CN104204347A - 辊包覆物 - Google Patents

Abstract

一种特别是应用于制造或改良如纸张幅或纸板幅的纤维材料幅的设备中的辊包覆物，其构造在由金属组成或由纤维增强的塑料组成的辊芯上并且具有基质系统，在该基质系统中设置有填充材料。在此，设置有至少三种填充材料，它们分别具有不同的平均粒度。

Description

辊包覆物

技术领域

本发明基于一种根据权利要求1的前序部分的、特别是用于在压延机和压光机中使用的辊包覆物，

背景技术

对用于造纸工业和类似用途的压光机包覆物和其它的耐磨的辊包覆物使用纤维增强的且填充的环氧树脂在很久之前就已经是现有技术了。

例如由专利文献EP 1612392B1公知，通过与较大颗粒组合地使用纳米颗粒来使确定的辊包覆物的特性，像(例如根据EN ISO 604:2003，Pkt.3.6所确定的)耐磨性和抗压模数匹配于所选取的辊位置中的各自的要求并进行建模。

所使用的填充材料的份额总是在辊包覆物的不同要求之间进行折中。为了达到尽可能高的耐磨性和所期望的高抗压模数，尽可能高的填充度是值得期待的。

然而由于在使用中已出现的表面粗糙度，限制了特别是粒度>0.5μm的坚硬的、耐磨的填充材料的量，这是因为否则将产生过于粗糙的表面，这对纸张的期望的平滑度产生负面影响。

此外，填充材料含量的提高从某个界限起将导致材料脆变的增加，进而导致在逐点过载情况下或者在出现热应力的情况下大规模损伤的风险的提高。

发明内容

本发明的相应任务是，弥补现有技术的已知的缺陷并且说明一种辊包覆物，其不仅表现出高抗压模数，而且还表现出在运行中小的表面粗糙度和尽可能小的脆变的同时的良好的耐磨性。

该任务通过权利要求1的区别技术特征与类属的特征相结合地得以解决。

在此，根据本发明设置，存在有至少三种填充材料，它们分别具有不同的平均粒度。

通过对具有不同的平均粒度的不同的矿物的填充材料或合成制造的硬质材料进行至少三次组合，使得在使用中具有较低的表面粗糙度以及高机械抗耐性和耐热性的同时还获得了高耐磨性。

本发明的其它有利的观点和实施方式由从属权利要求得出。

有利地，第一填充材料可以具有在1nm到100nm、优选5nm到50nm、特别优选10nm到30nm的范围内的平均粒度。据此获得了高的抗撕裂性以及抗压模数的提升。

第二填充材料可以具有在50nm到2000nm、优选100nm到500nm、特别优选100nm到300nm的范围内的平均粒度，并且有利地承担在大填充材料与小填充材料之间的桥梁功能。该第二填充材料减少了对在大填充材料之间的自由表面上的树脂基质的侵蚀。

第三填充材料可以具有在0.5μm到15μm、优选1μm到7μm、特别优选2μm到4μm的范围内的平均粒度，并因此起到了进一步提升抗压模数以及提升耐磨粒磨损性的作用。

根据本发明的有利的观点，重叠地或者不重叠地选出至少三种填充材料的粒度分布。由此可以进一步影响辊包覆物的特性曲线。

根据本发明的另一个有利的观点，至少两种填充材料、特别是三种填充材料可以是化学上相同的。

替选地，所述至少三种填充材料可以是不同的。由此，可以从广泛的选择中选取适当的、能以各自所需的粒度在商业上提供的填充材料，并且可以有针对性地采用不同的特性(例如高硬度或良好的基质接合性)和形态(例如具有高耐磨性的球形颗粒用于在运行中造成小的表面粗糙度的情况下同样获得高耐磨性，或者细棒状或纤维状的填充材料用于强化结构)用于对整个系统进行优化。

优选地，至少第二填充材料和/或所述填充材料可以从如下选出：源自矿物的或源自合成的氧化物、碳化物、氮化物、铝硅酸盐、硅酸盐或它们的混合物。它们具有高硬度和耐磨性并且能以各种各样的型件在商业上提供。

此外根据本发明的有利的观点，第一填充材料可以从如下选出：源自矿物的或源自合成的氧化物、碳化物、氮化物、铝硅酸盐、硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、钛酸盐、碳纳米管、碳纳米纤维、金属或它们的混合物。

特别优选地，填充材料、特别是第一填充材料可以是表面改性的，这允许更好地结合到树脂基质上。

根据本发明的有利的观点，填充材料在基质系统中的含量为在0.5到30体积百分比之间。该值是在所要求的弹性下针对能达到的最大的耐磨性的良好的折中方案。

有利地，第一填充材料的含量为0.5到20体积百分比，优选1.5到15体积百分比，而第二填充材料的含量为0.5到5体积百分比，优选1到3体积百分比并且第三填充材料的含量为0.5到20体积百分比，优选3到15体积百分比。

