Ленточная структура для пресса с удлиненной зоной прессования, изготовленная из волокон, пропитанных смолой
Изобретение относится к способу изготовления ленточной структуры, применяемой в бумажной промышленности, на основе полос, изготовленных из твердой термопластичной смолы, обволакивающей волокнистую матрицу. Способ заключается в укладке полос, ориентированных в направлении поперек машины - ПМ, на поверхность сердечника и укладке полос, ориентированных в направлении вдоль машины - ВМ, поверх полос, ориентированных в направлении ПМ. После укладки осуществляют воздействие повышенной температуры и давления на сердечник с обмоткой из полос, ориентированных как в направлении ПМ, так и в направлении ВМ, для расплавления смолы. При этом расплавленная смола обволакивает матрицу из волокон, расположенных в полосах, ориентированных как в ПМ, так и в ВМ направлениях. Затем осуществляют отверждение полученной ленточной структуры и шлифовку ее поверхности до нужной толщины. Достигаемый при этом технический результат заключается в возможности введения в ленточную структуру армирующих элементов без существенного увеличения толщины ленты. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу изготовления ленточной структуры, применяемой в бумажном производстве, из предварительно пропитанных полос материала. В частности, полосы включают уникальную термопластическую смолу и матрицу из волокон.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Одним из процессов в технологии бумажного производства является процесс формирования волокнистого целлюлозного полотна путем осаждения волокнистой пульпы, то есть водной дисперсии волокон целлюлозы, на движущуюся формовочную сетку в формовочном участке бумагоделательной машины. При этом большое количество воды отводится из пульпы через формовочную сетку так, что на поверхности формовочной ткани остается волокнистое целлюлозное полотно.
Только что сформированное волокнистое целлюлозное полотно поступает из формовочной части в прессовую часть, включающую ряд прессовых прижимов. В прессовой части волокнистое целлюлозное полотно пропускают между валками пресса, при этом полотно поддерживается прессовым сукном, или, как часто имеет место, размещается между двумя такими прессовыми сукнами. В зазоре между валками пресса волокнистое целлюлозное полотно подвергается сжатию, под действием которых происходит отжим воды из полотна и слипание целлюлозных волокон в полотне с превращением волокнистого целлюлозного полотна в бумажное полотно. Вода, отжатая из волокнистого полотна, переходит в прессовое сукно или сукна и, в идеальном случае, в бумажное полотно не возвращается.
На последнем этапе бумажный лист поступает в сушильную часть, включающую по меньшей мере один ряд вращающихся сушильных барабанов или цилиндров, нагреваемых изнутри паром. В сушильной части только что сформированный бумажный лист перемещается по волнообразной траектории, последовательно вокруг каждого из ряда барабанов, посредством сушильного сукна, которое прижимает бумажное полотно к поверхности барабанов. При этом под действием нагретых барабанов содержание воды в бумажном листе в результате испарения уменьшается до желаемого уровня.
Очевидно, что формовочное, прессовое и сушильное сукна, используемые в бумагоделательной машине, имеют вид бесконечных (т.е. выполненных в виде замкнутой петли) лент и выполняют функцию конвейера. Также очевидно, что изготовление бумаги представляет собой непрерывный процесс, который идет со значительной скоростью. Таким образом, в формовочной части волокнистую пульпу непрерывно осаждают на формовочное сукно, а только что полученное бумажное полотно на выходе из сушильной части непрерывно сматывают в рулоны.
Традиционно, прессовая часть включает серию прижимов (зон прессования), образованных парами расположенных рядом цилиндрических прессовых валов. В последнее время было показано, что применение удлиненной зоны прессования, образованной длинный прижимом, имеет определенные преимущества перед зоной прессования, образованной парами расположенных рядом цилиндрических прессовых валов. Это происходит из-за того, что чем дольше целлюлозное волокнистое полотно находится под давлением в прижиме, тем большее количество воды может быть удалено из полотна, и, следовательно, в волокнистом полотне останется меньшее количество воды, которое необходимо подвергуть испарению в сушильной части.
