帶有耐磨抗附著表面的滾筒的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種使用在幅制造和/或幅精制機器、例如造紙機或覆膜機內的滾筒（10）的滾筒覆層，其中，滾筒覆層（12）具有內覆層（121、122）和至少布置在內覆層（121、122）的周面的部分上的外覆層（123、124），且其中內覆層（121、122）具有聚合物復合材料，且外覆層（123、124）由帶有涂覆于其上的聚合物材料（124）的金屬或陶瓷噴射層（123）形成。
【專利說明】帶有耐磨抗附著表面的滾筒
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于優選地帶有由碳纖維強化的塑料制成的芯的滾筒的覆層，且特別地涉及用于此滾筒的耐久的、容易清潔的表面。
【背景技術】
[0002]帶有基于碳纖維強化的塑料的滾筒芯的滾筒，即所謂的CFK滾筒，通常具有比鋼制滾筒更高的剛性。鋼滾筒的彈性模量處于大約220GPa，而可制造其彈性模量為約240直至700GPa的CFK滾筒，且所述CFK滾筒在相同的直徑下明顯剛度更高。通過其復合結構，CFK滾筒此外對振動進行衰減。與鋼滾筒相比，在例如造紙機的幅加工機器中以CFK滾筒可實現更高的轉速，而不使滾筒處于臨界轉速且因此導致振動。與鋼滾筒相比，CFK滾筒不需要啟動時間以相同地被加熱，因此降低了產品流開始時的紙張廢品。
[0003]CFK滾筒的剛性可通過選擇合適的纖維橫截面且通過相應地在大的區域內設置碳纖維圈而調節，且因此“適配”于滾筒的各自的運行目的。因為碳纖維強化塑料(CFK)的比重僅為鋼的比重的五分之一，所以CFK滾筒在幅精制機器、如造紙機內可簡單地使用，且此外其特征是更低的能耗。
[0004]因此，CFK滾筒也逐漸作為鋼滾筒的替代使用在現有的幅精制機器中。對于作為引導滾筒的使用，例如用于篩和氈的引導滾筒，CFK滾筒的運行面以所謂的復合材料覆蓋，所述復合材料具有高的機械耐受性且特別地保證了與各篩或各氈接觸的滾筒表面的耐磨性。作為復合材料，經常使用聚合物，其中為實現一定的彈性和摩擦特征嵌入了填充物。提供以此復合覆層的CFK滾筒具有與鋼滾筒近似的壽命。
[0005]但已表明，在CFK滾筒的運行中，在復合材料表面上沉積的污物很難清除。
【發明內容】
[0006]因此，希望給出基于復合材料的滾筒覆層，在所述滾筒覆層的表面上，污物僅能以很低的附著力沉積。
[0007]使用在用于造紙的機器內的滾筒的此滾筒覆層的實施例具有內覆層和至少布置在內覆層的周面的部分上的外覆層。內覆層在此具有聚合物復合材料，而外覆層由其上涂覆有聚合物材料的金屬或陶瓷噴射層形成。
[0008]在此方面應注意到，在此說明書和權利要求中為例舉特征所使用的概念“包括”、“具有”、“包含”和“帶有”及其語法變體一般地理解為非排他性的例舉特征，例如部件、方法步驟、裝置、區域、尺寸等，且不排除另外的或附加的特征或另外的或附加的特征組的存在。
[0009]帶有所述特征的滾筒覆層將耐磨的覆層表面與抗附著性相結合，所述抗附著性使得在紙張生產期間出現的污物難于附著，且因此保證了維持容易清潔的覆層表面。
