FI74055B - Foerfarande foer framstaellning av en likformig fiberdispersion. lisaeys patenttiin 63452 - tillaegg till patent 63452. - Google Patents

Description

[TTS^TI KUULUTUSJULKAISU 0 A _ _ n ^9* [B] (11) UTLÄGGNIN6SSKRIFT 74 05 5 c (45)! ;· \ ;,· Λ (51) Kv.lk.Vlnt.CI.4 D 21 D 1/00, D 21 H 5/18 // D 21 B 1/30, D 21 D 3/00, SUOMI-FINLAND 5/28 (FI) (21) Patenttihakemus-Patents nsökning 782289 (22) Hakemispäivä - Ansökningsdag 19*07.78

Patentti-Ja rekisterihallitus (23) Alkupäivä-Giltighetsdag 19*07*78

Patent- och registerstyrelsen (41) Tullut julkiseksi - Biivit offentiig 03.12.79 (44) Nähtöväksipanon ja kuul.julkaisun pvm. - 31.08.87

Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (86) Kv. hakemus - Int. ansökan

(32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus - Begärd prioritet 02.06.78 USA(US) 9IO88I

(71) The Dexter Corporation, One Elm Street, Windsor Locks, Connecticut, USA(US) (72) Bernard William Conway, Holyoke, Massachusetts,

Nelson Leroy Fegley, Wilbraham, Massachusetts,

James Moran, Simsbury, Connecticut, USA(US) (7A) Forssen & Salomaa Oy (54) Menetelmä tasajakoisen kuitudispersion valmistamiseksi - Förfarande för framstäl1 ning av en likformig fiberdispersion (8l) Lisäys patenttiin 63^52 - Tillägg till patent 63^52

Esillä oleva keksintö koskee yleisesti paperin valmistuksessa käytettyjä kui-tudispersioita ja märkämenetelmällä valmistettua epäorgaanista kuituraina-materiaalia. Erityisesti se koskee uutta ja parannettua menetelmää tasajakoisten kuitudispersioiden jatkuvaksi valmistamiseksi sekä kevyitä tasaisen kuitu-jakauman omaavia lasikuiturainoja, jotka on valmistettu tuotantokokoisilla paperikoneilla.

Epäorgaanisia kuiturainamateriaaleja kuten lasikuitupapereita on valmistettu jo verraten kauan, mutta ne ovat aina tuottaneet paperintekijälle erityisiä probleemeja tasaisen kuitujakauman osalta. Sama pitää paikkansa kuituraina-materiaaleihin nähden, jotka on muodostettu pääasiallisesti pitkistä synteettisistä ei-lasikuiduista. Tässä yhteydessä on tekniikassa yleisesti tunnettu, että kuitudispersion tasajakoisuus ennen rainan muodostusta on väistämättömästi sidoksissa tasaiseen kuituformaatioon aikaansaatavassa rainamateriaa-lissa. Johtuen vaikeuksista tarvittavan tasajakoisen kuitususpension aikaansaamisessa, aikaansaadut epäorgaaniset pieniläpimittaisista kuiduista koostu- 2 vat rämät ovat olleet pintapainoltaan painavia, s.o. noin 50 g/m ja enemmän, koska painavammat materiaalit ovat kyllin paksuja peittämään epätasaisuudet 2 74055 aikaansaadussa kuituverkostossa. Tyypillisessä märässä paperinvalmistus-menetelmässä epäorgaanisten kuitujen läpimitat ovat vain muutamia mikroneja ja ne sekoitetaan, samoinkuin käytetyt ei-lasiset synteettiset kuidut, dis-persioväliaineeseen kimppuina, jotka katkotaan jatkuvista monifilamenttisäi-keistä. Lasikuiduille käytetty dispersioväliaine on tavallisesti hapan vesi-liuos ja se voi olla hiukan viskoottista dispersion edistämiseksi ja ylläpitämiseksi sekä monifi1amenttikimppujen yksityisten kuitujen erottamiseksi toisistaan. Tavallisesti kuidut syötetään dispersioväliaineeseen ja niitä sekoitetaan hollanterissa tai pulpperissa kimppujen hajottamiseksi, jonka jälkeen massa johdetaan varastosäiliöihin, joissa on tavanomaiset sekoitus-laitteet tarkoituksella pitää kuidut toivotussa suspensio- tai dispersio-tilassa. Kuten on ymmärrettävissä riittävän sekoittamisen puute kuitujen dis-persioinnin alkuvaiheessa aiheuttaa yksityisten kuitujen epätäydellisen erottumisen ja tämän seurauksena aikaansaadussa jatkuvassa rainassa voidaan nähdä kuitukimppuj a.

Viime vuosina on käytetty lasikuituja ja synteettisiä piendenierisiä ei-lasi-kuituja, jotka ovat pitempiä kuin tavallisesti paperin valmistuksessa käytetyt, s.o. sellaisia kuituja, joiden pituus on välillä noin 6,4-25,4 mm ja enemmänkin. Kuitenkin kun näitä kuituja on dispergoitu aikaisemman tekniikan mukaisesti on voitu todeta, että yksityisillä kuiduilla on taipumus kietoutua yhteen ja tarttua hollanterin ja varastosäiliöiden seiniin ja että niitä ei ole helppo dispergoida uudelleen, mistä on seurauksena kuitukimppuja ja muuta epätasaisuutta valmistetussa rainassa. On myös todettu, että pitkät lasikuidut pyrkivät kerääntymään yhteen siten, että ne muodostavat heinäsuovaa tai hämähäkkiä muistuttavia kuituryhmiä. Vaikkakin nämä "heinäsuovat" voidaan hyväksyä painavissa tuotteissa ja sellaisissa tapauksissa, jolloin rainamate-riaalin ulkonäön esteettisyydellä ei ole merkitystä niitä pidetään suurempina virheinä ohuissa tuotteissa ja sellaisissa sovellutuksissa, joissa lasikuitu-raina muodostaa pintaverhouksen tai on tarkoitettu lujitemuovirakenteen sileäksi pinnaksi.

Paksumpia ja painavia lasikuiturainoja on käytetty vinyylilattialaatoissa ja sen tapaisissa antamaan tuotteelle dimensiostabiliteettia. Painavalla lasi-kuitumateriaalilla on kuitenkin huono muovihartsin läpäisevyys ja siitä johtuva huono kerrosten liimautuminen, mikä aiheuttaa laattojen palstautumis-taipumusta. Ohuita ja kevyitä arkkeja, joissa kuitujakauma on tasainen, on mahdollista valmistaa käsin yksin kappalein kun toimitaan riittävän huolelli- t I: 3 74055 sesti. Tasaista kuitujen jakaumaa, joka on tarpeen eliminoimaan silmin nähtävän kauttaaltaan esiintyvän tiheysvaihtelun, josta käytetään nimitystä "pilvisyys", sekä samalla olennaisesti minimoimaan erillisten kuitukimppujen eli "heinäsuovien" aiheuttamien vikojen esiintyminen, ei ole pystytty aikaansaamaan jatkuvasti toimivilla paperikoneilla valmistettaessa kevyttä lasi-kuituralnamaterlaalla.

Jatkuvassa tuotannollisessa paperinvalmistusprosessissa valmistetaan pitkistä kuiduista koostuva rainamateriaali tavallisesti hyvin laimeista kuitususpensi-oista käyttäen paperikonetta, joka on viistoviiratyyppiä tai vastaavaa. Tällaisessa koneessa käytetään tavanomaisesti avointa tyyppiä olevaa perälaa-tlkkoa, jolla on riittävä tilavuus niin, että virtaus rainanmuodostusvyöhyk-keelle tapahtuu rauhallisesti ja suhteellisen pyörteettömästi. Sellaisen pe-rälaatikon etuna on, että siinä jää riittävästi aikaa ilmakuplien erkanemiseen kuitususpenslosta ennen rainan muodostumista. Kuitenkin toivotunlaisella rauhallisella ja pyörteettömällä lähestymisvirtauksella on selvä epäkohta pitkiä lasikuituja sisältävien kuitususpensioiden osalta. On todettu, että kun ilmakuplat perälaatikossa poistuvat suspensiosta, kuitujen muodostuminen "heinäsuoviksi" tulee mahdolliseksi ja jopa lisääntyy. Kuplat kuljettavat nämä useista kuiduista muodostuneet ryhmät rainamateriaalin pintaan tämän muodostuessa. Tämän tuloksena on raina, joka ei ole hyväksyttävissä ainoastaan ulkonäkönsä puolesta vaan joka on pinnaltaan epäsäännöllinen tai karkea mikä voidaan helposti todeta yksinkertaisesti hivelemällä käsin rainamateriaalin pintaa.

