DE4137970A1 - Doctor blades, esp. for high-speed paper coating - made of polyamide 6 or 66 reinforced with fibre of higher thermal conductivity, esp. carbon@ fibre - Google Patents

Doctor blades, esp. for high-speed paper coating - made of polyamide 6 or 66 reinforced with fibre of higher thermal conductivity, esp. carbon@ fibre

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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02Fibres or whiskers
    • C08K7/04Fibres or whiskers inorganic

Abstract

Use of fibre-reinforced plastic (I) is claimed for rod- or blade-shaped spreaders (II) for applying, metering and levelling aq., pigmented coating materials on sheet-like substrate materials, e.g. paper, cardboard or foil, in high-speed coating machines. (I) consists of 60-90 wt.% polyamide 6 or 66 (III) and 10-40 wt.% reinforcing fibre (IV) with thermal conductivity higher than (III). Pref. (I) has elastic modulus, 11,000-16,000 MPa; coefft. of sliding friction, 0.16-0.20: thermal conductivity, 0.6-0.9 W/K/m. (IV) is metal, carbon, graphite, SiC and/or AlN fibre, embedded in (III) as individual fibres or as knitted or woven fabric, lay-up or mat. USE/ADVANTAGE - (I) are useful esp. as coating bars and doctor blades for coating paper with aq. dispersions of pigments and binders etc., in high-speed coating machines. W.r.t. prior-art plastic blades etc., (I) are subject to less abrasive wear and have higher thermal conductivity i.e. longer service life with less overheating.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffes für ein stab- oder blattförmiges Rakel zum Auftragen, Dosieren und Egalisieren von wäßrigen Beschichtungsmassen auf blattförmige Materialien, wie Papier, Karton oder Folie in schnellaufenden Beschichtungsmaschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung Rakelstäbe und Rakelmesser zum Beschichten von Papier mit wäßrigen Dispersionen aus Pigmenten, Bindemitteln und Streichereihilfsmitteln in den sogenannten Streichmaschinen der Papierindustrie.The invention relates to the use of a fiber-reinforced plastic for a rod or blade-shaped squeegee for application, dosing and Leveling of aqueous coating compositions sheet materials, such as paper, cardboard or Film in high-speed coating machines. In particular, the invention relates to doctor blades and Doctor knife for coating paper with aqueous Dispersions of pigments, binders and Coating tools in the so-called Coating machines of the paper industry.

Rakel aus Kunststoff, insbesondere Rakelmesser aus Polyamid zum Beschichten sind aus der DE-A-15 77 669 und DE-A-20 12 828 bekannt. Der Auftrag von wäßrigen, pigmenthaltigen Streichfarben wird in diesen Druckschriften jedoch nicht angegeben.Doctor blade made of plastic, in particular doctor blade knife Polyamide for coating are from DE-A-15 77 669 and DE-A-20 12 828. The application of watery, pigmented coating colors are used in these However, publications are not specified.

Die EP-A-01 98 622 beschreibt ein Streichaggregat zum Auftragen wäßriger, pigmenthaltiger Streichmassen, bei dem ein Vordosierschaber angeordnet ist, der vorzugsweise aus polyetrafluorethylen, Polyvinylchlorid oder natürlichem oder synthetischem Gummi besteht.EP-A-01 98 622 describes a coating unit for Apply aqueous, pigmented coating slips, at which is arranged a pre-metering scraper  preferably made of polyetrafluoroethylene, Polyvinyl chloride or natural or synthetic Rubber is made.

Faserverstärkte Kunststoffe sind ebenfalls bekannt. Die DE-A-38 38 153 beschreibt z. B. einen derartigen Werkstoff, bei dem Fasern aus Kohlenstoff, SiC oder Whisker in eine Matrix aus einem Hochtemperaturthermoplast eingebettet sind.Fiber reinforced plastics are also known. DE-A-38 38 153 describes e.g. B. such Material in which fibers made of carbon, SiC or Whiskers in a matrix of one High temperature thermoplastic are embedded.

Die EP-A-02 07 792 beschreibt ebenfalls einen durch Fasern verstärkten Kunststoffverbundwerkstoff.EP-A-02 07 792 also describes a through Fiber reinforced plastic composite.

