CN104603358A - 造纸机中的压榨带 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于靴式压榨设备(10)的压榨带，用以对纤维幅，尤其是纸张幅、纸板幅或棉纸幅进行脱水或整平滑，其中，压榨带(20、32)具有纤维增强的合成材料基质。通过使纤维增强的合成材料基质至少在部分区域中具有至少一种聚氨酯和作为添加物的聚二甲基硅氧烷和二氧化硅微粒，可以改善耐磨损性、裂纹形成和裂纹增长的趋势和/或相对于出现在造纸机中的介质的稳定性。

Description

造纸机中的压榨带

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的用于靴式压榨设备的压榨带。此外，本发明还涉及一种具有权利要求12的前序部分的特征的用以制造用于靴式压榨设备的压榨带的合成材料基质的方法。

背景技术

压榨带遭受高的机械、热和化学负荷，这些压榨带例如可以构造为靴式压榨辊子的闭合的壳，或构造为传送带，该传送带作为连续环绕的带在纤维幅与对应辊子的壳之间受引导。通常，此类压榨带由纤维增强的聚氨酯基质构成。聚氨酯基质在此可以单覆层或多覆层地构成，从而压榨带可以具有多个层或者说覆层。相应的压榨带的外表面可以配设有如下结构，如例如沟槽、盲孔或类似结构，以便对在压榨装置中的脱水进行优化。由于高机械负荷而在压榨带中会形成裂纹，其中，同样由于高机械负荷而会出现裂纹的进一步增长。这种出现的裂纹增长也会日益增加地出现在具有沟槽或盲孔的压榨带中。由于裂纹增长而会发生压榨带在结构上和/或在功能上的失效。此外，压榨带也遭受巨大的机械动态的负荷，从而使压榨带还经受大的磨损。此外，在造纸机中的压榨带由于不同的在造纸机中应用的介质而遭受到强烈的化学负荷。因此，压榨带例如会与水、油、酸性物、碱性物、溶剂或类似物接触并被这些介质至少部分地腐蚀。

因此，例如由DE19702138 A1公知了一种压榨壳，其硬度和耐磨性通过由石粉、陶瓷或碳组成的添加物得到了提高。在DE4411620 A1中提出，压榨壳的仅一个外层配设有提高耐磨性的添加物。

由US2005287373和US20060118261公知了如下的压榨带，其具有聚二甲基硅氧烷。WO2005090429和US2008081179的造纸机带具有纳米颗粒，以便例如改善了相对于裂纹增长的稳定性、硬度或耐磨损性。在EP2330249中描述了如下的造纸机带，其具有二氧化硅微粒。

尽管已经存在了实施形式，但此外还是存在对用于靴式压榨设备的具有相对于机械、热以及化学负荷的经改进了的稳定性的压榨带的要求。

发明内容

本发明研究的问题在于，为靴式压榨设备的压榨带，以及为用以制造用于此类压榨带的合成材料基质的方法提供改进的或者至少一种替选的实施形式，其特征尤其在于：较高的耐磨损性、相对裂纹形成和裂纹增长而言小的或至少不变差的趋势，并且/或者在于相对于出现在造纸机中的介质的较低的敏感性。

根据本发明，该问题通过独立权利要求的主题解决。有利的实施形式是从属权利要求的主题。

在本发明的观点中，提出了一种用于靴式压榨设备的压榨带，用以对纤维幅，尤其是纸张幅、纸板幅或棉纸幅进行脱水或整平滑，在靴式压榨设备中，压榨带具有纤维增强的合成材料基质。在此，纤维增强的合成材料基质可以至少在部分区域中具有聚氨酯和作为添加物的聚二甲基硅氧烷和二氧化硅微粒。

有利地，可以通过将添加物聚二甲基硅氧烷和二氧化硅微粒进行组合来提高相对于出现在造纸机中的介质的化学抗性。此外，可以通过提到的添加物来改善耐磨损性，并且可以使裂纹形成和裂纹增长的趋势保持得很小。在此有利地，通过加入添加物组合没有或仅略微改变压榨带的膨胀性征。

