具有凹槽表面的皮帶或輥以及製造方法
2023-04-22 23:58:51 1
專利名稱：具有凹槽表面的皮帶或輥以及製造方法
技術領域：
本發明涉及造紙領域，特別地，涉及在造紙機與造紙過程中所使用的凹槽皮帶、或依照應用情況的輥麵包覆層的製造方法。本發明包括利用帶狀物(ribbon)布置生成凹槽，而不需將皮帶表面機械加工。
背景技術：
造紙過程中，在造紙機成形部，通過將纖維漿沉積到移動的成形織物上形成纖維素纖維網，纖維漿也就是纖維素纖維的水分散體。漿體中大量的水通過成形織物排出，而纖維素纖維網則留在成形織物的表面上。
剛形成的纖維素纖維網從成形部進入壓榨部，壓榨部包括一系列壓榨壓區。纖維素纖維網被壓榨織物支撐，或者通常情況下位於兩層這樣的壓榨織物之間，穿過壓榨壓區。在壓榨壓區中，纖維素纖維網受到壓縮力的作用，該壓縮力將水從網中擠出，並使網中的纖維素纖維彼此粘附，使得纖維素纖維網轉變為紙幅。水由該一層壓榨織物或多層壓榨織物所吸收，並且理想的情況是不回到紙幅中去。
紙幅最終進入乾燥部，乾燥部包括至少一個可轉動的乾燥轉鼓系列或烘筒系列，這些轉鼓或烘筒由蒸汽在內部進行加熱。乾燥織物引導剛形成的紙幅以彎曲路徑依次繞行該系列中的每個轉鼓，且乾燥織物將紙幅緊貼在轉鼓的表面。加熱的轉鼓通過蒸發作用將紙幅的含水量降低到所需水平。
應該了解的是，成形織物、壓榨織物及乾燥織物在造紙機上都採取無端環(endless loop)的形式，並且都起到傳送帶的作用。應該進一步了解的是，紙張生產是一種以相當快的速度進行的連續過程。也就是說，在成形部，纖維漿連續地沉積到成形織物上，而剛生產出的紙張在離開乾燥部後就被連續地卷繞到輥筒上。
由於能源成本提高，越發需要在紙幅進入乾燥部之前儘可能地去除水份。原因在於乾燥筒一般由蒸汽從內部加熱，與生產蒸汽相關的成本可能很高，特別是當必須從紙幅去除大量水份時尤其如此。
傳統上，壓榨部包括一系列由鄰近的圓柱形壓榨輥對形成的壓區。近年來，人們發現使用靴形長壓榨壓區比使用由成對的鄰近壓榨輥形成的壓區具有更大的優勢。這是因為紙幅在壓區中承受壓力的時間越長，從其中除去的水分就越多，以及因此，殘留在紙幅中需要在乾燥部中通過蒸發作用除去的水分就越少。
本發明部分涉及靴形的長壓區壓榨機。在靴型類型的長壓區壓榨機中，圓柱狀壓榨輥和弓形壓榨靴形物之間形成壓區。壓榨靴形物具有圓柱狀的凹表面，其曲率半徑接近於圓柱狀壓榨輥的曲率半徑。當輥和靴形物彼此緊密地物理相鄰時，形成壓區，其沿機器方向的長度可比雙壓榨輥之間形成的壓區的長度長5至10倍。由於長壓區可為常規雙輥壓榨機的5至10倍，因此纖維網在長壓區內受壓的所謂停留時間可相應地長於雙輥壓榨機中的停留時間。因此在造紙機上，與使用常規壓區相比，這種長壓區技術得到的效果是，在長壓區內纖維網的脫水量大幅度提高。
靴形長壓區壓榨機需要特殊的帶，如Dutt(Albany InternationalCorp.)的美國專利5,238,537中所示的，該專利所教導內容在此以引用方式併入本文。這種帶設計成保護這些用來支撐、運送及脫去纖維網中水分的壓榨織物不受加速磨損，該磨損由在固定的壓榨靴形物上進行的直接的滑動接觸產生。這種帶必須設有平順的不滲透表面，該表面在油潤滑膜上越過或滑過固定的壓榨靴形物。該帶以與壓榨織物大致相同的速度移過壓區，從而向壓榨織物施加的對帶表面摩擦量最小。