Esillä olevan keksinnön lähimpänä kohteena on siten aikaansaada uusi ja parannettu menetelmä tasajakoisen ja homogeenisen dispersion jatkuvaksi valmistamiseksi pitkistä kuiduista, joka soveltuu hyvin olennaisesti virheettömän rainamateriaalin muodostamiseen märkämenetelmällä.

Toisena tarkoituksena esillä olevalla keksinnöllä on aikaansaada uusi ja parannettu kuvatun tyyppinen menetelmä, joka tekee mahdolliseksi pitkien keinotekoisten kuitujen nopean dlspergoinnln intensiivisen turbulenssin alueella tai vyöhykkeellä. Tähän tarkoitukseen liittyy sellaisen turbulenssivyöhykkeen aikaansaaminen ja ylläpitäminen ja kuitujen johtaminen sen kautta tehostetun dispergoinnin aikaansaamiseksi. Vielä on esillä olevalla keksinnöllä tarkoituksena aikaansaada uusi ja parannettu menetelmä kuvattua tyyppiä, joka mahdollistaa hyvin pitkien kuitujen nopean ja täydellisen dispergoinnin jatku- 4 74055 vana läpivirtausprosessina käyttämällä kuituja ketäämätöntä potkurisekoi-tinta, joka aikaansaa vähäpaineisen alueen tai vyöhykkeen yhdistettynä intensiiviseen turbulenssiin. Tähän tarkoitukseen liittyy menetelmän soveltaminen sekä orgaanisiin että epäorgaanisiin pitkiin kuituihin.

Lisäksi esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uusi ja parannettu pitkistä lasikuiduista koostuva rainamateriaali, joka on erittäin kevyttä omaten kuitenkin tasajakoisen kuitujakauman ja jota valmistetaan tuo-tankokoisella paperikoneella.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on vielä aikaansaada uusi ja parannettu kuvatuntyyppinen lasikuiduista koostuva rainamateriaali, jolla on kauttaaltaan silminnähtävästi tasainen kuitujakauma ja jossa on minimaalisesti erillisten kuitukimppujen aiheuttamia vikoja. Tähän tarkoitukseen liittyy jatkuvan kevyen lasikuiturainamateriaalin aikaansaaminen, joka on olennaisesti vapaa näkyvistä "pilvien" muodossa olevista kuitujen tiheysvaihteluista.

Vielä eräänä tarkoituksena esillä olevalla keksinnöllä on aikaansaada kevyt lasikuitumateriaali, jolla on aikaisempaa paremmat esteettiset ja fysikaaliset ominaisuudet ja joka materiaali sopii hyvin käytettäväksi vahvikkeena muovikalvoissa, lattialaatoissa ja sen tapaisissa.

Muut keksinnön tarkoitukset ovat osittain itsestään selviä, osittain niitä selostetaan yksityiskohtaisemmin jälempänä.

Ylläesitetyt tarkoitukset saavutetaan esillä olevan keksinnön mukaisesti aikaansaamalla jatkuva pitkien kuitukimppujen hajotus tasajakoiseksi kuitu-dispersioksi märkää paperinvalmistusprosessia varten. Prosessi käsittää seu-raavat vaiheet: (1) peruskuitusulpun valmistaminen, joka koostuu olennaisesti dispersionesteestä, jonka viskositeetti on vähintään noin 2 cps, sekä pitkistä kuiduista, jotka ovat ainakin osaksi hajoamattomien kuitukimppujen muodossa ja joiden kuitujen pituus on 6,4 mm ja enemmän ja joilla pituuden suhde halkaisijaan on alueella 400-3000; (2) sanotun kuitusulpun johtaminen jatkuvana virtana putkistoon sovitetun dispergointikammion kautta, joka on varustettu useilla kuituja keräämättömillä potkurisekoittimilla, joiden halkaisijan suhde kammion tilavuuteen on vähintään 0,67 mm/1 ja jotka sekoittimet on sovitettu aiheuttamaan virtaukseen jättövyöhykkeet, joissa vallitsee alentunut paine ja hyvin intensiivinen ja virtausta hajottava turbulenssi, sanotun h 5 74055 kultusulpun syötön tapahtuessa jatkuvasti sanotun kammion kautta virtausnopeudella, joka on riittävästi suurempi kuin tavanomaisissa paperlkuitujen dispergointlkannnloissa niin, että vilpymäalka kammiossa on vain noin 10 minuuttia ja vähemmänkin, ja dispergointikertoimen ollessa suurempi kuin 0,005, mikä kerroin on sanotun sekoitinhalkalsijan ja sanotun kuitusulppuvlrran (tonneina päivässä) osamäärä; (3) sanotun kultusulpun johtaminen sanotuille vyöhykkeille, joissa sanotulla turbulenssilla on riittävä intensiteetti kui-tuklmppujen nopeaksi hajottamiseksi ja yksittäisten kultujen dlspergoimlseksi sanotun viipymäajan kuluessa sanotussa kammiossa; ja (4) dispergoitujen kuitujen ja nesteen poistaminen kammiosta olennaisesti tasajakoisena ja homogeenisena kuitudisperslona tämän jälkeen seuraavaa rainanmuodostusta varten märkää paperinvalmistusmenetelmää käyttäen. Tarkoitukset saavutetaan edelleen valmistamalla kevyttä epäorgaanista kuiturainamateriaalia, joka koostuu mikronin läpimittaisista epäorgaanisista kuiduista, joiden pituus on vähintään noin 6,4 mm, sekä vähäisestä määrästä epäorgaanisten kuitujen sidosainetta.

2

Kuitumateriaalin pintapaino on noin 5-30 g/m , pintapainon mikrovaihtelu vähemmän kuin 10 %, makrovaihtelun ollessa vähemmän kuin 5 % ja erillisten kuitukimppujen aiheuttamien vikojen lukumäärän ollessa vähemmän kuin 10 kpl 2 9,3 m kohti, jolloin viaksi lasketaan kuitukasaantuma, joka aiheuttaa rai-nan paksuudessa paikallisesti ainakin 0,01 mm poikkeaman. Edelleen kuitu-jakaantuma rainassa on silmämääräisesti kauttaaltaan vapaa "pilvisyyden” aiheuttamasta kuitujen tiheysvalhteluista.

Tarkempi käsitys tästä keksinnöstä saadaan seuraavan selityksen ja siihen liittyvien piirustusten perusteella, jotka kuvaavat prosessia ja sen useita eri vaiheita ja yhden tai useamman sellaisen vaiheen suhdetta toisiin sekä valmistettua tuotetta, jolla on jälempänä selitetyt ja esimerkinomaisesti esitetyt erikois- ja ominaispiirteet, koostumus, ominaisuudet ja komponentti-suhteet.

Kuvio 1 esittää lohkokaaviona erästä edullista tekniikkaa, jota käytetään kevyen rainamateri&alln muodostamisessa esillä olevan keksinnön mukaisesti.

Kuvio 2 on kaaviollinen piirros kuvion 1 esittämästä prosessista, jossa piirroksessa on myös kuvattu eräs edullinen putkistoon sovitettu dispergointi-laite sekä perälaatikko.

Kuvio 3 esittää suurennetuna kuvantona, osittain katkaistuna ja osittain 6 74055 leikkauksena potkurisekoitinta, jota käytetään kuvion 2 mukaisessa disper-gointilaitteessa. Kuviossa on esitetty myös Intensiivisen turbulenssin vyöhyke, jonka sekoittimen toiminta aiheuttaa.

Kuten edellä on mainittu tärkein tekijä toivotun tasajakoisen kuitujakautuman saavuttamiseksi valmistettavassa ralnamaisessa tuotteessa on aikaansaada täydellinen ja tasainen kultujen dispersio tai suspensio dispersioväliainee-seen sekä tämän dispersion siirtäminen vahingoittumattomana muodostusalueelle. Selityksen selventämiseksi ja sen ymmärtämisen helpottamiseksi esillä olevaa keksintöä selostetaan käytettävän edullisen tekniikan tai menetelmän yhteydessä, erityisesti sen käytön osalta valmistettaessa uutta ja parannetua lasikuiturainamateriaalia.

