DE68913738T3

DE68913738T3 - Verfahren zur schrumpflosen trocknung einer papierbahn.

Info

Publication number: DE68913738T3
Application number: DE68913738T
Authority: DE
Inventors: Borgeir Skaugen; Gregory Wedel
Original assignee: Beloit Technologies Inc
Current assignee: Beloit Technologies Inc
Priority date: 1988-06-02
Filing date: 1989-05-23
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2009-05-24
Also published as: AU639414B2; CN1019406B; AU3773389A; EP0418317B1; ES2015693A6; JPH03501395A; DE68913738T2; CN1039460A; JP2639736B2; CA1335473C; EP0418317B2; EP0418317A1; DE68913738D1; FI905932A0; WO1989012138A1; DE418317T1; BR8907449A; FI107548B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schrumpfbehinderten Trocknen einer Papierbahn, die sich nacheinander durch ein nasses Ende und ein trockenes Ende einer Trockenpartie einer Papiermaschine erstreckt, wobei die Trockenpartie einen einreihigen Trockenabschnitt zum Trocknen der Bahn während der Bewegung der Bahn stromabwärts bezüglich des nassen Endes der Trockenpartie aufweist, wobei das Verfahren von einer Art ist, die die folgenden Schritte aufweist:
Bewegen der Papierbahn und eines Trockenfilzes in Anlage miteinander, derart, daß die Bahn und der Filz einen Teil der erhitzten Oberflächen einer Vielzahl an drehbaren Trocknern des einreihigen Trockenabschnitts umschlingt, derart, daß die Bahn zwischen dem Filz und den erhitzten Oberflächen der Trockner angeordnet ist;
Leiten der Bahn und des Filzes in Anlage miteinander um eine Vielzahl an Saugleitwalzen des einreihigen Trockenabschnitts herum, wobei jede Saugleitwalze der Vielzahl an Saugleitwalzen zwischen benachbarten Trocknern der Vielzahl an Trocknern angeordnet ist, derart, daß die Bahn von dem Filz während des Laufs der Bahn zwischen den Trocknern und den Saugleitwalzen gestützt wird, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Filz zwischen der Bahn und den Saugleitwalzen angeordnet ist, wenn die Bahn und der Filz einen Teil der Oberfläche der Saugleitwalze umschlingen; und
Verbinden der Saugleitwalzen mit einer Unterdruckquelle, derart, daß ein Unterdruck an der Bahn durch den Filz hindurch angelegt wird, wenn die Bahn und der Filz sich um die Saugleitwalzen schlingen, derart, daß die Bahn in enge Anlage an den Filz gezogen wird, wenn sich die Bahn und der Filz um die Saugwalzen herum schlingen.
Ein solches Verfahren wurde in dem Artikel mit der Überschrift "Fortschritte im Trockenpartie-Laufwirkungsgrad", Seiten 65 bis 69 im TAPPI Journal, Band 70, Nr. 9, September 1987, Norcross, CA, USA, angegeben.
Das gleiche Verfahren wurde auch in jeder der EP-A-0345266 und EP-A-0345291, die beide am 13.12.1989 veröffentlicht wurden, angegeben.
Der oben genannte Artikel gibt an, daß ein hoher Unterdruck von 1 kPa durch die Saugüberführungswalzen erzeugt wird, um die Bahn am Tuch um die Walzen herum zu halten, wodurch die Bahn an einer Schrumpfung quer zur Maschinenrichtung gehindert wird. Eine einreihige Trockenpartie der Art, wie sie in dem oben erwähnten Artikel geoffenbart ist, wurde am nassen Ende der Trockenpartie verwendet. Der oben genannte Artikel schlägt vor, das Einreihenkonzept auf die gesamte Trockenpartie auszudehnen. Die Schrumpfung der Bahn ist jedoch sehr gering, während sie von 40 auf 60 % Trockenheit getrocknet wird. Wenn die Bahn einmal 60% Trockenheit erreicht hat, nimmt die Schrumpfung zu und setzt sich in einem hohen Maße fort, bis die Bahn im wesentlichen Trocken ist.
Die US-A-3868780 offenbart eine Trockenpartie, bei der es lange Filzzüge zwischen benachbarten Leitwalzen gibt, so daß ein Schrumpfen quer zur Maschinenrichtung gestattet ist. Die Leitwalzen können einen durchlöcherten Mantel haben, so daß sie als Querstromtrockner wirken können, wenn ein Unterdruck innerhalb der Schleife des Filzes erzeugt wird, der abwechselnd um Trockenzylinder und Leitwalzen herum geführt wird. Da lange Spannen des Filzes von der Bahn nicht bedeckt sind, wird Luft durch solche unbedeckten Filzspannen hindurchgesaugt, wodurch das Niveau des auf die Bahn wirkenden Unterdrucks erheblich verringert wird. Infolgedessen ist der Unterdruck unzureichend, um eine Schrumpfung quer zur Maschinenrichtung sowohl am nassen Ende als auch am trockenen Ende der Trockenpartie zu unterbinden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Bahn gezielt am Schrumpfen quer zur Maschinenrichtung während des Trocknens der Bahn im trockenen Ende der Trockenpartie zu hindern.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren der oben definierten Art gelöst, wobei ein Unterdruckniveau von 1,49 bis 1,99 kPa (6 bis 8 Zoll WS) in den Saugleitwalzen angelegt wird, um die sich die Bahn bewegt, wenn sie einmal eine Trockenheit von annähernd 60% erreicht hat und bis sie im wesentlichen trocken ist, so daß die Schrumpfung der Bahn quer zur Maschinenrichtung während des Trocknens der Bahn im trockenen Ende der Trockenpartie gehemmt ist.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Schrumpfen quer zur Maschinenrichtung nicht nur während des Laufs der Bahn um die Trockner herum, sondern auch um die Saugleitwalzen herum gehemmt wird. Außerdem führt die Tatsache, daß die Saugleitwalzen einen wesentlich kleineren Durchmesser als die Trockner haben, zu einem gemeinsamen Lauf der Bahn und des Filzes zwischen den Trocknern und den Leitwalzen, der minimal ist, so daß die Bahn am Schrumpfen quer zur Maschinenrichtung nahezu auf ihrem gesamten Lauf durch den einreihigen Trockenabschnitt hindurch gehindert ist.
