CN101489773B

CN101489773B - 起绉刮刀

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Publication number: CN101489773B
Application number: CN2007800259851A
Authority: CN
Inventors: 亚历山大·克劳登
Original assignee: BTG Eclepens SA
Current assignee: BTG Eclepens SA
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: CN101489773A; MX2009000296A; JP4981903B2; IL196052A; CA2656744A1; WO2008006591A1; ES2359445T3; AU2007271882B2; EP1878565A1; EP2043855A1; AU2007271882C1; AU2007271882B8; US8206556B2; WO2008006591A8; ATE495885T1; EP2043855B1; CA2656744C; DE602007012104D1; JP2009542481A; ZA200900786B

Abstract

一种用于从干燥器表面使纸幅起绉的刮刀，所述刮刀具有：在刮刀的使用期间面对干燥器表面的滑动面；在起绉期间纸幅撞击于其上的幅撞击面；以及形成于所述滑动面和所述幅撞击面之间的工作顶点；其中所述工作顶点位于相距所述刮刀的中性纤维不超过刮刀总厚度的30％的位置。优选地，本发明的起绉刮刀的工作顶点位于或靠近所述刮刀的中性纤维的位置。本发明还公开了一种用于制造所述刮刀的方法。

Description

起绉刮刀

技术领域

本发明涉及一种起绉刮刀(creping blade)，该刮刀具有对边缘缺口提高的抗力和对于与边缘缺口相关的问题的提高的性能。本发明还涉及一种用于制造这种刮刀的方法。

背景技术

起绉刮刀通常用于纸业以生产纸巾(tissue)。为了生成以起皱纸巾为特征的典型松厚度(bulk)，起绉刮刀通常用于使纸幅(paper web)从刚性的热干燥器滚筒(经常被称为杨克干燥器(Yankee dryer))上分离，而且同时施加压效应到纸幅上。

关于这点，希望起绉刮刀有多种性质。起绉刮刀应能克服使纸幅粘贴到干燥器表面的附着力。同时，刮刀应生成所需的皱纹结构，以便给纸巾提供正确的松厚度、柔软度和机械强度。为此目的，刮刀尖端的几何形状起重要作用。例如，在任意给定起绉情况中的直角边缘刮刀(即90度斜角)与具有锐角边缘(如75度斜角)的刮刀相比，在其它条件相似的情况下，将生成不同的纸巾。在该实例中，直角边缘刮刀与75度角刮刀相比，将提供更高的松厚度和更粗糙的皱纹结构。

此外，且更重要地，刮刀在尽可能长的时间段内应能保持纸巾参数尽可能恒定，以便生成质量基本上恒定的纸巾。因此，对刮刀尖端的磨损以及其它破坏是确定最终的纸巾产品的质量以及刮刀的使用寿命的重要因素。

起绉刮刀由于多种原因受到磨损。例如，将有抵抗干燥器的滑动磨损，而且在起绉期间由于纸幅的碰撞在刮刀上将有撞击磨损。已经发现起绉刮刀的逐渐的磨损与纸巾性质的不想要的演变(如松厚度或柔软度的改变)直接有关。实际上，只有使用新安装的刮刀才能获得最佳性质。

为了适应起绉刮刀的磨损，纸巾制造商一般会指定被认为是可接受的性质的范围。然而，在纸巾工业中将被高度赞赏的是，在更换刮刀后的初始期间内所获得的质量能维持很长一段时间。

起绉刮刀中存在的一种损坏是刮刀的工作边缘处的缺口。所谓缺口就是指在起绉期间在刮刀边缘处有刮刀材料的小碎片被撕掉。缺口对具有硬覆盖层边缘(如用陶瓷、碳化物、金属陶瓷或其它硬抗磨材料所覆盖的边缘)的刮刀来说，是典型的限制因素。如果它们相对较小，则刮刀边缘处的这种缺口造成往往被称为线痕(lines)或“条痕(tramlines)”的缺陷。对于较大的缺口，或对于纸巾的较低的克重(grammage)，这种缺口可能引起纸巾中的幅破碎和孔洞，结果就是造成生产力相当大的损失。

