专利名称：具有凹槽表面的皮带或辊以及制造方法
技术领域：
本发明涉及造纸领域，特别地，涉及在造纸机与造纸过程中所使用的凹槽皮带、或依照应用情况的辊面包覆层的制造方法。本发明包括利用带状物(ribbon)布置生成凹槽，而不需将皮带表面机械加工。
背景技术：
造纸过程中，在造纸机成形部，通过将纤维浆沉积到移动的成形织物上形成纤维素纤维网，纤维浆也就是纤维素纤维的水分散体。浆体中大量的水通过成形织物排出，而纤维素纤维网则留在成形织物的表面上。
刚形成的纤维素纤维网从成形部进入压榨部，压榨部包括一系列压榨压区。纤维素纤维网被压榨织物支撑，或者通常情况下位于两层这样的压榨织物之间，穿过压榨压区。在压榨压区中，纤维素纤维网受到压缩力的作用，该压缩力将水从网中挤出，并使网中的纤维素纤维彼此粘附，使得纤维素纤维网转变为纸幅。水由该一层压榨织物或多层压榨织物所吸收，并且理想的情况是不回到纸幅中去。
纸幅最终进入干燥部，干燥部包括至少一个可转动的干燥转鼓系列或烘筒系列，这些转鼓或烘筒由蒸汽在内部进行加热。干燥织物引导刚形成的纸幅以弯曲路径依次绕行该系列中的每个转鼓，且干燥织物将纸幅紧贴在转鼓的表面。加热的转鼓通过蒸发作用将纸幅的含水量降低到所需水平。
应该了解的是，成形织物、压榨织物及干燥织物在造纸机上都采取无端环(endless loop)的形式，并且都起到传送带的作用。应该进一步了解的是，纸张生产是一种以相当快的速度进行的连续过程。也就是说，在成形部，纤维浆连续地沉积到成形织物上，而刚生产出的纸张在离开干燥部后就被连续地卷绕到辊筒上。
由于能源成本提高，越发需要在纸幅进入干燥部之前尽可能地去除水份。原因在于干燥筒一般由蒸汽从内部加热，与生产蒸汽相关的成本可能很高，特别是当必须从纸幅去除大量水份时尤其如此。
传统上，压榨部包括一系列由邻近的圆柱形压榨辊对形成的压区。近年来，人们发现使用靴形长压榨压区比使用由成对的邻近压榨辊形成的压区具有更大的优势。这是因为纸幅在压区中承受压力的时间越长，从其中除去的水分就越多，以及因此，残留在纸幅中需要在干燥部中通过蒸发作用除去的水分就越少。
本发明部分涉及靴形的长压区压榨机。在靴型类型的长压区压榨机中，圆柱状压榨辊和弓形压榨靴形物之间形成压区。压榨靴形物具有圆柱状的凹表面，其曲率半径接近于圆柱状压榨辊的曲率半径。当辊和靴形物彼此紧密地物理相邻时，形成压区，其沿机器方向的长度可比双压榨辊之间形成的压区的长度长5至10倍。由于长压区可为常规双辊压榨机的5至10倍，因此纤维网在长压区内受压的所谓停留时间可相应地长于双辊压榨机中的停留时间。因此在造纸机上，与使用常规压区相比，这种长压区技术得到的效果是，在长压区内纤维网的脱水量大幅度提高。
靴形长压区压榨机需要特殊的带，如Dutt(Albany InternationalCorp.)的美国专利5,238,537中所示的，该专利所教导内容在此以引用方式并入本文。这种带设计成保护这些用来支撑、运送及脱去纤维网中水分的压榨织物不受加速磨损，该磨损由在固定的压榨靴形物上进行的直接的滑动接触产生。这种带必须设有平顺的不渗透表面，该表面在油润滑膜上越过或滑过固定的压榨靴形物。该带以与压榨织物大致相同的速度移过压区，从而向压榨织物施加的对带表面摩擦量最小。
美国专利5,238,537所显示类型的皮带藉由将无端环形式的织造底布浸渍合成聚合树脂而制成。优选地，树脂在至少皮带的内表面上形成具有一定预定厚度的涂层，籍以保护用来织造底布的纱线不会直接接触到长压区压榨机的拱形压榨靴形物组件。特别是此涂层必须具有平顺、不可渗透的表面，籍以易于在润滑的靴形物上滑过，并避免任何润滑油穿透皮带结构而污染到一或多个压榨织物以及纤维网。
美国专利5,238,537所示皮带的底布可以以单层或多层织法由单丝纱线加以织造，并织造成充分开放，以让浸渍材料完全地浸渍织造物。这消除了成品皮带中形成任何空隙的可能性。这种空隙可使皮带与靴形物之间所用的润滑物穿过皮带，并污染到一或多个压榨织物以及纤维网。底布可为平织而成，随后缝合成环状，或者环状织成管状形式。
