CN1312358C - 喷嘴阵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于涂布移动网状材料的喷嘴阵，它包括沿纸幅横向排列的多个高压喷嘴(2.1，2.2)。这些喷嘴(2.1，2.2)已经按照对流量起作用的变量进行了分类，从而使喷嘴阵内该变量的误差小于预定值。只要每个喷嘴的流量最为精确地相同，就会在纸幅上得到最为均匀的涂布。

Description

喷嘴阵
技术领域
本发明涉及用高压喷雾技术来涂布移动的网状材料，并针对用在该涂布方法中的喷嘴阵。本发明尤其适用于纸张涂布。
背景技术
在纸张涂布中，尤其打算用来提高纸张适印性能的液体涂料混合物被涂敷在纸张表面。传统上，压力涂布器、刮刀涂布器和薄膜转移设备被用于这一目的。传动速率需要增加时，或在涂布厚度连续降低的纸张时，这些技术就难于在实践中可靠地实施。
作为最新的涂布技术之一，喷雾涂布已经出现。其独特的优点在于不需要任何机械涂布装置(例如研磨刮刀或旋转棒)与纸幅接触。已经证明高压喷雾技术是一种特别有希望的喷雾技术，它包括如下步骤：仅需驱动不含任何气体介质的高压涂料混合物通过具有小孔的喷嘴，从而使混合物雾化成小液滴。压力可以在例如1-200MPa之间，喷嘴的开口面积例如为0.02-0.5mm2。最大的液滴尺寸通常约为100μm。该装置包括具有一排或多排喷嘴的喷嘴阵，每排喷嘴由沿纸幅横向排列的几个喷嘴组成。喷嘴的排列要使其能够在纸幅上提供尽可能均匀地覆盖纸幅的涂料射流。每排喷嘴中的相邻喷嘴产生的射流在边缘处要适度重叠。在相同的压力下，涂料混合物从一根单独的进料管中被分布到每个喷嘴中。因此通过改变压力、浓度或粘度，仅仅可以调节各喷嘴一起输送的流量。各喷嘴所产生的射流的形状取决于喷嘴开口的形状。总的目标是提供一种在纸幅横向上的宽度比在纸幅纵向上的宽度更大的射流。因此，喷嘴的开口相应地呈椭圆形。
纸张的喷雾涂布例如在FI108061 B(对应于WO9717036)和Nissinen V的OptiSpray：新型低定量压敏纸涂布技术(OptiSpray涂布和施胶会议，芬兰，2001年3月15日)中已有说明。
发明内容
权利要求1中所限定的喷嘴阵已经被发明出来，并用在了网状材料的涂布中。其他权利要求说明了本发明的一些实施例。
已经发现喷嘴开口尺寸的变化对通过喷嘴的流量和射流形状都有显著的影响。这造成纸幅上所形成的涂料的相应误差。因此，已经发现在与流量误差有关的变量的基础上提前将喷嘴分类可以减小喷嘴阵的流量误差。将喷嘴分类，从而使变量与喷嘴阵内的平均值的误差保持在所允许的质量要求下。例如，该要求可以低于±5％，如低于±2％。
待测量的喷嘴变量尤其可以是喷嘴开口面积。该面积尤其可以用光学方法测定。测定方法例如可以包括：将激光束之类的光束导向开口，然后测量由开口所保留的那部分光束。例如作为CCD照相机的图像表面上的像素，该面积也可以直接获得。除了面积，也可以测定开口的宽度和长度，然后将其作为变量，使用其乘积。这些变量也可以用显微镜进行光学测定，例如，光学测量方法也易于实现自动化。
使用如上述分类的喷嘴，喷嘴阵在纸幅上产生尽可能均匀的涂料分布，并且随喷嘴的磨损，仍尽可能地保持均匀。只要有必要，通过改变进料值，在每个喷嘴阵内都可以实现涂料的预期厚度。这里所述的分类与直接根据喷嘴的流量测量所作的分类相比，更为快速，也更为简单。用过的喷嘴可以返回并重新分类。
本发明例如可应用于将要用于涂布纸张(例如打印纸或纸板)的喷嘴的分类。分类后的喷嘴阵产生质量最为均匀的涂布。
附图说明
下面将详细说明本发明的一些实施例。附图附属于说明书。
图1展示了未分类的喷嘴阵的流量分布和扇形宽度。
图2展示了随着喷嘴的磨损喷嘴阵流量误差的变化。
图3展示了如本发明所述的喷嘴阵的流量的典型误差及其分类。
图4展示了喷嘴面积的光学测量。
图5展示了喷嘴阵中最外的两个喷嘴的位置和由它们实现的涂料分布。
具体实施方式
喷嘴制造商所用的制造工艺并不精确。制造商报告各喷嘴的体积流量的误差最多约为±5％。在实践中，这意味着在涂料量的全幅横向分布中可能有10％的误差。但是，实际观察表明批量生产同一额定尺寸的喷嘴时所得到的喷嘴的流量与测得的平均流量的误差可能超过±10％。
发明人调查了具有代表性的一批36个喷嘴中的每个喷嘴的质量流量，并在100巴的压力下用水调查了射流扇的宽度。各喷嘴的额定直径为0.3mm。结果见表1，其中的竖条表示流量，曲线表示射流扇的宽度。
