TECHNISCHER BEREICH
-
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Verfahren und
Geräte für die Herstellung von Druckpapier und insbesondere eine beheizte
Kalanderwalze zum Kalandrieren von Druckpapier bei hohen Temperaturen
und hohem Druck.
TECHNISCHER HINTERGRUND
-
Einer der wichtigsten Schritte bei der Herstellung von Druckpapier
hoher Qualität, ob beschichtet oder unbeschichtet, ist das Kalandrieren der
Papierbahn, um ihrer Oberfläche Glanz und Glattheit zu verleihen. Zum
Kalandrieren von Papier gibt es eine Reihe verschiedener Verfahren. Ein für
die Herstellung von Produkten höchster Qualität seit langem verwendetes
Verfahren ist das Superkalandrieren. Glosskalandrieren ist ein weiteres
Verfahren, das zwar nicht die Qualität des Superkalandrierens erzeugt, aber
Prozeßvorteile gegenüber dem Superkalandrieren hat. Thermisches
Unterbauformen ist ein kürzlich entwickeltes Kalandrierungsverfahren, bei
dem die Prozeßvorteile des Glosskalandrierens mit den Qualitätsvorteilen des
Superkalandrierens kombiniert wurden.
-
Thermisches Unterbauformen wird in den US-Patenten Nr. 4,624,744
und 4,749,445 beschrieben. Dabei wird ein Kalanderspalt verwendet, der von
einer beheizten Metallwalze und einer elastischen Druckwalze gebildet wird.
Die Metallwalze wird auf eine Temperatur erhitzt, die höher ist als die, die bei
Glosskalandrierungsausrüstung angewendet wird. Die erforderliche
Temperatur variiert mit Veränderungen der Prozeßbedingungen, liegt jedoch
typischerweise über 148,9ºC (300ºF) auf der Oberfläche der Metallwalze.
Auch ein sehr hoher Walzenanpreßdruck wird benötigt, der über 1,379 · 10&sup7;
pa (2000 psi) liegt, was Walzspaltkräfte von mehr als 174977,8 N/m (1000 ph)
Kalanderbreite und typischerweise zwischen 262466,7 und 349955,6 N/m
(1500 bis 2000 ph) erfordert.
-
Die beheizte Kalanderwalze zum Glosskalandrieren ist typischerweise
ein hohler, dünnwandiger Metallzylinder oder eine solche Trommel, der/die
intern mit Dampf mit einer Temperatur bis zu etwa 176,7ºC (350ºF) beheizt
wird. Die Trommel besteht aus Hartguß, Sphäroguß oder verchromtem
Sphäroguß, der eine harte, abriebbeständige Oberfläche bietet, die
Hochglanzpolitur annimmt und hält. Verchromte Trommeln ergeben eine
ausgezeichnete polierte Oberfläche, die beim Betrieb jedoch leicht verkratzt.
Die Glosskalandertrommel hat sich als zufriedenstellend zum Kalandrieren
bei den mäßigen Temperaturen und Drücken des Glosskalandrierens
herausgestellt, aber nicht unter den Bedingungen, die für das thermische
Unterbauformen notwendig sind. Die Steifigkeit der Kalanderwalze, die für
hohe Walzspaltkräfte des thermischen Unterbauformens benötigt werden,
erfordern Walzen mit weitaus dickeren Umfangswänden von mehr als 0,1016
m (4 Zoll). Die höheren Temperaturanforderungen des thermischen
Unterbauformens stellen noch höhere Ansprüche an die beheizte Walze. Es
werden weitaus heißere interne Heizfluids benötigt. Dies verlangt den Einsatz
von Fluiden mit höherem Siedepunkt, wie z. B. Ölen. Die höheren internen
Fluidtemperaturen erfordern eine Positionierung der Fluidkanäle dicht an der
Oberfläche der Walze, um den thermischen Wärmeflußwiderstand zur
Walzenoberfläche zu verringern. Die Verwendung mehrerer Walzspalte an
jeder beheizten Walze, die bei der Durchführung des thermischen
Unterbauformens vorteilhaft ist, erhöht die thermischen Anforderungen noch
weiter. Es wurde gefunden, daß ein zweiter Walzspalt die Wärmeleistung um
etwa 30% gegenüber der erhöhen kann, die für einen einzelnen Walzspalt
erforderlich ist.
