FI121793B - Menetelmä kulutusosan pinnoittamiseksi, menetelmällä pinnoitetun kulutusosan käyttö, kulutusosa ja jauhin - Google Patents

Description

Menetelmä kulutusosan pinnoittamiseksi, menetelmällä pinnoitetun kulutusosan käyttö, kulutusosa ja jauhin

Keksinnön ala 5

Keksintö koskee metallisten kulutusosien pinnoittamista. Erityisesti keksintö koskee kuitumassaseoksen käsittelyssä käytettävien kulutusosien pinnoittamista niiden likaantumisen ja/tai tukkeutumisen estämiseksi.

10 Keksinnön tausta

Hierrejauhimien, laimeamassajauhimien, kuitulevyjauhimien ja dispergaattorien terät voidaan muodostaa kahdesta tai useammasta vastakkain asetettavasta pyörähdyssym-metrisestä levyn, lieriön tai kartion muotoisesta valetusta tai hitsatusta kappaleesta tai 15 näiden terämuotojen yhdistelmistä. Mainitut terät voidaan muodostaa vaihtoehtoisesti pienemmistä osista, kuten ympyräkartion tai lieriön segmenteistä, jotka yhdistetään pyörähdyssymmetriseksi teräpinnaksi. Terät kiinnitetään kartiomaiseen tai levymäiseen runkoon esimerkiksi pulteilla.

20 Teräelementillä tarkoitetaan tässä yhteydessä esimerkiksi jauhimen, kuitulevyjauhi-men, dispergaattorin tai kuiduttimen terää, terän osaa, tai vastaavaa kappaletta. Siinä tapauksessa että terä koostuu useita osista, näistä osista voidaan käyttää myös nimitystä teräsegmentti tai terälohko.

o 25 Puukuitumassaa käsitellään dispergaattorissa, jossa massan epäpuhtaudet erottuvat c\i c\i kuiduista, kuitujen kuitenkaan vaurioitumatta käsittelyssä. Dispergaattorissa on terä- o i oo pinnat, jotka on varustettu keskinäisesti vastakkaisilla terillä. Toinen teräpinta alustoi- x neen (staattori) on kiinteä ja toinen teräpinta alustoineen (roottori) pyörii toisen suh-

CL

teen. Terät ja niiden väliin jäävät raot saavat aikaan massan edestakaisen liikkeen dis-

CO

cd 30 pergaattorissa, jolloin epäpuhtauksien erottuminen kuiduista tapahtuu. Dispergoinnin o tarkoituksena on tavallisesti mekaanisesti irrottaa epäpuhtaudet kuiduista ja samalla c\i jauhaa epäpuhtaudet pienemmiksi partikkeleiksi vaikuttamatta kuitenkaan negatiivisesti kuitujen ominaisuuksiin.

2

Jauhinten ja dispergaattorien terien toisiaan vasten sovitettavat pinnat muodostuvat teräharjöistä ja urista. Terien jauhatuspintaan on yleensä muodostettu teräharjöistä ja urista geometrialtaan monimutkaisia kuvioita, joiden muoto riippuu jauhamisproses-5 sista ja jauhettavan materiaalin laadusta. Jauhatuksen aikana jauhinterien väliin syötet ty kuitumassasuspensio tai puuhake ohjautuu jauhinterien välissä jauhinterien yli syöt-töreunaan nähden vastakkaiselle reunalle ja sieltä edelleen eteenpäin prosessissa.

Jauhinteriä valmistetaan nykyään sekä matala-, keski- että korkeahiilisistä terässeok-10 sista valumenetelmillä tai hitsaamalla. Materiaalina voidaan käyttää esimerkiksi mar-tensiittista ruostumatonta terästä, jossa on vaihtelevia määriä hiiltä. Tällaiset materiaalit ovat kovia ja korroosionkestäviä.

Korkeasakeus- eli HC-jauhimissa käytetään suurta terävällä eli jauhinpintojen välistä 15 etäisyyttä ja korkeaa sakeutta. Näistä johtuen HC-jauhimissa käytetään enemmän energiaa kuin matalasakeus- eli LC-jauhimissa, mistä seuraa, että HC-jauhatuksessa muodostuu suuri höyrymäärä, mikä on tilantarpeeltaan LC-jauhimen pienemmän sa-keuden ja vesifaasissa tapahtuvan jauhatuksen tilantarvetta suurempi. HC-jauhimien jauhinpintojen pyörimisnopeus on myös suurempi kuin LC-jauhimien jauhinpintojen 20 pyörimisnopeus. Tästä seuraava HC-jauhimen jauhinpinnan suurempi kehänopeus LC-jauhimen jauhinpintaan nähden vaikuttaa jauhatustapahtumaan siten, että kuitumateriaaliin kohdistuu HC-jauhatuksessa suurempi määrä kuiduttavia iskuja kuin LC-jauhatuksessa. Osaltaan tämän johdosta HC-jauhinta voidaan kuormittaa enemmän kuin LC-jauhinta. Suuri kuormitus merkitsee suurta energiankulutusta, suurta höy-o 25 rynmuodostusta ja edelleen suurta virtaustilavuuden tarvetta. Lisäksi HC-jauhimen c\i jauhinpintojen suuren kehänopeuden vuoksi kuidut pyrkivät pakkautumaan jauhin- i oo pinnan uriin, siten aiheuttaen tukoksia. Jauhettavan materiaalin sisältämät ainesosat x (esim. pihka) saattavat myös tietyissä olosuhteissa alkaa saostua jauhinterien uriin.

CL

LC-jauhatuksen osalla tukkeen turn aa aiheuttaa vastaavasti kuitujen ja veden erottumi-

CO

cd 30 nen jauhimessa ja kuitujen pakkautuminen jauhinterien uriin.

CD

o o c\i

Jauhinteriin kohdistuu jatkuvassa prosessissa ilmeneviä ongelmia. Terien elinikää pitäisi pystyä pidentämään, jotta jauhamisprosessin kustannuksia saataisiin alennettua.

3

Jauhettaessa laimeita koostumuksia jauhimen on täytettävä erityisesti seuraavat kolme vaatimusta: optimaalinen kuidunkäsittely, optimaalinen kapasiteetti ja rakenteen lujuus tai murtumiskestävyys.

5 Jauhinterät joutuvat jauhatuksessa jatkuvan hankauksen kohteeksi. Jauhamisen aikana jauhinteriä ajetaan tarkoituksellisesti toisiaan vasten jauhinpintojen välissä jauhettavan materiaalin jauhamisen tehostamiseksi. Niiden kestoikää heikentävät myös jauhinteri-en väliin joutuvat vieraat partikkelit, kuten hiekka, lasi ja metallit, tai paperin täyteaineet.

10

Jauhinterien kulumisprosessi voi olla mekanismiltaan monimutkainen. Murtumisen lisäksi muita terien rikkoontumisprosesseja ovat esimerkiksi abraasio, korroosio, kavi-taatioeroosio, kiinteiden ja nestemäisten hiukkasten iskut ja väsyminen. Erilaisten kulumisprosessien päällekkäisyys ja yhtäaikaisuus vaikeuttaa sen määrittämistä, mikä 15 prosesseista dominoi kussakin tapauksessa. Tietyt kulumisprosessit, kuten loveutumi-nen, pistesyöpymät ja terien reunojen pyöristyminen, ovat erityisen tyypillisiä jauhin-terille.

