NO141425B - Materiale for bruk i kontakt med syntetiske formingsvirer i fourdrinier-papirmaskiner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et materiale for bruk i kontakt med syntetiske formingsvirer i Fourdrinier-papirmaskiner, hvilket materiale har minst en glatt flate innbefattende hårde materialpartikler innleiret i et bindemiddel.

Papirindustrien er et eksempel på en forbruker av store mengder tekstilstoffer i papirfremstillingsmaskineriet.

De såkalte "filter" som benyttes under papirfremstilling er klassifisert i to hovedtyper, våtfilter og pressefilter, som benyttes som kontinuerlige belter for å bringe den fuktige pa-pirbane fra våtseksjonen til tørkeseksjonen og hjelpe til å fjerne vannet fra papirbanen. Papirhanen passerer, idet den transporteres av filten, mellom trykkruller hvor vannet drene-res bort gjennom filten. Filten må, for å være effektiv, opp-rettholde gode dreneringsegenskaper. Disse vevede filter har tradisjonelt vært fremstilt av ull eller ståltråd, men i senere år har man i papirindustrien også benyttet nylon- eller poly-esterfiber som gir lengre levetid.

titter at vann er fjernet fra papirbanen ad mekanisk vei, begynner den virkelige tørkeprosess, hvor resten av fuktig-heten fjernes ved fordampning. I denne prosess holder damp-gjennomslippende filter papirbanen i nær kontakt med roterende dampoppvarmede sylindre. Disse filter fremstilles nå vanligvis av spunnet eller filamentgarn av nylon, polyester eller annet egnet syntetisk materiale. Med større maskinhastigheter og høyere tørketemperaturer har behovet for forbedrede stoffer for bruk som endeløse belter også skapt behov for forbedrede bærende deler for de deler av papirmaskineriet som kommer i kontakt med slike belter.

Tørkefilter av syntetisk fiber er blitt fremstilt ikke bare for tørkeseksjonen, men også for våtseksjonen. En be-traktelig lengre levetid og forbedrede tørkeegenskaper er kon-statert i papirmaskinen, men behovet for bærende deler med lengre levetid er fortsatt et ønske, idet slike deler krever god slitaajemotstand mens de samtidig må passe sammen med de stoffer de er i kontakt med, slik at slitasjen på disse stoffer blir minst mulig. Deler, såsom vannavstrykningslister ("foils"), sugekassedeksler og formebord, vil i tillegg til å være i kontakt med de endeløse belter også få kontakt med vann, slipende materialer som tilfeldig og uunngåelig bringes inn sammen med papirmassen, og andre slipende materialer som benyttes for farving og/eller for å gi massen opasitet, idet den omformes til papir. Beltene som kan være over 7,5 m brede, krever temmelig store og komplisert sammenpassende bærende deler, såsom "foils", og hvis fremstilling er temmelig vanskelig og kostbar med de materialer som for tiden finnes.

Keramiske materialer har god slitemotstand og har derfor vært utstrakt benyttet i komponenter som er i berøring med tekstilbelter i papirmaskiner. Imidlertid er keramiske materialer utsatt for brekkasje og kan ikke repareres når de sprekker eller splintres, og det er dessuten meget vanskelig å frembringe en lavfriksjonsoverflate på slike keramiske deler. For å kompensere for mekanisk styrke og overflatemangler, har man benyttet komponenter som består av metalliske bærekonstruk-sjoner belagt med keramisk materiale. Skjønt disse belagte metalliske deler er tilstrekkelig sterke til å motstå brekkasje,

er de ikke så gunstige som rene keramiske deler fordi de på-sprøytede eller på annen måte festede keramiske sjikt vanligvis blir for ujevne og røffe for å benyttes i papirmaskiner, idet de rue og ujevne kanter bevirker stor slitasje og rivning av beltet ved berøring med disse. , I likhet med komponenter som i sin helhet er laget av keramiske materialer, kan en slik belagt overflate ikke repareres når den en gang er sprukket eller splintret. Utskiftning av belter er meget kostbar og tidkreven-de, hvilket øker den totale operasjonskostnad. Man har forsøkt å avslipe det ytre keramiske låg og har greid å frembringe en lavfriksjonsoverflate, men når denne så tas i bruk, slites overflaten, slik at friksjonskoeffisienten mellom flaten og det bevegelige belte øker. Det har vært foreslått at det påførte keramiske lag kan utsettes for slipende virkning for en tidsperi-

