CN101360690A - 增强辊包层材料的方法和包层退火炉辊 - Google Patents

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Abstract

公开了增强纤维辊包层材料的方法、增强的辊包层材料和其中包层包括增强纤维材料的包层退火炉辊。包括纤维板的辊包层材料通过下面方法进行增强:首先使包层与包含增强剂的液体介质进行接触,从而使液体被包层吸收,和其次干燥包层直到包层材料的表面在接触时是干燥的,特征在于,增强剂包含磷的化合物或硼的化合物。根据公开方法增强的辊包层材料具有改善的抗碎玻璃损坏性。增强的辊包层材料可用于包层退火炉辊的包层,用于例如传送以片或带形式的平板玻璃类型的包层。

Description

增强辊包层材料的方法和包层退火炉辊
本发明涉及增强纤维辊包层材料的方法,涉及增强的辊包层并涉及包层退火炉辊,其中包层包括增强纤维材料。
当例如通过浮法或压延方法连续生产平板玻璃时,形成连续玻璃带,并在切割成板前进行退火以除去应力。典型地热玻璃带在辊道上传送通过退火炉,在退火炉中玻璃通过不同温度区域以进行退火并冷却玻璃。在辊道的不同部分使用由不同材料制得的辊。通常在200-700℃温度范围、更通常为200-550℃温度范围的退火炉区域中使用包层退火炉辊。包层退火炉辊包括通常由钢制得的并具有外包层的中轴,其中外包层的材料具有低热导率,外包层足够耐用以承受高温,同时不会对玻璃表面留有痕迹。近年来,碾压板(millboard)已经取代石棉板作为包层材料。碾压板是由陶瓷或矿物纤维、惰性纤维和少量有机粘结剂制得的单片纤维板。典型地,包层退火炉辊包括由多片碾压板圆盘形成的包层,每一圆盘在中心具有冲出的孔,所有圆盘安装在轴上,并保持在横向压缩状态下。可替换地,包层可包括安装在轴上的多个中空圆柱体或单个中空圆柱体。
碾压板的问题是不如石棉耐磨损,因此包括碾压板包层的包层退火炉辊更易受碎玻璃损坏,并且碎玻璃更易嵌入到包层中。在此使用的术语碎玻璃指的是破碎的平板玻璃。当包层辊旋转时可发生碎玻璃损坏,与包层表面接触的碎玻璃在该表面上挖出沟道,从而减少辊的使用寿命。碎玻璃损坏也将碾压板颗粒释放到气氛中,碾压板颗粒可落在玻璃表面,降低其质量。此外,碎玻璃片可容易嵌入到包层中,对玻璃表面留有痕迹,从而降低玻璃质量。替换损坏的辊增加维护成本,并中断玻璃生产过程。因此,需要不易损坏的并因此具有较长使用寿命的包层退火炉辊。
美国专利3,763,533公开了方法,其中矿物纤维例如高岭土棉、玻璃棉、矿棉和矿渣棉使用液体粘结剂例如胶体硅酸或硅酸盐及磷酸盐溶液例如磷酸一铝(monoaluminium phosphate)进行粘结以形成辊包层材料。纤维条带制成毡缠绕辊芯,用粘结剂浸渍并加热直到干燥。已经证实这种辊在宽范围的用途中并不足以接受以替换石棉辊。
美国专利5,378,219描述了以压缩纤维辊覆层形式的辊包层材料,可包括粘结剂例如胶体氧化硅或胶体氧化铝。纤维辊可用粘结剂的悬浊液进行浸渍并干燥。
美国专利4,216,005公开了用于传送加热玻璃的石棉辊,用硫酸钾水溶液进行化学处理。用其对辊进行处理的材料渗透石棉,通过干燥进行结晶,晶体将石棉颗粒粘结在一起以形成粘结体。
日本09048628A公开了传送平板玻璃的辊。辊具有由无机纤维圆盘制得的包层,无机纤维已经在高于50℃并在减压或加压状态下在饱和硫酸钾水溶液中浸渍少于1小时以将硫酸钾渗透到圆盘的外围周边部分。随后圆盘从溶液中取出并进行干燥。
申请人已经发现可通过将包层表面与包括增强剂的液体介质接触并干燥材料以生产具有更坚固表面的辊来生产具有得到延长的使用寿命的包层辊。
