SE512767C2 - Förfarande för sammanfogning av papper, anordning samt bindemedelslös fog - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 512 767 I en föredragen utföringsform kalandreras pappersarken före bearbetningen i ultraljudsvetsanordningen. Vidare bestämmes lämplig befuktning av pappersarken empiriskt genom att för- farandet genomföres med olika befuktningsgrader av pappers- arken men i övrigt under samma betingelser, varvid fogstyr- kan uppmätes för varje befuktningsgrad. Därefter bestämmes lämplig bearbetningsgrad i ultraljudsvetsanordningen empi- riskt genom att pappersark med samma befuktningsgrad be- arbetas med olika energitillförsel till ultraljudsvets- anordningen, varvid fogstyrkan uppmätes för varje värde pà energitillförseln.

Uppfinningen avser även en anordning för att utföra förfarandet och foga samman àtminstone två pappersark i form av tvà löpande pappersbanor, vilka avrullas fràn för- ràdsrullar, kännetecknad av att anordningen innefattar ett befuktningsaggregat, organ för att sammanföra pappers- banorna och en ultraljudsvetsanordning, vilka i nämnd ordning är anordnade efter varandra i löpriktningen, samt organ för att mata pappersbanorna förbi befuktnings- aggregatet och igenom sammanförningsorganen och ultra- ljudsvetsanordningen.

I en föredragen utföringsform utgöres sammanföringsorganen av en kalandreringsanordning.

Uppfinningen avser även en bindemedelslös fog ästadkommen medelst förfarandet sammanfogande àtminstone tvà pap- persbanor, vilken är kännetecknad av att den innefattar områden med en smörpappersliknande struktur, vilka har en tjocklek som är mindre än 50%, företrädesvis mindre än 30%, av pappersbanornas sammanlagda tjocklek.

Uppfinningen skall nu beskrivas med hänvisning till bifoga- de figurer, av vilka; fig. 1 visar schematiskt en utföringsform av en anordning enligt uppfinningen för att för att foga samman pappersark, 10 15 20 25 30 35 512 767 3 fig. 2 visar en schematisk perspektivvy av ett stycke av en pappersbana bestående av två pappersark, vilka sammanfogats i anordningen enligt figur 1, fig. 3 visar ett diagram över dragstyrkan och befuktningen som funktion av pappersarkens matningshastighet, fig. 4 visar ett diagram över dragstyrkan som funktion av ultraljudtrycket för olika matningshastigheter och befukt- ningar, och fig. 5 visar ett diagram över dragstyrkan som funktion av fuktigheten.

Den i figur 1 visade anordningen för att sammanfoga två pappersbanor 1,2, som är upprullade på förrådsrullar 3,4, innefattar ett befuktningsaggregat 5, en kalandrerings- anordning 6, ett ultraljudsvetsaggregat 7 och en mothàlls- vals 8, vilka i nämnd ordning âr anordnade i följd efter varandra i banornas 1,2 matningsriktning.

Anordningen fungerar på följande sätt.

Vid passage av befuktningsaggregatet 5 belägges pappers: banorna med en bestämd mängd vatten. Därefter föres de befuktade pappersbanorna 1,2 igenom en kalandreringsanord- ning 6 med de befuktade områdena i anliggning mot varandra.

De sammanförda banorna 1,2 passerar sedan igenom nypet mellan aggregatets 7 ultraljudhorn och mothàllsvalsen 8.

Det har överraskande visat sig att efter passagen av ultra- ljudsvetsaggregatet och mothàllsvalsen är de två pappers- banorna förbundna med varandra inom de områden, som be- fuktats av aggregatet 5.

I figur 2 visas en perspektivvy av ett utskuret stycke av banorna 1,2 efter passagen av ultraljudsvetsaggregatet 7. I det visade exemplet har mothàllsvalsen rader av utskjutande utskott, vilka åstadkommer rader av förbundna områden 10 i den uppkomna fogen 9, såsom framgår av figur 2. I dessa X n w i x mini n 10 15 20 25 30 35 512 767 områden 10 är de förbunda pappersbanorna mycket tunna och har en smörpappersliknande struktur.

Styrkan hos den uppkomna fogen är beroende av befuktnings- graden av pappret och av den genom ultraljudbearbetningen tillförda mekaniska energin. Det förefaller som om fogen 9 till största delen uppkommer genom kemiska bindningar (varav vátebindningar troligen utgör en övervägande del) men även mekaniska bindningar torde förekomma i fogen. Av den smörpappersliknande strukturen i områdena 10 kan man dra den slutsatsen att ultraljudhornet àstadkommes en sön- derdelning av pappersfibrerna inom områdena för mothålls- valsens utskott så att områden med korta fibrer åstadkom- mes. Förekomsten av vatten och den värme, som uppkommer vid den mekaniska bearbetningen, utgör också nödvändiga förut- sättningar för att en fog skall uppkomma. Det går för närvarande inte att teoretiskt optimera befuktningsgrad och energitillförsel eftersom man inte riktigt vet hur förbind- ningen mellan pappersbanorna 1,2 uppkommer. Det man vet är att vid för stor befuktning liksom vid ingen befuktning uppkommer ingen fog vid ultraljudbearbetningen. Det har emellertid visat sig att en god fog kan åstadkommas vid en så låg fuktighet hos pappersbanorna som 5% medan en fuktig- het av 50% hos banorna gjorde att någon fog inte kunde = åstadkommas. Fuktigheten hos banorna mättes genom att vikten av fogområdet vägdes före och efter tillförandet av vatten och utgöres av vikten av det tillförda vattnet dividerat med vikten av pappret före vattentillförseln och multiplicerat med hundra. Betingelserna för att åstadkomma en optimalt stark fog måste därför bestämmas empiriskt.

