CN101045638A - 盘形辊以及用于盘形辊的基础材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于盘形辊的基础材料，该基础材料是用于获得盘形辊中所使用的环形盘的板状模制制品，该盘形辊具有转轴和以插入方式装配在该转轴上的环形盘，从而将该盘的周向表面用作输送表面，所述基础材料包含无机纤维、填料和粘土，所述无机纤维的结晶温度为800－900℃。此外，本发明还公开一种盘形辊，该盘形辊包含由所述基础材料切出的盘。

Description

盘形辊以及用于盘形辊的基础材料
技术领域
本发明涉及盘形辊，该盘形辊具有转轴和以插入方式装配在该转轴上的环形盘，由此将所述盘的周向表面用作输送表面。更具体而言，本发明涉及适用于制造高质量玻璃板的盘形辊。本发明还涉及用于盘形辊的基础材料，该基础材料用于从该基础材料来制造该盘形辊所使用的盘。
背景技术
在玻璃板的制造工艺中，为了使熔融态玻璃形成玻璃板或为了使形成的玻璃板退火，输送机构是必需的。这种输送机构通常具有输送辊，而盘形辊正被用作一种这样的输送辊。
图1示出以盘形辊10为实例的简图。按以下方法制造该盘形辊10。采用造纸法将包含无机纤维、填料、作为粘结剂的粘土和其它成分的含水浆料制成薄片，然后使其干燥以形成约几毫米厚的板状材料。将得到的用于盘形辊的干燥基础材料冲制成环形盘，并且这些盘12以插入方式装配在用作转轴的金属轴11上。由此，得到辊形叠堆。用分别置于两端的凸缘13压紧整个辊形叠堆，用螺母15等将这些处于略被压紧状态的盘12固定。在由此得到的盘形辊10中，盘12的周向表面用作输送表面。
如图2所示，将这种盘形辊10安装在玻璃板制造设备100上，以用于形成和输送玻璃板。该玻璃板制造设备100是这样一种设备，其中，通过熔炉的线状狭缝102从熔炉101中连续排出熔融玻璃110，并使该排出的带状熔融玻璃110下移，在下移的过程中，该熔融玻璃冷却并硬化，从而制造出玻璃板。盘形辊10用作一对牵引辊，该对牵引辊将带状熔融玻璃110保持在它们之间，并迫使带状熔融玻璃朝下传送。刚制造出的盘形辊10由盘12构成，该盘12仅需要使含水浆料成型就可以得到的。当处于这种状态的盘形辊10用于输送时，通过因其与熔融玻璃110接触时传递的热而使粘土烧结。因此，盘12变硬，并使盘12具有强度和耐磨性。随着与熔融玻璃110接触的重复发生，硬化过程得以继续。
从耐热性的角度来考虑，氧化铝纤维和铝硅酸盐纤维被广泛地用作无机纤维。氧化铝纤维和铝硅酸盐纤维在加热时发生结晶，或者它们的结晶过程随着加热过程而进行，从而使这些纤维材料的硬度增加。尽管氧化铝纤维和铝硅酸盐纤维可以通过发生硬化来帮助提高耐磨性，但是在熔融玻璃110的表面温度(约800℃)下，氧化铝纤维和铝硅酸盐纤维都不会发生结晶。
人们已经提出了包含云母颗粒的盘形辊，掺入云母颗粒是为了提供耐热性和耐磨性(例如，参见专利文献1)。但是，在使用氧化铝纤维或铝硅酸盐纤维的配方中，这些纤维对耐磨性的贡献并不如上述那样大。
专利文献1：JP-B-59-28771
发明内容
本发明是在上述情况下完成的，本发明的目的是提供一种盘形辊，该盘形辊具有在耐热性、耐磨性和挠性之间达到很好平衡的组合性质，并且这些性质是令人满意的。
根据以下说明，本发明的其它目的和效果将是显而易见的。
为了实现所述目的，本发明提供了用于盘形辊的基础材料以及如下所示的盘形辊。
(1)一种用于盘形辊的基础材料，该基础材料是用于获得盘形辊中所使用的环形盘的板状模制制品，该盘形辊具有转轴和以插入方式装配在该转轴上的环形盘，由此将该盘的周向表面用作输送表面，
