FI87815C - Kalandreringsfoerfarande och vals foer anvaendning vid foerfarandet samt anvaendningen av dessa - Google Patents

Description

8781 5 1 Kalanterointimenetelmä ja siinä käytettävä tela sekä näiden käyttö Kalandreringsförfarande och vals för användning vid förfarandet samt användnlngen av dessa 5

Keksinnön kohteena on menetelmä kalanteroinnlssa, jossa on yksi tai useampi telapari, jonka läpi kalanteroitava rata kulkee, jolloin kunkin parin toinen tela on kova tela, joka on kuumennettu metallitela ja kunkin parin 10 toinen tela on joustavapäällysteinen tela

Keksinnön kohteena on myös menetelmässä käytettävä tela sekä menetelmän ja telan käyttö.

15 Paperikoneesta tulevassa paperissa on raakatllassa karhea pinta, joka tarvitsee useimpia käyttötarkoituksia varten jälkikäsittelyä, joka johtaa pinnan tasoittumiseen ja tiivistymiseen. Jälkikäsittelyä varten ovat tunnettuja tasoituslaitteet (esim. konekalanterit) ja joustonippikalanterit (esim. soft- tai superkalanterit). Tasoituslaitteet käsittävät ainoastaan 20 kovia valsseja (teloja) ja ne tasoittavat paperin rajapinnat siten, että paperin pinnan muodostavat osat ovat oleellisesti yhdessä tasossa. Jousto-nippikalanterin valssivälit ovat nk. pehmeitä valssivälejä, ts. sellaisia, joissa kova valssi on klmmoisastl joustavan valssin parina. Joustonippi-kalantereissa klmmoisastl joustavat valssit ovat nykyaikana aivan vallit-25 sevasti paperivalsseja, ts. valsseja, jotka koostuvat päällekkäin kerrostetuista paperisulkalelsta. Kalenteri vaikuttaa myös tietyssä määrin tasoittumiseen, ensi sijassa kuitenkin kiiltoon, ts. paperirainan pinta tiivistyy ja sulkeutuu.

30 Hakemuksessa esitetyt nimitykset super- ja softkalanterointi eivät ole virallisia nimityksiä, jotkut puhuvat softkalanteroinnin sijaan matta-kalanteroinnista. Superkalanteri on off-machine-laite, kun taas soft-kalanteri on joko on-marhine- (1- tai 2-nippinen) tai off-machine-(-> 4-nippi;i) laite. Softkalantereissa joustavat telat eivät ole paperi-35 teloja, kuten Supereissa, vaan erityyppisiä polymeeri- tai vast, teloja, joiden oma sisäinen lämmönkehitys on paperiteloja vähäisempää ja merkkau-tumisherkkyys vähäisempi. Puhtaimmillaan softkalanterointi olisi kalante- 2 97815 1 rointia, joka suoritettaisiin on-line-toimintona korkeita lämpötiloja (selvästi Superin lämpötiloja korkeampia) hyväksikäyttäen mahdollisimman vähin nipein. Nykyisin softkalanteria käytetään paljolti konekalanterin sijaan mattalaaduilla sekä päällystetyillä papereilla paperi- tai pääl-5 lystyskoneen yhteydessä, kun joko ajonopeudet ovat alhaisia ja/tai koneet kapeita ja/tai käytettävät viivapaineet ja/tai lämpötilat eivät ole kaikista korkeimpia. Yleensä korkeakiiltoiset paperit kalanteroidaan edelleen Superilla.

10 Modulikalanteri tarkoittaa kalenteria, joka muodostuu yhdestä tai useammasta patentissa kuvatusta teräs- ja pehmeän telan muodostamasta nipistä (eli modulista).

Useimmat joustonippikalanterit ovat nk. superkalanterelta, jotka koos-15 tuvat joukosta päällekkäin järjestettyjä valsseja, jotka ovat vuorotellen pehmeitä ja kovia. Paperiraina kulkee tällä tavalla peräkkäin useiden valssivälien lävitse. Tyypillisessä superkalanterissa käytetyt kovat telat ovat metallia, yleensä terästä ja/tai valurautaa ja pehmeät telat ovat paperi- tai kangastäytteisiä.

20

Telaparlen metallitelat kuumennetaan yleensä hyvien tulosten saamiseksi.