根据本发明的第一方面,提供对包括纤维板的辊包层材料进行增强的方法,方法包括步骤(a)首先将包层与包括增强剂的液体介质进行接触,从而使液体被包层吸取,和步骤(b)其次干燥包层直到包层材料的表面在接触时是干燥的,特征在于增强剂包括磷的化合物或硼的化合物。
优选地,由碾压板形成包层。
选择增强剂使得在干燥步骤后包层的表面比未处理包层的表面更为坚固。增强的包层应对高温具有抗变形和抗劣化。优选地,增强剂和包层材料具有相似的热膨胀系数,从而在温度作用下保持增强包层的完整性。对于涉及玻璃平板制备的应用,在150-700℃的温度包层材料应是热和化学稳定的。优选地,增强的包层应不对玻璃留有痕迹,对硫酸钠和浮渣沉淀物具有低的亲和力。
优选的液体介质是水溶液。
在优选的实施方案中,增强剂包含金属磷酸盐或金属硼酸盐,更优选碱金属磷酸盐或硼酸盐。最优选的增强剂包含磷酸钠或硼酸钠。
在第二优选的实施方案中,增强剂包含水溶性磷酸盐玻璃或水溶性硼酸盐玻璃,在这种情况下,可通过在水中溶解粉末状金属磷酸盐玻璃或粉末状金属硼酸盐玻璃制得溶液。
优选的磷酸盐玻璃包含30-80mol%P2O5、20-70mol%R2O、0-30%MO和0-15mol%L2O3,其中R是Na、K或Li,M是Ca或Mg或Zn,L是Al或Fe。优选的水溶性磷酸盐玻璃是R为Na的玻璃,该玻璃包含基本上等摩尔比例的Na2O和P2O5。优选的水溶性磷酸盐玻璃包含多磷酸盐链。优选的硼酸盐玻璃包含30-80mol%B2O3、20-70mol%R′2O、0-30%M′O和0-15mol%L′2O3,其中R′是Na、K或Li,M′是Ca或Mg或Zn,′L是Al或Fe。优选水溶性硼酸盐玻璃是R′为Na的玻璃,该玻璃包含基本上等摩尔比例的Na2O和B2O3
优选地,溶液中的磷酸盐玻璃或硼酸盐玻璃∶水的重量比为1∶0.5-1∶2.5。
溶液作为将增强剂引入包层中的媒介物。干燥包层通过蒸发除去溶剂。当纤维包层在接触时是干燥的时候,增强剂应优选形成在纤维材料表面上基本上连续铺展的基质。
在本方法第一步骤中包层材料和液体介质的接触时间应足以吸收足量溶液以增强包层材料。包层材料的孔隙率也将影响液体吸收到包层材料中的吸收率和吸收程度,这又影响增强剂基质的连续性,从而影响表面强度的改善。在优选的实施方案中,包括增强剂的液体与包层材料间的接触在包层完全由液体浸透前停止。在更优选的实施方案中,仅将包层材料的外表面与液体接触。从而,当包层材料干燥时,在包层体中具有增强剂的浓度梯度。在已经吸附相对少量或没有吸附液体的包层材料区域的物理性能相对不发生变化。典型地,第一步骤的时间少于10小时,优选2-6小时。
该第一步骤可包括一种或多种使包层材料与液体介质接触的下面方法,即将包层表面在液体中浸渍、用液体喷涂包层表面或将液体注射到包层中。优选第一步骤包括将包层表面在溶液中进行浸渍。
优选地,以适于在辊轴上安装形成包层辊的中空圆盘或圆柱体形式预制包层。使外表面与增强剂的溶液接触,而溶液并不与内表面、更优选也不与圆盘或圆柱体的端面接触。优选地,这通过将圆盘或圆柱体安装在轴上并将外表面与溶液接触获得。
仅部分包层需要在任意时刻在溶液中浸渍,只要包层进行旋转使得其它部分与溶液进行接触。旋转速率应足够快以阻止任何不与溶液接触的包层表面部分干燥从而限制其进一步吸收溶液。本方法的第一步骤可在受控的气氛下进行。
在干燥步骤开始时,使包层与溶液脱离接触。可在受控气氛下进行第二步骤,但优选在空气中进行。
第二步骤的时间应至少足够长使得在结束时包层的表面在接触时是干燥的。包层无需完全干燥。第二步骤的时间取决于第一步骤的时间和包层的尺寸。如果包层已经吸收了更多溶液,那么将需要更长时间进行干燥。优选地,第二步骤的时间持续少于100小时,更优选少于70小时。
