DE1786369C - Vorrichtung zur Herstellung von Papier hoher Oberflächenrauhigkeit - Google Patents

Description

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Die ί rtindung be'.n'.i eir* Vorrichtung zur Her-Stellung son Papier hoher Überflächenrauhigkeit, mit einer Prüfeinrichtung, ük hus einer harten, mit Riefen versehenen Prägewalze und einer mit diese' den Preßspalt bildenden Fläche aus elastischen: Material f'.ir das noch feuchte und \erformbare Pf.pier gebildet !st, wobei die harte Walze mit einer um zumindest 5°,, höheren Umfangsgeschwindigkeit als die elastische Walze umläuft.

Papier hoher Oberftächenrauhigkeit kann durch Uberziehen der Oberfläche des Papiers mit einer geeigneten Substanz erzeugt werden, beispielsweise durch überziehen mit kolloidalem Silikagel. Dieses Verfahren ist zwar wirkungsvoll, jedoch sehr teuer. Ferner sind mehrschithtige Papiere bekannt, wobei die äußerste Schicht aus grobem Kreppapier besteht, dessen Oberfläche eine hohe Rauhigkeit aufweist. Auch diese Mehrschicht-Papiere sind jedoch sehr teuer, und außerdem weist das grobe Kreppapier der äußersten Schicht nur eine geringe Dchnungsfähigkeit auf. Weiterhin ist es bekannt, etwa aus den britischen Patentschriften 727 261 und S68 391. Papier mit erhöhter Oberflächenrauhigkeit in der Weise herzustellen, daß das noch feuchte und verformbare Papier durch eine Preßeinrichtung geführt wird, die aus einer harten 'Walze und einer mit dieser den Preßspalt bildenden Fläche aus elastischem Material gebildet ist. Dabei tritt eine Verdichtung des Papiers im oder nahe dem Zentrum des Preßspaltes auf, mit der Folge, da'} ein feines Kreppapier entsteht, das eine beträchtlich höheie Di·.,nungsfahigkeit aufweist als grobes Krepppapier und auch besser bedruckbar ist, dessen Reibungskoeffizient jedoch vergleichsweise gering ist. In der USA.-Putentschrift 3 290 209 ist zusätzlich die Lehrc gegeben, die harte Walze als mit Riefen veisehene Prägewalze auszubilden und die harte Walze mit einer um zumindest 5% höheren Umfangsgeschwindigkeit als die elastische Walze umlaufen zu lassen. Besonders gute Ergebnisse sollen dabei dann erhallen weiden, wenn die Walze in der mit der Gleitbewegung des Papiers übereinstimmenden Riehtune gerieft ist, und zwar so grob, wie im Hinblick auf die~Bedruckbarkeit des Papiers zulässig ist. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß damit ein Papier erhalten wird, das auf Grund der verminderten Berührungsfläche zwischea Papier und harter Waize einen noch weiter verminderten Reibungskoeffizienten aufweist, insbesondere in Richtung parallel zu den Riefen. Nun ist es aber in vielen Fällen erwünscht, etwa beim Stapeln von Papier, daß dessen Reibungskoeffizient in allen Richtungen gleichmäßig hoch ist, um so ein Einstürzen von Papierstapeln zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb, die erwähnten bekannten Vorrichtungen zur Herstellung von Papier hoher Oberflächenrauhigkeit in der Weise noch weiter zu verbessern, daß das damit hergestellte Papier eine noch höhere und in jeder Richtung wirksame Oberflächenrauhigkeit aufweist, ohne daß dabei seine Dehnungsfähigkeit vermindert ist. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Oberfläche der harten Wa'/e mit einem Netzwerk aus Riefer, versehen ist, dal3 die Riefen symmetrisch zu.tj WaIz--umfang zwei sich schneidende Sätze aus untereinander parallelen Riefen bilden und daß die Riefen zwischen 0,05 und 0,25 mm breit iir.c.

Das mit dieser erti-.dungsgemäßen Vorrichtung he-gestellte Papier ist auf der einen Seite glatt, auf der anderen Seile äußerst rajh, wobei die !lauiugksit ', jeder Richtung wirkt und besitzt trotzdem eine hole Dehnungsfähig.eii.

