DE2411712A1

DE2411712A1 - Fein-element fuer eine feinmuehle zum feinen von faserstoff-papierbrei

Info

Publication number: DE2411712A1
Application number: DE2411712A
Authority: DE
Inventors: John Berard Matthew
Original assignee: Beloit Corp
Current assignee: Beloit Corp
Priority date: 1973-03-12
Filing date: 1974-03-12
Publication date: 1974-09-19
Also published as: US3880368A; IN140480B; IT1007750B; AR203100A1; SE407950B; CA995943A; BR7401866D0; GB1456421A; FR2221576A1; JPS49117701A; FI60043B; ES424187A1; FR2221576B1

Description

Fein-Element für eine Feinmühle zum Feinen von Faserstoff-Papierbrei

Die Erfindung betrifft ein Fein-Element für eine Feinmühle zum Feinen von Faserstoff-Papierbrei (Pulpe). In einer derartigen Feinmühle werden die Fasern in einen gewünschten Zustand aufbereitet, bevor sie in die Papiermaschine gelangen. Als Fein-Elemente dienen innerhalb der Feinmühle Flügelblätter oder Scheiben, die mit dem Papierbrei in Berührung gelangen und die Fasern in den gewünschten Zustand überführen.

Das tragende Netzwerk, das eine Papierbahn bildet, umfasst im wesentlichen Zellulosefasern, die willkürlich verteilt und miteinander verbunden sind durch Bindungen zwischen Hydroxylgruppen, die gebildet werden, wenn der Papierbahn das Wasser entzogen wird. Die Festigkeitseigenschaften der gebildeten Bahn sind abhängig von dem Ausmaß der Verkettung und der Festigkeit der Fasern, die die Papierbahn bilden. Nach einem konventionellen Stoff-Aufbereitungsverfahren besteht der Papierstoff im wesentlichen aus Einzelfasern. Diese Fasern sind relativ schlanke, rohrförmige Bauelemente, aufgebaut aus einer Anzahl konzentrischer Lagen. Jede dieser Lagen (Lamellen genannt) besteht aus feineren Bauelementen (Faserungen genannt), die schraubenförmig gewunden und miteinander verkettet sind, um zylindrische Lamellen zu bilden. Die ihrerseits miteinander verketteten Lamellen bilden eine Zusammensetzung, die in Übereinstimmung mit den Gesetzen der Mechanik eine bestimmte Biege- und Drehfestigkeit hat.

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Darüberhinaus ist die Faser durch eine relativ harte Hülle (sogenannte Priinärwandung) eingekapselt. Diese Primärwandung wird häufig während des Aufbereitungsverfahrens teilweise entfernt. Die relative Steifheit der Paser, der relativ niedrige Flächeninhalt und die Anwesenheit der Primärwandung hemmen in gleicher Weise die Ausbildung der Verkettung und begrenzen somit die Festigkeit des aus diesen Fasern gebildeten Papiers.

Nach allgemeiner Auffassung ist es der Zweck einer Papierstoff-Feinmühle, die im wesentlichen ein Mahlwerk ist, die Primärwandung zu entfernen und die Bindungen zwischen den Faserungen (fibrils) der äussersten Lagen zu brechen, was zu einer "ausgefransten" Oberfläche und somit zu einer vielfachen Erhöhung des Flächeninhaltes der Faser führt. Der Ausdruck "Faserung" (fibrillation) wird allgemein gebraucht, um dies zu beschreiben.

Faserung allein ist jedoch nicht ausreichend, um kräftiges Papier herzustellen. Die Faser muss auch mehr biegsam gemacht werden, sodaß die Fasern sich während der Bahnbildung ineinander-und umeinander-fügen und große Bereiche innigen Kontaktes herstellen. Diese Erhöhung der Biegsamkeit wird durch eine rasche und häufige Biegung der Faser vollendet, bis die Bindungen zwischen den konzentrischen Lamellen aufgebrochen (aufgeblättert) werden_f was im Ergebnis gleichbedeutend ist mit der Entleimung eines Balkens.

Es ist die Aufgabe einer Papierstoff-Feinmühle, die Fasern in Übereinstimmung mit den erwähnten Anforderungen zu verändern, ohne die Länge und die Eigenfestigkeit dieser Fasern wesentlich herabzusetzen.

Verschiedene Bauarten von Feinmühlen sind in Gebrauch; sie können klassifiziert werden als Scheiben-Mahlwerke, Kegelaufschläger und Schlagwerke (Holländer). Beispiele solcher Feinmühlen und ihrer Fein-Elemente zeigen die US-PS 3 118 622, 3 32? 732, 3 326 480, 2.779 251, 3 305 I83 und 2 934 278.

