EP1754825A1 - Schabervorrichtung für Papiermaschine - Google Patents

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Publication number
EP1754825A1
EP1754825A1 EP06100629A EP06100629A EP1754825A1 EP 1754825 A1 EP1754825 A1 EP 1754825A1 EP 06100629 A EP06100629 A EP 06100629A EP 06100629 A EP06100629 A EP 06100629A EP 1754825 A1 EP1754825 A1 EP 1754825A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filler
scraper system
scraper
nanoscale
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06100629A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Dr. Mag. Gobec
Norbert Dr. Gamsjäger
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP1754825A1 publication Critical patent/EP1754825A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G3/00—Doctors
    • D21G3/005—Doctor knifes

Definitions

  • This invention relates to a scraper system for a machine for producing and / or processing a material web, in particular a fibrous web.
  • scraper systems are used to keep the outer surfaces of, for example, rolls arranged in web-processing machines, such as paper machines.
  • the scraper systems known from the prior art in this case comprise the essential elements scraper bar, doctor blade holder and scraper blade.
  • the scraper bar serves to hold the scraper system to the frame of the machine.
  • the scraper blade holder has the task of holding the scraper blade and connect it with the scraper bar.
  • the doctor blade is beschbescherung the lateral surface of a roller with this brought into tribological contact.
  • the scraper systems known from the prior art often consist of metal and / or composite or composite material.
  • the composite materials used in this case generally comprise fiber-reinforced plastic.
  • Partial particulate fillers are often added to the fiber-reinforced plastic for influencing certain properties of the scraper system, such as, for example, to influence the cleaning effect of the abraded roll surface, the composite material forming the scraper blade.
  • Such fillers have dimensions in the range of 10 ⁇ m and upwards.
  • a scraper system formed at least in sections by a composite material in which the composite material comprises a matrix material and at least one filler embedded in the matrix material in that the at least one filler has a size in the nanometer range (nanoscale filler).
  • Size should be understood in this context to mean the expansion of the filler in at least one spatial direction, preferably in all spatial directions.
  • filler of nanoscale size in contrast to the known significantly larger fillers, a better bond between the matrix material and the filler material is achieved, with the result that a significantly more homogeneous composite material can be created by the nanoscale filler than is the case with the known larger-scale fillers.
  • the composite according to the invention has improved strength and rigidity. Furthermore, the composite according to the invention has a significantly improved heat resistance and increased wear resistance, which is particularly advantageous for its use for a doctor blade.
  • At least part of the nanoscale filler in the matrix material is evenly distributed at least in sections.
  • the nanoscale filler in the matrix material is at least partially distributed unevenly.
  • the nanoscale filler can be provided, for example, only in individual layers of a scraper blade or in sections thereof, by way of example only in the two edge regions. If, for example, the nanoscale filler is embedded in the matrix material only in the two edge regions of a doctor blade and if, for example, a larger filler is embedded in the material between the two edge regions, then the cleaning action and the abrasion in the edge regions of the doctored cover can be controlled, for example become.
  • the composite material may comprise the nanoscale filler particulate or fibrous.
  • nanoscale filler particulate or fibrous are also conceivable for a variety of applications in which both a particulate nanoscale filler as well as a fibrous nanoscale filler is embedded in the matrix material.
  • the nanoscale filler can be added to the composite with a content of 95 wt.% Or less, preferably 50 wt.% Or less, particularly preferably 10 wt.%, And can have a size of 850 nm, preferably 500 nm, particularly preferably 250 nm and very particularly preferably 80nm have.
  • the nanoscale filler preferably comprises an organic and / or inorganic material.
  • the nanoscale filler may comprise Ba 2 SO 4 , silica or zirconia alone or in combination.
  • At least part of the nano-sized filler n is thermally conductive such that the addition of the nanoscale filler increases the thermal conductivity of the composite material compared to a composite material that does not comprise the thermally conductive filler.
  • At least a portion of the nanoscale filler is so electrically conductive that the addition of the nanoscale filler, the electrical conductivity of the composite material is increased compared to a comprehensive with the electrically conductive filler composite material.
  • the thermal conductivity is increased in this case, for example, from 0.5-1 W / mK to values of> 2 W / mK, in the case of silver fillers approximately to 10 W / mK.
  • the electrical Leitfumbleleit can be increased in this case that at least antistatic conditions are given in the operation, (antistatic ⁇ ⁇ 10 8 ⁇ cm, conductive ⁇ ⁇ 5 ⁇ 10 4 ⁇ cm) to prevent the occurrence of electrical discharges.
  • Thermal conductivity effectively removes heat generated during doctoring of the drum between the doctor blade and the roller cover, thereby preventing damage to the doctor blade and the roller cover. By an electrical conductivity / antistatic electrical charging can be prevented.
  • Preferred materials in this context are, in particular, alone or in combination: carbon, fullerenes, so-called. Bucky balls, carbon, so g. Nanotubes (singlewall nanotubes and / or multiwall nanotubes), conductive carbon blacks, carbon, aramid, thermoplastics or elastomers.
