Die Erfindung betrifft einen Papiermaschinenfilz, welcher als endloser Riemen ausgebildet ist. Bekannte derartige Filze bestehen aus Wasser absorbierendem Fasermaterial und dienen zum Transport einer nassen Papierschicht, die in der Nasspartie einer Papiermaschine gebildet wird, von der Formzone durch eine Presszone zur Trockenzone.
In der Presszone sind üblicherweise rotierende zylindrische Presswalzen vorgesehen, zwischen welchen die frisch geformte Papierschicht durchgeführt wird. Sobald das Papier in die Quetschzone der Walzen eintritt, wird das Wasser aus der Papierbahn ausgequetscht und vom Filz aufgenommen, auf welchem die Papierbahn durch die Quetschzone der Walzen geführt wird.
Eine bekannte Art von Papiermaschinenfilz ist ein Nadelfilzmaterial ( Batt on Base ), das ist ein Faservlies von lose zusammenhängenden Fasern, welches auf eine Gewebeunterlage genadelt ist. Ein solcher Filz ist im Britischen Patent 939933 beschrieben. Darauf wird bezüglich des Aufbaus und Herstellung verwiesen.
Die konventionellen Nadelfilze sind aus Materialien wie Wolle, Nylon, Perlon , Terylene und dgl. gebildet. Mit derartigen Filzen enthält die Papierbahn nach dem Durch- laufen der Klemmzone der Presswalzen noch beträchtliche Anteile Wasser, welches die Herstellungskosten wesentlich belastet, weil zum nachfolgenden Trocknen durch Verdampfen des Wassers hohe Energiemengen erforderlich sind.
Die Erfindung schafft einen Papiermaschinenfilz zum Entwässern einer nassen Papierfaserbahn, mit einem endlosen Riemen aus Wasser absorbierendem Fasermaterial und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen eine Schicht mit hydrophoben Eigenschaften aufweist oder gänzlich aus einer solchen besteht, wobei die kritische Oberflächenspannung der Schicht weniger als 33 dyn/cm beträgt.
Es hat sich gezeigt, dass mit einem derartigen Riemen, der zum Transport einer frisch geformten Papierbahn durch die Quetschzonen der Presswalzen benutzt wird, der Anteil des Wassers bereits beim Austreten aus der Quetschzone wesentlich reduziert wird. Eine mögliche Erklärung für diese überraschende Wirkung besteht darin, dass infolge der hydrophoben Natur der genannten Schicht von Riemen weniger Wasser aufgenommen wird, das offenbar teilweise beim Austritt aus der Quetschzone infolge Kapillarwirkung wieder an die Papierbahn abgegeben wurde.
Vorzugsweise ist die kritische Oberflächenspannung der hydrophoben Schicht unter 28 dyn/cm. Die Werte der kritischen Oberflächenspannung verstehen sich bezüglich verarbeitetes Material (bei einer relativen Feuchtigkeit von 20 bis 65%). Die Oberflächenspannung kann bei dauerndem Eintauchen in Wasser und/oder unter mechanischer Beanspruchung etwas ändern.
Die hydrophobe Schicht kann den ganzen Filz bilden oder aber nur ein Teil desselben sein. Vorzugsweise bildet die äussere Oberfläche der Schicht auch die äussere Oberfläche des Filzes. Die Erfindung beschränkt sich aber nicht auf diese Ausführung, da es erwünscht sein kann, die hydrophobe Schicht mit einer hydrophilen (oder weniger hydrophoben) Schicht abzudecken.
Wenn die hydrophobe Schicht nur einen Teil des Riemens bildet, wird die genannte Schicht vorzugsweise von einer hydrophilen (oder weniger hydrophoben Schicht getragen.
In diesem Falle wird vorteilhafterweise ein Teil des Wassers, das in der Quetschzone der Presswalzen in die hydrophobe Schicht gepresst wird, durch diese hindurch in die hydrophile Schicht treten und von dieser (beim Austritt der Walze) aufgesogen werden. Die Dicke der hydrophoben Schicht wird abhängig von den Erfordernissen und der Natur des für den Filz verwendeten Materials gewählt. In einigen Fallen können bereits Stärken von bloss 65 g/m2 genügen.
Die hydrophile (oder weniger hydrophobe) Unterlageschicht kann aus Wolle oder aus einem der für Papiermaschinenfilze üblichen synthetischen Fasermaterial bestehen, und sie kann als Stoff, insbesondere Gewebe, oder als Wattierung (Vlies) von separaten Fasern ausgebildet sein.
Die hydrophobe Schicht kann auf eine tragende Stützschicht bzw. Unterlage befestigt sein, welche ein selbsttragendes Gewebe oder dgl. ist. Diese Unterlage kann selbst hydrophil sein und/oder mit einer zusätzlichen hydrophilen Schicht versehen sein. Die Tragschicht kann ein gewobener Stoff sein, wie er üblicherweise in Papiermaschinenfilzen gebraucht wird. Die hydrophobe Schicht und ebenso die hydrophile (bzw. weniger hydrophobe) Schicht, letztere falls vorhanden und nicht selbst als Tragschicht ausgebildet, können mittels konventioneller Nadeltechnik auf der Tragschicht befestigt sein wie sie im Britischen Patent 939993 erläutert ist. Die Erfindung beschränkt sich hingegen nicht auf genannten Verfahren zum Befestigen der hydrophoben Schicht auf eine Unterlage, sondern es können auch andere Verfahren angewendet werden, z.B. Klebstoffe oder Bindemittel.