包层温度和邻近包层表面区域的气氛温度可影响第二步骤过程中的干燥速率。通过升高表面邻近区域的气氛温度高于室温,可提高干燥速率。优选地,在第二步骤过程中,邻近纤维材料表面区域的气氛温度不超过600℃,优选在室温至高于溶液沸点200℃之间。当干燥步骤开始时,任何过量溶液可从包层上滴落。当纤维材料干燥时,包层体中的溶液趋于流到最低点。为了避免这种趋势,可在本方法的第二步骤过程中旋转包层。
当包层的表面在接触时是干燥的时候,增强剂优选形成在纤维材料表面上铺展的基本上连续的基质。
在优选的实施方案中,第二步骤包括两个阶段。在第一阶段中,邻近包层表面区域的气氛温度优选为室温至50℃之间。在该第一阶段中,可通过蒸发除去游离的溶剂,在第二阶段过程中,邻近纤维材料表面区域的气氛温度优选升高到至多高于第一阶段中的温度200℃。有利地在第一阶段结束后尽可能快的开始第二阶段。
可在一种气氛中进行任一阶段以调整纤维材料干燥和随后的增强包层强度改善的方式。优选在空气中进行第一和第二阶段。
当第二步骤包括两个阶段时,两个阶段的持续时间无需相同。优选的第二阶段的持续时间少于60小时,更优选少于40小时。
在优选的实施方案中,在本方法的第一步骤过程中,在轴上支撑包层,限制第一步骤的持续时间使得溶液不完全渗透包层的整个厚度。当干燥时,在包层材料中包层具有相对变化的增强剂浓度梯度,或在更优选的实施方案中,在邻近轴的区域基本上不含有增强剂,在包层外侧增强剂浓度增加。这增强了包层辊的表面,使得邻近轴的包层性能相对不发生变化。因此,当辊引入退火炉中时,包层能更好适应任何轴尺寸增加,这延长了辊的使用寿命。
其中一个表面比其它表面坚固的增强碾压板辊包层材料认为是新的,包括本发明的第二方面。在一个表面已经使用水溶性增强剂增强的优选的实施方案中,在一个表面和相对表面间具有增强剂的浓度梯度。更优选地,在相对表面上的增强剂浓度基本上为0。优选增强剂渗透包层材料厚度的至少10%、更优选至少25%、最优选至少50%。
可在第一阶段后或在干燥步骤的第二阶段后在退火炉中设置增强的包层辊。退火炉中升高的温度将完成干燥过程。
可在第二步骤的第一或第二阶段后检查增强的包层,通过适合的方式例如研磨除去任何表面突出物。
下面将只以实施例的方式并参考附图描述本发明的实施方案,其中:
图1显示在使包层与包含水溶性增强剂的溶液接触前在浴器中设置的碾压板包层退火炉辊(并不按照比例);
图2显示常规碾压板包层退火炉辊的截面图(并不按照比例);
图3显示根据本发明的增强碾压板包层退火炉辊的截面图(并不按照比例);
图4显示用于评价的装置示意图,通过比较评价根据本发明第一方面增强的碾压板包层退火炉辊如何具有改善的抗碎玻璃损坏能力。
对总直径约200mm的标准碾压板包层退火炉辊进行增强。包层是MB800碾压板,厚度约50mm。用于增强碾压板的溶液含有水和水溶性磷酸钠玻璃,以商标CORDIS进行销售。现在已知CORDIS作为粘结剂B溶液。在EP0553231B1中描述了CORDIS溶液。
通过热重量分析(TGA)检测CORDIS溶液样品,其中分别在导数峰温度244℃和391℃处具有两个显著的重量损失,数量分别为5.9%和7.1%。总的剩余物约87%。使用X射线荧光检测剩余物给出半定量分析,示于表1。
表1
  检测的元素
  超过10%   P、Na
  1-10%   无
  0.1-1%   Si、Al、Ca、Fe
  痕量   K