观察还发现，随着喷嘴的磨损，流量误差趋于进一步增加。实际上，涂料混合物常常含有固体物质，例如颜料，这些物质会加剧磨损。通过喷射含有碳酸钙的涂料浓浆，并通过监测喷嘴在操作过程中体积流量的变化，用一批9个喷嘴对这一问题作了研究。结果见表2。
结果表明，喷嘴阵中的每个喷嘴具有相同且足够精确的起始流量是极其重要的。这样即可获得质量最为均匀的涂布效果。
为了对喷嘴进行分类，要选择与流量有关的变量，并对每个喷嘴进行测定。在流速技术方面，喷嘴的开口面积与流量最为确切相关。通过测量一个或多个点处的流动开口的直径，也获得了满意的结果。例如在椭圆形开口的例子中，可以测定宽度和高度。当喷嘴的这些变量基本相等时，其相互流量也相等。
只有所测变量的误差低于所允许的额定误差的喷嘴才可以安装在同一个喷嘴阵中。容许的极限可以为例如±2％。
图3展示了喷嘴阵的流速的典型误差，该喷嘴阵已经被分成可以接受的各个分阵。
喷嘴分类的一个办法是用显微镜测量喷嘴开口的宽度和高度，并用其乘积作为分类变量。100倍的放大显微镜获得了0.001mm的精度。所附的表格表明一批10个喷嘴的孔的尺寸和相应的质量流量。质量流量是通过在2分钟的时间内将压力为100巴的水喷射到一个容器中并称量水的重量而获得的。
  喷嘴编号    宽度/mm     长度/mm   长度*宽度/mm2    质量流量/g/s
    1     0.530      0.240      0.1272      12.6
    2     0.525      0.235      0.1234      12.2
    3     0.515      0.230      0.1185      11.8
    4     0.515      0.230      0.1185      11.8
    5     0.520      0.240      0.1248      12.4
    6     0.515      0.235      0.1210      12.2
    7     0.520      0.230      0.1196      12.0
    8     0.500      0.225      0.1125      11.2
    9     0.530      0.223      0.1182      11.6
    10     0.515      0.230      0.1185      11.8
椭圆形喷嘴开口的宽度与其高度的乘积自然大于开口面积，但椭圆形喷嘴开口的宽度却与质量流量完全相关。
例如可以用图4的装置高度精确地测定喷嘴的开口面积。其中，直径大于开口的激光束3从激光源1照向喷嘴2的开口。激光束4通过开口之后，用检测器5测定激光束4。控制和计算单元6计算两个激光束之间的差值，并用这一差值作为基准，计算开口面积，如果需要，还可以计算主要尺寸。结果可以显示在显示屏上。该测量装置市场上有售(例如Keyence)。
上述的这种光学测量方法也可以很容易地实现自动化。
图5展示了由喷嘴阵中的两个最外侧喷嘴2.1和2.2的扇形射流所形成的射流图案7.1和7.2以及所形成的涂料的重量分布8。射流的边缘在中间区域9充分重叠，因此涂料的量在喷嘴之间的区域内也变得恒定。只要根据本发明提前对喷嘴分类，在整个纸幅的横向上，重量分布会最为均匀。

Claims (6)

1.一种用于涂布移动网状材料的喷嘴阵，包括沿纸幅横向上的多个高压喷嘴(2.1，2.2)，这些喷嘴允许涂料混合物被喷射在纸幅上，其特征在于，这些喷嘴(2.1，2.2)已经按照对流量起作用的变量进行分类，从而使喷嘴阵内该变量的误差小于预定的极限值。
2.如权利要求1所述的喷嘴阵，其特征在于，起作用的变量是喷嘴的开口面积或喷嘴开口的直径。
3.如权利要求2所述的喷嘴阵，其特征在于，该变量已经被光学测定。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的喷嘴阵，其特征在于，起作用的变量与平均值的误差低于5％。
5.一种对高压喷嘴阵(2.1，2.2)进行分类的方法，该喷嘴阵用于涂布移动的网状材料，其特征在于，在这些喷嘴(2.1，2.2)中确定对流量起作用的一个变量，并根据该变量对这些喷嘴进行分类，从而使喷嘴阵内该变量的误差小于预定的极限值。
6.一种涂布移动网状材料的方法，其特征在于，如权利要求1-4中任意一项所限定的或者如权利要求5中所分类的喷嘴阵(2.1，2.2)在该涂布中被使用。
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