Die hydrophobe Schicht muss nicht mit hydrophilem Material unterlegt sein, sondern sie kann eine oder mehrere Schichten aus hydrophobem Material als Unterlage aufweisen, welches Material aber von demjenigen der genannten hydrophoben Schicht bezüglich der Wasserabstossung (z.B.
kann die Unterlage weniger hydrophob sein) und/oder der physikalischen Beschaffenheit verschieden sein kann. Beispielsweise kann ein Filz auf seiner Aussenseite die hydrophobe Schicht mit einem feinen denier aufweisen (z.B. 3 denier), während die Unterlage gröbere Fasern aufweist (z.B.
12 denier). Auf diese Weise befindet sich gegenüber dem Papier eine relativ feine und gleichmässige Oberfläche, hingegen gewährt die gröbere Unterlage (welche entsprechend dem gröberen denier auch grössere Zwischenräume aufweist) eine bessere Durchlässigkeit für das ausgepresste Wasser.
Diese Anordnung ist besonders angezeigt, wenn der Filz gänzlich oder hauptsächlich aus hydrophoben Fasern aufgebaut ist, denn in diesem Fall ist eine relativ grobe Faserschicht erforderlich, damit der Filz keinen übermässigen hydraulischen Strömungswiderstand bildet.
Wenn aber die hydrophobe Schicht eine hydrophile (oder weniger hydrophobe) Unterlage aufweist, so können beide Schichten etwa gleiche oder auch unterschiedliche Faserzwischenräume haben.
Generell wird die Faserstärke und der Faserzwischenraum in der hydrophoben Schicht und in allfälligen Unterlageschichten inkL Tragschichten entsprechend dem verwendeten Material gewählt, um die gewünschten physikalischen Eigenschaften, wie Festigkeit, Nachgiebigkeit, Wasserdurchflussund rückhalteeigenschaften sowie Oberflächentextur, zu ergeben.
Ein erfindungsgemässer Filz muss aber nicht mit einer Tragschicht für die hydrophoben Fasern versehen sein, son- dern es können auch die Fasern derart verbunden sein, z.B.
durch Verweben oder durch Klebstoffe oder Bindemittel, dass sie eine selbsttragende Schicht bilden.
Der erfindungsgemässe Filz wird im allgemeinen bei einem Druck von 40 kN/m2 eine Dicke von etwa 1,8 bis 4,5 mm, bei 2000 kN/m2 eine solche von 0,8 bis 2,5 mm haben. Das Gewicht wird normalerweise 600 bis 2000 g/mX betragen, vorzugsweise aber 850 bis 1400 g/m2.
Die hydrophoben Eigenschaften können durch eine beliebige geeignete Art erreicht werden,
So können beispielsweise Fasern aus einem durchgehend hydrophoben Material verwendet werden, wie Polytetrafluoräthylen (PTFE), fluorisierte äthylen, Propylene, Kopolymere und polyolefine Fasern. Diese Materialien können allein oder miteinander oder mit irgend einem anderen geeig neten Material gemischt verwendet werden. Zum Beispiel können PTFE-Fasern gemischt mit Polypropylenfasern verwendet werden.
Als Variante können Fasern durch eine Behandlung hydrophob (ggf. mehr hydrophob) gemacht werden, z.B. Polysiloxanen oder Fluorverbindungen oder anderen Materialien, die üblicherweise verwendet werden, um Materialien wasserabstossend zu machen, Derartige Materialien werden durch Klebwirkung an den Fasern gehalten. Dies ist nicht in allen Fällen befriedigend, da die harten Arbeitsbedingungen, denen der Filz beim Gebrauch ausgesetzt ist, mit der Zeit eine Lösung der Verbindung bewirken können. Deshalb wird in den Fällen, wo die hydrophoben Eigenschaften durch eine Behandlung mit einem Material erreicht werden sollen, vorgezogen, die Behandlung derart zu wählen, dass eine kräftige Dauerwirkung der Verbindung mit den Fasern gewährleistet ist.
Das kann auf zwei Arten erreicht werden, erstens durch eine chemische Verbindung und zweitens durch Einbetten des Materials in die Schmelze, aus welcher die Fasern gebildet werden.
Bezüglich der ersteren Methode kann eine chemische Bindung durch die Substitution des Wasserstoff-Amids in einer Polyamidfaser bewirkt werden. Dies kann erreicht werden durch die Reaktion eines Polyamides mit einem Isozyanat aus einer wässrigen Lösung (chlorierte Kohlen-Wasserstoffe wie Perchloräthylen oder Trichloräthylen). In einem Beispiel wird die trocken gewaschene Faser mit einer Lösung von 5% Triphenyl Methan Tri-Isozyanat in Lösungsmittel behandelt. Nach dem Eintauchen werden die Fasern trockengeschleudert, in einen luftdichten Behälter gebracht und für einige Stunden oder über Nacht stehen gelassen. Die Fasern werden in einem weiteren Lösungsmittel gewaschen und in ein Prepolymer von Polydimethyl-Siloxan eingetaucht und trockengeschleudert. Das Lösungsmittel wird durch Verdampfung entfernt und die Fasern einer Temperatur von 100-1500C ausgesetzt.
