FI112877B - Kaavarinterä - Google Patents

Description

112877

Kaavarinterä

Schaberbett 5

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen paperikoneen kaavarinterä.

Paperi/kartonkikoneen telojen pinta pyrkii pinnoittumaan prosessista tulevilla epäpuh-10 tauksilla ja kaavarinterän materiaalilla. Näiden materiaalien poistamiseen telapinnoilta käytetään kaavarinteriä. Paperi-koneiden nopeuksien noustessa on ongelmaksi osoittautunut se, että kaavarinterissä käytettävät materiaalit eivät kestä näitä paperikoneen nopeuksia yli 1 400 m/min ja alkavat sulamaan sekä kuluvat nopeasti, jolloin ne eivät enää toimi telan pinnan puhdistamisessa.

15

Keksinnön päämääränä onkin luoda sellainen kaavarinterän materiaali, joka kestää paperikoneen korkeampia nopeuksia ja siten korkeita käyttölämpötiloja.

Keksinnön päämääränä on saada aikaan sellainen kaavarinterä, joka korkean käyttöläm-• · * # * 20 pötilan lisäksi omaa hyvän mekaanisen luj uuden j a j äykkyyden.

Tekniikan tasosta tunnetaan monia erilaisista materiaaleista valmistettuja mm. kom-. ^ posiittirakenteisia kaavarinteriä ja tekniikan tason osalta voidaan viitata esim.

: ·. US-patenttijulkaisuun 4,549,933, DE-hakemusjulkaisutin 4137970, 25 FI-patenttijulkaisuun 101637sekä japanilaisiin julkaisuihin 05-214696, 05-321189 ja 05-132891.

, * | ·, US-patenttijulkaisussa 4,549,933 on esitetty paperikoneen kaavarinterä, j oka koostuu . · · ·. useista vaihtelevista kuitu- ja hiilikuitukerroksista siten, että kuitukerros voi koostua .;. 30 puuvillasta, paperista, lasikuidusta tai vastaavasta.

112877 2 DE-hakemusjulkaisussa 4137970 puolestaan on esitetty kuituvahvistetun muovin käyttö esim. kaavarinterässä, jossa kuituvahvistetusta muovista on 60-90 p-% polyami-di-6:tta tai polyamidi-66:ttaja 10-40 p-% vahvistuskuituja, jossa käytetään lämmönjoh-tavuuden kohottamiseksi polyamidia.

5 FI-patenttijulkaisussa 101637 on esitetty hoitava kaavarinterä, joka käsittää useita kuitukerroksia laminaattirakenteena ja jonka rakenne käsittää vähintään yhden hiilikui-tukerroksen tai hiilikuitua oleellisesti sisältävän kerroksen, joka sisältää hiovia partikkeleita hiilikuitujen välittömässä läheisyydessä ja jossa hiilikuidut ovat orientoituneet 10 terän pituusakselin suunnasta oleellisesti poikkeavasti, edullisesti terän poikkisuuntai-sesti.

JP-julkaisussa 05-214696 on esitetty kaavarinterä, jossa on käytetty erittäin korkean molekyylipainon omaavaa polyetyleeniä tai kuituvahvistettua erittäin korkean molekyy-15 lipainon omaavaa polyetyleeniä.

JP-julkaisussa 05-321189 on esitetty kaavarinterä, joka on muodostettu termoplastisesta kuitukomposiittimateriaalista, joka sisältää 30-80 p-% polyfenyleenisulfidia ja "". * 20-70 p-% joko lasikuituja, aramidikuituja tai grafiittikuituja.

20 ,,..: JP-julkaisussa 05-132891 on esitetty kaavarinterä, joka käsittää lasikuitua sisältävää . , \ materiaalia, jossa filamenteistä tehdyt kuidut on sidottu hartsiperusaineeseen (resin :. parent material), kuten epoksihartsiin (epoxy resin).

: : : 25 Kuten em. tekniikan tasosta ilmenee, on matriisimateriaaliksi ehdotettu useita eri kerta- » ♦ < : : ja kestomuovimatenaaleja. Käytännössä kaupallisissa tuotteissa on käytetty kuitenkin •' · ‘. lähes yksinomaan epoksihartsej a.

(·'. · t Epoksimatriisin käsittävällä kaavarinterillä on ongelmana niiden nopea kuluminen ja .,,.: 30 siitä aiheutuva lyhentynyt elinikä. Koneen nopeuksien kasvaessa ongelma on edelleen pahentunut. Kasvanut nopeus lisää kitkalämpöä pyörivän telan ja kaavarinterän välillä.