Monissa sovelluksissa jauhinterien pääasiallinen kulumismekanismi on korroosion 20 avustama abraasio vesipohjaisessa massaliuoksessa. Kuivaprosessissa maksimitoimin-talämpötila on noin 170 - 180 °C ja märkäprosessissa noin 70 - 80 °C. Kuitulevy-jauhimissa lämpötilat voivat olla myös yli 200 °C. Lämpötila voi kasvaa paikallisesti korkeammaksi johtuen kitkasta. Jauhamisprosessissa voi olla läsnä myös höyryä. Massan sekaan joutuneet kovat materiaalit, kuten lasi- tai metallipalaset saattavat ai-o 25 heuttaa terien mekaanista vaurioitumista.

i

(M

O

00 Käytön aikana tapahtuu jauhinterien kulumista ja reunojen pyöristymistä. Teräharjo- g jen reunojen säilyminen terävänä on olennaista massan laadun kannalta, sillä pääosa

CL

työstä tapahtuu teräharjojen johtavilla reunoilla niiden sivuuttaessa toisensa. Terät, co 30 joissa on pyöristyneet teräharjojen reunat, tuottavat laadultaan heikompaa massaa ja en § käyttävät enemmän energiaa kuin terät, joiden teräharjoissa on terävät reunat.

(M

4

Tekniikan tasossa tunnetaan useita tekniikoita, joilla voidaan kasvattaa jauhinterien pinnan kovuutta. Nämä tekniikat perustuvat esimerkiksi pinnoittamiseen tai diffuusio-käsittelyihin, kuten hiiletykseen, ja niiden tarkoituksena on kasvattaa pinnan kovuutta verrattuna matriisin materiaalin kovuuteen. Eräs tekniikan tasossa esitetty ratkaisu on 5 modifioida teräharjojen reunat tai koko pinta siten, että niihin aikaansaadaan ohut, kova kerros, joka pitää kulmat terävinä terän eliniän ajan. Ohut kova pinta säilyttää kulman terävyyden, jos terän sisus on pehmeämpää. Kovapinnoite toimii kuitenkin vain niin kauan, kuin se säilyy ehjänä jauhamisprosessissa.

10 Julkaisussa EP 1 507 023 AI esitetään levymäinen jauhinterä, jonka pintaan on muodostettu ioni-implantaation avulla kulutuskestävä pintakerros.

Julkaisussa US 4,061,283 esitetään jauhin, jonka roottorin ja staattorin hampaiden etureunat on käsitelty kovapinnoitteella. Sopivina pinnoitusmenetelminä esitetään 15 diffuusiomenetelmät, kuten hiiletys, booraus, vanadisointi tai nitraus.

Toinen merkittävä ongelma, joka lisää terien vaihtotarvetta, on terän virtauskanavien, eli teräharjojen välisten urien, tukkeutuminen ja likaantuminen. Tekniikan tasossa käytetyt ohuet ja kovat pinnoitteet ovat likaantumisen kannalta yhtä alttiita kuin käsit-20 telemätön teräspinta, eli kovapinnoituskäsittelyistä ei ole hyötyä likaantumisen estossa. Korkeasakeusjauhimissa kuitumassan vesipitoisuus on alhainen, ja johtuen toimin-talämpötiloista, jotka voivat olla jopa 170 - 180 °C, Joutumassa saattaa paikallisesti palaa kiinni virtauskanaviin. Myös kierrätyspaperimassassa käytettävät lisäaineet, kuten epäorgaaniset täyteaineet ja pigmentit, saattavat muodostaa likaa, joka tarttuu o 25 virtauskanavien pintoihin. Kun virtauskanavat tukkeutuvat, prosessin laatu kärsii, cnj energiankulutus kasvaa, ja terät pitää vaihtaa ennenaikaisesti likaantumisen takia. Te- o i 00 rien vaihdosta aiheutuu ylimääräisiä keskeytyksiä prosessiin.

et

CL

Likaantumisprosessi voi olla esimerkiksi sellainen, että orgaanista ainesta kiinnittyy

OO

cd 30 metallipinnan oksidikerrokseen ja/tai, pH:n ollessa sopiva, täyteaineita saostuu metal- o lipintaan ja tarttuu siihen. Metallipinnan päällä normaalisti oleva oksidikerros on tyy-

(M

pillisesti hydrofiilinen, ts. vesi kostuttaa pintaa ja levittyy siihen. Saostumat voivat kasvaa ajan mukana suuremmiksi.

5 5

Virtauskanaviin tarttunut lika saattaa muodostaa kovia agglomeraatteja ja paakkuja, jotka irtoavat prosessin aikana ja sitä kautta nopeuttavat terien ja niiden mahdollisen kulutuskestävän pinnoitteen kulumista.

Tekniikan tasossa likaantumisongelma on tiedostettu ja ratkaisuiksi on esitetty mm. virtauskanavien geometrian modifioimista ja teräharjojen ja/tai urien kiillottamista mekaanisesti. Pelkästään kanavageometrian muutoksilla ei päästä tyydyttävään lopputulokseen. Kiillottaminen taas on työläs ja melko kallis menetelmä, varsinkin jos terä-10 harjojen välit ovat hyvin kapeat.

Julkaisussa US 5,868,330 esitetään valkoisesta valuraudasta valmistettu jauhinteräle-vy, jossa teräharjojen yläpinnalle tai etureunoihin on aikaansaatu uria, jotka on täytetty kulutuskestäviä jyväsiä sisältävällä materiaalilla. Tarkoituksena on aikaansaada 15 teräharjoihin paikallisia karheita alueita, jotta kuidut pysyvät paremmin paikallaan jauhamisen aikana. Karhentuminen aikaansaadaan joko normaalin kulumisen kautta tai etsaamalla. Jotta vältetään teräharjojen välisten virtauskanavien samanaikainen karhentuminen, kanavien pinnat käsitellään kulutus- ja korroosionkestävällä metalli-, maali- tai muovimateriaalilla.

20

Julkaisussa US 5,868,330 kanavien karhenemisongelma on ratkaistu pinnoittamalla kanavien pinnat kulutuskestävällä pinnoitteella, joka pitää pinnat sileinä. Julkaisussa ei käsitellä kanavapintojen likaantumisesta ja lian pintoihin takertumisesta aiheutuvaa tukkeutumisongelmaa, joka on läsnä myös sileiden metallipintojen tapauksessa.

δ 25

(M

c\j Jauhimissa terät on kiinnitetty jauhinterän kiinnitysrunkoon. Jauhinterän kiinnitysrun- i oo koon voi kuulua esimerkiksi erilaisia pitimiä tai kiinnityskiekkoja. Jauhinterän kiinni- x tysrungon pinnoille pääsee jauhinta käytettäessä massaa ja likaa, josta seuraa pinnan

CL

puhdistustarve. Tarvittavasta kiinnitysrungon puhdistamisesta seuraa kiinnitysrungon

CO

cd 30 kulumista, mittavirheitä, ongelmia terien kiinnittämiseen ja voi seurata jopa terien o irtoaminen, o

(M

6

Sihtisylintereitä käytetään muun muassa kuitumassaseoksen puhdistamiseen ja lajitte-lemiseen. Sihtisylinteri voidaan valmistaa esimerkiksi kiinnittämällä samansuuntaisia sihtilankoja vieri viereen sylinterimäiseen muotoon niin, että sihtilankojen väliin jää halutun suuruiset sihtiraot. Sihtilangat muodostavat sihtisylinterin sihti- tai lajittelu-5 pinnan. Sihtisylinteri voidaan valmistaa myös siten, että sihtipintana toimii perforoitu pinta, jossa perforoidut aukot muodostavat sihtiraot.

