DE60121015T2

DE60121015T2 - Pressfilz für papiermaschine

Info

Publication number: DE60121015T2
Application number: DE60121015T
Authority: DE
Inventors: L. Robert Wilson CROOK
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: US20040033748A1; ZA200302997B; BR0114767A; EP1327022A1; AU2002226598A1; CN1481464A; US6998023B2; CA2425578A1; EP1327022B1; ATE331074T1; GB0025514D0; DE1327022T1; WO2002033170A1; JP2004511678A; DE60121015D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Papiermaschinenbespannung und insbesondere, aber nicht ausschließlich, ein Flächengebilde zur Verwendung in der Presspartie einer Papiermaschine.
Aus US 4,743,482 ist die Verwendung einer Schutzklappe über dem Randbereich eines Förderbands einer Papiermaschine bekannt, wobei die Schutzklappe aus einer Lage aus längsgerichteten Fasern besteht, die sich in die Bewegungsrichtung des Förderbands erstrecken. Der Rand ist meist der anfälligste Teil des Förderbands und die Fasern sollen den Verschleiß des Bands in diesem Bereich verringern und dadurch die Lebensdauer des Förderbands verlängern. Die Fasern sind nur in der Randregion vorgesehen und erstrecken sich nicht über die Länge der gewebten Lage, um eine Abschirmung bereitzustellen und eine Markierung auf der transportierten Papierbahn zu vermeiden.
Das Dokument US 5,137,601 aus dem Stand der Technik offenbart ein Flächengebilde zum Pressen, welches aus einem Basistuch besteht, an dem zwei genadelte Vliesschichten befestigt sind. Gemäß diesem Dokument können die Fasern der oberen Vliesschicht in die spätere Maschinenlaufrichtung ausgerichtet sein, während die Fasern der darunter liegenden Vliesschicht in die spätere Maschinenquerrichtung ausgerichtet sein können.
Die US-Patentschrift Nr. 5,372,876 offenbart einen Pressfilz mit einer zusätzlichen Lage zur Strömungssteuerung, die aus einem fadenförmigen Spinnvlies-Nylonmaterial besteht, das mit einer hydrophoben chemischen Zusammensetzung behandelt wurde. Die Lage ist auf ein Basisflächengebilde mit einer darauf genadelten Vliesschicht genadelt. Der Zweck dieser Erfindung liegt lediglich darin, ein erneutes Benetzen zu verhindern, wenn die Filze aus dem Walzenspalt austreten.
EP 1067238 beschreibt ein Flächengebilde zum Pressen, das aus einem Basisflächengebilde und verschiedenen Lagen aus Stapelfasermaterial besteht, die an das Basisflächengebilde durch Vernadelung befestigt sind. Das Basisflächengebilde weist mindestens eine Lage auf, die durch Spiralwicklung eines Gewebestreifens geformt ist. Das Basisflächengebilde ist endlos und die Fäden des Gewebestreifens verlaufen dementsprechend in Richtungen, die von der Maschinenlaufrichtung und der Maschinenquerrichtung des Basisflächengebildes abweichen und diesem somit multiaxiale Eigenschaften verleihen, d.h. die einzelnen Gewebestreifen in den verschiedenen Lagen sind überwiegend in schrägen Winkeln zu der Maschinenlaufrichtung des Flächengebildes zum Pressen ausgerichtet. Insbesondere bilden sie ein kreuzweise ausgerichtetes Winkelnetz. Da das spiralgewickelte Gewebe jedoch aus Fäden besteht, wird ein spezieller Verschluss oder eine spezielle „Webkante" erforderlich, um zu verhindern, dass sich die Fäden auftrennen und aus der Struktur lösen. Dies kann teuer und aufwändig sein und in einem begrenzten Gebiet zu Ungleichmäßigkeiten hinsichtlich Masse, Dicke und Wasserdurchfluss führen. Darüber hinaus sind die Kanten der Gewebestreifen besonders empfindlich gegenüber der Art und Weise, wie sie aneinander stoßen insofern, als Lücken oder Überlappungen zu erheblichen Druckvariationen und in der Folge zu Markierungen auf der benutzten Papierbahn führen können. Um diesen letztgenannten Nachteil zu mildern, werden die Ränder in der Regel in einem speziellen Nähschritt, der die Kosten weiter erhöht, zusammengenäht.
Die US-Patentschrift Nr. 3,928,699 beschreibt eine Papiermaschinenbespannung, die eine Vlieslage aus verhältnismäßig groben, starren, zufällig angeordneten nicht-deformierbaren Fasern aufweist, die auf einem Basisflächengebilde vorgesehen und durch eine Vlieslage, die feinere Fasern umfasst, bedeckt sind. Auch wenn die Fasern als grob beschrieben wurden, haben sie einen dtex-Wert von lediglich 17 (44 Mikron). Diese „Grobheit" ist nur vorgesehen, um das Hohlraumvolumen für die Aufnahme und das Fördern des Wassers durch den Presswalzenspalt zu vergrößern.
