-
Verfahren zum Behandeln von Materialbahnen und Vorrichtung zur Durchführung
-desselben Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von verformbaren Blattmaterialien
aus Papier, Kunststoff od. dgl. zwecks Verbesserung ihrer physikalischen Eigenschaften.
-
Die physikalische Modifizierung von Blattmaterialien und insbesondere
Papier zwecks Verbesserung ihrer Eigenschaften umfaßt bekannte Verfahren, die vom
Verdichten und Satinieren mittels Glattkalandrieren über Musterkalandrieren, bei
dem eine Walze ein entsprechendes Muster trägt, und einfache Prägung mit Hilfe einer
Kombination aus Musterwalze und Glattwalze oder sogar Gegenmusterwalze bis zu der
kräftigeren Behandlung variieren, die durch Verwendung gleichartig gemusterter Walzen
mit ineinandergreifenden Flächen erzielt wird. Diese bekannten Verfahren erteilen
zwar zugegebenermaßen den Blattmaterialien gewisse besondere Eigenschaften, besitzen
aber tatsächlich spezifische Grenzen, und daher bleibt der Bedarf nach einem leistungsfähigen
Verfahren zur Verbesserung von Gefüge, Weichheit, Faltenwurf, Biegsamkeit, Absorptionsvermögen,
Griffigkeit und dekorativen Eigenschaften verformbarer Blattmaterialien bisher ungedeckt.
-
Ein Hauptziel der Erfindung besteht daher in der Schaffung eines leistungsfähigen
Verfahrens zum Anlegen geregelter mechanischer Kräfte an verformbares Blattmaterial,
um dessen physikalische Eigenschaften zu verbessern.
-
Demgemäß betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Behandeln von Materialbahnen
aus Papier, Kunststoff od. dgl., das sich dadurch kennzeichnet, daß das Material
einer Verformung unterworfen wird, die sich durch den gegenseitigen Anpreßdruck
zwischen zwei einander gegenüberliegenden, mit sich unter einem Winkel kreuzenden
elastischen Rippen versehenen Flächen ergibt.
-
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung
des vorgenannten Verfahrens mit einem einen Durchführungsspalt für das Blattmaterial
ausbildenden Walzenpaar, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Walzen des Paares
in einem Belag aus nachgiebigem Material geformte Rippen aufweisen, die sich unter
einem Winkel im Walzenspalt kreuzen.
-
Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen beschrieben werden.
Es zeigt Fig. 1 ein Schaubild der Gegenwalzen zur erfindungsgemäßen Bearbeitung
von verformbaren Blattmaterialien, Fig. 2 die Art, wie sich die Rippen der Gegenwalzen
gemäß Fig.l schneiden, in abgewickelter Darstellung, Fig. 3 einen Teilschnitt etwa
längs der Linie 3-3 in Fig. 2 in vergrößertem Maßstabe, Fig. 4 einen Teilschnitt
etwa längs der Linie 4-4 in Fig. 2 in vergrößertem Maßstabe, Fig. 5 einen Teilschnitt
etwa längs der Linie 5-5 in Fig. 1, der ein Ausführungsbeispiel für die die Walzenoberflächen
bildende Rippenform wiedergibt, Fig. 6, 7, 8 und 9 entsprechende Teilschnitte anderer
Rippenformen auf den Walzen, Fig. 10, 11, 12 und 13 schematische Seitenansichten
von Gegenwalzen mit verschiedenen Arten von Rippenanordnungen, Fig. 14 eine Aufsicht
auf das Blattmaterial, das mit den Gegenwalzen gemäß Fig. 1 bearbeitet wurde und
die darin erzielten Verformungen zeigt, Fig. 15 einen Teilschnitt längs der Linie
15-15 der Fig. 14 in vergrößertem Maßstabe, Fig. 16 einen Teilschnitt längs
der Linie 16-1.6 der Fig. 14 in vergrößertem Maßstabe und Fig. 17 einen Teilschnitt
längs der Linie 17-17 der Fig. 14 in vergrößertem Maßstabe.