Sihtiä käytettäessä kuitumassaseoksessa oleva neste ja rakojen suuruuden määräämä osa kuiduista pääsee virtaamaan sihtipinnan aukkojen tai rakojen läpi sihtisylinterin 10 syöttöpuolelta tai syöttötilasta sihtisylinterin akseptipuolelle tai akseptitilaan, ja tikut, liian suuret kuidut, kuitukimput sekä muu eroteltava aines jäävät sihtisylinterin syöt-töpuolelle poistettavaksi rejektinä sihdistä. Sovellutusmuodosta riippuen sihtisylinteri voidaan toteuttaa siten, että sihtisylinterin akseptipuoli muodostuu joko sihtisylinterin sisä- tai ulkopuolelle.

15

Sihtisylinterin ihanteellisen toiminnan kannalta olisi tärkeää, että sihtisylinterin aukkojen tai rakojen koko pysyisi lajitinta käytettäessä muuttumattomana ja että sihtisylinteri pysyisi puhtaana. Lajittimilla prosessoitava kuitususpensio sisältää kuitenkin monia aineita, joilla on taipumus sakeutua ja tarttua sihtikoriin. Esimerkkejä sihti-20 koriin kiinnittymään pyrkivistä aineista ovat bakteerien muodostama lima, sienirih-mastot, valkaisuainejäämät, kalsiumoksalaatit, kalsiumkarbonaatit, bariumsulfaatti ja uuteaineet, kuten pihka ja rasvahappojen saippuat. Tällaiset aineet voivat kertyä sihti-korin pinnalle tai irrota suurentuneina paakkuina näkyen vikoina valmistettavassa kui-turainassa. Joskus aineet jäävät sihtikorin pinnalle sihtikorin puhdistamiseen saakka, o 25 jolloin ne tukkivat sihtikorin rakoja ja alentavat laitteen kapasiteettia. Tällaiset aineet c\j voivat tarttua sihtikorin pintaan tiukasti kiinni, jolloin sihtikorin puhdistaminen on o i oo vaikeaa ja vie paljon aikaa. Toinen ongelma on lajittimen aukkojen tai rakojen suuren- x tuminen kulumisen seurauksena. Esimerkiksi kiertokuitumateriaalin lajittelu voi kulut-

CL

taa sihtikoria verrattain nopeasti siinä monesti mukana olevan hiekan, lasin tai metal-oo

CO

cd 30 lipartikkelien seurauksena. Tällöin lajittelun akseptin laatu heikkenee kun yhä suu- o rempi aines läpäisee sihtisylinterin.

(M

7

Sihtilangat valmistetaan tavallisesti austeniittisesta ruostumattomasta teräksestä. Tekniikan tasossa sihtilangat usein pinnoitetaan elektrolyyttisen kovakromauksen avulla. Kromausmenetelmät ovat ympäristön kannalta kuormittavia.

5 Keksinnön mukaisesti on havaittu, että edellä esitetyt likaantumis- ja tukkeutumison-gelmat kuitumassan käsittelyssä käytettävissä kulutusosissa voidaan ratkaista pinnoittamalla kulutusosa orgaanis-epäorgaanisella, likaantumista estävällä sooli-geeli-materiaalilla.

10 Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti aikaansaadaan jauhinteriin todella funktionaalinen pinta, joka estää samanaikaisesti sekä teräharjojen reunojen pyöristymistä että pintojen likaantumista.

Sihtisylintereissä keksintö mahdollistaa kovakromauksen korvaamisen diffuusiopin-15 noituksen ja sooli-geeli-pinnoituksen yhdistelmällä.

Sooli-geeli-pinnoitteet, samoin kuin erilaiset tekniikat sooli-geeli-pinnoitteen muodostamiseksi ovat tekniikan tasossa tunnettuja. Sooli-geeli-materiaaleja voidaan soveltaa esimerkiksi metalli-, keraami-, puu-, puukomposiitti tai betonipintojen pinnoittami-20 seen. Sooli-geeli-pinnoitteiden valmistamisessa käytetään nestepohjaisia lähtöaineita, ja orgaaniset ja epäorgaaniset komponentit yhdistetään molekulaarisella tasolla siten, että pinnoitteeseen ei jää makroskooppisia faasirajoja, jotka ovat tyypillisiä perinteisille komposiittipinnoitteille, vaan materiaaliin muodostuu verkkomainen rakenne na-nomittakaavassa. Nestemäiset lähtöaineet ristisilloitetaan ja kovetetaan hydrolyysi- ja o 25 polykondensaatioreaktioilla. Liuottimien poisto ja lopullinen pinnoitteen kovettami- cnj nen voidaan suorittaa esimerkiksi lämmön avulla, o i oo x Julkaisussa WO 2008/155453 on esitetty maalatun metallipinnan pinnoittaminen soo-

CL

li-geeli-materiaalilla.

oo oo on cd 30 tn o Likaantumista estäviä sooli-geeli-pinnoitteita ei ole käytetty aiemmin kulutusosien, c\i kuten jauhimien terien, pinnoittamisessa. Tässä sovelluksessa sooli-geeli-pinnoitteen avulla voidaan saavuttaa monia etuja.

8

Jauhimissa terien likaantuminen on usein syynä teränvaihdolle, vaikka niiden kuluminen ei olisikaan vielä ehtinyt pitkälle. Kun teräharjojen välit täyttyvät liasta, prosessi häiriintyy ja energiankulutus lisääntyy. Jos likaantumisen ensimmäinen vaihe estetään 5 tarttumattomalla pinnalla, teräikä pitenee merkittävästi.

Tekniikan tasossa käytetty ohut, kova pinnoite tai pintakäsittely pitää terän reunan terävänä. Kovan pinnoitteen kulumista voi tapahtua siten, että pintaan tarttuu materiaalia ja muodostuneet paakut irtoavat vieden mukanaan pintamateriaalia. Nämä kovetit) tuneet paakut pyörivät terien välissä ja kuluttavat niitä lisää. Kovapinnoitteen päälle tehty keksinnön mukainen likaantumaton pinta paitsi pitää pinnan puhtaana myös pidentää alemman, kovan pinnoitteen elinikää. Keksinnön eräänä tavoitteena on samanaikaisesti sekä parantaa kovan pinnoitteen toimintaa, jolloin hidastetaan teräharjojen reunojen pyöristymistä, että estää kanavien tukkeutumista, jolloin vältetään ennenai-15 kaiset teränvaihdot.

Myös metallipinnan korroosio nopeuttaa kulutusosan kulumista. Keksinnön mukainen sooli-geelipinnoite hidastaa korroosion vaikutusta ja täten hidastaa kulumista.

20 Keksinnön mukaista likaantumatonta pinnoitetta voidaan soveltaa ilman allaolevaa ohutta, kovaa pintaakin. Silloin se pääasiassa estää kulutusosan pintoja likaantumasta.

Keksinnön avulla voidaan myös suojata kulutusosan pintaa hapettumiselta. Metalli- pintaan syntyy yleensä ilmakosketuksessa ohut oksidikerros, joka suojaa pintaa. Jos o 25 suojaava oksidikerros vaurioituu, vesiympäristössä metallipinta alkaa hapettua eli c\j ruostua. Näin voi tapahtua myös ruostumattomille martensiittisille teräksille, joissa o i 00 suuri osa kromista on karbidimuodossa.

cc

CL

Keksinnön etuina on, että kulutusosan elinikä pitenee, energiakustannuksia voidaan 00 cd 30 alentaa, prosessoitava massa liikkuu paremmin, ja prosessin laadunvaihtelut vähene- σ> o vat.

o

(M

9

Keksinnön mukaista pinnoitusmenetelmää voidaan soveltaa valetulle tai teräksestä muulla tavalla muodostetulle kulutusosan pinnalle, joka voi olla kovapinnoitettu esimerkiksi diffuusiomenetelmillä. Keksinnön mukainen menetelmä ei vaadi korkeita lämpötiloja. Valmis pinnoite kestää jopa 300 °C.:n lämpötiloja, ja sitä voidaan käyttää 5 kosteissa olosuhteissa ja jauhimissa, dispergaattoreissa, kuiduttimissa ja lajittimissa esiintyvillä pH-alueilla.