Das Beschichten von Papier und Karton mit wäßrigen pigmentierten Streichmassen erfolgte bisher hauptsächlich mit Rakelmessern oder Rakelstäben aus Spezialstahl. Es hat sich nunmehr gezeigt, daß bei den modernen Streichmaschinen bei Arbeitsgeschwindigkeiten von 1000 bis 1400 m/min. die Rakelmesser und Rakelstäbe einem unverhältnismäßig hohen Verschleiß unterliegen. Werden sie nicht rechtzeitig ausgetauscht, wird die Beschichtung ungleichmäßig und das produzierte, gestrichene Papier ist Ausschuß.The coating of paper and cardboard with aqueous pigmented coating slips have so far been used mainly with doctor blades or doctor rods Special steel. It has now been shown that the modern coating machines at working speeds from 1000 to 1400 m / min. the doctor blades and Doctor rods a disproportionately high wear subject to. They won't be in time replaced, the coating becomes uneven and the coated paper produced is rejected.

Dieser Fehler tritt besonders störend bei den sogenannten On-line-Streichmaschinen auf, bei denen das Streichaggregat innerhalb der Papiermaschine angeordnet ist. Bei einer produktionsgeschwindigkeit von 1000 bis 1200 m/min. wird alle 60 min. ein Wechsel des Rakels erforderlich, wobei während des Rakel- oder Messerwechsels unbeschichtetes Streichrohpapier weiterproduziert wird. Dieses wird ebenfalls zu Ausschuß erklärt. This error is particularly disturbing to the so-called on-line coating machines on which the coating unit inside the paper machine is arranged. At a production speed from 1000 to 1200 m / min. is every 60 min. a Doctor blade change required, during the Squeegee or knife change uncoated Coating base paper is continued to be produced. This will also declared a committee.  

Versuche zur Abhilfe des Messerverschleißes wurden mit Kunststoff-, Keramik-, Chrom- und Karbid-beschichteten Rakelmessern durchgeführt. Diese befriedigten jedoch noch nicht.Attempts to remedy the wear of the knives have been included Plastic, ceramic, chrome and carbide coated Doctor blades carried out. However, these satisfied not yet.

Gemäß dem Vorschlag der DE-A-15 77 669 und DE-A-20 12 828 wurden auch Versuche mit einem Rakelmesser aus Polyamid durchgeführt. Während sich bei einer Produktionsgeschwindigkeit von 600 m/min. eine gegenüber Stahl wesentlich verbesserte Standzeit ergab, zeigte sich überraschenderweise bei der geforderten Produktionsgeschwindigkeit von 1200 m/min., daß das Rakelmesser an der Berührungsstelle mit der Papierbahn durch Reibungswärme anschmolz, wodurch eine undefinierte Auflagefläche mit daraus folgendem, ungleichmäßigem Streichmassenauftrag resultierte.According to the proposal of DE-A-15 77 669 and DE-A-20 12 828 experiments with a doctor knife were also made Polyamide. While one Production speed of 600 m / min. a Service life significantly improved compared to steel was surprisingly found in the required production speed of 1200 m / min. that the doctor blade at the point of contact melted with the paper web by frictional heat, creating an undefined contact surface with it following, uneven coating slip application resulted.

Der Temperaturprozeß im Rakelmesser stellt sich dabei wie folgt dar:The temperature process in the doctor blade arises is as follows:

Beim Streichen von Papier oder Karton fließt der überflüssige Strich an der Rakel-Schneide ab. Durch die an der Rakel-8chneide entstehende Reibung wird das Rakel erhitzt. Es muß also so beschaffen sein, daß es auch bei maximaler Streichgeschwindigkeit nicht schmilzt.When painting paper or cardboard the flows superfluous line on the knife edge. By the friction at the knife edge becomes that Squeegee heated. So it must be such that it not even at maximum coating speed melts.

Der Erhitzung des Rakels durch Reibung wirken zwei Kühlungsmechanismen entgegen. Zum einen führt das auf der Streichseite des Rakels vorbeigleitende, gestrichene Gebilde Wärme ab, zum anderen ist das Rakel in einer Halterung aus Stahl befestigt, durch die ebenfalls Wärme abgeleitet wird.The heating of the squeegee by friction has two effects Cooling mechanisms counter. For one thing, it lists gliding past the streak side of the squeegee, painted structures remove heat, on the other hand it is Squeegee fastened in a holder made of steel  which also dissipates heat.

