WO2025201841A1 - Verfahren zur herstellung einer luftgelegten faserstoffbahn mittels eines als perforierte folienbespannung ausgebildeten formiersiebs - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer luftgelegten faserstoffbahn mittels eines als perforierte folienbespannung ausgebildeten formiersiebs

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WO2025201841A1
WO2025201841A1 PCT/EP2025/056226 EP2025056226W WO2025201841A1 WO 2025201841 A1 WO2025201841 A1 WO 2025201841A1 EP 2025056226 W EP2025056226 W EP 2025056226W WO 2025201841 A1 WO2025201841 A1 WO 2025201841A1
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WO
WIPO (PCT)
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film covering
fibrous web
forming fabric
electrically conductive
fibrous
Prior art date
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Pending
Application number
PCT/EP2025/056226
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon WANNER
Michael Straub
Cedric FITZER
Reinhard Holl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of WO2025201841A1 publication Critical patent/WO2025201841A1/de
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00—Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/0027—Screen-cloths
    • D21F1/0063—Perforated sheets
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F11/00—Processes for making continuous lengths of paper, or of cardboard, or of wet web for fibre board production, on paper-making machines

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a fibrous web, in particular a paper, board or tissue web, from a fibrous starting material, comprising the following steps: a) low-water processing of the fibrous starting material in an air stream to form individual fibers and/or fiber bundles; b) forming the individual fibers and/or fiber bundles in the air stream to form a flat fibrous web by a dry forming method in which the individual fibers and/or fiber bundles are laid down on a forming fabric; c) applying at most 30% by weight, preferably at most 20% by weight, more preferably at most 10% by weight, of water and/or binders to the fibers of the formed fibrous web; d) consolidating the formed fibrous web.
  • US 4,167,378 discloses a dry air-laying process in which fibers are laid in a largely dry state to form a fibrous web. To impart the necessary strength to the fibrous web, only relatively small amounts of water (to form hydrogen bonds) and/or other binders are added. This results in significantly less energy being required for drying.
  • the fibers are usually laid onto a woven forming fabric, which is permeable to air to draw in the fibers from below the forming fabric.
  • air-permeable spiral fabrics can also be used as forming fabrics.
  • One of the challenges of this process is to reliably transport the fibrous web deposited on the forming fabric and then transfer it to a further treatment unit, in particular a bonding unit, without the fibers becoming entangled, accumulating locally, or becoming permanently stuck somewhere.
  • a further treatment unit in particular a bonding unit
  • this is largely unproblematic, as the dry air-laying process is primarily used today to manufacture medical products such as diapers, and not to produce paper, board, or tissue webs, at least not on an industrial scale.
  • problems increasingly arise, particularly with regard to fiber entanglement and/or fibers becoming stuck at the end of the forming fabric where the fibrous web is supposed to leave the forming fabric.
  • a method and a device are to be provided with which a high-quality fibrous web, in particular paper, cardboard or tissue web, can be can be reliably produced using a dry air-laying process.
  • a dry air-laying process This should be possible on an industrial scale, i.e., with production quantities of several tonnes per day, preferably at least one ton per hour, with the produced fibrous web preferably being wound up as a roll at the end of the production machine.
  • the object is achieved by the generic manufacturing method described above, which is particularly characterized in that the forming fabric comprises a perforated film covering, preferably being formed essentially from a perforated film covering, with electrically conductive means arranged in and/or on the film covering.
  • perforated film coverings can lead to better release behavior at the end of the transport path, where the fiber web is transferred to the next treatment unit, compared to conventional woven fabrics. This is presumably due to the fact that the fibers are more likely to get caught at the intersection points of the threads of the woven fabrics.
  • this advantage of perforated film coverings only becomes fully apparent if specific means are provided in or on the fabric to counteract the buildup of electrostatic forces or to dissipate electrostatic forces already present from upstream process steps.
  • the causes and generators of electrostatic charging of the fibers can be diverse.
  • the perforated film coverings have a larger contact surface with the rollers that guide them in a circular motion and possibly with other static components, such as the vacuum boxes, they experience increased friction compared to woven fabrics. This friction can - unlike the wet-laying process - quickly lead to electrostatic charges, which can have an undesirable effect on the formation and adhesion of the fibers. Alternatively or additionally, it can also happen that the fibers are already They enter the forming heads charged from the pipelines. In dry climates, they can also constantly change their charge through contact with the pipelines, other fibers, etc.
  • the film covering can essentially consist of a monolithic film or be a film laminate.
  • film refers to a flat structure, usually made of plastic, which is inherently waterproof. The film can be produced by casting, extrusion or another process.
  • film laminate refers to a structure consisting of several layers, which are themselves films and which are bonded to one another over the entire surface, in particular without creating any cavities, for example by gluing or welding.
  • the film layers can be made of the same material or different materials. Furthermore, they can all have the same thickness or different thicknesses.
  • the total thickness of the film laminate should be between 0.5 mm and 1.5 mm.
  • a film laminate is generally preferred because it has the advantage that the individual layers can be more easily stretched bi- or monoaxially prior to lamination than a monolithic film of the same thickness as the film laminate, so that a film laminate can exhibit higher tensile strengths than a monolithic film of the same thickness.
  • the forming fabric can also consist, for example, of a combination of such a perforated film laminate and a conventional fabric, in which case the film laminate is preferably arranged on the side of the forming fabric facing the fibrous web during intended use.
  • a paper web is understood to be a web made of "conventional" paper, in particular of a so-called graphic paper.
  • a paper web differs from a cardboard or tissue web primarily in its specific basis weight (measured in g/m 2 ), whereby the specific basis weight of a cardboard web is higher and the specific basis weight of a tissue web is lower than that of a paper web.
  • the fibrous web can be a tissue web with a specific basis weight of 28g/ m2 to 42g/ m2 . With such lightweight fibrous webs, the problem of cleanly separating from the forming fabric is particularly pronounced, and the advantages of the present invention therefore become particularly apparent.
  • paper, cardboard, and tissue also generally differ in their intended uses, particularly writing, protecting, and absorbing.
  • low-water processing means that essentially no water is used to separate the fibers from the starting material, which is a significant difference from the wet-laying process.
  • the starting material can be, for example, pulp in the form of bales, also called “bale pulp,” or in the form of "fluff pulp.”
  • bale pulp pulp in the form of bales
  • waste paper for example. Even if the fibers are preferably only dissolved in an air stream during “low-water processing,” this should not preclude the air in the air stream from being conditioned, in particular by adjusting its moisture content.
  • the forming fabric has a fiber web side facing the fiber web and a machine side facing away from the fiber web.
  • the perforations extend from the fiber web side to the machine side, or vice versa, allowing the fibers to be sucked in.
  • the perforations should be sized to prevent fibers from being sucked through them.
  • the forming fabric according to the present invention distinguishes the forming fabric according to the present invention from so-called "texturing belts" or the like, which are specifically designed to exert a structuring effect on the fibrous web, e.g. to make its feel and/or appearance more appealing.
  • the inventors have recognized that the use of such structuring clothing is disadvantageous as a forming fabric because they make it more difficult to detach the fibrous web from the forming fabric, e.g. during transfer to a next clothing. It is therefore advantageous if the forming fabric is as smooth or flat as possible on its upper side facing the fibrous web.
  • the electrically conductive means can be applied to the film covering in the form of a coating.
  • the coating can be electrically conductive or have a significantly lower electrical resistance than the rest of the film covering. If the coating is also electrically conductively connected to the machine bed, electrical charge can be effectively dissipated, and no electric field builds up that could negatively influence the fibers' alignment and/or adhesion.
  • the coating can be applied to the film covering on the side of the film covering facing the fibrous web during normal operation.
  • the coating can also be applied to the side of the film covering facing away from the fibrous web during normal operation. If a corresponding coating is provided on both sides of the film covering, these are preferably electrically conductively connected to one another, for example, via the edges of the film covering. In this way, charge can be conducted from the fibrous web side of the covering to the machine side. from where it can then be very easily transported into the machine bed, for example via electrically conductive deflection rollers.