Keksinnön avulla aikaansaadaan parannuksia verrattuna sekä pinnoittamattomiin ku-lutusosiin että pelkästään kovapinnoitteella pinnoitettuihin kulutusosiin. Jälkimmäi-10 sessä tapauksessa keksinnön mukainen pinnoite myös parantaa tekniikan tasossa käytetyn kovapinnoitteen toimivuutta.

15 Keksinnön lyhyt kuvaus

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä metallisen kulutusosan pinnoittamiseksi.

20 Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti ennen sooli-geeli-materiaalilla käsittelyä muodostetaan vähintään osaan kulutusosan pinnasta toinen kerros, jonka kovuus on suurempi kuin toisen kerroksen alle jäävän materiaalin kovuus.

Keksinnön mukaisesti yllä mainittu metallinen kulutusosa on jokin seuraavista: jau- o 25 hinterä, jauhinterän kiinnitysrunko, dispergaattorin terä, kuiduttimen terä, sihtikori, tai c\i cnj jonkin edellisistä osa.

i oo x Lisäksi keksinnön kohteena on menetelmällä pinnoitetun kulutusosan käyttö hierre-

CL

jauhimissa, laimeamassajauhimissa, kuitulevyjauhimissa, keskisakeamassajauhimissa, oo

CO

cd 30 dispergaattoreissa tai kuiduttimissa.

en o o c\i

Lisäksi keksinnön kohteena on kulutusosa käytettäväksi jauhimissa kuitumassaseok-sen jauhamista varten, joka kulutusosa on jauhinteräelementti ja käsittää useita terä- 10 harjoja jauhinteräelementin jauhamispinnalla, jolloin kukin teräharja käsittää yläpinnan ja sivupinnat; useita uria, joista kukin muodostuu kahden vierekkäisen teräharjan väliin, jolle kulutusosalle on tunnusomaista, että vähintään osa teräharjojen ja/tai urien pinnoista on pinnoitettu ensimmäisellä kerroksella, joka käsittää orgaanis-5 epäorgaanista sooli-geeli-materiaalia.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti vähintään osassa teräharjojen ja/tai urien pinnoista ensimmäisen kerroksen alla on toinen kerros, jonka kovuus on suurempi kuin toisen kerroksen alle jäävän materiaalin kovuus.

10

Lisäksi keksinnön kohteena on jauhin kuitumassan jauhamista varten, jolle jauhimelle on tunnusomaista, että se käsittää vähintään yhden yllä kuvatun mukaisen kulu-tusosan.

15 Lisäksi keksinnön kohteena on kulutusosa kuitumassaseoksen puhdistamiseksi ja lajit-telemiseksi, joka kulutusosa on sihtisylinteri, joka käsittää sihtirakoja sisältävän sihti-pinnan, jotka sihtiraot on sovitettu johtamaan osan sihtisylinterin syöttöpuolelle syötetystä kuitumassaseoksesta sihtisylinterin akseptipuolelle, jolle kulutusosalle on tunnusomaista, että vähintään osa sihtipinnan syöttöpuolen pinnoista ja sihtirakojen pin-20 noista on pinnoitettu ensimmäisellä kerroksella, joka käsittää orgaanis-epäorgaanista sooli-geeli-materiaalia.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti lisäksi vähintään osa sihtipinnan aksep-tipuolen pinnoista on pinnoitettu ensimmäisellä kerroksella, joka käsittää orgaanisen 25 epäorgaanista sooli-geeli-materiaalia.

c\i i

(M

O

oo Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti vähintään osassa sihtipintaa ensimmäi- x sen kerroksen alla on toinen kerros, jonka kovuus on suurempi kuin toisen kerroksen

CL

alle iäävän materiaalin kovuus, co oo on cd 30 tn o Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti sihtirakojen leveys on 0,1 mm - 0,5 mm.

(M

11

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti ensimmäisen kerroksen orgaanis-epäorgaaninen sooli-geeli-materiaali käsittää orgaanista materiaalia ja keraamista materiaalia ja että sanotun orgaanisen materiaalin osuus sooli-geeli-materiaalin kokonaismassasta on 25 % - 50 % lämpökäsittelyn jälkeen.

5

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti toinen kerros muodostetaan dif-fuusiopinnoitustekniikalla.

Piirustusten lyhyt kuvaus 10

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkinomaisesti tarkemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa: kuvioissa IA ja IB esitetään esimerkinomaisen dispergaattorin staattori ja roottori, 15 vastaavasti, sekä esimerkit niissä käytettävistä kartiomaisista jauhinteräelementeistä; kuviossa 2 esitetään esimerkinomainen jauhinteräelementti tasonäkymänä; kuvioissa 3A ja 3B esitetään poikkileikkauksena jauhinteräsegmentti, joka on pinnoi-20 tettu keksinnön erään suoritusmuodon mukaisella menetelmällä; kuviossa 4 esitetään kaavamaisesti eräs tekniikan tason mukainen sihtisylinteri ja sih-tilanka sihtilangan päästä katsottuna; ja o 25 kuviossa 5 esitetään kaavamaisesti erään tekniikan tason mukaisen sihtisylinterin pe- c\j rusrakenne poikkileikattuna sihtisylinterin akselin suunnassa.

i oo x Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

CL

CO

CO

cd 30 Kuvioissa IA ja IB on esitetty erään dispergaattorin staattori ja roottori, vastaavasti, o sekä esimerkit niissä käytettävistä kartiomaisista jauhinteräelementeistä. Staattori ja

CM

roottori on esitetty poikkileikkauksena. Ensimmäinen jauhinpinta eli teräpinta 101 on pyörivässä jauhimen, dispergaattorin tai kuiduttimen roottorissa ja toinen jauhinpinta 12 102 on kiinteässä jauhimen, dispergaattorin tai kuiduttimen staattorissa. Jauhinpinnat voivat olla joko suoraan staattoriin/roottoriin muodostetut tai sinänsä tunnetulla tavalla erillisistä teräsegmenteistä tai terälohkoista muodostetut. Jauhinpinta käsittää terä-harjoja ja niiden välissä olevia uria.

5

Jauhimessa tai dispergaattorissa käytettävän jauhinteräelementin muoto voi olla esimerkiksi levymäinen, lieriömäinen, kartiomainen, levypinnan osa, lieriöpinnan osa, kartiopinnan osa tai jokin edellisten yhdistelmä.

10 Kuviossa 2 on esitetty esimerkinomainen levymäinen jauhinteräelementti tasonäky-mänä. Teräelementin pinnalla on useita terähaijoja 21 ja useita uria 22.

Teräelementin teräharjojen ja urien geometrinen sijoittelu riippuu sovelluskohteesta. Kuvion 2 teräelementin pinta on jaettu useaan eri osioon, joissa on käytetty toisistaan 15 poikkeavaa kuviointitapaa.

Keksinnön mukaisesti teräharjojen 21 leveys voi olla noin 0,5 mm - noin 7 mm, edullisesti noin 0,5 mm - noin 3 mm. Keksinnön mukaisesti urien 22 leveys voi olla noin 0,5 mm - noin 11 mm, edullisesti noin 0,5 mm - noin 4 mm, vielä edullisemmin noin 20 0,5 mm - noin 2 mm. Keksinnön avulla voidaan käyttää normaalia kapeampia terähar- joja ja uria.

