CN103347688A

CN103347688A - 浸渍的刀片涂层

Info

Publication number: CN103347688A
Application number: CN2011800674583A
Authority: CN
Inventors: J.安杰勒; A.艾特施梅尔
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2013-10-09
Also published as: DE102010062901A1; EP2651632B1; WO2012079923A1; US20130269897A1; EP2651632A1

Abstract

本发明涉及一种用于处理纤维毡幅的刀片，该刀片带有基体(11、12)和覆盖基体表面的至少一个部分的涂层(12、22)，其中涂层形成刀片表面的至少一个用于与纤维毡幅接触的部分，且其中涂层(12、22)在接触表面上具有开孔的材料(16)，该材料的开孔(17)至少部分地填充以聚合物。

Description

浸渍的刀片涂层

技术领域

本发明涉及一种用于造纸的机器的刀片，且尤其涉及使用在纸幅的起皱和涂布时的刀片的设计。

背景技术

为生成一种纸张的各使用目的所需的表面特征，必须通常使造纸过程中所生产的纤维毡幅，即所谓的原纸幅经受特殊的处理。为此将高品质种类的纸张进行涂布，将卫生纸进行起皱。

以起皱方法制造具有表面结构的这类纸张。为此，通常将称为起皱刮刀的刀片以其工作边缘靠放在干燥滚筒或杨基滚筒(通常直径为数米的蒸气加热的滚筒)上，所述刀片将纸幅从滚筒揭下。为产生表面结构，刮板具有靠近其工作边缘布置的滑入面，纸幅在碰到所述滑入面上时被阻挡，且以此被结构化。

为平整纸幅表面，在纸幅表面上通常涂布由颜料、粘合剂和辅助材料制成的膏状的涂层。纸幅的涂布可在特殊的工作过程中进行，但通常通过将涂布工具集成到造纸机中而整合到造纸过程中。以涂布方法实现了光滑的纸张表面，在涂布中将涂料施加在纸张上且然后以刀片将剩余物去除。通过称为刮刀的刀片在涂料上所施加的压力，纸张表面的凹入以涂料填充，且因此实现了所涂布的纸张的均匀的表面。

因为在两个方法中在刀片上作用有很强的力，所以对于刀片的机械耐久性和耐磨性提出了高的要求。在受载位置的区域内，起皱刮刀和刮刀因此通常提供以涂层，所述涂层具有比刀片的基体材料更高的耐磨性或更低的磨损率。此涂层大多通过使用金属氧化物或硬质金属由耐磨材料制成，其中金属碳化物嵌入在钴、镍或铁基质内。为施加物理以及化学上尽可能均匀的涂层，优选地使用热喷涂技术，其中涂层材料通常在多个行程中施加。每个行程导致刀片的基体材料上或前次施加的涂层上的涂层材料的薄层。在多个薄层中施加涂层在此是可靠的，使得涂层材料的成分在涂层构建时不可分解。因此，在维持涂层参数时，可根据单独的层的化学与物理特性产生宏观均匀的涂层。

但此涂层在运行中现行的条件下的磨损行为不允许长的寿命，因此为保证纸张质量，总必须在很短的间隔内更换起皱刮刀和刮刀。此外，在纸幅上和内部的微粒和污染物导致刀片上的局部载荷峰值，该局部峰值经常导致刀片涂层上的损坏，因此降低了所生产的纸张的质量。

发明内容

因此，希望给出一种具有改进的耐磨性的用于起皱刮刀和刮刀的刀片涂层。

根据一个实施形式，用于处理纤维毡幅的刀片具有基体和覆盖基体表面的至少一个部分的涂层，其中涂层形成刀片表面的用于与纤维毡幅接触的至少一个部分，且其中涂层在接触表面上具有开孔的材料，该材料的开孔至少部分地填充以聚合物。