为了降低刮刀边缘处的这种缺口，以前已经公开了具有热喷涂顶层的刮刀，其中所述顶层形成工作边缘、滑动磨损区域和幅撞击区域(web impactarea)，并包括氧化铬(chromia)和二氧化钛两者(见WO2005/023533)。

然而，仍在寻找一种对以上提到的缺口问题更通用的解决方案。具体讲，如果能为缺口问题提供一种不用特别依赖于特定材料选择的解决方案的话，则将非常有利。

发明内容

本发明基于对起绉刮刀中边缘缺口的基本原因的理解。本发明的基本观念是，如果起绉刮刀的边缘，更具体地说工作顶点，基本上保持没有可能引发缺口的裂纹缺陷或任意类型的小缺陷的话，则在起绉期间刮刀尖端将更好地抵抗应力、滑动磨损和机械撞击。

起绉刮刀的“工作顶点(working apex)”是指形成于刮刀的滑动面和幅撞击面之间的交界或区域。

高性能起绉刮刀的常规设计的一般特征是刮刀尖端处的高达10度的预制斜部(prebevel)，以及抗磨材料被施加至刮刀的顶面(幅撞击区域)和/或预先斜切好的表面。当刮刀被装靠在干燥器上时，刮刀将经受应力，该应力进而可能引起抗磨刮刀覆盖层中的微裂纹或其它裂纹缺陷。在起绉期间，这种裂纹可能导致或促进如上所述的缺口及相关问题。在刮刀的制造、处理、包装和分销期间，由于实际原因刮刀带经常被盘绕，抗磨覆盖层中也可能发生类似微裂纹。

因此，本发明提供具有滑动面和幅撞击面的起绉刮刀，该起绉刮刀设计成使刮刀的工作顶点位于或靠近刮刀的中性纤维(或平面)。

本领域的普通技术人员一般都知道，梁式构件(如刮刀)的“中性纤维(neutral fiber)”是指一线或平面，在该处该构件在偏转载荷下处于无应变或无应力的状态。对于被偏转的梁，位于中性纤维的一侧上的材料将经受压应力，而位于中性纤维的另一侧上的材料将经受拉应力(参见图5)。然而，材料沿中性纤维将显著地受到更小的应力，理想情况是材料沿中性纤维将不受应力。因此，材料中的因机械应力的裂纹现象沿中性纤维或靠近中性纤维显著地降低。

已经发现，使刮刀的工作顶点位于或靠近中性纤维的位置，在工作顶点位于相距刮刀的中性纤维不超过刮刀总厚度的30％的位置时优势效果显著。优选地，工作顶点位于相距中性纤维不超过刮刀总厚度的20％的位置、更优选地位于相距中性纤维不超过刮刀总厚度的10％的位置。在最佳情况中，从降低裂纹的观点来说，刮刀的工作顶点基本上位于刮刀的中性纤维处。关于这点，应该理解的是，刮刀的工作顶点相对于中性纤维的位置确定为从工作顶点到中性纤维的几何平面的最短几何距离，即按平行于刮刀厚度测量(参见图4)。

应该了解的是，事实上能使用任意预制斜部角度来设置工作顶点至或靠近刮刀的中性纤维。然而，为了使中性纤维被充分明确地定义，而且为了促进抗磨覆盖层在刮刀边缘处的沉积，优选的是具有大于现有的预制斜部角度，以便刮刀的预先斜切好的部分中的任意偏转可以被忽视。为此，优选的是相对于刮刀基材的表面110具有大于约25度或者甚至大于约30度的预制斜部。

在本发明的实施例中，还优选的是，使抗磨材料设置在刮刀尖端，提高刮刀的幅撞击区域中的撞击抗磨性和抵抗干燥器的滑动抗磨性两者。上述比较大的预制斜部还促进抗磨材料在刮刀尖端处的沉积、以及抗磨材料的任意后期研磨或类似工艺，用于在或靠近刮刀的中性纤维处形成工作顶点。

根据本发明的起绉刮刀就抗磨性尤其是撞击抗磨性而言，已经证明具有非常吸引人的性质。通过使用本发明的起绉刮刀所获得的另一好处是起皱的产品的优异的纸巾质量一致性。工作顶点越靠近中性纤维，与现有刮刀相比的改善就越显著。