Настоящее изобретение относится к прессам станинного типа с удлинненной зоной прессования (long nip press of the shoe type). В такой модификации пресса с удлиненный прижимом, зона прессования расположена между цилиндрическим прессовым валком и дуговидной прижимной станиной пресса. Станина имеет вогнутую цилиндрическую поверхность с радиусом кривизны, близким к радиусу кривизны цилиндрического прессового валка. При близком расположении валка и станины образуется прижим, который оказывается в 5-10 раз длиннее прижима, образованного двумя прессовыми валками. Это увеличивает так называемое время пребывания волокнистого полотна под давлением в удлинненной зоне прессования и в то же время обеспечивает достижение требуемого уровня давления на единицу площади. В результате такого технологического усовершенствования - как удлиненная зона прессования - было достигнуто весьма значительное повышение степени обезвоживания волокнистого полотна в по сравнению со степенью обезвоживания, достигаемой при помощи традиционных валковых прессов бумагоделательных машин.
Для пресса станинного типа с удлиненной зоной прессования требуется использование специальной бесконечной ленты, например ленты, описанной Dutt в патенте США 5238537. Указанная лента была сконструирована для защиты прессовых сукон, поддерживающих, транспортирующих и обезвоживающих целлюлозное волокнистое полотно, от ускоренного износа, происходящего из-за непосредственного контакта и скольжения по стационарной станине пресса. Такая лента должна иметь гладкую, непроницаемую поверхность, имеющую хорошее скольжение по стационарной станине, на которую нанесен слой смазочного масла. Для минимизации трения прессового сукна по поверхности ленты, указанная лента должна перемещаться через зону прессования приблизительно с той же скоростью, что и прессовое сукно.
Традиционные способы изготовления лент для пресса с удлиненной зоной прессования включают использование системы из нитей и жидкой смолы. В частности, для изготовления ленты при помощи указанных материалов известны три способа. В первом способе используют двухвальную систему, при помощи которой на бесконечную тканую основу наносят покрытие из жидкой уретановой смолы. Во втором способе используют закладной (монтажный) сердечник (а building mandrel), на наружную поверхность которого затем укладывают армирующие нити, располагая их под углом по существу 90° друг к другу, а затем полностью заливают полученную структуру жидкой уретановой смолой. Третий способ аналогичен второму, с той лишь разницей, что используют внутреннюю поверхность сердечника, куда укладывают пучки волокон и заливают их смолой с формированием ленты.
В каждом из трех способов нити (волокна), применяемые для армирования структуры, представляют собой либо моноволоконную пряжу, либо пряжу из комплексных нитей, и для защиты их целостности они находятся внутри смолы. Из-за относительно больших размеров армирующих нитей (пучков волокон) и требуемого для полного обволакивания нитей количества смолы, толщина ленты становится чрезвычайно большой. Еще большей должна быть толщина ленты, в которой должны быть выполнены желобки или глухие отверстия.
Настоящее изобретение позволяет решить указанную проблему при помощи изготовления ленточной структуры с использованием предварительно пропитанной полосы. Указанная ленточная структура включает индивидуальные волокна, уложенные одно к другому, полосами, и залитые с целью их защиты термопластичным полимером (смолой) (см. Фиг 1). Использование пропитанных термопластической смолой волокон позволяет вводить в ленточную структуру армирующие элементы, не повышая в то же время существенным образом толщины ленты. Указанные индивидуальные волокна тоньше, чем нити пряжи, состоящие из пучков волокон, применяемые при изготовлении традиционных лент. Указанная «предварительно пропитанная» лента представляет собой компоновочный блок настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению предложен способ изготовления ленточной структуры, применяемой в бумагоделательном производстве, на основе полос, каждая из которых изготовлена из твердого термопластического полимера (смолы), обволакивающего волокнистую матрицу. Один из примеров реализации способа состоит в том, что на поверхность сердечника укладывают слоями полосы в поперечном направлении (поперек машины, ПМ (Counter Machine, CD), а затем поверх слоя ПМ укладывают слой полос в продольном, или машинном, направлении, ВМ (Machine Direction, MD); затем сердечник с нанесенными на него в направлениях ПМ (CD) и ВМ (MD) слоями полос нагревают и подвергают воздействию давления, так что термопластическая смола плавится и закрепляется/обволакивает волокнистую матрицу. Далее полученную структуру отверждают и шлифуют ее поверхность до нужной толщины. Полученную таким способом ленточную структуру затем обрабатывают желаемым образом, например выполняют желобки или отверстия.