-
Eine Form von Walze, die beim thermischen Unterbauformen
eingesetzt wird, ist die von SHW Corporation hergestellte Tri-Pass-Walze. Die
Tri-Pass-Walze ist eine Hartgußwalze mit sehr dicker Zylinderwand von
typischerweise etwa 0,1778 bis 0,2794 m (7 bis 11 Zoll). Dicht an der
Oberfläche wurden Löcher axial durch die Walze gebohrt, die als Kanäle für
das Heizfluid wirken. Hartgußwalzen haben eine Außenschicht aus hartem
Weißguß, eine Innenstruktur aus Grauguß und eine Zwischenschicht aus
Mildhartguß mit Eigenschaften zwischen Weißguß und Grauguß. Die
Fluidlöcher werden vorzugsweise durch den weicheren Grauguß gebohrt, so
daß sie sich so dicht wie möglich an der Oberfläche des Mildhartgusses und
des Graugusses befinden. Die Dicke des Weißgusses liegt typischerweise
von 6,35 · 10&supmin;³ m bis 1,9 · 10&supmin;² m (1/4 Zoll bis 3/4 Zoll), und die Dicke des
Mildhartgusses liegt typischerweise von 0,0254 m bis 0,0381 m (1 Zoll bis 1
1/2 Zoll). Dadurch liegen die Löcher etwa 0,0508 m (2 Zoll) von der Oberfläche
entfernt. Von dem Nachteil abgesehen, daß sich die Löcher weiter von der
Oberfläche entfernt befinden müssen, macht es der Mildhartguß auf Grund
einer unregelmäßigen Positionierung der Grenzfläche auch schwierig, die
Löcher gerade zu bohren.
-
Die Wärmeleitfähigkeit von Weißguß (22,48 w/m. k) (13 BTU/Hr. Ft. ºF)
und von Mildhartguß (29,40 w/m. k) (17 BTU/Hr. Ft. ºF) ist niedriger als die des
Graugusses (43,3w/m. k) (25 BTU/Hr. Ft. ºF), was sowohl einen Vorteil als
auch einen Nachteil für das Leiten der Wärme zur Oberfläche darstellt.
Wärme muß an Stellen auf der Oberfläche zwischen den Löchern eine
größere Strecke von den Löchern zur Oberfläche zurücklegen. Die niedrigere
Leitfähigkeit des Weißgusses und des Mildhartgusses mäßigt
Oberflächentemperaturabweichungen, was dem Papier wiederum eine
einheitlichere Oberflächengüte verleiht. Aber die niedrigere Leitfähigkeit in
Verbindung mit den extremen thermischen Anforderungen des thermischen
Unterbauformens erzeugt einen sehr großen Temperaturabfall von den
Heizfluidkanälen zur Oberfläche der Trommel. In kommerziellen Betrieben
kann es zu Abfällen von etwa 65,5ºC (150ºF) und mehr kommen. Die
wesentlich höhere Temperatur im Inneren der Walze erzeugt eine höhere
Wärmeausdehnung als die niedrigere Temperatur auf der Oberfläche, was
zur Erzeugung hoher Bandeisenzugspannungen führt. Die
Bandeisenspannungen können so groß sein, daß sie die
Zugspannungsgrenze des Gußmaterials übersteigen und die Gußeisenwalze
zerstören. Nur niedrigere Temperaturen oder geringere
Betriebsgeschwindigkeiten ermöglichen einen sicheren Betrieb. Die sichere
Betriebsgrenze für Wärmefluß durch die Walzen bei Hartgußwalzen liegt bei
weniger als 22067 w/m² (7000 BTU/sq. Ft./Hr). Eine Lösung zur Reduzierung
des Wärmeflusses durch die Walze besteht darin, die benötigte Wärme zur
Oberfläche der Walze ganz oder teilweise mit externen Quellen
bereitzustellen, wie z. B. durch Induktionsheizen der Oberfläche. Extern
montierte Vorrichtungen sind jedoch nicht vollkommen zufriedenstellend. Sie
sind nicht energiewirksam. Sie erzeugen keine gleichmäßige
Oberflächentemperatur über die Breiten kommerziell dimensionierter Walzen.
