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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Walzenbeschichtung und insbesondere eine Beschichtung, welche für Walzen geeignet ist, die im Produktionsprozess einer Papierbahn, Kartonbahn, Gewebebahn, Zellstoffbahn oder anderer Faserbahnen verwendet wird, und ein Verfahren für die Herstellung von solch einer Beschichtung. Die Erfindung betrifft auch eine Walze für eine Faserbahnmaschine, wobei die Walze eine Beschichtung aus einem Polymermaterial auf dem Walzenkörper umfasst.
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STAND DER TECHNIK
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Walzenbeschichtungen, die üblicherweise in der Produktion von Papier, Karton und Zellstoff verwendet werden, benötigen einen breites Spektrum an technischen Merkmalen, wie etwa gute dynamische Beständigkeit unter hoher Last, Abriebfestigkeit und Eigenschaften, die durch den Prozess oder durch die Faserbahn benötigt werden, wie etwa eine geeignete Härte. Solche Beschichtungen werden typischerweise aus Polymeren, wie etwa Polyurethanelastomer, hergestellt. Das Polyurethanelastomer ist typischerweise aus einem Urethanprepolymer und einem Kettenverlängerer oder einem Härtungsagens gemacht, welcher/welches die Prepolymerkette durch Zusammenkombinieren langer Prepolymerketten länger macht, wobei das Produkt viskos wird, in anderen Worten es härtet.
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Polyurethanklassen, die auf aromatischen Isocyanaten basieren, und insbesondere solche, die auf PPDI (Para-phenylendiisocyanat) basieren, werden als die beste Rohmaterialbasis derzeitiger Polyurethanwalzenbeschichtungen angesehen. Sie stellen exzellente Wärmebeständigkeit und Wasserbeständigkeit und geringe Wärmegenerierung bereit, welche mit der Lastbeständigkeit und benötigten Kühlung der Beschichtung korreliert. Wie andere Polyurethanbeschichtungen benötigten PPDI-Beschichtungen normalerweise keine Kühlung, was zu signifikanten Energieeinsparungen führt. Jedoch ist ein Nachteil der härtesten PPDI-Beschichtungen, mit einer Härte unter 12 P&J (Pusey&Jones) oder korrespondierend über 96 Shore A, ihre schlechte Festigkeit, während sie im Herstellungsstadium frisch sind im Moment wo das Material anfängt zu härten und um die Walze zu schrumpfen. Das Sprödigkeitsstadium dauert normalerweise ungef. 15 bis 60 Minuten an, nach welchem die chemische Härtungsreaktion ausreichend genug vorangeschritten ist und das Material fest ist. Jedoch wurde herausgefunden, dass das Schrumpfen von harten PPDI-Beschichtungen während des Sprödigkeitsstadiums Rissbildung der Beschichtung verursacht, wenn die Beschichtung um die Walze gegossen wird.
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FI-Gebrauchsmuster
FI 8255 beschreibt eine Walzenbeschichtung, welche zumindest ein Polyurethanelastomer, zumindest einen Füllstoff und Fasern, und eventuell Kordgewebe umfasst. Die Publikation zeigt, dass eine solche Beschichtung gute Kompression und Abriebfestigkeit, Reißfestigkeit, Härte und Stoßfestigkeit aufweist. Gemäß der Publikation enthält das Polyurethan bevorzugt Bestandteile, welche aliphatische und/oder zykloaliphatische Isocyanatgruppen beinhalten, da diese Bestandteile eine Verlängerung der Zeit, zwischen dem Mischen der Polyurethanprestadiumsverbindungen und dem Härten der Mischung, erlauben. Die Walzenbeschichtung kann durch Imprägnieren des Kordgewebes in der Mischung der Polyurethanreaktionskomponenten oder durch Auftragen der Mischung durch eine Düse auf das Trägergewebe hergestellt werden, nach welchem das Trägergewebe um die Walze gewickelt wird.
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WO-Publikationen 2007/128596 A1 und
2009/033874 A1 beschreiben eine Walzenbeschichtung, welche PPDI-basierendes Polyurethan umfasst. Gemäß der Publikation ist die Festigkeit des Polyurethans während es frisch ist verbessert und seine Spannungsrissbildung ist durch Zugabe eines Härtungsagens zu dem Polyurethan, welches 60–99 Gewichtsprozent an 1,4-Butandiol, ein Maximum von 40 Prozent an Diamin und ein Maximum von 1 Prozent an Katalysator enthält, reduziert. Die Härte des Polyurethans ist ungef. 80 Shore A–75 Shore D. In der Publikation wird die Walzenbeschichtung durch die Technik des Bandgießens (engl. strip casting) hergestellt.
