FI111282B

FI111282B - Kalanterointimenetelmä ja kalanteri

Info

Publication number: FI111282B
Application number: FI20020442A
Authority: FI
Inventors: Mika Viljanmaa
Original assignee: Metso Paper Inc
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2003-06-30
Also published as: WO2003074783A1; DE10392196T5; FI20020442A0; AU2003211378A1

Description

111282

Kalanterointimenetelmä ja kalanteri Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen kalanterointimenetelmä, jossa raina johdetaan kalanterin nippiin, joka käsittää en-5 simmäisen elimen ja toisen elimen, jotka on sovitettu keskenään nippikosketuk-seen. Ainakin rainan toista pintaa lämmitetään nipissä vähintään kyseisen pinnan sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötilaan, minkä jälkeen raina johdetaan ulos nipistä.

10 Keksinnön kohteena on myös menetelmää soveltava kalanteri.

Kalanteroinnin tarkoituksena on lisätä paperin tai kartongin sileyttä ja kiiltoa sekä parantaa muita painopinnan ominaisuuksia. Paperia ja kartonkia kalanteroita-essa rainaa muokataan kahden vastakkain olevan telan muodostamassa nipissä.

15 Telat voivat olla kova- tai pehmeäpintaisia. Pehmeäpintaisten telojen pinta on valmistettu paperista, muusta kuitumateriaalista tai polymeerimateriaalista. Kovapintaiset termotelat valmistetaan yleensä valuraudasta ja niitä voidaan lämmittää tai jäähdyttää öljyllä, höyryllä tai muilla tavoin, esimerkiksi induktiokuumen-tamalla. Toisen telan tilalla nipissä voidaan käyttää myös muuta elintä, kuten 20 kenkää tai hihnaa.

Kalanteroitavan rainan muokkautumisherkkyyttä voidaan parantaa rainan lämpötilaa ja/tai kosteutta lisäämällä. Rainaa lämmitetään kuumennettavalla termotelal-la. Lisäksi rainaa voidaan kostuttaa ja lämmittää höyryttämällä ennen nippiä.

25 Rainan liukuminen telojen pinnoilla voi myös aiheuttaa kuitujen muodonmuutoksia ja vahvistaa silittävää vaikutusta.

Kalanteroitavan rainan muokkautumisherkkyys paranee huomattavasti, kun rainan sisältämien polymeerien lämpötila ylittää lasisiirtymälämpötilan. Paperin ja 30 kartongin sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötila vaihtelee huoneen läm- 2 111282 potilasta (päällysteseoksen sisältämät polymeerit) noin 250°C:een (puun kuitujen sisältämät polymeerit). Polymeerien lasisiirtymälämpötila alenee rainan kosteuden kasvaessa.

5 Kalanteroitaessa rainan uloimpien kerroksien lämpötila pyritään nostamaan niiden sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötilan yläpuolelle. Samanaikaisesti rainaa muokataan kalanteritelojen muodostamassa nipissä, jolloin kuumat pintakerrokset muokkautuvat enemmän kuin rainan keskiosa. Kun raina tuodaan ulos nipistä, sen lämpötila laskee vähitellen ympäristön lämpötilaan. Tällöin tapahtuu 10 ns. palautumista, jonka seurauksena rainan karheus lisääntyy. Palautuminen johtuu rainan eri osissa eri suuruisena tapahtuvasta uudelleen turpoamisesta. Turpoaminen on erityisen voimakasta silloin, kun kalanteroinnissa käytettävät lämpötilat ovat rainan polymeerien lasisiirtymälämpötilaa alhaisempia. Rainan karheus lisääntyy myös silloin, kun raina kalanteroidaan polymeerien lasisiirtymä-15 lämpötilaa korkeammassa lämpötilassa ja jäähdytetään nipin jälkeen lasisiirtymälämpötilan alapuolelle.

Rainassa tapahtuvan turpoamisen takia halutun sileyden saavuttamiseksi raina on kalanteroitävä useita kertoja peräkkäin, kalanterointi on suoritettava hitaammalla 20 nopeudella tai suurempaa nippivoimaa käyttäen.

Patenttijulkaisussa US 5,245,920 on kuvattu kalanterointimenetelmä, jolla rainan turpoamista nipin jälkeen pyritään vähentämään. Rainaa lämmitetään nipissä la-sisiirtolämpötilaa korkeampaan lämpötilaan. Kun raina tulee ulos nipistä, sitä 25 jäähdytetään nopeasti polymeerien lasisiirtymälämpötilaa alhaisempaan lämpöti-. . laan. Jäähdytys suoritetaan nipin perään sijoitetulla jäähdytyslaitteella. Nopea jäähdyttäminen vähentää rainassa tapahtuvaa turpoamista. Ratkaisun haittapuolena on se, että rainaa jäähdytetään nipin ulkopuolella, jolloin rainaan ei enää kohdistu turpoamista estävää puristusvoimaa. Lisäksi jäähdytyslaite lisää kalanterin 3 0 tilantarvetta j a hintaa.

