CN101648176A - 喷射涂布头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种喷射涂布头，其具有至少一个界定内室(5)的主体(11，12)，内室与涂布液体入口连通并沿着纵轴(31)延伸以径向分配涂布液体；喷射涂布头具有界定出纵向缝隙(17)的两个唇部(13，14)，该缝隙将内室(5)与外部连通，以在是使用时分配涂布液体；喷射涂布头的至少一个主体(11，12)包含具有聚合物基体的第一复合材料的主体外壳(18，19)和被完全地装入所述主体外壳(18，19)内的主体核芯。

Description

喷射涂布头

技术领域

本发明涉及一种用于涂布纸张、胶片、金属或者类似物体的喷射涂布头(jetcoating head)。

更具体地，本发明涉及一种用于表面涂布条形纸(paper strip)的喷射涂布头。

背景技术

常用的造纸机器通常以涂布装置为特色，涂布装置用于对条形纸的表面进行液体涂布，以改善纸张的外观和打印质量。

例如在欧洲专利0403845中记载的一种典型的涂布装置，其包括喷射涂布头，当以一个表面靠在旋转支撑轮上的方式供应纸条时，该喷射涂布头将涂布液体施加至条形纸的相对表面上。

该喷射涂布头沿着平行于支撑轮轴线的纵轴延伸，并界定出内室；该内室接纳从一个或多个侧入口流入的加压涂布液体，并将该涂布液体分散到在至少等于纸条宽度的轴向长度上。该涂布液体通过由两相对唇部界定的纵向缝隙从内室内涌出，并加到纸条的表面以在纸条整个宽度上形成涂层。

在EP 0403845的技术方案中，纵向缝隙的出口朝上，因而该喷射涂布头通常被称为涂布“喷泉”。

喷射涂布头在条形纸移动方向上的下游，该涂布装置还包括刮铲，该刮铲用于去除施加在纸条上的多余液体，以获得厚度平均的涂层。

该喷射涂布头通常由不锈钢制成，这具有若干缺点。

一方面，该喷射涂布头特别重，因此组装和/或维护时难以操作。喷射涂布头的尺寸又进一步使操作问题复杂化，喷射涂布头的尺寸必须至少与纸条的宽度一样长，可能有几米长。

另一方面，在使用中，供涂布液体流出的纵向缝隙并不非完全笔直的；且由于制造喷射涂布头的材料的热膨胀和因喷射涂布头本身重量引起的弯曲形变，唇部之间的距离在整个纸条的宽度上并不是稳定或恒定的。

缝隙的几何不稳定性对于成品的质量具有负面的影响，尽管设有刮铲，但沉积在条形纸表面的涂层常常不平坦。已知的技术试图通过加强喷射涂布头的结构以增加其抗挠刚度，并通过设置热调节系统来降低喷射涂布头的温度从而减小热膨胀，来解决上述缺陷。但是，这两个方案，一方面进一步增加了喷射涂布头的重量，另一方面使涂布装置复杂化且增加了其成本(尤其是对于增加热调节系统的方案来说)。

发明目的

本发明的目的在于提供一种涂布液体喷射涂布头，其旨在以直接和低成本的方式解决上述问题。

根据本发明，本文提供一种沿着纵轴延伸的涂布液体喷射涂布头，其包括：

至少一个界定分配室(distribution chamber)的主体，该分配室与至少一个用于涂布液体流入的入口相通，且沿着所述纵轴延长，所述主体包含具有聚合物基体的第一复合材料；

至少两个唇部，其固定至所述主体且相互界定出纵向缝隙，所述纵向缝隙与所述分配室相通并界定出用于在使用时分配所述涂布液体的出口；

其特征在于所述主体包括：

主体外壳，其包含具有聚合物基体的所述第一复合材料；以及

主体核芯，所述主体核芯被完全地装入所述主体外壳内。

附图简述

下面将结合附图1阐述本发明，附图1显示了本发明涂布液体喷射涂布头的优选实施方式的示意性剖面图。

发明描述

图1中数字10表示喷射涂布头整体，当供应条形纸3以一个表面靠在绕其自身轴线旋转的支承轮2上的方式被进料时，该喷射涂布头将涂布液体4施加到条形纸3的相对表面。支承轮2的轴线(图中未示出)与图1平面垂直。