-
Kurz gesagt, betrifft die Erfindung die Herstellung eines neuen Handelsprodukts
durch Einwirkung geregelter mechanischer Kräfte auf ein verformbares
Blattmaterial
während seines Durchganges zwischen einem Walzenpaar, auf deren Oberfläche eine
Vielzahl nachgiebiger Rippen derart angeordnet ist, daß sie sich am tangentialen
Walzenspalt -kreuzeng wodurch im Blattmaterial ein regelmäßig verteiltes und sich
periodisch wiederholendes Muster materieller Verformung und Ausdehnung erzeugt wird.
-
Wie zeichnerisch dargestellt,- erhält ein Blatt 1 aus verformbarem
Material, wie z. B. Papier, Plastik-oder Metallfolie, bei seinem Durchgang durch
ein Paar Gegenwalzen 2 und 3 modifizierte physikalische Eigenschaften. Diese Walzen
besitzen nach außen überstehende Wellen 4 und 5, mit denen sie in einer geeigneten,
nicht dargestellten Anlage eingebaut werden können, die sie mit Antriebs- und gewünschtenfalls
Druckausübungsmitteln versieht. Solche Stütz-und Antriebsanlagen sind in der Technik
bekannt und brauchen daher zum Verständnis der Erfindung nicht beschrieben zu werden.
-
Die Walzen 2 und 3 tragen Rippen aus nachgiebigem Material, wie z.
B. Gummi oder plastischem Material, deren Stärke und Härte je nach Stoffart im bearbeiteten
Blatt 1 und gewünschtem Endeffekt ausgewählt werden.
-
Wie Fig. 1 zeigt, sind die Walzen mit einem Muster aus regelmäßig
verteilten Umfangsrippen .7 und 8 versehen, die vorzugsweise schraubenförmig auf
der gesamten Walzenlänge angeordnet sind. Rippenprofil oder -querschnitt bestimmen
weitgehend die Eigenschaften des im Blattmateriall erzeugten Musters und sind daher
nach Wunsch veränderbar. Die Fig. 5 bis 9 der Zeichnung zeigen verschiedene solcher
Profile. Im allgemeinen besitzen die Rippen 7 und 8 absichtlich einen V-förmigen
Ouerschnitt mit scharfer, abgerundeter oder abgeflachter Kuppe, was wiederum von
der Art des behandelten Materials und dem gewünschten Endeffekt abhängt. Ebenso
können Steigung oder Rippenzahl je Einheit der Walzenlänge nach Wunsch variiert
werden und bestimmen wiederum die= Musterfeinheit und das Ausmaß der physikalischen
Eigenschaftsänderung des Materials.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestimmt der Steigungswinkel
der Rippen 7 und 8 ihren Kreuzungswinkel am Walzenspalt 9, wie insbesondere aus
Fig. 1 und seinen Abwandlungen gemäß Fig. 10, 11 und 13 erkennbar ist. Es ist jedoch
zu bedenken, daß eine schraubenförmige Rippenanordnung für ihre Kreuzung am Walzenspalt
nicht entscheidend ist und auch eine winklige Rippenzuordnung gemäß Fig. 12 die
gewünschte Bearbeitung des verformbaren Materials erreichen-läßt.
-
Wenn das Blattmaterial 1 zwischen den Walzen 2 und 3 hindurchläuft,
wird eine periodische Materialverformung hervorgerufen, die, wie am besten aus Fig.
