CN1317064A - 刮刀 - Google Patents

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Abstract

一种在造纸设备中用以清洁转辊的刮刀。此刮刀包含一种热固性塑料的聚合物材料，其玻璃化转变温度Tg比其操作温度高出20－30℃，并且此类材料的抗冲击性能很高。

Description

刮刀
本发明涉及一种按权利要求1前叙部分所定义的造纸设备用刮刀。
造纸/纸板设备转辊表面容易粘上一层从工艺而来的杂质以及由刮刀所致的物质。刮刀就是用来从转辊表面上除去这些物质的。随着造纸设备运转速度的提高，刮刀所用的材料承受不了造纸设备超过1400rpm的速度，直至开始熔化并迅速磨损，在此情况下无法再起到清洁转辊表面的作用，这已经成为一个现实问题。
因此，本发明的一个目的是提供一种刮刀材料，以承受造纸设备较高的运转速度并进而较高的操作温度。
本发明的一个目的是提供一种刮刀，除了操作温度较高以外，其机械强度和刚性也高。
从现有技术可知，已出现过多种由不同材料构成的到刀，包括复合结构，而可供参考的现有技术文献包括U.S.No.4,549,933、公开的DE4137970、FI101,637和JP05-214696、05-321189和05-132891。
在U.S.No.4,549,933中描述了一种造纸设备用刮刀，此刮刀由多个纤维和碳纤维交替层组成，从而纤维层可由棉、纸、玻璃纤维等构成。
另一方面，公开的DE4137970提到例如在刮刀中采用经纤维增强的塑料，这种纤维增强塑料含60-90wt.％的聚酰胺-6或聚酰胺-66以及10-40wt.％的增强纤维。采用热塑性树脂聚酰胺是为了提高其导热性。
FI101,637描述了一种维护用刮刀，其包含多层纤维构成一种层压结构，并且此结构包含至少一层碳纤维或至少一个以碳纤维为主并含有与碳纤维紧密接触的研细粒子的层，而且其中碳纤维基本按与刮刀的长轴方向成一定角度来定向排列，最好是到刀的交叉方向。
JP05-214696了描述一种刮刀，其中采用的是超高分子量的聚乙烯或经纤维增强的超高分子量聚乙烯，这类聚乙烯是热塑性树脂。
JP05-321189中描述了一种由热塑性纤维复合材料构成的刮刀，其含有30-80wt.％的热塑性树脂聚苯硫和20-70wt.％的玻璃纤维、芳酰胺纤维或石墨纤维。
在JP05-132891中，描述的是一种由含玻璃纤维的材料构成的刮刀，这种材料中由长丝构成的纤维被固定在母体树脂材料，比如环氧树脂中。
如以上现有技术所述，就基质材料已提出过多种不同的热塑性树脂材料。虽然其耐热性可能会好，但是热塑性树脂却无法作为刮刀材料而实现商业化应用，因为其成本高且难加工。操作过程中耐热性高的热固性塑料也需要相当高的熔体加工温度。实际上几乎所有的商业化产品都用的是环氧树脂。
包含环氧树脂基质的刮刀所存在的一个问题是磨损过快进而其使用寿命较短。设备运转速度的提高会使这一问题恶化。提高速度增加了旋转的转辊与刮刀之间的摩擦热。环氧树脂逐渐变软并熔融。环境湿度能加剧软化现象，因为环氧树脂有点吸潮。软化和熔融的后果是，转辊表面涂上了一层基质材料。这也会造成转辊表面其粘结、分离性能和表面能的改变，而这些性能对设备的运转而言更重要。
环氧树脂另一个大的缺点是它对脉冲挤压法及类似方法的适应性很差，然而只有通过这些方法才能连续地制造刮刀。
就实现前述及后续的目的而言，本发明的刮刀其特征主要在于权利要求1中所述的内容。
本发明凭着新型的基质材料解决了现有技术中存在的问题。这些材料是热固性塑料材料，其特征在于其玻璃化转变温度Tg比基质在操作条件下所承受的温度要适当高出，至少约为20-30℃，并且此类材料的抗冲击强度很高。由于基质在操作过程中达不到Tg温度，由软化/熔融所造成的磨损较小。此时磨损也是按受控方式进行的，刮刀的尖端并不断裂。受控磨损对于刮刀想要在整个使用寿命过程中保持其利度而言是重要的。由于冲击强度较高，因此如果粘在转辊表面上的某些物质在运转过程中从刮刀底下经过时，刮刀的尖端就不太容易断裂。
由于其本身是热固性塑料的性质，本发明的材料适合采用热固性塑料所用的所有方法来进行加工，包括脉冲挤压法，而且并不象热塑性树脂那样需要相当高的温度。如果想要制造的是方片，对脉冲挤压法的适应性就非常有必要，因为这样就能进行连续的制造，由此改善总体的生产效益并稳定产品质量。
