NO179491B - Våtpressefilt til bruk i en papirmaskin - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en avvanningsfilt til bruk som en våtpressefilt i presseseksjonen til en papirmaskin .

En papirmaskin omfatter tre forskjellige seksjoner. I formingsseksjonen mates massesuspensjonen inn på en løpende formingsfiltvire eller mellom to slike filtvirer. Hoved-mengden av vann fjernes fra massen slik at det formes et kontinuerlig papirark på filtviren. Det dannede ark føres inn i presseseksjonen hvor noe mer vann fjernes ved pressing. Til slutt tørkes arket i tørkeseksjonen ved å bli presset mot varme sylindre slik at fuktigheten i papirarket fordampes.

En viktig del av papirfremstillingsprosessen er avvannings-effektiviteten i presseseksjonen. Det er meget mer økonomisk å fjerne vannet i presseseksjonen enn å fordampe dette i tørkeseksjonen. Energiforbruket er betraktelig høyere i tørkeseksjonen enn i presseseksjonen.

I presseseksjonen til papirmaskinen blir det formede ark presset til et høyere tørrstoffinnhold ved hjelp av gjentatte pressinger, vanligvis i valsepressnipper. Arket føres gjennom pressnippet sammen med en eller flere endeløse tekstilfiltvirer som vanligvis betegnes som pressfilter eller våtfilter.

Pressfilten omfatter vanligvis et mykt overflatelag nærmest papirhanen, hvilket overflatelag blir sammenpresset til stiv tilstand uten noe luftvolum. Under overflatelaget er det vanligvis anordnet en underlagsfiltvire, hvilken er utformet til å opprettholde mesteparten av sitt hulvolum selv når et maksimalt trykk tilføres på pressefilten.

Formålet med denne utforming er at den del av filten som er beregnet til å absorbere en optimal mengde vann fra papirhanen ved sammentrykning av banen og filten i pressnippet og etter dette å tilbakeholde så meget som mulig av fjernet vann som senere frigjøres på hensiktsmessig måte, før filten på nytt kommer inn i pressnippet.

I en for tiden vanlig type av valsepresse, er bunnpresse-valsen utformet med hulninger i form av sugehull som på innsiden er forbundet med en vakuumkilde, eller på langs forløpende spor (kjent som Venta eller med spor forsynt valse) eller borede blindhull. Hulrommene i en slik valse erstatter helt eller delvis filtens underlagsdel eller supplementerer denne som et vannabsorberende medium, når papirarket og filten blir sammenpresset i pressnippet. Vanligvis anvendes valser med spor og med borede blindhull, ved presseseksjonens ende ved høye lineære trykk og høye hastigheter.

Når papirarket sammen med en eller flere pressfilter føres inn i pressnippet, tvinges vannet fra fiberbanen inn i filten og blir deretter sammen med mengden av luft lagret i filtens overflatelag, tvunget bakover inn i underlagsvirens hulrom og/eller inn i pressvalsens hulrom. Noe vann tillates også å strømme forover eller bakover inne i filten i dennes lengderetning. Forholdet mellom disse strømningsretninger avhenger for eksempel av maskinhastigheten og av filtens utforming og dens evne til å håndtere det fra arket fjernede vann.

Det er fremsatt flere teorier om hva som foregår i papirarket og filten under selve presseprosessen. Det utøvede nipp-press er det samme for både papirark og filt, mens på den annen side er det hydrodynamiske trykk betraktelig høyere i arket enn i filten. Denne trykkdifferanse tilveiebringer drivkraften for transporten av vannet fra arket til filten.

Minimumtykkelsen til arket og til filten opptrer antagelig samtidig og noe etter midtnippet. Arket antas å nå sitt maksimale tørrinnhold i det samme øyeblikk. Etter det begynner ekspansjonen i arket såvel som i filten. Under denne ekspansjon dannes et vakuum i papirarket og i filtens overflatelag, hvilke begge har vært helt sammenpresset under maksimaltrykket. Tilgjengelig vann strømmer tilbake fra innsiden og filtens underlagslag til filtens overflatelag og videre inn i arket for å reetablere trykkbalansen. Denne fase tilveiebringer drivkraften for gjenvætingen inne i pressnippet.

