CN101349029B

CN101349029B - 用于控制纤维幅材的光学特性的方法和装置

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Publication number: CN101349029B
Application number: CN2008101336300A
Authority: CN
Inventors: 雷约·皮耶蒂凯宁; 托尼·莱赫托; 汉努·K·海基宁; 泰穆·萨里科斯基; 埃罗·基斯基; 米卡·维尔扬马
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2028-07-16
Also published as: AT505643A3; FI120838B; DE102008040176A1; FI20075553A; FI20075553A0; AT505643B1; AT505643A2; CN101349029A

Abstract

本发明涉及一种在纤维幅材机或纤维幅材后处理设备中用于控制光学特性、特别是光泽度特性和形成图案化表面的方法和装置。在所述的方法中，纤维幅材由纤维幅材机或纤维幅材后处理设备的至少一个处理纤维幅材的表面(1；60)进行处理，在所述处理纤维幅材的表面上设置多个刻痕或纹槽(4-6)，并且由所述刻痕或纹槽构成的图案基本上被复制到纤维幅材的待处理的表面上，由此，可以获得期望的光学效果。所述装置包括多个处理部件(2；3；62；70)，借助所述处理部件可在处理纤维幅材的表面(1；60)上形成刻痕/纹槽(4-6)，使得所述刻痕/纹槽(4-6)相对于纤维幅材生产设备和/或后处理设备的加工方向具有期望的取向。

Description

用于控制纤维幅材的光学特性的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种在纤维幅材生产设备和/或纤维幅材后处理设备中用于控制纤维幅材的光学特性、特别是光泽度特性以及形成图案化表面的方法和装置。

本发明适用于控制例如纸/纸板幅材的光泽度特性和其它光学表面特性或各向异性的取向，使得在造纸机和纸板机中应用的压榨机、干燥机和后处理装置的辊表面和带表面能以本发明所述的方式进行打毛(aufgeraut)，并且打毛的处理面在制造和后处理工序中以本发明所述的方式进行处理纤维幅材的表面。

背景技术

纸或纸板的光泽度通常是通过测量沿两个不同的主方向的光泽度来描述的，所述两个不同的主方向通常是加工方向(MD：Maschinen)和横向(CD：Querrichtung)，其分别与最大光泽度和最小光泽度的方向十分接近。此外，光泽度的各向异性是通过计算光泽度值的MD/CD-比值来描述的。造纸机和纸板机沿加工方向(MD)的光泽度通常大于沿横向(CD)的光泽度分量，并且MD/CD-比值通常为大约1至1.2。光泽度方向当然也可以其它方法来描述，例如应用所谓的光泽度几何学通过测量沿多于两个方向的光泽度强度来描述。

例如，WFC-原纸的MD光泽度大约为50，其CD光泽度大约为45，并且MD/CD-比值为1.11。未涂布复印纸(WFU)的相应值可以例如是5.2和4.5，MD/CD-比值是1.16。

沿加工方向的光泽度最大值的取向取决于沿加工方向纤维主要部分的定向情况，以及纤维沿纵向反射的多少。另外，辊接触的情况以及例如涂布工序的成型效果可沿加工方向对纸幅材产生最强的影响。

辊或其它处理纤维幅材的表面的粗糙度可以公知方式通过机械加工，例如磨削或涂布(如喷涂，借助喷涂辊表面可获得多孔陶瓷结构)，或许可以通过涂布后执行的磨削进行控制。通过材料、喷涂工序以及磨削参数的合理选择，加工表面可以获得不同的粗糙度。现今，可这样磨削辊和带，即磨石的磨削路径(Schleifbewegung)设置成沿着辊/带的运转方向。磨削痕迹的最终结果是，磨削图案基本沿机器的运转方向延伸分布，或磨削痕迹沿与纸纤维同样的方向延伸分布(该纸纤维以加工方向来定向)。

用于控制纤维幅材的光泽度或其它光学特性、以及粗糙度各向异性的显微刻度盘(Mikroskala)的应用范围是，例如受控形成无光泽表面图案和获得不同的光学效果，所述无光泽表面图案和光学效果例如可以用于产品识别和确保产品坚牢度(Echtheit)。另外，表面特性的取向可以用于改善包装材料和特殊印刷纸的外观以及适用性。例如，表面的无光泽效果可以沿观察产品的方向进行最大化。特别地，可沿着使肉眼感觉舒适的方向选择表面光泽度，沿此方向可阅读印刷在表面上的文字或图像。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方案，借助该方案可对纤维幅材的光泽度特性以相对简单的方式进行控制。

