MXPA06014520A

MXPA06014520A - Elementos planos para utilizarse en maquinas de fabricacion de papel.

Info

Publication number: MXPA06014520A
Application number: MXPA06014520A
Authority: MX
Inventors: Michael Draper; John James Jr
Original assignee: Kadant Web Systems Inc
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2007-03-23
Also published as: CN100535240C; CA2570040A1; CA2570040C; EP1776503A1; US20050279478A1; EP1776503B1; KR20070045192A; EP1776503B2; US20130139988A1; BRPI0512076A; FI1776503T4; BRPI0512076B1; JP4860607B2; JP2008502817A; RU2352704C2; ES2665870T3; RU2007101292A; CN1989296A; WO2005124019A1

Abstract

Un elemento plano para utilizarse en una maquina de fabricacion de papel comprendiendo una construccion sintetica que incorpora nanoparticulas en un aglomerante de resina polimerica.

Description

ELEMENTOS PLANOS PARA UTILIZARSE EN MAQUINAS DE FABRICACIÓN DE PAPEL Referencia Cruzada con Solicitudes Relacionadas Esta solicitud reclama el beneficio de la Solicitud Provisional de Patente No. 60/579,41 3, presentada el 14 de junio de 2004.

Campo de la Invención La invención se relaciona en general, con elementos planos empleados en máquinas para fabricación de papel como cuchillas limpiadoras, cuchillas de crespado, paletas de recubrimiento, placas superiores en sujetadores de paletas y superficies de desgaste en cuchillas de hoja, y se relaciona en particular, con construcciones compuestas de sintético de tales elementos planos que incorporan nanopartículas en un aglomerante de resina polimérica.

Antecedentes de la Invención Las cuchillas limpiadoras hacen contacto con las superficies en los rodillos de fabricación de papel y con las máquinas de conversión de trama con el propósito de limpiar o remoción de la hoja. Las cuchillas limpiadoras convencionales han sido hechas de una amplia variedad de materiales incluyendo metales y compuestos de polímero sintético. Las cuchillas limpiadoras sintéticas típicamente están compuestas de sustratos de tela sostenidos juntos por resinas poliméricas, con la combinación del sustrato y la resina que proporciona las propiedades deseadas de limpieza efectiva. Los sustratos típicos incluyen cristal, algodón y carbón, mientras que ambas resinas de termofraguado y termoplásticas se utilizan para sujetar los sustratos juntos, e imparten propiedades específicas. Las resinas de termofraguado por ejemplo, las resinas epóxicas, tienen a ser más duras ante el desgaste, mientras que las resinas termopiásticas de alto desempeño, como el sulfuro de polifenileno (PPS) tiende a soportar temperaturas de máquina muy altas y son menos susceptibles al ataque químico. Un borde biselado se maquina dentro del compuesto de polímero para producir una inclinación en ángulo en la punta de la cuchilla para ayudar en la limpieza del rodillo o remoción de la hoja. Entre más afilado y más limpio esté el borde, será más eficiente el desempeño de la cuchilla limpiadora. A partir de la técnica previa, se conocen las cuchillas limpiadoras sintéticas hechas de muchos materiales sintéticos diferentes. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos No. 4,549, 933 (J udd et. al .) describe una cuchilla limpiadora para una máquina de papel que consiste de un número de capas alternadas de fibras y fibras de carbón con capas de fibras que consisten de algodón, papel, fibras de vidrio o equivalentes de los mismos. La Patente de Estados Unidos No. 5, 1 17,264 (Frankel et. al.) describe cuchillas limpiadoras sintéticas que utilizan resinas tales como el poliéster y carbón de refuerzo y fibras de aramida, mientras la Patente de Estados Unidos No. 4,735, 144 (Jenkins) enseña cuchillas limpiadoras compuestas de un sistema combinado de politetrafluoroetileno y resina de sulfuro de polifenileno.

