CN109477302A - 辊套以及辊及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辊套，其包括由聚合物制成的功能层，所述聚合物是至少一种橡胶和可轧制的聚氨酯橡胶的掺混物，其中所述聚合物具有65重量％至85重量％的所述至少一种橡胶和15重量％至35重量％的可轧制的聚氨酯橡胶。

Description

辊套以及辊及其应用

本发明涉及辊套(或辊筒套、轧辊套)，其尤其适用于在制造和/或精制纸张、纸板、薄纸或其它纤维幅面的机器中处理纸幅面、纸板幅面、薄纸幅面或其它纤维幅面的辊，还涉及包括该辊套的辊和这种辊的用途。

在造纸期间，在许多工艺步骤中使用辊，特别是具有弹性表面的辊。后者例如用于造纸机的筛部中的页成型、造纸机的压榨部中的脱水以及造纸机的尾端部分中的刷涂、干燥和轧光。在这样的情形下，这样的辊的径向最外表面在造纸机中的某些位置处几乎持续地与纸幅接触。因此，这种辊在造纸机的运行期间被暴露于高机械负荷。除此之外，这些辊必须具有低的开裂敏感性、高的抗冲击强度、良好的抗拉强度、高撕裂强度、高抗压强度和足够高的硬度。同时，这些辊必须是足够耐磨擦和耐损耗的，以便具有尽可能长的使用寿命。

为了使辊的表面具有对其应用所需的应用技术性能，辊通常在其表面上设有布置在辊芯上的辊套，所述辊套的材料根据所需的应用技术性能进行配制。

因此，这种辊、特别是当用作压辊、刷涂辊或涂胶辊时被暴露于较高温度下。这些温度在运行中甚至可超过120℃。因此，通常称为液体转移辊的这种表面受到一定的热负荷。迄今，为此目的而使用了从现有技术已知的由硫化橡胶制成的橡胶辊。一方面，这些橡胶辊提供了良好的机械性能。然而，它们倾向于在造纸机的运行中在如此高的温度下继续硫化。因此，这种辊套硬化并迅速变脆。在这样的辊上也观察到，由于在正常运行期间继续硫化，辊套的外径变得更硬。

迄今，另一种解决方案是使用聚氨酯代替纯橡胶辊套。其缺点是在液体接触时，尤其是与水接触时，聚氨酯开始膨胀。因此，这样的辊的外径又在运行中变得更软。尺寸增加类似导致了与橡胶辊套的持续硫化同样的问题。此外，聚氨酯相对于橡胶具有较小的弹性和较差的动态性能。

辊套的硬化或软化导致压区性质(Nip-Eigenschaften)改变。这会影响用其制造或处理的纸张的质量。

DE 101 51 485 A1公开了一种用于要应用在造纸机中的辊的辊套，其中辊套具有由橡胶和聚氨酯橡胶组成的掺混物。尽管通过掺混物改善了与纯橡胶辊套或纯聚氨酯辊套相比的机械要求，但是这样的辊套的热学性能对于前文提及的应用情形仍然不足。

本发明涉及这种类型的主题。

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种相对于现有技术得以改善的辊套和辊。因此，特别地应当增加这种辊或辊套的热负荷能力，以便能够持久地、特别是在120℃以上的高温应用中使用这种辊或辊套。此外，应该使这种辊在正常运行中的服务成本和由此产生的成本最小化。

根据本发明，该技术问题由独立权利要求解决。从属权利要求描述了本发明的特别有利的实施方式。

发明人已经认识到，通过根据本发明地选择组分及其组成，可以显著提高这种辊和辊套的尺寸精确性和机械及热学性能。通过可轧制的聚氨酯橡胶在常规橡胶中的根据本发明的重量份额，得到了特别热稳定的辊套。例如，如果可轧制的聚氨酯橡胶的份额选择为22至28重量％，则在热稳定性方面实现了特别令人满意的结果。这事实上是令人惊讶的，原因是从先前的认识出发，橡胶和聚氨酯橡胶的1：1混合物将是最有效的。因此，DE 101 51485A1也表明，聚氨酯橡胶的份额相对于纯橡胶的份额明显增加。然而，发明人已经发现，当选择聚氨酯橡胶的重量份额明显小于50重量％时，还出现了或者正是因此才出现本发明的优点。为何较低份额的聚氨酯橡胶更好的原因至今尚未最终澄清。