I tidligere kjente filtkonstruksjoner er det vanlig praksis å danne filten med et betraktelig tettere overflatelag som vender mot papirhanen enn baksidestrukturen, og det har ikke vært vanlig å anvende langsgående fibre på den banevendte side. De høye kapillærkrefter sammen med filtstrukturens største vakuum under ekspansjonsfasen har absorbert vann fra en åpen baksidestruktur mot overflatelaget, hvorved vakuumet synker hurtig i overflatelaget. Når arkets vakuum således øker betraktelig og strømningsmotstanden i filtens kontakt-flate mot arket synker, resulterer dette i høy gjenvæting og lavt papirtørrinnhold.

Fra US-4.199.401 er det kjent en filt bestående av et overflatelag av relativt grove fibre og et underlag av relativt fine fibre. Filten har til hensikt å øke migrasjonen av vann i retning bort fra arket og mot underlaget.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er likeledes å tilveiebringe og fremfor alt å opprettholde et vakuumtrykk som er så høyt som mulig i filtens overflatelag under ekspansjonsfasen ved å motvirke vannstrømmen fra filtens indre til den side som vender mot papirhanen samt å fordele vannet bedre i et lag av filten som ikke vender mot arket. Dette formål oppnås i samsvar med den foreliggende oppfinnelse ved å utstyre filten med et "barrierelag" som har lav strømningsmotstand i filtens bevegelsesretning i forhold til det første laget og at etter innkjøring av filten når avvanningsprosessen har nådd sin kontinuerlige tilstand, danner det andre lag et barrierelag med en strømningsmotstand i sin tykkelsesretning som er høy sammenlignet med den i det første lag, hvilken strømningsmotstand i det andre lag er slik at vannet og luften som er blitt tvunget gjennom det andre lag under sammenpressingen av fiberbanen og filten, på grunn av trykket fra valsetrykket, blir hindret fra å strømme tilbake gjennom det andre lag i noe vesentlig grad, når vakuum dannes under ekspansjon av filten etter pressnippet. Dette "barrierelag" kan være et av lagene under overflatelaget. Når det anvendes et såkalt Venta-pressnipp eller lignende, danner "barrierelaget" fortrinnsvis filtens bunnlag som vender mot den nedre pressvalse. I filtens kompresjonsfase er det relativt høye trykket til valsepressen i stand til å tvinge vann og luft fra arket og filtens over-flatestruktur gjennom dette "barrierelag". I ekspansjonsfasen er det betraktelig lavere vakuum i filtens overflate-struktur ikke i stand til å returnere vann og luft gjennom "barrierelaget" mot overflatelaget.

Mens strømningsmotstanden i "barrierelaget" er høyt i tykkelsesretningen, er lav strømningsmotstand i lagets bevegelsesretning en fordel ettersom det tillater vannet å strømme lett i denne retning.

I visse utførelsesformer av oppfinnelsen er "barrierelaget" en tett struktur med høye kapillærkrefter. Etter innkjøring av filten, når avvanningsprosessen har nådd sin likevektstil-stand eller kontinuerlige tilstand, blir "barrierelagets" vakuum høyere enn overflatelagets, hvilket høyere vakuum trekker vann fra den mellomliggende underlagsvire og binder vannet og avtetter således effektivt filtoverflatestrukturen og papirarket.

I samsvar med en første utførelsesform består "barrierelaget" av en fibermatte hvor fibrene hovedsakelig strekker seg i filtens løperetning. Disse "stablede fibre" hindrer effektivt vannstrømningen i lagets tykkelsesretning, men vannet kan strømme relativt fritt i kanalene mellom fibrene i fibrenes lengderetning.

I samsvar med en andre utførelsesform består "barrierelaget" av tynne filamenttråder som strekker seg i filtens lengderetning. Disse tynne filamenttråder med en diameter fortrinnsvis mindre enn 0,14 mm, kan være samlet i filament-bunter med ingen eller en relativ liten tvinning. Filament-trådene kan være en del av et undre lag i en flerlags underlagsfiltvire.