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Es ist offensichtlich nicht möglich, die erforderliche Faser-Änderung in der wirtschaftlichen Praxis an jeder einzelnen Faser auszuführen. Tatsächlich handelt es sich innerhalb einer Feinmühle um eine rein willkürliche statistische Anwendung physikalischer Kräfte, die zu einer durchschnittlichen Gesamtwirkung beiträgt. Wenn die Fasern in einem wässrigen Schlamm die Feinmühle passieren, werden sie durch die Schlagkanten eines rotierenden Flügelblatt-Elementes und eines ortsfesten oder entgegengesetzt rotierenden Elementes bearbeitet. Ein Charakter! stikum solcher älterer Feinmühlen ist die Verwendung von Metall als Werkstoff für die Fein-Elemente. Das gebräuchlichste Material, Stahl, hat einen Elastizitätsmodul von etwa 2,1 χ 10 kp/cm . Das Material, aus dem die Papierbreifasern bestehen, hat jedoch einen Elastizitätsmodul im Bereich von etwa 0,056 χ bis 0,196 χ 10 kp/cm². Von daher ist die relative Empfindlichkeit der Fasern augenscheinlich.

Da die der Feinmühle zugeführte Energie dadurch gesteuert wird, daß die Flügelblatt-Elemente in enge Nähe gezwungen werden, und da Stahl-Elemente extrem steif im Vergleich zu den Fasern sind, karin nur eine durchschnittliche Intensität der aufgebrachten Kräfte gesteuert werden, und eine weite Streuung von Kraft-Intensität wird auf die Fasermengen angesetzt. In Feinmühlen ist die Intensität ein vergleichender Ausdruck, der sich auf die zum Betrieb der Mühle erforderliche Leistung bezieht, wobei die Geschwindigkeit und die die Blatt-Elemente zusammendrückende Kraft in Beziehung gesetzt werden mit dem relativen Prozentsatz an Fasern in einer Verteilungskurve, die gewissen Standards nachkommt, wie der Faserlänge. Das Ergebnis ist, daß, während einige Fasern mit genau der erforderlichen Intensität behandelt werden könnten, viele Fasern ungenügend behandelt werden, und viele andere mit einer so hohen Intensität behandelt werdep, daß die Fasern zerschnitten oder sonstwie beschädigt werden. Um sicherzustellen, daß keine Fasern weitgehend beschädigt werden, würde es notwendig sein, die durchschnittliche Intensität auf einen sehr niedrigen Wert herabzusetzen und den Papierbrei wiederholt "sanft" zu feinen, bis, statistisch gesprochen, alle Fasern die angemessene Behandlung erfahren haben. In der Praxis

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kann dies nur herbeigeführt werden, wenn niedrigeT)rucKniveaus zwischen den Fein-Elementen aufrechterhalten werden (viele Blätter pro Scheibe oder Feinmühle und relativ hohe Geschwindigkeit) und wenn der Papierbrei durch eine Anzahl von hintereinander ge schal te ten Feinmühlen hindurchgeleitet wird, oder mehrfach durch eine-, einzelne Feinmühle. Wenn überhaupt praktikabel, ist dies im Hinblick auf die der Feinmühle zugeführte unproduktive Energie ein kostspieliges Verfahren, zumal auch Nebenanlagen in Betracht zu ziehen sind (Pumpen, Rührbehälter usw.)·

Obwohl Stahldlemente eine lange Lebensdauer haben (für eine Scheiben-Feinmühle je nach Stahlsorte, irgendwo zwischen 4 und 11 Monaten) und die Stoffbreifasern so zufriedenstellend feinen, daß ein hochwertiges, verkaufsfähiges Papier hergestellt werden kann, werden diese Vorteile durch die ihnen eigentümliche Tendenz geschmälert, die Fasern in längsweise Segmente zu schneiden, die kürzer sind als die tatsächliche Faserlänge.

Es sind Versuche, gemacht worden, die Tendenz der Feinmühlen zum Zerschneiden der Fasern herabzusetzen, indem sogenannte Weichmetall-Elemente aus Bronze oder Aluminium eingesetzt wurden.

er ρ

Diese Werkstoffe haben Elastizitätsmoduli über 0,35 x 10 kp/cm und sind ebenso unwirksam hinsichtlich der Zielsetzung, das Zerschneiden der Fasern längsweise in Segmente kürzer als die tatsächliche Faserlänge zu vermeiden. Im Gegenteil: Flügelblätter aus diesen weichen Werkstoffen weisen die bestimmte Tendenz auf, beim Verschleiß sehr scharfe Kanten beizubehalten mit dem Ergebnis, daß das Zerschneiden der Fasern eher gefördert als herabgesetzt wird.