• t 111282 3 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen kalanterointimene-telmä ja kalanteri, joilla rainan turpoamista kalanterin nipin jälkeen voidaan vähentää.

5

Keksinnön mukainen mentelmä perustuu siihen, että oleellinen osa kalanteroita-van rainan ainakin toisen pintakerroksen sisältämistä polymeereistä lämmitetään kalanterin nipin alkuosassa plastiseen tilaan eli lämpötilaan, joka on vähintään yhtäsuuri kuin pintakerroksen sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötila.

10 Tämän jälkeen huomattava osa lasisiirtymälämpötilaan lämmitetyistä polymeereistä jäähdytetään nipin loppuosassa puristuksen alaisena lasisiirtymälämpötilaa alhaisempaan lämpötilaan.

Vastaavasti keksinnön mukainen kalanteri käsittää lämmityselimet ainakin rainan 15 toisen pinnan lämmittämiseksi nipin alkuosassa vähintään kyseisen pinnan sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötilaan. Lämmityseliminä voidaan käyttää esimerkiksi lämmitettävää hihnaa. Kalanteri käsittää myös jäähdytyselimet polymeerien lasisiirtymälämpötilaan lämmitetyn rainan pinnan jäähdyttämiseksi nipin loppuosassa alhaisempaan lämpötilaan kuin kyseisen pinnan sisältämien 20 polymeerien lasisiirtymälämpötila. Jäähdytyseliminä voidaan käyttää esimerkiksi jäähdytettävää telaa.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

25

Keksinnön mukaiselle kalanterille puolestaan on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 8 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

30 4 111282

Suurin osa rainan lasisiirtymälämpötilaan lämmitetyistä polymeereistä jäähtyy lasisiirtymälämpötilaa alhaisempaan lämpötilaan samalla, kun rainaa muokataan nipissä. Tämä vähentää rainan turpoamisesta johtuvaa karheuden lisääntymistä huomattavasti nipin jälkeen, minkä ansiosta haluttu sileys saavutetaan vähäi-5 semmällä määrällä peräkkäisiä kalanterointikertoja. Näin säästetään sekä laiteetta energiakustannuksissa.

Keksintöä kuvataan seuraavassa tarkemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen, joka esittää kaaviollisena sivukuvantona hihnakalanteria.

10

Piirustuksessa esitetyssä hihnakalanterissa on nippi 6, joka muodostuu ensimmäisestä elimestä 1 ja toisesta elimestä 4, jotka ovat kalanterin käytön aikana keskenään nippikosketuksessa. Ensimmäinen elin on pyörivä tela 1 ja toinen elin päättymätön hihna 4, joka kiertää vastatelan 2 sekä vastatelan 2 molemmille sivuille 15 ja alapuolelle sovitettujen ohjaustelojen 3 ympärillä. Hihnaa 4 painetaan telaa 1 vasten vastatelalla 2. Tela 1 on edullisesti kovapintainen termotela, jota voidaan lämmittää tai jäähdyttää telan 1 sisällä kierrätettävän nesteen avulla. Kalanteroi-tava raina 5 kulkee telan 1 ja hihnan 4 välisen nipin 6 läpi. Rainan 5 kulkusuunta on merkitty piirustukseen nuolella. Kalanterin nipin 6 pituutta voidaan muuttaa 20 ohjaustelojen 3 sijaintia muuttamalla. Esimerkiksi, kun vastatelan 2 molemmilla sivuilla olevia ohjausteloja 3 nostetaan ylöspäin, saadaan hihna 4 kulkemaan pidempi matka termotelan 1 pinnalla, jolloin nipin 6 pituus kasvaa. Keksinnön mukaisen kalanterin nipin 6 pituus voi olla jopa noin 95 % telan 1 ympärysmitasta. Nipin pituudella tarkoitetaan sen osan pituutta, jolla molemmat nipin 6 muodos-25 tavista elimistä 1, 4 ovat rainaa 5 vasten ja puristavat rainaa 5. Kalanterille tule- • c ' van rainan 5 lämpötila vaihtelee tyypillisesti noin 30 °C:sta (off-line kalanterit) 100 °C:een (on-line kalanterit).