此外，已经表明，当辊套的橡胶份额由NBR和HNBR的混合物组成时，这种承受强烈热负荷的辊的寿命增加。

根据本发明，术语“可轧制的聚氨酯橡胶”被理解为在室温下以固态存在的聚合物，特别是弹性体。与在室温下为液态、即可浇注的聚氨酯相比，可轧制的聚氨酯橡胶(只有)可用常规的橡胶加工设备如封闭式混合器且在轧机上才能被加工。它们由于在这些设备中的机械作用才开始流动。聚氨酯橡胶的特征在于，与整个反应中的羟基相比，存在化学计量缺乏的异氰酸酯基团，因此存在轻微过量、但正过量的羟基。相反，液态聚氨酯具有轻微过量的异氰酸酯基团。与其它合成橡胶一样，聚氨酯橡胶中存在交联位点，通过这些交联位点可以借助过氧化物或硫形成三维网络。对于硫交联，在交联位点处需要额外的双键。以下物质适合于所述交联：三羟甲基丙烷单烯丙基醚，甘油单烯丙基醚，2-丁烯-1,4-二醇或羟基封端的聚丁二烯。这些化合物应当关于-OH官能团至少为二价且含有至少一个双键。对于过氧化物交联，不必引入不饱和化合物。在该情况下，过氧化物交联可以通过4 4'-亚甲基二苯基二异氰酸酯中的亚甲基进行。

聚氨酯橡胶不可无破坏地熔化，因此不能与在适度的热作用下能够塑性变形的已知的热塑性聚氨酯(TPU)相提并论。因此，由TPU制成的辊套不适用于这种高温应用，即，约120℃或高于120℃的应用。

术语“掺混物(Verschnitt)”(亦或共混物)是指多种纯物质的混合物质，所述多种纯物质彼此均匀混合，即形成一个相。因此，术语“掺混物”并非是指其中存在所述纯物质的两个相或更多个相的混合物。(双相)混合物的一个例子例如是聚氨酯橡胶，其中嵌入了磨碎的橡胶颗粒。在本发明的范围内，纯物质一方面理解为聚氨酯橡胶，另一方面理解为至少一种其它橡胶。这两种物质原则上也可以具有其它添加剂如填料，并且那时仍然被理解为纯物质。这样的掺混物通常在封闭式混合器中或在轧机上制造和加工。

如果根据本发明提及“至少间接地”，则意指“间接”和“直接”两种替代方案。前一种情况下，间接是指，例如辊与纤维幅面间接接触。也就是说，辊间接地与纤维幅面处于接触中。当例如在正常运行期间在辊与纤维幅面之间存在诸如刷涂颜料、水胶涂料或水等的液体时，辊与纤维幅面处于间接接触中。相反，直接接触是指，纤维幅面和辊或辊套同样在正常运行期间直接彼此(在触碰下)处于接触中。

根据本发明，术语“功能层”应理解为辊套或辊的面向纤维幅面的表面，即周向面(径向最外表面)。这是在正常运行期间与纤维幅面至少间接接触的那个表面。

在本发明的范围内，中间层是辊套的一部分。它是关于功能层此外单独的层，其用于吸收在正常运行期间作用在功能层上的力的负荷。关于辊套或辊的纵向轴线观察，中间层通常沿径向布置在这里称为功能层的径向最外层之内，并且通常与功能层以材料粘接的方式接合。

“正常运行”要被理解为这样的状态，其中成品(硫化)辊套或成品辊在上述纸张、纸板或薄纸机器中为了处理纸张、纸板或薄纸的目的而被装入用于制造和/或精制纤维幅面的机器中并且这台机器正在运行。

适用于这样的机器的这种辊在其长度(沿其纵向轴线)和直径上均为几米长。

实验表明，当橡胶选自交联天然橡胶、交联丁腈橡胶(NBR)、交联氢化丁腈橡胶(HNBR)、交联羧化丁腈橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)和由两种或更多种上述交联橡胶组成的任意混合物时，辊套能够特别好地承受热负荷。

此外还显示出辊套的极佳热负荷能力的是交联丁腈橡胶(NBR)和交联氢化丁腈橡胶(HNBR)的橡胶混合物，其中交联氢化丁腈橡胶相对于交联丁腈橡胶(NBR)的份额不超过50％(重量)。

如果将填料嵌入至少一个层如功能层中，从而功能层用作这些填料的基质，则无机填料已被证明是最好的。由氧化铝、二氧化钛、二氧化锆、氧化钇、二氧化硅、氧化铬、碳化铬、碳化钛、碳化硼、碳化钨、碳化铝、氮化硼、氮化铝、氮化铬、氮化铌、碳氮化铬、碳氮化钛、碳氮化硼、碳氮化钨、金刚石、硅酸铝、硅酸铝钠、硅酸钙、硅酸钙钠或硅酸(沉淀；热解；表面处理，例如用硅烷)和两种或更多种上述化合物的任意混合物组成的填料，也特别适合高温应用。