[0010]為實現噴射層和施加在其上的聚合物材料之間的形狀配合連接，金屬或陶瓷噴射層的外表面有利地具有5至8 μ m的范圍內的粗糙度，且特別地具有6至7 μ m的范圍內的粗糙度。[0011]在有利的實施形式中，聚合物材料包括環氧樹脂，因為環氧樹脂很好地潤濕處于交聯或部分交聯的狀態中的噴射層，且因此不僅實現了材料結合的連接，而且通過侵入到噴射層的凹陷內也實現了形狀配合的連接。在另外的實施形式中，聚合物材料有利地包括硅聚酯樹脂，因為硅聚酯樹脂將很好的抗附著性與優越的防污作用相結合。為改進覆層的外覆層的抗附著和防污特征，在聚合物材料中可嵌入填充物，其中優選的實施形式的填充物因此包含聚氟乙烯(PFE)且特別地包含聚四氟乙烯(PTFE)。在有利的實施形式中，填充物以微粒形式且特別地以平均直徑在0.01至5 μ m的范圍內的微粒的形式存在。作為帶有包含PFE或PTFE的填充物的環氧樹脂或硅聚酯樹脂的替代，聚合物材料也可直接由聚氟乙烯且特別地由聚四氟乙烯形成，或由包含此物質的聚合物形成。
[0012]為在使用聚四氟乙烯作為聚合物材料時可靠地填充形成在噴射層內的凹陷或孔，優選地將尺寸在大致50至IOOnm的范圍內的聚四氟乙烯微粒制成懸液，且將如此形成的懸液施加在噴射層上，例如借助于浸浴、通過噴射或通過以刷或另外的涂抹裝置涂覆來施加。優選地，為此使用具有帶有如下尺寸分布的微粒形式的聚合物，即所述尺寸分布使得至少65%的微粒具有50至IOOnm的范圍內的一個或多個尺寸。
[0013]在實施形式中，噴射層具有含有硬質材料的金屬復合材料，其中硬質材料由基于金屬碳化物、金屬氮化物和硼化物以及由它們所形成的混合物形成，且金屬復合材料的結合劑可由鈷、鐵、鎳、銅、鉻或含有這些材料中的至少一種的合金形成。
[0014]另外的實施例具有陶瓷噴射層，所述噴射層包括一個或多個氧化物陶瓷。氧化物陶瓷在此可在氧化招、氧化錯、氧化鎂、三氧化二鉻、氧化釔和鈦酸鹽中選擇。
[0015]此外，優選的實施形式具有形成為多孔的金屬或陶瓷噴射層，其孔至少部分地以聚合物材料填充，以在噴射層被進一步磨損之后也保證覆層表面的抗附著性。
[0016]所述的滾筒覆層優選地使用在帶有由碳纖維強化塑料制成的滾筒芯的滾筒中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]本發明的另外的特征從隨后的結合權利要求以及附圖的實施例描述中得到。應注意的是本發明不限制于所述實施例的實施形式，而是通過附帶的權利要求的范圍確定。特別地，根據本發明的實施形式中的單獨的特征可以以不同于如下闡述的實施例的另外的數量和組合實現。在隨后的對于本發明的數個實施例的解釋中參考圖1，圖1根據通過滾筒部分的示意性橫截面解釋了滾筒的結構。
【具體實施方式】
[0018]圖1的示意性圖示根據通過滾筒部分的橫截面示出了滾筒10的結構。滾筒10具有形成為旋轉對稱的中空體形狀的滾筒芯11，所述滾筒芯11的周面至少在其中滾筒作用在例如篩或氈的另外的介質的區域內提供有滾筒覆層12。滾筒覆層12具有多個層，其中單獨的滾筒覆層的數量和物理特征根據滾筒10在用于造紙的機器內的各自的使用目的確定。在此說明書中，整體概念“紙張”指所有含有纖維素的纖維幅，使得此概念除包括不同類型的紙張外例如也包括紙板和無紡布。
[0019]在實施形式中，CFK滾筒的滾筒芯通過螺紋形或螺旋形的、以環氧樹脂浸潤的碳纖維或碳纖維束的圈，所述圈帶有一定的且可能各層之間不同的導程。環氧樹脂可在此被混入填充物以實現一定的特征。在硬化之后，環氧樹脂形成了基質，而碳纖維則嵌入到所述基質內。基質附加地強化了滾筒且降低了振動能量。由于在造紙中所出現的侵蝕性蒸汽，為嵌入碳纖維優選地使用在硬化后形成耐溫且耐水解的基質的環氧樹脂。