  • a particularly preferred embodiment provides that the coating extends at least partially into the perforations of the film covering, preferably creating an electrically conductive connection between the side of the film covering facing the fibrous web during normal operation and the side of the film covering facing away from the fibrous web during normal operation.
  • the coating after the perforation is advantageous to apply the coating after the perforation, as the coating can otherwise hinder the perforation process due to a different laser absorption rate. Furthermore, applying the coating after the perforation allows the coating to extend into the perforations and even cover the perforation walls.
  • the coating is preferably applied by spraying, similar to painting, but other processes such as electroplating and/or sputtering are also possible.
  • the coating may comprise or be formed from a metallic component.
  • the coating may also comprise or be formed from carbon, preferably in the form of graphite or carbon black.
  • Carbon is a very good electrical conductor. It can also be present, for example, in the form of so-called “carbon nanotubes.” However, the concentration of such "carbon nanotubes" must be sufficiently high to achieve the desired conductivity.
  • the chips 26 produced in the shredder 22 are next fed, preferably by air flow, to a cleaning device 28.
  • This cleaning device 28 can be, for example, a so-called air sifter.
  • the chips 26 are fed into a riser pipe through which air is blown from below by means of a blower 30.
  • the chips 26 are washed around and swirled around by the air flow, whereby impurities 32, such as sand or the like, are released. These contaminants 32 fall due to gravity against the air flow in the riser pipe, where they can exit the riser pipe.
  • the chips 26, on the other hand are carried upwards by the air flow and next reach a cyclone air separator device 34, where the air is separated from the chips.
  • the separated air can, for example, be returned to the chips 26 upstream of the cleaning device 28, as indicated by an arrow in Figure 1.
  • the cleaned chips 26 fall down from the cyclone air separator device 34 into a collection container 36.
  • the density of the pulp in the collection container 36, where the pulp is present in chips 26, is preferably a maximum of one quarter of the density of the pulp upstream of the shredder 22, where the pulp is in the form of baled pulp. In other words, the pulp in the form of chips 26 is preferably relatively loose in the collection container 36.
  • a continuous flow of chips 26 can then be fed, preferably also by air flow, for which a further blower 38 can be used, to a defibration device 40, where the chips 26 are defibrated into individual fibers in a dry process.
  • the individual fibers then pass into an air-laying unit 42 in order to form the dry-laid fibrous web 14 from the fibers.
  • the fibrous web 14 is formed on a rotating, air-permeable forming fabric 16, over which the Fibre web 14 is simultaneously transported away.
  • the fibrous web 14 is next transferred from the forming unit to a consolidation unit, in which process steps c) and d) are carried out.
  • the fibrous web 14 is transferred from the forming fabric 16 to a consolidation fabric 44.
  • the consolidation fabric 44 transports the fibrous web 14 through a press nip 46 formed by two rollers.
  • the fibrous web 14 is moistened by means of jet nozzles 48, wherein the amount of water and/or binder applied is relatively small, in particular less than 15% by weight, preferably less than 10% by weight, even more preferably less than 8% by weight, based on the weight of the fibrous web 14 before moistening.
  • the fibrous web 14 is then passed through a dryer 50 before being wound up on a winder 52.
  • the fibrous web 14 is preferably transported overhead by the consolidation fabric 44, for example, by means of negative pressure.
  • the moistening of the fibrous web 14 by means of the jet nozzles 48 preferably takes place from below. In this way, neither the forming fabric 16 nor the consolidation fabric 44 is moistened, which significantly reduces the cleaning effort and preferably eliminates the need for cleaning these fabrics 16, 44 at all.
  • the consolidation fabric 16 and/or at least one of the two rollers forming the press nip 46 can have a structure for deliberately forming local high-pressure zones in the fibrous web 14.
  • the manufacturing process is particularly energy and water-efficient. Furthermore, the addition of chemical additives, such as melt fibers, is eliminated, so the finished fiber web 14 is easily biodegradable and compostable.
  • the fibrous web 14 can be imagined as a thin layer of dust.
  • the dust layer is held on the forming fabric 16 by vacuum.
  • vacuum boxes (not shown in Figures 1 and 2) are arranged in the loop of the forming fabric 16, and the forming fabric 16 is designed to be permeable.
  • the film covering 54 which is preferably designed as an endless loop, can be stretched between two rollers R, as shown in Figure 4.
  • the perforations 56 can, for example, be drilled into the film covering 54 by the laser in rows, starting from a first side edge 60 of the film covering 54 to a second side edge 62 of the film covering 54 opposite the first side edge 60.
  • the film covering 54 is preferably formed essentially from a film laminate comprising several layers 64.
  • the layers 64 can consist of monolithic films that are bonded to one another in a planar manner, preferably without any voids between them, for example, by means of thin adhesive layers provided between the films.
  • the film laminate comprises four layers 64, all of which are essentially the same thickness. For the sake of clarity, only two of the perforations 56 shown are provided with reference numerals.
  • the inventors have recognized that, with a perforated film covering 54 as the forming fabric 16, the fibrous web 14 can generally be transported reliably even at high speeds, with the fibrous web being easier to detach from the forming fabric 16 than with conventional, woven forming fabrics.
  • the process for detaching the fibers from the forming fabric 16 can be negatively affected, and fibers can permanently accumulate as contamination in certain places.
  • electrically conductive means 66 in and/or on the film covering in order to counteract the build-up of electrostatic forces between the forming fabric 16 and the individual fibers and/or fiber bundles or to dissolve already existing electrostatic forces.
  • Figure 6 schematically shows a first embodiment of a foil covering 54 according to the invention with electrically conductive means 66.
  • a coating 68 is applied to both sides of the foil covering 54, forming the electrically conductive means 66.
  • the coating 68 is electrically conductive, for example, by comprising carbon black or graphite.
  • the coating 68 was applied only after the perforation of the foil covering 54 and extends therefore also into the perforations 56. Specifically, it covers the side walls of the perforations 56 in such a way that an electrically conductive connection is established between the two sides of the foil covering 54.
  • the coating 68 can preferably be applied by spraying. However, other processes, such as electroplating and sputtering, are also possible.
  • electrically conductive means that it has an electrical resistance that is significantly lower than that of the film covering 54, or significantly lower than that of the layers 64 of the film laminate.
  • the specific electrical resistance of the electrically conductive means 66 is less than 250 ohms*cm.
  • the specific electrical resistance (in ohms*cm) of the electrically conductive means 66 is understood to be the electrical resistance (in ohms) per length (in cm) and per reciprocal of the cross-sectional area of the electrically conductive means 66 (in 1/cm 2 ).
  • Figure 7 schematically shows a second embodiment of a foil covering 54 according to the invention with electrically conductive means 66.
  • at least one layer 64 in this exemplary embodiment, precisely one layer 64, namely the uppermost layer 64—is electrically conductive, for example, by comprising carbon black or graphite.
  • FIG 8 schematically shows a third embodiment of a foil covering 54 according to the invention with electrically conductive means 66.
  • Electrically conductive threads 70 in particular copper threads with a very small diameter, are applied, for example, glued, to one of the two surfaces of the foil covering 54.
  • the threads 70 are preferably so thin and aligned that they do not obscure any perforations 56.
  • the side edges 60, 62 can also include electrically conductive means 66, so that electrical charge can be easily discharged via the side edges 60, 62 into the bed of the machine 10.
  • the method according to the invention makes it possible to produce a dry-laid fibrous web 14 at a production speed of more than 400 m/min and/or a width of more than 200 cm, and/or with a quantity of more than 1 t/h.