为了实现所述目的，根据本发明的方法的特征在于，在所述方法中对纤维幅材机或后处理设备的、与纤维幅材接触的至少一个处理纤维幅材的表面进行处理，使得在处理纤维幅材的表面上形成多个刻痕、纹槽或类似的较小尺寸的轮廓变化，所述的刻痕、纹槽或类似的较小尺寸的轮廓变化相对于加工方向具有确定的取向，其中，在处理纤维幅材的表面上形成的图案能基本上复制到纤维幅材的待处理的表面上，由此获得期望的光学效果。另外，本发明的装置的特征在于，所述装置包括处理工具，借助所述处理工具可在处理纤维幅材的表面上形成多个刻痕、纹槽，使得所述刻痕、纹槽相对于纤维幅材机和/或后处理设备的加工方向具有期望的取向。

通过试验已经确定，通过对具有由一定取向的纹槽形成的粗糙表面的纸进行砑光，使纸光泽度的最大方向可以发生变化。在纸上可复制出纹槽图案，所述纹槽图案相比于纹槽的横向沿纹槽的纵向可反射更多光线。通过合理选择相对于纤维方向(加工方向)的合适纹槽方向，可以对在原纸中具有的光泽度各向异性或取向进行控制。

例如，对于具有MD 49和CD 45.9(加工方向的比值为1.07)光泽度值的WFC-原纸，借助具有轻微刻槽(Ra 0.1)的表面通过砑光可以获得如下光泽度值(见图6)：

-在刻槽沿相对于纤维方向的纵向(MD-方向)延伸的条件下进行砑光，可得：

MD-光泽度62.5，CD-光泽度59.5，并且

MD/CD-比值＝1.05；

-在刻槽沿相对于纤维方向的横向(CD-方向)延伸的条件下进行砑光，可得：

MD-光泽度60.5，CD-光泽度62.4，并且

MD/CD-比值＝0.97。

借助具有较深刻槽(Ra 0.4)表面对同样的纸进行砑光可以获得如下光泽度值(见图6)：

MD-光泽度55.5，CD-光泽度43.7，并且

MD/CD-比值＝1.27；

MD-光泽度44.1，CD-光泽度54.9，并且

MD/CD-比值＝0.8。

如前所述可以获悉，纹槽深度和方向选择实质上会影响到在纸中形成的光泽度的强度和取向。强光泽度的主方向(MD)可以减弱，并且较弱的光泽度方向(CD)可以增强，直到光泽度的主方向(最强光泽度的方向)转向。

通过辊表面图案主方向的变化可对需要复制到纸上的光泽度方向施加影响。通过图案深度(粗糙度)的调整可使复制效果变强或变弱。

通过特深纹槽可以获得无光泽类型的表面，甚至使得在原纸中具有的光泽度在砑光过程中完全不会增强，而只会减弱。这借助目前已知的陶瓷无光泽涂布很难实现，借助这种涂布，光泽度将按照本发明所述极小地增强(可是没有光滑辊增强的那么多)。

对于较弱光泽度(无光泽表面)而言，光泽度变化显著变弱可以作为附加的优点。光泽度通过絮凝物的影响而发生变化，对光滑辊来说絮凝物自身会变得光滑，因为对其施加的压力较强。对于设置有图案的辊来说，絮凝物自身不会变得光滑，而是光泽度变小，因为辊的图案会优于前者而复制到絮凝物表面。

为了控制光泽度取向，并不需要所有的刻痕沿同样方向取向。辊、筒体、金属带或其它用于处理纤维幅材的表面可以这样形成图案，即，使得期望数量的刻痕/纹槽可沿着不同方向延伸分布。例如，如果要使CD-方向上的光滑度轻微加强，那么可在辊表面或带表面设置例如沿CD-方向为60-80％，沿加工方向为20-40％的刻痕。刻痕或纹槽可以借助合适的工具，如转动的磨削装置、刷制装置(Bürstvorrichtung)或滚花装置或诸如此类的装置来形成，沿一个或多个方向分布的刻痕或纹槽可例如这样形成，即，在使用刷制装置时，刷制装置的一部分刷子沿CD-方向进行刷制并且一部分刷子沿MD-方向进行刷制。可适当地调节或选择加工工具的加工方向和加工辊的数量来控制表面纹槽的取向。

加工工具的粗糙度、加工粒度、颗粒类型或刷子类型以及加工压力选择为，使得能够形成具有足够锋利边缘的深纹槽(磨削刻痕)并使其以足够的密度进行分布。优选的，两个磨削刻痕之间的平均间距和磨削刻痕的宽度最高与纤维厚度尺寸的数量级相当或在其下。