[0020]在圖1中所解釋的實施形式中，滾筒10的覆層12具有內覆層，所述內覆層分為基層121和布置在所述基層上的功能層122。
[0021]基層121在此首先用于形成滾筒芯11與滾筒覆層12的動態耐久的連接。所述基層121基本上包括纏繞或澆注在滾筒芯11上、硬化且然后磨制成形的具有填充物的纖維強化的樹脂浸潤物。目前，為制造基層，主要使用玻璃纖維織物或玻璃短纖維。
[0022]滾筒覆層的彈性特性很大程度上由功能層122確定，所述功能層122通常也由具有聚合物基質的復合材料形成。復合材料優選地包含例如尼龍纖維、玻璃纖維或碳纖維的纖維材料，所述纖維材料可形成為布置在聚合物基質內的例如非紡織的絲的束(纖維叢或纖維束)，或可形成為織物。所使用的纖維的材料、直徑和束類型對于功能層的彈性、機械穩定性和耐熱性具有明顯影響。特別地，可將不同材料和不同直徑的纖維組合。例如，復合材料的耐熱性可通過使用碳纖維改進，而尼龍纖維為復合材料賦予高的機械強度。此外，在使用纖維織物和/或纖維束時，可通過螺紋形或螺旋形圈的導程而實現功能層122的各向異性的彈性，其中例如在周向方向上的彈性大于在滾筒覆層的對稱軸的縱向方向上的彈性。
[0023]可此外也通過在聚合物基質中嵌入填充物改進功能層122的彈性和強度。作為填充物，可使用氧化物、碳化物、氮化物或硼化物，例如氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、碳化硅、碳化鈦或白堊，但也可使用以上給出的纖維材料的短纖維。為形成功能層122的聚合物基質，特別合適的是環氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、聚醚和聚醚醚酮。
[0024]在實施形式中，基層121的厚度選擇為在大約I至3_的范圍內，功能層122的厚度選擇為在大約4至8mm的范圍內，使得內覆層的總厚度達到大約5至Ilmm的范圍。當然，另外的實施形式具有內覆層的另外的厚度，或所形成的基層121和功能層122的另外的厚度，其中優選的是其總厚度在大約2至35mm的范圍內且特別是在大約2至IOmm的范圍內
的層結構。
[0025]內覆層的在滾筒10的徑向方向上位于外部的周面上布置了外覆層，所述外覆層一方面進一步改進了滾筒覆層12的耐磨性且另一方面降低了污物在滾筒10的運行面上沉積的可能性。外覆層分為兩個部件，其中兩個部件的第一個由金屬或陶瓷噴射材料形成，且兩個部件的第二個由在造紙過程中出現的污物難以附著于其上的聚合物或聚酯復合材料形成。第一部件構造為內覆層的覆層。
[0026]在優選的實施例中，為制造第一部件123使用熱噴射方法。噴射覆層在此優選地在多個行程中，例如在10至100個行程中進行。每個行程產生了覆層材料的薄的部分層，其中第一部分層直接噴射在內覆層的外周面上，且另外的部分層噴射在各先前施加的部分層上。形成第一部件123的覆層的物理均勻性可通過所使用的方法的參數調節。在簡稱為HVOF (高速氧化燃料)的噴射過程中，例如孔在部分層內的形成可通過選擇燃料與氧的合適的比例和選擇用于形成層的粉末材料的合適的輸送率來調節或避免。此外，也可使用電弧噴射方法。
[0027]作為用于制造金屬噴射層123的材料，可使用商用金屬、合金和帶有大約8至10%的鈷作為結合劑和碳化鎢作為硬質材料的硬質金屬粉末。硬質金屬粉末優選地涂覆為使得在噴射層123的外表面上獲得大約5至8 μ m的范圍內的且特別是大約6至7 μ m的范圍內的表面粗糙度。作為用于制造陶瓷噴射層123的材料，可使用基于例如氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、三氧化二鉻、氧化釔和鈦酸鹽的商用陶瓷粉末材料。
