SE510341C2 - Metod och anordning för formning av en flerskiktsbana - Google Patents

Description

51-0 341 10 15 20 25 30 2 3. Fonnning av skikten på varandra i ett sekventiellt förfarande, dvs formning av det andra skiktet ovanpå det första skiket och det tredje skiktet ovanpå det andra skiktet etc. Föreliggande uppfinning hänför sig till denna kategori.

Separat formning utförs vanligen med en multi-fourdrinier maskin. Hybridforrrming eller dubbelviraformning (se t.ex. DE 44 02 273 C2) kan också tillämpas. Den ökning i avvattningskapacitet som ges av två eller flera formningsenheter kan även utnyttjas för ökade produktionshastigheter och/eller minskad formningskoncentration för förbättrade arkegenskaper. Alla varianter av separat formning har emellertid ett problem gemen- samt, nämligen skiktbindníngen vilken generellt begränsar flerskiktsproduktens styrka i z-riktningen. Stärkelse eller något annat bindemedel måste oña sprayas på skikten innan de guskas samman.

Emedan dubbelviraformning skulle föredras för hastigheter över 1000 m/min, för att undvika instabila fiia ytor och åstadkomma högre avvattningskapacitet, förvärras dock problemet med skiktbindning. Detta på grund av att det skikt som bildas med dubbel- viraforrnning har två virasidor med dålig skiktbindningsförmåga, till skillnad mot ett fourdrinierskikt, vilket har en virasida och en toppsida med bättre skiktbindnings- förmåga.

Samtidig formning av en flerskiktsprodukt med en flerskiktslåda kan även tillämpas.

Exempel på flerskíktslådor ñnns beskrivna i EP O 681 057 A2 och i GB 2 019 465.

Med denna metod begränsas dock avvattningskapaciteten till den som ges av en enda avvattningsenhet. Därför är denna princip inte lämplig för höghastighetsforrnning av moderata till höga ytvikter vid låga fommingskoncentrationer. Hittills har det dessutom visat sig vara svårt att åstadkomma acceptabla skikttäckningsegenskaper med samtidig formning.

Flerskiktsforrririing i ett sekventiellt förfarande har traditionellt tillämpats vid formning av tvåskikts-linerboard med användande av en andra inloppslåda placerad på något avstånd nedströms en fourdrinier-vira med avvattning av toppskiktet genom basskiktet 10 15 20 25 30 510 341 3 som bildats uppströms om den andra inloppslådan. Problemet med skiktbíndning undviks huvudsakligen genom att fibermälden deponeras ovanpå det förformade skiktet. Detta innebär att flerskiktsproduktens styrka i z-riktriingen ofta bestäms av de enskilda skiktens styrka i z-riktningen snarare än av skiktbindningen. F ormningen av ett toppskikt ovanpå ett basskikt på en fourdrinier-vira innebär emellertid flera nack- delar. Det räcker med att närrma nackdelar avseende avvattningskapacitet och de allvarliga ytviktsvariationerna som beror på den fiia ytan och vilka uppstår i synnerhet över 1000 rn/min.

Avvattning i en dubbelvirazon som skapas av den vira som uppbär basskiktet och en ytterligare banfri vira, genom vilken I0ppSkikI6t huvudsakligen avvattnas, har tilläm- pats kort efter den andra inloppslådan i enheter som väsentligen förlitar sig på vakuum- genererad avvattning (se t.ex. Attwood (1991) "Multi-ply forming", Pulp and Paper manufacture Vol. 7 Paper Machine Operations, TAPPI & CPPA; p.250-251). Avvatt- ning genom det tidigare formade skiktet undviks således huvudsakligen, varvid man uppnår en förbättrad avvattningseffektivitet. Avvattning av toppskiktet genom en banfri vira är dessutom fördelaktig med avseende på renhet och formation av toppskiktet, på grund av att en separat hantering av bakvattnet från toppskiktet är möjlig och på grund av att man huvudsakligen undviker en påverkan från basskiktets struktur på toppskiktet.

