FI60043B - Malningselement foer pappersmassaraffinoer - Google Patents

Description

{·<*§ΑΤ·Ι [β] (11)kuulutusjulkaisu ,ηη/ ^|Γλ IJ I ) UTLÄGG NI N GSSKRJ.FT 6UU4 3 (45) 'Ν"""ν ^ (51) Kv.ik.3/ii«.a.3 D 21 D 1/06, 1/26, 1/3q

SUOMI —Fl N LAND (21) Pitenttlhukumui — Patvnuniöknlnj 5 89 / 7H

(22) H»k*mlsptlvl — Antdknlngsdtg 28.02.7U

* ' (23) AlkupUvt—GHtlghetidag 28.02.7Jj

(41) Tullut iulklMkil — Bllvlt offtntllg 13.09. 7U

Patentti· ja rekisterihallitus .... u_... ..........

b . , , . . _. , (44) Nihtlvlk*lp»non a kuul.Julkaisun pvm. —

Patent- oeh registerstyrelsen ' Am»k«n uti.gd och utUknfun publkerad 31 · 07.8l (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus —Begird prloritet 12.03-73 USA(US) 3U0027 (71) Beloit Corporation, Beloit, Wisconsin 53511, USA(US) (72) John B. Matthew, West Stockbridge, Massachusetts, USA(US) (7U) Munsternielm Ky Kb (5U) Paperimassan jauhimen jauhinelementti - Malningselement för pappersmassaraffinör

Esillä oleva keksintö koskee jauhimia, joilla paperimessakuidut valmistellaan haluttuun olotilaan ennen niiden toimittamista paperikoneelle. Yksilöidymmin sanottuna keksintö koskee jauhimen sisäisiä, kuitujen kanssa kosketuksessa olevia teriä tai kiekkoja, jotka varsinaisesti modifioivat paperimassakuidut haluttuun olotilaan.

Paperirullan muodostava rakenteellinen verkosto koostuu olennaisesti s e1iui 00 s aku i dui s ta. jotka ovat säännöttömästi suuntautuneina -m liittyneinä toisiinsa hydroksyyliryhmien välisillä sidoksilla, joita muodostuu kun vesi poistetaan rainaata. Saadun rainan lujuusominaisuudet riippuvat rainan muodostavien kuitujen sitoutumisasteesta ja lujuudesta. Tavanomaisen kuidutusprosessin jälkeen paperimassa koostuu olennaisesti erillisistä kuiduista. Nämä kuidut ovat verraten ohuita, putkimaisia rakenne-elimiä, jotka koostuvat joukosta samankeskisiä kerroksia. Kukin näistä kerroksista (joita sanotaan lameiieiksi) koostuu hienommista rakenne-elimistä (nk. fibrilleistä eli haivenista), jotka ovat ruuvimaisesti kääriytyneinä, ja sidottuina toisiinsa sylinterimäisiksi laulelleiksi. Lameilit ovat puolestaan sidottuina toisiinsa, muodostaen siten yhdistelmän, jolla mekaniikan lakien mukaan on tietty taivutus- 2 60043

Ja kiertojäykkyys. Lisäksi kuitua peittää verraten kova ulkoinen tuppi (nk. primaariseinä). Kuidutusprosessin aikana primaari seinä, usein osaksi poistuu. Kuidun verraten suuri jäykkyys, sen verraten pieni pinta--ala ja primaariseinän olemassaolo hillitsevät kaikki sidosten muodostusta ja myöhemmin rajoittavat näistä kuiduista muodostetun paperin lujuutta.

Yleisesti omaksuttu käsitys on se, että paperimassan jauhimen, joka on olennaisesti jauhatuslaite, tarkoituksena on poistaa primaari-seinä ja rikkoa uloimpien kerrosten fibrillien väliset sidokset, niin että saadaan "rispaantunut" pinta, mikä suurentaa moninkertaisesti kuidun pinta-alaa. Tätä kuvaamaan käytetään yleisesti termiä fibril-laatio ''halventuminen).

Pelkkä fibrillaatio ei kuitenkaan riitä lujan paperin aikaansaamiseen. Kuitu on myös tehtävä taipuisammaksl, niin että kuidut rainan muodostuksen aikana mukautuvat toisiinsa ja toistensa ympäri, muodostaen laajoja läheisen kosketuksen alueita. Tämä taipuisuuden lisääminen saadaan aikaan taivuttamalla kuitua nopeasti ja taajasti kunnes samankeskisten lamellien väliset sidokset särkyvät (kuitu de-laminoituu), jolloin tulos vastaa palkin de-laminoitumista.

Paperimassan jauhimen tehtävänä on modifioida kuidut edellä mal -nittuja vaatimuksia vastaavasti, merkitsevästi pienentämättä kuitujen pituutta tai niiden kuitukohtaista lujuutta.

Käytössä on monentyyppisiä jauhimla, ja ne voidaan luokitella levyjauhamiksi, kartiojauhimiksi, ja holantereiksi. Esimerkkejä näistä jauhimista ja niiden teräelimistä on esitetty ja selitetty US-patent-tijulkaisuissa 3 118 622; 3 323 732; 3 326 1+80; 2 779 251; 3 305 183 ja 2 93“+ 278.

On luonnollisesti mahdotonta suorittaa tarvittavaa kuidun modifikaatiota kullekin yksityiselle kuidulle teollisessa käytännössä. Itse asiassa keskimääräinen kokonaisvaikutus saadaan aikaan kohdistamalla fysikaalisia voimia paperimassaan jauhimen sisässä puhtaasti satunnais-tilastoliisesti. Kun kuidut kulkevat jauhimen läpi vesilietteenä, niihin vaikuttavat pyörivän teräelementin ja liikkumattoman tai vastakkaiseen suuntaan pyörivän teräelementin niihin törmäävät särmät. Tunnusmerkillistä tällaisille ennestään tunnetuille jauhi mille on metallin käyttö teräelementtien aineksena. Yleisimmin käytetyn metallin, teräksen, .timmomoduli on noin 2000 x 10^ kg/cm^. Paperimassakuidun aineen kimmo-moduli sensijaan on välillä noin 57 x 10^ - 200 x 10-8 kg/cm^. Näin ollen paperikuitujen suhteellinen hentous on ilmeinen.