根据此实施形式的刀片在用于与沿所述刀片引导的物体接触的接触面上具有良好的滑动特征和除污作用。此特性降低了作用在涂层上的力，以此延长了涂层的寿命且降低了在刀片使用期间涂层损坏的风险。接触面的除污作用防止了微粒和污染物在与纸幅接触的涂层表面上或附近的聚积，且因此改进了所生产的纸张的质量。

应注意的是在此描述中和权利要求中，为列举特征所使用的概念如“包括”、“具有”、“包含”、“含有”和“带有”及其语法上的变化一般地理解为非封闭地列举特征，例如方法步骤、装置、区域、粒度等，且不排除另外的或补充的特征或另外的或补偿的特征组的存在。

在实施形式中聚合物包括环氧树脂，因为此环氧树脂使具有非交联的或部分交联的状态下的开孔的层材料良好地湿润，且因此可以深入地侵入到涂层的开孔内。在另外的实施形式中，聚合物有利地包括硅聚合物，因为此硅聚合物将非常好的抗附着特征且因此滑动特征与优秀的除污作用结合。为改进涂层的接触面的滑动特征和除污特征，可在聚合物中嵌入填充物，其中优选的实施形式的填充物为此含有聚氟乙烯(PFE)且尤其含有聚四氟乙烯(PTFE)。在有利的实施形式中，填充物以微粒的形式且尤其以平均直径在0.1μm至5μm的范围内的微粒的形式存在。作为带有具有PFE或PTFE的填充物的环氧树脂或硅聚合物的替代，聚合物也可直接由聚氟乙烯且尤其由聚四氟乙烯形成，或由包括此物质的聚合物形成。为将聚四氟乙烯引入到涂层的开孔内，优选地将粒度在大约50nm至100nm的范围内的聚四氟乙烯悬浮，且将如此获得的扩散物例如借助于浸浴、通过喷涂或通过使用刷或另外的涂布装置的涂敷而引入到开孔内。优选地，为此使用具有如下粒度分布的微粒形式存在的聚合物，在所述粒度分布中至少65%的微粒具有在50nm至100nm的范围内的一个或多个粒度。

涂层的开孔的基体在实施形式中由一种氧化物陶瓷或由两种或多种氧化物陶瓷的混合物形成。另外的实施形式具有包括一种或多种氧化物陶瓷的、开孔的涂层基体材料。氧化物陶瓷在优选的实施形式中从氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铬(III)、氧化钇和钛酸盐中选择，它们将良好的机械耐久性和高的耐磨性加以组合，且能以现代的高速喷涂方法例如以HVOF涂敷在刀片的基体上。在另外的实施形式中，涂层的开孔的材料包括硬质金属，所述硬质金属也将良好的机械耐久性和高的耐磨性加以组合，且也能以现代的高速喷涂方法有效且经济地涂布在刀片的基体上。涂层基体材料的孔隙度优选地在2%至10%之间，其中此值描述了开孔在贯穿材料的横截面内的面积份额。涂层基体材料的平均孔径在实施例中具有5μm至15μm的范围内的值。为改进涂层在刀片基体上的附着，在实施形式中在其间布置有附着层。

优选地，如前所述的刀片构造为带有工作边缘和滑入面的起皱刮刀或构造为刮刀。

附图说明

本发明的另外的特征从如下的实施例描述中结合权利要求以及附图获得。应注意的是本发明不限制于所描述的实施例的实施形式，而是通过附加的权利要求的范围确定。尤其，在根据本发明的实施形式中的单独的特征能以与如下论述的示例中的不同的数量和组合实现。在如下对于本发明的一些实施例的解释中参考附图，附图中：

图1示出了在工作边缘周围的区域内的通过起皱刮刀的示意性横截面，和

图2示出了在刮刀的刀刃侧面周围的区域内通过涂布刀的示意性横截面。

具体实施方式

图1的示意性示出了通过提供有涂层12的起皱刮刀10的前部区域的横截面。起皱刮刀10具有例如由钢形成的基体11，在所述基体11上施加了涂层12。涂层12占据起皱刮刀10的至少一个与干燥筒或圆网筒且与纸幅的纤维毡接触的部分。为更好地附着，如在图1中所解释，可在涂层12和基体11之间提供中间层13。起皱刮刀以之靠放在干燥筒或圆网筒上的工作边缘14与纸幅碰到其上的导入面15邻接。导入面15和工作边缘14形成在涂层12上。

