JP2007527331A - 樹脂を含浸した繊維製の長いニッププレスベルト - Google Patents

Abstract

本発明は、繊維マトリックスを取り巻く固形の熱可塑性樹脂製のテープを用いた抄紙機ベルト構造を製造する方法を提供する。この方法は、心棒の表面にテープに由来するＣＤ層を適用し、ＣＤ層上にテープに由来するＭＤ層を適用し、樹脂を溶融し繊維マトリックスを全体的に結合／カプセル化するようにＣＤ層及びＭＤ層を含有する心棒に圧力及び熱を適用することを必要とする。このようにして得たベルト構造は、その後、溝を付け、穿孔し、又は所望するその他の処理を施されてもよい。加えて、本発明による方法は、上述のＭＤ層及びＣＤ層の積層を逆に行ってもよい。また、全体的な樹脂の層を適用してもよく、好ましくは、ＭＤ層／ＣＤ層の積層の前、後又はその間に行ってもよい。また、１つ以上の層にゴムを有してもよい。

Description

本発明は、前もって含浸されたテープ製の抄紙機用ベルト構造の製造方法に係り、特に、このテープは、ユニークな熱可塑性樹脂及び繊維マトリックスを有する。

製紙工程中、セルロース製繊維ウェブは、繊維スラリー、つまりセルロース製繊維の水性懸濁液、を抄紙機の形成部において移動する形成布上に堆積して形成される。このスラリーから形成布を介して大量の水が排出され、形成布の表面上にセルロース製繊維ウェブが残存する。

新規に形成されたセルロース製繊維ウェブは、形成部から一連のプレスニップを有するプレス部へと進む。このセルロース製繊維ウェブは、プレス布で支持されたプレスニップ又は場合によっては斯かる２つのプレス布間を通過する。プレスニップにおいて、セルロース製繊維ウェブには、圧縮力がかけられ、水を絞り出し、セルロース製繊維ウェブを紙シートとするように互いにウェブにおいてセルロース繊維を接着する。この水は、プレス布又は各種の布に受容され、理想的には、紙シートに戻らない。

紙シートは、最終的に、蒸気で内的に加熱される少なくとも一連の回転可能乾燥ドラム又はシリンダーを有する乾燥部に進む。新規に形成された紙シートは、乾燥布により、一連のドラムのそれぞれの周囲に連続して配置されたセルペンタイン路（ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ ｐａｔｈ）に向けられ、ドラムの表面に近接して紙シートを保持する。加熱されたドラムは、蒸発により、紙シートの水分含量を所望のレベルに低下させる。

形成布、プレス布及び乾燥布は、抄紙機上でエンドレスループの形態を全てとり、コンベアの機能を有する、と理解されるべきである。また、製紙工程は、かなりの速度で進行する連続工程であることも理解されるべきである。つまり、繊維スラリーは、形成部において形成布上に連続して堆積される一方、新規で製造された紙シートは、乾燥部を出た後、ロール上に連続して巻き取られる。

伝統的に、プレス部は、近接する円筒形のプレスロールのペアで形成された一連のニップを有してきた。近年、長いニッププレスを使用すると、近接するプレスロールのペアで形成されたニップを使用するのに対して利点があることが見出されてきた。その理由は、セルロース製繊維ウェブがニップにおいて圧力に曝露され得る時間が長くなると、より多くの水が除去され得ることとなり、従って、乾燥部において蒸発により除去されるべきウェブに残存する水が少なくなるためである。

本発明は、シュー型の長いニッププレスに関する。長いニッププレスの変形例において、ニップは、円筒形のプレスロールとアーク状のプレスシューとの間に形成される。アーク状のプレスロールは、円筒形のプレスロールと近い曲率半径を有する円筒形の凹表面を有する。ロール及びシューが互いに物理的に近接された場合、２つのプレスロール間に形成されるものに比べて機械方向に５〜１０倍長いニップが形成される。これにより、長いニップにおけるセルロース繊維ウェブのいわゆるデュエル時間（ｄｗｅｌｌ ｔｉｍｅ）が増える一方、プレス力の位置平方インチ当たりの圧力のレベルが十分に保持される。この長いニップ技術の結果により、抄紙機上における従来のプレスニップに比較して、この長いニップにおけるセルロース繊維ウェブの脱水が劇的に増加する。

