CN114026286A

CN114026286A - 用于生活用纸机中的扬克缸的方法和系统

Info

Publication number: CN114026286A
Application number: CN202080047311.7A
Authority: CN
Inventors: M·比耶克
Original assignee: Valmet AB
Current assignee: Valmet AB
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2022-02-08
Anticipated expiration: 2040-06-11
Also published as: JP7545426B2; SE1950788A1; CN114026286B; US20220333307A1; BR112021025832A2; WO2020263157A1; JP2022539118A; EP3990696A1; EP3990696A4

Abstract

本发明涉及用于在生活用纸机中改进在扬克缸(CR)上施加涂料的方法和系统。本发明在幅材的脱离位置(TO)和转移位置(TP)前部之间(即，在使用性能增强材料(PEM)施加涂料之前和/或之后)的暴露的扬克缸的区域内实现水分控制环境(12)，其中，通过提高涂料中的水或额外施加在涂料上的水的蒸发速率来增强扬克机的表面上的冷却效果。

Description

用于生活用纸机中的扬克缸的方法和系统

背景技术

本发明涉及用于生活用纸(tissue)机中的扬克缸的方法和系统。

在生活用纸机中，生产具有高松厚度(bulk quality)的纸级产品，其中生活用纸幅材被刻意起绉(crepe)，即不是平整纸。所生产的纤维幅材可被用作例如厨房纸巾、厕纸或面巾纸。与纸应具有高密度和可印刷表面的纸的生产形成鲜明对比的是，生活用纸应具有最佳的吸收性，并且在生产幅材时最常使用幅材的起绉技术(creping technique)。

生活用纸幅材上的起绉效果可通过连续辊之间的快速转移(rush transfer)获得，其中这些连续辊之间的速度差会在生活用纸幅材上产生起绉效果。起绉效果可替代地或额外地通过在扬克缸上使用刮刀片来获得。

由于高松厚度(bulk content)，生活用纸幅材在生产过程中，尤其是在起绉辊(以下称为扬克缸)上的最终干燥过程中，容易发生幅材破损。为了改善将生活用纸幅材转移到扬克缸上并改善在最终干燥后从扬克机脱离，涂料包装(coating package)被定期涂覆在扬克机的表面上。这种涂料包装通常被称为性能增强材料(PEM)并作为多种添加剂的水溶液施加(apply，涂覆)。一些添加剂改善生活用纸幅材向扬克机的转移，并形成(establish，建立)供生活用纸幅材粘附的粘性增加的表面，一些添加剂则改善脱离并被归类为脱离剂(release agent)。除了这些改善转移到扬克机和从扬克机脱离的主要功能之外，还可以为不同的目的而添加额外的添加剂。

现有技术

为了控制扬克缸上的温度分布(temperature profile)或调整在扬克缸上促进组合物涂料的起绉的施加，提出了不同的解决方案。

US4942675公开了一种用于制造结构化软纸的机器。在这个概念中，加热后的空气在扬克缸的最边缘处被引入，并且在扬克缸的整个宽度上布置有吸入口。引入加热后的空气会降低冷却效果并降低用于加热扬克机的功耗。

CN106418645中公开了一种具有对扬克机的外端进行冷却的水冷喷嘴的生活用纸机。对这些冷却喷嘴进行调节，以使扬克机的总体温度(bulk temperature)保持不变。

JP2014173200中公开了一种用于将幅材压接在扬克缸的间隙控制装置。通过布置在扬克机的宽度方向上的空气喷嘴调节压榨辊与扬克机之间的间隙，通过对需要厚度调节的压榨辊的一部分进行冷却来控制扬克机与压榨辊之间的间隙或幅材的厚度。

已经提出了几种用作扬克缸上的涂料的性能增强材料，以提高生活用纸机的生产能力。

在US5635028中公开了一种特定的起绉促进组合物，其中含有约0.02％-1％的粘合抑制剂(例如季铵化合物)、约0.02％-0.5％的水溶性羧甲基纤维素和约0.05％-3％阳离子淀粉。

在US8608904中公开了另一种特定的起绉促进组合物，其包含约0.1％-70％的氧化聚乙烯和约40％-99％的水。氧化聚乙烯在液体中乳化；并施加在扬克缸的表面，并且纤维幅材被转移而抵靠扬克缸的表面，从而使得片材转移和纤维幅材粘附到扬克缸的表面。

这两项专利仅仅是近几十年来随着施加在扬克缸的性能增强材料的发展而取得的巨大发展的示例。

在US9388530中公开了一种用于监测和控制将PEM施加到扬克缸的方法和装置。在脱离位置之后(即在刮刀片之后)，额外的清洁刀片作用在扬克缸的暴露面上。通过对刮刀片与幅材被压在扬克缸上的位置之间的任何位置的涂料的厚度进行测量来控制涂料(即PEM)的施加。

总之，上述现有技术公开了在之前的幅材辊(或毛毯)和随后的扬克缸之间寻求转移系统的系统和设计的密集开发(intense developement)。该系统必须具有既能使生活用纸幅材适当地粘附在扬克缸上又能使生活用纸幅材从扬克缸适当地释放的转移表面。这两个相互矛盾的要求(即粘附(adherence)和释放)通常导致扬克缸的操作窗口非常狭窄，其中PEM的类型及其厚度和扬克缸上的温度分布都对最终结果产生影响。

发明内容

基本术语

生活用纸级产品

本发明主要用于基重在10g/m²-30g/m²范围内的生活用纸级产品，但在某些情况下，本发明也可用于更轻(例如低至7g/m²)的生活用纸。通常，本发明用于基重在14g/m²-28g/m²的范围内的生活用纸。基重的指示范围(indicated range)指的是预先准备好干燥的幅材的重量、即在从扬克缸接收生活用纸幅材的卷筒(reeling drum)上卷成生活用纸卷的生活用纸的基重。由于生活用纸幅材在生产过程中更容易出现幅材破损，因而生产上述生活用纸级产品相较于普通的纸级产品更加困难。