Varianten des Verfahrens umfassen den Gebrauch von 2,4 oder 2,6 Polylendiisozyanat und verschiedene Fluorverbindungen wie Vinylfluorid oder 1,1 Dihydroperfluoroctyl-Methacrylat.
Eine chemische Bindung kann auch gebildet werden durch Peroxydation eines Polymers, um einen mehrwertigen Initiator zu bilden. Ein solches Verfahren ist im Deutschen Patent Nr. 2 151 755 beschrieben. Die Faser wird in eine 5% Lösung von 1,1 Dihydroperfluoroctylacrylat in Perchlor äthylen zusammen mit 5% Tertiär-Butylperoxid eingetaucht.
Dann wird die Faser trockengeschleudert, hernach die Temperatur während 20 Minuten auf 125"C erhöht und während weiteren 15 Minuten auf diesem Wert gehalten. Andere geeignete Oxydationsmittel, um dieses Verfahren einzuleiten, umfassen Dibenzolperoxyd (Deutsches Patent 1 900 234) und verschiedene Perverbindungen wie Peressigsäure, Persulfat, Perborat Wasserstoffperoxyd und verschiedene Persalze.
Ozon ist besonders geeignet, speziell wenn es in Luft bei 100"C während 10 Minuten verwendet wird und zwar vor der Behandlung mit polymerisierbaren hydrophoben Verbindungen, wie Polymethylsiloxan, Vinylfluorid und andere Fluorverbindungen.
Ein weiteres Verfahren, eine chemische Bindung zu bilden, umfasst die Behandlung der Fasern, insbesondere aus Nylon, Polyolefinen oder Polyester, mit Difluorcarben (Difluor methylen -CF2), welches durch Pyrolyse von Natrium-Chlordifluorazetat oder Chlordifluorsäure erzeugt wird. In einem Beispiel wird die Faser, die unter dem Handelsnamen NOMEX bekannt ist, mit einer Lösung von Natriumsalz in Wasser behandelt, wonach das Wasser durch Verdampfen entfernt wird. Die Erhitzung auf 250"C bewirkt die Pyrolyse und die Erzeugung von -CF2-Dämpfen, welche die Oberfläche der Fasern beeinflussen im Sinne einer stärker hydrophoben Oberfläche. Die Säure wird mittels einer chlorierten Kohlenwasserstoff-Lösung angewendet.
Bezüglich der Erreichung hydrophober Eigenschaften durch Beigabe eines geeigneten Materials in die Schmelze, aus welcher die Fasern gebildet werden, empfiehlt sich u.a.
ein Silikonöl, das ein Prepolymer von Polymethyl-Siloxan ist. Eine Substanz, die sich als hiefür geeignet erwiesen hat, ist der Typ F 132 der Firma ICI Ltd. Ein solches Silikon öl kann in Polypropylenfasern eingebettet die kritische Oberflächenspannung von 32 dyn/cm auf 26 dyn/cm reduzieren.
Alternative Additive umfassen Fluorstoffe, z.B. eine Verbindung, welche 1-4 Fluoralkylgruppen mit einem organischen Radikal aufweist, wie im US-Patent 3 767 625 beschrieben.
Wo die hydrophobe Schicht eine Wattierung von Fasern umfasst, welche durch einen Harz oder ein Elastomer zusammengehalten oder auf einer Unterlage befestigt werden, kann der Harz bzw. das Elastomer selbst hydrophobe Eigenschaften verschaffen.
Im Falle, dass die hydrophobe Schicht mit Fasern aufgebaut ist, die selbst hydrophobe Eigenschaften aufweisen, so brauchen diese nicht ausschliesslich die hydrophobe Schicht zu bilden, sondern können auch bloss einen Teil davon bilden, indem sie mit andern Fasern gemischt werden. Diese Anordnung eignet sich für hydrophobe Fasern, wie z.B.
PTFE-Fasern, haben die gewünschten hydrophoben Eigenschaften, aber sie vermögen nicht in allen übrigen Eigenschaften zu befriedigen.
Sie haben nämlich eine sehr geringe Biegesteifigkeit und ein schlechtes Formerholungsvermögen im Vergleich zu Polymid-, Polyester-, Polypropylen- und Wollfasern. Ferner haben sie eine geringe Zugfestigkeit; typische Zugfestigkeiten in g/den betragen 1,8 bis 2,0 für PTFE, 4,1 bis 5,6 für Polyamid, 4,0 bis 5,0 für Polyester und 4,5 bis 6,0 für Polypropylen. Weiter haben PTFE-Fasern schlechte Abriebfestigkeit, sind schwierig bezüglich der Textilverarbeitung, sind teuer und nur in begrenzten Denier-Bereichen erhältlich.
Diese Unzulänglichkeiten können bis zu einem bestimmten Grad durch Zumischung von anderen Fasern überwunden werden, in gewissen Fällen von hydrophilen Fasern.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele für erfindungs gemässepapiermaschinenfilzebzw. fürVerfahrenzu deren Herstellung beschrieben. Dabei versteht man unter prozentuale
Gewicht des Wassers X 100 Papierfeuchtigkeit = Gewicht des Wassers +
Gewicht des Papiers
Beispiel 1
Von einem zehn Meter langen konventionellen gewobenen Pressfilz von 60 cm Breite wurde eine Länge von einem Meter über die ganze Breite mit einer Lösemittel-Lösung einer lufttrocknenden Polymethyl-Siloxan Verbindung ( M492 der ICI Ltd.), welche selbstvulkanisierend ist, behandelt.