Auch sind Versuche gemacht worden, sehr weiche Werkstoffe wie Kautschuk oder Polyurethan-Elastomere zu verwenden. Diese Werkstoffe haben ^sich als unbrauchbar erwiesen, da ihr Elastizitätsmodul zu niedrig ist (0,07 χ 10^ bis 1,4 χ 10^ kp/cm ), um die erforderliche Oberflächen-Veränderung der Faser wirksam herbeizuführen. Darüberhinaus neigen hochharte Polyurethan-Elastomere zu innerem Wärmeaufbau, wie Hartgummi, und zum nachfolgenden Bruch, wenn sie über eine lange Zeitspanne zyklischen Deformation nen unterworfen werden.«

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In Lösung der Aufgabe, die vorerwähnten Schwierigkeiten hinsichtlich des Zerschneidens der Fasern in längsweise Segmente zu vermeiden,
wird gemäß der Erfindung ein Fein-Element vorgeschlagen, bei · dem zumindest die mit dem Papierbrei in Berührung gelangenden Oberflächen aus einem abriebfesten, hydrolytisch beständigen Werkstoff bestehen, dessen Elastizitätsmodul zwischen 0,007 x 10 und 0,l4 χ 3.0 kp/cm liegt und dessen Dauerstandstemperatur über der normalen Betriebstemperatur in der Feinmühle liegt. Es wurde gefunden, daß anstelle von harten, metallischen Fein-■ Elementen Kunststoffe, vorzugsweise thermoplastische Kunststoffe, hergestellt aus bestimmten Kunstharzen, in den geeigneten Bereich der Elastizitätsmoduli fallen und zugleich den Anforderungen an Festigkeit, Schlagwiderstand, Abriebfestigkeit und hydrolytischer Beständigkeit genügen, die in einer Feinmühle bei normalen Betriebstemperaturen erwartet werden können. Elemente aus derartigem Werkstoff fasern die Papierstoffasern aus und blättern sie auf, ohne zum Zerschneiden der Fasern längsweise in Segmente zu neigen. Diß Verwendung eines weicheren Werkstoffes erlaubt es dem Fein-Element, sich in etwa der auftreffenden Faser anzupassen, wodurch eine mehr gleichmässige Behandlungs-Intensität erzeugt wird, wie auch eine mehr gleichmässige Verteilung der Intensität der Bearbeitung der Fasermengen in der Feinmühle durch die vielen Flügelblätter in jedem Augenblick stattfindet.

überraschenderweise sind die Werkstoffe relativ weich, die einen Elastizitätsmodul zwischen 0,007 χ 10 und 0,14 χ 10 kp/cm² haben. Sie müssen auch eine genügende Abrieb- und. Dauerstandsfestigkeit bei den in der Feinmühle vorliegenden Betriebstemperaturen aufweisen.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Wirkungen gehen aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung hervor. Es zeigen:

Fig.l als Äusführungsbeispiel der Erfindung eine Ansicht eines scheibenförmigen Fein-Elementes für eine Scheiben-Feinmühle, an dem eine Vielzahl von einzelnen Blatt-r Elementen angeformt sind,

FIg*2a und 2b Kurven, die die Faserlängen eines mit einem Element aus Nickelstahl gefeinten Papierbreies vergleichen mit derjenigen eines Papierbreies, der mit

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einem Element aus Nylon gefeint wurdeVuna Fig.Ja bis Je Kurven, die entsprechend den Bedingungen von Fig.2a und 2b die hergestellten Papier-Eigenschaften vergleichen.

Unter Bezugnahme auf die Kurven nach Fig.2a,2b und Ja bis Je sind die Vorteile der Verwendung von Werkstoffen mit Elastizitätsmoduli, wie sie in den Bereich der beanspruchten Grenzen fallen, für Fein-Elemente augenscheinlich. In Fig.2a ist der Anteil des Papierbreies an langen Fasern, gemessen durch den kombinierten prozentualen Rückstand auf dem l4er und JOer Maschensieb eines Clark Klassifikators, beim Gebrauch von Nylon als Werkstoff für Fein-Elemente nicht deutlich verringert, selbst nach einem Feinen auf einen Mahlungsgrad des Canadischen Standards bis herab zu 250 ml nicht. In der gleichen Figur erscheint die Reduktion der Faserlänge bei Einsatz von Nickel-Hartstahl übermässig bei einem Hahlungsgrad des Canadischen Standarts von 450 ml. Daher erzeugt für erhöhte Intensität und Feinungszeit eine gegebene Menge an Papierbrei eine größere Anzahl langer, ungeschnittener Fasern mit Kunststoff-Fein-Elementen als bei solchen aus Stahl. Umgekehrt wird bei einem spezifizierten Mahlungsgrad eine größere Anzahl langer Fasern mit Kunststoff-Elementen erzeugt als mit Stahl-Elementen. Statistisch könnte dies ausgedrückt werden durch eine Streuungskurve (mit dem relativen Prozentsatz von Fasern gewisser Länge im Vergleich zur Gesamtzahl der Fasern als der einen Koordinate und der angewandten Intensität als der anderen Koordinate) als ein größeres Verhältnis der gesamten Faseranzahl zutreffend für einen spezifizierten Feinungsgrad bei einem gegebenen Niveau der Feiner-Intensität. Alle diese Parameter.und Tests sind in der Papierindustrie wohlbekannt. Weiterhin wurden alle Tests

durchgeführt/ zum Sammeln der Daten für die Kurven 2a,2b und Ja bis Je/mit

einer konstanten Brei-Konsistenz/und konstantem Durchsatz (Sj gpm) Der Mahlungsgrad nach dem canadischen Standard ist ein grober Gesamtzeiger der Brei-Qualität. Eine hohe Ziffer ist erwünscht, weil sie anzeigt, daß der Papierbrei "frei" ist, d.h. daß das Wasser schneller aus ihm entzogen wird.