Allgemein ausgedrückt bestehen Maschinen zur Papierherstellung aus drei Partien, nämlich der Formpartie, der Presspartie und der Trockenpartie. In jeder Partie wird ein endlos gefertigtes Flächengebilde für den Transport einer durchgängigen Papierbahn durch die Papiermaschine verwendet. Die Struktur der Flächengebilde variiert für jede der Partien, da die Funktionen jeder Partie der Papiermaschine andere sind. Ein Flächengebilde zum Pressen für die Presspartie muss in der Lage sein, Wasser schnell aufzunehmen und abzugeben, während es die frisch gebildete Papierbahn unterstützt. Für diesen Zweck wird ein typisches Flächengebilde zum Pressen, wie am besten in 6 zu sehen, aus einem Trägergewebe 4 geformt, unter dem sich eine Vlieslage 10 und über dem sich ein fein gewebtes Obertuch 12 befindet, welches von einer weiteren Vlieslage (Oberlage) 8 bedeckt wird. Die Lage 10 ist entweder ein zusätzliches Vlies oder ein von der Oberlage 8 durchgenadeltes Vlies. Die gegenwärtig verwendeten Vliese 8, 10 bestehen aus Fasern, die im Wesentlichen in die Maschinenquerrichtung ausgerichtet sind, d.h. seitlich zur Laufrichtung des Flächengebildes zum Pressen. Das feine Obertuch 12 ist vorgesehen, um etwaige Markierungen auf dem transportierten Papier durch das Trägergewebe 4 zu verhindern und dadurch die Glätte des Papiers zu erhöhen. Das feine Obertuch 12 weist in der Regel 25 Fäden/cm in Maschinenlaufrichtung (60 Fäden/Zoll in Maschinenlaufrichtung) und 12,5 Fäden/cm in Maschinenquerrichtung (30 Fäden/Zoll in Maschinenquerrichtung) auf. Der Durchmesser der Fäden beträgt in der Regel 0,2 mm (0,008 Zoll). Das Obertuch 12 weist jedoch selbst bei einer so feinen Struktur immer noch Buckel und Leerräume auf und dies kann zu einem ungleichmäßigen Pressen des Papiers durch das feine Obertuch und eventuell dadurch entstehende Markierungen führen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Flächengebilde für die Papierherstellung mit verbesserter Gleichmäßigkeit des Auftriebs im Walzenspalt bereitzustellen, was zu einer verbesserten Entwässerung des Netzes und verbesserter Glätte des Papiers führt, während gleichzeitig die lange Öffnung und das Hohlraumvolumen, die für die Bahnentwässerung notwendig sind, sowie die hervorragende mechanische Unversehrtheit der Kantenklappe aufrechterhalten werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Papiermaschinenbespannung bereitgestellt, die eine Trägerschicht und mindestens zwei genadelte nicht-gewebte Lagen umfasst, welche aus ultragroben nicht durchgehenden Fasern auf der Papierseite der Trägerschicht bestehen, wobei die Fasern der einzelnen Lagen im Wesentlichen so ausgerichtet sind, dass sie einen leichten Winkel zur späteren Maschinenlaufrichtung der Papiermaschinenbespannung und eine biaxiale Anlage aufweisen. Die nicht gewebte Lage tritt an die Stelle des feinen Obertuchs, das in den bekannten Papiermaschinenbespannungen verwendet wurde, und hat den Vorteil, dass sie eine verbesserte Reduktion der möglichen und durch die Trägerschicht verursachten Markierungen auf dem transportierten Papier bietet.
Ein Vorteil einer in Maschinenlaufrichtung ausgerichteten Faser im Gegensatz zu einer in Maschinenquerrichtung oder einer zufällig ausgerichteten Faser besteht darin, dass dies eine verbesserte Handhabung des Wassers ermöglicht, da dem Wasserstrom in der Walzenspalte weniger Widerstand geboten wird. Die in Maschinenlaufrichtung ausgerichteten Fasern agieren als Kanäle und leiten das Wasser im Unterschied zu den in Maschinenquerrichtung ausgerichteten Fasern weg, welche effektiv wie Dämme agieren und dadurch den Wasserdurchfluss blockieren.
Die mindestens biaxiale Konstruktion ermöglicht es den ultragroben Lagen, eine Dicke und einen Verdichtungswiderstand zu bieten, der denen eines gewebten Obertuchs oder anderen Fäden gleichwertig ist, jedoch eine überlegene Druckgleichmäßigkeit und weniger Widerstand gegen den Wasserstrom bietet. Dies führt zu dem Reinergebnis von größerer Güte der Papierbahn während der gesamten Lebensdauer der Papiermaschinenbespannung.
Die nicht gewebte(n) Lage(n) bestehen aus ultragroben Fasern mit einer Faserfeinheit im Bereich von 75 bis 150 dtex und vorzugsweise 100 dtex. Sie können etwa 75 mm lang sein. Dieser ultragrobe Durchmesser der nicht durchgehenden Fasern trägt dazu bei, dass die Dicke unter Spannung steht und ein langfristiger Widerstand gegen Verdichtung entsteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Fasern des Netzes durch Klebemittel fest miteinander verbunden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Klebemittel um niedrigschmelzende Copolymerfasern. Noch weiter bevorzugt ist das Klebemittel eine Zweikomponentenfaser mit einem niedrigschmelzenden Fasermantel. Die Faserfeinheit der Zweikomponentenfasern kann zwischen 17 und 67 dtex liegen. Das Klebemittel kann zwischen 5 und 40 % der groben nichtgewebten Lage ausmachen. Noch weiter bevorzugt ist ein Gewichtsanteil des Klebemittels von 10 %. Die Fasern des Klebemittels können gekräuselt sein.
Alternativ können die ultragroben nicht durchgehenden Fasern niedrigschmelzende Mäntel aufweisen, wodurch der Bedarf an zusätzlichem Fasermaterial entfällt. Andererseits kann das Verbindungsmaterial in Form eines nicht aus Fasern bestehenden Klebemittels vorliegen, welches beispielsweise auf die ultragrobe nicht durchgehende Faserlage aufgesprüht werden kann.
