CN101733819B - 用于盘的基础材料、其制造方法以及盘形辊 - Google Patents

用于盘的基础材料、其制造方法以及盘形辊 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基础材料的制造方法，所述基础材料用于获得在盘形辊中所用的环形盘，所述盘形辊包括转轴以及以插入的方式装配在所述转轴上的环形盘，由此所述盘的周向表面用作输送表面，所述方法包括将原料浆料模制成板状并将该板干燥，所述原料浆料含有无机纤维，该无机纤维的湿体积大于或等于300mL/5g，并且所述无机纤维为无定形的、或者具有小于或等于50％的结晶度。

Description

用于盘的基础材料、其制造方法以及盘形辊
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。本发明还涉及这些盘所用的基础材料，并且本发明还涉及所述基础材料的制造方法。 
背景技术
盘形辊(例如)被用于输送来自熔炉的玻璃板，或者被用于输送在退火炉中受热的金属板(如不锈钢板)。如图1所示，按照如下方式构建盘形辊10。将含有无机纤维和无机填料的环形盘12以插入的方式装配在用作转轴的金属轴11上。由此，得到辊形叠堆。用分别设置在两端的凸缘13压紧整个叠堆，并且用螺母15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(例如，参见专利文献JP-A-2004-299980和JP-A-2004-269281)。 
发明内容
然而，这种盘形辊存在如下问题。目前，待输送的玻璃板或不锈钢板的面积增加了，因而每块板的输送时间也变得更长。与盘的接触时间也同样延长。由于这一原因，这些盘被加热至比过去更高的温度，并且输送前和输送后的温度差值(即，盘与玻璃板或不锈钢板相接触时的温度与接触终止时的温度之间的差值)比过去更大。通过周期性的观察，还发现有时候盘被快速地冷却。 
在这种情况中，在热容较大的金属轴发生热收缩之前，盘会发生热收缩。因而，存在以下的问题：盘可能会发生分离(盘之间形成缝隙的现象)，并且辊表面(输送表面)可能会由于热应力而产生裂缝，其中所述热应力是由盘的外侧(表面)与内侧(内部)之间的温度差(热膨胀差)而导致的。
鉴于这些问题而完成本发明。本发明的目的是提供一种盘形辊，该盘形辊即使在快速被冷却时，也不会发生盘分离并且不会产生裂缝。 
即，本发明涉及下列各项(1)至(6)。 
(1)一种基础材料的制造方法，所述基础材料用于获得盘形辊中所用的环形盘，所述盘形辊包括转轴以及以插入的方式装配在所述转轴上的环形盘，由此，所述盘的周向表面用作输送表面， 
所述方法包括将原料浆料模制成板状并将该板干燥，所述原料浆料含有无机纤维，所述无机纤维的湿体积为大于或等于300mL/5g，并且所述无机纤维为无定形的、或者具有小于或等于50％的结晶度。 
(2)根据(1)所述的用于盘的基础材料的制造方法，其中所述无机纤维的平均纤维直径为3μm至7μm。 
(3)根据(1)或(2)所述的用于盘的基础材料的制造方法，其中所述无机纤维具有这样的组成，其中Al2O3∶SiO2为60∶40至99∶1。 
(4)一种盘形辊中所用的盘，所述盘形辊包括转轴以及以插入的方式装配在所述转轴上的环形盘，由此，所述环形盘的周向表面用作输送表面，所述盘均为环形盘， 
所述盘含有无机纤维，并且所述盘的恢复率为10％至100％，其中所述无机纤维为无定形的、或者具有小于或等于50％的结晶度，并且所述无机纤维的平均纤维直径为3μm至7μm。 
(5)一种盘形辊，其包括转轴以及以插入的方式装配在所述转轴上的盘，所述盘均为根据(4)所述的盘。 
(6)根据(5)所述的盘形辊，其中所述盘的压缩密度为0.6g/cm3至1.6g/cm3。 