Useat eri tekijät vaikuttavat kuitu-vesidispersion laatuun ja sen syötettä-vyyteen paperikoneen muodostusvyöhykkeelle. Näitä ovat kuitutyyppi mukaanluettuna kuidun viimeistely, kuitujen valmistuksessa käytettyjen esikehruu-säikeiden tila, katkomisen tai lyhentämisen suoritus, dispersioväliaineen koostumus ja ominaisuudet, sekoitus- tai dispergointilaitteen toiminta sekä kuitumassamateriaalin käsittely sen jätettyä dispergointilaitteen. Vaikkakin jokainen näistä tekijöistä on tärkeä on havaittu tämän keksinnön mukaisesti, että olennainen ja merkityksellinen tekijä on kuituja erottavan turbulenssin intensiteetti sekä viipymäaika, jonka kuidut ovat systeemissä dispergointilaitteen tulokohdan ja poistokohdan välillä sekä laslkuitudispersloiden ollessa kyseessä, lisäaika dispergointilaitteen ja sen kohdan välillä, jossa kuidut erotetaan dispersiosta paperikoneen rainanmuodostusvyöhykkeellä.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti on todettu, että parhaat tulokset saavutetaan eliminoimalla täydellisesti tähän asti käytetyt varastosäiliöt ja käyttämällä putkistoon sijoitettua läpivirtausdispergointilaitetta, jolla aikaansaadaan intensiivinen turbulenssi paremmin kuin annossekoittimlssa, joita on käytetty aikaisemmin. Varastosäiliöiden eliminoimiseen liittyy dis-pergoitujen lasikuitujen välitön siirtäminen laimennusvaiheeseen ja se, että käytetään suoraviivaista, pienitilavuuksista tai lyhyttä perälaatikkoa, jolle on ominaista tehokas turbulenssi ja suuri massan nopeus. Sellaisessa systeemissä kuitususpension virtaus dlspergointilaltteesta paperikoneen muodostus-alueelle tapahtuu muutamassa sekunnissa ja viipymäaika dispergointilaitteessa on vaikuttavin aikatekijä lasikuitujen läpikulussa systeemin läpi. Tällainen ajan säätö on tärkeätä koska on havaittu, että optimaalinen pitkien kuitujen 7 74055 dispersio saavutetaan suhteellisen nopeasti s.o. noin 1-2 minuutissa ja tämä dispersio pysyy tasajakoisimmassa tilassaan vain noin 4-5 minuutin ajan. Tämän jälkeen pitkät kuidut, erityisesti ohuet taipuisat lasikuidut pyrkivät kerääntymään yhteen, kietoutumaan toisiinsa tai muodostamaan ei-toivottuja "heinäsuovia" tai kuitukimppuja, joista mainittiin edellä.

On luonnollisesti otettava huomioon, että märkä paperinvalmistusmenetelmä on dynaaminen systeemi, johon vaikuttavat useat muut olosuhteet ja systeemin-sisäiset tekijät, kuten dispersioväliaineen viskositeetti, kuitusakeus, nopeus, jolla kuidut syötetään dispersiosekoittimeen ja useat muut prosessi-muuttujat. Tästä johtuu, että viipymäajan tarkka arvo vaihtelee näistä eri olosuhteista tai tekijöistä riippuen. Kuitenkin parhaat tulokset on saatu säätämällä viipymäaika dispersiosekoittimessa lyhyemmäksi kuin 10 minuuttia ja yleensä noin 1-7 minuutiksi. Hyväksyttävä toiminta-alue on noin 2-6 minuuttia kun taas edullisin viipymäaika on noin 2,5-5 minuuttia.

Vaikka ne epäorgaaniset kuidut, joita voidaan käyttää esillä olevassa keksinnössä, käsittävät olennaisesti kaikki tavanomaiset epäorgaaniset materiaalit, joita on kaupallisesti saatavissa kuitumuodossa, kuten asbesti, mineraali-villa (vuorivilla) yms., lasikuidut ovat kuitenkin yleisesti etusijalla. Kuitujen paksuus voi vaihdella melkoisesti, vaikkakin eräässä edullisessa suoritusmuodossa kuitujen läpimitta on karkeata luokkaa esim. 5-15 um. On kuitenkin huomattava, että hiukan hienompia tai karkeampia kuituja voidaan käyttää tietyissä sovellutuksissa. Lasikuidut muodostavat pääosan kuitusisällöstä ja niiden osuus kokonaiskuitumäärästä on edullisesti niin suuri kuin mahdollista. Siten, noin 85-90 % tai enemmän kuiduista rainan struktuurissa on epäorgaanisia ja edullisesti lasikuituja. Kuten seuraavassa on esimerkein esitetty eri tyyppisten ja kokoisten lasikuitujen sekoituksia voidaan käyttää, mutta raina voidaan muodostaa vain yhtä tyyppiä ja kokoa olevista lasikuiduista.

Johtuen edullisesti käytettävien lasikuitujen tyypistä on yleensä toivottavaa lisätä sidosainetta epäorgaaniseen kuitumateriaaliin. Vaikka sidosainet-ta voidaan käyttää laimeana liuoksena sen jälkeen kun raina on muodostettu tai se voidaan lisätä kuituseokseen dispersioväliaineen osana, on yleensä edullisinta käyttää sidosainekuituja, jotka muodostavat jopa noin 10-15 % kokonaiskuitumäärästä, edullisimman määrän ollessa 5-10 7,. Erilaisia sidosainekuituja voidaan käyttää hyvin tuloksin. Näiden joukosta polyvinyylialko-holikuiduilla on havaittu aikaansaatavan parhaimmat tulokset verrattuna formaation jälkeen tapahtuvaan liimojen tai vastaavien pirskottamiseen. Sidos- 8 74055 ainekuidut myös parantavat rainan ominaisuuksia silmälläpitäen sen vientiä paperikoneen läpi. Kuituja on edullista aktivoida tai ainakin pehmittää koneen kuivatusosassa, jotta aikaansaadaan rainamateriaali, jolla on toivottu rakenteellinen eheys. Sidosainekuidut lisätään kuitususpensioon edullisimmin sakeuden säädön yhteydessä tai jälkeen ja ennen kuin suspensio virtaa paperikoneen perälaatikkoon. Niinpä polyvinyylialkoholikuidut, jotka toimivat epäorgaanisen kuiturainan sidoskomponenttina voidaan lisätä sopivasti nopeus-säätöisen sekoituspumpun kohdalla laimennusvaiheen jälkeen häiritsemättä lasikuitujen dispersiota tasajakoisesti dispergoidussa kuitumassamateriaalis-sa. Mikäli halutaan voidaan käyttää jatkovaiheessa liimapuristimella suoritettavaa tai muuta sidosainekäsittelyä riippuen siitä lopullisesta käytöstä, johon rainamateriaali on tarkoitettu.

Esillä olevan keksinnön mukainen prosessi ei ole rajoitettu epäorgaanisiin kuituihin. Synteettisistä keinotekoisista orgaanisista materiaaleista valmistettuja pitkiä kuituja voidaan myös käyttää hyvällä menestyksellä. Niinpä keinotekoisia kuituja kuten nylon, raion, polyvinyyliasetaatti, polyesterit, polyolefiinit yms. tai niiden kombinatioita voidaan käyttää. Tällaiset synteettiset kuidut tavallisesti muodostavat suurimman kuitukomponentin yhdessä pienemmän luonnonkuitumäärän kanssa mutta niitä yksinomaisesti voidaan käyttää ainoana kuitukomponenttina. Kuidut ovat pitkiä, s.o. niiden pituus on enemmän kuin 6,4 mm ja niiden denieri voi olla hyvin hieno. Siten 1,5 denierin materiaaleja, joiden pituus on 19 mm tai enemmän voidaan helposti käyttää. Vaikkakin näillä pitkillä, ohuilla ja taipuisilla kuiduilla pituuden suhde läpimittaan tavallisesti vaihtelee arvosta 700:1 arvoon 2000:1 ja erinomaisia tuloksia saavutetaan suhteilla 1000:1 - 1600:1 sellaisia kuituja voidaan käyttää, joilla kyseinen suhde lankeaa väljälle alueelle 400:1 - 3000:1. Tyypillisiä esimerkkejä edullisista materiaaleista ovat 1,5-1,8 dpf raion-tai polyesterikuidut pituudeltaan 19 mm sekä 6 dpf polyesterikuidut pituudeltaan 25,4 mm ja 38,1 mm. Nämä pitkät kuidut lisäävät veto- ja repimislu-juutta, vaativat vähemmän sidosainetta ja sallivat rainan voimakkaamman mekaanisen käsittelyn myös sen märässä tilassa.

Piirustuksessa esitetyn mukaisesti on edullisinta tekniikkaa käytettäessä havaittu toivottavaksi järjestää pitkien kuitujen säädetty tai annosteltu syöttö parhaimman kuitujen dispergoinnin saavuttamiseksi. Kuidut syötetään edullisesti halutulla nopeudella jatkuvasti toimivaan putkistoon rakennettuun dispergointilaitteeseen, josta ne syötetään suoraan laimennukseen ja i.

9 74055 tavanomaisen paperikoneen muodostusalueelle. Tällä järjestelyllä vältetään se, että olisi tarpeen pitää dispergoituja kuituja massakyypissä tai muussa varastosäiliössä, josta olisi seurauksena dispersion laadun huononeminen. Lisäksi esillä olevan keksinnön eräänä etuna on se, että käytetty jatkuva dispergointilaite on verraten yksinkertainen rakenteeltaan ja halpa verrattuna tavanomaisiin tilaa vieviin massan käsittelylaitteisiin. Haluttaessa kuidut voidaan esikatkoa ja syöttää kuivakuituannostelijän avulla tai ensin sekoittaa dispersioväliaineeseen tai syöttää jatkuvina säikeinä ja leikata ja katkoa siinä vaiheessa, jolloin ne johdetaan putkistossa olevaan disper-gointilaitteeseen.