Kapaciteten av dessa enheter är emellertid begränsad och de används typiskt på flerskikts-boardmaskiner som går långsammare än 600 rn/min.

I DE 44 02 273 Al beskrivs en tväskikts-forrrmingsenhet som utnyttjar dubbelvira vals- bladforrnning för både basskiktet och toppskiktet som forrnats ovanpå basskiktet. Vals- bladfomming använder sig enbart av en initial valsavvattningsfas följd av bladavvatt- ning. Under valsformning, vilken introducerades i sin ursprungliga form för cirka fyra årtionden sedan (US 3,056,719) och är välkänd från området höghastighetsproduktion av (enskikts-) tryckpapper, löper de två viror som innehåller fibermälden längs periferin på den roterande formningsvalsen. Avvattningstrycket bestäms av det yttre virans spänning dividerad med den momentana krökningsradien, och under valsavvattningen ökar trycket snabbt under en initial fas, varefier det planar ut till en platå. Under 10 15 20 25 30 S10 341 4 bladavvattning deflekteras viroma över stationära blad vilket resulterar i ett pulserande avvattningstryck. Även om användandet av vals-bladavvattning innebär en väsentligt bättre maskin- hastighetspotential än de tidigare beskrivna metodema för fonnning av ett toppskikt ovanpå ett basskikt, har den fortfarande nackdelar i synnerhet vad gäller mekaniska arkegenskaper. Bladdavvattning kan ha en stark negativ effekt på de individuella skiktens styrka i z-riktning, vilket innebär att z-riktningsstyrkan hos flerskiktsprodukten förblir ett problem trots att toppskiktet formas ovanpå basskiktet. Dessutom tenderar bladavvattningen att försämra de mekaniska egenskapema i planet.

Det kan noteras att i DE 44 02 273 Al uppges ingen fördel med avseende på arkegen- skaper för de utföringsvarianter som tillämpar vals-bladfonnning av toppskiktet på basskiktet järnfört med de utföringsvarianter som tillämpar separat formning och som presenteras i samma ansökan. Det kan dessutom noteras att enbart separat formning beskrivs i motsvarande beviljade patent DE 44 02 273 C2.

Sammanfattning av uppfinningen Ändamålet med uppñnningen är att åstadkomma en metod för att fonna ett toppskikt ovanpå ett basskikt med användande av en dubbelviraenhet, i vilken bristerna hos existerande teknik undviks. Detta har enligt uppfinningen åstadkommits genom att man genomför banforrnningen av toppskiktet efter sagda dubbelviranyp enbart med hjälp av valsforrnning. Med basskikt avses ett tidigare format skikt på vilket ett ytterligare skikt, toppskiktet, formas. Basskiktet kan bestå av mer än ett skikt och genom upprepad tillämpning av metoden enligt uppfinningen kan en flerskiktsprodukt med ett valfritt antal skikt formas.

Föreliggande uppfinning ger följ ande speciella fördelar: I Fiberrnäldstrålen från toppskiktets inloppslåda träffar ett dubbelviranyp vilket innebär en generell okänslighet för strålens träfförhållanden. l0 15 20 25 30 510 341 5 0 En sluten forrnningszon vilken är en förutsättning för små ytviktsvariationer vid maskinhastigheter över 1000 rn/min. 0 En bra skiktbindning som erhålls genom att toppskiktet kommer i kontakt med basskiktet medan det är i form av en fibersuspension.

O Maskinhastigheter högre än 1000 rn/min kan köras i en kompakt formnings- sektion med god körbarhet, inklusive hög viraretention, enligt välkända prestanda för valsfonnare.

I Ett brett intervall för fiberorienteringsgraden, liknande den för fourdrinier- maskiner, är möjlig eftersom orienteringseffekter under avvattningen undviks. 0 Gynnsamrna mekaniska egenskaper hos de individuella skikten kan erhållas genom att en låg formningskoncentration är möjlig med två eller flera form- ningsenheter och genom att skadlig skjuving kan undvikas under valsavvatt- ning.

