FI112513B - Puristusvaippa (paperirainan kuivaamiseksi) ja menetelmä puristusvaipan valmistamiseksi - Google Patents

Description

112513

Puristusvaippa (paperirainan kuivaamiseksi) ja menetelmä puristusvaipan valmistamiseksi

Keksinnön kohteena on puristusvaippa paperirainan kuivaamiseksi paperikoneen ni-5 pissa, jossa vaipassa on elastomeerimatriisi, johon lujituskuidut on upotettu, jolloin sekä ulompi että sisempi paperirainasta poispäin oleva alue koostuu kuumavalet-tavasta matriisimateriaalista ja on valmistettu yhdessä työvaiheessa, ja jolloin valun jälkeen suoritetaan matriisimateriaalin lämpökäsittely.

Keksinnön kohteena on lisäksi menetelmä puristusvaipan valmistamiseksi puristus-10 laitetta varten paperirainan kuivaamiseksi paperikoneen nipissä, jossa menetelmässä kovetettava elastomeerimatriisimateriaali valetaan valukappaleen päälle ja samalla kääritään lujituskuidut, jolloin valuvaiheen jälkeen suoritetaan matriisimateriaalin lämpökäsittely.

Puristusvaippa ja menetelmä tällaisen puristusvaipan valmistamiseksi edellä maini-15 tun tavan mukaisesti ovat tunnettuja US 5 062 924:stä.

Sen mukaan valmistetaan puristusvaippa, jossa ensiksi upotetaan kudos kuumavalet-tavaan polyuretaaniin ja tämä kääritään sitten käärimiskappaleen päälle. Sen jälkeen näin saatua yhdistelmää kuumennetaan uunissa polyuretaanin kovettamiseksi. Sitten näin saatu puristusvaippa jäähdytetään ja sen jälkeen hiotaan tasaisen paksuuden : 20 saamiseksi. Sitten puristusvaipan pinta voidaan vielä varustaa porauksilla tai urilla.

Tällaisia puristusvaippoja käytetään erityisesti paperikoneen puristuslaitteessa kulkevan massarainan, vesipitoisen paperirainan, kuivaamiseen. Tällaisessa puristus-laitteessa on kaksi puristusosaa (esim. kaksi puristustelaa tai yksi puristustela ja yksi ' puristuskenkä), jotka muodostavat keskenään nipin. Tämän nipin läpi kulkee kuivat- 25 tava massaraina yhdessä puristusvaipan kanssa ja mahdollisesti yhdessä yhden tai : ' kahden huopahihnan kanssa. Puristusvaippa on yleensä päätön ja sillä voi olla '.. : rainan kulkusuunnassa nähtynä erilaisia pituuksia. Pitkissä puristusvaipoissa, kuten GB-A-2 106 555:n mukaisissa, puristusvaippa kulkee nipin ulkopuolella ohjaustelo- , jen ympäri. Kun puristusvaippa sitä vastoin on kiertosuunnassa suhteellisen lyhyt, 30 niin se muodostaa letkunmuotoisen puristusvaipan, joka kiertää nipin ulkopuolella oleellisesti ympyränmuotoista rataa.

Tämän tyyppisiin puristus vaippoihin kohdistuu käytössä suuria rasituksia. Nipissä muodostuu suuri puristus- ja vanutusrasitus, jotka johtavat puristusvaipan ennen- 112513 2 aikaiseen kulumiseen. Erityisesti puristus vaipan pinnalla, joka on paperirainaa kohti, muodostuu huomattava hankaus. Tavanomaisilla teloilla tämä johtaa siihen, että puristusvaipan kokoonpuristuminen nipissä ja siten kuivausteho muuttuvat. Kenkä-puristimien puristusvaipoissa tämä johtaa muuttuneeseen puristukseen ja samalla 5 muuttuneisiin kuivausolosuhteisiin.