  • the fibrous web can, in particular, be a tissue web with a basis weight between 28 g/m 2 and 42 g/m 2

Landscapes

  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahn, aus einer faserstoffhaltigen Ausgangsware, umfassend folgende Schritte: a) wasserarme Aufbereitung der faserstoffhaltigen Ausgangsware in einem Luftstrom zu Einzelfasern und/oder Faserbündel; b) Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einer flächigen Faserstoffbahn durch ein Trockenformierungsverfahren, bei welchem die Einzelfasern und/oder Faserbündel auf einem Formiersieb abgelegt werden; c) Aufbringen von höchstens 30 Gew.%, bevorzugt höchsten 20 Gew.%, weiter bevorzugst höchstens 10 Gew.%, an Wasser und/oder Bindemitteln auf die Fasern der formierten Faserstoffbahn; d) Verfestigen der formierten Faserstoffbahn; wobei das Formiersieb eine perforierte Folienbespannung (54) umfasst, vorzugsweise im Wesentlichen aus einer perforierten Folienbespannung (54) gebildet ist, wobei in und/oder auf der Folienbespannung (54) elektrisch leitfähige Mittel (66) angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Formiersieb und eine Maschine mit einem solchem Formiersieb zum Durchführen des Verfahrens.

Description

Verfahren zur Herstellung einer luftgelegten Faserstoffbahn mittels eines als perforierte Folienbespannung ausgebildeten Formiersiebs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahn, aus einer faserstoffhaltigen Ausgangsware, umfassend folgende Schritte: a) wasserarme Aufbereitung der faserstoffhaltigen Ausgangsware in einem Luftstrom zu Einzelfasern und/oder Faserbündel; b) Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einer flächigen Faserstoffbahn durch ein Trockenformierungsverfahren, bei welchem die Einzelfasern und/oder Faserbündel auf einem Formiersieb abgelegt werden; c) Aufbringen von höchstens 30 Gew.%, bevorzugt höchsten 20 Gew.%, weiter bevorzugst höchstens 10 Gew.%, an Wasser und/oder Bindemitteln auf die Fasern der formierten Faserstoffbahn; d) Verfestigen der formierten Faserstoffbahn.
Viele Faserstoffbahnen und insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen wurden in der Vergangenheit und werden auch heute noch im industriellen Maßstab fast ausschließlich im Nassverfahren herstellt. Dazu wird, sofern kein Altpapier verwendet wird, in der Regel Ballen-Zellstoff in einer Bütte in großen Mengen an Wasser aufgelöst, so dass sich eine Faser-Suspension ergibt, die zu etwa 99 Gew.-% aus Wasser und nur zu etwa 1 Gew.-% aus Fasern besteht. Die Faser-Suspension wird dann zur Blattbildung über einen Stoffauflauf auf ein Formiersieb aufgebracht und vorentwässert. Anschließend wird die Faserstoffbahn durch Druck und Wärme entwässert bzw. getrocknet, bis sie am Ende aufgewickelt und/oder anderweitig verarbeitet werden kann. Das Nassverfahren hat den Vorteil, dass sich beim Entwässern bzw. Trocknen zwischen den einzelnen Fasern Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden, welche der Faserstoffbahn die notwendige Festigkeit verleihen. Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, dass für die Trocknung der Faserstoffbahn große Mengen an Energie benötigt werden. Gerade vor dem Hintergrund des heutigen Klimawandels wird daher intensiv nach Alternativen zu diesem klassischen Nassverfahren gesucht. Als Alternative zum Nassverfahren ist zum Beispiel aus der Druckschrift
US 4,167,378 ein trockenes Luftlegeverfahren bekannt, bei welchem Fasern im weitgehend trockenen Zustand zu einer Faserstoffbahn abgelegt werden. Um der Faserstoffbahn die notwendige Festigkeit zu verleihen, werden dieser nur relativ geringe Mengen an Wasser (zur Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen) und/oder an anderen Bindemitteln zugegeben. Dies führt dazu, dass deutlich weniger Energie für die Trocknung aufgebracht werden muss. Das Ablegen der Fasern erfolgt in der Regel auf ein gewobenes Formiersieb, welches luftdurchlässig ist, um die Fasern von unterhalb des Formiersiebs anzusaugen. Alternativ können auch luftdurchlässige Spiralsiebe als Formiersiebe verwendet werden.
Eine Herausforderung bei diesem Verfahren besteht unter anderem darin, die auf dem Formiersieb abgelegte Faserstoffbahn zuverlässig zu transportieren und dann an eine weitere Behandlungseinheit, insbesondere eine Verfestigungseinheit, zu übergeben, ohne dass die Fasern dabei verwirbeln oder sich lokal anhäufen oder irgendwo dauerhaft hängen bleiben. Solange auf die Fasern noch kein Wasser und/oder Bindemittel aufgebracht und die Faserstoffbahn verfestigt wurde, gibt es so gut wie keinen Zusammenhalt zwischen den Fasern der Faserstoffbahn. Aktuell ist dies noch weitgehend unproblematisch, da das trockene Luftlegeverfahren heute primär nur zur Herstellung von Sanitätsprodukten, wie zum Beispiel Windeln, zum Einsatz kommt und nicht zur Herstellung von Papier-, Karton oder Tissuebahnen, zumindest nicht im industriellen Maßstab. Mit steigenden Faserstoffmengen und/oder Produktionsgeschwindigkeiten treten jedoch zunehmend Probleme, insbesondere hinsichtlich einer Verwirbelung der Fasern und/oder einem Hängenbleiben der Fasern am Ende des Formiersiebs, wo die Faserstoffbahn das Formiersieb verlassen soll, auf.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor genannten Probleme aus dem Stand der Technik zu lösen oder zumindest zu reduzieren. Insbesondere sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben werden, mit denen sich eine qualitativ hochwertige Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahn, im trockenen Luftlegeverfahren zuverlässig herstellen lässt. Dies soll im industriellen Maßstab möglich sein, d.h. mit Produktionsmengen von mehreren Gewichtstonnen pro Tag, vorzugsweise von wenigstens einer Gewichtstonne pro Stunde, wobei die hergestellte Faserstoffbahn vorzugsweise am Ende der Herstellungsmaschine als Rollenware aufgewickelt wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung. Insbesondere wird die Aufgabe nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch das eingangs beschriebene, gattungsgemäße Herstellverfahren gelöst, welches sich dadurch besonders auszeichnet, dass das Formiersieb eine perforierte Folienbespannung umfasst, vorzugsweise im Wesentlichen aus einer perforierten Folienbespannung gebildet ist, wobei in und/oder auf der Folienbespannung elektrisch leitfähige Mittel angeordnet sind.
Die Erfinder haben erkannt, dass perforierte Folienbespannungen zu einem besseren Ablöseverhalten am Ende des Transportwegs, wo die Faserstoffbahn an die nächste Behandlungseinheit zu übergeben ist, führen können, im Vergleich zu herkömmlichen, gewobenen Sieben. Vermutlich ist dies darauf zurückzuführen, dass an den Kreuzungsstellen von Fäden der gewobenen Siebe die Fasern eher hängenbleiben. Jedoch kommt dieser Vorteil der perforierten Folienbespannungen nur dann vollumfänglich zum Tragen, wenn in oder an diesen gezielt Mittel vorgesehen werden, um dem Aufbau elektrostatischer Kräfte entgegenzuwirken oder aus vorgeschalteten Prozessschritten bereits vorhandene, elektrostatische Kräfte wieder aufzulösen. Die Ursachen und Erzeuger von elektrostatischer Aufladung der Fasern können vielseitig sein. Da die perforierten Folienbespannungen eine größere Kontaktfläche zu den sie im Kreis führenden Walzen und ggf. weiteren statischen Bauteilen, wie zum Beispiel den Vakuumkästen, haben, kommt es bei ihnen zu einer erhöhten Reibung im Vergleich zu gewobenen Sieben. Diese Reibung kann - anders als beim Nasslegeverfahren - schnell zu elektrostatischen Aufladungen führen, die einen unerwünschten Einfluss auf die Formation und Anhaftung der Fasern haben können. Alternativ oder zusätzlich kann es jedoch auch passieren, dass die Fasern bereits geladen aus den Rohrleitungen in die Formierköpfe eintreten. Sie können zudem im trockenen Klima ständig durch Kontakt mit den Rohrleitungen, anderen Fasern etc. ihre Ladung ändern.