本文公开的发明构思可以用于任意类型的刮刀，尤其是高性能起绉刮刀。高性能起绉刮刀一般包括通过热喷涂(如APS等离子喷涂或HVOF火焰喷镀)、或者通过PVD(物理汽相淀积)或CVD(化学汽相淀积)施加到刮刀尖端的抗磨材料。抗磨材料可能包括金属氧化物、陶瓷材料、硅酸盐、碳化物、硼化物、氮化物及其混合物，例如氧化铝、氧化铬、氧化锆、碳化钨、碳化铬、碳化锆、碳化钽、碳化钛及其混合物。抗磨材料也可能是金属陶瓷。

附图说明

下面参考附图进行详细描述，附图中：

图1示意性地示出用于从杨克干燥器使纸巾起皱的现有起绉刮刀；

图2示意性地示出本发明的起绉刮刀是如何被装靠在杨克干燥器上的；

图3示意性地示出根据本发明的起绉刮刀的工作顶点和尖端；

图4表示刮刀的工作顶点相对于中性纤维的位置；

图5是解释刮刀的中性纤维在弯曲期间是如何形成的示意图；

图6-9是表示用于本发明的刮刀的比较研究的SEM图像；

图10和11是分别表示使用现有技术的刮刀和本发明的刮刀而起皱的纸巾的图像。

具体实施方式

图1示出了现有起绉刮刀的应用，其中起绉刮刀10被压靠在杨克干燥器12上，以便使来自纸巾生产中的纸幅14起皱。如图所示，刮刀可以在刮刀尖端具有抗磨材料16。对图1所示的刮刀，抗磨材料16形成刮刀10的滑动面和幅撞击面两者。从图中可以明显看出，刮刀10的工作顶点(即形成于滑动面和幅撞击面之间的区域或边缘)设置为远离刮刀的中性纤维。因此，该工作顶点在制造、处理、包装和运输期间可能经受压力，然后刮刀被装靠在干燥器上，导致抗磨覆盖层16中的裂纹缺陷。当刮刀尖端被装靠在干燥器12上时，刮刀尖端的已经存在的任意初始缺陷(如裂纹和微缺口，即使非常小的这种裂纹或缺口)将构成薄弱点，在起绉期间磨损和/或缺陷增生可能轻松地在该薄弱点处集结或发起。这种现象导致一种情况：刮刀尖端(滑动面、幅撞击面和工作顶点)的完整性不能保持较长时间，导致需要过早更换刮刀。

图2示意性地示出类似于图1的情况，只不过是对于根据本发明的起绉刮刀100。图3更详细地示出本发明的刮刀。起绉刮刀设置有在起绉期间面对干燥器12的滑动面30、工作顶点32和幅撞击面36。图3还示出刮刀的中性纤维34。如上所述，中性纤维是刮刀的材料在偏转载荷下大致无应力的那个线或平面。

与现有起绉刮刀相反，本发明的刮刀100优选地具有预先斜切好的角度(以

表示)，该角度相对于刮刀面110大约为25-30度或更大。在刮刀的预先斜切好的表面上设置有抗磨材料38，该抗磨材料38设计成使刮刀的工作顶点32位于或靠近中性纤维34。图3还示出，抗磨材料38可能形成刮刀100的幅撞击面36和滑动面30两者。

总的来说，如图4所示，刮刀的工作顶点可以位于相距中性纤维达刮刀总厚度的30％的位置。图4中，点画线表示刮刀的中性纤维34，而虚线表示距离中性纤维为刮刀总厚度的±10％、±20％和±30％。如上所述，本发明的刮刀的工作顶点32可以位于相距中性纤维34达刮刀总厚度的30％的位置，但是优选地应尽可能靠近中性纤维。

图5示意性地示出在弯曲载荷下刮刀中拉和压应力是如何被引起的。刮刀表示为处于典型弯曲载荷下，刮刀在制造、处理、包装和分销期间被盘绕时发生该弯曲载荷。图5是沿刮刀的长度所取的视图，从刮刀尖端看。如所示，弯曲时刮刀的一侧将经受拉应力，而刮刀的相对侧将经受压应力。刮刀尖端的抗磨沉积物中的微裂纹可能正是在这种拉和/或压应力下发生，随后在起绉期间导致刮刀的过早失效。