相对于仅使用聚二甲基硅氧烷而言，添加物的组合导致了耐磨损性的改善以及化学稳定性的提高。而仅使用二氧化硅微粒导致了合成材料基质的反应物的弥散能力变差，并且由此在必要时导致了在制成的压榨带中的裂纹形成趋势提高。此外可以确定，仅以二氧化硅微粒作为添加物的压榨带具有明显变差的耐磨损性。

因此可以确定，首选通过添加物组合可以制成均衡的负荷型材，从而不仅化学抗性，而且裂纹形成和裂纹增长的趋势以及耐磨损性在均衡的比例下都相互间得到了改善，而并不会发生在这些特性中的任一个或者在其他所要求的特性方面，例如膨胀性征方面的变差。

压榨带被理解为带或壳，其与纤维幅一起受引导地穿过靴式压榨装置辊隙，靴式压榨装置辊隙在竖立的压榨元件也就是所谓的压榨靴形件与柱体形的对应辊子之间形成。压榨靴形件支撑在固定的轭上，并且以液压的方式被推压到对应辊子上。除了纤维幅和压榨带以外，一个或多个连续环绕的毡和/或另外的连续环绕的压榨带可以受引导地穿过压榨辊隙。

压榨带可以实施为靴式压榨辊子的压榨壳，也就是说，压榨带作为闭合的壳被两个侧向的夹紧盘保持住，并且绕固定的压榨靴形件旋转。为了降低压榨带在压榨靴形件上的摩擦，给压榨带的内侧施加油用以润滑。代替通过两个侧向的夹紧盘来引导，压榨带如在开放式的靴式压榨装置的情况下那样可以经由压榨靴形件和多个导辊引导。压榨壳的表面可以配设有沟槽和/或盲孔。

压榨带也可以实施为传送带，其作为连续环绕的带在纤维幅与对应辊子的壳之间受引导，以便使纤维幅传送通过靴式压榨装置辊隙。然后，纤维幅在穿过靴式压榨装置辊隙之后借助抽吸辊子从压榨带上取下、转移到其他张紧件上并输送给随后的机器组件。因此有利的是，传送带的表面相对于纤维幅具有足够的粘附性，以便可靠地引导纤维幅，并且传送带的表面拥有良好的光滑性和较小的产生印痕的趋势。另一方面同样有利的是，纤维幅又可以被揭下。

纤维增强的合成材料基质被理解为如下合成材料基质，1、2或3维的纤维形成物被嵌入到合成材料基质中。在此，术语“1维的纤维形成物”包括纤维、连续纤维、纱线、纤维束、纤维杆、细丝、细丝束、玻璃纤维粗纱或混合形式。术语“2维的纤维形成物”包括纺织网、针织网、编织物、非织造布、织物、单向设计的纤维层、多轴向织物、网垫、网状物、稀疏纺织网、间隔式编织物、刺绣品、缝纫品、易扯纺织网或混合形式。术语“3维的纤维形成物”基本上被理解为多个上下分层的2维的纤维形成物。在此，2维的纤维形成物可以不同地构造。因此能想到的是，例如在单向的纤维层之后接着是非织造布作为下一层，而纺织网可以封闭3维的纤维形成物。但是，仅单向的2维的纤维形成物也可以用于构建3维的纤维形成物。在此，单向的2维的纤维形成物可以关于其方向相同地定向或不同地定向。在最后的情况下存在多轴向织物。

作为用于纤维形成物的材料可以使用玻璃纤维、碳纤维、塑料纤维、芳纶纤维、PBO纤维、聚乙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、天然纤维、玄武岩纤维、石英纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维或混合形式。

添加物被理解为被添加给合成材料基质的材料，以便以期望的方式和方法改变合成材料基质的特性。因此将添加物添加进合成材料基质，以便例如有针对性地影响耐磨损性、低的形成裂纹的趋势、少的裂纹增长、相对于出现在造纸机中的介质例如水、油、酸性物、碱性物、溶剂或类似物的高稳定性、期望的表面特性，例如相对于纤维幅的附着性、硬度或类似特性。在此，通过添加物同样可以影响到通过纤维增强来实现的特性。因此可以使用另外的添加物，例如色素、微纤维(例如碳纤维、玻璃纤维或类似物)、玻璃粉、煤、黏土、蒙脱石、皂石、水辉石、云母、蛭石、膨润土、绿脱石、贝得石、铬岭石、曼纳迪特(Manadiit)、水羟硅钠石、绿土、贝德瑞特(Bederit)、碳化硅、硅酸盐、金属氧化物或前面提到的化合物的任意组合。

