FI81645B - Foerfarande och anordning vid framstaellning av flerskiktsbana. - Google Patents

Description

1 81645

Menetelmä ja laite monikerrosrainan valmistuksessa

Keksinnön kohteena on menetelmä ainakin kahdesta erillisestä kuitumassakerroksesta muodostetun paperi- tai 5 kartonkirainan valmistamiseksi, jossa menetelmässä ensimmäisen kuitumassakerroksen pinnalle syötetään toinen kuitu-massakerros, jonka jälkeen kuitumassakerroksista poistetaan vettä yhtenäisen rainan muodostamiseksi.

Keksintö kohdistuu lisäksi laitteeseen menetelmän 10 toteuttamiseksi.

On ennestään tunnettua käyttää paperinvalmistuksen yhteydessä suurtaajuista, esim. ultraäänitaajuista värähtelyä. DE-patentissa 884457 on esitetty ratkaisu, jossa kuiturainan vedenpoiston tehostamiseen käytetään rainaan 15 kohdistettua ultraääntä. DE-patentissa 943029 on puolestaan laite ultraäänen johtamiseksi rainaan.

Paperinvalmistustekniikassa on tunnettua liittää rainan eri kerrokset yhteen siten, että vedenpoistoa sopivasti säätelemällä saadaan rainan sisältämä hienoaines 20 siirtymään "liimaksi" liitettävien kerrosten pintaan.

Kun kaksi tällaista kerrosta saatetaan vastakkain sopivassa kuiva-ainepitoisuudessa, syntyy hienoaineeksi sanotun, kuiduista irronneiden partikkeleiden ansiosta sidoksia ja näin kahdesta eri kerroksesta syntyy yhtenäinen raina.

25 Kartonki voi muodostua monestakin kerroksesta, mutta aina kerrosten yhteenliittäminen tapahtuu edellä kuvatulla tavalla.

Kun levyä taivutetaan, syntyy sen sisään tunnetusti leikkausjännityksiä, joiden maksimi on homogeenisen levyn 30 keskitasossa. Jos tähän kohtaan osuu kartongin eri kerrosten liitos, saattaa liitoksen lujuus olla levyn taivutusjäykkyyttä rajoittava tekijä. Edellä kuvattu "paperitekninen" liitos on ongelmallinen. Vähäinen muutos olosuhteissa saa aikaan sen, että liitosta ei synny laisinkaan tai se jää 53 kovin heikoksi. Parhaimmillaankin liitoksen lujuus on 2 81645 kartongin käyttösovellutuksia rajoittava tekijä.

Mikäli liitoksen lujuutta voitaisiin joillain keinoin parantaa, antaisi se lisää vapausasteita itse monikerrospaperin ja -kartongin valmistuksessa, koska 5 tärkeimpänä prosessia ohjaavana tekijänä ei enää olisikaan liitoslujuus vaan muut tarkoituksenmukaisuusseikat.

Muu tärkeä seikka saattaisi olla esim. tehokkaampi vedenpoisto, joka mahdollistaisi entistä suuremman tuotannon.

Edelleen parempi liitos antaisi mahdollisuuksia 10 kartongin uusille käyttökohteille, mikä puolestaan lisäisi sen kysyntää ja vilkastuttaisi alan teollisuutta.

Tämän keksinnön tarkoituksena on parantaa kahdesta tai useammasta kuitumassakerroksesta valmistetun monikerroksisen paperin tai kartongin kerrosten välistä sidosta 15 rainaa valmistettaessa ja se saadaan keksinnön mukaisesti aikaan siten, että kuitumassakerrosten välisen sidoksen parantamiseksi ainakin molempien kuitumassakerrosten muodostamaan yhtenäiseen rainaan kohdistetaan olennaisesti koko rainan leveydelle värähtelykenttä.