ode som kun er tilstrekkelig til å glatte de skarpe oppstikkende partier i overflaten. Skjønt man derved ville få en forbedret komponent, har man ikke noe kommersielt utstyr som sikrer at kun de oppstikkende spisser ville bli slipt bort og at slik vekksliping ville medføre en avrundet overflate for de frem-stikkende partikler isteden for en plan flate. Dessuten vil man når en slik behandlet overflate slites, etterhvert blottlegge rue og skarpe partikkeltopper som opprinnelig har vært plassert under overflaten, slik at det bevegelige tekstilbelte igjen utsettes for stor slitasje.

Et videre fremskritt ble oppnådd da man fremstilte krombelagte metalliske deler méd en overflatefinish som ligner overflaten på en vanlig appelsin. Disse krombelagte. flater som muligens gir lav friksjon med tekstilmaterialer, er kostbare å fremstille og viser ingen høy slitemotstand.

Artikler med et slitebelegg påført ved forskjellige flammesprøyteteknikker, som eksplosivplating og plasmabuesprøyt-ing, har også utstrakt bruk i tekstil- og papirindustrien. Mens flammesprøytebelegg vanligvis er velegnet for mange tekstilan-vendelser, er det vanskelig å få til en jevn påføring av et be-legg på en kompleks overflateform ettersom de fleste sprøyte-prosesser er begrenset til den linje som partiklene beveger seg langs. Dessuten krever flammesprøyting innviklede prosesstrinn, hvilket gjør slik teknikk mer kostbar enn fremstilling av krom-belegg.

U.S. patent nr. 3787229 beskriver et materiale med en overflate av delvis innstøpte kuler som er beregnet på alminne-lig bruk i tekstilindustrien. Den foreliggende oppfinnelse ret-ter seg hovedsakelig mot et komposittmateriale for bruk i kom-ponentdeler i papirfremstillingsmaskiner hvor materialets slitasjemotstand, dets virkning på stoffer som gnisser mot mate-rialet og muligheten for å foreta reparasjoner er viktige trekk.

Oppfinnelsen har til hensikt å tilveiebringe et beleggmateriale med en overflate med lav friksjon og høy slitasje-fasthet. Denne hensikt oppnås ved et beleggmateriale som er kjennetegnet ved at partiklene er i det vesentlige glatte sfæroidisk til sfærisk formede slitasjebestandige partikler og er innleiret i en plastmatrise, hvilke partikler er jevnt dispergert og tett pakket ved kontaktflaten, hvilken plastmatrise er tildannet av en plast som er termoplastisk eller en termoherdende harpiks, og at partiklene er valgt fra minst en av gruppene som består av metalloksyder, metallkarbider, metallborider, metallsilicider og metallnitrider og at partiklene har en størrelse mellom 0,3 og 2,0 mm og har en overflateruhet mellom 0,02 og 1,8 ym RMS.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av under-kravene.

Kravet til de sfæroidiske partikler er at de har slitemotstandig karakteristikk, har en overflateruhet mindre enn 1,8 mikrometer RMS (definert på side 16 av Surface Texture bulletin ASA B46.1-1962 utgitt av the American Society of Me-chanical Engineers, New York, New York), være kompatibelt med det spesielle tekstilmateriale som de får berøring med i sin anvendelse, såsom nylon, polyester, akryl etc, og ha en størr-else mellom 2,3 og 2,0. Fortrinnsvis kan overflateruheten være mellom ca. 0,02 og 0,25 ym RMS, og en hensiktsmessig størrelses-fordeling er partikler mellom ca. 0,5 og 2,0 mm. Partiklene kan, hvis ønsket, bli blandet med partikler av størrelse 0,02 - 0,05. To partikkelstørrelser er å foretrekke ettersom de mindre partikler kan fylle det rom som oppstår mellom større partikler som berører hverandre og derved gi en høy volumtetthet for den hårde fase ved sliteflater. Hvor komponenter fremstilles med en skarp forkant, såsom i hydrofoiler, kan de mindre partikler fortrinnsvis benyttes til å fremstille en slik kant ettersom større partikler muligens ikke vil kunne innpasses i kantens skarpe hjørne. Innenfor oppfinnelsens ramme kan det således benyttes partikler av forskjellig størrelse og blandingsforhold innen de størrelsesområder som ovenfor er nevnt så lenge overflateruheten av partiklene er mindre enn 1,8 ym RMS. Den spesielle bruk av den del som fremstilles vil bestemme den maksimale størrelse eller de optimale størrelser av de partikler som an-vendes.

