專利名稱：樹脂輥的制造方法
技術領域：
本發明涉及樹脂輥的制造方法。本發明更具體涉及在造紙、煉鐵、纖維、磁記錄媒體等各種工業中使用的大型、硬質樹脂輥的制造方法。
背景技術：
在造紙、煉鐵、纖維、磁記錄媒體等各種工業中，使用外徑為300mm～1500mm、面長為1500～10000mm、硬度為D70～D99(JIS K6253)左右的大型、硬質樹脂輥。
首先，作為前提，本發明的作為對象的樹脂輥的制造方法是配置成形為筒狀的合成樹脂制外筒使其覆蓋金屬芯的外周，金屬芯的外側被前述外筒包覆，在前述金屬芯和前述外筒之間形成的間隙中填入粘合劑，使前述粘合劑固化，將整體粘合一體化的方式。采用該方式的樹脂輥的制造方法在日本專利特公平3-47359號公報中有詳細記載。一般，作為樹脂輥的制造方法，除了上述方式之外，已知的還有在金屬芯的外側澆鑄液狀的合成樹脂再使其固化的方式，在金屬芯的外側卷繞含浸了合成樹脂的帶狀物再使其固化的方式等，它們都屬于本發明對象外的方式。
日本專利特公平3-47359號記載的制造方法對制造大型硬質的樹脂輥特別有效，由于能夠制造具有良好的壓縮強度、表面不易損傷的樹脂輥，所以作為造紙用軋光樹脂輥等的制造方法的實用性正在提高。
如日本專利特公平3-47359號所述，以往在樹脂輥使用時為了防止外筒被破壞，最好使粘合合成樹脂制外筒的粘合劑的固化溫度與制成后的樹脂輥的使用溫度基本一致，通過在加熱爐中以約60℃的溫度對輥整體加熱，使粘合劑固化的例子有具體的說明。
用于上述用途的樹脂輥為了除去使用中輥表面出現的傷痕，在適當的時候對表面進行研磨。對輥表面進行研磨時，一邊撒上研磨用水一邊進行研磨。
但是，利用以往的方法制得的樹脂輥的表面如果出現小的傷痕，則在冬季研磨時等低溫狀態下，特別容易使小傷痕等發展成大裂縫。此外，在低溫狀態下有時會出現新的裂縫。裂縫如果大量擴展，則該輥就完全不能夠再使用。此外，如果因裂縫而造成研磨中輥碎片的飛散，則非常的危險。
另外，為使粘合劑層具備足夠的強度和耐久性，盡可能使粘合劑在較高的溫度下固化，這樣能夠有效提高粘合劑的玻璃化溫度。但是，粘合劑的固化溫度越高，低溫狀態時的裂縫的擴展就越容易發生。
因此，本發明的目的是提供能夠在金屬芯和外筒間獲得足夠的粘合強度和耐久性，且對輥表面進行研磨時等，即使在低溫狀態下也不會出現裂縫或即使出現傷痕，該傷痕也不會擴展為大裂縫的樹脂輥。
發明的揭示本發明以配置成形為筒狀的合成樹脂制外筒使其覆蓋金屬芯的外周、在前述金屬芯和前述外筒之間形成的間隙中填入熱固型粘合劑、使前述粘合劑固化、將整體粘合一體化的樹脂輥的制造方法為前提。為了解決上述問題，該方法的特征是，前述整體的粘合一體化通過將前述外筒溫度保持為第1溫度的狀態使前述粘合劑完成一次固化而進行，然后，在高于前述第1溫度的第2溫度對前述粘合劑進行加熱使其二次固化。
本發明者著眼于粘合前的外筒單體和粘合一體化后的外筒顯現出不同的熱膨脹特性。粘合一體化后的外筒的熱膨脹特性受金屬芯的熱膨脹特性的影響很大。粘合一體化后的輥處于低溫狀態時，粘合前的外筒本來具備的熱收縮量和粘合一體化后的外筒的實際熱收縮量之差拉大，形成畸變，導致裂縫的出現。進一步反復研究后發現，粘合一體化后的外筒的內部發生應力受粘合時的外筒溫度的左右。