Das Copolymer kann eine gekräuselte Faser sein, wie beispielsweise das von der Firma EMS Grilon bereitgestellte K140, welches einen dtex-Wert von 11 aufweist. Es kann vor oder nach dem Aufbringen auf die Papiermaschinenbespannung auch thermisch geschmolzen werden. Andere Fasern können eingemischt werden, um für bestimmte Anwendungen die Durchlässigkeit usw. zu verringern.
Das Vorsehen eines niedrigschmelzenden Materials verbindet nicht nur Fasern mit Fasern, sondern es verbessert auch den strukturellen Verdichtungswiderstand und die Elastizität.
Die ultragrobe nichtgewebte Lage kann auf der Papierseite des Trägers befestigt werden, indem eine Lage Vliesmaterial dazwischen angeordnet wird, wobei die Fasern des zwischengeordneten Vliesmaterials weniger grob sind als die der ultragroben nichtgewebten Lage.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf der das Papier unterstützenden Seite der Bespannung eine Vlieslage vorgesehen, welche eine obere Vlieslage bildet. Die obere Vlieslage verbessert die Unterstützung des Papiers sowie das mechanische Verriegeln der Trägerschicht mit der ultragroben nichtgewebten Lage. Vorzugsweise sind die Fasern der Lage weniger grob als die der ultragroben Lage; die Fasern des oberen Vlieses können eine Faserfeinheit im Bereich von 3,3 bis 22 dtex aufweisen, vorzugsweise 3,3. Die obere Vlieslage kann mindestens zwei Lagen umfassen, wobei die Fasern mindestens einer dieser Lagen vorzugsweise weniger grob sind als die Fasern der anderen Lage und eine dieser Lagen eine Fasernfeinheit im Bereich von 17 bis 44 dtex aufweist. Mindestens eine Lage des oberen Vlieses kann in Maschinenquerrichtung ausgerichtet sein.
Eine weitere Vlieslage oder untere Vlieslage kann auf der gegenüberliegenden Seite der Trägerschicht, welche der Maschine zugewandt ist, vorgesehen sein, wobei die Fasern der unteren Vlieslage im Wesentlichen in Maschinenlaufrichtung oder in Maschinenquerrichtung ausgerichtet sind. Die untere Vlieslage kann einfach aus der oberen Vlieslage gebildet sein, indem diese durch Vernadeln durch die Trägerschicht zu deren Unterseite geschoben wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Papiermaschinenbespannung bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst:
Vorsehen einer Trägerschicht;
Vorsehen einer ersten nichtgewebten Lage, die aus ultragroben nicht durchgehenden Fasern besteht, deren Fasern im Wesentlichen in eine erste Richtung ausgerichtet sind;
Vorsehen einer zweiten nichtgewebten Lage, die aus ultragroben nicht durchgehenden Fasern besteht, deren Fasern im Wesentlichen in eine zweite Richtung ausgerichtet sind, und die mechanische Befestigung dieser ersten und zweiten nichtgewebten Lage an der Trägerschicht, wobei die Lagen so vorgesehen sind, dass die erste Richtung einen ersten leichten Winkel zur späteren Maschinenlaufrichtung der Bespannung und die zweite Richtung einen zweiten leichten Winkel zur späteren Maschinenlaufrichtung der Bespannung aufweist, wodurch eine nichtgewebte Schicht vorgesehen wird, deren Fasern gegenüber der Laufrichtung biaxial angelegt sind.
Vorzugsweise betragen die beiden leichten Winkel zwischen 5° und 30°, weiter bevorzugt zwischen 10° und 15°.
Noch weiter bevorzugt wird der Schritt der mechanischen Befestigung ausgeführt, indem die erste nichtgewebte Lage an der Trägerschicht durch Spiralwicklung befestigt wird, dann die zweite nichtgewebte Lage durch Spiralwicklung an die erste nichtgewebte Lage befestigt wird und schließlich die erste und die zweite nichtgewebte Lagen durch Vernadeln an der Trägerschicht befestigt werden.
Anders als bei dem in EP 1067238 beschriebenen Spiralvorgang eignet sich die genadelte, spiralförmig gewickelte ultragrobe Lage für Kanten, die nur leicht aneinander stoßen oder bei der Wicklung leicht federförmig überlappen. Durch das nachfolgende Vernadeln werden die groben Stapelfasern miteinander auf homogene Art und Weise verschränkt, ohne dass zu Druckungleichmäßigkeiten führende Lücken oder Grate entstehen.
Zur Erleichterung des Krempelns der ultragroben nicht durchgehenden Fasern hat sich herausgestellt, dass zugegebenes feines Fasermaterial als ein Vehikel dient, um die groben Fasern durch die Krempelmaschine zu führen.
Während der Herstellung wird das überwiegend aus groben Fasern bestehende Netz nach der Krempelmaschine nicht zu dem herkömmlichen Querlagensystem geführt. Stattdessen wird es direkt nach einem leichten Vernadeln aufgewickelt, so dass beim Abwickeln auf die Trägerschicht die Faserausrichtung überwiegend in Maschinenlaufrichtung verläuft. Die Verwendung des herkömmlichen Querlagensystems ist mit groben Fasern wegen des unvermeidlichen Zugphänomens unmöglich, welches vor dem Eintritt in die vorheftende Vernadelmaschine auftritt. Ein solches Ziehen reißt das schwache Netz auseinander oder führt bestenfalls zu einem unannehmbaren Mangel an Gleichmäßigkeit.
Vorzugsweise werden die zwei biaxial ausgerichteten Lagen durch den zusätzlichen Schritt des Vorsehens eines niedrigschmelzenden Klebemittels in der groben Lage miteinander fest verbunden. Der nachfolgende Thermofixierungsschritt trägt zu der Verbindung der groben Fasern in eine 3D-Matrix-Lage bei, was das Aufrechterhalten des Hohlraumvolumens und in der Folge die Entwässerungsfähigkeiten und die Verbindung zwischen den Schichten verbessert und mögliche Schichtabtrennung reduziert. Die zusätzlichen Fasern können vorzugsweise das niedrigschmelzende Klebemittel enthalten.