Kuitulevyjauhimissa käytetään usein suurempia uraleveyksiä mm. pihkan tarttumisen välttämiseksi siten, että urien leveys voi olla esimerkiksi noin 8 mm. Kuitulevyjauhi- o 25 mien teräharjojen leveys on myös muille jauhimille tyypillinen, esimerkiksi noin 3 cm mm.

o i oo x Jauhimissa voidaan käyttää myös erilaisia uraleveyksiä siten, että teräpinnalla on en-

CL

simmäiset, leveämmät urat jauhettavan materiaalin syöttöä ja jauhetun materiaalin

CO

cd 30 poistoa varten sekä jauhatuksessa muodostuneen höyryn poistamiseksi. Tällaisen jau- o hinpinnan toiset urat ovat kapeammat muodostaen varsinaisen jauhinpinnan yhdessä

CM

viereisten teräharjojen kanssa. Toiset urat on voitu muodostaa myös leveämpien urien välissä oleviin leveisiin teräharjoihin tai kannaksiin kulmassa leveämpiin uriin näh- 13 den, jolloin kapeat urat muodostavat kanavat leveiden urien välille. Nämä kapeammat urat ovat leveydeltään edellä todetun tyypillisen jauhimen urien levyiset.

Dispergaattoreiden ja kuiduttimien teräharjojen ja urien leveydet ovat usein jauhimien 5 teräharjojen ja urien leveyksiä suuremmat.

Teräelementtien teräharjat ja niiden välissä olevat urat voivat olla esimerkiksi säteen suuntaiset, jossakin kulmassa säteen suuntaan nähden tai ne voivat kulkea kaarevasti teräpinnan yli. Teräharja voi ulottua yhtenäisenä koko teräpinnan yli tai se voi muo-10 dostua lyhyemmistä osuuksista tai hampaan kaltaisista hyvin lyhyistä osuuksista. Kuviossa 2 on esitetty esimerkki ympyrän muotoisen levyterän teräsegmentistä. Kuvion 2 teräsegmentissä tai teräelementissä on kolme päävyöhykettä: uloin vyöhyke, keski-vyöhyke ja sisin vyöhyke. Teräsegmentin uloimman vyöhykkeen reunoilla, lähinnä teräsegmentin sivupintoja, teräharjat ja niiden väliset urat ovat teräsegmentin säteen 15 suuntaiset. Uloimman vyöhykkeen keskellä olevat teräharjat ovat noin 10 asteen kulmassa yhteen suuntaan säteen suuntaan nähden. Teräsegmentin keskivyöhykkeellä teräharjat ja niiden väliset urat on suunnattu kahteen suuntaan säteen suuntaan nähden siten, että ne muodostavat V-muodon. Teräsegmentin sisimmällä vyöhykkeellä terä-harjat ja niiden väliset urat on suunnattu pelkästään yhteen suuntaan säteen suuntaan 20 nähden. Säteen suunnalla tarkoitetaan segmenttiterän syöttöreunalta poistoreunalle olevaa suuntaa.

Terähaijojen leveydet, urien leveydet ja teräharjojen kulmat valitaan sovelluskohteeseen sopivaksi. Näiden valintaan vaikuttaa mm. käsiteltävä materiaali, käsittelyn olo-o 25 suhteet, kuten kosteus, lämpötila ja paine, sekä haluttu jauhatus-, dispergointi- tai kui- cnj dutusvaikutus. Suurimman edun keksinnön ratkaisusta saa niissä teräratkaisuissa, jois- o oo sa on ollut taipumusta teräpintojen likaantumiseen tai tukkeutumiseen. Tällaisia ovat x kapeat urat, hitaan virtauksen tuottavat urien suunnat, tiheästi padotut teräratkaisut tai

CL

likaavat prosessiolosuhteet. Toisaalta, koska keksinnön sooli-geeli-pinnoitteella käsi- g 30 teltyjen pintojen virtauskitka pienenee, niin keksinnön ansiosta kapasiteettia on mah- o dollista nostaa lähtökohtaisesti kaikissa jauhin-, dispergointi- ja kuidutinsovelluksissa.

c\|

Edelleen, kun teräpintaan lisätään ennen sooli-geeli-pinnoitetta teräpinnan kovuutta 14 lisäävä kerros diffuusiopinnoitustekniikalla, niin voidaan saada huomattava teräpinto-jen kestoiän lisäys erityisesti kuluttavissa olosuhteissa.

Kuvion 2 teräelementin teräharjojen ja/tai urien pinnat voidaan pinnoittaa kauttaaltaan 5 tai osittain keksinnön mukaisella menetelmällä. Esimerkiksi voidaan käsitellä pelkästään urien pinnat. Eräs edullinen pinnoitus sovellus käsittää jauhimen terityksen terä-lohkojen yhden tai useamman vyöhykkeen, esimerkiksi kuvion 2 tapauksessa uloim-man terävyöhykkeen pinnoittamisen. Tämä sovellus on edullinen johtuen teräkiekon ulkokehällä olevien kapeampien urien helpommasta tukkeutumisesta. Keksintöä voi-10 daan soveltaa myös siten, että jauhimen teräelementeistä vain osa, esimerkiksi joka toinen, pinnoitetaan keksinnön mukaisella menetelmällä. Joissakin suoritusmuodoissa samassa jauhimessa voidaan myös käyttää keskenään eri tavalla pinnoitettuja teräele-menttejä.

15 Kuvioissa 3A ja 3B on esitetty poikkileikkaus esimerkinomaisesta jauhinteräelemen-tistä, joka on pinnoitettu keksinnön erään suoritusmuodon mukaisella menetelmällä.

Kuviossa 3A on esitetty poikkileikkaus, joka havainnollistaa terähaijojen 31 ja urien 35 mittasuhteita. Kuviossa 3A on esitetty kaavamaisesti viisi vierekkäistä terähaijaa 20 31. Kukin teräharjoista 31 käsittää kaksi sivupintaa 33 ja yläpinnan 34. Teräharjojen ja urien leveydet ovat tässä esimerkissä yhtä suuret, esimerkiksi noin 2 mm. Kukin ura 35 muodostuu kahden vierekkäisen teräharjan 31 väliin pohjapinnasta 32 ja pohjapin-nan molemmin puolin olevista sivupinnoista 33.

o 25 Kuviossa 3B on esitetty osittaissuurennos kuvioon 3A ympyröidystä kohdasta A. Te- c\j räharjojen sivupintoihin on muodostettu ensimmäinen, ylempi kerros 37, joka koostuu i oo sooli-geeli-materiaalista, ja toinen, alempi kerros 38, joka on muodostettu kovapinnoi- x tustekniikalla. Kovapinnoitteen 38 kovuus on suurempi kuin teräharjan matriisin 39

CL

kovuus. Ensimmäisen kerroksen 37 paksuus voi olla esimerkiksi noin 1 pm - noin 2

CO

cd 30 pm. Toisen kerroksen 38 paksuus voi olla esimerkiksi noin 20 pm - noin 40 pm.

