DE19733666A1 - Filz zur Papierherstellung - Google Patents
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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.
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