ES2222739T3 - Cuchilla rascadora no abrasiva de material compuesto. - Google Patents
Cuchilla rascadora no abrasiva de material compuesto.Info
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Abstract
Una cuchilla rascadora alargada que tiene un borde lateral configurado para la aplicación a la superficie de un rodillo giratorio en una máquina para fabricar papel, siendo dicha cuchilla rascadora una multicapa de material compuesto que comprende: a) un núcleo interno formado predominantemente por material polimérico termoplástico o termoestable que descansa sobre el eje neutro de dicha cuchilla; y b) capas intermedias en los lados opuestos de dicho núcleo, incluyendo dichas capas intermedias fibras de refuerzo, teniendo el borde lateral de dicha cuchilla rascadora una capacidad de abrasión, medida mediante el procedimiento de ensayo D5181-91 de la ASTM, de entre 4, 0 y 5, 0.
Description
Cuchilla rascadora no abrasiva de material
compuesto.
Esta invención se refiere, en general, a
cuchillas rascadoras usadas en máquinas de fabricación de papel y
convertidoras de bandas continuas de papel y se centra, en
particular, en proveer una cuchilla rascadora de material
compuesto.
Las cuchillas rascadoras entran en contacto con
la superficie de los rodillos en las máquinas de fabricación de
papel y convertidoras de banda continuas con el propósito de limpiar
o eliminar las hojas. Entre los materiales convencionales para las
cuchillas rascadoras se incluyen metales, plásticos homogéneos y
materiales estratificados de algodón, vidrio y carbono
termoestables. Las cuchillas de metal, aunque no son caras, pueden
dañar o causar un desgaste prematuro en las superficies de algunos
rodillos. Muchos de los rodillos para la eliminación de agua, en su
extremo húmedo, tienen una cubierta de caucho relativamente blanda,
medida a 10 PyJ e incluso más blanda. Típicamente, estos rodillos se
rascan con cuchillas rascadoras homogéneas de plástico, tal como de
polietileno de peso molecular ultraalto (polietileno
"UHMW").
Generalmente, las cuchillas de plástico son
gruesas, de 3 mm a 6 mm (1/8'' a 1/4''), en comparación con los
metales y los materiales estratificados de vidrio y de carbono
termoestables, que típicamente tienen un grosor de 1,25 mm a 2 mm
(0,050'' a 0,080''). El grosor adicional de los plásticos homogéneos
es necesario para alcanzar la suficiente rigidez en la dirección de
la máquina para que el rascado sea fiable. Sin embargo, cuando se
comparan con las cuchillas más finas, una cuchilla rascadora gruesa
sufre una pérdida de su rendimiento en el rascado debido a la
disminución de la presión de contacto entre la cuchilla y el
rodillo. Los materiales estratificados de algodón, al igual que los
plásticos homogéneos, son relativamente gruesos y presentan las
desventajas asociadas. Para eliminar algunos de los problemas
asociados con las cuchillas gruesas de plástico o de algodón, a
menudo se usan laminados de vidrio y de carbono. Los materiales
estratificados de vidrio son rígidos y, por tanto, se pueden hacer
finas para que lleven a cabo un rascado eficaz. La principal
desventaja que presentan los materiales estratificados de vidrio es
que las partículas de vidrio producidas por desgaste son abrasivas y
pueden alterar o producir accidentalmente un desgaste excesivo con
algunas superficies de rodillo, en especial en rodillos con
extremos blandos y húmedos. Las láminas de carbono presentan la
ventaja de que son muy rígidas y no abrasivas. Sin embargo, las
láminas de carbono son caras y no siempre económicas para su uso
generalizado en el extremo húmedo de la máquina de papel. Por
tanto, se hizo necesario desarrollar una cuchilla rascadora de
material compuesto fina y no abrasiva para raspar de forma eficaz
los rodillos con extremos húmedos y blandos en la máquina de
papel.