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Je schneller das Wasser dem Papierbrei in der Papiermaschine entzogen wird, umso schneller kann das Papier hergestellt werden. Je höher jedoch der Mahlungsgrad ist, umso weniger ist der Stoff gefasert und aufgeblättert, .sodaß der beste Papierbrei für eine gegebene Maschinen-Geschwindigkeit derjenige ist, der eine geeignete Festigkeit bei dem höchsten Mahlungsgrad hat. Umgekehrt wird bei dem gleichen Mahlungsgrad eine bessere Faserqualität einen höheren Reißfaktor, eine höhere Bruchlänge und höhere Raumbedarfswerte haben.

Der Einfluss der Faserlänge auf die physikalischen Eigenschaften eines·Papiers, das aus mit Nickelstahl und Nylon gefertigten Fein-Elementen gefeintem Papierbrei hergestellt ist, zeigt nach Fig.3b bis ;Se die beträchtliche Verbesserung der Papier-Festigkeit, die möglich ist, wenn für das Fein-Element ein sich anpassender Werkstoff gewählt wird. Bei der Benutzung von Scheiben aus Nickelstahl wird die maximale Reiß- und Zugfestigkeit bei einem Mahlungsgrad nach dem Canadisehen Standard von etwa 500 ml erhalten. Verwendet man dagegen Nylonscheiben, erhöht sich das Maximum dieser Festigkeitswerte bei etwa JOO ml. Diese maximalen Werte beim Einsatz von Nylonscheiben sind etwa h0% höher als diejenigen von Nickelstahlscheiberi. Die Tatsache, daß höhere Festigkeitswerte bei niedrigerer Anzeige des Mahlungsgrades erhalten werden ist bezeichnend für den größeren Betrag an Faserbiläung und längeren Fasern, wenn mit Nylonscheiben gefeint wird.

Aufgrund des Bereiches der Elastizitätsmoduli, der zur Erreichung der gewünschten Intensität erforderlich ist (der den Prozentsatz an im gewünschten Grad gefaserten und aufgeblätterten Fasern bei- «influsst), ist die Wahl des Werkstoffes für die Fein-Elemente · wirklich im wesentlichen begrenzt auf Kunststoffe. Indem der Einsatz von Kunststoff unter derart extremen Betriebsbedingungen, wie sie in schnellaufenden Hochleistungs-Mahlwerken zu erwarten . ist, ganz unvertretbar zu sein scheint, machen besondere Eigenschaften bestimmter Kunststoffe unter normalen Betriebsbedingungen diese Mahlwerke tatsächlich doch mit Vorteil anwendbar.

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Der im Rahmen der Erfindung für Fein-Elemente zu benutzende Werkstoff muss zusätzlich zu dem geeigneten Elastizitätsmodul (Steifheit) gewisse physikalische Eigenschaften aufweisen, um ein metallisches Fein-Element in einer kommerziellen Anlage wirtschaftlich zu ersetzen. Die hauptsächlichsten Anforderungen sind l) hydrolytische Beständigkeit, 2) Abriebfestigkeit, 5) Dauerstandsfestigkeit bei in der Feinmühle bestehender Betriebstemperatur und 4) Hitzebeständigkeit (bezogen auf die Kriechgrenze). Im allgemeinen schließt der niedrige Wert der Abriebfestigkeit der meisten in der Hitze erhärtenden Kunststoffe deren Gebrauch aus und begrenzt die Anwendung auf einen thermoplastischen Kunststoff.

Das breite Spektrum der gestellten Anforderungen begrenzt weiterrhin die Auswahl der thermoplastischen Kunststoffe. So hat sich Polyethylen mit ultra-hohem Molekulargewicht, obwohl es eine ausserordentliche Abriebfestigkeit und hydrolytische Beständigkeit aufweist, in reiner Gefügeform als unbefriedigend erwiesen, und zwar aufgrund eines Mangels an Dauerstandsferstigkeit insbesondere bei Temperaturen über etwa 20⁰C (70⁰F). Hinzukommt, daß es wegen seines relativ niedrigen Elastizitätsmoduls von 0,0098 χ 10 kp/cm beim Feinen weniger wirksam ist als die härteren thermoplastischen Kunststoffe. In ähnlicher Weise hat sich modifiziertes Phenylenoxyd, im Handel unter dem Warennamen Noryl,. trotz seiner ausgezeichneten hydrolytischen Beständigkeit, Dauerständsfestigkeit und Hitzebeständigkeit als nicht annehmbar erwiesen, wenn es nicht wegen seiner schlechten Abriebfestigkeit mit anderen Materialien kombiniert oder chemisch verbunden wird. Viele thermoplastische Kunststoffe, wie z.B. modifiziertes Phenylenoxyd, können durch eine Behandlung mit|einer Fluorcarbon-Verbindung ausreichend abriebfest gemacht werden.