Vorzugsweise ist mindestens eine Vlieslage mechanisch an das Tuch befestigt.
Diese weitere Vlieslage kann zwei Lagen umfassen, wobei die Fasern einer ersten Lage an das Netz aus groben Stapelfasern angrenzen und weniger grob sind als die Fasern der nichtgewebten Schicht, aber gröber als die der der zweiten Vlieslage. In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Fasern der ersten Lage einen dtex-Wert von 17 und die Fasern der zweiten Lage haben einen dtex-Wert von 3,3. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform haben die Fasern der ersten Lage einen dtex-Wert von 44 und die Fasern der zweiten Lage haben einen dtex-Wert von 17.
Mindestens eine Vlieslage kann auch zwischen dem Netz aus groben Fasern und der Trägerschicht vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Fasern dieser mindestens einen Vlieslage weniger grob als die Fasern des Netzes aus groben Stapelfasern. Wenn mehr als eine derartige Vlieslage vorgesehen ist, können die Lagen unterschiedliche dtex-Werte aufweisen. Der dtex-wert der mindestens einen Vlieslage kann in der Größenordnung von 44 liegen.
Vorzugsweise sind die Fasern in mindestens einer der zusätzlichen Vlieslagen im Wesentlichen in die Maschinenquerrichtung der Bespannung ausgerichtet.
Durch das Vorsehen einer Lage aus ultragroben nicht durchgehenden Fasern, die sich im Wesentlichen in der Laufrichtung (Maschinenrichtung) der Bespannung erstrecken, treten im Vergleich zum feinen Tuch 12 der Konstruktion aus dem Stand der Technik keine Webbuckel oder Leerräume auf, was zu einer Verringerung des Durchschlagens der Buckel auf die Papierbahn führt. Außerdem ist die nichtgewebte Lage preiswerter und schneller zu produzieren als ein gewebtes Flächengebilde. Es verleiht der Maschine eine schnelle Anlaufzeit, wie sich herausgestellt hat, und behält im Vergleich zu den herkömmlichen gewebten Strukturen mehr Filzeigenschaften.
Das biaxiale Legen der Fasern in dem ultragroben Stapelnetz verleiht insbesondere herausragenden langfristigen Verdichtungswiderstand, da die Fasern unter Kompression selbsttragend sind, was während der gesamten Lebensdauer zu einer überragenden Fähigkeit der Dickenerhaltung, einfachen Reinigung und Offenheit führt.
Der Wasserfluss wird durch die Bespannung gleichmäßig verteilt, da es keine harten dichten Fäden gibt, die den Strom einschränken oder kanalisieren können, der hydraulische Widerstand wird somit minimiert. Dies verleiht herausragende Feuchtigkeitsprofile der Papierbahn und langfristige Entwässerungs- und Reinigungseffizienz.
Bei herkömmlichen Laminierungen, die ein feines Obertuch und eine obere Lage 8 aus herkömmlichem Vlies, das auf das Substrat genadelt wurde, umfassen, hat sich oftmals herausgestellt, dass während der Lebensdauer eines gesäumten Filzflächengebildes besonders am Saum Lagenabspaltung auftritt. Das führt dazu, dass das Vlies von dem Substrat abblättert. In der vorliegenden Erfindung sind die das obere Tuch ersetzenden ultragroben nicht durchgehenden Fasern zwischen dem herkömmlichen Vlies und der Basis eingekapselt, was zu einer hervorragenden Verankerung der Fasern führt. Da aufgrund des Vorliegens von Fasern vermehrt Kreuzungspunkte vorhanden sind, ist das Vernadeln viel effektiver als bei einem gewebten Tuch. Durch den Einsatz von niedrigschmelzenden oder Zweikomponentenfasern, die in den ultragroben Fasern verteilt sind, wird zusätzliches Haften erzielt; diese werden entweder im Laufe eines Vorerwärmungsschritts, falls ein solcher durchgeführt wird, oder während der letzten Stufe der Thermofixierung der Fasern geschmolzen.
Alternativ kann auf das ultragrobe Fasernetz ein Versteifungsmittel aufgebracht werden, damit dieses spiralförmig auf die Trägerschicht abgewickelt werden kann, ohne dass Falten oder Fehlanpassungen auftreten. Bei dem Versteifungsmittel kann es sich um ein Spray oder eine Chemikalie, wie Stärke, handeln.
Es werden nun lediglich beispielhaft spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
1 eine Schnittansicht entlang der Maschinenquerrichtung der Papiermaschinenbespannung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine auseinander gezogene schematische Ansicht der längsorientierten ultragroben nicht durchgehenden Fasern in der nichtgewebten Lage von 1 ist;
3 ein Graph ist, der die KES-Papierglättewerte für das Papier, das mit der gemäß der Erfindung aufgebauten Bespannung hergestellt wurde, im Vergleich zu dem mittels konventionellem Pressflächengewebe hergestellten zeigt;
4 ein Graph ist, der das prozentuale Hohlraumvolumen der Bespannung von 1 mit dem der in 6 gezeigten Bespannung aus dem Stand der Technik vergleicht;
5 ein Graph ähnlich 4 ist, der einen Vergleich zwischen der Markierungsneigung der gewebten Trägerbasis der erfindungsgemäßen Bespannung mit zwei Bespannungsbeispielen aus dem Stand der Technik aus 6 zeigt;
6 eine ähnliche Ansicht wie die aus 1 ist, die jedoch den Aufbau einer Papiermaschinenbespannung nach dem Stand der Technik zeigt.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst eine erste Ausführungsform der Papiermaschinenbespannung eine gewebte Basislage 4, eine nichtgewebte Lage 6, die grobe Fasern umfasst, welche in die spätere Maschinenlaufrichtung der Bespannung ausgerichtet sind, und zwei weitere Lagen aus herkömmlichem Vlies 8, 10, welche jeweils herkömmliche Stapelfasern umfassen, die überwiegend nahe der Maschinenquerrichtung ausgerichtet sind.