喷射涂布头10被固定以支撑凸缘(未示出)，并沿着平行于支承轮2的轴线的纵轴延伸，且其横截面的形状和尺寸沿着实质其整个长度保持恒定不变。

喷射涂布头10包括一个或多个主体，比如包括两个主体11、12，该两个主体具有各自的相对面23、24，该两相对面界定内室5。内室5收纳从位于喷射涂布头10的轴端(axial ends)的一个或多个侧入口(未示出)流入的加压涂布液体4，并界定沿纵轴31延长至长度至少等于条形纸3的宽度的集流腔(manifold)。

主体11、12包括各自的、分别具有表面34、35的部段32、33，表面34、35彼此接触以液密密封内室5的整个长度，且主体11、12通过适当的固定件(例如螺栓或者螺钉38)而彼此固定，以将接合部段32、33维持在一起。

主体11、12在与部段32和33直接相对的位置具有各自的唇部13、14。唇部13、14具有各自的表面15、16，表面15、16彼此隔开以界定出纵向缝隙17；唇部13、14被固定至处于固定状态的主体11、12，但是主体11、12能被调节以调节表面15、16之间的距离。

缝隙17延伸到至少等于条形纸3的宽度的长度，且在横截面上朝相对于纵轴31径向的完全笔直的方向延伸，并将内室5与外部连接，以将涂布液体4涂到条形纸3上并在纸条整个宽度上形成涂层6。

刮铲7与处于喷射涂布头10在条形纸3的运动方向的下游的支撑件8相配，且用于去除施加在纸条上的多余液体并因此获得厚度平均的涂层6。

根据本发明，主体11、12至少部分地由聚合物基体复合材料制成。

更具体地，主体11、12具有各自的“夹层”结构。也就是说，主体11、12包括：由聚合物基体复合材料制成的各自的壳体或外壳18、19；各自的核心20、21，其由泡沫材料制成且沿着横截面图所示的外缘被完全地装入壳体18、19内。

此处的“聚合物基体复合材料”是指一种包含聚合物相且在聚合物相中埋入许多纤维的材料。

环氧树脂或者乙烯基酯树脂或者聚酯树脂可被用作聚合物相。聚合物相优选地包括玻璃化转变温度Tg超过70℃的环氧树脂，该温度高于喷射涂布头10的操作温度。环氧树脂主要优点在于其能在不必辛苦进行后固化处理的情况下即能获得上述的玻璃化转变温度，且该环氧树脂能与碳纤维高度相容。

例如，可使用商品名为ELANTAS EC 57-K31的树脂。

埋入聚合物相内的纤维可为碳纤维、

纤维、玻璃纤维或者玄武岩纤维，或者这些纤维组合的杂化加强体(hybrid strengthener)。纤维优选地为连续碳纤维，其长度在几厘米和涂布头整个长度或者每个部件模块的整个长度(如果涂布头包括许多连接着的模块的话)之间变化。方便使用的纤维的数量以体积计占聚合物基体复合材料总体积的45％以上。

壳体18、19优选地包括许多处于聚合物基体内的连续纤维叠加层。这些层可分为两种类型，可单独或者结合使用：单向纤维层(例如平行于轴线31)和编织层。

叠加层中的纤维适宜相对于纵轴31朝各个不同方向被导向，以在所有可能的应力方向获得必要的机械强度。

例如，使用环氧树脂基体复合材料和碳纤维，壳体18、19能具有超过30GPa的杨氏模量，超过30MPa的抗张强度和小于3％的伸长率。对于弯曲性能，壳体18、19能获得超过5GPa的模量和超过250MPa的抗挠强度。

核芯20、21可由聚亚胺酯、PET、聚苯乙烯或者聚氯乙烯泡沫制成，或者可使用其它常用的夹层结构核芯。优选地，核芯20、21由闭室聚氨酯泡沫体制成，比如商品名为Divine Cell h80的泡沫体。

