ITVE20130038A1 - Macchina e metodo per realizzare un nastro di materiale fibroso ad elevate estensibilita' longitudinale e trasveresale. - Google Patents

Macchina e metodo per realizzare un nastro di materiale fibroso ad elevate estensibilita' longitudinale e trasveresale.

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ITVE20130038A1
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belt
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Federico Cariolaro
Marion Sterner
Giorgio Trani
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Giorgio Trani
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Description

"Macchina e metodo per realizzare un nastro di materiale fibroso ad elevate estensibilità longitudinale e trasversale"
La presente invenzione concerne una macchina ed un metodo per realizzare un nastro di materiale fibroso ad elevate estensibilità longitudinale e trasversale.
E' noto da US 2624245 un metodo per realizzare nastri continui di carta estensibile in direzione prevalentemente longitudinale, e cioè nella direzione di sviluppo del nastro stesso. Questo metodo utilizza un impianto comprendente un cilindro riscaldato, avente la superficie liscia, preferibilmente cromata, ed un nastro di gomma avente un certo spessore e mantenuto aderente al cilindro riscaldato per un certo tratto della sua superficie grazie di una serie di rulli di rinvio, almeno in parte motorizzati. Il diametro del rullo, che fa aderire il nastro di gomma in corrispondenza dell'inizio del tratto di contatto con il cilindro riscaldato (rullo di rinvio a monte) è piccolo rispetto al diametro di detto cilindro riscaldato, in modo che in corrispondenza della loro generatrice di contatto il nastro di gomma subisca una brusca deviazione e quindi una brusca variazione di concavità. L'effetto combinato di questa brusca variazione di concavità, alla quale il nastro di gomma è sottoposto da parte del rullo di rinvio a monte, che fa aderire il nastro stesso al cilindro riscaldato, fa sì che quando un nastro di carta in formazione, avente ancora un elevato contenuto di acqua, viene introdotto tra il nastro di gomma ed il cilindro riscaldato, esso sia sottoposto nel tratto immediatamente a valle della generatrice di contatto ad una compattazione longitudinale legata appunto alla quantità di acqua contenuta, allo spessore del nastro di gomma ed al rapporto tra i diametri del rullo di rinvio a monte e del cilindro riscaldato.
A sua volta questa compattazione longitudinale conferisce al nastro di carta ottenuto una estensibilità longitudinale valutabile in pratica in circa il 15%.
Tuttavia carte ottenute con questo metodo sono praticamente prive di estensibilità trasversale, nel senso che il valore di tale estensibilità trasversale è dell’ordine del 4-5%, e cioè è sostanzialmente analogo a quello riconoscibile in qualsiasi carta tradizionale prodotta, a parità di impasto e di raffinazione. E’ noto anche che eventuali valori superiori di estensibilità trasversale possono essere ottenuti con costosi metodi di raffinazione ad alta densità, utilizzando impianti complessi e costosi e comportanti elevati consumi energetici.
Scopo dell'invenzione è di ottenere un nastro di materiale fibroso che presenti una estensibilità in senso longitudinale non inferiore a quella ottenibile con il metodo secondo US 2624245 ed anche superiore, in particolare fino al 20%, ma che rispetto a quella presenti anche una elevata estensibilità in senso trasversale, in particolare superiore al 6%, senza l’utilizzo di particolari raffinazioni ad alta densità.
Altro scopo dell'invenzione è di ottenere un nastro di materiale fibroso con una macchina che non richieda manutenzione onerosa, e che in particolare non comporti frequenti e costose sostituzioni di componenti realizzati in materiale usurabile.
Altro scopo dell'invenzione è di ottenere un nastro di materiale fibroso formato da fibre cellulosiche, da fibre vegetali in genere e/o da fibre sintetiche, ed in ogni caso con caratteristiche che possano essere modificate entro certi limiti, conformemente alle esigenze.
Questi scopi ed altri che risulteranno dalla descrizione che segue sono raggiunti, secondo l'invenzione, con una macchina per realizzare un nastro di materiale fibroso ad elevata estensibilità longitudinale e trasversale, come indicato nella rivendicazione 1.