  • a filler in the matrix material in addition to the nanoscale filler at least in sections, a filler is embedded, which has a size in the micrometer and / or millimeter range (macro-scale filler).
  • the macrosize filler may in this case comprise a fibrous or a particulate filler or both fibrous and particulate filler.
  • the macroscale filler further comprises an organic and / or inorganic material.
  • the nanoscale and macroskalige filler are at least partially distributed unevenly in Materixmaterial.
  • Materixmaterial By a targeted distribution of the order of magnitude of the fillers in individual layers or in sections, for example, a doctor blade, their properties, such as their cleaning effect or abrasiveness can be adjusted locally.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the composite material comprises the fibrous nanoscale and / or macroscale filler in a proportion of 40 wt.% Or less.
  • the composite may comprise a fibrous nanoscale or fibrous macrosize filler alone or a combination of nanoscale fibrous and macroscale fibrous filler.
  • a particulate filler may also be provided.
  • Preferred materials for the fibrous filler, whether nanoscale or macroscale, may be alone or in combination: basalt, glass, boron, carbon, aramid, polyether, polyester, polyamide.
  • the macro-scale filler comprises a particulate filler. This may have a size in the range of 0.002mm to 5mm, preferably 0.01mm to 0.1mm.
  • the composite material comprises the particulate nanoscale and / or macroscale filler in a proportion of 50% by weight or less, preferably 25% by weight or less, particularly preferably 5% by weight to 15% by weight.
  • carbide such as silicon carbide
  • metal such as Chromium or iron or aluminum
  • silicate oxide such as alumina
  • particulate fillers To be able to influence in particular the cleaning effect on the roll cover when using the composite material for a doctor blade, come as particulate fillers, regardless of whether this is in nanoscale or macroscale form, alone or in combination: oxide, salt, fluorinated thermoplastic such as. Polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • a liquid filler may be embedded in the matrix material, wherein the liquid filler has a content of 10% by weight or less, preferably 0.05% by weight to 1.5% by weight of the composite.
  • suitable liquid fillers are alone or in combination: modified silicones such as, for example, epoxy-modified silicones, polysiloxanes such as polyalkene oxide-modified polysiloxanes, organomodified polysiloxane mixtures, acrylated siloxanes , Polyalkene oxide copolymer.
  • modified silicones such as, for example, epoxy-modified silicones, polysiloxanes such as polyalkene oxide-modified polysiloxanes, organomodified polysiloxane mixtures, acrylated siloxanes , Polyalkene oxide copolymer.
  • the matrix material preferably comprises a polymeric matrix material, which may comprise alone or in combination: thermoplastic polymeric material, thermosetting polymeric material, elastomeric polymeric material.
  • thermoplastic polymer material may be used alone or in combination: polypropylene (PP), polyethylene (PE), ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), polyphenylene sulfide, polyether ether ketone.
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • UHMWPE ultra high molecular weight polyethylene
  • polyphenylene sulfide polyphenylene sulfide
  • polyether ether ketone polyether ether ketone
  • thermosetting polymer materials may be used alone or in combination: cyanoester resin, phenolic and / or aminoplasts, phenylacrylate resins, bismaleimide resins and their modifications, for example by allylphenyl compounds, polyurethane resins, unsaturated polyester resins, epoxy resins, melamine resins, furan resins.
  • elastomeric polymer material may be considered alone or in combination: rubber, polyurethane, silicone.
  • the composite material according to the invention can form, at least in sections, a doctor blade and / or a doctor blade holder and / or a doctor blade.
  • the composite material may be formed in sheet form.
  • the layer-shaped composite material is connected to at least one other layer to form a "sandwich structure surface.
  • the scraper system according to the invention is used in a machine for producing a material web and / or in a machine for further processing a material web, in particular a fibrous web such as, for example, a paper, board or tissue web.
  • a material web in particular a fibrous web such as, for example, a paper, board or tissue web.
  • FIG. 1 shows, in a sectioned illustration, a doctoring system 1 for doctoring the lateral surface 2 of a roller 4 rotating in a direction of rotation 3 in a paper machine.
  • the scraper system 1 comprises a scraper blade 5, a doctor blade holder 6 and a scraper blade 7.
  • the scraper blade 5 is formed by an upper layer 8 and by a lower layer 9, which are connected to one another with the formation of a "sandwich structure".
  • the upper layer 8 is formed from a composite material which comprises a matrix material 10 and a particulate filler 11, 12 embedded in the matrix material 10, wherein the filler 11, 12 has a maximum extension in the nanometer range (nanoscale filler).
  • the particulate nanoscale filler 11, 12 has a content of 25% by weight or less of the composite.
  • the nano-sized filler 11, 12 comprises an inorganic filler component 12, which in the present embodiment is an oxide material such as alumina, and an organic filler component 11, which is formed by graphite in the present embodiment.