当浸渍材料固化为固态时，其主要藉由机械互锁结合于底布，其中使经固化的浸渍材料围绕底布的纱线。此外，经固化的浸渍材料与底布的纱线材料之间可具有部分化学结合或粘合。
诸如，美国专利5,238,537所示的长压区压榨带依据其所安装的长压区压榨机的尺寸需求而定，沿其无端环形式，测量出其有大致10至35英尺(约3至11米)的长度，以及跨越这种形式横向量测出大致6至35英尺(约2至11米)的宽度。由于底布在浸渍合成聚合树脂之前为环状的要求，使得这种皮带的制造更加复杂。
经常需要既在皮带内表面还在其外表面上对其提供具有一定预定厚度的树脂涂层。藉由涂覆皮带的两侧，即使织造的底布与皮带的弯曲中性轴(neutral axis)并非重合，织造的底布也会与其更接近。这种情况下，当皮带穿过造纸机上的辊等周围挠屈时所产生的内应力将不容易造成涂层从皮带任一侧发生脱层。
此外，当皮带外表面具有一定预定厚度的树脂涂层时，可将凹槽、盲钻孔或其它腔穴形成于该表面上，而不露出织造底布的任何部分。这些特征为压榨压区中从纸幅压出的水提供暂时储存作用，并且通常由树脂涂层固化之后的分开的制造步骤中的开槽或钻孔作用所产生。
本发明特别涉及可用在长压区压榨机中或使用在常规压榨机中的凹槽压榨带。此外，本发明涉及凹槽辊面包覆层。
在常规凹槽皮带的情况中，一般使用机械加工处理来形成表面凹槽。凹槽界定通路，且藉由所谓陆块区域(land areas)加以彼此分离。凹槽的宽度以及深度以及每英寸的凹槽数决定了凹槽皮带表面的空隙容积。此外，皮带对于挠屈的需求决定了特定材料特征。例如，材料必须具有足够的挠性以顺应皮带路径，并且仍有足够刚性而不会在加压负荷下崩塌。据此来看，请注意迄今已经成功地使用诸如聚氨酯等弹性体。
辊面包覆层利用诸如橡胶、橡胶状材料、聚合物或金属合金等不同材料以多种不同方式制造。目前制造辊面包覆层的方法包括将聚合性化合物的未固化面层(mats)“铺覆于”辊体上，且有时用纺织物强化。这形成具有数段的辊面包覆层，其藉由热固化进行整饰，以形成连续包覆层。此包覆层受到研磨，并可进行其它表面整饰步骤。最后，以圆周图案将凹槽切刻在表面中，以在压榨压区中辅助纸幅的脱水作用。另一种形成辊面包覆层的方法是将半固体树脂螺旋卷绕在本体上，然后加以固化以及表面整饰。并且，将凹槽切刻在表面中，以辅助压区中的脱水作用。另一方法是将树脂-纤维体系铸造或模制在心轴或辊体上，而形成复合系统。其它包覆层可由树脂混合物(亦即树脂“合金”)、金属以及树脂、陶瓷等所形成。
并且，在常规凹槽辊的情况中，一般藉由对辊面包覆层表面进行机械加工生成表面凹槽。并且，凹槽的宽度以及深度以及每英寸的凹槽数决定了凹槽表面的空隙容积。还应注意，有多种不同材料可用于生成凹槽辊表面。
在特别是皮带中凹槽的机械加工期间，合成表面材料的内壁(将凹槽分离的陆块侧面)留有机械工具作用所生成的微观表面切口。这些微观切口可构成裂痕引发部位，裂痕引发部位可导致更大裂痕以及凹槽两侧上的陆块区域的最终失效或脱层。因此，美国专利5,171,389涉及一种长压区压榨机上凹槽空隙容积皮带的制造方法。施加粘合剂之后，将其中已经形成有凹部的材料条卷绕在部分完成的皮带周围，且适当地加以附接。与其他方式相比，这样可免除在皮带表面中切刻凹槽的必要性。
本发明提供一种方法，利用带状物布置生成凹槽，在皮带以及辊表面上形成凹槽或其它图案，而不需要机械加工。
发明内容
本发明涉及凹槽皮带或表面辊的制造方法。首先将化学反应性材料布置在经部分处理的皮带或辊的表面上。然后将第二材料以带状物沉积在化学反应性表面上，以生成凹槽图案。有利地，利用带状物的布置来在其间生成凹槽，而不需要机械加工。这消除了皮带或辊表面发生裂痕以及脱层的潜在问题。所得到的带状物平顺且均匀。
图1显示可用来制造本发明皮带的方法；图2显示利用带状物的布置生成凹槽；图3A显示现有技术的条带轮廓；以及图3B显示本发明带状物的示意性轮廓。
具体实施例方式
现在将就制造造纸机用靴形压榨带以及其制造程序，来描述如图1所示本发明的优选实施例。然而，应注意本发明亦适合用来制造造纸机用辊或辊面包覆层。