Koska jauhimeen kohdistettua energiaa säädetään pakottamalla te-räelementteja toisiaan kohti, ja koska teräselementit ovat äärimmäisen 3 60043 Jäykkiä kuituihin verrattuna, vain kohdistettujen voimien keskimääräistä intensiteettiä voidaan säätää, ja monilukuisiin kuituihin kohdistuu laajalti vaihteleva voimaintensiteetti. Jauhimissa intensiteetti on vertailutermi, joka viittaa jauhimen käytön vaatimaan tehoon, ottaen huomioon nopeus ja jauhimen elementtejä toisiaan vasten pakottava paine, sekä tietyt standardit,esim. kuidun pituuteen nähden, täyttävien kuitujen relatiivinen prosenttimäärä jakautumiskäyrällä. Tuloksena on se, että joskin jotkin kuidut tulevat käsitellyiksi täsmälleen tarvittavalla intensiteetillä, monet tulevat käsitellyiksi riittämättömästi ja monet tulevat käsitellyiksi niin korkealla intensiteettitasolla, että kuidut leikkautuvat tai muuten vahingoittuvat. Sen varmistamiseksi, että mitkään kuidut eivät joudu suuressa määrin vahingoittumaan, keskimääräinen intensiteetti täytyisi alentaa hyvin alhaiselle tasolle ja jauhaa massaa "hellävaraisesti" toistuvasti, kunnes tilastollisesti puhuen kaikki kuidut ovat tulleet asianmukaisesti käsitellyiksi. Käytännössä tämä voitaisiin saada aikaan pysyttämällä terien välinen paine alhaisella tasolla (paljon teriä kiekkoa tai jauhinta kohti, ja verraten suuri kierrosluku) ja johtamalla massa useiden sarjaan kytkettyjen jauhimien läpi tai useita kertoja yhden jauhimen läpi. Mikäli tämä lainkaan käy päinsä, se on kallis prosessi jauhimessa sekä apu-kalustossa (pumppu, hämmennyssäiliöt jne) tuottamattomasti kuluvan energian johdosta.

Joskin teräksisten jauhinterien käyttöikä on pitkä (noin *+ -noin 11 kk riippuen terästyypistä, kiekkojauhimessa) ja ne jauhavat massakuidut tyydyttävällä tavalla, saaden aikaan hyvälaatuisen, kau-paksikäyvän paperituotteen, näiden etujen vastapainona on niiden luontainen taipumus leikata kuidut pituussuuntaisiksi osiksi, jotka ovat lyhempiä kuin varsinainen kuidun pituus.

Jauhinten taipumusta leikata kuituja on yritetty vähentää käyttämällä nk. pehmeämpää metallia, kuten pronssia tai alumiinia olevia teräelementtejä. Näiden aineiden kimmomeduli on yli 360 x 1θ3 kg/cm^ eikä niillä sitäpaitsi tehokkaasti saavuteta tarkoitettua päämäärää, nimittäin sitä, että ne eivät leikkaisi kuituja pituussuunnassa varsinaista kuidun pituutta lyhemmiksi osiksi. Itse asiassa näistä pehmeästä metalleista tehdyillä terillä on ilmeinen taipumus kuluessaan säilyttää särmänsä hyvin terävinä, ja tämän johdosta pikemminkin lisätä kuin vähentää kuitujen leikkausvaikutusta.

On myös yritetty käyttää erittäin pehmeitä aineita kuten kumia ja polyuretaani-elastomeeria. Nämä aineet ovat osoittautuneet tehottomiksi, koska niiden kimmomodulit ovat liian alhaiset (70 - l.U-00 kg/cm2) ^ 60043 saadakseen tehokkaasti aikaan tarpeelliset kuitupinnan modifikaatiot. Lisäksi erikoiskovat polyuretaani-elastomeerit ovat alttiita sisäisen lämmön kertymiselle, samoin kuin kovat kumit, ja ennen pitkää murtumiselle, kun niille tapahtuu syklisiä muodonmuutoksia pitkiä aikoja.

Esillä olevan keksinnön mukaan massakuitujen leikkautumiseen liittyviä probleemoja saadaan lievennetyksi. On todettu, että kovien, metallisten teräelementtien sijasta muovit, varsinkin kestomuovit, jotka on Oehty tietyistä synteettisistä hartseista, osuvat sopivalle kimmomodu-lialueelle ja että ne samalla täyttävät ne vaatimukset lujuuteen, is-kunkestävyyteen, hankauskestävyyteen ja hydrolyyttiseen stabiliteettiin nähden, joita edellytetään paperimassan jauhimessa normaaleissa toimintalämpötiMssa. Näistä aineista tehdyt elementit fibrilloivat ja de-laminoivat kuidut pyrkimättä leikkaamaan niitä pituussuunnassa osiksi. Sen ansiosta, että käytetään pehmeätä ainetta, elementti pystyy jossakin määrin mukautumaan siihen törmäävään kuituun, saaden siten aikaan yhdenmukaisemman käsittelyintensiteetin tähän kuituun nähden, sekä yhdenmukaisemman intensiteetin jakautumisen niihin monilukuisiin kuituihin, joihin jauhimen monet terät kullakin hetkellä vaikuttavat.

Nämä aineet ovat yllättävästi verraten pehmeitä, niiden kimmo-modulit ovat välillä noin 7 x 10^ - lV3 x 10^ kg/cm2. Niillä on myös oltava riittävä hankauskestävyys ja ryömyvastus niiden toimintalämpo- tilassa jauhimen sisässä.

Niinpä keksinnön tarkoituksena on saada aikaan paperimassan jauhimen teräelementtiin käytettävä aine, jonka kimmomoduli on lähellä massakuidun kimmomodulia.