Durch die vorgenannte Schrumpfungsbehinderung der Bahn verringert das Kanteneinrollen und -runzeln und die Körnigkeit der resultierenden Bahn an ihren Kanten. Außerdem wird durch die Bereitstellung einer solchen Schrumpfungsbehinderung der Bahn die Stauöffnung im Stoffauflauf in die Lage versetzt, gleichmäßiger zu sein, und das Faserorientierungsprofil in der Querrichtung wird verbessert.
Genauer ausgedrückt wurden verschiedene Labor- und Fabrikuntersuchungen durchgeführt, um die ungleichmäßige quergerichtete Bahnschrumpfung zu quantifizieren, die bei herkömmlichen Trocknungsverfahren auftritt. Die vorgenannte ungleichmäßige Schrumpfung ist verantwortlich für Ungleichmäßigkeiten in den Stoffauflaufstauprofilen, in der Faserorientierung und in der Bahndehnung und Absorption von Zugenergie.
Die Zugenergieabsorption, die im folgenden als TEA bezeichnet wird, wird im "Papierwörterbuch", vierte Ausgabe, veröffentlicht 1980 als die Energie definiert, die absorbiert wird, wenn eine Papierprobe bis zum Bruch auf Zug beansprucht wird. Sie wird in Energieeinheiten pro Flächeneinheit, z. B. kg-cm/cm², ausgedrückt. Sie ist bei der Bewertung von Verpackungsmaterialien, die einer rauhen Handhabung ausgesetzt sind, nützlich.
Die ununterbrochene Schrumpfungsbehinderung bei der Trocknung wirkt sich direkt auf die Eigenschaften der fertigen Bahn aus, indem sie die Querdehnung und die TEA-Profile steuert. Zusätzlich verringert eine solche verminderte Schrumpfung die Runzeln und Körnigkeit der Bahnkanten.
In dem vorgenannten Wörterbuch sind Runzeln als "welliger Zustand der Bahn infolge von ungleichmäßigem Trocknen und Schrumpfen; er tritt gewöhnlich bei Papier auf, das eine sehr geringe Schrumpfungsbehinderung während des Trocknens hatte", definiert.
Des weiteren wird Körnigkeit in dem vorgenannten Wörterbuch definiert als kleine Unterschiede im Oberflächenbild eines Papiers oder Kartons, die verschiedene Ursachen haben können, wie z. B. die Abdrücke von Sieben oder Filzen, unregelmäßige Verteilung von Farbe und ungleiches Schrumpfen beim Trocknen.
Durch das Hindern der Bahn am Schrumpfen in der Querrichtung kann auch die Öffnung der Staulippe des Stoffauflaufs gleichmäßiger gehalten werden, und es wird ein verbessertes Faserorientierungsprofil in der Querrichtung erhalten, wie im folgenden näher angegeben ist.
Das Verfahren nach der Erfindung ergibt einen Bahnübergang zwischen Trocknern, mit fester Unterstützung und Schrumpfbehinderung der Bahn mittels Tuchdruck und Walzenunterdruck. Durch die Kombination der vorgenannten Maßnahmen wurden das Einfädeln der Bahn, der Maschinenlaufwirkungsgrad und die Bahneigenschaften verbessert.
Bei einer herkömmlichen Trockenpartie wird das nasse Papier durch den periodischen Kontakt mit dampfbeheizten Trocknern aus Gußeisen getrocknet. Der Wärmekontakt zwischen dem Papier und dem Trockner wird durch die gespannten Trockentücher aufrechterhalten, die einen Druck auf das Papier ausüben, während es den Trockner umschlingt.
Der vorgenannte Tuchdruck verbessert nicht nur den Trocknungskontakt, sondern er auferlegt dem Papier auch einen Zwang, um das Auftreten von Schrumpfung zu verhindern. Eine solche Schrumpfungsbehinderung wird jedoch immer wieder aufgegeben, wenn die Bahn durch die freien Züge zwischen herkömmlichen Trockenzylindern läuft, wie oben beschrieben wurde.
Durch den Tuchdruck wird weiterhin etwas Schrumpfungsbehinderung in der Maschinenrichtung durch die Aufrechterhaltung eines Zuges in der Maschinenrichtung erhalten, aber in Richtung quer zur Maschine ist das Papier praktisch unbehindert. Das Papier schrumpft frei in der Querrichtung besonders an den Kanten und etwas weniger in der Nähe der Bahnmitte, wo die Bahn durch die äußeren Teile zumindest teilweise am Schrumpfen gehindert wird.
Eine solche ungleichmäßige Schrumpfung quer zur Maschine führt zu ungleichmäßigen Bahneigenschaften in der Querrichtung, wie Dehnung, TEA und Zugfestigkeit.
Die Dehnung wird in dem oben genannten Wörterbuch definiert als "die Verlängerung, die der Bruchstelle bei einer Zugfestigkeitsmessung entspricht; sie wird üblicherweise in Prozent von der ursprünglichen Länge angegeben".
Die starke Schrumpfung an den Kanten in der Querrichtung erhöht auch die Anfälligkeit der Bahn für Kantenrunzeln, -einrollen und Körnigkeit.