美國專利5,238,537所顯示類型的皮帶藉由將無端環形式的織造底布浸漬合成聚合樹脂而製成。優選地，樹脂在至少皮帶的內表面上形成具有一定預定厚度的塗層，籍以保護用來織造底布的紗線不會直接接觸到長壓區壓榨機的拱形壓榨靴形物組件。特別是此塗層必須具有平順、不可滲透的表面，籍以易於在潤滑的靴形物上滑過，並避免任何潤滑油穿透皮帶結構而汙染到一或多個壓榨織物以及纖維網。
美國專利5,238,537所示皮帶的底布可以以單層或多層織法由單絲紗線加以織造，並織造成充分開放，以讓浸漬材料完全地浸漬織造物。這消除了成品皮帶中形成任何空隙的可能性。這種空隙可使皮帶與靴形物之間所用的潤滑物穿過皮帶，並汙染到一或多個壓榨織物以及纖維網。底布可為平織而成，隨後縫合成環狀，或者環狀織成管狀形式。
當浸漬材料固化為固態時，其主要藉由機械互鎖結合於底布，其中使經固化的浸漬材料圍繞底布的紗線。此外，經固化的浸漬材料與底布的紗線材料之間可具有部分化學結合或粘合。
諸如，美國專利5,238,537所示的長壓區壓榨帶依據其所安裝的長壓區壓榨機的尺寸需求而定，沿其無端環形式，測量出其有大致10至35英尺(約3至11米)的長度，以及跨越這種形式橫向量測出大致6至35英尺(約2至11米)的寬度。由於底布在浸漬合成聚合樹脂之前為環狀的要求，使得這種皮帶的製造更加複雜。
經常需要既在皮帶內表面還在其外表面上對其提供具有一定預定厚度的樹脂塗層。藉由塗覆皮帶的兩側，即使織造的底布與皮帶的彎曲中性軸(neutral axis)並非重合，織造的底布也會與其更接近。這種情況下，當皮帶穿過造紙機上的輥等周圍撓屈時所產生的內應力將不容易造成塗層從皮帶任一側發生脫層。
此外，當皮帶外表面具有一定預定厚度的樹脂塗層時，可將凹槽、盲鑽孔或其它腔穴形成於該表面上，而不露出織造底布的任何部分。這些特徵為壓榨壓區中從紙幅壓出的水提供暫時儲存作用，並且通常由樹脂塗層固化之後的分開的製造步驟中的開槽或鑽孔作用所產生。
本發明特別涉及可用在長壓區壓榨機中或使用在常規壓榨機中的凹槽壓榨帶。此外，本發明涉及凹槽輥麵包覆層。
在常規凹槽皮帶的情況中，一般使用機械加工處理來形成表面凹槽。凹槽界定通路，且藉由所謂陸塊區域(land areas)加以彼此分離。凹槽的寬度以及深度以及每英寸的凹槽數決定了凹槽皮帶表面的空隙容積。此外，皮帶對於撓屈的需求決定了特定材料特徵。例如，材料必須具有足夠的撓性以順應皮帶路徑，並且仍有足夠剛性而不會在加壓負荷下崩塌。據此來看，請注意迄今已經成功地使用諸如聚氨酯等彈性體。
輥麵包覆層利用諸如橡膠、橡膠狀材料、聚合物或金屬合金等不同材料以多種不同方式製造。目前製造輥麵包覆層的方法包括將聚合性化合物的未固化面層(mats)「鋪覆於」輥體上，且有時用紡織物強化。這形成具有數段的輥麵包覆層，其藉由熱固化進行整飾，以形成連續包覆層。此包覆層受到研磨，並可進行其它表面整飾步驟。最後，以圓周圖案將凹槽切刻在表面中，以在壓榨壓區中輔助紙幅的脫水作用。另一種形成輥麵包覆層的方法是將半固體樹脂螺旋卷繞在本體上，然後加以固化以及表面整飾。並且，將凹槽切刻在表面中，以輔助壓區中的脫水作用。另一方法是將樹脂-纖維體系鑄造或模製在心軸或輥體上，而形成複合系統。其它包覆層可由樹脂混合物(亦即樹脂「合金」)、金屬以及樹脂、陶瓷等所形成。
