DE102008011496A1

DE102008011496A1 - Roller i.e. calender roller, for treating paper, has outer cover provided with fibers, which are embedded in embedding-material e.g. epoxy resin, where portion of fibers or entire fibers is completely made of polyetheretherketone-material

Info

Publication number: DE102008011496A1
Application number: DE200810011496
Authority: DE
Inventors: Carsten Sohl
Original assignee: SCHAEFER COMPOSITES GmbH; Schafer Composites GmbH
Current assignee: SCHAEFER COMPOSITES GmbH; Schafer Composites GmbH
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2009-08-27

Abstract

The roller (20) has an outer cover (22) provided with fibers (23), which are embedded in an embedding-material e.g. glue or epoxy resin (24), where a portion of the fibers or entire fibers is completely made of polyetheretherketone (PEEK)-material. An abrasiveness of the PEEK-material is similar as that of the fibers, where fracture mechanical characteristics of the fibers of the PEEK-material are better than that of plastic-fibers of polyester or polyamide. A diameter of each fiber amounts to 5 micro meters to 20 micro meters, and modulus of elasticity of the fibers is 6000.

Description

Anwendungsgebiet und Stand der TechnikField of application and status of the technique

Die Erfindung betrifft eine Walze, wie sie insbesondere in der Papierbehandlung eingesetzt wird, vor allem als Kalanderwalze. Die Walze weist einen äußeren Belag auf mit Fasern, die in einem Einbett-Material eingebettet sind, beispielsweise in einem Kleber oder einem Harz. Derartige Beläge aus Verbundwerkstoffen sollen die Walze widerstandsfähig bzw. robust machen. Gleichzeitig soll ein solcher Belag sehr glatt sein, damit beispielsweise damit behandeltes Papier glatt ist, insbesondere bei der Herstellung sogenannter gestrichener Papiere.The The invention relates to a roller, as in particular in the paper treatment is used, especially as a calender roll. The roller has an outer coating on with fibers that are embedded in an embedding material, for example in an adhesive or a resin. Such coverings of composite materials should the roller resistant or make it robust. At the same time, such a coating should be very smooth so that, for example, paper treated with it is smooth, in particular in the production of so-called coated papers.

Problematisch bei solchen Belägen mit einem Faseranteil ist, vor allem bei Hochleitungsfasern wie Aramid-Fasern odgl., dass sich die Beläge bzw. vor allem das Einbett-Material langsam abnutzen bzw. abgetragen werden. Dabei kann es sein, dass aufgrund unterschiedlicher Materialeigenschaften Fasern als Stück bzw. mit einem Stück ihrer Länge sozusagen im Ganzen aus dem Belag herausgerissen werden, wenn sie teilweise oder weitgehend frei liegen. Dies bewirkt jedoch, dass sozusagen ein Loch entsteht, wo vorher die Faser in dem Einbett-Material ein gebettet war, und dadurch die gewünschte und geforderte glatte Oberfläche des Belags nicht mehr gewährleistet ist. Die Arbeitsqualität einer solchen Walze wird dann verschlechtert.Problematic with such coverings with a fiber content, especially with high-conductivity fibers like Aramid fibers or the like., That the coverings or especially the embedding material wear slowly or be worn off. It may be that because of different material properties fibers as a piece or with one piece their length, so to speak as a whole, be torn out of the decking, if partially or are largely free. However, this causes, so to speak a hole is created where previously embedded the fiber in the embedding material was, and thereby the desired and required smooth surface of the covering no longer guaranteed is. The quality of work such a roll is then deteriorated.