所述基础材料包含无机纤维、填料和粘土，所述无机纤维的结晶温度为800-900℃。
(2)根据上述(1)所述的用于盘形辊的基础材料，其中所述无机纤维是生物可溶性纤维。
(3)根据上述(2)所述的用于盘形辊的基础材料，其中所述生物可溶性纤维涂敷有磷酸盐、钼化合物、锌化合物、聚脒类化合物或氮丙环类化合物(ethyleneimine)。
(4)根据上述(1)到(3)中任一项所述的用于盘形辊的基础材料，其中所述无机纤维的含量占所述基础材料总量的5质量％-40质量％。
(5)一种盘形辊，该盘形辊具有转轴和以插入方式装配在该转轴上的环形盘，该环形盘是由上述(1)到(4)中任一项所述的用于盘形辊的基础材料切出的，由此将所述盘的周向表面用作输送表面。
(6)根据上述(5)所述的盘形辊，当在800℃下将10kg/cm的负荷施加在该辊表面上时，该盘形辊的压缩变形为0.05-0.3mm。
在本发明的盘形辊中，包含于盘中的无机纤维在熔融玻璃的表面温度下发生结晶。因此，当盘形辊与熔融玻璃接触时，无机纤维发生结晶，与此同时粘土得到烧结，从而形成硬度更高的表面层，并由此得到优异的耐热性和耐磨性。另外，由于这些盘固有的绝热性使得其在与熔融玻璃重复接触的过程中，进入到盘内部的热传递得到抑制，因此，盘的内部不会过度地硬化，并可以保持适度的挠性。由于这些原因使得本发明的盘形辊具有在耐热性、耐磨性和挠性之间达到很好平衡的组合性质，并且寿命长且性能好。
附图说明
图1示出本发明盘形辊的一个实施方案的示意图。
图2示出其中使用图1所示的盘形辊的一个应用例子(玻璃板制造设备)的示意图。
图3示出在测量压缩变形的例子中使用的设备的构造示意图。
附图中使用的标号分别表示以下含义：
10：盘形辊
11：金属轴
12：盘
13：凸缘
15：螺母
100：玻璃板制造设备
101：熔炉
102：狭缝
110：带状熔融玻璃
具体实施方式
下面将详细说明本发明。
本发明用于盘形辊的基础材料是由粘土、填料和结晶温度为800-900℃的无机纤维(下文也简称为“无机纤维”)构成的混合物的板状模制制品。
作为粘土，可以使用这样一种粘土，当其与水混合时，该粘土表现出粘性和塑性，而当加热时，其具有烧结性。关于粘土的种类，其例子包括木节粘土(Kibushi clay)、蛙目粘土(Gairome clay)和耐火粘土。在这些中，木节粘土是优选的，因为它在烧结过程中具有好的粘结效果，并且杂质含量低。可根据需要使用两种或多种粘土的组合。
粘土可以是经分离/提纯方法调制过的一种粘土，使得其中粒径等于或大于5μm的组分的含量等于或小于30质量％、优选等于或小于15质量％、更优选等于或小于10质量％。关于该含量的下限，完全不含粒径等于或大于5μm的组分的粘土是最佳的。细且粒径均匀的这种粘土颗粒表现出较高的粘结性，并且能够牢固地粘结盘的其它构成材料。
通过分离/提纯方法，还可以同时除去杂质。一般来说，可以通过粉碎/分级对作为天然矿物质的粘土的粒径进行一定程度的调节。然而，粘土产品含有大量的杂质，并且在很多情况下，这些杂质包括不易受烧结影响的成分，例如，二氧化硅。盘形辊与被输送的材料(例如熔融玻璃)接触的结果是在使用过程中盘形辊发生烧结，并导致硬化。然而，杂质不易受烧结影响可能成为抑制硬化作用的原因。另外，杂质包括很多硬物质，这些硬物质可能会损坏被传送的材料，尤其是玻璃板。杂质的含量优选为尽可能地接近零。但是，鉴于实际情况(这包括劳动力和成本)，杂质的含量优选为占全部粘土总量的10质量％或更低、特别为5质量％或更低、更优选为1质量％或更低。