Sie verursachen Hindernisse im Pfad der Papierbahn sowie zusätzliche
Betriebsprobleme. Eine innenbeheizte Walze wäre zufriedenstellender, wenn
die Bandeisenspannungen für das gewählte Material auf einem akzeptablen
Niveau gehalten werden könnten.
-
Der Umstieg auf Hartgußwalzen ist nicht leicht. Die vorteilhaften
Eigenschaften der Weißgußoberfläche lassen sich bei anderen Materialien
nicht leicht finden. Die Oberfläche muß auf Hochglanz poliert werden können.
Sie muß ausreichend hart sein, um einer Verschlechterung der polierten
Oberfläche zu widerstehen, wenn sie mit Schleifpapier-
Beschichtungsmaterialien, der Abriebwirkung eines Reinigungsrakelmessers
und einer korrodierenden Umgebung in Kontakt kommt. Sie muß die
Oberflächencharakteristiken haben, die notwendig sind, um Papier und
Überzug nach dem Kalandrieren sauber zu entfernen, wie z. B. eine geeignete
Oberflächenenergie- und Polaritätskomponente.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine innenbeheizte
Kalanderwalze bereitgestellt, mit der Papier zufriedenstellend bei den
Temperaturen, Wärmebelastungen und Drücken ausgerüstet werden kann,
die für thermisches Unterbauformen erforderlich sind, wobei die Walze
folgendes umfaßt:
-
A. eine Metallkalanderwalze, die eine Umfangswand mit einer Dicke
von wenigstens 0,1016 m (4 Zoll) aufweist, wobei die Walze aus einem ersten
Material aus Schmiedestahl, Gußstahl, Gußeisen oder Gußeisen mit
Kugelgraphit hergestellt und mit einer dünnen Umfangsoberflächenschicht
aus einem zweiten harten abriebbeständigen Material versehen ist;
-
B. ein Heizmittel zum Erzeugen von Hitze im Inneren der
Umfangswand der Metallkalanderwalze, die durch die Wand zur Außenseite
geleitet wird, um die von der Walze kalandrierte Papierbahn zu erhitzen,
wobei das Heizmittel gleichförmig beabstandete fluidleitende Kanäle
beinhaltet, die einen Durchmesser von 1,27 · 10&supmin;² bis 5,0 · 10&supmin;² m (0,5 bis 2
Zoll) haben und sich vollkommen innerhalb des ersten Materials der
Kalanderwalze befinden, wobei der Außenrand der Kanäle nicht mehr als 5,0
· 10&supmin;² m (2 Zoll) von der Umfangsfläche der Walze entfernt ist und den
gleichen Abstand von der Mitte der Walze gemäß der folgenden Formel hat:
(Lochdurchmesser + Lochabstand)/(2 · Lochtiefe) ist kleiner als 1,2, wobei
der Lochabstand die Entfernung vom Außenrand eines Loches bis zum
nächsten Außenrand des benachbarten Loches und die Lochtiefe die
Entfernung vom Außenrand des Loches bis zur Oberfläche der Walze ist; und
-
C. die Wärmeleitfähigkeit der Walze von den Kanälen zur Oberfläche
größer ist als 29,42 w/mk (17 BTU/HR. Ft. ºF).
-
Das erste Material der Walze ist vorzugsweise Schmiedestahl. Es ist
wichtig, daß das Material wenigstens in dem Bereich gleichmäßig ist, in dem
die Fluidkanäle gebohrt werden sollen. Das Oberflächenmaterial ist
vorzugsweise Kerametall oder Keramik, das/die heiß aufgesprüht oder
plasmaappliziert wird. Die bevorzugten Kerametalle sind Wolframcarbid und
Chromcarbid in einer Matrix aus einem geschmeidigeren Material, das aus
Nickel, Chrom, Kobalt oder Kombinationen davon ausgewählt werden kann.
Das am meisten bevorzugte Oberflächenmaterial ist Chromcarbid in einer
Matrix aus Nickel und Chrom. Die bevorzugte Keramik ist Chromoxid.