シュー型の長いニッププレスは、Ｄｕｔｔによる特許文献１に開示のような特別なベルトを必要とする。このベルトは、セルロース繊維ウェブを支持し運搬し脱水するプレス布を、製紙した圧力シューの直接的な摺動接触に由来する加速された摩耗から防御するように、設計される。斯かるベルトには、油の潤滑膜上の静止するシューに対して乗り上げ、又は摺動する平滑で不透過性の表面を設ける必要がある。このベルトは、プレス布と同程度の速度でニップを介して動く。これにより、プレス布のベルトの表面に対する摩耗量を最小限とする。

長いニッププレスベルトを製造する従来の方法は、ヤーン及び液体樹脂系の使用を含む。特に、これらの材料を用いたベルトの製造方法には、３つの公知の方法がある。第１の方法は、エンドレスな織基材が液体のウレタン樹脂でコートされた２ロール系を使用する。第２の方法は、強化ヤーンが互いに実質的９０度のアレイ状に心棒の外部表面上に構築され液体のウレタン樹脂で全体的にカプセル化された構築心棒（ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍａｎｄｒｅｌ）を使用する。第３の方法は、第２の方法とほぼ同様であって、異なる点は、心棒の内部表面がストランド（ｓｔｒａｎｄ）を置きベルトを形成するように樹脂を注ぐのに使用される点である。

これら３つの方法のすべてに関して、構造物を強化するのに使用するヤーンは、単繊維又は多重繊維のいずれかであり、一体性を防護するのに樹脂中に配置される。強化ヤーンの比較的大きな寸法と、ヤーンをカプセル化するのに必要とされる樹脂材料の量とに起因して、ベルトの厚み（ｃａｌｉｐｅｒ）は、非常に厚くなり得る。これは、特に、溝又はホールが機械加工される追加の樹脂の厚みを必要とする溝又はブラインドドリルされたベルトの場合に顕著である。

本発明は、前もって含浸されたテープを用いてベルトを形成することにより、この問題を解決する。このテープは、リボン様に並んで配置され熱可塑性樹脂でカプセル化され防護された個々のフィラメントを有する（図１参照。）。熱可塑性樹脂で含浸されたフィラメントを使用すると、ベルトの厚みを実質的に増加させることなく、強化要素をベルト構造とすることが可能となる。これらの個々のフィラメントは、従来のベルトの製造に使用されるフィラメントの束からなるヤーンよりも小さいものである。この「プレプレッグ（ｐｒｅｐｒｅｇ）」テープは、本発明の構築ブロックである。
米国特許第５，２３８，５３７号明細書 米国特許第５，５０７，８９９号明細書

本発明は、複数のテープを設けた抄紙機用ベルト構造を製造する方法に関し、このテープのそれぞれは、繊維マトリックスを取り巻く固体の熱可塑性樹脂で作製される。

この方法の一例は、心棒の表面にＣＤ方向のテープ層を適用し、このＣＤ層に対してＭＤ方向のテープ層を適用し、熱可塑性樹脂を溶融し、及び／又は繊維マトリックスを結合／カプセル化するように、ＣＤ層及びＭＤ層を有する心棒に圧力と熱とを適用することを必要とする。このようにして得たベルト構造は、その後、溝を付され、穿孔され、或いは所望するその他の処理を行われてもよい。

代替的に、上述の方法は、積層する順番として、ＭＤ／ＣＤ層の順に変えられてもよい。また、樹脂を全体的に有する層は、ＭＤ及びＣＤテープを適用する前に心棒に好ましく適用される。加えて、１つ以上の樹脂層は、ＭＤ及びＣＤテープの後又は間に適用されてもよい。この樹脂層は、１つ又は全ての層においてゴムであってもよい。