Der Filz wurde in die zweite Presse einer kteineren Pa- piermaschine eingebaut, welche Papier von 105 g/m2 mit einer Produktionsgeschwindigkeit von 30,5 rn/min erzeugte.
Feuchtigkeitsmessungen durch gravimetrische und Mikro wellen-Messmethoden ergaben einen Feuchtigkeitsgehalt von 57,75% dort wo das Papier mit dem behandelten Teil des Filzes in Kontakt kam, und von 61,25% im unbehandelten Bereich. Es ergab sich mithin eine Reduktion des Feuchtigkeitsgehaltes von 3,5%. Alle folgenden Reduktionen des Feuchtigkeitsgehaltes gemäss den weiter aufgeführten Beispielen sind entsprechend ermittelt worden.
Beispiel 2
Ein endloser Nasspressenfilz wurde folgendermassen gebildet:
1. Ein vollständig gewobener Stoff aus Garnen von synthetischen Fasern (Polyester- und Polyamidgarne) mit 26
Fäden pro 2,54 cm, mit einem totalen Gewicht von 680 g/m2;
2. eine Mittelschicht von 10 den Polyamid (Nylon 6) 60 mm Stapelfasern, mit einem Gewicht von 330 g/m2;
3. eine Oberflächenschicht von 6 denier 60 mm Polypro pylen-Stapelfasern, mit einem Gewicht von 210 g/m2.
Der Filz wurde durch konventionelle Nadeltechnik gebildet, wobei die Fasern vor dem Nadeln kardiert und kreuzgeschichtet wurden. Nachher wurde der Filz gewaschen und dann mittels zwei Walzen, von welchen eine dampfbeheizt war, getrocknet.
Eine in Luft abbindende Polydimethylsiloxanverbindung wurde auf die Polypropylenoberfläche des Stoffes aufge bracht, und zwar von einer chlorierten Kohlenwasserstofflösung (wie 111 -Trichloräthan) und mittels einer Befeuch tungsrollereinrichtung.
Insgesamt wurden 2 Gewichtsprozente an Feststoff auf die Polypropylen-Oberflächenschicht aufgebracht. Das Silikon drang unter einer Belastung von 40 kN/m2 1 mm tief in einen Filz von einer Gesamtdicke von 2 mm ein.
Die Leistung dieses Filzes wurde in einer Presse mit glatten Walzen und einer Geschwindigkeit von 150 m/min und einem Liniendruck von 70 kp/cm geprüft, wobei die Walzen eine Breite von 1 m aufwiesen.
Der derart behandelte Filz wurde mit einem Filz des gleichen Aufbaues, aber unbehandelt, verglichen.
Der nach dem genannten Beispiel ausgeführte Filz bewirkte im Vergleich zum unbehandelten Filz nach einer Einlaufperiode eine Reduktion des Feuchtigkeitsgehaltes von 2,5%.
Bei diesem Versuch war die Papierschicht beim Austritt aus der Quetschzone im Kontakt mit dem Filz.
Beispiel 3
Ein Filz wurde in einer dem Beispiel 2 entsprechenden Weise aufgebaut, mit der Ausnahme, dass die Polypropylenfasern mit einer wasserabstossenden Silikonverbindung behandelt wurden, als sie noch in Stapelform vorlagen. Das Behandlungsverfahren war folgendermassen: - Waschen der Fasern in Wasser.
- Trockenschleudern und dann trocknen in heisser Luft.
- Eintauchen in eine 8 Vol.-% Lösung eines Prepolymers einer Polydimethylsiloxanverbindung in einem 111 -Tri- chloräthan-Lösungsmittel.
- Die Fasern wurden trockengeschleudert und danach der
Lösungsrest in warmer Luft von 60-800C verdampft. Das
Abbinden (vulkanisieren) wurde dann bei 110 C während
5 min vorgenommen.
Die Leistung des Filzes wurde entsprechend dem Beispiel 2, aber mit 150 m/min und 70 kp/cm getestet. Für eine mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 72% in eine glatte Walzen Presse eintretende Papierbahn wurde gegenüber einem Prüffilz mit einer Polymid-Oberflächenschicht eine Feuchtig- keitsreduktion von 3,0 bis 3,5% erreicht, dies wiederum nach einer anfänglichen Einlaufperiode.
Der Filz wurde auch auf der vierten Presse einer Papiermaschine bei 520 m/min und 75 kp/cm getestet. Die mit dem Filz in Kontakt stehende Walze war vom gerillten Typ, die im Handel als VENTA PRESS - Walze bekannt ist.
Eine 2-prozentige Reduktion des Feuchtigkeitsgehaltes wurde im Vergleich zu Filzen ohne hydrophobe Oberflächenschicht ermittelt
Beispiel 4
Ein endloser Nasspressenfilz wurde folgendermassen auf Schaut:
1. ein vollständig gewobener Stoff wie in Beispiel 2;
2. eine Zwischenschicht von 18 den 150 mm Nylon-Stapelgut, mit einem Gewicht von 390 g/mg2:
3. eine Oberflächenschicht von 3 den 60 mm Polyamid
Stapelfasern mit einem Gewicht von 150 gim2.
