Khác với các công ty chỉ chuyên về vật tư tiêu hao, Valmet là nhà chế tạo toàn bộ máy giấy tissue. Sự thấu hiểu sâu sắc từ khâu cơ khí như thùng phun bột IntelliJet V, OptiFlo II TIS, hay kiến trúc Crescent Former tích hợp, giúp hãng phát triển các dòng lưới xeo có độ tương thích cao nhất. Sản phẩm lưới Forming Fabric GM của Valmet là ví dụ tiêu biểu, được thiết kế chuyên biệt cho máy tissue siêu tốc độ cao, hỗ trợ giữ xơ sợi mịn tuyệt đối và có độ cứng ngang đáng kinh ngạc, cho phép khả năng cắt mép biên (trim cutting) dễ dàng và duy trì trạng thái ổn định kích thước vượt trội.

Hy vọng những phân tích trên đây của VIET HUNG TECHNOLOGY giúp cho nhà máy tissue có định hướng trong lựa chọn lưới xeo. Nếu quý vị có ý kiến khác xin vui lòng đóng góp ở bình luận bên dưới .

Xin chân thành cảm ơn!