  • the filler component 11 is thus electrically conductive.
  • the two filler components 11 and 12 each have a 12.5% by weight and a particle size of 150 nm.
  • the matrix material 10 is formed in the present embodiment by the thermosetting polymer material phenol-formaldehyde resin, such as epoxy resin.
  • the lower layer 9 comprises a matrix material 13 comprising a cyanester resin in which a fiber reinforcement 14 formed by a plurality of fabric mats 14 is embedded.
  • the fabric mats 14 include carbon fibers.
  • a particulate filler 15 in the form of 10 wt.% PTFE is embedded in the cyanester resin 13.
  • the doctor blade holder 6 is essentially formed by a composite material which comprises a thermoplastic polymeric matrix material 16, such as, for example, PP, and is embedded in the nanoscale carbon fibers 17.
  • the scraper bar 7 shown in FIG. 1 is essentially formed by a composite material comprising a thermoplastic polymer matrix material 18, such as PE, a macro-scale fibrous filler 19 embedded in the matrix material 18 in the form of carbon fibers 19 and an embedded material in the matrix material 18 nanoscale particulate filler 20 in the form of piezoelectric ceramic material 20 having a weight fraction of 25%.
  • a composite material comprising a thermoplastic polymer matrix material 18, such as PE, a macro-scale fibrous filler 19 embedded in the matrix material 18 in the form of carbon fibers 19 and an embedded material in the matrix material 18 nanoscale particulate filler 20 in the form of piezoelectric ceramic material 20 having a weight fraction of 25%.
  • the scraper bar 7 was produced by the so-called filament winding method from the carbon fibers 19, which during production were impregnated with the matrix material 18, which at that time was liquid and in which the nanoscale piezoceramic particles 20 were dispersed.
  • FIG. 2 shows in section a representation of a doctor blade 101 according to the invention during the doctoring of the lateral surface 102 of a roller 104 rotating in a direction of rotation 103.
  • the scraper blade 101 is formed by a composite material comprising a polymeric matrix material 105 and a filler 106, 107 and 108 embedded in the polymeric matrix material 105, wherein the filler 106, 107 has a size in the nanometer range (nanoscale filler) and the filler 108 has a size in the millimeter range ( macroscale filler).
  • the filler portion 106 is a particulate nanoscale filler 106 and is formed by 100nm zirconia particles.
  • the filler fraction 106 has a proportion of 9% by weight of the composite material, with the filler fraction 106 being uniformly distributed in the matrix material 105.
  • the filler fraction 107 is a fibrous nanosize filler 107 and is formed by 500 nm long carbon fibers.
  • the proportion of filler 107 has a proportion of 5 to 15 wt.% Of the composite and, as can be seen from Figure 2, is distributed unevenly in the matrix material 105, i. the upper region of the doctor blade 101 in FIG. 2 has a fiber fraction 107 of 15% by weight.
  • the fiber fraction 107 is continuously reduced to 5% by weight down to the lower area of the scraper blade 101.
  • the filler portion 108 is a particulate macroscale filler 108 and is formed by 0.05mm PTFE particles.
  • the filler fraction 108 is embedded in the composite material only in the central region of the composite material with an amount of 5% by weight. As a result, the filler fraction 108 is distributed unevenly in the matrix material 105.
  • the matrix material 105 in the present embodiment comprises a thermosetting polymer material such as cyanester resin.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schabersystem das zumindest abschnittweise aus einem Verbundwerkstoff gebildet wird, welcher ein Matrixmaterial und einen im Matrixmaterial eingebetteten Füllstoff umfasst, wobei der Füllstoff eine maximale Ausdehnung im Nanometer Bereich (nanoskaliger Füllstoff) hat.

Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Schabersystem für eine Maschine zur Herstellung und / oder Verarbeitung einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn.
  • Zur Reinhaltung der Mantelflächen von bspw. in bahnverarbeitenden Maschinen wie Papiermaschinen angeordneten Walzen werden Schabersysteme verwendet. Die aus dem Stand der Technik bekannten Schabersysteme umfassen hierbei die wesentlichen Elemente Schaberbalken, Schaberklingenhalter und Schaberklinge. Der Schaberbalken dient hierbei dazu, das Schabersystem an der Stuhlung der Maschine zu haltern. Der Schaberklingenhalter hat die Aufgabe, die Schaberklinge zu haltern und diese mit dem Schaberbalken zu verbinden. Die Schaberklinge ist zur Beschaberung der Mantelfläche einer Walze mit dieser in tribologischen Kontakt bringbar.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten Schabersysteme bestehen oftmals aus Metall und / oder Komposit- bzw. Verbundwerkstoff. Die hierbei verwendeten Kompositwerkstoffe umfassen in der Regel faserverstärkten Kunststoff.
