FI111396B - Uusi keraaminen kalanteritela, menetelmä telan valmistamiseksi ja pinnoitekoostumus sekä menetelmä mattapintaisten paperilaatujen valmistamiseksi ja menetelmällä valmistettu paperi/kartonki - Google Patents

Description

111396

Uusi keraaminen kalanteritela, menetelmä telan valmistamiseksi ja pinnoitekoostumus sekä menetelmä mattapintaisten paperilaatujen valmistamiseksi ja menetelmällä valmistettu paperi/kartonki Ny keramisk kalandervals, förfarande för tillverkning av vals och 5 ytbeläggningssammansättning samt förfarande för tillverkning av pappers-kvaliteter med mattyta och papper/kartong tillverkad med förfarande 10 Tämä keksintö koskee paperi-/kartonkikoneen telaa, erityisesti kalanterin telaa, menetelmää keraamisesti pinnoitetun telan valmistamiseksi ja keraamista kalanteritelan pinnoite-koostumusta sekä menetelmää mattapintaisten paperilaatujen valmistamiseksi ja menetelmällä valmistettu paperi/kartonki.

15 Kalanteritelojen avulla paperin tai kartongin pintaan saadaan haluttu kiilto, sileys ja viimeistelty pinta, ja tähän tarkoitukseen on yleisesti käytetty kokilliteloja ja kovakro-mattuja teloja. Kovakromatut telat kuitenkin ovat alttiita kulumiselle, joka johtuu usein paperin päällystysmateriaalin sisältämistä kovista mikrohiukkasista, kuten savesta, jolloin telan pinta kuluu ja pitokyky heikkenee. Lisäksi telan pinnan puhdistukseen käytetään 20 kovaa kaavarointiterää, jolla telan pintaan kiinnittynyt ylimääräinen päällystysmateriaali ja lika poistetaan, mutta samalla telan pinta vahingoittuu. Tämä johtaa siihen, että telat pitää vaihtaa 2 - 6 kuukauden välein, mikä nostaa kustannuksia ja tuottavuus vähenee. Kovakromauspinnoitteella on havaittu muitakin ongelmia. Kovakromatussa pinnassa on jo valmiina ns. halkeamaverkosto, joka vähitellen lähtee syvenemään säröiksi lämpötila-25 vaihteluista johtuvan rasituksen myötä. Aiemmin runsaasti käytetty kovakromausmenetel-mä kalanteritelojen pinnoitukseen on erittäin työläs, koska tässä menetelmässä koko tela on upotettu elektrolyyttiliuosta sisältävään altaaseen käsittelyä varten. Kovakromaus on erittäin tarkka kromattavan pohjan pinnan suhteen ja ns. kalansilmäilmiö syntyy helposti, mikä johtuu kromauksen yhteydessä vapautuvan vedyn aiheuttamista repeämistä 30 alustamateriaalissa. Kovakromattujen telojen yhteydessä esiintyy telan kulumisesta johtuen kaavarointivaikeuksia, mikä aiheuttaa faidallisuutta. Edelleen käynnistyksen ja ratakatkojen yhteydessä on ilmennyt lämpöshokkivaaraa. Lisäksi esiintyy telataipumaa 2 111396 ja ongelmia lujuuden suhteen, mikä aiheuttaa telarungolle raskaammat mitoitukset. Metalliteloja on hiekkapuhallettu ja etsattu mattakalanterointia varten, mutta ongelmaksi on muodostunut telojen pintojen siliäminen. Edellä esitettyjen seikkojen johdosta on lähdetty kehittelemään vaihtoehtoisia telan pinnoiteratkaisuja.

5

Suomalaisessa patentissa 92 609 on kuvattu menetelmä, jossa paperin kiillon lisäämiseen tarkoitetun kuumakiillotuskalanteritelan tai konekalanterin kalanteritelan pintaan on ruiskutettu metallikeraaminen pinta, joka koostuu volframikarbidista sekä koboltista tai nikkelikromilejeeringistä, ja pinnoittamisen jälkeen pinta on vielä viimeistelty hiomalla.

10 FI-patentissa 80 097 on kuvattu menetelmä, jossa tela pinnoitetaan seoksella, joka koostuu osittain metallista ja osittain keraamisesta aineesta siten, että ulkopinta muodostuu karbidirikkaista alueista ja niiden välissä olevista matriisialueista. Kemiallisesti telan pinnoite on volframin, kromin ja hiilen seos tai volframikarbidin, volframin, koboltin, 15 kromin ja hiilen seos.