20 Esillä olevassa keksinnössä on uutta se, että kohdistamalla voimakas mekaanisen värähtelynkenttä paperi-tai kartonkikerroksen liitospintaan sitä yhteenliitettäessä saadaan liitoksen lujuuden kannalta tärkeät kuidut fibril-loitua eli "haaroitettua”, ja/tai hienoainetta siirrettyä 25 rainojen liitoskohtaan. Kuidut sitoutuvat toisiinsa juuri näiden fibrillien ja hienoaineen avulla. Liitoksen lujuus paranee oleellisesti, koska sekä fibrillien että välittävien hienoainepartikkeleiden määrä kasvaa. Kuitujen fibrilloinnin ansiosta paranee jonkin verran koko sidos-30 lujuus. Menetelmä ja sen käyttö on edullista myös muiden paperin ja kartongin ominaisuuksien kannalta. Näitä ovat: vedenpoiston tehostuminen, haluttu ja edullinen hienoaine-jakauma, täyteainejakauma, profiilin säätö, rainan sidos-lujuuden lisääminen tms.

35 Laitteena käytetään paperikoneen tai vastaavan poikki ulottuvaa ultraäänianturia tai anturiryhmää, jonka 3 81645 lähettämä kenttä sopivan tehotiheyden aikaansaamiseksi voidaan suunnata yhdensuuntaisena tai rainan liike- eli pituussuunnassa suppenevana värähtelykenttänä haluttuun kerrokseen rainassa. Rainan ja värähtelyanturin välissä 5 käytetään kontaktinestettä, jona sopivimmin toimii Tainasta poistettava vesi.

Keksintö kuvataan tarkemmin oheisten kuvioiden avulla, joissa kuvio 1 esittää kaaviollisesti keksinnön mukaista 10 laitetta ja kuvio 2 esittää keksinnön mukaisessa laitteessa käytettävän värähtelyelimen erästä toteutusmuotoa.

Kuviossa 1 on kaavamaisesti esitetty keksinnön mukainen paperi- tai kartonkikoneen formeri, jossa vii-15 roilla 1 ja 2 on ensimmäinen ja toinen kuitumassakerros 3 ja 4. Kuitumassakerrokset 3 ja 4 yhdistämällä saadaan valmis raina 5.

Viiran 1 alla on vedenpoistoa varten esimerkiksi foililaatikko 6 sekä kuitumassakerroksen 3 liitospinnan 20 kuitujen käsittelemistä varten ultraäänianturit 7 ja 8.

Viiraa 2 vasten puolestaan on kuitumassakerroksen 4 liitospinnan kuitujen käsittelemistä varten ulträäni-anturi 9. Anturit 8 ja 9 ovat edullisesti fokusoitua värähtelyä lähettävää mallia.

25 Formerissa on tela 10, jonka kohdalla viirojen 1 ja 2 päällä olevat kuitumassakerrokset 3 ja 4 yhdistyvät liitoskohdassa 11 ja puristuvat samalla toisiaan vasten.

Liitoskohdan 11 jälkeen valmiin rainan 5 molem- 30 millä puolilla on edullisesti fokusoitua värähtelyä lähettävät ultraäänianturit 12 ja 13 sekä imulaatikko 14, jonka avulla raina imetään alapuolelle jäävälle viiralle 1.

Formerissa on lisäksi muita yleisesti tunnettuja 35 osia, kuten viirojen käsittelyyn ja ohjaamiseen liittyvät 4 81645 telat 15 ja 16 sekä muita ei esitettyjä osia.

Keksinnön mukaisesti syötettäessä kuitumassa-kerroksia 3 ja 4 toisiaan kohti niiden liitospintoihin eli valmiissa rainassa 5 toisiinsa tarttuviin pintoihin 5 kohdistetaan ultraäänivärähtelyä, joka saa kuidut fibrilloitumaan. Anturi 7 lähettää kuitumassakerrokseen 3 tasaleveän värähtelykentän, jolloin kerroksessa oleva hieno kuituaines saadaan liikkuvaksi. Foililaation 6 avulla hienon kuituaineksen jakautumaa kerroksessa voidaan 10 muuttaa liitoksen muodostumisen kannalta edulliseen suuntaan .

Ultraäänianturi .8 lähettää kuitumassakerrokseen 3 värähtelykentän, joka edullisimmin on fokusoitu siten, että kerroksen yläpintaan eli liitospintaan kohdistuu 15 lähes viivamainen voimakas värähtely, joka saa kuidut fibrilloitumaan. Vastaavasti ultraäänianturi 9 lähettää kuitumassakerrokseen 4 sen liitospintaan fokusoidun värähtelykentän kerroksen liitospinnan kuitujen fibril-loimiseksi.