Las cuchillas dosificadoras funcionan en una forma similar a las cuchillas limpiadoras, y se utilizan en un modo de limpieza para medir una capa de líquido sobre una hoja de papel u otro material. Las cuchillas dosificadoras, sin embargo, tienden a ser más delgadas que las cuchillas limpiadoras convencionales, típicamente tienen un espesor entre 0.3 mm y OJ mm. Los materiales para las cuchillas dosificadoras convencionales incluyen acero, acero inoxidable y acero con bordes tratados para prolongar su vida útil. En algunas aplicaciones, las cuchillas dosificadoras miden una capa de líquido directamente en la superficie del rodillo y el recubrimiento se transfiere a la hoja del material en un punto posterior. La cuchilla dosificadora se mantiene en un sujetador similar al de la cuchilla limpiadora. El líquido medido o el espesor del recubrimiento depende de la cantidad de presión aplicada en el borde guía de la cuchilla dosificadora. Una cantidad incrementada de presión disminuirá con el espesor del recubrimiento. De manera similar, una cantidad disminuida de presión aumentará en espesor del recubrimiento. Las cuchillas dosifícadoras necesitan ser inertes a los recubrimientos químicos que aplican y deben tener un borde libre de desperfectos. Las placas superiores forman el esqueleto de un sistema de limpieza conectado con un mecanismo de pivotes y cuchillas. Las placas superiores sintéticas en la actualidad, se fabrican de materiales similares al de las cuchillas limpiadoras sintéticas, ya que comprenden una fibra o un compuesto de resina polimérica reforzada con fibras. Las placas superiores son planas, con alta rigidez en su ancho, pero con flexibilidad a lo largo de su longitud, para que puedan conformarse con la superficie del rodillo. Las cuchillas de hoja, ubicadas debajo de la tela de formación, se utilizan para drenar la masa/pasta en la sección de formación de una máquina de papel. Funcionan al inducir un vacío bajo la tela, que a su vez, ayuda a drenar la hoja. Los perfiles de cuchilla de hoja han sido hechos de polietileno de alta densidad (HDPE), pero este material tiene poca resistencia al desgaste para sobrevivir durante los períodos requeridos de tiempo en muchas situaciones. Los diferentes materiales cerámicos que incluyen alúmina, zirconio, nitruro de silicio y carburo de silicio han sido agregados a ia punta de estos perfiles HDPE para solucionar este problema y producir un patrón de desgaste más uniforme.

Breve Descripción de la Invención Como se utiliza aquí, el término "elemento plano" tiene el propósito de abarcar no solamente todas las cuchillas limpiadoras, cuchillas dosificadoras, placas superiores y cuchillas de hoja, sino también cuchillas limpiadoras sin refuerzos de tela, cuchillas de crespado y cubiertas para formar tableros y cajas de succión. Dicho brevemente, los elementos planos de conformidad con la presente invención comprenden construcciones si ntéticas que incorporan nanopartículas. Las nanopartículas pueden ser tan pequeñas como 2 átomos de espesor, típicamente entre 0.1 y 100 nm de tamaño e involucrar interacciones a un nivel atómico o molecular. Estas interacciones y las propiedades resultantes pueden diferir mucho de las de gran escala y en la actualidad, proporcionan mejores propiedades de desempeño en un número de novedosas aplicaciones. Por ejemplo, se ha encontrado que las nanopartículas mejoran las propiedades de no pegajosidad de las pinturas marinas anti-incrustantes y de los recubrimientos contra graffiti. Se ha encontrado que mejoran las propiedades de bloqueo de rayos ultravioleta de bloqueadores de sol, permiten la producción de ventanas de auto-limpieza y se utilizan para producir losetas de auto-limpieza para usarse en ambientes esterilizados como hospitales y restaurantes. De conformidad con la presente invención, una construcción de elemento plano puede lograrse al dispersar nanopartículas en un aglomerante de resina polimérica para así producir un compuesto polímero lleno de nanopartículas. La cantidad de nanopartículas puede comprender entre aproximadamente 0.5 a 75%, de preferencia, aproximadamente 5 a 20% y con más preferencia, aproximadamente 10 a 1 5% en peso del aglomerante de resina polimérica. Las nanopartículas pueden comprender polvos, granos, fibras y plaquetas. Las nanopartículas metálicas se pueden seleccionar del grupo que consiste de óxidos de metal, carburos o nitruros, complejos metálicos, estructuras iónicas y compuestos covalentes. Las nanopartículas no metálicas y/o covalentes se pueden seleccionar del grupo que consiste de partículas de arcilla, silicatos, materiales cerámicos, partículas de vidrio, negro de humo, sílice pirógena, carbonato de calcio, nanotubos de carbón y nanoesferas de polvos cerámicos tales como el óxido de titanio. Las cuchillas limpiadoras sintéticas que incorporan nanopartículas de conformidad con la presente invención presentan propiedades mecánicas mejoradas, incluyendo resistencia mejorada a la abrasión y desgaste, resistencia mejorada a la flexión y dureza incrementada. Las cuchillas limpiadoras reforzadas con nanopartículas funcionan con características mejoradas ante el desgaste, con un desgaste más uniforme del borde biselado y mantienen su filo e integridad por más tiempo que una cuchilla comparable sin la inclusión de nanopartículas, mientras que la dureza incrementada resulta en resistencia mejorada ante los impactos, que a su vez, evita fallas prematuras. Las nanopartículas producen un borde biselado más afilado y homogéneo que el producido en una cuchilla limpiadora sintética sin nanopartículas, ya que ayuda a llenar los diminutos huecos que de otra forma estarían presentes en el aglomerante de resina.

