DE2103079A1

DE2103079A1 - Strong stretchable paper from mechanically - modified fibres

Info

Publication number: DE2103079A1
Application number: DE19712103079
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. χ 8053 Dresden Schmidt
Original assignee: VEB Papiermaschinenwerke Freiberg, χ 9200 Freiberg
Priority date: 1971-01-23
Filing date: 1971-01-23
Publication date: 1972-07-27

Abstract

The paper is produced by reducing the moisture content of a fibrous suspension, having 3% solids, to about 30% in a worm screw press, dispersing the suspension centrifugally against the inner surface of a frusto-conical divergent attrition drum using a high speed impeller so that the fibres are fibrillated as they are passed helically over the sharp pts. of the attrition layer formed corundum in a plastics matrix, and the fibres, which are subsequently axially compressed and exposed to a strong vibration, are treated again with the water expressed from the suspension to restore the original consistency of the suspension.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung festen, hochdehnfähigen Papieres Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines festen, hochdehnfähigen Papieres durch mechanische Modifizierung der dafür eingesetzten Faserstoffe.Method and device for producing strong, highly expandable Paper The invention relates to a method and an apparatus for production a solid, highly stretchable paper by mechanical modification of the for it used fibers.

Das Prinzip der bei der Papierherstellung meistgebräuchhohen Mahimaschinen besteht im wesentlichen darin, daß der Papierstoff durch einen zwischen einem feststehenden und einem umlaufenden Mahlorgan gebildeten Spalt kontinuierlich hindurchgeführt wird, wobei in den konventionellen Mahlmaschinen, z.B. Scheibenmühlen und Kegelmühlen, die Fasern im Scherspannungsfeld der einander begegnenden Mahlorgane im allgemeinen bei Stoffdichten von 3 bis 5 % atro behandelt werden. Die Beanspruchung der Fasern erfolgt bei diesen Mühlen durch Reibung, Druck und Biegung. Nicht beherrschen läßt sich dabei aber die Fibrillierphase, weil bei stärkerer Fibrillicrung der Fasern eine unerwünscht grdßere Kürzung derselben eintritt. Das führt dann bei der Papierherstellung zu einer dichten Einlagerung der Fasern im Papierblatt und im Zusammenhang mit der Faserquellung zur Ausbildung von vielen Haftstellen0 Zwar ergibt sich dadurch ein festes Giftige, das aber relativ starr und nicht dehnfähig ist. Ein solches Papier ist nicht in der lage, stoßartige Beanspruchungen, wie sie insbesondere bei Sack-, Bauutel- und anderen Hüllpapieren auftreten, in ausreichendem Maße aufzunehmen. Das Arbeitsaufnahmevermögen, gemessen als Zugzerreißarbeit und Durchreißwiderstand nach Unger, die beide in hohen Maße von der Dehnung beeinflußt werden, können durch die konventionellen Mahlverfahren nicht entsprechend entwickelt werden. Durch die Verwendung von Scheibenrefinern oder Entstippern bei gleichzeitiger Erhöhung der Stoffdichte beim Mahlen auf Uber 20 % atro lassen sich zwar gUnstigere Blatteigenschaften erzielen, weil der Mahlspalt vergrößert werden kann und der Anteil der Reibung zwischen den Fasern und zwischen Mahlgarnitur und Fasern auf Kosten des Anteils der Scherkräfte am Gesamteffekt vergrößert wird, doch bleibt das Scherprinzip und damit di. Nichtbeherrschung der Pibrillierphase erhalten.The principle of the most commonly used high mahi machines in papermaking consists essentially in the fact that the paper stock is through a fixed between a and a revolving grinding element gap formed continuously passed through where in conventional grinding machines, e.g. disk mills and cone mills, the fibers in the shear stress field of the grinding organs meeting each other in general be treated at consistencies of 3 to 5% dry weight. The stress on the fibers occurs in these mills through friction, pressure and bending. Can not be controlled however, the fibrillation phase changes because the fibers become more fibrillated an undesirably greater reduction of the same occurs. Leading then in papermaking to a dense storage of the fibers in the paper sheet and in connection with the fiber swelling to the formation of many traps0 Although this results in a solid poisonous substance, it is relatively rigid and not flexible is. Such a paper is not able to withstand shock loads like them occur in particular with sack, construction bag and other wrapping papers, in sufficient quantities To record dimensions. The work absorption capacity, measured as tensile work and Unger tear resistance, both of which are influenced to a large extent by elongation cannot be developed appropriately using conventional milling processes will. By using disc refiners or deflakers at the same time Increasing the consistency of the pulp when grinding to over 20% dry can be cheaper Achieve blade properties because the grinding gap can be increased and the proportion the friction between the fibers and between the grinding set and fibers at the expense the share of the shear forces in the overall effect is increased, but the shear principle remains and thus di. Failure to master the pibrillation phase obtained.

