DE19733666A1 - Filz zur Papierherstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Filz zur Verwendung in einem Papierherstellungsver­ fahren, wobei nasses Papier auf einem Filz zwischen einem Paar von Walzen im Preßabschnitt einer Papiermaschine hindurchgeführt wird, wobei eine der Wal­ zen beheizt ist und wobei das Papier mit der einen Walze in Kontakt gehalten ist.

Mit anderen Worten betrifft diese Erfindung das Gebiet der Papierherstellung und insbesondere einen Filz zur Verwendung in einem Papierherstellungsverfahren, worin das nasse Papier zum Entfernen des Wassers aus dem nassen Papier auf einem Riemen aus Filz zwischen einem Paar von Walzen im Preßabschnitt einer Papiermaschine hindurchgeführt wird, wobei es mit einer der Walzen, die beheizt ist, in Kontakt gehalten wird.

Wasser kann aus dem nassen Papier bei Raumtemperatur im Preßabschnitt ei­ ner Papiermaschine herausgepreßt werden. Jedoch ist die Effizienz der Wasser­ entfernung durch den Einsatz von Wärme im Preßabschnitt erhöht, wobei das sog. "Heißpreß"-Verfahren verwendet wird. Beim Heißpreßverfahren ist eine Walze eines Paars von kooperierenden Walzen im allgemeinen auf eine Tempe­ ratur im Bereich von 100°C bis 150°C erhitzt. Der Einsatz von Wärme reduziert die Viskosität des Wassers in dem nassen Papier bei gleichzeitigem Pressen des Papiers zwischen den Walzen bei einem Nipdruck im Bereich von beispielsweise 100-250 kg/cm und erhöht die Effizienz der Wasserentfernung im Vergleich zu der bei Raumtemperatur erreichten Effizienz.

In einem weiteren, als das "Preßtrocken"-Verfahren bekannten Prozeß wird eine der Walzen des Paars von Walzen im allgemeinen auf eine Temperatur im Be­ reich von 150°C bis 250°C erhitzt und der Nipdruck liegt dann im Bereich von 200 bis 550 kg/cm. Im Preßtrockenverfahren wird das Wasser in dem nassen Papier mit einer resultierenden bemerkenswerten Verbesserung der Wasserent­ fernungseffizienz verdampft.

Es ist bekannt, daß diese beiden Verfahren die Trockenheit des Papiers nach dem Pressen erhöhen können.

Wenn nasses Papier zwischen einem Paar von Walzen hindurchgeführt wird, von denen eine beheizt ist, befindet sich das nasse Papier normalerweise in direktem Kontakt mit der beheizten Walze, wohingegen sich der Filz, auf welchem das nasse Papier getragen wird, nicht in direktem Kontakt mit der beheizten Walze befindet und lediglich indirekt durch Leitung durch das Papier hindurch erwärmt wird. Wenn das nasse Papier jedoch beim Prozeß des Herauspressens von Wasser aus dem Papier gerissen ist, kann Wärme von der beheizten Walze di­ rekt auf den Filz übertragen werden, wodurch eine Beschädigung oder eine Ver­ formung des Filzes bewirkt wird.

Aufgrund des Reißens des nassen Papiers beim Herauspressen des Wassers ist ein Bedarf für einen Filz mit einer ausreichenden Wärmebeständigkeit entstan­ den. Die offengelegte japanische Gebrauchsmusteranmeldung mit der Nummer 2100/1989 beschreibt eine Technik, bei der die Oberflächenschicht eines Trockenfilzes, der im Trocknungsabschnitt einer Papiermaschine verwendet wird, im Hinblick auf eine verbesserte Wärmebeständigkeit aus einer Metaaramidfaser oder Paraphenylensulfidfaser hergestellt ist.

