CN1816699A - 树脂辊制造方法 - Google Patents

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Abstract

树脂辊(1)具有：形成于辊芯(2)外周且由纤维增强树脂来形成的下卷层(3)；在其外侧经由粘接剂层(4)来形成的合成树脂制外筒(5)。构成下卷层(3)外周面的无纺纤维集合体层(8)形成为：依次输送用粘合剂来粘接了以无机纤维为主体的纤维材料的带状无纺纤维集合体，同时在该无纺纤维集合体中浸渍液状热固化性树脂，而卷绕在辊芯(2)外周上。

Description

树脂辊制造方法
技术领域
本发明涉及在造纸、制铁、薄膜、纤维等各种工业中所用的树脂辊的制造方法，尤其涉及作为造纸用砑光辊、造纸用压辊、纤维用砑光辊、磁记录媒体制造用砑光辊等来使用的大型耐高负荷树脂辊的制造方法。
背景技术
作为用于前述用途的树脂辊，一般采用在辊芯的外周形成由纤维增强树脂构成的下卷层，并在下卷层的外周形成合成树脂制外筒这种结构的辊。作为有关这种树脂辊的制造方法的公开技术，已知有JP特开平1-260092号公报(专利文献1)中所记载的方法。
在JP特开平1-260092号公报中，记载有与由下述工序构成的树脂辊制造方法有关的发明，该工序为：在金属制辊芯的外周面卷绕热固化性树脂浸渍纤维材料，而形成纤维增强下卷层的工序；与该工序分开，将热固化性合成树脂原料注入规定大小的筒体成形模内，并在规定温度下使其固化，而形成外层用筒体的工序；在具有纤维增强下卷层的辊芯上嵌覆外层用筒体，并在形成于下卷层与筒体之间的环状间隙部内注入低粘性粘接剂，在规定温度下使其固化，且经由粘接剂层，使下卷层与筒体接合为一体的工序。
JP特开平1-260092号公报中记载的树脂辊制造方法，尤其有用于大型硬质树脂辊的制造，可制造出具有优越的压缩强度，且表面难以损伤的树脂辊，因而可有效地用作造纸用砑光辊等的制造方法。
在该公报中，作为形成下卷层的纤维材料，记载有无机纤维或有机纤维的线束、粗纱或编织带等，此外，还记载有可以将它们与有机纤维或无机纤维的无纺布并用这一事实。
一般而言，作为树脂辊的制造方法，除了JP特开平1-260092号公报所述，预先形成外层用筒体，并将其嵌覆到形成有下卷层的辊芯上，且在下卷层与筒体之间的间隙注入粘接剂而粘接为一体这一方法之外，已知还有在成形模内设置形成有下卷层的辊芯，并在下卷层的外周，不经由粘接剂层来直接注塑外层用液状树脂，并使其固化的方法。不论哪种方法，作为下卷层均采用同样的构成材料。
由于形成大型耐高负荷的树脂辊的下卷层的纤维有必要以一定的张力来卷绕，因而一般采用在长度方向具有强度的线束、粗纱或编织带。然而，如果下卷层的外周面由线束、粗纱或编织带来形成，则下卷层的外周面将呈不均质状态，所以在高负荷下使用的场合，会以下卷层表面上存在的线束、粗纱或编织带的纤维为起点，在外筒或粘接剂层上容易发生裂纹。因而，下卷层的至少外周面，最好由无纺布来构成。
在JP特开平1-260092号公报中，作为形成下卷层的纤维材料，还记载了有机纤维或无机纤维无纺布。如果将有机纤维与无机纤维进行比较，则在针对高负荷的强度这一点上，可认为最好采用无机纤维。然而，无机纤维无纺布与有机纤维无纺布相比缺乏柔软性，在拉伸力作用下，纤维易于发散，因而很难在辊芯上卷绕。因此，目前在下卷层的外周面上采用有机纤维无纺布。比如在造纸用砑光辊的场合下，线性压缩负荷约为200kN/m～400kN/m。在用于这种高负荷用途的场合下，在下卷层的外周上使用了有机纤维无纺布的树脂辊，还是会发生下卷层与外筒或粘接剂层的界面会破坏，辊子会破损的现象。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可耐高负荷、且难以发生因下卷层与外筒或粘接剂层的界面破坏而引起的辊子破损的树脂辊制造方法。