Um die Fasern schonender zu behandeln, wurde eine Zerfaserungsmaschine zum Aufschluß von Faserstoffen nach Art einer Kammühle bekannt, bei welcher die Faserstoffaufschwemmung von einem umlaufenden Schlagsystem gegen einen ebenfalls umlaufenden Hülsenkörper geschleudert wird, der zum Teil durchlöchert, zum anderen Teil auf der Innenseite mit Reibflächen versehen ist. An den Reibfiächen sollen sich die Fasern reiben, während den Löchern im Hülsenkörper die Aufgabe zufällt, die Faserstoffsuspension einer Grobsortierung zu unterwerfen. Dieser Kammühle ist ein weiteres Mahlsystem vorgeschaltet, bei dem der Stoff durch Walzen bzw. Stäbe gegen die Innenwandung der Gehäusetrommel geworfen und zwischen Innenwandung und den Walzen gequetscht wird. Da sich an den Reibflächen der Kammühle mehr oder weniger schnell ein Faserpolster ausbildet, ist der durch Ausnutzung der Fliehkraft angestrebte Mahl- und Fibrilliereffekt in Frage gestellt. Diese Kammühle vermochte sich deshalb in der Praxis nicht durchzusetzen.In order to treat the fibers more gently, a fiberizing machine was used known for the digestion of fibrous materials in the manner of a comb mill, in which the Fiber suspension from a revolving whipping system against you as well circumferential sleeve body is thrown, which is partially perforated, on the other hand Part is provided with friction surfaces on the inside. On the friction surfaces the fibers rub while the holes in the tube body do the job, to subject the pulp suspension to a coarse sorting. This comb mill is Another grinding system is connected upstream, in which the material is rolled respectively. Rods thrown against the inner wall of the housing drum and between the inner wall and squeezing the rollers. Since there are more or a fiber cushion is formed less quickly, is that by utilizing the centrifugal force desired grinding and fibrillation effect called into question. This comb mill could therefore not enforce in practice.

Papiere, die ohne zusätzliche Kreppung dehnbar sind und sich zur Herstellung von Säcken und Beuteln und zur Verwendung als HUilpapiere eignen, sind ansich bekannt. Sie entstehen in der Regel durch Stauchen der noch feuchten Papierbahn in verschiedenen Richtungen, zumeist schon in der Papiermaschine, nit Hilfe besonderer Verfahren und Vorrichtungen.Papers that can be stretched without additional creping and are suitable for manufacture of sacks and bags and suitable for use as wrapping papers are known per se. They are usually caused by compressing the still moist paper web in different ways Directions, mostly already in the paper machine, with the help of special processes and fixtures.

Es ist nun Zweck der erfindung, ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Herstellung hochdehnfähi£en Papieres zu schaffen, welches ohne zusätzliche Behandlung in allen Richtungen dehnbar und trotzdem fest ist.It is now the purpose of the invention, a method and a device for the production of highly stretchable paper, which without additional treatment is stretchable in all directions and still strong.

Als Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, ein hohes Schrumpfungspotential in den Fasern zu entwickeln das nach Trocknung die Dehnung und das Arbeitsaufnahmevermögen des Papieres verbcsoert. Gleichzeitig sollen ohne Benutzung eines Mahlspaltes die Fasern bei hohem Fibrilliereffekt auf der Grundlage des Zusammenwirkens von Zentrifugal- und Reibkräften nicht gekiirzt werden.The object of the invention is to achieve a high shrinkage potential to develop in the fibers after drying, the elongation and the work absorption capacity of the paper. At the same time, without using a grinding gap, the Fibers with a high fibrillation effect based on the interaction of centrifugal and frictional forces are not reduced.