I laminerte filter med to eller flere underlagsfiltvirer kan de tynne filamenttråder være inkludert som langsgående tråder i den nedre underlagsfiltviren. I denne utførelsesform akkurat som i den første utførelsesform, tilveiebringer filamentenes eller fibrenes langsgående utstrekning, en effektiv barriere mot luft- og vannstrømning i lagets tykkelsesretning, mens strømningsmotstanden er lav langsmed fibrene. På grunn av de tett stablede filamenter eller fibre, blir kapillærkreftene høye i tykkelsesretningen, hvilket delvis bidrar både til absorpsjon av vann og til tilbakeholding av det absorberte vann som en effektiv barriere mot vann- og luftstrømning, for eksempel fra en med spor forsynt nedre pressvalse.

I samsvar med en ytterligere utførelsesform kan barrierelaget bestå av polymert skumstoff som også stenger vannstrømningen som frembringes av vakuumet under ekspansjonsfasen.

I samsvar med en ytterligere utførelsesform består "barrierelaget" av et ekstremt hydrofilt, syntetisk polymermateriale med en høy evne for tilbakeholdelse av vann. Det hydrofile materialet kan enten være i form av fibre eller i form av filamenter, og det kan kombineres med den første og andre beskrevne utførelsesform. Det hydrofile materialet kan også være i form av et bundet fibrøst materiale, et sintret polymert pulver, et gjennomtrengelig harpiksbelegg eller i form av et skum. Vanlige hydrofile materialer er anvendbare, men deres virkning kan forsterkes ved hjelp av såkalte super-absorbente materialer. I samsvar med denne utførelsesform absorberer det hydrofile materialet vann og stenger effektivt vannstrømning fra filtens bunnside.

Avvanningsfilten kan i sin enkleste versjon omfatte et første lag - overflatelaget - og et andre lag - barrierelaget -

hvilket er anbragt under overflatelaget. Som regel omfatter den videre minst en underlagsfiltvire i likhet med tidligere kjente filter. "Barrierelaget" kan utgjøre en del av denne underlagsfiltvire, men det kan også være et helt separat lag som er nålet til eller på annet vis forbundet med underlagsfiltviren. Ytterligere mattelag i tillegg til nevnte lag kan også inkluderes i avvanningsfilten.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet nærmere i det etterfølgende med henvisning til tegningen, hvor

figur 1 viser et pressnipp med en filt utstyrt med et "barrierelag" av langsgående fibre i samsvar med den første utførelsesform.

Pressnippet 1 omfatter en øvre pressvalse 2 og en nedre pressvalse 3. Den nedre pressvalse 3 er fortrinnsvis utformet med hulrom i form av sugehull med vakuum, langsgående spor (såkalt Venta eller sporpressvalse) eller med borede blindhull. En papirhane 4 og en filt 5 føres gjennom pressnippet 1. Filten 5 omfatter et første lag 6 (overflatelag) av en ikke-vevet matte, anbragt i direkte kontakt med papirhanen 4. På den motsatte side av filten 5 er det anordnet et andre lag 7 (barrierelaget) bestående av en ikke-vevet matte hvis fibre strekker seg hovedsakelig i filtens bevegelsesretning 8. Mellom de to lag 6,7 er det videre anordnet en enkellags eller dobbeltlags underlagsfiltvire 9.

