FI94403B

FI94403B - Method for the manufacture of a composite roll and composite roll manufactured according to the method

Info

Publication number: FI94403B
Application number: FI920941A
Authority: FI
Inventors: Juhani Niskanen; Kari Holopainen
Original assignee: Valmet Paper Machinery Inc
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1995-05-31
Also published as: FI920941A; FI920941A0; FI94403C

Description

9440394403

Menetelmä komposiittitelan valmistamiseksi ja menetelmän mukaisesti valmistettu komposiittitela Förfarande för framställning av en kompositvals och enligt förfarandet framställd kompositvals 5Method for making a composite roll and a composite roll prepared according to the method For the production of composite rolls and for the production of composite rolls 5

Keksinnön kohteena on menetelmä paperikoneen tai paperin jälkikäsittelylaitteiden komposiittitelan valmistamiseksi, jossa menetelmässä telarunko valmistetaan kelausko-neessa syöttämällä koneeseen samanaikaisesti matriisimateriaalia ja lujitekuituja ja 10 varustamalla telarunko kovalla, kulutuskestävällä ja tarttumista ehkäisevällä pinnoitteella.The invention relates to a method for manufacturing a composite roll of a paper machine or paper finishing equipment, in which method the roll body is manufactured in a winding machine by simultaneously feeding matrix material and reinforcing fibers and providing the roll body with a hard, wear-resistant and anti-adhesive coating.

Keksinnön kohteena on myös menetelmän mukaisesti valmistettu komposiittitela, joka käsittää matriisimateriaalista ja lujitekuiduista kelaamalla valmistetun telarungon, joka 15 on varustettu kovalla, kulutuskestävällä ja tarttumista ehkäisevällä pinnoitteella.The invention also relates to a composite roll made according to the method, comprising a roll body made by winding a matrix material and reinforcing fibers, which is provided with a hard, wear-resistant and anti-adhesive coating.

Paperikoneessa ja paperin jälkikäsittelylaitteissa käytetyt telat ovat tähän asti yleisimmin olleet rakenteeltaan metallia, koska tällaiset telat on suhteellisen yksinkertaista valmistaa haluttuihin mittoihin ja toleransseihin. Haittapuolena tällaisilla teloilla on 20 useissa käyttökohteissa kuitenkin se, että ne ovat erittäin raskaita ja toisaalta kaikissa käyttökohteissa ei teloilta edes edellytetä suurta mittatarkkuutta. Paperikoneisiin liittyvän tekniikan tason osalta todetaan vielä, että esim. lasikuidulla vahvistetusta .. lujitemuovista valmistetut paperikoneen telat ovat ennestään tunnettuja esim. viiranjoh- toteloina. Lasikuitupäällystettä käytetään kuitenkin näissä tapauksissa yksinomaan 25 korroosiosuojana eikä telan rakenteellisena osana. Viimeaikoina on paperikoneissa alettu käyttää myös komposiittiteloja mm. paperinjohtoteloina ja viiranjohtoteloina sekä vastaavissa käyttökohteissa. Tällaisten telojen etuna on erityisesti niiden keveys . . verrattuna metallirunkoisiin teloihin. Komposiittitelat on kuitenkin aikaisemmin valmis tettu siten, että niiden pinnoite on eri materiaalia tai erilaista materiaalia kuin itse 30 telarunko. Tästä johtuen on telojen valmistus ollut monimutkaista ja niiden valmistuskustannukset ovat olleet korkeita.The rolls used in paper machines and paper finishing machines have so far most commonly been metal in structure, as such rolls are relatively simple to fabricate to the desired dimensions and tolerances. However, the disadvantage of such rollers in many applications is that they are very heavy and, on the other hand, the rolls are not even required to have high dimensional accuracy in all applications. With regard to the state of the art related to paper machines, it is also stated that, for example, rolls of a paper machine made of glass fiber reinforced .. reinforced plastic are already known, for example, as wire guide rolls. However, the fiberglass coating is used in these cases exclusively as a corrosion protection and not as a structural part of the roll. Recently, composite rolls have also been used in paper machines, e.g. as paper guide rolls and wire guide rollers and in similar applications. The advantage of such rollers is in particular their lightness. . compared to metal frame rollers. However, the composite rolls have previously been made with a coating of a different material or material than the roll body 30 itself. As a result, the manufacture of rolls has been complex and their manufacturing costs have been high.

