CN117280092A - 辊套和辊子 - Google Patents
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Abstract
尤其是用在用于生产或加工纤维幅材的设备中的辊子以及辊套，其中，辊套包括径向靠外的功能层，功能层提供了辊套的与幅材接触的表面，并且其中，功能层具有尤其是形式为槽和/或孔的结构元件，其中，功能层由具有高于0.4、尤其是在0.45与0.5之间的泊松比的弹性体材料构建而成。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的尤其是用在用于生产或加工纤维幅材的设备中的辊子的辊套，以及相应的辊子。
背景技术
在诸如造纸机那样的工业设备中使用大量的辊子。这些辊子可以被用于引导材料幅材，或者也可以用于影响表面特性。这种辊子的另外的重要应用领域是对纤维幅材进行压榨和脱水。在此，压榨辊与(通常采用配合辊的形式的)配合元件形成用于对纤维幅材进行机械脱水的处理缝隙。然后，水可以部分地被吸收到辊子表面的诸如槽或(盲)孔那样的结构中。这些结构为所压榨出的水提供了储存容积。
然而，在此，恰恰是在辊子具有相对较软的辊子表面的情况下出现了问题，即，由于在处理缝隙中作用的力使得套子被压缩，由此使得槽或盲孔被完全或至少部分封闭，并使得储存容积减少。
为了仍然确保足够的吸水能力并避免纸幅材在离开处理缝隙后再次湿润(“回潮”)，在专利文本US 9,488,217中提出，将槽和孔(相比其深度)实施得非常宽。具体来说该文本提出，让宽度或直径至少为深度的70％或更大。
然而，这种解决方案的不利情况是，由于加宽了槽和孔，使得它们之间的连接部，即辊子表面的负责在处理缝隙中构建液压压力的部分，必然变小。因此，就阻碍了尽可能高的液压压力的构建并因此也阻碍了对幅材的高程度压榨。
附加地，宽的槽和/或直径较大的孔通常导致在纸中留下痕迹。例如，这可能会以所谓的“孔影痕”的形式呈现，这些孔影痕是由于从纸幅材不均匀地洗出细料和填充料所造成。
发明内容
本发明的任务是克服由现有技术已知的问题。
尤其地，本发明的任务是提出一种辊套或辊子，该辊套/辊子可以提供足够的储存容积，同时可以在处理缝隙中构建起足够的的液压压力。
该任务通过根据权利要求1的辊套和权利要求8的辊子完全解决。
有利的实施方案在从属权利要求中描述。
在本申请的范围内，材料幅材、纤维幅材和纸幅材这些术语被同义使用。因此尤其包括纸浆幅材、用于绘图纸或包装纸的幅材、纸板幅材、卫生纸幅材以及特种纸的幅材。
关于辊套方面，该任务通过尤其是用在用于生产或加工纤维幅材的设备中的辊子的辊套来完全解决，其中，辊套包括径向靠外的功能层，该功能层提供了辊套的与幅材接触的表面，并且其中，功能层具有尤其是形式为槽和/或孔的结构元件。
根据本发明在此设置的是，功能层由具有高于0.4的泊松比的弹性体材料构建而成。
尤其可以设置的是，弹性体材料具有在0.45与0.5之间的泊松比，例如为0.47、0.48或0.49的泊松比。
在特别优选的实施方案中可以设置的是，使用聚氨酯作为弹性体材料。例如含有聚碳酸酯、PPDI(对苯二异氰酸酯)或TODI(二甲基联苯二异氰酸酯)或由其制备而成的聚氨酯是特别有利的。
然而替选地，也可以使用橡胶材料，尤其是基于HNBR(氢化丁腈橡胶)或EPDM(三元乙丙橡胶)的橡胶配方作为弹性体材料。
泊松比，其也被称为横向收缩系数、横向应变系数或横向伸长系数；它是一种在力学或强度理论中的材料特性值。它被用于计算横向收缩，并属于材料的弹性常数。
泊松比在此众所周知地被定义为：在受一维机械应力条件状态的影响下横向于单轴应力方向的尺寸的相对变化与相对的长度变化的线性化负比：
如果试样(实心材料体-例如根据DIN53504标准的S1或S2细棒)由于在其两端被(“沿纵向方向”)拉开而伸长，则会对其体积产生影响。对于其泊松比接近0.5的试样，其体积(几乎)保持不变，如果拉得更长，则试样将变得更薄，以至于其体积(实际上)保持不变。
由于辊套往往在50℃至60℃之间的温度下运行，因此值得期待的是，也获知在这些运行温度下的泊松比。然而，对为了让测量装置适用于调温的耗费相对较大。因此，在本申请的范围内给出的泊松比是在实验室条件下测得的，即在20℃下测得的。泊松比在很宽的温度范围内几乎不发生变化。只有在玻璃化转变温度以下(在此类弹性体中玻璃化转变温度位于-20℃的范围内)或在80℃-100℃以上才预料到明显变化。因此，在20℃下进行的测量对于在50°-60℃下的使用也具有代表性。