O En hög renhet och formation hos banskiktet kan erhållas eftersom en fibermäld med låg koncentration avvattnas genom en banfii vira.

I syfte att realisera potentialen för mekaniska egenskaper i allmänhet och z-riktnings- styrkan i synnerhet, bör skjuvningen mellan fiberrnälden och viroma under valsavvatt- ningen vara minimal. Därför bör företrädesvis den erforderliga graden av ñberoriente- ring genereras redan i inloppslâdan snarare än medelst en hastighetsskillnad mellan ñberrnälden och virorna under avvattningen. Hastighetsdifferensen mellan fibermälden och virorna under avvattningen kan då begänsas till ett maximum av :40 rn/min relativt punkten för minimal skjuvning.

Fiberorienteringsgraden i strålen som kommer ut ur den hydrauliska inloppslådan styrs av den relativa influensen från turbulensen och krafttöjningen. Turbulens genereras i rörpaketet och befrämjar en slumpvis fiberorientering, medan krafitöjning åstadkom- mes i det konvergerande munstycket och har en orienterande effekt. För att demonstrera påverkan av inloppslådevariablerna på fiberorienteringsgraden hänvisas till artiklar av Nordström och Norman (Nord. Pulp Pap. Res. 9(l): 53 ( 1994); l0(l): 33 (l995); J.

Pulp Pap. Sci. 21 (7): 1223 (1995)). Exempelvis has det visats att med en utfomtning av 10 15 20 25 30 510 341 6 rör-paketet som innebär en hög öppen matningsarea på munstycket och ett högt kontraktionsförhållande på munstycket, kan man uppnå en fiberorienteringsgrad som motsvarar ett dragstyvhetsförhållande MD/CD över fyra vid punkten för minimal skj uvning under valsavvattning.

I flerskiktsforrnning kan vissa fördelar uppnås genom att man formar ett eller några av skikten med metoden enligt uppfinningen, exempelvis banskikt som innehåller svaga massor (högutbytesmassor och returfibennassor). Uppgiften med höghastighetsforrn- ning av en fleskiktsbana med utmärkta mekaniska egenskaper och goda skikttäcknings- egenskaper förverkligas emellertid bäst genom att man använder sig av valsfomining av ovan angivet slag för alla skikt, inklusive basskiktet.

Kort beskrivning av ritningarna Figur 1 visar den grundläggande principen för forrnning av ett toppskikt ovanpå ett basskikt.

Figur 2 och 3 visar två exempel på fominingssektioner för en tvåskiktsbana respektive en treskiktsbana, vilka båda tillämpar valsforrnning för basskiktet och metoden enligt uppfinningen för formning av övriga banskikt.

Beskrivning av utfbringsexempel Den uppfinningsenliga metoden för forrrining av ett toppskikt ovanpå ett basskikt visas schematiskt i Fig. 1. En fibennäld 10 som utrnatas från inloppslådan 11 införs i ett nyp som skapas mellan en spänd forrnningsvira 12 som uppbär en fuktig bana, företrädesvis med 7-15 % torrhalt, och en andra banfri spänd vira 13, och där båda omsluter en roterande formningsvals 14. Den ingående fuktiga banan uppbärs företrädesvis av en inre vira såsom visas i figuren och inloppslådestrålen är företrädesvis riktad snett mot den yttre viran för att inte skada den ingående fuktiga banan. Forrnningsvalsen 14 kan ha en solid eller öppen yta, uppvisa ett vakuum eller inte. För att uppnå tillräcklig avvattningskapacitet uppvisar formningsvalsen en diameter på minst 1200 mm och den yttre virans 13 omslutningsvinkel är företrädesvis större än 100°. För att uppnå ännu 10 15 20 25 30 S11) 341 7 högre kapacitet kan två eller flera fornmingsvalsar användas såsom exemplifieras i följ ande utfönngsexempel.