Las cuchillas de estucado pueden estar en
contacto con una hoja en movimiento de papel o de otro material. En
el punto de contacto con la cuchilla, un rodillo giratorio de apoyo
del estucado sostiene la hoja. La cuchilla de estucado se usa a
modo de limpiador para dosificar una capa de líquido en una hoja de
papel u otro material. Con algunas máquinas estucadoras, la
cuchilla de estucado dosifica una capa de líquido directamente en
la superficie de un rodillo y, a continuación, se transfiere el
estucado a la hoja de material en un punto posterior. La cuchilla
de estucado se sostiene en un soporte similar a una cuchilla
rascadora. El líquido dosificado o el grosor del estucado depende de
la cantidad de presión aplicada al borde posterior de la cuchilla
de estucado. Un aumento de la cantidad de presión reducirá el
grosor del estucado. Entre los materiales convencionales de los que
está hecha la cuchilla de estucado se incluyen acero, acero
inoxidable y acero en el que se ha tratado un borde para prolongar
su vida útil.
La patente de EE.UU. nº 4.549.933 muestra una
cuchilla rascadora con propiedades de rigidez no homogéneas. La
patente de EE.UU. nº 2.767.529 muestra una cuchilla rascadora para
abrillantar compuesta de material estratificados alternas frágiles y
resistentes al desgaste de materiales levemente abrasivos y no
abrasivos, respectivamente.
En resumen, una cuchilla rascadora está
configurada para la aplicación a la superficie de un rodillo
giratorio en una máquina para fabricar papel. La cuchilla rascadora
es una multicapa de material compuesto que tiene un núcleo interno y
capas intermedias en los lados opuestos del núcleo. La cuchilla
rascadora también puede incluir capas externas sobre las capas
intermedias. El núcleo interno está formado predominantemente por
material polimérico termoplástico o termoestable que descansa sobre
el eje neutro de la cuchilla. Las capas intermedias incluyen fibras
de refuerzo. El borde lateral de dicha cuchilla rascadora tiene una
capacidad de abrasión medida con el procedimiento de ensayo
D5181-91 de la ASTM de entre aproximadamente 4,0 a
5,0.
El objeto de la invención es proporcionar una
cuchilla rascadora o de estucado fina y de varias capas usando ambas
capas de material termoestable o termoplástico y de material de
refuerzo unidas por una resina termoestable en una construcción de
tipo sándwich.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar una cuchilla rascadora que sea relativamente fina
aunque con la suficiente rigidez en la dirección de la máquina como
para que pueda llevar a cabo una aplicación eficaz del rascado y del
estucado.
Otro objetivo más de la presente invención es
proporcionar una cuchilla no abrasiva que sea beneficiosa tanto para
mantener la rugosidad de la superficie del rodillo en su estado
original como para prolongar la vida del rodillo.
Estos y otros objetivos, características y
ventajas de la presente invención se pondrán de manifiesto a la luz
de la siguiente descripción detallada de las formas de realización
preferidas de la misma, como se ilustra en las figuras adjuntas.
La figura 1 es una vista lateral del ensamblaje
de una cuchilla rascadora en contacto con un rodillo giratorio de
acuerdo con la presente invención;
La figura 2 es una vista lateral de la cuchilla
rascadora en contacto con el rodillo giratorio;
La figura 3 es una vista transversal de una
cuchilla en contacto con un rodillo a modo de limpiador en una
aplicación del estucado;
La figura 4 es una vista en perspectiva aumentada
y despiezada de los componentes de una cuchilla rascadora de acuerdo
con la presente invención;
La figura 5 es una vista en perspectiva de la
cuchilla rascadora de la figura 4;
La figura 6 es una vista en perspectiva
despiezada de una forma de realización alternativa; y
La figura 7 es una vista en perspectiva
despiezada de otra forma de realización alternativa.
En primer lugar, con referencia a la figura 1, se
muestra una cuchilla rascadora 10 en contacto con un rodillo
giratorio 12 con el propósito de limpiar, eliminar la hoja o
efectuar otras operaciones similares. Un borde biselado en posición
anterior 14 de la cuchilla rascadora 10 entra en contacto con la
superficie del rodillo giratorio 12. La "dirección de la
máquina" representada por la flecha 16, es la dirección que es
perpendicular al eje del rodillo. La "dirección transversal de la
máquina", representada por la flecha 18, es la dirección paralela
al eje del rodillo. La figura 2 muestra una vista lateral de un
ensamblaje de una cuchilla que incluye una cuchilla alargada 10 y un
soporte de la cuchilla rascadora 20 unido a una estructura de
rascado rígida 17.