在调节粒径使得粒径很小且满足上述给定范围的过程中以及在去除杂质的过程中，利用湿法分级作为分离/提纯的方法是有效的。通过实施湿法分级，不仅可以将比重或尺寸不同的杂质除去，而且利用粒径不同则沉降速度不同的现象，通常可以得到这样的原料粘土：其粒径比干法分级得到的粘土的粒径小，并且其粒径分布比干法分级得到的粘土的粒径分布窄。
作为填料，可以使用具有耐热性、与其它混合材料不表现出不需要的反应性、并且不含有硬的大颗粒的一种填料。其例子包括滑石、氧化铝粉末、二氧化硅粉末、高度纯化的硅灰石和无塑性高岭石。但是，云母颗粒和蛭石的颗粒是合适的。已知云母具有高弹性以及优异的滑性、耐磨性和耐热性等，并且云母是长期以来被工业化地应用于各种领域中的材料。在本发明中，为了使盘能够与轴的热膨胀相一致，可以添加云母。在盘形辊中，因为其上装配有盘12的轴11(如图1所示)是由金属制成的，所以该轴11在暴露于高温时发生热膨胀，并沿轴向方向延伸。在这种情况下，由于盘12具有比金属低的热膨胀系数，所以盘12无法与轴11的延长相一致，从而彼此分离。然而，具有由超薄层构成的层状结构的云母在加热时会释放结晶水，从而发生晶型转变。随着这种晶型转变的发生，云母往往会在层的厚度方向膨胀。这种在层厚度方向的膨胀会提高盘12与轴11的热膨胀的一致性。
作为云母，可以使用白云母(K2Al4(Si3Al)2O20(OH)4)、黑云母、金云母(K2Mg6(SiAl)2O20(OH)4)、钠云母、锂云母或合成氟云母。但是，从提高一致性的作用的角度考虑，优选的是在约600℃(该温度低于熔融玻璃的表面温度)下释放结晶水的白云母。
云母的平均粒径是5-500μm、优选是100-300μm、更优选是200-300μm。当云母具有在上述范围内的平均粒径时，该云母是高弹性的，因此有效地起到板簧的作用，以承受因与其它混合材料(尤其是无机纤维)一起压缩而产生的应力。因此，可以进一步提高盘与轴的热膨胀一致性。
蛭石通常含有结晶水，而且在暴露于高温时会脱水。换言之，它起到类似发泡剂的作用。因此，优选使用在(例如)600-900℃下已预先煅烧的蛭石。蛭石的平均粒径优选与云母一样是5-500μm。
云母和蛭石可以单独使用，或者可以组合使用。
对无机纤维没有限制，只要它们具有800-900℃的结晶温度即可。其例子包括专利文献JP-A-2000-220037、JP-A-2002-68777、JP-A-2003-73926和JP-A-2003-212596中所述的无机纤维。其具体例子包括：其中SiO2和CaO的总含量等于或大于85质量％的无机纤维，该无机纤维含有0.5质量％-3.0质量％的MgO和2.0质量％-8.0质量％的P2O5，并且根据德国危险物质管理规定(German HazarousSubstances Regulations)确定的该无机纤维的致癌指数(KI值)为40或更大；含有SiO2、MgO和TiO2作为主要成分的无机纤维；含有的SiO2、MgO和氧化锰作为主要成分的无机纤维；包含52质量％-72质量％的SiO2、小于3质量％的Al2O3、0-7质量％的MgO、7.5质量％-9.5质量％的CaO、0-12质量％的B2O3、0-4质量％的BaO、0-3.5质量％的SrO、10质量％-20.5质量％的Na2O、0.5质量％-4.0质量％的K2O和0-5质量％的P2O5的无机纤维；以及包含75质量％-80质量％的SiO2、19质量％-25质量％的CaO+MgO和1质量％-3质量％AL2O3的无机纤维。这些无机纤维材料可以单独使用，或者可以以这些无机纤维的两种或多种的混合物的形式使用。可以通过使用差热分析仪(DTG-50，由Shimadzu公司制造)检测这些纤维的可归因于结晶的放热峰，来确定无机纤维的结晶温度。