Ein Problem, auf das man bei früheren wärmebeständigen Trockenfilzen ge­ stoßen ist, besteht darin, daß Oberflächenglätte und Luftdurchlässigkeit schwer aufrechtzuerhalten sind und daß Verringerungen hinsichtlich der Glätte und der Luftdurchlässigkeit sich nachteilig auf das Trocknungsfinish des nassen Papiers und auf die Lebensdauer des Filzes auswirken. Eine Verschlechterung der Ei­ genschaften des Filzes hinsichtlich des Herauspressens des Wassers ist eben­ falls ein Problem. Eine solche Verschlechterung ist durch eine Wärmeverformung und ein Flachwerden der Fasern des Filzes charakterisiert, was bei hohen Tem­ peraturen bedeutsam wird. Die obengenannten thermoplastischen Fasern wer­ den verformt und abgeflacht, wenn sie einer hohen Temperatur und einem hohen Druck ausgesetzt werden. Die Verformung und das Flachwerden der Fasern ei­ nes Filzes reduzieren ihre Elastizität, was wiederum eine Verringerung der Effi­ zienz des Filzes hinsichtlich des Herauspressens des Wassers innerhalb kurzer Zeit zur Folge hat. Eine Verstopfung der Filze kann auftreten, selbst wenn die Fasern nicht durch die Wärme geschmolzen oder aufgelöst sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesser­ ten Filz anzugeben, dessen Elastizität während einer langen Gebrauchsdauer unveränderlich ist und der selbst bei hohen Temperaturen und Drücken nicht schmilzt und sich nicht verformt.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst. Danach ist der in Rede stehende Filz derart ausgebil­ det, daß der Filz eine Basisstoffschicht und Faserflorschichten umfaßt und daß zumindest die das Papier kontaktierende Oberflächenschicht der Faserflor­ schichten im wesentlichen aus einer Polyparaphenylenbenzoxazolfaser zusammengesetzt ist.

In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, daß ein Faserbüschel, das al­ lein aus Polyparaphenylenbenzoxazolfasern - auch als PBO-Fasern bezeichnet - besteht oder bei dem PBO-Fasern die wesentliche Komponente sind, keine re­ duzierte Elastizität zeigt, selbst wenn es wiederholt bei hoher Temperatur und hohem Druck zusammengedrückt wird.

PBO-Fasern weisen eine bei weitem höhere Festigkeit und einen bei weitem besseren Elastizitätsmodul auf als die herkömmlichen Paraphenylensulfid- und Aramidfasern, und PBO zeigt eine exzellente Wärmebeständigkeit, einschließlich einer höheren thermischen Auflösungstemperatur und einer reduzierten tempe­ raturabhängigen Veränderung des Elastizitätsmoduls. Die Eigenschaften von PBO-Fasern sind in einem Bericht in dem japanischen Journal of Fiber Associa­ tion, Vol. 52, No. 3, pp. 143-147 (1996) beschrieben.

Vorzugsweise sind die Faserflorschichten aus der das Papier kontaktierenden Oberflächenschicht und einer Vielzahl von einzelnen, die das Papier kontaktie­ rende Oberflächenschicht unterlagernden Schichten zusammengesetzt. Die ein­ zelnen, unterlagernden Schichten bestehen aus einer Vielzahl von oberen Schichten und einer Vielzahl von unteren Schichten, wobei die oberen Schichten näher an der Oberflächenschicht sind als die unteren Schichten. In einer bevor­ zugten Ausführung der Erfindung ist der Polyparaphenylenbenzoxazolfasergehalt der oberen Schichten der gleiche wie oder höher als der der unteren Schichten.

Der Grund, warum zumindest die das Papier kontaktierende Oberflächenschicht der Faserflorschichten im wesentlichen aus einer Polyparaphenylenbenzoxazol­ faser zusammengesetzt ist, ist im Folgenden beschrieben. Die Oberflächen­ schicht ist bei Kontakt mit dem nassen Papier an der Stelle, wo das nasse Papier den Wärmepreßwalzen zugeführt wird, Wärme und Druck von der erwärmten Walze ausgesetzt, welche durch das nasse Papier geleitet werden. Andererseits wird zu den unteren Schichten des Filzes weniger Wärme geleitet, und folglich haben die unteren Schichten eine geringere Temperatur. Folglich können die unteren Schichten unter Berücksichtigung der Temperaturverteilung durch die Dicke des Filzes hindurch eine Zusammensetzung aufweisen, die eine Menge einer PBO-Faser gemeinsam mit anderen Fasern umfaßt, die einen relativ nied­ rigen Schmelzpunkt oder eine relativ niedrige thermische Auflösungstemperatur aufweisen und die mit den PBO-Fasern vermischt sind, soweit die Mischung die Wärmepreßbedingungen in vernünftiger Weise erfüllt.