Das 3 den Polyasnid-Fasergut wurde bereits in der Stapel form behandelt, um einen wasserabstossenden Effekt zu er halten, und zwar wie folgt.
a) Die Fasern wurden in warmem Wasser gewaschen, trockengeschleudert und in warmer Luft getrocknet.
b) Die Fasern wurden danach in eine 9% Lösung von
Pentadecafluoroctylakrylat getaucht und ein 3% Tertitär
Butylperoxyd beigefügt.
Das Lösungsmittel bestand aus 90 Teilen Perchloräthylen und 10 Teilen Tetrachloräthan. Die Temperatur wurde während 20 min auf 1 100C erhöht, indem der Dampf über den
Fasern in einem geschlossenen Behälter rezirkuliert wurde, wonach diese Temperatur weitere 5 min aufrechterhalten wurde.
Die Leistung dieses Filzes wurde in einer glatten Einzelpresse bei 150 m/min bei 70 kp/cm getestet und mit einem entsprechenden Filz ohne Behandlung der Fasern verglichen.
Das Papier wurde aus der Presse entnommen, wobei der Filz mit dem Papier in Kontakt blieb. Nach einer anfänglichen Einlaufperiode ergab der hydrophobe Filz einen um 3% besseren Entwässerungsgrad als der unbehandelte Filz.
Wenn die Papierbahn von der oberen Walze abgelöst aus der Presse austrat, verbesserte sich der Entwässerungsgrad auf 5% gegenüber dem unbehandelten Filz.
Beispiel 5
Ein endloser Nasspressenfilz wurde aus 3 Schichten gebildet, wie in den vorstehenden Beispielen beschrieben, mit Fasern und einer Grundschicht entsprechend Beispiel 4, jedoch mit einer Oberflächenschicht aus 3 denier Polypropylen und einer Mittelschicht aus einer Mischung von 60 Teilen 15 denier Polypropylen- und 40 Teilen Wollfasern. Die Polypropylenfasern mit 6 bzw. 15 den wurden vor dem Mischen und dem Nadeln auf die Grundschicht folgendrmassen behandelt:
Die Fasern wurden gewaschen, getrocknet und dann in einer geschlossenen Kammer behandelt, in welcher Luft mit einer Temperatur von 100"C zirkuliert wurde. Ozon wurde in das System eingeführt, bis es etwa 0,5 Volumenprozente ausmachte. Nach 10 min wurden die Fasern in eine Lösung von Polydimethylsiloxan eingetaucht, welche einen metallorganischen Katalysator enthielt.
Das Lösungsmittel war 111 Trichloräthan. Der Katalysator war in einem Verhältnis von 1:5 und der Prepolymer verglichen mit einer normalen 1:3 Kombination. Danach wurden die Fasern trockengeschleudert und die Temperatur während der nächsten 25 min auf 110 C erhöht
Die Leistung dieses Filzes war gleich derjenigen des Beispieles 4.
Beispiel 6
Ein weiterer Typ eines endlosen Filzes besteht aus einer schwach genadelten Wattierung von Fasern, welche ferner durch ein Bindemittel zusammengehalten wird. Die Verwendung eines hydrophoben Bindemittels bewirkte eine Verbesserung der Entwässerungseigenschaften.
Eine Wattierung mit 600 g/m2 leicht genadelten 60 mm langen Nylon 6 - Stapelfasern von 10 denier wurde mit einem Silikonelastomer in einer Lösungssnittelmischung von Toluoll Methyl-Äthyl-Keton (1:1) imprägniert, wobei der totale Feststoffanteil 400 g/m2 betrug. Das Lösungsmittel wurde verdampft und der Filz während dem Abbindevorgang auf 3 mm komprimiert.
In einer glatten Walzenpresse mit einem Pressdruck von 45 kg/cm und mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von 120 m/min ergab sich im Vergleich der Entwässerungseigenschaf ten eine Verbesserung von 2,5% gegenüber einem Filz, der nicht mit einem hydrophoben Bindemittel hergestellt wurde.
Die Zeichnung zeigt einen schematischen Querschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Papiermaschinenfilzes. Mit Bezugsziffer 1 werden die Fäden einer gewobenen Unterlage- bzw. Tragschicht bezeichnet. Darauf ist je eine Wattierung von Fasern genadelt, um eine hydrophyle (oder weniger hydrophobe) Zwischenschicht 2 zu bilden. An der äusseren Oberfläche befindet sich sodann die hydrophobe Oberflächenschicht 3.
The invention relates to a paper machine felt which is designed as an endless belt. Known felts of this type consist of water-absorbing fiber material and serve to transport a wet paper layer, which is formed in the wet end of a paper machine, from the forming zone through a pressing zone to the drying zone.
In the press zone, rotating cylindrical press rollers are usually provided, between which the freshly formed paper layer is passed. As soon as the paper enters the nip zone of the rollers, the water is squeezed out of the paper web and taken up by the felt on which the paper web is guided through the nip zone of the rollers.