σ> o o

CM

Teräharja on usein poikkileikkaukseltaan suorakaiteen muotoinen, kuten kuviossa 3A, tai tällaisen muodon kaltainen. Jauhimen teräharja on monesti teräharjan vapaasta 15 päästä alkaen puolet korkeudestaan muodoltaan suorakaide ja valurakenteisena tyves-tään päästökulman määräämän mitan teräharjan yläpäätä paksumpi. Teräharjan yksi tai useampi kylki voi olla myös kallistettu siten, että kaltevuuden vaikutuksesta jauhettavan materiaalin ohjautuminen teräharjojen väliin tehostuu. Dispergaattorin teräharjat 5 koostuvat yleensä peräkkäin ja rinnakkain muodostetuista lyhyistä harjoista, jotka muistuttavat hampaita tai hain eviä muodoltaan. Kuiduttimen teräharjat on puolestaan muodostettu usein säteen suuntaisista teräharjöistä, joissa on yksi tai useampi porras teräharjan suunnassa syöttöreunalta poistoreunalle. Jauhimien, dispergaattorien jakui-duttimien teräharjoille ja urille on tyypillistä, että niiden lukumäärä kasvaa syöttöreu-10 naita poistoreunalle ja että ne ovat leveämpiä syöttöreunalla ja kapeampia teräpinnan keskialueella ja kapeimpia teräpinnan poistoreunalla.

Sooli-geeli-pinnoite voi käytön aikana kulua pois teräharjojen yläpinnoilta, mutta pinnoite säilyy kauemmin teräharjojen sivupinnoissa ja urien pohjapinnassa, jolloin se 15 estää lian tarttumista kanaviin.

Likaantumista estävän sooli-geeli-pinnoitteen lisäetuna on se, että alemman kovapin-noitteen mikro topografia ja pintaenergia muuttuu siten, että kovapinnoite on mikro-mittakaavassa tasaisempi, kemiallisesti inertimpi ja kestää kulutusta kauemmin. Näin 20 teräharjojen reunat pysyvät terävinä kauemmin, kun teräharja kuluu vain yläpinnaltaan, jossa on pehmeämpää materiaalia.

Kuvio 4 esittää kaavamaisesti erästä tekniikan tason mukaista sihtisylinteriä 1 ja sihti-lankaa 2 sihtilangan 2 päästä katsottuna. Kuviossa 4 on esitetty kaavamaisesti kolme o 25 sihtilankaa 2, jotka on sovitettu vierekkäin etäisyyden päähän toisistaan siten, että cnj niiden väliin jää sihtirako 3. Selvyyden vuoksi kuviossa 4 ei ole esitetty tukilankoja tai i oo tukitankoja, joiden yhteyteen sihtilangat 2 tyypillisesti kiinnitetään. Kuvion 4 mukai- x sissa sihtilangoissa 2 on olennaisesti sihtisylinterin 1 syöttöpuolen tai syöttötilan 10

CL

suuntaan suunnattava syöttöpuolen pinta 4, akseptikanavan ensimmäinen pinta 5, ak-

CO

cd 30 septikanavan toinen pinta 6 ja akseptikanavan ensimmäistä pintaa 5 ja toista pintaa o yhdistävä akseptipuolen päätypinta 7. Sihtilankoja 2 toistensa viereen sijoitettaessa cv sihtilankojen 2 akseptikanavan ensimmäisen pinnan 5 ja toisen pinnan 6 väliin muodostuu siis akseptikanava 8, joka johtaa sihtiraosta 3 akseptipuolelle tai akseptitilaan 16 9. Sihtilankojen 2 syöttöpuolen pinnat 4 muodostavat siis yhdessä sihtisylinterin sihti-pinnan tai lajittelupinnan 16, jossa on sihtilankojen 2 välisiä sihtirakoja 3. Kuviossa 4 esitetyssä sihtisylinterin 1 asennossa sihtilankojen 2 yläpuolella on siis sihtisylinterin 1 syöttöpuoli tai syöttötila 10 ja sihtilankojen 2 alapuolella on sihtisylinterin 1 aksep-5 tipuoli tai akseptitila 9.

Kuviossa 5 on esitetty kaavamaisesti sihtisylinterin 1 perusrakenne sihtisylinterin 1 akselin suunnassa poikkileikattuna. Sihtisylinterissä 1 on sihtilankoja 15, joita on sihtisylinterin 1 koko kehän ympäri siten, että ne muodostavat sihtipinnan tai lajittelupin-10 nan 16. Sihtilankojen 15 välissä on sihtiraot 3, joiden kautta sihtisylinterin 1 syöttö-puolelle 10 eli tässä tapauksessa sihtisylinterin 1 sisäpuolelle syötetyssä kuitumas-saseoksessa oleva neste ja haluttu osa kuiduista pääsee virtaamaan sihtisylinterin 1 syöttöpuolelta 10 akseptipuolelle 9 eli tässä tapauksessa sihtisylinterin 1 ulkopuolelle samalla, kun tikut ja liian suuret kuidut, kuitukimput sekä muu eroteltava aines jäävät 15 sihtisylinterin 1 sisäpuolelle poistettavaksi rejektinä. Sihtilangat 15 on tyypillisesti kiinnitetty tukitankoihin tai tukilankoihin 12. Tukitankoja 12 on sihtisylinterin 1 akselin suunnassa sopivin välein siten, että sihtilangat 15 pysyvät riittävän jäykästi ja tukevasti paikoillaan. Tukitankojen 12 ympärille voidaan vielä asentaa tukirenkaat 13, jotka tukevat tukitankoja 12 ja ottavat vastaan sihtisylinterissä 1 sen sihtipinnan eri 20 puolilla olevista erilaisista vaihtelevista paineista johtuvat paine-eron aikaansaamat voimat ja siten vahvistavat sihtisylinterin 1 rakennetta. Kuviossa 5 on vielä esitetty sihtisylinterin 1 päihin asennettava päätyrengas 14, jonka avulla sihtisylinteri 1 voidaan tukea sihdin runkoon.

o 25 Puhtaanapysymisen kannalta on tärkeintä sihtikorin syöttöpuolen ja sihtirakojen tai cnj yleisemmin sanottuna sihtikorin aukkojen pinnoitekäsittely, jolloin sihtikorin kapasi- i oo teetti saadaan pysymään korkeana. Akseptipuolen pysyminen puhtaana on myös usein x tarpeen kehrääntymien ja likaantumisen välttämiseksi, sillä kehräymät tai likakeräy-

CL

tymät voivat olla irrotessaan haitallisia jatkoprosessiin joutuessaan.

00 an cd 30 tn o Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti sooli-geeli-käsittely suoritetaan c\i sihtikorin syöttöpuolelle ja sihtiaukoille sekä sihtikorin akseptipuolelle ja akseptipuo-lella oleville tukirakenteille.

17

Keksinnön erään toisen edullisen suoritusmuodon mukaisesti sooli-geeli-käsittely suoritetaan vain sihtikorin syöttöpuolelle ja sihtiaukoille.

5 Keksinnön erään kolmannen edullisen suoritusmuodon mukaisesti sooli-geeli-käsittely suoritetaan vain sihtikorin syöttöpuolelle ja sihtiaukoille syöttöpuolelta sihtiaukkojen kapeimpaan kohtaan asti ja edullisemmin lisäksi sihtiaukoille noin 1/4 pituudelle sihtiaukkojen kapeimmasta kohdasta akseptipuolen pintaan, jolloin varmistetaan akseptin kulku kapeimman kohdan ohi akseptipuolelle.

10

Sihtikorin sihtirakojen tai sihtiaukkojen leveys voi olla esimerkiksi noin 0,1 mm -noin 0,5 mm.

Sihtikorissa kulumista vastaan on edullista käsitellä syöttöpuolen pinta ja sihtiraot, 15 mutta akseptipuolta ei ole tarpeen käsitellä kulumista vastaan. Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti suoritetaan ennen sooli-geeli-pinnoitusta diffuusiokä-sittely sihtikorin syöttöpuolen pinnalle ja sihtiraoille.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä metallisen kulutusosan pinta tai osa siitä käsitel-20 lään sooli-geeli-materiaalilla toiminnallisen, likaantumista estävän pintakerroksen muodostamiseksi.