Kuviossa 2 esitetyn edullisen sovellutuksen mukaisesti on todettu hyödylliseksi järjestää leikkuri, esim. kaksitelainen leikkuri 10, joka sijoitetaan syöttösuppilon 12 yläpuolelle, joka johtaa dispergointilaitteeseen 14, niin että jatkuvat säikeet 16 lasikuituja tai synteettisten kuitujen säiekimpuista voidaan syöttää puolilta 18 ja leikata välitöntä syöttöä varten dispergointilaitteeseen. Tällä jatkuvien säikeiden syöttötavalla saadaan aikaan erityisen tarkka sekä kuitujen pituuden että dispergointilaitteeseen tapahtuvan syöttömäärän hallinta. Lisäksi se merkitsee joustavuutta koska se sallii erilaisten kuitupituuksien käytön ja mahdollistaa kuitupituuksien säädön. Kuten on esitetty nestemäinen dispersioväliaine syötetään myös dispergointilaitteeseen 14 putkesta 20 syöttösuppilon 12 kautta. Silloin kun käytetään esikatkottuja tai esileikattuja kuituja, on mahdollista järjestää kuitujen syöttömäärän säätö dispergointilaitteeseen käyttämällä punnitushihnaa tai vastaavaa, joka on kuivakuituannostelijän, esim. leikkurin 10 ja kuitujen dispergointilaitteen 14 välillä, missä tapauksessa kuivakuituannostelija toimii esisyöttimenä, jonka nopeutta moduloi ja säätää punnitushihnasta saatu viesti niin, että saavutetaan toivottu kuitujen syöttömäärä. Vaihtoehtoisesti kuidut voidaan etukäteen sekoittaa dispersionesteeseen, jolloin saadaan sa-keudeltaan tunnettu peruskuitusulppu, joka voidaan annostella putkistossa olevaan dispergointilaitteeseen. Sellaisessa kuitusulpussa osa kuiduista on jo dispergoitunut, mutta useimmat kuidut ovat osittain hajoamattomien kuitu-kimppujen muodossa.

Kuten mainittiin, dispersioväliaineena käytetty neste syötetään myös putkesta 20 dispergointilaitteen 14 syöttökouruun 12 halutun kuitusakeuden saavuttamiseksi. Dispergoitaessa pitkiä kuituja, minkä tyyppisiä tahansa, on edullista, että dispersioväliaine sisältää riittävän määrän viskositeettiin vaikut- 10 74055 tavaa lisäainetta. Yleensä liuoksen viskositeetti on vähintään 2 centipoi-sea ja tavallisimmin välillä 5-20 centlpoisea. Viskositeettia lisäävä aine voi olla luonnon materiaalia, esim. kasvlliimaa tai synteettistä materiaalia kuten hydroksietyyliselluloosaa tai jotakin muuta hartsia tai niiden sekoituksia tai yhdisteitä. Lisäaineet ovat edullisimmin vesiliukoisia materiaaleja, joita voidaan käyttää yksin tai yhdessä muiden aineiden kanssa aikaansaamaan haluttu viskositeetti. Esimerkkeinä kasvilllmolsta ovat locust bean gum ja guar gum-johdannaiset. Etusijalla näistä ovat guar gura-johdannaiset ja erinomaisia tuloksia on saatu eräällä vesiliuoksena käytetyllä guar gum-johdannaisella, jota General Mills Company myy kauppanimellä "Gendriv". Luonnollisten viskositeetin lisääjien ohella on mahdollista käyttää synteettisiä materiaaleja kuten suuren molekyylipainon omaavia hartseja, dispergointiai-neita, pinta-aktiivisia aineita yms. vaikuttamaan dispersioväliaineen ominaisuuksiin. Nämä synteettiset materiaalit ovat edullisimmin vesiliukoisia ja ne ovat pysyviä siinä happamassa ympäristössä, jota lasikuiduille käytetään. Näiden synteettisten viskositeettia lisäävien aineiden joukossa edullisimmat hartsit ovat polyakryyliamidipolymeerit, joita voidaan käyttää laimeina vesiliuoksina pienessä sakeudessa (esim. 0,025-0,2 %) aikaansaamaan viskositeetin säätö halutulla tavalla. Tyypillinen tällaisista materiaaleista on polyakryyliamidihartsi, jota Dow Chemical Company myy kauppanimellä "Separan AP-30" ja American Cyanamlde Company kauppanimellä "Cytame 5". Esimerkkinä käytetystä hydroksietyyliselluloosasta on vesiliukoinen materiaali» jota Hercules Chemical Company myy kauppanimellä "Natrosol".

Viskoottista dispersioväliainetta käytetään, koska se estää pitkien, ohuiden ja talpuisten kuitujen kietoutumisen toisiinsa dispergolntlkäslttelyn aikana ja auttaa kuituja pysymään dlspersiotllassaan suspension virratessa disper-gointilaltteen kautta. Kuten voidaan hyvin ymmärtää liuoksen viskositeetti vaikuttaa vaadittuun viipymlsalkaan ja sitä on säädettävä kulloinkin käytetystä kuitulajista ja kuitusakeudesta riippuen. Suuriviskoottinen väliaine ja lyhyt vilpymisaika voivat aiheuttaa alidispergoldun kuitususpension, kun taas alhainen viskositeetti ja pitkä vilpymisaika voivat johtaa ylidisper-gointiin ja "heinäsuovien" muodostukseen ja muihin suuriin vikoihin. Viskositeetin suuruusluokaltaan 5-10 centlpoisea ja noin 2,5-5 min. viipymisajan on todettu aikaansaavan hyvät dlspersiotulokset. Dispergoitaessa lasikuituja on väliaineena hapan vesiliuos, joka voi myös sisältää sopivaa lisäainetta viskositeetin säätämiseksi. Niinpä edullisimman sovellutusmuodon mukaisesti käytetään laimean rikkihapon vesiliuosta, jolla on pH = 2-4. Luonnollisesti mui- 11 74055 takin lisäaineita kuten dispergointiapuainfeita, esim. pinta-aktiivisia aineita, kuten natriumheksametafosfaattia, jota myydään kauppanimellä "Calgon" voidaan lisätä dispersiovällaineeseen kuitujen dispersion säätämiseksi halutulla tavalla sekä ehkäisemään kuitujen keräytymistä ei-toivo-tuiksi heinäsuovamuodostumiksi.

Kuten mainittiin on todettu, että kuidut dispergoituvat verraten nopeasti dispersioväliaineessa ja saavuttavat suhteellisen lyhyessä ajassa prosentuaalisen dispergoitumishuipun, jonka jälkeen kuidut erityisesti lasikuidut pyrkivät kietoutumaan ja sitoutumaan heikosti toisiinsa niin, että muodostuu ei-toivottuja "heinäsuovia". Siten, kun optimaalinen dispersioaste on saavutettu, on toivottavaa ylläpitää sekoittamista lyhyen aikaa ja säätää kuitujen viipymisaika dispergointilaitteessa niin, että liiallinen sekoittaminen saadaan vältetyksi. Tässä yhteydessä on myös todettu, että vaikka optimaalinen dispersioaste on saavutettu halutun viipymisajan kuluessa dispergointi-laitteen sekoittimia ei voida pysäyttää dispersion laatua vahingoittamatta.

On luonnollisesti käsitettävää, että kuitujen pintakäsittely vaikuttaa olennaisesti kuitujen kykyyn sietää viipymisajan pitkittymistä. Kuitenkin on todettu useimpien nykyisin kaupallisesti saatavissa olevien lasi- ja synteettisten kuitujen osalta, että optimaalinen viipymisaika on 2,5-5 min. käytettäessä dispersioväliainetta, jonka viskositeetti on noin 5-10 centipoisea. Lasikuiduille dispersionesteellä tulee olla pH = 2-3 hiukan korotetussa liuoksen lämpötilassa n. 27-38°C ja kuitusakeuden ollessa noin 0,3-1,0 painoprosenttia.