20 Kuitumassakerrosten 3 ja 4 siirtyessä viirojen 1 ja 2 mukana ne yhdistyvät telan 10 kohdalla liitoskohdassa 11, jonka jälkeen olevat fokusoitua värähtelyä lähettävät ultraäänianturit 12 ja 13 on asennettu siten, että fokusoitu lähes viivamainen kenttä on olennaisesti 25 kuiturainakerrosten 3 ja 4 liitospinnassa ja saa siinä olevat kuidut tarttumaan toisiinsa.

Syötetyn energian ansiosta hienoaines saadaan liikkuvaksi rainan paksuussuunnassa ja sen tarkoituksenmukaiseen jakautumaan voidaan vaikuttaa viiran vedenpoisto-30 kalustolla. Hienoainesta voidaan liikuttaa rainan paksuus-suunnassa kumpaan suuntaan tahansa. Yleensä on edullista siirtää sitä suurempipitoisesta rainasta köyhempään.

5 81645

Keksinnölle on edelleen ominaista se, että riittävän tehokas värähtelyintensiteetti saadaan aikaan käyttäen hyväksi värähtelevän kentän fokusointia siten, että värähtelyenergia keskitetään, ei polttopisteeksi, vaan 5 polttoviivaksi rainan poikkisuunnassa kuitumassakerrosten liitospintaan. Tällöin kohdistettaessa värähtely kuitu-rainakerrosten liitospintoihin ennen kerrosten liitoskohtaa saadaan liitospintojen kuidut fibrilloitumaan ja siten liitoksen muodostamiseen sopivammiksi. Kun liitoskohtaan 10 tai pian sen jälkeen muodostuneen rainan (5) liitospintaan (23) kohdistetaan värähtely, takertuvat fibrilloituneet kuidut toisiinsa lujasti muodostaen tukevan liitoksen.

Valmistettaessa erilaisia paperi- tai kartonki-lajikkeita rainan paksuus vaihtelee. Siksi on tarpeen 15 säätää värähtelykentän muotoa riittävän tehon aikaan saamiseksi haluttuun rainan kerrokseen. Säätö voidaan toteuttaa liikuttelemalla anturia kohti rainaa tai siitä poispäin. Toinen mahdollisuus on rivianturin rivien kiertäminen tai kallistaminen siten, että polttoväli 20 muuttuu. Anturirivien kallistaminen voidaan toteuttaa saranoimalla rivit toisiinsa nähden tai asentamalla rivit elastiselle alustalle, jota taivutetaan hydraulisesti, pneumaattisesti tai mekaanisesti.

On myöskin mahdollista vaihtaa toisen kaarevuus-25 säteen omaava anturi entisen paikalle. Etäisyyttä voidaan säätää liikuttelemalla värähtelyanturia lähemmäs tai kauemmas rainasta säätämällä kontaktinestekerroksen paksuutta rainan ja anturin välissä. Kaikissa tapauksissa on välttämätöntä, että kontaktineste on ehjänä kerroksena 30 värähtelyanturin ja rainan välissä.

Kun rainan paksuus on suurimmillaankin parin kolmen millimetrin suuruusluokkaa, on käytännön säätötarve tavattoman vähäinen, mutta ei suinkaan merkityksetön.

Kuviossa 2 on yksityiskohtaisemmin esitetty eräs 35 keksinnön toteuttamiseen soveltuva fokusoitu ultraääni- 6 81645 anturirakenne, jossa konvergenssia voidaan muuttaa ja siten säätää viivamaisen kentän asemaa rainan suhteen.

Anturissa 12 on varsinainen anturi 17, joka on kiinnitetty runkoon 18 esimerkiksi ruuveilla 19. Anturin 5 17 ja rungon 18 välissä on kanava, johon voidaan syöttää väliainetta 20, joka voi olla nestettä tai kaasua.

Anturin 17 värähtelyä lähettävä pinta 21 on lieriömäinen ja pinnan 21 ja viiralla 1 olevan rainan 5 välissä on kontaktinestettä 22, joka edullisesti on rainasta 10 5 poistettua vettä.