如在工作边缘14的区域内的涂层12的示意性的细节图示A中可见，涂层12具有两个部分，即由涂层基础材料形成的其中形成了最小的中空空间17的涂层基质或涂层载体层16，和布置在涂层基质16的中空空间17内的聚合物。中空空间的密度在图示的实施例中是大致恒定的。中空空间在将涂层材料施加在基体11上或增附剂层13上时形成且称为开孔。开孔17的密度不必如图示大致为恒定的，而是可从涂层的表面在向着基体的方向上变化，例如以便有利于起皱刮刀10的快速进入。涂层基质构造为开孔的，其中概念“开孔”理解为更深入设置到基质内的中空空间与设置在涂层的表面上的中空空间连接。涂层12的孔隙度即孔体积与涂层12的总体积的比值在图1中明显地被夸大地图示。通常，涂层12的孔隙度在大约2%至10%的范围内，其中此值如前已提及描述了开孔在贯穿材料的横截面内的面积份额。

为制造涂层12，首先在基体11上涂布涂层基础材料，或在使用增附剂的情况下如前所述例如通过使用热喷涂方法在施加在基体11上的增附剂层13上涂布涂层基础材料。适合于形成增附剂层的材料的选择根据为形成基体所使用的材料且根据各所使用的涂层基础材料进行。如果基体11在其待进行涂层的表面上例如包括钢，则在随后再次投入的涂层材料中，用于增附剂层的材料可从铝、镍、铬和它们的合金，例如AlNi或NiCr中选择。

为涂布涂层基础材料，优选地使用热喷涂方法。喷涂涂层在此优选地在多个行程中进行，例如以10至100个行程进行。每个行程产生涂层材料的薄层，其中第一层直接喷涂在基体11的表面上或喷涂在先前涂布的增附剂层上，且另外的层喷涂在各先前施加的层上。单独的层的物理均匀性或相反地孔隙度可通过所使用的方法的参数调节。例如，在首字母缩写简称为HVOF(高速氧燃料)的喷涂方法中，孔隙度通过燃料与氧的比例且通过用于形成层的粉末材料的输送率调节。通过改变层与层的参数，可在层厚度上将孔隙度在前述范围内改变。

适用于作为涂层基础材料的是作为静止材料的带有大约8%中10%的钴和一碳化钨的商用的硬质金属粉末。为形成陶瓷涂层，优选地使用粉末氧化物陶瓷材料，例如氧化铝，氧化锆，氧化镁，氧化铬(III)，氧化钇和钛酸盐。

在施加涂层基础材料之后，将其开放的开孔以聚合物填充。在此步骤中，开孔的填充理解为在开孔内引入材料，其中引入的材料不必但可以完全填满各开孔体积。在开孔的部分填满的情况中，所引入的材料可贴靠到孔壁上，但也可完全地或部分地从孔壁上剥离而布置在开孔体积内。

可合适地作为聚合物的是基于单组分和双组分系统制成的硬质塑料和热塑料。特别合适的是热固性塑料，其分解温度远高于刀片涂层的使用温度以上，使得热固性塑料具有弹性的特性。以类似的方式，热塑料是合适的，其玻璃化转变温度远高于刀片涂层的使用温度，使得在使用以聚合物浸透的刀片时，不会出现聚合物不利的软化。对于使用温度和分解温度或玻璃化转变温度之间的最小差异的粗略的标准值，可采用20℃。使用温度应理解为在刀片的按规定的使用期间刀片涂层的运行温度。