Edullisimmin dispergointilaite on tyyppiä, jossa on verraten sileä sisäpinta ja jossa ei ole sellaisia särmiä tai pintoja, joihin pitkät lasi- tai synteettiset kuidut saattavat tarttua tai kietoutua. Kuitenkin dispergointilaitteessa voi olla useita sekoitus- tai dispergointiosastoja virtauksen tapahtuessa jatkuvasti osastosta toiseen niin, että saavutetaan haluttu viipymisaika. Esilläolevan keksinnön mukaisen dispergointilaitteen olennainen piirre on sen kompakti intensiivisen turbulenssin alue. Tämä aikaansaadaan käyttämällä potkurisekoitinta, jonka halkaisija on suuri sekoittimen kammion tilavuuteen nähden, sekä järjestämällä dispergointilaitteen läpi jatkuvasti virtaavalle kuitusulpulle nopea läpäisy eli lyhyt viipymisaika. Sen sijaan että tavanomainen paperinvalmistuksessa käytetty kyyppi varustettaisiin epätavallisen suurella potkurisekoittimella on edullisempaa, että putkistoon sijoitettava dispergointilaite on olennaisesti pienempi, yksinkertaisempi ja 12 74055 halvempi kuin mainittu laitteisto. Pieni koko antaa sen edun, että systeemissä on aina hetkellisesti pienempi kuitumäärä.

Kuten piirustuksen kuviossa 2 on esitetty putkistoon sijoitettu dispergoin-tilaite 14, jolla on saatu erinomaisia tuloksia, voi koostua pääpiirtein suorakulmaisesta dispergointikammiosta, joka on jaettu viiteen tai useampaan erilliseen osastoon 22, jotka ovat yhteydessä toisiinsa virtauskynnysten 24 kautta, jotka suuntaavat virtaavan kuitusulpun progressiivisesti yhdestä osastosta seuraavaan sen kulkiessa jatkuvasti dispergointilaitteen läpi. Jokaisessa osastossa voi olla yksi tai useampia sekoittimia tai potkureita 26 aikaansaamaan intensiivinen, voimakas sekoitus, joka katsotaan tarpeelliseksi kuitukimppujen hajottamiseksi sekä homogeenisen ja tasajakoisen dispersion aikaansaamiseksi niistä dispersioväliaineeseen. Edullisessa suoritusmuodossa sekoittimissa 26 on ei-syöttävät siivet, esim. lavat 28 niin, että ne eivät välttämättä edesauta tai pakota sulpun virtausta osaston 22 läpi. Sen sijaan sekoittimien rakenteen tulee olla sellainen, että ne aikaansaavat laajan intensiivisen turbulenssin alueen kautta koko osaston tilavuuden, jolloin sulppu joka virtaa osaston läpi joutuu tähän intensiiviseen turbulenssiin, joka aikaansaa kuitukimppujen hajoamisen yksikkökuituihinsa. Sekoittimien tulee olla myös kuituja keräämätöntä tyyppiä, joka estää yksittäisten kuitujen tarttumasta sekoittimen siipiin ja kerääntymästä niihin kuitukimpuiksi yms. Eräs tällainen kaareva, leveä siipilapatyyppi on esitetty kuvioissa 2 ja 3, joista jälkimmäinen esittää vähäpaineisen vanavesivyöhykkeen 30 muodostumista välittömästi sekoittimen lavan 28 taakse ja voimakkaasti turbulenttisen virtauksen 32 esiintymistä, joka vaikuttaa kuituihin kammiossa 22.

Kuten mainittiin eräs tämän keksinnön erityispiirteitä on, että sekoittimen siiven koko tai säteen suuntainen ulottuvuus on poikkeuksellisen suuri verrattuna sen osaston tilavuuteen tai kapasiteettiin, jossa sekoitin on. Esimerkiksi tavanomaisessa paperikoneen kyypissä, jonka tilavuus on noin 57 000 1 voidaan käyttää siipipyörää, jonka halkaisija on noin 750 mm kuitudispersion sekoittamiseen, jolloin sekoitinsuhde s.o. sekoittimen siipipyörän halkaisija jaettuna kyypin tilavuudella, on noin 0,01 mm/1. Esillä olevan keksinnön mukaisessa putkistoon sijoitetussa dispergointilaitteessa sensijaan sekoitin-suhteen tulisi olla vähintään 0,67 mm/1 ja se on yleensä noin 1,37-6,7 mm/1. Kuten voidaan helposti ymmärtää olennaisesti pienennetty tilavuus sekoittimen halkaisijaan verrattuna aikaansaa erittäin voimakkaan ja intensiivisen turbu-lenssitilan dispersiokammion eri osastoissa. Lisäksi koska sekoitinpotkuri i 13 74055 el ole aksiaalisestl syöttävää tyyppiä, se 41 pyri nopeasti kiihdyttämään sulppua voimakkaan turbulenssin vyöhykkeen läpi vaan jättää turbulenssille riittävästi aikaa kultukimppulhln vaikuttamiseen. Kuidut ovat jatkuvasti turbulenssin vaikutuksen alaisina vilpyessään osastossa, koska osaston suhteellinen koko ja sen muoto eliminoivat rauhalliset alueet osastoissa.

Kuten mainittiin sekolttlmen suhteellinen koko on yhdistettävä kultusulpun nopeaan läpäisyyn eli lyhyeen viipymlsaikaan sen kulkiessa dispergointi-kammion kautta. Tässä yhteydessä on todettu, että dlspergolntlkertoimen olisi oltava vähintään 0,01, jotta saataisiin haluttu tasajakoinen ja homogeeninen kuitudlsperslo. Dispergolntlkertolmella tarkoitetaan sekoitinsuhteen ja sulpun läpäisymäärän (to/24 h) osamäärää. Esimerkiksi tavallisessa paperikoneen kyypissä, jossa sekoitinsuhde on 0,002 ja läpäisy noin 20 to/24 h, on dispersiokerroin 0,0001. Tämän keksinnön mukaisessa putkistoon sijoitetussa dispergointilaltteessa sen sijaan dispergointikerroin on ainakin kymmenkertainen ja suurempikin. Voidaan todeta, että dispergointikerroin kasvaa kun sekolttlmen suhteellinen koko kasvaa ja se on yleensä olennaisesti suurempi kuin 0,005. Itse asiassa sen vaihtelurajat ovat 0,01-2,0 edullisimman kertoi-men ollessa tasoa 0,05-1,0. Esimerkiksi ln-llne dlspergolntllalte, jolla se-koitinsuhde on tavanomaisesti alueella 0,2-1,0 ja joka toimii läpäisyllä noin 2 to/24 h, dlspergolntlkertoimen arvo on noin 0,1-0,5.

Siinä erityisessä dlspergolntllaltteen sovltelmassa, joka on esitetty piirustuksessa, voidaan todeta, että dlspergointlkammiossa olevat erilliset osastot 22 ovat olennaisesti samankokoisia ja muodoltaan suorakulmaisia niin, että osaston seinämät toimivat turbulenssia edistävinä suuntauslevyinä, jotka pyrkivät estämään läpi kammion tapahtuvan sulpun kierrevirtauksen syntymisen. Näin taataan kultujen ja varsinkin kuituklmppujen tuntuma sekolttlmen siipien aiheuttamiin pyörrekomponentteihln.

On ymmärrettävissä, että dlspergolntllaltteen rakenne voi kussakin tapauksessa vaihdella niissä rajoissa, että sillä saavutetaan halutut ominaisuudet ja toiminnot erotettaessa tehokkaasti yksityisiä kultuja kuitukimpuista, joita syötetään dlspergolntllaltteeseen. Tämä täytyy toteuttaa suunnitellussa vll-pymäajassa niin, että saadaan aikaan tasajakoinen yksityisten kuitujen dls-pergointi samalla kuin kuitudlsperslo nopeasti kuljetetaan dispergointilait-teen läpi. Kuten mainittiin, kuidut annostellaan edullisimmin dispersioväli-aineeseen, joka virtaa dispergointilaitteen läpi niin, että haluttu kuitu- 14 74055 sakeus saavutetaan. Tavallisesti tämä sakeus on olennaisesti jopa 10-100 kertaa suurempi kuin perälaatikossa vallitseva sakeus. Edullisimman suoritusmuodon mukaisesti kuitusakeus on pienempi kuin 2 % ja se on yleensä luokkaa 0,3-1,3 %, sopivimman alueen olessa 0,5-0,9 %.

Kuten edellä on mainittu kuitudispersio virtaa nopeasti dispergointilaittees-ta paperikoneen muodostusosalle 36 ja saavuttaa muodostusviiran 38 muutamissa sekunneissa jätettyään dispergointilaitteen. Kuitenkin dispersion kuitusakeus säädetään tällä välin massan laimentamiseksi täydellisemmin. Tämä voidaan saada aikaan syöttämällä dispersio erilliseen läpivirtaus-sekoitus-säiliöön 40, jossa se sekoitetaan kiertoveden pääosan kanssa, joka virtaa säiliöön putken 42 kautta rainanmuodostusosalta. Kuitusakeus laimennetaan arvosta 0,3-1,3 % arvoon 0,005-0,05 %. Voidaan siten todeta, että laimennus on suurempi kuin 10:1 ja tavallisimmin 15-25:1, jotta saadaan huomattavan laimea kuitususpensio syötettäväksi paperikoneen perälaatikkoon. Kuten on esitetty lisäaineet esim. viskositeetin ja muiden ominaisuuksien säätämiseksi voidaan sopivasti annostella kiertoveteen säiliöstä 44 putken 42 kautta.