  • Teilweise werden dem faserverstärkten Kunststoff zur Beeinflussung bestimmter Eigenschaften des Schabersystems, wie bspw. zur Beeinflussung der Reinigungswirkung der beschaberten Walzenoberfläche, dem die Schaberklinge bildenden Kompositmaterial oftmals partikelförmige Füllstoffe zugegeben. Solche Füllstoffe haben Dimensionen im Bereich von 10µm und aufwärts.
  • Dies führt z.B. bei der Verwendung solcher makroskaligen Füllstoffe im Bereich der Schaberklinge dazu, dass im beschaberten Walzenbezug Furchen gebildet werden.
  • Des weiteren zeigen die mit den bekannten Füllstoffen ausgerüsteten Schabersysteme oftmals eine unzufrieden stellende Bruchdehnungsfähigkeit.
  • Bei Schaberbalken und Schaberhalter werden bis heute keine Füllstoffe eingesetzt, da die bisher in Faserverbundwerkstoffen verwendeten makroskaligen Füllstoffe mit einer minimalen Größe von 10 µm und mehr bei Verwendung in Schaberhaltern und Schaberbalken materialfestigeits schwächende Wirkung, bzgl. bspw. Impaktresistenz, Zugfestigkeit, Scherfestigkeit, Steifigkeit, Bruchzähigkeit u.a.m. haben.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Schabersystem vorzuschlagen, bei dem die o.g. Nachteile vermindert auftreten.
  • Die Aufgabe wird durch ein zumindest abschnittweise durch einen Verbundwerkstoff gebildetes Schabersystem, bei dem der Verbund werkstoff ein Matrixmaterial und zumindest einen im Matrixmaterial eingebetteten Füllstoff umfasst dadurch gelöst, dass der zumindest eine Füllstoff eine Größe im Nanometer Bereich (nanoskaliger Füllstoff) hat.
  • Unter Größe soll in diesem Zusammenhang die Ausdehnung des Füllstoffs in zumindest eine Raumrichtung, vorzugsweise in alle Raumrichtungen verstanden werden.
  • Durch die Einbettung von Füllstoff mit nanoskaliger Größe in das Matrixmaterial wird im Gegensatz zu den bekannten bedeutend größeren Füllstoffen ein besserer Verbund zwischen dem Matrixmaterial und dem Füllstoffmaterial erreicht, was zur Folge hat, dass durch den Füllstoff in nanoskaliger Größe ein bedeutend homogenerer Verbundwerkstoff geschaffen werden kann, als dies mit den bekannten größerskaligen Füllstoffen der Fall ist.
  • Als Folge wird ein Verbundwerkstoff bereit gestellt, der eine verbesserte Festigkeit und Steifigkeit hat. Des weiteren weist der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff eine bedeutend verbesserte Wärmeformbeständigkeit und eine erhöhte Verschleißbeständigkeit auf, was insbesondere für dessen Verwendung für eine Schaberklinge von Vorteil ist.
  • Darüber hinaus findet durch den nanoskaligen Füllstoff, insbesondere wenn dieser zumindest teilweise partikelförmig ist, eine bedeutend geringere Beschädigung des Walzenbezugs als bei den bekannten Füllstoffen statt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Teil des nanoskaligen Füllstoffs im Matrixmaterial zumindest abschnittweise gleichmäßig verteilt.
  • Des weiteren ist es denkbar, dass zumindest ein Teil des nanoskaligen Füllstoffs im Matrixmaterial zumindest abschnittweise ungleichmäßig verteilt ist.
  • Hierbei kann bspw. der nanoskalige Füllstoff bspw. nur in einzelnen Schichten einer Schaberklinge oder in abschnittsweisen Bereichen derselben, beispielhaft nur in den beiden Randbereichen vorgesehen sein. Ist bspw. der nanoskalige Füllstoff nur in den beiden Randbereichen einer Schaberklinge in das Matrixmaterial eingebettet und ist bspw. in das Materixmaterial zwischen den beiden Randbereichen ein größerer Füllstoff eingebettet, so kann hierdurch bspw. die Reinigungswirkung und die Abrassion in den Randbereichen des beschaberten Bezuges gesteuert werden.
  • Der Verbundwerkstoff kann den nanoskaligen Füllstoff partikelförmig oder faserförmig umfassen. Selbstverständlich sind aber auch für eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten denkbar, bei denen sowohl ein partikelförmiger nanoskaliger Füllstoff wie auch ein faserförmiger nanoskaliger Füllstoff in das Matrixmaterial eingebettet ist.
  • Liegt der Füllstoff bspw. partikelförmig vor und wird der Verbund werkstoff für eine Schaberklinge verwendet, so kann hierdurch eine Beschädigung des zu beschabernden Walzenbezugs deutlich minimiert werden.
  • Der nanoskalige Füllstoff kann dem Verbundwerkstoff mit einen Anteil von 95 Gew. % oder weniger, bevorzugt 50 Gew. % oder weniger, besonders bevorzugt 10 Gew. % beigemengt werden und kann eine Größe von 850nm, bevorzugt 500nm, besonders bevorzugt 250nm und ganz besonders bevorzugt 80nm haben.