-
Die Erfindung stellt auch ein verbessertes Kalandrierungsverfahren
bereit, umfassend die folgenden Schritte:
-
A. Bereitstellen einer Ausrüstungsvorrichtung, umfassend eine
Ausrüstwalze und eine Druckwalze, die gegen die genannte Ausrüstwalze mit
einer Kraft von wenigstens 174977,8 N/m (1000 Ibs pro Linearzoll)
Kalanderbreite drückt;
-
B. Führen einer Bahn aus Papierherstellungsfasern durch den
Walzenspalt; und
-
C. gleichzeitig mit Schritt B, Erhitzen der Ausrüstungswalze auf eine
Innentemperatur von wenigstens 176,7ºC (350ºF) im Inneren der
Umfangswand der Ausrüstwalze, die durch die Wand zur Außenseite geleitet
wird, um die durch den Walzenspalt passierende Papierbahn zu erhitzen,
wobei die Ausrüstwalze durch eine erfindungsgemäße innenbeheizte
Kalanderwalze bereitgestellt wird.
-
Das verbesserte Kalandrierungsverfahren, das Gegenstand der
Erfindung ist, beinhaltet vorzugsweise ein Polierrakelmesser, das gegen die
Umfangsfläche der Metallkalanderwalze gehalten wird, um die Oberfläche der
Walze während des Betriebs schneller zu erneuern, als sie sich
verschlechtert, wobei das Polierrakel eine Arbeitsfläche besitzt, die ein
Abriebmaterial enthält, das härter ist als das Oberflächenmaterial,
vorzugsweise Diamantabriebpartikel. Das Rakelmesser hat vorzugsweise
eine dünne Struktur aus einem Epoxidmaterial mit hoher
Glasübergangstemperatur und einer Arbeitsfläche in Kontakt mit der
Metalloberfläche. Die Arbeitsfläche beinhaltet eine über die Breite des
Rakelmessers verlaufende Schicht mit einer Zusammensetzung, die
Abriebpartikel aufweist, die härter sind als die Metalloberfläche, in einer
Matrix aus Hochtemperatur-Epoxidharz.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Fig. 1 illustriert schematisch eine Vorrichtung zum thermischen
Unterbauformen unter Einsatz der erfindungsgemäßen beheizten
Kalandrierungswalze;
-
Fig. 2 illustriert eine Schnittansicht der bevorzugten Form der
beheizten Kalandrierungswalze der vorliegenden Erfindung; und
-
Fig. 3 illustriert in einer Schnittansicht die bevorzugte Form des in der
vorliegenden Erfindung verwendeten Polierrakels.
BESTE ART DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung kann mit einer Vorrichtung wie der in Fig. 1
illustrierten durchgeführt werden. Eine Papierbahn 1 wird durch den ersten
Walzspalt, der von der Ausrüstwalze 2 mit glatter Oberfläche und einer
elastischen Stützwalze 3 gebildet wird, um Führungswalzen 4 und durch
einen fakultativen zweiten Walzspalt geführt, der von der Trommel 2 und der
elastischen Stützwalze 5 gebildet wird. Danach wird sie, wenn die andere
Seite der Bahn 1 geschlichtet werden soll, zu einer zweiten Ausrüstwalze mit
glatter Oberfläche (der Einfachheit halber nicht dargestellt) mit einem Paar
Walzspalte geführt, die von elastischen Stützwalzen ähnlich der ersten
Einheit gebildet werden. Die fertige Bahn wird dann auf die Trommel 6
gewickelt.
-
Die der Ausrüstungsvorrichtung zugeführte Bahn 1 kann unmittelbar
von einer Papiermaschine 7 und/oder einer Streichmaschine 8 kommen,
wenn das Papier beschichtet werden soll. Alternativ kann die Bahn 1 von
einer Rolle von zuvor hergestelltem Papier zugeführt werden, das bereits
beschichtet wurde oder auch nicht. Papiermaschine und Streichmaschine
sind nur in Blockform angedeutet, da sie in der Technik bekannte
konventionelle Vorrichtungen sein können.