根据本发明，即使在构建成辊之后，也可以在盘中存留有相对较长的无机纤维，因此无机纤维的挠性可以得到保持/展示。这样，盘可保持高的恢复率，并可减弱/吸收由热膨胀差值而导致的应力。因此，可提供这样的盘形辊，该盘形辊即使在快速被冷却时，也不会发 生盘分离并且不会产生裂缝。 
附图说明
图1是示出盘形辊的一个实施方案的示意图。 
参考符号的说明： 
10：盘形辊 
11：金属轴 
12：盘 
13：凸缘 
15：螺母 
发明详述 
下面将参照附图对本发明进行详细说明。 
用于盘的基础材料 
本发明提供一种用于盘的基础材料，该基础材料用于制造构成盘形辊10(如图1中所示的盘形辊)的盘12。本发明的用于盘的基础材料是通过将含有无机纤维的浆料模制成板状并将该板干燥而获得的，其中所述无机纤维的湿体积为大于或等于300mL/5g，并且所述无机纤维为无定形的、或者具有小于或等于50％的结晶度。所述无机纤维是具有不同长度的纤维的混合物。在本发明中，无机纤维的纤维长度以湿体积来加以表示。 
借助下述方法来计算上述的湿体积，该方法具有如下步骤： 
(1)用称称取5克干燥的纤维材料，精确到小数点后两位或更多位； 
(2)将称取的纤维材料置于500g玻璃烧杯中； 
(3)将温度为20℃至25℃的约400毫升蒸馏水倒入步骤(2)中准备好的玻璃烧杯中，并使用搅拌器仔细地进行搅拌从而不会切断纤维材料，由此分散所述纤维材料。为了进行分散，可使用超声清洁器； 
(4)将步骤(3)中制得的玻璃烧杯中的内容物转移至1,000ml刻度量筒内，并向其中加入蒸馏水，直至液面达到1,000毫升的刻度处； 
(5)通过以下方法对步骤(4)中准备好的刻度量筒进行搅拌，所述方法为：用手掌堵住上述刻度量筒的开口以防止水漏出，同时小心地将量筒上下颠倒。该过程共重复10次； 
(6)搅拌停止后，将刻度量筒在室温下静置30分钟，随后目测纤维的沉降体积；并且 
(7)对3个样品进行上述操作，并取它们的平均值作为测量值。 
湿体积越大，纤维长度越大。在本发明中，所用无机纤维的湿体积为300mL/5g或更大，优选为400mL/5g或更大，更优选为500mL/5g或更大。对湿体积的上限没有特别的限定，只要获得本发明的效果即可。例如，无机纤维的湿体积可为2,000mL/5g或更小，优选为1,500mL/5g或更小，更优选为1,200mL/5g或更小。在搅拌下，无机纤维与无机填料以及其他成分在水中混合，以使无机纤维形成浆料，这样使无机纤维在搅拌过程中被切割，从而使由该浆料获得的盘含有纤维长度较短的无机纤维。因此，这种盘具有较低的回弹性，并且不能适应温度的突然改变，从而导致盘分离或出现裂缝。与此形成对比的是，具有上述所示湿体积的本发明中所用的无机纤维为散式短纤维。即使在浆料形成过程中被搅拌和混合，本发明中所用的无机纤维仍长于以前所用的无机纤维。由其所获得的盘也含有相对较长的无机纤维，因此能够维持/展示出无机纤维的挠性。这样，能够减弱/吸收由热膨胀差值而导致的应力，并且能够改善盘形辊的耐剥落性。 
在本发明中，无机纤维为无定形材料(即，结晶度为0％)、或者具有小于或等于50％的结晶度。无机纤维的结晶度越低，纤维强度越高。因此，即使在浆料中对纤维进行搅拌时、或者在辊的构建步骤中纤维受到压缩力时，该无机纤维也不容易发生断裂。因而盘可保持恢复力。结果，便获得具有高强度以及高恢复率的盘。从确保获得这样效果的角度来说，无机纤维的结晶度的上限优选为30％或更低，更 优选为20％或更低，甚至更优选为10％或更低。最优选的是，无机纤维为无定形的无机纤维。在本发明中，可通过X射线衍射法来确定结晶度，其中使用内标法来绘制莫来石的标准曲线，以确定结晶度。 
对无机纤维的平均纤维直径没有特别的限定，只要获得本发明的效果即可。然而优选的是，无机纤维应该为平均纤维直径为3μm至7μm、优选为4μm至7μm的相对较粗的无机纤维。这种较粗的无机纤维具有优异的纤维强度，因而即使在浆料中对无机纤维进行搅拌时、或者在辊的构建步骤中无机纤维受到压缩力时，该无机纤维也不容易发生破裂。因此这种无机纤维能使盘保持恢复力。结果，可提供具有高强度和高恢复率的基础材料。 