基于本发明的树脂辊制造方法，在辊芯的外周形成由纤维增强树脂构成的下卷层，并在下卷层的外周，经由或不经由粘接剂层来形成合成树脂制外筒的树脂辊制造方法中，尤其在下卷层的形成方法上具有特征。
即，本发明是一种树脂辊制造方法，包括：在辊芯的外周上形成由纤维增强树脂构成的下卷层的工序；在下卷层的外周上形成合成树脂制外筒的工序，形成下卷层的工序包括：在规定方向依次输送用粘合剂来粘接了以无机纤维为主体的纤维材料的带状无纺纤维集合体，且卷绕在辊芯的外周上；在无纺纤维集合体的输送途中，在无纺纤维集合体中浸渍液状热固化性树脂。
根据前述方法，由于下卷层的至少外周面，形成一种在热固化性树脂中均匀分散以无机纤维为主体的纤维材料的结构，因而不存在涉及辊子破坏的不均匀性要素。此外，与采用了有机纤维的场合相比，无机纤维强度优良，即使在施加高负荷的使用场合下，也可以防止因与外筒或粘接剂层的界面的破坏及裂纹而引起的辊子破损。此外，由于纤维材料由粘合剂来结合，因而尽管采用无机纤维，无纺纤维集合体在卷绕于辊芯外周上时，也可以具有充分的拉伸强度。因此，无纺纤维集合体的卷绕作业变得容易。
下卷层可以是单层结构，也可以是层叠结构。在一种实施方式中，下卷层具有由内层及外层组成的层叠结构。在该场合下，形成下卷层的工序包括：在辊芯的外周上形成下卷层的内层；在该内层上形成外层。在该实施方式中，外层是浸渍有热固化性树脂的无纺纤维集合体。
在一种实施方式中，下卷层的内层包括下述层，该层为：在由无机纤维及有机纤维的任意一种形成的线束、粗纱或编织带中浸渍液状热固化性树脂，并卷绕在辊芯上的层。在该场合下，线束、粗纱或编织带中，可以只采用一种，也可以两种以上并用。在该场合下同样，下卷层的至少外周面，由在以无机纤维为主体的无纺纤维集合体中浸渍热固化性树脂的层来构成。为使树脂辊具有针对高负荷的强度，下卷层的构成，最好是一种从辊芯表面，依次层叠粗纱、编织带、无纺纤维集合体的组合。
线束、粗纱或编织带，更好是均由玻璃纤维来构成。作为可构成线束、粗纱或编织带的纤维，除了玻璃纤维之外，对无机纤维而言，还可以举出碳纤维、金属纤维等，对有机纤维而言，还可以举出聚酰胺纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚酰亚胺纤维、聚酯纤维、酚系纤维、丙烯纤维等。
作为构成无纺纤维集合体的无机纤维，可举出玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、金属纤维等。其中，如果考虑成本及强度等，最好采用玻璃纤维。对无机纤维而言，通常只单独采用一种纤维，但也可以混合使用两种以上的纤维。此外，无纺纤维集合体通常只由无机纤维来构成，但也可以在无机纤维中混合聚酰胺、聚酯等有机纤维。
无纺纤维集合体内部最好完全不含基于增强线束或针孔的纤维的强制性聚合等不均匀性要素。这意味着无纺纤维集合体最好采用对纤维材料进行了抄浆处理的无纺布或纸张。此外，对纤维材料进行抄浆处理而成的无纺纤维集合体中，纤维垂直方向的取向成份较少，而在表面方向几乎随机地取向，因而下卷层的外周表面可达到均匀，在与外筒或粘接剂层的界面上，可几乎完全阻止以下卷层的构成纤维为起点的裂纹。
尽管对结合无纺纤维集合体的纤维材料的粘合剂的种类没有特别限定，但一般采用环氧树脂、聚乙烯醇等。尤其是，通过使无纺纤维集合体中浸渍的热固化性树脂材料、与结合纤维材料的粘合剂成为同种材料，可以不损伤下卷层的物理性能，而获得优良的强度。这意味着对热固化性树脂材料及粘合剂而言，最好均采用环氧树脂系材料。