扬克缸

扬克缸，或者起绉辊(creping roll)用作烘缸，并且通过加压蒸汽在内部加热，达到在130℃-140℃的范围内的表面温度。幅材通常由罩在外部进行额外加热/干燥，其中以300℃-500℃范围内的温度提供热空气。由于水不断从幅材上蒸发，这在具有高湿度的整个扬克缸周围形成升高的温度。

扬克缸的圆周速度(即，幅材的速度)通常达到800m/min至2200m/min的范围。

涂料包装(即PEM)

在下文中，性能增强材料缩写为PEM，并以水溶液的形式供应，其中含有不同的聚合物材料，如聚乙烯(PE)、诸如Selvol 540或Selvol 523等级的聚乙烯醇(PVOH)、聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE)、非PAE基树脂、乙二醇基树脂或其他多元醇作为所施加的PEM的主要添加剂。这些化合物被施加以控制幅材的粘性(tackiness)，提高幅材在转移位置处与扬克机的适当粘附性。涂料包装(即PEM)也可以含有脱离剂，使用乙二醇基脱离剂、矿物油基脱离剂、植物油基脱离剂和其他添加剂(如乳胶(Latex)和多元醇/保湿剂)来改善刮刀片的脱离。本发明适用于涉及单独或组合使用这些材料中的任一种作为PEM(即涂料包装)的一部分的任何系统。

起绉效果

在幅材中引起的起绉效果可以在将幅材转移到扬克缸上时或者替代地或额外地在幅材从扬克缸脱离期间获得。

第一级(first order)起绉可通过从之前的毛毯或辊快速转移到扬克缸上而引起。扬克缸以低于之前的毛毯或辊的速度运行，速度差在2％-25％(RT％)的范围内。可以通过刮刀片将幅材从扬克缸脱离而引起第二级起绉。

本发明

本发明基于以下发现：如果在扬克缸上施加PEM涂料之后防止PEM涂料过热和变成玻璃态，则可以改善PEM涂料在扬克缸的表面上的效果。

通过蒸发冷却可获得最佳冷却效果，本发明通过使来自于PEM涂料本身的水蒸发，并且可选地使施加在PEM涂料本身上或在施加PEM涂料之前施加在扬克机表面上的额外的水蒸发，来改善PEM涂料的蒸发冷却。

如果正常环境被保持在脱离位置与转移位置之间的区域(即，沿扬克缸的旋转方向从脱离位置延伸到转移位置的区域)，那么在高温下水分含量(moisture level，湿度等级)将在80％-100％的范围内，这将导致水从PEM中的蒸发速率降低。通过将在加热后的扬克机周围典型的高水分环境(约80％-100％水分含量)置换为60％-80％水分含量的低水分环境，可以提高蒸发速率，从而改善冷却。

本发明通过用在环境中含水量(moisture content)较低的新鲜空气置换含有高水分的空气来增加能量通量，从而提高脱水速率，进而提高涂层和任何施加的额外的水的脱水速率。

PEM涂料的额外冷却，或直接在施加PEM涂料之前的扬克缸表面的额外冷却，可以使PEM涂料保持较低的温度，从而避免粘度损失，该粘度损失会导致更多PEM涂料扩散到幅材而不是保持在扬克缸的表面。

通过改善PEM涂料的冷却可以解决如下若干问题：

·辊均匀性(卷取辊(take-up)直径相等)；

·提高PEM涂料在转移位置的粘性，从而提高安全转移，并且减少幅材随时间推移而发生的破裂(冷却防止PEM变成玻璃态，即不再具有粘性)；

·改善幅材在脱离位置的释放，从而改善安全转移，并且减少幅材随时间推移而发生的破裂；

·减少PEM的消耗，从而降低运行成本(冷却防止PEM中的脱离剂因粘度低而渗透到幅材中并最终进入卷取辊，这将减少脱离后扬克机表面上的PEM残留量并增加在扬克机上添加新的新鲜PEM的需求)；

·通过减少聚集在扬克机下方框架和附近其他装置上的由蒸汽带来的纤维和化学物沉积，改善扬克机区域周围的卫生。

使用来自温度约为25℃且水分含量约为60％的机房(machine hall)的空气来简单置换在脱离位置与转移位置之间的空气，可解决上述所有问题或改善目标。如果置换空气进一步被冷却和除湿，则可获得进一步改善。

本发明的方法涉及，在将生活用纸幅材转移到扬克缸的转移位置(TP)之前，控制在扬克缸的表面上施加含有性能增强材料(PEM)的水溶液的涂料(即，改善施加涂料的效果/有效性)，所述方法包括：

(a)使干燥并起绉的生活用纸幅材(W)在脱离位置(TO)从扬克缸(CR)脱离；

(b)沿扬克缸的旋转方向位于脱离位置(TO)与将生活用纸幅材转移到扬克缸上的转移位置(TP)之间的区域内建立至少一个水分控制环境，水分控制环境优选地与将性能增强材料(PEM)施加在扬克缸上的施加位置(TP)屏蔽开(shield from，隔离、遮挡)，

(c)降低水分控制环境中的相对湿度；

(d)通过提高性能增强材料中的水或施加到性能增强材料上的水的蒸发速率，在水分控制环境中冷却扬克缸的表面。

降低水分控制环境中的相对湿度优选地是指，建立一相对湿度，该相对湿度比没有水分控制环境的该环境中所建立的相对湿度低至少20％-单位(百分比单位)。

本方法的应用大大提高了性能增强材料的有效性，并增加了在扬克缸的较高速度下成功转移和脱离的操作窗口，从而提高了生产能力。此外，这种冷却还使得在扬克缸之后的卷取辊的直径更均匀，即，更好且更均匀施加性能增强材料的最终证据。