A known type of paper machine felt is a needle felt material (batt on base), which is a nonwoven made of loosely connected fibers, which is needled onto a fabric backing. Such a felt is described in British patent 939933. Reference is made to this with regard to the structure and manufacture.
The conventional needle felts are made of materials such as wool, nylon, perlon, terylene and the like. With felts of this type, the paper web still contains considerable proportions of water after it has passed through the nipping zone of the press rolls, which is a significant burden on the production costs because high amounts of energy are required for subsequent drying through evaporation of the water.
The invention provides a paper machine felt for dewatering a wet paper fiber web, with an endless belt made of water-absorbing fiber material and is characterized in that the belt has a layer with hydrophobic properties or consists entirely of such, the critical surface tension of the layer less than 33 dynes / cm.
It has been shown that with such a belt, which is used to transport a freshly formed paper web through the pinch zones of the press rolls, the proportion of water is already significantly reduced when it emerges from the pinch zone. A possible explanation for this surprising effect is that, due to the hydrophobic nature of the layer mentioned, less water is absorbed by belts, some of which was apparently released back to the paper web as a result of capillary action when it emerged from the pinch zone.
The critical surface tension of the hydrophobic layer is preferably below 28 dynes / cm. The values of the critical surface tension refer to the processed material (at a relative humidity of 20 to 65%). The surface tension can change somewhat with continuous immersion in water and / or under mechanical stress.
The hydrophobic layer can form the entire felt or only a part of it. Preferably, the outer surface of the layer also forms the outer surface of the felt. However, the invention is not limited to this embodiment, since it may be desirable to cover the hydrophobic layer with a hydrophilic (or less hydrophobic) layer.
If the hydrophobic layer forms only part of the belt, said layer is preferably supported by a hydrophilic (or less hydrophobic layer.
In this case, part of the water that is pressed into the hydrophobic layer in the nip zone of the press rolls will advantageously pass through the latter into the hydrophilic layer and be absorbed by it (when the roll exits). The thickness of the hydrophobic layer is chosen depending on the requirements and the nature of the material used for the felt. In some cases, a thickness of just 65 g / m2 can be sufficient.
The hydrophilic (or less hydrophobic) backing layer can consist of wool or one of the synthetic fiber materials customary for paper machine felts, and it can be designed as a fabric, in particular woven fabric, or as wadding (fleece) of separate fibers.
The hydrophobic layer can be attached to a load-bearing support layer or base, which is a self-supporting fabric or the like. This base can itself be hydrophilic and / or be provided with an additional hydrophilic layer. The base layer can be a woven fabric such as is commonly used in paper machine felts. The hydrophobic layer and also the hydrophilic (or less hydrophobic) layer, the latter if present and not itself designed as a base layer, can be attached to the base layer by means of conventional needle technology, as explained in British patent 939993. In contrast, the invention is not limited to the methods mentioned for attaching the hydrophobic layer to a base, but other methods can also be used, e.g. Adhesives or binders.
The hydrophobic layer does not have to be underlaid with a hydrophilic material, but it can have one or more layers of hydrophobic material as an underlay, but which material differs from that of the mentioned hydrophobic layer with regard to water repellency (e.g.
the base may be less hydrophobic) and / or may differ in physical nature. For example, a felt can have the hydrophobic layer on its outside with a fine denier (e.g. 3 denier), while the base has coarser fibers (e.g.
12 denier). In this way there is a relatively fine and uniform surface compared to the paper, while the coarser base (which, corresponding to the coarser denier, also has larger gaps) ensures better permeability for the squeezed out water.
This arrangement is particularly indicated when the felt is made up entirely or mainly of hydrophobic fibers, because in this case a relatively coarse fiber layer is required so that the felt does not create excessive hydraulic flow resistance.
If, however, the hydrophobic layer has a hydrophilic (or less hydrophobic) base, then both layers can have approximately the same or different interstices between the fibers.
In general, the fiber thickness and the fiber gap in the hydrophobic layer and in any backing layers including base layers are selected according to the material used in order to produce the desired physical properties, such as strength, flexibility, water flow and retention properties as well as surface texture.
However, a felt according to the invention does not have to be provided with a support layer for the hydrophobic fibers, but the fibers can also be connected in this way, e.g.
by weaving or by adhesives or binders that they form a self-supporting layer.
The felt according to the invention will generally have a thickness of about 1.8 to 4.5 mm at a pressure of 40 kN / m2, and a thickness of 0.8 to 2.5 mm at 2000 kN / m2. The weight will normally be 600 to 2000 g / mX, but preferably 850 to 1400 g / m2.
The hydrophobic properties can be achieved in any suitable manner,
For example, fibers made from a continuously hydrophobic material can be used, such as polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorinated ethylene, propylene, copolymers and polyolefin fibers. These materials can be used alone or with each other or mixed with any other suitable material. For example, PTFE fibers can be used mixed with polypropylene fibers.
As a variant, fibers can be made hydrophobic (possibly more hydrophobic) by treatment, e.g. Polysiloxanes or fluorine compounds or other materials commonly used to make materials water-repellent. Such materials are adhered to the fibers. This is not always satisfactory because the harsh working conditions to which the felt is exposed in use can cause the joint to loosen over time. Therefore, in cases where the hydrophobic properties are to be achieved by a treatment with a material, it is preferred to choose the treatment in such a way that a strong permanent effect of the connection with the fibers is ensured.