在用于制造本发明的起绉刮刀的一种方法中，首先在基础基材的纵向边缘上设置预制斜部。然后施加抗磨材料到所述预制斜部上。然后，施加到预制斜部上的抗磨材料被定形，以便它形成用于接触干燥器表面的滑动面和起绉期间被纸幅撞击的幅撞击面，工作顶点形成于滑动面和幅撞击面之间。抗磨材料的形状被定形为这样：工作顶点位于相距刮刀的中性纤维不超过刮刀总厚度的30％的位置。优选地，工作顶点位于相距刮刀的中性纤维不超过刮刀总厚度的20％、更优选地不超过10％的位置。

优选地，预制斜部形成为相对于刮刀表面具有至少为25度的角度。

抗磨材料适宜地为陶瓷材料、金属陶瓷材料或碳化物材料。例如，抗磨材料可以选自于金属氧化物、陶瓷材料、硅酸盐、碳化物、硼化物、氮化物及其混合物。适宜抗磨材料的特定实例有氧化铝、氧化铬、氧化锆、碳化钨、碳化铬、碳化锆、碳化钽、碳化钛及其混合物。

优选地，抗磨材料通过热喷涂、物理汽相淀积或化学汽相淀积来施加。

实例1

在一纸巾厂中，使用三种不同类型的刮刀进行试验。第一种类型(称作类型A)是标准钢刮刀，用作参考。第二种类型(称作类型B)是申请人自己的现有技术的刮刀(试验刮刀指定为“Proto-173”)，具有施加于刮刀的工作尖端的热式喷涂的抗磨材料，用于保护。第三种类型(称作类型C)是根据本发明的改进的涂覆刮刀，使用与类型B的刮刀类似的抗磨材料。

在该试验中使用了以下操作条件：

-由100％回收纤维制成的纸幅

-最终产品是工业毛巾式纸巾(卫生纸)

-克重：27.5g/m²(无湿强度剂)

-杨克速度：750-850m/min

-卷速(reel speed)：655-684m/min(即15-19.5％的起皱率)

-杨克表面：铸铁

-幅湿度：7.0-6.7％

-起绉刮刀尺寸：1.2×110×3440mm(厚度×宽度×长度)

-刮刀斜角：80度(差10度成直角)

-刮刀载荷：3.5-5.0kN/m

-伸出长度(Stick-out)：14mm

-基础粘合剂：Rezosol 82891.4-1.8mg/m²

-释放成分(Release composition)：Rezosol 311916-25ml/min

-无改良剂(modifier)

类型A的刮刀一般用于现行起绉设备中，由于高性能刮刀以前往往与缺口问题相关。这种刮刀的工作寿命平均是约2-3小时。

比较起来，类型B的刮刀在相同机器上试验，通常和A类型刮刀一起使用，持续时间少于1小时，然后由于出现在起皱的纸巾上的线状缺陷而需要更换刮刀。随时间的推移，这种线状缺陷的数量和强度趋向于增加。图6示出生成所述线状缺陷的刮刀尖端的典型缺口的图像。图中的箭头指出刮刀尖端处的微裂纹和对该刮刀进行起绉处理期间发生的相关联的缺口。缺口的原因是起绉期间施加到B类型刮刀的抗磨材料的高应力。刮刀的幅撞击区域36和贴靠在干燥器上的滑动面30也在图中示出。

具体地说，应该注意的是，由于可能构成引发裂纹或缺口的薄弱点的初始缺陷的存在(如图6所示)，对刮刀尖的端破坏可能在比较低的应力下发生。

对高抗磨材料，缺口尤其是缺点，因为高抗磨材料一般也易碎。一旦在刮刀的尖端发生了缺口，缺口缺陷将残存，因为基本上没有能够“磨光”或“磨掉”那些缺口缺陷的滑动磨损。相反地，普通钢刮刀(类型A)的抗磨性显著低于高性能刮刀的抗磨性，但是钢刮刀的一般的高韧性较少引起涉及刮刀尖端处的缺口问题。此外，假如在钢刮刀中发生任意缺口，随时间的推移刮刀的磨损将自动去除这种缺陷。