优选地，基质系统可以是热固性塑料，特别是胺交联的或酸酐交联的或自交联的环氧树脂或者是异氰酸酯或者是它们的混合物。这类树脂系统能在很大的范畴中在商业上购得并且可以根据要求分别选择。

具体实施方式

以下详细阐述本发明。

用于纤维材料幅，例如纸张幅或纸板幅的压光机或压延机的任务在于，使纤维材料幅要么直接地紧接着其制造整平滑(在线)，要么在之后的时间点整平滑(离线)。通过该任务，对存在于压光机中的辊的辊包覆物，一方面在其表面品质方面，且另一方面在其相对热负载或机械负载的耐抗性方面都提出了最高的要求。

通常，在压光机中布置有构成堆栈(Stack)的多个辊，其中，根据常见的实施方式，在形成辊隙(Nip)的情况下金属的、能加热的辊相对没有加热的弹性辊运转。首先，在多个彼此相继的辊隙中，纤维材料幅的第一侧通过压力作用和热作用地被整平滑。在超级压光机或多辊隙压光机中，通常大致在堆栈的中部设置有所谓的“交换辊隙(Wechselnip)”，在该交换辊隙之后将纤维材料幅的另一侧与整平滑用的热辊接触。由这种布局，立刻获得了以下必要性，即，没有加热的弹性辊的辊表面要尽可能设计得平滑，以便不使纤维材料幅的之前已经获得的平滑结果受到破坏。

没有加热的辊的辊包覆物通常由至少一个、也经常是由多个由不同的、施加到辊体上材料(例如橡胶、聚氨酯或纤维增强的塑料)构成的层组成。针对在压光机中的用途，所选的材料通常是纤维增强的塑料，这是因为它们具有高的耐温性以及高机械强度和良好的耐磨性。

这种类型的塑料通常具有由树脂组成的基质系统以及作为加固件(Armierung)的、嵌入该基质系统中的、由玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维或其它类似的合适的纤维组成的纤维增强部。这种类型的辊包覆物的制造是充分公知的，从而在这里仅给出简短的概述。

制造可以根据不同的公知的方法实现。一方面可能的是，干燥地缠绕纤维并且通过铸造方法施加基质。另一种常用的方法设置，纤维束，也就是所谓的“粗纱(Roving)”拉伸穿过含有树脂基质的树脂浴，并潮湿地缠绕到辊体上。在其中基质材料通过能轴向移动的喷嘴施加到旋转的辊体上的注塑方法也是公知的，并且适用于制造根据本发明的辊包覆物。

在此，在结构上可以单层或多层地实现，还可以设置有充当在辊芯与辊包覆物之间的增附中介的譬如基础覆层的其它的层以及附加的结合层。根据本发明的措施涉及到辊包覆物的功能层，该功能层与纤维材料幅接触。

可以考虑胺交联的、酸酐交联的以及自交联的环氧树脂，还可以考虑异氰酸酯或其它的热固性塑料或者它们的混合物作为基质系统。

在所有方法中可行的且常见的是，利用填充材料来填充树脂基质，以便因此改进树脂基质的机械特性和热特性。

现有技术已经公开了利用两种具有不同平均粒度的填充材料在树脂基质中进行组合。在此，实践证实了这种类型的组合的可行性以及正面的效果，然而如此设计的辊包覆物的性能还是不够充分。

因此根据本发明设置，把至少一种另外的填充材料引入到树脂基质中。

通过对至少三种至少在平均粒度方面有所区别的、具有明显不同的平均粒度的填充材料的组合，可以最佳地利用各个填充材料之间的协同效应。

在以下被称为第一填充材料的、具有在1纳米到100纳米之间的范围内的粒度的组分承担防撕裂的作用，并且造成与防撕裂相关联的机械强度的升高以及抗压模数的升高。针对于此的前提是，良好地整合到基质中以及颗粒在基质中均匀的分布。通过抗压模数的升高，在压光机的基本上是压力引起的磨损机制的情况下得到了明显较迟地发生的强烈磨损，这是因为减少了变形以及因此出现的应力。

在以下被称为第三填充材料的、还被称为“大”硬质材料的组分，具有在一位数到较低的两位数微米范围内的平均粒度，该组分主要提高了相对磨粒磨损的耐抗性并且导致抗压模数的进一步提高。

此外还设置有被称为第二填充材料且具有0.1微米到1微米的数量级的中等大小的粒度的组分。第二填充材料实现两种其它的填充材料之间的桥梁功能，并且此外减少了由于在“大”硬质材料之间的来源于纤维材料幅或线状介质的、压入的颗粒而产生的基质侵蚀。