唇部13、14由与上述制造壳体18、19相同的聚合物基体复合材料制成。同样，对于唇部13、14，加强纤维为单向的并被设有多层，且相对于纵轴31朝不同的方向被导向以获得表面15、16之间距离的刚性和尺寸稳定性。

作为选择，唇部13、14可按公知技术由具有实体结构的钢制成：唇部13、14相对于主体11、12的厚度就越小，并且用来装配和调整唇部13、14之间距离的螺纹插入物的存在可能使得固体结构是优选的。

在另一个替代方案中，唇部13、14还可以具有与主体11、12相同的夹层结构，即，包括由制造主体11、12的上述材料制成的各自的壳体和核芯。

在另一个替代方案中，唇部13，14与主体11，12一体成形，即，主体11，12的聚合物基体复合材料与唇部13，14是无接缝的。

沉积在条形纸3上的涂布液体4由于本身性质和来自室5(特别是通过缝隙17)的流出速度的原因而是腐蚀性的。为避免腐蚀问题，表面23和24和/或表面15和16以抗腐蚀表面涂层被保护(特别地，比聚合物基体复合材料更具抗腐蚀性)。

室5和/或缝隙17的涂层包含具有陶瓷(例如，氧化铝)颗粒填料的凝胶相。例如，涂层在聚合物基体复合材料生产过程期间被直接施加至外壳表面和唇部表面。

作为选择，涂层包含等离子沉积的无定形(类金刚石)碳或氧化铝。

作为选择，涂层包含具有填料的环氧树脂，所述填料为表面硬度超过Shore80的富勒烯型纳米颗粒。

为简单起见，表面15，16和表面23，24的涂层优选是具有陶瓷颗粒填料的凝胶，例如，具有以重量计优选大于10％的填料的环氧树脂，所述填料为平均尺寸在几纳米至几百微米之间的氧化铝颗粒。

表面涂布在涂布液体4的流速是最快(即，在唇部13，14的表面15，16上)时是特别有利的。

聚合物基体复合材料外壳是利用所谓的“液体成型(liquid molding)”技术制造的。一旦成形，夹层结构经受温度活化固化循环。并且最后，进行后固化处理以将聚合物基体复合材料树脂的玻璃化转变温度Tg提高至超过70℃。

在所述实施例中，使用螺纹固定件，通过将有螺纹的插入物(例如有螺纹的轴衬)埋入聚合物基体复合材料中，而将唇部13，14被固定至主体11，12，将喷射涂布头10固定至支撑凸缘。插入物可在聚合物基体复合材料生产过程的层压阶段被直接埋入，或后续通过将插入物加入内部孔洞并用粘合剂或聚合物基体复合材料树脂本身固定它们而被埋入。所述孔洞在层压阶段被直接形成，或在形成夹层结构后通过数控加工而形成。

在未示出的一个变化实施例中，为简化制造，喷射涂布头10包括许多分开制造的模块，这些模块被沿着纵轴31排放在一起以确保沿室5和缝隙17的液密密封，且使用粘合剂和/或机械固定装置将这些模块彼此固定在一起。

通过以上描述变得清晰的是，由于聚合物基体复合材料的性质，特别是由于主体11，12的夹层结构的原因，喷射涂布头10作为一个整体具有较好的机械性能(特别是在挠曲强度方面)、质量轻且具有低热膨胀系数。

聚合物基体复合材料的硬度实际上还联合小于2kg/dm³的密度，即，小于通常用于此应用中的钢的四分之一。而且，因为碳纤维的低热膨胀系数的原因，环氧树脂和碳纤维的复合材料具有高度的抗腐蚀性和尺寸稳定性。