Nun waren zwar .'.us den USA.-Pateniochrü't-1 -J67 725 und 3 12'v 659 hereis Papi?r-Prägewai?c·; bekam!, die <iJ üi^r;r ' -bsrrä; r.i Rieien, auc- .κ· kreuzende Riefen. jUiv-e-ss,- Diese Pragev-H/ dienen jedoch /er Herstellu v; \o · beidseitig gemuster tem Papier, also von rapier, se^: der die Emdilk-ki;;-gen auf der einen Rasierseife au' der anderen P-pse seite als Erhebungen zu Tage treten. Bei diesen bekannten Vorrichtungen zum He^rsteii"n von Papi-r mit durchgedrücktem Muster lauten aeshaib auc; zwangläufig beide Walzen ües Preßspilies mit gleiche-'!mdrehungsgeschwindigkeit. Ξ η Papiei nut bei deErfindung angestrebten Eigersahaften ist jedenfalls mit diesen bekannten Vorri;b ingen nicht erzieiba:.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen beschrieben. Dabei zei^t

F i g. 1 eine Teüansicht der gerieften Walze und F i g. 2 eine Querschnittsansicht in größerem Maßstab längs der Linie 1I-I1 von Fig. 1.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Fläche der harten Walze mit einem Netzwerk von Vertiefungen versehen, die ein siereckiges bzw. quadratisches Muster bilden. Die Maschen des Netzwerkes sind viereckig und die Breite der Maschen oder die Seite der Rauten haben aas Maß a. Die Vc.-;:»fungen bestehen aus im wesentlichen geradlinigen Riefen, die alle identisch sind und die Breite h und die Tiefe c besitzen. Die in F i g. 2 gezeigten Riefen bilden einen Satz von parallelen Riefen mit gleichem Abstand, die einen Winkel zu der Achse der Walze und zu deren Umfangsiichtung, d.h. zu der Laufrichtung der Papierbahn, bilden. Die Papierbahn wird mittels einer elastischen Fläche, die eine zweite Walze mit einem Kautschukbelag oder ein endloses Kautschukband sein kann, mit Druck gegen die geriefte Fläche angelegt. Ein weiterer Satz von parallelen Riefen mit gleichem Abstand schneidet den zuerst erwähnten Satz im rechten Winkel und bildet zu der Achse det Walze

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den gleichen Winke! wie der ersterwähnte Satz von Riefen, d. h., die beiden Sätze sind zu einer Linie symmetrisch, die in der Richtung der Bewegung der Papierbahn veriäuft. Die Bahn läuft in feuchtem Zustand durch den durch diese Flächen gebildeten Spalt und wird darin plastisch verformt. Eine Seite der Papierbahn zeigt ein Muster von Rippen, das dem Muster aer Vertiefungen auf der Walze entspricht, und die Rippen werden während der anschließenden Trocknung der Papierbahn permanent und beständig ge- ίο macht.

Natürlich kann das Muster im .Hinblick auf Größe und Konfiguration der Maschen variiert werden, beispielsweise kann eine mehr oder weniger abgeflachte Raute vorliegen, und dia Riefen können gegenseitig unterschiedliche Breiten, Tiefen oder Formen besitzen. Die Querriefen, die das vierkantige Muster biSden. können auch realtiv zueinander unterschiedlich ■!, sein, und jede davon kann eine variierende Grob- ; besitzen oder kann periodisch unterbrochen sein, ao i.'l ein .licht kontinuierliches Muster e.aalten wird

r uie am meisten üblichen Erfordernisse ^;«t es jedoch vollständig ausreichend, wenn ein im wesentlicher! quadratisches Muster vorliegt, wobei die Diagonalen du Quadrate in der Transportrichtung der Papierbahn verlaufen, die Seite α etwa 2 mm lang ist, aie V-fc*,-migcu Riefen eine Breiten mit etwa 150μ und ehe Tiefe f mit etwa 100 u. besitzen. Dies wird aus den nachfolgend zusammengestellten [Ergebnissen deutliche.-, die bei vier verschiedenen Grobheiisgrader. c"sr i F 1 g. I und 2 gezeigten Riefung ernalten worden h hi R'bi

