CN111836928A - 具有用于造纸机湿端的水平射流施加器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种将添加剂施加到纸纤维的成形幅材上的方法：以小于每英寸狭缝每分钟5美制加仑的速率，通过施加器中的通道将添加剂泵送至具有小于0.100英寸的竖直间隙的水平狭缝中，所述添加剂在沿基本水平方向行进的所述成形幅材上方沿基本水平方向离开所述狭缝。

Description

具有用于造纸机湿端的水平射流施加器的方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2018年4月5日提交的在先申请62/652,988号的权益和优先权。
技术领域
本申请涉及在造纸机湿端将添加剂施加到纸纤维的成形幅材上的方法。
背景技术
向成形纸幅材的片材表面上直接施加高度纤化(highly fibrillatedcellulose)纤维素或者其他添加剂可以显著提高表面性能，并且为涂布作业提供优异表面。高度纤化纤维素或者其他添加剂可以通过借助重力而落下的竖直帘被施加，但是该帘在机器方向上的速率比该帘落于其上的成形纸幅材的速率低得多，这导致添加剂层的显著延伸并且在该层和纸幅材的顶表面中导致应力和损坏。对施加器加压以增加竖直帘的速率会导致在该竖直帘落在成形纸幅材上时竖直帘部分地穿透并且破坏成形纸幅材。用于制造多层纸等级的副流浆箱是在造纸机湿端上水平地施加液体的已知替代技术。然而，该技术由于两个原因而不适用于添加诸如高度纤化纤维素的添加剂。
在整个输送期间，必须使极小规格的纤维或颗粒(例如纤化纤维素)保持在高速、微湍流下，以防止沉积并且保持良好的流体分散性。为此，具有终止于基本竖直的顶部板唇部的大会聚通道的传统流浆箱堰板区域(slice zone)是不合适的。例如，参见美国专利7279043号。公开了传统流浆箱的其他专利包括美国专利4141789号和美国专利4285787号。
副流浆箱技术的可能的最小流速过高，这意味着在造纸机湿端将需要显著大的排放能力以排出额外的水负荷，或者机器速率必须显著降低。
美国专利5792317号和美国专利5985030号公开了一种施加器，该施加器用于将生淀粉或其他添加剂的悬浮液以帘的形式施加到造纸机上的成形幅材。在这些专利中，添加剂从施加器的狭窄狭缝中被挤出并且向下落到成形纸幅材上。
发明内容
在本公开中已开发出一种特殊的施加器，在所述施加器中，来自混合腔室的添加剂流穿过沿水平或几乎水平方向定向的狭窄的、基本平行的狭缝，并且形成全幅宽射流(full width jet)，然后所述全幅宽射流落在成形纸幅材上。通过调整所述施加器中的压力，能相对于纸幅材的速率调整基本水平的射流的速率，从而使添加剂的射流没有破坏地落在成形幅材上。
附图说明
图1是用于将添加剂以均匀分布的方式施加到纸纤维的成形幅材上的施加器的正面立体图。
图2是图1中示出的施加器的剖面侧视图。
具体实施方式
尽管本文的公开内容是详尽准确的，可使本领域技术人员实施本发明，但是本文所公开的物理实施方例仅仅举例说明了本发明，本发明可以以其他具体结构体现。尽管已经描述了优选实施例，但是在不脱离由权利要求限定的本发明的情况下可以改变其细节。
在附图中示出了一种将添加剂(诸如微纤维)施加到纸纤维的成形幅材24上的方法，该方法包括以下步骤：产生在流体中包含微纤维的添加剂，然后以小于每英寸狭缝每分钟5美制加仑的速率通过施加器10中的通道将添加剂泵送到水平狭缝17，该水平狭缝具有小于0.100英寸的竖直间隙高度。添加剂在沿基本水平方向行进的成形幅材的上方沿基本水平方向在42处离开狭缝。该小于0.100英寸的基本水平的间隙位于唇部20和22处(见图2)。该间隙高度需要被设定得用于获得保持良好成形所需的速度下的所需流动。
如图1所示，该特殊的施加器10被定位在造纸机的网部上方，具有可调整支撑结构和添加剂供给系统40。纤维素纳米纤维(CNF)、微纤化纤维素(MFC)、其他形式的高度纤化纤维素(FC)、或其他添加剂的液体分散液或溶液作为全幅的基本水平射流从施加器10的狭窄的狭缝17中被挤出，并且落在造纸机的成形幅材上。
基于生物的且可再生的CNF、MFC或其他形式的高度纤化纤维素的使用为生产许多纸等级提供了广泛的益处。
商用机器以大约每分钟500-3000英尺的生产幅材速率运行。借助重力而落下的竖直帘具有比该竖直帘落于其上的成形纸幅材低得多的机器方向速率，这导致添加剂层的显著延伸并且在该层和纸幅材的顶表面中导致应力和破坏。对施加器加压以增加竖直帘的速率会导致在该竖直帘落在成形纸幅材上时部分地穿透并且破坏成形纸幅材。使帘式施加器倾斜远离实际竖直方向不足以克服这种影响。
在本公开中已经开发出该特殊的施加器10，在该施加器中来自混合腔室14的添加剂流穿过沿水平或者几乎水平的方向定向狭窄的、基本上平行的狭缝17，并且形成全幅宽射流，然后该全幅宽射流落在成形纸幅材上。通过调整施加器中的压力和狭缝间隙高度，可以相对于纸幅材的速率调整基本水平的射流的速率，从而使添加剂的射流没有破坏地落在成形幅材上。长形的、基本平行的唇部20和22为施加器10提供了这种类型的材料所需的正确出口。
如图2所示，在本公开的一个优选实施例中，形成狭缝17的基本平行的唇部20和22在上表面和下表面之间具有小于3度的角度。所公开的方法在可能的最高浓度下施加添加剂以减小台面上的水负荷。
添加剂通过供给系统40被供给至施加器10。在一个优选实施例中，施加器本体10包括转向节和千斤顶机构(knuckle and jack mechanism)15，该转向节和千斤顶机构允许唇部保持器18的快速打开和闭合，以帮助清洁施加器。
FC(或CNF或MFC)的特性为在相对较低的浓度下具有高粘性。其还具有剪切稀化的独特特性。这意味着所公开的方法能够以流体中FC占到约4％(最大值)重量比来泵送FC，但是所公开的方法进一步稀释FC以能够将其均匀地施加于纸(或板)的表面。
测试证实，使用所公开的施加器在低于1.5％的浓度下可获得良好结果。由于用这种排水非常缓慢的材料不应使造纸机的湿端过载，因此所公开的方法使制造时向FC中添加的水最少化。
FC的生产成本非常高并且大多数应用以小于10％的重量比施加。当转换为流动时，这意味着低于每英寸狭缝5USGPM(美制加仑/每分钟)的流动范围。例如，在商用造纸机上，这转换为应小于0.100英寸宽且优选在0.015-0.060英寸宽之间的狭缝/间隙(或平行的唇部)。为了获得剪切稀化效果，施加器10包括两个长形的、平行的或者几乎平行的唇部20和22来产生间隙。这为材料提供了足够的剪切力以得到均匀良好的射流，如图1所示。该小间隙需要更高的制造精度以在整个机器上保持均匀流动。
如图2所示，FC进入分配腔室12，然后在分配腔室中其穿过间隔开的管(未示出)进入激增腔室(explosion chamber，爆破腔室)14。从激增腔室中，FC在限流器13的后面聚集以确保其通过约0.120英寸的通道均匀分配到喷嘴腔室16中。FC从喷嘴腔室16均匀地分配到由基本平行的唇部20和22形成的狭缝并且穿过该狭缝，因此FC从42处均匀落到经过的幅材24上，如图1所示。
施加器10内的所有腔室都需要非常小以保持稀释的FC流体，从而避免任何沉积或聚集(所有内部间隙在0.5英寸以下)。这些聚集物(如果产生的话)将堵塞平行板的开口并且产生跳跃(skips)或条纹。这就是所公开的方法保持这种内部微湍流的原因。
标准流浆箱不会被设计为在小于每英寸5USGPM(优选约每英寸1至2USGPM)的速率下运行。它被设计成在喷嘴中具有大于3度的会聚角(不平行或几乎平行)，并且其所有内部构件过大而无法对于FC的低流动维持微湍流。如果要使用标准流浆箱，FC需要被稀释很多，这会对造纸机的湿端造成负面影响。
从以下权利要求中，本发明的各种其他特征和优点将变得显而易见。