Смола может представлять собой термопластическую смолу, которая подвергается термической усадке при обработке ленточной структуры.
Давление предпочтительно обеспечивают за счет обертывания вокруг сердечника усаживающей пленки с обмоткой из полос, ориентированных в ПМ и ВМ направлениях.
Смола может представлять собой термопластическую эластомерную смолу, содержащую активируемые под действием излучения сшивающие агенты.
Для термической усадки смолы возможно применение энергии излучения.
Отверждение смолы после операции нагревания могут осуществлять посредством охлаждения матрицы из волокон и обволакивающей ее смолы.
Способ может дополнительно включать устранение дефектов на ленточной структуре.
Волокнистая матрица обеспечивает армирование структуры и предпочтительно включает один из следующих материалов: непрерывные волокнистые нити, тканые полосы и трикотажные полосы, снабженные непрерывными армирующими нитями. Полосы, укладываемые в направлении ВМ, могут укладывать спирально.
Получаемая ленточная структура может представлять собой структуру, применяемую в качестве ремня для станинного пресса, применяемого для станинного каландра.
Альтернативно, порядок укладывания слоев ПМ/ВМ (CD/MD) может быть обратным. Кроме того, на сердечник перед укладыванием ПМ/ВМ (CD/MD) полос может быть нанесен слой, полностью состоящий из смолы. Кроме того, один или более слоев полимера могут быть нанесены поверх или между полосами ПМ (CD) и ВМ (MD). Этот слой полимера может являться резиной (каучуком) по меньшей мере в одном из указанных слоев или все слои могут быть выполнены из каучука (резины).
Кроме того, предложена ленточная структура, изготовленная вышеописанным способом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Цели и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из подробного описания, сопровождаемого следующими чертежами.
На Фиг.1 схематично показана армированная волокном термопластическая полоса, применяемая для изготовления ленты, предлагаемой в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.2 показана схема монтажного сердечника, применяемого для изготовления ленты, предлагаемой в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.3 показан сердечник, изображенный на Фиг.2, с намотанной на него в поперечном направлении полосой, изображенной на Фиг.1.
На Фиг.4 показан сердечник, изображенный на Фиг.3, с намотанной на него в продольном направлении дополнительной полосой.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ПРИМЕРА РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1 показана полоса 10 из армированного волокном термопластичного материала, применяемая для изготовления ленты, предлагаемой в соответствии с настоящим изобретением. Полоса 10 представляет собой уникальную твердую термопластическую эластомерную смолу 12, содержащую активируемые под действием излучения сшивающие агенты. Смола 12 обволакивает матрицу 14 из волокон, которая может принимать разнообразные формы. Примеры материалов матрицы 14 включают непрерывные волокнистые нити, тканые полосы и трикотажные полосы, снабженные непрерывными армирующими нитями. Однако наилучшим армирующим материалом являются непрерывные волокнистые нити 14, показанные на Фиг.1, поскольку их прочность не зависит от соединения смолой. Иными словами, если по некоторой причине смола 12 разрушается, то волокна 14 сохраняют свою армирующую способность.
Для изготовления полосы 10 любой из вышеуказанных материалов матрицы 14 пропитывают, например, при помощи нагретой фильеры уникальным термопластичным эластомерным полимером (смолой) 12. После завершения этой операции, предварительно пропитанный полуфабрикат 10, или, как его называют «препрег» 10, находится в твердом состоянии и имеет фиксированное поперечное сечение. Как показано на Фиг.2-4, указанный предварительно пропитанный полуфабрикат 10 применяют для укладывания полос 22, 24, ориентированных как в направлении ПМ (CD), так и ВМ (MD), на монтажном сердечнике 16. Сердечник 16 с расположенными на нем предварительно пропитанными полосами 22, 24, ориентированными как в направлении ПМ (CD), так и ВМ (MD), затем заворачивают в тканую полосу или усаживающуюся пленку (не показана), которая во время последующего нагревания создает давление на сердечник. Во время указанного нагревания термопластическая смола 12 вновь расплавляется, так что достигается равномерное обволакивание всех нитей 14, расположенных в ПМ и ВМ направлениях. После охлаждения сердечника с полученным однородным покрытием из смолы и армирующими волокнами, дефекты, такие как пузыри воздуха, могут быть удалены при расплавлении дефектного участка под действием горячего инструмента. После устранения всех дефектов смолу 12 сшивают соответствующим сшивающим агентом или другим образом с получением термореактивного материала. Затем поверхность полученной ленточной структуры может быть обработана путем нанесения фасок (lands) и желобков желаемой толщины, расположенных на нужном расстоянии, или в ней могут быть выполнены глухие отверстия, или поверхность может быть обработана иным образом для создания поверхностных пустот.
