TWI527744B - 碟片之基材，其製造方法及碟片滾筒 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種碟片滾筒，其包括一旋轉軸及藉由插入而安裝於其上的環形碟片，藉此碟片的圓周表面充作輸送表面。本發明進一步關於一種用於該等碟片之基材及關於一種製造該基材之方法。
碟片滾筒被用於，例如，輸送自熔爐下降之玻璃板，或用於輸送在退火爐中加熱之金屬板(例如，不銹鋼板)。如圖1所示，碟片滾筒10係以下述方式構造。藉由插入將含有無機纖維及無機填料的環形碟片12安裝於充作旋轉軸的金屬軸11上。如此獲得滾筒型堆疊。將整個堆疊壓過分別設置於兩端的凸緣13，且用螺帽15將呈此一輕度壓縮狀態的此等碟片12緊固。在如此獲得的碟片滾筒10中，碟片12的圓周表面充作輸送表面(參見，例如，JP-A-2004-299980及JP-A-2004-269281)。
然而，該等碟片滾筒具有以下問題。近來，待輸送的玻璃板或不銹鋼板面積增大，因此，每個板的輸送時間變長。與碟片接觸的時間亦變得較長。因此，碟片相較於先前被加熱至更高的溫度，且相較於先前在輸送前後(即在碟片與玻璃板或不銹鋼板接觸之時間與終止接觸之時間的期間)的溫度間具有更大的差異。在定期檢查中亦會有碟片被快速冷卻的情況。
在此等情況中，碟片會在具有高熱容量的金屬軸熱收縮之前先熱收縮。因此，會有發生碟片分離(於碟片之間形成間隙的現象)的顧慮，且滾筒表面(輸送表面)會由於可歸因於碟片之外側(表面)與內側(內部)之間之溫度差的熱應力(熱膨脹之差異)而龜裂。
本發明已鑑於該等問題而達成。本發明之一目的為提供一種碟片滾筒，其即使當快速冷卻時，既不會發生碟片分離亦不會龜裂。
換言之，本發明係關於以下的(1)至(6)項。
(1)一種基材之製造方法，由該基材獲得使用於碟片滾筒中之環形碟片，該碟片滾筒包括一旋轉軸及藉由插入而安裝於其上的環形碟片，藉此該等碟片的圓周表面充作輸送表面，該方法包括將漿液原料成型為板狀並乾燥該板，該漿液原料含有濕體積300毫升/5克或更大且為非晶形或結晶度50%或以下的無機纖維。
(2)根據(1)項之碟片基材之製造方法，其中，該等無機纖維具有3-7微米之平均纖維直徑。
(3)根據(1)或(2)項之碟片基材之製造方法，其中，該等無機纖維具有Al2O3：SiO2係自60：40至99：1之組成。
(4)一種使用於碟片滾筒之碟片，該碟片滾筒包括一旋轉軸及藉由插入而安裝於其上的環形碟片，藉此該等環形碟片的圓周表面充作輸送表面，該碟片為該等環形碟片之各者，該碟片含有非晶形或結晶度50%或以下且平均纖維直徑3-7微米的無機纖維，以及具有10-100%之回復率。
(5)一種碟片滾筒，其包括一旋轉軸及藉由插入而安裝於其上的碟片，該等碟片皆為根據(4)項之碟片。
(6)根據(5)項之碟片滾筒，其中，該等碟片具有0.6-1.6克/立方公分之壓縮密度。
根據本發明，即使係於滾筒構造後亦可使相當長的無機纖維殘留於碟片中，因此，可維持/展現無機纖維的可撓性。結果，碟片可維持高回復率且可減輕/吸收可歸因於熱膨脹差異的應力。因此，可提供即使當快速冷卻時，亦不會發生碟片分離及龜裂的碟片滾筒。
本發明參照附圖詳細說明於下。
本發明提供一種碟片之基材，其係用於自其製造構成諸如圖1所示之碟片滾筒10的碟片12。本發明之碟片之基材係經由將含有無機纖維之漿液成型為板狀並乾燥該板而獲得，其中該等無機纖維具有300毫升/5克或更大之濕體積且為非晶形或具有50%或以下之結晶度。該等無機纖維係具有不同長度之纖維的混合物。在本發明，無機纖維的纖維長度係以濕體積表示。
上述濕體積係藉由具有以下步驟的下述方法計算：
(1)利用具有小數點以下兩位或兩位以上之準確度的磅秤稱重5克之乾燥纖維材料；