Lieriömäisen pinnan 21 vuoksi anturista lähtevä värähtely, joka lähtee pintaa vastaan kohtisuorasti suuntautuu olennaisesti saman rainan 5 sisällä olevan viivan kautta, mikäli lieriöpinta on ympyrälieriö. Pinnan 1 5 muodon poiketessa ympyrälieriöstä saadaan viivan sijaan esim. rainan pituussuunnassa pidennetty voimakkaan väräh-telykentän muodostama kuvio.

Syöttämällä anturin 17 ja rungon 18 väliseen kanavaan paineväliainetta, saadaan painetta muuttamalla 20 anturin pinnan kaarevuus muuttumaan anturin taipuessa paineen muutoksen mukaan enemmän tai vähemmän. Tällöin vastaavasti konvergenssilinja siirtyy anturista 12 kauemmaksi tai sitä lähemmäksi ja siten rainan 5 suhteen sen paksuussuunnassa. Säätämällä konvergenssia esitetyllä 25 tavalla se saadaan kohdistetuksi halutulla tavalla kuitu-massakerrosten 3 ja 4 liitoskohtaan 23.

Koska ultraäänikenttä saa veden molekyylit värähtelemään, kuidut eivät voi tarttua toisiinsa kiinni, vaan kitka häviää lähes kokonaan. Siten voidaan vaikuttaa 30 kuiturainan ja täyteaineen keskinäiseen suotautumisvas-tukseen, ja saada hienoaine liikkumaan helposti rainan paksuussuunnassa.

Sovellutuksesta riippuen antureita voi olla yksi tai useampia samalla tai eri puolilla rainaa. Samoin antu-35 reihin syötettävän värähtelyenergian jaksoluku voi 1 81645 vaihdella anturista ja/tai ryhmästä toiseen sopivan vaikutuksen aikaansaamiseksi.

Edellä on viitattu kahteen erilaiseen ilmiöön, joilla rainakerrosten sitoutumista voidaan estää. Halut-5 taessa fibrilloida kuituja on tarkoituksenmukaista keskittää suuri energiatiheys juuri rainan liitospintaan. Suuri energiatiheys on tarpeen siksi, että voidaan rikkoa kuidun rakennetta riittävästi sinä muutaman millisekunnin aikana, jonka kuitu viipyy värähtelykentässä.

10 Kun taas halutaan vaikuttaa hienoainejakaumaan, on silloin kyse suuruusluokaltaan kymmenesosamillitetrien matkasta, jonka hienoainepartikkelit joutuvat kulkemaan huopautuneessa rainassa. Käytettävissä olevat voimat ovat heikkoja, perustuen lähinnä erilaisilla vedenpoistoelimillä 15 saavutettaviin paine-eroihin. Siksi hienoaineen siirtymiselle on varattava aikaa oleellisesti enemmän kuin edellisessä vaihtoehdossa. Tällöin ei voida käyttää fokusoitua kenttää, vaan on turvauduttava tasoanturin kenttään. Värähtelyn intensitteetin ei tarvitse olla kovin korkea, 20 vaan kyseessä on vain veden ja kiinteän kuidun välisen adheesion pienentäminen.

Sopiva värähtelyn jaksoluku on 20 - 100 kHz ja tehotiheys anturin pinnalla 20 - 100 W/cm2. Saattaa olla edullista myös käyttää eri antuririveissä erilaisia jakso-25 lukuja tai eri rivit olla sopivasti vaiheistettuja toisiinsa nähden.

Keksintöä voidaan soveltaa monella tavalla. Väräh-telykenttä voidaan kohdistaa pelkästään valmiiseen rainaan ja antureita voi olla kerrosten liitoskohdassa sekä sen 30 jälkeen useita peräkkäin rainan pituussuunnassa. Anturit voivat sijaita vain rainan yhdellä puolella tai niitä voi olla molemmin puolin.

Valmiin rainan lisäksi värähtelykenttä voidaan kohdistaa myös toiseen tai kumpaankin yhteen liitettävään 35 kuitumassakerrokseen ennen niiden liitoskohtaa.