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Ein Problem der Walzenbeschichtungen des Stands der Technik ist ihre Tendenz Wärme auf Grund der dynamischen Deformation, die durch den Walzenspalt verursacht wird, zu generieren. In den meisten Fällen wird die Walzenbeschichtung einer großen Last, die mehrere Male pro Sekunde angewendet wird, ausgesetzt, die Wärmegenerierung führt zum Schmelzen oder zur thermischen Zerstörung der Beschichtung, falls die Beschichtung nicht vom Inneren der Walze gekühlt wird. Kühlen benötigt geeignetes Equipment, das an der Walze angebracht wird, und entsprechende Beobachtung dieses Equipments, welches zusätzliche Arbeit verursacht. Ein weiterer Nachteil ist das Kühlen den Energiekonsum der Faserbahn erhöht.
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Die sehr niedriger Wärmegenerierung und guten mechanischen Eigenschaften von Walzenbeschichtungen, die aus PPDI-basierten Polyurethanen hergestellt sind, sind unumstritten. Die Beschichtungen von Press- und Saugwalzen, die in der Papier, Karton und Zellstoffproduktion verwendet werden, weisen eine deutlichen Bedarf für PPDI-basierte Polyurethanwalzenbeschichtungen auf, welche eine Härte von unter 12 P&J aufweisen und welche in einer einfachen, effizienten und wirtschaftlichen Art hergestellt werden können.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Es wurde nun unerwarteter Weise herausgefunden, dass durch Zugabe eines faserigen Füllstoffes in das Polyurethan die Nachteile bezüglich der Herstellung von harten Polyurethanbeschichtungen vermieden werden können, wodurch die Schrumpfbeanspruchungen der Beschichtung reduziert werden können und seine Festigkeit während des Frischseins verbessert werden kann, welches es ermöglicht die Rissbildung der Beschichtung während des Sprödigkeitsstadiums zu verhindern, wenn Polyurethan auf die Walzenoberfläche gegossen wird, um die Beschichtung zu bewerkstelligen.
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Ein Aspekt der Erfindung ist deshalb eine Walzenbeschichtung, welche Faser und Polyurethan, das aus aromatischem Isocyanat gemacht ist, umfasst.
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Die Erfindung basiert auf der überraschenden Beobachtung, dass die Gegenwart von Faser in dem Herstellungsstadium einer harten Polyurethanwalzenbeschichtung die Festigkeit der Beschichtung verbessert, während sie frisch in dem Herstellungsstadium ist, wobei die Rissbildung der Beschichtung in dem Sprödigkeitsstadium verhindert wird. Ohne an irgendeine Theorie gebunden zu sein, kann angenommen werden, dass die Faser interne Beanspruchungen/Spannungen in der Beschichtung ausgleicht, sodass die Beschichtung nicht reißen kann. Wegen der Faser bleibt die flüssige Polyurethankomponentenmischung auf der rotierenden Walzenaußenhaut in einem flüssigen Zustand bis das Polyurethan anfängt zu härten. Die Reißfestigkeit der Walzenbeschichtung nimmt auf Grund der Faser auch zu.
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Ein Vorteil der Walzenbeschichtung nach der vorliegenden Erfindung ist, dass sie hart ist und dass sie nicht reißt während des Sprödigkeitsstadiums in der Herstellung der Beschichtung. Die Beschichtung weist auch verbesserte Reißfestigkeit auf und abhängig von der Faser kann sich auch seine elektrische Leitfähigkeit, thermische Leitfähigkeit und Traglastkapazität verbessern. Die Beschichtung kann in einer einfachen Art und Weise ohne Gussform-Gieß-Equipment hergestellt werden übereinstimmend mit dem Herstellungsverfahren von gängigen Kompositwalzen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Walze einer Faserbahnmaschine, wobei die Walze einen Walzenkörper und darauf eine Beschichtung umfasst, die aus einem Polymermaterial gemacht ist. Gemäß der Erfindung umfasst die Beschichtung Polyurethan und Faser und seine Härte ist weniger als 20 P&J.