112877 3

Epoksi alkaa pehmetä ja sulaa. Pehmenemisilmiötä lisäävät märät olosuhteet, sillä epoksilla on jonkin asteinen taipumus imeä itseensä vettä. Pehmeneminen ja sulaminen saavat aikaan sen, että telapinta pinnoittuu matriisimateriaalilla. Tämä puolestaan aiheuttaa muutoksia telapinnan adheesio-, irrotus-ja pintaenergiaominaisuuksiin, jotka 5 ovat yhä kriittisempiä koneen ajettavuuden kannalta.

Edellä esitettyjen ja myöhemmin esille tulevien päämäärien saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle kaavarinterälle pääasiallisesti tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

10

Tekniikan tasossa ilmenneet ongelmat on keksinnössä voitettu uusien matriisimateriaali-en avulla. Nämä materiaalit ovat kertamuovimateriaaleja, joille on ominaista, että niiden lasisiirtymälämpötila Tg on riittävästi, vähintään noin 20-30 °C korkeampi kuin lämpötila, jolle matriisi käyttötilanteessa altistuu ja joiden iskulujuus on hyvä. Kun matriisi ei 15 joudu käytön aikana lähelle Tg-lämpötilaansa sen kuluminen pehmenemisen/sulamisen vuoksi on hitaampaa. Lisäksi kuluminen tapahtuu tällöin hallitusti ilman terän kärjen murtumista. Hallittu kuluminen on tärkeää, jotta terä pysyy terävänä koko terän käyttöiän. Korkean iskulujuuden ansiosta terän kärki ei murru yhtä helposti, jos jotakin telan I 1 9 ' ’ V pintaan tarttunutta materiaalia kulkeutuu ajotilanteessa terän ali.

s t t 20 _ 1, t: Keksinnön erään edullisen sovelluksen mukaisesti kaavarinterät ovat komposiittiraken- , 1, . teitä koostuen polymeerimatriisista sekä lujitteista ja mahdollisista täyteaineista. Lujit- .': ·. teet voivat olla perinteisiä kuitulujitteita kuten lasi-, hiili- tai aramidikuituja tai em.

materiaaleista kudottuja rakenteita tai em. kuitulujitteiden sekoituksia. Esim. tällaisesta : V: 25 sekoituksesta voi olla kerroksittainen rakenne, jossa lasi- ja hiilikuitulujitteet ja niiden

< I

; :': suuntaus vaihtelevat/vuorottelevat eri kerroksissa.

· ' 1 ‘. Keksinnön erään sovelluksen mukaisesti käytetään tämän komposiittirakenteen E matriisimateriaalina uutta kertamuovityyppistä polymeerimateriaalia. Tämä materiaali ,,,,; 30 koostuu polyesteripohjaisesta polyolista liuotettuna styreeniin sekä polyisosyanaatista.

Reaktion ensimmäisessä vaiheessa polyolikomponentin reagoidessa isosyanaatin kanssa 112877 4 ns. ketjunjatkamisreaktiossa muodostuu uretaanisidoksia. Reaktion toisessa vaiheessa polyesteripolyolin kaksoissidokset reagoivat styreenin kanssa radikaalipolymerointina ristisilloittaen materiaaliin kestomuoveille tyypillisen verkkorakenteen.

5 Muodostuva polymeeri on vinyyliesteriuretaani, jolla on ns. hybridirakenne, jossa on sekä polyuretaaneista tuttu uretaanisidos että vinyyliestereille tyypillinen sidos. Reaktion ensimmäinen sekä toinen vaihe tapahtuvat tyypillisesti samanaikaisesti. Useita erilaisia kiihdytin- sekä initiaattorisysteemejä on olemassa, joilla voidaan kontrolloida reaktioiden nopeuksia. Näiden sekä polyesteripolyolin valinnalla voidaan kaavarinterän materi-10 aalin ominaisuuksia säätää käyttötarkoituksen ja prosessointimenetelmän kannalta halutuiksi.

Vinyyliesteriuretaanin hyvien mekaanisten ominaisuuksien lisäksi (lujuus, moduli ja sitkeysarvot vastaavat tai ylittävät tyypilliset korkean lämpötilankeston polyeste-15 ri/epoksimateriaalien arvot) sillä on erinomainen lämpötilankesto, HDT lämpötila on jopa 220°C. Siten se soveltuu kaavarinterämateriaaliksi erityisesti nykyisille nopeille paperikoneille, jossa kaavarinterien pintalämpötilat muodostuvat varsin suuriksi.

• · ’ # · Vinyyliesteriuretaanin hyvät mekaaniset ominaisuudet ja sen erinomainen kemikaalien ';;; 20 kesto säilyvät korotetuissa lämpötiloissa ja se kestää hyvin lämpövanhenemista.

. . Vinyyliesteriuretaanin raaka-aineet ovat liuosmuodossa j a sitä voidaan prosessoida • ;·, kestomuoveille tyypillisillä menetelmillä. Keksinnön mukaisten kaavarinterien valmis tuksessa käytetään sopivimmin pultruusiota. Muita mahdollisia menetelmiä ovat esim.