用粘合剂来结合了以无机纤维为主体的纤维材料的带状无纺纤维集合体，最好具有大于等于50N/15mm的长度方向拉伸强度。通过使无纺纤维集合体具有大于等于50N/15mm的长度方向拉伸强度，由无纺纤维集合体构成的带材在辊芯的外周上卷绕时，也可以具有充分的拉伸强度。因此，易于进行卷绕作业。另一方面，如果由无纺纤维集合体构成的带材的长度方向拉伸强度小于该值，则构成带材的纤维将因在辊芯外周上卷绕时的张力而分散，或者带材易于发生断裂，难以卷绕。
此外，无纺纤维集合体，最好具有大于等于30g/m2且小于等于100g/m2的基本重量。如果无纺纤维集合体的基本重量小于30g/m2，则由无纺纤维集合体构成的带材的强度便会降低，带材将可能因在辊芯外周上卷绕时的张力而断裂。在无纺纤维集合体的基本重量较小的场合下，由于带材的厚度较小，因而为使下卷层达到规定厚度，有必要增加卷绕带材的次数，会增加工序。而如果无纺纤维集合体的基本重量超过100g/m2而过重的场合下，则易于发生下卷层的厚度不均，而难以形成均匀的下卷层，其结果是，树脂辊的强度可能会降低。
作为无纺纤维集合体中浸渍的热固化性树脂，可举出环氧树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、氨基甲酸乙酯树脂等。其中，最好采用环氧树脂。作为无纺纤维集合体中浸渍的热固化性树脂，通过采用环氧树脂，可以制成针对高负荷的耐久性优良的下卷层。
此外，在无纺纤维集合体中浸渍的热固化性树脂中，最好混合无机充填材料。通过混合无机充填材料，可以进一步提高下卷层的强度，其结果是，树脂辊的强度也提高。
作为在构成下卷层的无纺纤维集合体中浸渍的热固化性树脂中混合的无机充填材料，可举出硅石、石英、玻璃、白土、碳酸钙、碳、陶瓷等粉末、小珠、短纤维、须晶等。对无机充填材料而言，也可以只混合一种，或者混合两种以上来使用。其中，考虑到压缩强度等物理性能的提高及成本等，最好采用硅石粉末。尤其是，无机纤维采用玻璃纤维，无机充填材料采用硅石粉末，通过这种组合，尤其可以提高下卷层及树脂辊的强度。
形成下卷层的工序，最好包括在无纺纤维集合体中浸渍了液状热固化性树脂后，降低所浸渍的热固化性树脂材料的粘度。降低热固化性树脂的粘度的处理，可以在无纺纤维集合体的输送途中进行，也可以在无纺纤维集合体被卷绕到辊芯上时进行。或者，也可以在输送途中的部位及卷绕部位这两者中，降低热固化性树脂的粘度。
如果在无纺纤维集合体中，热固化性树脂未充分浸透，且无纺纤维集合体中含有空气，则在高负荷下使用树脂辊时，会造成在下卷层与外筒或粘接剂层的界面辊子破坏的原因。因此，通过如上所述来降低无纺纤维集合体中所浸渍的热固化性树脂材料的粘度，可以促进该热固化性树脂材料的流动。由此，可以促进树脂在无纺纤维集合体中的浸透，可以使树脂充满在无纺纤维集合体的纤维之间，同时挤出空气。
尤其是，在本发明中，无纺纤维集合体，是用粘合剂来结合以无机纤维为主体的纤维材料，因而在辊芯的外周上卷绕时具有充分的拉伸强度。因此，通过卷绕时的紧固力与基于粘度下降的热固化性树脂材料的流动化这两者的双重作用，可以从无纺纤维集合体中有效地挤出空气，在无纺纤维集合体中完全充满热固化性树脂。其结果是，所制造的树脂辊对高负荷具有充分的强度。
作为降低无纺纤维集合体中所浸渍的热固化性树脂材料的粘度的方法，可举出加热无纺纤维集合体的方法。可以利用热风装置及加热器，来进行无纺纤维集合体的加热。此外，也可以利用加热之外的方法，来降低热固化性树脂材料的粘度。