Lisäksi ovat tulleet tunnetuiksi myös uritetut puristusvaipat (US-A-4 559 106, WO-A-92/02678, US-A-4 978 428, US-A-5 062 924) vedenpoistokyvyn parantamiseksi nipin alueessa. Myös tällaiset urilla varustetut puristusvaipat ovat alttiina samoille rasituksille kuin edellä on mainittu, niin että urien heikentämisestä johtuen ja veto-10 ja leikkausrasituksista, joita ura-alueessa esiintyy voimistuneina, johtuen urien alueessa esiintyy vieläpä voimakkaampi kuluminen, joka liittyy edellä mainittuihin haittapuoliin.

Tästä syystä US-A-4 978 428:n mukaan ulommasta, massarainaa kohti olevasta kulutuskestävästä kerroksesta tehtiin kovempi kuin sen alla olevasta kerroksesta. On 15 osoittautunut, että tällaisessa rakenteessa, jossa kovempi kerros on sijoitettu peh-meämmän kerroksen päälle, muodostuu vaara molempien kerroksien irtoamisesta toisistaan ja siten vaara puristusvaipan rikkoutumisesta.

Keksinnön tehtävänä on sen vuoksi saada aikaan parannettu puristusvaippa, jolla vältetään tunnetun tekniikan haittapuolet ja jolla on erityisesti suuri kestoikä ja 20 vähäinen hankaus. Lisäksi pitää saada aikaan sopiva menetelmä tällaisen valmistamiseksi.

Puristusvaipan suhteen tämä tehtävä ratkaistaan patenttivaatimuksissa 1 ja 2 esite-' tyllä tavalla keksinnön mukaisesti siten, että aiemmin mainitun tyyppisessä puristus- : vaipassa käsittelyaikaa ja ulomman ja sisemmän alueen välistä lämpötilagradienttia .' * 25 ohjataan siten, että ulompaan alueeseen muodostuu voimakkaampi verkkoutuminen ja suurempi kovuus kuin sisempään alueeseen. Muissa vaatimuksissa esitetään keksinnön eräitä suoritusmuotoja.

Tämä tehtävä ratkaistaan edelleen siten, että aiemmin mainitun tyyppisessä menetel-,: : mässä käsittelyaikaa ja ulomman ja sisemmän alueen välistä lämpötilagradienttia , / 30 ohjataan siten, että ulompaan alueeseen muodostuu voimakkaampi verkkoutuminen ja suurempi kovuus kuin sisempään alueeseen.

Kun tekniikan tason mukaisesti ulomman, paperirainaa kohti olevan alueen, joka on myös alttiina voimakkaammalle rasitukselle, suurempi kulutuskestävyys saadaan käyttämällä matriisimateriaalia, jolla on suurempi kovuus ja kulutuskestävyys, kek- 112513 3 sinnön mukaisesti puristusvaipan ulomman alueen, joka on alttiina suuremmille rasituksille, suurempi kulutuskestävyys ja mahdollisesti kovuus ja sitkeys saavutetaan pelkästään lämpökäsittelyllä. Sitä vastoin sisempi alue säilyttää suuren joustavuuden, koska verkkoutuminen ei ole tässä alueessa niin suurta kuin ulommassa 5 alueessa.

