BRPI0615763A2 - elementos planares incorporando fibras de basalto para uso em aparelho de fabricar papel - Google Patents

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Abstract

ELEMENTOS PLANARES INCORPORANDO FIBRAS DE BASALTO PARA USO EM APARELHO DE FABRICAR PAPEL. A presente invenção refere-se a um elemento planar que é descrito para uso em uma máquina de fabricar papel. O elemento planar inclui um compósito de múltiplas camadas, com pelo menos algumas das camadas incluindo tecidos impregnados com resina incluindo fibras de basalto.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELEMENTOSPLANARES INCORPORANDO FIBRAS DE BASALTO PARA USO EMAPARELHO DE FABRICAR PAPEL".
PRIORIDADE
O presente pedido reivindica a prioridade do Pedido de Patente
Provisória U.S. N0 Série 60/715.309 depositado em 8 de setembro de 2005.DISCUSSÃO DOS ANTECEDENTES
1. Campo da Invenção
A presente invenção refere-se, geralmente, a elementos plana-res utilizados nas máquinas de fabricar papel. Como aqui utilizado, o termoelemento planar é planejado para abranger lâminas limpadoras, lâminascrepe, lâminas de revestir, placas superiores nos suportes de lâmina e su-perfícies de desgaste nas lâminas em folhas.
2. Descrição da Técnica Anterior
Lâminas limpadoras contatam a superfície dos rolos nas máqui-nas de fabricação de papel e conversão de rolo com a finalidade de limpezaou remoção da folha.
Lâminas limpadoras sintéticas são compreendidas de substratosde tecido mantidos juntos por resinas poliméricas, com a combinação desubstrato e resina provendo as propriedades desejadas para dosagem efici-ente. Lâminas limpadoras compósitas são tipicamente feitas usando tecidosde vidro, algodão ou de reforço de carbono e são mantidas juntas com resi-nas termoplásticas ou termorrígidas. Os tecidos de reforço diferentes conce-dem propriedades de desempenho diferentes para os laminados. A experi-ência mostrou, entretanto, que reforços de vidro podem ser muito agressivospara algumas superfícies de rolo e podem resultar em dano no rolo. Além domais, lâminas limpadoras com tecido de vidro tendem a correr com arrastode atrito maior resultando em mais energia sendo necessária para manteruma velocidade de rolo fixa.
Reforços de carbono, por outro lado, embora de maior duração emais suave para as superfícies do rolo (menos de arrasto de atrito), não lim-pam tão agressivamente, desde que o carbono seja menos abrasivo do queo vidro. Ambos os reforços de vidro e carbono funcionam melhor do que oscompósitos de algodão em termos de duração e capacidade de limpeza.
Existe uma necessidade, portanto, de uma lâmina Iimpadora queproveja excelente desempenho de limpeza de longa duração, porém compequeno arrasto de atrito.
SUMÁRIO
Um elemento planar é descrito para uso em uma máquina defabricação de papel. O elemento planar inclui um compósito de múltiplascamadas, com pelo menos algumas das camadas incluindo tecidos impreg-nados com resina incluindo fibras de basalto. Em modalidades adicionais, oelemento planar é uma lâmina Iimpadora e as fibras de basalto são tecidas.
DESCRIÇÃO DETALHADA
Em um sentido amplo, a presente invenção origina-se da desco-berta que quando usadas para reforçar elementos planares, as fibras de ba-salto provaram ser mais abrasivas do que o carbono e de maior duração doque o vidro, com melhor resistência ao ácido, álcali e solvente do que am-bos, resultando em desempenho melhorado e mais eficiente. Foi verificadoque tais lâminas Iimpadoras exibem capacidades de desempenho dosadorsimilares às lâminas Iimpadoras de fibra de vidro, porém com arrasto de atri-to reduzido.
Fibras de basalto são feitas de lava vulcânica inerte solidificada.A pedra de basalto há muito é conhecida por suas propriedades térmicas,resistência e durabilidade. Técnicas estão disponíveis para produzir o mine-ral na forma de filamento contínuo e as fibras podem ser feitas de tais fila-mentos. As fibras de basalto estão atualmente descobrindo aplicação comogeotêxteis e geomalhas para reforço de rodovias e estabilização do solo,devido a sua durabilidade excepcional. Elas são mais fortes e mais estáveisdo que ambas as outras fibras minerais e de vidro (15%-20% mais resistên-cia de tração e módulo do que o vidro de qualidade elétrica (Ε-vidro)), e têmuma tenacidade que de longe excede essa das fibras de aço. Essas fibrasrígidas e de longa duração também têm excelente resistência ao ácido, álca-li, umidade e solvente com um ponto de fusão de 1350°C. Elas são conveni-entes do ponto de vista ambiental e não perigosas e possuem ambas, resis-tência à alta temperatura e baixa absorção de água.