然而可能的是，在拉伸试验中测得的泊松比与执行试验时的拉伸速度有关。在低速下(例如：10mm/min)也出现松弛效应并被一起检测到，但这些松弛效应对于实践中出现的在压榨缝隙中的非常快速的变形并不重要，在速度大于100mm/min时，不再察觉到有显著的与速度相关性。因此，所述测量值将在速度为125mm/min、预加力为1N且伸长率为1.5％-2.5％以及在S1棒材的情况下测量长度(L0)为25mm而在S2棒材的情况下测量长度为20mm情况下获知。由于测量值分散，因此考虑使用至少3次(理想情况下至少5次)测量的中值。
发明人已认识到，通过这种材料特性数可以非常好地表征了辊套在处理缝隙中的材料表现。对于泊松比高于0.4，尤其是在0.45与0.5之间的弹性体材料，尤其是聚氨酯，即使是在处理缝隙中的压力相对较高时也不会发生不期望的材料形变或仅发生轻微的不期望的材料形变。因此，即使在辊套表面内引入结构也有很大的自由度。然后，这些结构在处理缝隙中并不发生变化或仅发生微小的变化，并且其储存容积很大程度上保持不变。
尤其地，与现有技术相比设置的是，辊套可以具有槽作为结构元件，并且槽宽度与槽深度之比小于或等于0.7，尤其是小于或等于0.68、0.65、0.6或0.5。
替选或附加地可以设置的是，辊套可以具有孔作为结构元件，并且孔直径与孔深度之比小于或等于0.7，尤其是小于或等于0.68、0.65、0.6或0.5。
在有利的应用中可以设置的是，槽宽度和/或孔直径可以在0.7mm与1.4mm之间，优选在0.8mm与1.1mm之间。
此外可以有利的是，槽深度和/或孔深度在1.8mm与2.8mm之间，尤其在2mm与2.5mm之间。
例如，1.1mm的槽宽度和2mm的槽深度得到0.55的比；0.8mm的槽宽度和2.5mm的槽深度导致0.32的比。
根据本发明的方面，辊套还允许在辊套中设置高达40％或45％的大的开放面积。在此，例如在开槽的辊套中，开放面积可以为32％、33％或34％。33.3％开放面积意味着，在槽宽度为1mm的情况下槽之间的连接部具有2mm的宽度。对于既有槽又有孔的辊套，开放面积还有可能更大。在此，33％至40％是非常常见的。
通过这些与宽度或直径相比相对较深的结构元件可以提供足够的储存容积，并且尽管如此在处理缝隙中仍构建了足够的液压压力。
在特别有利的实施方案中可以设置有软的辊套。尤其可以设置的是，功能层的硬度高于10P&J，尤其是在15P&J与50P&J之间。在此常见的硬度值为20P&J、25P&J、30P&J或35P&J。特别使用聚氨酯、尤其是含有聚碳酸酯、PPDI(对苯二异氰酸酯)或TODI(二甲基联苯二异氰酸酯)或由其制备而成的聚氨酯可以非常容易达到这种硬度。
硬度表述“P&J”指的是根据Pusey&Jones(赵氏硬度测量法)进行的测量。在该测量中，较软的材料具有较高的P&J值。因此，辊套具有高于10P&J的硬度表述意味着套子应比10P&J更软。
辊子，并且尤其是辊套，在其例如被用于造纸机中时将暴露于非常恶劣的条件。诸如辊子缝隙中的压力和摩擦那样的机械影响以及各种工艺用水和工艺化学品的化学影响，都导致辊套持续不断受磨损。特别是在具有结构元件的辊子中，其中如上所述有利的是，结构元件的深度相比其直径或宽度相对较大，或者应保持一定的比例(例如宽度/深度<0.7或<0.6)，这种磨损就造成了干扰。例如，如果因磨损而去掉了套子厚度的1/4，而结构的宽度保持不变，那么宽度/深度比将提升了1/3。由此存在宽度/深度比不再位于所期望的范围内的风险。
此外，由于辊子的使用也会改变辊套的材料的特性。例如，根据所使用的弹性体材料而定地，可能会出现材料或辊子表面变硬或变软。
尤其是在聚氨酯的情况下，其材料特性因水解而或多或少发生变化。
能够带来恒定的脱水性能的产品在较大的介质范围中都具有耐性。
所谓的“模量10”值已被证明适用于判定这种耐性。该值描述了弹性体材料在10％伸长率时的应力值。“模量10”值是根据DIN53504标准在S1或S2细棒上进行拉伸试验时测得的。例如，能从Zwick公司获得合适的测试仪器。
为了评价本申请范围内的材料，模量10值是在110℃的水中存放96小时前后测量的。(为了达到此温度，水要受适当的压力)。除非另有说明，测量在S2细棒上进行。
弹性体，特别是聚氨酯，在存放期间通常由于水解过程造成地而失去一定的应力。
标准聚氨酯在此可能会损失高于40％的应力，有时甚至达到水解前的50％。