In dem oben genannten Wörterbuch wird Einrollen definiert als "die Krümmung, die sich ergibt, wenn eine Seite eines Papiermusters naß gemacht wird; es wurde formal als ein Maß des Leimungsgrades verwendet".
Das Fehlen einer Schrumpfungsbehinderung erhöht auch die Feuchtdehnbarkeit und kann sich auch nachteilig auf die Faserorientierung auswirken. Die Feuchtdehnbarkeit wird in dem "Papierwörterbuch" definiert als "die Änderung in der Größe des Papiers, die aus einer Änderung in der relativen Feuchte der Umgebung resultiert; sie wird gewöhnlich in Prozent angegeben und ist üblicherweise einige Male höher für die Querrichtung als für die Maschinenrichtung. Diese Eigenschaft ist von großer Bedeutung bei solchen Anwendungen, bei denen die Abmessungen von Papierbögen und -karten oder Baukarton (Wandkarton, Akustikziegel usw.) kritisch sind".
Bei verschiedenen Fabrikversuchen war die erste Phase einer solchen Studie auf das Quantifizieren der Ungleichmäßigkeit auf handelsüblichen Papiermaschinen gerichtet, und dann wurde die Auswirkung, welche die ungleichmäßige Schrumpfung auf die Funktion der Maschine und auf die Eigenschaften der fertigen Bahn hat, ermittelt.
Die Bahnschrumpfung in der Querrichtung wurde durch das Dosieren feiner Tintentropfen auf den Papierstoff, als er aus der Staulippe des Stoffauflaufs ausgestoßen wurde, erhitzt.
Der Abstand zwischen der Markierung am nassen Ende wurde dann mit den Abständen am trockenen Ende verglichen, um das Schrumpfungsprofil in Querrichtung zu bestimmen.
Im folgenden werden die Ergebnisse für eine Feinpapiermaschine diskutiert. Die Schrumpfung stellte sich als stark ungleichmäßig heraus und war tatsächlich fast parabolisch. Wie erwartet trat die größte Schrumpfung an den Kanten auf, wo die Bahn die geringste Schrumpfungsbehinderung in Querrichtung hat, und am niedrigsten war die Bahnschrumpfung in der Nähe der Mitte, wo das Papier durch die äußeren Teile zumindest teilweise am Schrumpfen gehindert wurde.
Ein quergerichtetes Papiermuster wurde dann im Labor untersucht, um die Abweichungen in den Bahneigenschaften festzustellen, und diese Ergebnisse werden im folgenden genauer diskutiert. Diese Ergebnisse zeigen, daß die Maschinenrichtungsdehnung in der Querrichtung sehr gleichmäßig ist, weil sie durch die Züge in der Maschinenrichtung gesteuert wird. Die Querrichtungsdehnung ist jedoch sehr ungleichmäßig, die eine direkte Spiegelung der Schrumpfung in Querrichtung zu sein scheint. Anders ausgedrückt tritt die größte Dehnung an den Kanten auf, wo die Bahn die stärkste Schrumpfung durchgemacht hat.
Es wurden auch die Zugfestigkeitsprofile in der Maschinenrichtung und in der Querrichtung am gleichen Muster gemessen.
Die Zugfestigkeit wird in dem oben erwähnten Wörterbuch definiert als "die maximale Zugkraft, die sich in einer Probe vor dem Bruch unter vorgeschriebenen Bedingungen ergibt; sie wird üblicherweise ausgedrückt als Kraft pro Breiteneinheit der Probe".
Wie im folgenden beschrieben war die Zugfestigkeit in der Maschinenrichtung ziemlich gleichmäßig, denn sie wird wieder zum Teil von dem Maschinenrichtungszug beeinflußt, der sich in der Querrichtung nicht verändert. Das Zugfestigkeitsprofil in der Querrichtung ist jedoch ungleichmäßig und hat eine leichte hyperbolische Form. Die niedrigste Zugfestigkeit findet sich in der Nähe der Bahnkanten, weil dort wieder die Schrumpfung in der Querrichtung am größten war.
Aus den vorgenannten Versuchen ist auch ersichtlich, daß eine Erhöhung der Schrumpfungsbehinderung in der Querrichtung, wie sie in der Nähe der Mitte der Maschine festgestellt wurde, eine Dehnungsverringerung mit einer entsprechenden Erhöhung der Zugfestigkeit hervorruft. Da sich die Querrichtungs-Zugfestigkeit in der Querrichtung ändert, während die Maschinenrichtungszugfestigkeit ziemlich gleichmäßig bleibt, ändert sich auch das Zugfestigkeitsverhältnis, wobei das größte Verhältnis an den Kanten auftritt.
Das Zugfestigkeitsverhältnis ist das Verhältnis der Zugfestigkeit in der Querrichtung zu der Zugfestigkeit in der Maschinenrichtung und wird im folgenden näher beschrieben.
Auch die TEA-Profile wurden an dem Muster gemessen. Das Querrichtungsprofil reflektierte die Ungleichmäßigkeit der Querrichtungsdehnung. Das TEA-Profil weist aber eine nicht ganz so große Änderung wie die Querrichtungsdehnung auf, weil der Verlust der Dehnung in der Nähe der Maschinenmitte stark durch die Zunahme der Zugfestigkeit ausgeglichen wird.
Die erhöhte Schrumpfung, die in der Nähe der Kanten auftritt, wirkt sich auch nachteilig auf die Funktion des Stoffauflaufs aus. Um ein ausgeglichenes Flächenmassenprofil an der Rolle zu erzeugen, muß die Stauöffnung in der Nähe der Kanten heruntergefahren werden. Dieses Herunterfahren in der Nähe der Kanten der Stauöffnung verringert die Flächenmasse an den Kanten als Ausgleich für die höhere Schrumpfung, die in der Nähe der Kanten auftritt. Eine solche Verringerung der Flächenmasse bewirkt, daß das Papier durch die vorderen Trocknerpartien mit leichten Kanten hindurchgeht, die schließlich schwerer werden, wenn die Kanten schrumpfen.