La figura 3 muestra una cuchilla de estucado 22
en contacto con una hoja en movimiento de papel o de otro material
24. En el punto de contacto con la cuchilla, la hoja 24 está
sostenida por un rodillo giratorio de apoyo del estucado 26. La
cuchilla de estucado 22 se usa a modo de limpiador para dosificar
una capa de líquido en una hoja de papel o de otro material 24. El
aspecto de la cuchilla de estucado 22 es similar al de la cuchilla
rascadora. Toda la invención descrita de principio a fin trata de
ambas cuchillas, rascadora y de estucado. Con la siguiente
descripción se pretende que la expresión "cuchilla rascadora"
se aplique a ambas cuchillas, la rascadora y la de estucado.
En las figuras 4-7 se muestra una
cuchilla rascadora de material compuesto 10 de acuerdo con la
presente invención, y comprende varias capas en una construcción de
tipo sándwich. La cuchilla rascadora 10 está formada por un
núcleo interno 28 y capas intermedias 30, 32 en los lados opuestos
del núcleo. De manera alternativa, a cuchilla rascadora 10 puede
incluir capas externas 34, 36 sobre las capas intermedias 30, 32.
Las capas están unidas mecánicamente entre sí con una resina. La
resina puede ser una resina termoestable, tal como una resina epoxi,
fenólica, un poliéster o una poliimida.
El núcleo 28 puede estar formado por varias capas
indicadas por las capas 38, 40, 42 y 44, o por una única capa
homogénea 46 como se muestra en la figura 6. El núcleo 28 está en el
centro del eje neutro. El núcleo 28 puede estar formado por capas
individuales de un plástico tejido o sin tejer, o por capas
homogéneas de plástico unidas entre sí. Como alternativa, pueden
colocarse una o más capas de un material de refuerzo o de alta
resistencia, tal como carbono, dentro del núcleo para proporcionar
más resistencia, estabilidad o rendimiento frente al desgaste.
El grosor del núcleo está en el intervalo de
0,127 mm a 3,6 mm (0,005'' a 0,140''). El grosor total del núcleo
requerido depende del grosor total deseado, la resistencia a la
flexión y el coeficiente de flexión o rigidez de la cuchilla
rascadora deseada 10. Como material del núcleo 28 se pueden usar
materiales poliméricos, específicamente materiales termoestables o
termoplásticos tal como poliésteres, polietileno de UHMW, nilón,
Teflón® (tetrafluoroetileno fluorocarbono o "TFE"), poliamidas
aromáticas y otros materiales similares. El material del núcleo 28
se escoge de tal forma que sea compatible con la superficie del
rodillo que se va a raspar. Al seleccionar el material del núcleo
28, el grado hasta el que el material del núcleo resiste el desgaste
y la capacidad del material del núcleo para desgastarse con un borde
afilado limpio son consideraciones importantes. El material del
núcleo 28 también debe ser resistente al ataque de cualquier
producto químico presente, temperatura, humedad y el entorno general
en el que funciona.
Las capas intermedias 30 y 32 están formadas por
fibras de refuerzo o de alta resistencia y están separadas del eje
neutro por el núcleo 28. Las propiedades de flexión de la cuchilla
rascadora acabada 10 están en función de la distancia entre las
capas 30 y 32 y el eje neutro. Las capas intermedias 30 y 32 pueden
usar fibras unidireccionales o multidireccionales. El grosor y la
orientación de las fibras se seleccionan para alcanzar las
propiedades de flexión deseadas. En la mayoría de las aplicaciones
de rascado, la resistencia en la dirección de la máquina y la
rigidez de la cuchilla rascadora son fundamentales para una limpieza
eficaz de la superficie del rodillo y la eliminación de la hoja. Por
tanto, la orientación preferida de las fibras tiende hacia la
dirección de la máquina. La fibra preferida es carbono, aunque se
podrían usar otros materiales fibrosos de alta resistencia, como
Kevlar®, una fibra de poliamida aromática. Como ocurre con el núcleo
28, los materiales intermedios deben ser compatibles con la
superficie del rodillo y con el entorno general en el que
funcionan.