'. ’. 25 valmistus prepregien avulla (ladonta ja autoklaavikäsittely), hartsi-injektiolla (RTM) tai :' · ‘: reaktioruiskuvalulla.

Pultruusiossa valmistusnopeus vinyyliesteriuretaanilla on jopa neljä kertaa nopeampi .;, kuin vinyyliestereillä, mikä alentaa valmistuskustannuksia. Vinyyliesteriuretaanien " ‘ \ 30 adheesio erilaisiin täyteaineisiin on hyvä ja esim. keraamisia ja metallisia täyteaineita tai katkokuitulujitteita voidaan käyttää kudottujen kuitulujitteiden lisäksi.

5 112877

Keksinnön erään sovelluksen mukaisesti komposiittirakenteen matriisi on bisoksatso-liinin ja fenolisen yhdisteen reaktiosta saatu kertamuovi nimeltään polyeetteriamidi (Polyether Amide Resin = PEAR). Tämän polymeerin rakenne on esitetty kuviossa 1.

5 Kuviossa 1 on esitetty polyeetteriamidin rakenneyksiköt ja ristisilloittuneen polymeerin rakenne. A on bisoksatsoliinimonomeeri ja B on ristisilloittunut polymeeri.

Kuviossa 1 esitetyllä polymeerillä on seuraavia hyviä ominaisuuksia nimenomaan kaavarinterän materiaalina: 10 erinomainen terminen stabiliteetti jatkuvassa käytössä 180°C:een saakka hyvä adheesio lasi- ja hiilikuituihin sekä metalleihin (alumiini, teräs) ja keraameihin kemiallisen rakenteensa vuoksi hyvä sitkeys (5-kertainen Gk-arvo epoksiin verrattuna) 15 - lasisiirtymälämpötilat 225...295°C riippuen kovetussyklistä ja materiaalimo- difikaatiosta puhtaan lujittamattoman polyeetteriamidin kimmomoduli kerta-muovi-luokassa erittäin korkea (n. 5100 MPa) ·' : ·’ - ei sisällä haihtuvia komponentteja 20 - alhainen lämpölaajenemiskerroin (42 x 10 6/°C) muihin polymeereihin ver rattuna

Polyeetteriamidia on saatavana liuoksena ja "hot melt"-versiona. Liuosmuotoista polyeetteriamidia käytetään yleensä prepregien valmistukseen, jolloin kuitulujitteita 25 impregnoidaan liuoksella, joka sisältää polymeerin ja sopivan liuottimen.

Hot melt -polymeeri on suoraan käytettävissä esim. RTM-menetelmässä tai pult-ruusiossa, kunhan komponentit lämmitetään (n. 160°C) viskositeetin laskemiseksi sopivalle tasolle.

30 Keksinnön mukaisten kaavarinterien valmistuksessa tulevat kyseeseen seuraavat muillekin kertamuoveille soveltuvat tekniikat: 6 112877 valmistus prepregien avulla (ladonta ja autoklaavi-käsittely) pultruusio puristusmuovaus (compression molding) RTM (resin transfer molding) 5

Valmistusta ajatellen polyeetteriamidilla saavutetaan seuraavia etuja: erittäin alhainen eksoterminen lämmönkehitys kovetusreaktion aikana (5 kertaa alhaisempi kuin epokseilla ja 10 kertaa alhaisempi kuin bismaleimideillä) 10 —paksutkin osat mahdollisia

alhainen kovetuskutistuma (< 0,8 %; epoksilla n. 3 %) autoklaavikäsittelyt 180°C jälkikovetus uunissa 180...230°C

15 Koska polyeetteriamidilla on hyvä adheesio mm. keraameihin ja metalleihin, voidaan matriisiin seostaa tarpeen mukaan mm. erilaisia keraamisia tai metallisia täyteainepar-tikkeleita ilman, että materiaalin mekaaniset ominaisuudet heikkenisivät huomattavasti.

" ‘‘ Keksintöä on edellä selostettu vain eräisiin sen edullisiin sovellusesimerkkeihin viitaten 20 ja monet muunnokset ja muunnelmat ovat mahdollisia seuraavien patenttivaatimuksien määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (3)

112877

1. Paperikoneen telan puhdistuksessa käytettävä kaavinterä, joka käsittää kerta-muovipolymeerimateriaalia, tunnettu siitä, että polymeerimateriaalin lasisiirtymäläm- 5 pötila Tg on 20-30 °C korkeampi kuin sen käyttölämpötila ja että sen iskulujuus on korkea ja että polymeerimateriaali on vinyyliesteriuretaani tai polyeetteriamidi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaavinterä, tunnettu siitä, että kaavinterä käsittää luj itekuituj a j a/tai täyteaineita. 10

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kaavinterä, tunnettu siitä, että terä on valmistettu pultruusiolla. t 8 112877