随后介绍几个实施例：

对于未涂布种类来说，原纸(WFU)的光泽度相对较强。如果要形成光泽度较弱并且光泽度近似均匀的表面，那么处理面应优选通过磨削或刷制而成，使得在表面形成的加工痕迹或刻痕沿基本上不同于纤维方向(MD)的方向延伸分布。此外，各向异性的原纸可以形成近似各向同性的无光泽表面，相比于原纸其MD/CD-比值更接近1。此外，处理纤维幅材的表面的多个刻痕或者沿与纤维方向不同的同一个方向取向，或者基本上沿与纤维方向不同的多个方向进行加工。

对于未涂布种类来说，如要获得与目标相应取向的光泽度效果，刻痕当然要尽量相应于期望的光泽度方向沿相同的方向进行取向。

在前面所述的情况中，对于未涂布弱光泽种类来说，优选的是，上述方式中的磨削方向应选择与纤维方向不同的方向，由此，将相对于纤维处于横向定向的图案(纹槽和锐棱)完全地复制到纤维壁上。此外，压印和成型的纤维壁的外表面的高度水平还以微小尺寸变化，相比于纹槽沿纤维的纵轴方向延伸分布的情况，其光线散射更为有效。

对于诸如其它种类的涂布种类(WFC，LWC，MWC-无光泽种类)来说，其中原纸光泽度近似各向同性并且期望获得均匀弱光泽度的最终结果，优选地，对磨削面沿离散(sporadisch)方向进行砑光。此外，光泽度的均匀取向保持不变，并且最终结果应是均匀的。处理纤维幅材的表面的加工在此情况下可以沿离散方向以同向运动或借助在该表面中呈弧形的(转动)磨石来完成，由此可以获得离散取向的磨痕。

对于涂布种类来说，如要获得和目标相应的取向的光泽度效果，刻痕当然要尽量相应于期望的光泽度方向沿相同的方向进行取向。

如期望获得高光泽度的产品，并且允许高光泽度各向异性，那么处理纤维幅材的表面的加工应以下述优选的方式来实施。所述表面应该加工成，使得加工刻痕近似沿纤维方向延伸分布。加工和精加工的粗糙度应选择为，使得待加工的表面上不会形成在纤维厚度尺寸内的尖锐的图案或纹槽。特别地，最终加工和研磨(Polieren)要借助细布来完成。此外，加工面的形状本质上为圆形并且纹槽/刻痕可基本上沿纤维方向分布。另外，复制表面在纤维尺寸内基本上是光滑的，纤维的外表面应光滑地进行复制并能在其接触区域中形成高光泽度″镜面状″的表面。或者也可以这样处理，即该表面通过磨削和研磨进行最终处理，例如可通过旋转运动处理得光滑，以致可能无法辨认明显的磨削方向，并且光泽度很高(例如高于150PicoGloss)。

用于处理纤维幅材的表面的加工装置，如磨削装置、刷制装置或滚压装置可以设置在生产设备上，其中，这种加工可在无须将处理纤维幅材的表面从生产设备上分离就可完成。所述装置也可以是独立的装置，其中，例如辊或金属带之类的处理纤维幅材的表面可与生产设备分离开来，并可将其设置到独立的加工装置上，使得可以期望的方式对处理纤维幅材的表面进行加工。在处理纤维幅材的表面上需要形成的刻痕/纹槽可以是直线形、弧形和/或圆形的。

附图说明

以下借助附图对本发明进行详细说明，其中：

图1至图4示意性示出了几个适合实施本发明所述方法的磨削方案、刷制方案、和滚压方案的原理图；

图5示出了在试验室中得到的未涂布WFU纸的砑光结果；

图6示出了在试验室中得到的涂布WFC纸的砑光结果；

图7示出了纤维幅材光泽度取向的不同特征情况。

具体实施方式

图1示出了一种原理性方案，其中辊1的表面或者借助磨削、刷制或者借助滚花轮式的加工工具2来成型。加工工具可以例如是碳化物磨石或钢刷滚。加工工具也可以是滚花轮，其中，待加工面通过具有浮凸图案的机械性能较硬的轮进行压制。重要的是，上述所有方法都可在待加工面上形成刻痕或纹槽4状的加工痕迹。

图2示出了一种原理图，在其中例如刷制装置3的加工装置的加工方向可进行转动，使得纹槽4的取向与加工方向不同。待加工表面可以在多个阶段中被加工，以使得刷制装置在其间可转向不同的角度，由此可形成沿多个方向延伸分布的纹槽5。