Paperikalanterointiin liittyvänä pääongelmana on ollut joustavien telojen huono kyky kestää korkeita lämpötiloja. Aikaisemmat yritykset pidentää 25 joustavien telojen elinikää olivat sen teräsytimen jäähdyttäminen, tekemällä sen täyte asbestista ja selluloosasta ja käyttämällä niin kutsuttuja lämpöä kestäviä kuituja. Esim. US-patentin 3 291 039 mukaisesti joustava tela tehtiin enemmän lämpöä kestäväksi niin, että se sisälsi useita selluloosakuitulevyjä, jotka on käsitelty lisäaineella korkeimpien lämpö-30 tilojen kestämiseksi ja tekemällä pinnoite useakerroksiseksi. Patentin mukaan tämä tela kestää lämpötiloja 110-140°C.

Tekniikan tasona viitataan myös US-patenttiin 3 431 131, jossa käytetään kalenteria, jossa on kuumennetut kovat terästelat, sekä FI-hakemukseen 35 864020.

Edellä mainitunlaisissa superkalanterolnneissa joustavan telan puolella 3 87815 1 paperin ominaisuudet kehittyvät heikommin kuin terästelan puolella. Yksi syy on telojen erilaisissa pintaominaisuuksissa ja toinen siinä, että terästelojen pintalämpötilat ovat korkeammat kuin joustavien telojen.

Soft-kalanterointiin siirryttäessä pyritään käyttämään yhä korkeampia 5 lämpötiloja, jolloin puolten välinen ero entisestään kasvaa. Toispuoli-suuden minimoimiseksi on tällöin soft-kalanteroinnissa käytettävä parillista määrää nippejä, jolloin paperin molemmat puolet saavat yhtä monta terästelakäsittelyä, sillä ilman joustavaa vastatelaa ei paperia ole mahdollista kalanteroida korkeaan laatuun.

10

Teräs- ja joustavan telan antama erilainen kalanterolntitulos ja korkeiden lämpötilojen käytön toispuoleisuus (vain terästelan puolella) on ongelmana sekä super- että soft-kalanteroinnissa.

15 Aiemmin on tämän ongelman ratkaisemiseksi siis sofkalanteroinnissa käytetty parillista määrää nippejä, jolloin paperin kumpikin puoli saa yhtä monta (kuuman) terästelan käsittelyä.

Koska lämpöä ei olla voitu käyttää hyväksi kuin paperin toisella puolella 20 yhtä nippiä kohti, merkitsee se ylimääräisiä nippejä ja paperin huikin menetystä.

Keksinnön tarkoitus on aikaansaada kalanterointimentelmä ja siinä käytettävä tela, jolla vältetään edellä käsitellyt ongelmat.

25

Keksinnön mukainen menetelmä on täten pääasiallisesti tunnettu siitä, että menetelmässä lämmitetään myös mainitun joustavapäällysteisen telan pinta korkeaan lämpötilaan.

30 Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävä tela on puolestaan pääasiassa tunnettu siitä, että joustava telapäällyste on lämpöäjohtava tai siinä on lämpöä johtavaa materiaalia, joka voidaan kuumentaa korkeaan lämpötilaan.

35 Keksinnön edullisilla suoritusmuodoilla on alivaatimusten mukaiset tunnusmerkit .

4 ί<7815

Telaa ei ole tarkoitettu ainoastaan softkalantereissa käytettäväksi vaan myöskin superkalanterissa käytettäväksi. Muitakin mahdollisia käyttökohteita on, esim. paperikoneen puristinosa.

5 Keksinnön mukaisessa kalanterointimenetelmässä kunkin kalanterin telaparin kova tela ja joustava tela voidaan lämmittää joko perinteisesti sisältäpäin tai sitten sekä sisältä että ulkoa- tai vain ulkoapäin.

Jos lämmitys tapahtuu telan pintaan ainoastaan ulkopuolelta, on lämmitettävä 10 pinta tai pinnoite eristetty sisäpuolelta siitä syystä, että lämpöenergiaa ei kulkeudu hukkalämpönä telan sisäosiin. Jos käytetään myös sisäpuolista lämmitystä, ei eristekerrosta tarvita.