Die Folienbespannung kann im Wesentlichen aus einer monolithisch aufgebauten Folie bestehen oder ein Folienlaminat sein. Unter dem Begriff „Folie“ ist dabei ein flächiges Gebilde zu verstehen, welches in der Regel aus einem Kunststoff besteht und welches perse wasserundurchlässig ist. Die Folie kann durch Gießen, Extrudieren oder einem anderen Prozess hergestellt werden. Unter dem Begriff „Folienlaminat“ ist hingegen ein Gebilde zu verstehen, das aus mehreren Schichten besteht, die ihrerseits Folien sind und die flächig, insbesondere ohne die Schaffung von Hohlräumen, miteinander verbunden sind, zum Beispiel durch Verkleben oder Verschweißen. Die Folienschichten können aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Ferner können sie alle dieselbe Dicke oder unterschiedliche Dicken aufweisen. Die Gesamtdicke des Folienlaminats sollte zwischen 0,5mm und 1 ,5mm liegen. Ein Folienlaminat wird in der Regel bevorzugt, da es den Vorteil aufweist, dass die einzelnen Lagen besser vor dem Laminieren bi- oder monoaxial verstreckt werden können als eine monolithische Folie mit derselben Dicke wie das Folienlaminat, so dass ein Folienlaminat höhere Zugfestigkeiten gegenüber einer monolithisch ausgebildeten Folie gleicher Dicke aufweisen kann. Alternativ kann jedoch das Formiersieb auch zum Beispiel aus einer Kombination eines solchen perforierten Folienlaminats und einem herkömmlichen Gewebe bestehen, wobei in diesem Fall das Folienlaminat vorzugsweise auf der der Faserstoffbahn im bestimmungsgemäßen Gebrauch zugewandten Seite des Formiersiebs angeordnet ist.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist als Papierbahn eine Bahn aus „üblichem“ Papier, insbesondere aus einem so genannten graphischen Papier zu verstehen. Eine Papierbahn unterscheidet sich dabei von einer Karton- oder Tissuebahn primär durch das spezifische Flächengewicht (gemessen in g/m2), wobei das spezifische Flächengewicht einer Kartonbahn höher und das spezifische Flächengewicht einer Tissuebahn niedriger als jenes einer Papierbahn ist. Insbesondere kann es sich bei der Faserstoffbahn um eine Tissuebahn mit einem spezifische Flächengewicht von 28g/m2 bis 42g/m2 handeln. Bei solch leichten Faserstoffbahnen ist das Problem des sich sauber Lösens von dem Formiersieb besonders ausgeprägt und kommen daher die Vorteile der vorliegenden Erfindung besonders zum Tragen. Neben den unterschiedlichen Flächengewichten unterscheiden sich Papier, Karton und Tissue in der Regel auch von ihren angedachten Einsatzzwecken, insbesondere Schreiben, Schützen und Saugen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet „wasserarme Aufbereitung“, dass zum Vereinzeln der Fasern aus der Ausgangsware im Wesentlichen kein Wasser verwendet wird, was ein signifikanter Unterschied zum Nasslegeverfahren ist. Bei der Ausgangsware kann es sich zum Beispiel um Pulp in Form von Ballenware, auch „bale pulp“ genannt, oder in Form von „fluff pulp“ handeln. Alternativ ist es auch denkbar, zum Beispiel auf Altpapier zurückzugreifen. Auch wenn die Fasern bei der „wasserarmen Aufbereitung“ vorzugsweise nur in einem Luftstrom aufgelöst werden, soll dies nicht ausschließen, dass die Luft des Luftstroms konditioniert sein kann, insbesondere hinsichtlich ihres Feuchtegehalts eingestellt sein kann.
Das Formiersieb weist eine der Faserstoffbahn zugewandte Faserstoffbahnseite und eine der Faserstoffbahn abgewandte Maschinenseite auf. Die Perforationen erstrecken sich von der Faserstoffbahnseite zur Maschinenseite, bzw. umgekehrt, und ermöglichen damit, dass die Fasern angesaugt werden können. Die Perforationen sollten dabei so bemessen sein, dass verhindert wird, dass Fasern durch diese hindurchgesaugt werden.
Vorzugsweise wird auf das Formiersieb und/oder auf die Faserstoffbahn, während sich diese auf dem Formiersieb befindet, kein Wasser und/oder Bindemittel aufgebracht. Durch das Vorsehen der elektrisch leitfähigen Mittel in und/oder auf der als Formiersieb dienenden Folienbespannung ist die Applikation von Wasser und/oder Bindemittel an dieser Stelle nicht nötig, um elektrische Ladung abzuleiten bzw. die Entstehung von elektrostatischer Aufladung zu vermeiden. Je weniger Wasser und/oder Bindemittel verwendet werden, desto weniger Energie ist für die Trocknung der Faserstoffbahn notwendig. Ferner wird vorgeschlagen, dass das Formiersieb auf der der Faserstoffbahn zugewandten Seite so eben ausgebildet ist, dass die fertige Faserstoffbahn keine von dem Formiersieb stammende, mit bloßem Auge erkennbare Texturierung aufweist. Dies unterscheidet das Formiersieb gemäß der vorliegenden Erfindung von so genannten „texturing belts“ oder dergleichen, welche gezielt darauf ausgelegt sind, einen strukturierenden Effekt auf die Faserstoffbahn auszuüben, z.B. um dessen Haptik und/oder Optik ansprechender zu machen. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass die Verwendung solcher strukturierenden Bespannungen als Formiersieb unvorteilhaft ist, da sie das Ablösen der Faserstoffbahn von dem Formiersieb, z.B. bei Übergabe auf eine nächste Bespannung, erschweren. Deswegen ist es vorteilhaft, wenn das Formiersieb auf seiner der Faserstoffbahn zugewandten Oberseite möglichst glatt bzw. eben ausgebildet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die elektrisch leitfähigen Mittel in Form einer Beschichtung auf der Folienbespannung aufgebracht sein. Dabei kann die Beschichtung elektrisch leitfähig sein, bzw. einen merklich geringeren elektrischen Widerstand als die restliche Folienbespannung aufweisen. Wenn die Beschichtung zudem noch elektrisch leitfähig mit dem Maschinenbett verbunden ist, kann so elektrische Ladung gut abgeleitet werden und es baut sich kein elektrisches Feld auf, welches die Fasern negativ hinsichtlich ihrer Ausrichtung und/oder Anhaftung beeinflussen kann.
Insbesondere kann die Beschichtung auf der der Faserstoffbahn im bestimmungsgemäßen Betrieb zugewandten Seite des Folienbespannung auf der Folienbespannung aufgebracht sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Beschichtung jedoch auch auf der der Faserstoffbahn im bestimmungsgemäßen Betrieb abgewandten Seite des Folienbespannung auf der Folienbespannung aufgebracht sein. Sofern auf beiden Seiten der Folienbespannung eine entsprechende Beschichtung vorgesehen ist, sind diese vorzugsweise elektrisch leitend miteinander verbunden, zum Beispiel über die Ränder der Folienbespannung. Auf diese Weise kann Ladung von der Faserstoffbahnseite der Bespannung zu der Maschinenseite geleitet werden, von wo sie dann sehr einfach, zum Beispiel über elektrisch leitfähige Umlenkwalzen, ins Maschinenbett abgeführt werden kann.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Beschichtung zumindest teilweise in die Perforationen der Folienbespannung hineinreicht, vorzugsweise eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der der Faserstoffbahn im bestimmungsgemäßen Betrieb zugewandten Seite des Folienbespannung und der der Faserstoffbahn im bestimmungsgemäßen Betrieb abgewandten Seite des Folienbespannung schafft.
Insbesondere dann, wenn die Perforationen mittels eines Lasers in die Folienbespannung eingebracht werden, ist es vorteilhaft, wenn die Beschichtung erst nach dem Perforieren auf die Folienbespannung aufgebracht wird, da die Beschichtung ansonsten durch eine andere Laserabsorptionsrate den Perforationsprozess behindern kann. Ferner ermöglicht ein erst nach dem Perforieren erfolgendes Beschichten, dass die Beschichtung in die Perforationen hineinreicht, bzw. auch die Wandungen der Perforationen bedeckt.