Un metodo per realizzare un nastro di materiale fibroso ad elevata estensibilità longitudinale e trasversale è indicato nella rivendicazione 11.
La presente invenzione viene qui di seguito ulteriormente chiarita in una sua preferita forma di pratica realizzazione ed in una variante realizzativa riportate a scopo puramente esemplificativo e non limitativo con riferimento alle allegate tavole di disegni, in cui:
la figura 1 mostra schematicamente una macchina per realizzare un nastro di materiale fibroso secondo l’invenzione,
la figura 2 mostra in vista frontale il suo rullo interessato da incisioni circonferenziali continue,
la figura 3 mostra in vista frontale il suo rullo interessato da incisioni spiraliformi continue,
la figura 4 mostra in vista frontale il suo rullo interessato da incisioni circonferenziali discontinue,
la figura 5 mostra in parziale sezione longitudinale ingrandita una porzione di rullo inciso e, in corrispondenza delle incisioni, l’andamento delle fibre di una porzione di nastro di carta ottenuto con la macchina secondo l‘invenzione, e
la figura 6 mostra schematicamente una macchina per realizzare un nastro di materiale fibroso in una variante realizzativa.
La macchina secondo l’invenzione per realizzare un nastro di materiale fibroso ad elevata estensibilità longitudinale e trasversale, ad esempio di materiale cartaceo può essere inserita in un impianto in linea per la produzione di carta, ed in questo caso viene alimentata con un velo di impasto di fibra cellulosica (sia vergine che di recupero oppure mista) che formerà il nastro, oppure può essere costituita da un macchinario a sé stante, ed in questo caso viene alimentata con un nastro di carta già formato e preventivamente sottoposto a bagnatura per essere portato ad un contenuto di acqua compreso tra l’82% ed il 30%.
Una macchina analoga ed un impianto analogo possono essere utilizzati anche per produrre nastri di fibre vegetali, di tessuto non-tessuto, di fibre sintetiche; in questo caso non sarà possibile riferirsi al contenuto di acqua del velo di impasto di fibra cellulosica o del nastro di carta ribagnato, ma alla plasmabilità del velo di materiale fibroso ed in sostanza alla sua temperatura di rammollimento.
Indipendentemente da ciò la macchina comprende un rullo cilindrico 2, di materiale metallico, eventualmente rivestito con uno strato di materiale presentante differenti caratteristiche meccaniche (ad esempio di materiale ceramico), ed è in ogni caso interessato sulla sua superficie cilindrica da una serie di incisioni 4 sviluppantisi in senso circonferenziale o comunque con componente in senso circonferenziale.
Nelle figure 2 - 4 sono illustrati differenti disposizioni di queste incisioni, che possono avere andamento circonferenziale (fig. 2) o spiraliforme (fig. 3) , sia continuo che discontinuo (fig.4).
Esse possono avere profondità compresa tra 0.01 e 2 mm, preferibilmente compresa tra 0.05 e 0.5 mm, larghezza compresa tra 0.01 e 2 mm, preferibilmente compresa tra 0.07 e 0.9 mm e passo compreso tra 0.01 e 10 mm, preferibilmente compreso tra 0.125 e 1.25. Inoltre, nel caso di incisioni spiraliformi l’angolo di inclinazione può essere compreso dal valore minimo consentito dalla larghezza dell’incisione ad un valore massimo di 45°, preferibilmente compreso tra 5° e 20° e l’andamento della spirale può essere il medesimo su tutta la lunghezza assiale del rullo 2 oppure può essere contrapposto sulle due metà del rullo stesso.
Il rullo 2 può avere, in alternativa alla forma cilindrica, una forma bombata (non rappresentata), che si rivela particolarmente utile per compensare la flessione del suo albero a seguito delle forze applicate alle estremità di questo per esercitare la pressione sul rullo antagonista, come meglio si vedrà in seguito.