如果通过多元醇与二异氰酸酯和交联剂反应来制备可轧制的聚氨酯橡胶，则适合用作多元醇的是聚醚多元醇或聚酯多元醇或上述多元醇的混合物，并且适合用作二异氰酸酯的是亚甲基二苯基异氰酸酯(MDI)、亚萘基-1,5-二异氰酸酯(NDI)、甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)、1,4-亚苯基二异氰酸酯(PPDI)、聚碳酸酯、聚碳酸酯二醇(PCDL)或上述二异氰酸酯的混合物，以最佳地吸收辊套的机械负荷、动态负荷和热负荷。原则上，可以使用所有常见的OH官能多元醇。例如：聚酯多元醇，聚醚多元醇，聚己内酯。

根据本发明的另一个特别优选的实施方案，辊套由至少一个层组成，其中特别优选的是，辊套厚度为5-25mm。已经证明这样的实施方式对于上述应用目的是特别优化的。

作为可轧制的聚氨酯橡胶和纯橡胶的掺混物的硫化剂(交联剂)，可以使用本领域技术人员针对该目的已知的所有化合物，即，基于(甲基)丙烯酸酯的硫化剂，基于多硫化物的硫化剂，基于硫的硫化剂如硫脲化合物，基于三嗪衍生物的硫化剂和基于过氧化物的硫化剂，其中基于过氧化物化合物的硫化剂是优选的。这些试剂也特别适合高温应用。

辊套的硫化可以在本领域技术人员已知的常规压力和温度条件下进行，确切地说，例如在高压釜中，温度为40-170℃，优选为90-160℃，并且压力为2至10巴，优选为3至5巴。

特别好地满足本发明优点的优选辊套由聚合物制成，该聚合物是至少一种橡胶和一种可轧制的聚氨酯橡胶的掺混物，其中该聚合物包含75重量％的至少一种橡胶，和25重量％的可轧制的聚氨酯橡胶。在此，所述75重量％的至少一种橡胶可由15％HNBR和60％NBR组成。常规的化学品也可以加入到聚合物中。

本发明的另一个主题涉及一种辊，具有辊芯和构造在辊芯上的弹性辊套，所述辊套如上所述地构成。

此外，本发明涉及上述辊在纸张、纸板或薄纸机器中的用途，并且优选用于表面精制，特别是用于涂胶、刷涂和/或着色，或用于使这种相应的纤维幅面脱水。

根据本发明的辊套或辊基本上适用于上述机器中的任何应用。特别好的结果可以在高温应用中获得，例如，当所述辊是可加热或加热的干燥筒(扬克筒)的压辊时。本发明还涉及这种干燥筒与设计为压辊的根据本发明的辊的组合体，其中干燥筒和压辊在正常运行期间直接彼此接触并彼此限定出或形成压区(Pressnip)，通过所述压区可在正常运行期间使纤维幅面进行热处理。

最后，本发明涉及聚合物用于制造辊套或辊的用途，所述聚合物是至少一种橡胶和可轧制的聚氨酯橡胶的掺混物，其中所述聚合物具有65重量％至85重量％的所述至少一种橡胶和15重量％至35重量％的可轧制的聚氨酯橡胶。

现在将参考唯一附图以示例的方式解释本发明。

其中：

图1以穿过辊的纵向轴线的横截面示出了辊的未按比例的图示。

图1以穿过其纵向轴线的横截面示出了根据本发明的辊1的实施方式，该纵向轴线在当前情况下垂直于所述图示平面延伸。辊1具有圆柱形的辊芯3以及覆盖辊芯3的周向面的辊套4。辊套4由多个层制成，并且在当前情况下具有中间层6。

在当前情况下，功能层7直接置于中间层6上，在辊1的正常运行期间可使所述功能层至少间接地与纤维幅面2接触。后者、也即纤维幅面如图1所示地在其中安装有辊1的机器的正常运行中至少部分地在辊套4的径向最外表面上沿周向缠绕。