Bei den Faserflorschichten sind die in die PBO-Fasern gemischten Fasern vor­ zugsweise aus den folgenden Fasern ausgewählt: Polyamidfasern, Metaaramid­ fasern und Paraaramidfasern mit einem hohen Schmelzpunkt oder einer hohen Wärmeauflösungstemperatur; aromatische Polymerfasern mit heterozyklischen Ringen wie beispielsweise aromatisches Polyetheramid, Polybenzoimidazol (PBI) - Fasern und Polyoxydiazol (POD) - Fasern, Polyarylat (PAR) - Fasern; Polycyanacryletherketon-Fasern; Polyetherketon (PEK) - Fasern; Polyetheretherketon (PEEK) - Fasern; Polyphenylensulfid (PPS) - Fasern; und Polytetrafluorethylen (PTFE) - Fasern.

Erfindungsgemäß kann deshalb ein Filz zur Papierherstellung bereitgestellt wer­ den, der eine deutlich verbesserte Elastizität und hinsichtlich des Flachwerdens verbesserte Eigenschaften unter Bedingungen mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit aufweist. Selbst in einem Verfahren, in welchem die Temperatur der mit dem nassen Papier in Kontakt stehenden beheizten Walze 250°C beträgt, kann der Filz der Wärme und dem Druck hinlänglich standhalten, wenn die Wärme und der Druck der Walze aufgrund eines Risses in dem nassen Papier di­ rekt auf den Filz einwirken.

Im Falle eines Filzes zur Verwendung im Heißpreßverfahren, wobei die Walze eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 150°C aufweist, kann eine Polyamidfaser mit einer niedrigeren Wärmebeständigkeit mit der PBO-Faser ge­ mischt werden.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf den dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Anspruch, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im all­ gemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 in einer geschnittenen Seitenansicht, schematisch, ein Paar von Walzen im Preßabschnitt einer Papiermaschine, wobei ein Filz gezeigt ist, der eine Schicht aus nassem Papier durch den Nip zwischen den Walzen befördert,

Fig. 2 in einer geschnittenen, schematischen Darstellung, vergrößert, einen erfindungsgemäßen Filz,

Fig. 3 in einer geschnittenen Darstellung, schematisch, einen plattenför­ migen Wärmepreßsimulator zum Prüfen von Filzen,

Fig. 4 eine Tabelle, die den PBO-Fasergehalt verschiedener erfindungs­ gemäßer Filze mit einem Vergleichsbeispiel vergleicht, wobei der PBO-Fasergehalt als Massenanteil des gesamten Fasergehalts in Prozent ausgedrückt ist, und

Fig. 5 eine Tabelle, die die Ergebnisse von Versuchen mit den in der Ta­ belle von Fig. 4 aufgelisteten Filzen zeigt.

In Fig. 1 sind die Walzen 1 und 2 im Preßabschnitt einer Papiermaschine auf parallelen Achsen angeordnet. Die obere Walze 1 ist durch eine Heizeinrichtung 3 beheizt. Ein Filz 10, der nasses Papier 20 trägt, läuft zwischen den Walzen 1, 2 hindurch, die das nasse Papier 20 mit Druck beaufschlagen, während das nasse Papier 20 durch Wärme erwärmt wird, die direkt von der Walze 1 übertragen wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Filz 10 aus einer Basisstoffschicht 11 und einer Viel­ zahl von Faserflorschichten 12A-12F zusammengesetzt, wobei fünf Schichten 12A-12E auf der vorderen bzw. oberen Seite der Basisstoffschicht 11 und eine Schicht 12F auf der hinteren bzw. unteren Seite der Basisstoffschicht 11 vorge­ sehen sind. Jede Faserflorschicht 12A-12F weist eine einheitliche Grundmasse auf. Die Faserflorschichten 12A-12F sind an der Basisstoffschicht 11 und unter­ einander mittels einer Vernadelung befestigt, wobei jede Faserflorschicht 12A-12E der Reihe nach auf der Basisstoffschicht 11 von deren inneren Schichtseite aus ausgebildet ist.

Die Hauptkomponente der Oberflächenschicht 12A der Faserflorschichten 12A-12F, d. h. ein Massenanteil von etwa 75% bis 100%, ist eine Polyparaphenylen­ benzoxazol (PBO) - Faser.