3 erkennbar ist, am ersten Berührungspunkt 10
zwischen den ineinandergreifenden
Walzen 7 und 8 beginnt. Diese Erstberührung bildet einen Einspannpunkt für das Blattmaterial,
um den herum Verdichtungen und Verformungen im Blattmaterial während seines Durchganges
durch den Walzenspalt auftreten, wobei dieser Vorgang längs der Mittellinie 11 des
Spaltes sein Maximum erreicht. Diese Materialverformung entsteht als Folge der beim
Walzeneingriff auftretenden Kräfte, wobei gemäß Fig.4 zwischen den Walzen genügend
Raum für seitliche Verlagerung gelassen wird. Wahrscheinlich wird auf das Blatt
bei seinem Vorschub durch die angreifenden Rippen 7 und 8 eine Greifkraft ausgeübt
und mit wachsender gegenseitiger Verformung der Rippen zunächst in einer zur Blattebene
parallelen Ebene ein Verformungsvektor hervorgerufen, der in den meisten Fällen
um jeden Einspannpunkt herum Verdrehungen hervorruft. Vorhandensein und Ausmaß dieser
Verdrehungsverformung hängen vom Kreuzungswinkel der Rippen ab. Beim Austritt des
Blattmaterials aus dem Spalt 9 wird der Rippeneingriff schwächer, und im Blattmaterial
bleibt ein beständiges Muster aus Verformungen und Verzerrungen zurück.
-
Nach der Behandlung weist das Blattmaterial ein Muster aus Rippen
und Senken auf, die in Fig. 14 allgemein mit 25 und 26 bezeichnet sind. Die Rippen
25 auf der einen Blattseite bilden die Senken 26 auf der anderen Seite, und Rippen
und Senken kreuzen sich an den Einspannpunkten 27, wie aus den Fig. 14, 15 und 16
erkennbar ist. Von der Musterung gemäß Fig. 14 abweichende Musterungen lassen sich
durch abweichende Rippenausgestaltung und Betriebsbedingungen erzielen.
-
Zwecks Erzielung eines Materialmusters erwünschten Charakters werden
die Walzen 2 und 3 vorzugsweise während der Materialbehandlung mit praktisch äquivalenter
Umfangsgeschwindigkeit angetrieben. Wie bereits erwähnt, kann der Druck am Walzenspalt
der Natur des zu behandelnden Materials und dem gewünschten Endergebnis entsprechend
variiert werden.
-
Wenn auch aus Gründen vereinfachter Walzenherstellung übereinstimmende
Rippenmuster bevorzugt werden, soll die Erfindung jedoch nicht hierauf beschränkt
werden. Auch andere winklige Rippenanordnungen sind durchaus brauchbar, und tatsächlich
kann, wie in Fig. 12 dargestellt ist, die eine Walze eine Serie von Längsrippen
und die andere winklig angeordnete Rippen tragen.
-
Die Erfindungsgrundlagen sollen an den nachstehenden Beispielen erläutert
werden. Beispiel 1 Kreppseidenpapier mit einem Flächengewicht von 29,7 g/qm wurde
durch Gegenwalzen hindurchgeschickt, die einen Durchmesser von 118 mm besaßen und
mit einer 12,7 mm starken Schicht aus 40 Shore A hartem Gummi überzogen waren. Die
Walzen wurden mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 30,48 m/Minute angetrieben, und
die Druckbelastung im Walzenspalt betrug 3,036 kg/em. Die Walzenflächen waren identisch
in Form einer Rillenspirale mit einem Steigungswinkel von
230, einer Ganghöhe
von 3,93 Gängen/cm und einem Rippenquerschnitt in Form eines 60°-V gemustert. Die
nachstehende Tabelle gibt einen Vergleich der physikalischen Eigenschaften des Papiers
vor und nach der Behandlung.
| 1 Vorher Nachher |
| Stärke * (mm) . . . . . . . . . . 2,515 4,585 |
| Reißfestigkeit (g) |
| in Maschinenrichtung . . 550,0 481,9 |
| quer zur Maschinen- |
| richtung ........... 224,0 172,9 |
| Handfühligkeit . .. . . . . . . . gut ausgezeichnet |
| "` Dicke von 24 Blatt unter einem Druck von 36,4 g/cm=. |
Beispiel 2 Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde mit einem doppelten
Gesichtstuch, dessen Flächengewicht 17,3 g/m2 betrug, wiederholt. Die Druckbelastung
im Walzenspalt betrug 6,072 kg/cm. Nachstehend sind die Papiereigenschaften vor
und nach der Behandlung angegeben.
| i Vorher Nachher |
| Stärke * (mm) . . . . . . . . . . 1,867 2,078 |
| Reißfestigkeit (g) |
| in Maschinenrichtung . . 439,4 422,4 |
| quer zur Maschinen- |
| richtung ........... 164,4 144,6 |
| Handfühligkeit . .... .. ... gut ausgezeichnet |
| ^= Dicke von 24 Blatt unter einem Druck von 36,4 g/cm2. |
Beispiel 3 Das Verfahren gemäß Beispiel l wurde nochmals auf schweres Kraftpapier
mit einem Flächengewicht von 83,1 g/m2 und etwa 20 % Feuchtigkeitsgehalt angewendet.