g ggten Riefung ernalten worden

nämlich hei Rie;'enbreiten von 35, 7ö. !50 und

Kj sinJ umfangreiche Messungen erforderlich, u ·ι verläßliche V/erte über die Reibung des Papiers zu erhalten, insbesondere für unbehandeltes Papier ve riiert die Reibung unh.'siimnv: innerhalb we-'· Grenzen von schlechten bis zu ■ erbleich·-.veise bt¹'·: digenden Werten, wobei die · anauoiien n;;ii ίκ-h auch für glattes Kreppapier ziem'u.'h groß sein kc nen, dies kann jedoch bekannte : Bedingungen, v-Druck, Geschwindigkeitsunieis hied u. dgl. 7.;:-i schrieben werden. Die Reibung Γϋπΐ auch beträch ί während der Handhabung, be: ;:sn wiederho: Messungen der Reibung, während dene- d;is Farne: in gepreßtem Zustand gleiten gelassen wird. :-e!-:omm man zuerst gewöhnlich einen vergleichsweise hoher Wert, und nach 3 bis 5 Messungen sind die V-stabil. Die hier angegeben?:-, deibungswerle Duichschnittswerte von drei parai-elen Ve-'··¹ 'ν η. ihrerseits zehnmal wiederholt worden r .^: beiden ersten Werte außsr ach', gelas: verd;· Durchschnittswert wird sc-mii. .lus >.■.- .-■■-". 20 ...·:■.-' gen eThaUen, die m^;f drti g,str?rr:ie\-> T--=.?tstie- ' durcngeiür.rt werden. _»sr Te.' ^:st ir *:ine." Umg.= ¹^ mit 65°/₀ relativer reuTh^.g're;: \iiks ζ. "er ~·~ vor. 20'C und mit άχλι Geschwindigkeit von I tvün, und einer Zugilpse v. - '. crr. i.Tc'.-.gei'L worden. Die Reibung bezieht .- - f ~~ 'it 'iuliniri die kreuzweise aureinanceri ' es η· ':" ¹^¹

weise dfr Fai! ist, wenn Beut» ? ': Unter t".-stapelt 5:r,d. In der Tab;;ie ;;:■ jviessuui

mit LiT bezeichnet.

Die Behandlung i" i*r -r«.. '; · d mit Trockeneehait des '?*&?. j - - τ" " .'Ί bis ." durchgeführt. Währen". ::, :.·. :"■■; i·; große Menge Papier aui^cora.C: .. «■': -. ;; c ; ." des ünbenandetten Papiers z°< ve~i~ -,^^ni-' stark schwanken. Es werden iür ;er': '>-su: gleichsproben des unbehandeiten Pa-.-, v» ■*·,; ■ Die Ergebnisse sind in ΐε» nachfc *"di" "" zusammengestellt.

Unbehandeltes (üb) oder in einem Preßspalt sehandeites Papier, worin die harte Walze giatt 'g , para!,c

geriefi (pr) oaer quadratisch gerieft (qr) ist.

l üb

Pf

4 pr

qr

IC

!■ Ϊ .2 3Γ I qr

Abstand

der Riefen, μ

Breite der Riefen, μ
Liniendruck des

Walzepspalts,

kp/cm

Geschwindigkeitsunterschied, ⁰/₀ ..
Oberflächengewicht

des Papiers, g/m²
Bruchlänge,

längs, km

quer, km

Bruchdehnung,

längs, %

quer, %

Brucharbeit,

läng·;, kpcm

quer, kpcm

Reibungskoeffizient

statisch

dynamisch

9.5

4,7

2,7
6,1

1,90
2,20

0,32 -ι 0,08 0,29 ± 0,08

—	500 150
13,7	13,7
13	13
78	77
7,1 4,1	7.9 4,5
5,7 6,6	5,8 7,4
2,46 2,26	2,86 2,62
0,30 0,26	0,26 0,22