Jos käytetään vastatelana perinteistä terästelaa, on hyvä eristää tämän 15 teräsvaippa sisäpuolelta, jos esim. sisäpuolinen lämmitys (pinnan alla oleva) on porauksilla vaipassa tai sisäpuolista lämmitystä ei käytetä, jotta ulkopuolisen lämmönlähteen teho ei kulkeudu hukkalämpönä terästelan sisäosiin.

20 Lämmitys voidaan suorittaa esim. ulkoisesti induktiolla tai jollakin muulla menetelmällä, jolla aiheutetaan pinnoitteen tai päällysteen tai pinnoitteessa tai päällysteessä olevan lämpöä johtavan materiaalin kuumeneminen esim. säteilyllä tai johtumalla. Tällaisia menetelmiä voi induktion lisäksi olla ____: esim. erillinen lämmitettävä terästela, joka on kosketuksessa pinnoitteen • - 25 tai päällysteen pintaan tai infrapuna-, lyhytaalto- tai lasersäteily jne.

tai sitten perinteinen telan sisäinen öljy- tai kiertovesilämmitys riippuen lämmitettävän materiaalin luonteesta. Lämmityssysteemit voivat olla joko yksinään tai erilaisilla yhdistelmillä toimivia ja ovat sidoksissa siihen, kuinka suuren lämpötehon kalanterointiprosessi vaatii.

30

Terästelan pinnoitteena voidaan käyttää ennestään tunnettuja materiaaleja.

Joustavan telan pinnoite koostuu sideainepinnoitteesta ja lämpöäjohtavasta . materiaalista ja kuten aikaisemmin selvitettiin mahdollisesta eristeestä, 'λ. 35 5 ^7815

Sideainepinnoitteessa voi olla esim. jotakin korkeata lämpötilaa kestävää polymeeriä kuten polyimidi, polyamidi-imidi, polyeetteri-(eetteri)-ketoni jne. tai jotakin muuta materiaalia esim. metallikeraamimuovikomposiitti, jolle voidaan modifioida optimoidut jousto- ja kovuusominaisuudet sekä 5 mekaaniset ja tekniset ominaisuudet ja joka kestää korkeata lämpötilaa ja soveltuu kalanterointiprosessiin. Lämpöä johtava materiaali voi olla esim. hiiltä tai metallia hiukkas-, kuitu- tai kalvomuodossa tai jotain muuta materiaalia esim. komposiittiseos, jolla on hyvät lämmönjohtavuusominaisuudet ja joka voidaan yhdistää sideaineen kanssa. Eristemateriaali voi olla 10 esim. solumuovityyppinen tai jokin muu korkean eristyskyvyn omaava materiaali esim. keraamikomposiittityyppinen tai täyttötelatekniikkaa käytettäessä itse täyttömateriaali on eriste.

Telat valmistetaan ennestään tunnetuilla menetelmillä.

15

Keksinnössä käytettävän kalanteroinnin toiminta tapahtuu perinteisellä tunnetulla kalanteroinnin teletekniikalla, jossa muodostetaan kahden telan väliin nippiprosessi, jonka läpi paperiraina kulkee. Oleellinen ero aikaisemmin tunnettuun menetelmään nähden on siis siinä, että myös joustava 20 telapinnoite tai -päällyste lämmitetään prosessissa korkeaan pintalämpötilaan, edullisesti samaan lämpötilaan kuin terästelan pinta eli yleensä n. 200°C:een, mutta se voidaan tarvittaessa lämmittää jopa n. 300°C:een.

Lämmitettävänä terästelana voidaan käyttää perinteisesti ratkaisua, jossa 25 lämmitys tapahtuu sisältä sekä tarvittaessa ulkopuolelta, vaipan ollessa terästä. Vaihtoehtoisesti lämmitettävässä terästelassa käytetään eristystä, jolloin lämmitys tapahtuu ainoastaan ulkopuolelta, vaipan ollessa terästä. Vielä erään vaihtoehdon mukaisesti vaippa on erikoislujaa komposiittia toimien samalla eristeenä ja lämmitettävällä kerroksella on optimoidut 30 ominaisuudet ja lämmitys tapahtuu ulkoa.