Die Beschichtung wird vorzugsweise durch Sprühen, ähnlich wie beim Lackieren, aufgebracht, jedoch sind auch andere Verfahren, wie Galvanisieren und/oder Sputtering möglich.
Die Beschichtung kann einen metallischen Bestandteil umfassen oder daraus gebildet sein. Alternativ kann die Beschichtung jedoch auch Kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Graphit oder Ruß, umfassen oder daraus gebildet sein. Kohlenstoff ist ein sehr guter elektrischer Leiter. Er kann zum Beispiel auch in Form von so genannten „carbon nano tubes“ vorliegen. Die Konzentration solcher „carbon nano tubes“ muss jedoch ausreichend hoch gewählt werden, um die gewünschte Leitfähigkeit zu erzielen.
Alternativ zur Beschichtung können die elektrisch leitfähigen Mittel jedoch auch in einem Kunststoffmatenal wenigstens einer Schicht der Folienbespannung vorgesehen sein. Beispielsweise können in dieser wenigstens einen Schicht Rußpartikel oder carbon nano tubes vorhanden sein, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen. Alternativ oder zusätzlich können die elektrisch leitfähigen Mittel bei einem Folienlaminat auch in wenigstens einer Klebschicht zwischen zwei benachbarten Lagen des Folienlaminats vorgesehen sein.
Eine weitere Alternative zur Beschichtung sieht vor, dass die elektrisch leitfähigen Mittel in Form von elektrisch leitfähigen Fäden ausgebildet sein können, welche auf wenigstens einer Seite der Folienbespannung angeordnet sind. Vorzugsweise sind sie auf der Faserstoffbahnseite der Folienbespannung angeordnet. Beispielsweise kann es sich bei den Fäden um sehr dünne Kupferdrähte handeln, die auf der Faserstoffbahnseite der Folienbespannung befestigt, zum Beispiel geklebt, sind.
Unabhängig davon, wie die elektrisch leitfähigen Mittel genau ausgebildet sind, ist es vorteilhaft, wenn die elektrisch leitfähigen Mittel in und/oder auf der Folienbespannung derart angeordnet sind, dass ein erster Seitenrand des Formiersiebs mit einem dem ersten Seitenrand gegenüberliegenden zweiten Seitenrand des Formiersiebs elektrisch leitend verbunden ist. So kann die Ladung zum Beispiel an beiden Seitenrändern der Folienbespannung, zum Beispiel durch eine dort anliegende Kohlefaserbürste, in das Maschinenbett abgeführt werden. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass zum Beispiel die Faserstoffbahnseite vollflächig elektrisch leitfähig ausgebildet ist. Stattdessen reicht es aus, wenn nur in bestimmten Abständen elektrisch leitfähige Fäden oder Beschichtungsstreifen vorhanden sind, die sich in Maschinenquerrichtung des Formiersiebs erstrecken. In diesem Fall sind vorzugsweise die Seitenränder des Formiersiebs durchgehend elektrisch leitfähig ausgebildet.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die elektrisch leitfähigen Mittel in und/oder auf der Folienbespannung derart angeordnet sind, dass sich eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Streifen ergeben, die sich zwischen beiden Seitenrändern des Formiersiebs, vorzugsweise in Breitenrichtung der Folienbespannung, erstrecken, wobei die einzelnen Streifen keine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen sich aufweisen. Insbesondere sollen in diesem Fall die Seitenränder des Formiersiebs gerade nicht durchgehend elektrisch leitfähig ausgebildet sein. Die Streifen können zum Beispiel durch elektrisch leitfähige Fäden oder durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung bereitgestellt werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass das umlaufende Formiersieb an unterschiedlichen Abschnitten unterschiedlich elektrostatisch geladen oder entladen sein bzw. werden kann. Insbesondere ist es möglich, in einem vorderen Abschnitt des umlaufenden Formiersiebs, wo die Fasern auf das Formiersieb abgelegt werden, eine elektrostatische Aufladung zuzulassen, um die Fasern auf dem Formiersieb bewusst zu halten, wohingegen in einem hinteren Abschnitt des Formiersiebs, wo die Faserstoffbahn von dem Formiersieb an eine weitere Behandlungseinheit, zum Beispiel an ein Verfestigungssieb, übergeben werden soll, gezielt eine elektrostatische Entladung herbeigeführt werden kann, um eine Anziehung zwischen dem Formiersieb und der Faserstoffbahn auf Grund elektrostatischer Kräfte an dieser Stelle zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. Die Streifen sollten dazu eine Breite aufweisen, die vorzugsweise nicht größer als die Länge eines Transferbereichs ist, in dem die Übergabe der Faserstoffbahn von dem Formiersieb zu einer nachfolgenden Behandlungseinheit erfolgt. Zwischen jeweils zwei benachbarten elektrisch leitfähigen Streifen kann jeweils ein Isolatorstreifen vorgesehen sein, welcher nicht elektrisch leitfähig ist. Die Breite des Isolatorstreifens kann dabei merklich kleiner sein als die Breite der elektrisch leitfähigen Streifen. In dem Transferbereich können zum Beispiel elektrisch leitfähige Bürsten die Seitenränder des Formiersiebs berühren, um die elektrostatische Ladung in diesem Bereich gezielt aus dem Formiersieb zum Beispiel ins Maschinenbett abzuleiten.
Die Perforationen können in der Folienbespannung durch Bohren, insbesondere Laserbohren, und/oder durch Stanzen und/oder durch Heißnadeln eingebracht sein. Insbesondere mit Laserbohren ist es möglich, sehr feine Perforationen mit einer hohen Anzahl an Perforationen pro Fläche in die Folienbespannung einzubringen. Dies kann zu einem über die Fläche sehr gleichmäßigen Ansaugen der Fasern führen. Beim Heißnadeln wird die Folie mit einer heißen Nadel durchstoßen, wobei das Folienmaterial, anders als beim Stanzen, nur verdrängt und nicht abgetrennt wird. Hierdurch entsteht beim Heißnadeln weniger oder gar kein Abfall, was von Vorteil ist. Anders als beim Stanzen, können beim Bohren, insbesondere Laserbohren, und beim Heißnadeln die Wandungen der Perforationen einen Winkel ungleich 90° zu der Faserstoffbahnseite und/oder Maschinenseite des Formiersiebs aufweisen. Insbesondere können sich die Perforationen verjüngen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Formiersieb für die Herstellung einer Faserstoffbahn aus einer faserstoffhaltigen Ausgangsware gemäß dem zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren, wobei das Formiersieb eine perforierte Folienbespannung umfasst, vorzugsweise im Wesentlichen aus einer perforierten Folienbespannung gebildet ist und wobei in und/oder auf der Folienbespannung elektrisch leitfähige Mittel angeordnet sind.
Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn aus einer faserstoffhaltigen Ausgangsware gemäß dem zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren, umfassend ein zuvor beschriebenes, erfindungsgemäßes Formiersieb.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die elektrisch leitfähigen Mittel in und/oder auf der Folienbespannung derart angeordnet sind, dass sich eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Streifen ergeben, die sich zwischen beiden Seitenrändern des Formiersiebs, vorzugsweise in Breitenrichtung der Folienbespannung, erstrecken, wobei die einzelnen Streifen keine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen sich aufweisen, und dass die Maschine in einem Transferbereich, in welchem die Faserstoffbahn von dem Formiersieb an eine weitere Behandlungseinheit, insbesondere an ein Verfestigungssieb, übergeben wird, Mittel, insbesondere elektrisch leitfähige Bürsten, umfasst, die ausgebildet sind, das Formiersieb in dem Transferbereich gezielt elektrostatisch zu entladen. Im Gegensatz dazu wird vorzugsweise das Formiersieb ein einem dem Transferbereich vorgelagerten Bereich, in dem die Fasern auf dem Formiersieb abgelegt und die sich daraus bildende Faserstoffbahn auf dem Formiersieb transportiert wird, elektrostatisch nicht entladen. Damit kann in diesem Bereich die Haftung der Fasern bzw. der Faserstoffbahn an das Formiersieb erhöht werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines mit Hilfe von schematischen Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 +2: das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer luftgelegten Faserstoffbahn bzw. eine Maschine zur Durchführung des Verfahrens;
Figur 3+4: die Herstellung einer mittels eines Lasers perforierten Folienbespannung;
Figur 5: einen Abschnitt einer perforierten Folienbespannung im Querschnitt, ohne elektrisch leitfähige Mittel;
Figur 6: die Folienbespannung wie in Figur 5, jedoch mit einer ersten
Ausprägung elektrisch leitfähiger Mittel;
Figur 7: die Folienbespannung wie in Figur 5, jedoch mit einer zweiten
Ausprägung elektrisch leitfähiger Mittel; und
Figur 8: die Folienbespannung wie in Figur 5, jedoch mit einer dritten
Ausprägung elektrisch leitfähiger Mittel.