This can be achieved in two ways, firstly by a chemical compound and secondly by embedding the material in the melt from which the fibers are formed.
As for the former method, chemical bonding can be effected by substituting the hydrogen amide in a polyamide fiber. This can be achieved by reacting a polyamide with an isocyanate from an aqueous solution (chlorinated hydrocarbons such as perchlorethylene or trichlorethylene). In one example, the dry washed fiber is treated with a solution of 5% triphenyl methane tri-isocyanate in solvent. After immersion, the fibers are spun dry, placed in an airtight container and left to stand for a few hours or overnight. The fibers are washed in another solvent and immersed in a prepolymer of polydimethyl siloxane and spun dry. The solvent is removed by evaporation and the fibers are exposed to a temperature of 100-1500C.
Variants of the method include the use of 2,4 or 2,6 polylenediisocyanate and various fluorine compounds such as vinyl fluoride or 1,1 dihydroperfluorooctyl methacrylate.
A chemical bond can also be formed by peroxidation of a polymer to form a polyvalent initiator. Such a method is described in German Patent No. 2,151,755. The fiber is immersed in a 5% solution of 1,1 dihydroperfluorooctyl acrylate in perchlorethylene together with 5% tertiary butyl peroxide.
The fiber is then spun dry, after which the temperature is increased to 125 ° C. over 20 minutes and maintained there for a further 15 minutes. Other suitable oxidizing agents to initiate this process include dibenzene peroxide (German Patent 1,900,234) and various per compounds such as peracetic acid , Persulfate, perborate hydrogen peroxide and various persalts.
Ozone is particularly useful, especially when used in air at 100 "C for 10 minutes, prior to treatment with polymerizable hydrophobic compounds such as polymethylsiloxane, vinyl fluoride and other fluorine compounds.
Another method of forming a chemical bond involves treating the fibers, especially those made of nylon, polyolefins or polyester, with difluorocarbene (difluoromethylene -CF2), which is produced by pyrolysis of sodium chlorodifluoroacetate or chlorodifluoric acid. In one example, the fiber, which is known under the trade name NOMEX, is treated with a solution of sodium salt in water, after which the water is removed by evaporation. Heating to 250 "C causes pyrolysis and the generation of CF2 vapors, which affect the surface of the fibers in the sense of a more hydrophobic surface. The acid is applied using a chlorinated hydrocarbon solution.
With regard to achieving hydrophobic properties by adding a suitable material to the melt from which the fibers are formed, it is recommended, among other things,
a silicone oil which is a prepolymer of polymethyl siloxane. One substance that has proven to be suitable for this is type F 132 from ICI Ltd. Such a silicone oil, embedded in polypropylene fibers, can reduce the critical surface tension from 32 dynes / cm to 26 dynes / cm.
Alternative additives include fluorides, e.g. a compound having 1-4 fluoroalkyl groups with an organic radical as described in U.S. Patent 3,767,625.
Where the hydrophobic layer comprises a wad of fibers which are held together by a resin or an elastomer or attached to a base, the resin or the elastomer itself can provide hydrophobic properties.
In the event that the hydrophobic layer is made up of fibers which themselves have hydrophobic properties, these do not only need to form the hydrophobic layer, but can also only form part of it by being mixed with other fibers. This arrangement is suitable for hydrophobic fibers, e.g.
PTFE fibers have the desired hydrophobic properties, but they are not able to satisfy all other properties.
This is because they have very low flexural rigidity and poor shape recovery capacity compared to polymide, polyester, polypropylene and wool fibers. They also have low tensile strength; typical tensile strengths in g / den are 1.8 to 2.0 for PTFE, 4.1 to 5.6 for polyamide, 4.0 to 5.0 for polyester and 4.5 to 6.0 for polypropylene. Furthermore, PTFE fibers have poor abrasion resistance, are difficult to fabricate, are expensive and only available in limited denier ranges.
These deficiencies can be overcome to some extent by admixing other fibers, in certain cases hydrophilic fibers.
Embodiments for fiction according to paper machine felts and / or. for methods of making them. One understands by percentage
Weight of water X 100 paper moisture = weight of water +
Weight of the paper
example 1
A length of one meter over the entire width of a ten meter long conventional woven press felt 60 cm wide was treated with a solvent solution of an air-drying polymethylsiloxane compound (M492 from ICI Ltd.), which is self-vulcanizing.
The felt was installed in the second press of a smaller paper machine, which produced paper of 105 g / m2 at a production speed of 30.5 mm / min.
Moisture measurements by gravimetric and microwave measuring methods showed a moisture content of 57.75% where the paper came into contact with the treated part of the felt, and of 61.25% in the untreated area. This resulted in a reduction in moisture content of 3.5%. All of the following reductions in moisture content in accordance with the examples listed below have been determined accordingly.
Example 2
An endless wet press felt was formed as follows:
1. A fully woven fabric made from yarns of synthetic fibers (polyester and polyamide yarns) with 26
Threads per 2.54 cm, with a total weight of 680 g / m2;
2. a middle layer of 10 denier polyamide (nylon 6) 60 mm staple fibers, weighing 330 g / m2;
3. a surface layer of 6 denier 60 mm polypropylene staple fibers, weighing 210 g / m2.