Aufgabe und LösungTask and solution

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Walze zu schaffen, mit der Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere ein besseres Abriebverhalten eines Belags erreicht werden kann.Of the Invention is based on the object, an aforementioned roller to create, with the problems of the prior art avoided can be and in particular achieves a better abrasion behavior of a covering can be.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Walze mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.Is solved This object is achieved by a roller having the features of claim 1. Advantageous and preferred embodiments of the invention are the subject the further claims and will be closer in the following explained. The wording of the claims is by express Reference made to the content of the description.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens ein Teil der Fasern sogenanntes PEEK-Material aufweist, also Polyetheretherketone. Vorteilhaft weisen alle Fasern des Belags derartiges PEEK-Material auf bzw. bestehen daraus. Besonders vorteilhaft besteht mindestens ein Teil der Fasern vollständig aus PEEK-Material, wobei in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung alle Fasern des Belags vollständig aus PEEK-Material bestehen.According to the invention, it is provided at least some of the fibers have so-called PEEK material, So polyetheretherketones. Advantageously, all fibers of the coating Such PEEK material on or consist thereof. Especially advantageous At least a part of the fibers is made entirely of PEEK material, wherein in a preferred embodiment of the invention, all fibers of the coating Completely Made of PEEK material.

Dieses PEEK-Material ist in Faserform bekannt und wird unter anderem von den Herstellern Zyex oder Swicofil angeboten. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass Fasern aus PEEK ein E-Modul von etwa 4000 bis 6000 aufweisen können, welches sehr gut zum E-Modul von Harz als Einbett-Material passt. Somit sind die Abriebeigenschaften von Fasern und Harz ähnlich, sodass das genannte Problem des Ausreißens einzelner Fasern oder Faserstücken minimiert wird, unter Umständen sogar ganz beseitigt wird. Dabei sollten die PEEK-Fasern und das Harz als Einbett-Material von ihren Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Abriebeigenschaften bzw. Abriebfestigkeit, aufeinander abgestimmt werden bzw. diese möglichst gleich gewählt werden. Bevorzugt wird hierbei auf übliche Arbeitstemperaturen der Walzen bzw. der Beläge und Bezüge geachtet und die Materialeigenschaften auf diese Temperaturen abgestimmt. Hierin liegt nämlich ein weiterer Vorteil von PEEK-Material, da es auch bei Temperaturen deutlich über Raumtemperatur, wie sie bei der Papierherstellung auftreten können, besonders gute Abriebfestigkeiten aufweist.This PEEK material is known in fiber form and is used inter alia by offered to the manufacturers Zyex or Swicofil. The advantage of the invention lies in the fact that PEEK fibers have an E-modulus of about 4000 to 6000 may have which fits very well to the elastic modulus of resin as a single-bed material. Thus, the abrasion properties of fibers and resin are similar, so that the mentioned problem of tearing of individual fibers or fiber pieces is minimized, under certain circumstances even completely eliminated. The PEEK fibers and the Resin as a potting material of their properties, in particular in terms of Abriebeigenschaften or abrasion resistance, each other be coordinated or this as possible the same become. Preference is given here to usual working temperatures of Rolls or coverings and references respected and the material properties matched to these temperatures. Herein lies another advantage of PEEK material, as it is also at temperatures well above room temperature, as they can occur in papermaking, particularly good abrasion resistance having.

Der positive Effekt auf die bruchmechanischen Eigenschaften im Epoxyharz ist durch die Zugabe von PEEK-Fasern relativ gut. Zwar reichen sie bei weitem nicht an die von beispielsweise Aramid-Fasern heran, sind aber auch noch deutlich besser als die von üblichen Kunststoff-Fasern wie beispielsweise aus Polyester oder Polyamid.Of the positive effect on the fracture mechanical properties in the epoxy resin is relatively good due to the addition of PEEK fibers. Although they are enough far from those of, for example, aramid fibers but also much better than the usual plastic fibers like for example, polyester or polyamide.