Keksinnön tarkoituksena on myös käyttää teräelementtiin ainetta, joka on niin pehmeätä, että se ei leikkaa tai muuten vahingoita kuitua, mutta riittävän jäykkää saadakseen aikaan pinnan halutun modifikaation.

Keksinnön tarkoituksena on myös käyttää terän työsärmään ainetta, jonka kimmomoduli on tarpeeksi suuri, jotta tarpeellinen kuidun pinnan modifikaatio voidaan suorittaa tehokkaasti, so. verraten vähän energiaa kuluttaen.

Keksinnön tarkoituksena on myös käyttää ainakin teräeleraentin massan kanssa kosketuksessa olevaan särmään ainetta, jonka kimmomoduli on välillä noin 7 x 10^ - l*+3 x 10^ kg/cm^, joka toimii jauhimessa sen lämpötilan alapuolella jossa siinä esiintyy ryömyä.

Keksinnön tarkoituksena on myös saada aikaan paperimassan jau-hinta varten rautaa sisältämätön teräelementti, joka fibrilloi massakui-dut pienentämättä keskimääräistä kuitupituutta verrattuna kuituihin, 5 60043 jotka on jauhettu teräs-teräelementeillä.

Keksinnön tarkoituksena on myös saada aikaan kestomuovinen jau-himen teräelementti, joka on hydrolyyttisesti stabiili ja hankauksen kestävä.

Keksinnön tarkoituksena on myös saada aikaan jauhimen terä-elementti, jolla on sellaiset fysikaaliset ominaisuudet, että se tuottaa paperimassakuituja lujuusominaisuuksiltaan entistä paremman paperin valmistamiseksi.

Eräs tämän keksinnön tunnusmerkki on jauhimen teräelementin aine, joka voidaan muottipuristaa muotoonsa.

Vielä eräs keksinnön tunnusmerkki on se, että jauhin voidaan rakentaa ilman metallisia teräelementtejä, käytettäväksi sellaisissa tapauksissa, joissa metallin esiintyminen jauhetussa massassa on äärimmäisen epätoivottavaa.

Edellä mainitut yro. keksinnön tarkoitukset, ominaisuudet ja edut selviävät alan ammattimiehelle seuraavasta yksityiskohtaisesta selityksestä ja oheisesta piirustuksesta.

Kuvio 1 on tasokuvanto levyjauhlmen kiekosta, johon on muodostettu useita erillisiä teräelementtejä.

Kuviot 2a ja 2b ovat käyriä, jotka vertaavat nikkeliteräs--teräelementtejä käyttäen jauhetun massan kuitupituutta nailon-tera-elementtejä käyttäen jauhetun massan kuitupituuteen.

Kuviot 3a * 3e ovat käyriä, jotka vertaavat nikkeliterästä käyttäen jauhetusta massasta valmistetun paperin ominaisuuksia nailon--teräelementtejä käyttäen jauhetusta massasta valmistetun paperin ominaisuuksiin.

Kuvio k on yläkuvanto holanterityyppisestä jauhimesta.

Kuvio 5 on pysty sivukuvanto, leikattuna, kuvion ·+ mukaisesta jauhimesta.

Kuvio 6 on pysty sivukuvanto, osaksi leikattuna, kiekkotyyppi-sestä jauhimesta.

Kuvio 7 on pysty sivukuvanto, osaksi leikattuna, kartiotyyppi-sen jauhimen kuoresta.

Kuvio 8 on päätykuvanto kuviossa 7 esitetyn jauhimen kartion-muotoisesta sisäseinästä ja esittää siihen kuuluvia teräelimiä.

Kuvio 9 on perspektiivikuvanto kootusta kartiojauhimesta.

Niinkuin kuviotta 2a, 2b ja 3a - 3e näkyy, sellaisen aineen käyttäminen jauhimen teräelementteihin, jonka kimmomoduli on edellä mainitulla vaihtelualueella, edut ovat ilmeiset. Kuvion 2a mukaan 6 60043 massan pitkäkuituinen fraktio, mitattuna yhdistettynä prosentuaalisena pidätyksenä lA ja 30 mesh Clark Classifier’in sihdeille ei ole merkitsevästi pienentynyt käytettäessä nailonia jauhimen teräelementteihin, edes sen jälkeen kun jauhatus on viety Canadian Standard Freeness (C.3.F.) arvoon 250 ml saakka. Samasta kuviosta näkyy, että kuitupituuden pieneneminen nikkeliteräs-(Ni-Hard)-elementteja käytettäessä on liiallinen C.S.F.-tasolla *+50 ml. Tämä tietää sitä, että kun jauhatuksen intensiteettiä tai kestoa lisätään, tietyssä määrässä massaa saadaan suurempi lukumäärä pitkiä, leikkautumattomia kuituja muovisilla teräelementeillä kuin teräksisillä teräelementeillä. Kääntäen, kun jauhatusaste on määrätty, suurempi lukumäärä pitkiä kuituja saadaan muovisilla teräelementeillä kuin teräksisillä teräelementeillä. Tämä voidaan tilastollisesti esittää jakautumiskäyrällä (jossa toisena koordinaattina on tietyn pituisten kuitujen prosentuaalinen määrä kuitujen kokonaismäärästä laskettuna ja toisena koordinaattina käytetty jauhatusintensiteetti) suurempana osuutena kuitujen kokonaislukumäärästä sellaisia kuituja, jotka saavuttavat määrätyn jauhatus-asteen tiettyä jauhatusintensiteettiä käytettäessä. Kaikki nämä parametrit ja testit ovat vanhastaan tunnettuja paperiteollisuudessa. Kaikki testit, joista tulokset kerättiin käyriin 2a, 2b ja 3a - 3e, suoritettiin käyttäen samaa massan sakeutta A %) ja massan läpivirtaus-määrää ( 325 l/min.). Canadian Standard Freeness on karkea massan laadun yleisilmaisin. Suuri luku on toivottava, koska se ilmaisee, että massa on "harvaa”, so. vesi valuu siitä nopeasti pois. Mitä nopeammin vesi valuu kuitulietteestä paperikoneelle, sitä nopeammin paperia voidaan valmistaa. Toisaalta mitä suurempi Freeness-luku on, sitä vähemmän fibrilloitunutta ja de-laminoitunutta massa on, joten parasta massaa tiettyä paperikonenopeutta varten on se massa, jonka lujuus on sopiva korkeimmassa Freeness-arvossa. Kääntäen, samassa Freeness-arvossa paremmanlaatuisilla massakuiduilla on korkeammat repäisylujuus-, katkaisulujuus- ja bulkkiarvot.

