DE102009029045A1

DE102009029045A1 - Composite material for roll cover utilized for processing fibrous non-woven web in paper-making machine during industrial paper production, has fillers that are selected and/or modified such that fillers are chemically bound to matrix

Info

Publication number: DE102009029045A1
Application number: DE200910029045
Authority: DE
Inventors: Thomas STÜBEGGER
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-03-03
Also published as: FI9001U1; FIU20100372U0; AT11921U1

Abstract

The material has an elastomer matrix into which filler particles are embedded. The matrix is formed and the fillers are selected and/or modified such that the fillers are chemically bound to the matrix. The matrix consists of resins selected under low-molecular acrylates, low-molecular methacrylates and pre-condensed phenolic resins. The resins are applied on a powdered carrier. The matrix consists of polymers selected from a group consisting of nitrile butadiene rubber, hydrogenated nitrile butadiene rubber, styrene butadiene rubber and natural rubber, or wastes of indicated polymers.

Description

Die Erfindung betrifft Walzenbezüge für Walzen zur Verwendung in Papiermaschinen und bezieht sich im Besonderen auf einen elastischen Verbundstoff zur Ausbildung von solchen Walzenbezügen.The invention relates to roll covers for rolls for use in paper machines, and more particularly relates to an elastic composite for forming such roll covers.

In der großtechnischen Papierfabrikation werden Walzen mit elastischen Bezügen in verschiedenen Stadien des Herstellungsprozesses verwendet, beispielsweise bei der Blattbildung in der Siebpartie, beim Entwässern in der Presspartie, sowie beim Streichen, Trocknen und Glätten in der Endpartie. Bei der Herstellung der Papierbahnen sind Walzenbezüge in stetem Kontakt mit dem Faservlies der Papierbahn oder dem es stützenden Gewebe, wobei sie hohen Belastungen ausgesetzt sind. Im Hinblick auf einen ökonomischen Betrieb der Papiermaschine müssen die Walzenbezüge daher eine hohe mechanische Beständigkeit und insbesondere eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen.In large-scale papermaking, rolls having elastic covers are used at various stages of the manufacturing process, for example, sheet formation in the wire section, dewatering in the press section, and painting, drying, and straightening in the end section. In the manufacture of the paper webs, roll covers are in constant contact with the fibrous web of the paper web or the supporting web, being subjected to high loads. In view of an economical operation of the paper machine, the roll covers must therefore have a high mechanical resistance and in particular a high wear resistance.

Zur Herstellung elastischer Walzenbezüge werden Verbundwerkstoffe bevorzugt, bei denen Füllstoffe in einer Elastomermatrix eingebettet sind. Füllstoffmaterialien und -formen werden jeweils nach den zu beeinflussenden Eigenschaften des Verbundwerkstoffs gewählt, wobei ein Verbundwerkstoff für einen Walzenbezug in der Regel eine Mischung von Füllstoffpartikeln unterschiedlicher Materialien und unterschiedlicher Formen aufweist. Als Füllstoffmaterialien werden gewöhnlich Ruß, Silicate und Siliciumoxid bevorzugt. Ebenso Anwendung finden beispielsweise Titandioxid und thermoplastische Pulver. Die üblicherweise verwendeten Füllstoffpartikel weisen meist längliche, rundliche und flockenartige Formen oder auch Faserform auf. Die mit Füllstoffen beeinflussten Eigenschaften des Verbundwerkstoffs betreffen in der Regel die Duktilität, Festigkeit, Elastizität, Verschleiß- bzw. Abriebsbeständigkeit, Härte, Wärmebeständigkeit und die Ablöseeigenschaften eines daraus hergestellten Walzenbezugs.To produce elastic roll covers, composite materials are preferred in which fillers are embedded in an elastomer matrix. Filler materials and molds are each chosen according to the properties of the composite to be influenced, wherein a composite material for a roll cover usually has a mixture of filler particles of different materials and different shapes. As filler materials, carbon black, silicates and silica are usually preferred. Likewise, for example, find titanium dioxide and thermoplastic powders. The filler particles commonly used usually have elongated, roundish and flake-like shapes or fiber shape. The filler-influenced properties of the composite typically affect the ductility, strength, elasticity, wear resistance, hardness, heat resistance, and release properties of a roll cover made therefrom.

