DE69926403T2

DE69926403T2 - Superkalanderrolle mit verbundumhüllung

Info

Publication number: DE69926403T2
Application number: DE69926403T
Authority: DE
Inventors: Lisa Jones
Original assignee: Stowe Woodward LLC
Current assignee: Stowe Woodward LLC
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2019-05-22
Also published as: WO2000005451A1; JP2002521579A; DE69926403D1; CA2328968A1; CA2328968C; EP1159485A1; ATE300636T1; US6375602B1; AU4310099A; BR9912373A; EP1159485B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Industriewalzen und im Spezielleren auf Superkalanderwalzen mit knochenharten Oberflächen.
Hintergrund der Erfindung
Kalandern ist der Prozess, bei dem man ein Flächenmaterial Walzen oder Platten durchlaufen lässt, um ihm ein glattes, glänzendes Aussehen zu verleihen. Dieser Prozess kann durch einen „Superkalander-" oder Satinageprozess noch verbessert werden, bei dem das Flächenmaterial zusätzlich zu dem durch die Walzen oder Platten angelegten Druck noch Wärme ausgesetzt wird. Superkalandern ist insbesondere bei der Herstellung von Papier mit SC-Güte weit verbreitet (wie es typischerweise zum Bedrucken und Beschreiben verwendet wird), das oftmals eine glatte, hochdichte, glänzende Oberfläche und eine gleichmäßige Stärke erfordert.
Aufgrund der Anforderungen des Superkalanderprozesses sollte eine Superkalanderwalze eine „knochenharte" Kalanderfläche haben. Der Begriff „knochenhart" soll allgemein bedeuten, dass die Oberfläche ein Elastizitätsmodul von mindestens 1378,952 × 10⁶ N/m (200.000 psi) und eine Shore D-Nennhärte von mindestens 80 hat. Natürlich sollte eine Superkalanderwalze auch aus Materialien gebaut sein, die es ihr ermöglichen, extremem Druck und extremer Wärme und Feuchtigkeit zu widerstehen, die im Superkalanderprozess vorkommen. Beispielsweise offenbart das an Watanabe erteilte US-Patent Nr. 5,091,027 eine Superkalanderwalze mit einer Welle, einem Metallkern, einer unteren Wickelschicht, die eine Textilverbundschichtumfasst und ein in Wärme aushärtendes Harz, einer Klebstoffschicht und einem Außenzylinder, der aus einem in Wärme aushärtenden Harz besteht.
Eine Art von Superkalanderwalze, die herkömmlicher Weise eingesetzt wurde, ist die sogenannte „gefüllte Walze" („filled roll"), die aus stark zusammengepresstem Papier, Baumwolle oder ähnlichem natürlichem oder synthetischem Fasermaterial besteht (wie Kevlar^®, Nomex^® oder Rayon). In einigen Ausführungsformen sind ringförmige Scheiben aus Fasermaterial auf einer Mittelwelle gestapelt und werden durch Druckplatten sehr eng zusammengepresst, die sich an den Enden der Welle befinden. Diese Scheiben bilden typischerweise eine Schicht, die sich von der Welle um ca. 0,127–0,254 m (5 bis 10 Zoll) radial nach außen erstreckt. Der durch die Druckplatten an die Scheiben angelegte Druck reicht im Allgemeinen aus, um die Oberfläche des Fasermaterials „knochenhart" zu machen. Beispielhafte gefüllte Walzen sind in dem an Paakkunainen erteilten US-Patent Nr. 4,283,821 und dem an Edwards erteilten US-Patent Nr. 4,475,275 beschrieben.
Eine gefüllte Walze kann eine sehr leichte, feste und harte Walze bereitstellen, die aber zu Dellen oder Schrammen auf ihrer Oberfläche neigt. Selbstverständlich können solche Dellen oder Schrammen eine negative Auswirkung auf die Oberfläche der Walze haben, was sie für einen Prozess wie die Papierherstellung unbrauchbar machen kann, bei dem die Oberflächenkonsistenz wichtig ist. Ein Versuch, diesen Nachteil anzugehen, läuft auf den Einschluss einer Polymerdeckschicht über einer gefüllten Walze hinaus; ein Beispiel für diesen Aufbau ist in dem an Galeone et al. erteilten US-Patent Nr. 3,711,913 beschrieben. Jedoch haben sich viele gefüllte Walzen mit Polymerdeckschichten insofern als ungeeignet erwiesen, als die Bindung zwischen der Deckschicht und dem Faserteil der Walze inkonsistent sein kann, was zu einer Ablösung der Deckschicht führt. Auch kann die Deckschicht typischerweise nicht verhindern, dass der Faserteil der Walze unter einer Stoßwirkung eingedellt wird. Wenn das auftritt, kann sich der eingedellte Faserteil von der Deckschicht lösen, so dass die stellenweise eingedellten Bereiche die Deckschicht nicht mehr direkt halten. Als Ergebnis können die nicht unterstützten Bereiche der Deckschicht ermüden und schließlich unter Belastung versagen.