Kuitupituuden vaikutus nikkeliteräs- ja nailon-elementeillä jauhetuista massoista valmistettujen papereiden fysikaalisiin ominaisuuksiin (kuviot 3b-3e) havainnollistaa niitä huomattavia parannuksia paperin lujuudessa, jotka ovat mahdollisia käyttämällä mukautuvaa ainetta jauhimen teräelementteihin. Nikkeliteräskiekkoja käytettäessä suurimmat puhkaisu- ja vetolujuusarvot saadaan noin 500 ml CSF kohdalla. Nailonkiekkoja käytettäessä puhkaisulujuus ja vetolujuus jatkavat kasvuaan, kunnes saavutetaan maksimi noin 300 ml kohdalla.

60043 7 Nämä nailonkiekoilla saavutetut maksimiarvot ovat noin *tO % suurempia kuin nikkeliteräksellä saadut. Se, että saatiin korkeammat lujuus-arvot alemmilla Freeness-lukemilla, osoittaa että nailonkiekoilla jauhettaessa esiintyy enemmän fibrillaatiota ja pitkiä kuituja.

Sen kimmomodulialueen johdosta, jota halutun intensiteetin (joka vaikuttaa haluttuun fibrillaatio- ja de-laminaatioasteeseen jau-nautuneiden kuitujen prosentuaaliseen määrään) saaminen vaatii, jau-hinteräelementtien aineen valinta rajoittuu käytännöllisesti katsoen vain muoveinin. Vaikka muovin käyttäminen sellaisissa ankarissa käyttöolosuhteissa mitä nopeakäyntisissä, suuritehoisissa levyjauhimissa esiintyy, vaikuttaa täysin järjettömältä, eräiden muovien erikoisominaisuudet tekevät ne sopiviksi, jopa edullisiksi, normaaleissa jauhi-men käyttöolosuhteissa.

Jauhimen teräelementteihin käytetyllä aineella on oltava, paitsi sopiva kimmomoduli (jäykkyys) myös tietyt fysikaaliset ominaisuudet, jotta sitä voitaisiin taloudellisesti käyttää metallin sijasta teolli-suussovellutuksissa. Karkeasti sanottuna sillä on oltava (l) hydro-lyyttistä kestävyyttä, (2) hankauskestävyyttä, O) ryömyvastusta jauhimen sisäisissä käyttölämpötiloissa ja (i+) kuumuudenkestävyyttä (ryö-myvastukseen nähden). Yleisesti sanottuna useimpien kertamuovien huono hankauskestävyys tekee mahdottomaksi niiden käytön ja rajoittaa valinnan kestomuoveihin.

Vaatimusten moninaisuus rajoittaa edelleen kestomuovien valintaa. Erittäin suurimolekyylinen polyetyleeni, huolimatta siitä, että sillä on erinomainen hankauskestävyys ja hydrolyyttinen stabiliteetti, on osoittautunut kelvottomaksi puhtaan matriisin muodossa, koska siltä puuttuu ryömyvastusta, varsinkin yli 21°C lämpötiloissa. Ylisuurimole-kyylisen polyetyleenin ryömyvastus paranee tyydyttävälle tasolle kun siihen yhdistetään jotakin kuituainetta kuten nailonia tyyppiä 610 tai tyyppiä 612. Lisäksi se kimmomodulinsa verraten alhaisen arvon, 10 x ΙΟ-' kg/cm , johdosta on vähemmän tehokas jauhatuksessa kuin jäy-kemmät kestomuovit. Samoin modifioitu fenyleenioksidi, jota myydään kauppanimellä Noryl (rekisteröity tavaramerkki), siitä huolimatta, että sillä on erinomainen hydrolyyttinen stabiliteetti, ryömyvastus ja kuumuudenkestävyys, on osoittautunut kelvottomaksi paitsi yhdistelmänä tai kemiallisesti yhtyneenä muiden aineiden kanssa, koska siltä puuttuu hankauskestävyyttä. Monet kestomuovit kuten modifioitua feny-leenioksldikin, voidaan saada riittävästi hankausta kestäväksi käsittelemällä niitä jollakin fluorihiiliyhdisteellä.

8 60043

Sensijaan nationilla, vaikka sillä ei ole mitään erinomaisia ominaisuuksia, on yleisesti riittävän hyvät ominaisuudet kaikissa suhteissa, kunnollista toimintaa varten jatkuvassa käytössä. Nailontyy-pit 610 ja 612 ovat osoittautuneet erityisen sopiviksi. Riittävän hyd-rolyyttisen stabiliteetin varmistamiseksi niissä kokeissa, joista kuvioiden 2a, 2b ja 3a-3e tulokset saatiin, käytettyjen teräelementtien aineena käytettiin nailontyyppiä 612. Ainakin yksi nailontyyppi, nimittäin 6-6, on hydrolyyttisesti epästabiilia ja senvuoksi sopimatonta tämäntyyppiseen käyttötarkoitukseen. Hartsiin lisättiin lasikuitu-armeeraus sen ryömyvastuksen ja kuumuudenkestävyyden parantamiseksi. Pitkäaikaiset kokeet ovat osoittaneet, että nailonkiekkojen kestoikä käytössä on likimäärin yhtä pitkä kuin nikkeliteräskiekkojen, joskin hiukan lyhyempi kuin jyrsityn ruostumatonteräksisen kiekon.

