FI100314B - Paperikoneen telan pinnoittaminen ja telan pinnoite - Google Patents

Description

100314

Paperikoneen telan pinnoittaminen ja telan pinnoite Beläggning av en vals i en pappersmaskin samt valsbeläggning 5 Keksinnön kohteena on menetelmä paperikoneen telan pinnoittamiseksi kesto- ja/tai erikoismuovipulverilla sekä menetelmällä tehty tela.

Pinnoitettuja teloja käytetään paperikoneissa ja paperin jälkikäsittelylaitteissa hyvin erilaisissa käyttökohteissa. Käyttökohteista voidaan mainita esim. puristintelat, imutelat, 10 kalenterien sekä superkalanterien pehmeät telat ja vastaavat. Telan pinnoitteelle kohdistuu eri käyttökohteissa ja eri prosesseissa erilaisia laatuvaatimuksia. Tavanomaisia pinnoitteen laatutekijöitä ovat mm. kovuus tietyssä lämpötilassa, lämpötilan kestävyys, puristuksen kestävyys, kemiallinen kestävyys, pinnan sileys, kestävyys mekaanisia vaurioita vastaan, elastisuus, pintaenergia, paperin irrotusominaisuudet, sähkönjohtavuus 15 ja vanhenemattomuus.

Perinteisesti paperikoneen teloja on pinnoitettu kumilla, polyuretaanilla tai epoksilla. Nämä polymeerimateriaalit ovat erityisen sopivia valmistustekniseltä kannalta suurien telojen pinnoittamiseen. Polyuretaani ja epoksia saa yksi- tai kaksikomponenttisina 20 juoksevassa muodossa, jolloin niiden valaminen muottiin tai rotaatiovalaminen on mahdollista. Näitä polymeerimateriaaleja on myös varsin helppo seostaa erilaisilla täyte- ja seosaineilla ja näin saada pinnoitemateriaalille uusia ominaisuuksia. Muotti- ja : rotaatiovalun lisäksi polyuretaanille ja epoksille sopivia valmistustekniikoita (pin- i · · • » · ♦ ,·· ·, noitustekniikoita) ovat ekstruusio, ruiskutus, filament winding, tape winding, keskipako- • · · ;\ . 25 valu ja erilaiset impregnoidut matot.

··· I · • *

Epoksi (kertamuovi) ja polyuretaani (kertamuovi tai elastomeeri) ovat materiaaleja, joiden käyttöön telapinnoitteina on valmistusteknisten etujen lisäksi vaikuttanut näiden • · *v polymeerien eräät hyvät ominaisuudet. Polyuretaanilla on hyvät dynaamiset- ja 30 kulumisominaisuudet ja epoksi on taijonnut hyvät korroosio-ominaisuudet ja epoksin , ominaisuudet ovat säilyneet myös korotetuissa lämpötiloissa.

2 100314

Kestomuovien käyttöä telapinnoitteina on rajoittanut pääasiassa niiden ominaisuuksien romahtaminen lämpötilan noustessa sekä valmistustekniset vaikeudet (koskien nimenomaan suurien telojen pinnoittamista).

5 Kestomuovien puolella on kuitenkin viimeisen kymmenen vuoden aikana tapahtunut voimakasta kehitystä. Kuvassa 1 on esitetty nykyisten kestomuovien jako karkeasti.

MUOVIEN LYHENTEET

10 Hlnt* I

Ominaisuudet /k / ! \ I ERIKOISMUOVIT / 0l|PEKj'\^

/pesii peTij L2i /[päb fps5^|[ppsl IupIJV

/ θ ! P, \ TEKNISET / ,-. CT r-ri \ MUOVIT / |MPPOl [MJ \ / | lg°*3 \ -----jL—^_{Äesj---- ms»- / («) θ ! fpEHSl \ 20 muovct/_Eäl j \

amorfiset } kiteiset_J

. Käyttöaste 1 ·»· · e » · • · ♦ « • « « • · * » i • e· r 25 «

Kuva 1. Kestomuovien jako standardimuoveihin, teknisiin muoveihin ja erikois- • ♦ ·.'·· muoveihin.

• · e ; · Seuraavassa taulukossa 1 on ISO 1043-1 :n mukainen lista eräiden polymeerien lyhen- : : 30 teistä ja nimistä. Kyseessä ovat homopolymeerit.

• · 3 100314

Taulukko 1.