根据本发明一个优选的实施方案，刮刀是复合结构并且由聚合物基质、增强材料和可能的填料构成。增强材料可能是常见的增强纤维，比如玻璃、碳或芳酰胺纤维或者是由所述材料或所述纤维增强材料的混合物经织造而来的材料。这类混合物比如可形成一种多层结构，在这种结构中，玻璃纤维和碳纤维增强材料以及所述增强纤维的排列方式在不同层中各异/交替。
根据本发明的一个实施方案，采用一种新型的热固性塑料聚合物材料作为复合结构的基质材料。此材料由聚酯多元醇的苯乙烯溶液和聚异氰酸酯构成。在反应的第一阶段，多元醇组份与异氰酸酯反应，即所谓的链增长反应，形成氨酯键。在反应的第二阶段，聚酯多元醇上的双键与苯乙烯发生自由基聚合反应并在材料中交联成热固性树脂所特有的网络结构。
得到的聚合物是乙烯酯氨酯，它有一种所谓的杂化结构，既有来自聚氨酯的氨酯键又有典型的乙烯酯键。反应的第一和第二阶段典型地同时进行。可采用各种不同的促进剂和引发剂体系来控制反应速度。借此并通过选择聚酯多元醇，就有办法来调节刮刀材料的性能，以达到应用目的和加工方法的要求。
乙烯酯氨酯除了良好的机械性能(强度、模量和韧度值等于或超过耐高温型聚酯/环氧树脂材料的典型值)以外，所述材料还具有优异的耐热性，HDT温度最高可达220℃。因此，适宜用作刮刀材料，特别是在现代化的高速造纸设备中，其中刮刀的表面温度会很高。
乙烯酯氨酯在高温下也能保持良好的机械性能和优异的耐化学品性能，并且其热老化性能很好。
乙烯酯氨酯的原料是溶液，可通过热固性塑料的典型方法来进行加工。在本发明刮刀的制造过程中，优选采用脉冲挤压法。其它可能的制造方法比如是，预浸渍法(沉降及高压釜处理法)、树脂注射法(RTM)或反应性注模法。
在脉冲挤压法中，乙烯酯氨酯的制造速度最高比乙烯酯快四倍，从而降低了生产费用。乙烯酯氨酯对不同填料的粘结性能都很好，并且除了织造型纤维增强材料以外还可采用比如陶瓷和金属填料或短纤维增强材料。
根据本发明的一个实施方案，复合结构的基质是一种被称为聚醚酰胺(聚醚酰胺树脂=PEAR)的热固性塑料，可从双噁唑啉与酚类化合物之间的反应而得到。这种聚合物的结构可用如下描述了聚醚酰胺结构单元和交联聚合物结构的结构式来表示。
Figure A9981074800061
此结构式所示的聚合物具有如下的优良性能，尤其是作为刮刀材料：
-连续操作时优异的热稳定性，最高可达180℃
-得益于其化学结构，对玻璃纤维、碳纤维、金属(铝、钢)和陶瓷的粘结力高
-良好的韧度(G10值是环氧树脂的5倍)
-玻璃化转变温度为225-295℃，取决于硬化周期及材料的改性情况
-在热固性塑料分类中未增强的纯聚醚酰胺的弹性模量是非常高(约5100MPa)的
-不含挥发性成份
-同其它聚合物相比，热膨胀系数较低(42×10-6/℃)。
市售的聚醚酰胺一般是其溶液和“热熔体”。聚醚酰胺溶液一般用来制备预浸渍物，此时将纤维增强材料以含有聚合物和适宜溶剂的溶液进行浸渍。聚合物热熔体可直接采用，比如在RTM法或脉冲挤压法中，但要加热(约160℃)各组份以使粘度降至适当值。
在本发明刮刀的制造过程中，可采用如下的方法，这些方法也适用于其它的热固性塑料：
-通过预浸渍法(沉降和高压釜处理法)
-脉冲挤压法
-压模法
-RTM(树脂转移模塑法)进行制造。
就产品制造而言，采用聚醚酰胺有着如下的优点：
-硬化反应过程中放热极低(比环氧树脂低5倍并且比双马来酰亚胺低10倍)-甚至能制造厚的制件
-硬化收缩率低(＜0.8％；环氧树脂约为3％)
-180C高压釜处理
-于180-230℃烘箱中后硬化。
因为聚醚酰胺特别对陶瓷和金属有很强的粘结力，所以如果需要的话，可向基质中混入各种陶瓷或金属的填料粒子，而不对材料的机械性能有太多损害。
需要注意的是，同含有环氧树脂基质的刮刀相比，本发明刮刀的耐磨性显著提高并且延长了使用寿命。
本发明以上仅参照几个优选的例示性实施方案进行了说明，并且在由后续权利要求书所定义的本发明范围内可做出许多的改进和变化。

Claims (5)

1．一种在造纸设备中用以清洁转辊的刮刀，此刮刀包含一种热固性塑料的聚合物材料，其特征在于此聚合物材料的玻璃化转变温度Tg比其操作温度高出20-30℃，并且此类材料的抗冲击性能很高。
2．权利要求1的刮刀，其特征在于聚合物材料是乙烯酯氨酯。
3．权利要求1的刮刀，其特征在于聚合物材料是聚醚酰胺。
4．权利要求1的刮刀，其特征在于此刮刀含有增强纤维和/或填料。
5．权利要求4的刮刀，其特征在于借由脉冲挤压法来制造刮刀。
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