Unter den einzelnen Faserflorschichten 12A-12F ist der PBO-Gehalt der oberen Schichten der gleiche wie oder höher als der PBO-Gehalt der unteren Schichten. Genauer gesagt kann der PBO-Fasergehalt der Schichten 12B-12F jeweils der gleiche sein wie der der äußeren Schicht 12A oder es kann der PBO-Gehalt fort­ schreitend in Richtung von der Schicht 12A zu der Schicht 12F abnehmen. Folg­ lich kann der PBO-Gehalt jeder der Schichten 12A-12F 100% sein oder es kann der PBO-Gehalt in den Schichten 12B-12F gleich Null sein.

Das nasse Papier 20 ist wie in Fig. 1 gezeigt mit der beheizten Walze 1 in Kon­ takt. Die Temperatur der beheizten Walze 1 hängt von dem durchgeführten Aus­ preßverfahren ab. Im Fall des Heißpreßverfahrens ist die Walze 1 auf eine Tem­ peratur im Bereich von 100°C bis 150°C erwärmt, wohingegen die Walze 1 beim Preßtrockenverfahren auf eine Temperatur im Bereich von 150°C bis 250°C er­ wärmt ist. Gemäß den Fig. 2 und 4 wurden bei dem Beispiel 1 fünf Basisstoffschicht 11 aufgebracht. Die Basisstoffschicht 11 umfaßt ein doppelt texturiertes Gewebe, bei welchem sowohl die Kette als auch der Schuß aus ei­ nem Zwirn aus einer Polyamidfaser, beispielsweise Nylon 6, zusammengesetzt sind. Der PBO-Fasergehalt der einzelnen Faserflorschichten 12A-12F wurde wie in Fig. 4 gezeigt variert, um sechs erfindungsgemäße Beispiele und ein Ver­ gleichsbeispiel zu präparieren. Bei den Beispielen 1-6 wurde jeweils Polyphenylensulfid (PPS) als die in die PBO-Fasern zu mischende Faser ver­ wendet. Bei dem Vergleichsbeispiel bestand jede Faserflorschicht insgesamt aus PPS. Bei jedem Beispiel wurde die Vernadelung unter den gleichen Bedingungen durchgeführt.

Beim Beispiel 1 wurden sämtliche Faserflorschichten 12A-12F zu 100% aus der PBO-Faser zusammengesetzt. Bei den Beispielen 2-5 war der PBO-Fasergehalt in den Faserflorschichten an und in der Nähe der Oberfläche relativ gesehen hö­ her, wohingegen der PBO-Gehalt der unteren Schichten reduziert war. Beim Bei­ spiel 6 wurden die unteren Faserflorschichten 12D-12F allein aus der PPS-Faser zusammengesetzt. Beim Vergleichsbeispiel wurden die Faserflorschichten 12A-12F zu 100% aus der PPS-Faser zusammengesetzt.

Unter Verwendung des in Fig. 3 dargestellten Simulators 100 wurden die Filze 10 der Beispiele 1-6 und des Vergleichsbeispiels wiederholt zwischen einer unteren Druckplatte 101 und einer oberen, auf eine Temperatur von 250°C erwärmten Druckplatte 102 zusammengedrückt, und zwar 100.000 Mal bei einem Druck von 100 kg/cm und mit einer Rate von einem Preßvorgang pro Sekunde. Die Dichte eines jeden Filzes 10 wurde nach dem Heißpressen gemessen, und die Ergeb­ nisse sind in Fig. 5 tabelliert.

Wie in Fig. 5 gezeigt, hält eine größere Anzahl an Faserflorschichten, die PBO-Fasern allein auf der Oberfläche des Filzes 10 aufweisen, die Filzdichte nach dem Heißpressen gering und verbessert daher die Beständigkeit der resultieren­ den Filze 10 hinsichtlich des Flachwerdens. Wenn die PBO-Faser mit anderen Fasern innerhalb einer Schicht gemischt ist und der PBO-Fasergehalt zumindest 25% ist, ist die Filzdichte nach dem Heißpressen ebenfalls gering gehalten und sind deshalb die Filze 10 im Hinblick auf das Flachwerden beständig. Insbeson­ dere wenn der PBO-Fasergehalt einen Massenanteil von 50% oder mehr aus­ sind deshalb die Filze 10 im Hinblick auf das Flachwerden beständig. Insbeson­ dere wenn der PBO-Fasergehalt einen Massenanteil von 50% oder mehr aus­ macht, sind die Fähigkeit zur Beibehaltung einer niedrigen Filzdichte und die Be­ ständigkeit hinsichtlich des Flachwerdens beachtlich gesteigert.