通過以外筒溫度保持為相對低的第1溫度的狀態下使粘合劑一次固化，能夠縮小樹脂輥處于低溫狀態時的粘合前的輥外筒本來所具備的熱收縮量和粘合一體化后的外筒實際的熱收縮量之差，即使在研磨外周表面時的低溫狀態下也難以出現或擴展裂縫。以外筒溫度保持為低溫的狀態使粘合劑進行一次固化的情況下，僅通過一次固化不能夠獲得足夠的粘合強度和耐久性。因此，前述粘合劑為熱固型粘合劑，一次固化后，通過在高于第1溫度的第2溫度下加熱粘合劑使其進行二次固化，能夠提高粘合劑的玻璃化溫度，并能夠獲得足夠的粘合強度和耐久性。
較好的是第1溫度為低于使用時的樹脂輥溫度的溫度。例如，第1溫度在10℃～50℃的范圍內。
較好的是第2溫度為高于使用時的樹脂輥溫度的溫度。例如，第2溫度在60℃～150℃的范圍內。
粘合劑的一次固化例如通過從金屬芯側對粘合劑加熱而進行。這種情況下，為了防止外筒升溫至高于第1溫度的溫度，也可從外側對外筒進行冷卻。
粘合劑的二次固化例如通過加熱樹脂輥整體而進行。
附圖的簡單說明
圖1A～圖1C為表示本發明的樹脂輥的制造步驟的簡圖。
實施發明的最佳方式如圖1A～圖1C所示，準備成形為筒狀的合成樹脂制外筒1，將外筒1包覆金屬芯2的外側，在形成于金屬芯2和外筒1之間的間隙填充熱固型粘合劑3，使粘合劑3固化，將整體粘合一體化而制得本發明的樹脂輥。
例如，準備規定大小的筒體成形用模具，在該模具中注入合成樹脂原料，在規定溫度使其固化形成外筒1。
對形成外筒1的合成樹脂的種類無特別限定，例如，環氧樹脂、聚氨酯、聚異氰脲酸酯、交聯聚酯酰胺、不飽和聚酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂等。這些樹脂可通過混合填充劑而被增強。
為了使外筒1牢固地粘合，最好在金屬芯2的外周形成下卷層4。下卷層4可通過將含浸了熱固性樹脂的纖維材料以規定厚度卷繞而形成。
為了實現粘合強度和耐久性等足夠的物性，粘合劑3最好采用玻璃化溫度高于樹脂輥使用溫度的熱固型粘合劑。更具體地講，最好采用具備80℃～160℃左右的玻璃化溫度的材料。常溫固化型粘合劑由于不能夠獲得足夠的物性，所以不理想。粘合劑3的種類只要是熱固型即可，對其無特別限定，例如，環氧樹脂系、不飽和聚酯系、鄰苯二甲酸二烯丙酯系、聚氨酯系等粘合劑。
粘合劑3由于要被填入形成于金屬芯2和外筒1之間的間隙，所以最好采用粘度低于一定程度的粘合劑。其粘度較好為500mPa·S～5000mPa·S(35℃～40℃)，更好為1000mPa·S～2500mPa·S。
在金屬芯2的外側包覆外筒1時，形成于金屬芯2和外筒1之間的間隙如果過小，則粘合劑3的填充將很困難。另一方面，由于粘合劑3的物性與外筒1相比相對較低，所以粘合劑層3如果過厚，則樹脂輥的使用中在粘合劑層3內會發生移動放熱。因此，形成于金屬芯2和外筒1之間的間隙過大的情況下，移動耐久性會下降。基于這些理由，形成于金屬芯2和外筒1之間的間隙最好為2mm～6mm。在該間隙內填充液狀的粘合劑3，使其固化實現粘合一體化。
本發明的樹脂輥的制造方法中，以外筒1的溫度保持為低于使用時的樹脂輥溫度的溫度狀態使粘合劑3一次固化，完成整體粘合一體化。一次固化最好進行足夠的時間而不使粘合劑3的反應收縮發生。用于造紙軋光樹脂輥的情況下，由于對置使用了金屬制熱輥，所以使用時的樹脂輥溫度為60℃～130℃左右。因此，一次固化時最好以外筒溫度保持為較低溫度(10℃～50℃，較好為10℃～40℃，更好為20℃～35℃)的狀態進行。一次固化時的外筒溫度如果過高，則變為低溫狀態時，出現于樹脂輥的裂縫易擴展，此外還容易出現新的裂縫。這就意味著一次固化時的外筒1的溫度越低越好，但一次固化時的外筒1的溫度如果過低，則使粘合劑固化的效率會變差。因此，一次固化時的外筒1的溫度最好適當設定在上述范圍內。