Kuten piirustuksessa on esitetty, perälaatikko jota käytetään esillä olevan keksinnön mukaisesti, on lyhyempi kuin tavanomaisissa viistoviirapaperiko-neissa käytetty avoin perälaatikko ja se on varustettu loivasti kaartuvalla väliseinällä 46 pienentämään voimakkaasti laimennetun kuitususpension tilavuutta perälaatikossa ja mahdollistamaan sen virtaaminen nopeasti perälaati-kon läpi rainanmuodostusalueelle. Tilavuudeltaan pieni perälaatikko kaartu-vine väliseinineen ei vain lisää kuitususpension nopeutta sen virratessa perälaatikon läpi vaan myös kohottaa säännöttömän turbulenssin tasoa välittömästi muodostusvyöhykkeen alueella. Lisääntynyt turbulenssi estää vaahdon ja kuitumassan kerääntymisen, joka muutoin voisi kellua pinnalla ja muodostaa "heinäsuovia" ja muita kuituvikoja. Ymmärrettävästi laimean kuitudispersion virtausmäärän säätö voidaan saada aikaan sopivalla virtauksen säätöjärjestelmällä kuten säädettävänopeuksisella sekoituspumpulla 48 edellyttäen kuitenkin, että pumppu on rakenteeltaan sileä ja että siinä ei ole osia, jotka voisivat aiheuttaa pyörteitä virtauksessa tai muuten johtaa kuitujen toisiinsa kietoutumiseen. Tämän keksinnön mukaisesti käytetty perälaatikko tekee tarpeettomaksi kuitudispersion pitkitetyn ylläpitämisen ja estää täten disper-goituja kuituja yhtymästä ja muodostamasta vikoja rainan rakenteessa.

Kuidut, jotka syötetään perälaatikkoon hyvin laimeana tasajakoisena kuitu- I, 15 74055 suspensiona, suotautuvat nopeasti viistolle liikkuvalle viiralle 38 dis-persioväliaineen virratessa tämän läpi. Kuiduista vapautettu dispersioväli-aine kerätään "kiertovedeksi" kuten sitä nimitetään ja sitä kierrätetään systeemissä siten, että osa kiertovedestä palautetaan pumpun 50 avulla putken 20 kautta dispergointilaitteen syöttösuppiloon 12. Pääosa kiertovedestä johdetaan pumpun 52 avulla putken 42 kautta laimennussäiliöön 40, jossa kiertovesi käytetään laimentamaan in-line dispergointilaitteesta 14 tulevaa kuitudispersiota.

Kuiturainamateriaali, jota paperikoneella jatkuvasti valmistetaan, on kuten mainittu, kevyttä materiaalia, jolla on tasajakoinen kuituformaatio. Kuitujen tasajakoisuutta rainamateriaalissa voidaan arvostella silmämääräisesti ja subjektiivisesti tarkastelemalla rainaa, jota läpivalaistaan tasaisen valon antavasta valolähteestä. Kuten on esitetty rainan muodostusta koskevassa kirjallisuudessa, esim. moniosaisessa teoksessa: James P. Casey: Pulp and Paper (Interscience, New York, 2nd Edition, 1961) erityisesti sen osassa 3, sivut 1277-1279, kuitumateriaalin "sanotaan omaavan tasaisen tai tiiviin formaation jos sen kuiturakenne muistuttaa hiottua lasia kun sitä tarkastellaan läpäisevässä valossa. Formaation sanotaan olevan huono tai villi, jos kuidut ovat jakaantuneet epätasaisesti niin, että ne antavat arkille laikuilleen tai pilvisen ulkonäön läpäisevässä valossa katsottuna". Tällaisen silmämääräisen tarkastelun tuloksia ei voida ilmaista numeroina, erityisesti koska formaation näennäiseen tasaisuuteen vaikuttaa paperin läpinäkyvyys siten, että mitä läpinäkyvämpi paperi on, sen helpommin huono formaatio ilmenee. Vaikka monimutkaisia ja kalliita valosähköisiä scanning-laitteita on eräissä tapauksissa käytetty rainan formaation mittaamisen määrittämiseen, Casey mainitsee myös menetelmän, jossa määritetään neliömetripainon mikroja makrovariaatio käytettäväksi eräänä tekniikkana kuituisen rainamateriaalin tasajakoisuuden arvostelussa.

Seuraavassa esityksessä käytetty termi "neliömetripainon mikrovariaatio" on keskimääräinen aritmeettinen painovaihtelu samankokoisissa näytteissä, joita on otettu yhtäläinen määrä ilmeisen suuren ja ilmeisen pienen tiheyden kohdilta. Se määritetään leikkaamalla ja punnitsemalla viisi 12,7 mm läpimittaista näytettä sekä tiheiltä että harvalta näyttäviltä kohdilta. Kaikki 2 näytteet otetaan 0,09 m :n suuruiselta sattumanvaraisesti valitulta rainan osalta. Määrittämällä kymmenen näytteen keskimääräinen aritmeettinen paino-vaihtelu, saadaan määrätyksi neliömetripainon mikrovaihtelu. Tätä tekniikkaa 16 74055 käyttämällä on voitu todeta, että tämän keksinnön mukaisilla lasikuituma- teriaaleilla esiintyy pienempi kuin 10 % mikrovaihtelu keskimääräisen vaih- 2 telun ollessa luokkaa 0,75 % - 4,2 % neliömetripainolla 17-45 g/m . Prosentuaalinen vaihtelu laskettiin jakamalla kaikkien näytteiden keskipainon ja yksityisten painomääritysten erotus keskipainolla. Tässä yhteydessä on havaittu, että aikaisemmin tunnetun tekniikan mukaisesti valmistetuissa lasi-kuiturainoissa mikrovariaatio on ollut luokkaa 21-33 %. Esimerkiksi U.S. patentin 3.622.445 mukaisesti valmistetuissa kahdessa lasikuiturainassa esiintyi keskimääräinen mikrovaihtelu suuruudeltaan 31,5 % ja 29,6 % neliö- 2 painojen ollessa vastaavasti 45 ja 19 g/m sekä että U.S. patentin 3.749.638 mukaisesti valmistetussa kolmessa lasikuiturainassa esiintyi mikrovariaatiota suuruudeltaan 32,8 %, 21,6 % ja 22,4 % neliöpainojen ollessa vastaavasti 44, 19 ja 17 g/m^.

Käsite "neliömetripainon makrovariaatio" on suuremmalta alalta otettujen suurempien näytteiden painon variaatiokerroin. Se määritetään valitsemalla sat-. 2 tumanvaraisesti kolme 0,09 m :n suuruista näytettä yhdestä näytteestä, jonka ala on 0,9 m x 1,8 m. 31 kpl 25,4 mm läpimittaista näytettä otetaan mieli-. 2 valtaisesti kustakin 0,09 m suuruisesta näytteestä. Makrovaihtelun määrittämiseksi lasketaan sitten painonvaihtelukerroin 93:sta 25,4 mm läpimittaisesta näytteestä. Tämän keksinnön mukaisesti valmistetussa lasikuitumateriaalissa esiintyi huomattavasti alle 5 % suuruinen vaihtelukerroin kuten seuraavasta taulukosta ilmenee.

TAULUKKO

Neliömetripainon makrovaihtelu U.S. 3,622,445 U.S. 3,749,638 Sovellutus

Keskim. paino g 0,0244 0,0201 0,0235

Stand, poikkeama g 0,0030 0,0021 0,0004

Max. paino g 0,0340 0,0273 0,0246

Min. paino g 0,0172 0,0155 0,0226

Painoalue g 0,0168 0,0118 0,0020 Näytteiden luku 93 93 93

Vaihtelukerroin % 12,3 10,5 1,7

Toinen menetelmä tämän keksinnön mukaisen kuitumateriaalin tasaisuuden mää- h 17 74055 rittämlseksl on mitata ralnamateriaalin paksuus. Käyttämällä paksuusmittaria Model No. 549 TMI varustettuna 15,2 mm läpimittaisella jalalla ja käyttäen 48-62 kPa painetta on mahdollista tehdä ralnamateriaalin paksuusmittauk-set 25,4 10 mm tarkkuudella. Tekemällä paksuusmittaukset sattumanvaraisesti ralnan kohdilta, jotka ilmeisesti ovat tasaisia ja vastaavasti kohdilta, joissa esiintyy kuituvirheitä on mahdollista mitata paksuusvaihtelu virheellisissä kohdissa. Tätä tekniikkaa käyttämällä on voitu todeta, että pienet virheet voidaan luokitella kuitujen kasautumiksi, jotka ovat silmin nähtäviä ja aiheuttavat ralnan paksuudessa paikallisen eron suuruudeltaan korkeintaan 0,01 mm. Suuremmat virheet ovat kuitujen kasautumia tai kerääntymiä, jotka ovat silmin nähtäviä ja aiheuttavat ralnan paksuudessa paikallisen eron suuruudeltaan enemmän kuin 0,13 mm. Käyttämällä tätä tekniikkaa kuituvirheiden toteamiseen ja luokitteluun on voitu todeta, että tämän keksinnön mukaisessa kuituralnamateriaalissa esiintyvien erillisten kuitukasaantumavikojen luku-2 määrä 9,3 m kohden on pienempi kuin 10 (ottaen huomioon vain suuremmat vir- 2 heet) ja tavallisesti suurempien virheiden luku 9,3 m kohden on kolme tai vähemmän.