FI-patenttihakemuksessa 890953 on kuvattu menetelmä, jossa telan runkovaipan ulkopinnalle valmistetaan joustava polymeeripinnoite, jonka päälle sitten valmistetaan toinen kova ja ohut keraaminen pinnoitekerros.

20 ., Suomalaisessa patenttihakemuksessa 925634 on kuvattu paperikoneen kuumennettavan telan valmistus. Tela kuumennetaan telan sisällä kanavissa kulkevan lämmönsiirtoväliai-neen avulla. Suuret lämpötilaerot aiheuttavat erikoisvaatimuksia telan pinnoituksen suhteen, jotka tässä telassa on ratkaistu valmistamalla tela siten, että telan runko 25 pinnoitetaan ensin nk. tartuntakerroksella, joka on ohut termisesti ruiskutettu mahdolli-. simman vähähuokoinen metallikerros, joka ei olennaisesti vaikuta lämmönjohtavuuteen.

Tämän tartuntakerroksen päälle ruiskutetaan keraamipinnoite, metallikeraamipinnoite tai huokoinen metallipinnoite. Ainakin osa pinnoitteen huokosista, tai myös kaikki, voidaan täyttää tiivistysaineella, kuten epoksi- tai fenolihartsilla, polytetrafluorieteenipolymeereil-30 la tai vastaavilla, joilla on hyvä eristyskyky ja pieni kimmomoduli. Polymeeripinnoitteis-ten telojen kulumiskestävyys ei kuitenkaan ole kovin hyvä.

3 111396

Suomalaisessa patenttihakemuksessa 940050 on esitetty sisäpuolisesti väliaineen avulla kuumennettu kälanteritela. Telan runko-osa on terästä tai valurautaa ja rungon vaippa-pinta on päällystetty keraamisella materiaalilla tai keraamisen materiaalin ja metallin seoksella, joista suositeltavimmat ovat kromikarbidi nikkelin ja kromin matriisissa ja 5 keraamisista materiaaleista kromioksidi. Tämä tela on uudistettava pinnan samentumisen johdosta kuitenkin säännöllisin aikavälein laitteistoon asennetulla kiillotuskaavarilla hioma-aineen avulla. Tämä luonnollisesti kuluttaa telaa melko nopeasti. Tätä telaa käytetään erityisesti kiiltävän ja sileän paperin valmistukseen.

10 Paperin tai kartongin pinnan karheus oli paperin oma ominaisuus, johon ei pystytty aikaisemmilla menetelmillä vaikuttamaan. Kalanterointia käytettiin lähinnä pinnan tiivistykseen. Paperin pinnan karheus oli lähinnä riippuvainen paperin täyteaineesta ja pinnoiteaineesta, ja oli ensiarvoisen tärkeää valita oikea pinnoiteaine halutun sileyden ja kiillon aikaansaamiseksi.

15

Kalanteritelan pinnan tulee kestää suuria viivakuormia, jotka rasittavat pinnoitetta. Pinnoitteelta vaaditaan kovuuden lisäksi sitkeyttä ja kulutuskestävyyttä. Lisäksi pinnoitteen pitää olla helposti korjattavissa, sen pitää kestää hyvin lämpötilavaihteluita, toimia laajalla lämpötila-alueella 10 - 250 °C ja 5 - 50 Mp nippipaineen alaisuudessa. Telan 20 pinnan on pystyttävä aikaansaamaan halutut ominaisuudet kuten esim. tasalaatuisuus, alhainen kiilto (ns. matta) ja hyvä sileys tai hyvä (ei matta) kiilto paperiin. Telan pinnan on oltava riittävän kova kestääkseen paperin täyteaineiden hankaavaa vaikutusta, kaavarin hankaavaa vaikutusta sekä korrodoivan ympäristön vaikutusta. Lisäksi telalla on oltava tarvittavat pintaominaisuudet telan puhtaana pysymiseen, paperiradan tarttumi-25 seen ja irrottamiseen, kuten mm. sopiva hydrofiilisyys. Pinnoitteen on lisäksi säilytettävä alkuperäinen karheutensa ts. Ra-arvo mahdollisimman pitkään.

Tämän keksinnön päämääränä on uusi, kestävämpi erityisesti mattakalanterointiin sopiva tela, menetelmä telan valmistamiseksi ja pinnoitekoostumus sekä menetelmä mattapin-30 täisten paperilaatujen valmistamiseksi ja menetelmällä valmistettu paperi/kartonki.

4 111396

Keksinnön mukaiselle kalanteritelalle, menetelmälle telan valmistamiseksi ja pinnoite-koostumukselle sekä menetelmälle mattapintaisten paperilaatujen valmistamiseksi ja menetelmällä valmistetulle paperille/kartongille on tunnusomaista mitä on esitetty patenttivaatimuksissa.