Además, las nanopartículas mejoran la adhesión entre láminas de las capas conformadoras de la cuchilla limpiadora sintética, lo cual mejora la unión entre capas y en consecuencia, aumenta la resistencia a la deslaminación. Otro beneficio de la cuchilla limpiadora compuesta llena de nanopartículas es un arrastre reducido a la fricción. Esto permite al fabricante de papel utilizar menos energía ai correr su máquina a una velocidad fija, o alternativamente, le ayuda a operar a una velocidad más rápida sin incrementar el consumo de energía. Las nanopartículas también imparten resistencia química adicional. Esto es importante con el fin de que las cuchillas limpiadoras resistan la degradación química dentro de ambientes hostiles en donde operan. Las fibras de carbón hechas de nanotubos de carbón y de poliacrilonitrilo (una fibras de carbón precursora) se puede utilizar en los sustratos de tela, para un refuerzo adicional, ya que estas fibras tienden a ser más fuertes, más rígidas y más estables en sus dimensiones que las fibras de carbón normales. La inclusión de nanopartículas dentro de una cuchilla de recubrimiento sintética es benéfica para mejorar la uniformidad y la naturaleza homogénea del borde de recubrimiento y al impartir una resistencia química adicional. Las mejoras en la resistencia en el desgaste del borde, la resistencia a la flexión, la adhesión mejorada y el arrastre reducido a la fricción también serán de beneficio para el funcionamiento de la cuchilla de recubrimiento. Las nanopartículas dispersas en los sistemas de resina de polímero de las placas superiores incrementará la resistencia de estas estructuras compuestas, lo cual mejora su capacidad de soporte. Las cuchillas de hoja de resina polimérica llenas de nanopartículas tienen una superficie de resistencia al desgaste mejorada con resistencia a la flexión mejorada, una robustez mejorada ante la fractura y un coeficiente reducido de fricción. Las nanopartículas también imparten una superficie de desgaste más consistente, lo cual proporciona un drenado más uniforme, un perfil de humedad más uniforme y finalmente, mejor calidad de la hoja.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una vista en sección transversal parcial, con dimensiones amplificadas con el propósito de ilustrar, de una construcción de cuchilla de conformidad con una modalidad de la invención; y La Figura 2 es una vista similar a la de la Figura 1 , la cual muestra una modalidad alternativa de la invención.