Als Alternative bestehen manche knochenharte Superkalanderwalzen aus einem Epoxidgrundgerüst, das mit Glasfaser- oder anderen Füllstoffmaterialen wie organischen, Kohlenstoff- oder sonstigen Keramikfasern verstärkt ist. Das Epoxidgrundgerüst wird typischerweise als eine ca. 0,0102–0,038 m (0,4–1,5 Zoll) dicke Schicht über einem hohlen Metallkern aufgebracht. Obwohl solche epoxidbeschichteten Walzen allgemein dauerhafter und im Betrieb beständiger sind als gefüllte Walzen, kann diese Superkalanderwalzenabart einem Papierhersteller wegen der Kosten für den Erwerb aller neuer Metallkerne teuer zu stehen kommen.
Zusammenfassung der Erfindung
Angesichts des Vorstehenden besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Superkalanderwalze mit einer dauerhaften Superkalanderoberfläche bereitzustellen, die zu keinen Dellen, Schrammen oder anderen Oberflächenmängeln neigt.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige Superkalanderwalze mit einer solchen Oberfläche bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine solche Kalanderwalze bereitzustellen, die sich gegenüber gefüllten Superkalanderwalzen kostenmäßig auszahlt und Gewichtsvorteile aufweist.
Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch die Ansprüche 1 bis 34 der vorliegenden Erfindung erfüllt, welche sich auf eine knochenharte Superkalanderwalze mit einer Polymerabdeckung und ein Verfahren zu deren Herstellung bezieht.
Die knochenharte Superkalanderwalze der Ansprüche 1 bis 22 umfasst eine langgestreckte Welle; eine Zwischenschicht, die die Welle umfänglich umgibt; wobei die Zwischenschicht ein erstes Polymerharz und ein schweres Textilmaterial umfasst; und eine äußere Schicht, die die Zwischenschicht umfänglich bedeckt. Die Superkalanderwalze hat eine äußere Schicht, die ein zweites Polpmerharz und ein Verstärkungsmaterial umfasst.
Das Verfahren zur Herstellung der knochenharten Superkalanderwalze nach den Ansprüchen 23 bis 34 umfasst das Bereitstellen einer komprimierten Faserkernschicht, die eine langgestreckte Welle umfänglich bedeckt; das Aufbringen einer Zwischenschicht, um die Kernschicht umfänglich zu bedecken; wobei die Zwischenschicht ein erstes Polpmerharz und ein schweres Textilmaterial umfasst; das Aufbringen einer Außenabdeckung, um die Zwischenschicht umfänglich zu bedecken. Die Außenschicht umfasst ein zweites Polpmerharz und ein Verstärkungsmaterial.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der Einschluss des schweren Textilfasermaterials Volumen in der Walze einnehmen und ihr, ohne die Kosten für einen Metallkern oder die Dellen- und Schrammenprobleme, die mit gefüllten Walzen verbunden sind, strukturelle Intaktheit verleihen. Es hat sich herausgestellt, dass das schwere Textilmaterial eine stabile Bindungsunterlage für die Außenabdeckung bereitstellt, und es sich auch wirksam mit dem Fasermaterial einer Kernschicht verbinden kann. Bevorzugt ist das schwere Textilmaterial ein grobes Glasfasergewebe; noch bevorzugter hat das Gewebe eine Mock-Leno-Bindung, die dem Gewebe eine relativ hohe effektive Dicke, insbesondere bei mehreren übereinanderliegenden Lagen und auch Rauheit verleiht, um den Schichtverband und die Scherfestigkeit zu verbessern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine in ihre Einzelteile zerlegte perspektivische Ausschnittsansicht einer Superkalanderwalze der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht der Walze von 1 entlang der Linien 2-2.
3 ist eine Vorderansicht der Kern- und Zwischenschichten der Walze von 1, wobei die Zwischenschicht über der Kernschicht angebracht ist.
3A ist eine stark vergrößerte perspektivische Ansicht von Fasern des Mock-Leno-Gewebes, das in der Zwischenschicht der Walze von 1 eingeschlossen ist.
4 ist eine stark vergrößerte perspektivische Ansicht von Glasvorgespinststrängen, die über die Kernschicht der Walze von 1 gewickelt sind.
5 ist eine stark vergrößerte Schnittansicht des Glasvorgespinststranges entlang der Linie 5-5 von 4.
6 ist eine stark vergrößerte Schnittansicht von Teilen der Kern- und Zwischenschichten der Walze von 1.
7 ist eine stark vergrößerte Schnittansicht der Kern- und Zwischenschichten in der Außenabdeckung der Walze von 1.
8 ist eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Superkalanderwalze der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Beschreibung wird nun nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben, in denen Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt aufgefasst werden; vielmehr sind diese Ausführungsformen wiedergegeben, damit die Offenbarung umfassend und vollständig wird und dem Fachmann den Umfang der Erfindung vermittelt.
Nun ist mit Bezug auf die Zeichnungen eine Superkalanderwalze, die allgemein mit 10 bezeichnet ist, in den 1 bis 7 dargestellt. Die Walze 10 umfasst eine langgestreckte zylindrische Welle 12, ein Paar Druckplatten 14a, 14b, die an jedem Ende der Welle 12 befestigt sind, eine Kernschicht 20, eine Zwischenschicht 30, und eine Außenabdeckung 40. Die Walze 10 ist so gestaltet, dass sie in einer Vorrichtung wie einer Papierherstellungsmaschine montiert werden kann, die ein Flächenmaterial kalandriert.