Muita aineita, joilla on sopivat ominaisuudet, ovat mm. ase-taali-homopolymeerit, polyaryylisulfonit, polysulfonit ja polyfenylee-nisulfidit. Armeerauskuituja kuten lasikuituja voidaan lisätä näihin kaikkiin niiden ryömyvastuksen parantamiseksi (tämä on erityisen tehokasta lämpötilan noustessa), ja niihin voidaan sekoittaa fluori-hiiliaineita (esim. teflonia, joka on tetrafluorietyleeni-(TFE)-fluo-rihiilinartsia) kitkan pienentämiseksi ja kulumisnopeuden pienentämiseksi (hankauskestävyyden parantamiseksi).

Alle noin 32° C lämpötiloissa voidaan käyttää myös jotakin läm-pöplastista polyesteriä tai lasikuituvahvisteista polypropyleeniä.

Muovit ovat erityisen sopivia sikäli, että niitä on tavallisesti helppo muottipuristaa, suulakepuristaa ja työstää, mikä alentaa valmistuskustannuksia. Esimerkiksi modifioitua fenyleenioksidia, jota myydään kauppanimellä Noryl (rek. TM) ja niitä nailontyyppejä, joita myydään tavaramerkillä Zytel (rek. TM) on onnistuneesti muottipuris-tettu kiekkotyyppi siksi teräelementeiksi. Kiekkoelementtejä voidaan muottipuristaa, valaa tai työstää, ja teräelementtejä (kartio- tai holanterityyppisiä jauhimia varten) voidaan suulakepuristaa ja/tai työstää.

Näin ollen, päinvastoin kuin näyttäisi olevan loogisesti pääteltävissä, eräät muoviaineet, joilla on erityiset fysikaaliset ominaisuudet, pystyvät toimimaan varsin hyvin jauhinkiekkojen tai -terien valmistukseen käytettyinä. Jonkin aineen sopivuus jauhinterä-elementteihin käytettäväksi ei kuitenkaan, taaskin päinvastoin kuin näyttäisi loogiselta, ole pelkästään kovuuden tai jäykkyyden (sen kimmomodulilla mitattuna) funktio. Se on funktio parametrien yhdistel- 9 60043 mastä, johon puolestaan voivat vaikuttaa ryömyvastus ja kuumuuden ja hankauksen kestävyys. Tarkemmin sanottuna aineen ryömyraja on merkitsevä, ja se määritellään siksi suurimmaksi vetojännitykseksi, joka aineeseen voidaan kohdistaa tietyssä lämpötilassa aiheuttamatta mitattavissa olevaa ryömyä. Tämä tekee jaubimen sisäisen toimintalämpö-tilan tärkeäksi. Jauhintyypistä (levy-, kartio- vai holanterityyppi) ja käytetystä kuormituksesta riippuen toimintalämpötiia voi vaihdella noin 10°C:sta noin 99°C:seen. Jos se lämpötila, jossa ryömyä esiintyy on jauhimen toimintalämpötilojen vaihtelualueella, jokin tietty ain^ saattaa olla kelvoton käytettäväksi sen tyyppisessä jaubimessa tai jollakin nimenomaisella kuormituksella, mutta voi olla täysin tyydyttävä jonkin muun tyyppisessä jauhimessa, jonka toimintalämpötiia on alempi.

Seuraavassa esitetään taulukot I - III, joihin on merkitty tulokset, jotka on saatu kiekoilla, jotka on tehty Zytel'ista (rek. TM) ja Ni-Hard-(nikkelilejeerinki)-teräksestä. Kuvioissa 2a, 2b ja 3a-3e esitetyt diagrammat on piirretty eräiden näissä taulukoissa esiintyvien tulosten perusteella.

Taulukoissa käytetyt termit ovat kaikki paperiteollisuudessa hyvin tunnettuja, mutta selvyyden vuoksi ne yksilöidään seuraavasti: "C.S. freeness" tarkoittaa Canadian standard freenessiä, joka on eräs sen nopeuden mitta, jolla vesi valuu kuitulietteestä viiraseulan tai rei’itetyn levyn läpi; "Bulkki" tarkoittaa paperiarkin näennäistä ominaistilavuutta pinossa määrätyn paineen alaisena; "puhkeamisker-roin" on numeroarvo, joka saadaan jakamalla puhkeamislujuus grammoina neliö-cm kohti arkin pintapainolla grammoina neliömetriä kohti; "re-peämiskerroin" on repeämisvastus grammoina (arkkia kohti) kerrottuna 100:11a ja jaettuna pintapainolla grammoina neliömetriä kohti; "kat-keamispituus" on paperiliuskan pituus, tavallisesti metreinä, joka katkeaisi omasta painostaan pystysuoraan ripustettuna; "pintapaine" on paperin neliömetrin paino grammoina.

% ίο 6 0 0 4 3

TAULUKKO I

50,8 cm:n JD-3000 LSVYJhUHIN SUPERIOR SULFAATTI SELLU (VALKAISTU HaVUPUUSULFAATTI) 1010 KIERROSTA MINUUTISSA M0N0-FL0 N1 -IIARD-KIEKOT 3,3,1+ + 10°

TOIMINTAOLOSUHTEET

j Koe Raa- Kierrä- !I

i Kana (tettynä 1 2 3 K S 5 I

i-- i-j Läpiajo.kertoja - j 1 1 1 1 11 ! -------1-1 * 1 1 ‘ ‘ -----—— ' ' — 1 " -f1 ------— > >

S a.-ecus L . - *+.0 L,0 L,0 Ly L 0 ! L.O I

---’--------’--11-1-:-j Läoivirtausiräärä ! ! l/mm._ 325 325 325 325 j 325 I 325 1 2 Lä p i v i r t au s mä ä r ä abs. kuivaa tonnia/vrk. - 20 20 20 20 20 20 Käytetty brutto - 78 107 117 138 158 175 teho jarru-HV netto - - 29 39 60 80 97