Один из примеров изготовления указанной ленты будет описан ниже более подробно. Сначала, как показано на Фиг.3, полосы 22 укладывают по всей поверхности сердечника в направлении ПМ (поперек машины) и закрепляют на этом месте при помощи стяжных колец 18, 20 на каждом плече сердечника 16. В связи с этим, следует проследить, чтобы соседние полосы 22 плотно прилегали друг к другу, не создавая между собой незакрытых участков. Как только вся поверхность сердечника 16 полностью закрыта предварительно пропитанными полосами 22 в направлении ПМ, поверх полос 22, уложенных в направлении ПМ, спирально, вплотную друг к другу, наматывают полосы 24, расположенные в направлении ВМ (вдоль машины), как это показано на Фиг.4. Следует отметить, что полоса 24, расположенная в направлении ВМ, закреплена на стяжных кольцах 18, 20 в начале и в конце намотки.
Очевидно, что порядок укладки ВМ/ПМ может быть обратным. Кроме того, предпочтительно, на сердечник перед укладкой полос 22, 24, наносят слой, состоящий полностью из полимера (смолы). Кроме того, следует отметить, что в случае, если лента должна иметь большую толщину, позволяющую выполнить в ней желобки или глухие сверленые отверстия, то перед или после укладки предварительно пропитанных полос 22, 24 в направлениях ПМ и ВМ, на сердечник может быть уложена полоса, изготовленная из 100% термопластической смолы (не показана). Также подобный слой смолы может быть нанесен между ПМ/ВМ слоями, но его не следует отверждать полностью. При необходимости может быть нанесено несколько слоев армированной другим материалом, не волокнами, термопластической смолы. Этот слой полимера может являться резиной (каучуком) по меньшей мере в одном из указанных слоев или все слои могут быть выполнены из каучука (резины).
После укладки предварительно пропитанных полос 22, 24 на сердечник 16 он может быть подвергнут термической обработке для расплавления термопластической смолы 12 и связывания всей матрицы. Однако до начала тепловой обработки обмотанный сердечник заворачивают в термоусадочную пленку, которая удерживает компоненты вместе и обеспечивает распределение давления по всем компонентам. Обмотанный сердечник (не показан) затем помещают в автоклав или аналогичную нагревательную камеру. В качестве альтернативы, чтобы избежать воздействия высокой температуры на весь сердечник, для расплавления смолы 12 до текучего состояния можно использовать другие способы, такие как индукционное нагревание, инфракрасное облучение, действие горячего воздуха и другие. Следует отметить, что количество теплоты, необходимое для расплавления смолы 12 до текучего состояния, определяется типом смолы 12, которую применяли для изготовления предварительной пропитки 10.
После нагревания смолы 12 до состояния текучести полоса может быть охлаждена для отверждения смолы 12. Затем, благодаря термопластической природе смолы 12, при помощи нагревания и дополнительного количества смолы (не показано) можно удалить дефекты, такие как небольшие пустоты в покрытых смолой участках. Затем поверхность полученной готовой ленточной структуры может быть отшлифована до равномерной толщины при помощи, например, традиционного шлифовального оборудования. После этого, при необходимости, на поверхности могут быть выполнены желобки или глухие сверленые отверстия.
Кроме того, очевидно, что существует целый ряд термореактивных смол, которые под действием температур, превышающих температуру их плавления, сшиваются и подвергаются термоусадке. Такой тип смол также может быть использован при изготовлении ленты, и является предпочтительным материалом.