Die Figuren 1 und 2 zeigen in einer schematischen Darstellung eine Maschine 10 zur Herstellung einer trockengelegten Faserstoffbahn 14, insbesondere Papier-, Kartonoder Tissuebahn, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 zeigt dabei einen vorderen und mittleren Teil der Maschine 10, in dem die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: a) wasserarme Aufbereitung der faserstoffhaltigen Ausgangsware 12 in einem Luftstrom zu Einzelfasern und/oder Faserbündel; b) Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einer flächigen Faserstoffbahn 14 durch ein Trockenformierungsverfahren, bei welchem die Einzelfasern und/oder Faserbündel auf einem Formiersieb 16 abgelegt werden. Figur 2 zeigt dabei den mittleren und einen hinteren Teil der Maschine 10, in dem die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: b) Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einer flächigen Faserstoffbahn 14 durch ein Trockenformierungsverfahren, bei welchem die Einzelfasern und/oder Faserbündel auf einem Formiersieb 16 abgelegt werden; c) Aufbringen von höchstens 30 Gew.%, bevorzugt höchsten 20 Gew.%, weiter bevorzugst höchstens 10 Gew.%, an Wasser und/oder Bindemitteln auf die Fasern der formierten Faserstoffbahn 14; d) Verfestigen der formierten Faserstoffbahn 14.
Der besseren Übersichtlichkeit halber ist eine Formiereinheit, in welcher der Verfahrensschritt b) ausgeführt wird, sowohl in Figur 1 als auch in Figur 2 dargestellt, auch wenn diese in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel tatsächlich nur einmal in der Maschine 10 umfasst ist.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt die faserstoffhaltige Ausgangsware 12 vorzugsweise in Form von Ballen vor, bestehend aus einer Vielzahl von übereinander gestapelten Zellstoff-Platten, zum Beispiel vom Hersteller „Mercer Stendal GmbH“. Bei diesem Zellstoff kann es sich um NBSK-Zellstoff handeln, wie er üblicherweise zur Herstellung einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn im Nassverfahren verwendet wird. Der Ballen-Zellstoff kann eine Dichte zwischen 600 kg/m3 und 1 .000 kg/m3, insbesondere von rund 920 kg/m3, aufweisen, wobei die einzelnen Zellstoff-Platten eine Dicke zwischen 1 ,0 mm und 2,0 mm, insbesondere von ca. 1 ,5 mm, aufweisen können.
Für die Durchführung des Verfahrensschritts a) können die Ballen in diesem Ausführungsbeispiel zunächst in einen Schacht 18, unter welchem ein Förderband 20 im Kreis läuft, kommen. Der Schacht 18 kann dabei so ausgebildet sein, dass immer nur 1 bis 50, vorzugsweise 2 bis 25, weiter bevorzugt 3 bis 10, der Zellstoffplatten gleichzeitig in im Wesentlichen horizontaler Richtung einem Schredder 22 zugeführt werden. Dies ist jedoch nicht zwingend. Es könnten auch ganze Ballen auf einmal dem Schredder 22 zugeführt werden und/oder die Zuführung kann ohne das Förderband 20 erfolgen. Der Schredder 22 umfasst wenigstens einen mit Vorsprüngen versehenen Rotor 24, welchem zwei angetriebene Einzugswalzen vorgelagert sind. Der Schredder 22 stellt aus dem ihm zugeführten Ballen-Zellstoff eine Vielzahl von Schnitzeln 26 her. Die im Schredder 22 hergestellten Schnitzel 26 werden als nächstes, vorzugsweise per Luftströmung, einer Reinigungsvorrichtung 28 zugeführt. Bei dieser Reinigungsvorrichtung 28 kann es sich zum Beispiel um einen sogenannten Windsichter handeln. Bei diesem werden die Schnitzel 26 in ein Steigrohr geführt, durch welches von unten mittels eine Gebläses 30 Luft geblasen wird. Die Schnitzel 26 werden von dem Luftstrom umspült und durcheinandergewirbelt, wobei sich Verunreinigungen 32, wie Sand oder dergleichen löst. Diese Verunreinigungen 32 fallen schwerkraftbedingt gegen die Luftströmung im Steigrohr nach unten, wo sie das Steigrohr verlassen können. Die Schnitzel 26 werden hingegen von der Luftströmung nach oben getragen und gelangen als nächstes in eine Zyklon-Luft- abscheider-Vorrichtung 34, wo die Luft von den Schnitzeln getrennt wird. Die abgesonderte Luft kann zum Beispiel, wie in Figur 1 durch einen Pfeil angedeutet, den Schnitzeln 26 vor der Reinigungsvorrichtung 28 zurückgeführt werden. Die gereinigten Schnitzel 26 fallen aus der Zyklon-Luftabscheider-Vorrichtung 34 nach unten in einen Sammelbehälter 36. Dabei beträgt die Dichte des Zellstoffs im Sammelbehälter 36, wo der Zellstoff in Schnitzeln 26 vorliegt, vorzugsweise maximal ein Viertel der Dichte des Zellstoffs vor dem Schredder 22, wo der Zellstoff in Form von Ballen-Zellstoff vorliegt. Mit anderen Worten ist der Zellstoff in Form der Schnitzel 26 vorzugsweise relativ locker im Sammelbehälter 36 vorhanden.
Aus dem Sammelbehälter 36 kann dann ein kontinuierlicher Strom von Schnitzeln 26, vorzugsweise ebenfalls durch Luftströmung, wofür ein weiteres Gebläse 38 dienen kann, einer Zerfaserungsvorrichtung 40 zugeführt werden, wo die Schnitzel 26 in einem trockenen Prozess zu einzelnen Fasern zerfasert werden. Anschließend gelangen die einzelnen Fasern in eine Luftlegeeinheit 42, um aus den Fasern die trockengelegte Faserstoffbahn 14 zu bilden. Die Faserstoffbahn 14 wird dabei auf einem rotierenden, luftdurchlässigen Formiersieb 16 gebildet, über welches die Faserstoffbahn 14 zugleich abtransportiert wird.
Wie in Figur 2 gezeigt, wird die Faserstoffbahn 14 von der Formiereinheit als nächstes an eine Verfestigungseinheit übergeben, in welcher die Verfahrensschritte c) und d) ausgeführt werden. Dazu wird die Faserstoffbahn 14 von dem Formiersieb 16 an ein Verfestigungssieb 44 überführt. Das Verfestigungssieb 44 transportiert die Faserstoffbahn 14 durch einen von zwei Walzen gebildeten Pressspalt 46. Zuvor wird die Faserstoffbahn 14 mittels Strahldüsen 48 befeuchtet, wobei die Menge des aufgebrachten Wassers und/oder Bindemittels relativ gering ist, insbesondere weniger als 15 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 10 Gew.-%, noch weiter bevorzugt weniger als 8 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Faserstoffbahn 14 vor dem Befeuchten beträgt. Anschließend wird die Faserstoffbahn 14 noch durch einen Trockner 50 geführt, bevor sie an einem Wickler 52 aufgewickelt wird. Die Faserstoffbahn 14 wird von dem Verfestigungssieb 44 vorzugsweise über Kopf hängend transportiert, zum Beispiel mittels Unterdrucks. Ferner erfolgt die Befeuchtung der Faserstoffbahn 14 mittels der Strahldüsen 48 vorzugsweise von unten. Auf diese Weise wird weder das Formiersieb 16 noch das Verfestigungssieb 44 befeuchtet, was den Reinigungsaufwand merklich reduziert, vorzugsweise gar keine Reinigung dieser Siebe 16, 44 erforderlich macht. Das Verfestigungssieb 16 und/oder wenigstens eine der beiden den Pressspalt 46 bildenden Walzen kann eine Struktur aufweisen, um gezielt lokale Hochdruckzonen in der Faserstoffbahn 14 auszubilden.