控制环境水分是影响/改变蒸发速度和涂料膜温度的一种方式。这可以通过例如向环境空气传热或吹干空气来实现。在转移位置之前对涂料膜进行干燥并获得较低的温度。因此，可以实现积极的效果，即涂料膜在转移位置处将具有较高的粘度，并且涂料膜将变得更粘。此外，较少的涂料膜将被生活用纸片材吸收。这不意味着PEM涂料中的所有水在膜到达转移位置之前都会蒸发，因为无论是否存在控制环境，来自扬克机的热量都会使膜的温度升高。在某些区中，膜可能会过热或过于干燥(这可能会降低粘度和粘性)。为了消除这一点，可以通过添加液体冷却剂来局部增加水分，从而降低温度和蒸发速度。

在本发明的方法的优选实施例中，将水分控制环境与将性能增强材料(PEM)施加在扬克缸上的施加位置(TP)屏蔽。通过这种方式，可以防止冷却环境对性能增强材料的均匀层的成功施加发生干扰。

此外，水分控制环境优选地在水分控制环境的至少3侧上被屏蔽，并且所述水分控制环境朝向扬克缸的暴露的外圆柱表面开放。水分控制环境的这种封闭(enclosure)可将冷却效果导向扬克缸的暴露的外圆柱表面。

在优选的实施方式中，可以通过向水分控制环境中添加第一冷却剂来获得冷却。因此，可以通过使用简单的控制阀(手动操作或闭环控制)控制冷却剂供应速率来控制冷却效果。

在本方法的最简单的实施方式中，所使用的冷却剂可以是吹入水分控制环境中的空气。空气的优点是不会在施加涂料之前引入额外的液体或层，并且可以有助于进一步去除即使在穿过刮刀片和任何清洁装置后仍留下的幅材残留物。

替代地，本发明的方法可以使用施加在扬克缸的外圆柱表面上的液体冷却剂形式的第二冷却剂，在将该液体冷却剂施加到位于水分控制环境之前的扬克缸的外圆柱表面上之后，液体冷却剂在所述水分控制环境中被蒸发。

液体供应可以被调节到很小的量，以便在施加涂料之前使任何液体残留物充分蒸发。供应的冷却液在接触扬克缸的表面时应易于蒸发。例如，如果使用水作为冷却剂，则可将该水加热至接近其蒸发温度，即在环境压力下接近约100℃，从而允许在与扬克缸的加热表面接触时快速蒸发。替代地，可以使用更极端的冷却液，例如沸点为-195.79℃的液氮。但是，可以使用蒸发温度低于加热后的扬克缸的表面温度的任何冷却液。因此，可以使用蒸发温度在-200℃至+100℃范围内的冷却液。冷却液可以通过加压喷嘴以雾(mist)的形式施加。

在根据本发明的方法的又一实施例中，在水分控制环境的至少两个不同区中的水分控制环境中可以使用至少两种不同的冷却剂。这可以实现为两个独立的空气冷却区或两个或三个连续的冷却区(在这些区中以任何顺序使用液体和/或空气)。

根据另一实施例，冷却剂可被分配在扬克缸的整个宽度上。推荐这样做是因为整个宽度上的温度分布应尽可能均匀，以便在整个宽度上均匀施加涂料。

冷却剂的这种分配可使用布置在扬克缸的整个宽度上的多个喷嘴来将冷却剂分配在扬克缸的整个宽度上。优选地，每个喷嘴也可以独立调节。

作为使用多个喷嘴的替代方法，可以使用布置在扬克缸的整个宽度上的槽来将冷却剂分配在扬克缸的整个宽度上。优选地，槽间隙也是可调节的。

在本发明的方法的另一个替代实施例中，在水分控制环境之后测量扬克缸的表面的温度，并控制冷却剂供应以达到目标温度。如果该温度检测在扬克缸的总宽度的窄带上进行，则可相应地控制对窄带冷却的相关的独立(individual，各自的)冷却喷嘴。优选地，温度传感器的数量可以与冷却喷嘴的数量相同，使得每个温度传感器检测由一个喷嘴建立的温度。

与不使用水分控制环境相比，水分控制环境中的温度优选地降低至少20℃，并且优选地建立处于20℃-80℃范围内的水分控制环境的温度。

为了实现前面段落中描述的本发明的方法，还可以使用本发明的施加系统。

本发明的在将幅材转移到扬克缸上的转移位置之前，控制在扬克缸的表面上施加含有性能增强材料的涂料(即，用于改善施加涂料的效果/有效性)的系统，可以包括：

(a)刮刀片(10)，在脱离位置(TO)使干燥并起绉的幅材(W)从扬克缸(CR)脱离；

b)将性能增强材料(PEM)施加在扬克缸上的施加位置(TP)，施加位置(TP)布置在脱离位置之后；

(b)通过从低水分空气源向水分控制环境供应低水分空气，在沿扬克缸的旋转方向从脱离位置(TO)延伸到将生活用纸幅材转移到扬克缸上的转移位置(TP)的区域中布置至少一个水分控制环境；

(c)所述水分控制环境建立一降低的相对湿度，优选地为比在没有任何水分控制环境的环境中所建立的相对湿度低至少20％百分比单位的相对湿度；

(d)通过提高性能增强材料中或施加在性能增强材料上的水的蒸发速率，在水分控制环境中对施加在扬克缸上的性能增强材料(PEM)层的表面进行冷却。

此外，在本发明的系统中，优选地使用至少一个屏蔽壁(shield wall)(13a/13b)将水分控制环境与将性能增强材料(PEM)施加到扬克缸上的施加位置(TP)屏蔽开，屏蔽壁被设置为屏蔽壁(13a/13b)的一端以近距离(d)靠近扬克缸的表面，而屏蔽壁的另一端在距离扬克缸超过5厘米的远距离(d)处。

屏蔽件(shield)的一端与扬克缸的表面之间的距离可以设定为最小间隙，使得不会有屏蔽件的该端与扬克缸的表面接触的风险。替代地，柔性密封件可以布置在屏蔽件的该端。

在本发明的系统中，屏蔽壁也可以延伸，使得水分控制环境在水分控制环境的至少3侧通过屏蔽壁被屏蔽，并且所述水分控制环境朝向扬克缸的暴露的外圆柱表面开放。因此，水分控制环境可被包含在盒状布置(box-like arrangement)中，避免冷却剂沿正在运行的幅材的长度方向流向不需要冷却的机器部件。盒状布置也可在正在运行的幅材的横向方向上被封闭，其中一个壁中具有一个低水分空气入口，另一相对壁中具有一个通风出口。