本发明的刮刀(类型C)在与类型A和B的刮刀相同的环境中试验。本发明的刮刀运行25小时，然后从造纸机移除用来检查。当本发明的刮刀在25小时后被移除，它仍然提供满意的起绉结果。图7示出使用25小时后的刮刀边缘的图像。虽然刮刀由于研磨性和侵蚀性损耗而磨损，但是刮刀尖端的完整性得以保持，而且没有能识别的缺口。所得的结论是，本发明的刮刀的刮刀尖端与任意其它种类的磨损的刮刀相比处于明显更佳的条件。图7中还示出了滑动面30和幅撞击面36。

由于本发明的刮刀的磨损可预测，所以能在大大长于现有技术的刮刀的时间内制造高质量的纸巾。图10和11示出通过现有的A类型刮刀(图10)和本发明的C类型刮刀(图11)所起皱的纸巾的表面纹理中的差异。

实例2

在另一纸巾机上，使用两种不同类型的刮刀进行对比试验。第一种类型(称作类型D，试验刮刀指定为“Proto-C2PGA”)是基于标准几何形状的现有技术的陶瓷刮刀。第二种刮刀(称作类型E)是根据本发明的陶瓷刮刀。基本上，两种试验刮刀的刮刀尖端几何形状彼此不同，但是防护材料(即刮刀尖端处的抗磨材料)对两种刮刀相同，并在相同条件下被施加。

在该试验中使用了以下操作条件：

-由100％回收纤维制成的纸幅

-最终产品是工业毛巾式纸巾(卫生纸)

-克重：17.2g/m²(无湿强度剂)

-杨克速度：1470m/min

-杨克表面：Voith Endura

-幅湿度：4.0％

-起绉刮刀尺寸：1.2×100×2980mm(厚度×宽度×长度)

-刮刀斜角：80度(差10度成直角)

-伸出长度：35mm

-基础粘合剂：Cotac 3149H3.2-4.1mg/m²

-释放成分：Agent423.2-3.6l/h

-无改良剂(modifier)

在这些试验中，类型D的刮刀是申请人现有技术的高性能刮刀。这些刮刀表现相当好，在一充分的时间段内生成所需纸巾质量。然而，纸巾质量随时间的推移确实会降低，出现线的幻影(apparition)，最终变得不能接受。图8示出典型工作时间后的类型D的刮刀。可以看见在撞击和滑动面上位于刮刀的尖端的若干裂纹(由图中的箭头示出)。一些与这些裂纹相关的缺口也能被识别。

已经确定的是，刮刀尖端的硬脆抗磨材料中的即使非常细小的裂纹也可能在刮刀的使用寿命期间导致更大的裂纹和缺口。因此，避免刮刀尖端的这种微裂纹能使本发明的刮刀的使用寿命大大增长。根据该实例的D类型的刮刀具有常规设计，其中工作尖端处的刮刀厚度大约与整个刮刀厚度相同(尖端厚度和整个刮刀厚度大约为1.2mm)。因此，D类型刮刀的工作顶点(即形成于滑动面和幅撞击面之间的边缘或区域)位于远离刮刀的中性纤维的位置，即非常靠近刮刀的一侧。在制造、处理和包装期间，陶瓷边缘沉积物将遭遇各种拉应力，从而促使刮刀在被安装于造纸机中以前就已经在刮刀的尖端处生成微裂纹。

根据本发明的E类型的刮刀被制造为使工作顶点定位于尽可能靠近刮刀的中性纤维的位置(即一般在刮刀厚度的中心处)。图9示出E类型的刮刀，刮刀尖端处的宽度约为0.6mm，等于整个刮刀厚度的一半。该E类型的刮刀运行6小时而没有发生起皱产品的任何质量问题。图9示出试运行6小时后的刮刀尖端，看不到裂纹或缺口现象。

图8和9中示出了滑动面30和幅撞击面36两者。

再参考图3，在任意抗磨材料被沉积至刮刀尖端前设置到刮刀基材上的预制斜部以

示出。优选的是，根据本发明，使该预制斜部显著地大于用于现有技术的起绉刮刀的正常的情况。根据本发明，优选的是具有约为25-30度或以上的预制斜部，而对于现有技术的刮刀，预制斜部一般低于10度。具有这种大预制斜部的一主要原因是，它在制造期间使刮刀尖端的工作顶点更容易定位在靠近中性纤维的位置。对于较小的预制斜部，变得格外困难的是，将抗磨材料设计成使工作顶点位于或靠近刮刀的中性纤维的位置。