I figurerna 3 och 4 visas hur befuktningsgrad och energi- tillförsel bestämmes för att åstadkomma en maximalt stark fog mellan två pappersbanor bestående av ett papper med ytvikten 60 g/m2, vilket har beteckningen CREPE PAPER WHITE och tillverkas av Arjo Wiggins, Paris, Frankrike. Dessa pappersbanor fick löpa igenom en anordning uppbyggd i enlighet med figur 1. Befuktningsaggregatet var så utfört att de passerande pappersbanorna tillfördes en bestämd 10 15 20 25 30 35 512 767 mängd vatten per tidsenhet. Kalandreringstrycket var 0,5 bar, vilket var optimalt för denna typ av papper. Kalan- dreringen är till för att underlätta insugning av vatten fràn ytan in i pappret.

Ultraljudsvetsaggregatet utgjordes av ett aggregat frán Dukane Corp., Illinois, USA med beteckningen 20A2000. Under alla försök var ultraljudhornets amplitud konstant 15 my.

Ultraljudsvetsanordningens energitillförsel varierades genom att dess mottryck (UL-tryck) varierades.

Styrkan hos de uppkomna fogarna mättes medelst SCAN P44:81.

Först uppmättes fogstyrkan och befuktningsgraden (g/af) som funktion av pappersbanornas matningshastighet vid konstant UL-tryck. Befuktningsaggregatet avgav en konstant mängd vatten per tidsenhet, vilket medförde att befuktningsgraden av papprena sjönk med stigande matningshastighet. Resulta- tet av dessa försök visas i figur 3. Kurvan F avser fog- styrkan (N) och kurvan B avser befuktningagraden (g/mï.

I en första serie försök belades pappersbanorna över en bredd av 0,025 m med vardera 0,82 g vatten/min och mat- ningshastigheten ökades ett steg i taget från 5 - 20 m/min.

Vid varje matningshastighet uppmättes styrkan hos den uppkomna fogen. Som framgår av figur 3 uppnàddes högst fogstyrka vid matningshastigheten ll m/min och befuktnings- graden 2,98 g/mÄ I en andra serie försök med matningshastigheter i interval- let 18 - 30 m/min belades pappersbanorna med 1,66 g vatten/min. Högst fogstyrka i detta intervall uppnàddes vid hastigheten 22 m/min och befuktningsgraden 3,02 g/m2.

I en tredje serie försök med matningshastigheter i inter- vallet 28 - 40 m/min belades pappersbanorna med 2,56 g vat- ten/min. Högst fogstyrka i detta intervall uppnàddes vid hastigheten 31 m/min och befuktningsgraden 3,30 g/mf I en fjärde serie försök med matningshastigheter i inter- i HI , 10 15 20 25 30 35 512 767 vallet 38 - 50 m/min belades pappersbanorna med 3,51 g vat- ten/min. Högst fogstyrka i detta intervall uppnåddes vid hastigheten 42 m/min och befuktningsgraden 3,34 g/UF.

Av de i figur 3 visade försöksserierna framgår det att styrkan i den uppkomna fogen är beroende av befuktnings- graden.

I figur 4 visas ett antal försök, vid vilka UL-trycket, dvs ultraljudhornets mottryck, varierades medan befuktningsgrad och matningshastighet hos pappersbanorna, som matades igenom ultraljudsvetsanordningen hölls konstanta. Kurvorna F och B visar såsom tidigare fogstyrka resp. befuktnings- grad och kurvan UL visar UL-trycket.

Som framgår av figur 4 uppnåddes högst fogstyrka på över 7 N för matningshastigheterna 11 m/min, 22 m/min och 31 m/min vid UL-trycken 1,6 bar, 2,4 bar resp. 1,8 bar medan man för hastigheten 42 m/min uppnådde en fogstyrka på 6 N vid ett UL-tryck av 3,6 bar. Ovannämnda UL-tryck motsvarade för resp. matningshastighet en på ultraljudaggregatet avläst effekt av 0,2 kW, 0,217 kW, 0,221 kW och 0,408 kW.

Av de i figur 4 visade försöken framgår det således att, fogstyrkan även är beroende av mängden tillförd energi. Det framgår således att den av ultraljudsvetsaggregatet till- förda energin till pappersbanorna har stor betydelse för fogstyrkan - för lite tillförd energi och för mycket till- förd energi minskar fogens styrka. Någon förklaring till detta fenomen finns för närvarande inte, men en möjlig förklaring kan vara att om för lite energi tillföres sker de kemiska reaktioner som åstadkommer de kemiska bindning- arna, vilka troligen svarar för merparten av fogens styrka, alltför långsamt medan en för hög tillförd energi gör att reaktionerna sker för snabbt eller inte alls. Det är även möjligt att en del av de uppkomna bindningarna i fogen slås sönder vid en alltför intensiv mekanisk bearbetning.