Andererseits, obwohl Nylon keine hervorstechenden Eigenschaften besitzt, so weist es doch in jeder Hinsicht genügend hohe Eigenschaften auf, um in fortgesetzem Gebrauch eine annehmbare Verbesserung zu erzielen. Als besonders geeignet haben sich die Nylontypen 610 und 612 erwiesen. Um eine genügende hydrolytische Beständigkeit nachzuweisen, wurde Nylontyp 612 als Werkstoff für Feih-Elemente bei den Versuchen eingesetzt, aus denen die Daten

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für die Figuren 2a,2b und 3a bis Je erhalten wurden. Wenigstens eine Nylontype, nämlich 6-6, ist hydrolytisch unstabil und daher für den vorgesehenen Zweck unbrauchbar.

Um die Dauerstandsfestigkeit und Hitzebeständigkeit zu verbessern, wurde... dem Kunstharz eine Glasfaserverstärkung hinzugefügt. Langzeitversuche haben gezeigt, daß die Lebensdauer von Nylonscheiben ungefähr dieselbe derjenigen von Nickelstahlscheiben, allerdings etwas geringer als diejenige von Mahlscheiben aus gewalztem Edelstahl, ist.

Andere Werkstoffe, die geeignete Eigenschaften aufweisen, sind die Azetal-Homopolymere, Polyarylsulfon, Polysulfon, Ployphensulfid und Polyethylen mit ultra-hohem Molekulargewicht. Einlagen aus Fasern, insbesondere Glasfasern, können jedem dieser Werkstoffe zugesetzt werden, um die Dauerstandsfestigkeit zu erhöhen (was besonders wirkungsvoll bei höheren Temperaturen ist), und sie können verbunden werden mit Fluorcarbonverbindungen, wie z.B. Teflon (Warenname), um die Reibung zu reduzieren und die Verschleißrate herabzusetzen (Anstieg der Abriebfestigkeit).

Für Anwendungs-Temperaturen weniger als etwa 32°C kann auch thermoplastisches Polyester oder glasfaserverstärktes Polypropylen verwandt werden.

Kunststoffe sind besonders wünschenswert, weil sie gewöhnlich leicht formbar sind und leicht extrudiert sowie bearbeitet werden können, sodaß die Herstellungskosten gesenkt werden. £o sind beispielsweise modifiziertes Phenylenoxyd, unter dem Warennamen Noryl im Handel, und der unter dem Warennamen Zytel bekannte Nylontyp erfolgreich zu scheibenförmigen Fein-Elementen geformt worden. Scheiben-Elemente können in EOrmen hergestellt, gegossen oder durch Bearbeigung hergestellt werden, wogegen Flügelblatt-Elemente (für Kegelaufschläger oder Schlagwerke) extrudiert und/ oder durch Bearbeitung hergestellt werden können.

Daher sind einige Kunststoffe,- im Gegensatz zu dem, was logisch begründet zu sein seheint - die besondere physikalische Eigenschaften haben, sehr wohl fähig, eine Verbesserung herbeizuführen, wenn sie zur Herstellung von Fein-Elementen benutzt werden. Jedoch ist, ebenso im Gegensatz zur Logik, die Eignung des Werkstoffes

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nicht eine Funktion allein seiner Härte oder Steifheit (wie sie gemessen werden durch Beinen Elastizitätsmodul). Sie ist eine Funktion einer Kombination dieser Parameter, die ihrerseits beeinflusst werden durch die Dauerstandsfestigkeit, die Hitzebeständigkeit und Abriebfestigkeit. Im Besonderen ist die Kriech-grenze des Werkstoffes kennzeichnend, und diese ist definiert als die maximale Zugspannung, die dem Werkstoff bei einer gegebenen Temperatur erteilt werden kann, ohne daß ein messbares Kriechen eintritt. Daher wird die Betriebstemperatur in der Feinmühle wichtig. Je nach dem Typ der Feinmühle (Scheiben-Mahlwerk, Kegelaufschläger oder Schlagwerk) und der angewandten Last liegt diese Temperatur innerhalb des Bereiches zwischen etwa 10°C und 100°C. Wenn die Temperatur, bei der Kriechen auftritt, innerhalb der Betriebstemperatur der Feinmühle liegt, kann der betreffende Werkstoff in diesem Typ einer Feinmühle oder unter der vorliegenden Intensität nicht arbeiten , obwohl er in einer anderen Bauart einer Feinmühle mit niedrigeren Betriebstemperaturen vollauf befriedigen würde.