De acordo com uma modalidade da presente invenção, tecidosde fibras de basalto são dimensionados para compatibilidade com resina deepóxi. Os tecidos dimensionados são então revestidos com resinas do tipode epóxi e são escalonados em B usando um processo de impregna-ção/Impregnação" da resina. A resina, portanto, não é totalmente curada notecido: ela é seca e livre de aderência, mas não totalmente reagida, e fluirá ereagirá/reticulará quando exposta a uma temperatura elevada. Se um pro-cesso de impregnação é utilizado, o tecido de reforço é pré-revestido comresina antes da laminação. Várias camadas dos tecidos revestidos com resi-na são então laminadas juntas, usando calor e pressão suficientes para cu-rar a resina e consolidar o laminado. O laminado resultante é então traba-lhado à máquina para o elemento planar, por exemplo, uma lâmina Iimpado-ra, por técnicas convencionais conhecidas para aqueles versados na técni-ca.
Exemplo 1
Pano tipo BSL 220 da divisão Basaltex do grupo Masureel deWevelgem, Bélgica foi selecionado para incorporação em uma lâmina doutorcompósita. Esse tecido é feito de 100% de fibras de BCF (filamento contínuode basalto) tecido em uma construção de tecedura simples de 220gsm comdez extremidades por cm na urdidura e 9,6 extremidades por cm na trama.
O tecido BSL 200 foi dimensionado com amino silano (P8) paracompatibilidade da resina de epóxi. Os tecidos dimensionados foram entãorevestidos com uma resina do tipo de epóxi, epóxi de bisfenol A suprido deVantico Ltd. de Duxford, Cambridge, U.K., e escalonados em B usando umprocesso de impregnação/impregnação da resina. Dez camadas de tecidoimpregnado com resina foram então laminadas juntas para produzir umalâmina Iimpadora com uma espessura de 1,66 mm e uma temperatura detransição vítrea de 160°C.
Exemplo 2
Uma lâmina Iimpadora foi produzida como descrito no exemplo1, com a única diferença sendo o uso de epóxi novolac obtido de VanticoLtd. como a resina de aglutinação, assim produzindo uma temperatura detransição vítrea de 180°C para a lâmina Iimpadora resultante. Em várias mo-dalidades, a lâmina Iimpadora pode ter uma temperatura de transição vítreaentre aproximadamente 120°C e aproximadamente 350°C e preferivelmenteentre aproximadamente 160°C e aproximadamente 180°C. Em modalidadesadicionais, a lâmina Iimpadora pode ter uma espessura entre aproximada-mente 0,8 mm a aproximadamente 3,0 mm e preferivelmente de aproxima-damente 1,0 mm a aproximadamente 2,0 mm.
Em testes de laboratório, os compósitos de polímero reforçadocom tecido de basalto dos exemplos 1 e 2 mostraram resistência ao desgas-te mecânico/resistência à abrasão similares, com tipicamente 15% menos dearrasto de atrito, quando comparado com lâminas de vidro equivalentesquando usadas como uma lâmina Iimpadora correndo contra um rolo de açoseco, girando em 1000 m por minuto/668 revoluções por minuto, ajustadoem um ângulo de 25° com uma carga de 0,178 kg/cm (1 pli).
Assim, os laminados reforçados com basalto da presente inven-ção são particularmente bem adequados para uso em máquinas modernasde papel de alta velocidade, desde que eles têm o potencial de operar comdesempenho de limpeza e tempo de duração similares aos equivalentes devidro, porém com arrasto de atrito reduzido. Tais laminados, portanto, têm opotencial de possibilitar que as máquinas de papel funcionem em uma velo-cidade constante usando menos consumo de energia ou em uma velocidademais rápida usando o mesmo consumo de energia e adicionalmente sendomenos prejudicial para a superfície do rolo, desde que as fibras não são tãoabrasivas como as fibras de vidro.