Oleellinen osa rainan 5 toisesta pinnasta lämmitetään nipissä 6 lämpötilaan, joka 30 on vähintään yhtäsuuri kuin kyseisen pinnan sisältämien polymeerien lasisiirty- 5 111282 mälämpötila. Tällöin huomattava osa lämmitettävän pinnan sisältämistä polymeereistä lämpenee vähintään lasisiirtymälämpötilaansa. Tavallisesti myös rai-nan 5 sisäosassa, lähellä lämmitettävää pintaa olevien kerrosten sisältämät polymeerit lämpenevät lasisiirtymälämpötilaansa. Ennen kuin raina 5 tuodaan ulos 5 nipistä 6, oleellinen osa lämmitetystä pinnasta ja nipissä 6 lasisiirtymälämpöti-laan lämmenneistä polymeereistä jäähtyy lasisiirtymälämpötilaa alhaisempaan lämpötilaan. Koska polymeerit jäähtyvät lasisiirtymälämpötilan alapuolelle nipissä 6 puristuksen alaisena, on rainan 5 turpoaminen nipin 6 jälkeen vähäistä.

10 Rainan 5 lämmitys ja jäähdytys nipissä 6 toteutetaan esimerkiksi siten, että toisen nipin 6 muodostavan elimen 4 rainaa 5 puristava pinta valmistetaan materiaalista, jonka lämpökapasiteetti on pieni. Elimen 4 rainaa 5 puristavan pinnan lämpötila on nipin 6 alkuosassa suurempi kuin tätä vasten olevan rainan 5 pintakerroksen sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötila. Lisäksi elimen 4 rainaa 5 purista-15 van pinnan lämmönjohtavuuden tulee olla suuri, jotta sen sisältämä lämpömäärä siirtyy nopeasti rainan 5 pinnalle, jolloin rainan 5 pintakerros ja sen sisältämät polymeerit lämpenevät vähintään lasisiirtymälämpötilaansa nipin 6 alkuosassa. Pienen lämpökapasiteetin ansiosta rainaa 5 puristavan pinnan sisältämä lämpö-määrä on niin vähäinen, että elimen 4 rainaa 5 puristavan pinnan lämpötila ja 20 rainan 5 pintalämpötila laskevat alle rainan 5 pintakerroksen sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötilan nipin 6 loppuosassa.

Keksinnön yksi edullinen sovellusmuoto on piirustuksessa esitetty hihnakalante-ri, jossa on edellä kuvattujen ehtojen mukaisesti mitoitetun hihnan 4 ja jäähdyte-25 tyn telan 1 muodostama nippi 6. Telan 1 pintaa voidaan jäähdyttää esimerkiksi . . kierrättämällä sen sisällä jäähdytysnestettä. Tela 1 voi olla myös jäähdyttämätön.

Hihnan 4 ulkopintaa lämmitetään lämmityslaitteella 7 nipin 6 ulkopuolisessa kohdassa. Hihnaa 4 lämmitetään edullisesti mahdollisimman lähellä kohtaa, jossa raina 5 tuodaan nippiin 6, jolloin hihnan 4 ulkopinta ei ehdi oleellisesti jäähtyä 30 ennen nippiä 6. Tyypillisesti hihnan 4 ulkopinnan lämpötila on nippiin 6 sisään- 6 111282 menokohdassa 70-400 °C. Nippiin 6 sisäänmenokohdalla tarkoitetaan sitä kohtaa, jossa molemmat nipin 6 muodostavat elimet 1,4 tulevat kosketukseen rainan 5 kanssa. Hihnaan 4 varastoitunutta lämpöä siirtyy rainaan 5 nipin 6 alkuosassa, jolloin oleellinen osa rainan 5 hihnan 4 puoleisella pinnalla olevista polymeereis-5 tä lämpenee plastiseen tilaan. Samaan aikaan rainaa 5 puristetaan hihnan 4 ja telan 1 välisessä nipissä 6. Osa hihnasta 4 rainan 5 pinnalle siirtyneestä lämmöstä johtuu rainan 5 läpi telan 1 jäähdytetylle pinnalle. Oleellinen osa rainan 5 plastiseen tilaan lämmenneistä polymeereistä jäähtyy nipin 6 loppuosassa polymeerien lasisiirtymälämpötilan alapuolelle.

10

Hihna 4 voidaan valmistaa lämpöä eristävästä materiaalista, jonka ulkopinnalla eli rainaa 5 vasten sovitettavalla pinnalla on ohut ja hyvin lämpöä johtava pinnoi-tekerros. Pinnoitekerros voidaan valmistaa esimerkiksi metallista.