Die beiliegenden Tafeln I bis III geben die Versuehsergebnisse wieder, die mit Mahlscheiben aus Zytel (Warenname) und Nickel-Hartstahl (Nickel-Legierung) erhalten wurde. Die graphischen Darstellungen in Fig.2a,2b und 3a bis 3e basieren auf den Daten dieser Tafeln.

Hergeleitet von diesen Versuchen, der Kenntnis der Betriebsbedingungen in Feinmühlen und früheren Erfahrungen wurde gefunden, daß Kunststoffe mit einem Elastizitätsmodul zwischen etwa 0,007 χ 10 und 0,14 χ 10 kp/cm , vorzugsweise zwischen 0,014 χ 10

fs P

und 0,084 χ 10 kp/cm mit einer Dauerεtandstemperatur (der maximalen Temperatur, bei der ein Kriechen nicht eintritt) über der Betriebstemperatur der Feinmühle einen ausgezeichneten Prozentsatz an richtig modifizierten einzelnen Fasern pro Einheit an gefeintem Papierbrei ergeben, wenn sie als Werkstoff für die Fein-rElemente einer Feinmühle eingesetzt werden. Keramische Stoffe, einschließlich Glas, Steingut, Beton, Ziegel und Holz, deren Elastizitätsmodul im Bereich zwischen 0,07 x lö und

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0,7 χ 10 kp/cm liegt,der sich leicht mit den oben angegebenen Werten für verwendtbare Werkstoffe überschneidet, arbeiten ent-

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- li -

weder nicht im entferntesten so gut oder überhaupt nicht. Keine Kautschukverbindungen noch gummiweiche Werkstoffe wie z.B. Polyurethan-Elastomere arbeiten für eine kommerziell vertretbare Zeitspanne zufriedenstellend, und keiner dieser Werkstoffe soll in die Kategorie der beanspruchten Werkstoffe fallen.

- In den vorstehenden Ausführungen werden relative Begriffe angeführt, wie z.B. "relativ niedriger Energieaufwand", "ungenügend behandelte Fasern", "wirtschaftlich ersetzen", "ausreichende Abriebfestigkeit¹¹ und "annehmbare Arbeitsleistung". Biese Ausdrücke werden benutzt, wo ein Zahlenwert entweder unzulänglich, unmöglich, mißverständlich, irreführend oder ohne Aussage wäre, oder alles davon. Grundsätzlich beziehen sich diese Ausdrücke auf den Qualitätsgrad von mit erfindungsgemäßen Fein-Elementen gefeinten Fasern im Vergleich zur Qualität von Fasern, die mit Stahl-Fein-Elementen gefeint wurden. Das Gleiche trifft zu auf Vergleiche zwischen physikalischen Charakteristiken und Betriebs-Wirtschaftliclikeit, wobei auch diese Ausdrücke die Werkstoffe gemäß der Erfindung mit den Stahl-Elementen in Beziehung setzen. Wenn daher die mit Fein-Elementen gemäß der Erfindung gefeinten Fasern und die Kosten für deren Einführung und Benutzung in Feinmühlen in der Papierindustrie wirtschaftlich 'wettbewerbsfähig sind, dann kann gesagt werden, daß die betreffende Kombination von physikalischen Eigenschaften es erlaubt, die Feinmühle "wirtschaftlich" zu betreiben, mit einer-"ausreichenden" Abriebsfestigkeit der Fein-Elemente, um eine "annehmbare Arbeitsleistung" zu erhalten. Es gibt daher keinen Zahlenwert, um in der Bemessung der Abriebfestigkeit zu definieren, was unter "genügend" zu verstehen ist.

In Fig.l ist eine Feinmahlscheibe 10 aus Kunststoff dargestellt, in die eine Vielzahl von Nuten 12 eingeschnitten sind, und zwar unter einem Winkel 14 mit der gedachten Linie, die sich radial von der mittigen Drehachse 16 aus erstreckt. Die Nuten 12 bilden eine Vielzahl von Flügelblättern 18, die den Papierstoff zerfasern und feinen, wenn er in einer Feinmühle radial nach aussen zwischen zwei derartiger Mahlscheiben hindurchgeführt wird, wie die US-PS 2 968 444, 3 II8 622 und 3 325 732 zeigen. Die Scheiben

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werden durch Kopfschrauben durch Bohrungen 20 hindurch in der Feinmühle befestigt.

Natürlich können die erfindungsgemäßen Werkstoffe für Fein-Elernente mit entsprechenden Ergebnissen auch benutzt werden, wenn aus ihnen Flügelblatt-Elemente für Kegelaufschläger oder Schlagwerke als Feinmühlen hergestellt oder diese zumindest mit dem Werkstoff beschichtet werden. Aus Gründen der Kostenersparnis bei der Herstellung und dem Ersatz werden daher nur die mit dem Papierstoff in Berührung gelangenden Teile der Feinscheiben aus Kunststoff hergestellt oder mit Kunststoff beschichtet. Ein festeres Material wie Stahl oder Gußeisen kann vorgesehen werden, um den Träger für eine Kunststoffscheibe oder eine Kunststoff-Beschichtung zu bilden.