Die an der Rakel-Schneide entstehende Reibungswärme wandert also teilweise durch das Rakel hindurch in die Halterung und in das gestrichene Gebilde. In welchem Grade diese Wanderung stattfindet, hängt von der Wärmeleitfähigkeit des Materiales ab, aus dem das Rakel besteht.The frictional heat generated at the knife edge thus partially migrates through the squeegee into the Bracket and in the painted structure. In which Precisely this hike takes place depends on the Thermal conductivity of the material from which the Squeegee exists.

Bei einem dicken Rakel muß die Wärme von der Ablaufseite der Rakel-Schneide her einen langen Weg durch das Rakel hindurch zurücklegen, bis sie abgeführt wird. Bei einem dünneren Rakel ist dieser Weg kürzer, so daß die Wärmeableitung stärker ist.With a thick squeegee, the heat from the Drain side of the squeegee cutting a long way back through the squeegee until it is dissipated. With a thinner doctor blade this is Path shorter so that heat dissipation is stronger.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Werkstoff für die Verwendung als stab- oder blattförmiges Rakel zur Verfügung zu stellen, der einen verminderten Reibverschleiß, verbunden mit einer verbesserten Wärmeleitfähigkeit, aufweist.The object of the present invention is a Material for use as a rod or to provide blade-shaped squeegee that reduced friction wear combined with a improved thermal conductivity.

Die Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Die darauf zurückbezogenen Unteransprüche stellen weitere Verbesserungen der erfinderischen Lösung dar.The task is performed by the characteristic part of the Claim 1 solved. The related Subclaims represent further improvements in inventive solution.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß durch die Zumischung von 10 bis 40 Gew.% Verstärkungsfasern zu einem Thermoplast aus 90 bis 60 Gew.% Polyamid 6 oder Polyamid 66 die an der Rakelspitze durch Gleitreibung entstandene Wärme sicher in die metallische Rakelhalterung abgeleitet werden kann, so daß die lokale Überhitzung mit dem dadurch bedingten Anschmelzen vermieden wird. Für die Verstärkungsfasern kommen alle Materialien in Betracht, die gegenüber dem Kunststoff eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Derartige Materialien sind zu dem Kunststoff affine Metalle, Materialien mit metallartigem Gitter und Keramikfasern mit guter Wärmeleitfähigkeit, wie SiC (W=90 W/k·m) und Aluminiumnitrid, die preiswert zur Verfügung stehen. Die Verstärkungsfasern können einzeln oder in Abmischung in die Kunststoffmatrix eingearbeitet werden.Surprisingly, it has been shown that the Addition of 10 to 40% by weight of reinforcing fibers a thermoplastic made of 90 to 60% by weight of polyamide 6 or Polyamide 66 on the squeegee tip due to sliding friction generated heat safely into the metallic Doctor blade holder can be derived so that the local overheating with the resulting  Melting is avoided. For the reinforcement fibers all materials are considered which are opposite the Plastic have better thermal conductivity. Such materials are affine to the plastic Metals, materials with a metal-like lattice and Ceramic fibers with good thermal conductivity, such as SiC (W = 90 W / k · m) and aluminum nitride, which are inexpensive be available. The reinforcing fibers can individually or in a mixture in the plastic matrix be incorporated.

Der faserverstärkte Kunststoff weist vorzugsweise einen E-Modul von 11 000 bis 16 000 MPa auf, um den mechanischen Belastungen bei der Verwendung als Rakel gewachsen zu sein. Der Gleitreibungskoeffizient wird vorzugsweise auf 0,16 bis 0,20 µ eingestellt, gemessen bei einer Belastung von 0,05 N/mm2 und einer Reibgeschwindigkeit von 0,6 m/s gegen 8tahl. Die Wärmeleitfähigkeit des faserverstärkten Kunststoffes wird vorzugsweise auf 0,6 bis 0,9 W/k·m eingestellt.The fiber-reinforced plastic preferably has a modulus of elasticity of 11,000 to 16,000 MPa in order to be able to withstand the mechanical loads when used as a doctor blade. The sliding friction coefficient is preferably set to 0.16 to 0.20 μ, measured at a load of 0.05 N / mm 2 and a friction speed of 0.6 m / s against 8 steel. The thermal conductivity of the fiber-reinforced plastic is preferably set to 0.6 to 0.9 W / k · m.