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Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren für die Herstellung der Walzenbeschichtung, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst:
- – Das Urethanprepolymer und das Härtungsagens und eventuell Faser- und/oder Füllstoffe werden zusammengemischt, um die Polyurethanmischung zu bewerkstelligen,
- – Faser wird auf die Oberfläche einer rotierenden Walze aufgebracht,
- – die Faser wird mit der Polyurethanmischung durchnässt, um die Beschichtung zu bewerkstelligen,
- – falls notwendig, wird die Beschichtung wärmebehandelt bei einer Temperatur von 80–140°C.
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Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein weiteres Verfahren für die Herstellung der Walzenbeschichtung, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst:
- – Das Urethanprepolymer, Härtungsagens und Faser, und eventuell Füllstoffe werden zusammengemischt, um die Polyurethanmischung zu bewerkstelligen,
- – die Polyurethanmischung wird als Bandguss (engl. as strip casting) auf die Oberfläche der rotierenden Walze gegossen, um die Beschichtung zu bewerkstelligen,
- – falls notwendig, wird die Beschichtung wärmebehandelt bei einer Temperatur von 80–140°C.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems, wobei eine Walze 10 gemäß der Erfindung und eine weitere Walze 20 gegeneinander angeordnet sind, und eine Faserbahn W durch den Spalt, der zwischen den Walzen lokalisiert ist, läuft.
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2 zeigt eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung für die Herstellung der Walzenbeschichtung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Ein Aspekt der Erfindung ist eine Walzenbeschichtung, welche Faser und Polyurethan, das aus aromatischen Isocyanaten gemacht ist, umfasst.
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Beliebige Fasern, die gewöhnlicher Weise in Walzenbeschichtungen verwendet werden, können in der Walzenbeschichtung nach der Erfindung verwendet werden. Die Faser kann organisch oder anorganisch, natürliche Faser oder synthetische Faser sein. Die Faser kann aus Polymerfaser, wie etwa Polyester, Polyamid oder Aramid, Viskose, Baumwolle, Hanf, Kohlenstoff, Glas, Polyacrylnitril, Bornitrid, Metall, wie etwa Stahl, oder einer Mischung von diesen sein. Die Menge an Faser in der Walzenbeschichtung nach der Erfindung ist typischerweise 1–40 Gewichtsprozent. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Menge an Faser 5–25 Gewichtsprozent.
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Die anorganische Faser kann zum Beispiel Metallfaser, wie etwa Stahlfaser, Borfaser, etc. oder Glasfaser sein. Die organische Faser kann zum Beispiel Kohlenstofffaser, Aramidfaser, Polyamidfaser oder natürliche Faser, wie etwa Flachs oder Hanf, sein.
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Die Faser kann in der Walzenbeschichtung als diskontinuierlich, gewebt oder nicht-gewebtes Gewebe und/oder Roving-Faser vorhanden sein. Die nicht-gewebte Faser ist typischerweise in der Form von nicht-gewebtem Gewebe, nicht-gewebtem Filz oder nicht-gewebter Matte. In dieser Erfindung beziehen sich die Begriffe Gewebe, Filz und Matte auf beliebige einheitliche blattähnliche oder bandähnliche Materialien, die aus Fasern unter Verwendung der nicht-gewebten Technik gemacht sind. Das Gewebe kann in der Beschichtung in einer oder mehreren Lagen vorhanden sein. Die Faser kann in der Walzenbeschichtung in verschiedenen Formen etwa als diskontinuierliche Faser und als Carriergewebe vorhanden sein, in welchem Fall die diskontinuierliche Faser zum Beispiel zu dem Urethanprepolymer zugegeben werden kann, und das Carriergewebe wird um die Walze gewickelt. Die diskontinuierliche Faser kann auch in die Beschichtung eingeführt werden in Verbindung mit der Einführung einer Harzmischung separat von der Zufuhr der Harzmischung.
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Die Beschichtung gemäß der Erfindung kann mehr als eine Art von Faser umfassen. Als ein Beispiel kann die kontinuierliche Faser oder die Carrierfaser oder Carriergewebe von dem gleichen oder verschiedenem Fasermaterial sein. Die Carrierfaser kann zum Beispiel Glasfaser sein und die diskontinuierliche Faser kann Kohlenstofffaser, Aramidfaser, Borfaser oder eine Mischung von zwei oder mehreren von diesen sein. Alternativ kann die Carrierfaser Kohlenstofffaser oder Stahlfaser sein und die diskontinuierliche Faser kann Kohlenstofffaser, Stahlfaser, Aramidfaser, Borfaser, etc. sein. Insbesondere bevorzugt sind Fasern mit guter thermischer Leitfähigkeit, welches die Traglastkapazität der Beschichtung durch Ausgleichen der internen Wärmegenerierung der Walzenbeschichtung erhöht und dadurch die Erzeugung von lokalen Hot-Spots unter extremer Last verhindert.