Keksinnön mukaisesti puristusvaippa on siis kauttaaltaan samaa matriisimateriaalia. Irtoamisilmiöt, joita nykyisissä puristusvaipoissa voi esiintyä siitä syystä, että ulommassa ja sisemmässä alueessa käytetään matriisimateriaaleja, joilla on erilaiset kovuudet, sitkeydet ja vastaavat, vältetään varmasti. Samalla ulomman alueen tavoi-10 tellun lämpökäsittelyn ansiosta on saavutettavissa erityisesti suurempi kulutuskestävyys, jolloin samanaikaisesti saadaan enimmäkseen suurempi kovuus ja sitkeys. Lämpökäsittelyllä, joka edullisesti rajoitetaan puristusvaipan puristusalueeseen, joka kulkee nipin läpi, voidaan siten saada aikaan puristusvaipan ulomman alueen mekaanisten ominaisuuksien paraneminen. Lisälämpökäsittelyllä saadaan tässä 15 alueessa aikaan elastomeerimatriisimateriaalin voimakkaampi verkkoutuminen, minkä ansiosta saadaan paremmat mekaaniset ominaisuudet. Koska puristusvaippa kuitenkin koostuu kauttaaltaan samasta matriisilähtömateriaalista, vältetään ulomman, lämpökäsitellyn alueen ja sisemmän, lämpökäsittelemättömän alueen väliset irtoamisilmiöt.

20 Matriisimateriaalina käytetään tällöin kuumavalettavaa materiaalia, edullisesti kuumavalettavaa polyuretaania.

: Keksinnön mukaisella puristusvaipalla on siten nykyisiin puristusvaippoihin nähden : huomattavasti pitempi kestoikä, jolloin samalla on varmistettu korkea käyttövar- ; muus.

25 Puristusvaipoissa, joiden puristusalue on varustettu urilla tai porauksilla vedenpois-tokapasiteetin lisäämiseksi, ulompi, voimakkaasti verkkoutunut alue ulottuu edulli-; .' sesti vähintään siihen syvyyteen, johon urat tai poraukset ulottuvat.

; Tällä saavutetaan se, että koko voimakkaille rasituksille alttiina olevalla puristus- ; ’ vaipan alueella on parempi kulutuskestävyys, kovuus ja sitkeys. Tämä on erityisen . ' 30 merkittävää, koska erityisesti urien alueessa esiintyy suuria rasituksia lovijännitysten ; ; vuoksi.

On selvää, että lämpökäsittely voidaan viedä myös suurempaan syvyyteen, niin että lujituskuituihin asti saadaan suurempi kulutuskestävyys.

4 112513 Tällöin lämpökäsittelyä ohjataan kuitenkin siten, että ainoastaan ulompi alue kovetetaan sisemmän alueen jäädessä käytännöllisesti katsoen lämpökäsittelemättä, niin että tähän muodostuu pienempi verkkoutumisaste, mikä johtaa suurempaan kimmoisuuteen. Sitä vastoin ulompaan alueeseen saadaan korkeampi kulutuskestävyys.

5 Ulomman alueen syvyyttä, johon matriisimateriaalin korkeampi kulutuskestävyys saadaan, ohjataan erityisesti lämpökäsittelyn keston avulla määrätyssä lämpötilassa.

Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa korotetun kovuuden alue ulottuu ainoastaan puristusvaipan molempien sivuttaisten reuna-alueiden väliin sijoittuvan puristusalueen yli.

10 Sen ansiosta saadaan, että puristusvaipalla on reuna-alueissa riittävä lujuus kanna-tuspyörien päällä käyttämisen mahdollistamiseksi, jolloin varmistetaan riittävä joustavuus sivuttaisiin kannatuspyöriin jännittämiseksi, jolloin kuitenkin toisaalta vain puristusvaipan keskipuristusalueessa saadaan aikaan välttämätön kulutuskestävyyden nostaminen, mikä liittyy samanaikaisesti materiaalin kovuuden ja sitkeyden 15 lisäämiseen.

Keksinnön mukaisen menetelmän erään lisäkehitelmän mukaan, jossa elastomeeri-matriisin kovettamisen jälkeen paperirainaa kohti olevaan puristusvaipan yläsivuun tehdään uria tai porauksia, lämpökäsittelyä säädetään siten, että vähintään siihen ;· syvyyteen, johon urat tai poraukset ulottuvat, saadaan korotettu kulutuskestävyys 20 lämpökäsittelyllä.