Flächenmasse wird in dem oben genannten Wörterbuch definiert als "das in Pfunden angegebene Gewicht eines Rieses, das auf eine bestimmte Grundgröße zugeschnitten ist. Die Anzahl der Bogen in einem Ries beträgt üblicherweise 500." Es ist bekannt, daß die oben erwähnte ungleichmäßige Stauöffnung eine Verzerrung der Faserorientierung durch induzieren von Querströmungen hervorruft.
Die Faserorientierung wurde an dem vorgenannten Muster durch Messen des Schallmodulprofils festgestellt, wie unten näher beschrieben wird. Die Faserorientierung wird als Winkel der Hauptachse der Modulhülle von der Maschinenrichtung angegeben. Ein positiver Winkel zeigt an, daß die Fasern in Richtung der Rückseite der Bahn ausgerichtet sind, und ein negativer Winkel zeigt an, daß die Fasern in Richtung der Vorderseite ausgerichtet sind.
Wie erwartet sind alle Fasern auf die Maschinenmittellinie ausgerichtet, weil die Stauöffnung in der Nähe der Kante heruntergefahren ist, um die Kantenschrumpfung auszugleichen.
Die vorgenannten Vorteile, die durch das schrumpfbehinderte Trocknen der Bahn erhalten werden, reflektieren sich in beträchtlichen wirtschaftlichen Vorteilen gegenüber Bahnen, die auf nicht schrumpfbehinderten Trockenpartien erzeugt werden.
Ein Unterdruckniveau von 1,49 bis 1,99 kPa (6 bis 8 Zoll Wassersäule) in den Saugwalzen ist im wesentlichen gleich dem Zwang, der von dem Trockentuch aufgebracht wird. Ein solches Unterdruckniveau ist auch das Niveau, das für eine gezielte Bahn- Schrumpfungsbehinderung erforderlich ist.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den verschiedenen Zeichungsfiguren und Schaubildern, von denen zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer typischen vorbekannten Doppelfilz-Trockenpartie;
Fig. 2 ein Schaubild, das die prozentuale Schrumpfung von der Vorder- bis zur Hinterkante der Bahn zeigt;
Fig. 3 ein Schaubild, das die Bahndehnungsprofile in der Maschinenrichtung und der Querrichtung der Maschine vergleicht;
Fig. 4 ein Schaubild, das die Bahnzugfestigkeitsprofile in der Maschinenrichtung und der Querrichtung der Maschine vergleicht;
Fig. 5 ein Schaubild, das das Profil des Zugfestigkeitsverhältnisses der Bahn von der Vorder- bis zur Hinterkante der Bahn zeigt;
Fig. 6 ein Schaubild, das die Profile der Zugenergieabsorption der Bahn von der Vorder- bis zur Hinterkante der Bahn für die Maschinenrichtung und die Querrichtung der Maschine jeweils zeigt;
Fig. 7 ein Schaubild, das das Trockengewicht einer Bahn von ihrer Vorder- bis zu ihrer Hinterkante zeigt;
Fig. 8 ein Stauprofil eines Stoffauflaufs, wobei das Öffnungsprofil so geformt ist, daß ein Trockengewicht, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, erhalten wird;
Fig. 9 ein Schaubild, das ein Profil der Bahnfaserorientierung von der Vorder- bis zur Hinterkante der Bahn zeigt;
Fig. 10 ein Schaubild, das die Schrumpfung in Maschinenrichtung und in Querrichtung der Maschine und die Auswirkungen der Bahn- Schrumpfungsbehinderung durch Unterdruck auf eine solche Bahnschrumpfung vergleicht;
Fig. 11 ein ähnliches Schaubild wie das von Fig. 9, wobei aber die Wirkung der Bahn-Schrumpfungsbehinderung durch Unterdruck auf Musterdehnung gezeigt ist;
Fig. 12 ein Schaubild, das die Wirkung der Bahn-Schrumpfungsbehinderung durch Unterdruck auf die Musterzugfestigkeit zeigt;
Fig. 13 ein Schaubild, das die Wirkung der Bahn-Schrumpfungsbehinderung durch Unterdruck auf die Muster-TEA zeigt;
Fig. 14 eine Seitenansicht einer Einfilztrockenpartie oder Serpentinenlauf- oder Uno-Lauf-Trockenpartie;
Fig. 15 eine Seitenansicht einer TOTAL BEL RUNr einreihigen Trockenpartie, wie sie in EP-A-0345266 und EP-A-0345291 beschrieben ist;
Fig. 16 ein Schaubild, das die Muster-Schrumpfungskennwerte in der Maschinenrichtung und in der Querrichtung der Maschine jeweils zeigt;
Fig. 17 ein Schaubild, das die Wirkung von Schrumpfungsbehinderung im Vergleich zur Schrumpfung ohne Behinderung auf die Feuchtdehnbarkeit zeigt;
Fig. 18 eine mikrofotographische Aufnahme, die die Oberfläche einer freigetrockneten Bahn zeigt.; und
Fig. 19 eine mikrofotographische Aufnahme, die die Oberfläche einer mit Schrumpfungsbehinderung getrockneten Bahn zeigt.