Zur Ausbildung der Elastomermatrix werden in der Regel Gummimischungen verwendet, wie z. B. Nitrilbutadienkautschuk (NBR), hydrierter Nitrilbutadienkautschuk (HNBR), chlorsulfoniertes Polyethylen (CSM), Naturkautschuk (NR), Styrolbutadienkautschuk (SBR), Ethylenpropylendienkautschuk (EPDM) und Chloroprenkautschuk (CR).To form the elastomer matrix usually rubber compounds are used, such as. Nitrile butadiene rubber (NBR), hydrogenated nitrile butadiene rubber (HNBR), chlorosulfonated polyethylene (CSM), natural rubber (NR), styrene butadiene rubber (SBR), ethylene propylene diene rubber (EPDM), and chloroprene rubber (CR).

Es hat sich gezeigt, dass die Einbettung nichtpolarer Füllstoffe insbesondere in unter Verwendung der oben genannten Materialien hergestellte polare Elastomermatrices problematisch ist, da die Anbindung der Füllstoffpartikel an das einbettende Matrixmaterial gering ist.It has been found that the embedding of non-polar fillers, in particular in polar elastomer matrices produced using the abovementioned materials, is problematic since the binding of the filler particles to the embedding matrix material is low.

Es ist daher wünschenswert, Füllstoffe zur Verwendung in Verbundmaterialien auf Grundlage einer Elastomermatrix anzugeben, die eine gute Anbindung an das sie einbettende Matrixmaterial ermöglichen.It is therefore desirable to provide fillers for use in composite materials based on an elastomeric matrix that provide good bonding to the matrix material embedding them.

Ein Verbundwerkstoff für einen Walzenbezug zur Bearbeitung einer Faservliesbahn in einer Papiermaschine gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Elastomermatrix in die Füllstoffpartikel eingebettet sind, wobei die Elastomermatrix so ausgebildet ist und die Füllstoffe so ausgewählt und/oder so modifiziert sind, dass sie an die Elastomermatrix chemisch gebunden sind.A composite material for a roll cover for processing a nonwoven web in a paper machine according to one embodiment comprises an elastomer matrix embedded in the filler particles, wherein the elastomer matrix is formed and the fillers are selected and / or modified such that they are chemically bonded to the elastomer matrix ,

Indem die Füllstoffe darauf hin ausgewählt werden, dass sie eine chemische Bindung mit der Polymermatrix eingehen, wird eine stabile Anbindung der Füllstoffe an die Elastomermatrix geschaffen.By selecting the fillers to chemically bond with the polymer matrix, a stable attachment of the fillers to the elastomer matrix is provided.

Um eine gute Anbindung für bestimmte Füllstoffe zu erreichen, können der Elastomermatrix Harze beigefügt werden, die in der Elastomermatrix freie Doppelbindungen oder freie Hydroxyl- oder Methylolgruppen zur chemischen Reaktion mit Füllstoffen verfügbar machen. Die Harze liegen in der Elastomermatrix vorzugsweise in fein verteilter Form vor, wodurch eine räumlich homogene Verteilung der stabilen Ein- bzw. Anbindung der Füllstoffe in bzw. an die Matrix zu gewährleisten ist.In order to achieve a good bond for certain fillers, resins may be added to the elastomer matrix which make free double bonds or free hydroxyl or methylol groups available in the elastomer matrix for the chemical reaction with fillers. The resins are preferably present in the elastomer matrix in finely divided form, which ensures a spatially homogeneous distribution of the stable incorporation or binding of the fillers into or onto the matrix.

Die Harze sind gemäß einer Ausführungsform insbesondere ausgewählt unter niedermolekularen Acrylaten, niedermolekularen Methacrylaten und vorkondensierten Phenolharzen, deren freie Doppelbindungen bzw. freie Hydroxyl- oder Methylolgruppen mit entsprechenden funktionellen Gruppen der Füllstoffe reagieren können und so für eine chemische Bindung zu den Füllstoffen sorgen.According to one embodiment, the resins are in particular selected from low molecular weight acrylates, low molecular weight methacrylates and precondensed phenolic resins whose free double bonds or free hydroxyl or methylol groups can react with corresponding functional groups of the fillers and thus ensure chemical bonding to the fillers.