(2)將經稱重的纖維材料置於500克玻璃燒杯中；
(3)將約400cc、溫度20至25℃之蒸餾水倒入於步驟(2)中製備之玻璃燒杯中，並利用攪拌器小心進行攪拌以不致切割纖維材料，而使纖維材料分散。關於此分散，可使用超音波清潔器；
(4)將於步驟(3)中製備得之玻璃燒杯的內容物轉移至1,000毫升之量筒中，並加入蒸餾水直至1,000cc之刻度；
(5)藉由用手掌小心堵住量筒之開口防止水漏出，將量筒上下倒置，而進行於步驟(4)中製備得之量筒的攪拌。將此程序重複總計10次；
(6)於停止攪拌後將量筒在室溫下靜置30分鐘後藉由目視觀察測量纖維的沈降體積；及
(7)對3個樣品進行上述操作，且取其平均值作為測量值。
濕體積愈大，則纖維長度愈大。在本發明，使用具有300毫升/5克或更大，較佳400毫升/5克或更大，更佳500毫升/5克或更大之濕體積的無機纖維。對其濕體積並無特定上限，只要可達到本發明之效果即可。舉例來說，無機纖維之濕體積可為2,000毫升/5克或更小，較佳1,500毫升/5克或更小，更佳1,200毫升/5克或更小。藉由攪拌將無機纖維與無機填料及其他成分在水中混合，以將無機纖維漿化，且因此於攪拌期間切割，藉此由其獲得之碟片包含具有短纖維長度的無機纖維。因此，該等碟片具有低回彈性且無法適應突然的溫度變化，而會導致碟片分離或龜裂。相對地，具有以上所示濕體積之待使用於本發明之無機纖維係蓬鬆短纖維。即使當於漿液形成中攪拌及混合時，待使用於本發明之無機纖維仍維持較迄今為止所使用的無機纖維長。由其所獲得之碟片亦包含甚長的無機纖維，因此，可維持/展現無機纖維的可撓性。結果，可減輕/吸收可歸因於熱膨脹差異的應力，且可改良碟片滾筒的耐碎性。
在本發明，無機纖維為非晶形材料，即具有0%之結晶度，或具有50%或以下之結晶度。無機纖維的結晶度愈低，則纖維的強度愈高。因此，即使當將纖維在漿液中攪拌或在滾筒構造步驟中接受壓縮力時，無機纖維亦較不易斷裂。碟片因此可維持回復力。結果，獲得具高強度及高回復率的碟片。由獲得此等效果而不失效的觀點來看，無機纖維之結晶度的上限較佳為30%或以下，更佳為20%或以下，再更佳為10%或以下。無機纖維最佳為非晶形無機纖維。在本發明，結晶度可利用X射線繞射術測定，其中使用內標準方法來繪製富鋁紅柱石的校準曲線以測定結晶度。
無機纖維的平均纖維直徑並無特殊限制，只要可達成本發明之效果即可。然而，無機纖維較佳應係具有3-7微米，較佳4-7微米平均纖維直徑之相當厚的無機纖維。此等厚無機纖維具有優異的纖維強度，且因此即使當將無機纖維在漿液中攪拌或在滾筒構造步驟中接受壓縮力時，亦較不易斷裂。因此，無機纖維使碟片可維持回復力。結果，可提供具高強度及高回復率的基材。
無機纖維之組成並無特殊之限制，只要可達成本發明之效果即可。然而，Al2O3：SiO2較佳係自60:40至99:1。具有此一組成的無機纖維被稱為氧化鋁纖維或富鋁紅柱石纖維。此等無機纖維具有高耐熱性，因此，可產生具有低熱尺寸變化程度的碟片。特定而言，其中之Al2O3：SiO2係自70:30至75:25之富鋁紅柱石纖維在耐熱性、纖維強度、及成本之間具有優異平衡，因此即使係於成型步驟及滾筒構造步驟之後亦易於維持大的纖維長度。因此，此等富鋁紅柱石纖維適用於本發明。
漿液除了無機纖維之外，尚可如同習知漿液包含無機填料。根據需求，漿液可包含無機黏合劑。無機填料的合適實例包括迄今為止所使用的無機填料，諸如雲母、木節土(Kibushi clay)、皂土、氧化鋁、堇青石、高嶺土、及滑石。適合的無機黏合劑為矽石溶膠及氧化鋁溶膠，因其具優異的耐熱性。除此等成分外，尚可添加成型助劑，諸如有機黏合劑(例如，澱粉)、有機纖維(例如，紙漿)、及抗凝劑(例如，微晶高嶺石粉末)。其餘為水。