Vorteilhaft werden Fasern mit einem Durchmesser von 1 μm bis 20 μm verwendet. Ihre Länge kann in üblichen Bereichen beispielsweise weniger mm liegen bis einigen cm. Für bestimmte Beläge können auch Endlos-Fasern verwendet werden, was noch näher erläutert wird.Advantageous Fibers with a diameter of 1 μm to 20 μm are used. Your length can in usual For example, areas less than a few mm to a few cm. For certain Coverings can also Endless fibers are used, which will be explained in more detail.

Zur Herstellung bzw. zum Aufbau des Bezugs kann vorgesehen sein, dass die Fasern entweder dem Belag bzw. dem Einbett-Material einzeln oder lose beigemischt werden, sozusagen als Schüttgut bzw. ohne Struktur. Dabei kann dann das Einbett-Material als Gussmaterial verarbeitet werden.to Manufacturing or for the construction of the reference can be provided that the fibers either the covering or the embedding material individually or be added loosely, so to speak as bulk or without structure. there then the embedding material can be processed as a casting material.

Alternativ und bevorzugt können die Fasern als Rovings oder Vlies verarbeitet werden zum Aufbau des Bezugs, beispielsweise als mehrfach auf die Walze bzw. einen Walzenunterbau gewickeltes Vlies. Es ist dabei mit Einbett-Material getränkt. Die Fasern sind dann vorteilhaft recht kurz und völlig beliebig angeordnet, was dann als Nass-Vlies bezeichnet wird. Mit sehr langen bzw. nahezu unendlich langen Fasern kann sogenanntes spun-laced Vlies hergestellt werden. Hierbei liegen die Fasern, die dann nahezu unendlich lang sein können, im wesentlichen in Längsrichtung des Vlies. Ein Vlies kann auch eine Art sehr losen Filz bilden, beispielsweise nach Art von Streifen oder Matten. Dies sind Beispiele für sogenannt non-woven Bezugsmaterialien.alternative and may be preferred the fibers are processed as rovings or fleece to build of the cover, for example as a multiple on the roller or a Rolling base wound fleece. It is doing with embedding material soaked. The fibers are then advantageously quite short and completely arbitrary arranged, which is then referred to as wet fleece. With very long or almost infinitely long fibers can spun-laced so-called Nonwoven fabric can be produced. Here are the fibers, which are then almost infinite can be long essentially in the longitudinal direction of the fleece. A fleece can also form a kind of very loose felt, for example, in the manner of stripes or mats. These are examples for so-called non-woven cover materials.

Der Volumenanteil von Fasern am fertigen Bezug, insbesondere von Fasern vollständig aus PEEK-Material, kann bei 3 Vol-% bis 15 Vol-% liegen. Vorteilhaft beträgt er 5 Vol-% bis 10 Vol-%. Bei dem genannten Nass-Vlies ist der Volumenanteil eher niedriger mit etwa 3 Vol-%. Bei dem spun-laced Vlies liegt er deutlich höher mit beispielsweise 11 Vol-%.Of the Volume fraction of fibers on the finished cover, in particular of fibers Completely Made of PEEK material, can be at 3 vol% to 15 vol%. Advantageous is he 5 vol% to 10 vol%. In the case of said wet nonwoven, the volume fraction rather lower with about 3% by volume. The spun-laced fleece is he significantly higher with, for example, 11% by volume.

Unter Umständen kann auch eine Mischung verschiedener Fasern vorgesehen sein, beispielsweise mit Zugabe der vorgenannten Aramid- oder Carbon-Fasern zu den erfindungsgemäßen PEEK-Fasern. Die Anteile können beispielsweise etwa gleich groß sein.Under circumstances may also be provided a mixture of different fibers, for example with the addition of the aforementioned aramid or carbon fibers to the PEEK fibers according to the invention. The shares can for example, about the same size.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.These and other features go out the claims also from the description and the drawings, wherein the individual features each for alone or in the form of subcombinations an embodiment of the Invention and other fields be realized and advantageous also for protectable versions can represent for the protection is claimed here. The subdivision of the application into individual Sections and intermediate headings restrict the not in its generality among these statements.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:embodiments The invention are shown schematically in the drawings and will be closer in the following explained. In the drawings show:

1 einen Schnitt durch eine Walze gemäß dem Stand der Technik mit Fasern im Belag, 1 a section through a roller according to the prior art with fibers in the lining,

2 die Walze aus 1 mit aus dem Belag gebrochenen Teilen der Fasern und 2 the roller off 1 with broken from the lining parts of the fibers and

3 einen Schnitt durch eine Walze gemäß der Erfindung mit im Unterschied zu 2 gleichmäßig abgenutzten Fasern im Belag. 3 a section through a roller according to the invention with in contrast to 2 Evenly worn fibers in the coating.

Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description the embodiments

In 1 ist eine Walze 11 gemäß dem Stand der Technik im Schnitt dargestellt. Die Walze 11 weist eine Außenseite bzw. Oberfläche 12 eines Belags 13 auf. Der Belag 13 besteht aus Fasern 14, die in Harz 15 eingebettet sind. Die Fasern 14 bestehen beispielsweise aus Aramid oder Kevlar. Das Harz 15 ist vorteilhaft Epoxyharz. Die Darstellung in 1 ist selbstverständlich nur schematisch zu verstehen, da üblicherweise der Anteil der Fasern 14 im Belag 13 erheblich höher ist, beispielsweise mit einem Anteil von 3 Vol-% bis 15 Vol-%.In 1 is a roller 11 shown in section according to the prior art. The roller 11 has an outside or surface 12 a surface 13 on. The surface 13 consists of fibers 14 in resin 15 are embedded. The fibers 14 consist for example of aramid or Kevlar. The resin 15 is advantageous epoxy resin. The representation in 1 is of course only to be understood schematically, since usually the proportion of fibers 14 in the surface 13 is considerably higher, for example, with a share of 3% by volume to 15% by volume.

Es ist zu erkennen, wie die zwei an der Oberfläche 12 liegende Fasern 14 über diese Oberfläche überstehen. Auch dies ist nur schematisch und vom Maßstab her stark übertrieben dargestellt. Es soll verdeutlichen, dass sich die Fasern 14 einerseits und das Harz 15 andererseits unterschiedlich stark abnutzen.It can be seen how the two on the surface 12 lying fibers 14 survive over this surface. Again, this is only schematically and greatly exaggerated by scale. It should make it clear that the fibers 14 on the one hand and the resin 15 On the other hand, they wear differently.

In 2 ist für die Walze 11 aus dem Stand der Technik dargestellt, wie Stücke 14' bei der linken Faser 14 bzw. der Rest 14'' der rechten Faser 14 aus dem Belag 13 ausbrechen bzw. herausgebrochen sind. An den Stellen, an denen die Faserstücke 14' und 14'' herausgebrochen sind, entstehen Unebenheiten 16. Diese Unebenheiten 16 bewirken eine ungünstige Rauhtiefe der Walze 11, wie sie eingangs beschrieben worden ist, was als sehr negativ anzusehen ist. Teilweise stören auch bereits die in 1 zu erkennenden Überstände der Fasern 14 über die Oberfläche 12.In 2 is for the roller 11 represented by the prior art, like pieces 14 ' at the left fiber 14 or the rest 14 '' the right fiber 14 from the surface 13 break out or have broken out. In the places where the pieces of fiber 14 ' and 14 '' broken out, unevenness occurs 16 , These bumps 16 cause an unfavorable roughness depth of the roller 11 , as described at the beginning, which is to be regarded as very negative. In some cases, the in 1 to be recognized supernatants of the fibers 14 over the surface 12 ,