[0028]形成第一部件123的噴射層基本上比內滾筒覆層更薄。在實施形式中，噴射層的厚度最大為3mm，其中優選的是在0.05至2mm的范圍內的厚度，特別是在0.3至Imm的范圍內的厚度。相應的噴射層由于其硬度和韌性而具有與鋼滾筒近似的表面耐磨性，但滾筒內覆層的彈性變形可不影響其機械強度。
[0029]在施加第一部件123之后，在其外周面的表面上施加聚合物或聚合物復合材料作為第二部件124。第二部件124在此填充了通過第一部件的表面粗糙度所給出的凹陷，以此在兩個部件的材料結合連接外形成了形狀配合連接。
[0030]作為聚合物，合適的是可基于單組元和雙組元系統制造的熱固性塑料和熱塑性塑料。特別合適的是其分解溫度遠高于第二部件124的使用溫度的熱固性塑料，使得熱固性塑料具有彈性行為。以類似的方式，其玻璃化過渡溫度遠高于第二部件124的使用溫度的熱塑料是合適的，使得在滾筒10的使用期間不可出現聚合物的干擾性軟化。可使用20°C作為使用溫度和分解溫度或玻璃化過渡溫度之間的最小差異的建議值。使用溫度理解為第二部件124在滾筒10的按規定使用期間的運行溫度。
[0031]作為聚合物或聚合物復合材料，特別合適的是環氧樹脂和其內嵌入填充物微粒的環氧樹脂，例如由聚氟乙烯(PFE)且特別地由聚四氟乙烯(PTFE)所制成的填充物。因為環氧樹脂在非交聯或部分交聯的狀態中具有對于第一部件123的良好的潤濕，所以環氧樹脂具有在第一部件123上的良好的附著。
[0032]可通過添加例如乙醇或丙酮的溶劑而降低環氧樹脂的粘性，以例如實現聚合物的噴射或澆注。在粘性更高時，優選地借助于例如刷或鏟的涂抹工具施加聚合物。在使用浸浴時，第一部件的表面的覆層也可通過浸浴在尚處于液態的聚合物中來進行。
[0033]在優選的實施形式中，作為聚合物原材料使用環氧樹脂和異丁醇的混合物，所述混合物含有平均直徑為0.1至5 μ m的PTFE微粒。在聚合物原材料中，環氧樹脂的成分在40%至70%重量百分比之間，異丁醇成分在10%至60%重量百分比之間，且PTFE微粒成分在2%至20%重量百分比之間。聚合物/溶劑混合物優選地噴射在第一部件上，所述第一部件優選地由NiCrBSi的噴射覆層而形成。
[0034]在另一優選的實施形式中，與上述不同地選擇聚合物原材料，其中，使用與異丁醇混合的硅聚酯樹脂，所述混合物含有平均直徑為0.1至5 μ m的PTFE微粒。在聚合物原材料中，硅聚酯樹脂的成分在40%至70%重量百分比之間，異丁醇成分在10%至60%重量百分比之間，且PTFE微粒成分在2%至20%重量百分比之間。聚合物/溶劑混合物優選地噴射在第一部件上，所述第一部件優選地由NiCrBSi的噴射覆層而形成。
[0035]當在第一部件123上施加了聚合物基礎材料之后，優選地將所述聚合物基礎材料熱交聯，以此完成了聚合物第二部件124的形成。
[0036]作為以上所述的聚合物材料的替代或與之相結合，也可使用硅膠來形成第二部件124。粘性較低的聚合物原材料優選地用于形成比第二部件相對更薄的覆層，例如厚度為20至大約50 μ m的覆層，粘性較高的聚合物原材料用于例如直至80 μ m的相應地更厚的覆層。
[0037]在此類層形地施加的第二部件124磨蝕之后，例如通過磨損而磨蝕之后，由于第一部件123的表面粗糙度而在第一部件123的凹陷內保留了形成第二部件124的聚合物材料的殘余，以此滾筒覆層表面的抗附著作用通過第二部件層的磨蝕而得以維持。