2 944052 94405

Tekniikan tason suhteen viitataan lisäksi julkaisuun 35 27 912, jossa on esitetty valmistusmenetelmä, jossa lieriömäisen telarungon päälle kelataan fenoli-formaldehydihartsilla päällystettyä hiilikuitua. Kelauksen jälkeen menetelmässä hartsi kovetetaan ja edelleen tämän jälkeen ruiskutetaan telan pintaan pinnoite plasmaruiskutusteknii-5 kalla.With regard to the prior art, reference is further made to publication 35 27 912, which discloses a manufacturing method in which phenolic formaldehyde resin-coated carbon fiber is wound on a cylindrical roll body. After winding, in the method, the resin is cured and further thereafter the coating is sprayed on the surface of the roll with a plasma spraying technique.

Nyt esillä olevan keksinnön päämääränä on saada aikaan parannus tekniikan tason mukaisten komposiitti telojen valmistusmenetelmiin ja näiden menetelmien mukaisesti valmistettuihin teloihin. Tämän toteuttamiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle 10 pääasiassa tunnusomaista, että menetelmässä pinnoite valmistetaan telarungon kelauksen yhteydessä siten, että telarungossa olevat lujitekuidut korvataan pinnoitteessa matriisimateriaalin sekaan syötetyllä, partikkelien muodossa olevalla täyteaineella.It is an object of the present invention to provide an improvement in prior art methods for making composite rolls and rolls made in accordance with these methods. To achieve this, the method 10 according to the invention is mainly characterized in that in the method the coating is prepared in connection with the winding of the roll body by replacing the reinforcing fibers in the roll body with a particulate filler fed into the coating.

Keksinnön mukaiselle telalle on pääasiassa tunnusomaista, että pinnoite on valmistettu 15 telarungon kelauksen yhteydessä siten, että pinnoitteessa on telarungossa olevat lujitekuidut korvattu matriisimateriaalin sekaan syötetyllä, partikkelien muodossa olevalla täyteaineella.The roll according to the invention is mainly characterized in that the coating is produced in connection with the winding of the roll body 15 in such a way that the reinforcing fibers in the roll body are replaced by a particulate filler fed into the matrix material.

Keksinnöllä saadaan aikaan tekniikan tasoon nähden useita etuja, joista tässä yhteydes-20 sä voidaan tuoda esiin mm. seuraavat. Keksinnön mukaisessa menetelmässä on saatu yhdistettyä ennestään tunnettuihin ratkaisuihin liittyvät kaksi erillistä työvaihetta, • · 1 * minkä ansiosta keksinnön mukaisen telan valmistus on yksinkertaista ja olennaisesti halvempaa kuin aikaisemmin. Keksinnön mukaisessa menetelmässä nimittäin telan pinnoite voidaan valmistaa itse telarungon tai putken kelauksen yhteydessä. Keksinnön 25 edullisessa sovellutusmuodossa telapinnoitteessa voidaan käyttää samaa matriisimateri-aalia kuin itse telarungossa, minkä ansiosta keksinnön mukaisesti valmistetun telan mittapysyvyys on erittäin hyvä ja lisäksi telan lämpölaajeneminen on yksinkertaisesti hallittavissa. Edelleen voidaan keksinnön eduista mainita telan keveys, minkä johdosta telan käsittely esim. telavaihdon aikana on helpompaa ja minkä johdosta telan kannatus-30 rakenteilta ei vaadita niin paljon kuin raskaammilta metallirunkoisilta teloilta. Keksinnön 94403 3 muut edut ja ominaispiirteet käyvät ilmi jäljempänä seuraavasta keksinnön yksityiskohtaisesta selostuksesta.The invention provides several advantages over the prior art, of which e.g. following. In the method according to the invention, it is possible to combine two separate work steps related to previously known solutions, which makes the production of the roll according to the invention simple and substantially cheaper than before. Namely, in the method according to the invention, the coating of the roll can be produced in connection with the winding of the roll body or the pipe itself. In a preferred embodiment of the invention 25, the same matrix material can be used in the roll coating as in the roll body itself, as a result of which the dimensional stability of the roll made according to the invention is very good and in addition the thermal expansion of the roll is simply controllable. Further advantages of the invention are the lightness of the roll, as a result of which the handling of the roll, e.g. during roll change, is easier and as a result the roll support structures are not required as much as heavier rolls with metal frames. Other advantages and features of the invention 94403 3 will become apparent from the following detailed description of the invention.