Enligt uppfinningen slutförs forrrmingen under valsavvattningen, vare sig denna sker på en eller flera formningsvalsar. Därefier är fibemätverksstrukturen väsentligen fixerad så att ingen signifikant omfördelning av fibrerna sker då banan passerar över ytterligare avvattningselement. En ytterligare konsolidering av banan kan därefter ske enligt välkända metoder såsom guskvalsar, suglådor och liknande innan banan kommer in i pressektionen eller annan formningsenhet.

Fi g. 2 visar schematiskt en forrnningssektion som utnyttjar valsforrnning för basskiktet och metoden enligt uppfinningen för det ytterligare skiktet. Figuren visar ett utförande för en tvåskiktsbana, men det är underförstått att principen kan appliceras på produkter innefattande flera skikt. Basskiktet formas i en första dubbelviraenhet innefattande en första inloppslåda 15 vilken avger en fibermäldstrâle in i ett nyp som skapas av en första ändlös spänd forrnningsvira 16 och en andra ändlös spänd formningsvira 17.

Båda viroma 16, 17 löper kring roterande valsar 18,19 i en S-form. Formningsfasen kan sedan avslutas antingen på valsen 18 eller på den vakuumförsedda valsen 19 på vilken ytterligare avvattning därefier sker.

De andra viran 17 separeras därefler från banan över en suglåda 20, vilken håller fast banan på den första viran 16, som överför banan till en andra dubbelviraenhet. Här forrnas ett andra banskikt på det fuktiga banskiktet, vilket företrädesvis har en torrhalt på 7-15 vikts-%. Denna andra enhet innefattar en andra inloppslåda 21 vilken avger en ñberrnäldstråle in i ett dubbelviranyp som skapas av den första viran 16 och en tredje ändlös spänd vira 22. Båda viroma 16, 22 löper kring roterande valsar 23 och 24 i en S- form där det andra banskiktet formas ovanpå det första banskiktet. Forrrmingsfasen kan därefter avslutas antingen på valsen 23 eller på den vakuumunderstödda valsen 24, på vilken ytterligare avvattning därefter sker. 510 341 10 15 20 25 30 8 Den tredje viran 22 separeras på samma sätt som i den första forrnningsenheten från banan över en suglåda 25, vilken håller fast tvåskiktsbanan till den första viran 16, som överför arket till pressektionen (ej visad).

För att minimera eventuella negativa effekter på arkegenskapema beroende på hastighetsdifferenser mellan de två viroma som löper i S-form, rekommenderas en stor diameter för båda valsarna, företrädesvis i området 1500-2000 mm.

Den konfiguration som visas i Fig. 2 ger en speciell fördel med avseende på spänningen på de yttre viroma, den andra respektive tredje viran 17 och 22, och på formnings- valsama som bestämmer avvattningsnycket under valsavvattningen. Efiersom viran är i direkt kontakt enbart med roterande maskinelement erhålls ett minimalt viraslitage, varvid viraspänningen och således avvattningstrycket kan hållas på en högre nivå än om viran löper över stationära element.

F ig. 3 visar ett annat utförande som tillämpar valsforrrining för det första banskiktet och metoden enligt uppfinningen för de andra och tredje banskikten. Figuren visar en konfiguration för ett tredje banskikt men även denna konfiguration kan naturligtvis tillämpas för att forma en bana som innefattar valfritt antal skikt. Ett tredje skikt formas ovanpå det andra banskiktet av en tredje dubbelviraenhet innefattande en tredje inlopps- låda 26 och ett dubbelviranyp skapat av en tredje spänd vira 22 och en fjärde spänd vira 27. Båda formningsviroma löper kring roterande valsar 28,29 i en S-form. F ormnings- fasen kan därefter antingen avslutas på valsen 28 eller på den vakuumunderstödda valsen 29 på vilken ytterligare avvattning därefier sker.