功能层7根据本发明制造。它包含材料混合物，即由可轧制的弹性体聚氨酯橡胶和诸如NBR、HNBR或这两者的混合物的至少一种其它橡胶形成的掺混物。

如虚线所示，功能层可以由两个层制成。原则上可以考虑甚至超过两个层。这些层则可以是相同的或用不同的材料组合物制成。

在当前情况下，填料8嵌入(径向最外侧的)功能层7中。因此，功能层7充当用于以固体形式存在的填料8的基质。这些填料基本上可以以颗粒或纤维的形式存在。然而，填料8不是绝对必要的，并且是根据功能层7的应用情况添加的。它们可以如上所述地进行选择。当提供多个层时，可以在每个单独的层中提供这种填料8。这些层可以根据本发明设计。径向最外层则被称为功能层。

为了改善中间层6的粘附性或直接布置在辊芯3上的另一个子结构的粘附性，可以提供粘合剂层5。该粘合剂层相对于辊的纵向轴线沿径向方向布置在辊芯3和中间层6之间。根据应用情况，可以省去这种粘合剂层5，使得中间层或者功能层7直接置于辊芯3上。

尽管未示出，但原则上可以省去这样的中间层6。在这样的情况下，功能层7将直接或间接地经由粘合剂层5布置在辊芯3上。

设有这种辊套的辊一方面具有特别有利的机械性能，例如非常低的开裂敏感性、优异的抗冲击性和突出的耐磨性。另一方面，通过根据本发明的材料选择，辊套的热负荷能力也是非常杰出的。

Claims (13)

1.一种辊套，包括由聚合物制成的功能层，所述聚合物是由至少一种橡胶和可轧制的聚氨酯橡胶形成的掺混物，其中所述聚合物包含65重量％至85重量％的所述至少一种橡胶和15重量％至35重量％的可轧制的聚氨酯橡胶。

2.根据权利要求1所述的辊套，其特征在于，所述聚合物中的可轧制的聚氨酯橡胶的份额为20重量％至30重量％，特别是22重量％至28重量％。

3.根据权利要求1或2所述的辊套，其特征在于，所述橡胶选自交联天然橡胶、交联丁腈橡胶(NBR)、交联氢化丁腈橡胶(HNBR)、交联羧化丁腈橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)和两种或更多种上述交联橡胶的任意混合物。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的辊套，其特征在于，所述至少一种橡胶是交联丁腈橡胶(NBR)、交联氢化丁腈橡胶(HNBR)或上述交联橡胶的混合物，其中在提供混合物时，交联氢化丁腈橡胶(HNBR)相对于交联丁腈橡胶(NBR)的份额不超过50重量％。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的辊套，其特征在于，所述至少一个功能层充当用于至少一个嵌入所述功能层中的无机填料的基质，其中所述至少一种无机填料选自：氧化铝，二氧化钛，二氧化锆，氧化钇，二氧化硅，氧化铬，碳化铬，碳化钛，碳化硼，碳化钨，碳化铝，氮化硼，氮化铝，氮化铬，氮化铌，碳氮化铬，碳氮化钛，碳氮化硼，碳氮化钨，金刚石，硅酸铝，硅酸铝钠，硅酸钙，硅酸钙钠和两种或更多种前述化合物的任意混合物。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的辊套，其特征在于，所述可轧制的聚氨酯橡胶通过多元醇与二异氰酸酯和交联剂的反应制备。

7.根据权利要求6所述的辊套，其特征在于，所述多元醇是聚醚多元醇或聚酯多元醇或前述多元醇的混合物。

8.根据权利要求6或7所述的辊套，其特征在于，所述二异氰酸酯包括：亚甲基二苯基异氰酸酯(MDI)，亚萘基-1,5-二异氰酸酯(NDI)，甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)，1,4-亚苯基二异氰酸酯(PPDI)，聚碳酸酯或聚碳酸酯二醇(PCDL)或前述二异氰酸酯的混合物。

9.一种辊，具有辊芯和构造在所述辊芯上的根据前述权利要求中至少一项所述的辊套。

10.根据权利要求9所述的辊，其特征在于，在所述辊套的径向方向上看，设有多个相叠地布置的层，其中所述功能层形成所述辊套的径向最外层。

11.根据权利要求9或10所述的辊，其特征在于，在所述辊套的径向方向上看，沿径向在所述至少一个功能层之内设有中间层，其中优选地所述中间层设计为比所述至少一个功能层硬。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的辊在造纸机、纸板机或薄纸机中的用途，其中所述辊优选用于对诸如纸幅面、纸板幅面或薄纸幅面的纤维幅面进行表面精制、脱水、涂胶、刷涂或着色。

13.根据权利要求9至11中任一项所述的辊与可加热或加热的干燥筒的组合体，其中所述辊和干燥筒至少间接地彼此接触并且彼此限定出压区。