CA Selluloosa-asetettaatti CAB Selluloosa-asetaattibutyraatti 5 CN Selluloosanitraatti CP Selluloosapropionaatti EP Epoksi eli epoksidi MF Melamiiniformaldehydi PA Polyamidi (laji ilmaistaan numerolla) 10 PAI Polyamidi-imidi PAN Polyakryylinitriili PB Polybuteeni-1 PBT Polybuteenitereftalaatti PC Polykarbonaatti 15 PCTFE Polyklooritrifluorieteeni PDAP Polydiallyyliftalaatti PE Polyeteeni PEI Polyeetteri-imidi PEK Polyeetteriketoni 20 PEEK + johdannaiset Polyeetterieetteriketoni PES Polyeetterisulfoni PET Polyeteenitereftalaatti PF Fenoliformaldehydi PFA Perfluorialkoksialkaani 25 PI Polyimidi PIB Polyisobuteeni PMI Polymetakryyli-imidi PMMA Polymetyylimetakrylaatti PMP Poly-4-metyylipenteeni-1 30 POM Polyoksimeteeni eli polyasetaali PP Polypropeeni PPE Polyfenyleenieetteri, aikaisemmin polyfenyleenioksidi

PPO

.**·. PPS Polyfenyleenisulfidi 35 PS Poly styreeni PSU Polysulfoni :1;1 PTFE Polytetrafluorieteeni PUR Polyuretaani PVC Polyvinyylikloridi 40 PVDC Polyvinyylideenikloridi ,·1· PVDF Polyvinyylideenifluoridi PVF Polyvinyylifluoridi : , SI Silikoni λ / UF Ureaformaldehydi 45 UP Tyydy tty mätön polyesteri 4 100314

Erikoismuovien ryhmä on erityisen mielenkiintoinen. Tähän ryhmään kuuluville muoveille tyypillisiä ominaisuuksia ovat hyvä lämpötilan kesto (260°C), hyvät mekaaniset ominaisuudet, ominaisuuksien säilyminen korkeissakin lämpötiloissa, korkeasta vetolujuudesta ja suuresta kovuudesta huolimatta säilynyt elastisuus sekä pieni 5 veden imeytyminen. Taulukossa 2 on esitetty erikoismuovin PEEKK ominaisuuksia lämpötilan funktiona.

TAULUKKO 2 10 Lämpötila- -40°C 23°C 80°C 120°C 150°C 220°C Yksikkö ominaisuus

Vetolujuus 129 108 76 56 49 - N/mm2

Murtovenymä 4 6 6,5 9 10 - % 15 Repimislujuus 109 86 69 55 48 35 N/mm2

Repimisvenymä 30 28 100 124 128 142 %

Veto-E-Moduuli 4150 4000 3490 3340 3100 230 N/mm2

Taivutusjännitys 131 120 107 91 84 8 N/mm2 : (3,5 %) φ · · ♦ ·· · C.: 20 Taivutus-E-Mo- 3860 3640 3370 3120 3010 240 N/mm2 « e V : duuli < · ♦ ♦ · · ---- --------- - —- i. | «

Lovi-iskusitkeys 9 9 mJ/mm2 (Charpy) • ·« • · _____ • · · • ♦ · 1

II

♦ • · 5 100314

Erikoismuovien hyvät ominaisuudet korkeissa lämpötiloissa perustuvat perinteisen alifaattisen sidoksen korvautumiseen aromaattisella sidoksella.

Erikoismuovit taijoavat ominaisuuksia, jotka sopivat telapinnoitteille esim. paperikoneis-5 sa, kartonkikoneissa ja paperinjalostuskoneissa. Niitä voidaan käyttää joko lujittamatto-mina tai lujitettuina.

Erikoismuovit ovat kuitenkin kestomuoveja ja niiden prosessointimenetelmät ovat kestomuoveille tyypillisiä. Erikoismuoveja saa granulaattimuodossa, joista ruisku- ja 10 suulakepuristamalla valmistetaan sellaisia puolivalmisteita kuin kalvot, levyt, putket, tangot.

Kestomuoveja saa myös pulverimuodossa, jolloin seuraavia valmistustekniikkamahdolli-suuksia ovat dispersioruiskutus, sähköstaattinen pulveriruiskutus, leijukerrospinnoitus 15 liekkiruiskutus, plasmaruiskutus ja rotomolding.

Filament winding ja Tape winding ovat tyypillisiä kertamuoveille sopivia valmistustekniikoita, mutta viime aikoina näiden kahden tekniikan käyttö myös kestomuoveille on yleistynyt.

20 . ·", Kestomuoveja ja myös erikoismuoveja saa siis pulverimuodossa.

• · t « I • * · • · · ·

Muovipulverilla suuria teloja voidaan pinnoittaa: • · : r· 25 1) Sähköstaattisesti ruiskuttamalla, mutta vain suhteellisen ohuita pinnoitteita. Pinnoit- teiden huokoisuus on tällöin suuri ja erikoismuovien tapauksessa telarunkojen esi-!/.; lämmitys-/jälkilämmityslämpötilat ovat korkeita, mikä ei ole edullista paperi- • φ · konetelojen (kartonki-ja paperinjal.) kannalta.

j 30 I « · 6 100314 2) Leijukerrospinnoituksella. mutta kuten sähköstaattisen ruiskutuksen tapauksessa, vain ohuita pinnoitteita, joilla on suuri huokoisuus. Telarunkojen esilämmitys-/jälkilämmityslämpötilat ovat korkeita. Menetelmään liittyy myös valmistusteknisiä vaikeuksia.