I motsats till den formningssektion som visas i Fig. 2 innefattar denna forrnningssektion en sekvens av spända ändlösa forrnningsviror, vilka vardera överför banan från en forrnningsenhet till den nästa eller till en pressektion. En fördel med detta utförande är den kompakta konstruktionen. Såsom framgår av figuren innebär dock detta utförande bantransport på undersidan av en enkel vira i vissa sektioner. Detta är emellertid möjligt 510 341 9 förutsatt att banan hålls fast till den transporterande viran medelst vakuum på gusk- valsen.

Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till den utíöringsfonn som visas och beskrivs, utan ett flertal modifieringar är tänkbara inom ramen för patentkraven.

Uppfinningen omfattar även att en eller flera av inloppslådorna kan vara en flerskikts- låda.

Claims (6)

510 341 10 15 20 25 30 lO Patentkrav

1. l. Metod för formning av en flerskikts pappers- eller boardprodukt, i synnerhet för formning av ett toppskikt ovanpå ett basskikt, varvid en fibermäldstråle medelst en andra inloppslåda (2l,26) införs i ett dubbelviranyp mellan två spända viror (l6,22;22,27) varav den ena (16;22) uppbär det fuktiga basskiktet, k ä n n e t e c k n a d a v att formníngen av toppskiktet eñer sagda dubbelviranyp (l6,22;22,27) genomförs enbart medelst valsforrnning av den typ där fiberrnäldstrålen införs i dubbelviranypet med en sådan hastighet att den yttre av de spända viroma deflekteras, under upprätt- hållande av en väsentligen konstant spänning under deflektionen av den yttre viran, genom att den yttre viran uppbärs av roterande stöd, av vilka minst ett är fjädrande eller förskj utbart monterat för att kompensera för sagda deflektion.

2. Metod enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d a v att den eftersträvade graden av fiberorientering i toppskiket huvudsakligen genereras i den andra inloppslådan.

3. Metod enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att hastighetsdifferensen mellan fibersuspensionen och viroma under avvattningen är begränsad till ett maximum av 140 m/min relativt punkten för minimal skjuvning.

4. Metod för formning av en flerskiktsbana enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v att valsforrnning av det slag som anges i något eller några av patentkraven 1-3 används för formning av samtliga skikt inklusive basskiktet.

5. Anordning för formning av en flerskiktsbana av papper eller board, i synnerhet för formning av ett toppskikt ovanpå ett basskikt, varvid en fibermäldstråle medelst en andra inloppslåda (2l,26) införs i ett dubbelviranyp mellan två spända viror (16,22;22,27) varav den ena (l6;22) uppbär det fuktiga basskiktet, för utförande av matoden enligt patentkrav 1, och innefattande en andra inloppslåda (21 ;26) anordnad 510 341 ll att leverera en ñberrnäldstråle in i ett dubbelviranyp mellan två spända viror (16,22;22,27) varav den ena (l6;22) uppbär det fuktiga basskiktet, k ä n n e t e c k n a d a v att den innefattar som den enda formningsenheten för fonnningen av toppskiktet på basskiktet, en valsforrnningsenhet innefattande minst en formningsvals (23g23 128), varvid sagda valsformningsenhet är av det slag där fiberinäldstrålen införs i sagda dubbelviranyp med en sådan hastighet att den yttre av de spända viroma deflekteras, sagda anordning innefattar vidare organ för att upprätthålla en väsentligen konstant spänning under deflektionen av den yttre viran, genom att den yttre viran uppbärs av roterande stöd, av vilka minst ett är fiädrande eller förskjutbart monterat för att kompensera för sagda deflektion.

6. Anordning för forrnning av en flerskiktsbana enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att den innefattar en valsformningsenhet av det slag som anges i patentkrav 5 för att forma samtliga skikt inklusive basskiktet.