Seuraavaksi keksintöä selitetään esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioihin 5 viittaamalla.The invention will now be described, by way of example, with reference to Figures 5 of the accompanying drawing.

Kuviossa 1 on täysin kaaviomaisesti esitetty keksinnön mukainen tela perspektiivikuvana.Figure 1 is a completely schematic perspective view of a roll according to the invention.

10 Kuviossa 2 on yksityiskohtaisemmin esitetty osittaisena leikkauskuvana kuvion 1 mukaisen telan rakennetta.Figure 2 shows in more detail a partial sectional view of the structure of the roll according to Figure 1.

Piirustuksen kuvioissa on telaa merkitty yleisesti viitenumerolla 10. Tela 10 on valmistettu komposiitista, eli se käsittää matriisimateriaalin 12, joka on esim. hartsia tai 15 vastaavaa, sekä lujitteena toimivat kuidut 13. Näistä materiaaleista on telarunko 11 valmistettu putkeksi tai putkimaiseksi ennestään tunnetulla tavalla kelaamalla esim. siten, kuin on aikaisemmin esitetty mm. suomalaisissa kuulutusjulkaisuissa n:ot 72 765 ja 72 766. Koska tällä tavoin valmistettu tela ei sellaisenaan ole käyttökelpoinen paperikoneen telaksi, on telarunko 11 varustettava pinnoitteella 14 telan pinnan 17 20 saamiseksi riittävän kovaksi, kulutuskestäväksi ja tarttumista ehkäiseväksi. Mainittu pinnoite 14 koostuu esim. hartsia olevasta matriisimateriaalista 12a sekä sopivasta • täyteaineesta 15, esim. keräämiä olevista partikkeleista. Matriisimateriaali 12a voi pinnoitteessa 14 olla erilaista kuin telarungossa 11 oleva matriisimateriaali 12, mutta edullisimmin käytetään sekä telarungossa 11 että pinnoitteessa 14 samaa matriisimateri-25 aalia 12, koska tällöin voidaan koko tela 10 valmistaa alusta loppuun samalla koneella ja samassa työvaiheessa.In the figures of the drawing, the roll is generally indicated by reference numeral 10. The roll 10 is made of a composite, i.e. it comprises a matrix material 12, e.g. resin or the like, and reinforcing fibers 13. From these materials, the roll body 11 is made tubular or tubular by winding e.g. as previously described e.g. in Finnish published publications Nos. 72 765 and 72 766. Since a roll made in this way is not as such suitable for a paper machine roll, the roll body 11 must be provided with a coating 14 to make the roll surface 17 20 sufficiently hard, wear-resistant and anti-adhesive. Said coating 14 consists e.g. of a resin matrix material 12a and a suitable filler 15, e.g. of particles to be collected. The matrix material 12a in the coating 14 may be different from the matrix material 12 in the roll body 11, but most preferably the same matrix material 12 is used in both the roll body 11 and the coating 14, because the entire roll 10 can be manufactured from start to finish on the same machine and in the same operation.