将具有小于0.25kg/dm³的密度的泡沫体用于主体核芯还对降低主体11，12的夹层结构的整体比重有帮助。

喷射涂布头10的机械特性整体上实质取决于外壳18，19的厚度，其优选大于2mm。

简言之，喷射涂布头10对弯曲应力具有非常高的抵抗力，而不需要借助于复杂的温度调节系统。

在涂布应用中，这些性质对于获得直接的涂布装置、确保缝隙17的位置、尺寸和形状如所要求的(在条形纸3的整个宽度上是恒定的，且随时间变化而保持稳定)、确保在条形纸3上的涂层的均匀分配，是至关重要的。

通过实施例，本发明的喷射涂布头被设计具有以下特点：

-外壳材料：以碳纤维增强的环氧树脂基体复合材料；

-主体核芯材料：闭孔聚氨酯泡沫体；

-外壳厚度：4mm；

-喷射涂布头10沿纵轴31的长度：5600mm；

-涂布液体原料压力：1.5巴。

如有限元素分析法所测定的，上述喷射涂布头的最大形变小于0.2mm。

明显地，可对本文所描述的喷射涂布头10作出改变，而不违背如权利要求书中界定的本发明的范围。特别地，喷射涂布头10可具有与实施例中所示的不同的形状和/或成比例的横截面；和/或唇部13，14可在缝隙17的出口处包含测量附属物或装置。

Claims (14)

1.一种喷射涂布头，其沿纵轴(31)延伸且包括：

至少一个界定分配室(5)的主体(11、12)，所述分配室(5)与至少一个用于涂布液体流入的入口相通且沿着所述纵轴延长，所述主体(11、12)包括具有聚合物基体的第一复合材料；

至少两个唇部(13、14)，该两个唇部被固定至所述主体且相互地界定纵向缝隙(17)，所述纵向缝隙(17)与所述分配室相通且在使用时界定用于分配所述涂布液体的出口(22)；

其特征在于，所述主体(11、12)包括：

主体外壳(18、19)，其包含所述具有聚合物基体的第一复合材料；和

主体核芯(20、21)，所述主体核芯被完全地装入所述主体外壳(11、12)内。

2.如权利要求1所述的喷射涂布头，其特征在于，所述核芯(20、21)包括选自聚氨酯泡沫体、PET泡沫、聚苯乙烯泡沫、PVC泡沫中的泡沫材料。

3.如权利要求2所述的喷射涂布头，其特征在于，所述泡沫材料为闭室聚氨酯泡沫体。

4.如权利要求1所述的喷射涂布头，其特征在于，所述唇部(13、14)由钢制成。

5.如权利要求1所述的喷射涂布头，其特征在于，所述唇部(13、14)由具有聚合物基体的第二复合材料制成。

6.如权利要求5所述的喷射涂布头，其特征在于，所述唇部(13、14)与所述主体(11、12)的具有聚合物基体的第一复合材料整体成型。

7.如权利要求1所述的喷射涂布头，其特征在于，所述具有聚合物基体的第一复合材料包含聚合物相，所述聚合物相包括选自环氧树脂、乙烯基酯树脂和聚酯树脂的材料。

8.如权利要求7所述的喷射涂布头，其特征在于，所述聚合物相包含具有玻璃化转变温度(Tg)高于70℃的环氧树脂。

9.如权利要求1所述的喷射涂布头，其特征在于，所述具有聚合物基体的第一复合材料包含选自碳纤维、

纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维和它们的组合的纤维。

10.如权利要求1所述的喷射涂布头，其特征在于，所述唇部(13，14)具有相应的表面(15，16)，该表面设有抗腐蚀涂层且界定了所述纵向缝隙。

11.如权利要求1所述的喷射涂布头，其特征在于，所述主体(11，12)具有相应的表面(23，24)，该表面设有抗腐蚀涂层且界定了所述分配室(5)。

12.如权利要求10所述的喷射涂布头，其特征在于，所述涂层包含填充有陶瓷颗粒的凝胶相。

13.如权利要求10所述的喷射涂布头，其特征在于，所述涂层包含无定形碳或氧化铝。

14.如权利要求10所述的喷射涂布头，其特征在于，所述涂层包含填充有富勒烯型颗粒的环氧树脂。

Images