Wie am besten in 2 dargestellt umfasst die in die Maschinenlaufrichtung ausgerichtete nichtgewebte Lage 6 eine Lage grober Fasern 6a, die in einem Winkel A zu der Laufrichtung X der Bespannung vorgespannt und mechanisch mit der Basislage 4 verbunden sind. Die groben Fasern 6a sind auf die Basislage 4 mittels spiralförmigem Wickeln auf die Vernadelungsmaschine abgelegt. Der Vorgang wird dann umgekehrt, um eine zweite Lage grober Fasern 6b auf die erste Lage 6a zu legen, wobei die zweite Lage 6b in einem entgegengesetzten Winkel B zu der Laufrichtung X vorgespannt ist. Dies führt zu einer nichtgewebten Lage 6, deren Fasern im Wesentlichen in die Maschinenlaufrichtung ausgerichtet sind und außerdem einen biaxialen Aufbau mit Querausrichtung aufweisen.
Der Winkel zu der Laufrichtung, in dem die groben Fasern 6a, 6b jeweils gelegt sind, hängt von der Länge der Bespannung ab, bei einem Flächengebilde von ungefähr 20 m Länge beträgt der von der Breite der nichtgewebten Lage abhängige Winkel A und B von 5° und 10°.
Die beiden Lagen aus nichtgewebtem Netz 6a, 6b umfassen einzelne gekräuselte Fasern mit einem dtex-Wert von 100. Die Lagen 6a und 6b der nichtgewebten Lage 6 sind durch einen Vernadelungsprozess mechanisch miteinander verschränkt und vorzugsweise miteinander fest verbunden, indem eine niedrigschmelzende gekräuselte Stapelfaser aus Nyloncopolymer mit einem dtex-Wert von 11 eingesetzt wird, die unter dem Handelsnamen K140 von der Firma EMS Grilon erhältlich ist und die unter dem Einfluss des Thermofixierungsprozesses die Fasern zusammenschmilzt. Die Stapelfaser macht 10 % von Lage 6 aus. Die Vlieslagen 8, 10 werden dann auf die entstehende Basislage aus den kombinierten Lagen 4 und 6 auf herkömmliche Weise genadelt, um die Bespannung abzuschließen.
In 3 wird die Glätte des Papiers, welches mit Hilfe der gemäß der Erfindung hergestellten Bespannung hergestellt wurde, mit der von Papier verglichen, welches mittels herkömmlichen Papiermaschinenbespannungen hergestellt wurde, die eine Lage aus feinem gewebtem Tuch über der gewebten Basislage vorsehen, welche mit herkömmlichem Vlies in Quermaschinenrichtung bedeckt ist. Die gezeigten Daten wurden in Tests gemessen, die die Glätte von Papier verglichen, welches in einfach gefilzten Walzenspalten hergestellt wurde, wobei die Messungen die Glättewerte der Papierseite zeigen, die mit dem in Rede stehenden Filz in Kontakt waren. Die Aufstellung zeigt die KES-Glätte, wobei das Papier umso glatter ist, je niedriger der Wert. Die KES-Glätte wird mit einem von der Firma Kato Tech, Kyoto, Japan, hergestellten Instrument gemessen. Dieses Instrument verwendet einen Fühler, um die Oberfläche eines 8 × 5 cm-Musters (3'' × 2'') in einer konstanten Geschwindigkeit von 1 mm/Sekunde mit einem konstanten Druck von 20 g über einem Abstand von 25 mm zu verfolgen. Der Glättewert R_z wird aus dem Mittelwert der fünf höchsten und niedrigsten Spitzenwerte errechnet und in Mikron gemessen. Ein X-Y-Aufzeichner unterstützt die graphische Darstellung dieser numerischen Ergebnisse.
3 vergleicht die Glättewerte in Maschinenlaufrichtung, Maschinenquerrichtung und die allgemeinen Glättewerte für Papier, das in einer Presse mit einfach gefilztem Walzenspalt hergestellt wurde unter Verwendung von a) der vorliegenden Erfindung und b) einem Standardpressfilz. Die Glättewerte R_z beziehen sich auf die Papieroberfläche, die Kontakt zu dem betreffenden Filz hatten. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der vorliegenden Erfindung Papier erzeugt wird, das eine überlegene Glätte aufweist.
4 zeigt einen weiteren Vergleich der vorliegenden Bespannung mit dem Standardpressfilz, in dem das prozentuale Hohlraumvolumen über zunehmendem Druck verglichen wird. Die vorliegende Bespannung weist durchweg höhere werte des Hohlraumvolumens auf. Dies lässt sich auf die biaxiale Orientierung der groben Fasern von Schicht 6 zurückführen, die unter Kompression selbsttragend sind, was während der gesamten Lebensdauer zu einer überlegenen Fähigkeit zur Dickenerhaltung, leichten Reinigung und Offenheit führt.