Itse telarunko 11 valmistetaan lujitemuovi tekniikasta ennestään täysin tunnetulla tavalla kelaamalla syöttäen kelauskoneeseen samanaikaisesti lujitekuituja 13 ja matriisimate-30 riaalia 12. Keksinnön mukaisessa menetelmässä telan pinnoite 14 valmistetaan telarun-gon 11 kelauksen yhteydessä. Tämä saadaan aikaan siten, että kun itse telarunko 11 on 4 94403 saatu riittävän vahvuiseksi ja paksuiseksi, lopetetaan lujitekuitujen 13 syöttö ja sen sijaan aletaan koneeseen syöttää kuitujen sijasta sopivaa täytemateriaalia 15, esim. keraamisia partikkeleita. Pinnoitteessa 14 on näin ollen telarungossa 11 olevat kuidut korvattu täyteaineella 15. Mikäli pinnoitteessa 14 halutaan käyttää erilaista matriisima-5 teriaalia 12a kuin itse telarungossa 11, aletaan telarungon 11 ja pinnoitteen 14 välisessä rajakerroksessa 16 kelauskoneeseen lisäksi syöttää pinnoitteen 14 matriisimateriaalia 12a samalla, kun telarungon 11 matriisimateriaalin syöttö suljetaan. Edullisimmin kuitenkin keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään sekä telarungossa 11 että pinnoitteessa 14 samaa matriisimateriaalia 12. Tällöin, kun telarungon 11 ja pinnoitteen 10 14 välinen rajakerros 16 on valmistuksen aikana saavutettu, lopetetaan lujitekuitujen 13 syöttö kelauskoneeseen ja nämä lujitekuidut 13 korvataan pinnoitteen 14 valmistuksen yhteydessä täyteaineen, esim. keraamisten partikkeleiden 15 syöttämisellä. Tällä saadaan aikaan se merkittävä etu, että sekä telarunkoon 11 että pinnoitteeseen 14 saadaan täysin homogeeninen matriisi 12.The roll body 11 itself is made of reinforcing plastic in a manner well known in the art by winding, simultaneously feeding reinforcing fibers 13 and matrix material 12 to the winding machine 12. In the method according to the invention, the roll coating 14 is produced in connection with winding the roll body 11. This is achieved in that when the roll body 11 itself has been made sufficiently strong and thick, the feeding of the reinforcing fibers 13 is stopped and instead a suitable filling material 15, e.g. ceramic particles, is introduced into the machine instead of the fibers. Thus, in the coating 14, the fibers in the roll body 11 have been replaced by a filler 15. If a different matrix material 12a is used in the coating 14 than in the roll body 11 itself, in the boundary layer 16 between the roll body 11 and the coating 14 the supply of matrix material is closed. Most preferably, however, the method according to the invention uses the same matrix material 12 in both the roll body 11 and the coating 14. In this case, when the boundary layer 16 between the roll body 11 and the coating 10 14 is reached during manufacture, the reinforcing fibers 13 by feeding ceramic particles 15. This provides the significant advantage of providing a completely homogeneous matrix 12 in both the roll body 11 and the coating 14.