従って、本発明によると、本発明の目的及び利点は、以下の図面と組み合わせた記述により、理解される。

図１は、本発明のベルトを製造するのに使用する繊維強化熱可塑性テープ１０を示す。繊維強化熱可塑性テープ１０は、放射線で活性化される架橋化合物を有するユニークで固形の熱可塑性弾性樹脂１２を有する。熱可塑性弾性樹脂１２は、種々の形態を取り得る繊維マトリックス１４を取り囲む。繊維マトリックス１４の例としては、連続した繊維フィラメント、織テープ又は連続した強化スレッドを有するニット織テープなどが挙げられる。しかしながら、図１に示す連続した繊維フィラメント１４は、強度を得るように樹脂の結合に依存しないので、良好な強化性を提供する。つまり、いくつかの理由で、熱可塑性弾性樹脂１２がその一体性を失う場合であっても、繊維マトリックス１４は、強化性を付与する。

繊維強化熱可塑性テープ１０を形成するため、上述のユニークな熱可塑性弾性樹脂１２で、加熱ダイなどを介して上述のマトリックス材料１４のいずれかを含浸する。完了した後、いわゆる「プレプレッグ（ｐｒｅｐｒｅｇ）」１０は、固形の形態となり、断面に固定される。図２乃至図４に示すように、このプレプレッグ１０は、構築心棒１６上にＭＤ及びＣＤ方向のテープ２２、２４の両方のアレイを載置するのに使用される。プレプレッグテープ２２、２４のＭＤ及びＣＤアレイを有する構築心棒１６は、次の加熱工程の間に圧力を供給する織テープ又は収縮フィルム（図示せず）でその後、ラップ（ｗｒａｐ）される。この加熱工程は、熱可塑性弾性樹脂１２を液化し、ＭＤ及びＣＤヤーン１４のすべてを均一な樹脂でカプセル化したものを生成する。ここで均一な樹脂とヤーン強化剤とを有する構築心棒１６がひとたび冷却されると、空気泡などの欠陥は、加熱手段により影響を受けた領域を再溶解することにより修復されてもよい。種々の欠陥がひとたび修復されると、熱可塑性弾性樹脂１２は、熱可塑性弾性樹脂１２を熱硬化性材料に架橋する適切な様式で処理されてもよい。このようにして得たベルト構造の表面は、所望の厚みや空間などの島及び溝を形成するように機械加工されてもよく、或いは所望の表面ボイドを形成するようにブラインドドリルされたホールやその他の手法で機械加工されてもよい。

ベルトを製造する上述の方法の例について、以下にさらに詳細に説明する。最初に、図３に示すように、プレプレッグテープ２２は、最初に、心棒の表面上でＣＤ方向に載置され、構築心棒１６の各肩（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）においてクランプリング１８、２０で適当な位置に保持される。この接続において、近接するプレプレッグテープ２２がボイド領域を有することなく互いに接するようにすることに留意する。プレプレッグテープ２２がひとたび構築心棒１６の全表面を覆うと、ＭＤ方向のプレプレッグテープ２４は、ＣＤ方向のプレプレッグテープ２２上に螺旋に巻かれる。なお、この際、上述したように、図４と同様に近接する螺旋を近接するように留意する。このＭＤ方向のプレプレッグテープ２４は、巻き取りの始点及び終点において、クランプリング１８、２０に締め付けられることを記する。

ＭＤ及びＣＤの層化の順序は、逆にされてもよい。加えて、樹脂の全体の層は、プレプレッグテープ２２、２４を適用する前に、心棒に好ましく適用される。さらに、溝又はブラインドドリルされたボイド容量を形成するのにより大きいベルトの厚みを必要とする場合、１００％熱可塑性樹脂で製造されたテープ（図示せず）は、適当な位置にプレプレッグＭＤ及びＣＤテープ２２、２４を載置する前又は後に、適用されてもよい。この樹脂層は、ＭＤ／ＣＤ層の間に適用されてもよく、また、完全に硬化されなくてもよい。このような繊維で強化されない熱可塑性樹脂のいくつかの層は、必要に応じて、適用されてもよい。樹脂層は、１つ又は全ての層において、ゴム性であってもよい。