作为聚合物，特别合适的是环氧树脂和带有嵌入在其内的填充物微粒的环氧树脂，所述填充物微粒例如包括聚氟乙烯(PFE)且尤其包括聚四氟乙烯(PTFE)。因为环氧树脂在非交联或部分交联的状态中表现出涂层基础材料良好的湿润性，所以可例如通过毛细作用有助于深入地侵入到其打开的开孔内且填充所述开孔。可通过添加例如乙醇或甲酮的溶剂来降低环氧树脂的粘性，以使得聚合物的侵入或穿透深度与涂层的厚度匹配。浸渍过程，即材料在刀片涂层的开孔内的引入可借助于浸浴、通过喷涂或借助于例如刷或抹刀的涂布工具执行。

在起皱刮刀10的优选的实施例中，通过使用热喷涂方法在由钢形成的基体11的表面区域上施加大约50μm厚的NiAl₅增附剂层13。然后，在增附剂层13的自由表面上通过等离子喷涂方法，例如前述HVOF方法涂布Cr₂O₃陶瓷。所用于涂布的Cr₂O₃陶瓷粉末优选地具有如下粒度分布，在所述粒度分布中，不超过硬质材料颗粒的90%的粒度为不低于硬质材料颗粒的10%的粒度的至少两倍，且优选地至少三倍，其中尤其优选的是15/45的颗粒粒度分布，其中优选的是，90%的粉末颗粒不大于45μm，且10%的粉末颗粒不小于15μm。

所施加的Cr₂O₃层的厚度根据实施例大约为300μm，层的孔隙度大约为2%至3%，其中平均开孔直径在大约5μm至15μm的范围内。开孔直径在此理解为其面积等于各位置处开孔的横截面的圆的直径。如此制造的Cr₂O₃涂层的硬度可大约为1150HV0.3(HV维氏硬度)。在涂布Cr₂O₃涂层之后，在其开孔17内引入填充材料。填充材料由与异丁醇混合的硅聚酯树脂形成，其含有平均粒度为0.1μm至5μm的PTFE微粒。硅聚酯树脂在填充材料中的份额在40%至70%重量百分比之间，异丁醇的份额在10%至60%重量百分比之间，且PTFE微粒的份额在2%至20%重量百分比之间。

也优选的实施形式与前述实施形式区别在于填充材料的选择。此实施形式的填充材料包括环氧树脂和异丁醇的混合物，其含有平均直径为0.1μm至5μm的PTFE微粒。环氧树脂在填充材料中的份额在40%至70%重量百分比之间，异丁醇的份额在10%至60%重量百分比之间，且PTFE微粒的份额在2%至20%重量百分比之间。

填充材料渗入涂层基质16中的深度受到填充材料的粘性和填充过程中涂层基质的温度影响。在溶剂份额高时，填充物的粘性低，以此开孔可被填充直至更大的深度。通过在填充期间涂层基质的加热可进一步增大填充材料的最大渗透深度，其前提条件是温度足够低于交联温度。对于以上给出的填充材料系统，合适的渗透温度在大约70℃至90℃的范围内，且优选地为80℃，以此在上述的5μm直至15μm的平均开孔直径的情况下，可实现大约800μm至大约1000μm的渗透深度。

在填充材料渗入到涂层基质12的开孔内之后，此填充材料优选地热交联，以此完成了涂层基质16的浸渍。最后，将浸渍的涂层12的自由表面进行精磨，以便创造光滑的滑入表面和光滑的工作边缘。在此回磨时，通常去除大约50μm的涂层材料。所述的浸渍和精磨的次序不是强制的且如需要也可相反地执行。

通过在涂层基质中引入的聚合物，能以更低的摩擦使纤维毡和干燥滚筒或杨基滚筒在起皱刮刀的各接触面上沿其滑动。通过接触面的升高的可滑动性，降低了涂层的磨损。此外，由于聚合物层，接触面获得了除污作用，以此降低了由于纤维毡或干燥滚筒或杨基滚筒所携带的颗粒和污染物对于涂层的损坏，且因此改进了起皱的纸张的质量。