然而，事实证明，高应力损失对材料的耐性是负面的。有利地，在110℃的水中存放超过96小时后，模量10值应仅变化了20％或更小。变化至多10％的材料是特别优选的。
有广泛的可能的材料被提供用于作为根据本发明的方面的辊套的弹性体的可能的聚氨酯(PU)。
例如，可以使用分子量为250-3000g/mol的聚醚、分子量为250-3000g/mol的聚丁二烯或分子量为250-3000g/mol的聚碳酸酯作为用于制备PU的多元醇。
适合作为用于制备PU的二异氰酸酯的有芳香族二异氰酸酯和脂肪族二异氰酸酯，例如二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。
合适作为扩链剂或交联剂的有二元胺(如MCDEA或MOCA)以及短链二元醇(如1,4-丁二醇)或三官能团的制品(如三羟甲基丙烷)。
本清单在此仅用于举例说明，但本发明并不局限于使用这些材料。
关于辊子方面，本发明通过一种用于生产或加工纤维幅材的设备的辊子来解决，该辊子包括基本上柱体式的辊芯和施加在辊芯上的辊套，其中，辊套根据本发明的一个方面来实施。
具体实施方式
下面将借助示例进一步解释本发明。
这些示例说明了适合用于本发明的一个方面的辊套中的弹性体的一些示例。它们是各种聚氨酯。本发明在此并不局限于这些示例配方。
在下表中，示例性地说明了4种不同的聚氨酯。
第一种PU_PC是以聚碳酸酯多元醇为基础并具有MDI为异氰酸酯的PU。
其他三种PU(TODI 1、2和3)分别使用TODI作为异氰酸酯和相同的交联剂，但所使用的多元醇不同。
下表说明了存放前后测得的模量10值，并与标准PU进行了比较。
在所有使用的材料中，泊松比在0.45与0.5之间，
| 存放前 | 存放后 | 损失[％] | |
| 标准PU | 4.3 | 2.2 | 48.8％ |
| PU PC | 3.4 | 2.8 | 17.0％ |
| PU TODI1 | 4.9 | 4.5 | 8.3％ |
| PU TODI2 | 4.9 | 4.5 | 7.9％ |
| PU TODI3 | 4.1 | 3.9 | 5.6％ |
正如PU PC与标准PU的对比所示，使用聚碳酸酯多元醇对模量10耐性是有利的。在标准PU中的损失几乎达到50％，取而代之的是在PU PC中损失明显低于20％。
同样明显的是，使用TODI作为异氰酸酯的试样显示出优异的效果，并且这几乎与所使用的多元醇无关。损失分别低于10％。
模量10损失低于20％、尤其是低于10％的所有这些材料对于根据本发明的一个方面的辊套都是非常有利的。
Claims (8)
1.尤其是用在用于生产或加工纤维幅材的设备中的辊子的辊套，其中，所述辊套包括径向靠外的功能层，所述功能层提供了所述辊套的与幅材接触的表面，并且其中，所述功能层具有尤其是形式为槽和/或孔的结构元件，其特征在于，所述功能层由具有高于0.4、尤其是在0.45与0.5之间的泊松比的弹性体材料构建而成。
2.根据权利要求1所述的辊套，其特征在于，使用聚氨酯作为弹性体材料，尤其是至少含有聚碳酸酯多元醇或由聚碳酸酯多元醇制备而成的聚氨酯。
3.根据前述权利要求中任一项所述的辊套，其特征在于，使用至少含有TODI(二甲基联苯二异氰酸酯)和/或PPDI(对苯二异氰酸酯)或由TODI(二甲基联苯二异氰酸酯)和/或PPDI(对苯二异氰酸酯)制备而成的聚氨酯作为弹性体材料。
4.根据前述权利要求中任一项所述的辊套，其特征在于，所述辊套具有槽作为结构元件，并且槽宽度与槽深度之比小于0.7，尤其是小于或等于0.5。
5.根据前述权利要求中任一项所述的辊套，其特征在于，所述辊套具有孔作为结构元件，并且孔直径与孔深度之比小于或等于0.7，尤其是小于或等于0.5。
6.根据前述权利要求中任一项所述的辊套，其特征在于，所述功能层的硬度高于10P&J，尤其是在15P&J与50P&J之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的辊套，其特征在于，在110℃的pH＝7的水中存放96小时期间，所述弹性体材料在10％伸长率下的应力值(“模量10”，根据DIN53504标准在S2细棒上进行拉伸试验时测得)变化小于20％，优选小于10％。
8.用于生产或加工纤维幅材的设备的辊子，所述辊子包括基本上柱体式的辊芯和施加在辊芯上的辊套，其特征在于，所述辊套根据前述权利要求中任一项所述地实施。
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