5 3) Dispersioruiskutuksella. jossa tekniikassa muovipulveri on disperisona jonkin sopivan liuottimen seassa. Seosta ruiskutetaan työkappaleen pinnalle. Liuotin haihtuu/haihdutetaan pois = > työkappaleen pinnalle jää erittäin ohut pinnoitekal-vo, joka usein vaatii vielä lämpökäsittelyn. Toinen mahdollisuus on sekoittaa 10 muovipulveri jonkin yksi- tai kaksikomponenttisen polymeerin sekaan. Yksi- tai kaksikomponenttisen polymeerin reagoidessa siitä muodostuu matriisi johon muovipulveri jää.

4) Rotomoulding-tekniikalla. joka on tarkoitettu sisäpuolisten pintojen pinnoittamiseen, 15 joten sitä ei voi käyttää telojen ulkopuoliseen pinnoittamiseen.

5) Liekki ruiskutuksella, johon liittyviä vaikeuksia on esitetty seuraavassa.

Ainoastaan standardimuoveja (esim. PE, EVA, PP) voi jossakin määrin ruiskuttaa 20 työkappaletta esilämmittämättä. Nämä muovit eivät kuitenkaan sovellu teknisesti , vaativiin telapinnoitteisiin.

• « « · · • · · • · « ·

Erikoismuovia liekkiruiskuttaessa on työkappale kuumennettava niin korkeaan lämpö- ··· tilaan kuin mahdollista, kun pyritään paksuihin pinnoitteisiin. Lämpötilaa ei kuitenkaan :T. 25 voi nostaa sen rajan yli, missä muovi palaa. Myös telakonstruktio voi asettaa rajan lämpötilalle. Ohutseinämäiset kappaleet tarvitsevat korkeamman esilämmityslämpötilan • · kuin massiiviset kappaleet. Erityisen vaikeata on liekkiruiskuttaa vaihtelevia ainepak- • · · suuksia omaavia kappaleita.

: ; 30 Muovipinnoite ruiskutetaan kerroksittain. Esilämmityksen teho ja vaikutus vähenee . .·. huomattavasti ensimmäisen ruiskutuskerroksen jälkeen. Kappale on jäähtynyt, koska 7 100314 sen lämpötilaa ei pyritä pitämään. Vaikka lämpötilaa pyrittäisiinkin pitämään, muodostuu syntyvä pinnoite paksuuntuessaan eristeeksi. Jäähtymisnopeuserojen takia lämpöerot ovat kasvaneet. Ensimmäinen muovikerros eristää työkappaleesta tulevan lämmön, mikä rajoittaa pinnoitepaksuutta.

5

Liian paksu ja lämpöenergian puutteesta kärsineen muovipinnoitteessa uloimmassa kerroksessa sulapisarat erottuvat, jolloin sen rakenne tulee huonoksi, sisäinen lujuus heikoksi ja kiteytymisaste vääräksi.

10 Myös perinteiseen plasmaruiskutukseen liittyy samantapaisia vaikeuksia. Konventionaalisessa plasmaruiskutuksessa ruiskutuksen lämpöteho synnytetään siten, että sähköenergia synnyttää valokaaren volframikatodin ja rengasmaisen kuparianodin välille. Valokaareen johdetaan kaasu tai kaasuseos, joka kuumenee voimakkaasti ja kaasumole-kyylit hajoavat atomeiksi ja atomit edelleen ioneiksi ja elektroneiksi. Kaasu on muuttu-15 nut plasmaksi. Näin sähköenergia on siirtynyt kaasuun (plasmaan) ja nostanut sen sisäistä energiaa. Tätä sisäistä energiaa käytetään hyväksi muovipulverien sulatuksessa siten, että pulveri syötetään ulosvirtaavaan plasmaan, (kuva 2), jossa se plastisoituu. Plasmasuihku kiihdyttää sulapisarat suurella nopeudella pinnoitettavan kappaleen pintaan.

...: 20 .·" Plasmasuihkun lämpötila on hyvin korkea: 7000-15000°C:sta. Suuresta lämpötilasta : johtuen plasman lämpösäteily on erittäin suurta. Muovipulverien sulatuksessa tästä • · · · säteilyenergiasta on etua, koska se nostaa työkappaleen lämpötilaan, joka polymeroitu- • ·« misen ja siten pinnoitteen muodostumisen kannalta on edullista.

* · • · · _ _ : · 25

Konventionaalisen plasmaruiskutuksen epäkohtana on se, että plasmallekin lämpötila on • · muovin kannalta liian korkea, jolloin muovi pyrkii hapettumaan. Edelleen konventionaa- • · · lisen plasmaruiskun puutteena on hidas kaasun virtausnopeus ja se, että liekin lämpöte-ho ei riitä massiivisten kappaleiden lämpimänäpitämiseen. Konventionaalisella :' ‘': 30 plasmalla ruiskutetaan yleensä taulukon 3 muoveja; ei siis erikoismuoveja.