在本发明的系统中，低水分空气源(Air₁、Air₂)是从扬克缸的机房中获取的空气，或从扬克缸的机房外部获取的空气。可通过过滤器和可能的冷却装置(如果环境空气温度略高)和/或在使用前经由除湿系统从周围环境吸入空气。可从机房周围吸入外部空气，或者替代地，如果充分经过调温(tempered)和干燥，也可以从机房吸入空气。

作为本发明的系统中的替代或补充，第二冷却剂源是液体冷却剂(优选是水)，其在性能增强材料(PEM)施加在扬克缸上的施加位置(TP)之前被施加在扬克缸的表面上，所述液体冷却剂增加了在刮刀片之后的扬克机上剩余的性能增强材料(PEM)的残留层中能够蒸发的液体的体积。残留PEM层已被加热且可能接近玻璃态，在该残留PEM层上施加水可以防止残留层变为玻璃态并保持高粘稠度(tacky consistency)，这是因为只要表面上留有水，所施加的水的层就开始蒸发并保持100℃的温度。

替代地，沸点低于100℃的液体(如酒精或液化气体)可用作第二冷却剂源。

作为本发明的系统中的替代或补充，第二冷却剂源是在性能增强材料(PEM)施加在扬克缸上的施加位置(TP)之后被施加在扬克缸的表面上的液体冷却剂，所述液体冷却剂增加了所施加的性能增强材料(PEM)中的能够蒸发的液体的体积。在新鲜PEM层上添加水层可在距离施加PEM层的位置一定距离处进行，以及在PEM层的初始含水量已下降的位置进行。额外的水施加将延长所施加的新鲜PEM层(被施加在残留PEM层的顶部上)能够保持高水量以使PEM层中的温度保持在100℃以下的距离。

在特殊情况下，当脱离位置与转移位置之间(即表面上没有幅材的扬克缸的周向部分)有足够的可用空间时，在水分控制环境的至少两个不同区中，至少可以使用两种不同的空气或冷却剂源。这种多重布置可提供例如使用来自第一冷却剂源的液体冷却剂的第一区和使用空气作为来自第二冷却剂源的冷却剂的第二冷却区。

在本发明的系统的另一实施例中，可在水分控制环境中使用至少一个排出区(evacuation zone)，通过排出管(extraction pipe)排出从性能增强材料蒸发的水分。如果使用这种排出管，残留的液体冷却剂会进一步蒸发并从扬克缸的表面排出，从而增加总冷却效果。

在本发明的系统中，冷却剂优选地通过冷却臂(boom)被分配在扬克缸的整个宽度上。这种分配装置可确保扬克缸的整个宽度上的均匀分配。冷却剂可优选地使用所述冷却臂上的多个喷嘴而被分配在扬克缸的整个宽度上，并且在更优先的选项中，每个喷嘴可由控制系统调节，以达到目标温度。然而，多个喷嘴布置也可使用用作分配臂的管中的简单钻孔。

替代地，在多个喷嘴的选择中，冷却剂可以使用冷却臂被分配在扬克缸的整个宽度上，冷却臂上的连续槽布置在扬克缸的整个宽度上。优选地，槽间隙可由控制系统调节，以达到目标温度。

在本发明的系统中，冷却剂的供应也可以闭环控制。因此，该系统可以包括布置在水分控制环境之后和性能增强材料(PEM)施加位置之前的温度传感器，测量已通过水分控制环境的扬克缸的表面的温度。因此，可通过控制系统来控制水分控制环境中的蒸发速率，以达到目标温度。

替代地，该系统可以包括温度传感器，该温度传感器布置在水分控制环境之后和性能增强材料(PEM)的施加位置之后，测量已通过水分控制环境的施加在扬克缸的表面上的新鲜PEM涂料上的温度。可通过控制系统来控制PEM涂料和蒸发速率，以达到目标温度。

本发明的方法和系统的上述示例限定了扬克缸内和扬克缸周围的实质上新的特征，并且当然可以与扬克缸内和扬克缸周围的其他额外功能以及在扬克缸之前的任何类型的幅材处理系统、或在扬克缸之后的任何类型的幅材卷取辊相结合。本发明的实质在于，在扬克缸的表面的整个宽度上伸展的一个或多个冷却区的新应用，该冷却区提高了PEM涂料中的液体(例如含水量)或施加在新鲜PEM涂料上或残留PEM涂料上的液体的蒸发速率。

附图说明

图1示出了本发明的第一实施例的示意性侧视图，其中生活用纸幅材在转移位置被供应到扬克缸并在脱离位置从扬克缸被去除，在施加PEM涂料之后冷却PEM涂料。

图2示出了PEM和相关的PEM供应系统的喷洒臂(spray boom)。

图3a示出了本发明中使用的分配臂的第一实施例，用以将低水分空气或额外的冷却液供给到扬克缸的外表面上。

图3b示出了本发明中使用的分配臂的第二实施例，用以将低水分空气或额外的冷却液供给到扬克缸的外表面上。

图3c示出了第二实施例中使用的分配臂的横截面，如图3b中的a-a视图所示。

图4示意地示出了从转移位置起到转移位置后5米处的生活用纸幅材上的温度分布。

图5以与图1相同的侧视图示出了本发明的第二实施例的示意性侧视图，其中在施加PEM涂料之后冷却PEM涂料；

图6以与图1相同的侧视图示出了本发明的第三实施例的示意性侧视图，其中在施加PEM涂料之后冷却PEM涂料。

图7以与图1相同的侧视图示出了本发明的第四实施例的示意性侧视图，但在施加PEM涂料之前，将冷却液施加到扬克缸上并随后在低水分区提高蒸发速率。

图8以与图7相同的侧视图示出了本发明的第五实施例的示意性侧视图，其中在施加PEM涂料之前具有屏蔽(shielded)低水分区；

图9以与图7相同的侧视图示出了本发明的第六实施例的示意性侧视图，其中在施加PEM涂料之前具有多个屏蔽区；

图10以相同的侧视图示出了本发明的第七实施例的示意性侧视图，其中具有在施加PEM涂料之前将冷却液施加在扬克缸上的屏蔽区、以及在施加PEM涂料之后增加蒸发效果的屏蔽低水分区。