5 zeigt einen Vergleich der Markierungsneigung der gewebten Trägerbasis der vorliegenden Bespannung mit der von zwei Standardpressfilzen, in denen ein feines Obertuch eingesetzt wird, um das Durchschlagen des gewebten Basisflächengebildes auf das Papier zu verringern. Die drei Flächengebilde sind alle vergleichbar, mit der Ausnahme, dass die vorliegende Bespannung eine Lage aus ultragroben nicht durchgehenden Fasern anstelle des feinen Obertuchs verwendet. Beide feinen Obertücher sind gewebt, wobei das feine Obertuch 1 leicht gröbere Fäden umfasst als das feine Obertuch 2. Die mittels der Eureka-Analyse in der Aufstellung gezeigte Varianz ist die im Grauwertquadrat (GV²) gemessene Markierungsstärke, die die Markierungsneigung des gewebten Basisflächengebildes anzeigt. Die Ausführung des Tests erfolgt durch eine Kohlevertiefung im Walzenspalt zwischen dem Flächengebilde und der Rolle. Die sich ergebende Vertiefung wird mittels eines Desktop-Scanners abgebildet. Das Bild wird mittels Fast-Fourier-Transformations-(FTT)-Filtertechnik analysiert und die Markierung von dem Träger wird erfasst, isoliert und hinsichtlich Varianz (mittlere Quadratabweichung) in quadrierten Grauwerten (GV²) analysiert. Je größer die Varianz, desto stärker die Markierung. Die Aufstellung zeigt, dass bei Verwendung der vorliegenden nichtgewebten Lage aus ultragroben nicht durchgehenden Fasern als Ersatz für ein feingewobenes Obertuch die Markierung erheblich reduziert wird, selbst im Vergleich zu dem feinsten derartiger Obertücher.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine herkömmliche Vlieslage mit einem dtex-Wert von 44 zuerst auf die Basislage 4 befestigt, bevor die groben Lagen 6a, 6b mit einem dtex-Wert von 100 auf der Vlieslage 6 aufgebracht werden. Eine weitere herkömmliche Vlieslage mit einem dtex-Wert von 44 wird auf die Lage 6 angebracht und mit einer feineren herkömmlichen Vlieslage mit einem dtex-Wert von 17 bedeckt. Diese Art von Aufbau eignet sich besonders für die Produktion von schwerem Papier für Verpackungen, da ein für die Herstellung derartigen Papiers geeigneter Pressfilz ein großes Hohlraumvolumen aufweisen muss und daher im Vergleich zu einer für die Herstellung von Papier für graphische Zwecke geeigneten Bespannung von massigerem Aufbau ist. Das Vorsehen der herkömmlichen Vlieslage mit einem dtex-Wert 44 zwischen der Lage 6 und der Basislage 4 beabstandet die groben Lagen von dem Basistuch und schiebt daher die Einheit großen Hohlraumvolumens näher an die Entwässerungsstelle.
Obwohl die oberen und unteren Vliese 8, 10 so beschrieben wurden, dass sie im Wesentlichen in die Maschinenquerrichtung ausgerichtet sind, könnte eine oder mehrere dieser Lagen auch im Wesentlichen in die Maschinenlaufrichtung ausgerichtet sein. Eine oder beide der oberen und unteren Vlieslagen 8, 10 könnten auch weggelassen werden, oder eine dieser Vlieslagen könnte auch aus Fasern vorgesehen sein, die einfach durch die Basislage 4 genadelt werden, wenn die obere Lage 8 auf der Bespannung befestigt wird.
Obwohl die beiden Lagen 6a, 6b für die die in Maschinenlaufrichtung ausgerichtete ultragrobe Faserlage 6 beschrieben worden sind, könnte diese Lage auch nur eine Lage oder mehr als zwei Lagen umfassen, je nach Bedarf für eine bestimmte Anwendung.
Obwohl die Basislage als eine gewebte Lage beschrieben wurde, versteht sich, dass die Basislage eine nichtgewebte Lage, wie ein Verbindungsflächengebilde, eine Membran, ein Laminat oder eine Anordnung von Fäden in Maschinenlaufrichtung und/oder in Maschinenquerrichtung oder eine Kombination daraus sein könnte. Außerdem kann die Basislage eine Kombination aus gewebten und/oder nichtgewebten Lagen sein.
Obwohl die ultragroben Lagen als im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig beschrieben worden sind, versteht es sich, dass sie nicht auf diese Form beschränkt sind und beispielsweise eine andere Form aufweisen oder eben sein könnten oder eine Kombination einer Variante daraus sein könnten. Außerdem könnten die groben Fasern, obwohl sie als gekräuselt beschrieben worden sind, auch ein glattes Profil aufweisen.
Obwohl eine gekräuselte Stapelfaser aus niedrigschmelzendem Nyloncopolymer K140^TM für die Verbindung der Lagen aus ultragroben nicht durchgehenden Fasern beschrieben worden ist, könnten andere Klebemittel in Faserform verwendet werden, wie beispielsweise thermoplastisch schmelzbare Fasern, wie Polypropylen, oder beispielsweise können diese Fasern auch in der Form einer Kern/Mantel-Zweikomponentenfaser mit einer niedrigschmelzenden Mantelkomponente vorliegen. Die Fasern müssen außerdem nicht notwendigerweise gekräuselt sein. Die Fasern können auch einfach feiner und nicht schmelzbar sein. Außerdem könnten die Fasern durch ein Verbindungsmittel ersetzt werden, wie beispielsweise einem Klebemittel, zum Beispiel Polyurethan. Außerdem könnten die ultragroben nicht durchgehenden Fasern Zweikomponentenfasern sein, die einen niedrigschmelzenden Mantel aufweisen. Es versteht sich, dass alle schmelzbaren Komponenten vor oder nach dem anfänglichen Vernadeln des Netzes oder während des Endschritts der Thermofixierung der Fasern geschmolzen werden müssen. Ein chemisches Versteifungsmittel wie Stärke könnte auf die ultragrobe nicht durchgehende Faserlage gesprüht werden. Die Versteifung der ultragroben nicht durchgehenden Lage unterstützt die spiralförmige Wicklung dieser Lage auf die Trägerschicht(en).