继续参照图1，皮带可包括为本技术领域所公知的任何常规皮带基底基材的基底结构或基材，包括织造物、非织造物、螺旋连接物、MD或CD纱线阵列、针织物、挤出网眼、以及螺旋卷绕的织造以及非织造材料条带。这些基材可包含用来制造纸机织物的任何类型的纱线，诸如单丝纱、捻合单丝纱、复丝纱、以及捻合复丝纱。这些纱线可由本技术领域的普通技术人员用于此目的的任何聚合树脂材料挤出而成。因此，可使用的树脂来自聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚芳酰胺、聚烯烃以及适合此用途的其它树脂族。
可利用类似于图1所示的装置制造本发明。对于本发明，此装置具有(A)心轴11，用于在制造皮带期间支撑皮带基材10(或依照应用情况，支撑辊面包覆层基底)；(B)用于将化学反应性材料12施加在皮带基材10上的装置(未图示)；(C)沉积装置14，用于将第二材料16沉积在皮带基材10上以形成图案。例如，材料16可布置为在其间形成凹槽的弹性体带状物；(C)用于安装沉积装置14的装置(未图示)，以相对于皮带基材10表面在至少一方向中移动；以及(D)用于控制移动以及控制来自沉积装置14的第二材料16沉积的装置(未图示)。
图1所示的本发明实例中，提供皮带成形心轴11。皮带基材10可具有且通常已经具有至少一部分树脂浸渍。内表面(亦即顶靠心轴11的表面)也具有藉由本领域内已知的任何装置所施加的平顺树脂层。起初，将化学反应性弹性体材料薄膜12置于皮带基材10上，以在基材10与待沉积的第二材料16之间生成化学结合。因此，薄层12必须在施加第二材料16所需时间内具有化学反应性。藉由图1所示的实施例，此第二材料为一种液体弹性体带状物流16。为了沉积此带状物流16，使含有弹性体材料的化学混合头14呈斜角状且受控制以横越皮带基材10的宽度。利用此方式，心轴的各次回转留下了凸起陆块区域的线带沉积物，且在两侧具有凹槽。亦即，利用带状物16的布置生成凹槽。图2显示彼此紧贴的小液体弹性体带状物的分布，籍以形成陆块20以及成型凹槽22。有利地，将弹性体设计为，使其在很短时间(亦即数秒)内从液体转变为固体，藉以让材料带状物保持其形状。所得到的带状物铺覆表面24为均匀以及平顺状，而无切口或裂痕。
应理解，图1所示的混合头14可具有一个出料口或多个出料口。然而，优选采用具有多个出料口的混合头14。因此，请注意出料口数以及其尺寸以及施加的材料量决定带状物16的尺寸以及形状。进一步请注意，皮带结构10的表面速度愈大，则必须泵送过出料口的材料量将愈大。因此，由于带状物铺覆必须匹配于各次先前的通行路径，务必精密地控制混合头14的横越速度。应进一步了解，当产生带状物图案时，熔接线(亦即各个带状物开始以及结束处)也应匹配。
可从本文所披露内容得知，可利用上述方法产生优良的凹槽皮带或表面辊。利用此方式，藉由直接沉积带状物以产生凹部，可消除如同现有技术所实施的凹槽机械加工所造成的问题。更具体地说，本发明使用带状物的布置生成凹槽。所得到的带状物铺覆表面为均匀且平顺，而不具有会导致皮带或辊表面发生脱层的切口以及裂痕。
并且，藉由控制混合头，可在三个平面(x、y以及z)的受控几何结构中，以受控方式将相对较大量(或较少量，依情况而定)的材料施加至皮带或辊表面的所需区域。根据具体应用，允许例如，形成作为辊面包覆层的冠部的形成，或形成沿着横机器方向的表面直径的其它变化。
请注意，本发明与前述专利5,171,389的差异在于本发明指明在沉积弹性体带状物流之前，先将化学反应层34(见图3B)布置在皮带表面上，而’389专利则只提到预先施加粘合剂。此外，虽然’389专利以及美国专利5,208,089(Stigberg)指明条带30中已经形成有凹部(图3A)，本发明则利用带状物32的布置或胶凝时间生成凹槽(图3B)。这是一项重要的区别特性。本技术领域内的技术人员可了解其它区别。
虽然本文揭露并详细描述了优选实施例，但本发明的范围并不受此限制，本发明的范围仅由权利要求书来界定。
权利要求