Die Welle 12 hat eine dem Fachmann bekannte Gestaltung, d.h. sie ist langgestreckt und allgemein zylindrisch, und ist so aufgebaut, dass sie in einer Kalandervorrichtung zur Drehung um ihre Längsachse angebracht werden kann. Die Welle 12 umfasst an jedem Ende typischerweise (nicht gezeigte) Gewinde, Spannschlüssel oder dergleichen, die es ermöglichen, dass die Druckplatten 14a, 14b oder andere Einrichtungen zum Komprimieren der Kernschicht 20 daran angebracht werden können.
Mit Bezug auf die 1 bis 3 umfasst die Kernschicht 20 ein Fasermaterial, wie dasjenige, das typischerweise in einer herkömmlichen gefüllten Walze enthalten ist, das die Welle 12 umfänglich bedeckt. Wie er hier verwendet wird, bedeutet der Ausdruck, dass eine Schicht eine andere „umfänglich bedeckt", dass die darüber liegende Schicht im Wesentlichen die gesamte zylindrische Außenoberfläche der darunter liegenden Schicht bedeckt. Dieser Begriff umfasst absichtlich auch Gestaltungen, bei denen die darüber liegende Schicht einen Großteil der darunter liegenden Komponente oder Schicht wie in dem Fall umfasst, wenn die Kernschicht 20 das meiste der Spannweite der Welle 12 bedeckt, die Enden der Welle 12 aber von der Kernschicht 20 unbedeckt bleiben, so dass die Druckplatten 14a, 14b daran angebracht werden können und die Welle in einer Kalandervorrichtung montiert werden kann.
Das Fasermaterial der Kernschicht 20 nimmt eine allgemein zylindrische Form an; dargestellter Weise (1 und 3) besteht das Fasermaterial aus einer Vielzahl von ringförmigen Scheiben 22, die entlang der Länge der Welle 12 übereinander gestapelt sind, um einen Zylinder zu bilden. Das Fasermaterial erstreckt sich um ca. 0,102–0,229 m (4 bis 9 Zoll) radial von der Welle. Vorzugsweise wird das Fasermaterial (typischerweise mit einem Druck von ca. 55.158.000 bis 82.737.100 N/m² (8 bis 12 ksi)) zwischen den Druckplatten 14a, 14b komprimiert; dieser Druck kann durch eine Gewindeverbindung zwischen den Druckplatten 14a, 14b und der Welle 12 angelegt werden. Solch ein Druck sollte bewirken, dass das Fasermaterial ein Shore D-Oberflächenhärte von mindestens 80 hat. Beispielhafte Fasermaterialien für die Kernschicht 20 umfassen natürliche Fasermaterialien wie Papier oder Baumwolle und synthetische Fasermaterialien wie Kevlar^®- und Nomex^®-Aramidfasern und Rayon-Zellulosefasern. Es ist beabsichtigt, dass bei der Herstellung der Walze 10 die Kernschicht 20 neu aufgebaut werden oder eine gebrauchte, wiederaufgearbeitete gefüllte Walze sein kann.
Wenn das Fasermaterial des Kerns 20 an der Welle 12 angebracht ist, kann es vor dem Aufbringen der Zwischenschicht 30 behandelt werden. Beispielsweise kann das Fasermaterial auf einen gewünschten Durchmesser und/oder eine gewünschte Oberflächenglätte abgeschliffen werden. Es können auch Rillen 23 in der Oberfläche des Fasermaterials ausgebildet werden, um eine Textur bereitzustellen, die sich zur mechanischen Bindung der Zwischenschicht eignet (siehe 4 und 5). Solche Rillen können mit Glasvorgespinststrängen (mit 24 bezeichnet) oder einer anderen Faser aufgefüllt werden, die den Schichtverband verbessert. Auch kann das Fasermaterial (z.B. ca. 20 bis 30 Stunden lang) vor dem Aufbringen der Zwischenschicht 30 erwärmt werden, um das Aufbringen der Zwischenschicht 30 zu verbessern.
Wieder mit Bezug auf die 1 bis 3 umgibt die Zwischenschicht 30 die Kernschicht 20 umfänglich. Die Zwischenschicht 30 umfasst ein erstes Polymerharz (hier mit 31 bezeichnet) und ein schweres Textilmaterial 32.
Das erste Polymerharz 31 kann ein beliebiges, dem Fachmann als geeignet zur Verwendung in der bestimmten Kalanderanwendung bekanntes Polymerharz sein, d.h. das Harz sollte eine ausreichende Festigkeit, Steifigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Wärmestabilität haben, um den Kalanderbedingungen zu widerstehen. Beispielhafte Materialien umfassen Epoxid, Bismalimid, Vinylester, Polyamid, Polyetherimid, Phenol, Polysulfon, Polyetheretherketon, Polyethersulfon, Malimid, Polyetherketon, Cyanatester und deren Gemische und Copolymere. Epoxidharze und deren Gemische und Copolymere sind für Superkalanderwalzen, insbesondere diejenigen, die in Papierherstellungsvorgängen verwendet werden, bevorzugt. Ein beispielhaftes Epoxidharz ist DER331, erhältlich von Dow Chemicals, Midland, Michigan.