In den Zeichnungen werden die gleichen Bezugszeichen für gleiche Teile der verschiedenen Ausführungsbeispiele verwendet.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer typischen Doppelfilz- Trockenpartie, die im ganzen mit 10 bezeichnet ist, und Trockner 11 und 12 einer oberen Reihe aufweist, die im ganzen mit 13 bezeichnet ist. Die Trockenpartie 10 hat auch untere Trockner 14 und 15 einer unteren Reihe, die im ganzen mit 16 bezeichnet ist. Die Bahn W erstreckt sich sinusförmig an jedem der Trockner 14, 11, 15 und 12 vorbei, so daß sich abwechselnde Seiten der Bahn getrocknet werden, während sie mit den jeweiligen Außenflächen 17, 18, 19 und 20 der Trockner 14, 11, 15 und 12 in Kontakt kommen. Ein oberer Filz 21 erstreckt sich um eine Leitwalze 22 und dann um den Trockner 11 herum. Der obere Filz 21 erstreckt sich dann um eine weitere Leitwalze 23 und den oberen Trockner 12 herum. Ähnlich erstreckt sich ein unterer Filz 24, nachdem er sich um den Trockner 14 herum erstreckt hat, um eine untere Leitwalze 25 um den Trockner 15 herum und dann um eine weitere untere Leitwalze 26 herum.
Obwohl diese vorbekannte Trockenpartie eine Schrumpfungsbehinderung der Bahn während des Laufs um die oberen und unteren Trockner 11, 12, 14 und 15 herum aufweist, ist die Bahn ungeschützt und daher unbehindert gegen Schrumpfen während des Übergangs der Bahn W beispielsweise zwischen den Trocknern 14 und 11. Eine solche ungestützte Bahn ist auf dem betreffenden Gebiet als freier Zug 27 bekannt. Da die Bahn W während ihres Durchlaufs durch die freien Züge 27 ungestützt ist, tritt eine Schrumpfung der Bahn quer zur Maschinenrichtung mit dem sie begleitenden Kanteneinrollen, Körnigsein und Kantenrunzeln auf.
Das Schaubild von Fig. 2 zeigt die Ergebnisse für eine Feinpapiermaschine, bei der festgestellt wurde, daß die Schrumpfung stark ungleichmäßig ist, wobei die Kurve fast parabolisch ist. Wie erwartet wurde die stärkste Schrumpfung an den Kanten festgestellt, wo die Bahn die geringste Schrumpfungsbehinderung in Querrichtung hat, und am niedrigsten war die Bahnschrumpfung in der Nähe der Mitte, wo das Papier durch den äußeren Teil zumindest teilweise am Schrumpfen gehindert wurde. In dem Schaubild der Fig. 2 sind auf der X-Achse Ablesewerte von der Vorderkante bis zur Hinterkante der Musterbahn aufgetragen, und die Größe der Schrumpfung ist in Prozent von der anfänglichen Breite gezeigt.
Das Schaubild von Fig. 3 zeigt ein quergerichtetes Profilmuster, das im Labor untersucht wurde, um die Abweichungen in den Bahneigenschaften festzustellen. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die Bahnfestigkeitsprofile in Maschinenrichtung und quer zur Maschinenrichtung demonstriert. Die Maschinenrichtungsdehnung ist in der Querrichtung sehr gleichmäßig, weil sie durch die Züge in Maschinenrichtung gesteuert wird. Die Dehnung quer zur Maschine ist jedoch sehr ungleichmäßig, wie durch das Schaubild gezeigt ist. Ein Vergleich der Kurve 28 mit der Kurve 29 der Maschinen richtung scheint zu zeigen, daß eine direkte Spiegelung der Schrumpfung in Querrichtung vorliegt, d. h. die größte Dehnung tritt an den Kanten auf, wo die Bahn die größte Schrumpfung durchgemacht hat.
Das in Fig. 4 gezeigte Schaubild beinhaltet eine Kurve der Bahn- Zugfestigkeitsprofile für die Richtung 30 quer zur Maschine und die Kurve für die Maschinenrichtung 31. Die Zugfestigkeit in Maschinenrichtung, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, ist ziemlich gleichmäßig, denn sie wird wieder zum Teil durch den Maschinenrichtungszug beeinflußt, der sich in der Querrichtung nicht ändert. Das Zugfestigkeitsprofil in der Querrichtung ist jedoch ungleichmäßig. Es hat ein leicht "hochgezogene" oder hyperbolische Form. Die niedrigste Zugfestigkeit findet sich in der Nähe der Bahnkanten, weil dort wieder die Schrumpfung quer zur Maschinenrichtung am größten war.
Mit den oben genannten Daten wird deutlich demonstriert, daß eine Zunahme in der Schrumpfungsbehinderung quer zur Maschinenrichtung, wie sie in der Nähe der Maschinenmitte auftritt, eine Verringerung der Dehnung mit einer entsprechenden Zunahme der Zugfestigkeit hervorruft. Da sich die Zugfestigkeit quer zur Maschinenrichtung in der Querrichtung ändert, während die Zugfestigkeit in der Maschinenrichtung ziemlich gleichmäßig bleibt, ändert sich auch das Zugfestigkeitsverhältnis, wobei das größte Verhältnis an den Kanten auftritt, wie durch die Zugfestigkeitsverhältniskurve 32 in Fig. 5 gezeigt ist.
Fig. 6 zeigt zwei Kurven 33 und 34. Kurve 33 demonstriert das TEA-Profil der Bahn in der Maschinenrichtung, während die Kurve 34 das TEA-Profil der Bahn für die Richtung quer zur Maschine zeigt.
Die TEA-Profile wurden auch am gleichen Muster gemessen. Das in Fig. 6 gezeigte Profil quer zur Maschinenrichtung reflektiert die Ungleichmäßigkeit der Dehnung quer zur Maschinenrichtung. Das TEA-Profil weist aber keine so große Änderung wie die Dehnung quer zur Maschinenrichtung auf, weil der Dehnungsverlust in der Nähe der Maschinenmitte teilweise durch die Zunahme der Zugfestigkeit ausgeglichen wird.