-
Die elastischen Druckwalzen 3 und 5 müssen einen Überzug aus
einem elastischen oder nachgiebigen Material wie z. B. aus faserverstärktem
Epoxidharz haben. Bevorzugte Walzen werden von der Beloit Corporation
unter den Warenzeichen Beltex, Belgloss und Belsheen hergestellt. Die
elastische Druckwalze zur Durchführung des thermischen Unterbauformens
muß eine ausreichende Härte bei Betriebstemperaturen haben, um eine
Walzspaltkraft von mehr als 174977,8 N/m (1000 lbs pro Linearzoll)
Kalanderbreite und möglicherweise von mehr als 262466,7 N/m (1500 lbs pro
Linearzoll) auszuhalten und dabei eine Walzspaltbreite zu erzeugen, die
ausreichend klein ist, um einen Walzenanpreßdruck von mehr als 1,379 · 10&sup7;
pa (2000 lbs pro Quadratzoll) zu erzeugen. Es wird bevorzugt, daß die
Druckwalzenoberfläche eine P- und J-Härte von etwa 4 oder höher bei
Betriebstemperaturen hat, um die gewünschte Walzspaltbreite und den
gewünschten Walzenanpreßdruck zu entwickeln. Um diese Härte aufrecht zu
erhalten, muß die Walze möglicherweise innen gekühlt werden, da die
typischen elastischen Walzenmaterialien bei höheren Temperaturen sehr
schnell weich werden. Ein Beispiel für eine elastische Walze, die in der
vorliegenden Erfindung zufriedenstellende Leistungen erbringen kann, ist im
US-Patent Nr. 3,617,455 offenbart.
-
Die erfindungsgemäße beheizte Kalanderwalze 2 ist ausführlicher in
Fig. 2 dargestellt. Die Walze 2 besteht aus einem Metallzylinder mit einer
Umfangswand 9, die ausreichend dick ist, um hohe Walzenanpreßdrücke mit
akzeptabler Ablenkung in der Mitte der Walze 2 auszuhalten. Die Wandstärke
beträgt wenigstens 0,1016 m (4 Zoll) und im allgemeinen mehr als 0,1778 m
(7 Zoll). Um die Umfangsfläche der Walze 2 befindet sich eine dünne Schicht
11 aus einem harten, abriebbeständigen Material.
-
In der Wand 9 ist eine Mehrzahl von fluidführenden Löchern 10
gebohrt. Größe, Anzahl und Ort der Löcher sind wichtig, um
Wärmeübertragung und Temperaturgleichförmigkeit um den Umfang der
Walze 2 zu maximieren. Je näher die Löcher 10 an der Oberfläche 11 sind,
desto geringer ist der Temperaturabfall zur Oberfläche und desto niedriger ist
die erzeugte Bandeisenzugspannung. Aber je weiter die Löcher 10 von der
Oberfläche 11 entfernt sind, desto gleichförmiger ist die
Oberflächentemperatur. Ebenso, je kleiner die Löcher 10 sind und je dichter
sie beieinander liegen, desto gleichförmiger ist die Oberflächentemperatur,
aber derzeitige Bohrbedingungen begrenzen in der Praxis im allgemeinen die
Lochgröße auf mindestens 0,02032 m (0,8 Zoll). Außerdem wird die
Gleichförmigkeit der Oberflächentemperatur auch durch den
Temperaturabfall des Heizfluids bei dessen Weg durch jeden Kanal
beeinflußt. Je größer der Kanal ist, desto geringer ist der Temperaturabfall.
-
Die bevorzugte Bauweise ergibt sich mit Löchern mit einem
Durchmesser von 0,01905 m (0,75 Zoll) bis 0,03175 m (1,25 Zoll). Um einen
hohen Wärmefluß zu erzeugen, ohne einen zu hohen Temperaturabfall des
durch jedes Loch fließenden Öls zu verursachen, wird ein minimaler Ölfluß
benötigt. Dieser Fluß kann nur mit einem minimalen Querschnitt des Kanals
pro Oberflächenbereich der Walze erzielt werden. Diese Beziehung wird wie
folgt ausgedrückt: (Querschnittsbereich jedes Kanals · Anzahl Kanäle) I
(Umfang der Walze · Flächenlänge der Walze) größer als 0,00013.
-
Die Löcher werden vorzugsweise gemäß der folgenden Formel
positioniert: (Lochdurchmesser + Lochabstand)/(2 · Lochtiefe) ist kleiner als
1,2, wobei der Lochabstand die Entfernung zwischen dem Außenrand eines
Loches bis zum nächsten Außenrand des benachbarten Loches und die
Lochtiefe der Abstand zwischen dem Außenrand des Loches und der
Oberfläche der Walze ist. Diese Anordnung soll die beste Gleichförmigkeit
der Oberflächentemperatur im Rahmen der übrigen praktischen
Beschränkungen ergeben.