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In der Herstellung der Walzenbeschichtung wird das Härtungsagens mit dem Urethanprepolymer gemischt, um Polyurethan herzustellen. Die Auswahl des Härtungsagens kann genutzt werden, um die Härtungszeit des Polyurethans zu beeinflussen und folglich die Länge des Sprödigkeitsstadiums. Aufgrund der Faser werden die internen Schrumpfbelastungen/spannungen innerhalb der Walzenbeschichtung länger über das Sprödigkeitsstadium hinaus und die Rissbildung der Beschichtung wird verhindert. Die Festigkeit der Walzenbeschichtung erhöht sich auch als ein Resultat der Faser. In der vorliegenden Erfindung bezieht sich das Sprödigkeitsstadium auf das Zeitintervall, während welchem das Polyurethan in einem glasähnlichen oder wachsähnlichen Zustand nach dem Erstarren ist, i. e. Härtung des flüssigen Polyurethans, und der Rissbildung des Materials ausgesetzt ist, die durch interne Belastungen, durch Kühlen verursachte Schrumpfbelastungen oder kleine externe Stöße verursacht ist. Die Länge des Sprödigkeitsstadiums hängt von dem verwendeten Urethansystem ab. Das Sprödigkeitsstadium dauert typischerweise 10–60 Min an.
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Die Walzenbeschichtung gemäß der Erfindung kann auch einen oder mehr Füllstoffe enthalten. Die Füllstoffe können, sind aber nicht darauf beschränkt, ein anorganischer metallischer, keramischer oder mineralischer Füllstoff sein, wie etwa Siliziumdioxid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Borid, Titandioxid, Zirkondioxid, Silikat, Kalk, Kohlenstoffschwarz oder Bornitrid, und der Füllstoff kann in verschiedenen Teilchenformen, wie etwa Pulver, Sphäroiden, Beads, Fasern, Blätter, etc., sein. Der Füllstoff kann auch organisch sein, wie etwa ein synthetisches Polymer, wie UHMWPE (ultrahochmolekulargewichtiges Polyethylen), synthetische Faser, wie ein aliphatisches oder aromatisches Polyamid, oder eine Kohlenstoffnanoröhre, und der Füllstoff kann in der Form von diskontinuierlicher Faser, Faserchips oder Pulver sein. Die Menge an Füllstoff in der Walzenbeschichtung kann typischerweise 0,01–50 Gewichtsprozent sein. Die Größe des Füllstoffs kann variieren von Nanoabmessungen bis 200 μm.
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Das in der Walzenbeschichtung verwendete Polyurethan gemäß der Erfindung wird in einer Art und Weise hergestellt, die per se bekannt ist. Das Polyurethan kann entweder gießbares oder extrudiertes Polyurethan sein. Prepolymerisationstechniken, die in dem Fachgebiet bekannt sind, können bei der Herstellung des Polyurethans verwendet werden, in diesem Fall kann die Prepolymerisation entweder partiell (quasi Prepolymerverfahren) oder komplett (volles Prepolymerverfahren) durchgeführt werden. Die Erfindung kann auch gering-freie-Monomer-Prepolymere verwenden, welche sehr wenig freies Isocyanat (< 0,1%) enthälten.
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In der vorliegenden Erfindung ist die Komponente, welche Isocyanatgruppen enthält, die in der Herstellung des Prepolymers verwendet wird, ausgewählt aus aromatischen Isocyanatverbindungen. Für Polyurethane, die auf aromatischen Isocyanaten basieren, wurde festgestellt, dass sie gute technische Charakteristika in Walzenbeschichtungsanwendungen aufweisen. Das Isocyanat kann, ist aber nicht darauf beschränkt, 2,4- oder 2,6-Toluoldiisocyanat (TDI), 4,4'-, 2,4'-, 2,2'-Methylendiphenyldiisocyanat (MDI), 1,5-Naphthalendiisocyanat (NDI), Para-Phenylendiisocyanat (PPDI), 3,3'-Dimethyl-4,4'-Biphenylendiisocyanat (TODI), 1,4-Benzoldiisocyanat, 1,3- oder 4,6-Xylylendiisocyanat (XDI) oder Tetramethylxylylendiisocyanat (TMXDI) sein. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Isocyanatverbindung PPDI.