Il rullo 2 è fatto ruotare ad una velocità periferica v1, sostanzialmente pari alla velocità operativa della stazione a monte, e cioè alla velocità con la quale viene alimentato un velo 6 di materiale fibroso da trattare.
La macchina secondo l’invenzione comprende anche un nastro di gomma 8 o di differente materiale elastico, teso tra rulli motorizzati 10 ed avente spessore compreso tra 5 mm e 100 mm.
I rulli 10 presentano un attrito con il nastro di gomma 8 sufficiente ad assicurare comunque il trascinamento di questo ad una velocità v2inferiore alla velocità periferica v1del rullo 2.
Il nastro 8 è sostanzialmente inestensibile in senso longitudinale almeno sul lato aderente ai rulli 10 e questa inestensibilità può essere ottenuta, ad esempio, incorporando nel nastro stesso dei fili longitudinali di acciaio oppure applicando al nastro un telo inestensibile.
Inoltre il nastro 8 deve avere una sostanziale stabilità dimensionale in tutta la sua larghezza, allo scopo di evitare possibili sue deformazioni, dato che da un lato è a contatto con il rullo 2, dotato di velocità periferica v1, e d’altro lato è fatto avanzare ad una velocità v2<v1e quindi è frenato in senso longitudinale.
Il nastro 8 è mantenuto premuto contro il rullo 2 da un rullo pressore 12, realizzato preferibilmente in acciaio, eventualmente rivestito da uno strato superficiale di idonee caratteristiche meccaniche. Esso può essere folle o motorizzato, ma in ogni caso deve avere velocità periferica v2. La pressione, con la quale il rullo 12 preme il nastro 8 contro il rullo 2, è controllata con qualsiasi idoneo mezzo noto, meccanico o pneumatico od idraulico. Questa pressione è compresa tra 1 kg e 200 kg per ogni centimetro di larghezza del nastro 8, ed è preferibilmente compresa tra 20 kg e 40 kg.
Il funzionamento della macchina secondo l’invenzione è il seguente: nella fase iniziale, e cioè prima che la macchina sia alimentata con il velo 6 di materiale fibroso, il rullo 2 ed i rulli 10,12 ruotano alla medesima velocità periferica v1ed il rullo 12 è semplicemente accostato al rullo 2.
In queste condizioni il velo di materiale fibroso 6, avente un contenuto di umidità compreso tra 82% e 30%, nel caso di fibra cellulosica o vegetale in genere, od una temperatura non inferiore alla temperatura di inizio rammollimento, nel caso di fibre sintetiche, ed avanzante alla velocità v1, viene introdotto tra il nastro di gomma 8 ed il rullo 2; successivamente i rulli 10 e 12 vengono portati progressivamente alla velocità v2< v1ed il rullo 12 viene premuto con pressione progressivamente crescente contro il rullo 2, schiacciando il nastro 8 ed il velo 6 di materiale fibroso, ad esso aderente.
L’effetto combinato della frenatura in senso longitudinale e dello schiacciamento nel senso dello spessore fa si che il velo 6 vada a riempire localmente le incisioni 4 del rullo 2, accumulandosi in senso longitudinale secondo fasce corrispondenti alle incisioni e con linee di compattazione incurvate 14, del tipo illustrato in fig. 5.
A sua volta questo accumulo longitudinale e la particolare disposizione delle fibre determina nel nastro di materiale fibroso formato, e cioè quando ha raggiunto il contenuto finale di umidità della carta per le fibre vegetali o la sua stabilità dimensionale per il nastro di fibre sintetiche, una sua estensibilità longitudinale e trasversale.
Il grado di estensibilità sia longitudinale che trasversale dipende dal rapporto tra le velocità v1e v2, dalla forza con la quale il nastro 8 è premuto contro il rullo 2, dalle caratteristiche delle incisioni 4 sul rullo 2, dal grado di plasmabilità del velo 4 all’inizio ed al termine del trattamento e dalle caratteristiche fisiche e geometriche del nastro di gomma 8.
Prove sperimentali effettuate per testare la bontà del metodo hanno consentito di ottenere carta con un grado di estensibilità longitudinale di circa il 20% e di estensibilità trasversale di circa il 15%.