Claims

1.一种用于从干燥器表面使纸幅起绉的刮刀(100)，所述刮刀(100)具有：

滑动面(30)，在刮刀的使用期间面对干燥器表面；

幅撞击面(36)，在起绉期间所述纸幅撞击到所述幅撞击面(36)上；和

工作顶点(32)，形成于所述滑动面(30)和所述幅撞击面(36)之间；

其特征在于：所述工作顶点(32)以及所述滑动面(30)和所述幅撞击面(36)的至少一些部分是通过施加于基础基材上的抗磨材料(38)而构成；并且制造时刮刀的所述工作顶点(32)成形为位于相距所述刮刀的中性纤维(34)不超过刮刀总厚度的30％的位置。

2.如权利要求1所述的刮刀(100)，其中：所述工作顶点(32)位于相距所述刮刀的中性纤维(34)不超过所述刮刀总厚度的20％的位置。

3.如权利要求1所述的刮刀(100)，其中：所述工作顶点(32)位于相距所述刮刀的中性纤维(34)不超过所述刮刀总厚度的10％的位置。

4.如权利要求1所述的刮刀(100)，其中：所述工作顶点(32)基本上位于所述刮刀的中性纤维(34)的位置。

5.如上述权利要求中任一项所述的刮刀(100)，其中：所述抗磨材料(38)被施加到形成于所述基础基材上的预先斜切好的表面上，所述预先斜切好的表面相对于刮刀表面(110)具有至少为25度的角度

6.如上述权利要求1所述的刮刀(100)，其中：所述抗磨材料(38)选自陶瓷材料和碳化物材料。

7.如上述权利要求6所述的刮刀(100)，其中：所述陶瓷材料为金属陶瓷材料。

8.如上述权利要求1所述的刮刀(100)，其中所述抗磨材料(38)是通过热喷涂、物理汽相淀积或化学汽相淀积施加至所述基础基材的材料。

9.如上述权利要求1所述的刮刀(100)，其中：所述抗磨材料(38)选自金属氧化物、陶瓷材料、硅酸盐、碳化物、硼化物、氮化物及其混合物。

10.如权利要求9所述的刮刀(100)，其中：所述抗磨材料(38)选自氧化铝、氧化铬、氧化锆、碳化钨、碳化铬、碳化锆、碳化钽、碳化钛及其混合物。

11.一种用于制造起绉刮刀(100)的方法，包括以下步骤：

在基础基材的纵向边缘上提供预制斜部；和

至少在所述预制斜部上施加抗磨材料(38)；

其特征在于：使所述抗磨材料(38)定形为这样：形成用于与干燥器表面相接触的滑动面(30)以及在起绉期间纸幅撞击于其上的幅撞击面(36)，工作顶点(32)形成于所述滑动面(30)和所述幅撞击面(36)之间；

其中：所述工作顶点(32)位于相距所述刮刀的中性纤维(34)不超过刮刀总厚度的30％的位置。

12.如权利要求11所述的方法，其中：所述预制斜部形成为相对于刮刀表面(110)具有至少为25度的角度。

13.如权利要求11所述的方法，其中：所述抗磨材料选自陶瓷材料和碳化物材料。

14.如上述权利要求13所述的方法，其中：所述陶瓷材料为金属陶瓷材料。

15.如权利要求11-13中任一项所述的方法，其中：所述抗磨材料被定形为这样：所述工作顶点位于相距所述刮刀的中性纤维不超过所述刮刀总厚度的20％的位置。

16.如权利要求11-13中任一项所述的方法，其中：所述抗磨材料被定形为这样：所述工作顶点位于相距所述刮刀的中性纤维不超过所述刮刀总厚度的10％的位置。

17.如权利要求11所述的方法，其中：所述抗磨材料是通过热喷涂、物理汽相淀积或化学汽相淀积来施加。

18.如权利要求11所述的方法，其中：所述抗磨材料选自金属氧化物、硅酸盐、碳化物、硼化物、氮化物及其混合物。

19.如权利要求18所述的方法，其中：所述抗磨材料选自氧化铝、氧化铬、氧化锆、碳化钨、碳化铬、碳化锆、碳化钽、碳化钛及其混合物。