  • Der nanoskalige Füllstoff umfasst hierbei vorzugsweise ein organisches und / oder anorganisches Material.
  • Beispielhaft kann der nanoskalige Füllstoff Ba2SO4, Siliziumdioxid oder Zirkonoxid allein oder in Kombination umfassen.
  • Vorzugsweise ist zumindest ein Teil des nanoskalige n Füllstoff s derart thermisch leitfähig, dass durch die Zugabe des nanoskaligen Füllstoffes die thermische Leitfähigkeit des Verbundwerkstoffs gegenüber einem nicht mit den thermisch leitfähigen Füllstoff umfassenden Verbundwerkstoff erhöht ist.
  • Vorzugsweise ist zumindest ein Teil des nanoskaligen Füllstoffs derart elektrisch leitfähig, dass durch die Zugabe des nanoskaligen Füllstoffes die elektrische Leitfähigkeit des Verbundwerkstoffs gegenüber einem nicht mit den elektrisch leitfähigen Füllstoff umfassenden Verbundwerkstoff erhöht ist.
  • Die thermische Leitfähigkeit wird hierbei beispielsweise von 0,5-1 W/mK auf Werte von > 2 W/mK erhöht, im Falle von Silberfüllstoffen ca. auf 10 W/mK.
  • Die elektrische Leitfähigleit kann hierbei derart gesteigert werden, dass im Betrieb zumindest antistatische Verhältnisse gegeben sind, (antistatisch ρ < 108 Ωcm, leitfähig ρ < 5·104 Ωcm) um das Auftreten von elektrischen Entladungen zu verhindern. Durch die thermische Leitfähigkeit kann die bei der Beschaberung des Walzenzugs zwischen Schaberklinge und Walzenbezug entstehende Wärme effektiv weggeführt werden, wodurch eine Beschädigung der Schaberklinge und des Walzenbezugs verhindert wird. Durch eine elektrische Leitfähigkeit / Antistatik kann eine elektrische Aufladung unterbunden werden.
  • Als bevorzugte Materialien sind in diesem Zusammenhang insbesondere allein oder in Kombination zu nennen: Kohlenstoff, Fullerene, sog. Bucky Balls, Carbon, so g. Nanotubes (Singlewall Nanotubes und / oder Multiwall Nanotubes), leitfähige Ruße, Carbon, Aramid, Thermoplaste oder Elastomere.
  • Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in das Matrixmaterial zusätzlich zu dem nanoskaligen Füllstoff zumindest abschnittweise ein Füllstoff eingebettet ist, der eine Größe im Mikrometer und / oder Millimeter Bereich (makroskaliger Füllstoff) hat. Der makroskalige Füllstoff kann hierbei einen faserförmigen oder einen partikelförmigen Füllstoff oder sowohl faserförmigen wie auch partikelförmigen Füllstoff umfassen. Der makroskalige Füllstoff umfasst der weiteren ein organisches und / oder anorganisches Material.
  • Vorzugsweise sind der nanoskalige und der makroskalige Füllstoff zumindest abschnittweise ungleichmäßig im Materixmaterial verteilt. Durch eine gezielte Verteilung der Größenordung der Füllstoffe in einzelnen Schichten oder in abschnittsweisen Bereichen bspw. einer Schaberklinge, kann deren Eigenschaften, wie bspw. deren Reinigungswirkung bzw. Abrasivität lokal eingestellt werden.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Verbundwerkstoff den faserförmigen nanoskaligen und / oder makroskaligen Füllstoff mit einem Anteil von 40 Gew. % oder weniger umfasst.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung kann der Verbundwerkstoff demzufolge einen faserförmigen nanoskaligen oder eine faserförmigen makroskaligen Füllstoff allein oder eine Kombination aus nanoskaligem faserförmigem und makroskaligem faserförmigem Füllstoff umfassen. Zusätzlich kann auch noch ein partikelförmiger Füllstoff vorgesehen sein. Als bevorzugte Materialien für den faserförmigen Füllstoff, unabhängig ob dieser in nanoskaliger oder makroskaliger Form vorliegt, können allein oder in Kombination in Betracht kommen: Basalt, Glas, Bor, Carbon, Aramid, Polyether, Polyester, Polyamid.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der makroskalige Füllstoff einen partikelförmigen Füllstoff umfasst. Dieser kann eine Größe im Bereich von 0,002mm bis 5mm, bevorzugt 0,01 mm bis 0,1 mm haben.
  • Vorteilhafterweise umfasst der Verbundwerkstoff den partikelförmigen nanoskaligen und / oder makroskaligen Füllstoff mit einen Anteil von 50 Gew. % oder weniger, bevorzugt 25 Gew. % oder weniger, besonders bevorzugt 5 Gew. % bis 15 Gew. %.