图3示意性示出了适合实施本发明所述方法的磨削装置的原理图。该实施例示出了金属带60的带磨削装置62，该带磨削装置绕着引导轮64，65运转。金属带绕引导辊61运转。磨削装置62在与纸平面垂直的平面内可以倾斜调节，使得期望的沿不同于加工方向的方向延伸分布的磨削图案能形成在金属带的表面。倾斜调节可以例如通过布置位于可倾斜调节的支撑结构上的控制轮64、65来实现。带磨削装置在侧向可调节地对金属带进行片段式磨削。磨削装置也可设置在生产设备内，其中，金属带在磨削期间不需从生产设备上分离。图4示意性示出了第二个适合实施本发明所述方法的磨削装置70的原理图。该磨削装置的磨削带72绕着引导轮71运转，并包裹着待磨削的带60的引导辊61的一部分。带72的应力在研磨或最终磨削过程中产生磨削压力。

对于所有所述的加工类型，表面图案的密度或强度可以通过在同一位置上对表面进行多次加工来调节。

图5中示出的是在实验室的试验中借助未涂布WFU纸所获得的结果。在柱状图左侧的柱对示出了未砑光原纸沿两个不同方向MD和CD的光泽度。沿MD方向的光泽度是5.2，沿CD方向的光泽度约为4.6，说得确切一些，MD/CD-比值是1.13。相邻的柱对示出了对陶瓷无光泽表面砑光后的结果，其具有现有技术的无光泽砑光(Mattkalandrieren)的水平。另外，下一个柱对示出了抛光钢表面相应的砑光结果。其它柱对示出了粗糙度为Ra＝0.1、0.2、0.3、0.4和0.5的磨光钢表面的同向刻痕的砑光结果，使得或者是沿加工方向MD的刻痕或者是沿横向CD的刻痕实施砑光。如图所示，无光泽表面的水平可以通过具有刻痕的粗糙表面(Ra＝0.4和0.5)的光泽度水平来获得。另外，沿刻痕方向的光泽度分量较强，而不同于刻痕方向的方向上的光泽度分量较弱。刻痕越深(有刻痕表面越粗糙)，效果就越明显。通过选择刻痕的方向还可对MD/CD-比值施加特别强的影响。

图6相应示出了涂布WFC纸的结果。其与由刻痕产生的效果是相似的，然而此处光泽度水平明显较高，特别是对于具有极少刻痕表面(Ra＝0.1-0.2)而言更是如此。另外，通过选择刻痕方向可使光泽度主方向的分量变强或变弱，甚至其可以往最大分量的方向变化。以深刻痕(Ra＝0.3-0.5)可以获得特强的各向异性。

图7中的(a)示意性示出了在强各向异性情况下的光泽度方向分布(定向)，其中，沿加工方向MD和沿横向CD的主方向是相同的。图7中的(b)示出了各向同性的光泽度分布。图7中的(c)示出的是一种分布，其是各向异性的并且从其原始的主方向发生了偏转。借助本发明所述的设置，光泽度分布可通过刻痕方向和合适强度的选择在状态(a)、(b)和(c)之间进行变化。

形成无光泽表面的处理纤维幅材的表面可因为纤维幅材的摩擦变得更加光滑，因此，处理纤维幅材的表面的加工必须经常更新。为了阻止此现象的发生，在处理纤维幅材的表面加工前或加工后要进行表面硬化，由此可以明显减缓磨损。

Claims

1.一种在纤维幅材的制造过程中或在纤维幅材的后处理过程中纤维幅材表面的成型方法，其特征在于，所述纤维幅材由纤维幅材机或纤维幅材后处理设备的至少一个处理纤维幅材的表面(1；60)进行处理，在所述处理纤维幅材的表面上设置多条粗糙度为Ra＝0.1、0.2、0.3、0.4和0.5的刻痕或纹槽(4-6)，并且由所述刻痕或纹槽构成的图案基本上被复制到纤维幅材的待处理的表面上，由此获得期望的光学效果。

2.按照权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述处理纤维幅材的表面(1；60)的刻痕或纹槽(5)基本上沿一个方向延伸分布。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理纤维幅材的表面(1；60)的刻痕或纹槽(5)基本上以期望的比值沿两个或更多个方向延伸分布。

4.按照权利要求1至3之一所述的成型方法，其特征在于，通过选择所述处理纤维幅材的表面(1)的刻痕或纹槽(5，6)的取向对在纤维幅材表面上形成的最大光泽度的取向施加影响。

5.按照权利要求1至3之一所述的成型方法，其特征在于，通过调节所述处理纤维幅材的表面(1；60)的刻痕或纹槽(5，6)的深度对在纤维幅材表面上形成的光泽度的量施加影响。