Av de beskrivna försöken framgår det att det är relativt 10 15 20 25 30 35 512 767 enkelt att empiriskt bestämma de betingelser som ger maxi- mal fogstyrka. Vidare kan sådana empiriska försök även användas för att avgöra betingelserna för att åstadkomma önskade fogstyrkor, som är mindre än den maximala fogstyr- kan, om det exempelvis är önskvärt att åstadkomma lâttöpp- nade fogar. Genom det beskrivna förfarandet kan således fogar med olika styrka lätt framställas.

I figur 5 visas två kurvor I och II över fogstyrka som funktion av fuktigheten i fogområdet hos pappersbanorna.

Matningshastigheten var 30 m/min och för kurva I var UL- trycket 1,2 bar och för kurva II var UL-trycket 1,8 bar. Av denna figur framgår att det går att åstadkomma goda fogar inom ett relativt brett fuktighetsintervall.

Vid utförandet av det beskrivna förfarandet har det visat sig vara viktigt att det till fogområdet tillförda vattnet till största delen avlägsnas. Således får ej mer än 20 viktsprocent av den tillförda mängden vatten vara kvar i fogområdet efter att pappersbanorna passerat ultraljud- svetsanordningen.

Vidare har tjockleken av de smörpappersliknande områdena 10 i fogen uppmätts och befunnits vara mindre än 30% av den sammanlagda tjockleken av de ingående pappersbanorna.

Den beskrivna utföringsformen av uppfinningen kan natur- ligtvis modifieras inom ramen för uppfinningen. Exempelvis kan andra typer av ultraljudsvetsaggregat amvändas än det i beskrivningen angivna aggregatet. Pappersarken kan natur- ligtvis vara stationära och befuktningsaggregat och ultra- ljudsvetsanordning kan vara förflyttbara. Dessutom kan andra typer av befuktningsaggregat användas. Vidare kan förfarandet användas för att sammanfoga fler än två pap- persark. Andra papperssorter än den i försöken använda papperssorten kan naturligtvis sammanfogas i enlighet med uppfinningen. Uppfinningen skall därför endast begränsas av innehållet i bifogade patentkrav.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 512 767

1. Förfarande för att foga samman åtminstone tvä pappersark (1,2), k ä n n e t e c k n a t av följande steg; varje pappersark (1,2) befuktas genom päförande av en bestämd mängd vatten inom området för den tilltänkta fogen (9) så att fuktigheten hos de befuktade områdena efter pàförandet av vatten ligger mellan 5-50 viktsprocent, pappersarken lägges samman med de befuktade områdena i anliggning mot varandra,och de befuktade områdena hos de sammanlagda pappersarken bearbetas i en ultraljudsvetsanordning (7,8) sä att minst 80 viktsprocent av det tillförda vattnet avlägsnas

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att pappersarken (1,2) kalandreras före bearbetningen i ultraljudsvetsanordningen. _

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att lämplig befuktning av pappersarken (1,2) bestämmes empiriskt genom att förfarandet genomföres med olika be- fuktningsgrader (B) av pappersarken men i övrigt under samma betingelser, varvid fogstyrkan (F) uppmätes för varfie befuktningsgrad.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att lämplig bearbetningsgrad i ultraljudsvetsanordningen (7,8) bestämmes empiriskt genom att pappersark (1,2) med samma befuktningsgrad (B) bearbetas med olika energitill- försel (UL) till ultraljudsvetsanordningen, varvid fogstyr- kan (F) uppmätes för varje värde på energitillförseln.

5. Anordning för att utföra förfarandet enligt krav 1 och foga samman åtminstone tvä pappersark (1,2) i form av tvä löpande pappersbanor, vilka avrullas frän förrädsrullar (3,4), k ä n n e t e c k n a d av att anordningen innefattar ett befuktningsaggregat (S), organ (6) för att sammanföra pappersbanorna (1,2) och en ultra- ljudsvetsanordning (7,8), vilka i nämnd ordning är anordna- 10 15 512 767 9 de efter varandra i pappersbanornas löpriktning, samt organ för att mata pappersbanorna förbi befuktningsaggregatet och igenom sammanföringsorganen och ultraljudsvetsanordningen.

6. Anordning enligt krav 5, k à n n e t e c k n a d av att sammanföringsorganen (6) utgöres av en kalandreringsanord- ning.

7. Bindemedelslös fog (9) àstadkommen medelst förfarandet enligt krav 1 sammanfogande åtminstone två pappersbanor (1,2), k ä n n e t e c k n a d av att fogen (9) innefattar områden (10) med en smörpappersliknande struktur, vilka har en tjocklek som är mindre än 50%, företrädesvis mindre än 30%, av pappersbanornas sammanlagda tjocklek.