TAULUKKO 3 8 100314 5 VERTAILU TAVALLISISTA PULVERIMAISISTA PÄÄLLYSTYSTYYPETSTÄ

_KERTAMUOVEJA__KESTOMUOVEJA

10 Epoksi Polyes- Polyesteri Hybridi Akryli Nailon PVC

teri TGIC

Uretaani

Levitys/ 120-122 150-200 140-200 140-220 140-200 180-320 170-290

Kovettumis-

lämpötila °C

Kalvon pak- <1-12 <1-3,0 <1-4,0 <1-4,0 <1-3,0 4-12 10-20

15 suus (1) I_ I

Kovuus HB-5H HB-5H HB-2H H-2H 2H-5H

Ulkoinen - + + - + + 0 kesto Säänkestä- - + + - + + - 20 vyys QUV kestä- +0 0 - +00 vyys __

Liuotinkestä- + 0 0 0 0 + - vyys ; ‘; 25 Kemiallinen + + + + + + + .,, kestävyys . Iskulujuus + + + + 0 + + • · · 1 i ,’^ιΐΒ 1 "' ~ Βί^^^Βι .i # 1 · · • · · • 1 • · 30 • · · • · 1 (1) Normaali paksuusalue - Eräistä materiaaleista voidaan käyttää paljon paksumpia • 1 · < kalvoja, · * · « • · · • ·

Merkkien selitykset: + Yleensä suositeltava/hyväksyttävä 35 0 Joskus suositeltava/hyväksyttävä •.. ‘ - Yleensä ei suositeltava/hyväksyttävä 9 100314

Keksinnön ensisijaisena tavoitteena on valmistaa entistä kestävämpiä ja samalla halutun ominaisuuden tai ominaisuuksien mukaisia pinnoitteita.

Lähemmin keksinnön tavoitteena on menetelmä, jossa voitetaan tekniikan tasoon 5 liittyvät haitat siten, että voidaan valmistaa tarpeeksi paksu pinnoite myös erikoismuovista.

Keksinnön mukainen menetelmä on tavoitteiden saavuttamiseksi pääasiassa tunnettu siitä, että pinnoittaminen tapahtuu ruiskuttamalla käyttämällä hyväksi hypersonista 10 plasmaa.

Keksinnön edullisilla suoritusmuodoilla on alivaatimusten mukaiset tunnusmerkit.

Hypersonisen plasmalaitteiston (kuvat 3 ja 4) ero perinteiseen kaasuplasmalaitteistoon 15 verrattuna taijoaa joitakin etuja, joita keksinnön mukaisesti voidaan hyödyntää muovi-pulverien ruiskutuksessa.

Erikoismuovipulverien ruiskutuksessa käytetään siis keksinnön mukaisesti hypersonista plasmaa, jolloin hyödynnetään kyseisen esimerkiksi kuvan 3 mukaisen plasmalaitteiston 20 suurta tehoa sen eri muodoissa (200 kW) (plasmaliekki, säteilylämpö, konvektio).

I | ,·" Työkappaleen esilämmityslämpötila pyritään pitämään niin alhaisena, ettei pinnoite- j ·*. muovi pala (riippuu muovista), mutta siitä huolimatta voidaan ruiskuttaa paksuja • M 9 200 ^m - 10 mm vahvuisia kerroksia. Paksutkin pinnoitteet voidaan keksinnössä saada «·( !*·,; kiteisyysasteeltaan oikeaksi, jolloin saavutetaan muovin optimiominaisuudet paksuissakin f · :]·* 25 pinnoitteissa. Ruiskutettavien pulverien raekoot ovat alueella 20 Mm - 1000 μτη.

Pinnoitettavat telat voivat olla taipumakompensoituja teloja, imuteloja, keskiteloja ja • · superkalanterien ja soft-kalanterien teloja.

9*9

Hypersonisen plasmaruiskun sulat hiukkaset tuottavat hyvin korkealla nopeudella :' '; 30 laadukkaita päällystyksiä, joilla on suuri tiheys, hyvä tarttuvuus, tasainen ja ruiskutettu . ,·, pinta ja joissa erittäin vähän hajoamista esiintyy. Ylisoonisella nopeudella liikkuvat • · t « 9 « a • ' t 10 100314 hiukkaset tuottavat hyvin tiheitä ja ei-huokoisia päällystyksiä myös osittain sulamattomassa tilassa.