在100℃在空气中加热粘结剂B溶液的样品,检测重量损失。在该温度加热样品直到没有观察到进一步的重量损失。溶液重量减少41.5%。然后将样品进一步加热到300℃,检测重量损失。将样品再次加热足够长的时间使得没有检测到进一步重量损失。这产生进一步15.5%重量损失。这表明初始溶液含有57重量%水和43重量%溶解的固体。因此水和溶解固体的重量比是1∶1.3。通过X射线荧光分析留下的剩余物,具有以重量百分比计的组成:30.5Na2O∶69.5P2O5。以摩尔百分比计,剩余物具有50.1Na2O∶49.9P2O5的组成。
实施例1
使用下面方法增强碾压板包层,并设置在包层退火炉辊上,如图1所示。碾压板包层退火炉辊(10)由包覆有MB800碾压板(30)的中心钢轴(20)构成所述MB800碾压板(30)是沿轴设置的多个圆盘的形式。辊在两端通过支撑台架(40)和(50)进行悬挂。辊轴承(60)和(70)安装在各自的支撑台架上以允许辊通过与辊一端连接的电动机(80)并通过传动链(90)进行旋转。能使用其它方法旋转辊,例如通过直接驱动。包层退火炉辊悬浮在浴器(100)中。浴器和支撑台架安装在调平的框架(110)上。
将CORDIS溶液注入浴器中(100),吸收到碾压板包层中。包层退火炉辊(10)缓慢旋转,同时将CORDIS溶液注入浴器中(100)直到碾压板包层最低表面完全被浸没。溶液上的气氛是空气。使碾压板包层与溶液接触4小时,在此时间中使辊缓慢旋转。在该步骤结束时,通过开口龙头(120)CORDIS溶液从浴器(100)中排出,使得碾压板包层不再与溶液接触,除了与已经吸收的。
当碾压板包层不再与浴器中溶液接触时,开始干燥步骤。使辊继续缓慢旋转约16小时,在室温下进行空气干燥,在此之后辊表面在接触时是干燥的,具有无光泽外观。如果在碾压板包层干燥时辊不进行旋转,溶液将最终下降到碾压板包层的最低部分,碾压板包层的上表面会显示出分离的迹象。
包层退火炉辊没有耽搁地转移到矩形构造的窑炉中,窑炉具有干砌(dry-built)耐火砖墙和底以及绝热板形成的炉顶。通过燃烧丙烷的标准空间加热器,窑炉从一端进行燃烧。包层退火炉辊水平支撑在窑炉中,接通空间加热器使得在2小时内窑炉气氛温度达到120℃。在该阶段辊芯温度约60℃。然后窑炉气氛温度快速增加到170℃,辊芯温度达到约135℃。窑炉气氛维持在该温度约4小时,在该过程中辊偶尔旋转180°以确保均匀加热。能使用电动机(80)或其它方式使得辊在窑炉中连续旋转。接下来,调小空间加热器使得窑炉气氛温度下降到约130℃,辊芯温度降到约75℃。辊在该温度保持约12小时,在此之后关闭空间加热器,除去窑顶,使辊冷却到室温。当辊冷却到室温时,通过使用砂纸进行轻微摩擦,除去任何表面结块。增强的碾压板包层具有光滑表面,在接触时是干燥的。在50mm厚的碾压板包层中,增强剂渗透约25mm。
在图2中显示常规包层退火炉辊(130),其包括中心钢轴(140)和由多个碾压板圆盘形成的外MB800碾压板包层(150)。在图3中显示增强的碾压板退火炉辊(160)。在这个实施例中,增强剂渗透约一半碾压板包层厚度以产生增强的碾压板部分(170)。靠近轴(140)的碾压板不含有增强剂。在未处理的碾压板(180)和增强的碾压板(170)间没有突变的边界。在碾压板包层中具有增强剂的浓度梯度,从在辊表面附近的最大值延伸到钢轴(140)附近处没有增强剂。干燥的CORDIS溶液的坚固涂层(190)粘附在碾压板表面上,厚度平均小于1mm。
根据上述方法生产了增强的碾压板包层退火炉辊,用于替换不同的浮法玻璃生产线退火炉辊床中的标准MB800碾压板包层退火炉辊。
实施例2
在温度约300℃的浮法线退火炉辊床中使用直径200mm的增强的碾压板包层退火炉辊,在使用7年后,这种辊仍处于好的状态,显示出具有远优于标准MB800碾压板包层退火炉辊的抗磨损性。