-
Die Walze 2 wird vorzugsweise aus Schmiedestahl hergestellt, um
maximale Festigkeit zu ergeben. Sie kann jedoch auch aus Gußeisen,
Gußstahl oder Gußeisen mit Kugelgraphit hergestellt sein, was jedoch eine
geringere Betriebskapazität ergibt. Die Walze 2 besteht vorzugsweise aus
einem gleichförmigen Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von nicht weniger
als 29,42 w/mK (17 BTU/Hr. Ft. ºF). Die benötigten Eigenschaften für die
Oberflächenschicht 11 werden dadurch erreicht, daß eine Schicht aus hartem
Material mit einer Dicke von vorzugsweise zwischen 7,62 · 10&supmin;&sup5; m (0,003 Zoll)
und 7,6 · 10&supmin;&sup4; m (0,030 Zoll) aufgetragen wird. Auf Grund der geringen Dicke
der Oberflächenschicht ist ihre Wärmeleitfähigkeit nicht sehr bedeutsam.
Andererseits ergibt diese Dicke eine sinnvolle Lebensdauer für die Schicht.
Das Oberflächenmaterial besteht vorzugsweise aus Wolframcarbid
oder Chromcarbid.
-
Das Oberflächenmaterial wird vorzugsweise als Thermonebel auf die
Walzenoberfläche aufgesprüht, der ausreichend heiß ist, um die Partikel
aneinander zu binden, und eine ausreichende Geschwindigkeit aufweist, um
eine Porosität von weniger als 5% zu erzeugen. Das bevorzugte
Auftragsverfahren ist mit Hilfe eines Hochgeschwindigkeitsbrennstoffes auf
Sauerstoffbasis.
-
Die bevorzugte Form des Oberflächenverbundstoffes ist ein
vorlegiertes Pulver aus 75% Chromcarbid und 25% Chromnickel. Man ist der
Ansicht, daß Zusammensetzungen von 70% bis 80% Chromkarbid, 15% bis
25% Nickel und 3% bis 10% Chrom zufriedenstellende Ergebnisse erbringen.
-
Nach einer relativ kurzen Zeitperiode des kommerziellen Einsatzes der
Metallkalanderwalzen kommt es zu einer Trübung der Oberfläche auf Grund
einer Kombination von Oberflächenverschlechterungsursachen. Die
Zeitperiode ist für die bevorzugte Ausgestaltung größer als für andere
getestete Ausgestaltungen. Um die Oberfläche wiederherzustellen, muß sie in
Intervallen poliert werden, die von der Haltbarkeit des Materials abhängig
sind. Das Polieren kann durchgeführt werden, während sich die erhitzte
Walze in Betrieb befindet, indem das Rakelmesser 12 gegen die Walze 2
(Fig. 1) gehalten wird.
-
Die bevorzugte Form des Rakelmessers 12 ist ausführlicher in Fig. 3
offenbart. Sie besteht aus einem glasfaserverstärkten Epoxidmaterial 14 mit
einer Schicht 13 aus einer Abriebzusammensetzung an der Arbeitskante des
Messers 12. Die Schicht wird vorzugsweise in eine Kerbe 15 des Messers 12
gegeben und ist dick genug, um sich wenigstens bis zum oder über das
Messer 12 hinaus zu erstrecken, um den Kontakt mit der Walzenoberfläche
11 zu gewährleisten. Die bevorzugte Form des erfindungsgemäßen
Rakelmessers 12 poliert die Walzenoberfläche sehr harter Materialien und
widersteht einer kontinuierlichen Verwendung bei sehr hohen
Walzenoberflächentemperaturen.
-
Die bevorzugte Polierzusammensetzung lautet wie folgt:
-
Diamantabriebpartikel, Durchmesser 3 Mikron 2,5 Gew.-%
-
Epoxidharz mit Härtemittel 52,5 Gew.-%
-
Hohlglas-Mikrosphären (3M S-60/10000) 30 Gew.-%
-
Polytetrafluorethylen (Teflon) Pulver
-
(Diamond Shamrock SST-3) 15 Gew.-%
-
Die Abriebzusammensetzung wurde in eine Kerbe im
Epoxidharzmesser verteilt und auf 60ºC bis 70ºC bis zur Erhärtung erhitzt.