Keksinnön mukaisesti lämmitettävässä joustavassa telassa lämpöä johtava pinnoite voidaan lämmittää sisältä ja ulkoa. Erään vaihtoehdon mukaisesti lämmitettävä pinnoite on metalloitu ja lämmitys tapahtuu ainoastaan ulkoa, 35 jolloin pinnoitteen alla on joustava ei-lämpöä johtava eriste. Muita vaih--· toehtoja on täyttötelatekniikalla (ennestään tunnettu menetelmä) tehty 6 B 7 81 5 joustava päällyste, jonka pinta on metalloitu ja lämmitys tapahtuu ulkoa. Vielä eräs vaihtoehto on kokonaan erikoislujaa komposiittia oleva vaippa, jolloin lämmitettävällä kerroksella on optimoidut jousto-ominaisuudet ja lämmitys tapahtuu ulkoa. Tekniikan tason ratkaisussa käytetään joustavaa 5 pinnoitetta tai päällystettä ja teräsakselin suuntaan puristettua päällystettä arkkimatriisista.

Tämän keksinnön edullisin sovellutus on 1-nippinen (esim. modulikalanteri) kalanteri ja paras ratkaisu on seuraavanlainen, koska tässä ratkaisussa 10 voidaan optimoida kalanterointiprosessi paperin molemmin puolin.

Terästela: - erikoiskova esim. keraamimetallikomposiitti tai optimoidut kovuusarvot omaava muovikomposiittipinnoite (lämpöä johtava) 15 - erikoisluja komposiitti, joka on samalla eriste ja telan vaippa - lämmitys tapahtuu induktiolla tai aikaisemmin mainitulla muulla ulkopuolisella lämmönlähteellä

Joustotela: 20 - lämmitettävä optimoidut jousto-ominaisuudet omaava pinnoite - erikoisluja komposiitti, joka on samalla eriste ja telan vaippa - lämmitys tapahtuu induktiolla tai muulla ulkopuolisella lämmönlähteellä

Suosittuja sovellutusmuotoja voi olla myös muita kuin yksinippinen kalan-25 teri, esim. on-line -prosessissa yksi tai useampi nippi peräkkäin (yksi tai useampi moduli), kun halutaan korkealuokkaista kiillotettua paperia.

Tässä keksinnössä voidaan kalanterointiprosessi optimoida käyttämällä kulloiseen sovellutukseen parasta yhdistelmää, joka koostuu terästelasta 30 lämmitettävää joustavaa telaa vastaan. Edellä selostettuja lämmitys- ja pinnoitemateriaalivaihtoehtoja voidaan siis yhdistää miten vain haluttujen ominaisuuksien ja sovellutuskohteiden mukaan.

Seuraavassa annetaan kuvioihin viitaten esimerkkejä edullisista sovellutus -35 esimerkkejä, joihin keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa.

7 87815 1 Esimerkki 1

Kuviossa 1 on esitetty leikkauskuvana keksinnön mukainen joustava tela, jossa lämmitys (L) tapahtuu sekä sisältä että ulkoa, ja jossa pinnoite 5 (1) muodostuu sideaineeseen dispergoiduista metallihiukkasista. Tämä on homogeeninen metallipolymeeriseos, jolloin pinnoite on kauttaaltaan lämpöä johtava. Koska lämmitys tapahtuu sekä sisältä että ulkoa, ei eristeitä tarvita. Vaippa (3) on terästä.

10 Esimerkki 2

Kuviossa 2 on esitetty leikkaus keksinnön mukaisesta joustavasta telasta, jonka lämmitys tapahtuu ainoastaan ulkoapäin toisella telalla, jossa on metallipinnoitus (la) eristemateriaali (2a) ja teräsvaippa (3a). Kuviossa 15 2 keksinnön mukaisessa lämmitettävässä joustavassa telassa on metalli- pinnoitus (1), jossa on eristeenä (2) toimiva täyttömateriaali ja jossa kuviossa näkyy myös telan teräsakseli (3).

• · Esimerkki 3 20

Kuviossa 3 on esitetty leikkaus keksinnön mukaisesta joustavasta telasta, jonka lämmitys tapahtuu ainoastaan ulkopuolelta. Telassa on tällöin lämpöä johtava pinnoite (1), eristekerros sen (2) alla, jonka alla on teräsvaippa (3).

25

Esimerkki 4

Kuviossa 4 on esitetty leikkaus keksinnön mukaisesta joustavasta telasta, jossa on lämpöä johtava pinnoite (1) ja sen alla myös eristeenä toimiva 30 erikoisluja komposiittivaippa (2). Lämmitys suoritetaan ulkoapäin.

Seuraavassa esitämme patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella.