一次固化一般通過從外筒1的外部加熱而進行，但也并不是要特別從外部加熱，也可利用在金屬芯2的內部通入溫水等熱介質等方法僅從金屬芯2側進行加熱。這種情況下，通過從金屬芯2的內部的加熱，能夠提高粘合劑3的固化速度，提高生產效率。
此外，以一邊從金屬芯2側加熱一邊從外筒1的外側積極地進行冷卻的狀態也可使粘合劑3一次固化。這種情況下，通過從金屬芯2內部進行加熱可提高粘合劑的固化速度。而且，通過外側的冷卻能夠積極地抑制因內側加熱的影響而引發的外筒1升溫，所以低溫狀態下的裂縫防止效果也增加。從外側的冷卻可通過自然冷卻、水冷等常規方法完成。
一次固化后通過加熱使粘合劑3完成二次固化。二次固化時的加熱從樹脂輥的外部或金屬芯的內部或從兩者同時進行。通過加熱進行二次固化可提高粘合劑層3的玻璃化溫度，獲得粘合強度和耐久性等足夠的物性。這意味著二次固化中最好加熱使粘合劑3升溫至高于使用時的樹脂輥的溫度。更具體地講，二次固化時最好將粘合劑加熱至60℃～150℃左右。
以下，對本發明的實施例和比較例進行說明。
按照以下步驟制造本發明的實施例的樹脂輥。
首先，利用噴砂使長5200mm、直徑480mm的鐵制輥芯2的外周面粗面化，在該輥芯2的外周面形成厚6.5mm的下卷層4。將含浸有混入了二氧化硅粉末的環氧樹脂的玻璃粗紗卷繞在輥芯2的周圍，然后在該粗紗層的外周卷繞含浸了同樣的環氧樹脂的玻璃編織材料而形成下卷層4。使該環氧樹脂在110℃固化。
另外，將混入了二氧化硅粉末的環氧樹脂原料注入規定大小的筒體成形用模具，在170℃～180℃的溫度下使其固化，通過對其內徑及外徑的加工，制得外徑540mm、內徑501mm及長5300mm的外層用筒體1。
將該外層用筒體1嵌入形成了下卷層4的輥芯2。然后，在形成于下卷層4和筒體1之間的環狀間隙注入環氧樹脂系粘合劑，通過從筒體1的外部加熱以將筒體1的溫度保持為50℃的狀態使粘合劑進行一次固化，形成了下卷層4的輥芯2和筒體1間夾入厚度4mm的粘合劑層3而粘合一體化，獲得一次固化樹脂輥。接著，將一次固化樹脂輥加熱到80℃，使粘合劑3完成二次固化。然后，切削輥的外周面，研磨后制得長5200mm、直徑530mm的樹脂輥。
該樹脂輥作為造紙用軋光樹脂輥使用后，不存在粘合劑層3的強度和耐久性問題，即使在冬季研磨時也不會特別出現產生裂縫和裂縫擴展等問題。將該造紙軋光用樹脂輥與溫度90℃的加熱輥對置，使紙張通過形成于兩輥間的軋點，用于紙張的表面處理。使用時的樹脂輥溫度約上升至70℃。
與實施例1同樣操作制得本發明的實施例2的樹脂輥。但是，鐵制輥芯2的尺寸是長5160mm、直徑550mm，下卷層4的厚度為6.5mm。外層用筒體1的外徑為610mm、內徑為571mm、長為5300mm。粘合劑的一次固化在筒體1的溫度保持為40℃的狀態下進行，粘合劑層3的厚度為4mm。制得的樹脂輥的尺寸為長5160mm、直徑600mm。
在與實施例1同樣的條件下，將該樹脂輥作為造紙用軋光樹脂輥使用后，粘合劑層3的強度和耐久性未出現問題，即使在冬季研磨時也不會特別出現產生裂縫和裂縫擴展等問題。
與實施例1同樣制得本發明的實施例3的樹脂輥。但是，粘合劑的一次固化以筒體1的溫度保持為35℃的狀態進行。
在與實施例1同樣的條件下，將該樹脂輥作為造紙用軋光樹脂輥使用后，粘合劑層3的強度和耐久性未出現問題，即使在冬季研磨時也不會特別出現產生裂縫和裂縫擴展等問題。
與實施例1同樣制得比較例1的樹脂輥。但是，這種情況下，粘合劑的一次固化以筒體1的溫度保持為60℃的狀態進行。