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Das verwendete Härtungsagens in der Herstellung von Polyurethan kann irgendeine gewöhnlicher Weise verwendete polyolartige, diolartige und/oder diaminartige Verbindung sein, welche in den Kenntnisbereich einer Person mit gewöhnlichen Fachkönnen in dem Fachgebiet fällt. Neben dem Begriff „Härtungsagens” wird der Begriff „Kettenverlängerer” auch gewöhnlicher Weise in dem Fachgebiet verwendet. Das Härtungsagens oder der Kettenverlängerer verursacht, dass die Prepolymerkette durch Zusammenkombinieren langer Prepolymerketten länger wird. Das Härtungsagens kann ausgewählt sein aus den Folgenden, aber es ist nicht auf diese beschränkt: aliphatische und aromatische Diole und Triole, aliphatische und aromatische, primäre und sekundäre Diamine und Triamine. Das Härtungsagens kann auch mehr als ein Härtungsagens umfassen. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Härtungsagens 1,4-Butandiol. Bezüglich des Wicklungsherstellungsverfahrens der Walzenbeschichtung bewerkstelligt 1,4-Butandiol eine lange Härtungszeit und gute Eigenschaften in dem Endprodukt.
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Das Urethanprepolymer und das Härtungsagens werden bei einem molaren Verhältnis von XH/NCO = 0,85–1 gemischt, wobei XH sich auf die Gruppe, die aktiven Wasserstoff enthält, bezieht. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das molare Verhältnis 0,90.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Härte der Walzenbeschichtung weniger als 12 P&J (Pusey&Jones), wie gemessen nach Standard ASTM D531. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Härte ungefähr 7 P&J. Die Härte kann eingestellt werden, um auf den besonderen Verwendungszweck der Walzenbeschichtung angepasst zu sein.
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Die Dicke der Beschichtung auf der Walze ist typischerweise ungefähr 20 mm.
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Die Beschichtung kann maschinell durch Schleifen auf eine gewünschte Rauhigkeit bearbeitet werden, die Beschichtung kann angebohrt werden, um Durchgangslöcher oder Blindlöcher zu machen, und/oder die Beschichtung kann gerillt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Walze 10 von einer Faserbahnmaschine, wobei die Walze einen Walzenkörper 1 und da darauf eine Beschichtung 2 umfasst, die aus einem Polymermaterial gemacht ist. Gemäß der Erfindung umfasst die Beschichtung Polyurethan und Faser und seine Härte ist weniger als 20 P&J. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Härte weniger als 12 P&J. In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Härte ungefähr 7 P&J.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer Anlage, wo ein Faserbahn W durch einen Spalt N, der zwischen zwei Walzen 10, 20 lokalisiert ist, läuft. Die Walze 10 umfasst einen Walzenkörper 1 und da darauf eine Beschichtung 2, die aus einem Polymermaterial gemacht ist. Der Körper ist typischerweise aus Metal gemacht, wie etwa Gusseisen oder Stahl. Die Beschichtung 2 gemäß der Erfindung umfasst Polyurethan und Faser. Die Walze kann die Walze einer Beschichtungsvorrichtung sein, in welchem Fall die zu beschichtende Bahn W in direktem Kontakt mit den Oberflächen der Walzen 10, 20 ist. In diesem Fall ist die Beschichtung 2 glatt. Die Walze kann auch eine Saugwalze sein, in welchem Fall ein Unterdruck in der Walze vorherrscht und die Walzenaußenhaut 1 perforiert ist, um den Saugeffekt auf die Bahn W zu übertragen, welche in den Spalt, der durch ein Gewebe oder mehrere Gewebe (nicht gezeigt) unterstützt ist, läuft. Selbstverständlich ist in diesem Fall die Beschichtung auch perforiert wie die Walzenaußenhaut. Die Walze kann auch eine Presswalze sein, welche beabsichtigt Wasser von der Bahn zu entfernen und ihren trockenen Feststoffgehalt erhöht. Auch in diesem Fall wird die Bahn W in den Spalt N eingebracht, der durch ein Gewebe auf einer Seite oder auf beiden Seiten getragen wird. Die Beschichtung ist bevorzugt mit Vertiefungen ausgestattet, wie etwa Blindlöchern und/oder Rillen, sodass die Wasserentfernungskapazität von dem Spalt erhöht ist. Die Rillen dehnen sich in einer umlaufenden Richtung der Beschichtung aus, ihre Breite ist 0,3–15 mm, Tiefe 0,5–50 mm und die Distanz zwischen den Rillen ist typischerweise 1–200 mm. Eine so große Härte der Beschichtung wie möglich ist ein gewünschtes Merkmal, sodass die Rillen ihre Form beibehalten ohne Kollabieren in dem Pressspalt unter einer hohen Last, und sind deshalb in der Lage das Wasservolumen, das aus der Bahn gepresst wird während die Walze rotiert, entgegenzunehmen und wegzutragen.