Seuraavat esimerkit on esitetty jotta esillä olevan keksinnön tehokkuus kävisi täysin selville. Nämä esimerkit pelkästään havainnollistavat keksintöä eikä niitä ole millään tavalla tarkoitettu rajoittamaan keksinnön soveltamista. Ellei toisin ole mainittu kaikki osat ovat painoprosentteja.

ESIMERKKI 1:

Kevyttä laslkuiturainamateriaalla valmistettiin käyttäen tuotantokokoista paperlnvalmistuskoneistoa. Lasikuidut, läpimitaltaan 9 um leikattiin esi-kehruupuolilta tulevista lasilankasälkeistä 12,7 mm pituisiksi. Leikatut kuidut syötettiin suoraan in-line-dispergointilaitteeseen nopeudella 0,45 kg/min. Dispergointilaitteen tilavuus oli 379 1, sekoitinsuhde oli 5,4 mm/1 ja läpivirtaus oli 114 1/min, jolloin viipymäaika oli hiukan suu-- rempl kuin 3 min. Dispersloväliaine oli laimea rlkkihappolluos, johon oli lisätty guar gum-johdannaista (Gendriv-492 SR) sellainen annos, että liuok-: sen viskositeetiksi tuli noin 5 cps pH:n ollessa 2,3 ja lämpötilan 31°C.

: Kuitudlspersio, jonka sakeus oli 0,4 % syötettiin dispergointilaitteesta sekoitussäiliöön, jossa kuitusakeus laimennettiin arvoon 24:1. Polyvinyyli-alkoholikuituja lisättiin laimennettuun suspensioon niin, että niiden määräksi tuli 8 % lasikuitujen painosta. Kuitudispersio syötettiin tämän jäi- 18 74055 keen pienitilavuuksiseen suurella virtausnopeudella toimivaan perälaatik- koon sakeuden ollessa 0,017 % ja lasikuituralna muodostettiin keskinopealla 2 tuotantovauhdilla. Näin saadun ralnamateriaalln neliöpaino oli 13,6 g/m , 2 paksuus 84 pm ja huokoisuus 8263 l/mln/100 cm paineella 12,7 mm i^O.

Kevyen ralnan kuivavetolujuus oli 507 g/25 mm konesuunnassa ja 333 g/25 mm poikkieuunnassa. Repäisylujuuden arvo oli 34 g konesuunnassa ja 44 g poik-kisuunnassa.

Rainamateriaalin eri kohdilta otetuissa näytteissä esiintyi suurempia vi- 2 koja 0-2 kpl ja pienempiä vikoja 0-5 kpl 9,3 m kohti korjattuna neliöpai-2 noon 17 g/m . Suuremmaksi virheeksi luokiteltiin dispergoitumaton tai osittain dispergoitunut kuituryhmä tai heinäsuovamuodostuma, jossa paksuusvaih-telu oli suurempi kuin 0,01 mm, kun taas pienemmäksi virheeksi laskettiin kaksi tai kolme kuitua, jotka olivat jääneet dispergoitumatta tai liittyneet yhteen ja joiden kohdalla paksuusvalhtelu oli korkeintaan 0,01 mm. Kaupallisesti hyväksyttäviksi kevytmateriaaleiksi lasketaan sellaiset, joissa suurien virheellisyyksien luku on korkeintaan 10, mieluiten korkein- 2 taan 5 rainamateriaalin 9,3 m kohden. Pienempiä vikoja el ole katsottu merkittäviksi. Ralnamateriaalissa oli myös tasainen kultujakaantuma, joka silmämääräisesti tarkasteltuna näytti olevan olennaisesti vapaa tiheys-*; vaihteluista.

ESIMERKIT II-VI:

Esimerkin I mukainen prosessi uusittiin samalla paperikoneella kuitenkin vaihdellen työskentelyolosuhteita prosessissa, kuitukoostumusta sekä valmistetun materiaalin neliömetripalnoa. Tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa: I: 19 74055

TAULUKKO

Esim. II Esim. Ill Esim. IV Esim. V Esim. VI

Kultuja 9 pm (%) 70 46 90 70 22 13 pm (%) 22 46 — 22 70

Sidosaine (%) 8 8 10 8 8

Neliöpaino (g/m2) 19,8 18,3 22,0 22,4 23,1

Paksuus (pm) 123 115 133 138 115

Huokoisuus (1/min) 5648 6552 4742 5512 6149

Vetolujuus kuivana kones. (g/25 mm) 1109 609 1828 1456 1121 poikkis. " 915 765 1034 1362 1037

Repäisylujuus kones. (g) 51 60 40 62 89 poikkis.(g) 51 44 60 63 99

Vikojen luku 9,3 m2 kohti suuria 0-3 0-4 0-3 0-1 0 pieniä 3-4 0-5 7-13 1-4 2-4 | ESIMERKIT VII-IX:

Edellä esitetyissä esimerkeissä esitetty menetelmä uusittiin pienikokoisella tuotantokoneella käyttäen läpimitaltaan ohuempia lasikuituja eikä lainkaan sidoskuituja. Kussakin tapauksessa lasikuidut muodostivat 100 % kuitukoos- tumuksesta ja ne olivat 12,7 mm pitkiä ja läpimitaltaan 6 pm. Neliömetri- 2 paino ja vikojen määrä 9,3 m kohti ilmenee allaolevasta taulukosta. Suuri pienten vikojen luku on seurauksena erittäin ohuesta kuituläpimitasta ja analyysintekijän subjektiivisesta määrityksestä, mutta kaikissa tapauksissa kysymyksessä on kaupalliselta kannalta täydellinen rainamateriaali.

Esimerkki Neliöpaino Vikoja 2 g/m Suuria Pieniä VII 15,8 1 222 VIII 16,6 0 356 IX 17,6 0 198 20 74055 ESIMERKKI X:

Jatkuvaa kuituralnamateriaalla valmistettiin kuituseoksesta, jossa oli 67,5 paino-% lasikuituja läpimitaltaan 9 pm ja pituudeltaan 12,7 mm 22,5 paino-% polyesterikuituja (1,5 dpf, pituus 6,4 mm) sekä 10 paino-% polyvinyylialko-hollkuituja. Lasikuidut yksin hajotettiin aikaisempien esimerkkien mukaisessa dispergointilaltteessa, joka oli siis moniosaetoinen yksikkö, jossa kuidut ja dlspersiovällaine vlrtaavat jatkuvasti suoraan yksikön läpi yhdestä osastosta toiseen. Yksikön sekoitlnsuhde oli 2,7 mm/1 ja se toimi läpäisyllä 1,56 to/24 h. Lasikuitudlsperslo saatiin aikaan käyttäen vettä dlspersioväll-aineena, jonka viskositeetti säädettiin arvoon 8 cps käyttäen 0,1 % guar gum-johdannalsta (Gendriv 492 SR) ja 0,075 % natrlumheksametafosfaattla. Kuitu-sakeus oli 0,15 % ja viipymäaika dispergointilaitteissa oli noin 3,3 min.

Polyesteri- ja polyvinyylialkoholikuidut dispergoitiin massakyypissä kuitu-sakeuden ollessa 0,15 % noin 20.minuutin ajan. Polyesteri- ja sidoskuidut massakyypistä sekoitettiin lasikuitudispersion kanssa, laimennettiin ja syötettiin paperikoneen perälaatikkoon. Jatkuvaa ralnamateriaalia valmistettiin 2 2 neliöpainoihin 45 g/m ja 22 g/m . Ensinmainitussa materiaalissa esiintyi neliöpainossa 1,7 % mikrovariaatio vaihtelurajojen ollessa 0-4,6 % sekä ne-liöpainon makrovariaatio 1,7 %. Jälkimmäisessä materiaalissa oli neliöpainon mikrovariaatio 0,76 % vaihtelurajojen ollessa 0-3,1 %. Molemmissa materiaaleissa oli silmämääräisesti vikojen luku = 0.