Die Iosung der Aufgabe gelang erfindungsgemäß dadurch, daß zur Herstellung des festen und dehnbaren Papieres eine Faserstoffsuspension von ca. 3 s Stoffdichte in einer Schnekkenpresse auf etwa 30 % Trockengehalt gebracht, durch ein hochtouriges Flügelrad auf dessen Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt und gegen einen das FlUgoelrad angebenden feststehenden konischen Reibbelag geschleudert wird. Die Fasern gleiten dabei mit hoher Geschwindigkeit in Schraubenlinie Uber den Reibbelag hinweg und werden durch die Unebenheiten und Spitzen desselben bei der zur Bildung von Fibrillen bzw. FibrillenbUndeln erforderlichen spanabhebenden Wirkung axial komprimiert und einer starken Schwingbewegung unterworfen. Danach werden die Fasern gegebenenfalls durch Zugabe von ausgepreßtem Wasser wieder zu einer Suspension von 3 % Stoffdichte verdünnt.The object was achieved according to the invention in that for production of the firm and stretchable paper, a fiber suspension of approx. 3 s consistency Brought to a dry content of around 30% in a screw press by a high-speed one Impeller accelerated to its peripheral speed and against a stationary conical friction lining indicating the FlUgoelrad is thrown. The fibers slide over the friction lining at high speed in a helical line away and become through the unevenness and peaks of the same in the formation Axial cutting action required by fibrils or fibril bundles compressed and subjected to a strong oscillating movement. After that the fibers optionally by adding squeezed out water again to a suspension of 3% consistency diluted.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durch£Ehrung des Verfahrens ist in einem konisch sich stark verjüngenden Gehäuse waagerecht eine anSetriebene und wnmantelte Preßschnecke konzentrisch angeordnet Am verjUngten Ende des Gehäuses befinaet sich ein separat angetriebenes Flügelrad. Der konische Teil des Gehäuses weist einen feststehenden Reibbelag auf. Er besteht vorzugsweise aus einem in Kunststoff eingebetteten Korund. Unter den Mantel der Preßschnecke ist ein Auffangblech fUr das ausgepreßte Wasser der Faserstoffeuspension angeordnet,welches so lang ist, daß das Wasser kurz vor dem Stoffaustrittsstutzen des Gehäuses auf die behandelten Fasern auftrifft. Im Bereich des Auffangbleches ist der Mantel der Ereßschnecke durchlöchert.In the device according to the invention for honoring the process is a horizontally driven one in a conical, strongly tapering housing and jacketed screw press arranged concentrically at the tapered end of the housing there is a separately driven impeller. The conical part of the case has a fixed friction lining. It is preferably made of a plastic embedded corundum. Under the jacket of the press screw is a collecting plate for the squeezed water of the fiber suspension arranged, which is so long, that the water just before the substance outlet nozzle of the housing on the treated Fibers. In the area of the collecting plate is the mantle of the erectile snail perforated.

Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß durch eine neuartige Modifizierung der Fasern deren native Länge bei gleichzeitiger innerlicher und äußerlicher Fibrillierung weitestgehend erhalten bleibt. Da sich hierbei auch die Fasern kräuseln und diese bei ihrer Trocknung stark schrumpfen, lassen sich in den aus ihnen hergestellten Papieren hohe dynamische Festigkeitseigenschaften erreichen.The advantages of the invention can be seen in the fact that by a novel Modification of the fibers their native length with simultaneous internal and external Fibrillation is largely preserved. Because the fibers also curl in this process and these shrink considerably when they dry, can be converted into those made from them Papers achieve high dynamic strength properties.

Sie sind deshalb zur Herstellung fester, hocbdehnfähiger Papiere bestens geeignet. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung lassen sich als weiterer Vorteil aber auch zur Behandlung von minderwertigen Faserstoffen, wie Kurzfaserzellstoffen, Altpapierstoffen, selbst auch von alkalisch aufgeschlossenem Hackmehl verwenden0 Die daraus hergestellten Papiere zeichnen sich infolge Beibehaltung der Faserlänge durch erhöhte Festigkeit aus. Die durch die Erfindung erreichbaren höheren Papierqualitäten fUhren zur Einsparung von Faserstoffen. Da außerdem die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Mahlspalt arbeitet, läßt sich auch der Bau der Mahlgeräte vereinfachen, so daß, zasammengefaßt, durch die Erfindung wesentliche technisch-ökonomische Vorteile eintreten.They are therefore ideal for producing strong, highly stretchable papers suitable. The method according to the invention and the device can be used as a further Advantage but also for the treatment of inferior fiber materials, such as short fiber pulps, Use waste paper materials, including mince meal that has been digested in alkaline solutions0 The papers produced from it are distinguished by maintaining the fiber length characterized by increased strength. The higher paper qualities that can be achieved by the invention lead to the saving of fibers. In addition, since the device according to the invention works without a grinding gap, the construction of the grinding devices can also be simplified, see above that, in summary, significant technical and economic advantages through the invention enter.