Hypersonisen plasmaruiskun tuottamiseen on meneteltävä tietyllä tavalla. Jossain 5 määrin voidaan saada plasmaruiskuja suurella nopeudella tavanomaisella ruiskulla lisäämällä kaasun virtausta tai käyttämällä pienempää halkaisijaa suuttimessa. Jos plasman nopeutta kuitenkin lisätään, olisi kuitenkin huomattava, että pulverin viipymä-aika lyhenee samaan aikaan ja lämpösisältöä on myös lisättävä pulverien sulattamisek-si. Silloin pitää käyttää suurempaa tehoa, pääasiassa lisäämällä kaarivirtaa, koska 10 hyvin korkeata jännitystä, yli 100 V, ei voida saada tavanomaisella plasmaruiskulla. Noin 80 kW on se raja kuinka korkeata tehoa voidaan käyttää tavanomaisessa plasma-laitteessa. Suurempaa tehoa varten on käytettävä hypersonista plasmaa.

Keksinnössä käytetyssä kuvion 3 mukaisessa suurtehoplasmaruiskussa käytetään hyvin 15 suuria kaasuvirtauksia (jopa 30 m3), jolloin ulospurkautuvan kaasun nopeus nousee aina 2000 m/s asti. Suuremman kaasun virtausnopeuden ansiosta plasmallekin lämpötila laskee n. 6000 C:een. Näin ollen koska altistuslämpötila ja altistusaika ovat pienemmät tapahtuu suuretehoplasmaruiskussa vähemmän haitallista muovipartikkeleiden hapettumista kuin konventionaalisessa plasmaruiskussa. Suuremman kaasun virtausnopeuden ....: 20 ansiosta katodi ja anodi on viety kauemmas toisistaan, jolloin katodin ja anodin välinen jännite kasvaa noin 300-450 volttiin (kun se konventionaalisessa plasmaruiskussa on • :*: muutama kymmenen volttia). Suuremman jännitteen ansiosta liekin lämpöenergia • · · · saadaan nostettua aina 250 kW:iin asti (kun se konventionaalisissa ruiskuissa on • · · : muutama kymmenen kW:a). Tätä suurta lämpöenergiaa voidaan käyttää tehokkaasti • · ‘ v * 25 massiivisten kappaleiden lämmittämiseen.

Plasmaliekistä lämpö säteilee kaikkiin suuntiin, mutta säteilyä voidaan ohjata työkap- • · · paleen pintaan erilaisilla liekin taakse ja sivulle asetettavilla jäähdytetyillä peileillä : '.: hieman samalla tavoin kuin valoa heijastetaan lampuissa kuupilla.

J 30 11 100314

Edelleen liekin lämpötehoa voidaan säädellä käytettyjen kaasujen avulla siten, että virtausnopeuden nosto nostaa lämpötehoa. Lisäksi vedyn ja heliumin käytöllä saadaan nostettua lämpötehoa. Vastaavasti argonin avulla lämpötehoa saadaan laskettua.

5 Menetelmässä runko voidaan haluttaessa esilämmittää, mutta se ei useinkaan ole välttämätöntä eikä toivottua.

Hypersonisen plasman tuottamiseen voidaan myös käyttää esim. kuvion 4 mukaista ilmakehänpaineista plasmaa käyttävää uutta plasmaruiskutusjäijestelmää, jossa on 10 kaksoisanodit.

Tällä jäijestelmällä ajokustannuksia voidaan vähentää vähempään kuin 50 %:iin niistä, jotka aiheutuvat tavanomaisista järjestelmistä jopa tavallisesti käytettyjen materiaalien ollessa kyseessä. Myös sellaisista materiaaleista, joilla on korkea sulamis-15 piste, kuten Zr02, voidaan tehdä yhtä tiheä kalvo tällä ilmakehänpaineista plasmaa ruiskuttavalla järjestelmällä kuin matalapaineista plasmaa ruiskuttavalla tavanomaisella järjestelmällä. Kun kyseessä on kermetti, kuten WC-CU, voidaan tehdä erinomaisen kulutuskestävä kalvo, yhtä hyvä kuin edellä mainitulla hypersonisella plasmalaitteistol-la.

20

Laitteiston kaksoisanodit voivat kuumentaa ruiskutettavat materiaalit tehokkaasti : syöttämällä materiaalit suoraan plasmakaaren liekkikeskukseen ja ruiskutuskuviota • · · · : voidaan kaventaa. Siksi plasmaruiskutuksen tehokkuutta voidaan parantaa niin, että se on parempi kuin tavanomaisissa järjestelmissä.

O 25

Keksinnössä voidaan siis käyttää erikoismuoveja paksujenkin pinnoitteiden valmistuk- • 9 seen ja täten pinnoitteelle saadaan halutut optimaaliset ominaisuudet.