在通过加热来降低热固化性树脂材料的粘度的场合下，如果进行热固化性树脂材料的反应，直至在辊芯外周上卷绕无纺纤维集合体的作业结束为止，则不能再从无纺纤维集合体中挤出空气。因此，最好加热到高温，并无纺纤维集合体中浸渍液状热固化性树脂材料后，立刻降温。从这一点出发，作为加热方法，最好在无纺纤维集合体输送中以及卷绕在辊芯上时的至少一方中，局部地设置加热装置，在浸渍有液状热固化性树脂材料的无纺纤维集合体从加热装置中通过之时，进行瞬间加热。由于构成无纺纤维集合体的无机纤维与有机纤维相比具有耐热性，因而即使用加热装置来加热，也不会产生损伤。
最好多次或在多处降低无纺纤维集合体中所浸渍的热固化性树脂材料的粘度。这样，可更有效地从无纺纤维集合体中挤出空气，在无纺纤维集合体中充满热固化性树脂。
对外筒而言，可以是经由粘接剂层形成在下卷层上，也可以不经由粘接剂层而直接形成在下卷层上。
附图说明
图1是基于本发明的树脂辊的纵向剖视图。
图2是基于本发明的树脂辊的横向剖视图。
图3是用于说明形成基于本发明的树脂辊的无纺纤维集合体层的方法的概念图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。图1及图2是用本发明的方法来制造的树脂辊的剖视图。树脂辊1在辊芯2的外周形成由纤维增强树脂构成的下卷层3，并在其外侧经由粘接剂层4来形成合成树脂制外筒5。下卷层3构成为：从辊芯2一侧依次层叠：浸渍有热固化性树脂的玻璃粗纱层6；浸渍有热固化性树脂的玻璃编织层7；同样浸渍有热固化性树脂的无纺纤维集合体层8。
树脂辊1比如可按下列方法来制造。
首先，通过喷砂，来将长度5200mm，直径480mm的铁制辊芯2的外周粗糙化，并在该辊芯的外周，卷绕浸渍有混入了20质量％的硅石粉末的环氧树脂液的玻璃粗纱，而形成厚度1mm的玻璃粗纱层6，接下来，在玻璃粗纱层6的外周，卷绕同样浸渍有混入了20质量％的硅石粉末的环氧树脂液的玻璃编织带，而形成厚度2mm的玻璃编织层7。
接下来，利用图3所示的方法，在用环氧树脂粘合剂结合了玻璃纤维的玻璃纸(SYS-041：オリベスト(oribest；公司名)公司生产)10中，浸渍与前述同样混入了20质量％的硅石粉末的环氧树脂液14，同时使其在玻璃编织层7的外周形成厚度3.5mm的无纺纤维集合体层8。
在该例中所用的玻璃纸10的长度方向拉伸强度为63.7N/15mm，基本重量为40.7g/m2，宽度为50mm，厚度为0.34mm。
如图3所示，从卷筒9依次抽出玻璃纸10，并使所抽出的玻璃纸10通过张力杆11，浸渍在树脂槽15内的混入了硅石粉末的环氧树脂液14中。
从树脂槽15中通过的玻璃纸10，由两个压杆12来调整环氧树脂14的浸渍量，并在以规定转速来旋转的辊芯2的外侧，从玻璃编织层7的上面开始卷绕。
此时，玻璃纸10，在辊芯2上卷绕之前及卷绕之中的两个位置上，分别被热风加工机等加热装置13以约600℃的温度来局部加热。由此，可使玻璃纸10中所浸渍的环氧树脂14的粘度瞬间下降，而使玻璃纸10充分浸渍环氧树脂液14，同时从浸渍有环氧树脂液14的玻璃纸10中挤出空气。此时，如图3所示，最好从玻璃纸10的表面及背面来加热。由此，可有效地降低树脂液的粘度。在加热的瞬间，环氧树脂液的粘度达到300mPa·s～1000mPa·s左右。
接下来，在110℃下固化所浸渍的环氧树脂液，并在辊芯2的外周，形成由玻璃粗纱层6、玻璃编织层7以及无纺纤维集合体层8构成的下卷层3。
此外，另行将混入有硅石粉末的环氧树脂液注入到规定大小的筒体成形用模内，并在170℃～180℃的温度下使其固化，然后对内径及外径进行加工，而制成外径540mm、内径501mm、长度5300mm的外筒5。
将该外筒5嵌覆到形成有下卷层3的辊芯2上，接着，在下卷层3与外筒5之间形成的环状间隙注入环氧树脂系粘接剂，并在80℃温度下使粘接剂固化，且经由厚度4mm的粘接剂层4，使形成有下卷层3的辊芯2与外筒5粘接成一体。此后，对辊子外周面进行切削及研磨，由此完成长度5200mm，直径530mm的树脂辊。