並且，在常規凹槽輥的情況中，一般藉由對輥麵包覆層表面進行機械加工生成表面凹槽。並且，凹槽的寬度以及深度以及每英寸的凹槽數決定了凹槽表面的空隙容積。還應注意，有多種不同材料可用於生成凹槽輥表面。
在特別是皮帶中凹槽的機械加工期間，合成表面材料的內壁(將凹槽分離的陸塊側面)留有機械工具作用所生成的微觀表面切口。這些微觀切口可構成裂痕引發部位，裂痕引發部位可導致更大裂痕以及凹槽兩側上的陸塊區域的最終失效或脫層。因此，美國專利5,171,389涉及一種長壓區壓榨機上凹槽空隙容積皮帶的製造方法。施加粘合劑之後，將其中已經形成有凹部的材料條卷繞在部分完成的皮帶周圍，且適當地加以附接。與其他方式相比，這樣可免除在皮帶表面中切刻凹槽的必要性。
本發明提供一種方法，利用帶狀物布置生成凹槽，在皮帶以及輥表面上形成凹槽或其它圖案，而不需要機械加工。
發明內容
本發明涉及凹槽皮帶或表面輥的製造方法。首先將化學反應性材料布置在經部分處理的皮帶或輥的表面上。然後將第二材料以帶狀物沉積在化學反應性表面上，以生成凹槽圖案。有利地，利用帶狀物的布置來在其間生成凹槽，而不需要機械加工。這消除了皮帶或輥表面發生裂痕以及脫層的潛在問題。所得到的帶狀物平順且均勻。
圖1顯示可用來製造本發明皮帶的方法；圖2顯示利用帶狀物的布置生成凹槽；圖3A顯示現有技術的條帶輪廓；以及圖3B顯示本發明帶狀物的示意性輪廓。
具體實施例方式
現在將就製造造紙機用靴形壓榨帶以及其製造程序，來描述如圖1所示本發明的優選實施例。然而，應注意本發明亦適合用來製造造紙機用輥或輥麵包覆層。
繼續參照圖1，皮帶可包括為本技術領域所公知的任何常規皮帶基底基材的基底結構或基材，包括織造物、非織造物、螺旋連接物、MD或CD紗線陣列、針織物、擠出網眼、以及螺旋卷繞的織造以及非織造材料條帶。這些基材可包含用來製造紙機織物的任何類型的紗線，諸如單絲紗、捻合單絲紗、復絲紗、以及捻合復絲紗。這些紗線可由本技術領域的普通技術人員用於此目的的任何聚合樹脂材料擠出而成。因此，可使用的樹脂來自聚醯胺、聚酯、聚氨酯、聚芳醯胺、聚烯烴以及適合此用途的其它樹脂族。
可利用類似於圖1所示的裝置製造本發明。對於本發明，此裝置具有(A)心軸11，用於在製造皮帶期間支撐皮帶基材10(或依照應用情況，支撐輥麵包覆層基底)；(B)用於將化學反應性材料12施加在皮帶基材10上的裝置(未圖示)；(C)沉積裝置14，用於將第二材料16沉積在皮帶基材10上以形成圖案。例如，材料16可布置為在其間形成凹槽的彈性體帶狀物；(C)用於安裝沉積裝置14的裝置(未圖示)，以相對於皮帶基材10表面在至少一方向中移動；以及(D)用於控制移動以及控制來自沉積裝置14的第二材料16沉積的裝置(未圖示)。
圖1所示的本發明實例中，提供皮帶成形心軸11。皮帶基材10可具有且通常已經具有至少一部分樹脂浸漬。內表面(亦即頂靠心軸11的表面)也具有藉由本領域內已知的任何裝置所施加的平順樹脂層。起初，將化學反應性彈性體材料薄膜12置於皮帶基材10上，以在基材10與待沉積的第二材料16之間生成化學結合。因此，薄層12必須在施加第二材料16所需時間內具有化學反應性。藉由圖1所示的實施例，此第二材料為一種液體彈性體帶狀物流16。為了沉積此帶狀物流16，使含有彈性體材料的化學混合頭14呈斜角狀且受控制以橫越皮帶基材10的寬度。利用此方式，心軸的各次迴轉留下了凸起陸塊區域的線帶沉積物，且在兩側具有凹槽。亦即，利用帶狀物16的布置生成凹槽。圖2顯示彼此緊貼的小液體彈性體帶狀物的分布，籍以形成陸塊20以及成型凹槽22。有利地，將彈性體設計為，使其在很短時間(亦即數秒)內從液體轉變為固體，藉以讓材料帶狀物保持其形狀。所得到的帶狀物鋪覆表面24為均勻以及平順狀，而無切口或裂痕。