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Die Walzenbeschichtung gemäß der Erfindung kann unter Verwendung der Gussform- (engl. mold casting) oder Bandguss-(engl. strip casting)Technik, die herkömmlicher Weise in der Herstellung von Polyurethanbeschichtungen verwendet wird, hergestellt werden. Beim Gussformen werden die Rohmaterialkomponenten von Polyurethan, in anderen Worten das Urethanprepolymer und der Diolhärter oder Aminhärter und eventuelle Hilfsstoffzutaten, am Ende des Formens gemischt und in eine Form hineingelassen, die um den Walzenkörper montiert ist. Die Fasern werden entweder durch Einführen dieser auf den Walzenkörper bevor der Walzenkörper in der Gussvorrichtung platziert wird oder in dem Fall von diskontinuierlichen Fasern mit der Harzmischung in die Beschichtung eingebracht. Die Rohmaterialkomponenten werden so ausgewählt, dass ihre Mischung für einen ausreichend langen Zeitraum in einem flüssigen Zustand bleibt, sodass die Mischung Zeit hat, um sich gleichmäßig in der Gussform zu verteilen. Die gehärtete Beschichtung wird durch Erwärmen dieser in einem Ofen nachbehandelt.
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Beim Bandgiessen werden die Rohmaterialien in einer Mischungskammer gemischt, und die Mischung wird sofort danach aus einer Düse als Bandguss auf den rotierenden Walzenkörper gegossen. Die Düse bewegt sich von einem Ende der Walze zu dem anderen und die Beschichtung kann mit einem oder mehreren Durchläufen um dementsprechend eine oder mehrere Lagen zu geben konstruiert sein. Falls notwendig, wird die Beschichtung bei einer Temperatur von 80–140°C wärmebehandelt. Beim Bandgiessen werden die Rohmaterialien so ausgewählt, dass sich die Viskosität der Rohmaterialmischung in einer ausreichend kurzen Zeitperiode erhöht, sodass die Beschichtung als eine Beschichtung auf eine rotierende Walze gegossen werden kann, und sodass die Mischung nicht von der Walze heruntertropft. Die Rohmaterialien können schnell reagierende Amine als ein Härtungsagens und Katalysatoren beinhalten. Das Fasermaterial kann auf den Walzenkörper durch Wickeln (engl. winding) oder Bandagieren/Umwickeln (engl. wrapping) eingeführt werden bevor oder während des Giessens, bevorzugt synchronisiert mit der Bewegung des Giesskopfs. Im Fall von diskontinuierlicher Faser kann die Faser in eines der Rohmaterialien vorab gemischt werden und/oder in das Material während des Giessstadiums eingeführt werden.
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Ein wirtschaftliches und effizientes Verfahren für die Herstellung der Walzenbeschichtung gemäß der Erfindung ist ein Verfahren, welches derzeit für die Herstellung von faserverstärkten Epoxybeschichtungen oder sogenannten Kompositwalzenbeschichtungen verwendet wird. Kompositwalzenbeschichtungen enthalten eine faserige Verstärkung, wie etwa nicht-gewebtes Fasergewebe, und sie basieren gewöhnlicher Weise auf langsam reagierenden Epoxyharzen. Das Harz, Härtungsagens und notwendige Hilfsstoffzutaten werden zusammengemischt und die resultierende Mischung wird in eine Düse oder ein Durchnässungsbecken hineingelassen. Das Fasergewebe wird um eine rotierende Walze gewickelt und durch die Düsen auf der Oberseite der Walze durchnässt oder das Fasergewebe wird zuerst in dem Becken und/oder mittels der Düsen durchnässt, und dann um die rotierende Walze gewickelt. In dieser Art und Weise können Beschichtungen gemäß der Erfindung hergestellt werden, sogar von Polyurethanklassen, welche sehr empfindlich gegenüber Rissbildung sind und welche langsam reagieren.