漿液之組成並無限制。在將無機填料及無機黏合劑添加至漿液的情況中，漿液的固體組成可為包含30-70質量%之無機纖維、30-70質量%之無機填料、及0-10質量%之無機黏合劑。其之固體組成更佳包含30-60質量%之無機纖維、40-70質量%之無機填料、及0-10質量%之無機黏合劑，及再更佳包含30-50質量%之無機纖維、50-70質量%之無機填料、及0-10質量%之無機黏合劑。在無機纖維之比例小於30質量%的情況中，無法獲得可歸因於無機纖維的回彈性，且會有於滾筒構造後無法獲得將於稍後說明之預期回復率的顧慮。在無機纖維之比例大於70質量%的情況中，很難將無機纖維均勻地分散於漿液中，且會有獲得的碟片基材可能具有增進的性質不均勻性或不良耐磨損性的顧慮。
關於成型方法，可提及造紙方法或將漿液供應至成型模(例如，金屬網)之一側，同時自另一側傳送吸力的脫水成型方法。然而，在將上述含有相當長之膨鬆短纖維之該漿液成型成板狀的情況中，易由於漿液中所含固體物質之凝聚而產生大的絮狀物，且過濾阻力易降低。因此，脫水成型方法有利。然而，在無機纖維量小(例如，20質量%或以下)的情況中，造紙方法亦可行。由成本觀點來看，造紙方法有利。
於成型後，將所得之板狀物體乾燥而得碟片之基材。此碟片之基材的密度並無特殊之限制，只要可達成本發明之效果即可。然而，其密度可為0.3-1.0克/立方公分，及更佳為0.4-0.8克/立方公分，特佳為0.45-0.7克/立方公分。此係由於碟片之體積密度相對於待製造之碟片滾筒的壓縮密度愈低，則碟片滾筒的壓縮性愈高且回復力愈佳。碟片之基材的適當厚度在造紙方法之情況中可為2-10毫米，及在脫水成型方法之情況中可為10-35毫米。由製造觀點來看，較大的碟片之基材厚度有利，因較少量的碟片即足以安裝在軸上。
本發明進一步提供一種藉由自上述之碟片基材衝出環形而獲得的碟片。換言之，本發明之碟片包含非晶形或具有50%或以下之結晶度且具有較佳3-7微米，更佳4-7微米之平均纖維直徑的無機纖維，及無機填料。碟片可根據需求包含無機黏合劑。此構造使碟片可維持高回復率且具有改良的耐碎性。明確言之，碟片的回復率為10-100%，較佳為10-90%，更佳為10-80%，再更佳為20-70%，尤佳為20-60%，最佳為20-50%。在本發明，碟片的回復率係以下述方式測定。將外徑130毫米及內徑65毫米的碟片以1.25克/立方公分之壓縮密度安裝於直徑65毫米及長度1,000毫米的不銹鋼軸上，而建構碟片滾筒。將此碟片滾筒在900℃加熱下，以5rpm之旋轉速度旋轉150小時，然後冷卻至室溫(即25℃)。其後將施加至碟片的壓縮力移除。回復率係藉由將移除壓縮力後所回復之長度除以原始長度而測得。
本發明進一步提供一種藉由利用插入而將上述種類之碟片安裝於充作旋轉軸的金屬軸上以獲得滾筒型堆疊，及將整個堆疊以自兩端壓縮之狀態固定(如圖1所示)而獲得的碟片滾筒。碟片之壓縮密度(即呈自兩側壓縮狀態之碟片的密度)並無特殊限制，只要可達成本發明之效果即可。然而，其壓縮密度可為0.6-1.6克/立方公分，及更佳為0.7-1.5克/立方公分，尤佳為1.1-1.4克/立方公分。此壓縮密度為較佳，因此碟片滾筒不僅具有令人滿意的耐碎性且可維持輸送滾筒所需之耐磨損性，並且亦具有不會毀損被輸送之工件的表面硬度。該壓縮密度使根據本發明所獲得之基材的性質達到最高程度。
本發明之碟片滾筒的表面硬度並無特殊限制，只要可達成本發明之效果即可。然而，其表面硬度可為25-65(根據D型硬度計硬度)，且較佳可為30-60，更佳為35-55。D型硬度計硬度(硬度計D型)可，例如，利用「ASKER D型橡膠硬度計」(Kobunshi Keiki Co.,Ltd.製造)測量。
本發明將參照試驗實施例進一步說明於下。然而，不應以任何方式將本發明解釋為受限於以下的試驗實施例。