Se la macchina secondo l’invenzione è inserita in una linea di produzione di nastro di carta, l’impianto comprende anche, in maniera tradizionale, stazioni per il tensionamento del nastro di gomma 8, per il suo centraggio, per il suo raffreddamento e per la sua rettifica allo scopo di mantenere uniforme il suo spessore.
E’ anche previsto che prima che il nastro di materiale fibroso 6 venga impegnato tra il nastro di gomma 8 ed il rullo 2, esso venga impregnato con specifici additivi in grado di conferire particolari caratteristiche e proprietà al nastro finale ottenuto.
E’ infine previsto che i rulli 2 e/o 10 e/o 12 siano sottoposti a raffreddamento od a riscaldamento durante il funzionamento, conformemente a specifiche esigenze tecnologiche e/o alle proprietà che il nastro di materiale fibroso deve presentare.
Da quanto detto risulta chiaramente che la macchina ed il metodo per ottenere nastri di materiale fibroso secondo l’invenzione si presentano particolarmente vantaggiosi, in quanto consentono di ottenere nastri con caratteristiche di elevata estensibilità sia in senso longitudinale che trasversale e ciò con macchinari semplici, con bassi costi di installazione, di esercizio e di manutenzione e con la possibilità di modificare le caratteristiche di estensibilità del nastro ottenuto, in funzione delle specifiche esigenze.
E’ anche previsto che per ottenere nastri di materiale fibroso di differenti caratteristiche e prestazioni il velo 6 di materiale fibroso possa essere sottoposto a più di un trattamento di compattazione del tipo ora descritto, nel senso che il nastro che esce da una macchina può essere introdotto, dopo essere stato eventualmente sottoposto ad altri trattamenti intermedi, entro un’altra macchina, nella quale il nastro di gomma 8 e/o le incisioni sulla superficie del rullo 2 e/o le velocità in gioco e/o le pressioni in gioco possono anche essere differenti.
Nella variante realizzativa illustrata in fig. 6 è invece previsto che una stessa macchina, con un unico rullo 2 interessato sulla superficie da una pluralità di incisioni 4, sia provvista di due nastri di gomma 8,8’ fatti aderire a detto rullo 2 lungo differenti generatrici. In particolare un primo nastro di gomma 8 viene fatto aderire al rullo 2, dotato di velocità periferica v1, da un primo rullo pressore 12 ed al tempo stesso viene fatto avanzare ad una velocità v2<v1. Allo stesso rullo 2 viene anche fatto aderire un secondo nastro di gomma 8’ da un secondo rullo pressore 12’ e viene anche fatto avanzare ad una velocità v3<v2.
Il velo 6 di materiale fibroso, che entra in corrispondenza di una prima generatrice di contatto tra il primo nastro di gomma 8 ed il rullo 2 alla velocità v1, esce da questi alla velocità v2<v1compattato sia in direzione longitudinale che in direzione trasversale. Lo stesso velo 6, che viene prelevato all’uscita di questa prima generatrice di contatto alla velocità v2, viene fatto entrare in corrispondenza di una seconda generatrice di contatto tra il secondo rullo di gomma 8’, che avanza ad una velocità v3<v2, e lo stesso rullo 2 e viene sottoposto ad un secondo trattamento di compattazione.
Naturalmente l’unicità del rullo 2 comporta l’unicità delle incisioni 4, che contribuiscono a determinare i due trattamenti di compattazione sul velo 6 di materiale fibroso. Tuttavia, poiché i nastri di gomma 8,8’ possono essere differenti, le pressioni con le quali essi sono premuti contro il rullo 2 possono essere differenti e le velocità in gioco sono differenti, il secondo trattamento conferirà al velo 6 caratteristiche e prestazioni differenti da quelle conferite dal primo trattamento.
La presente invenzione è stata illustrata e descritta in una sua preferita forma di realizzazione ed in una variante realizzativa, ma si intende che altre varianti esecutive potranno ad esse in pratica apportarsi, senza peraltro uscire dall’ambito di protezione del presente brevetto per invenzione industriale.

