KR100468202B1 - 제지 기계용 슈 프레스 벨트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지지부(2)와, 내부 층(3) 및 외부 층(5)를 가지는 액체-불투과성 벨트 층(3,5)를 가지는, 제지 기계의 슈 프레스에서의 사용을 위한 슈 프레스 벨트(1)에 관한 것이다. 외부 층(5)은 다공성 구조를 가지며, 다공성 구조는 외측을 향해 개방된 공동(8,12,14)으로 형성된다. 그리고 외부 층(5)이 비발포재로 만들어지는 것을 특징으로 한다.

Description

제지 기계용 슈 프레스 벨트{SHOE PRESS BELT FOR PAPER MACHINES}

본 발명은 지지부와, 내부 층 및 이것에 인접해 있고 외측 면을 향해 개방된 공동(cavity)으로 형성된 다공성 구조의 외부 층을 가지는 액체-불투과성 벨트 층을 가지는, 제지 기계의 슈 프레스(shoe press)에서 사용하기 위한 슈 프레스 벨트(shoe press belt)에 관한 것이다.

이런 종류의 슈 프레스 벨트는 미국 특허 제 4,701,368의 도6 및 7로부터 명백하다. 이것은 액체-불투과성의 내측 층과 이것에 인접한 외측 층을 가진 두 개의층으로 구성되어 있는 액체-불투과성 벨트 층을 가진다. 하나의 전형적인 실시예에 있어서, 추가적인 지지부는 패브릭(fabric) 형태로 존재한다. 반면에 다른 전형적인 실시예에서는, 내부 층은 또한, 동시에 지지 작용을 하므로, 지지부(support)를 형성하게 된다. 종이 웹(web)에 직접적인 접촉을 의도한 외부 층은 폐기공(closed-pore) 또는 연통기공(open-pores) 발포재(foam material)로 제조될 수 있다. 후자의 경우에는, 종이 웹(web)의 탈수는 외부 층을 거침으로써 수행될 수 있고, 그런 까닭에 프레스 펠트(felt)는 불필요하게 될 수 있다.

알려진 슈 프레스 벨트에서, 외부 층은 단지 폼(foam)의 얇은 세포막 만으로 구성되어 있기 때문에, 슈 프레스의 높은 압력 하에서 실제로 완전히 압축되는 단점을 가진다. 그 결과, 적어도 연통기공 형식에 바람직한 탈수가 부족하게 일어나거나 또는 전혀 일어나지 않는다.

미국 특허 제 4,552,620 은 일면 또는 양면에 도포된 직물(woven) 지지부와 벨트 층을 포함하는, 전체적으로 제한된 수의 비-교통성(non-communicating) 기공을 가진 슈 프레스 벨트를 공개하고 있다. 기공은 0.019에서 0.185 ㎜의 직경을 가지고, 종이 웹과 접촉하기 위해 제공된 외측 면에 석재와 같은 질감을 만들게 한다고 한다. 이 질감은 종이 웹이 슈 프레스 통과 후에 슈 프레스 벨트로부터 종이 웹의 분리를 용이하게 한다고 한다. 상기에서 설명한 슈 프레스 벨트는 전체 단면에 걸쳐 분포되어 있는 기공 때문에 벨트 층이 아주 탄력적이어서, 슈 프레스 닙(nip)에서 크게 압축되고, 그 결과로 기공 또한 압축되는 단점을 가진다. 그런 까닭에, 기공은 종이 웹의 탈수를 향상시킬 목적으로 전혀 제공되지 않고, 또한 그렇게 할수 없다.

실질적으로 프레스 닙에서, 압축에 더 큰 저항성을 가져서 종이 웹의 효과적인 탈수를 보장하는 방법으로, 처음에 설명된 방법의 슈 프레스 벨트를 구성하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명에 의하여, 이 목적은 외부 층이 비발포재 즉, 바람직하게는 플라스틱(plastic) 재료로 제조함으로써 달성된다. 그러나 단지 외측면을 향해 개방된 기공 만이 존재한다. 다른 벨트 층은 유사한 구조나 특성을 가지고, 그런 까닭에 경도, 탄력 계수 등에 관한 특별한 요구에 따라 적용될 수 있다. 이런 형식으로 구성된 슈 프레스 벨트로 종이 웹의 효과적인 탈수(선택적으로 코 런닝 프레스 펠트(co-running press felt)에 의해 도움을 받아서)가 얻어진다는 것이 밝혀져 오고 있다.