Fig. 7 zeigt eine Kurve 35, die das Trockengewicht einer Probenbahn von ihrer Vorder- bis zu ihrer Hinterkante angibt.
Fig. 8 zeigt eine Kurve, die das erforderliche Stauprofil zeigt, um das in Fig. 7 gezeigte Ergebnis zu erhalten. Wie in Fig. 8 gezeigt, sind die Stauöffnungen an den jeweiligen Kanten verringert, um eine relativ gleichmäßige resultierende Bahn nach der Schrumpfung zu erhalten.
Die Faserorientierung wurde an dem Muster durch Messen des Schallmodulprofils festgestellt. Das Profil ist in Fig. 9 gezeigt, das eine Kurve von der Vorderseite bis zur Rückseite der Bahn ist. Das Schaubild zeigt tatsächliche Ablesewerte an, wogegen die Kurve 36 die durchschnittliche Orientierung zeigt. Die Faserorientierung ist als Winkel der Hauptachse der Modulhülle von der Maschinenrichtung angegeben. Ein positiver Winkel zeigt an, daß die Fasern auf die Rückseite ausgerichtet sind, und ein negativer Winkel zeigt an, daß die Fasern auf die Vorderseite ausgerichtet sind.
Bei dem verwendeten Muster waren erwartungsgemäß alle Fasern auf die Maschinenmittellinie ausgerichtet, weil die Stauöffnung in der Nähe der Kanten heruntergedrosselt war, um die Kantenschrumpfung auszugleichen.

BEISPIELE:

Im Labor wurden zahlreichen Handbogenversuche durchgeführt, die zeigten, daß eine erhöhte Bahnschrumpfungsbehinderung während der Trocknung eine Verringerung der Dehnung, eine Erhöhung der Zugfestigkeit und eine Erhöhung des Moduls erzeugt.
Anstatt Handbogen zu verwenden, wurden in dem Versuch die Muster auf Zweisieb-Pilotmaschinen bei üblichen Betriebsgeschwindigkeiten hergestellt. Diese Bahnen wurden dann auf einem Trockentuch frei getrocknet, das durch einen Saugkasten gestützt wurde. Die Bahnen wurden separat mit verschiedenen Unterdruckniveaus in den Kasten getrocknet, um verschiedene Schrumpfungsbehinderungsmaße der Bahn zu liefern.
Ohne Unterdruck in dem Kasten konnte die maschinell hergestellte Bahn ungehindert schrumpfen. Die gesamte Schrumpfung in der Maschinenrichtung betrug ungefähr 1% und die gesamte Schrumpfung quer zur Maschinenrichtung betrug beinahe 7%, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Als jedoch das Unterdruckniveau (Schrumpfungsbehinderung bei der Trocknung) erhöht wurde, nahm die Schrumpfung progressiv ab.
Die entsprechenden Bahneigenschaften dieser Muster sind in den Fig. 11 bis 13 für die Dehnung, die Zugfestigkeit und die TEA gezeigt. Die gleichen Entwicklungen dieser Eigenschaften haben sich bei den Fabrikversuchen gezeigt. Die erhöhte Schrumpfungsbehinderung quer zur Maschinenrichtung, die sich bei den Mittelproben der handelsüblichen Maschine ergibt und durch den Saugkasten bei den Laborstudien erzeugt wurde, verursachte ähnliche Veränderungen bei den Eigenschaften der fertigen Bahn.
Genauer ausgedrückt zeigt Fig. 10 die Wirkung der Schrumpfungsbehinderung der Bahn mittels Unterdruck auf die Bahnschrumpfung für die Maschinenrichtung, wie durch die Kurve 37 gezeigt, und für die Richtung quer zu der Maschine, wie durch die Kurve 38 gezeigt.
Fig. 11 zeigt die Wirkung der Schrumpfungsbehinderung der Bahn mittels Unterdruck auf die Musterdehnung und zeigt die Kurve 39 für die Maschinenrichtung und die Kurve 40 für die Richtung quer zur Maschine.
Fig. 12 zeigt die Wirkung der Schrumpfungsbehinderung der Bahn mittels Unterdruck auf die Musterzugfestigkeit mit der Maschinen richtungskurve 41 und der Quermaschinenrichtung 42.
Fig. 13 zeigt die Wirkung der Schrumpfungsbehinderung der Bahn mittels Unterdruck auf die Muster-TEA, wobei die Kurve 43 die Maschinenrichtung und die Kurve 44 die Richtung quer zur Maschine anzeigt.
Um ein ausgeglichenes Massenprofil ohne eine ungleichmäßige Stauöffnung zu erzielen und um eine Bahn mit gleichmäßigen Eigenschaftsprofilen in der Querrichtung zu erzeugen, ist es notwendig, die Schrumpfung quer zur Maschinenrichtung zu steuern. Da die Schrumpfung auftritt, wenn die Feuchtigkeit entfernt wird, findet der größte Teil der Schrumpfung in den freien Zügen statt, wo das Wasser schnell verdampft. Um die Schrumpfung zu verringern, müssen die freien Züge durch ein Mittel zur ausgeprägten Schrumpfungsbehinderung ersetzt werden, wie es beispielsweise in der EP-A-0345266 und EP-A-0345291 dargestellt ist.
Eine allgemeine handelsübliche Maßnahme zum Vermeiden von freien Zügen ist die Einfilz- oder Serpentinentrockenpartie, die in Fig. 14 gezeigt ist.