Das erste Polymerharz 31 kann ohne Füllstoff (d.h. „rein") sein oder einen Füllstoff oder mehrere Füllstoffe enthalten. Füllstoffe werden typischerweise zugesetzt, um die physikalischen Eigenschaften des Harzes zu verändern und/oder um seine Kosten zu senken. Beispielhafte Füllstoffe umfassen Glas, anorganische Oxide wie Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumdioxid (SiO₂), Calziumoxid (CaO), Silikate wie Lehm, Talk, Wollastonit (CaSiO₃) und Feldspat (KAlSi₃O₈), Metallpulver wie Aluminium, Eisen, Kupfer, rostfreien Stahl, oder Nickel, Calciumcarbonat (CaCO₃) und Nitride und Carbide wie Siliziumcarbid (SiC) und Aluminiumnitrid (AlN). Diese Füllstoffe können in praktisch jeder Form vorkommen, wie Pulver, Pellets, Fasern, Kugeln oder Perlen. Wenn ein Epoxidharz verwendet wird, ist bevorzugt, dass auch ein Glasfüllstoff mitaufgenommen wird. Auch kann das Polymerharz 31 weitere Zusatzstoffe wie Polymerisierungsinitiatoren, Härtemittel, Weichmacher, Farbstoffe und dergleichen enthalten, die die Verarbeitung erleichtern und die physikalischen Eigenschaften verbessern können.
Das schwere Textilmaterial 32 der Zwischenschicht 30 verstärkt das erste Polymerharzmaterial 31, wodurch ihm Festigkeit und Steifigkeit verliehen wird. Wie es hier verwendet wird, ist ein „schweres Textilmaterial" ein relativ dickes durchgehendes Material (d.h., das eine relativ große Stärke hat). Das Material kann aus einer einzelnen durchgehenden Verstärkungsfaser (Einzel- oder Multifilament, wie eine Paspel oder ein Zwirn) oder mehreren Fasern oder Garnen in einer durchgehenden zweidimensionalen Form bestehen, wie eine Gewebe-, Flächen-, Band- oder Streifenbahn. Beispielhafte schwere Textilmaterialien können Fiberglas-, Kohlenstofffaser-, Aramidfaser-, Metallfaser- und Keramikfaserformen umfassen. Das schwere Textilmaterial sollte ausreichend dick sein, so dass es, wenn es zu übereinander liegenden Lagen oder Schichten gewickelt wird, relativ schnell an Dicke zunimmt (bei zweidimensionalen Formen wie Gewebe und Streifen werden diese manchmal wegen ihrer Dicke und Verstärkungsfähigkeit technisch als „2 ½-D" Materialien bezeichnet). Aufgrund seiner Garndicke und/oder seines Garnaufbaus kann das schwere Textilmaterial 32 mehr Platz in weniger übereinander liegenden Schichten einnehmen als ein feineres Material, wodurch weniger Faserschichten oder -lagen für eine bestimmte Dicke nötig sind. Das schwere Textilmaterial sollte mindestens 0,000254 m (0,010 Zoll) und vorzugsweise mindestens 0,00127 m (0,050 Zoll) dick sein.
Es ist bevorzugt, dass ein gewebtes Glasfasergewebe als das schwere Textilmaterial 32 verwendet wird. Gewebebindungen wie die Leno- oder Mock-Leno-Bindung (eine Mock-Leno-Bindung ist in 3A dargestellt), bei denen die Fasern, die das Gewebe ausmachen, eine relativ geringe Oberflächenkoplanarität aufweisen, sind besonders zur Verwendung als schweres Textilmaterial geeignet. Solche Gewebe nehmen nicht nur, insbesondere in übereinander liegenden Lagen ein erhebliches Volumen ein, sondern haben auch ein raue Textur, die für ein mechanisches „Ineinandergreifen" bei übereinander liegenden Lagen sorgt, das die Bindungsfestigkeit und die gesamte strukturelle Intaktheit der Zwischenschicht 30 erhöhen kann.
Beispielsweise kann ein schweres gewebtes Mock-Leno-Glasfasergewebe mit einem Gewicht über 77.566,1 N/m² (5 Unzen pro Quadratyard) (im Gegensatz zu den herkömmlicheren Geweben mit 1 bis 2 Unzen pro Quadratyard, die oftmals bei anderen Walzenbelägen eingesetzt werden) verwendet werden, wobei Gewebe mit einem Gewicht von über 10 oder sogar 15 Unzen pro Quadratyard bevorzugt sind. Solche Gewebe haben allgemein eine Dicke von ca. 0,000254 bis 0,00127 m (0,010 bis 0,050 Zoll) pro Lage. Somit kann, wenn die Dicke der Zwischenschicht 30 0,0381 m (1,5 Zoll) (ca. 0,0381 bis 0,1016 m (1,5 bis 4 Zoll) sind bevorzugt) beträgt, diese Dicke mit einem 0,000762 m (0,030 Zoll) dicken Mock-Leno-Gewebe mit 20 Unzen pro Quadratyard mit nur 48 übereinander liegenden Lagen erzielt werden, und nicht mit den 200 Lagen, die typischerweise bei einem feineren Glasfasergewebe gebraucht werden, und es wird ein signifikantes Ineinandergreifen der Lagen erzielt. Es ist auch bevorzugt, dass das Gewebe mit einer hochprozentigen (über 80) Überlappung gewickelt wird (wie in 3 dargestellt ist), weil die Auswirkungen der effektiven Dicke des Gewebes bewirken können, dass der Winkel zwischen der Ebene des Gewebes und der Längsachse der Welle 12 bis zu 5 bis 10 Grad betragen und das Gewebe dadurch ein erhebliches Volumen einnehmen und eine stärkere radiale Verstärkung bereitstellen kann.