Las capas externas 34, 36 están en posición
adyacente a las capas intermedias 30, 32. Las capas externas
proporcionan un aspecto de acabado en las superficies expuestas de
la cuchilla rascadora. Las capas externas 34, 36 también sirven para
mantener las capas intermedias 30, 32 unidas firmemente al núcleo
28. Es preferible que las capas externas 34, 36 sean del mismo
material que el núcleo 28, aunque también se podría usar un material
distinto al del núcleo. Como ocurre con el núcleo 28 y las capas
intermedias 30, 32, es importante que el material de la capa externa
sea compatible con el entorno en el que funciona.
En la figura 7 se muestra una forma de
realización alternativa, en la que la cuchilla rascadora se
construye sin las capas externas 34 y 36 de forma que las capas
intermedias de las capas de refuerzo o de alta resistencia 30 y 32
serían las superficies expuestas de la cuchilla.
La cuchilla rascadora 10 tiene un grosor que
varía de 0,38 mm a 3,8 mm (0,015'' a 0,150'') y un coeficiente de
flexión de entre 276-1034 x 10^{8} Pa
(40-150 x 10^{5} psi) [comprobado de acuerdo con
el procedimiento de ensayo D-790 de la ASTM]. Un
grosor preferido de la cuchilla 10 es de 1,27 mm (0,050'') con un
coeficiente de flexión de entre 517-689 x 10^{8}
Pa (75-100 x 10^{5} psi).
La capacidad de abrasión de la cuchilla rascadora
se probó según el procedimiento de ensayo D5181-91
de la ASTM. La prueba se basa en una escala del 1 al 10, siendo el 1
el menos abrasivo. La cuchilla rascadora 10 tiene una capacidad de
abrasión de entre aproximadamente 4,0 y 5,0.
Se probaron y compararon tres cuchillas
rascadoras diferentes para determinar su capacidad de abrasión. Cada
muestra se preparó alineando y uniendo siete cuchillas rascadoras
del mismo material.
La muestra 1 fue Graflex™, preparada según la
patente de EE.UU. nº 4.549.933 e incluía capas externas de vidrio
tejido, capas intermedias de carbono unidireccional en la dirección
de la máquina y un núcleo de vidrio tejido.
La muestra 2 se preparó según la invención e
incluía capas externas de fibras de poliéster no tejidas, capas
intermedias de carbono unidireccional en la dirección de la máquina
y un núcleo de fibras de poliéster tejidas rodeando al carbono
unidireccional en la dirección transversal de la máquina.
La muestra 3 fue Fiberflex®, en la que todas las
capas eran de fibra de vidrio tejido.
En las tres muestras los materiales estaban
unidos mediante una resina epoxi. Las cuchillas tenían un grosor de
aproximadamente 1,27 mm (0,050'') y, por tanto, los haces tenían un
grosor de aproximadamente 8.9 mm (0,350''). Las cuchillas se
probaron como si fueran haces, para tener así una mayor superficie
para la prueba. La capacidad de abrasión de las cuchillas se probó
usando receptores estándar B-2-2
(marrón) y B-3-2-(azul), con los
siguientes resultados:
| Muestra 2 | 4,6 |
| Muestra 1 | 5,3 |
| Muestra 3 | 6,0 |
La cuchilla preparada según la invención, Muestra
2, fue la menos abrasiva.
Las cuchillas rascadoras son relativamente finas,
aunque tienen la suficiente rigidez en la dirección de la máquina
para una aplicación eficaz del rascado o del estucado. Los
materiales usados en la construcción de la cuchilla son de
naturaleza no abrasiva. La característica no abrasiva es beneficiosa
tanto para mantener la rugosidad de la superficie del rodillo en su
estado original como para prolongar la vida del rodillo cuando la
superficie del rodillo que se va a raspar es relativamente blanda.