纤维幅被理解为包括木纤维、塑料纤维、玻璃纤维、碳纤维、添加物、附加物或类似物的纤维的织物或交织物。因此，纤维幅例如可以构造为基本上由木纤维构成的纸张幅、纸板幅或棉纸幅，其中，存在有少量的其它纤维或添加物和附加物。

此外，纤维增强的合成材料基质的至少一个另外的部分区域可以构造为泡沫。有利地，可以通过将纤维增强的合成材料基质的另外的部分区域构造为泡沫来建立压榨带的较高的弹性和柔软性。通过如下方式，即，使压榨带具有较小的硬度，使得按压力可以更精确地被调节。此外，在纤维幅或造纸机的其他构件中不平整的情况下，按压力波动得不那么强烈。在此，泡沫被理解为通过壁分隔开的小泡。如果泡沫是开孔的，那么壁至少是部分贯通的，而在泡沫是封闭的情况下，各小泡通过壁封闭。

至少具有聚氨酯和作为添加物的聚二甲基硅氧烷和二氧化硅微粒的部分区域或构造为泡沫的另外的部分区域例如可以包括压榨带的层、压榨带表面层、压榨带的边缘区域或压榨带的内层。

如果部分区域包括压榨带的表面层，那么压榨带可以具备期望的表面特性，但仍旧通过压榨带的不同构造的内置层而具备其他有利的特性。因此，通过这样设计的表面层例如可以实现耐磨损强度、有利的裂纹形态以及相对于出现在造纸机中的介质的高的稳定性，而通过内层可以建立足够高的弹性和抗裂纹强度。这类似地也适用于压榨带的边缘区域。例如由泡沫构成的内层可以正面地影响压榨带的弹性性征和柔软性，而不会使压榨带的表面的所要求的高的稳定性变差。

在此，压榨带的层或覆层被理解为在厚度方向上相对于其它层或覆层区能分开的区域。在此，区分例如可以通过纤维增强部、通过构建合成材料基质、通过添加物份额和/或通过机械特性实现。

此外，所使用的聚二甲基硅氧烷可以具有100至100,000mPa*s的粘度。也可以使用具有500至50,000mPa*s的，必要时1,000至10,000mPa*s的，尤其是1,500至5,000mPa*s的，并且例如2,000至3,000mPa*s的粘度的聚二甲基硅氧烷。这与25℃的温度有关。

有利地，通过使用具有这样的粘度的聚二甲基硅氧烷可以减少压榨带中的表面缺陷。此外，通过聚二甲基硅氧烷的这样的粘度可以改善合成材料基质的反应物的可弥散性。

此外，至少一个部分区域可以具有0.1至10重量％的聚二甲基硅氧烷。也能想到的是，至少一个部分区域具有0.1至8重量％、尤其是0.1至5重量％、必要时0.1至3重量％和例如0.2至1.5重量％的聚二甲基硅氧烷。

有利地，通过这样份额的聚二甲基硅氧烷可以实现之前提到的优点。

此外，二氧化硅微粒可以具有2至800μm的平均颗粒大小。也能想到的是，使用如下的二氧化硅微粒，它们具有5至500μm、尤其是5至50μm、例如10至30μm并且必要时10至20μm的平均颗粒大小。

有利地，通过二氧化硅微粒的这样的平均颗粒大小可以改善合成材料基质的反应物的可弥散性。

此外，至少一个部分区域可以具有0.01至10重量％的二氧化硅微粒。也能想到的是，至少一个部分区域具有0.01至5重量％、尤其是0.05至3重量％、必要时0.05至0.5重量％和例如0.05至2重量％的二氧化硅微粒。

有利地，通过这样份额的二氧化硅微粒可以实现之前提到的优点。

此外，可以使用在至少一个部分区域中的具有平均颗粒大小为10至80nm的二氧化硅纳米颗粒。也能想到的是，使用如下的二氧化硅纳米颗粒，它们具有12至60nm、尤其是14至40nm的、例如16至30nm并且必要时18至25nm的平均颗粒大小。