5 Tämä menetelmä telan valmistamiseksi soveltuu sekä uusien telojen valmistukseen että käytettyjen telojen pinnoitukseen, edellyttäen että vanha pinnoite on ensin poistettu.

Havaittiin, että keksinnön päämääriin päästään ja tekniikan tasossa ilmenneet ongelmat 10 ratkaistaan seuraavaa menettelytapaa käyttäen. Erityisesti mattakalanterointiin soveltuva pinnoite saadaan aikaan kun tavanomaisella telarungolla, kuten esimerkiksi kokillirungol-la varustettu tela 1, jolla on kova pinta, päällystetään noin 50 - 200 μηι:η, edullisesti 100 - 150 μιη:η paksuisella tartunta/korroosionsuojakerroksella 2, joka koostuu nikkelin ja kromin seoksesta. Tartuntakerroksen 2 päälle valmistetaan plasmaruiskuttamalla tai 15 suurnopeusliekkiruiskuttamalla (HVOF) keraaminen 300 - 500 μηι:η, edullisesti 350 - 400 μητ.η paksuinen pinnoitekerros. Keraaminen pinnoite voi olla A^C^n ja Zr02:n tai Ti02:n seos, C^Ogin ja Ti02:n seos, Al2TiOg:a, edellä mainittujen oksidien seos tai keraamin ja metallin seos. Pinnoite voi sisältää myös jotain muuta metallioksidia, esim. Sn02. Pinnoitteen valinnalla voidaan oleellisesti vaikuttaa telan 20 pinnan kulumiskestävyyteen ja sitkeyteen.

Kun käytetään plasmaruiskutusmenetelmällä valmistettua pinnoitetta, edullisimmat yhdistelmät kulumiskestävyyden ja sitkeyden kannalta aikaansaadaan Cr202 - Ti02 yhdistelmällä ja A1202 - Zr02 yhdistelmällä.

25 Käytettäessä suurnopeusliekkiruiskutustekniikkaa optimaaliset ominaisuudet aikaansaadaan tällöin edullisesti A1202 - Ti02 yhdistelmällä.

Edullinen pinnoite sisältää C^Ogia 50 - 92 %, Ti02:a 3 - 50 % ja mahdollisesti 30 kolmatta metallioksidia, esim. Sn02. Edullisempi pinnoite sisältää C^O^ra 55 - 65 % ja Ti02:a 35 - 45 %. Cr203 antaa pinnoitteelle kovuuden ja Ti02 taas sitkeyden ja 5 111396 rasituksen kestokyvyn. Edelleen toinen edullinen keraaminen pinnoite sisältää A^C^a 50 - 80 % ja ZrC>2:a 20- 50 %, edullisempi pinnoite sisältää A^Ogia 55 - 65 % ja ZrC^a 35 - 45 %, jolloin Zr02 antaa pinnoitteelle sitkeyden. HVOF-menetelmällä , valmistettu keraaminen pinnoite sisältää edullisesti A^C^ra 50 - 80 % ja TiC^a 5 20 - 50 %, edullisemmin Al203:a 55 - 65 % ja TiC^ia 35 - 45 % tai 0 - 100 % A^TiOy.a. Edelleen toinen edullinen pinnoite sisältää 50 - 100 % A^Og.a ja 0 - 50 % TiC^a.

Pinnoituksen jälkeen pinta hiotaan karheuteen Ra = 0,2 - 2,0 μτχι, edullisesti 10 Ra = 0,4 - 1,0 jttm, ja viimeistellään piikarbidin kanssa harjaamalla telan pintaan matta-ajoon sopiva pintaprofiili. Tämä tela kestää kaavarointia huomattavasti paremmin kuin kovakromipinnoitetut. Pinta ei lämpötilan vaihteluista huolimatta delaminoidu eikä halkeile. Seuraavassa taulukossa on esitetty keksinnön mukaisen keraamipinnoitteisen telan ominaisuuksia verrattuna tunnetun tekniikan mukaisiin teloihin.

15

KALANTERIPINNOITTEIDEN OMINAISUUDET

KOKILLI KARBIDI KROMATTU KERAAMI KOVUUS (HV) 600 1100 900 1100 20 PAKSUUS (mm) 10 0,1 0,1 0,3 KARHEUS Ra 0,1 0,2 0,1 0,4

Valmistettava tela voi olla paperWkartonkikoneen tela, erityisesti kalanterin termotela tai impulssikuivatukseen käytettävä tela.