[0038]為在直至形成第一部件123的噴射層的一定的磨損時也維持滾筒表面的抗附著作用，在有利的實施形式中將所述噴射層噴射為多孔的覆層。覆層的孔然后以第二部件的聚合物材料填充，以此第一部件123用作接收第二部件124的基質。在此實施形式中，滾筒表面的耐磨和強度特征由噴射層的特征即第一部件123的特征決定，而污物在滾筒表面上的附著基本上通過聚合物的第二部件確定。孔如前所述在施加覆層材料時產生，其中孔密度可通過噴射層方法的參數調節，且優選地形成2至10%的范圍內的孔密度。
[0039]本發明實現了耐磨的滾筒覆層表面的形成，所述滾筒覆層表面同時具有對于在紙張生產期間出現的污物的抗附著效果且因此保持為容易清潔。
【權利要求】
1.一種使用在制造和/或精制纖維幅或薄膜幅的機器內、特別是造紙機內的滾筒(10)的滾筒覆層，其中滾筒覆層(12)具有內覆層(121、122)和至少布置在內覆層(121、122)的周面的部分上的外覆層(123、124)，且其中 -內覆層(121、122)具有聚合物復合材料，且 -外覆層(123、124)由其上涂覆有聚合物材料(124)的金屬或陶瓷噴射層(123)形成。
2.根據權利要求1所述的滾筒覆層，其中金屬或陶瓷噴射層(123)的外表面具有2至12 μ m的范圍內特別是4至7 μ m的范圍內的粗糙度。
3.根據權利要求1或2所述的滾筒覆層，其中聚合物材料(124)包括環氧樹脂。
4.根據權利要求1或2所述的滾筒覆層，其中聚合物材料(124)包括硅膠聚酯樹脂。
5.根據前述權利要求中一項所述的滾筒覆層，其中聚合物材料(124)包括其內嵌入有填充物的聚合物。
6.根據權利要求5所述的滾筒覆層，其中填充物包含聚氟乙烯，且特別地包含聚四氟乙烯。
7.根據權利要求5或6所述的滾筒覆層，其中填充物具有微粒的形式，且特別地具有平均直徑在0.01至5μπι的范圍內的微粒的形式。
8.根據權利要求1所述的滾筒覆層，其中聚合物材料(124)由聚氟乙烯且特別地由聚四氟乙烯形成。
9.根據前述權利要求中一項所述的滾筒覆層，其中金屬或陶瓷噴射層(123)具有含有硬質材料的金屬復合材料。
10.根據權利要求9所述的滾筒覆層，其中硬質材料由基于金屬碳化物、金屬氮化物和硼化物以及由它們所形成的混合物的硬質材料顆粒形成，且金屬復合材料的結合劑可由鈷、鐵、鎳、銅或含有這些金屬中的至少一種的合金形成。
11.根據前述權利要求中一項所述的滾筒覆層，其中金屬或陶瓷噴射層(123)具有氧化物陶瓷或多個氧化物陶瓷。
12.根據權利要求11所述的滾筒覆層，其中氧化物陶瓷在氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、三氧化二鉻、氧化釔和鈦酸鹽中選擇。
13.根據前述權利要求中一項所述的滾筒覆層，其中金屬或陶瓷噴射層(123)形成為多孔的，且聚合物材料(124)至少部分地填充了噴射層的孔。
14.一種帶有由碳纖維強化塑料制成的滾筒芯(11)和根據權利要求1至13中一項所述的滾筒覆層(12)的滾筒。
【文檔編號】B65H27/00GK103649411SQ201280033463
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年7月4日 優先權日:2011年7月6日
【發明者】J.亞伯拉罕, A.埃奇梅爾 申請人:沃依特專利有限責任公司