此外，在前述的方法中，单独形成外筒5，然后将其嵌覆到形成有下卷层3的辊芯2上，并在下卷层3与筒体外筒5的间隙注入粘接剂，而粘接成一体，但除了该方法之外，也可以将形成有同样的下卷层3的辊芯2设置到辊子成形模内，并在下卷层3的外周，不经由粘接剂层来直接注塑外层用液状树脂，并使其固化而制造树脂辊。
用本发明的方法来制造的树脂辊，可足以在200kN/m～400kN/m线性压力下使用，可用于高负荷用途。
产业上的可利用性
本发明，可作为大型耐高负荷树脂辊的制造方法来利用，尤其可用于造纸用砑光辊、造纸用压辊、纤维用砑光辊、磁记录媒体制造用砑光辊等。

Claims (13)

1.一种树脂辊制造方法，其特征在于，包括：
在辊芯的外周上形成由纤维增强树脂构成的下卷层的工序；
在前述下卷层的外周上形成合成树脂制外筒的工序，
形成前述下卷层的工序包括：
在规定方向依次输送用粘合剂来粘接了以无机纤维为主体的纤维材料的带状无纺纤维集合体，并在前述辊芯的外周卷绕；
在前述无纺纤维集合体的输送途中，前述无纺纤维集合体中浸渍液状热固化性树脂。
2.根据权利要求1所述的树脂辊制造方法，其特征在于，
前述下卷层具有由内层及外层组成的层叠结构，
形成前述下卷层的工序包括：
在前述辊芯的外周上，形成前述下卷层的内层；
在前述辊芯上的前述内层上，形成前述外层，
前述外层是浸渍有前述热固化性树脂的无纺纤维集合体。
3.根据权利要求2所述的树脂辊制造方法，其特征在于，前述下卷层的内层包括下述层，该层为：在由前述无机纤维及有机纤维的任意一种形成的线束、粗纱或编织带中浸渍液状热固化性树脂，且在前述辊芯上卷绕而成的层。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的树脂辊制造方法，其特征在于，形成前述下卷层的工序包括：在前述无纺纤维集合体中浸渍了前述液状热固化性树脂后，降低所浸渍的热固化性树脂材料的粘度。
5.根据权利要求4所述的树脂辊制造方法，其特征在于，在前述无纺纤维集合体的输送途中，降低前述热固化性树脂的粘度。
6.根据权利要求4所述的树脂辊制造方法，其特征在于，在前述无纺纤维集合体卷绕在前述辊芯上时，降低前述热固化性树脂的粘度。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的树脂辊制造方法，其特征在于，前述纤维材料是玻璃纤维。
8.根据权利要求1～7任意一项所述的树脂辊制造方法，其特征在于，前述无纺纤维集合体，是对前述纤维材料进行了抄浆处理。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的树脂辊制造方法，其特征在于，前述无纺纤维集合体具有大于等于50N/15mm的长度方向拉伸强度。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的树脂辊制造方法，其特征在于，前述无纺纤维集合体具有大于等于30g/m2且小于等于100g/m2的基本重量。
11.根据权利要求1～10任意一项所述的树脂辊制造方法，其特征在于，前述热固化性树脂中混合有无机充填材料。
12.根据权利要求1～11任意一项所述的树脂辊制造方法，其特征在于，前述外筒经由粘接剂层形成在前述下卷层上。
13.根据权利要求1～11任意一项所述的树脂辊制造方法，其特征在于，前述外筒不经由粘接剂层而直接形成在前述下卷层上。
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