Kokonaisenergiaa brutto - - 5,1+ 5,9 6,9 7,9 8,8 jarru-HV - vrk. abs. kuivaa ton- nla -'.ontl netto - - 1,5 2,0 3,0 *+,0 L,9 _Tappi lujuusmääritysten tulokset i ;.D. Freeness ml 655 625 600 580 550 505 L55 i Luikki _ cm·3/g 1 83 1,78 1.76 1,73 1,68 1 63 1,63 j FuhkeamisKerroin 30.5 36.5 L3,3 L6.0 52,3 55,9 50,9 ! Aeneaan sierroin 325 335 315 292 255 222 185 * -S. t ke a ;ai sp i tuu s m 1+280 L800 5610 5920 6780 7220 6970 j pjntapaino g/m2 56,9 57,0 57,0 57,2 59,0 60,5 60,3

CLARK LUOKITUKSEN TULOKSET

i ., ,, - 1 -- - , KUITUJA JÄÄNYT SIHDILLE % 2 I--------------- 3 j 1- - Mesh % 1+5,3 51,7 51,6 53,8 53,5 L5,7 31,2 30 - Mesh % 33,2 29,8 29,1 26,8 26,1+ 30,6 37,1 50 - Mesh % 8,7 8,1 8,3 8,1 8,6 10,6 13,8 ILO - Mesh % 3,9 l+,2 L,2 '+,1 L,L 5,9 8,5 160 - ^esh läpi % 8,9 6,2 6,8 7,2 5,1 7,2 9,’+ 11 60043

TAULUKKO II

50,8 cm:n DD-3000 LEVYJAUHIN SUPERIOR SULFAATTISELLU (VALKAISTU HAVUPUUSULFAATTI) 1010 KIERROSTA MINUUTISSA MONO-FLO NAILONKIEKOT 3,3Λ + 10° TOIMINTAOLOSUHTEET Raa- Kierrä-

Koe kana ;ettynä 1 2 3 ^ Läpiajokertoja - 1 1 1 11 oa.^eus % — , 0 ^+,0 , 0 , 0 3-,0 Läpivirtausmäärä 1/mln._ - 325 325 325 325 325_ Läpivirtausmäärä abs. kuivaa tonnia/vrk. - 20 20 20 20 20 Käytetty brutto - 78 120 138 158 178 teho jarru-HV netto - - 1+2 60 80 100

Kokonaisenergiaa brutto - - 6,0 6,9 7,9 8,9 jarru-HV - vrk. abs. kuivaa tonnia kohti netto - - 2,1 3,0 i+,0 5,0 _TAPPI LUJUUSMÄÄRITYSTEN TULOKSET____ C.S. Freeness dlL 655 630 595 575 550 525

Bulkki cm3/g 1,83 1,82 1,78 1,72 1,71 1,68

Puhkeamiskerroin 30,5 37,9 1+3,9 50.2 5b 7 57, *+

Repeämiskerroin 325 330 305 283 250 239

Katkeamispituus m 1+280 1+9I+5 5685 6320 6890 7300

Pintapaino g/m2 56,9 60,2 57,7 60,2 59,6 58,6_

CLARK LUOKITUKSEN TULOKSET

KUITUJA JÄÄNYT SIHDILLE % _ lk - Mesh * *+5,3 58,3 56,6 55,5 56,6 56,1 30 - Mesh % 33j2 26,3 26,1+ 2*+,l 22,9 23,0 50 - Mesh % 8,7 8,2 8,2 7,8 7,8 7,7 100 - Mesh % 3,9 *+,0 *+,0 3,9 3,9 S0 100 - Mesh läpi % 8,9 3,2 »f,8 8,7 8,8 9,2_ 12 ^ O O 4 3

TAULUKKO III

?0,8 cm:n DD-3000 LEVYJAUHIN SUPERIOR SULFAATTISELLU (VALKAISTU HAVUPUUSULFAATT1) 1010 KIERROSTA MINUUTISSA MONO-FLO NAILONKIEKOT 3,3Λ + 10°

TOIMINTAOLOSUHTEET

Raa- -

Koe kana 123^578^ ----------—io Läpiajokertoja 111111 2** 2** --

Sakeus % *+,0 *+,0 ^,0 >+,0 *+,0 *+,0 ^,0 L o

--------;-b.O

Läpivirtausmäärä ——1- 1/min. 325 325 325 325 325 325 325 32Ί ^ --------32? Läpivirtausmäärä 1— - abs. kuivaa tonnia/vrk. 20 20 20 20 20 20 20 20 -------------- 20 20 Käytetty ko- brutto 85 105 125 1^7 165 187 293 ri o 7^-- konaisteho ^ 33h 355 jarru-HV netto - 20 kO 62 80 102 122 1 ko ·,✓, - 185

Kokonais- energiaa brutto - 5,3 6,3 7Λ 3,3 9,*+ IL7 χς z jarru-HV - vrk. ’ 16,7 17,8 abs. kuivaa ton- nia kohti netto - 1,0 |2,0 |3,1 |*+,0 |5,1 |M^7.1 8293

_TAPPI LUJUUSMÄÄRITYSTEN TULOKSET

C.S. Freeness 610 590 585 555 5101 1*80 7% TTT-—-

Bulkki cm37g 1 83 1.79 1,7*4· 1,69 1,67 1,62 1 57 -,¾ 300 270

Puhkeamiskerroin 38,0 39,1 «+?,2 53,9 62,2 63,5 7b ο 1*53 1,51

Repeämiskerroin 330 3^5 300 250 2^+0 2¾ 20¾ 7?λ1 8ίλ° 79.0

Katkeamispituus m 1*700 »f955 5555 6580 7*4-25 7965 86q? 1^5 180

Pintapaino g/m? 6l,9 60,1 61,9 59,5 6l,l 61.2 5q q II2** 10270 10200 ---—---60,8 61,5