In Fig. 14 stellen die Trockner 100, 101 und 102 eine obere Reihe dar, die im ganzen mit 103 bezeichnet ist, während die Trockner 104 und 105 eine untere Reihe 106 darstellen. Eine gemeinschaftliche Laufanordnung der Bahn WA und des Filzes F erstreckt sich jeweils serpentinenförmig um die Trockner 100, 104, 101, 105 und 102 herum. Obwohl Blaskästen 107 und 108 die Bahn während ihres Übergangs zwischen den Trocknern an den Filz ziehen, reicht dieser Unterdruck nicht aus, um eine spürbare Schrumpfungsbehinderung der Bahn hervorzurufen. Obgleich diese Anordnung die freien Züge eliminiert, ersetzt sie nicht die freien Züge durch eine ausgeprägte Schrumpfungsbehinderung, und sie trocknet die Bahn nur von einer Seite.
Fig. 15 zeigt die TOTAL BEL RUN®-Anordnung, die in der EP-A- 0345266 und EP-A-0345921 geoffenbart ist und Trockner 200, 201 und 202 aufweist, die in einer Einzelreihe angeordnet sind, die im ganzen mit 203 bezeichnet ist. Zwischen den Trocknern 200 und 201 ist eine Saugleitwalze 204 zwischengeschaltet. Ferner ist eine weitere Leitwalze 205 zwischen den Trocknern 201 und 202 angeordnet. Bei dieser Ausführung wurden die unteren unwirksamen Trockner der Serpentinenenpartie, die in Fig. 14 gezeigt ist, eliminiert und durch Saugwalzen 204 und 205 ersetzt. Das zweiseitige Trocknen wird bei dieser Anordnung durch Abwechseln von Oberfilz- und Unterfilz-Einreihenpartien, wie sie in der EP- A-0345966 und EP-A-0345921 gezeigt sind, aufrechterhalten.
Die zwischenliegenden Saugwalzen 204 und 205 der vorgenannten Einreihenpartie 203 haben ziemlich die gleiche Wirkung wie der Tuchsaugkasten, der bei den vorgenannten Laborstudien verwendet wurde. Dieser Unterdruck hält den Zwang aufrecht, der von dem Trockentuchdruck auferlegt wird, wenn die Bahn zwischen den Trocknern überführt wird.
Der von herkömmlichen Serpentinenblaskästen eingeleitete Unterdruck beträgt typischerweise nur 24,9 bis 49,81 Pa (0,1 bis 0,2 Zoll Wassersäule) und ist deutlich unzureichend, um eine erhebliche Schrumpfungsbehinderung, wie sie von Fig. 9 gezeigt wird, zu schaffen. Außerdem erstreckt sich dieser Niedrigniveauunterdruck nicht um den ganzen unteren Trockner herum. Bei der großen Bahnlänge zwischen den oberen Trocknern bleibt die Bahn ohne Schrumpfungsbehinderung während eines erheblichen Teiles des Trocknungsprozesses bei der herkömmlichen Serpentinentrockenpartie.
Ein Unterdruckniveau von 1,49 bis 1,99 kPa (6 bis 8 Zoll WS) in den Saugwalzen entspricht im wesentlichen dem Zwang, der von dem Trockentuch aufgeprägt wird. Es ist auch das Unterdruckniveau, das für eine ausgeprägte Bahnschrumpfungsbehinderung, wie sie in Fig. 9 angegeben ist, erforderlich ist.
Um die gleichen Eigenschaftsverbesserungen auf einer handelsüblichen Maschine, wie sie bei den oben genannten Laborstudien erzielt wurden, zu erzielen, muß die Schrumpfungsbehinderung bei der Trocknung in denjenigen Abschnitten angewendet werden, wo die Schrumpfung am größten ist. Spezielle Labortests wurden auf den Pilotmaschinenproben durchgeführt, um die natürlichen oder unbehinderten Schrumpfungskennwertefestzustellen. Die Ergebnisse für eine dieser Proben ist in Fig. 16 gezeigt.
In Fig. 16 ist für den speziellen Faserstoff die Schrumpfung in der Maschinenrichtung und quer zur Maschinenrichtung jeweils durch die Kurven 300 und 301 angegeben, wobei die Schrumpfung sehr gering ist, wenn die Bahn von 40 auf 60% Trockenheit getrocknet wird. Wenn die Bahn einmal eine Trockenheit von 60% erreicht, nimmt die Schrumpfung zu und setzt sich in einem hohen Maße fort, bis die Bahn im wesentlichen trocken ist.
Die Serpentinen- und Einreihentrockner wurden ohne Saugleitwalzen am nassen Ende der Trockenpartie angewendet. Dies wurde zur Verbesserung des Laufwirkungsgrads gemacht. Auf der Grundlage der Ergebnisse von Fig. 16 sollte jedoch die Einreihentrockenpartie in der Nähe des trockenen Endes der Maschine angewendet werden. Zur Verbesserung der Papiereigenschaften, für einen verbesserten Laufwirkungsgrad und für eine verbesserte Bahnqualität sollte die Konfiguration der Einreihentrockenpartie auf die ganze Trockenpartie angewendet werden.
Zusätzlich zu den vorgenannten Verbesserungen bei der Bahnqualität, die aus der Bahnschrumpfungsbehinderung bei der Trocknung resultiert, haben neuere Arbeiten gezeigt, daß mit Schrumpfungsbehinderung getrocknete Bahnen eine erhebliche Verringerung der Feuchtdehnbarkeit zeigen. Diese in Fig. 17 gezeigten Ergebnisse zeigen, daß die Bahn stabiler ist, wenn sie mit Schrumpfungsbehinderung getrocknet wird, und zeigen auch, daß die Feuchtdehnbarkeit der Bahn praktisch unbeeinflußt durch Änderungen in der Bahndichte ist, d. h. vom Pressen und der Feinteilgehalt als Folge der Feinbehandlung.