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2 zeigt ein Verfahren zur Herstellung der Walzenbeschichtung 2 gemäß der Erfindung. Der Walzenkörper 1 wird durch Wellenzapfen 17a, 17b getragen auf Lagerungssockel 31a, 31b platziert, sodass der Walzenkörper 1 rotieren kann. Wenn die Walze 10 rotiert wird das Fasermaterial F auf den Walzenkörper 1 in einer band-ähnlichen Form unter Verwendung einer Vorrichtung aufgebracht, welche eine Faserzufuhrvorrichtung 34, Führung 33 und Zufuhrkopf 37, der auf dem querliegenden Träger 32 getragen wird, umfasst. Der querliegende Träger wird auf einem Wagen 35 getragen, welcher in der axialen Richtung der Walze in der Führung 36 bewegt werden kann. Der Winkel des Wickelns der Faser kann durch Einstellen der Position des Zufuhrkopfs 37 und der Geschwindigkeit des Wagens 35 geändert werden. Gleichzeitig mit dem Wickeln der Faser F wird die Faser auf der Oberfläche der Walze durchnässt mit der Harzverbindung 12 durch die Düsenvorrichtung 11, in welcher die Komponenten des Polyurethanharzes eingebracht wurden und wo sie zusammengebracht wurden genau bevor sie aus der Düsenvorrichtung 11 heraustreten. Im selben Zusammenhang können Füllstoffe zu der Harzmischung zugegeben werden, zum Beispiel gemischt mit einigen Komponenten von Polyurethan. Die Harzmischung 12 kann durch den Auslassspalt, Spalten oder Löcher der Düsenvorrichtung 11 oder durch separate Düsen unter Schwerkraft abgelassen werden oder es kann ein Überdruck innerhalb der Düsenvorrichtung 11 sein, in welchem Fall die Harzmischung auf das Fasermaterial ausgestoßen/gesprüht wird. Die Düsenvorrichtung 11 kann so breit wie die Walze sein oder sie kann kürzer als die Walze sein, in welchem Fall die Düsenvorrichtung 11 in der axialen Richtung der Walze bewegt werden kann. Der Betrieb der Vorrichtung 11 wird bevorzugt mit der Bewegung des Zufuhrkopfes 37 synchronisiert. Die Düsenvorrichtung kann in der Nähe des Zufuhrkopfes 37 lokalisiert sein und das Fasermaterial F durchnässen kurz bevor das Fasermaterial in Kontakt mit der Oberfläche des Walzenkörpers gebracht wird oder zum selben Zeitpunkt wie das Fasermaterial in Kontakt mit der Oberfläche des Walzenkörpers kommt oder sofort nachdem die Faser in Kontakt mit der Oberfläche des Walzenkörpers kam.
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Ein Aspekt der Erfindung ist deshalb ein Verfahren für die Herstellung der Walzenbeschichtung, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst:
- – Das Urethanprepolymer und Härtungsagens und eventuelle Faser und/oder Füllstoffe werden zusammengemischt, um die Polyurethanmischung zu bewerkstelligen,
- – Faser wird auf die Oberfläche einer rotierenden Walze aufgebracht,
- – Die Faser wird durchnässt mit der Polyurethanmischung, um die Beschichtung zu bewerkstelligen,
- – Falls notwendig, wird die Beschichtung wärmebehandelt bei einer Temperatur von 80–140°C.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Faser auf die Walze in der Form von nicht-gewebtem Gewebe/Vlies bevorzugt als ein schmales Band durch Wickeln aufgebracht. Das Fasergewebe kann auf die Walze aufgebracht werden, während das Fasergewebe trocken ist und es kann durchnässt werden mit Polyurethan durch Düsen während es auf die Walze gewickelt wird. Das Fasergewebe kann auch separat entweder durch Düsen oder in einem Becken bevor es auf die Walze gewickelt wird, durchnässt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren für die Herstellung der Walzenbeschichtung, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst:
- – Urethanprepolymer, Härtungsagens und Faser und eventuelle Füllstoffe werden zusammengemischt, um eine Polyurethanmischung zu bewerkstelligen,
- – Die Polyurethanmischung wird als Bandguss auf die Oberfläche einer rotierenden Walze gegossen, um die Beschichtung zu bewerkstelligen,
- – Falls notwendig, wird die Beschichtung wärmebehandelt bei einer Temperatur von 80–140°C.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Faser in das Prepolymer oder Härtungsagens gemischt. Die Faser kann auch in die Beschichtung während des Gießstadiums eingebracht werden.