由于填充材料的特别宽的粒度分布而无法或者仅能非常困难地再现地获得可比的效果，因为具有这样宽的粒度分布的颗粒在各批次的粒度分布之间几乎总是具有显著波动。

在表1中给出了平均粒度的汇总以及填充材料和相应填充度的可能的粒度分布。

表1

用于第三填充材料的材料可以考虑优选来自第一组，第一组的材料包括源自矿物的或源自合成的氧化物、碳化物、氮化物、铝硅酸盐、硅酸盐或它们的玻璃球体或者混合物。

作为用于第一填充材料的材料，可以考虑来自第一组的材料，但是也可以考虑第二组，第二组的材料包括源自矿物的或源自合成的硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、钛酸盐、碳纳米管、碳纳米纤维、金属或它们的混合物。

第二填充材料的材料选择可以由这两个组实现。优选地，第二和第三填充材料选自相同的组，特别优选地选自第一组。

第一填充材料可以使用或不使用表面改性，例如使用聚L-丙交酯涂覆的SiO₂来更好地接合到基质上。

最佳的组成不仅取决于具体选出的填充材料、填充材料的粒度和形态，而且还取决于所期望的硬度或所期望的抗压模数，以及在运行中所需的表面粗糙度。

第三填充材料可以从合适的、以各自所需的粒度能在商业上提供的组分的广泛的选择中选取。通过选择，可以有针对性地凸显不同的特性，例如高硬度或良好的基质接合性。

在三种填充材料的形态方面，同样可以从宽的范围中选择。例如，具有高耐磨性的球状的颗粒，譬如玻璃球体于在运行中造成小的表面粗糙度的情况下针对获得高硬度是有意义的并且是可行的。为了强化结构并且为了对整个系统进行优化而采用细棒状或纤维状的填充材料，譬如碳纳米管。

第三填充材料可以在层中优选尽可能均质地分布。然而还可能的是，通过对上述涂覆方法的适当的修改，在层的内部获得梯度或有针对性的阶梯式变化。

Claims (15)

1.一种特别是应用于制造或改良像纸张幅或纸板幅的纤维材料幅的设备中的辊包覆物，其中，所述辊包覆物构造在由金属组成的或由纤维增强的塑料组成的辊芯上并且具有基质系统，在所述基质系统中设置有填充材料，其特征在于，设置有分别具有不同的平均粒度的至少三种填充材料。

2.根据权利要求1所述的辊包覆物，其特征在于，第一填充材料具有在1nm到100nm、优选5nm到50nm、特别优选10nm到30nm的范围内的平均粒度。

3.根据权利要求1或2所述的辊包覆物，其特征在于，第二填充材料具有在50nm到2000nm、优选100nm到500nm、特别优选100nm到300nm的范围内的平均粒度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的辊包覆物，其特征在于，第三填充材料具有在0.5μm到15μm、优选1μm到7μm、特别优选2μm到4μm的范围内的平均粒度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的辊包覆物，其特征在于，所述至少三种填充材料的粒度分布重叠地或者不重叠地选出。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的辊包覆物，其特征在于，至少两种所述填充材料是相同的，特别是所述三种填充材料是相同的。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的辊包覆物，其特征在于，所述至少三种填充材料是不同的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的辊包覆物，其特征在于，至少两种和/或三种填充材料从如下选出：源自矿物的或源自合成的氧化物、碳化物、氮化物、铝硅酸盐、硅酸盐或它们的混合物。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的辊包覆物，其特征在于，所述第一填充材料从如下选出：源自矿物的或源自合成的氧化物、碳化物、氮化物、铝硅酸盐、硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、钛酸盐、碳纳米管、碳纳米纤维、金属或它们的混合物。

10.根据权利要求9所述的辊包覆物，其特征在于，所述第一填充材料是表面改性的。

11.根据前述权利要求中任一项所述的辊包覆物，其特征在于，填充材料在所述基质系统的含量为在0.5与30体积百分比之间。

12.根据权利要求11所述的辊包覆物，其特征在于，第一填充材料的含量为0.5到20体积百分比，优选为1.5到15体积百分比。

13.根据权利要求11或12所述的辊包覆物，其特征在于，第二填充材料的含量为0.5到5体积百分比，优选为1到3体积百分比。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的辊包覆物，其特征在于，第三填充材料的含量为0.5到20体积百分比，优选为3到15体积百分比。

15.根据前述权利要求中任一项所述的辊包覆物，其特征在于，所述基质系统是热固性塑料，特别是胺交联的或酸酐交联的或自交联的环氧树脂或者是异氰酸酯或者是它们的混合物。