As fibras de basalto usadas em certas modalidades da presenteinvenção são mais fortes e mais estáveis do que essas reforçadas com ou-tras fibras minerais e de vidro (15% - 20% mais resistência de tração e mó-dulo do que o Ε-vidro de pequeno conteúdo de oxido de sódio), e têm umatenacidade que de longe excede essa das fibras de aço. Essas fibras durase de longa duração também têm excelente resistência ao ácido, álcali, umi-dade e solvente. Elas são mais convenientes do ponto de vista ambiental enão perigosas com ambas, resistência à alta temperatura e pequena absor-ção de água. Fibras de basalto, portanto, têm propriedades ideais para aprodução de uma lâmina Iimpadora reforçada com fibra melhorada.
Como uma modalidade alternativa dessa invenção, um elementoplanar compósito reforçado com tecido poderia ser produzido com combina-ções diferentes de camadas de fibra de basalto e camadas de vidro paraexplorar os efeitos sinérgicos da combinação dos reforços de basalto e vidro.
Como uma modalidade alternativa adicional dessa invenção, umelemento planar compósito reforçado com tecido poderia ser produzido comcombinações diferentes de camadas de fibra de basalto e camadas de fibrade carbono para explorar os efeitos sinérgicos da combinação dos reforçosde basalto e carbono.
Ainda uma outra modalidade alternativa seria combinar camadasde basalto, vidro e carbono, para explorar os efeitos sinérgicos da combina-ção de todos os três materiais de reforço. As fibras de basalto também estãodisponíveis em tecidos tecidos, não tecidos, tecido unidirecional e tecidos bi,tri e multiaxial, feltro de esteira perfurado com agulha e como filamentos cor-tados, cada um dos quais pode ser usado de acordo com várias modalida-des da invenção.
Modalidades adicionais podem ser feitas pelo uso dessas orien-tações diferentes de construção de fibra de basalto sozinha ou em combina-ção para produzir elementos planares compósitos reforçados.
Por exemplo, fibra de basalto avançada Kamenny Vek de Mos-cou, Rússia produz tecidos usando múltiplos eixos geométricos (0o, 90°,+45° & -45°), bem como orientações de +20 até +90° e -20° a -90° na faixade peso de IOOgsm a 3000gsm. Esses tecidos podem ser combinados comfibra de basalto cortada, que poderia ser usada como uma cortina de face-jamento em um elemento planar compósito reforçado com fibra de basalto.
Experimentos de teste de desgaste de uma lâmina Iimpadora doexemplo 2 acima (10 camadas de tecidos de onda lisa de basalto tecidosrevestidos com resina novolac de epóxi), correndo contra um rolo de ferrofundido resfriado a seco de 1 metro de largura, girando em 1000 m por minu-to/668 revoluções por minuto, ajustado em um ângulo de 25° com uma cargade 0,178 kg/cm (1 pli) e uma aspereza de superfície de 3Ra em 1000m/minuto, mostraram que uma lâmina Iimpadora de basalto perdia somente0,66 g por hora durante 100 horas, comparado com uma lâmina Iimpadorade vidro de 10 camadas convencional, que perdia 1,17 g por hora durante100 horas. Assim, a lâmina Iimpadora de fibra de basalto mostrou uma taxade desgaste reduzida de 44% durante o teste de 100 horas. O arrasto dalâmina no rolo induziu o rolo a requerer 17 amps de corrente para manteruma velocidade de 1000 m por minuto, comparado com os 20 amps de cor-rente requeridos por uma lâmina Iimpadora reforçada com vidro de 10 ca-madas convencional e 14,4 amps requeridos por uma lâmina Iimpadora re-forçada com carbono convencional. A lâmina Iimpadora reforçada com ba-salto, portanto, apresentou 15% menos de arrasto do que uma lâmina Iimpa-dora reforçada com vidro convencional e 18% mais de arrasto do que umalâmina Iimpadora reforçada com carbono convencional. A lâmina Iimpadorareforçada com basalto acima, portanto, deve ser mais agressiva e melhor nalimpeza do que uma lâmina Iimpadora de carbono, porém mais suave para orolo do que uma lâmina Iimpadora reforçada com vidro. Portanto, uma lâmi-na Iimpadora de basalto provê uma melhor lâmina Iimpadora universal doque as lâminas Iimpadoras tradicionais de vidro ou carbono. Fibras de basal-to mostram um aumento de 15% - 20% na resistência de tração do que o E-vidro (ASTM D2343) e 15% - 20% melhor módulo de tração (ASTMD2343).Elas também exibem melhor resistência química do que o E-vidro.