具体实施方式

在描述本发明之前，参考图4，其中示出了典型的生活用纸幅材温度分布。通常，转移到扬克缸的生活用纸幅材的温度约为40℃，含水量约为+40％。从这里可以看出，在距离转移位置1米的范围内，幅材的温度从转移位置(开始)从约40℃快速升高至约98℃-99℃，其中大部分水分被蒸发。只要有足够的水进行蒸发，温度就会保持大致恒定，因为蒸发本身会冷却幅材，防止热的扬克缸进一步加热幅材。这一众所周知的温度曲线表明，只要该层中有足够的水进行蒸发，则热的扬克机上的层(在此情况下为纸幅)可以保持在100℃以下。

在距离转移位置约1.5米后，随着大部分水分消失，纸幅被进一步加热，因此水的蒸发不能降低幅材的温度升高。再约0.3米至0.5米之后建立第二恒温区，但在距离转移位置约2.7米至2.8米后，幅材的温度再次升高并达到接近扬克缸表面的温度的最终温度，即约140℃，以及最终含水量小于5％。

在该示例中，扬克缸在大约与扬克缸的圆周长度的约4.5米对应的包角α内获得干燥的生活用纸幅材。幅材需要被施加在扬克缸上的实际圆周长度自然取决于幅材的速度，即生产能力。使用生活用纸机中的相同条件，对于约1500m/min的典型速度，包角应与速度增加成正比地增加，并且在此设置中，如果幅材速度从1500m/min增加到2000m/min，包角应增加约1/3。然而，由于需要对辊进行大量改造，生活用纸机的这种重新配置成本较高，因此转而改变干燥条件，例如通过提高扬克缸和/或罩中的温度。

图1示出了本发明的第一实施例。本发明涉及扬克缸CR和使用该扬克缸来获得起绉幅材产品。如位置C1、C2和C3所示，幅材可作为平整幅材W传送至扬克缸CR，如C1中示意性所示。幅材W通过位于转移位置TP的压区(nip，辊隙)中的转移辊1转移到扬克缸CR的表面。如果在相对速度差(即扬克缸的速度较低)期间完成该转移，则可在幅材W中获得第一级起绉效果，如C2中示意地表示。然而，也可以在转移到扬克缸之前，在之前的转移压区中获得第一起绉效果。

幅材以包角α在扬克缸CR的整个表面上运行，包角α可为100°-270°的任意量级(order)，并且如图所示，包角为190°-200°的量级。通常，幅材在扬克缸CR内部由加压热蒸汽加热时被干燥。在包角的末端，最终干燥后的幅材在脱离位置TO通过刮刀片10脱离。这种刮刀片还可以产生额外的起绉效果，从而增加起绉，如C3示意地表示。如图1所示，还可提供罩H，其通过热空气进一步加热幅材。

如扬克缸的旋转方向R所示，可以在刮刀片10之后布置额外的清洁装置11，该清洁装置从扬克缸释放任何残留纤维。清洁装置可以是额外的刮刀片或任何刷子类的清洁装置。

在清洁装置之后布置有PEM供应臂14。因此，PEM混合物被施加在扬克缸上，允许涂料均匀地分散在扬克缸上。通常，PEM混合物被冷却并且由于其含有大量水，只要水可以蒸发，则涂料混合物就将保持低于100℃的温度。

此时，根据本发明，如扬克缸的旋转方向R所示，在PEM供应臂14之后布置有低水分空气臂12a。该低水分空气臂12a连接到低水分空气源Air₁，并与控制阀V₁连接，该控制阀布置在与低水分空气臂12a连接的供应管中。低水分空气流优选地穿过调节器(conditioner)17，在此处冷却剂被冷却并干燥。这生成水分控制环境，其通过提高PEM涂料的含水量的蒸发速率来对暴露的PEM涂料进行冷却。

在水分控制环境之前优选地布置有屏蔽壁13a，其端部位于扬克缸CR表面与屏蔽壁端部之间的短距离d处。使用屏蔽壁的目的是减少PEM涂料的施加与水分控制环境中的任何湍流或空气流之间的任何冲突。所述距离d可设定为0.1毫米至4毫米之间的任何适当范围。

表述“水分控制环境”在下文中用于定义一个区，在该区中，与不使用水分控制环境建立的水分含量相比，靠近幅材的水分含量可以显著降低。水分控制环境中的温度可优选地从约80℃-130℃降低到至少40℃，或在20℃-60℃范围内，从而使温度最小降低至少20℃。

在冷却臂12a之后可以布置温度传感器16a。该温度传感器可以优选地连接到控制单元CPU，该控制单元可以通过调节控制阀V₁来控制低水分空气的供应。

最后，还可以在施加PEM涂料之后布置厚度传感器15，其可以检测所施加的涂料的厚度。该厚度传感器15可以优选地连接到控制单元CPU，该控制单元可以通过调节控制阀V₂来控制PEM涂料的供应。

在图2中，示出PEM供应臂14的一实施例，该PEM供应臂在幅材的整个宽度W_W上延伸。该PEM供应臂可以具有多个独立的PEM供应喷嘴14n，每个喷嘴都具有与控制单元CPU连接的独立控制阀14c。供应喷嘴优选地为扇形喷射喷嘴，其中扇形喷射喷嘴随着扇形喷射(喷嘴)的宽度延伸跨过(across)幅材的整个宽度。每个扇形喷射(喷嘴)结束于下一相邻扇形喷射喷嘴接管时，从而覆盖幅材的整个宽度。PEM源可以是水(体积上的主要成分)和混合到其中的添加剂，PVOH(聚乙烯醇)仅示为被添加的添加剂的示例。被添加的高分子量聚合物在水混合物中需要较长的停留时间，以解开(untangle)长聚合物链，并且如图所示，得到的混合物可被供给至缓冲存储器，其中停留时间可在30分钟到240分钟之间。此后，PEM混合物通过加压泵P₁被泵送至PEM供应臂14。PEM混合物还可以具有与缓冲存储器连接的回流管，允许沿PEM供应臂的整个长度形成流动，以防止溶液中的固体沉降。