对无机纤维的组成没有特别的限定，只要获得本发明的效果即可。然而，Al2O3∶SiO2优选为60∶40至99∶1。将具有这样组成的无机纤维称作氧化铝纤维或莫来石纤维。这些无机纤维具有高耐热性，因而可使盘的热尺寸变化度较低。尤其是，其中Al2O3∶SiO2为70∶30至75∶25的莫来石纤维在耐热性、纤维强度以及成本方面具有优异的平衡性，因而即使在模制步骤以及辊构建步骤之后其也倾向于保持较长的纤维长度。因此，这些莫来石纤维适用于本发明。 
同常规浆料一样，浆料除了含有无机纤维外，还可含有无机填料。根据需要，浆料可含有无机粘结剂。无机填料的合适例子包括目前所使用的无机填料，如云母、木节粘土(Kibushi clay)、膨润土、氧化铝、堇青石、高岭土和滑石。合适的无机粘结剂为二氧化硅溶胶和氧化铝溶胶，这是因为它们具有优异的耐热性。除了这些成分外，还可加入模制助剂，如有机粘结剂(如淀粉)、有机纤维(如纸浆)和抗凝剂(如蒙脱石粉末)。其余为水。 
对浆料的组成没有限定。当无机填料和无机粘结剂被添加到浆料中时，浆料的固相组成可以为：含有30质量％至70质量％的无机纤维、30质量％至70质量％的无机填料以及0质量％至10质量％的无机粘结剂。其固相组成更优选为含有30质量％至60质量％的无机纤维、40质量％至70质量％的无机填料以及0质量％至10质量％的无机粘结剂，甚至更优选为含有30质量％至50质量％的无机纤维、 50质量％至70质量％的无机填料、以及0质量％至10质量％的无机粘结剂。当无机纤维的比例低于30质量％时，则不会获得由无机纤维所产生的回弹性，并且可能产生在辊构建后不能获得预期的恢复率(后面将对恢复率进行描述)的问题。当无机纤维的比例高于70质量％时，则难以将无机纤维均匀地分散于浆料中，并且所获得的用于盘的基础材料的不均匀性可能会更为严重、或者具有较差的耐磨性。 
关于模制方法，可列举造纸法或脱水模制法，其中浆料被供入到模具(例如金属丝网)的一侧，同时在另一侧进行抽吸。然而，当含有上述相对较长的散式短纤维的浆料被模制成盘状时，由于浆料中所含的固体物质发生凝结，因而易于形成较大的絮状物，并且过滤阻力易于降低。因此脱水模制法是有利的。然而，当无机纤维的量较低(例如，20质量％或更低)时，也可使用造纸法。从成本的角度来看，造纸法是有利的。 
完成模制后，将得到的盘状物干燥，从而获得用于盘的基础材料。对该用于盘的基础材料的密度没有特别限定，只要获得本发明的效果即可。然而，其密度可为0.3g/cm3至1.0g/cm3，更优选为0.4g/cm3至0.8g/cm3，尤其优选为0.45g/cm3至0.7g/cm3。这是因为盘的体积密度相对于待制造的盘形辊的压缩密度越小，则盘形辊的压缩率越高、并且恢复力越好。当采用造纸法时，用于盘的基础材料的厚度为2mm至10mm足够，而采用脱水模制法时，其厚度可以为10mm至35mm。从生产的角度来看，用于盘的基础材料的厚度较大是有利的，这是因为较少数量的盘足以装配在轴上。 
盘 
本发明还提供了通过将上述用于盘的基础材料冲制成环形而获得的盘。即，本发明的盘包含无机纤维和无机填料，其中所述无机纤维为无定形的、或者具有小于或等于50％的结晶度，并且所述无机纤维的平均纤维直径优选为3μm至7μm，更优选为4μm至7μm。根据需要，盘可以含有无机粘结剂。这种构造可使盘保持高的恢复率，并且耐剥落性得到改善。具体而言，盘的恢复率为10％至100％，优 选为10％至90％，更优选为10％至80％，甚至更优选为20％至70％，尤其优选为20％至60％，最优选为20％至50％。在本发明中，通过下述方式测定盘的恢复率。在压缩密度为1.25g/cm3的条件下，将外径为130mm且内径为65mm的盘装配在直径为65mm且长度为1,000mm的不锈钢轴上，以构建盘形辊。在900℃下进行加热，同时使该盘形辊以5rpm的转速旋转150小时，然后冷却至室温(即25℃)。然后除去施加在盘上的压缩力。除去压缩力时所恢复的长度除以原始长度，即测得恢复率。 