應理解，圖1所示的混合頭14可具有一個出料口或多個出料口。然而，優選採用具有多個出料口的混合頭14。因此，請注意出料口數以及其尺寸以及施加的材料量決定帶狀物16的尺寸以及形狀。進一步請注意，皮帶結構10的表面速度愈大，則必須泵送過出料口的材料量將愈大。因此，由於帶狀物鋪覆必須匹配於各次先前的通行路徑，務必精密地控制混合頭14的橫越速度。應進一步了解，當產生帶狀物圖案時，熔接線(亦即各個帶狀物開始以及結束處)也應匹配。
可從本文所披露內容得知，可利用上述方法產生優良的凹槽皮帶或表面輥。利用此方式，藉由直接沉積帶狀物以產生凹部，可消除如同現有技術所實施的凹槽機械加工所造成的問題。更具體地說，本發明使用帶狀物的布置生成凹槽。所得到的帶狀物鋪覆表面為均勻且平順，而不具有會導致皮帶或輥表面發生脫層的切口以及裂痕。
並且，藉由控制混合頭，可在三個平面(x、y以及z)的受控幾何結構中，以受控方式將相對較大量(或較少量，依情況而定)的材料施加至皮帶或輥表面的所需區域。根據具體應用，允許例如，形成作為輥麵包覆層的冠部的形成，或形成沿著橫機器方向的表面直徑的其它變化。
請注意，本發明與前述專利5,171,389的差異在於本發明指明在沉積彈性體帶狀物流之前，先將化學反應層34(見圖3B)布置在皮帶表面上，而』389專利則只提到預先施加粘合劑。此外，雖然』389專利以及美國專利5,208,089(Stigberg)指明條帶30中已經形成有凹部(圖3A)，本發明則利用帶狀物32的布置或膠凝時間生成凹槽(圖3B)。這是一項重要的區別特性。本技術領域內的技術人員可了解其它區別。
雖然本文揭露並詳細描述了優選實施例，但本發明的範圍並不受此限制，本發明的範圍僅由權利要求書來界定。
權利要求
1.一種生產紙以及紙產品用皮帶的製造方法，所述方法包括下列步驟a)提供基底結構；b)將化學反應性材料布置在所述基底結構上；以及c)將彈性體材料沉積在與其起反應且形成結合的所述化學反應性材料上，以生成凹槽圖案。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述基底結構選自由織造物、非織造物、螺旋連接物、MD紗線或CD紗線陣列、針織物、擠出網眼織物、以及螺旋卷繞的織造以及非織造材料條帶組成的組，並且包含包括單絲、捻合單絲、復絲、捻合復絲、以及短纖維的紗線。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述化學反應性材料將所述彈性體材料與所述基底結構化學結合。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述彈性體材料由混合頭進行沉積。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述混合頭包括多個出料口。