Descripción Detallada de la Invención Con referencia inicial a la Figura 1 , se muestra un elemento plano en la forma de una cuchilla limpiadora construida de conformidad con la invención, con el número 10 de referencia, el cual comprende un compuesto de múltiples capas 12 de telas impregnadas con resina (comúnmente llamadas como pre-impregnadas) . Las pre-impregnadas típicamente comprenden fibras de aramida, de carbón o de vidrio tejidas o no tejidas, unidireccionales o multidireccionales, un ejemplo representativo es una estilo 7628 de E-glass tejido plano de 200 gsm o un carbón T300 de módulo estándar, de alta resistencia abastecido por PD I nterglas Technologies Ltd. De Sherborne, Reino Unido. Las capas 12 se impregnan y se recubren en su superficie con una resina que contiene una dispersión de nanopartículas de arcilla. Una dispersión de resina representativa es una resina epóxica tipo A de bisfenol, abastecida por Bakelite Polymers UK Ltd. De Telford, Reino Unido, con nanopartículas de arcilla añadidas y dispersas uniformemente en la misma en una cantidad de 1 5% en peso del aglomerante de resina. Las interfaces de resina en el 16 sirven para adherir las capas 12 juntas durante la laminación bajo condiciones de temperatura y presión elevadas de conformidad con las prácticas bien conocidas. Otros métodos de fabricación para el elemento 1 0 plano conocidos por las personas experimentadas en la técnica incluyen la extrusión inversa, la inyección de resina y el moldeo por inyección de resina reactiva. Las nanopartículas ayudan a llenar los diminutos huecos que de otra forma estarían presentes en el aglomerante de resina polimérica y por lo tanto, son apropiados para producir un borde biselado más uniforme y más afilado. Las nanopartículas también tienen el efecto de reforzar el compuesto de polímero e incrementar el desgaste mecánico y la resistencia a la abrasión de la cuchilla contra el rodillo de la máquina, lo cual produce una cuchilla particularmente apropiada para usarse en máquinas de papel de alta velocidad, en donde las velocidades alcanzadas resultan en un desgaste grave y rápido de las cuchillas limpiadoras convencionales. El resultado general es que las cuchillas llenas de nanopartículas se desgastan más uniformemente, lo cual mantiene el borde biselado más afilado, que las cuchillas limpiadoras que no contienen nanopartículas tradicionales. Las pruebas de desgaste contra un rodillo de acero en seco, que gira a 1000m por minuto/668 revoluciones por minuto, fijas a un ángulo de 25° con una carga de 0.178 kg/cm (1 pli) demostraron que las cuchillas limpiadoras compuestas con nanopartíeulas registraron 1 .5% menos desgaste por 100 horas que las cuchillas limpiadoras equivalentes sin nanopartículas. Otro beneficio de las cuchillas limpiadoras llena con nanopartículas es la reducción en el desgaste contra la superficie del rodillo. Las nanopartículas tienen el efecto de reducir el arrastre a la fricción, lo cual permite que las máquinas corran a una velocidad constante con el uso de menos consumo de energía o a una velocidad más rápida con el uso del mismo consumo de energía. Las pruebas en un rodillo de acero en seco, girando a 1000m por minuto/668 revoluciones por minuto, fijas a un ángulo de 15° con una carga de 0.178 kg/cm (1 pli) demostraron una reducción del 7% en el arrastre de fricción. Las interacciones intermoleculares de un nivel atómico entre las nanopartículas y el sistema de refuerzo y la resina polimérica dieron como resultado mejoras en la resistencia al laminado entre capas y resistencia química comparada con las cuchillas limpiadoras sintéticas convencionales. El hecho de que las nanopartículas llenan los diminutos huecos en la resina, que de otra forma estarían presentes, ayuda a evitar la propagación de grietas, ayuda en la unión y en consecuencia, mejora la resistencia a la unión del laminado entre capas. La incorporación de las nanopartículas también incrementa la dureza y la resistencia a la flexión de las cuchillas limpiadoras compuestas. Las mejoras de 25-30% en la resistencia a la flexión y del 27-32% en el módulo de elasticidad se han registrado en comparaciones con cuchillas limpiadoras sin nanopartículas, sin pérdida importante a la temperatura de transición del vidrio. La mejora en estas propiedades permiten a la cuchilla limpiadora llena con nanopartículas soportar mayores impactos, cargas y golpes. Como una modalidad de esta invención, las fibras de carbón hechas de nanotubos y poliacrilonitrilo (un precursor de las fibras de carbón) se pueden utilizar en el sustrato de tela, para refuerzo adicional, ya que estas fibras tienden a ser más fuertes, más rígidas y más estables en sus dimensiones que las fibras de carbón normales. La Figura 2 ilustra una construcción 10' de cuchilla alternativa en donde las capas pre-impregnadas 12' se adhieren juntas por medio de componentes 18 de película de resina interpuestos entre ellas. Las capas 12' y/o las películas 1 8 pueden contener nanopartículas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un elemento plano para usarse en una máquina de fabricación de papel, el elemento plano está caracterizado porque comprende una construcción sintética que incorpora nanopartículas en un aglomerante de resina polimérica.

2. El elemento plano de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque las nanopartículas se seleccionan del grupo que consiste de polvos, granos, fibras y plaquetas.

3. El. elemento plano de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las nanopartículas son metálicas y se seleccionan del grupo que consiste de óxidos de metal, carburos y nitruros, complejos metálicos, estructuras iónicas y uniones covalentes.

4. El elemento plano de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las nanopartículas son no metálicas y/o covalentes y se seleccionan del grupo que consiste de partículas de arcillas, silicatos, materiales cerámicos, partículas de vidrio, negro de humo, sílice pirógina, carbonato de calcio, nanotubos de carbón y nanoesferas de polvos de cerámica.

5. El elemento plano de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque las nanopartículas comprenden entre aproximadamente 0.5 a 75% en peso del aglomerante de resina polimérica.

6. El elemento plano de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque las nanopartículas comprenden entre aproximadamente 5 y 20% en peso del aglomerante de resina polímérica.

7. El elemento plano de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque las nanopartículas comprenden entre aproximadamente 10 a 15% en peso del aglomerante de resina polimérica.

8. El elemento plano de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque comprenden un compuesto de múltiples sustratos de tela impregnados con el aglomerante de resina polimérica.

9. El elemento plano de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende un compuesto de múltiples sustratos de tela con capas de película interpuestas entre ellos, por lo menos uno de los sustratos de tela y capas de película se impregnan con el aglomerante de resina polimérica.

10. El elemento plano de conformidad con la 8 ó 9, caracterizado porque los sustratos de tela comprenden fibras seleccionadas del grupo que consisten de fibras de vidrio, de carbón y de aramida. 1 1 . El elemento plano de conformidad con la reivindicación 1 0, caracterizado porque las fibras son tejidas. 12. El elemento plano de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque las fibras son no tejidas. 13. El elemento plano de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque las fibras son unidireccionales. 14. El elemento plano de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque las fibras son multi-direccionales. 15. El elemento plano de conformidad con la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque los sustratos de tela incorporan fibras de carbón hechas de nanotubos de carbón y poliacrilonitrilo.