35

Claims (15)

1. Menetelmä kalanteroinnissa, jossa on yksi tai useampi telapari, jonka läpi kalanteroitava rata kulkee, jolloin kunkin parin toinen tela on kova 5 tela, joka on kuumennettu metallitela ja kunkin parin toinen tela on jous-tavapäällysteinen tela, tunnettu siltä, että menetelmässä lämmitetään myös mainitun joustavapäällysteisen telan pinta korkeaan yli 110°C:een lämpötilaan.

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että joustava telapinnolte lämmitetään alempaan, samaan tai korkeampaan lämpötilaan kuin kuumennettu metallitela, riippuen paperilajista ja sen halutuista ominaisuuksista.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että kunkin telaparln telojen lämmitys suoritetaan yhdellä lait-*: teella tai eri laitteiden yhdistelmällä.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että kunkin telaparin telojen lämmitys voidaan suorittaa vain sisäpuolelta, sekä uiko- että sisäpuolelta tai vain ulkopuolelta.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kunkin telaparin telojen lämmitys tapahtuu samalla tavalla 25 tai eri tavalla.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kun lämmitys suoritetaan vain ulkopuolelta telan rungon ja sen pinnan väli eristetään. 30

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ulkopuolisina lämmönlähtelnä voi olla erillinen lämmitettävä terästela, infrapunasäteily, lyhyaaltosäteily, lasersäteily, riippuen lämmitettävän materiaalin luonteesta. 35

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukaisessa kalanterointimenetelmässä käytettävä tela, jossa menetelmässä käytetään yhtä tai useampaa telaparia, 9 87815 jonka läpi kalanteroitava rata kulkee, jolloin kunkin parin toinen tela on kova tela, joka on kuumennettu metallitela ja kunkin parin toinen tela on joustavapäällysteinen tela, tunnettu siitä, että joustava telapääl-lyste (1) on lämpöäjohtava tai siinä on lämpöä johtavaa materiaalia, joka 5 voidaan kuumentaa korkeaan lämpötilaan.

8 87815

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen tela, tunnettu siitä, että joustavalla telapäällysteellä (1) on optimoidut jousto- tai kovuusominaisuu-det sekä mekaaniset ja tekniset ominaisuudet. 10

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen tela, tunnettu siitä, että joustavan telan joustava telapäällyste (1) koostuu yhdistetystä side-ainepinnoitteesta ja lämpöäjohtavasta materiaalista.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 8-10 mukainen ja patenttivaatimuksen 5 mu kaisessa menetelmässä käytettävä tela, tunne ttu siitä, että telassa on eristekerros (2) teräsrungon ja pinnan välillä.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 8-10 tai 11 mukainen tela, tunnet- 2.0 t u siitä, että sideainepinnoitteessa (1) on korkeata lämpötilaa kestävää polymeeriä, kuten polyimidi-, polyamidi, -imidi- tai polyeetteri(eetteri) -ketoni tai muuta patenttivaatimuksen 8 edellyttämää materiaalia, esim. metallikeraami- muovikomposiittia ja lämpöäjohtava materiaali on hiiltä tai metallia hiukkaskuitu- tai kalvomuodossa tai komposiittiseos tai muu mate-25 riaali, jolla on hyvät lämmönjohtavuusominaisuudet, joka voidaan yhdistää sideaineen kanssa ja mahdollinen eristemateriaali voi olla solumuovityyp-pinen tai keraamikomposiittityyppinen tai täyttötelatekniikassa itse täyt-tömateriaali toimii eristeenä (2).

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukaisen menetelmän ja/tai jonkin pa tenttivaatimuksen 7-11 mukaisen telan käyttö 1-nippisessä kalanterissa.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että joustavan telan pinta lämmitetään ulkopuolisesti ja sen vaippa on erikois-35 lujaa keraamimetalli- tai muovikomposiittia, jonka sisäpuolella on eriste, edullisesti komposiittieriste, ja lämmitettävällä kerroksella on optimoidut jousto-ominaisuudet. 10 8781 5

15. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukaisen menetelmän ja/tai jonkin pa tenttivaatimuksen 8-12 mukaisen telan käyttö on-line-prosessissa, jossa on yksi tai useampi nippi peräkkäin korkealuokkaisen kiillotetun paperin saamiseksi. 5 15 20 25 30 35 n 87815