  • Um bei der Verwendung des Verbundmaterials für eine Schaberklinge insbesondere deren Abrasivität beeinflussen zu können, kommt bspw. als partikelförmiger Füllstoff, unabhängig davon ob dieser in nanoskaliger oder makroskaliger Form vorliegt, allein oder in Kombination in Betracht: Carbid wie bspw. Siliziumcarbid, Metall wie bspw. Chrom oder Eisen oder Aluminium, Silikat, Oxid wie bspw. Aluminiumoxid.
  • Um bei der Verwendung des Verbundmaterials für eine Schaberklinge insbesondere deren Reinigungswirkung auf den Walzenbezug beeinflussen zu können, kommen als partikelförmige Füllstoffe, unabhängig ob dieser in nanoskaliger oder makroskaliger Form vorliegt, allein oder in Kombination in Betracht: Oxid, Salz, fluorierter Thermoplast wie bspw. Polytetrafluorethylen (PTFE).
  • Darüber hinaus kann in das Matrixmaterial ein flüssiger Füllstoff eingebettet sein, wobei der flüssige Füllstoff einen Anteil von 10 Gew. % oder weniger, bevorzugt 0,05 Gew. % bis 1,5 Gew. % an dem Verbundwerkstoff hat.
  • Um bei der Verwendung des Verbundmaterials für eine Schaberklinge insbesondere deren Reinigungswirkung auf den Walzenbezug beeinflussen zu können, kommen als flüssige Füllstoffe allein oder in Kombination in Betracht: modifizierte Silikone wie bspw. epoxymodifizierte Silikone, Polysiloxane wie bspw. polyalkenoxidmodifizierte Polysiloxane, organomodifizierte Polysiloxanmischungen, acrylierte Siloxane, Polyalkenoxid Copolymer.
  • Das Matrixmaterial umfasst vorzugsweise ein polymeres Matrixmaterial, welches allein oder in Kombination umfassen kann: thermoplastisches Polymermaterial, duroplastisches Polymermaterial, elastomeres Polymermaterial.
  • Als thermoplastisches Polymermaterial können allein oder in Kombination in Betracht kommen: Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Ultra High Molecular Weight Polyethylen (UHMWPE), Polyphenylensulfid, Polyetheretherketon.
  • Als duroplastisches Polymermaterial können allein oder in Kombination in Betracht kommen: Cyanesterharz, Pheno- und/oder Aminoplaste, Phenylacrylatharze, Bismaleinimid- Harze und deren Modifikationen bspw. durch Allylphenylverbindungen, Polyurethanharze, ungesättigte Polyesterharze, Epoxidharze, Melaminharze, Furanharze.
  • Als elastomeres Polymermaterial können allein oder in Kombination in Betracht kommen: Gummi, Polyurethan, Silikon.
  • Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff kann zumindest abschnittweise eine Schaberklinge und / oder einen Schaberklingenhalter und / oder einen Schaberbalken bilden. Für alle der oben genannten Anwendungsfälle kann der Verbundwerkstoff lagenförmig ausgebildet sein. Des weiteren ist es denkbar, dass der lagenförmig ausgebildete Verbundwerkstoff mit zumindest einer anderen Lage zur Ausbildung einer "Sandwich-Struktur flächig verbunden ist.
  • Vorzugsweise findet das erfindung sgemäße Schabersystem in einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn und / oder in einer Maschine zur Weiterverarbeitung eine Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn wie bspw. einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn Verwendung.
  • Nachfolgend wird die Erfindung durch zwei Ausführungsbeispiele anhand der folgenden schematischen und nicht maßstabsgetreuen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schabersystems,
    • Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaberklinge.
  • Die Figur 1 zeigt in abschnittweiser Darstellung ein Schabersystem 1 zur Beschaberung der Mantelfläche 2 einer sich in eine Drehrichtung 3 drehenden Walze 4 in einer Papiermaschine.
  • Das Schabersystem 1 umfasst eine Schaberklinge 5, einen Schaberklingenhalter 6 und einen Schaberblaken 7.
  • Die Schaberklinge 5 wird durch eine obere Lage 8 und durch eine untere Lage 9 gebildet, die miteinander unter Ausbildung einer "Sandwich-Struktur" flächig verbunden sind.
  • Die obere Lage 8 wird aus einem Verbundwerkstoff gebildet, welcher ein Matrixmaterial 10 und einen im Matrixmaterial 10 eingebetteten partikelförmigen Füllstoff 11, 12 umfasst, wobei der Füllstoff 11, 12 eine maximale Ausdehnung im Nanometer Bereich (nanoskaliger Füllstoff) hat.
  • Der partikelförmige nanoskalige Füllstoff 11, 12 hat einen Anteil von 25 Gew. % oder weniger an dem Verbundwerkstoff. Der nanoskalige Füllstoff 11, 12 umfasst eine anorganischen Füllstoffkomponente 12, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Oxidmaterial wie bspw. Aluminiumoxid ist, sowie eine organische Füllstoffkomponente 11, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Graphit gebildet wird. Die Füllstoffkomponente 11 ist somit elektrisch leitfähig. Die beiden Füllstoffkomponenten 11 und 12 haben jeweils einen 12,5%-tigen Gewichtsanteil und eine Partikelgröße von 150nm.