6.根據權利要求4所述的方法，其中通過所述混合頭橫越跨過所述基底結構，沉積所述彈性體材料。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述彈性體材料以液體帶狀物流沉積在所述基底結構上。
8.根據權利要求7所述的方法，其中在預定一段時間內，所述帶狀物流從液體轉變為固體，從而能夠使所述帶狀物保持其形狀。
9.根據權利要求1所述的方法，其中在步驟b)中，以薄層沉積所述化學反應性材料。
10.根據權利要求1所述的方法，進一步包括將樹脂塗層設置於與所述化學反應性材料所沉積一側相對的所述基底結構一側上。
11.一種生產紙以及紙產品用皮帶，所述皮帶的製造方式包括下列步驟a)提供基底結構；b)將化學反應性材料布置在所述基底結構上；以及c)將彈性體材料沉積在與其起反應且形成結合的所述化學反應性材料上，以生成圖案。
12.根據權利要求11所述的皮帶，進一步包括以受控制方式將所述彈性體材料沉積在所述基底結構中，以提供均勻厚度。
13.根據權利要求11所述的皮帶，其中利用所述彈性體材料的布置形成凹槽圖案。
14.根據權利要求11所述的皮帶，其中所述基底結構選自由織造物、非織造物、螺旋連接物、MD紗線或CD紗線陣列、針織物、擠出網眼、以及螺旋卷繞的織造以及非織造材料條帶組成的組，並且包含包括單絲、捻合單絲、復絲、捻合復絲、以及短纖維的紗線。
15.根據權利要求11所述的皮帶，其中所述化學反應性材料將所述彈性體材料與所述基底結構化學結合。
16.根據權利要求12所述的皮帶，其中所述彈性體材料由混合頭進行沉積。
17.根據權利要求16所述的皮帶，其中所述混合頭包括多個出料口。
18.根據權利要求16所述的皮帶，其中通過所述混合頭橫越跨過所述基底結構，沉積所述彈性體材料。
19.根據權利要求16所述的皮帶，其中所述彈性體材料以液體帶狀物流沉積在所述基底結構上。
20.根據權利要求19所述的皮帶，其中在預定一段時間內，所述帶狀物流從液體轉變為固體，從而能夠使所述帶狀物保持其形狀。
21.根據權利要求11所述的皮帶，其中所述帶狀物流為螺旋或鋸齒圖案的形式。
22.根據權利要求11所述的皮帶，其中在步驟b)中，以薄層沉積所述化學反應性材料。
23.根據權利要求10所述的皮帶，包括樹脂塗層，其位於與所述化學反應性材料所沉積一側相對的所述基底結構一側上。
24.一種生產紙以及紙產品用輥使用的輥麵包覆層的製造方法，所述方法包括下列步驟a)提供基底結構，其上形成所述輥麵包覆層；b)將化學反應性材料布置在所述基底結構上；以及c)將彈性體材料沉積在與其起反應且形成結合的所述化學反應性材料上，以生成凹槽圖案。
25.根據權利要求24所述的方法，其中所述輥具有外圓周表面，且所述外表面為可供兩材料沉積的所述基底結構。
26.根據權利要求24所述的方法，進一步包括將所述彈性體材料以受控制方式沉積在所述基底結構上，以提供均勻的厚度。
27.根據權利要求24所述的方法，其中所述基底結構選自由機織物、非織造物、MD紗線或CD紗線陣列、針織物、擠出網眼織物、以及螺旋卷繞的織造以及非織造材料條帶所組成的組，且其包含包括單絲、捻合單絲、復絲、捻合復絲、以及短纖維的紗線。
28.根據權利要求24所述的方法，其中所述化學反應性材料將所述彈性體材料與所述基底結構化學結合。
29.根據權利要求24所述的方法，其中所述彈性體材料由混合頭進行沉積。
30.根據權利要求29所述的方法，其中所述混合頭包括多個出料口。