8 81645

Edellä esitetyn kaksikerrosrainan valmistamisen lisäksi keksintö voidaan soveltaa useampikerroksisen rainan valmistumiseen, jolloin värähtelyä lähettäviä antureita voidaan käyttää aina kutakin uutta kuitumassa-5 kerrosta edellisiin liitettäessä. Tällaisissa tapauksissa anturit kohdistetaan aina uuden liitospinnan suhteen edellä esitetyllä tavalla.

Claims (13)

9 81 645

1. Menetelmä ainakin kahdesta erillisestä kuitu-massakerroksesta (3, 4) muodostetun paperi- tai kartonki- 5 rainan (5) valmistamiseksi, jossa menetelmässä ensimmäisen kuitumassakerroksen (3) pinnalle syötetään toinen kui-tumassakerros (4), jonka jälkeen kuitumassakerroksista (3, 4. poistetaan vettä yhtenäisen rainan (5) muodostamiseksi, tunnettu siitä, että kuitumassakerrosten (3, 10 4) välisen sidoksen parantamiseksi ainakin molempien kui tumassakerrosten (3, 4) muodostamaan yhtenäiseen rainaan (5) kohdistetaan sinänsä tunnetulla tavalla olennaisesti koko rainan leveydelle värähtelykenttä ja että värähtely-kenttä kohdistetaan rainaan välittömästi kuitumassaker- 15 rosten (3, 4) liitoskohdan (11) jälkeen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että värähtelykenttä muodostetaan ultraääniantureiden (12, 12) avulla.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että värähtelykenttä muodostetaan kohdistamalla rainaan (5) ultraäänivärähtelyä sen molemmilta puolilta.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että värähte- 25 lykenttä on muodostettu rainan pituussuunnassa fokusoivaksi .

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että fokusoidun värähtelykentän fokusointilinja sijaitsee olennaisesti kahden toisiinsa 30 liittyvän kuitumassakerroksen (3, 4) liitospinnan (23) kohdalla.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin toiseen kuitumassakerrokseen (3, 4) kohdistetaan värähtelykenttä 10 81 645 ennen kuitumassakerrosten (3, 4) liitoskohtaa (11).

7. Laite ainakain kahdesta erillisestä kuitumassa-kerroksesta (3, 4) muodostetun paperi- tai kartonkirainan (5) valmistamiseksi, johon laitteeseen kuuluu välineet 5 kuitumassakerrosten (3, 4) siirtämiseksi koskettamaan toisiaan sekä välineet veden poistamiseksi muodostuneesta rainasta (5), tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu elimiä (12, 13) värähtelykentän kohdistamiseksi ainakin muodostuneeseen rainaan (5) olennaisesti sen koko 10 leveydeltä kuitumassakerrosten (3, 4) liitoskohtaan (11) tai sen jälkeen.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunne t t u siitä, että siihen kuuluu lisäksi elimiä (7, 8, 9) värähtelykentän kohdistamiseksi ainakin toiseen 15 kuitumassakerrokseen (3, 4) ennen kuitumassakerrosten (3, 4) liitoskohtaa (11).

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että ainakin osa elimistä (7, 8, 9, 12, 13) värähtelykentän kohdistamiseksi on muodostettu 20 ultraääniantureista.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että ainakin osa ultraääniantureista (7, 8, 9, 12, 13) on fokusoitu muodostamaan rainan (5) poikkisuunnassa konvergoivan olennaisesti viivamaisen 25 värähtelykentän.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että viivamaisen värähtelykentän muodostavat anturit ovat aseteltavissa rainaan(5) nähden sellaiselle etäisyydelle, että viivamainen värähtelykenttä 30 sijaitsee olennaisesti kuitumassakerrosten (3, 4) liitos- pinnan (2 3) kohdalla.

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että rainan (5) poikkisuunnassa samalla kohdalla samalla puolella olevien ultraääniantu- 35 reiden (7, 8, 9, 12, 13) konvergenssi on säädettävissä. 11 81645

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 7-12 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen kuuluu kaksi kuitumassakerrosten (3, 4) liitoskohdan (11) jälkeen rainan (5) vastakkaisilla puolilla sijaitsevaa elintä (12, 13) värähtelykentän kohdistamiseksi rainaan (5) sen molemmilta puolilta. 12 81 645