將鋁矽酸鹽纖維或富鋁紅柱石纖維連同如表1所示之無機填料及成型助劑一起添加至水中，且將成份充分攪拌及混合以製備得漿液。鋁矽酸鹽纖維及富鋁紅柱石纖維之濕體積係利用上述方法測定。其結晶度係利用X射線繞射術測定，其中使用內標準方法來繪製富鋁紅柱石的校準曲線。
利用脫水成型方法或造紙方法將如此製備得之各漿液形成為板狀，並乾燥而產生碟片之基材。評估該基材的以下性質。所得結果亦示於表1。
由各碟片之基材衝出試件。將試件於700℃或900℃下加熱然後檢測直徑。測定長度方向(直徑方向)尺寸與加熱前測得值的熱變化程度。
由各碟片之基材衝出外徑130毫米及內徑65毫米的碟片，且將其安裝於直徑65毫米及長度1,000毫米的不銹鋼軸上以建構滾筒，而產生1.25克/立方公分之壓縮密度。將此滾筒於900℃及5rpm之旋轉速度下旋轉150小時，然後冷卻至室溫(即25℃)。其後將施加至碟片的壓縮力移除。回復率(%)係藉由將移除壓縮力後所回復之長度除以原始長度而測得。
由各碟片之基材衝出外徑80毫米的環形碟片，且將其安裝於不銹鋼軸上以建構滾筒，而產生100毫米之寬度及期望的壓縮密度。將此滾筒於900℃下旋轉5小時，同時並邊使直徑30毫米且具有五個以2毫米間隔形成之寬度2毫米之溝槽的不銹鋼軸與滾筒表面保持接觸。其後使滾筒冷卻至室溫(即25℃)，並測量所得的磨耗損失(毫米)。附帶一提，在所得之磨耗損失為8毫米或以下的情況中，可將此滾筒評定為實際的耐磨損性優異。
由各碟片之基材衝出外徑60毫米的環形碟片，並將其安裝於不銹鋼軸上以建構滾筒，而產生100毫米之寬度及期望的壓縮密度。將此滾筒置於維持在900℃的電爐中。於15小時後，將滾筒自爐中取出並快速冷卻至室溫(即25℃)。重複此加熱/快速冷卻操作，並計算使滾筒經歷碟片分離或龜裂所需之此等操作的次數。
由表1可見以下結果。在其中使用具有300毫升/5克或更大之濕體積及50%或以下之結晶度之富鋁紅柱石纖維的實施例1至4中，獲得具有低的熱尺寸變化程度且耐磨損性及耐碎性優異的碟片。
如表2所示，使用不同量之具有530毫升/5克之濕體積的非晶形富鋁紅柱石纖維製備漿液。評估由其獲得之碟片之如同試驗1的相同性質。所得結果亦示於表2。
由表2可見當富鋁紅柱石纖維之加入量為30-60質量%，較佳30-50質量%時，碟片的回復率、耐磨損性、及耐碎性優異。
使用如同試驗1中實施例2之相同配方製造碟片。製造具有如表3所示之不同壓縮密度的碟片滾筒，並如同試驗1評估相同性質。所得結果亦示於表3。
由表3可見碟片之壓縮密度較佳為0.7-1.5克/立方公分，更佳為1.1-1.4克/立方公分。
本發明參照明確具體例作詳細描述。然而，熟悉技藝人士當明白本發明可作不同變化及校正，而不脫離本發明之精神。
本申請案係以2008年11月6日提出申請之日本專利申請案第2008-285282號為基礎，將其全體併入本文為參考資料。
此外，將文中引述之所有參考文獻併入本文為參考資料。
10．．．碟片滾筒
11．．．金屬軸
12．．．碟片
13．．．凸緣
15．．．螺帽
圖1係說明碟片滾筒之一具體例的示意圖。
10．．．碟片滾筒
11．．．金屬軸
12．．．碟片
13．．．凸緣
15．．．螺帽
Claims (27)
- 一種基材之製造方法，由該基材獲得使用於碟片滾筒中之環形碟片，該碟片滾筒包括一旋轉軸及藉由插入而安裝於其上的環形碟片，藉此該等碟片的圓周表面充作輸送表面，該方法包括將漿液原料成型為板狀並乾燥該板，該漿液原料含有濕體積300毫升/5克或更大且為非晶形或結晶度超過0%且50%以下的無機纖維；該漿液原料包含30質量%至70質量%之該無機纖維以及30質量%至70質量%之無機填料。
- 如申請專利範圍第1項之基材之製造方法，其中，該等無機纖維具有3-7微米之平均纖維直徑。