Die Harze können dem zur Herstellung der Elastomermatrix verwendeten Material in flüssiger Form zugesetzt werden. In einer besonderen Ausführungsform werden die Harze jedoch in Form von sogenannten ”Dry Liquids” (zu deutsch: Trockenflüssigkeiten) zugeführt, bei denen die Harze auf pulverförmigen Trägern, beispielsweise Kieselsäuren oder Silicaten, aufgebracht sind. Solche Dry Liquids erleichtern das Einmischen der Harze in das Grundmaterial für die Ausbildung der Elastomermatrix und ermöglichen eine gleichmäßigere Verteilung der Harze in der Substanz. Vorkondensierte Phenolharze können auch als solche bereits fest sein (Pulver).The resins may be added to the material used to make the elastomeric matrix in liquid form. In a particular embodiment, however, the resins are supplied in the form of so-called "dry liquids" in which the resins are applied to pulverulent carriers, for example silicic acids or silicates. Such dry liquids facilitate the incorporation of the resins into the base material for the formation of the elastomer matrix and allow a more uniform distribution of the resins in the substance. Pre-condensed phenolic resins can also already be solid as such (powder).

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Elastomermatrix Polymere, die insbesondere ausgewählt sind unter Nitrilbutadienkautschuk, Styrolbutadienkautschuk und Naturkautschuk. Derartige Polymere können z. B. mit funktionellen Hydroxy- und Methylolgruppen chemisch reagieren und ermöglichen somit die chemische Einbindung von Füllstoffen mit solchen funktionellen Gruppen.In a further embodiment, the elastomeric matrix comprises polymers which are in particular selected from nitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber and natural rubber. Such polymers may, for. B. react chemically with hydroxy and methylol functional groups and thus enable the chemical integration of fillers with such functional groups.

Bei einer Ausführungsform sind die Füllstoffe des Verbundwerkstoffs ausgewählt unter Acrylatfüllstoffen, Methacrylatfüllstoffen und/oder Phenolharzfüllstoffen. Selbstverständlich kann der Verbundwerkstoff auch Mischungen solcher Füllstoffe enthalten. Entsprechende Füllstoffpartikel können insbesondere mit in der Elastomermatrix vorhandenen Harzen, aber auch mit ethylenisch ungesättigten Polymeren, wie Nitrilbutadienkautschuk, Styrolbutadienkautschuk und Naturkautschuk eine chemische Bindung eingehen.In one embodiment, the fillers of the composite are selected from acrylate fillers, methacrylate fillers, and / or phenolic fillers. Of course, the composite material may also contain mixtures of such fillers. Corresponding filler particles can form a chemical bond in particular with resins present in the elastomer matrix, but also with ethylenically unsaturated polymers, such as nitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber and natural rubber.

Die im Verbundwerkstoff eingebetteten Füllstoffe können sowohl Partikel- als auch Faserform aufweisen. Die Abmessungen der Füllstoffpartikel weisen vorzugsweise Werte von etwa 5 bis etwa 300 μm auf, wobei Füllstoffpartikel mit Größen von 10 bis 150 μm besonders bevorzugt verwendet werden. Füllstofffasern weisen vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 5 bis etwa 100 μm auf, wobei die Länge mehrere Millimeter betragen kann.The fillers embedded in the composite material can have both particle and fiber form. The dimensions of the filler particles preferably have values of about 5 to about 300 microns, with filler particles having sizes of 10 to 150 microns are particularly preferably used. Filler fibers preferably have a diameter of about 5 to about 100 microns, wherein the length may be several millimeters.

Der Anteil der Füllstoffe im Verbundwerkstoff richtet sich nach dem jeweiligen Anwendungsfall, d. h. dem Einsatzgebiet der Walze, für deren Bezug der Verbundwerkstoff verwendet wird. Der Massenanteil der Füllstoffe am Verbundwerkstoff beträgt vorzugsweise nicht weniger als 2 Gew.-% (jeweils) und nicht mehr als 60 Gew.-% (insgesamt), wodurch die Eigenschaften eines aus dem Verbundwerkstoff hergestellten Walzenbezugs, wie z. B. Duktilität, Festigkeit, Elastizität, Verschleiß- bzw. Abriebsbeständigkeit, Härte, Wärmebeständigkeit sowie dessen Ablöseeigenschaften, über einen großen Bereich eingestellt werden können. Bei faserförmigen Füllstoffen können dafür in bestimmten Anwendungen auch 0,5% genügen.The proportion of fillers in the composite depends on the particular application, ie. H. the area of application of the roll, for the covering of which the composite material is used. The mass fraction of the fillers in the composite material is preferably not less than 2% by weight (each) and not more than 60% by weight (total), whereby the properties of a roll cover made of the composite material, such as. Ductility, strength, elasticity, abrasion resistance, hardness, heat resistance, as well as its release properties, can be adjusted over a wide range. With fibrous fillers, 0.5% may be sufficient for certain applications.