1515

Tela 10 voidaan edullisimmin valmistaa myös siten, että telassa ei tule olemaan mitään varsinaista telarungon 11 ja pinnoitteen 14 välistä rajakerrosta 16. Tämä saadaan keksinnön mukaisessa ratkaisussa toteutettua siten, että muutosalue telarungosta 11 pinnoitteeseen 14 tehdään joustavaksi siten, että kun telarunko 11 on saatu kelattua 20 tiettyyn vahvuuteen, aletaan valmistuksen yhteydessä vähentää kuitujen 13 määrää samalla, kun täyteaineen 15 syöttöä lisätään. Lopuksi kuitenkin on itse telan pinnan • · t * 17 läheisyydessä kuitujen 13 syöttö kokonaan katkaistu ja tämän sijasta on kelauksessa matriisimateriaalin 12 sekaan syötetty pelkästään täyteainetta 15. Tällaisessa tapauksessa saadaan aikaan erittäin luja ja mittapysyvä tela, koska telassa ei ole olemassa mitään 25 varsinaista telarungon 11 ja pinnoitteen 14 välistä rajakerrosta 16.The roll 10 can also preferably be manufactured in such a way that there will be no actual boundary layer 16 between the roll body 11 and the coating 14. This can be realized in the solution according to the invention by making the change area from the roll body 11 to the coating 14 flexible so that when the roll body 11 has been wound. to a certain strength, the amount of fibers 13 is reduced during manufacture while the supply of filler 15 is increased. Finally, however, in the vicinity of the roll surface itself, the supply of fibers 13 is completely cut off and instead only the filler 15 is fed into the matrix material 12 in the winding. In this case a very strong and dimensionally stable roll is obtained because there is no actual roll body 11 in the roll. and a boundary layer 16 between the coating 14.

Edellä on keksintöä selitetty esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioihin viittaamalla. Keksintöä ei kuitenkaan ole rajoitettu koskemaan pelkästään kuvioissa esitettyä esimerkkiä, vaan keksinnön eri suoritusmuodot voivat vaihdella oheisissa patenttivaati-30 muksissa määritellyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.The invention has been described above by way of example with reference to the figures of the accompanying drawing. However, the invention is not limited to the example shown in the figures, but the various embodiments of the invention may vary within the scope of the inventive idea defined in the appended claims.

•«• «

Claims

A method of making a composite roll for a paper machine or for paper finishing devices, wherein the method of the roll body (11) is produced in a winding machine by simultaneously feeding matrix material (12) and reinforcing fibers (13) and supplying the roll body ( 11) with a hardened, durable coating (14) which prevents interference, characterized in that during the process the coating (14) is made in conjunction with the winding of the roller body (11) in such a way that the reinforcing fibers (13) in the roller body (11) ) in the coating (14) is replaced by a filler (15) measured among the matrix material in the form of particles.

Method according to claim 1, characterized in that the same matrix material (12) is used in the roll body (11) and the coating (14). 15

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the transition from roll body (11) to coating (14) is made flexible in such a way that when the roll body (11) in connection with the winding is obtained given a thickness, the amount of bending is reduced. fibers (13) on the same thread as the feed of the filler (15) are increased without interrupting the feeding of matrix material (12) therebetween. ♦

Method according to any of the preceding claims 1-3, characterized in that when the winding comes close to a desired rolling surface (17), the feed of reinforcing fibers (13) is terminated and the fibers are completely replaced with filler (15). 25

Method according to claim 1, characterized in that different matrix materials (12, 12a) are used in the roll body (11) and the coating (14).

A composite roll made by a method according to any one of the preceding claims 1-5, comprising a roll body (11) made by winding matrix material (12) and reinforcing fibers (13), said roll body provided with a core 4403 and durable coating which prevents engagement, characterized in that the coating (14) is made in conjunction with the winding of the roller body (11) on such a side, that in the bond (14) the reinforcing fibers (13) in the roller body (11) have been replaced with particulate filler (15) fed among the matrix material. 5

Composite roll according to claim 6, characterized in that the matrix material (12) is the same, both in the roll body (11) and in the coating (14).

Composite roller according to claim 6 or 7, characterized in that the transition from roller body (11) to coating (14) is flexible in such a way that the amount of filler (15) increases as the amount of fibers (13) decreases.

Composite roll according to any of claims 6-8, characterized in that in the vicinity of the rolling surface (17), the fibers (13) have been completely replaced with filler (15). 15

Composite roll according to any of claims 6-9, characterized in that the filler (15) consists of ceramic particles while the matrix material (12) is resin. • t I · »* • (m 11