, * ‘ Tämän ansiosta varmistetaan, että koko suurille rasituksille alttiina olevalla puristus-

* I

: : vaipan alueella on myös korotettu kulutuskestävyys. Edullisesti tällöin lämpövaiku- : ! tuksella saavutettu voimakkaampi verkkoutuminen viedään jopa vielä hieman suu- v ; rempaan syvyyteen kuin urien tai porausten syvyys, koska erityisesti urien tai 25 porausten pohjassa voi esiintyä korotettuja lovijännityksiä, niin että korotettu lujuus ;'' ; on edullinen myös vähän urien tai porausten alapuolella olevassa alueessa.

Tällöin lämpökäsittelyä ohjataan niin, että sisempään alueeseen ei kosketa. Tällä varmistetaan suurempi kimmoisuus sisäalueessa, mikä vaikuttaa edullisesti puristus-vaipan kestoikään. Puristusvaippaa käsitellään lämmöllä edullisesti aikaväli noin 30 6:sta 16 tuntiin siten, että pinnalle säädetään noin 60 °C:sta 120 °C:een lämpötila. Noin 5 mm paksussa puristusvaipassa on noin 8:sta 14:ään tunnin käsittelyaika, erityisesti noin 9:stä 11 :een tunnin käsittelyaika osoittautunut erityisen edulliseksi noin 70 °C:sta 100 °C:een, erityisesti 80 °C:sta 90 °C:een pintalämpötilalla.

5 112513

On selvää, että edellä mainitut ja seuraavassa vielä selitettävät keksinnön tunnusmerkit eivät ainoastaan kulloinkin esitettynä yhdistelmänä, vaan myös muina yhdistelminä tai yksittäin käytettyinä ovat käyttökelpoisia keksinnön rajoista poistumatta.

Muita keksinnön tunnusmerkkejä ja etuja selviää erään edullisen suoritusmuodon 5 seuraavasta selityksestä piirustukseen viittaamalla. Siinä esittää:

Kuvio 1 osapoikkileikkausta keksinnön mukaisesta puristusvaipasta;

Kuvio 2 yksinkertaistettua kaaviollista leikkauskuvaa laitteesta, jolla puristusvaip-pa valmistetaan (ei mittakaavassa) ja

Kuvio 3 yksinkertaistettua esitystä puristuslaitteesta puristuskohdan alueessa.

10 Kuvio 3 esittää kaaviollisesti tunnetun tyyppisen kenkäpuristimen nipin 50 olosuhteita, jossa puristusvaippa 10 kiertää puristuskengän 54 ympäri, joka vasta-telan 52 kanssa muodostaa nipin 50. Vesipitoisen paperirainan 58 muodossa oleva massaraina on viety vastatelan 52 ja huopahihnan 56 välistä, joka kulkee puristus-vaipan 10 päällä. Nipin 50 korkean puristuspaineen johdosta paperirainasta 58 pois-15 tuu vettä nipissä 50, jolloin veden ottaa huopahihna 56 tai puristusvaipassa olevat urat.

Puristusvaippa 10 on kuvion 1 mukaan muodostettu päättömäksi, letkumaiseksi hihnaksi, jonka keskialueessa, puristusalueessa 12 on suurempi paksuus.

Puristusvaipassa 10 on elastomeerimatriisi 28, joka koostuu kuumavalettavasta poly-„ 20 metaanista. Elastomeerimatriisi on lujitettu lujituskuiduilla 16, 18, jotka antavat puristusvaipalle välttämättömän stabiiliuden.

Lujituskuidut 16, 18 koostuvat radiaalisesti sisemmistä, massarainasta 58 poispäin olevista, keskenään yhdensuuntaisista aksiaalikuiduista 16, jotka ovat tasavälein puristusvaipan 10 molempien reunojen välissä poikkisuunnassa, ja näihin nähden 25 poikittain olevista, myös oleellisesti kuvion 3 mukaisesti massan kulkusuunnassa 60 olevista pitkittäiskuiduista 18, jotka on spiraalimaisesti kääritty aksiaalikuitujen 16 päälle, kuten tätä myöhemmin vielä kuvion 2 yhteydessä selitetään lähemmin.