-Patentansprüche-

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TABLE I

20" DD-3000 DISK FJSFIMER " SUPERIOR KRAFT^-(BLEACiIIID SOFTtTOOD - KRAFT)

1010 R?M MONO-FLO • NI HARD DISKS 3_f3,4 + 10°

OPERATING CONDITIONS

Trial	Raw	Cir	1	2	3	4	5
Pass		1	1	1	1	1	1
Consistency . %		4.0	4.0	4.0	4.0	4.0	4.0
' Through-Put GPM ·	- "	83 '	83 .	83	83	83	83
Through-Put BDT/D	-	20	20	20	20	20	20
Applied Gross Energy BHP Net	- -	78	.107 . 29	.117 39 ·	138 60	158 80	175 97*
Total Gross Energy Consumption Net BHPD/RDT		m c-	5.4 1.5	5.9 2.0	6.9 3.0	7.9 4.0	8.8 4.9

-"	TAPPI	PHYSICAL	TEST RESULTS	580	550 "	505	--	455
©,S.Freeness nil.	655	625	600	1.73	1.68	1.63	1.63
Bvilk cc/gm	1.83	1.78	1.76	46.0	52.3	55.9	50.9
Burst Factor	30.5	36.5	43.3	292	255	222	185
Tear Factor	325	335	315	5920	6780	7220	6970
Bkg. Length M.	4280	4800	5610	57.2	59.0	60.5	60.3
Basis Weight ?jW	56.9	57.0	57.0

CLAPvK CLASSIFICATION RESULTS

XFIBER RETAINED ON - KESK

U	- Mesh	%	45	.3	51.7	51.6	53.8	53.5 '	45.7	31.2
30	» Mesh	%	33	.2	29.8	29.1	26.8	26.4	30,6	37.1
50	·· Mesh	%	8	.7	8.1	8.3	8.1	8.6	10.6	13.8
ioo	- Mesh **■	%	3	.9 ·	4.2	4.2	4.1	4.4	5.9	8.5
Thru	100 » Mesh	%	8	.9	6.2	6.8	7.2	5.1	7.2	9.4

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TABLE II

20" DD-3000 DISK REFINER

SUPERIOR KRAFT (BLEACIiEP -SOFTWOOD KRAFT) "1010 RPM MOKO-FLO

NYLON DISKS 3,3,4 + 10'

	OPERATING CONDITIONS	*	-	Cir	1	2	* , 3	■ ■■
Trial	Raw	i	I	1	IiV- ^l	4
Pass	K	4.0	4.0	4.0	4.0	1
Consistency X		83	83	83	83	4.0
Through-Put GPM	^: ' -	' 20	20	20	20	83
* Through-Put BDT/P	mm	78	120 42	138 60	158 . 80	20
Applied Gross Energy BKP Net		6.0 2.1	6.9 3.0	. 7.9 4.0	178 100
Total Gross Energy .Cons uisp tion Net BHPD/EDT			8.9 5.0

	pi.	TAPPI	PHYSICAL TEST	RESULTS	575	550	525*
C.S.Freeness	- cc/gm	655		595	1.72	1.71	Ϊ.68
Bulk		1.83		1.78	50.2	54.7	57.4
Burst Factor		30.5		43.9	283	250	239
Tear Factor	M.	325		305	6320	6890	7300
Bkg. Length		4280		5685	60.2	59.6	58.6
Basis WeiRht	56.9		57.7
	630
1.82
37.9
330
4945
60.2

CLARK CLASSIFICATIOH RKSULTS

¹ X FIBER RETAINED Oil - J-IESH

14	- Hesh	X	45.3	58.3	56.6	55.5	56,6	56.1
30	·· Mesh ~~~"	%	33.2	26.3	26Λ	24.1	22.9	23.0
50	- Mesh	%	8.7	8.2	"8.2	7.8	7.8	7.7
100	- Mesh	X	3.9	4.0	4.0	3.9	3.9	4.0
Thru	100 --Mesh	X	8.9	3.2	4.8	8.7	8.8	9.2

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OR[QSNAL INSPECTED

TABLE III

20" DD-3000 DISK "RTSFItTER SUPERIOR KRAFT (BLEZvCiIED SOFTVJOOD KRAFT)

1010 RFH HOHO-FLO NYLON DISKS 3,3,4+10°

	Cir	OPERATING COKDITIOKS	2	3	4	5	7	8	•	9	10
Trial	1	1	1	1	1	1	2**	2**	2**	2**
fass	4.0	I	4.0	4.0	4.0	4.0	4.0	4.0	4.0	4.0
Consistency 7.	83	4.0	83	83	83	83	83	83	83	83
Through»Put ' GPM	20	83	'20	20	20	.20	20	20	20	20
Through-Put ' .- ' BDT/D	85	20	125 40	147 62	• 165 80	187 102	293 122	312 142	334 164	355 185*
Total Gross Applied Energy Net .BHP	■*	105 20	6.3 2.0 ft·	*7 Ά* 3.1	8.3 4.0	9.4 5.1	14.7 6.1	15.6 7.1	16.7 8.2	17.8 9.3
Total Gross Energy Consumption Net •BHPD/PDT	5.3 1.0