Die Erfindung wird in der zugehörigen Zeichnung an einem Ausfuhrungsbeispiel näher erläutert.The invention is illustrated in the accompanying drawing using an exemplary embodiment explained in more detail.

Dargestellt ist in Fig. 1: eine Seitenansicht der erfindungsg.niäßen Vorrichtung ii Schnitt; Fig. 2: eine Darstellung der Schwingbewegung der Fasern stark vergrößert Fig. 3: eine Darstellung der spanabhebenden Wirkung der Steinkornspitzen stark vergrößert.Is shown in Fig. 1: a side view of the erfindungsg.niässer Device ii section; Fig. 2: an illustration of the oscillating movement of the fibers greatly enlarged Fig. 3: an illustration of the cutting effect of stone grain tips greatly enlarged.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist ein Gehäuse 1 auf einer Seite 2 konisch stark verjüngt und mit einem Reibbelag 3 versehen. In dem Gehäuse 1 befindet sich eine konzentrisch gelagerte und von einem Mantel 4 umgebene Preßschnecke 5, die Uber ein Getriebe 6 von einem Motor 7 angetrieben ist.As can be seen from FIG. 1, a housing 1 is conical on one side 2 strongly tapered and provided with a friction lining 3. In the housing 1 is located a concentrically mounted and surrounded by a jacket 4 press screw 5, the Is driven by a motor 7 via a transmission 6.

Der Mantel 4 besitzt einen Stoffeintrittsstutzen 8 und ein Auffangblech 9 für das von der Preßsohnecke 5 ausgepreßte und durch die Löcher lo des Mantels 4 austretende Wasser.The jacket 4 has a substance inlet nozzle 8 and a collecting plate 9 for the squeezed out of the 5 press son corner and through the holes lo of the jacket 4 escaping water.

Das Auffangblech 9 ist so lang, daß das ausgepreßte Wasser kurz vor einet Stoffaustrittsstutzen 11 auf die behandelten Fasern auftrifft und sich mit denselben wieder vereinigt. Die besten Erfolge wurden erzielt, wenn eine Faserstoffsuspension, die beispieleise in einem Hydropulper gebildet wurde, mit 3 % Stoffdichte in die erBindungsgemäße Zentrifugalreibmtihle eintritt durch die Preßschnecke auf 3o so Trockengehalt ausgepreßt und durch das ausgepreßt. Stoffwasser so verdUnnt wird, daß die Suspension die Mühle durch den Stoffaustrittsstutzen 11 wieder mit 3 % Stoffdichte verläßt. Es ist also die Eintrittsstoffdichte gleich der ustrittsstoffdichte.The collecting plate 9 is so long that the squeezed out water just before a fabric outlet nozzle 11 impinges on the treated fibers and with the same reunited. The best results have been achieved when a pulp suspension, the example was formed in a hydropulper, with 3% consistency in the The centrifugal friction part according to the invention enters through the press screw at 3o Dry content squeezed out and squeezed through the. Pulp water is so diluted that the suspension the mill through the material outlet nozzle 11 again with 3% consistency leaves. So the inlet density is the same as the outlet density.