Sie wurde dann 4 Stunden lang auf 120ºC gehalten. Der verwendete
Epoxidharz war Diglycidylether aus Bisphenol A mit einem Härtemittel aus
Methylendianilin mit einem Tg-Wert von 160ºC bis 180ºC. Es wird
angenommen, daß ein Anteil der Abriebpartikel von etwa 1% bis etwa 5% der
Zusammensetzung zufriedenstellend ist. Die Größe der Partikel kann etwas
variiert werden, liegt jedoch vorzugsweise zwischen 2 und 12 Mikron. Der für
die Herstellung des Basismessers eingesetzte Epoxidharz ist derselbe wie
der, der für die Abriebzusammensetzung verwendet wird, ist in dem Messer
jedoch mit Fiberglas-Gewebematten verstärkt. Die Oberfläche der
Abriebzusammensetzung nach der Härtung wurde glatt bis auf eine Stärke
von etwa 6,3 · 10&supmin;&sup4; m (25 mil) abgerieben.
-
Der Polierrakel hat keinen konstanten Kontakt mit der
Walzenoberfläche, sollte aber wenigstens für etwa 10% der Zeit gegen die
Walze gedrückt werden.
-
Es folgt ein Beispiel für die beste Ausführungsart der Erfindung. Es
wurde eine Thermoflammensprühtechnik mit einem
Hochgeschwindigkeitsbrennstoff auf Sauerstoffbasis verwendet, um die
Oberflächenschicht auf eine Walze aus Schmiedestahl in einer
Beschichtungsdicke von etwa 3,8 · 104 m (0,015 Zoll) aufzutragen. Die
aufgetragene Zusammensetzung war ein vorlegiertes Pulver aus 25%
Chromnickel und 75% Chromcarbid. Das NiCr-Verhältnis betrug 80% Ni und
20% Cr. Die Walzenoberfläche wies eine Vickers-Härte von 950 auf. Sie
wurde auf eine Rauhigkeit von 5,09 · 10&supmin;&sup8; bis 1,02 · 10&supmin;&sup7; m Ra (2-4 Mikrozoll
ra) poliert.
-
In die Walze wurden Löcher mit einem Durchmesser von 0,030 m
(1,18 Zoll) mit Abständen von 2,9 · 10&supmin;² m (1,16 Zoll) und einem
durchschnittlichen Abstand von 0,044 m (1,75 Zoll) von der Oberfläche
gebohrt.
-
Die Walze wurde in einer Kalandrierungsvorrichtung ähnlich der
montiert, die in Fig. 1 illustriert ist. Außerhalb der Walze auf eine Temperatur
von bis zu 260ºC (500ºF) erhitztes Öl wurde durch die Löcher in
abwechselnden Richtungen an benachbarten Löchern zirkuliert.
Papierbahnen mit konventionellen Pigment- und Bindemittelbeschichtungen,
die zum Drucken geeignet waren und etwa 4-5% Feuchtigkeit enthielten,
wurden in der Vorrichtung unter Bedingungen kalandriert, die für thermisches
Unterbauformen notwendig sind. Der Kalander wurde bei Drehzahlen von
518,16 bis 944,88 mpm (1700 bis 3100 fpm) und Walzspaltkräften von
314960,0 bis 349955,6 N/m (1800 bis 2000 ph) betrieben.
-
Es wurde gefunden, daß die Oberflächentemperatur der Walze etwa
37,7ºC (100ºF) geringer war als die Innentemperatur. Es stellte sich heraus,
daß die Temperatur um die Walze ausreichend gleichmäßig war, um
Glanzabweichungen von weniger als 2 Punkten zu erzeugen.
-
Ein Polierrakel der oben beschriebenen bevorzugten Form wurde
gegen die Oberfläche der Walze mit einer Kraft von 175,0 N/m (1 ph)
und
einem Winkel von 25º zur Tangente der Walze gedrückt. Die Walze lief
sauber über einen längeren Zeitraum und erzeugte beschichtetes Papier mit
dem gewünschten Glanz und der gewünschten Glattheit. Bei einem anderen
Versuch ohne den Polierrakel lief die Walze sauber ohne zu starke
Oberflächenverschlechterung für mehrere Tage, erforderte jedoch für einen
Langzeitbetrieb den Polierrakel. Diese bevorzugte Ausgestaltung zeigte
gegenüber anderen Ausgestaltungen der Erfindung in dieser Hinsicht
überlegene Leistungen.