Между настоящим изобретением и изобретением, описанным в патенте США 5507899 (Yamauchi) имеется существенное отличие. Например, в соответствии с описанием Yamauchi, полосу наматывают на сердечник, пока она еще находится в жидком виде; кроме того, полосу наматывают только в машинном направлении (MD) - компонент в направлении ПМ (CD) отсутствует. Недостатком такой структуры является то, что в случае разрушения связей между смолой и волокном, происходит разрушение армирования во всех направлениях. Этот недостаток устранен в случае настоящего изобретения при помощи находящейся в твердом состоянии полосы 10, которую укладывают как в направлении ВМ (MD), так и в направлении ПМ для обеспечения максимальной стабильности. Кроме того, как показано на Фиг.1, непрерывные волокна 14 обеспечивают улучшенную прочность армирования, поскольку они обладают прочностью сами по себе, а не вследствие скрепляющего действия смолы. То есть, если по какой-либо причине смола разрушается, волокна 14 все равно обеспечивают необходимую прочность.
Несмотря на то, что в настоящем описании был подробно описан лишь предпочтительный пример реализации, область применения настоящего изобретения не ограничена этим примером; напротив, область применения настоящего изобретения определяется областью, защищаемой прилагаемой Формулой изобретения. Например, лента, предлагаемая в соответствии с настоящим изобретением, может быть использована в качестве ленты для станинного пресса (shoe press belt), применяемого для станинного каландра или в других устройствах, известных специалистам в настоящей области техники.
1. Способ изготовления ленточной структуры, включающий следующие операции:
использование полос, состоящих из смолы, находящейся в твердом состоянии и обволакивающей матрицу из волокон;
укладку полос, ориентированных в направлении поперек машины - ПМ, на поверхность сердечника;
укладку полос, ориентированных в направлении вдоль машины - ВМ, поверх полос, ориентированных в направлении ПМ;
воздействие повышенной температуры и давления на сердечник с обмоткой из полос, ориентированных как в направлении ПМ, так и в направлении ВМ, для расплавления смолы, которая при этом обволакивает матрицу из волокон, расположенных в полосах, ориентированных как в ПМ, так и в ВМ направлениях; и
отверждение полученной указанным способом ленточной структуры, шлифовку поверхности ленточной структуры до нужной толщины.
2. Способ по п.1, в котором смола представляет собой термопластическую смолу, которая подвергается термической усадке при обработке ленточной структуры.
3. Способ по п.1, далее включающий операцию выполнения желобков или глухих сверленых отверстий на поверхности ленточной структуры.
4. Способ по п.1, в котором давление обеспечивают за счет обертывания усаживающейся пленки вокруг сердечника с обмоткой из полос, ориентированных в направлении ПМ и в направлении ВМ.
5. Способ по п.1, в котором смола представляет собой термопластическую эластомерную смолу, содержащую активируемые под действием излучения сшивающие агенты.
6. Способ по п.1, в котором для термической усадки смолы применяют энергию излучения.
7. Способ по п.1, далее включающий операцию охлаждения матрицы из волокон и обволакивающей ее смолы с целью отверждения смолы после операции нагревания.
8. Способ по п.1, в котором некоторые или все полосы содержат каучук (резину).
9. Способ по п.1, далее включающий операцию устранения дефектов на ленточной структуре.
10. Способ по п.1, в котором волокнистая матрица обеспечивает армирование структуры и включает один из следующих материалов:
непрерывные волокнистые нити, тканые полосы и трикотажные полосы, снабженные непрерывными армирующими нитями.
11. Способ по п.1, в котором указанные полосы, укладываемые в направлении ВМ, укладывают спирально.
12. Способ по п.1, в котором порядок укладывания слоев ПМ и ВМ является обратным.
13. Способ по п.1, в котором по меньшей мере один слой смолы наносят на поверхность сердечника перед укладкой слоев, расположенных в направлениях ПМ и ВМ.
14. Способ по п.1, в котором по меньшей мере один слой смолы наносят поверх слоев, уложенных в направлениях ПМ и ВМ.
15. Способ по п.1, в котором по меньшей мере один слой смолы наносят между слоями, уложенными в направлениях ПМ и ВМ, но не отверждают его полностью.
16. Способ по п.1, в котором ленточная структура представляет собой структуру, применяемую в качестве ремня для станинного пресса, применяемого для станинного каландра.
17. Ленточная структура, изготовленная способом по любому из пп.1-16.