Es ist beabsichtigt, dass das schwere Textilmaterial 32 mehr als einen Bestandteil enthalten kann. Beispielsweise kann eine Kohlenstofffaser in ein Glasfasergewebe, eine Paspel oder Multifilamentfaser eingewebt werden, um die elektrischen Eigenschaften der Walze 10 zu beeinflussen. Auf ähnliche Weise kann eine Metallfaser in ein Glasfasergewebe, eine Paspel oder Multifilamentfaser eingewebt werden, um die Wärmeleitfähigkeit der Walze 10 zu erhöhen.
Die Zwischenschicht 30 kann durch jedes dem Fachmann bekannte Verfahren, das sich eignet, verstärkte Polymerharze über einem feststehenden Kern aufzubringen, über der Kernschicht 20 aufgebracht werden. Diese Verfahren umfassen Prozesse der Tropfimprägnierung, Badimprägnierung, Harzübertragungsformung und Vorimprägnierung. Bei dem dargestellten Glasfasergewebe ist bevorzugt, dass das Gewebe zu einander überlappenden, übereinander liegenden Lagen gewickelt ist, wenn das Harzmaterial 31 zur Imprägnierung des Gewebes gleichmäßig durch eine Fließdüse auf die Walze fließt oder tropft (siehe 3 und 6). In manchen Fällen wird die Walze nach dem Auftragen des Harzes und des schweren Textilmaterials bevorzugt erwärmt, um das Harz gelieren zu lassen.
Mit Bezug auf die 1, 2 und 7 umfasst die Außenabdeckung 40, die umfänglich über der Zwischenschicht 30 liegt, ein zweites Polymerharz 41 und ein Verstärkungsmaterial 52. Die Außenabdeckung 40 dient der Walze 10 als Kontaktfläche, wenn sie das Flächenmaterial während der Verarbeitung berührt.
Das zweite Polymerharz 41 kann irgendein vom Fachmann anerkanntes Polymerharz sein, das sich dazu eignet, ein Flächenmaterial während der Verarbeitung zu berühren und die gewünschte Aufgabe zu erfüllen. Es kann sich dabei um dasselbe wie das erste Polymerharz oder aber auch um ein anderes handeln, obwohl bevorzugt ist, dass das zweite Polymerharz wegen der Schichtverbundverträglichkeit dasselbe wie das erste Polymerharz ist. Beispielhafte Polymerharze für die Außenabdeckung 40 umfassen Epoxid, Bismalimid, Malimid, Vinylester, Polyurethan, Polyamid, Polyetherimid, Phenol, Polysulfon, Polyetheretherketon, Polyethersulfon, Polyetherketon, Cyanatester und deren Gemische und Copolymere. Von diesen sind Epoxid- und Polyurethanharze zur Verwendung in Superkalandervorgängen bevorzugt, wobei die Epoxidharze am meisten bevorzugt sind. Wie im Falle des ersten Harzes 31 kann auch das zweite Harz 41 einen Füllstoff enthalten, obwohl ein reines Harzmaterial bevorzugt ist, und kann auch andere Bestandteile wie Farbstoffe, Weichmacher, Polymerisationsinitiatoren, Härtungsmittel und dergleichen enthalten.
Das Verstärkungsmaterial 42 kann irgendeines sein, von dem der Fachmann weiß, dass es die geeigneten Oberflächeneigenschaften bei der Bearbeitung von Flächenmaterial bereitstellt. Beispielhafte Verstärkungsmaterialien umfassen Glas, andere anorganische Stoffe, Kohlenstofffaser, Aramidfaser und dergleichen. Diese können in vielen Formen wie etwa gewebten und nicht gewebten Geweben, Fasern, Perlen, Kugeln oder Pulver eingeschlossen werden. Von diesen ist eine Kombination mehrerer Schichten aus gewebten Geweben und Glasfaservlies und einem Aramidverbundstoff, insbesondere mit einer Außenschicht aus einem Verbundstoff bevorzugt (siehe 7).
Die Außenabdeckung 40 kann durch irgendeines einer Anzahl von bekannten Verfahren zum Aufbringen von Harz über der Zwischenschicht 30 aufgebracht werden und hängt vom ausgewählten Harz und Verstärkungsmaterial ab. Beispielhafte Verfahren umfassen Guss- und Tropfimprägnierung, wobei Tropfimprägnierung bevorzugt ist. Bevorzugt sollte auch vor dem Aufbringen der Außenabdeckung 40 eine Grundschicht aus einem rauen Gewebe wie ein Glasfasergewebe über die Zwischenschicht 30 gewickelt werden, um den Schichtverbund zu verbessern. Für die Superkalanderbearbeitung sollte die Außenabdeckung 40 eine Shore D-Härte von mindestens 80 und vorzugsweise zwischen 85 und 95 haben.