图2的示意性示出了通过提供以涂层22的刮刀20的前部区域的横截面。刮刀具有可例如由钢形成的基体21以及涂层22，且在一些实施例中具有布置在二者之间的增附剂层23。涂层22至少占据刮刀20与纸幅的纤维毡或施加在其上的涂布材料接触的至少一个部分。此外，刮刀20具有一般也称为刀刃侧面的倒角。通常，涂层22覆盖基体21，如在附图中也在刀刃侧面的区域内示出。

除了几何形状外，刮刀的涂层结构与起皱刮刀的涂层结构相应，即涂层由如上所述的多孔的涂层基质形成，所述涂层基质的开孔至少部分地以也如上所述的聚合物填充。在使用此刮刀时，涂层的接触面也具有与纸幅的改进的滑动能力和除污作用，且因此降低了出现涂层的损坏的可能性，所述损坏可能导致，在被涂布的纸上表现出线形不规则性的形状的微衬层。

通过滑动性能更强的和起到除污作用的涂层表面，在使用刮刀时更少的污物和涂布材料沉积在与纸张对置的侧上，以此明显地降低了湿和干的过沸(überkochen)的风险以及在刀片尖峰上形成毛刺的风险。

根据所述的本发明的刀片由于在涂层表面上的更好的滑动特性而具有比未相应地浸渍的涂层的刀片更好的耐磨性。浸渍也降低了涂层在运行期间损坏的可能性且由于其除污作用改进了用刀片加工的纸张的质量。

Claims

1.一种用于处理纤维毡幅的刀片，所述刀片带有基体(11、21)和覆盖所述基体的表面的至少一个部分的涂层(12、22)，其中，所述涂层形成刀片表面的至少一个用于与所述纤维毡幅接触的部分，且其中所述涂层(12、22)在接触表面上具有开孔的材料(16)，所述材料的开孔(17)至少部分地填充以聚合物。

2.根据权利要求1所述的刀片，其中，所述聚合物包括环氧树脂。

3.根据权利要求1所述的刀片，其中，所述聚合物包括硅聚酯树脂。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的刀片，其中，在所述聚合物内嵌入填充物。

5.根据权利要求4所述的刀片，其中，所述填充物包含聚氟乙烯，且尤其包含聚四氟乙烯。

6.根据权利要求4或5所述的刀片，其中，所述填充物为微粒的形式，且尤其平均直径在0.1μm至5μm的范围内的微粒的形式。

7.根据权利要求1所述的刀片，其中，所述聚合物包括聚氟乙烯，且尤其包括聚四氟乙烯。

8.根据权利要求7所述的刀片，其中，所述聚合物为具有如下粒度分布的微粒的形式，在所述粒度分布中至少65%的微粒具有在50nm至100nm的范围内的一个或多个粒度。

9.根据前述权利要求中一项所述的刀片，其中，所述涂层的开孔的材料(16)具有一种或多种氧化物陶瓷。

10.根据权利要求9所述的刀片，其中，所述涂层的开孔的材料(16)从氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铬(III)、氧化钇和钛酸盐中选择。

11.根据前述权利要求中一项所述的刀片，其中，所述涂层的开孔的材料(16)包括硬质金属。

12.根据前述权利要求中一项所述的刀片，其中，所述开孔的材料具有在2%至10%的范围内的孔隙度。

13.根据前述权利要求中一项所述的刀片，其中，所述平均孔径具有在5μm至15μm的范围内的值。

14.根据前述权利要求中一项所述的刀片，其中，在所述涂层(12、22)和所述基体(11、21)之间设有附着层(13、23)。

15.根据前述权利要求中一项所述的刀片，其中，所述刀片(10、20)构造为带有工作边缘(14)和导入面(15)的起皱刮刀(10)。

16.根据权利要求1至14中一项所述的刀片，其中，所述刀片(10、20)构造为刮刀(20)。