Um eine ausreicheide mechanische Wirkung bei diesem schwereren Papier zu erzielen,
wurde die Druckbelastung im Walzenspalt auf 9,822 kg/cm erhöht und als Walzenüberzug
Gummi mit einer 70-Shore-A-Durometerhärte verwendet. Die physikalischen Eigenschaften
des Papiers vor und nach der Behandlung sind in der nachstehenden Tabelle angegeben.
| Vorher 1 Nachher |
| Stärke (mm) . .. . . .... . .. 0,140 0,485 |
| Reißfestigkeit (g) |
| in Maschinenrichtung .. 833,5 771,1 |
| quer zur Maschinen- |
| richtung ........... 561,3 436,6 |
| Dehnung (9/o) |
| in Maschinenrichtung . . 3,3 9,4 |
| quer zur Maschinen- |
| richtung ........... 4,5 5,0 |
Beispiel 4 Aluminiumfolie mit einem Flächengewicht von 50,0 g/m2 wurde wie im Beispiel
1 zwischen Gegenwalzen mit einer Druckbelastung von 1,964 kg/cm verpreßt. Die Behandlungsergebnisse
sind in der nachstehenden Tabelle angegeben.
| Vorher Nachher |
| Stärke (mm) ............ 0,018 0,170 |
| Reißfestigkeit (g) |
| in Maschinenrichtung . . 198,4 153,1 |
| quer zur Maschinen- |
| richtung ........... 164,4 155,9 |
| Dehnung (a/o) |
| in Maschinenrichtung . . 3,4 4,1 |
| quer zur Maschinen- |
| richtung ........... 2,9 2,0 |
Beispiel 5 Ein Verbundblatt aus Aluminiumfolie und angeklebtem Papier mit einem
Flächengewicht von 52,6 g/m2 wurde gemäß Beispiel l behandelt, dabei jedoch die
Druckbelastung im Spalt auf 0,893 kg/cm herabgesetzt. Die so erhaltenen Ergebnisse
sind nachstehend aufgeführt.
| Vorher 1 Nachher |
| Stärke (mm) . . . . . . . . . . . . 0,064 0,229 |
| Reißfestigkeit (g) |
| in Maschinenrichtung . . 337,4 334,5 |
| quer zur Maschinen- |
| richtung ........... 263,7 255,1 |
| Dehnung (l/o) |
| in Maschinenrichtung . . 2,2 2,9 |
| quer zur Maschinen- |
| richtung ........... 2,6 2,3 |
Die vorstehenden Beispiele zeigen deutlich die erfindungsgemäß erzielte Verbesserung
der Materialeigenschaften. Papierhandtuchzeug.erwirbt verbesserte Weichheit und
Drapierfähigkeit sowie erhöhtes Wasserabsorptionsvermögen ohne wesentliche Verringerung
seiner ursprünglichen Festigkeit. Toilettenpapier bekommt größere Stärke und verbessertes
ästhetisches Aussehen und Gefüge. Auch das physikalische Aussehen von metallischen
Folien und Verbundfolien kann verbessert werden. Bei Variation der Härte des gemusterten
Walzenüberzugs und des Spaltdrucks kann das erfindungsgemäße Verfahren auch dazu
verwendet werden, die physikalischen Eigenschaften noch dichterer Blattmaterialien,
wie z. B. Pappzeug u. dgl., zu verändern, wobei es lediglich erforderlich ist, daß
das Material die zur Verformung nötige Plastizität besitzt.