내부 층은 유리하게도 액체-불투과성 구성이고, 그리고 종축으로 탄력있고 그리고/또는 압축에 탄력있는 구성이 될 수 있다. 바람직하게는, 비탄성계수 (specific modulus)는 500 cN/tex가 되어야 한다. PBT, PES, PA-6, PA-6,6, PA-6,10, PA-6,12, PA-11, PA-12 와 PTT와 같은 재료들은 특히 내부 층에 적합하다; 이들 재료들은 또한 서로 조합될 수 있다.

제지 기계용 모든 벨트에 마찬가지로, 지지부는 슈 프레스 벨트의 구조적 강도를 확보한다. 이런 목적을 달성하기 위해, 지지부는 섬조(thread), 예를 들면 직물(woven fabric), 편물(knitted fabric) 또는 섬조 층(thread layer)으로 구성될 수 있다. 하지만, 상응하는 강한 구성, 예를 들면 합침되거나 압축된 형태의 섬유 배트(batt)가 또한 적당하다; 가능하다면 이들은 균일한 두께를 가져야 한다. 코팅 물질이 도포된 면의 표면은 매끄러워야 하는데, 예를 들면 연마되어야 한다. 지지부와 코팅 사이의 영구적인 결합을 형성시키기 위해서, 지지부의 적어도 일부분이 코팅 속으로 삽입되는 것이 유리하다. 완전한 삽입도 또한 가능하다.

천연 고무 또는 엘라스토머(elastomer)는 내부 층을 위한 재료로 적합하다. 실리콘 엘라스토머, 폴리에스테르 엘라스토머 및 폴리우레탄이 특히 적합하다. 내부 층의 경도는 바람직하게는 80과 95 Shore A 사이의 값을 가져야 한다.

무기질 충전재 입자, 예컨데 TiO₂또는 점토는 내부 층의 경도에 경향을 미치게 하기 위해 내부 층으로 추가적으로 통합될 수 있다. 이것은 최대 100㎛ 두께 공차(tolerance)를 가진다면 내부 층의 기능의 관점에서 유리하다. 이런 공차를 얻기 위해서, 상기 내부 층은 외부 층 도포 전에 뒤집혀져서 연마될 수 있다.

외부 층을 위한 재질로는 폴리우레탄 및/또는 실리콘 엘라스토머 및/또는 폴리에스테르 엘라스토머가 바람직하다. 이들 또는 다른 플라스틱 재료들이 사용되면, 용해 가능한 입자들이 그 공동에 소산되고 또 삽입된다는 사실에 의해, 공지된 방식 자체로 공동은 형성될 수 있고, 외부 층이 내성을 가지는 용매로 용해된다(유럽 특허 A- 0 786 550 참조). NaCl, KCl 및/또는 CaCO₃와 같은 염 형태의 수용성 입자들은 이 목적을 위해 특히 적합하다. 입자들은 상응하는 크기의 공동을 형성하기 위해 무작위 분포에서 10㎛와 1500㎛ 사이의 직경을, 바람직하게는 400㎛와 1000㎛ 사이의 직경을 가져야 한다.

외부 층의 방수성을 향상시키기 위해, 외부 층의 표면에 미소립자의 층을 갖추는 것이 제시된다. 색상 효과, 미장 및 데이터 저장 층을 위한 색소로서 화학적으로 현재까지 사용되고, 입자의 크기가 나노미터(nanometer) 범위에 있는 이 입자들은, 특히 미소립자가, 예를 들어 SiO₂또는 금속으로 제조되고 거의 연속적인 층을 형성할 경우 마모로부터 외부 층을 효과적으로 보호한다. 미소입자는 졸(sol)로 도포될 수 있는데, 그 후 용매(보통 알코올)는 증발된다. 미소립자는 외부 층 표면에 소수성을 첨가하여, 이로 인해 슈 프레스 벨트로부터 종이 웹의 분리를 용이하게 하기 위해 플루오로카본 체인(fluorocarbon chain)이 국부적으로 부여될 수 있다.