Claims (11)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Macchina per la produzione di un nastro di materiale fibroso ad elevata estensibilità longitudinale e trasversale caratterizzata dal fatto di comprendere: - un cilindro (2) di materiale metallico avente la superficie laterale interessata da incisioni (4) sviluppantisi secondo un andamento avente una componente circonferenziale e trascinato in rotazione ad una velocità periferica v1pari alla velocità di un gruppo macchina a monte, - un nastro (8) di materiale elasticamente comprimibile teso tra rulli di rinvio (10) e fatto avanzare ad una velocità v2inferiore alla velocità periferica v1di detto cilindro (2), - almeno un rullo pressore (12) di materiale metallico rotante con velocità periferica v2, associato a mezzi agenti nel senso di premere detto nastro (8) contro detto cilindro metallico (2) con una pressione compresa tra 1 kg e 200 kg, preferibilmente tra 20 kg e 40 kg per ogni centimetro di lunghezza della fascia di contatto tra detto nastro (8) e detto cilindro (2), - mezzi per alimentare un velo (6) di materiale fibroso plasmabile tra detto nastro (8) e detto cilindro (2), detto nastro (8) essendo sostanzialmente inestensibile in senso longitudinale almeno sul lato aderente a detto rullo pressore (12), avendo una sostanziale stabilità dimensionale su tutta la sua larghezza ed avendo spessore compreso tra 5 mm e 100 mm, preferibilmente tra 25 mm e 40 mm.
  2. 2. Macchina secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detto rullo (2) di materiale metallico è interessato da uno strato di rivestimento di materiale di caratteristiche differenti, legate alle specifiche esigenze del prodotto da ottenere.
  3. 3. Macchina secondo la rivendicazione 2 caratterizzata dal fatto che detto rullo (2) è rivestito da uno strato di materiale ceramico.
  4. 4. Macchina secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che dette incisioni (4) hanno sviluppo circonferenziale.
  5. 5. Macchina secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che dette incisioni (4) hanno sviluppo spiraliforme.
  6. 6. Macchina secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che dette incisioni (4) sono continue.
  7. 7. Macchina secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che dette incisioni (4) sono discontinue.
  8. 8. Macchina secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che dette incisioni (4) praticate su detto cilindro (2) hanno: profondità di 0.01 - 2-00 mm larghezza di 0.01 - 2.00 mm passo di 0.01 - 10.00 mm
  9. 9. Macchina secondo la rivendicazione 8 caratterizzata dal fatto che dette incisioni (4) praticate su detto cilindro (2) hanno: profondità di 0.05 - 0.50 mm larghezza di 0.07 - 0.9 mm passo di 0.125 - 1.25 mm
  10. 10. Macchina secondo la rivendicazione 5 caratterizzata dal fatto che le incisioni spiraliformi (4) hanno inclinazione non superiore a 45° rispetto alle linee circonferenziali e preferibilmente hanno inclinazione compresa tra 5° e 15°.
  11. 11. Metodo di produzione di un nastro di materiale fibroso ad elevata estensibilità longitudinale e trasversale caratterizzato dal fatto che si alimenta un velo (6) di materiale fibroso plasmabile tra un cilindro metallico (2) avente la superficie laterale interessata da incisioni (4) decorrenti con componente circonferenziale e trascinato in rotazione ad una velocità periferica v1, ed un nastro (8) di materiale elastico sostanzialmente inestensibile in senso longitudinale almeno sul lato opposto a quello di contatto con detto velo di materiale fibroso ed avente sostanziale stabilità dimensionale su tutta la sua larghezza e spessore compreso tra 5 mm e 100 mm, detto nastro in materiale elastico essendo fatto avanzare a velocità v2< v1ed essendo mantenuto premuto contro detto cilindro con una pressione compresa tra 1 kg e 200 kg, preferibilmente tra 20 kg e 40 kg per ogni centimetro di lunghezza della fascia di contatto tra detto nastro e detto cilindro.
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