有利地，通过使用二氧化硅纳米颗粒可以减小裂纹形成的趋势。裂纹增长的趋势同样能够以可行的方式降低。仅使用二氧化硅纳米颗粒虽然进一步改善了裂纹形成的趋势，但这将导致耐磨损性变差。在组合添加物的情况下将提高至少一个部分区域的耐磨损性。

此外，至少一个部分区域可以具有0.01至10重量％的二氧化硅纳米颗粒。

借助在至少一个部分区域中的这样份额的二氧化硅纳米颗粒可以实现之前提到的优点。

此外，至少一种聚氨酯至少可以由聚氨酯预聚合物和交联物制成。在此，聚氨酯预聚合物可以利用作为多元醇组分的聚醚和/或聚碳酸酯和/或聚乙酸内酯构造为MDI预聚合物和/或构造为PPDI预聚合物。有利地，通过这样构造的合成材料基质的聚氨酯组分可以建立相对于压榨带的磨损的所期望的耐久性和稳定性。此外，此类的合成材料基质的特征在于具有相对于出现在造纸机中的介质的高的稳定性。

此外，交联物可以含有至少一种聚醚多元醇。也能想到的是，使用直链的聚醚多元醇和例如还有直链的聚丙烯醚多元醇。

通过此类的交联物可以有利地影响合成材料基质在弹性、硬度和相对于出现在造纸机中的介质的稳定性方面的特性。

在本发明的另一观点中，提出了一种像之前描述的那样的用以制造针对用于对纤维幅，尤其是纸张幅、纸板幅或棉纸幅进行脱水或整平滑的靴式压榨设备的压榨带的合成材料基质的方法。在此，合成材料基质由至少一种聚氨酯预聚合物、至少一种交联物、聚二甲基硅氧烷和二氧化硅微粒制成。

通过这样的方法可以有利地制成具有之前提到的优点的压榨带。

此外，在对至少一种聚氨酯预聚合物进行交联之前，二氧化硅纳米颗粒可以与至少一部分交联物混合成纳米颗粒混合物，纳米颗粒混合物含有20至60重量％的二氧化硅纳米颗粒。也能想到的是，纳米颗粒混合物含有25至55重量％、例如30至50重量％、尤其是35至45重量％和必要时38至42重量％的二氧化硅纳米颗粒。

有利地，通过这样的过程引导可以实现良好的可弥散性。如果使用由溶胶凝胶过程形成的二氧化硅纳米微粒，那么可以进一步改善合成材料基质的反应物的可弥散性，其中，在颗粒表面上可以借助硅烷化来阻挡OH基团。

此外，纳米颗粒混合物在随后的方法步骤中完全代替或最多代替5至40％的交联物。此外也能想到的是，纳米颗粒混合物最多代替6至35％、尤其是7至30％、例如9至30％并且必要时10至25％的交联物。

通过这样的方法引导同样可以进一步改善合成材料基质的反应物的可弥散性。此外，由此也会改善对合成材料基质的各反应物的混匀。

此外，在对至少一种聚氨酯预聚合物进行交联之前，二氧化硅微粒可以与聚二甲基硅氧烷和必要时其它添加物一起混合成添加物混合物。添加物混合物可以随后与至少一部分交联物混合。在此能想到的是，之前已经将二氧化硅纳米颗粒混入到交联物中。

通过这样的方法引导可以有利地实现对合成材料基质的反应物的均匀的混合，并且可以改善可弥散性和混合性征。

平均的颗粒大小例如可以利用激光散射光措施或借助动态的图像分析来确定。借助动态的图像分析可以确定1μm至30mm的颗粒大小。激光散射措施能够分析0.3nm至1μm的颗粒大小。平均的颗粒大小在此根据相应地针对其大小范围来使用的测量措施来限定。

附图说明

本发明的其他重要的特征和优点由从属权利要求、附图和结合附图和示例的附属的图形描述得到。本发明的优选的实施例在附图中示出，并且在随后的描述中详细阐述，其中，相同的附图标记代表相同或相似或功能相同的构件。其中，分别示意性地：