Durch das Aufbringen des Wassers und/oder eines Bindemittels mittels der Strahldüsen 48, in Kombination mit dem Aufbringen von Druck in dem Pressspalt 46, wobei die Faserstoffbahn 14 im Pressspalt 46 vorzugsweise noch erwärmt wird, ist es möglich, der Faserstoffbahn 14 auch ohne große Mengen an Wasser und/oder ohne größere Mengen an anderen Festigkeitsmitteln, wie Schmelzfasern oder Stärke, vorzugsweise ganz ohne andere Festigkeitsmittel, eine hinreichende Festigkeit zu verleihen, um die Faserstoffbahn 14 am Ende problemlos aufwickeln und weiterverarbeiten zu können. Vorzugsweise wird gerade so viel Wasser aufgebracht, wie es nötig ist, um eine für diesen Zweck hinreichende Mengen an Wasserstoffbrückenbindungen zu erzielen. Indem nur geringe Mengen an Wasser wieder aus der Faser- Stoffbahn 14 entfernt werden müssen, ist das Herstellverfahren besonders schonend für die Ressourcen Energie und Wasser. Zudem kann auf die Zugabe von chemischen Additiven, wie zum Beispiel Schmelzfasern, verzichtet werden, so dass die fertige Faserstoffbahn 14 auch problemlos biologisch abgebaut werden kann bzw. kompostierbar ist.
Damit der gesamte Herstellprozess jedoch auch zuverlässig bei hohen Prozessgeschwindigkeiten, insbesondere bei Prozessgeschwindigkeit von mehr als 150 m/min, vorzugsweise mehr als 250m/min, weiter bevorzugt mehr als 400m/min, funktioniert, ist es erforderlich, die Faserstoffbahn 14 sicher und ohne Störungen von der Luftlegeeinheit 42 bis zur Verfestigungseinheit, wo sie im Wesentlichen erst ihre Festigkeit erhält, zu transportieren. Dabei kann man sich die Faserstoffbahn 14 bis zu ihrer Verfestigung wie eine dünne Staubschicht vorstellen. Gehalten wird die Staubschicht auf dem Formiersieb 16 durch Unterdrück. Hierzu sind in der Schlaufe des Formiersiebs 16 - in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellte - Unterdruckkästen angeordnet und ist das Formiersieb 16 permeabel ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird als Formiersieb 16 eine Folienbespannung 54 verwendet, die perforiert wird, um sie permeabel zu machen. In den Figuren 3 und 4 ist beispielhaft gezeigt, wie eine solche Folienbespannung 54 mittels eines Lasers perforiert werden kann. Hierzu wird ein von dem Laser ausgehender Laserstrahl LB auf das Foliensubstrat gerichtet. Die Steuerung des Lasers wird von einem Controller übernommen. Der Laser bohrt dabei eine Vielzahl diskreter Durchgangslöcher bzw. Perforationen 56 von einer dem Laser zugwandten Oberfläche 58 in Dickenrichtung TD der Folienbespannung 54 bis zu der gegenüberliegenden, dem Laser abgewandten Oberfläche.
Während des Perforiervorgangs kann die Folienbespannung 54, die vorzugsweise als endlose Schlaufe ausgebildet ist, zwischen zwei Walzen R gespannt werden, wie in Figur 4 gezeigt. Die Perforationen 56 können zum Beispiel reihenweise, ausgehend von einem ersten Seitenrand 60 der Folienbespannung 54 zu einem dem ersten Seitenrand 60 gegenüberliegenden zweiten Seitenrand 62 der Folienbespannung 54 in diese von dem Laser gebohrt werden. Wie in Figur 5 gezeigt, ist die Folienbespannung 54 vorzugsweise im Wesentlichen aus einem mehrere Schichten 64 aufweisenden Folienlaminat gebildet. Die Schichten 64 können aus monolithisch ausgebildeten Folien bestehen, welche flächig, vorzugsweise frei von Hohlräumen zwischen sich, miteinander verbunden sind, beispielsweise mittels dünnen, zwischen den Folien vorgesehenen Klebschichten. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Folienlaminat vier Schichten 64, die alle im Wesentlichen gleich dick ausgebildet sind. Von den dargestellten Perforationen 56 sind der Übersichtlichkeit halber nur zwei mit Bezugszeichen versehen.
Die Erfinder haben erkannt, dass sich mit einer perforierten Folienbespannung 54 als Formiersieb 16 die Faserstoffbahn 14 grundsätzlich zuverlässig auch bei hohen Geschwindigkeiten transportieren lässt, wobei sich die Faserstoffbahn besser von dem Formiersieb 16 wieder ablösen lässt als bei herkömmlichen, gewobenen Formiersieben. Jedoch ist es hierfür wichtig, die elektrostatischen Kräfte richtig zu beherrschen, welche sich bei perforierten Folienbespannungen 54 viel stärker als bei herkömmlichen, gewobenen Sieben durch die Reibung aufbauen. Diese Kräfte können einen negativen Einfluss auf die auf dem Formiersieb abgelegten Fasern haben. So kann zum Beispiel das Ablöseverfahren der Fasern vom Formiersieb 16 negativ beeinflusst werden und es können sich dauerhaft Fasern als Verschmutzungen an bestimmten Stellen ansammeln. Aus diesem Grund wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, gezielt in und/oder auf der Folienbespannung elektrisch leitfähige Mittel 66 anzuordnen, um dem Aufbau elektrostatischer Kräfte zwischen dem Formiersieb 16 und den Einzelfasern und/oder Faserbündel entgegenzuwirken oder bereits vorhandene elektrostatische Kräfte wieder aufzulösen.
In Figur 6 ist schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Folienbespannung 54 mit elektrisch leitfähigen Mitteln 66 gezeigt. Dabei ist auf beiden Seiten der Folienbespannung 54 eine Beschichtung 68 aufgebracht, welche die elektrisch leitfähigen Mitteln 66 bildet. Die Beschichtung 68 ist elektrisch leitfähig ausgebildet, zum Beispiel, indem sie Ruß oder Graphit umfasst. Die Beschichtung 68 wurde erst nach dem Perforieren der Folienbespannung 54 aufgebracht und reicht daher auch in die Perforationen 56 hinein. Konkret bedeckt sie die Seitenwandungen der Perforationen 56 so, dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den beiden Seiten der Folienbespannung 54 hergestellt wird. Die Beschichtung 68 kann vorzugsweise durch Sprühen aufgebracht werden. Allerdings sind auch andere Verfahren, wie insbesondere Galvanisieren und Sputtering, möglich.
Mit „elektrisch leitfähig“ ist im Sinne der vorliegenden Erfindung gemeint, dass sie einen elektrischen Widerstand aufweist, der wesentlich niedriger als jener der Folienbespannung 54 ist, bzw. wesentlich niedriger als jener der Schichten 64 des Folienlaminats ist. Vorzugsweise beträgt der spezifische elektrische Widerstand der elektrisch leitfähigen Mittel 66 weniger als 250 Ohm*cm. Dabei ist als der spezifische elektrische Widerstand (in Ohm*cm) der elektrisch leitfähigen Mittel 66 als der elektrische Widerstand (in Ohm) pro Länge (in cm) und pro Kehrwert der Querschnittsfläche der der elektrisch leitfähigen Mittel 66 (in 1/cm2) zu verstehen.
In Figur 7 ist schematisch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Folienbespannung 54 mit elektrisch leitfähigen Mitteln 66 gezeigt. Bei dieser ist wenigstens eine Schicht 64, in diesem Ausführungsbeispiel genau eine Schicht 64, nämlich die oberste Schicht 64, elektrisch leitfähig ausgebildet, zum Beispiel, indem sie Ruß oder Graphit umfasst. Ein zusätzlicher Verfahrensschritt, wie das Beschichten der Folienbespannung 54 nach dem Perforieren gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 6 ist damit nicht nötig.