  • Das Matrixmaterial 10 wird in der vorliegenden Ausführungsform durch das duroplastische Polymermaterial Phenol-Formaldehydharz, wie bspw. Epoxidharz gebildet.
  • Die untere Lage 9 umfasst ein ein Cyanesterharz umfassendes Matrixmaterial 13 in welches eine durch mehrere Gewebematten 14 gebildete Faserverstärkung 14 eingebettet ist. Die Gewebematten 14 umfassen Carbonfasern.
  • Des weiteren ist in das Cyanesterharz 13 ein partikelförmiger Füllstoff 15 in Form von 10 Gew. % PTFE eingebettet.
  • Der Schaberklingenhalter 6 wird im wesentlichen durch einen Verbundwerkstoff gebildet, der ein thermoplastisches polymeres Matrixmaterial 16, wie bspw. PP umfasst und in den nanoskalige Carbonfasern 17 eingebettet sind.
  • Der in der Figur 1 dargestellte Schaberbalken 7 wird im wesentlichen durch einen Verbundwerkstoff gebildet, der ein thermoplastisches polymeres Matrixmaterial 18, wie bspw. PE, einen in das Matrixmaterial 18 eingebetteten makroskaligen faserförmigen Füllstoff 19 in Form von Carbonfasern 19 sowie einen in das Matrixmaterial 18 eingebetteten nanoskaligen partikelförmigen Füllstoff 20 in Form von piezoelektrischem Keramikmaterial 20 mit einem Gewichtsanteil von 25% umfasst. Durch das piezoelektrische Keramikmaterial 20 kann bspw. die Durchbiegung des Schaberbalkens 7 ausgeglichen werden.
  • Der Schaberbalken 7 wurde durch das sog. Filament Winding Verfahren aus den Carbonfasern 19 hergestellt, die während der Herstellung mit dem zu diesem Zeitpunkt flüssigen Matrixmaterial 18 imprägniert wurden, in dem die nanoskaligen Piezokeramikpartikel 20 dispergiert waren.
  • Die Figur 2 zeigt in abschnittweiser Darstellung eine erfindungsgemäße Schaberklinge 101 bei der Beschaberung der Mantelfläche 102 einer sich in eine Drehrichtung 103 drehenden Walze 104.
  • Die Schaberklinge 101 wird durch einen Verbundwerkstoff gebildet, der ein polymeres Matrixmaterial 105 und einen im polymeren Matrixmaterial 105 eingebetteten Füllstoff 106,107 und 108 umfasst , wobei der Füllstoff 106,107 eine Größe im Nanometer Bereich (nanoskaliger Füllstoff) und der Füllstoff 108 eine Größe im Millimeter Bereich (makroskaliger Füllstoff) hat.
  • Der Füllstoffanteil 106 ist ein partikelförmiger nanoskaliger Füllstoff 106 und wird durch 100nm große Zirkonoxid Partikel gebildet. Der Füllstoffanteil 106 hat einen Anteil von 9 Gew. % an dem Verbundwerkstoff, wobei der Füllstoffanteil 106 im Matrixmaterial 105 gleichmäßig verteilt ist.
  • Der Füllstoffanteil 107 ist ein faserförmiger nanoskaliger Füllstoff 107 und wird durch 500nm lange Carbon Fasern gebildet. Der Füllstoffanteil 107 hat einen Anteil von 5 bis 15 Gew. % an dem Verbundwerkstoff und ist, wie aus der Figur 2 zu erkennen ist, ungleichmäßig im Matrixmaterial 105 verteilt, d.h. der in der Figur 2 obere Bereich der Schaberklinge 101 hat einen Faseranteil 107 von 15 Gew.%. Der Faseranteil 107 reduziert sich hierbei kontinuierlich bis zum unteren Bereich der Schaberklinge 101 auf 5 Gew.%.
  • Der Füllstoffanteil 108 ist ein partikelförmiger makroskaliger Füllstoff 108 und wird durch 0,05mm große PTFE Partikel gebildet. Der Füllstoffanteil 108 ist nur im mittleren Bereich des Verbundwerkstoffs mit eine m Anteil von 5 Gew. % in den Verbundwerkstoff eingebettet. Demzufolge ist der Füllstoffanteil 108 im Matrixmaterial 105 ungleichmäßig verteilt.
  • Das Matrixmaterial 105 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform ein duroplastisches Polymermaterial wie bspw. Cyanesterharz.

Claims (31)

  1. Schabersystem das zumindest abschnittweise aus einem Verbundwerkstoff gebildet wird, welcher ein Matrixmaterial und zumindest einen im Matrixmaterial eingebetteten Füllstoff umfasst,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der zumindest eine Füllstoff eine Größe im Nanometer Bereich (nanoskaliger Füllstoff) hat.