在與實施例1同樣的條件下，將該樹脂輥作為造紙用軋光樹脂輥使用后，粘合劑層3的強度和耐久性雖然未出現問題，但以樹脂輥的外周面出現裂縫的狀態進行冬季研磨時，該裂縫會擴展。
接著，采用以下方法進行實施例1～實施例3的樹脂輥的耐裂縫性比較試驗。即，將各樹脂輥的溫度定為10℃，采用輥打釘機NV65AF3(日立工機株式會社制)，以4kg/cm2的氣壓在樹脂輥表面打上長65mm、直徑2.5mm的釘子。其結果是，實施例1的樹脂輥在沿輥外周的近1周的地方都出現了裂縫并擴展。實施例2的樹脂輥的裂縫擴展約10cm左右。實施例3的樹脂輥幾乎未見裂縫的擴展。從這些事實可見，實施例3的樹脂輥對于耐裂縫性的可靠性最高，其次是實施例2的樹脂輥。
如上所述，本發明中以外筒溫度保持為相對低的溫度的狀態使粘合劑一次固化完成整體的粘合一體化，然后在高于第1溫度的第2溫度下對粘合劑加熱使其進行二次固化，所以在金屬芯和外筒之間獲得足夠的粘合強度和耐久性的同時，能夠防止輥表面的裂縫的擴展。
以上參考附圖對本發明的較好實施例進行了例示，但本發明并不僅限于圖示的實施方式。在專利請求范圍記載的發明范圍內，以及與其等同的范圍內的各種修改和變化都在本發明的范圍內。
產業上利用的可能性本發明的樹脂輥被用于造紙、煉鐵、纖維、磁記錄媒體等各種工業，特別是在金屬芯和外筒之間能獲得足夠的粘合強度和耐久性的同時、能夠防止輥表面的裂縫的擴展的軋光樹脂輥更適合作為造紙用軋光樹脂輥使用。
權利要求
1.樹脂輥的制造方法，它是配置成形為筒狀的合成樹脂制外筒(1)使其覆蓋金屬芯(2)的外周，在前述金屬芯(2)和前述外筒(1)之間形成的間隙中填入熱固型粘合劑(3)，使前述粘合劑(3)固化，將整體粘合一體化的樹脂輥的制造方法，其特征在于，前述整體的粘合一體化通過將前述外筒(1)的溫度保持為第1溫度的狀態使前述粘合劑(3)完成一次固化而進行，然后，在高于前述第1溫度的第2溫度對前述粘合劑(3)進行加熱使其二次固化。
2.如權利要求1所述的樹脂輥的制造方法，其特征還在于，前述第1溫度是低于使用時的樹脂輥溫度的溫度。
3.如權利要求1所述的樹脂輥的制造方法，其特征還在于，前述第1溫度在10℃～50℃的范圍內。
4.如權利要求1所述的樹脂輥的制造方法，其特征還在于，前述第2溫度是高于使用時的樹脂輥溫度的溫度。
5.如權利要求1所述的樹脂輥的制造方法，其特征還在于，前述第2溫度在60℃～150℃的范圍內。
6.如權利要求1所述的樹脂輥的制造方法，其特征還在于，前述粘合劑(3)的一次固化通過從前述金屬芯(2)側對前述粘合劑加熱而進行。
7.如權利要求6所述的樹脂輥的制造方法，其特征還在于，前述粘合劑(3)的一次固化以從外側冷卻前述外筒的狀態進行。
8.如權利要求1所述的樹脂輥的制造方法，其特征還在于，前述粘合劑的二次固化通過加熱該樹脂輥整體而進行。
全文摘要
作為前提的樹脂輥的制造方法是配置成形為筒狀的合成樹脂制外筒1使其覆蓋金屬芯2的外周，在金屬芯2和外筒1之間形成的間隙中填入熱固型粘合劑3，使粘合劑3固化，將整體粘合一體化的方法。該方法的特征是，整體的粘合一體化通過將外筒1的溫度保持為第1溫度的狀態使粘合劑完成一次固化而進行，然后，在高于第1溫度的第2溫度對粘合劑3進行加熱使其二次固化。
文檔編號B29C63/18GK1561284SQ02819436
公開日2005年1月5日 申請日期2002年9月25日 優先權日2001年10月3日
發明者中山健次郎, 渡邊篤雄, 村上哲也 申請人:山內株式會社