TAPPI PHYSICAL TEST RESULTS

C.S.Freeness ml.	610	590	585	555	510	480	390	340	300	270
Bulk . cc/gm	1.83	i.79	1.74	1.69	1.67	1.62	1.57	1.57	1.53	1.51
Burst Factor	38.0	39.1	47.2	53.9	62.2	63.5	74.0	79.1	81.0	79.0
Tear Factor	330	345	300	250	240	250	205	190	185	180
Bkp. Length M.	4700	4955	5555	6580	7425	7965	8695	9525	10270	L0200
Basis Weight fc/M	61.9	60,1	61.9	59.5	61.1	61.2	59.9	58.9	60 <8	61.5

CLAUK CLASSIFICATION RESULTS

* "	% FIBER RETAINED ON	53.9	56.4	60.5	- MESH	60.5	59.2	56.5	•	61.4
14 - Mesh %	53.5	26.8	24.3	22.9	59.9	21.2	21.2	19.8	61.8	20.7
30 - Mesh "- %	29.7	8.2	8.0	7.9	21.1	7.4	7.0	6.8	20.7	7.1
. 50 - Mesh . V.	8.4	3.7	3.7	3.9	7.0	3.7	3.9	3.2	7.1	1.9
100 - Mesh %	4.2	7.4	7.6	4.8	3.6	7.2	8.7	13.7	4.4	8.9
Thru 100 - Mesh 1	4.2	8,4			6.0

409838/0840

Claims

PATPmTANWAI-T DlPLrING. CO. 3OFCKF=R

6670 StINGBERT(SAAR), ENSHEIMERSTR.48

9. März 1974

B 68

Beloit Corporation
Beloit, Wisconsin, U.S.A.

Patentansprüche

Pein-Element für eine Feinmühle zum Feinen von Faserstoff-Papierbrei ,

dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die mit dem Papierbrei in Berührung gelangenden Oberflächen des Elements einen abriebfesten, hydrolytisch beständigen Werkstoff mit einem Elastizitätsmodul zwischen 0,007 χ 10 und 0,14 χ 10 kp/cm² umfassen, dessen Dauerstandstemperatur über der normalen Betriebstemperatur in der Feinmühle liegt.

2. Fein-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizitätsmodul zwischen 0,014 χ 10 und 0,084 χ 10

kp/cm liegt.

5. Fein-Element nach Anspruch l'oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff frei ist von Kautschuk, Polyurethan-Elastomeren, keramischen Stoffen, Holz und deren Verbindungen.

4. Fein-Element nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff ein Kunststoff in reiner Gefügeform ist.

5. Fein-Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff frei ist von in der Hitze erhärtenden Kunstharzen.

6. Fein-Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff ein thermoplastischer Kunststoff in reiner Gefügeform ist.

7. Fein-Element nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauerstandsfestigkeit des Werkstoffes durch Zusatz eines Fasermaterials erhöht ist. . OR.'G^L ir^!<wp~r

409838/0840 ~²~

(06894) 14396, Wohnung 7124 · Konten:Postscheckamt Essen 101328-438, Gebr.Röchling Bank St.lngberf 20.013.490

8* Fein-Element nach Anspruch 7* dadurch· gekennzeichnet, daß das Fasermaterial Glasfaser ist.

9· Fein-Element nach Anspruch 6 bis 8, dadurch.gekennzeichnet, daß der Werkstoff Nylon Typ 612 ist.

10. Fein-Element nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff Nylon Typ 610 ist.

11. Fein-Element nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff Polyethylen mit ultra-hohem Molekulargewicht ist.

12. Fein-Element nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff ein Acetal-Homopolymer umfasst.

15· Fein-Element nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff ein Polyarylsulfon umfasst.

14. Fein-Element nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff ein Polysulfon umfasst.

15. Fein-Element nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff ein Polyphenylensulfid umfasst.

16. Fein-Element nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff ein modifiziertes Phenylenoxyd umfasst.

17. Fein-Element nach Anspruch 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff zur Erhöhung seiner Abriebfestigkeit mit einer Fluorearbonverbindung behandelt ist.

18. Fein-Element nach Anspruch 1 bis 17> dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus einer Scheibe (lO) zur Verwendung in einer Scheiben-Feinmühle besteht.

19. Fein-Element nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus einem Flügelblatt zur Verwendung in einem Kegelaufschläger besteht.

20. Fein-Element nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus einem Flügelblatt zur Verwendung in einem Schlagwerk besteht.

40983870840

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