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Die folgenden Beispiele illustrieren die Erfindung, ohne jedoch die Erfindung zu limitieren.
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Beispiel 1
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Eine Walze mit Polyurethanbeschichtung wurde durch Wickeln einer nicht-gewebten Fasermatte, die aus rostfreiem Stahl gemacht ist, auf einen Metallzylinder mit einer Länge von 20 cm und einem Durchmesser von 20 cm und zum selben Zeitpunkt durch Durchnässen dieser mit langsam reagierendem PPDI-Urethan hergestellt. Die Dicke der Beschichtung war 19 mm. Das Polyurethan war aus PPDI-Prepolymer (Adiprene LFP590D, Hersteller Chemtura Corp.) und 1,4-Butandiol bei einem molaren Verhältnis von XH/NCO = 0,90 gemacht. Die Verfestigungszeit der Mischung war ungefähr 4 Minuten.
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Nach Wickeln wurde die Walze erwärmt mit einem Infraroterwärmer und schließlich gehärtet bei 130°C für 24 Stunden. Die Beschichtung ist nach dem Wickeln oder während dem finalen Härten nicht gerissen.
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Eine Referenzbeschichtung wurde wie oben beschrieben hergestellt aber ohne Faser mit demselben PPDI-Urethan gegossen als Gussformen um einen Metallzylinder mit einem Durchmesser von 20 cm über eine Dicke von 20 mm. Die Beschichtung riss während des Sprödigkeitsstadiums während die Beschichtung in dem Ofen im finalen Härten war.
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Das Beispiel zeigt, dass die Faser beides die Festigkeit von PPDI-Polyurethan während dieses frisch ist sodass es nicht reißt während des Sprödigkeitsstadiums in der Herstellung der Beschichtung und die Faser auch in die Lage versetzt die Herstellung der Walzenbeschichtung in einer einfachen Art und Weise unter Verwendung der Wickeltechnik zu verbessern.
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Beispiel 2
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Die Eigenschaften von 7 P&J PPDI-Polyurethan wurden mit verschiedenen Fasern und ohne Faser bestimmt. Die erhaltenen Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
| Faser | Tangens Delta bei 80°C | Abnutzung (mm3, DIN53516) | Reißfestigkeit (N/mm, ISO34-1) |
| keine Faser | 0,021 | 24 | 96 |
| Aramid | 0,022 | 33 | 146 |
| Kohlenstofffaser | 0,027 | 42 | 121 |
| rostfreier Stahl | 0,023 | 35 | 128 |
| Glasfaser | 0,019 | 57 | 164 |
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Die Resultate in der Tabelle zeigen, dass die Faser signifikant die Reißfestigkeit von Polyurethan und deshalb seine Belastungsausdauer/Lebensdauer erhöht, ohne essentiell die Abnutzung der Beschichtung oder den internen Wärmegenerierungswert in Deformation zu verändern.
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Für einen Fachmann mit gewöhnlichem Fachkönnen in dem Fachgebiet ist es offensichtlich, dass mit dem Fortschreiten der Technologie die Grundidee der Erfindung in vielen verschiedenen Art und Weisen implementiert werden kann.
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Die Erfindung und seine Ausführungsformen sind deshalb nicht beschränkt auf die oben beschriebenen Beispiele, sondern sie können innerhalb der angefügten Ansprüche variieren.
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Die Erfindung betrifft eine Walzenbeschichtung, welche Faser und Polyurethan, das aus aromatischem Isocyanat gemacht ist, umfasst und ein Verfahren für seine Herstellung. Die Walzenbeschichtung weist verbesserte Festigkeit während sie frisch ist während des Herstellungsstadiums auf, als ein Resultat von diesem kann die Beschichtung in einer einfachen, effizienten und nicht teuren Art und Weise hergestellt werden. Die Erfindung betrifft auch eine Walze für eine Faserbahnmaschine, wobei die Walze eine Beschichtung und ein Polymermaterial auf dem Walzenkörper umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- FI 8255 [0004]
- WO 2007/128596 A1 [0005]
- WO 2009/033874 A1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Standard ASTM D531 [0028]
- DIN53516 [0046]
- ISO34-1 [0046]