Egnede slitebestandige partikler for bruk i foreliggende oppfinnelse omfatter metalloksyder, metallkarbider, metallborider, metallnitrider og metallsilicider i enhver kombinasjon eller blanding. Eksempler på noen metalloksyder omfatter alumina (A^O^) , silika (SiC^) , kromseskvioksyd (C^O-^) , hafniumoksyd (Hf02)/ berylliumoksyd (BeO), zirkoniumoksyd (Zr02)/ tinndioksyd

(Sn02), magnesiumoksyd (MgO), yttriumoksyd (Y203), sjeldne jord-oksyder og titandioksyd (Ti02) i enhver og alle blandinger. Passende metallkarbider omfatter silikonkarbid (SiC), boronkar-bid (B4C) , hafniumkarbid (HfC) , columbiumkarbid (CbC), tantalum-karbid (TaC), titankarbid (TiC), zirkoniumkarbid (ZrC), molyb-denkarbid (Mo20), kromkarbid (Cr3C2) og wolframkarbid (WC). Passende metallborider omfatter titaniumborid (TiB2), zirkonium-borid (ZrB2), columbiumborid (CbB2), molybdenborid (MoB2), wolf-ramborid (WB2), tantalumborid (TaB2) og kromborid (CrB). Passende metallnitrider omfatter aluminiumnitrid (AlN), silikonnit-rid (Si3N4), titaniumnitrid (TiN), zirkoniumnitrid (ZrN), hafni-umnitrid (HfN), vanadiumnitrid (VN), niobiumnitrid (NbN), tan-talumnitrid (TaN) og kromnitrid (CrN). Passende silisiumfor-bindelser omfatter molybdensilicid (MoSi2), tantalumsilicid (TaSi2) , wolframsilicid (WSi2) , titaniumsilicid (TiSi2) , zirko-niumsilicid (ZrSi2), vanadiumsilicid (VSi2), niobiumsilicid (NbSi2), kromsilicid (CrSi2) og boronsilicid (B4Si2). For over-siktens skyld og for å illustrere oppfinnelsen vil denne hovedsakelig bli beskrevet i forbindelse med bruk av aluminiumpartikler som slitebestandige partikler, skjønt enhver av de ovennevn-te partikler med hell kan benyttes i oppfinnelsen.

Grunnmassen eller bindelaget kan bestå av ethvert materiale som er istand til å hefte til et metallisk eller ikke-metallisk underlag og som kan fastholde delvis innstøpte av-rundede slitemotstandsdyktige partikler i massen. Slike materialer som termoplastiske eller varmeherdende harpikser, gummi, keramikk, glass og metall, i enhver og alle blandinger, er egnet for dette formål. Tykkelsen av dette bindlaget bør være minst halve diameteren av de største partikler, eller den gjennom-snittlige partikkelstørrelse for å sikre at partiklene fasthol-des i massen.

Et koblingsmiddel, kjent som silan og silikonadhe-sjonsfremmer, kan tilsettes bindmassen for å øke heften mellom partiklene og bindmassen i det ferdige kompositt og derved gi et sterkere materiale. Eksempler på koblingsmidler som er egnet for dette formål omfatter vinyltrietoksysilan, a-(3,4-epoksy-cykloheksyl)-etyltrimetoksysilan, gamma-glycidoksypropyltrime-toksysilan, vinyltriacetoksysilan, gamma-aminopropyltrietoksy-silan, N,3-(aminoetyl)-gamma-aminopropyltrimetoksysilan eller lignende. Koblingsmiddel i en mengde opp til 2 vektprosent av partikkelvekten er passende for formålet.