Puristushihnan 10 molemmilla sivuilla reuna-alue 14 muuttuu kaltevan alueen 30 välityksellä puristusvaipan puristusalueeksi 12, joka puristus vaippaa 10 käytettäessä 30 kiertää nipin 50 läpi, ja jolla on elastomeerimatriisin 28 huomattavasti suurempi paksuus lujituskuitujen 16, 18 yläpuolella, siis massarainaa 58 kohti olevalla puolella.

6 112513

Puristusalueessa 12 on lisäksi keskenään tasavälein puristusvaipan 10 pituussuunnassa, siis rainan kulkusuunnassa 60, urat 24, joissa on suorakulmaiset poikkileikkaukset, jotka on muodostettu puristetun veden poistamiseksi nipissä 50. Vaihtoehtoisesti uran pohja voi olla myös pyöristetty.

5 Urat 24 ulottuvat puristusalueen 12 koko leveydelle keskenään tasavälein ja niiden syvyys on t.

Puristusvaipan 10 ulompaan, paperirainaa 58 kohti olevaan alueeseen 20 ulotettiin lämpökäsittely syvyydelle a matriisin 28 kulutuskestävyyden lisäämiseksi. Lämpökäsitelty alue 20 ulottuu puristusalueen 12 koko leveydelle ja ulottuu sivuttain 10 reuna-alueeseen 14. Lämpökäsitelty alue 20 on erotettu rajakerroksella 26 käsittelemättömästä alueesta. Tällöin rajakerros 26 kulkee kuitenkin urien 24 alapään alapuolella, niin että lämpökäsitellyn alueen syvyys a on suurempi kuin urien syvyys t. Lämpökäsitellylle alueelle 20 on ominaista suurempi kulutuskestävyys ja kovuus, niin että saadaan suurempi puristusvaipan 10 lujuus, joka saavutetaan 15 erityisesti puristusvaipan alueessa, joka on alttiina korotetuille rasituksille käytössä. Tällöin myös urien 24 alapäiden alueessa, joissa lovi vaikutuksen johdosta esiintyy korotetut jännitykset, on varmistettu riittävä kestävyys. On selvää, että urien asemesta voidaan käyttää myös porauksia, jotka sijoitetaan määrättyyn porauskuvioon.

Puristusvaipan valmistus tapahtuu sinänsä tunnetulla tavalla, kuten tätä on erikseen : 20 selitetty DE-A-37 15 153:ssa.

Laitteessa 40 puristusvaipan 10 valmistamiseksi on lieriömäinen valukappale 46, jonka molempien päätysivujen väliin määrätylle etäisyydelle pinnasta on jännitetty ,' keskenään yhdensuuntaisesti aksiaalikuidut. Putkesta 47 syötetään korotetussa läm pötilassa valusuuttimen 42 läpi polyuretaania samalla kun valukappaletta 46 pyörite-25 tään nuolen 44 suuntaan keskiakselinsa 48 ympäri ja valusuutinta 42 viedään kan-nattimessa keskiakselin 48 kanssa yhdensuuntaisesti, niin että jatkuvassa valu-V vaiheessa tuloksena on vähitellen lieriömäinen vaippapinta. Tällöin valumateriaali : : joutuu aksiaalikuitujen 16 välistä valukappaleeseen 46 ja muodostaa puristusvaipan elastomeerimatriisin 28.

30 Tällöin kääritään samanaikaisesti spiraalimaisesti pitkittäiskuitu 18, joka on aksiaalikuitujen 16 päällä ulkoapäin.

Siten muodostuu sinänsä tunnetulla tavalla puristusvaippa 10.