··· ♦ ♦ ·

Erityisesti voidaan säädellä pinnoitteen ominaisuuksia pinnoitteen paksuussuunnassa tai ·"/- 30 telan akselin suunnassa. Esim. voidaan säädellä kimmomodulia säätelemällä pinnoit- ; teen huokoisuutta kerrosten välillä. Haluttaessa pienempiä kimmomodulia niin pienen- 12 100314 netään lämmöntuontia. Pinnoitteen kimmomodulia voidaan säätää myös telan akselin suunnassa eli esim. telan päissä erilainen kimmomoduli keskialueeseen verrattuna. Lämmöntuonnin säätelymahdollisuudet - telan esilämmitys 5 - liekin säätö - sähkötehoa säätämällä - kaasun määrää säätämällä • kaasu suhteita säätämällä • liekin heijastamisella 10 · käyttämällä ulkopuolisia lisälämmittimiä (esim. IR ja induktio)

Esim. KONEPAJAMIES n:ossa 3, 1991, on esitetty keksinnössä käyttökelpoisia erikoismuoveja (kts. kuvio 1, sivulla 2).

15 Keksinnön mukaisella pinnoitteella pinnoitetaan esim. seuraavia kartonki- ja paperikoneen ja paperinjälkikäsittelykoneiden teloja: johtotelat, imutelat, puristintelat, keskitelat, sylinterit, kalanteritelat, leikkurintelat jne.

Keksinnön mukaisen menetelmän käyttökelpoisuutta lisää se, että valmistusmenetel-20 män mukaisia pinnoitteita voidaan modifioida yleisesti tunnetuilla teknisten muovien lujitusmenetelmillä, kuten ns. Whiskers-kuitulujitus (Whiskers-kuitu on hyvin pieni • : : erilliskidekuitu) tai jatkuvan kuidun kelaus (Filament Winding). Erityisesti Filament • · · ·

Winding-menetelmän käytöllä saadaan tehokkaasti nostettua pinnoitteen kehänsuuntaista · ί#ν lujuutta, millä on erityistä merkitystä pyrittäessä yhä suurempiin nippikuormiin.

0’: 25

Edelleen keksinnön mukaisen menetelmän etuja ovat, että samanaikaisesti erikois- • · muovin kanssa voidaan ruiskuttaa esim. metalli-, keraami- tai kermetpartikkeleita. Näin • # · , : r voidaan vaikuttaa pinnoitteen ominaisuuksiin esim. kulumiskestävyyteen. Tällöin on kyseisten partikkelien syöttökohta plasmaan nähden valittava niin, että ne tulevat 30 sulamislämpötilansa perusteella oikeaan kohtaan.

• » · 13 100314

Polymeerimateriaalien ongelmana on eräissä tapauksissa, että termisestä diffuusiosta johtuen kosteus pyrkii diffundoitumaan lämpimämmältä telapinnalta kylmempää runkoa kohti. Tämä asettaa rungolle erityisiä vaatimuksia korroosioneston suhteen. Keksinnön mukaisella menetelmällä telan runko voidaan tehokkaasti hoitaa siten, että 5 samalla ruiskulla, jolla polymeeripäällyspinnoite ruiskutetaan, ruiskutetaan myös metallinen korroosion suojakerros ennen polymeerikerrosta. Tässä suhteessa hypersoni-nen ruiskutus tarjoaa suuren liekinnopeutensa ansiosta ylivoimaisen edun perinteisiin menetelmiin verrattuna, koska suuresta nopeudesta johtuen pinnoitteesta tulee erityisen tiivis ja korroosion kestävä. Luonnollisesti aluskerroksena voidaan käyttää jotain 10 muutakin kerrosta, epoksitartuntakerrosta.

Keksinnön mukaisia pinnoitemateriaaleja on esitetty kuvassa 1 sivulla 2 ja pinnoitteen paksuus on edullisesti alueella 200 μπ\ - 10 mm.

15 Seuraavassa keksinnön mukainen menetelmä esitetään kuvioiden avulla, joiden ei ole tarkoitettu rajoittavan keksintöä.

Kuvio 2 esittää konventionaalista plasmaruiskua.

20 Kuvio 3 esittää erästä keksinnön mukaisessa menetelmässä käyttökelpoisen suurteho-plasmaruiskun toimintaperiaatetta.

* · • · · • · · • · · ·

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävän ilmakehänpaineista • · :.*·· plasmaa käyttävän ruiskujäijestelmän periaatetta, joka sisältää kaksoisanodin.

• ·· V : 25

Kuviossa 2, joka esittää konventionaalista plasmaruiskua, jauheen syöttö tapahtuu # · :.**i kohdassa 1 ja kaasunsyöttö kohdassa 2. Wolframikatodi on merkitty viitenumerolla 3 ja • · · kuparianodi viitenumerolla 4. Osa, joka on merkitty viitenumerolla 5, on välieristin ja numerot 6 ovat sähkö- ja venttiililiitäntöjä. Plasmaruisku tulee ulos kohdasta 7 ja :,,,: 30 ruiskutetaan sulana hiukkasina 8 perusaineelle 9.