500 250

17,1

13

74

7.3 3,8

8,2 7,9

3,35 1,82

0,35 0,35

1500 70

23,9

9,0

4,7

2,1 6,0

1,38 2,28

0,37 0,35 1500
250

23.9
0
83

10,9

4,2

2,7
6,5

2,29
2,32

0,32
0,28

1500
70

3,4
8
77

9,0

4,5

2,9
6,9

1,86
2,54

0,47
0,45

1500
70

13,7
8
75

9,5
4,9

2,8
6,7

1,88
2,51

0,39
0,36

1500
250

3,4
8
82

9.4

4,3

2,8
6,5

1,99

2,32

0,54
0,46

1500

35

13,7

7,6 3,8

7,6 6,0

3,48 2.25

0,37 0,37

150C

70

13,7

13

80

6,9

3,9

6,6 7,1

2,98 2.29

0,51 0,44

■;:oe j I50:

13.7

H 3

5.5 ! 2,8

8,1 6.0

2,98 1,57

0.58 0,54

Aus der Tabelle ist zu entnehmen, daß das unbchandelte Papier einen schwankenden Reibungskoeffizienten besitzt, wobei der statische Wert 0,32 ± 0,08 und der dynamische Wert 0,29 ± 0,08 ist (der erste Wert gibt das arithmetische Mittel der bei den Tests erhaltenen Ergebnisse wieder, während der ' zweite Wert die Abweichung des höchsten und des niedrigsten Wertes davon darstellt). Bei der Durchführung der Behandlung, unabhängig davon, ob eine glatte, eine parallel geriefte oder eine quadratisch geriefte Walze verwendet wird, ohne Geschwindigkeitsunterschied in dem Preßspalt wird ein bestimmterer Reibungswert erhalten, der normalerweise niedriger als der für unbehandeltes Papier erhaltene Wert ist. Die Reibung ist sehr niedrig, wenn eine glatte Walze verwendet wird, und extrem niedrig für eine fein geriefte Walze, wenn diese mit einer Geschwindigkeitsdifferenz von 13°/o zwischen den Walzen und der elastischen Oberfläche laufen gelassen werden, wodurch das Papier gegenüber der Walze glänzend wird. In Fällen, wo quadratisch geriefte Walzen ohne Geschwindigkeitsunterschied und mit besonders hohem Liniendruck lau'en gelassen worden sind, hat sich ein Reibungswert ergeben, der dem Durchschnittswert für unbehandeltes Papier etwa gleich ist.

Während der Versuche unter Anwendung von quadratisch gerieften Walzen und einem Geschwindigkeitsunterschied in dem Preßspalt ist eine ausgeprägte Erhöhung der Reibung unter variierenden Bedingungen erhalten wurden, und in a!!cn Fällen sind die Durchschnittswerte für unbehandeltes Papier überschritten worden, wobei im allgemeinen dessen maximaler Wert beträchtlich überschritten worden ist. Die in der Tabelle zusammengestellten Ergebnisse zeigen, daß eine erhöhte Reibung ohne (Versuch 7, 8 und 9) odci mit (Versuch 10,11,12 und 13) erhöhter Dehnbarkeit des Papiers erhalten werden kann. Wenn ein Papier mil unveränderter Dehnbarkeit gewünscht wird, so kann dies erhalten werden, indem ein Geschwindigkcilsuntcrschicd von 8°/₀ in dem Spalt aufrechterhalten wird, wobei der Liniendruck des Spaltes gleich/eilig verringert (Versuche 7 und 9 im Vergleich mit Versuch 8) werden soll und wobei die beste Wirkung mit einer großen Tiefe der Riefen (Versuch 9) erhallen wird. Wenn andererseits ein Papier mit erhöhter Dehnbarkeit gewünscht wird, soll der Gcschwindigkcilsunlcrschicd erhöht werden, was gleichzeitig einen erhöhten Liniendruck erfordert. Auch in diesem Fall wird die höchste Reibung (Versuch 13 mit dem höchsten aller WeMcJ bei dee#S6sten Riefung, 2S0 μ erhalten. Jedoch ist die Bmcttfangc des Papiers, gemessen längs/quer, vergleichsweise niedrig, 6,3/ 2,9 km, verglichen mit 7,1/4,1 km für glattes Krepppapier. In Fällen, wo dies nicht akzeptabel ist, kann statt dessen die feinere Riefenbreite von 70 μ gewählt werden, wodurch die Bruchlänge nur auf 6,9/3,9 km erniedrigt wird. Es kann auch die Wahl eines mehr rautenförmigen Musters der Riefung geeignet sein, bei der die Riefen einen kleineren Winkel zu der Gleitrichlung des Papiers bilden, wodurch den besseren Festigkeitswerlcn von 7,9/4,5 km nähergekommen wird, die bei der Verwendung einer fein und parallel

ίο gerieften Walze auftreten.