实施例3
在不同于实施例1的浮法线的退火炉辊床中使用直径203mm的增强的碾压板包层退火炉辊。在温度约400℃的C区域使用这种增强的辊。在使用10年后,辊仍处于好的状态。这种辊比在相似位置使用的几个标准MB800包层退火炉辊更为长久。用于该区域的包层退火炉辊特别易受碎玻璃损坏,典型地在3年后显示出严重的磨损。
实施例4
在与实施例2相同的浮法线的退火炉辊床中使用增强的碾压板退火炉辊。在温度约300℃的C区域使用这种增强的辊。在使用1年后,在相似位置处同时安装的标准MB800包层退火炉显示出明显的碎玻璃损坏,而具有增强的碾压板包层的辊没有显示出磨损痕迹。
实施例5
在与其它实施例不同的浮法线的退火炉辊床中使用直径330mm的增强的碾压板包层退火炉辊。在温度约300℃的位置处使用增强的辊,在使用10年后,这种辊没有显示出碎玻璃损坏的痕迹。
实施例6
建造如图4所示的设备(198)通过比较评价根据本发明第一方面增强的碾压板包层退火炉辊如何具有改善的抗碎玻璃损坏能力。
在支柱(206)和(208)间安装长约50cm和外径约20cm的常规碾压板包层退火炉辊部分(200)。辊部分(200)具有MB800包层(202)和钢轴(204)。辊部分(200)能够绕轴承(210)和(212)旋转。使用电动机(214)通过与辊轴机械连接的转子(216)旋转辊部分。为了评价抗碎玻璃损坏性,使用包括磨损工具(220)、支撑重量(224)的载重台(222)的磨损工具组件(218)。磨损工具是直径约5mm的玻璃化氧化铝棒,一端形成35°锥顶点。工具的另一端安装在工具机架(221)上,其与载重台(222)连接。
在测试开始时,工具的回转端放置在包层表面上,重量置于载重台上。然后利用电动机辊以恒定的旋转速度进行旋转,以该速度保持旋转固定的时间Trs。在时间Trs后,停止电动机,测量作用在磨损工具上的重力引起的包层中的凹槽深度。
发现了下面适合的试验条件。以一定速度旋转辊使得包层表面上的点每小时移动700m,其等同于每小时辊旋转稍稍超过1100转。使用的重量是2kg,每个试验进行8小时Trs。
使用上述试验条件,对未处理的碾压板包层退火炉辊部分和使用实施例1中描述方法增强的碾压板包层退火炉辊部分进行比较。发现在相同的试验条件下,对于未处理的辊,由磨损工具引起的包层中凹槽的深度是增强包层凹槽深度的5倍。在增强包层上的凹槽深度约1mm。
应理解,增强的包层材料不仅能用于传送平板玻璃的辊上的包层,而且也能用于传送其它热材料例如陶瓷、玻璃容器和金属的辊上的包层。

Claims (37)

1.增强包括纤维板的辊包层材料的方法,方法包括步骤
(a)首先将包层材料与包括增强剂的液体介质进行接触,从而使液体被包层材料吸收,和
(b)其次干燥包层直到包层的表面在接触时是干燥的,
特征在于,所述增强剂包含磷的化合物或硼的化合物。
2.根据权利要求1的增强包层材料的方法,其中所述包层由碾压板形成。
3.根据权利要求1或2的任一项的增强包层材料的方法,其中所述液体介质是水溶液。
4.根据在前任一权利要求的增强包层材料的方法,其中所述增强剂在水中是可溶的。
5.根据在前任一权利要求的增强包层材料的方法,其中所述增强剂包含金属磷酸盐或金属硼酸盐。
6.根据权利要求5的增强包层材料的方法,其中所述金属选自钠、钾和锂。
7.根据在前任一权利要求的增强包层材料的方法,其中所述增强剂包含磷酸钠或硼酸钠。
8.根据权利要求1-5中任一项的增强包层材料的方法,其中所述增强剂包含水溶性磷酸盐玻璃或水溶性硼酸盐玻璃。