* f « • » 14 100314

Suurtehoplasmaruiskun rakenne on esitetty kuviossa 3. Kaari siirtyy elektrodista (-) pitkään sylinterimäiseen suuttimeen (+), mutta kaasuvirta pakottaa sen suuttimen keskukseen ja se etenee suuttimen ulkopuolelle ja palaa ulostulon pinnalle. Ulottuessaan yli 125 mm kaari käyttää hyvin korkeata jännitystä 500 V ja tuottaa ylisoonisen kor-5 keaenergisen plasmaruiskun. Laajennettu plasmakaarisuihku on hyvin yhteensuuntaistettu ja pysyy keskittyneenä hyvin pitkille etäisyyksille suuttimesta.

Laajan plasmakaaren teoria on seuraava. Plasmakaasun korkea virtaus 2’, pääasiassa typpeä, syötetään elektrodin ympäriltä kaasujakaimen läpi pitkään sylinterimäiseen 10 suuttimeen, joka tekee hyvin vahvan pyörteen. Hyvin korkeata avoimen piirin DC-jännitystä, 600 V, käytetään suuttimen (-) ja elektrodin (+) välillä. Korkea frekvenssi sytyttää ruiskun ja kaari siirtyy elektrodista suuttimeen, mutta vahva kaasuvirtaus pakottaa sen keskukseen ja se ulottuu kauas suuttimen ulkopuolelle ja palaa sen ulkopintaan, koska muuta kulkutietä ei ole. Erittäin pitkä kaari, yli 100 mm, nostaa jännityk-15 sen hyvin korkealle 400 V:n asti ja tehokkaasti kuumentaa plasmakaasun hyvin kuuman hypersonisen plasmaruiskun tuottamiseksi. Koska kaarelle saadaan hyvin korkea jännitys helposti tällä laajan plasmakaaren tuottavilla ruiskuilla, kaaren virtaus voidaan asettaa alhaiseksi, jotta voitaisiin käyttää hyvin korkeata tehoa ruiskussa.

20 Jim Browning’in suunnittelema hypersoninen plasmalaite koostuu ainoastaan viidestä komponentista, jotka ovat vedellä jäähdytetty elektrodi (-), jossa on kaasunjakoreikiä, ί vedellä jäähdytetty sylinterimäinen suutin (+) ja eristetty tila, ruiskun eturunko ja sen : eristetty takarunko. Jäähdytysvettä johdetaan sisään kohdasta 11 ja ulos kohdasta 12.

• t !.*·· Plasmaruiskua on merkitty viitenumerolla 7’ ja laajennettua kaarta numerolla 13 ja • ·« V 25 iskutimanttia numerolla 14.

Plasmaruisku on hyvin kontrolloitu ja keskittynyt pitkälläkin etäisyydellä suuttimen • · · • · ♦ pinnasta. Plasmaruisku, esim. wolframikarbidihiukkasista, etenee suorana enemmän kuin metrin ja on tällä etäisyydellä yhä hyvin keskittynyt. Se näyttää plasmaliekiltä 30 alhaisessa paineessa. Enemmän kuin 70 % sisäänsyötetystä sähkötehosta annetaan 15 100314 korkealle kaasuvirralle ja plasmaruiskun nopeus tulee ylisooniseksi yli 3000 m/sek ja havaitaan iskutimanteilla 14 suojalasin läpi.

Pulveri Γ syötetään suuttimen ulostulosta suoraan hyvin kuumaan laajennettuun 5 kaareen. Vedyn lisäys plasmakaasuun nostaa edelleen lämpöenergiaa. Tyypilliset käytetyt energia-arvot ovat - sähköteho 200 kW (400 V x 500 A) - kaasunvirtaus n. 230 SLM (500 SCFH) 10 - ulostulo entalpia 35 x 106 J/kg (15.000 BTU/Lb)

- plasman lämpötila 6000°C

- ruiskun nopeus 3000 m/sek

Laitteen yksityiskohtien osalta viitataan lisäksi artikkeliin "Coatings by 250 kW Plasma 15 Jet Spray System" T. MORISHITA, Plazjet Ltd, Tokyo, Japan. (Lähde: Proceedings of 2nd Plasma Tec. Syhmposium, June 5-7, 1991, Voi. 1 p- 137.)

Kaksoisanodin käsittävän ilmakehänpaineista plasmaa ruiskuttavan laitteen rakenne on esitetty kuviossa 4. Kaaren anodikohdan stabilisoimiseksi laite on varustettu yhdellä 20 katodipolttimella 15 ja kahdella anodipolttimella 16 niin, että anodipolttimet on jäljestetty symmetrisesti, kuten on esitetty kuviossa 4. Katodikohta ja anodikohta on suojattu .*·; inertillä kaasulla kuten Ar 17 tai N2. Tässä järjestelmässä kaari ei ole mitenkään • · ·

I I I

*1!.* epästabiilien, joka johtuisi anodikohdan kulumisesta tai anodikohdan liikkumisesta tai • · elektrodien kulumisesta, kun taas tällainen epästabilisuus on ongelma tavanomaisissa ,·; [ 25 järjestelmissä. Siten ruiskutusolosuhteet voidaan ylläpitää stabiilina pitkän aikaa.