A estrutura cristalina específica das fibras de basalto encorajaum bom umedecimento das fibras com resina durante a impregnação, o queconseqüentemente melhora a adesão entre as camadas e significa que alâmina Iimpadora é mais resistente do que as lâminas do tipo de E-vidro,particularmente aos ácidos e álcalis usados para limpar os rolos. A lâminalimpadora de basalto, portanto, é mais capaz de suportar as condições a-gressivas experimentadas durante a aplicação e é, portanto, mais adequadapara uso em uma construção de lâmina limpadora.As fibras de basalto também têm uma absorção de água muitopequena significando que as lâminas Iimpadoras de basalto não absorverãoágua durante a aplicação o que as torna menos prováveis de distorcer ouseparar as lâminas.
Aqueles versados na técnica verificarão que numerosas modifi-cações e variações podem ser feitas nas modalidades acima descritas semse afastar do espírito e do escopo da invenção.

Claims (16)

1. Elemento planar para uso em uma máquina de fabricação depapel, o dito elemento planar compreendendo um compósito de múltiplascamadas, com pelo menos algumas das ditas camadas compreendendo te-cidos impregnados com resina incluindo fibras de basalto.
2. Elemento planar, de acordo com a reivindicação 1, no qual odito compósito inclui múltiplas camadas de fibras de basalto tecidas impreg-nadas com resina que são laminadas juntas.
3. Elemento planar, de acordo com a reivindicação 2, no qual asditas fibras de basalto em cada camada são formadas de filamentos contí-nuos.
4. Elemento planar, de acordo com a reivindicação 3, no qualcada uma das ditas múltiplas camadas de fibras de basalto tem um eixo ge-ométrico de orientação, e camadas adjacentes têm eixos geométricos deorientação não paralelos.
5. Elemento planar, de acordo com a reivindicação 1, no qual odito compósito inclui pelo menos uma camada incluindo fibra de basalto cor-tada.
6. Elemento planar, de acordo com a reivindicação 1, no qual odito compósito inclui pelo menos uma camada incluindo um tecido impreg-nado com resina feito de fibras de vidro.
7. Elemento planar, de acordo com a reivindicação 1, no qual odito compósito inclui pelo menos uma camada incluindo um tecido impreg-nado com resina feito de fibras de carbono.
8. Elemento planar, de acordo com a reivindicação 1, compreen-dendo uma lâmina limpádora com uma borda de trabalho configurada paraaplicação em uma superfície do rolo, e a dita borda de trabalho inclui fibrasde basalto revestidas com resina.
9. Elemento planar, de acordo com a reivindicação 1, no qual odito elemento planar provê menos desgaste durante o uso como uma lâminalimpadora sobre um período de tempo fixo do que um compósito planar e-quivalente que inclui fibras de vidro no lugar das fibras de basalto.
10. Elemento planar, de acordo com a reivindicação 1, no qual odito elemento planar requer menos energia durante o uso como uma lâminalimpadora sobre um período de tempo fixo do que um compósito planar e-quivalente que inclui fibras de vidro no lugar das fibras de basalto.
11. Elemento planar, de acordo com a reivindicação 1, no qual odito elemento planar tem uma temperatura de transição vítrea entre aproxi-madamente 120° a 350°C.
12. Elemento planar, de acordo com a reivindicação 1, no qual odito elemento planar tem uma temperatura de transição vítrea entre aproxi-madamente 160° a 180°C.
13. Elemento planar, de acordo com a reivindicação 1, no qual odito elemento planar tem uma espessura entre cerca de 0,80 mm e cerca de-3,50 mm.
14. Elemento planar, de acordo com a reivindicação 1, no qual odito elemento planar tem uma espessura entre cerca de 1,0 mm e cerca de-2,00 mm.
15. Método para prover uma lâmina Iimpadora para uso em umamáquina para fabricar papel, o dito método compreendendo as etapas de:impregnar com resina uma pluralidade de tecidos que incluemfibras de basalto,laminar os ditos tecidos impregnados com resina juntos paraprover uma lâmina Iimpadora emontar a dita lâmina Iimpadora em uma estrutura de suporte pa-ra fabricação do papel.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, no qual o ditométodo também inclui a etapa de orientar os ditos tecidos antes da etapa delaminar juntos os ditos tecidos impregnados com resina tal que um eixo ge-ométrico de orientação de cada tecido fica não paralelo com um eixo de ori-entação de um tecido adjacente.
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