Durchgehende Fäden in Maschinenrichtung könnten in die Lage aus groben Fasern eingearbeitet werden oder in einer der anderen Lagen der Papermaschinenbespannung, um Dehnungswiderstand auf der Papiermaschine zu bieten. Ein besonders geeigneter Faden hat einen Durchmesser von 0,2 mm und liegt in einer zweischichtigen Zweikabelform mit 11 Enden pro cm (28 Enden pro Zoll) vor.
In einer weiteren (nicht gezeigten) Ausführungsform der Erfindung werden die ultragroben nicht durchgehenden Fasern auf ein Substrat aus Spinnvlies genadelt. Das Substrat ist nicht endlos und die groben Fasern werden nicht spiralförmig gewickelt, sondern stattdessen im Wesentlichen in die Maschinenrichtung ausgerichtet. Diese Struktur wird dann um 90° gedreht und dann auf ein anderes Substrat aus Spinnvlies laminiert. Diese Struktur bietet wegen der Ausrichtung in Maschinenquerrichtung statt in der Maschinenlaufrichtung für einige Papiergüten eine verbesserte Unterstützung. Die Laminatstruktur kann verschiedene solcher Lagen aus groben nichtgewebten Fasern umfassen, beispielsweise Lage(n) in Maschinenlaufrichtung abwechselnd mit Lage(n) in Maschinenquerrichtung, so dass diese Struktur einen verbesserten strukturellen Kompressionswiderstand bietet. Obwohl das Substrat als Spinnvlies beschrieben wurde, kann es auch ein gewebtes oder anderes nichtgewebtes Substrat sein oder eine Kombination daraus. Außerdem können wie oben beschrieben Verstärkungsfäden eingearbeitet sein sowie verschiedene Vlieslagen. Klebemittel wie Zweikomponentenfasern oder biaxiale Fasern oder zusätzliche feinere Fasern, wie oben beschrieben, können in die nichtgewebten Lagen eingearbeitet sein, um die Verbindung wie oben beschrieben zu verstärken. Die vollendete Struktur kann an den Enden zusammengelegt werden, um eine endlose Struktur zu bilden.
Obwohl die Erfindung hier in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen und bestimmten strukturellen Einzelheiten beschrieben worden ist, versteht sich, dass weitere Änderungen, Modifikationen oder Äquivalente von Fachleuten eingesetzt werden können; dementsprechend sollen derartige Änderungen im Rahmen der Grundsätze der Erfindung in den Schutzumfang der Ansprüche fallen.

Claims

Papiermaschinenbespannung mit einer Trägerschicht (4) und mindestens zwei genadelten nichtgewebten Lagen (6a, 6b) bestehend aus ultragroben nicht durchgehenden Fasern auf der Papierseite dieser Trägerschicht (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der einzelnen Lagen (6a, 6b) im Wesentlichen so ausgerichtet sind, dass sie einen leichten Winkel (A, B) zur späteren Maschinenlaufrichtung (X) der Bespannung und eine biaxiale Anlage aufweisen.
Papiermaschinenbespannung nach Anspruch 1, wobei die aus ultragroben Fasern bestehenden nichtgewebten Lagen jeweils eine Faserfeinheit im Bereich von 75 bis 150 dtex aufweisen.
Papiermaschinenbespannung nach Anspruch 2, wobei die aus ultragroben Fasern bestehenden nichtgewebten Lagen jeweils eine Faserfeinheit von 100 dtex aufweisen.
Papiermaschinenbespannung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die bzw. jede nichtgewebte Lage aus einzelnen geschnittenen Filamenten mit einer Länge von ca. 75 mm besteht.
Papiermaschinenbespannung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Fasern der bzw. jeder nichtgewebten Lage durch Klebemittel fest miteinander verbunden sind.
Papiermaschinenbespannung nach Anspruch 5, wobei der prozentuale Gewichtsanteil des Klebemittels an der nichtgewebten Schicht 5 bis 40 Masse-% beträgt.
Papiermaschinenbespannung nach Anspruch 6, wobei der prozentuale Gewichtsanteil des Klebemittels an der nichtgewebten Schicht 10 Masse-% beträgt.
Papiermaschinenbespannung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Klebemittel niedrigschmelzende Copolymerfasern enthält.
Papiermaschinenbespannung nach Anspruch 8, wobei die Copolymerfaser die von EMS Grilon gelieferte K140 mit einer typischen dtex-Zahl von 11 ist.
Papiermaschinenbespannung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei das Klebemittel Zweikomponentenfasern enthält, die einen niedrigschmelzenden Fasermantel aufweisen.
Papiermaschinenbespannung nach Anspruch 9 bzw. 10, wobei die Zweikomponenten- und/oder Copolymerfasern gekräuselt sind.
Papiermaschinenbespannung nach Anspruch 5, wobei das Klebemittel Fasern mit einer dtex-Zahl zwischen 17 und 67, vorzugsweise 30 enthält.
Papiermaschinenbespannung nach Anspruch 12, wobei die Fasern Thermoplastfasern sind.
Papiermaschinenbespannung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, wobei das Klebemittel rings um die ultragroben nicht durchgehenden Fasern einen niedrigschmelzenden Mantel beinhaltet.