Statt Füllstoffe aus einem Material zu verwenden, das eine chemische Bindung mit der Elastomermatrix eingehen kann, können auch Füllstoffe verwendet werden, deren Oberfläche mit einer Substanz bedeckt bzw. beschichtet ist, die sowohl mit dem Füllstoffmaterial als auch mit dem Material der Elastomermatrix eine feste Bindung eingehen kann. Dies eignet sich insbesondere für die Einbindung von Fasern, wie beispielsweise Aramidfasern, die eine gegenüber den beschriebenen Elastomermatrices chemisch sehr inerte Oberfläche aufweisen. Beispielsweise ist bei einer Ausführungsform des Verbundwerkstoffs zumindest auf einen Teil der Oberflächen der Fasern Phenolharz aufgebracht, das eine chemische Bindung mit einer wie oben beschriebenen Elastomermatrix gewährleistet.Instead of using fillers of a material which can form a chemical bond with the elastomer matrix, it is also possible to use fillers whose surface is covered or coated with a substance which forms a firm bond both with the filler material and with the material of the elastomer matrix can go down. This is particularly suitable for the incorporation of fibers, such as aramid fibers, which have a chemically very inert surface compared to the described elastomer matrices. For example, in one embodiment of the composite, phenolic resin is applied to at least a portion of the surfaces of the fibers to provide chemical bonding to an elastomeric matrix as described above.

Eine weitere Ausführungsform betrifft einen Walzenbezug zur Bearbeitung einer Faservliesbahn in einer Papiermaschine, der einen wie oben beschriebenen Verbundwerkstoff aufweist.Another embodiment relates to a roll cover for processing a nonwoven web in a paper machine having a composite material as described above.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung in dieser Schrift unter Bezugnahme auf konkrete Ausführungsformen erläutert wurde, sich die Erfindung jedoch nicht in diesen Ausführungsformen erschöpft. Insbesondere können die in Verbindung mit den beschriebenen Ausführungsformen erläuterten Merkmale bei weiteren Ausführungsformen gemäß der Erfindung je für sich oder zu mehreren in von den beschriebenen Ausführungsformen abweichenden Kombinationen verwirklicht sein. Der Umfang der Erfindung wird allein durch die beiliegenden Ansprüche bestimmt.It should be noted that the invention has been explained in this document with reference to specific embodiments, but the invention is not exhausted in these embodiments. In particular, the features explained in connection with the described embodiments can be realized in further embodiments according to the invention, each in its own right or in several combinations deviating from the described embodiments. The scope of the invention is determined solely by the appended claims.

Claims

A roll cover composite for processing a nonwoven web in a paper machine, the composite comprising an elastomer matrix having filler particles embedded therein, and wherein the elastomer matrix is formed and the fillers are selected and / or modified to chemically bond to the elastomer matrix are bound.

A composite material according to claim 1, wherein the elastomeric matrix comprises resins which are especially selected from low molecular weight acrylates, low molecular weight methacrylates and precondensed phenolic resins.

A composite material according to claim 2, wherein the resins are applied to a powdered carrier.

A composite material according to claim 1, 2 or 3, wherein the elastomer matrix comprises polymers which are in particular selected from nitrile butadiene rubber, HNBR, styrene butadiene rubber and natural rubber, or also blends of the stated polymers.

Composite material according to one of the preceding claims, wherein the fillers comprise particles, which are selected in particular from acrylate particles, methacrylate particles and phenolic resin particles.

A composite according to any one of the preceding claims wherein the fillers comprise fibers having a phenolic resin coated surface.

Roll cover for processing a nonwoven web in a paper machine with a composite material according to one of the preceding claims.