The felt was formed by conventional needling techniques with the fibers carded and cross-ply prior to needling. Afterwards the felt was washed and then dried by means of two rollers, one of which was steam heated.
An air-setting polydimethylsiloxane compound was applied to the polypropylene surface of the fabric, from a chlorinated hydrocarbon solution (such as III-trichloroethane) and by means of a moistening roller device.
A total of 2 percent by weight of solids was applied to the polypropylene surface layer. Under a load of 40 kN / m2, the silicone penetrated 1 mm deep into a felt with a total thickness of 2 mm.
The performance of this felt was tested in a press with smooth rolls at a speed of 150 m / min and a line pressure of 70 kg / cm, the rolls having a width of 1 m.
The felt treated in this way was compared with a felt of the same construction, but untreated.
Compared to the untreated felt, the felt made according to the example mentioned brought about a reduction in the moisture content of 2.5% after a running-in period.
In this test, the paper layer was in contact with the felt when it emerged from the nip.
Example 3
A felt was constructed in a manner similar to Example 2, with the exception that the polypropylene fibers were treated with a water-repellent silicone compound when they were still in stack form. The treatment procedure was as follows: Washing the fibers in water.
- Spin dry and then dry in hot air.
- Immersion in an 8% by volume solution of a prepolymer of a polydimethylsiloxane compound in a III-trichloroethane solvent.
- The fibers were spun dry and then the
Solution residue evaporates in warm air of 60-800C. The
Setting (vulcanizing) was then done at 110 C during
5 minutes.
The performance of the felt was tested according to Example 2, but at 150 m / min and 70 kp / cm. For a paper web entering a smooth roll press with a moisture content of 72%, a moisture reduction of 3.0 to 3.5% was achieved compared to a test felt with a polymide surface layer, again after an initial running-in period.
The felt was also tested on the fourth press of a paper machine at 520 m / min and 75 kg / cm. The roller in contact with the felt was of the grooved type known commercially as the VENTA PRESS roller.
A 2 percent reduction in the moisture content was determined in comparison to felts without a hydrophobic surface layer
Example 4
An endless wet press felt was shown as follows:
1. a fully woven fabric as in Example 2;
2. an intermediate layer of 18 denier 150 mm nylon stacked goods, weighing 390 g / mg2:
3. a surface layer of 3 denier 60 mm polyamide
Staple fibers weighing 150 gim2.
The 3 the polyasnide fiber has already been treated in the stack form to keep a water-repellent effect, as follows.
a) The fibers were washed in warm water, spun dry and dried in warm air.
b) The fibers were then in a 9% solution of
Pentadecafluorooctyl acrylate dipped and a 3% tertiary
Butyl peroxide added.
The solvent consisted of 90 parts of perchlorethylene and 10 parts of tetrachloroethane. The temperature was increased to 1100C over 20 minutes by blowing the steam over the
Fibers was recirculated in a closed container, after which this temperature was maintained for an additional 5 minutes.
The performance of this felt was tested in a smooth single press at 150 m / min at 70 kp / cm and compared with a corresponding felt without treatment of the fibers.
The paper was removed from the press leaving the felt in contact with the paper. After an initial running-in period, the hydrophobic felt showed a 3% better degree of drainage than the untreated felt.
When the paper web emerged from the press detached from the upper roll, the degree of dewatering improved to 5% compared to the untreated felt.
Example 5
An endless wet press felt was formed from 3 layers, as described in the previous examples, with fibers and a base layer according to Example 4, but with a surface layer made of 3 denier polypropylene and a middle layer made of a mixture of 60 parts of 15 denier polypropylene and 40 parts of wool fibers . The polypropylene fibers with 6 or 15 denier were treated as follows before mixing and needling on the base layer:
The fibers were washed, dried and then treated in a closed chamber in which air at a temperature of 100 "C was circulated. Ozone was introduced into the system until it was about 0.5 percent by volume. After 10 minutes the fibers were in immersed a solution of polydimethylsiloxane containing an organometallic catalyst.
The solvent was III trichloroethane. The catalyst was in a ratio of 1: 5 and the prepolymer compared to a normal 1: 3 combination. The fibers were then spun dry and the temperature increased to 110 ° C. over the next 25 minutes
The performance of this felt was equal to that of Example 4.
Example 6
Another type of endless felt consists of lightly needled wadding of fibers, which is further held together by a binding agent. The use of a hydrophobic binder resulted in an improvement in the drainage properties.
Wadding with 600 g / m2 of lightly needled 60 mm long nylon 6 staple fibers of 10 denier was impregnated with a silicone elastomer in a solvent mixture of toluene methyl-ethyl-ketone (1: 1), the total solids content being 400 g / m2. The solvent was evaporated and the felt was compressed to 3 mm during the setting process.
In a smooth roller press with a pressure of 45 kg / cm and a throughput speed of 120 m / min, the dewatering properties were compared to an improvement of 2.5% compared to a felt that was not made with a hydrophobic binder.
The drawing shows a schematic cross section of an embodiment of a paper machine felt according to the invention. Reference number 1 denotes the threads of a woven backing or base layer. A wad of fibers is needled thereon in order to form a hydrophilic (or less hydrophobic) intermediate layer 2. The hydrophobic surface layer 3 is then located on the outer surface.