Pressnippets funksjon kan deles i to faser. "Onder den første fase 10 blir papirhanen såvel som filten sammenpresset på grunn av trykket som frembringes mellom pressvalsene. I denne sammentrykningsfase 10 blir papirhanen 4 og det første lag (overflatelaget) 6 sammenpresset til nær absolutt stivhet, dvs. mesteparten av hulrommet og dets innhold av vann og luft forsvinner fra disse deler. Også det andre lag (barrierelaget) 7, uavhengig av utførelsesform, kan bli hårdt sammentrykket under sammentrykningsfasen 10, mens den generelt mindre sammenpressbare underlagsfiltvire 9 opprett-holder noe av sitt hulrom. Vann og luft blir delvis tvunget fra banen 4 og overflatelaget 6, ned i underlagsfiltvirens 9 begrensede hulrom og delvis videre gjennom "barrierelaget" 7 ned i hulrommene i den nedre pressvalse 3. Vann og luft kan passere gjennom "barrierelaget" 7 på grunn av det høye press som tilføres i pressnippet 1 mellom pressvalsene 2,3. Når papirhanen 4 og filten 5 er blitt sammenpresset til et maksimum, noe etter midtpunktet 11 i pressnippet 1, antas papirhanen 4 å ha nådd sitt maksimale tørrinnhold. Deretter starter den andre fase - ekspansjonsfasen 12. Papirhanen 4 og filten 5 ekspanderer uten tilgang av luft, og et vakuum dannes i forskjellige deler av filten. Det høyeste vakuum dannes i mattelaget 6 som har blitt fullstendig sammentrykket under fasen med maksimalt press. For å reetablere balansen, strømmer tilgjengelig vann inn i delene med det høyeste vakuum. I den første utførelsesform ifølge figur 1, er et høyt vakuum dannet i "barrierelaget" samtidig som laget har en høy kapillærkraft i tykkelsesretningen på grunn av de langsgående fibre. "Barrierelaget" 7 absorberer vann fra underlagsfiltviren 9 og hulrommene i den nedre pressvalse 3. Dette vann kan deretter strømme i lagets lengderetning (se dobbelpilen 3) på grunn av den lave strømningsmotstand som er til stede i denne retning. Vakuumet i overflatelaget 6 opprettholdes i en betydelig grad på grunn av at "barrierelaget" 7 på grunn av dets høye strømningsmotstand i tykkelsesretningen, dets vanninnhold og den framherskende høye kapillærkraft, effektivt hindrer vann fra å passere gjennom fra lagets 7 bakside og inn i overflatelaget 6 på grunn av det vakuum som er dannet deri. Følgelig kan papirhanen 4 ikke bli gjenvætet i særlig grad og som et resultat oppnås et papirark med høyere tørrinnhold enn det som ellers ville ha vært mulig. "Barrierelaget" kan også anordnes i en annen stilling i filtens tykkelse, imidlertid bestandig under overflatelaget.

Claims (8)

1. Avvanningsfilt for anvendelse som pressfilt i en papirmaskins presseseksjon, omfattende minst to lag, f.eks. et første lag (6) bestående av stapelfibre eller sammenvevde garn, hvilket første lag (6) i filtens bruksstilling vender mot og ligger an mot materialet (4) som skal avvannes, og et andre lag (7), karakterisert ved at det andre lag (7) har lav strømningsmotstand i filtens (5) bevegelsesretning i forhold til det første laget (6) og at etter innkjøring av filten når avvanningsprosessen har nådd sin kontinuerlige tilstand, danner det andre lag (7) et barrierelag med en strømningsmotstand i sin tykkelsesretning som er høy sammenlignet med den i det første lag (6), hvilken strøm-ningsmotstand i det andre lag (7) er slik at vannet og luften som er blitt tvunget gjennom det andre lag (7) under sammenpressingen av fiberbanen (4) og filten (5), på grunn av trykket fra valsetrykket, blir hindret fra å strømme tilbake gjennom det andre lag (7) i noe vesentlig grad, når vakuum dannes under ekspansjon av filten (5) etter pressnippet (1).

2. Avvanningsfilt ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre lag (7) består av en fibermatte, i hvilken fibrene er hovedsakelig orientert i filtens bevegelsesretning.

3. Avvanningsfilt ifølge krav 1 - 2, karakterisert ved at det andre lag (7) består av hovedsakelig ikke-tvunnede bunter av tynne filamenttråder som er orientert i filtens (5) lengderetning.

4. Avvanningsfilt ifølge krav 3, hvor filten (5) omfatter minst en vevet underlagsfiltvire (9) under det første lag (6), karakterisert ved at de tynne filamenttråder er inkludert, i det minste i form av et lag i en underlagsfiltvire (9).

5. Avvanningsfilt ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre lag (7) omfatter et permeabelt, polymert skum.

6. Avvanningsfilt ifølge krav 1-5,karakterisert ved at det andre lag (7) består av et ekstremt hydrofilt syntetisk materiale med en høy evne til å tilbakeholde vann.

7. Avvanningsfilt ifølge krav 6, karakterisert ved at det hydrofile; syntetiske materialet i det minste delvis består av et superabsorberende materiale.

8. Avvanningsfilt ifølge krav 1 - 5, karakterisert ved at i filtens bruksstilling danner det. andre lag (7) det nedre lag og vender mot den nedre valse (3) av pressvalsene (2,3) som danner pressnippet (1).