_ CLARK LUOKITUKSEN TULOKSET

___KUITUJA JÄÄNYT SIHDILLE % " 111 - Mesh * 53,?| ?3,9 |?6,i*|60,5 59,9|6(^]i^r^-r·- ,, , 30 - Mesh % 29,7 26,8 24,3 22,9 21,1 21,2 2χ , *' 61,° 61> 50 -Mesh % βΛ 8,2 8,0 7,9 7,0 7 Λ 100 - Mesh % 1,,2 3,7 3,7 3,9 3,6 3,7 3,9 3’2 1\ 7 100 - Mesh lSpl % I U,2| ?,!,[ 7,6( Ml 6λ| 7,2| n 6’Q g’’ 13 £0043

Suoritettujen kokeiden, jauhimen toimintaolosuhteiden tuntemuksen ja aikaisemman kokemuksen perusteella voidaan todeta, että muoveilla. joiden kimmomoduli on välillä 7 x 1()3 - 1^3 x 10 3 kg/cm^, mieluimmin välillä Ib x 10- - 86 x 1θ3 kg/cm2 ja joiden ryömyrajalämpötila (suurin lämpötila, jossa ryömyä ei esiinny) on jauhimen toimintalämpö-tilaa korkeampi, saadaan erinomaisen hyvä prosentuaalinen osuus asianmukaisesti modifioituja yksityisiä massakuituja jauhettua massayksik-köä kohti, niitä jauhimen teräelementtejä rakenneaineena käytettäessä. Keraamiset aineet, mm. lasi, kaakeli, betoni ja tiili, sekä puu, joiden kimmomodulit ovat alueella 70 x 1θ3 - 700 x 103 kg/cm2, joka on hiukan limittäin edellä mainitun kelvollisten muovien kimmomodulien vaihteiualueen kanssa, joko eivät toimi läheskään yhtä hyvin tai eivät lainxaan; mitkään kumiseokset tai kuminpehmeät aineet kuten polyuretaani alas tomeerit , eivät toimi tyydyttävästi teräelementteinä nykyaikaisissa jauhimissa kaupallisesti kilpailukykyistä aikaa, joten mitään näissä aineista ei ole tarkoitettu sisällytettäväksi keksinnön puitteisiin. Teräs ym. aineet, joiden kimmomodulit ovat tason 700 x 1θ3 kg/cm2 yläpuolella, toimivat tyydyttävästi siinä mielessä, että massa jauhau-tuu riittävästi ollakseen myyntikelpoista, mutta niinkuin kokeet ovat osoittaneet, massa, joka on jauhettu kiekoilla, joilla on edellä esitetyt fysikaaliset ominaisuudet, on laadultaan parempaa. Teräskiekoilla on myös se varjopuoli, että niiden valmistus- ja kunnossapitokustannukset ovat suuremmat, kuten edellä on mainittu.

Edellä olevassa käsittelyssä on käytetty eräitä "suhteellisia’* sanontoja loaten "suhteellisen alhainen energian kulutus", "riittämättömästi käsitellyt kuidut", " korvata taloudellisesti", "riittävästi hankausta kestävä" ja "hyväksyttävissä oleva suoritus". Näitä on käytetty silloin kun lukuarvot olisivat joko riittämättömiä, mahdottomia, harhaanjohtavia tai mitäänsanomattomia, tai näitä kaikkia. Nämä sanonnat tarkoittavat pääasiassa keksinnön mukaisista aineista koostuvia jauhinelementtejä käyttäen jauhettujen kuitujen laatutasoa verrattuna teräksisillä teräelementeillä jauhettujen kuitujen laatutasoon. Sama koskee fysikaalisten ominaisuuksien ja käyttötalouden vertailuja, joissa näitä sanontoja onl&ytetty keksinnön mukaisten aineiden ja teräksisten teräelementtien vertailuun. Niinpä, jos keksinnön mukaisista aineista koostuvilla teräelementeillä jauhetut massakuidut ja niiden asennus- ja käyttökustannukset ovat kaupallisesti kilpailukelpoisia paperiteollisuudessa, voidaan sanoa, että kyseessä oleva fysikaalisten ominaisuuksien yhdistelmä tekee jauhimen käytöltään "taloudelliseksi" kun siinä käytetään "riittävän" hyvin hankausta kestäviä elementtejä m 60043 jotta saadaan "hyväksyttävä" suoritus. Niinpä esimerkiksi ei ole olemassa mitään lukuarvoa, joka ilmaisisi mikä on riittävä" hankausvas-tusta mitattaessa.

Tiivistettynä sanoen niillä aineilla, joilla saavutetaan haluttu kuitulaatu ja jotka täyttävät edellä selitetyt tarkoitukset, kimmomoduli on välillä noin 7 x 1CP - l*+3 x 1CH kg/cm , mieluimmin välillä noin 1*+ x 1(P - 86 x 10^ kg/cm2. Niihin eivät kuulu kumit, polyuretaanielastomeerit, keraamiset aineet kuten lasi, kaakeli, betoni ja tiili, eikä puu. Niiden on oltava hydrolyyttisesti stabiileja, hankausta kestäviä tai tehtävissä riittävästi hankausta kestäviksi, ja niiden on pystyttävä toimimaan muotoaan muuttamatta niissä lämpötiloissa, joita esiintyy sitä nimenomaista tyyppiä olevassa jauhi-messa, joissa niitä käytetään. Niiden on oltava ryömyttömiä joko puhtaan matriisin muodossa tai käsiteltävissä ryömyttömiksi jauhimen toimintalämpötilassa. Tyypillinen käsittely hankauskestävyyden lisäämiseksi on aineen kemiallinen käsittely jollakin fluorihiiliyhdisteel-lä, ja ryömyvastuksen parantamiskäsittelynä on aineen armeeraus lasikuidulla. Ensisijaisessa sovellutusmuodossa aine on muovia, sopivim-min kestomuovia, mutta ei kertamuovia.

Kuviossa 1 on esitetty muovinen jauhinkiekko 10, johon on leikattu joukko uurteita 12 kulmaan 1½ imaginaariseen, pyörintäkeski-viivan 16 kautta kulkevaan säteensuuntaiseen suoraan nähden. Uurteet 12 rajoittavat joukkoa teriä 18, jotka fibrilloivat ja jauhavat massaa tämän kulkiessa säteen suunnassa ulospäin kahden tällaisen jauhin-kiekon välissä sellaisessa jauhimessa, joka on esitetty ja selitetty U3-patenttijulkaisuissa 2 968 M+*+, 3 118 622, 3 323 732. Kiekot on kiinnitetty jauhimiin kantapulteilla reiästä 20.