9.根据权利要求8的增强包层材料的方法,其中所述水溶性玻璃是包含30-80mol%P2O5、20-70mol%R2O、0-30%MO和0-15mol%L2O3的磷酸盐玻璃,其中R是Na、K或Li,M是Ca或Mg或Zn,L是Al或Fe。
10.根据权利要求9的增强包层材料的方法,其中R是Na,并且玻璃包含基本上等摩尔比例的Na2O和P2O5
11.根据权利要求8的增强包层材料的方法,其中所述水溶性玻璃是包含30-80mol%B2O3、20-70mol%R′2O、0-30%M′O和0-15mol%L′2O3的硼酸盐玻璃,其中R′是Na、K或Li,M′是Ca或Mg或Zn,′L是Al或Fe。
12.根据权利要求11的增强包层材料的方法,其中R′是Na,并且玻璃包含基本上等摩尔比例的Na2O和B2O3
13.根据权利要求8-12中任一项的增强包层材料的方法,其中溶液中玻璃∶水的重量比为1∶0.5-1∶2.5。
14.根据在前任一权利要求的增强包层材料的方法,其中第一步骤的时间少于10小时,优选2-6小时。
15.根据在前任一权利要求的增强包层材料的方法,其中在第一步骤过程中包层材料绕其纵轴旋转使得其整个外周与液体介质接触。
16.根据在前任一权利要求的增强包层材料的方法,其中第二步骤的时间少于100小时,优选少于70小时。
17.根据在前任一权利要求的增强包层材料的方法,其中在第二步骤过程中,邻近包层材料表面的气氛温度不超过600℃。
18.根据权利要求17的增强包层材料的方法,其中在第二步骤过程中,邻近包层材料表面的气氛温度在室温至高于溶液沸点200℃之间。
19.根据在前任一权利要求的增强包层材料的方法,其中在第二步骤过程中,包层材料绕其纵轴旋转。
20.根据在前任一权利要求的增强包层材料的方法,其中第二步骤包括两个阶段。
21.根据权利要求20的增强包层材料的方法,其中在第一阶段过程中,邻近包层材料表面的气氛温度在室温至高于溶液沸点50℃之间。
22.根据权利要求20或21的任一项的增强包层材料的方法,其中在第二阶段过程中,邻近包层材料表面的气氛温度高于第一阶段温度至多200℃。
23.根据权利要求20-22中任一项的增强包层材料的方法,其中第二阶段的时间少于60小时,优选少于40小时。
24.根据在前任一权利要求的增强包层材料的方法,其中在第一步骤和/或第二步骤过程中在轴上设置包层材料。
25.根据在前任一权利要求的增强包层材料的方法,其中包层材料保持在压缩状态下。
26.增强的碾压板辊包层材料,特征在于,包层外表面比内表面坚固。
27.根据权利要求26的材料,其中在外表面和内表面间具有可溶性增强剂的浓度梯度。
28.根据权利要求26或27的任一项的材料,其中所述增强剂包含磷化合物或硼化合物。
29.根据权利要求28的材料,其中所述增强剂包含金属磷酸盐或金属硼酸盐。
30.根据权利要求29的材料,其中所述金属选自锂、钠和钾。
31.根据权利要求30的材料,其中所述增强剂包含磷酸钠或硼酸钠。
32.根据权利要求28的材料,其中所述增强剂包含水溶性磷酸盐玻璃或水溶性硼酸盐玻璃。
33.参考实施例1及附图,基本上如在此描述的,增强碾压板的方法。
34.包括安装在轴上的碾压板包层的包层退火炉辊,其中包层外表面比内表面坚固。
35.根据权利要求34的辊,其中在包层外表面和内表面间具有可溶性增强剂的浓度梯度。
36.根据权利要求34或35的辊,其中在内表面处的增强剂浓度基本上为0。
37.参考实施例2-5及附图,基本上如在前描述的,具有增强包层的包层退火炉辊。
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