盘形辊 
如图1所示，本发明还提供一种通过以下方法获得的盘形辊，所述方法为：以插入的方式将上述种类的盘装配于用作转轴的金属轴上，从而获得辊形叠堆，并从两端以压缩的状态将整个叠堆固定。对盘的压缩密度(即，处于从两端被压缩状态下的盘的密度)没有特别限定，只要获得本发明的效果即可。然而，其压缩密度可以为0.6g/cm3至1.6g/cm3，更优选为0.7g/cm3至1.5g/cm3，尤其优选为1.1g/cm3至1.4g/cm3。该压缩密度是优选的，这是因为这种盘形辊不仅具有令人满意的耐剥落性并且能够维持输送辊所需的耐磨性，并且其表面硬度不会损坏待输送的工件。该压缩密度能够使根据本发明获得的基础材料的性能得到最大程度的体现。 
对本发明的盘形辊的表面硬度没有特别限定，只要获得本发明的效果即可。然而，就D型肖氏硬度而言，其表面硬度可以为25-65，并且可优选为30至60，更优选为35至55。例如可借助“ASKER TypeD Rubber Hardness Meter”(由Kobunshi Keiki株式会社制造)来测量D型肖氏硬度(硬度计D型肖氏硬度)。 
实施例
下面将参照试验例对本发明进行进一步说明。然而，在任何情况下本发明均不应当被解释为局限于这些试验例。 
试验1 
将硅铝酸盐纤维或莫来石纤维与表1中所示的无机填料以及模制助剂一同加入水中，并将这些成分充分搅拌混合，以制备浆料。通过上述方法测定硅铝酸盐纤维和莫来石纤维的湿体积。通过X射线衍射法测定它们的结晶度，其中使用内标法来绘制莫来石的标准曲线。 
通过脱水模制法或造纸法将由此制得的各浆料形成为板状、并干燥，从而制得用于盘的基础材料。通过如下性能来对基础材料进行评价。所获结果同样示于表1中。 
(1)热尺寸变化度 
将用于盘的各基础材料冲制成为测试件。将测试件在700℃或900℃下加热，随后测量其直径。测定长度方向(直径方向)上的尺寸相对于加热前所测得的尺寸值的热变化程度。 
(2)恢复率 
将用于盘的各基础材料冲制成为外径为130mm且内径为65mm的盘，并且装配在直径为65mm且长度为1,000mm的不锈钢轴上以构建成辊，使得压缩密度为1.25g/cm3。在900℃、转速为5rpm的条件下，使该辊旋转150小时，然后冷却至室温(即25℃)。然后除去施加到盘上的压缩力。除去压缩力时所恢复的长度除以原始长度，即测得恢复率(％)。 
(3)耐磨性(热磨损测试) 
将用于盘的各基础材料冲制成为外径为80mm的环形盘，并将其装配在不锈钢轴上以构建成辊，使得其宽度为100mm且具有所需的压缩密度。在900℃下使该辊旋转5小时，同时使不锈钢轴与辊表面保持接触，其中所述不锈钢轴的直径为30mm、并且其具有以2mm的间距所形成的宽度为2mm的5个凹槽。随后，将该辊冷却至室温(即25℃)，并测量最终的磨损量(mm)。顺便提及，当测得的磨损量小于或等于8mm时，可以将该辊判定为具有优异的实用的耐磨性。 
(4)耐剥落性 
将用于盘的各基础材料冲制成为外径为60mm的环形盘，并将其装配在不锈钢轴上以构建成辊，使得其宽度为100mm且具有所需的压缩密度。将该辊置于温度保持为900℃的电炉内。15小时后，将辊从炉内取出，并快速冷却至室温(即25℃)。重复这种加热/快速冷却的操作，并计算使辊发生盘分离或出现裂缝时所需的该操作次数。
Figure G2009102074598D00101
从表1中可看出如下方面。在实施例1至4(其中，所用的莫来石纤维的湿体积为300mL/5g或更高、且结晶度为50％或更低)中，所获得的盘的热尺寸变化度较小，并且具有优异的耐磨性和耐剥落性。 