ESIMERKKI XI:

Esimerkin X mukainen prosessi uusittiin sillä erotuksella, että polyesteri-kuidut jätettiin pois, polyvinyylialkoholikuituja käytettiin vain 5 paino-% ja lasikuitujen läpimitta oli 6 mikrometriä. Saadussa rainamateriaalissa oli vikojen luku * 0 visuaalisesti ja neliöpainon mikrovariaatio 4,2 %.

ESIMERKKI XII:

Rainamateriaalia muodostettiin käyttäen 70 paino-% polyesterikuituja, joiden hienous oli 1,5 dpf ja pituus 19 mm, sekä 30 % puukuituja käyttäen samaa in-line-dispergointilaitetta kuin edellisissäkin esimerkeissä. Kuivat polyeste-rikuidut syötettiin dispergointilaitteen syöttösuppiloon käyttäen tekstiili-kuitusyötintä ja punnitushihnaa. Dispersionesteenä oli vesi, joka sisälsi 74055

Separan AP-30 laimennuksessa 0,016 %, jolloin viskositeetti oli 6 cps.

Nesteen pH oli 6,0 ja lämpötila 40°C. Polyesterikuitujen viipymäaika dis-pergointilaitteessa oli 2,85 min. Samaa menetelmää kuin edellisissä esimerkeissä noudatettiin muodostettaessa jatkuvaa rainamateriaalia, jolla oli erinomainen kuituformaatio, joka oli verrattavissa edellisten esimerkkien lasikuiturainoihin.

Edellä esitetty prosessi uusittiin sillä erotuksella, että viskositeetin säätöön käytettiin hydroksietyyliselluloosaa (Natrosol) laimennuksessa 0,164 %, jolloin viskositeetti oli 5 cps. Tuloksena oli rainamateriaali, jonka kuituformaatio oli myös erinomainen.

ESIMERKKI XIII:

Esimerkin XII prosessi uusittiin käyttäen 100 paino-% polyesterikuituja, joiden hienous oli 1,5 dpf ja pituus 25,4 mm. Dispersionesteen viskositeetti oli 10 cps, dispersio oli tasainen ja rainamateriaalissa oli hyvä for-maatio.

ESIMERKKI XIV:

Esimerkin XII mukainen prosessi uusittiin, mutta polyesterikuitujen asemesta käytettiin nylon-kuituja, joiden hienous oli 6 dpf ja pituus 19 mm. Sekoi-tinsuhde oli edelleen 5,4 mm/1 ja aikaansaatu dispersio oli erinomainen. Kuiturainamateriaalissa ei ollut vikoja.

ESIMERKKI XV:

Esimerkin XIV mukainen prosessi uusittiin, mutta nylonkuitujen asemesta käytettiin polypropyleenikuituja, joiden hienous oli 1,8 dpf ja pituus 12,7 mm. Aikaansaadussa rainamateriaalissa oli hiukan vikoja.

Ammattimiehelle on ilmeistä, että edellä esitetyn yksityiskohtaisen selityksen mukaista menetelmää voidaan eri tavoin muunnella ja soveltaa ilman, että tämän keksinnön ajatuksesta poiketaan.

Claims (12)

1. 22 74055
2. 1. Menetelmä tasajakoisen kultudispersion jatkuvaksi valmistamiseksi pitkistä kuitukimpuista märkää paperinvalmistusmenetelmää varten, menetelmän käsittäessä seuraavat valheet: (1) peruskuitusulpun valmistaminen, joka koostuu olennaisesti disperslones-teestä, jonka viskositeetti on vähintään noin 2 cps, sekä kuiduista, jotka ovat ainakin osittain hajoamattomina kuitukimppuina, joissa olevien kuitujen pituus on ainakin 0,635 cm ja kuitujen pituuden suhteen niiden läpimittaan ollessa 400:1 - 3000:1; (2) sanotun kuitusulpun johtaminen virtana putkeen sovitetun dispergointi-kammion kautta sellaisella virtauksen nopeudella, joka vastaa 1-10 minuutin viipymäaikaa kammiossa; (3) turbulenssialueiden synnyttäminen mainittuun kammioon; (4) kuitukimppujen avaaminen ja yksittäisten kultujen dispergoiminen altistamalla mainittu kuituliete mainittujen turbulenssialueiden vaikutukselle; (5) ja dispergoitujen kultujen ja nesteen poistaminen kammiosta olennaisesti tasajakoisena ja homogeenisena kultudispersiona seuraavana valheena tapahtuvaa ralnan muodostusta varten märässä paperinvalmistusmenetelmässä, valinnaisesti dispersiota laimentamalla ennen mainittua levynmuodostusta; tunnettu siitä, että mainittu kammio on varustettu useilla kuituja keräämättömillä potkurisekoittimilla, joiden halkaisijan suhde kammion tilavuuteen on vähintään 0,067 cm/litra, sanottujen sekoittimlen ollessa sovitetut aiheuttamaan aikaansaamaan virtaukseen jättövyöhykkeet, joissa vallitsee alentunut paine ja virtausta hajottava intensiivinen turbulenssi, ja siitä että kultusulppu johdetaan virtana jatkuvasti sanotun kammion läpi dlsper-gointikertoimen ollessa suurempi kuin 0,005 mikä disperslokerroln saadaan jakamalla sanottu suhteellinen sekoitinhalkaisija sanotun sulpun läpäisy-määrällä tonneina/24 h. I. 23 74055
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä* tunnettu siitä, että sanottu suhteellinen potkurisekolttimen halkaisija on suurempi kuin 0,134 cm/litra dispergointlkertoimen ollessa 0,05-1,0.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää osavaiheina kuivien kuitujen leikkaamisen ja syöttämisen sanotun dlspersionesteen kanssa sanottuun dispergointilaitteeseen, sanottu suhteellisen sekoitlnhalkalsljan ollessa 0,134-0,67 cm/1 ja että sanottu dispergointikerroin on 0,1-0,5.
5. 4. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viipymäaika on 2-6 min.
6. 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että dlspersionesteen viskositeetti on vähintään 5 cps, ja siitä että kuitujen pituuden ja läpimitan suhde on 700:1-2000:1.
7. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että kuitujen pituuden ja läpimitan suhde on 1000:1 - 1600:1.
8. 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuidut valmistetaan leikkaamalla jatkuvista kuitusäiekimpulsta, jolloin tuloksena saadut kuivat kuidut syötetään dispersiokammloon.
9. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuidut sisältävät epäorgaanisia kultuja ja synteettisiä orgaanisia kuituja.
10. 9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rainanmuodostusalue on varustettu plenitilavuukslsella perälaatikolla.
11. 10. Non-woven raina, joka on tehty kultudispersiosta, joka on valmistettu jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukaisella menetelmällä. 2* 74055
12. 1. Förfarande f8r kontinuerllg framställnlng av en jämnfördelad fiber-dispersion av linga fiberknippen för ett vitt förfarande f8r framställnlng av papper, varvld förfarandet omfattar följande steg: (1) framställnlng av en grundfiberuppslamning, som huvudsakligen bestir av en dispersionsvätska, vars viskosltet är minst ca 2 cps, och fibrer, som atmlnstone delvis är 1 form av oupplösta fiberknippen, där längden av fibrerna är itmlnstone 0,635 cm och förhillandet mellan fibrernas längd och deras diameter Hr 400:1 - 3000:1; (2) ledande av nämnda fiber uppslamning i form av en ström genom en i ett rör anordnad dispergeringskammare med en sadan strSmnlngehastighet som motsvarar en uppehillstld av 1-10 minuter i kammaren; (3) alstrande av turbulensomräden 1 nämnda kammare; (4) Sppnande av fiberknippena och dlspergerande av de enskllda fibrerna genom utsättande av nämnda fiberuppslamnlng for verkan av nämnda turbulensomriden; (5) och avlägsnande av de dispergerade fibrerna och vätsken ur kammaren i form av en väsentllgen jämnfördelad och homogen fiberdlspersion för en 1 följande steg skeende banformning 1 det väta förfarandet för framställnlng av papper, alternativt genom förtunnande av dlsperslonen före nämnda banformning; kännetecknat därav, att nämnda kammare är försedd med flera, icke fibersamlande propelleromrörare, varvld förhillandet mellan omrörarnas diameter och kammarens volym är mlnst 0,067 cm/liter, varvld nämnda omrörare Hr anordnade att Istadkomma släppzoner 1 strömnlngen, där det rider ett reducerat tryck och en strömnlngen upplösande lntensiv turbulens, och därav, att fiberuppslamningen leds 1 form av en Ström kontlnuerllgt genom nämnda kammare, varvld dispergerlngskoefficienten är större än 0,005, vilken dispergeringekoefficient fas genom dividering av nämnda relative omrörardia-meter med nämnda uppslamnlngs genomströmningsmängd 1 ton/24 h. I,