Oppfinnelsen skal nærmere forklares ved hjelp av eksempler:

Aluminiumpartikler av forskjellig størrelse til

0,05 mm ble fremstilt ved å smelte sammen aluminiumpulver ved å la det gå gjennon en Verneuil-brenner. Partiklene hadde over-veiende sfærisk form og ble siktet i forskjellige størrelses-serier. Sfæroidiske aluminiumpartikler med størrelse over 0,05 mm ble innkjøpt. Disse partikler måtte imidlertid poleres for å bringe overflateruheten ned til mindre enn 1,8 pm RMS.

Eksempel 1

En blanding av 50 volumprosent sfæriske aluminiumoksydpartikler med partikkelstørrelse 0,55 - 0,65 mm og 50 volumprosent varmherdende pulver ('!Lucite"-pulver) ble anbragt i en form og varmet opp til 148°C og holdt ved et trykk på 4 20 kg/cm over 10 minutter. Formen var 25 mm i diameter og 28 mm lang. Etter 10 minutters trykk ved den nevnte temperatur, ble formen avkjølt til omgivende temperatur og den støpte del fjernet fra forman. Den sylindriske, støpte del utviste en overflate av jevnt fordelte sfæroidiske aluminiumpartikler i den varmeher-dige harpiks.

Eksempel 2

Et enkelt lag av aluminiumoksydpartikler av størrelse 0,55 - 0,65 ble anbragt i bunnen av en sylindrisk formet kavitet som målte 31,8 mm i diameter. Et varmeherdende harpikspulver, som i eksempel 1, ble helt over partikkellaget og deretter støpt som beskrevet i eksempel 1. Den støpte del besto av en fast varmeherdende harpiks med et enkelt lag av aluminiumkuler i overflaten.

Eksempel 3

En hydrofoilprototyp for en Fourdrinier-maskin ble fremstilt ved å bøye en metallplate (aluminium) til kanalform med 107 cm lengde. Den førende breddekant ble bøyd oppover om-trent 2° fra overflaten.

Lengdekantene ble belagt med aluminiumfolie, slik at det ble dannet en lukket kanalform med en åpning i toppen.

500 g sfæroidiske aluminiumpartikler med størrelse 0,55 - 0,65 mm ble tilsatt 600 g epoksyharpiks. Komposittet ble blandet lang-

somt, idet partiklene ble tilsatt for derved å få minst mulig blæredannelse. Epoksymaterialet var meget seigt, og når blærer ble dannet, kom disse opp til overflaten. 60 g flytende epoksyherdner ble tilsatt blandingen, som ble ytterligere blandet, hvoretter den ble helt i hydrofoilformen. En ytterligere por-sjon 600 g epoksyharpiks og 60 g epoksyherdner ble blandet og helt over den første blanding. Komposittet ble herdet i 24 timer. Under de første 2-4 timer ble den store epoksymasse varm å kjenne på på grunn av den eksotermiske reaksjon under po-lymeriseringen. De sfæroidisk formede partikler sank til bunnen av formen, og det endelige produkt var en vingeform med en øvre flate bestående av størrelsesgraderte sfæroidiske partikler innstøpt i en epoksymasse.

Eksempel 4

En form ble tillaget, som beskrevet i eksempel 3, med unntagelse av at formen ble maskinert av stål. Dimensjonene på kaviteten var 420 mm lang, 61 mm bred og 34 mm dyp. En T-formet kjerne ble anbragt i kaviteten, slik at man kunne få et T-formet spor i den støpte gjenstand. Formen ble renset på overflaten og deretter sprøytet med et fluorkarbonslippmiddel. Formen ble satt sammen og en liten vibrator, som vibrerte ved 60 Hertz, ble festet til den.