1.一种生产纸以及纸产品用皮带的制造方法，所述方法包括下列步骤a)提供基底结构；b)将化学反应性材料布置在所述基底结构上；以及c)将弹性体材料沉积在与其起反应且形成结合的所述化学反应性材料上，以生成凹槽图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基底结构选自由织造物、非织造物、螺旋连接物、MD纱线或CD纱线阵列、针织物、挤出网眼织物、以及螺旋卷绕的织造以及非织造材料条带组成的组，并且包含包括单丝、捻合单丝、复丝、捻合复丝、以及短纤维的纱线。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述化学反应性材料将所述弹性体材料与所述基底结构化学结合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述弹性体材料由混合头进行沉积。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述混合头包括多个出料口。
6.根据权利要求4所述的方法，其中通过所述混合头横越跨过所述基底结构，沉积所述弹性体材料。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述弹性体材料以液体带状物流沉积在所述基底结构上。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在预定一段时间内，所述带状物流从液体转变为固体，从而能够使所述带状物保持其形状。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤b)中，以薄层沉积所述化学反应性材料。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将树脂涂层设置于与所述化学反应性材料所沉积一侧相对的所述基底结构一侧上。
11.一种生产纸以及纸产品用皮带，所述皮带的制造方式包括下列步骤a)提供基底结构；b)将化学反应性材料布置在所述基底结构上；以及c)将弹性体材料沉积在与其起反应且形成结合的所述化学反应性材料上，以生成图案。
12.根据权利要求11所述的皮带，进一步包括以受控制方式将所述弹性体材料沉积在所述基底结构中，以提供均匀厚度。
13.根据权利要求11所述的皮带，其中利用所述弹性体材料的布置形成凹槽图案。
14.根据权利要求11所述的皮带，其中所述基底结构选自由织造物、非织造物、螺旋连接物、MD纱线或CD纱线阵列、针织物、挤出网眼、以及螺旋卷绕的织造以及非织造材料条带组成的组，并且包含包括单丝、捻合单丝、复丝、捻合复丝、以及短纤维的纱线。
15.根据权利要求11所述的皮带，其中所述化学反应性材料将所述弹性体材料与所述基底结构化学结合。
16.根据权利要求12所述的皮带，其中所述弹性体材料由混合头进行沉积。
17.根据权利要求16所述的皮带，其中所述混合头包括多个出料口。
18.根据权利要求16所述的皮带，其中通过所述混合头横越跨过所述基底结构，沉积所述弹性体材料。
19.根据权利要求16所述的皮带，其中所述弹性体材料以液体带状物流沉积在所述基底结构上。
20.根据权利要求19所述的皮带，其中在预定一段时间内，所述带状物流从液体转变为固体，从而能够使所述带状物保持其形状。
21.根据权利要求11所述的皮带，其中所述带状物流为螺旋或锯齿图案的形式。
22.根据权利要求11所述的皮带，其中在步骤b)中，以薄层沉积所述化学反应性材料。
23.根据权利要求10所述的皮带，包括树脂涂层，其位于与所述化学反应性材料所沉积一侧相对的所述基底结构一侧上。
24.一种生产纸以及纸产品用辊使用的辊面包覆层的制造方法，所述方法包括下列步骤a)提供基底结构，其上形成所述辊面包覆层；b)将化学反应性材料布置在所述基底结构上；以及c)将弹性体材料沉积在与其起反应且形成结合的所述化学反应性材料上，以生成凹槽图案。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述辊具有外圆周表面，且所述外表面为可供两材料沉积的所述基底结构。