  2. Schabersystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest ein Teil des nanoskaligen Füllstoffs zumindest abschnittweise im Matrixmaterial gleichmäßig verteilt ist.
  3. Schabersystem nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest ein Teil des nanoskaligen Füllstoffs zumindest abschnittweise im Matrixmaterial ungleichmäßig verteilt ist.
  4. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest ein Teil des nanoskaligen Füllstoffs partikelförmig ist.
  5. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest ein Teil des nanoskaligen Füllstoffs faserförmig ist.
  6. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der nanoskalige Füllstoff einen Anteil von 95 Gew. % oder weniger, bevorzugt 50 Gew. % oder weniger, besonders bevorzugt 10 Gew. % oder weniger am Verbundwerkstoff hat.
  7. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der nanoskalige Füllstoff eine Größe von maximal 850nm, bevorzugt maximal 500nm, besonders bevorzugt maximal 250nm und ganz besonders bevorzugt maximal 80nm hat.
  8. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest ein Teil des nanoskaligen Füllstoffs thermisch leitfähig und / oder elektrisch leitfähig ist.
  9. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in das Matrixmaterial zumindest abschnittweise ein Füllstoff eingebettet ist, der eine Größe im Mikrometer und / oder Millimeter Bereich (makroskaliger Füllstoff) hat.
  10. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest ein Teil des makroskaligen Füllstoff faserförmig ist.
  11. Schabersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der faserförmige nanoskalige und / oder makroskalige Füllstoff einen Anteil von 40 Gew. % oder weniger an dem Verbundwerkstoff hat.
  12. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest ein Teil des makroskaligen Füllstoffs partikelförmig ist.
  13. Schabersystem nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der makroskalige partikelförmige Füllstoff eine maximale Ausdehnung im Bereich von 0,002mm bis 5mm, bevorzugt 0,01 mm bis 0,1 mm hat.
  14. Schabersystem nach einem der Ansprüche 4 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der partikelförmige nanoskalige und / oder makroskalige Füllstoff einen Anteil von 50 Gew. % oder weniger, bevorzugt 25 Gew. % oder weniger an dem Verbundwerkstoff hat.
  15. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in das Matrixmaterial ein flüssiger Füllstoff eingebettet ist.
  16. Schabersystem nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der flüssige Füllstoff einen Anteil von 10 Gew. % oder weniger, bevorzugt 0,05 Gew. % bis 1,5 Gew. % an dem Verbundwerkstoff hat.
  17. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der nanoskalige Füllstoff ein organisches und / oder anorganisches Material umfasst.
  18. Schabersystem nach einem der Ansprüche 9 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der makroskalige Füllstoff ein organisches und / oder anorganisches Material umfasst.
  19. Schabersystem nach Anspruch 17 oder 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das organische Material allein oder in Kombination umfasst: Kohlenstoff, Fullerene, sog. Bucky Balls, Carbon Nanotubes, leitfähige Ruße, Carbon, Aramid, Thermoplaste, Elastomere.
  20. Schabersystem nach Anspruch 17 oder 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das anorganische Material allein oder in Kombination umfasst: Bor, Glas, Metall, Oxid, Carbid, Silikat, Basalt.
  21. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Matrixmaterial ein polymeres Matrixmaterial umfasst.
  22. Schabersystem nach Anspruch 21,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das polymere Matrixmaterial allein oder in Kombination umfasst: thermoplastisches Polymermaterial, duroplastisches Polymermaterial, elastomeres Polymermaterial.
  23. Schabersystem nach Anspruch 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das thermoplastische Polymermaterial allein oder in Kombination umfasst: Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), UHMWPE, Polyphenylensulfid, Polyetheretherketon.
  24. Schabersystem nach Anspruch 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das duroplastische Polymermaterial allein oder in Kombination umfasst: Cyanesterharz, Pheno- und/oder Aminoplaste, Phenylacrylatharz, Bismaleinimid- Harz und deren Modifikationen bspw. durch Allylphenylverbindungen, Polyurethanharz, ungesättigte Polyesterharz, Epoxidharz, Melaminharz, Furanharz.
  25. Schabersystem nach Anspruch 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das elastomere Polymermaterial allein oder in Kombination umfasst: Gummi, Polyurethan, Silikon.
  26. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 26,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verbundwerkstoff zumindest abschnittweise lagenförmig ausgebildet ist.
  27. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 27,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verbundwerkstoff zumindest abschnittweise eine Schaberklinge bildet.
  28. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 28,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verbundwerkstoff zumindest abschnittweise einen Schaberklingenhalter bildet.
  29. Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 26,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verbundwerkstoff zumindest abschnittweise einen Schaberbalken bildet.
  30. Maschine zur Herstellung einer Materialbahn mit einem Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 29.
  31. Maschine zur Verarbeitung einer Materialbahn mit einem Schabersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 29.
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