15 Keksinnöllä on edellä kuvatusta poikkeavia sovellusmuotoja.

Edellä esitetty käsittely, jossa rainan 5 pintaa lämmitetään vähintään pinnan sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötilaan ja jäähdytetään lasisiirtymälämpötilan alapuolelle nipissä 6, voidaan suorittaa samanaikaisesti molemmille rainan 5 20 pinnoille. Tällöin molemmat nipin 6 muodostavat elimet 1, 4 mitoitetaan edellä esitettyjen vaatimusten mukaisesti. Tarvittaessa rainan 5 pintaa voidaan esiläm-mittää esilämmittimellä 8 ennen nippiä 6 lämpötilaan, joka on alhaisempi kuin pinnan sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötila. Rainaa 5 voidaan myös kostuttaa ennen kalanterointia polymeerien lasisiirtymälämpötilan alentamiseksi.

25 Hihnakalanterin sijasta voidaan käyttää muuta riittävän pitkänippistä kalanteria, • esimerkiksi kenkäkalanteria.

Claims

111282

1. Menetelmä paperi- tai kartonkirainan (5) kalanteroimiseksi, jossa menetelmässä 5. johdetaan raina (5) kalanterin nippiin (6), joka käsittää ensim mäisen elimen (1) ja toisen elimen (4), jotka on sovitettu keskenään nippikosketukseen, - muokataan rainaa (5) nipissä (6), - lämmitetään ainakin rainan (5) toista pintaa nipissä (6) vähintään 10 kyseisen pinnan sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötilaan, ja - johdetaan raina (5) ulos nipistä (6), tunnettu siitä, että 15 - jäähdytetään polymeerien lasisiirtymälämpötilaan lämmitettyä rainan (5) pintaa nipissä (6) lämpötilaan, joka on alhaisempi kuin kyseisen pinnan sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötila.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - rainan (5) molempia pintoja lämmitetään nipissä (6) vähintään pintojen sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötilaan, ja - rainan (5) molempia pintoja jäähdytetään nipissä (6) lämpötilaan, joka on alhaisempi kuin pintojen sisältämien polymeerien 25 lasisiirtymälämpötila. • · t ·

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nipin (6) muodostavana toisena elimenä käytetään hihnaa (4). 111282

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hihnan (4) ulkopintaa lämmitetään.

5. Patenttivaatimuksen 1, 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 nipin (6) muodostavana ensimmäisenä elimenä käytetään telaa (1), edullisesti kovapintaista telaa.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että telaa (1) jäähdytetään. 10

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rainan (5) pintaa esilämmitetään ennen nippiä (6).

8. Kalanteri paperi- tai kartonkirainan (5) kalanteroimiseksi, joka kalanteri käsit- 15 tää - ensimmäisen elimen (1) ja toisen elimen (4), jotka on sovitettu keskenään nippikosketukseen ja joiden välisestä nipistä (6) kalanteroitava raina (5) on sovitettu kulkemaan, - lämmityselimet ainakin rainan (5) toisen pinnan lämmittämiseksi 20 nipissä (6) vähintään kyseisen pinnan sisältämien polymeerien ··- lasisiirtymälämpötilaan, tunnettu jäähdytyselimistäpolymeerien lasisiirtymälämpötilaan lämmitetyn rainan (5) pinnan jäähdyttämiseksi nipissä (6) alhaisempaan lämpötilaan kuin kyseisen pinnan sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötila. 25

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen kalanteri, tunnettu siitä, että - lämmityselimet on sovitettu lämmittämään molemmat rainan (5) pinnat nipissä (6) vähintään kyseisten pintojen sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötilaan, ja 111282 - jäähdytyselimet on sovitettu jäähdyttämään molemmat rainan (5) pinnat nipissä (6) alhaisempaan lämpötilaan kuin pintojen sisältämien polymeerien lasisiirtymälämpötila.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen kalanteri, tunnettu siitä, että nipin (6) muodostava toinen elin on hihna (4).

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen kalanteri, tunnettu siitä, että hihna (4) käsittää lämpöä eristävän kerroksen ja tämän ulkopinnalla olevan lämpöä joh- 10 tavan kerroksen, joka sovitetaan nipissä (6) rainaa (5) vasten.

12. Patenttivaatimuksen 8 tai 10 mukainen kalanteri, tunnettu siitä, että nipin (6) muodostava ensimmäinen elin on tela (1), edullisesti kovapintainen tela. 15

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen kalanteri, tunnettu siitä, että telaa (1) voidaan j äähdyttää. • I • ( C 111282