Asimismo, en las aplicaciones de rascado o de estucado con un
líquido lubricante presente, el uso de plástico combinado con
carbono ayuda a prolongar la vida útil de la cuchilla al reducir la
tasa de desgaste.
Claims (19)
1. Una cuchilla rascadora alargada que tiene un
borde lateral configurado para la aplicación a la superficie de un
rodillo giratorio en una máquina para fabricar papel, siendo dicha
cuchilla rascadora una multicapa de material compuesto que
comprende:
a) un núcleo interno formado predominantemente
por material polimérico termoplástico o termoestable que descansa
sobre el eje neutro de dicha cuchilla; y
b) capas intermedias en los lados opuestos de
dicho núcleo, incluyendo dichas capas intermedias fibras de
refuerzo, teniendo el borde lateral de dicha cuchilla rascadora una
capacidad de abrasión, medida mediante el procedimiento de ensayo
D5181-91 de la ASTM, de entre 4,0 y 5,0.
2. La cuchilla rascadora según la reivindicación
1, caracterizada además por un coeficiente de flexión en la
dirección de la máquina de entre 276-1034 x
10^{8} Pa (40-150 x 10^{5} psi).
3. La cuchilla rascadora según la reivindicación
2, en la que el coeficiente de flexión en la dirección de la máquina
es de entre 517-689 x 10^{8} Pa
(75-100 x 10^{5} psi) y el grosor de dicha
cuchilla rascadora es de aproximadamente 1,27 mm (0,050'').
4. La cuchilla rascadora según la reivindicación
1, en la que dicho núcleo interno comprende una única capa
homogénea.
5. La cuchilla rascadora según la reivindicación
1, en la que dicho núcleo interno comprende una pluralidad de
capas.
6. La cuchilla rascadora según las
reivindicaciones 4 ó 5, en la que dicho material plástico es un
tejido.
7. La cuchilla rascadora según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en la que dicho material
polimérico se selecciona del grupo formado por poliésteres,
polietileno de UHMW, nilón, politetrafluoroetileno o poliamidas
aromáticas.
8. La cuchilla rascadora según la reivindicación
5, en la que dicho núcleo interno incluye capas reforzadas con un
material de alta resistencia.
9. La cuchilla rascadora según la reivindicación
8, en la que dicho material de alta resistencia se selecciona del
grupo formado por carbono o poliamidas aromáticas.
10. La cuchilla rascadora según la reivindicación
1, en la que dicho núcleo interno tiene un grosor variable de 0,127
a 3,6 mm (0,005 a 0,140'').
11. La cuchilla rascadora según la reivindicación
1, en la que dicha cuchilla rascadora tiene un grosor variable de
0,38 a 3,8 mm (0,015 a 0,150'').
12. La cuchilla rascadora según la reivindicación
1, en la que dicha cuchilla rascadora tiene un grosor de
aproximadamente 1,27 mm (0,050'').
13. La cuchilla rascadora según la reivindicación
1, en la que dichas capas están mecánicamente unidas entre sí con
una resina.
14. La cuchilla rascadora según la reivindicación
13, en la que dicha resina es una resina termoestable.
15. La cuchilla rascadora según la reivindicación
14, en la que dicha resina termoestable se selecciona del grupo
formado por resina epoxi, fenólica, poliéster y poilimidas.
16. La cuchilla rascadora según la reivindicación
1, en la que dichas fibras de refuerzo están orientadas en la
dirección de la máquina.
17. Una cuchilla rascadora alargada según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende
capas externas situadas sobre las capas intermedias.
18. La cuchilla rascadora alargada según la
reivindicación 17, en la que dichas capas externas son del mismo
material que las capas del núcleo.
19. La cuchilla rascadora alargada según la
reivindicación 17, en la que dichas capas externas están formadas
por poliéster, polietileno de UHMW, nilón, politetrafluoroetileno o
poliamidas aromáticas.
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