在这些无机纤维材料中，将由下述方法确定的、在生理盐水中的溶解度等于或大于1％的无机纤维材料称为“生物可溶性纤维”，并且这种无机纤维材料对于本发明是特别优选的。
以下说明确定无机纤维在生理盐水中的溶解度的方法。首先，通过将无机纤维粉碎成200目的粉末来制备样品，将1g这样的样品和150mL的生理盐水加入到锥形瓶(300mL)中。将该瓶放置在40℃的温箱中。然后，将该锥形瓶以120rpm的转速水平地连续摇晃50小时。摇晃之后，过滤混合物，用ICP发射光谱法分析得到的滤液，以确定其中所含的硅、镁、钙和铝元素的浓度(mg/L)。按照下式(1)，根据这些元素的浓度和这些元素在溶解前的无机纤维中的含量(质量％)，计算无机纤维在生理盐水中的溶解度C(％)。关于由ICP发射光谱法得到的元素浓度，将硅元素的浓度表示为a1(mg/L)、镁元素的浓度表示为a2(mg/L)、钙元素的浓度表示为a3(mg/L)、铝元素的浓度表示为a4(mg/L)。关于这些元素在溶解之前的无机纤维中的含量，将硅元素的含量表示为b1(质量％)、镁元素的含量表示为b2(质量％)、钙元素的含量表示为b3(质量％)、铝元素的含量表示为b4(质量％)。
C(％)＝{(滤液的量(L))×(a1+a2+a3+a4)×100}/{(无机纤维在溶解之前的量(mg))×(b1+b2+b3+b4)/100}                  (1)
对无机纤维的尺寸没有特殊的限制。但是，从要生产的盘形辊的强度的角度考虑，无机纤维优选具有1-5μm(优选3-5μm)的平均纤维直径、0.5-200mm(优选1-20mm)的纤维长度。
可以按照以下比例混合粘土、填料和无机纤维。粘土占基础材料总量的比例为5质量％-55质量％、优选为20质量％-40质量％。填料占基础材料总量的比例为5质量％-60质量％、优选为20质量％-55质量％。无机纤维占基础材料总量的比例为5质量％-40质量％、优选为20质量％-30质量％。当以这些比例混合各成分时，就会得到具有在耐热性、耐磨性和挠性之间达到很好平衡的组合性质的盘形辊。
为了制造用于盘形辊的基础材料，可以使用如下方法，其中使用造纸法将含有粘土、填料和无机纤维的含水浆料制成板状，然后干燥该板。优选该方法是因为该方法是有效的。在该操作中，可以按给定的量将诸如助凝剂、有机纤维和有机粘结剂之类的成分掺入到含水浆料中。助凝剂、有机纤维和有机粘结剂均可以是已知的那些。
在将生物可溶性纤维用作无机纤维的情况下，优选的是，将可形成涂层的物质(例如磷酸盐、钼化合物、锌化合物、聚脒类化合物或氮丙环类化合物)掺入到含水浆料中，从而抑制所述纤维溶解于水中。从能满意地涂敷全部生物可溶性纤维的角度考虑，要掺入的形成涂层的物质的量优选为占粘土、填料和生物可溶性纤维的总量的0.1质量％-10质量％、更优选为0.3质量％-6质量％。
用于形成涂层的物质的例子包括无机化合物(例如磷酸盐、钼化合物、和锌化合物)和有机化合物(例如聚脒类化合物或氮丙环类化合物)。磷酸盐的例子包括三聚磷酸铝、三聚磷酸二氢铝、偏磷酸铝、磷酸锌和磷酸钙。铝化合物的例子包括钼酸锌、钼酸铝、钼酸钙、磷钼酸钙和磷钼酸铝。锌化合物的例子包括氧化锌。聚脒类化合物的例子包括丙烯酰胺、丙烯腈、N-乙烯基丙烯脒盐酸盐、N-乙烯基丙烯酰胺、乙烯胺盐酸盐和N-乙烯基甲酰胺共聚物。氮丙环类化合物的例子包括氨基乙烯(aminoethylene)和环乙亚胺。