• · ·

Kiihtyvä suutin 18 on irrotettava ja sen halkaisija ja pituus on asetettu etukäteen plasma- : ruiskutukselle tarkoituksenmukaisesti. Toisin sanoen plasman nopeutta ja lämpötilaa • · · • · voidaan säätää vaihtelemalla halkaisijaa, pituutta ja tehoa. Tämä suutin vastaa / . tavanomaisten pohtimien kuluvaa osaa. Mutta se ei kosketa kaarta suoraan ja sitä 30 yleensä ei tarvitse vaihtaa. Kuten on esitetty kuviossa 4, plasmakaari 19 muodostuu katodikaaresta katodipolttimen akselilla ja anodikaarista anodin polttimen akselilla.

16 100314

Vahva kylmä kotelo muodostuu jokaisen kaarillekin ympärille ja se lisää kaaren suuntausta ja lämmön keskitystä. Siten ylläpidetään stabiili olosuhde, vaikka pääkaari ylittää äänen nopeuden. Plasmakaasu, joka muodostaa pääkaaren, syötetään kammion ulkopuolelta, jossa katodi on suojattu inertillä kaasulla 17, kuten on esitetty kuviossa 4 5 ja ilmalla 20. Tämän tuloksena plasmakaasun nopeutta ja entalpiaa voidaan laajasti säätää teholla 10-100 kW. Tuotettu plasmaruisku on esitetty viitenumerolla 7", joka ruiskutetaan hiukkasina 8" substraatille 9" ja päällystykseksi 21. Laite on edullisesti myös varustettu plasmapuhdistuslaitteella 22 tasaisen laadun ylläpitämiseksi.

10 Teho syötetään sisään kohdasta 1". Laitteen tasavirtapiirit on myös merkitty kuvioon (D.C.). Pääasiallinen tehon syöttö tapahtuu suuremmassa piirissä. Laitteen osalta viitataan lisäksi artikkeliin A. BUNYA etc. "New Plasma Spraying System Twin Torch a". (Lähde NTSC 91/Pittsburg).

15 * , • · • 1 » • ♦ · • · 1 · « · 1 • · • · »·« • « • · « • · · • · • · 1 • · 4 · i • · • · · • · • · t I t · · • · ·

Claims (14)

100314

1. Menetelmä paperikoneen telan pinnoittamiseksi kesto- ja/tai erikoismuovipulverilla, tunnettu siitä, että pinnoittaminen tapahtuu ruiskuttamalla käyttämällä hyväksi 5 hypersonista plasmaa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että plasmallekin lämpöenergia on 50-250 kW.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käyte tään hypersonista plasmaa, jonka lämpöenergia on noin 200 kW.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään ilmakehän paineista hypersonista plasmaa, jonka lämpöenergia on n. 100 kW. 15

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ruiskutettavassa pulverissa käytetään amorfista tai kiteistä erikoismuovikomponenttia.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muovikom- ....: 20 ponentti on jokin seuraavista erikoismuoveista: polyamidi-imidi PAI, polyeetteri-imidi PEI, polyeetteriketoni PEK, polyeetterieetteriketoni PEEK, polyeetterisulfoni PES, • polyimidi PI, polymetakryyli-imidi PMI, polyfenyleenisulfidi PPS, polysulfoni PSU. • · · · • · · • · • · · ί\:

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että v ί 25 työkappaleen esilämmityslämpötila on 20°C - 300°C.

• · \*·: 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että • · · r ’ * ruiskutettavan pulverin raekoko on 20 μτη - 1000 Mm.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että . . pinnoite ruiskutetaan 200 Mm - 10 mm paksuuteen. •« · 100314

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukaisella menetelmällä tehty tela, tunnettu siitä, että sen pinnoite on tehty erikoismuovipulverista.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen tela, tunnettu siitä, että pinnoite koostuu 5 jostakin seuraavista muoveista: polyamidi-imidi PAI, polyeetteri-imidi PEI, polyeetteri- ketoni PEK, polyeetterieetteriketoni PEEK, polyeetterisulfoni PES, polyimidi PI, polymetakryyli-imidi PMI, polyfenyleenisulfidi PPS, polysulfoni PSU.

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen tela, tunnettu siitä, että pinnoitteen 10 paksuus on 200 μπι - 10 mm.

13. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen tela, tunnettu siitä, että pinnoitteen kiteisyysaste on 0-100 %.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 10-13 mukainen tela, tunnettu siitä, että se on taipumakompensoitu tela, imutela, keskitela tai super- tai softkalanterin tela. 4 , • · · • · · ··· · • ·· • · • « ·· · • · 4 · • ·· • · ·♦ • · · • ( • · • · · • · f • · ··· • · · 4 4 • · > · · 100314