试验2 
如表2中所示，使用不同量的无定形莫来石纤维(其湿体积为530mL/5g)来制备浆料。与试验1相同，对由这些浆料所获得的盘进行性能评价。所获结果同样示于表2中。 
Figure G2009102074598D00121
从表2中可看出，当所加入的莫来石纤维的量为30质量％至60质量％时、优选为30质量％至50质量％时，盘具有优异的恢复率、耐磨性以及耐剥落性。 
试验3 
使用与试验1中的实施例2相同的配方来制备盘。制备具有表3所示的不同压缩密度的盘形辊，并进行与试验1相同的性能评价。所获结果同样示于表3中。 
Figure G2009102074598D00141
从表3中可看出，盘的压缩密度优选为0.7g/cm3至1.5g/cm3，更优选为1.1g/cm3至1.4g/cm3。 
参照具体实施方式详细地描述了本发明。但是，对于本领域的技术人员来说，显而易见的是，在不脱离本发明的精神的情况下，可以对本发明进行各种改变和修改。 
本申请基于2008年11月6日提交的日本专利申请No.2008-285282，该专利申请的内容以引用方式并入本文。 
此外，本文中所引用的所有参考文献的内容以引用方式并入本文。 

Claims (14)

1.一种基础材料的制造方法，所述基础材料用于获得盘形辊中所用的环形盘，所述盘形辊包括转轴以及以插入的方式装配在所述转轴上的环形盘，由此，所述盘的周向表面用作输送表面，
所述方法包括将原料浆料模制成板状并将得到的板状物干燥，所述原料浆料含有无机纤维，该无机纤维的湿体积大于或等于300mL／5g，并且所述无机纤维为无定形的、或者具有大于0％小于或等于50％的结晶度，其中所述浆料含有超过30质量％至小于或等于70质量％的无机纤维、30质量％至70质量％的无机填料。
2.根据权利要求1所述的基础材料的制造方法，其中所述无机纤维的平均纤维直径为3μm至7μm。
3.根据权利要求1或2所述的基础材料的制造方法，其中所述无机纤维具有这样的组成，其中Al2O3∶SiO2为60∶40至99∶1。
4.一种盘形辊中所用的盘，所述盘形辊包括转轴以及以插入的方式装配在所述转轴上的环形盘，由此，所述环形盘的周向表面用作输送表面，所述盘均为所述的环形盘，
所述盘含有无机纤维，且该盘的恢复率为10％至100％，其中所述无机纤维为无定形的、或者具有大于0％小于或等于50％的结晶度，所述盘含有超过30质量％至小于或等于70质量％的无机纤维、30质量％至70质量％的无机填料。
5.权利要求4所述的盘形辊中所用的盘，其特征在于，所述盘含有超过30质量％至小于或等于60质量％的无机纤维、40质量％至70质量％的无机填料。
6.权利要求4或5所述的盘形辊中所用的盘，其特征在于，所述无机填料选自木节粘土、膨润土、云母、氧化铝、堇青石、高岭土和滑石。
7.权利要求4或5所述的盘形辊中所用的盘，其特征在于，所述无机填料包括木节粘土和膨润土。
8.权利要求7所述的盘形辊中所用的盘，其特征在于，所述无机填料还包括云母、氧化铝、堇青石或高岭土。
9.权利要求8所述的盘形辊中所用的盘，其特征在于，所述盘还包括淀粉和纸浆。
10.权利要求8所述的盘形辊中所用的盘，其特征在于，所述无机纤维为氧化铝纤维或莫来石纤维。
11.权利要求4或5所述的盘形辊中所用的盘，其特征在于，所述无机纤维的平均纤维直径为3μm至7μm。
12.一种盘形辊，其包括转轴以及以插入的方式装配在所述转轴上的盘，所述盘为根据权利要求4至11中任意一项所述的盘。
13.根据权利要求12所述的盘形辊，其中所述盘的压缩密度为0.6g／cm3至1.6g／cm3。
14.根据权利要求13所述的盘形辊，其特征在于，所述盘的压缩密度为0.7g／cm3至1.5g／cm3。
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