31.根據權利要求29所述的方法，其中通過所述混合頭橫越跨過所述基底結構，沉積所述彈性體材料。
32.根據權利要求24所述的方法，其中所述彈性體材料以液體帶狀物流沉積在所述基底結構上。
33.根據權利要求32所述的方法，其中在預定一段時間內，所述帶狀物流從液體轉變為固體，從而能夠使所述帶狀物保持其形狀。
34.根據權利要求24所述的方法，進一步包括將所述彈性體材料以受控制方式沉積在所述基底結構上，以提供不均勻厚度，該厚度在所述輥麵包覆層中心最厚，隨著遠離所述中心逐漸變細，以生成冠狀輥麵包覆層。
35.根據權利要求24所述的方法，其中在步驟b)中，以薄層沉積所述化學反應性材料。
36.根據權利要求24所述的方法，其進一步包括將樹脂塗層設置於與所述化學反應性材料所沉積一側相對的所述基底結構一側上。
37.一種生產紙以及紙產品用輥上使用的輥麵包覆層，所述輥麵包覆層的製造方式包括下列步驟a)提供基底結構；b)將化學反應性材料布置在所述基底結構上；以及c)將彈性體材料沉積在與其起反應且形成結合的所述化學反應性材料上，以生成凹槽圖案。
38.根據權利要求37所述的輥麵包覆層，進一步包括將所述彈性體材料以受控制方式沉積在所述基底結構上，以提供均勻的厚度。
39.根據權利要求37所述的輥麵包覆層，其中所述基底結構選自由機織物、非織造物、MD紗線或CD紗線陣列、針織物、擠出網眼織物、以及螺旋卷繞的織造以及非織造材料條帶所組成的組，且其包含包括單絲、捻合單絲、復絲、捻合復絲、以及短纖維的紗線。
40.根據權利要求37所述的輥麵包覆層，其中所述化學反應性材料將所述彈性體材料與所述基底結構化學結合。
41.根據權利要求37所述的輥麵包覆層，其中所述彈性體材料由混合頭進行沉積。
42.根據權利要求41所述的輥麵包覆層，其中所述混合頭包括多個出料口。
43.根據權利要求41所述的輥麵包覆層，其中通過所述混合頭橫越跨過所述基底結構，沉積所述彈性體材料。
44.根據權利要求37所述的輥麵包覆層，其中所述彈性體材料以液體帶狀物流沉積在所述基底結構上。
45.根據權利要求44所述的輥麵包覆層，其中在預定一段時間內，所述帶狀物流從液體轉變為固體，從而能夠使所述帶狀物保持其形狀。
46.根據權利要求37所述的方法，進一步包括將所述彈性體材料以受控制方式沉積在所述基底結構上，以提供不均勻厚度，該厚度在所述輥麵包覆層中心最厚，隨著遠離所述中心逐漸變細，以生成冠狀輥麵包覆層。
47.根據權利要求37所述的輥麵包覆層，其中在步驟b)中，以薄層沉積所述化學反應性材料。
48.根據權利要求37所述的輥麵包覆層，進一步包括樹脂塗層，其位於與所述化學反應性材料所沉積一側相對的所述基底結構一側上。
全文摘要
本發明為凹槽皮帶，或依照應用情況為表面輥，以及這些皮帶或輥的製造方法，包括將化學反應性材料布置在部分完成的皮帶表面上，以及將彈性體材料沉積在與其起反應並形成結合的化學反應性材料上，以生成圖案。例如利用彈性體材料的布置生成凹槽。不需機械加工即可形成凹槽，且所得到的皮帶表面平順均勻，而無切口或裂痕。
文檔編號B29K75/00GK1795302SQ200480014241
公開日2006年6月28日 申請日期2004年5月19日 優先權日2003年5月23日
發明者埃裡克·羅曼斯基 申請人:阿爾巴尼國際公司