在图3a中，示出分配臂12/20的一实施例，该分配臂在幅材的整个宽度W_W上延伸。同一种分配臂既可用于分配低水分空气，也可用于分配冷却液。下文描述的低水分空气臂12也适用于冷却液臂20。

低水分空气臂12在使用附图标记12a、12b(两者均布置在PEM喷洒臂14之后)或12c、12d和12e(均布置在PEM喷洒臂14之前)的所有示例中都相似。

该低水分空气臂12可以有多个独立的低水分空气供应喷嘴12n，每个喷嘴都有与控制装置连接的独立控制阀12c。供应喷嘴12n优选地为扇形喷射喷嘴，其中扇形喷射(喷嘴)随着扇形喷射的宽度延伸跨过幅材的整个宽度。扇形喷射结束于下一相邻扇形喷射接管时，从而覆盖幅材的整个宽度。

低水分空气源Air₁可以是环境空气。

在环境空气用作低水分空气源的情况下，冷却空气的速度通过供应臂中的压力调节。使用空气作为冷却剂的试验表明，对于200英寸(幅材宽度)的生活用纸机，供应臂中所需的压力应仅在2kPa的范围内，所需的空气体积在175m³/min的范围内。

低水分空气通过加压泵P₂以增加的压力被泵送至低水分空气臂12。如这里所示，被供应到低水分空气臂12的低水分空气的一部分可以通过另一端的管Ex排出(例如如果使用环境空气)，但如果使用更昂贵的冷却剂，则该排气管可以关闭。

在图3b中，示出低水分空气臂12的替代实施例，该低水分空气臂在幅材的整个宽度W_W上延伸。该低水分空气臂可以具有单个连续槽S(如图3c所示)。在图3c中示出供应槽S，其可以通过图3b中的剖视图a-a看出。槽宽、以及由此得到的低水分空气供应速率可以由控制单元CPU通过伺服单元12s来控制，该伺服单元使内同轴管构件12i或外同轴管构件12o中的一个相对于彼此旋转。在使用空气作为冷却剂进行的试验中，使用了约10mm的槽宽，并且可以通过改变槽的方向调整整个冷却臂。槽在幅材的整个宽度W_W上建立连续平流(flatflow)的低水分空气。在本实施例中不使用排气管。

在图5中，示出本发明的第二实施例。相对于图1所示的第一实施例，水分控制环境在水分控制环境的至少3侧被屏蔽，并且所述水分控制环境朝向扬克缸CR的暴露的外圆柱表面开放。这将确保被供应到水分控制环境的低水分空气将流向扬克缸的表面，并且低水分空气供应流不会干扰之前施加PEM层。

在图6中，示出本发明的第三实施例。相对于图1所示的第一实施例，本实施例设置有分别与两个独立的低水分空气源连接的两个低水分空气臂12a和12b。低水分空气源中的一个可以是环境空气，另一个可以是来自生活用纸机房的冷却空气。可以以与第一实施例中相同的方式控制供应管中的阀。

在图7中，示出本发明的第四实施例。与图1、图5和图6所示的实施例相比，本实施例包括使用额外的冷却臂20a，该冷却臂将液体冷却剂施加在扬克机的表面上，此后，所述被施加的液体在随后的水分控制环境中被蒸发，该水分控制环境由布置在清洁装置11和冷却臂20a之后的低水分空气臂12c建立，如扬克缸的旋转方向R所示。该低水分空气臂12c连接到低水分空气源Air₁，并且与设置在与低水分空气臂12c连接的供应管中的控制阀连接。这建立了水分控制环境，该水分控制环境对具有液体冷却剂层的扬克缸的暴露表面进行冷却。这为在刮刀片之后还留在扬克缸上的任何残留PEM涂料提供了蒸发冷却。然后，可以在施加新的新鲜PEM涂料之前，通过使所施加的液体层蒸发来冷却残留的PEM涂料。屏蔽壁13b优选地设置在水分控制环境之后，并且温度传感器16b可以设置在屏蔽壁13b上。该温度传感器可优选地连接到控制单元CPU₁，该控制单元可以通过调节控制阀V₃来控制低水分空气的供应，并通过调节控制阀V₄来控制液体冷却剂的供应。

在水分控制环境之后布置有PEM供应臂14。因此，将新鲜PEM施加在扬克缸的冷却器表面上，并且防止残留PEM层由于施加在残留PEM层顶部上的液体层的蒸发而变成玻璃态。

最后，在施加PEM涂料之后可以布置有厚度传感器15，该厚度传感器可以检测所施加的涂料的厚度。该厚度传感器15可以优选地连接到控制单元CPU₂，该控制单元可以通过调节控制阀V₂来控制PEM涂料的供应。实际上，可以使用共同的控制单元来控制厚度和温度两者。

在图8中，示出本发明的第五实施例。相对于图7所示的实施例，水分控制环境在水分控制环境的至少3侧被屏蔽，并且所述水分控制环境朝向扬克缸CR的暴露的外圆柱表面开放。这将确保供应到水分控制环境中的低水分空气流向扬克缸的表面，冷却剂供应流不会干扰PEM层的后续施加。

在图9中，示出本发明的第六实施例。相对于图7所示的实施例，水分控制环境被划分为4个独立屏蔽区I-IV。

第一冷却臂20a可以位于第一区I中，优选地以雾的形式分配冷却液，冷却液的温度接近蒸发温度。

在第二区II中，排出管12x可以连接到至低压，尤其是在前一区中供应的冷却液为液体时。排出(evacuation)将降低压力并有助于蒸发和使蒸发后的残留冷却液排出。