Walzen mit dieser Gestaltung können die Nachteile von Superkalanderwalzen aus dem Stand der Technik abschaffen. Walzen der vorliegenden Erfindung haben sich als recht geeignet für Superkalandervorgänge erwiesen, weil die Oberfläche der Außenabdeckung 40 ganz ähnlich derjenigen der knochenharten Superkalanderwalze aus dem Stand der Technik ist, die eine Polymerabdeckung umfasst, die über einem Metallkern angebracht ist. Die Walze der vorliegenden Erfindung ist jedoch, weil die Kernschicht 20 aus Fasermaterial viel weniger kostet, viel kostengünstiger herzustellen als ein Metallkern. Wenn man die Walze der vorliegenden Erfindung mit herkömmlichen gefüllten Walzen vergleicht, lassen sich die Walzen der vorliegenden Erfindung (wie gefüllte Walzen) verhältnismäßig billig herstellen und einfach wiederaufarbeiten, kranken aber nicht an derselben Tendenz zu Dellen und Schrammen wie die herkömmlichen gefüllten Walzen. Die Fähigkeit der Zwischenschicht 30, ein erhebliches Volumen zwischen dem Faserkern der Walze und der Außenabdeckung einzunehmen, um den Faserkern vor Dellen und Schrammen zu schützen, um eine kompatible und mechanisch stabile Bindungsstelle für die Außenabdeckung zu schaffen, dies aber wegen der effektiven Dicke des schweren Textilmaterials zu relativ niedrigen Kosten zu bewerkstelligen, kann aus den Walzen der vorliegenden Erfindung eine hervorragende kostengünstige Lösung für die Probleme mit früheren Superkalanderwalzen machen.
Eine zweite Ausführungsform einer Walze nach der vorliegenden Erfindung, die allgemein mit 50 bezeichnet ist, ist in 8 dargestellt. Die Walze 50 umfasst eine Metallwelle 52 in ihrer Mitte, eine Zwischenschicht 60 und eine Außenschicht 70. Ihr Aufbau ist wie derjenige der vorstehend beschriebenen Walze 10, jedoch wurde der Fasermaterialkern weggelassen. Die Welle 52 besteht aus Metall (vorzugsweise Stahl) und hat die herkömmliche Gestaltung, wie sie vorstehend für die Welle 12 beschrieben wurde, die Druckplatten jedoch wegen des Nichtvorhandenseins eines Fasermaterialkerns weggelassen wurden. Die Zwischenschicht 60 umfasst ein erstes Verstärkungsharz und ein schweres Textilmaterial. Jeder dieser Bestandteile kann mit den Materialien und Verfahren hergestellt werden, die vorstehend für die Zwischenschicht 20 der Walze 10 beschrieben wurden, obwohl bei der Walze 50 die Zwischenschicht 60 ca. 0,0762 bis 0,2286 m (3 bis 5 Zoll) beträgt. Wenn somit das vorstehend beschriebene beispielhafte raue, gewebte Mock-Leno-Glasfasergewebe mit 20 Unzen pro Quadratyard als Verstärkungsmaterial verwendet wird, kann ein solches Gewebe zu ca. 100 Lagen gewickelt werden, um eine Dicke von 0,0762 m (3 Zoll) zu erzielen. Die Außenschicht 70 umfasst ein zweites Polymerharz und ein zweites Verstärkungsmaterial. Die vorstehende Erläuterung in Bezug auf Polymerharze und Verstärkungsmaterialien für die Außenschicht 40 der Walze 10 lässt sich hier gleichermaßen anwenden.
Die Erfindung wird nachstehend in den folgenden, nicht einschränkenden Beispielen ausführlicher beschrieben.
BEISPIEL 1
Gefüllte Walze mit Zwischenschicht und Außenabdeckung
A. Herstellung des Kerns der gefüllten Walze
Es wurde eine gebrauchte, gefüllte Walze besorgt, die aus Rayonfasern über einer Metallwelle bestand.
Anfangs hatte die gefüllte Walze einen Durchmesser von ca. 0,4639 m (18,265 Zoll). Das faserige Rayon wurde geschliffen, um eine neue Oberfläche für die Bindung zu schaffen. Zuerst wurde mit einem Schleifband mit 60-er Körnung auf einen Durchmesser von ca. 0,457 m (18,0 Zoll) abgeschliffen, dann erfolgten mehrere Endbearbeitungsdurchgänge mit einem Schleifband mit 120-er Körnung. Der gesamte Schleifvorgang fand bei trockener Walze statt.
Dann wurde die Walze mit Rillen versehen, um die für die Bindung zur Verfügung stehende Oberfläche zu vergrößern. Ein Ventanip^®-Rad (erhältlich von Elenco Tool Corp.) wurde zur Herstellung der Rillen verwendet; das Rad war 0,00318 m (0,125 Zoll) breit und erzeugte mit einer gerundeten Spitze einen 90°-Schnitt. Es wurde eine durchgehende, 0,00229 m (0,090 Zoll) tiefe Spiralrille in der Rayonoberfläche der Walze ausgebildet, wobei sechs umfängliche Windungen pro laufendem Zoll der Walze gezogen wurden. Um die Abdeckung zu kühlen und Staub zu entfernen, wurde Luft in den Schnittbereich geleitet. Die Walze wurde bei 90 ± 5°C (194 ± 10°F) in einen Trockenheizofen gelegt, um dort 20–30 Stunden vorerwärmt zu werden.