Kuviossa l+ on esitetty olennaisesti sy].interimäinen holanteri-tela 30 asennettuna pyöriväksi altaaseen 32. Yksityiset teräelimet 10a, jotka näkyvät myös kuviossa 5T ovat suorakulmaisen särmiön muotoiset ja ulkonevat säteen suunnassa holanteritelan 30 pyörintäakse-lista 36. Massaliete kulkee jatkuvaa kulkutietä myöten altaan ympäri ja jauhautuu kulkiessaan terien 10a ja rakenteeltaan samanlaisten, altaaseen kiinnitettyjen terien 10b välitse.

Kuvio 6 esittää sitä tyyppiä olevaa jauhinta ^0, johon kuvion 1 mukainen levy 10 tyypillisesti olisi asennettuna. Massaliete kulkee akselin suunnassa sisään kohdassa k2 ja jauhautuu levyjen 10, 10' välissä kulkiessaan säteen suunnassa ulospäin poistoaukkoon *+U.

Kuvioissa 7 ja 8 esitetyssä kartiomaisessa jauhinkuoressa 60043 15 näkyvät teräelimet lOd ovat muodoltaan spiraalimaiset, mutta voivat myös olla suoraviivaisina jauhimen pyörintäakselin 52 sisältävässä tasossa, niin kuin kuvion 9 roottorissa 50 näkyvät teräelimet 10c. Massaliete kulkee akselin suunnassa pitkin kartiomaisen jauhinrootto-rin 50 kehää, jossa se on alttiina vaihtelevan asteiselle jauhatus-intensiteetille jauhinroottorin 50 teräelinten 10c ja jauhimen kuoren kartiomaisen sisäpinnan teräelinten lOd välissä, kulkiessaan ohuemmasta päästä suurempiläpimittaiseen päähän.

Kaikkien näiden holanteri-, levy- ja kartiotyyppisten massan jauhinten rakenne ja toiminta on paperiteollisuudessa vanhastaan tunnettu.

Edellä selitettyjä jauhinaineita voidaan luonnollisesti vastaavin tuloksin käyttää kartio- ja holanterityyppisten jauhinten te-räelementeiksi tai muovata elementtien päällysteeksi. Niinpä vain massaan kosketuksessa olevat jauhinkiekon osat voidaan tehdä muovista tai päällystää muovilla valmistus- ja uusimiskustannusten alentamiseksi. Jotakin jäykempää ainetta kuten terästä tai valurautaa voidaan käyttää muovipäällysteisen teräelementin muovipäällysteen alustana.

Edellä on näin ollen esitetty joukko sellaisen aineen parametrejä, joita voidaan käyttää paperimassan jauhimen teräelementtei-hin, jolla saadaan odottamattoman hyviä tuloksia ja saavutetaan asetetut tarkoitukset, ominaisuudet ja edut. Keksinnön ensisijainen sovellu tusmuoto on edellä selitetty yksityläcohtaisesti, mutta on huomattava, että muitakin selitettyjen parametrien mukaisia aineita voidaan käyttää, ja että nekin sisältyvät oheisten patenttivaatimusten henkeen ja puitteisiin. Huomattakoon lisäksi, että joskin puu on se raaka-aine, jota yleisesti käytetään massan valmistukseen, muitakin aineita kuten puuvillaa ja bagassia käytetään, ja että nekin on tarkoitus sisällyttää keksinnön puitteisiin.

Claims (14)

16 C0043

1. Hankausta kestävä, hydrolyyttisesti stabiili kuidunjauha- tuselementti (10, 10a, lOd) paperimassan jauhimessa (Kuv. 1,6; U,5; 7, 8, 9) käyttöä varten, tunnettu siitä, että ainakin sen kuitujen kanssa kosketuksessa olevat pinnat ovat kestomuoviainetta, o o o jonka kimmomoduli on välillä noin 7 x 10J - l*+3 x 10J kg/cm ja ryö-myrajalämpötila korkeampi kuin jauhimen sisäinen toimintalämpötila.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunnettu siitä, että se on levyjauhimessa (Kuv. 1,6) käytettäväksi sopiva kiekko (10).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunnettu siitä, että se on kartiojauhimessa (Kuv. 7,8,9) käytettäväksi sopiva terä (lOd). *+. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunnettu siitä, että se on holanterityyppisessä jauhimessa (kuv. *+,5) käytettäväksi sopiva terä (10a),

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunnettu siitä, että aine on jotakin asetaalihomopolymeeriä.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunnettu siitä, että aine on jotakin polyaryylisulfonia.

7· Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunnettu siitä, että aine on jotakin polysulfonia.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunne ttu siitä, että aine on jotakin polyfenyleenisulfidia.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunnettu siitä, että aine on puhdasta matriisi-kestomuovia.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunnettu siitä, että aineen kimmomoduli on välillä noin 1*+ x 10^ - 86 x 10^ kg/cm^.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunnettu siitä, että aine on nailonla tyyppi 612.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunnettu siitä, että aine on nailonia tyyppi 610.

13· Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunnettu siitä, että ainetta on käsitelty jollakin fluorihii-liyhdisteellä sen hankauskestävyyden parantamiseksi. 1*+. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunnettu siitä, että aine on jotakin modifioitua fenyleeni-oksidia. 60043 17 15* Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunnettu siitä, että aineeseen on lisätty jotakin kuituainetta sen ryömyvastuksen parantamiseksi ja että yhdistelmäaineen ryömy-rajalämpötila on korkeampi kuin jauhimen sisäinen toimintalämpötila.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen kuidunjauhatuselementti, tunnettu siitä, että muoviaine on ylisuurimolekyylistä poly-etyleeniä. Patentkrav;