可以适当地调节用于盘形辊的基础材料的厚度，该厚度可以与在此之前使用的厚度一样。一般来说，其厚度是2-10mm。
本发明还提供使用由上述用于盘形辊的基础材料切出的盘的盘形辊。该盘形辊可以具有图1所示的构造，按照以下方法可获得该盘形辊。环形盘12是由上述用于盘形辊的基础材料冲制成的。这些盘12以插入方式装配到由金属(例如铁)制成的轴11上，以得到辊形叠堆。整个叠堆由分别置于两端的凸缘13压紧，用螺母15等将这些处于略被压紧状态的盘12固定。之后，对盘12的外围进行研磨，以产生给定的辊直径，从而得到盘形辊10。
在本发明的盘形辊10中，在盘形辊接触熔融玻璃时，表面层部分中的无机纤维发生结晶，同时粘土得到烧结。结果，表面层部分比其中仅发生粘土烧结的部分具有更高的硬度和更好的耐磨性。另外，表面层绝热性增强，从而熔融玻璃的热量不易被传递到内部，因此保持了适度的挠性。具体而言，当在800℃下将10kgf/厘米的负荷施加在该辊表面上时，该盘形辊发生的压缩变形为0.05-0.3mm。
                       例子
下面参照实施例和对比例来更加详细地说明本发明，但是本发明不应当被解释为局限于这些实施例。
实施例1至6和对比例1至4
制备包含表1所示的原料的含水浆料。通过普通造纸法将各种浆料制成薄片，以便以大小为100mm×100mm×6mm(干态)的薄片的形式制造盘形辊的基础材料。无机纤维A是铝硅酸盐纤维(SiO2∶Al2O3＝(54重量％至55重量％)∶(45重量％至55重量％))，而无机纤维B是生物可溶性纤维，该生物可溶性纤维包含75质量％-80质量％的SiO2、19质量％-25质量％的CaO+MgO和1质量％-3质量％的Al2O3，并且该生物可溶性纤维的结晶温度为860℃，其在40℃的生理盐水中的溶解度为5.9％。
由各种用于盘形辊的基础材料分别冲制出外径为80mm、内径为30mm的盘，并且以插入方式将这些盘装配到直径为30mm、长度为100mm的铁轴上。用螺母将各种盘的叠堆的两端固定以产生圆柱状盘形辊，该盘形辊具有图1中所示的结构，并且其中盘的压缩密度为1.2g/cm3。将该盘形辊在800℃加热烘箱中保持180分钟，从加热炉中取出，然后放置在支架50上，使得轴11的两端被支承在支架50上，如图3所示。用压头60以1mm/分钟的速率将10kgf/厘米的负荷施加到由盘12构成的输送表面上，从而测量所得到的压缩变形。所得到的结果也示于表1中。
用如下方法来评价以相同方法所制得的盘形辊的耐磨性。将各盘形辊在800℃加热炉中保持180分钟。之后，以10rpm的转速旋转该辊，并且用由SUS制成的摩擦材料摩擦该辊。测量因摩擦而导致的辊的半径减小的量，将其作为耐磨性的指数。
此外，将以相同方法制得的盘形辊安装在具有如图2所示的构造的玻璃板制造设备中。实际上，用该设备来制造玻璃板。目视检查所得玻璃板表面的损伤。
这些检查的结果也示于表1中。
表1
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   实施例7   对比例1   对比例2   对比例3   对比例4
  木节粘土   20   20   20   20   30   50   20   20   30   50   30
  无机纤维A   20   20   10   30
  无机纤维B   40   40   30   20   20   10   36.5