112513 7

Sen jälkeen tehdään puristusvaipan 10 pituussuunnassa keskenään tasavälein olevat urat 24, jotka ulottuvat syvyydelle t. Keksinnön mukaisesti tämän jälkeen suoritetaan puristusvaipan 10 puristusalueen koko leveydelle lämpökäsittely, minkä ansiosta syvyyteen a, joka on hieman suurempi kuin urien 24 syvyys t, saadaan elasto-5 meerimatriisin 28 suurempi verkkoutuminen ja siten kulutuskestävyys tässä alueessa. Tätä varten voidaan käyttää esimerkiksi säteilytintä.

Noin 5 mm paksussa puristusvaipassa on kuumavalettavaa polyuretaania käytettäessä noin 8:sta 14:ään tunnin käsittelyaika, edullisesti noin 10 tunnin käsittelyaika osoittautunut erityisen edulliseksi, jolloin lämpötilaa säädetään siten, että puristus-10 vaipan pintalämpötila on noin 60 °C:sta 120 °C:een, edullisesti noin 80 °C:sta 90 °C:een.

On selvää, että voimakkaampi verkkoutuminen voidaan viedä vielä suurempaan syvyyteen, se voi siis ulottua lujituskuituihin asti tai vieläpä niiden yli.

Claims (6)

8 112513

1. Puristusvaippa paperirainan kuivaamiseksi paperikoneen nipissä (50), jossa vaipassa on elastomeerimatriisi (28), johon lujituskuidut (16, 18) on upotettu, jolloin sekä ulompi (20) että sisempi (22) paperirainasta (58) poispäin oleva alue koostuu 5 kuumavalettavasta matriisimateriaalista ja on valmistettu yhdessä työvaiheessa, ja jolloin valun jälkeen suoritetaan matriisimateriaalin lämpökäsittely, tunnettu siitä, että lämpökäsittelyssä ulomman ja sisemmän alueen välistä lämpötilagradienttia ja käsittelyaikaa ohjataan siten, että ulompaan alueeseen (20) muodostuu voimakkaampi verkkoutuminen ja suurempi kovuus kuin sisempään alueeseen (22).

2. Menetelmä puristusvaipan valmistamiseksi puristuslaitetta varten paperirainan kuivaamiseksi paperikoneen nipissä, jossa menetelmässä valetaan valukappaleen (46) päälle kovetettava elastomeerimatriisimateriaali (28) ja samalla sille kääritään lujituskuituja (16, 18), jolloin valuvaiheen jälkeen suoritetaan matriisimateriaalin lämpökäsittely, tunnettu siitä, että lämpökäsittelyssä käsittelyaikaa ja lämpötilagra-15 dienttia, joka muodostuu sisemmän ja ulomman alueen välissä, ohjataan siten, että ulompaan alueeseen (20) muodostuu voimakkaampi verkkoutuminen ja suurempi kovuus kuin sisempään alueeseen (22).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elastomeeri-matriisin (28) kovettamisen jälkeen paperirainaa (58) kohti olevaan yläsivuun teh- 20 dään uria (24) tai porauksia, jotka ulottuvat syvyyteen (t), ja että lämpötilagradient-V ti a ja lämpökäsittelyn käsittelyaikaa säädetään siten, että vähintään urien (24) tai : porausten syvyyteen (t) saadaan korotettu kulutuskestävyys.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puristus- : : vaippaa kuumennetaan noin 6:sta 10:een tuntia siten, että pinnalle muodostuu noin 25 60 °C:stä 120 °C:een lämpötila.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puristus-vaippaa kuumennetaan noin 8:sta 14:een tuntia siten, että pinnalle muodostuu noin 70 °C:sta 100 °C:een lämpötila.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puristus-30 vaippaa kuumennetaan noin 9:stä ll:een tuntia siten, että pinnalle muodostuu noin ’ 80 °C:sta 90 °C:een lämpötila. 9 112513