第二冷却臂20b可以位于第三区III中，优选地分配冷却液。

最后，第三低水分空气臂12c可以位于第四区IV中，优选地分配低水分空气。

如果要优化冷却效果，则可以在连续区中实施该顺序冷却(sequentialcooling)，其中水分控制环境中的每个独立冷却区可以独立调节，以获得尽可能高的冷却效果。

每个连续的冷却区在水分控制环境的每个区的至少3侧被屏蔽，并且所述水分控制环境朝向扬克缸CR的暴露的外圆柱表面开放。这将确保供应到水分控制环境中的低水分空气以及冷却液将流向扬克缸的表面，低水分空气的流动以及冷却剂供应不会相互干扰，也不会干扰PEM层的后续施加。每个区也可以在其山墙端(gable end)(在幅材宽度的端部处的外端)由壁(未示出)封闭，可以在所述山墙端中设有用于冷却剂过量或蒸发水分的排出管道。

最后，在图10中，示出本发明的第七实施例。在该实施例中是第一屏蔽冷却区，其中在PEM喷洒臂14之前布置有施加待蒸发的液体(优选是水)，并且在PEM喷洒臂14之后布置有一个屏蔽水分控制环境。使用在每个区之后的温度传感器16a、16b和最终PEM厚度测量仪15来控制如前述实施例所示的每个相应区。

所示的实施例实现(implement，实施)紧接在PEM喷洒臂之后的至少一个水分控制环境、或紧接在PEM喷洒臂之前的水分控制环境。这两个水分控制环境区均减少PEM涂料的加热，并且当到达将生活用纸幅材施加到扬克缸的PEM涂覆的表面上的转移点时，PEM涂料将具有较低的温度。这将降低PEM涂料的粘度，并减少PEM涂料扩散到生活用纸幅材中。

通过冷却PEM喷洒臂之后的PEM涂料的表面并使用空气作为冷却剂，可获得最佳效果。到达转移位置时，PEM涂料中的含水量应尽可能低，这是因为转移位置的PEM涂料中的含水量高会降低湿粘性，并且转移到扬克缸的幅材/片材会较差且不均匀。这将导致最终的吸移辊(pick-up roll，拾取辊)中的不均匀的起皱结构和波浪状直径。

但是，液体可用作冷却剂，尤其是在PEM喷洒臂之前的冷却区中。由于PEM混合物本身通常含有+90％的水，因此如果在施加PEM涂料时水残留物留在扬克缸表面上，则不会产生负面影响。相反，如果含水量稍微增加，则只要PEM涂料中有待蒸发的水，100℃的最高涂料温度将保持更长时间。

在施加PEM涂料后添加少量水(例如作为雾)，如果在转移位置之前有时间蒸发这些少量的水，则是可接受的。

本发明的基本特征是应用水分含量低于正常的水分控制环境。这提高了PEM涂料中的蒸发速率。这可以制成一个或多个独立区，所有区都具有水分控制环境。

在最简单的实施例中，可以通过将空气从机房吹到扬克机下方的区域中来建立水分控制环境，所述空气的温度比没有供应该置换空气的温度低得多。该置换空气也可以替代地为在此环境中通过在重新引入之前凝聚大部分湿气(humidity，湿度)的除湿机的再循环空气。也可以是在供应之前由冷却器额外冷却的置换空气。然而，相对湿度要小一些。置换空气还可以被加热，使得水分含量至少下降20％，但优选为较冷的空气。

当水分控制环境中的相对湿度已经降低时，可以通过向PEM涂料中添加水来增加蒸发效果，这可确保PEM涂料的温度保持在100℃以下。只要PEM涂料中有水，温度就会保持在100℃以下，因为这是水的蒸发温度。