Wie oben beschrieben, dient der erfindungsgemäße Filz 10 dazu, nasses Papier 20 zwischen einem Paar von Walzen 1, 2 im Preßabschnitt der Papiermaschine hindurchzuführen, wobei sich das nasse Papier 20 mit einer beheizten Walze 1 der Walzen 1 und 2 in Kontakt befindet. Eine PBO-Faser ist die Hauptkompo­ nente von zumindest der Oberflächenschicht 12A, die sich mit dem nassen Pa­ pier 20 in Kontakt befindet. Die PBO-Fasern verhindern, daß sich der Filz 10 thermisch verformt, selbst wenn das Papier 20 bei hoher Temperatur zusam­ mengedrückt ist, und bewirken, daß der Filz 10 eine gleichbleibende Elastizität bewahrt. Daher weist der Filz 10 eine signifikant erhöhte Beständigkeit hinsicht­ lich des Flachwerdens auf.

Im Fall eines Filzes 10, der aus einer Vielzahl von Schichten 11, 12A-12F aufge­ baut ist, wobei die Oberflächenschicht 12A, die mit dem nassen Papier 20 in Kontakt ist, im wesentlichen aus PBO-Fasern zusammengesetzt ist, weisen die unterlagernden Schichten, die der Oberflächenschicht 12A näher sind, vorzugs­ weise einen höheren PBO-Gehalt als die unterlagernden Schichten auf, die wei­ ter von der Oberflächenschicht 12A entfernt sind. Bei einem derart aufgebauten Filz 10 ist der Einfluß der Wärme, die von der beheizten Walze 1 durch das nasse Papier 20 zu der Oberflächenschicht 12A des Filzes 10 geleitet ist, an und in der Nähe der Oberflächenschicht 12A wirksam unterdrückt, und folglich kön­ nen gewöhnliche Polyamidfasern in vorteilhafter Weise unter die PBO-Fasern in den unteren Faserflorschichten gemischt werden.

Verschiedene Modifikationen, einschließlich Modifikationen hinsichtlich der An­ zahl an Schichten und deren Zusammensetzungen, können an dem Filz 10 durchgeführt werden. Weitere Modifikationen können hinsichtlich der oben be­ schriebenen Vorrichtung und des oben beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden, ohne von dem in den beigefügten Patentansprüchen definierten Umfang der Erfindung abzuweichen.

Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, daß die zuvor rein willkürlich gewählten Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dienen, diese jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims (2)

1. Filz (10) zur Verwendung in einem Papierherstellungsverfahren, wobei nasses Papier (20) auf einem Filz (10) zwischen einem Paar von Walzen (1, 2) im Preßabschnitt einer Papiermaschine hindurchgeführt wird, wobei eine der Walzen (1) beheizt ist und wobei das Papier (20) mit der einen Walze (1) in Kontakt gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Filz (10) eine Basisstoffschicht (11) und Faserflorschichten (12A-12F) umfaßt und daß zumindest die das Papier (20) kontaktierende Oberflächenschicht (12A) der Faserflorschichten (12A-12F) im wesentlichen aus einer Polyparaphenylenbenzoxazolfaser zusammengesetzt ist.

2. Filz (10) zur Papierherstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserflorschichten (12A-12F) aus der das Papier (20) kontaktierenden Oberflächenschicht (12A) und einer Vielzahl von einzelnen, die das Papier (20) kontaktierende Oberflächenschicht (12A) unterlagernden Schichten (12B-12F) zusammengesetzt sind, daß die einzelnen, unterlagernden Schichten (12B-12F) aus einer Vielzahl von oberen Schichten und einer Vielzahl von unteren Schich­ ten bestehen, daß die oberen Schichten näher an der Oberflächenschicht (12A) sind als die unteren Schichten und daß der Polyparaphenylenbenzoxazolfaser­ gehalt der oberen Schichten zumindest so hoch wie der der unteren Schichten ist.