En blanding av 250 g "R8-2038 Hysol"-harpiks, 28 g "H2-3416 Hysol"-herder, 3 dråper "LS-46" silikonfuktemiddel og 356 g aluminiumoksydkuler med størrelse 0,3 - 0,6 mm ble fremstilt og deretter helt i formen mens denne vibrerte. En annen blanding av 250 g "R8-2038 Hysol"-harpiks, 20 g "H2-3416 Hysol"-herder og 3 dråper av "LS-4 6" silikonfuktemiddel ble fremstilt, og 200 g av denne blanding ble helt over den første blanding i den vibrerende form. Den T-formede kjerne ble nedsatt i epoksy-massen og festet til formen i dennes endepunkter. Komposittet ble fjernet etter å ha vært herdet ved romtemperatur i 24 timer og viste en god form med god partikkelfordeling. Noen luftbob-ler var synlige på overflaten og noen partier av den førende kant.

Eksempel 5

Formen og den T-formede kjerne i eksempel 3 ble benyttet for dette eksempel. Formen ble overflaterenset og sprøy-tet med fluorkarbon. En blanding av 250 g "R8-2038-Hysol"-harpiks og 20 g "H2-3416 Hysol"-herder ble omrørt i 15 minutter. Med formen festet til en 6 0 Hertz vibrator ble epoksyblandingen helt inn i formen og 3 50 g aluminiumoksydpartikler med størrel-se 0,55 - 0,65 mm ble påfylt på toppen av epoksyblandingen.

Den T-formede kjernestang ble innsatt i formen, og deretter ble en annen epoksyblanding, tUdannet som ovenfor nevnt, helt i form mellom innerflaten av formen og den T-formede kjerne. Det hele ble herdet ved romtemperatur i 24 timer og komposittgjenstanden tatt ut. Den således produserte foil hadde en overflate med god partikkelfordeling, men partikkeltettheten i overflaten var mindre enn den man fikk i eksempel 5. Dessuten hadde overflaten færre bobler enn overflaten i eksempel 5.

Eksempel 6

Flatene i en form med innvendige dimensjoner 75 x 25 x 19 mm ble renset og sprøytet med fluorkarbon. 16,6 g aluminiumoksydpartikler med størrelse 0,3 - 0,6 mm ble helt i formen som var festet til en 6 0 Hertz vibrator. 9,8 g aluminiumoksydpartikler med størrelse 0,05 mm og mindre ble helt i formen og over det første lag partikler mens formen vibrerte. En blanding av 30 g "Hysol-harpiks R8-2308", 3,3 g "Hysol-herder H2-3416", 22 dråper av et silan og 0,78 g blåpigment ble omrørt i 10 minutter og deretter helt i formen. Blandingen ble herdet ved romtemperatur og komposittgjenstanden tatt ut. Overflaten viste god partikkelfordeling, og de mindre partikler fylte stort sett rommene mellom de større partikler.

Komposittmaterialer ble også fremstilt med kromoksyd-partikler, wolframkarbid-krom-nikkelpartikler, wolframkarbid-koboltpartikler og kromkarbid-nikrompartikler. I likhet med eksemplene ovenfor var partikkelfordelingen i overflaten av disse materialer god.

Claims (4)

1. Materiale for bruk i kontakt med syntetiske formingsvirer i Fourdrinier-papirmaskiner, hvilket materiale har minst en glatt flate innbefattende hårde materialpartikler innleiret i et bindemiddel, karakterisert ved at partiklene er i det vesentlige glatte sfæroidisk til sfærisk formede slitasjebestandige partikler og er innleiret i en plastmatrise, hvilke partikler er jevnt dispergert og tett pakket ved kontakt-

flaten, hvilken plastmatrise er tildannet av en plast som er termoplastisk eller en termoherdende harpiks, og at partiklene er valgt fra minst en av gruppene som består av metalloksyder, metallkarbider, metallborider, metallsilicider og metallnitrider og at partiklene har en størrelse mellom 0,3 og 2,0 mm og har eh overflateruhet mellom 0,02 og 1,8 ym RMS.

2. Materiale ifølge krav 1, karakterisert ved at mindre partikler i størrelsesområdet mellom 0,02 og 0,05 mm er innblandet i partiklene med størrelse mellom 0,3 og 2,0 mm.

3. Materiale ifølge krav 1, karakterisert ved at partiklene er aluminiumoksydpartikler.

4. Materiale ifølge krav 1,karakterisert ved at overflateruheten ligger mellom 0,02 og 0,25 ym RMS.