In 3 ist eine erfindungsgemäße Walze 20 dargestellt, auch sie weist eine Oberfläche 21 auf, welche von einem Belag 22 gebildet wird. Der Belag 22 enthält die erfindungsgemäßen Fasern 23 aus PEEK-Material. Diese PEEK-Fasern 23 sind in Harz 24 eingebettet, beispielsweise Epoxyharz ähnlich wie bei der Walze 11 aus dem Stand der Technik. Auch im Übrigen kann die Walze 20, was Dicke des Belags 22, Dimensionen der Fasern 23 und Faseranteil betrifft, ausgebildet sein wie zuvor beschrieben bzw. ähnlich wie aus dem Stand der Technik bekannt.In 3 is a roll according to the invention 20 shown, it also has a surface 21 on which of a topping 22 is formed. The surface 22 contains the fibers according to the invention 23 made of PEEK material. These PEEK fibers 23 are in resin 24 embedded, for example, epoxy resin similar to the roller 11 from the prior art. By the way, the roller can 20 what thickness of the covering 22 , Dimensions of the fibers 23 and fiber content, be formed as previously described or similar as known from the prior art.

Aus 3 ist der Vorteil der verwendeten PEEK-Fasern 23 zu ersehen, dass nämlich die beiden an der Oberfläche 21 liegenden Fasern 23 nicht, wie in 2 für den Stand der Technik dargestellt, ab- oder herausbrechen, sondern gleichmäßig abgenutzt werden wie auch das Harz 24 des sonstigen Belages 22. Dadurch werden vor allem die besonders störenden Unebenheiten 16 aus dem Stand der Technik gemäß 2 vermieden. Es können aber auch bereits die Überstände der Fasern 14 aus dem Stand der Technik gemäß 1 und 2 vermieden werden. Somit ist dargestellt, wie mit der Erfindung die Oberflächenqualität und somit auch die Arbeitsqualität einer Walze 20 erheblich verbessert werden kann.Out 3 is the advantage of the PEEK fibers used 23 to see that namely the two on the surface 21 lying fibers 23 not like in 2 shown for the state of the art, break off or break, but be worn evenly as well as the resin 24 of the other covering 22 , As a result, especially the most disturbing bumps 16 from the prior art according to 2 avoided. But it can also already the supernatants of the fibers 14 from the prior art according to 1 and 2 be avoided. Thus it is shown, as with the invention, the surface quality and thus the working quality of a roller 20 can be significantly improved.

Claims

Roller ( 20 ), in particular for paper treatment such as a calender roll, with an outer covering ( 22 ), the fibers ( 23 ) incorporated in another embedding material ( 24 ) such as glue or resin ( 24 ), characterized in that at least a part of the fibers ( 23 ) Comprises PEEK material.

Roller according to claim 1, characterized in that all fibers ( 23 ) PEEK material on point.

Roller according to claim 1 or 2, characterized in that at least a part of the fibers ( 23 ) are made entirely of PEEK material, preferably all fibers ( 23 ) are made entirely of PEEK material.

Roll according to one of the preceding claims, characterized in that the Abriebeigenschaften or the abrasion resistance of the embedding material ( 24 ) is similar to that of the fibers ( 23 ), preferably the same, in particular the same as fibers consisting entirely of PEEK material.

Roller according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the fracture mechanical properties of the fibers made of PEEK material are better than those of conventional plastic fibers Polyester or polyamide or the like

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that the volume fraction of the fibers ( 23 ) 3% by volume to 15% by volume of the coating ( 22 ), preferably 5 vol% to 10 vol%.

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the fibers ( 23 ) Is 5 microns to 20 microns.

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that the modulus of elasticity of the fibers ( 23 ) is about 6000.

Roller according to one of the preceding claims, characterized in that the fibers ( 23 ) the covering ( 22 ) or the embedding material ( 24 ) are mixed individually or loosely during production as cast material.

Roller according to one of claims 1 to 8, characterized in that the fibers ( 23 ) the covering ( 22 ) or the embedding material ( 24 ) are added in the production as nonwoven, in particular as multiple times on the roll ( 20 ) Woven fleece.