B. Aufbringen der Zwischenschicht
Nach einer Imprägnierung mit Epoxid, wurden zwei Glasvorgespinststränge eines Garns ca. des Typs 1062 (100.620 Yards Vorgespinst) in die Spiralrille in der Walze gewickelt. Sobald die Faserstränge an Ort und Stelle waren, wurde ein gewebtes Mock-Leno-Glasfasergewebe, das mit einem mit Glasfüllstoff versehenen Epoxid imprägniert war, über den Rayonkern gewickelt. Das Epoxid war ein Gemisch aus 100 Teilen Epoxidharz, 48 Teilen Glasperlen und 27 Teilen Diaminhärtungsmittel. Das Glasfasergewebe war ein Gewebe mit 20 Unzen pro Quadratyard mit einer Breite von 0,152 m (6 Zoll) und einer Dicke von ca. 0,00076 m (0,030 Zoll). Das Gewebe wurde mit ca. 11 Umdrehungen pro Minute mit einer Querbewegung von 0,00635 m (0,25 Zoll) pro Umlauf gewickelt, so dass das 6 Zoll breite Gewebe 24 übereinander liegende Lagen über die Spannweite der Walze erzeugte. Harz wurde in einem Mengen-/Zeitverhältnis von ca. 2 Liter pro Minute durch stetiges Auftropfen auf das Gewebe aufgetragen, als es aufgewickelt wurde. Das Gewebe blieb nass, aber die Harzvergeudung war auf ein Mindestmaß reduziert. Das Gewebe wurde mit einer Spannung von 55 Pfund aufgebracht.
Nachdem die gesamte Spannweite der Walze mit imprägniertem Gewebe bedeckt war, erfolgte ein zweiter Durchlauf mit dem Gewebe unter denselben Bedingungen. Die Walze durfte dann 16 Stunden lang bei einer Oberflächentemperatur von 165–175 F gelieren. Die Walze wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, dann auf einen konstanten Durchmesser von 20,280 ± 0,10 Zoll grob abgeschliffen. Ein Endschliff der Zwischenschicht erfolgte mit einem Schleifband mit 180-er Körnung.
C. Aufbringen der Außenabdeckung
Nachdem die Zwischenschicht geliert hatte und geschliffen worden war, wurde die Außenabdeckung aufgebracht. Ein Epoxidharzgemisch aus 100 Teilen Epoxid (DER 331) und 18 Teilen Diaminhärtungsmittel wurde in einem Mengen-/Zeitverhältnis von 0,85 bis 1 Liter/Minute aufgetragen. Die anschließenden Epoxidschichten wurden dann wie in Tabelle 1 dargelegt mit Verstärkungsmaterialien versetzt.
Ein gesponnenes Kevlar^®-Spitzengewebe wurde dann mit einem Epoxidgemisch aus 100 Teilen Epoxid und 32,6 Teilen Diaminhärtungsmittel in einem Mengen-/Zeitveehältnis von 1,4 Liter/Minute aufgetragen.
Nach dem Aufbringen der Außenabdeckung durfte die Walze 2 Stunden lang bei 140°F und 6 Stunden lang bei 158°F gelieren. Schließlich wurde die Walze längenmäßig zugeschnitten, wie in Tabelle 2 angegeben ausgehärtet, und der Radius wurde durch Schleifen auf eine mittlere Rauheit Ra von 10 Mikrozoll gebracht.
Die Gesamtdicke der Außenabdeckung betrug 0,3 Zoll.
BEISPIEL 2
Walze mit Zwischenschicht und Außenabdeckung über Stahlkern
Eine Stahlwelle mit einem Durchmesser von 0,432 m (17 Zoll) wurde zur Texturgebung sandgestrahlt. Ein Mock-Leno-Gewebe, das mit einem Epoxidharz imprägniert war, das mit Glasperlen verstärkt worden war, wurde dann auf die im Abschnitt B des vorstehenden Beispiels 1 beschriebene Weise aufgebracht, um eine Zwischenschicht auszubilden. Es wurden einhundert Lagen des Gewebes aufgebracht, bis die Zwischenschicht 0,0762 m (3 Zoll) dick war. Aufgrund dieser Dicke wurde die Zwischenschicht 24 Stunden lang bei 230°F ofengehärtet. Dann wurde die Außenabdeckung aufgebracht, wie im Abschnitt C des Beispiels 1 beschrieben ist.
Das Vorstehende ist veranschaulichend für die vorliegende Erfindung und sollte nicht als diese einschränkend aufgefasst werden. Obwohl beispielhafte Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben wurden, wird dem Fachmann sofort klar sein, dass in den beispielhaften Ausführungsformen viele Abwandlungen möglich sind, ohne wesentlich von den neuartigen Lehren und Vorteilen dieser Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sollen alle solchen Abwandlungen in den Rahmen dieser Erfindung wie sie in den Ansprüchen definiert ist, mitaufgenommen werden. Die Erfindung ist durch die folgenden Ansprüchen definiert, wobei Entsprechungen der Ansprüche darin eingeschlossen sein sollen. In den Ansprüchen sollen Abschnitte zu Einrichtungen und Funktion die darin beschriebenen Strukturen abdecken, wie sie die genannte Funktion erfüllen, und nicht nur strukturelle Äquivalente, sondern auch äquivalente Strukturen.

Claims

Knochenharte Superkalanderwalze (10) umfassend: eine langgestreckte Welle (12); eine Zwischenschicht (30), die die Welle (12) umfänglich bedeckt; wobei die Zwischenschicht ein erstes Polymerharz (31) und ein schweres Textilmaterial (32) umfasst; eine äußere Schicht (40), die die Zwischenschicht (30) umfänglich bedeckt, wobei die Superkalanderwalze dadurch gekennzeichnet ist, dass die äußere Schicht (40) ein zweites Polymerharz und ein Verstärkungsmaterial umfasst.
Superkalanderwalze nach Anspruch 1, wobei das schwere Textilmaterial (32) ein grobes Glasfasergewebe umfasst.