외부 층을 형성하기 위한 다른 방법은 전자 빔-경화 프리폴리머 에멀션(electron beam-cured prepolymer emulsion)을 사용하는 것이다. 이 목적을 위해서 전자 빔 경화 중에 증발되는 물-계면 활성제 혼합물에서 에멀션화되는 실리콘 또는 폴리우레탄이 특히 적합하다.

외측에, 친수성과 소수성의 다른 영역을 형성하는 재료를 포함하는 외부 층의 제공은 또한 본 발명에 따라 이루어진다. 양자 모두는 슈 프레스 벨트로부터 종이 웹의 분리를 용이하게 하도록 의도된다; 친수성과 소수성의 관점에서 상기 영역과 차이점은 프레스 펠트가 상승하는 영역에서도 종이 웹의 충분한 접착을 계속 보장하도록 배치되고 형성된다.

슈 프레스 벨트는 유리하게는 80 Shore A 와 95 Shore A 사이의 경도와, ±50㎛ 의 두께 공차를 가진다.

내부 층과 외부 층사이에 제공되는, 외부 층보다 더 단단한 부가 층(further layer)은 본 발명에 따라 제공된다.

마지막으로, 본 발명에 따라, 완전한 슈 프레스 벨트는 ±100㎛ 의 두께 공차를 가진는 것으로 제안된다.

도1은 제지 기계용 슈 프레스 벨트의 부분 종단면도를 보여준다.

도2는 도1의 슈 프레스 벨트 외부 층의 제1 실시예를 통한 종단면도를 보여준다.

도3은 도1의 슈 프레스 벨트 외부 층의 제2 실시예를 통한 종단면도를 보여준다.

도4는 도1의 슈 프레스 벨트 외부 층의 제3 실시예를 통한 종단면도를 보여준다.

본 발명은 도면에서, 개략적으로 묘사된 전형적인 실시예를 참조로, 더 상세하게 도시된다.

도1에서 보여지는 슈 프레스 벨트(1)은 폴리아미드 섬조를 사용하는 직물로 만들어진 지지부(2)를 가진다. 지지부(2)는 상부측 상에 내부 층(3)을, 하부측 상에 기저층(4)을 가지는데, 양 층 (3),(4)사이에 삽입되어 있다. 내부 층(3)과 기저층(4)는 실리콘 엘라스토머로 제조된다.

다공성의 구조를 가진 외부 층(5)와 매끄러운 표면(6)은 내부 층(3)의 위 면에 도포된다. 표면(6)은 종이 웹의 접촉을 위해 제공되고, 반면에 기저층(4)의 하부측은 제지 기계의 롤(roll) 상에서 진행한다.

도2의 전형적인 실시예에서, 외부 층(5)는 실질적으로 캐스트 폴리우레탄 층(cast polyurethane layer)(7)을 포함한다. 상기 폴리우레탄 층(7)에서 외측면을 향해 개방된 공동(실시예에 의하여 8로 표시)을 형성하기 위해, 염 입자들(실시예에 의하여 9로 표시)이 도포 전에 균등질로 분산되는 양식으로, 10㎛ 에서 1500㎛의 다양한 크기 분포를 가진 폴리우레탄 재료로 도입된다.

내부 층(3) 상에 폴리우레탄 층(7)의 형성 후에, 폴리우레탄 층(7)에 의해 완전히 둘러싸이지 않는 , 즉 외측과 연결되는 그 염 입자들(9)은 물로 씻겨 제거된다. 이것은 공동의 깊이가 염 입자들(9)의 이전의 침투 깊이에 일치하고, 외측을 향해 개방되는 공동(8)을 형성한다. 표면(6)으로 특정 거리를 두고 도입된 이들 염 입자들(9)은 용해되지 않으므로, 폴리우레탄 층(7)에 계속 존재한다.

공동(8)은 표면(6)을 단절시키지만; 하나의 평면에 있으며 매끄럽고 상호 연결되는 표면(6) 영역은 역시 공동(cavity)의 개구들 사이에 유지된다. 따라서 큰 접촉면이 종이 웹에 제공되어서, 상응하는 큰 접착력을 발생시킨다. 프레스 닙을 통과한 후의 공동의 확장으로 인해, 공동(8)은 표면(6)에 종이 웹의 접착을 강화시키는 음압을 발생시킨다.