25

Keksinnön mukaisessa menetelmässä paperin/kartongin valmistukseen käytetään edellä ' kuvattua kalanteritelaa, jolloin telan pinnoitteen karheus jäljennetään valmistettavaan paperiin. Tämän seurauksena paperista mitattu karheus pienenee, mutta kiilto ei lisäänny kuten sileitä teloja käytettäessä. Usein korotettu lämpötila 60 - 250 °C ja nippipaine 6 111396 5-50 Mp tehostavat telan toimintaa, mutta menetelmä soveltuu hyvin myös alemmissa lämpötiloissa 10 - 50 °C suoritettavaan ajoon. Valmistettavan paperin/kartongin haluttu laatu ja paperin kalanteroimaton karheus määräävät käytettävän telan karheuden. Edullinen alue on Ra = 0,2 - 20 μπι. Tämä menetelmä on huomattavasti aikaisempia 5 menetelmiä riippumattomampi paperin täyte- ja pinnoiteaineista, joten voidaan vapaammin valita painatukseen tms. sopivat pinnoite- ja täyteaineet.

Erästä keksinnön mukaista ratkaisua havainnollistetaan liitteenä olevan kuvion 1 avulla.

10 Kuvaluettelo: Kuvio 1. Keksinnön mukainen ratkaisu

Kuviossa 1 on esitetty telan pinnan poikkileikkaus, jossa telan rungon vaipalle 1 on valmistettu 50 - 200 μπι: n paksuinen tartunta/korroosionsuojakerros 2, joka koostuu nikkelin ja kromin seoksesta. Tartuntakerroksen 2 päälle on valmistettu keraaminen 15 kerros 3, jonka paksuus on 300 - 500 μπι ja joka koostuu AI2O3 - T1O2 seoksesta, AI2O3 - ZrC>2 seoksesta, - T1O2 seoksesta tai A^TiO^stä.

Claims (9)

1. Paperi-/kartonkikoneen kalanteritela, jonka ranko-osan (1) päällä on tartunta/kor-roosionsuojakerros (2) nikkelikromiseoksesta, tunnettu siitä, että tartuntakerrok- 5 sen (2) päälle on valmistettu 300 - 500 μπι: n paksuinen keraaminen kerros (3), joka käsittää 50 - 80 % A^Ogra ja 20 - 50 % ZrC^a tai 50 - 92 % G^Ojia, 3 - 50 % Ti02:a ja mahdollisesti kolmatta metallioksidia tai A^TiO^ra.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kalanteritela, tunnettu siitä, että pinnoitteen 10 karheus Ra = 0,2 - 2,0 μιη, edullisesti Ra = 0,4 - 1,0 μπι.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tela, tunnettu siitä, että tela on kuumennettava.

4. Menetelmä paperikoneen kalanteritelan valmistamiseksi, jonka telan ranko-osan (1) päällä on tartunta/korroosionsuojakerros (2) nikkelikromiseoksesta, tunnettu siitä, että tartuntakerroksen (2) päälle valmistetaan 300 - 500 μπι paksuinen keraaminen kerros (3), joka käsittää 50 - 80 % A^C^a ja 20 - 50 % ZrC^a tai 50 - 92 % C^Ogia, 3 - 50 % TiC^a ja mahdollisesti kolmatta metallioksidia tai A^TiOg. 20 .

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pinnoituksen jälkeen pinta hiotaan karheuteen Ra = 0,2 - 2,0 μιη, edullisesti Ra = 0,4 - 1,0 μπι ja viimeistellään pintaprofiilin tekemiseksi matta-ajoon sopivaksi.

6. Paperi-/kartonkikoneen kalanteritelan pinnoitekoostumus, jonka telan ranko-osan (1) päällä on tartuntakerros (2) nikkelikromiseoksesta, tunnettu siitä, että tartuntaker-' roksen (2) päällä on 300 - 500 μπι paksuinen keraaminen kerros (3) pinnoitteesta, joka käsittää 50 - 80 % A^O^ia ja 20 - 50 % ZrC^a tai 50 - 92 % C^Ogia, 3 - 50 % Ti02:a ja mahdollisesti kolmatta metallioksidia tai A^TiOg. 30 111396 8

7. Menetelmä mattapintaisten paperi/kartonkilaatujen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että valmistusprosessissa käytetään jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukaista kalanterointitelaa tai telaa, jonka pinnoitekoostumus on patenttivaatimuksen 6 mukainen tai telaa, joka on valmistettu patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukaisella menetelmällä. 5

8. Mattapintaisen paperi/kartonki, tunnettu siitä, että paperi/kartonki on valmistettu patenttivaatimuksen 7 mukaisella menetelmällä.

9 111396