Superkalanderwalze nach Anspruch 2, wobei das grobe Glasfasergewebe ein Dichte von ca. 6463,8 bis 10773,1 N/m² (15 bis 25 Unzen pro Quadratzoll) hat.
Superkalanderwalze nach Anspruch 2, wobei das grobe Glasfasergewebe ein gewebtes Gewebe mit einer Mock-Leno-Bindung ist.
Superkalanderwalze nach Anspruch 1, wobei das erste Polymerharz (31) ein Epoxidharz ist.
Superkalanderwalze nach Anspruch 5, wobei das erste Polymerharz (31) einen Glasfüllstoff umfasst.
Superkalanderwalze nach Anspruch 1, wobei das zweite Polymerharz ein Epoxidharz umfasst.
Superkalanderwalze nach Anspruch 2, wobei das grobe Glasfasergewebe in mehreren übereinanderliegenden Lagen angeordnet ist.
Superkalanderwalze nach Anspruch 1, wobei das zweite Verstärkungsmaterial aus der Gruppe ausgesucht ist, die besteht aus: gewebtem und nichtgewebtem Glasfasergewebe und Aramidgewebe.
Superkalanderwalze nach Anspruch 9, wobei das zweite Verstärkungsmaterial in mehreren übereinanderliegenden Lagen angeordnet ist.
Superkalanderwalze nach Anspruch 1, wobei die äußere Schicht (40) eine Shore D-Oberflächenhärte von ca. 85 bis 95 hat.
Superkalanderwalze nach Anspruch 1, darüber hinaus umfassend: eine aus Fasermaterial bestehende Kernschicht (20), welche die Welle (12) umfänglich bedeckt und unter der Zwischenschicht liegt; und Einrichtungen (14a), um die Kernschicht (20) entlang der Wellenlängsachse zu komprimieren.
Superkalanderwalze nach Anspruch 12, wobei das Fasermaterial der Kernschicht (20) aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: Papier, Baumwolle, Rayon und Aramid.
Superkalanderwalze nach Anspruch 12, wobei die Einrichtung (14a) zum Komprimieren der Kernschicht (20) ein Paar Platten (14) umfasst, die an jedem Ende der Welle (12) befestigt sind.
Superkalanderwalze nach Anspruch 12, wobei das schwere Textilmaterial (32) ein grobes Glasfasergewebe umfasst.
Superkalanderwalze nach Anspruch 15, wobei das grobe Glasfasergewebe eine Dichte von ca. 6463,8 bis 10773,1 N/m² (15 bis 25 Unzen pro Quadratzoll) hat.
Superkalanderwalze nach Anspruch 15, wobei das grobe Glasfasergewebe ein gewebtes Gewebe mit einer Mock-Leno-Bindung ist.
Superkalanderwalze nach Anspruch 12, wobei das erste Polpmerharz (31) ein Epoxidharz ist.
Superkalanderwalze nach Anspruch 12, wobei das zweite Polymerharz ein Epoxidharz umfasst.
Superkalanderwalze nach Anspruch 12, wobei sich die Zwischenschicht (30) um ca. 0,0381 bis 0,1016 m (1,5 bis 4 Zoll) von der Welle (22) radial weg erstreckt.
Superkalanderwalze nach Anspruch 12, wobei das zweite Verstärkungsmaterial aus der Gruppe ausgesucht ist, die besteht aus: gewebtem und nichtgewebtem Glasfasergewebe und Aramidgewebe.
Superkalanderwalze nach Anspruch 12, wobei die äußere Schicht (40) eine Shore D-Oberflächenhärte von ca. 85 bis 95 hat.
Verfahren zur Herstellung einer knochenharten Superkalanderwalze, umfassend: Bereitstellen einer komprimierten Faserkernschicht (20), die eine langgestreckte Welle (12) umfänglich bedeckt; Aufbringen einer Zwischenschicht (30), um die Kernschicht (22) umfänglich zu bedecken; und Aufbringen einer Außenabdeckung (40), um die Zwischenschicht (30) umfänglich zu bedecken, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Aufbringen der Zwischenschicht (30) das Aufbringen eines ersten Polymerharzes und eines schweren Textilmaterials umfasst, und dass das Aufbringen der Außenschicht (40) das Aufbringen eines zweiten Polymerharzes und eines Verstärkungsmaterials umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das schwere Textilmaterial (32) ein grobes Glasfasergewebe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das grobe Glasfasergewebe eine Dichte von ca. 6463,8 bis 10773,1 N/m² (15 bis 25 Unzen pro Quadratzoll) hat.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das grobe Glasfasergewebe ein gewebtes Gewebe mit einer Mock-Leno-Bindung ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das erste Polymerharz (31) ein Epoxidharz ist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das erste Polymerharz (31) einen Glasfüllstoff umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Fasermaterial der Kernschicht (20) aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: Papier, Baumwolle, Rayon und Aramid.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das zweite Polymerharz ein Epoxidharz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das grobe Glasfasergewebe in mehreren übereinanderliegenden Lagen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das zweite Verstärkungsmaterial aus der Gruppe ausgesucht ist, die besteht aus: gewebtem und nichtgewebtem Glasfasergewebe und Aramidgewebe.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das zweite Verstärkungsmaterial in mehreren übereinanderliegenden Lagen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 23, darüber hinaus den Schritt umfassend, die Außenabdeckung (40) auf eine Shore D-Oberflächenhärte von ca. 85 bis 95 zu härten.