In Figur 8 ist schematisch eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Folienbespannung 54 mit elektrisch leitfähigen Mitteln 66 gezeigt. Dabei sind auf eine der beiden Oberflächen der Folienbespannung 54 elektrisch leitfähige Fäden 70, insbesondere Kupferfäden mit sehr kleinem Durchmesser aufgebracht, zum Beispiel angeklebt. Die Fäden 70 sind dabei vorzugsweise so dünn und so ausgerichtet, dass sie keine Perforationen 56 verdecken.
Unabhängig davon, welche Art von elektrisch leitfähigen Mitteln 66 genau zum
Einsatz kommen, ist es vorteilhaft, wenn sie eine Verbindung zwischen den beiden Seitenrändern 60, 62 der Folienbespannung 54 schaffen. Die Seitenrändern 60, 62 können zudem auch elektrisch leitfähige Mittel 66 umfassen, so dass sich elektrisch Ladung einfach über die Seitenränder 60, 62 in das Bett der Maschine 10 ableiten lässt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ein trockengelegte Faserstoffbahn 14 mit einer Produktionsgeschwindigkeit von mehr als 400 m/min und/oder einer Breite von mehr als 200cm, und/oder mit einer Menge von mehr als 1 t/h zu produzieren. Bei der Faserstoffbahn kann es sich insbesondere um eine Tissuebahn handeln, mit einem Flächengewicht zwischen 28 g/m2 und 42 g/m2
Bezugszeichenliste:
10 Maschine
12 faserstoffhaltige Ausgangsware
14 Faserstoffbahn
16 Formiersieb
18 Schacht
20 Förderband
22 Schredder
24 Rotor
26 Schnitzel
28 Reinigungsvorrichtung
30 Gebläse
32 Verunreinigungen
34 Zyklon-Luftabscheider-Vorrichtung
36 Sammelbehälter
38 weiteres Gebläse
40 Zerfaserungsvorrichtung
42 Luftlegeeinheit 44 Verfestigungssieb
46 Pressspalt
48 Strahldüsen
50 Trockner
52 Wickler
54 Folienbespannung
56 Perforation
58 dem Laser zugewandte Oberfläche
60 erster Seitenrand
62 zweiter Seitenrand
64 Schicht
66 elektrisch leitfähige Mittel
68 Beschichtung
70 elektrisch leitfähige Fäden
LB Laserstrahl
R Walze
TD Dickenrichtung
WD Breitenrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn (14), insbesondere Papier- Karton- oder Tissuebahn, aus einer faserstoffhaltigen Ausgangsware (12), umfassend folgende Schritte: a) wasserarme Aufbereitung der faserstoffhaltigen Ausgangsware (12) in einem Luftstrom zu Einzelfasern und/oder Faserbündel; b) Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einer flächigen Faserstoffbahn (14) durch ein Trockenformierungsverfahren, bei welchem die Einzelfasern und/oder Faserbündel auf einem Formiersieb (16) abgelegt werden; c) Aufbringen von höchstens 30 Gew.%, bevorzugt höchsten 20 Gew.%, weiter bevorzugst höchstens 10 Gew.%, an Wasser und/oder Bindemitteln auf die Fasern der formierten Faserstoffbahn (14); d) Verfestigen der formierten Faserstoffbahn (14); dadurch gekennzeichnet, dass das Formiersieb (16) eine perforierte Folienbespannung (54) umfasst, vorzugsweise im Wesentlichen aus einer perforierten Folienbespannung (54) gebildet ist, wobei in und/oder auf der Folienbespannung (54) elektrisch leitfähige Mittel (66) angeordnet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf das Formiersieb (16) und/oder auf die Faserstoffbahn (14), während sich diese auf dem Formiersieb (16) befindet, kein Wasser und/oder Bindemittel aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formiersieb (16) auf der der Faserstoffbahn (14) zugewandten Seite so eben ausgebildet ist, dass die fertige Faserstoffbahn (14) keine von dem Formiersieb (16) stammende, mit bloßem Auge erkennbare Texturierung aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Mittel (66) in Form einer Beschichtung (68) auf der Folienbespannung (54) aufgebracht sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (68) auf der der Faserstoffbahn (14) im bestimmungsgemäßen Betrieb zugewandten Seite des Folienbespannung (54) auf der Folienbespannung (54) aufgebracht ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (68) auf der der Faserstoffbahn (14) im bestimmungsgemäßen Betrieb abgewandten Seite des Folienbespannung (54) auf der Folienbespannung (54) aufgebracht ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (68) zumindest teilweise in die Perforationen (56) der Folienbespannung (54) hineinreicht, vorzugsweise eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der der Faserstoffbahn (14) im bestimmungsgemäßen Betrieb zugewandten Seite des Folienbespannung (54) und der der Faserstoffbahn (14) im bestimmungsgemäßen Betrieb abgewandten Seite des Folienbespannung (54) schafft.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (68) erst nach dem Perforieren auf die Folienbespannung (54) aufgebracht worden ist, und/oder dass die Beschichtung (68) durch Sprühen und/oder Galvanisieren und/oder Sputtering aufgebracht ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (68) einen metallischen Bestandteil umfasst oder daraus gebildet ist, oder dass die Beschichtung (68) Kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Graphit und/oder Ruß, umfasst oder daraus gebildet ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Mittel (66) in einem Kunststoffmaterial wenigstens einer Schicht (64) der Folienbespannung (54) vorgesehen sind.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Mittel (66) in Form von elektrisch leitfähigen Fäden (70) ausgebildet sind, welche auf wenigstens einer Seite der Folienbespannung (54) angeordnet sind.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Mittel (66) in und/oder auf der Folienbespannung (54) derart angeordnet sind, dass ein erster Seitenrand (60) des Formiersiebs (16) mit einem dem ersten Seitenrand (60) gegenüberliegenden zweiten Seitenrand (62) des Formiersiebs (16) elektrisch leitend verbunden ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Mittel (66) in und/oder auf der Folienbespannung (54) derart angeordnet sind, dass sich eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Streifen ergeben, die sich zwischen beiden Seitenrändern (60,62) des Formiersiebs (16), vorzugsweise in Breitenrichtung (WD) der Folienbespannung (54), erstrecken, wobei die einzelnen Streifen keine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen sich aufweisen.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationen (56) in der Folienbespannung (54) durch Bohren, insbesondere Laserbohren, und/oder durch Stanzen und/oder durch Heißnadeln eingebracht sind.
15. Formiersieb (16) für die Herstellung einer Faserstoffbahn (14) aus einer faserstoffhaltigen Ausgangsware (12) gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formiersieb (16) eine perforierte Folienbespannung (54) umfasst, vorzugsweise im Wesentlichen aus einer perforierten Folienbespannung (54) gebildet ist, wobei in und/oder auf der Folienbespannung (54) elektrisch leitfähige Mittel (66) angeordnet sind.
16. Maschine (10) zur Herstellung einer Faserstoffbahn (14) aus einer faserstoffhaltigen Ausgangsware (12) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend ein Formiersieb (16) nach Anspruch 15.
17. Maschine (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Mittel (66) in und/oder auf der Folienbespannung (54) derart angeordnet sind, dass sich eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Streifen ergeben, die sich zwischen beiden Seitenrändern (60,62) des Formiersiebs (16), vorzugsweise in Breitenrichtung (WD) der Folienbespannung (54), erstrecken, wobei die einzelnen Streifen keine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen sich aufweisen, und dass die Maschine in einem Transferbereich, in welchem die Faserstoffbahn (14) von dem Formiersieb (16) an eine weitere Behandlungseinheit, insbesondere an ein Verfestigungssieb (44), übergeben wird, Mittel, insbesondere elektrisch leitfähige Bürsten, umfasst, die ausgebildet sind, das Formiersieb (16) in dem Transferbereich gezielt elektrostatisch zu entladen.
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