Am Ende der Preßschnecke 5 ist ein hochtouriges Flugelrad 12 angeordnet, welches über eine Welle 13 und Riementrieb 14 von einem Motor 15 angetrieben ist. Die Fasern werden von dem FlUgelrad 12 gegen den Reibbelag 3, der aus Korund mit Kunststoffbindung besteht, geschleudert, an dem sie durch die Zentrifugalkraft in einer dünnen schicht gleichmäßig angepreßt werden. Da der Reibbelag 3 die Form eines am großen Durchmesser offenen Kegelstumpfes hat, wird Je eine Komponente der Zentrifugalkraft senkrecht und tangential zum Reibbelag 3 wirksam. Damit wird einmal die Intensität der Mahlbehandlung und zum anderen der Stofftransport in axialer Richtung bestimmt Der Faserstoff bewegt sich dadurch auf einer Schraubenlinie mit zunehmendem Durchmesser Uber den Reibbelag 3 dem Stoffaustrittsstutzen 11 zu. Er wird dabei durch die Unebenheiten und Steinkornapitzen 16 gemahlen.At the end of the screw 5 a high-speed flywheel 12 is arranged, which is driven by a motor 15 via a shaft 13 and belt drive 14. The fibers are of the impeller 12 against the friction lining 3, which is made of corundum with There is a plastic bond, thrown at which it is pulled into by the centrifugal force evenly pressed into a thin layer. Since the friction lining 3 has the shape of a at the large diameter of the open truncated cone, each becomes a component of the centrifugal force effective perpendicular and tangential to the friction lining 3. That’s once the intensity the grinding treatment and, on the other hand, the material transport in the axial direction As a result, the fiber material moves on a helical line with an increasing diameter About the friction lining 3 to the substance outlet nozzle 11. He is doing this through the bumps and stone grain points 16 ground.

Infolge der Zentrifugalkraft schmiegen sich die Fasern 17 den Unebenheiten des Reibbelages 3 an und führen starte Schwingbewegungen aus, wie in Fig. 2 gezeigt ist und wie sie ähnlich bei einer Ultraschallbehandlung auftreten können. Amplitude und Frequnez sind dabei von der Beschaffenheit des Reibbelages 3 und der Geschwindigkeit der Stoffbewegung abhängig.As a result of the centrifugal force, the fibers 17 nestle against the bumps of the friction lining 3 and start oscillating movements, as shown in FIG and how they similarly occur with ultrasound treatment can. The amplitude and frequency depend on the nature of the friction lining 3 and the Dependent on the speed of the movement of the material.

Die Wirkung der Steinkornspitzen 16 auf die Fasern 17 ist, dargestellt in Fig. 3, einem spanabhebenden Vorgang vergleichbar. Die Fasern 17 werden dabei axial komprimiert, wodurch zusammen mit der Schwingbewegung gemäß Fig. 2, ein Kräuseln der Fasern 17 zustande kommt. Durch den Kegelwinkel des Reibbelages 3, die Drehzahl des FlRgelrades 12, die Eigenschaften des Reibbelages 3 und die Durchsatznengc kann die Mahlcharakteristik der Zentrifugalreibmühle den unterschiedlichen Anforderungen, die verschiedene Faserstoffe stellen, angepaßt werden. Entsprechend der Erfordernisse kann unter Umständen das Flllgelrad auswechselbar gestaltet werden.The effect of the stone grain tips 16 on the fibers 17 is shown in Fig. 3, comparable to a machining process. The fibers 17 are thereby axially compressed, whereby together with the oscillating movement according to FIG. 2, a ripple the fibers 17 comes about. Through the cone angle of the friction lining 3, the speed of the impeller 12, the properties of the friction lining 3 and the throughput nominal the grinding characteristics of the centrifugal grinder meet the different requirements, the different fibrous materials are adjusted. According to the requirements the impeller wheel can be designed to be interchangeable under certain circumstances.

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of a strong, highly stretchable paper, which consists of mechanically modified fibers, characterized in that one Pulp suspension of approx.% Consistency in a screw press to about 30 % Dry content brought by a high-speed impeller on its peripheral speed accelerated and against a stationary conical friction lining surrounding the impeller is spun, and that the fibers are helical at high speed sliding over the friction lining, through the bumps and peaks of the same in the machining process required for the formation of fibrils or bundles of pibrils Effect axially compressed, subjected to a strong oscillating movement and then optionally by adding pressed water again to a suspension of the original consistency can be diluted.

2. Device for performing the method according to claim 1 thereby characterized in that in a conically strongly tapered housing (1) horizontally a driven and jacketed screw press (5) is arranged concentrically on tapered end of the housing (1) is a separately driven impeller (12) and the conical part (2) of the housing (1) has a stationary friction lining (3),

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the friction lining (3) is preferably consists of corundum in a plastic bond.

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that below the perforated jacket (4) of the press screw (5) a collecting plate (9) for the squeezed water arranged and this is so long that the water shortly before the material outlet nozzle (11) the housing (1) on the treated fibers hits.

L e r s e i t e