Keksinnön mukaisesti kulutusosan materiaali voi olla esimerkiksi teräs, kuten marten-siittinen teräs, ruostumaton teräs, 17-4 PH -teräs tai duplex, tai valkoinen valurauta tai o 25 Ni-hard. Erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti käsiteltävä kulutusosan pinta on

(M

c\j olennaisesti valutilainen. Tässä yhteydessä olennaisesti valutilaisella pinnalla tarkoite- i oo taan koneistamatonta pintaa, joka on saatu suoraan valusta ja jolle on valun jälkeen x mahdollisesti suoritettu puhdistuskäsittely, kuten teräskuulasinkous, hiekkapuhallus

CL

tai puhdistus hiovilla käsityökaluilla, ja teräksen kyseessä ollessa mahdollisesti lisäksi co

CO

cd 30 karkaisu ja hehkutus.

σ> o o

(M

18

Ennen käsittelyä sooli-geeli-materiaalilla kulutusosan pintaan voidaan muodostaa ohut, kova pintakerros esimerkiksi juotospinnoitustekniikalla tai diffuusiokäsittelyillä, kuten hiiletyksen tai nitrauksen avulla.

5 Sooli-geeli-pinnoitteen tarttuvuus olennaisesti valutilaisiin pintoihin on todettu hyväksi. Diffuusiopinnoituskäsittely ei heikennä sooli-geeli-pinnoitteen tarttuvuutta. Keksinnön menetelmää voidaan soveltaa myös valssattuihin pintoihin.

Sooli-geeli-pinnoitteen avulla teräspinnan pintaenergiaa saadaan muokattua siten, että 10 pinnasta tulee likaahylkivä kosteissa olosuhteissa. Kun pinnasta tulee hydrofobinen, ts. vettä hylkivä, veden kontaktikulma pienenee, jolloin vesi muodostaa pinnassa pisaroita ja saa massan virtaamaan paremmin. Sooli-geeli-pinnoite muodostaa myös fyysisen esteen veden tunkeutumiselle metallipintaan ja tätä kautta estää korroosion vaikutusta (maaliefekti). Sooli-geeli-pinnoite tekee pinnasta sileämmän mikromittakaavas-15 sa, mikä estää lian tai kuitumassan mekaanista tarttumista pintaan.

Sooli-geeli-pinnoitteen materiaali käsittää keraamisen komponentin ja orgaanisen komponentin. Keraaminen komponentti voi olla esimerkiksi piin, alumiinin tai zirkoniumin alkoksidi. Orgaaninen komponentti voi olla esimerkiksi polymeeri, kuten 20 polyakrylaatti, epoksi tai muu vastaava. Sooli-geeli voi olla orgaanisesti modifoitu, jolloin siihen on lisätty funktionaalisia ryhmiä. Eräs tyypillinen sooli-geeli on alkoksi-silaani-pohjainen, orgaanisesti modifioitu sooli-geeli.

Orgaanisen komponentin osuus sooli-geelissä voi olla noin 25 % - noin 50 %, esimer- o 25 kiksi noin 25 % - noin 30 %, tai noin 40 % - noin 45 %. Kun orgaanisen komponentin cnj osuus kasvaa, pinnoitteen paksuus kasvaa, mutta kovuus ja lämpötilankesto alenevat, o i oo x Keraamisen ja orgaanisen komponentin lisäksi sooli-geeli yleensä käsittää pienen

CL

määrän, esimerkiksi noin 1 % - noin 2 %, happoa pH:n säätämiseksi. Happo voi olla

CO

cd 30 esimerkiksi suolahappo. Liuottimena sooli-geelissä voidaan käyttää vettä ja alkoholia.

en o o c\i

Keksinnön mukaisen sooli-geeli-kerroksen paksuus voi vaihdella riippuen sooli-geelin koostumuksesta ja levitystavasta. Sooli-geeli-kerroksen paksuus voidaan valita esi- 19 merkiksi siten, että se on välillä noin 1 μιη - noin 40 μηι, edullisesti alle 10 μπι. Erään suoritusmuodon mukaisesti sooli-geeli-kerroksen paksuus voi olla alle 1 μηι.

Sooli-geeli-pinnoitteen levittämisessä voidaan käyttää mitä taliansa soveltuvaa märkä-5 pinnoitustekniikkaa, kuten esimerkiksi ruiskutusta joko manuaalisesti tai robotilla, harjausta, telalevitystä, kastamista tai pensselillä levitystä, edullisesti ruiskutusta tai manuaalista levitystä.

Sooli-geeli-liuoksen viskositeetti on niin alhainen, että kohdepinnan ruiskutus voidaan 10 tehdä pystyasennossa, jolloin ylimäärä valuu pois. Alhainen viskositeetti mahdollistaa myös kapeiden ja syvien urien pinnoituksen, mikä on haastavaa esim. teflon-pinnoitteita käytettäessä.

Kovapinnoitteen muodostamisessa voidaan käyttää mitä tahansa soveltuvaa pinnoi-15 tusmenetelmää tai diffuusiopinnoitustekniikkaa, kuten esimerkiksi hiiletystä tai nitra-usta. Kovapinnoitteen muodostamisessa käytettävä tekniikka valitaan sovelluskohteen, esimerkiksi kappaleen mittasuhteiden ja materiaalin perusteella. Käytettäessä dif-fuusiopinnoitustekniikoita kovapinnoite muodostuu pinnan alle, materiaalin sisään, eikä siten kasvata materiaalin paksuutta. Tällöin terien geometria (urien leveys ja teri-20 en paksuus) ei muutu.

Sooli-geeli-pinnoitteen kovettaminen ja liuottimien poisto voidaan suorittaa lämpökäsittelyn avulla ja/tai UV-säteilytyksellä. Lämpökäsittelyssä käytettävä lämpötila voi olla esimerkiksi noin 80 °C - noin 250 °C, edullisesti noin 100 °C - noin 150 °C. Vaa-o 25 dittavat olosuhteet riippuvat pinnoitteen koostumuksesta. Lämpökäsittelyn tarkoituk- c\j sena on mm. liuottimen poisto pinnoitteesta. Sooli-geeli-pinnoitteen kuivumisen yh- i oo teydessä tapahtuu hydrolyysi- ja polykondensaatioreaktioita. Standardisooli- x geelimenetelmässä piialkoksidi hydrolysoituu, minkä jälkeen polykondensaatio tapah-

CL

tuu polaaristen liuottimien (vesi, alkoholi) ansiosta. Happamassa ympäristössä hapon oo cd 30 katalysoimana muodostuu nanorakenteinen siloksaaniverkosto (O-Si-O), kun taas o emäksisessä ympäristössä pinnoitteeseen erkautuu nanopartikkeleita. Lämpökäsittelyn

CM

aikana samalla aikaansaadaan mahdollisesti myös lopullista pinnoitteen polymensaa-tiota.