構築心棒１６がひとたびプレプレッグテープ２２、２４で「装飾」されると、熱可塑性弾性樹脂１２を融解しマトリックス全体を結合するように、熱処理される準備が整う。しかしながら、熱処理の前に、この装飾された心棒は、上述のすべての成分に対して圧力を保持し供給する収縮可能フィルムでラップされる。ラップされた心棒（図示せず）は、その後、オートクレーブ又は同様の加熱チャンバーに載置される。しかしながら、誘導加熱、赤外線、熱空気又は上述の目的に適したその他の手段もまた、熱雰囲気に心棒全体を浸漬することなく熱可塑性弾性樹脂１２をメルトフローするのに使用されてもよい。熱可塑性弾性樹脂１２を流動させるのに必要な加熱は、プレプレッグ１０を製造するのに使用される熱可塑性弾性樹脂１２の種類で決定される。

熱可塑性弾性樹脂１２がひとたび樹脂の流動を惹起するのに十分加熱されると、ベルトは、熱可塑性弾性樹脂１２を固化するのに冷却されてもよい。その後、熱可塑性弾性樹脂１２の熱可塑性に起因した樹脂の結合領域における小型のボイドなどの欠陥は、熱及び追加の樹脂（図示せず）を介して、修復されてもよい。このようにして得たベルト構造は、例えば、常套的な研磨装置を用いて、均一な厚みとなるように表面研磨される準備が整う。溝又はブラインドドリルされたホールは、所望に応じて、その後形成されてもよい。

加えて、融点を超える温度にさらされる場合に架橋及び熱硬化する熱硬化性樹脂のファミリーがあることを記する。この種の樹脂は、ベルトの作製に使用されてもよく、好適な材料である。

本発明と特許文献２（ヤマウチ）に開示の発明との間にキーとなる差異がある。例えば、ヤマウチのテープは、心棒に巻き取られる一方、液体の形状であって、機械方向にのみ巻き取られ、ＣＤ方向の成分はない。もし繊維と樹脂との結合が破断すると、全ての方向で強化性が消失するという欠点がある。本発明は、固形状態（乾燥）で、且つ安定性が最大となるようにＭＤ及びＣＤの両方向に載置されるテープ１０を用いて、この欠点をなくしている。さらに、図１に示すような連続するフィラメント１４は、強度を得るように樹脂の結合に頼らない優れた強化性を提供する。つまり、種々の理由で樹脂の一体性が失われた場合であっても、フィラメント１４は、強化性を保持する。

好適実施例について詳細に開示し述べてきたが、本発明の範囲は、これらにより限定されるべきものではなく、むしろ、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲により決定されるべきである。例えば、本発明のベルトは、シューカレンダーに使用されるシュー型のプレスベルトや当業者に明らかなその他の適用例に使用されてもよい。

本発明によるベルトの製造に使用する繊維強化熱可塑性テープの概略図である。 本発明によるベルトの製造に使用する構築心棒の図である。 機械を横切る方向に適用された図１のテープを有する図２の心棒の図である。 機械方向に適用された追加のテープを有する図３の心棒を示す図である。

符号の説明

１０ 繊維強化熱可塑性テープ
１２ 熱可塑性弾性樹脂
１４ 繊維マトリックス
１６ 構築心棒
１８ クランプリング
２０ クランプリング
２２ プレプレッグテープ
２４ プレプレッグテープ

Claims (34)