Eine Bahn, die mit Schrumpfungsbehinderung getrocknet wurde, unterscheidet sich erheblich von einer, die frei getrocknet wurde.
Die Verminderung der Schrumpfung verringert auch die Anfälligkeit der Bahn, sich einzurollen, zu runzeln und körnige Kanten zu bilden. Alle diese Bahndefekte werden durch die Feuchtdehnbarkeit eingeführt und durch Ungleichmäßigkeiten in der Z-Richtung durch die Dichte, Füllstoffverteilung, Feinteilverteilung und Faserorientierung verschlimmert. Durch Verringern der Feuchtdehnbarkeit können diese Fehler erheblich verringert oder ausgeschaltet werden. Fig. 17 zeigt die Wirkung der Schrumpfungsbehinderung auf die Feuchtdehnbarkeit, wobei die oberen Kurven 400, 401 und 402 frei getrocknete Bahnen darstellen, und die Kurven 403, 404 und 405 mit Schrumpfungsbehinderung getrocknete Bahnen darstellen.
Die in den Fig. 18 und 19 gezeigten mikrofotographischen Aufnahmen vergleichen die Faseroberflächenkennwerte eines von der Mitte der Maschine genommenen Bogens, der unter einer teilweisen Schrumpfungsbehinderung quer zur Maschinenrichtung steht, mit einem von den Kanten genommenen Bogen ohne Schrumpfungsbehinderung quer zur Maschinenrichtung. Diese Mikroaufnahmen zeigen die gleiche Verminderung der Faserknicke und -stärke, wie sie bei den im Labor getrockneten Mustern zu sehen ist.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß die Bahnschrumpfung in Querrichtung, die während des Trocknungsprozesses auftritt, stark ungleichförmig ist. Diese ungleichförmige Schrumpfung beeinträchtigt direkt die Dehnung, Zugfestigkeit, die Modul- und TEA- Profile quer zur Maschinenrichtung. Die größte Schrumpfung tritt in der Nähe der Kanten auf. Um ein ausgeglichenes Flächenmassenprofil an der Rolle zu erhalten, muß die Stauöffnung des Stoffauflaufs in der Nähe der Kanten verringert sein, um die Kantenschrumpfung auszugleichen. Die ungleichmäßige Schrumpfung beeinträchtigt dadurch indirekt die Faserorientierung und eine Einreihentrockenpartie mit zwischengeschalteten Saugwalzen kann verwendet werden, um die Schrumpfung quer zur Maschinenrichtung zu steuern. Unterdrücke in den Zwischenwalzen oder Leitwalzen im Bereich von 1,49 bis 1,99 kPa (6 bis 8 Zoll WS) setzen die Schrumpfungsbehinderung fort, die von dem Trockentuchdruck aufgebracht wird und verringern die Kantenschrumpfung erheblich.
Diese Steuerung der Schrumpfung erzeugt gleichmäßigere Eigenschaftsprofile in der Querrichtung, ermöglicht es, die Stauöffnung gleich zu lassen, verringert die Abweichungen quer zur Maschinenrichtung in der Faserorientierung und minimiert jegliche Tendenz zum Einrollen, Runzeln oder Entwickeln von körnigen Kanten. Außerdem wird die Bahn während des Übergangs zwischen den Trockenpartien schrumpfungsbehindert.

Claims

Verfahren zum schrumpfbehinderten Trocknen einer Papierbahn, die sich nacheinander durch ein nasses Ende und ein trockenes Ende einer Trockenpartie einer Papiermaschine erstreckt, wobei die Trockenpartie einen einreihigen Trockenabschnitt (203) zum Trocknen der Bahn während der Bewegung der Bahn stromabwärts bezüglich des nassen Endes der Trockenpartie aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Bewegen der Papierbahn und eines Trockenfilzes in Anlage miteinander, derart, daß die Bahn und der Filz einen Teil der erhitzten Oberflächen einer Vielzahl an drehbaren Trocknern (200, 201, 202) des einreihigen Trockenabschnitts (203) umschlingen, derart, daß die Bahn zwischen dem Filz und den erhitzten Oberflächen der Trockner angeordnet ist;

Leiten der Bahn und des Filzes in Anlage miteinander um eine Vielzahl an Saugleitwalzen (204, 205) des einreihigen Trockenabschnitts (203) herum, wobei jede Saugleitwalze der Vielzahl an Saugleitwalzen zwischen benachbarten Trocknern der Vielzahl an Trocknern (200,201, 202) angeordnet ist, derart, daß die Bahn von dem Filz während des Laufs der Bahn zwischen den Trocknern und den Saugleitwalzen gestützt wird, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Filz zwischen der Bahn und den Saugleitwalzen angeordnet ist, wenn die Bahn und der Filz einen Teil der Oberfläche der Saugleitwalze umschlingen; und

Verbinden der Saugleitwalzen (204, 205) mit einer Unterdruckquelle, derart, daß ein Unterdruck an der Bahn durch den Filz hindurch angelegt wird, wenn die Bahn und der Filz sich um die Saugleitwalzen schlingen, derart, daß die Bahn in enge Anlage an den Filz gezogen wird, wenn sich die Bahn und der Filz um die Saugwalzen herum schlingen; wobei ein Unterdruckniveau von 1, 49 bis 1,99 kPa (6 bis 8 Zoll WS) in den Saugleitwalzen (204, 205) angelegt wird, um die sich die Bahn bewegt, wenn sie einmal eine Trockenheit von annähernd 60% erreicht hat und bis sie im wesentlichen trocken ist, so daß die Schrumpfung der Bahn quer zur Maschinenrichtung während des Trocknens der Bahn im trockenen Ende der Trockenpartie gehemmt ist.