20

Keksintö soveltuu sekä laimean, keskisakean että sakean kuitumassan käsittelyssä käytettävien kulutusosien, kuten jauhimien terien, terien kiinnityspintojen, dispergaat-torien terien ja sihtisylintereiden pinnoittamiseen. Tyypillisesti matalasakeusjauhimis-5 sa massan sakeus on 2 - 8 %, korkeasakeusjauhimissa ja dispergaattoreissa 20 - 60 %, ja keskisakeusjauhimissa ja kuitulevyjauhimissa sakeus on usein näiden väliin jäävällä sakeusalueella. Korkeasakeusjauhatukseksi luokitellaan tässä kaikki jauhatuksen sovelluskohteet kuten kuitulevyn valmistusprosessi ja paperikuitujen jauhatus mekaanisen ja kemimekaanisen massan valmistusprosessissa. Matalasakeusjauhatukseen kuu-10 luvat luonnollisesti jauhimet kuten myös kuiduttimet, jotka käsittelevät kuituja vesi-faasissa. Lajittimissa sakeus on tyypillisesti välillä 0,5 - 8 %. Vesipitoisuus on keksinnön ratkaisun toimivuuteen vaikuttava tekijä siten, että ratkaisu toimii sitä paremmin, mitä vesipitoisemmat prosessiolosuhteet ovat.

15 Keksinnön mukainen likaantumista estävä sooli-geeli-pinnoite toimii parhaiten vesipitoisissa olosuhteissa. Keksintöä voidaan soveltaa myös kosteissa olosuhteissa, joissa on ajoittain läsnä höyryä.

Keksintö ei ole kuitenkaan rajoitettu edellä mainittuihin sovelluskohteisiin, vaan muita 20 mahdollisia sovelluskohteita ovat esimerkiksi vastaavat dynaamiset, vesiympäristöiset kohteet, joissa tukkeutuminen tai likaantuminen on ongelmana.

δ

(M

i

(M

O

00

X

en

CL

00 00

CD

in O) o o

(M

Claims (22)

1. Menetelmä kuitumassaseoksen käsittelyssä käytettävän kulutusosan valittuna joukosta jauhinterä, jauhinterän kiinnitysrunko, dispergaattorin terä, kuiduttimen terä, 5 sihtikori ja jonkin edellisten osa, pinnoittamiseksi, jossa menetelmässä käsitellään vähintään osa kulutusosan pinnasta orgaanis-epäorgaanisella sooli-geeli-materiaalilla ensimmäisen kerroksen (37) muodostamiseksi; ja kovetetaan pinta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pinnan 10 kovettamiseksi se lämpökäsitellään.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen kerroksen orgaanis-epäorgaaninen sooli-geeli-materiaali käsittää orgaanista materiaalia ja keraamista materiaalia ja että sanotun orgaanisen materiaalin osuus 15 sooli-geeli-materiaalin kokonaismassasta on 25 % - 50 % kovettamisen jälkeen.

4. .Tonkin patenttivaatimuksista 1 -3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä lisäksi, ennen sooli-geeli-materiaalilla käsittelyä, muodostetaan vähintään osaan kulutusosan pinnasta toinen kerros (38), jonka kovuus ·- 20 on suurempi kuin toisen kerroksen alle jäävän materiaalin (39) kovuus. δ (M C\l o 00

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen kerros g muodostetaan diffuusiopinnoitustekniikalla. co CO CO uo σ> o o 25

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisella menetelmällä pinnoitetun kulutusosan käyttö hierrejauhimissa, laimeamassajauhimissa, kuitulevyjauhimissa, keskisakeamassajauhimissa, dispergaattoreissa tai kuiduttimissa.

7. Kulutusosa käytettäväksi jauhimissa kuitumassaseoksen jauhamista varten, joka kulutusosa on jauhinteräelementti ja käsittää: useita teräharjoja (31) jauhinteräelementin jauhamispinnalla, jolloin kukin teräharja 5 käsittää yläpinnan (34) ja sivupinnat (33); useita uria (35), joista kukin muodostuu kahden vierekkäisen teräharjan väliin, tunnettu siitä, että: vähintään osa teräharjojen ja/tai urien pinnoista on pinnoitettu ensimmäisellä kerroksella, joka käsittää orgaanis-epäorgaanista sooli-geeli-materiaalia. 10

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen kulutusosa, tunnettu siitä, että ensimmäisen kerroksen orgaanis-epäorgaaninen sooli-geeli-materiaali käsittää orgaanista materiaalia ja keraamista materiaalia, ja että sanotun orgaanisen materiaalin osuus sooli-geeli-materiaalin kokonaismassasta on 25 % - 50 % kovettamisen jälkeen. 15

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen kulutusosa, tunnettu siitä, että vähintään osassa teräharjojen ja/tai urien pinnoista ensimmäisen kerroksen alla on toinen kerros, jonka kovuus on suurempi kuin toisen kerroksen alle jäävän materiaalin kovuus. o cm 20

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen kulutusosa, tunnettu siitä, että toinen kerros on i C\] o valmistettu diffuusiopinnoitustekniikoilla. 00 cc CL co

11. Jonkin patenttivaatimuksen 7-10 mukainen kulutusosa, tunnettu siitä, että CD en teräharjojen leveys on 0,5 mm - 7 mm. o o ™ 25

12. Jonkin patenttivaatimuksen 7-10 mukainen kulutusosa, tunnettu siitä, että teräharjojen leveys on 0,5 mm - 3 mm.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 7-10 mukainen kulutusosa, tunnettu siitä, että urien 5 leveys on 0,5 mm - 11 mm.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 7-10 mukainen kulutusosa, tunnettu siitä, että urien leveys on 0,5 mm - 4 mm.

15. Jonkin patenttivaatimuksen 7-10 mukainen kulutusosa, tunnettu siitä, että urien leveys on 0,5 mm - 2 mm.

16. Jauhin kuitumassan jauhamista varten, tunnettu siitä, että jauhin käsittää vähintään yhden jonkin patenttivaatimuksen 7-15 mukaisen kulutusosan. 15

17. Kulutusosa kuitumassaseoksen puhdistamiseksi ja lajittelemiseksi, joka kulutusosa on sihtisylinteri, joka käsittää sihtirakoja (3) sisältävän sihtipinnan, jotka sihtiraot on sovitettu johtamaan osan sihtisylinterin syöttöpuolelle (10) syötetystä kuitumassaseoksesta sihtisylinterin akseptipuolelle (9), tunnettu siitä, että o c\i 20 vähintään osa sihtipinnan syöttöpuolen pinnoista ja sihtirakojen pinnoista on i C\] 0 pinnoitettu ensimmäisellä kerroksella, joka käsittää orgaanis-epäorgaanista sooli- T- geeli-materiaalia. cc CL CO CO CD co

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen kulutusosa, tunnettu siitä, että lisäksi O) o o ^ 25 vähintään osa sihtipinnan akseptipuolen pinnoista on pinnoitettu ensimmäisellä kerroksella, joka käsittää orgaanis-epäorgaanista sooli-geeli-materiaalia.

19. Patenttivaatimuksen 17 tai 18 mukainen kulutusosa, tunnettu siitä, että ensimmäisen kerroksen orgaanis-epäorgaaninen sooli-geeli-materiaali käsittää orgaanista materiaalia ja keraamista materiaalia, ja että sanotun orgaanisen materiaalin 5 osuus sooli-geeli-materiaalin kokonaismassasta on 25 % - 50 % kovettamisen jälkeen.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 17-19 mukainen kulutusosa, tunnettu siitä, että vähintään osassa sihtipintaa ensimmäisen kerroksen alla on toinen kerros, jonka kovuus on suurempi kuin toisen kerroksen alle jäävän materiaalin kovuus. 10

21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen kulutusosa, tunnettu siitä, että toinen kerros on valmistettu diffuusiopinnoitustekniikoilla.

22. Jonkin patenttivaatimuksen 17-21 mukainen kulutusosa, tunnettu siitä, että 15 sihtirakojen leveys on 0,1 mm - 0,5 mm. δ (M i (M O 00 X en CL 00 00 CD in en o o (M