附图标记说明：

1：转移辊

10：刮刀片

11：清洁装置

12：冷却臂

12n：冷却臂喷嘴

12c：冷却喷嘴阀

12o：臂中的外管

12i：臂中的内管

12a：在PEM施加之后的第一空气冷却臂

12b：在PEM施加之后的第二空气冷却臂

12c：在PEM施加之前的第一冷却臂

12d：在PEM施加之前的第二冷却臂

12e：在PEM施加之前的第三冷却臂

12x：排出管

13a：屏蔽壁PEM冷却/13b：屏蔽壁预冷却

14：PEM喷洒臂

14n：PEM喷嘴

14c：PEM喷嘴阀

15：厚度传感器

16：温度传感器

17：调节器

CR：起绉辊

W：生活用纸幅材

W_w：生活用纸幅材宽度

α：幅材包角

TP：转移位置

TO：脱离位置

R：旋转方向

S：槽

V₁：在PEM施加之后的控制阀

V₂：在PEM施加之后的控制阀

V₃：在PEM施加之前的控制阀

V₄：在PEM施加之前的控制阀

Air₁：第二空气源

Air₂：第二空气源

Cool₁：第一冷却媒介

Cool₂：第二冷却媒介

CPU1/CPU2：控制单元冷却/PEM

Claims

1.一种方法，用以在将生活用纸幅材转移到扬克缸的转移位置(TP)之前，控制在所述扬克缸的表面上施加含有性能增强材料(PEM)的水溶液的涂料，所述方法包括：

(a)使干燥并起绉的生活用纸幅材(W)在脱离位置(TO)从所述扬克缸(CR)脱离；

(b)在所述脱离位置(TO)与将所述生活用纸幅材转移到所述扬克缸上的所述转移位置(TP)之间的区域内建立至少一个水分控制环境，

(c)所述水分控制环境所建立的湿度比在没有任何水分控制环境的环境中建立的湿度低至少20个百分比单位；

(d)通过提高所述性能增强材料中或施加在所述性能增强材料上的水的蒸发速率，冷却所述扬克缸的在所述水分控制环境中的表面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水分控制环境与将所述性能增强材料(PEM)施加在所述扬克缸上的所述施加位置(TP)屏蔽。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水分控制环境在所述水分控制环境的至少3侧被屏蔽，并且所述水分控制环境朝向所述扬克缸(CR)的暴露的外圆柱表面开放。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一冷却剂被添加到所述水分控制环境中。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所使用的所述第一冷却剂是被吹入所述水分控制环境中的空气。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所使用的第二冷却剂是施加在所述扬克缸的外圆柱表面上的液体冷却剂，所述液体冷却剂在施加到位于所述水分控制环境之前的所述扬克缸的外圆柱表面上之后，在所述水分控制环境中被蒸发。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述水分控制环境的至少两个不同区的水分控制环境中使用至少两种不同的冷却剂。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述冷却剂被分配在所述扬克缸的整个宽度上。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使用设置在所述扬克缸的整个宽度上的多个喷嘴(12n)将所述冷却剂分配在所述扬克缸的整个宽度(W_W)上。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，每个喷嘴(12n)是能够调节的。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使用设置在所述扬克缸的整个宽度上的槽(S)将所述冷却剂分配在所述扬克缸的整个宽度(W_W)上。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，槽间隙(S)是能够调节的。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述水分控制环境之后测量所述扬克缸的表面上的温度，并控制所述冷却剂供应以达到目标温度。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与不使用所述水分控制环境相比，所述水分控制环境中的温度降低至少20℃，并且优选地建立在20℃至80℃的范围内的所述水分控制环境的温度。

15.一种系统，用以在将生活用纸幅材转移到扬克缸上的转移位置(TP)之前，控制在所述扬克缸的表面上施加含有性能增强材料(PEM)的涂料，所述系统包括：

(a)刮刀片(10)，在脱离位置(TO)使干燥并起绉的幅材(W)从所述扬克缸(CR)脱离；

b)将性能增强材料(PEM)施加在所述扬克缸上的施加位置(TP)，所述施加位置(TP)布置在所述脱离位置之后；

(b)通过从低水分空气源向所述水分控制环境供应低水分空气，在所述脱离位置(TO)与将所述生活用纸幅材转移到所述扬克缸上的所述转移位置(TP)之间的区域内布置至少一个水分控制环境；

(d)通过提高所述性能增强材料中或施加在所述性能增强材料上的水的蒸发速率，在所述水分控制环境中对施加在所述扬克缸上的性能增强材料(PEM)层的表面进行冷却。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，使用至少一个屏蔽壁(13a/13b)将所述水分控制环境与将所述性能增强材料(PEM)施加到所述扬克缸上的施加位置(TP)屏蔽开，所述屏蔽壁被设置为所述屏蔽壁(13a/13b)的一端以近距离(d)靠近所述扬克缸的表面，而所述屏蔽壁的另一端在距离所述起绉辊超过5厘米的远距离(d)处。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述水分控制环境在所述水分控制环境的至少3侧通过所述屏蔽壁(13a/13b)被屏蔽，并且所述水分控制环境朝向所述扬克缸(CR)的暴露的外圆柱表面开放。

18.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述低水分空气源(Air₁、Air₂)是从所述扬克缸的机房获取的空气、或从所述扬克缸的机房的外部获取的空气。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述低水分空气源(Air₁、Air₂)包含在使用前已穿过冷却系统的空气。

20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述低水分空气源(Air₁、Air₂)包含在使用前已穿过除湿系统的空气。

21.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，第二冷却剂源(Cool₁、Cool₂)是在所述性能增强材料(PEM)施加在所述扬克缸上的所述施加位置(TP)之前被施加在所述扬克缸的表面上的液体冷却剂，所述液体冷却剂增加在所述刮刀片(10)之后留在所述扬克缸上的所述性能增强材料(PEM)的残留层中能够蒸发的液体的体积。

22.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，第二冷却剂源(Cool₁、Cool₂)是在所述性能增强材料(PEM)施加在所述扬克缸上的所述施加位置(TP)之后被施加在所述扬克缸的表面上的液体冷却剂，所述液体冷却剂增加所施加的所述性能增强材料(PEM)中的能够蒸发的液体的体积。

23.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，在所述水分控制环境的至少两个不同区(I、III、IV)中使用至少两种不同的冷却剂源(Air₁、Air₂、Cool₁、Cool₂)。

24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，在所述水分控制环境中使用至少一个排出区(II)，通过排出管(12x)排出从所述性能增强材料蒸发的水分。

25.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述冷却剂(Cool₁、Cool₂、Air₁、Air₂)通过分配臂(12/20)被分配在所述扬克缸(CR)的整个宽度(W_W)上。

26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述冷却剂(Cool₁、Cool₂、Air₁、Air₂)使用所述分配臂(12)上的多个喷嘴(12n)被分配在所述扬克缸的整个宽度(W_W)上。

27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，每个喷嘴(12n)能够由控制系统(CPU、V₁、12_c)调节，以达到目标温度。

28.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述冷却剂(Cool₁、Cool₂、Air₁、Air₂)使用所述冷却臂(12)被分配在所述扬克缸(CR)的整个宽度(W_W)上，所述冷却臂具有布置在所述扬克缸的整个宽度上的连续槽(S)。

29.根据权利要求28所述的系统，其特征在于，槽间隙(S)能够由控制系统(CPU)调节(12_I、12_O)，以达到目标温度。

30.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，在所述水分控制环境之后和所述性能增强材料(PEM)的施加位置之前设置温度传感器(16b)，测量所述扬克缸的已穿过所述水分控制环境的表面的温度。

31.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，在所述水分控制环境之后和所述性能增强材料(PEM)的施加位置之后设置温度传感器(16b)，测量施加在所述扬克缸的已穿过所述水分控制环境的表面上的PEM涂料上的温度。

32.根据权利要求30所述的系统，其特征在于，所述冷却剂供应(Cool₁、Cool₂、Air₁、Air₂)由控制系统(CPU、V₁)控制，以达到目标温度。

33.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，所述冷却剂供应(Cool₁、Cool₂、Air₁、Air₂)由控制系统(CPU、V₁)控制，以达到目标温度。