Die Ergebnisse sollen auch mit den Werten verglichen werden, die durch Behandlung mit die Reibung erhöhenden Silikagclsubstanzen erhalten worden sind, wobei ein überzug von 1 g/m² einen statischen Rei-

»5 bungskoeffizienten von 0,70 und einen dynamischen Reibungskoeffizienten von 0.62 ergeben hat. Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist in erster Linie darauf gerichtet, stabile Werte zu erhalten, die' der maximalen Reibung von unbchandeltem Papier gleich kommen und diese vorzugsweise übertreffen. Dies wird mit quadratisch gerieften Walzen leicht erreicht, wenn diese mit einem bestimmten Geschwindigkeilsunterschied und mit einem entsprechend geeigneten Walzenspaltdruck laufen gelassen werden. Gleich zeitig besteht auch die Möglichkeit der Wahl, ob das Papier eine unveränderte oder eine erhöhte Dehnbarkeit besitzen soll. Soll das Papier eine unveränderte Dehnbarkeit besitzen, dann wird ein vergleichsweise geringer Geschwindigkeitsunlcrschied aufrechterhält

3s ten, wobei gleichrciiig der Wnlzensnaltdruck hei einem niedrigen Wert gehalten wird, zumindest, wenn eine besonders hohe Reibung gewünscht wird. Eine gröbere Riefung ergibt gewöhnlich eine höhere Reibung und kann ohne Nachteile bei der Herstellung von Papier ohne erhöhte Dehnbarkeit angewendet werden. Für dehnbares Papier besteht jedoch die Gefahr eines gewissen Verluste an Papierfestigkeit, wenn die Riefung zu grob ist. Deshalb ist es in diesem Fall bevorzugt, eine feinere Riefung ru verwenden, insbesondere im Hinblick darauf, daß hohe Reibungswertc leicht bei höheren Geschwindigkeitsunterschieden erreichbar sind. Natürlich ist dünneres Papier bezüglich Slrukturstörungen und daraus sich ergebendem Fcstigkeitsverlust gegenüber gröberer Riefung empfindlicher als dickeres Papier. Im allgemeinen gilt jedoch, daß eine feinere Riefung als 50 μ im Hinblick auf die Verbesserung der Reibung kaum wirksam ist und Hiß eine gröbere Riefung als 250 μ Gefahr für die Papierfestigkeit mil sich bringt.

so Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung erzielten Ergebnisse können durch Wahl optimaler Werte für Riefentiere, Riefenforrn, Maschenform, Geschwindigkcilsunterschied u. dgl. verbessert werden.

Hictzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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   Patentansprüche:

   1. Vorrichtung zur Herstellung von Papier hoher Oberflächenrauhigkeit, mit einer Preßeinrichtung, die aus einer harten, mit Riefen versehenen Prägewalze und einer mit dieser den Preßspalt bildenden Fläche aus elastischem Material für das noch feuchte und verformbare Papier gebildet ist, wobei die harte Walze mit einer um zumindest 5°/₀ höheren Umfangsgeschwindigkeit als die elastische Waize umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der harten Walze mit einem Netzwerk aus Riefen versehen ist, daß die Riefen symmetrisch zum Walzenumfang zwei sich kreuzende Sätze aus untereinander paraileien Riefen bilden und daß die Riefen zwischen 0,05 und 0,25 mm breit sind.

   7. Vorrichtung nach Anspruch!, dadurch geken;' hnet. daO , ,s Netzwerk eine quadratische öde: rautenförmige Konriguratinr mit einem Riefe,- ■.h-uand von etwa 2 m-< aufwe ;t.