  三聚磷酸铝   3.5
  云母   25   35   45   35   25   25   45   35   25   25
  蛭石   25
  有机纤维   10   10   10   10   10   10   10   10   10   10   10
  有机粘结剂   5   5   5   5   5   5   5   5   5   5   5
  压缩密度(g/cm3)   1.2   1.2   1.2   1.2   1.2   1.2   1.2   1.2   1.2   1.2   1.2
  压缩变形(mm)   0.22   0.24   0.18   0.10   0.12   0.07   0.20   0.10   0.16   0.05   0.20
  玻璃表面上的损伤数(个/m2)   2   0   0   0   0   2   0   4   4   10   2
  耐磨性(mm)   2.0   2.5   3.0   3.5   3.5   4.0   2.0   8.0   9.5   12.0   8.0
  综合评价   优异   优异   优异   优异   优异   良好   优异   差   差   差   差
注意)各成分的量均以质量％表示。
表1显示出如下结果。通过掺入结晶温度为800-900℃的无机纤维，可以得到这样的盘形辊，该盘形辊具有应用上令人满意的耐热性和耐磨性，并且具有适度的挠性，从而防止盘形辊损伤玻璃表面。
虽然已经参照具体实施例详细地描述了本发明，但是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下对本发明进行各种改变和修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的。
本申请基于2006年3月31日提交的日本专利申请No.2006-100490，该申请的内容以引用方式并入本文中。

Claims (9)

1.一种用于盘形辊的基础材料，该基础材料是用于获得盘形辊中所使用的环形盘的板状模制制品，该盘形辊具有转轴和以插入方式装配在该转轴上的环形盘，由此将该盘的周向表面用作输送表面，
所述基础材料包含无机纤维、填料和粘土，所述无机纤维的结晶温度为800-900℃。
2.权利要求1所述的用于盘形辊的基础材料，其中所述的无机纤维是生物可溶性纤维。
3.权利要求2所述的用于盘形辊的基础材料，其中所述生物可溶性纤维涂敷有磷酸盐、钼化合物、锌化合物、聚脒类化合物或氮丙环类化合物。
4.权利要求2所述的用于盘形辊的基础材料，其中所述无机纤维的含量占所述基础材料总量的5质量％-40质量％。
5.一种盘形辊，该盘形辊具有转轴和以插入方式装配在该转轴上的环形盘，该环形盘是由权利要求1所述的用于盘形辊的基础材料切出的，由此将所述盘的周向表面用作输送表面。
6.权利要求5所述的盘形辊，当在800℃下将10kgf/cm的负荷施加在该辊表面上时，该盘形辊的压缩变形为0.05-0.3mm。
7.权利要求6所述的盘形辊，其中所述的无机纤维是生物可溶性纤维。
8.权利要求7所述的盘形辊，其中所述生物可溶性纤维涂敷有磷酸盐、钼化合物、锌化合物、聚脒类化合物或氮丙环类化合物。
9.权利要求7所述的盘形辊，其中所述无机纤维的含量占所述基础材料总量的5质量％-40质量％。
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