Als ganz besonders geeignete Verstärkungsfasern für den Kunststoff haben sich Kohlenstoffasern erwiesen, da sie eine hohe Affinität zu Polyamid besitzen und zusätzlich den Gleitreibungskoeffizient verbessern. Derartige Fasern mit einer Länge von 10 bis 30 mm, einer Dicke von ca. 10 µ und einer Zugfestigkeit von 1500 bis 3500 N/mm2 sind im Handel von der Firma Sigri/Augsburg erhältlich.Carbon fibers have proven to be particularly suitable reinforcing fibers for the plastic, since they have a high affinity for polyamide and additionally improve the coefficient of sliding friction. Such fibers with a length of 10 to 30 mm, a thickness of approx. 10 μ and a tensile strength of 1500 to 3500 N / mm 2 are commercially available from Sigri / Augsburg.

Die Fasern können in dem Kunststoff als Gewirke, Gewebe, Gelege, Matte oder als Einzelfaser ungeordnet verteilt vorliegen, wobei die Fasern wiederum sortenrein oder in Abmischung aus den oben erwähnten Materialien ausgewählt werden.The fibers can be knitted in the plastic, Fabric, scrim, mat or disordered as a single fiber distributed, the fibers in turn  unmixed or in a mixture of the above Materials can be selected.

Wird die Anordnung mit ungeordneten Einzelfasern gewählt, kann das Rakel aus mittels im Handel erhältlichen sogenannten Prepregs aus Polyamid, die die gewünschte Menge Kohlenstoffasern bereits enthalten, hergestellt werden. Diese werden in einem an sich bekannten Kunststoffextruder aufgeschmolzen, durch eine Düse vorgeformt und anschließend mittels Walzenbehandlung in die gewünschte Stab- oder Blattform umgeformt. Mit Hilfe dieses Ausformverfahrens ist die Herstellung jeder gewünschten Länge möglich.If the arrangement with disordered individual fibers chosen, the squeegee can be made in the trade Available so-called prepregs made of polyamide, the the desired amount of carbon fibers already included, manufactured. These are in one melted known plastic extruder, preformed by a nozzle and then by means of Roller treatment in the desired rod or Formed leaf shape. With the help of this The molding process is the manufacture of everyone desired length possible.

Claims (4)

1. Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffes für ein stab- oder blattförmiges Rakel zum Auftragen, Dosieren und Egalisieren von wäßrigen, pigmenthaltigen Beschichtungsmassen auf blattförmige Trägermaterialien, wie Papier, Karton oder Folie in schnellaufenden Beschichtungsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der faserverstärkte Kunststoff aus 60 bis 90 Gew.% Polyamid 6 oder Polyamid 66 und 10 bis 40 Gew.% Verstärkungsfasern besteht, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Polyamid aufweisen.1. Use of a fiber-reinforced plastic for a rod-shaped or sheet-shaped doctor blade for applying, metering and leveling aqueous, pigment-containing coating compositions on sheet-like carrier materials, such as paper, cardboard or film in high-speed coating machines, characterized in that the fiber-reinforced plastic from 60 to 90 wt % Polyamide 6 or polyamide 66 and 10 to 40% by weight of reinforcing fibers which have a higher thermal conductivity than the polyamide. 2. Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff einen E-Modul von 11 000 bis 16 000 MPa, einen Gleitreibungskoeffizienten von 0,16 bis 0,20 µ und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,6 bis 0,9 W / K·m aufweist.2. Use of a fiber-reinforced plastic according to claim 1, characterized in that the Plastic has a modulus of elasticity of 11,000 to 16,000 MPa, a coefficient of sliding friction from 0.16 to 0.20 µ and a thermal conductivity of 0.6 to 0.9 W / K · m. 3. Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffes nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern jeweils aus Metall, Kohlenstoff, Graphit, Siliziumkarbid und/oder Aluminiumnitrid einzeln oder in Abmischung bestehen.3. Use of a fiber-reinforced plastic according to claim 1 and 2, characterized in that the fibers each made of metal, carbon, Graphite, silicon carbide and / or aluminum nitride  consist individually or in a mixture. 4. Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffes nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in dem Kunststoff einzeln ungeordnet verteilt oder als Gewirke, Gewebe, Gelege oder Matte eingebettet sind.4. Use of a fiber-reinforced plastic according to claim 1 to 3, characterized in that the fibers in the plastic are individually disordered distributed or as a knitted fabric, woven fabric, scrim or Mat are embedded.
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