图1示出根据本发明的实施例的具有压榨壳的靴式压榨装置的视图；并且

图2示出造纸机的根据本发明的实施例的包括靴式压榨装置和传送带的压榨部的视图。

具体实施方式

在图1中示出了靴式压榨装置10，其包括靴式辊子12和对应辊子14。对应辊子14由旋转的柱体形地设计的辊子构成，而靴式辊子12由靴形件16、承载该靴形件的轭18和压榨壳20组装而成。在此，靴形件16通过轭18来支撑并且经由未示出的液压的压榨元件按压到环绕该靴形件的压榨壳20上。由于靴形件16在其与对应辊子14相对置的侧上的凹形的设计而得到比较长的压榨间隙22。靴式压榨装置10尤其适用于对纤维幅24进行脱水。在靴式压榨装置运行时，纤维幅24与一个或两个压榨膜26、26’一起受引导地穿过压榨间隙22，其中，由于在压榨间隙22中施加到纤维幅24上的压力而从纤维幅24中排出的液体被压榨膜26、26’以及被设置在压榨壳表面中的凹部(未示出)暂时吸收，液体除了水以外还含有已溶解的和未溶解的化合物，例如纤维、纤维断裂块、添加物和/或附加物。在离开压榨间隙22之后，被压榨壳20吸收的液体在压榨壳20重新进入压榨间隙22之前从15压榨壳20离心分离。此外，被压榨膜26、26’吸收的水在离开压榨间隙22之后以抽吸元件来清除。

由于因为靴形件16在其与对应辊子14相对置的侧上的凹形的设计而比较长的压榨间隙22，与由两个旋转的辊子构成的压榨装置相比，利用这种靴式压榨装置10实现了对纤维幅24明显更好的脱水，从而可以相应较短暂地取消随后的热干燥。以该方式实现了对纤维幅24的特别经济的脱水。

在图2中示出了造纸机30的压榨部的局部图，该压榨部包括靴式压榨装置10。在此，像也在图1中示出的实施形式那样，靴式压榨装置10包括具有压榨壳20和压榨元件或者说靴形件16的靴式辊子12和对应辊子14，其中，在靴形件16与对应辊子14之间构成压榨间隙。此外，造纸机的该部分还包括两个抽吸辊子28、28’和两个换向辊子30、30’。在造纸机运行时，受引导地穿过抽吸辊子28、28’的、在抽吸辊子28处接受纤维幅24的毡26穿过压榨间隙。此外，在引导纤维幅24的毡26的下方，由10换向辊子30、30’引导的输送带或者说传送带32受引导地穿过压榨间隙，其中，传送带32在压榨间隙中从毡26接受纤维幅24，并且经由换向辊子30’从压榨间隙中输出。由于在压榨间隙中施加到纤维幅24上的压力而从纤维幅15中排出液体，液体除了水以外还含有已溶解的和未溶解的化合物，例如纤维、纤维断裂块、添加物和/或附加物，液体由毡26以及由设置在压榨壳表面中的凹部暂时吸收。在离开压榨间隙之后，被压榨壳20吸收的液体在压榨壳20重新进入压榨间隙之前从压榨壳20离心分离。此外，在离开压榨间隙之后，由毡26吸收的水利用设置在抽吸辊子28’上的抽吸元件清除。由于因为靴形件16的凹形的设计而比较长的25压榨间隙，与由两个旋转的辊子构成的压榨装置相比，利用这种靴式压榨装置实现了对纤维幅24进行明显更好的脱水，从而可以相应较短暂地取消随后的热干燥。以该方式实现对纤维幅24的特别经济的脱水。

示例：

其中：

HV浸水之前的硬度[ShA]

AV浸水之前的磨损[mm]

AN在95℃的情况下浸水150小时之后的磨损[mm]

VAV对在浸水之前的耐磨损性的改进[％]

VAN对在浸水之后耐磨损性的改进[％]

RB在1百万次负荷的情况下，在BW机器中的裂纹增长的平均值[mm]

与没有添加物的比对板相比，通过加入聚二甲基硅氧烷-二氧化硅-微粒，使得耐磨损性特别是在浸水之后得到明显改善。在此，裂纹增长的趋势基本上是不变的。因此，通过加入聚二甲基硅氧烷-二氧化硅-微粒可以在裂纹增长的趋势几乎不变的情况下改善耐磨损性。