6.一种纤维幅材机或后处理设备的处理纤维幅材的表面的加工方法，其特征在于，在所述方法中，对所述纤维幅材机和/或后处理设备的、与纤维幅材接触的至少一个处理纤维幅材的表面(1；60)进行处理，使得在所述处理纤维幅材的表面上形成多个粗糙度为Ra＝0.1、0.2、0.3、0.4和0.5的刻痕/纹槽(4-6)，所述刻痕/纹槽(4-6)相对于加工方向具有确定的取向，其中在所述处理纤维幅材的表面(1；60)上形成的图案基本上被复制到纤维幅材的待处理的表面上，由此获得期望的光学效果。

7.按照权利要求6所述的加工方法，其特征在于，所述刻痕/纹槽(5，6)通过磨削方法形成。

8.按照权利要求7所述的加工方法，其特征在于，借助带磨削装置(62；70)进行磨削，其中，磨削路径的取向能参照所述处理纤维幅材的表面(60)进行调节。

9.按照权利要求6所述的加工方法，其特征在于，所述刻痕/纹槽(5，6)通过刷制方法形成。

10.按照权利要求6所述的加工方法，其特征在于，所述刻痕/纹槽(4)以非去料的方式借助能产生期望图案的工具通过压制所述处理纤维幅材的表面机械地制造。

11.按照权利要求6至9之一所述的加工方法，其特征在于，所述刻痕/纹槽(4-6)沿基本上不同于所述加工方向的方向延伸分布。

12.按照权利要求6至10之一所述的加工方法，其特征在于，所述处理纤维幅材的表面(1；60)的处理是在所述处理纤维幅材的表面安装在生产设备和/或后处理设备中的状态下完成的。

13.按照权利要求11所述的加工方法，其特征在于，所述处理纤维幅材的表面(1；60)的处理是在所述处理纤维幅材的表面安装在生产设备和/或后处理设备中的状态下完成的。

14.按照权利要求6至10之一所述的加工方法，其特征在于，所述处理纤维幅材的表面(1；60)的处理是在独立的装置中完成的，其中所述处理纤维幅材的表面与纤维幅材生产设备和/或后处理设备是分离的。

15.按照权利要求11所述的加工方法，其特征在于，所述处理纤维幅材的表面(1；60)的处理是在独立的装置中完成的，其中所述处理纤维幅材的表面与纤维幅材生产设备和/或后处理设备是分离的。

16.按照权利要求6至10之一所述的加工方法，其特征在于，所述处理纤维幅材的表面在其处理前或处理后要进行表面硬化处理。

17.按照权利要求11所述的加工方法，其特征在于，所述处理纤维幅材的表面在其处理前或处理后要进行表面硬化处理。

18.按照权利要求12所述的加工方法，其特征在于，所述处理纤维幅材的表面在其处理前或处理后要进行表面硬化处理。

19.按照权利要求14所述的加工方法，其特征在于，所述处理纤维幅材的表面在其处理前或处理后要进行表面硬化处理。

20.一种用于在处理纤维幅材的表面上形成期望的表面图案的装置，其中所述处理纤维幅材的表面能应用于纤维幅材生产设备和/或后处理设备中，其特征在于，所述装置包括多个处理部件(2；3；62；70)，借助所述处理部件能在所述处理纤维幅材的表面(1；60)上形成多个粗糙度为Ra＝0.1、0.2、0.3、0.4和0.5的刻痕/纹槽(4-6)，使得所述刻痕/纹槽(4-6)相对于所述纤维幅材生产设备和/或后处理设备的加工方向具有期望的取向。

21.按照权利要求20所述的装置，其特征在于，使用磨削装置(62；70)作为处理工具，形成沿一个确定方向或沿多个确定方向延伸分布的刻痕/纹槽。

22.按照权利要求20所述的装置，其特征在于，使用刷制装置(3)作为处理工具，形成沿一个确定方向或沿多个确定方向延伸分布的刻痕/纹槽(5，6)。

23.按照权利要求20所述的装置，其特征在于，使用滚花装置(2)作为处理工具，形成沿一个确定方向或沿多个确定方向延伸分布的刻痕/纹槽(4)。

24.按照权利要求20至23之一所述的装置，其特征在于，所述装置设置在所述纤维幅材生产设备和/或后处理设备上，所述装置无需为了处理所述处理纤维幅材的表面(1；60)而从所述纤维幅材生产设备和/或后处理设备上拆卸下来。

25.按照权利要求20至24之一所述的装置，其特征在于，所述装置是一个独立的装置，其中在所述装置从所述纤维幅材生产设备和/或后处理设备中拆卸下来的状态下对所述处理纤维幅材的表面(1；60)进行处理。