Papiermaschinenbespannung nach einem der vorgenannten Ansprüche mit in die ultragrobe Schicht eingemischten zusätzlichen Fasern, die weniger grob sind als die ultragroben Fasern.
Papiermaschinenbespannung nach einem der vorgenannten Ansprüche mit einer Faservliesschicht zwischen der Trägerschicht und der genannten ultragroben nichtgewebten Schicht, wobei die Fasern der Vliesschicht weniger grob sind als die Fasern der ultragroben nichtgewebten Lagen.
Papiermaschinenbespannung nach einem der vorgenannten Ansprüche mit einer oberen Faservliesschicht auf der Bahnseite der Bespannung.
Papiermaschinenbespannung nach Anspruch 17, wobei die Fasern der oberen Vliesschicht weniger grob sind als die Fasern der ultragroben Schicht.
Papiermaschinenbespannung nach Anspruch 17 bzw. 18, wobei das Obervlies mindestens zwei Lagen besitzt und die Fasern von mindestens einer dieser Lagen weniger grob sind als die Fasern der anderen Lagen dieses Obervlieses.
Papiermaschinenbespannung nach Anspruch 19, wobei die Fasern der zuoberst liegenden Vlieslage eine dtex-Zahl im Bereich 3,3 bis 22 aufweisen.
Papiermaschinenbespannung nach Anspruch 19 bzw. 20, wobei die Fasern der zuunterst liegenden Lage des Obervlieses eine dtex-Zahl von 17 bis 44 aufweisen.
Papiermaschinenbespannung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 mit einer unteren Vliesschicht auf der Maschinenseite der Bespannung, wobei die Fasern der unteren Vliesschicht im Wesentlichen in Maschinenquerrichtung ausgerichtet sind.
Papiermaschinenbespannung nach einem der vorgenannten Ansprüche mit Verstärkungsfäden, die im Wesentlichen in der späteren Maschinenlaufrichtung der Bespannung liegen.
Verfahren zur Herstellung einer Papiermaschinenbespannung mit den Verfahrensschritten: Vorsehen einer Trägerschicht (4); Vorsehen einer ersten aus ultragroben nicht durchgehenden Fasern bestehenden nichtgewebten Lage (6a), deren Fasern im Wesentlichen in eine erste Richtung ausgerichtet sind; Vorsehen einer zweiten aus ultragroben nicht durchgehenden Fasern bestehenden nichtgewebten Lage (6b), deren Fasern im Wesentlichen in eine zweite Richtung ausgerichtet sind, und die mechanische Befestigung dieser ersten (6a) und zweiten nichtgewebten Lage (6b) an der Trägerschicht (4). dadurch gekennzeichnet, dass beide Lagen (6a, 6b) so vorgesehen werden, dass die genannte erste Richtung einen ersten leichten Winkel (A) zur späteren Maschinenlaufrichtung (X) der Bespannung und die genannte zweite Richtung einen zweiten leichten Winkel (B) zur späteren Maschinenlaufrichtung (X) der Bespannung aufweist, wodurch eine nichtgewebte Schicht (6) vorgesehen wird, deren Fasern gegenüber der Laufrichtung (X) biaxial angelegt sind.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei der genannte Verfahrensschritt der mechanischen Befestigung durch Spiralwicklung der ersten nichtgewebten Lage auf der Trägerschicht, Spiralwicklung der zweiten nichtgewebten Lage auf der ersten nichtgewebten Lage und anschließende Vernadelung der ersten und zweiten nichtgewebten Lage mit der Trägerschicht erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 24 bzw. 25, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden genannten leichten Winkel im Bereich 5° bis 30° liegen.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden genannten leichten Winkel im Bereich 10° bis 15° liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27 mit dem zusätzlichen Verfahrenschritt der mechanischen Befestigung von mindestens einer Faservlieslage.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei der zusätzliche Verfahrensschritt der mechanischen Befestigung die mechanische Befestigung von zwei solchen Lagen beinhaltet, wobei die Fasern der ersten dieser Lagen an eine der nichtgewebten Grobfaserlagen angrenzen und weniger grob als die Fasern dieser nichtgewebten Groblage, aber grober als die Fasern der zweiten Lage dieses Vlieses sind.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der ersten Lage dieses Vlieses eine dtex-Zahl von 17 aufweisen und die dtex-Zahl der Fasern der zweiten Lage aus der Gruppe 11 bis 3,3 gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der ersten Lage dieses Vlieses eine dtex-Zahl von 44 und die Fasern der zweiten Lage eine dtex-Zahl von 17 aufweisen.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche mit dem Verfahrensschritt, dass zwischen der nichtgewebten Lage bzw. Schicht und der Stützschicht eine zusätzliche Vliesschicht vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der zusätzlichen Vliesschicht weniger grob sind als die Fasern der ungewebten Lagen.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Verfahrensschritt des Vorsehens dieser zusätzlichen Schicht das Vorsehen von mindestens zwei solchen Lagen beinhaltet, die unterschiedliche dtex-Zahlen besitzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 34 mit dem zusätzlichen Schritt der Versteifung der nichtgewebten Lagen.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei der Schritt der Versteifung das Aufsprühen eines chemischen Versteifungsmittels auf die Grobfasern der nichtgewebten Schicht umfasst.
Ein Verfahren nach Anspruch 35, wobei zur Unterstützung des Krempelns in den nichtgewebten Lagen zusätzliche Fasern vorgesehen werden, die weniger grob sind als die ultragroben Fasern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 37, wobei der Schritt der Versteifung die Verbindung der beiden nichtgewebten Lagen beinhaltet, realisiert durch das Vorsehen eines Klebemittels in den nichtgewebten Grobfaserlagen und anschließende Thermofixierung.