1. ベルト構造の製造方法であって、
   繊維マトリックスを取り巻く樹脂製のテープを設けるステップと；
   心棒の表面にＣＤ方向のテープを適用するステップと；
   前記のＣＤ方向のテープ上にＭＤ方向のテープを適用するステップと；
   前記の樹脂を溶融し前記繊維マトリックスをカプセル化するように、前記のＣＤ及びＭＤ方向のテープを有する前記心棒に圧力と熱とを適用するステップと；
   得たベルト構造を硬化する処理を行うステップと；
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記の樹脂は、熱可塑性を有し、前記のベルト構造を処理するステップの間、熱硬化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 所望の厚みに前記ベルト構造の表面を研磨するステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記ベルト構造の表面上に溝又はブラインドドリルされたホールを形成するステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記のＣＤ及びＭＤ方向のテープを有する前記心棒の周囲に収縮可能フィルムをラップして圧力を適用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記の樹脂は、放射線で活性化する架橋化合物を有する固形の熱硬化性弾性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記の樹脂を熱硬化するように放射エネルギーを適用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 加熱するステップの後に、前記の樹脂を硬化するように樹脂でカプセル化されたマトリックスを冷却するステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記のテープのいくつか又は全部は、ゴムを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記ベルト構造の欠陥を修復するステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記繊維マトリックスは、強化性を提供し、連続した繊維フィラメント、織テープ、及び連続した強化スレッドを有するニット織テープのいずれかを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記のＭＤ方向のテープは、螺旋様式に適用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記のＭＤ及びＣＤ方向の積層順序が逆転されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 少なくとも１つの樹脂の層は、前記のＭＤ及びＣＤ方向のテープを適用する前に、心棒の表面に適用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 前記のテープを適切に配置した後に、少なくとも１つの樹脂の層を、前記のＭＤ及びＣＤ方向のテープ上に適用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
16. 少なくとも１つの樹脂の層を、前記のＭＤ及びＣＤ方向のテープの間に、完全に硬化せずに、適用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
17. 前記ベルト構造は、シューカレンダーに使用するシュー型のプレスベルトとして使用されるものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
18. 繊維マトリックスを取り巻く樹脂製のテープを設けるステップと；
    心棒の表面にＣＤ方向のテープを適用するステップと；
    前記のＣＤ方向のテープ上にＭＤ方向のテープを適用するステップと；
    前記の樹脂を溶融し前記繊維マトリックスをカプセル化するように、前記のＣＤ及びＭＤ方向のテープを有する前記心棒に圧力と熱とを適用するステップと；
    前記の樹脂をゲル化させるように、得たベルト構造を処理するステップと；
    を有する様式で製造されたことを特徴とするベルト構造。
19. 前記の樹脂は、熱可塑性を有し、前記のベルト構造を処理するステップの間、熱硬化することを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
20. 所望の厚みに前記ベルト構造の表面を研磨するステップをさらに有することを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
21. 前記ベルト構造の表面上に溝又はブラインドドリルされたホールを形成するステップをさらに有することを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
22. 前記のＣＤ及びＭＤ方向のテープを有する前記心棒の周囲に収縮可能フィルムをラップして圧力を適用することを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
23. 前記の樹脂は、放射線で活性化する架橋化合物を有する固形の熱硬化性弾性樹脂であることを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
24. 前記の樹脂を熱硬化するように放射エネルギーを適用することを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
25. 加熱するステップの後に、前記の樹脂を硬化するように樹脂でカプセル化されたマトリックスを冷却するステップをさらに有することを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
26. 前記のテープのいくつか又は全部は、ゴムを有することを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
27. 前記ベルト構造の欠陥を修復するステップをさらに有することを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
28. 前記繊維マトリックスは、強化性を提供し、連続した繊維フィラメント、織テープ、及び連続した強化スレッドを有するニット織テープのいずれかを有することを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
29. 前記のＭＤ方向のテープは、螺旋様式に適用されることを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
30. 前記のＭＤ及びＣＤ方向の積層順序が逆転されることを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
31. 少なくとも１つの樹脂の層は、前記のＭＤ及びＣＤ方向のテープを適用する前に、心棒の表面に適用されることを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
32. 前記のテープを適切に配置した後に、少なくとも１つの樹脂の層を、前記のＭＤ及びＣＤ方向のテープ上に適用することを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
33. 少なくとも１つの樹脂の層を、前記のＭＤ及びＣＤ方向のテープの間に、完全に硬化せずに、適用することを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。
34. 当該ベルト構造は、シュー型のプレスベルトであることを特徴とする請求項１８に記載のベルト構造。

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