26.根据权利要求24所述的方法，进一步包括将所述弹性体材料以受控制方式沉积在所述基底结构上，以提供均匀的厚度。
27.根据权利要求24所述的方法，其中所述基底结构选自由机织物、非织造物、MD纱线或CD纱线阵列、针织物、挤出网眼织物、以及螺旋卷绕的织造以及非织造材料条带所组成的组，且其包含包括单丝、捻合单丝、复丝、捻合复丝、以及短纤维的纱线。
28.根据权利要求24所述的方法，其中所述化学反应性材料将所述弹性体材料与所述基底结构化学结合。
29.根据权利要求24所述的方法，其中所述弹性体材料由混合头进行沉积。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述混合头包括多个出料口。
31.根据权利要求29所述的方法，其中通过所述混合头横越跨过所述基底结构，沉积所述弹性体材料。
32.根据权利要求24所述的方法，其中所述弹性体材料以液体带状物流沉积在所述基底结构上。
33.根据权利要求32所述的方法，其中在预定一段时间内，所述带状物流从液体转变为固体，从而能够使所述带状物保持其形状。
34.根据权利要求24所述的方法，进一步包括将所述弹性体材料以受控制方式沉积在所述基底结构上，以提供不均匀厚度，该厚度在所述辊面包覆层中心最厚，随着远离所述中心逐渐变细，以生成冠状辊面包覆层。
35.根据权利要求24所述的方法，其中在步骤b)中，以薄层沉积所述化学反应性材料。
36.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括将树脂涂层设置于与所述化学反应性材料所沉积一侧相对的所述基底结构一侧上。
37.一种生产纸以及纸产品用辊上使用的辊面包覆层，所述辊面包覆层的制造方式包括下列步骤a)提供基底结构；b)将化学反应性材料布置在所述基底结构上；以及c)将弹性体材料沉积在与其起反应且形成结合的所述化学反应性材料上，以生成凹槽图案。
38.根据权利要求37所述的辊面包覆层，进一步包括将所述弹性体材料以受控制方式沉积在所述基底结构上，以提供均匀的厚度。
39.根据权利要求37所述的辊面包覆层，其中所述基底结构选自由机织物、非织造物、MD纱线或CD纱线阵列、针织物、挤出网眼织物、以及螺旋卷绕的织造以及非织造材料条带所组成的组，且其包含包括单丝、捻合单丝、复丝、捻合复丝、以及短纤维的纱线。
40.根据权利要求37所述的辊面包覆层，其中所述化学反应性材料将所述弹性体材料与所述基底结构化学结合。
41.根据权利要求37所述的辊面包覆层，其中所述弹性体材料由混合头进行沉积。
42.根据权利要求41所述的辊面包覆层，其中所述混合头包括多个出料口。
43.根据权利要求41所述的辊面包覆层，其中通过所述混合头横越跨过所述基底结构，沉积所述弹性体材料。
44.根据权利要求37所述的辊面包覆层，其中所述弹性体材料以液体带状物流沉积在所述基底结构上。
45.根据权利要求44所述的辊面包覆层，其中在预定一段时间内，所述带状物流从液体转变为固体，从而能够使所述带状物保持其形状。
46.根据权利要求37所述的方法，进一步包括将所述弹性体材料以受控制方式沉积在所述基底结构上，以提供不均匀厚度，该厚度在所述辊面包覆层中心最厚，随着远离所述中心逐渐变细，以生成冠状辊面包覆层。
47.根据权利要求37所述的辊面包覆层，其中在步骤b)中，以薄层沉积所述化学反应性材料。
48.根据权利要求37所述的辊面包覆层，进一步包括树脂涂层，其位于与所述化学反应性材料所沉积一侧相对的所述基底结构一侧上。
全文摘要
本发明为凹槽皮带，或依照应用情况为表面辊，以及这些皮带或辊的制造方法，包括将化学反应性材料布置在部分完成的皮带表面上，以及将弹性体材料沉积在与其起反应并形成结合的化学反应性材料上，以生成图案。例如利用弹性体材料的布置生成凹槽。不需机械加工即可形成凹槽，且所得到的皮带表面平顺均匀，而无切口或裂痕。
文档编号B29K75/00GK1795302SQ200480014241
公开日2006年6月28日 申请日期2004年5月19日 优先权日2003年5月23日
发明者埃里克·罗曼斯基 申请人:阿尔巴尼国际公司