- 如申請專利範圍第1或2項之基材之製造方法，其中，該等無機纖維具有Al2O3：SiO2係自60：40至99：1之組成。
- 一種基材，係使用於形成碟片滾筒之碟片者，該碟片滾筒包括一旋轉軸及藉由插入而安裝於其上的環形碟片，藉此該等環形碟片的圓周表面充作輸送表面，該碟片為該等環形碟片之各者，該基材包含非晶形或結晶度超過0%且50%以下的無機纖維30質量%至70質量%、以及30質量%至70質量%之無機填料，並具有10-100%之回復率。
- 如申請專利範圍第4項之基材，其中，該基材包含30質量%至60質量%之該等無機纖維以及40質量%至70質量 %之無機填料。
- 如申請專利範圍第4或5項之基材，其中，該無機填料係選自木節土(Kibushi clay)、皂土、雲母、氧化鋁、堇青石、高嶺土、及滑石。
- 如申請專利範圍第4或5項之基材，其中，該無機填料包含木節土及皂土。
- 如申請專利範圍第7項之基材，其中，該無機填料進一步包含雲母、氧化鋁、堇青石或高嶺土。
- 如申請專利範圍第8項之基材，其中，該基材進一步包含澱粉及紙漿。
- 如申請專利範圍第8項之基材，其中，該等無機纖維係氧化鋁纖維或富鋁紅柱石纖維。
- 如申請專利範圍第4或5項之基材，其中，該等無機纖維具有3-7微米之平均纖維直徑。
- 一種使用於碟片滾筒之碟片之製造方法，係包含對申請專利範圍第4至11項中任一項之基材衝出環形。
- 一種使用於碟片滾筒之碟片，該碟片滾筒包括一旋轉軸及藉由插入而安裝於其上的環形碟片，藉此該等環形碟片的圓周表面充作輸送表面，該碟片為該等環形碟片之各者，該碟片含有非晶形或結晶度超過0%且50%以下的無機纖維，以及具有10-100%之回復率；該碟片包含30質量%至70質量%之該等無機纖維以及30 質量%至70質量%之無機填料。
- 如申請專利範圍第13項之使用於碟片滾筒之碟片，其中，該碟片包含30質量%至60質量%之該等無機纖維以及40質量%至70質量%之無機填料。
- 如申請專利範圍第13或14項之使用於碟片滾筒之碟片，其中，該無機填料係選自木節土(Kibushi clay)、皂土、雲母、氧化鋁、堇青石、高嶺土、及滑石。
- 如申請專利範圍第13或14項之使用於碟片滾筒之碟片，其中，該無機填料包含木節土及皂土。
- 如申請專利範圍第16項之使用於碟片滾筒之碟片，其中，該無機填料進一步包含雲母、氧化鋁、堇青石或高嶺土。
- 如申請專利範圍第17項之使用於碟片滾筒之碟片，其中，該碟片進一步包含澱粉及紙漿。
- 如申請專利範圍第17項之使用於碟片滾筒之碟片，其中，該等無機纖維係氧化鋁纖維或富鋁紅柱石纖維。
- 如申請專利範圍第13或14項之使用於碟片滾筒之碟片，其中，該等無機纖維具有3-7微米之平均纖維直徑。
- 一種碟片滾筒之製造方法，係包含將申請專利範圍第13至20項中任一項之碟片安裝於旋轉軸，藉此該等碟片的圓周表面充作輸送表面。
- 如申請專利範圍第21項之製造方法，其中，該等碟片具有0.6-1.6克/立方公分之壓縮密度。
- 如申請專利範圍第22項之製造方法，其中，該等碟片具有0.7-1.5克/立方公分之壓縮密度。
- 一種碟片滾筒，其包括一可旋轉軸及藉由插入而安裝於其上的碟片，該等碟片皆為申請專利範圍第13至20項中任一項之碟片。
- 如申請專利範圍第24項之碟片滾筒，其中，該等碟片具有0.6-1.6克/立方公分之壓縮密度。
- 如申請專利範圍第25項之碟片滾筒，其中，該等碟片具有0.7-1.5克/立方公分之壓縮密度。
- 一種輸送方法，係使用申請專利範圍第24至26項中任一項之碟片滾筒而輸送玻璃板或金屬板。
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