도3에 설명된 외부 층(5)의 전형적인 실시예에서, 개시 재료는 또한 폴리우레탄이다. 그러나 , 여기서 이 재료는 분말 형태로 도포되고, 그리고 나서 소결되어서, 여기서 다시 매끄러운 표면(11)을 지니는 폴리우레탄 층(10)이 형성된다. 염 입자들은 폴리우레탄 분말로 도입되고(이것과 관련하여 유럽 특허 제 A 0 786 550 호에 게시된 방법 참조), 그 후에 세척 공정에 의해 완전히 용해됨으로써, 표면을 향해 개방된 공동(실시예에 의해 12로 표시)이 형성된 다공성 조직을 형성한다. 폴리우레탄 층(10)의 효과는 도2에 도시된 폴리우레탄 층(7)의 경우와 동일하다.

도4에 도시된 전형적인 실시예는 프리폴리머의 에멀션으로 형성된 외부층(5)을 나타낸다. 이 에멀션은 내부 층(3)상에 도포되고, 그리고 나서 전자 빔으로 경화된다. 이것은 형성된 공동들(실시예에 의해 14로 표시)사이에 개별적으로 상호 연결된 폴리머 입자들(실시예에 의해 13으로 표시)을 형성하게 된다. 이 경우에도 전체적인 결과는 비교적 매끄러운 표면(15)을 가지는 다공성 조직이다.

본 발명의 변화와 변형이 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와같은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (22)

1. 지지부(2)와, 내부 층(3) 및 외부 층(5)를 가지는 액체-불투과성 벨트 층(3,5)을 구비하고, 상기 외부 층(5)은 외측으로 향해 개방된 공동(8,12,14)으로형성된 다공성 구조를 가지며, 상기 외부 층(8,5,14)이 비발포재로 만들어지는, 제지 기계의 슈 프레스에서의 사용을 위한 슈 프레스 벨트(1).
2. 제1항에 있어서, 상기 내부 층(3)이 액체 불투과성인 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내부 층(3)이 종방향 및/또는 압축 탄성형인 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지부(2)가 종 방향으로 비탄성계수 500 cN/tex를 가지는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지부(2)가 직물, 편물, 섬조 층, 또는 섬유 배트, 또는 그것의 조합인 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
6. 제1항 또는 제2항에, 상기 지지부(2)가 상기 내부 층(3)으로 적어도 부분적으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내부 층(3)이 천연 고무 또는 엘라스토머, 특히 실리콘 엘라스토머, 폴리우레탄, 및/또는 폴리에스테르 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내부 층(3)은 80과 95 Shore A 사이의 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내부 층은 무기질 충전재 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내부 층(3)은 최대 100㎛의 두께 공차를 가지는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 층(5)은 폴리우레탄 및/또는 실리콘 엘라스토머 및/또는 폴리에스테르 엘라스토머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 층(5)의 공동(8,12,14)은 10㎛에서 1500㎛의 평균 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 층(5)이 부분적으로 연속적인 층을 형성하는 미소립자로 상기 외부 층의 표면 상에 부여되는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
14. 제13항에 있어서, 상기 미소립자가 적어도 부분적으로 SiO₂로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
15. 제13항에 있어서, 상기 미소립자는 플루오로카본 체인을 포함하는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 층(5)은 전자 빔-경화 프리폴리머 에멀션으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
17. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 층(5)은 외측 상에 다른 친수성과 소수성의 영역을 형성하는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 외부 층(5)이 3㎜의 두께를 가지고, 내부 층(3)이 1~3㎜의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 층(5)이 80~95의 쇼어 A 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 층이 ±50㎛의 두께 공차를 가지는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
21. 제1항 또는 제2항에 있어서, 외부 층보다 더 단단한 부가 층이 외부 층과 내부 층(3)의 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.
22. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슈 프레스 벨트가 전체적으로 ±100㎛의 두께 공차를 가지는 것을 특징으로 하는 슈 프레스 벨트.