Claims (18)

1.一种将添加剂施加到纸纤维的成形幅材上的方法，所述方法包括：以每英寸狭缝每分钟5美制加仑的速率，通过施加器中的通道将流体中的添加剂泵送至具有小于0.100英寸的竖直间隙高度的水平狭缝，所述添加剂在沿基本水平方向行进的所述成形幅材上方沿基本水平方向离开所述狭缝。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述狭缝由长形的、基本平行的唇部形成。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，基本平行的所述唇部在底唇部的上表面与顶唇部的下表面之间具有小于3度的角度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流体中的添加剂的重量百分比小于约4％。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述流体中的添加剂的重量百分比小于约1.5％。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述狭缝的间隙高度在0.015与0.060英寸之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述添加剂通过激增腔室进入所述施加器，然后在所述激增腔室中所述添加剂在限流器后面聚集，以确保其通过约0.120英寸的通道均匀分配到喷嘴腔室中，在所述喷嘴腔室中所述添加剂均匀分配到所述水平狭缝并且穿过所述水平狭缝。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述施加器内部的供所述添加剂穿过的施加器腔室足够小以保持所述添加剂流体。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述施加器内部的流动保持所述添加剂的微湍流。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述添加剂是微纤维。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，以每英寸狭缝每分钟1至2美制加仑之间的速率进行泵送。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述添加剂离开所述狭缝的速率与沿基本水平方向行进的所述成形幅材的速度大约相同。
13.一种将微纤维施加到纸纤维的成形幅材上的方法，所述方法包括：以每英寸狭缝每分钟1至2美制加仑的速率，通过施加器中的通道将流体中的微纤维泵送至具有0.015至0.060英寸的间隙高度的水平狭缝，所述狭缝由长形的、基本平行的唇部形成，以使所述微纤维发生剪切稀化，所述流体中的微纤维在沿基本水平方向行进的所述成形幅材上方沿基本水平方向离开所述狭缝，其中所述流体中的微纤维离开所述狭缝的速率与沿基本水平方向行进的所述成形幅材的速度大约相同。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述流体中的微纤维的重量百分比小于约1.5％。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述流体中的微纤维通过激增腔室进入所述施加器，然后在所述激增腔室中所述流体中的微纤维在限流器后面聚集，以确保其通过约0.120英寸的通道均匀分配到喷嘴腔室中，在所述喷嘴腔室中所述流体中的微纤维均匀分配到所述水平狭缝并且穿过所述水平狭缝。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述施加器内部的供所述流体中的微纤维穿过的施加器腔室足够小以保持所述流体中的微纤维。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述施加器内部的流动保持所述流体中的微纤维的微湍流。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，基本平行的所述唇部在底唇部的上表面与顶唇部的下表面之间具有小于3度的角度。
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