制造样品：

使用具有大致6％含量的NCO的MDI-聚醚-预聚合物。MCDEA和PTHF200作为交联物使用，并且在90℃的温度的情况下实施交联。

预聚合物、MCDEA和PTHF2000单独利用真空蒸发器来脱气。给交联物加入聚二甲基硅氧烷-SiO₂-微粒。然后，所有组分在涡流混合器中混合。混合物在钢模具中浇注和退火。

确定耐磨损性：

耐磨损性根据DIN 5316和ISO 4649实施。为此，给具有16mm直径的样品加载以10N的检验力。在角速度为40转/分钟的情况下，磨削长度为40m。

确定裂纹增长的平均值：

裂纹增长在BW机器(交变弯曲机)中实施。为此，在频率为7.5Hz的情况下，在+/-40°的角度下，样品被弯曲1,000,000次。样品中的截痕具有6mm的宽度和2.5mm的深度。

Claims (15)

1.一种用于靴式压榨设备(10)的压榨带，用以对纤维幅，特别是纸张幅、纸板幅或棉纸幅进行脱水或整平滑，其中，所述压榨带(20、32)具有纤维增强的合成材料基质，

其特征在于，

所述纤维增强的合成材料基质至少在部分区域中具有至少一种聚氨酯和作为添加物的聚二甲基硅氧烷和二氧化硅微粒。

2.根据权利要求1所述的压榨带，

其特征在于，

所述纤维增强的合成材料基质的至少另一部分区域构造为泡沫。

3.根据前述权利要求中任一项所述的压榨带，

其特征在于，

至少一个部分区域由如下组选出：

所述压榨带(20、32)的层、所述压榨带(20、32)的表面层、所述压榨带(20、32)的边缘区域、所述压榨带(20、32)的内层。

4.根据前述权利要求中任一项所述的压榨带，

其特征在于，

所使用的聚二甲基硅氧烷具有100至100,000mPa*s的粘度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的压榨带，

其特征在于，

所述至少一个部分区域具有1至10重量％的聚二甲基硅氧烷的份额。

6.根据前述权利要求中任一项所述的压榨带，

其特征在于，

所述二氧化硅微粒具有10至800μm的平均颗粒大小。

7.根据前述权利要求中任一项所述的压榨带，

其特征在于，

所述至少一个部分区域具有1至10重量％的二氧化硅微粒的份额。

8.根据前述权利要求中任一项所述的压榨带，

其特征在于，

所述至少一个部分区域具有平均颗粒大小为10至80nm的二氧化硅纳米颗粒。

9.根据前述权利要求中任一项所述的压榨带，

其特征在于，

所述至少一个部分区域具有1至10重量％的二氧化硅纳米颗粒的份额。

10.根据前述权利要求中任一项所述的压榨带，

其特征在于，

所述至少一种聚氨酯至少由聚氨酯预聚合物和交联物制成，其中，所述聚氨酯预聚合物利用作为多元醇组分的聚醚和/或聚碳酸酯构造为MDI预聚合物和/或构造为PPDI预聚合物。

11.根据前述权利要求中任一项所述的压榨带，

其特征在于，

所述交联物含有至少一种聚醚多元醇或者由聚醚多元醇组成。

12.一种用以制造用于特别是根据前述权利要求任一项所述的压榨带的合成材料基质的方法，

其特征在于，

所述合成材料基质由至少一种聚氨酯预聚合物、至少一种交联物、聚二甲基硅氧烷和二氧化硅微粒制成。

13.根据权利要求12所述的方法，

其特征在于，

在对所述至少一种聚氨酯预聚合物进行交联之前，将二氧化硅纳米颗粒与所述交联物中的至少一部分混合成纳米颗粒混合物，所述纳米颗粒混合物含有20至60重量％的二氧化硅纳米颗粒。

14.根据权利要求13所述的方法，

其特征在于，

所述纳米颗粒混合物在随后的方法步骤中完全代替或最多代替5至40％的所述交联物。

15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在对所述至少一种聚氨酯预聚合物进行交联之前，将所述二氧化硅微粒与所述聚二甲基硅氧烷和必要时另外的添加物混合成添加物混合物，随后将所述添加物混合物与所述交联物中的至少一部分混合。