покрытие вала бумагоделательной машины и способ его получения

Формула изобретения

1. Способ получения покрытия вала для использования на вале, применяемом в производстве бумаги и бумажных продуктов, причем указанный способ включает следующие стадии:

а) обеспечение поверхности, на которой формируют покрытие вала,

б) осаждение материала на основе полимерной смолы на указанную поверхность регулируемым способом так, чтобы контролировать протяженность указанного осаждаемого материала по х, y, z для создания поверхности вала в виде предварительно заданного рисунка из капель, и

в) по меньшей мере частичное отверждение указанного материала на основе полимерной смолы.

2. Способ по п.1, в котором указанный вал имеет внешнюю окружающую поверхность и указанная внешняя поверхность является поверхностью, на которую осаждают материал на основе полимерной смолы.

3. Способ по п.1, в котором указанная поверхность включает основную подложку.

4. Способ по пп.1, 2 или 3, дополнительно включающий осаждение указанного материала на основе полимерной смолы на указанной поверхности в управляемом режиме для обеспечения равномерной толщины указанной полимерной смолы и гладкой, макроскопически плоской поверхности.

5. Способ по пп.1, 2 или 3, дополнительно включающий осаждение указанной полимерной смолы на указанной поверхности в управляемом режиме для обеспечения неравномерной толщины указанной полимерной смолы, которая является наибольшей в центре покрытия вала и постепенно уменьшается при удалении от центра так, что создается бомбированное покрытие вала.

6. Способ по п.1, в котором на стадии б) указанный предварительно заданный рисунок включает множество дискретных областей, расположенных в заранее определенном порядке.

7. Способ по п.1, в котором на стадии б) указанный предварительно заданный рисунок включает непрерывную сетку, определяющую множество дискретных открытых областей в заранее определенном порядке.

8. Способ по п.1, в котором на стадии б) указанный предварительно заданный рисунок включает полунепрерывную сетку.

9. Способ по п.3, в котором на стадии б) указанный материал на основе полимерной смолы проникает внутрь указанной основной подложки.

10. Способ по п.3, в котором на стадии б) указанный материал на основе полимерной смолы образует слой равномерного или беспорядочного рисунка желаемой толщины на указанной основной подложке.

11. Способ по пп.1, 2 или 3, в котором на стадии б) указанный материал на основе полимерной смолы осаждают пьезоструйным форсуночным средством, управляемым компьютером.

12. Способ по п.11, в котором указанное пьезоструйное форсуночное средство включает множество пьезоструйных форсунок, расположенных в определенном порядке, каждая из которых отдельно управляется компьютером.

13. Способ по п.1, в котором указанный материал на основе полимерной смолы выбирают из группы, состоящей из

1) термоклеев и водоотверждаемых термоклеев;

2) двухкомпонентных реакционноспособных систем на основе уретанов и эпоксидных смол;

3) фотополимерных композиций, состоящих из реакционноспособных акрилсодержащих мономеров и олигомеров, полученных на основе уретанов, сложных полиэфиров, полиэфиров и силиконов, и,

4) латексов и дисперсий на водной основе и наполненных частицами составов, включающих акрилы и полиуретаны.

14. Способ по п.11, в котором осаждают первый материал на основе полимерной смолы и также осаждают второй материал на основе полимерной смолы, который отличается от первого материала на основе полимерной смолы.

15. Способ по п.10, в котором указанный материал на основе полимерной смолы осаждают равномерным толстым слоем, имеющим плоскую поверхность.

16. Способ по п.10, в котором указанный материал на основе полимерной смолы осаждают неравномерным толстым слоем, имеющим поверхность с трехмерной структурой.

17. Способ по п.3, дополнительно включающий стадию осаждения материала на основе полимерной смолы на указанную основную подложку в виде указанного предварительно заданного рисунка с помощью объемной форсунки для ускорения изготовления указанного покрытия вала.

18. Способ по п.17, в котором указанную стадию осаждения выполняют перед стадией б) в п.1.

19. Способ по п.17, в котором указанную стадию осаждения выполняют одновременно со стадией б) в п.1.

20. Способ по п.3, в котором указанную основную подложку выбирают из группы, состоящей из тканых, нетканых и вязаных материалов, содержащих нити, включающие моноволокна, крученые моноволокна, многонитевые волокна, крученые многонитевые волокна и штапельные волокна.

21. Способ по п.1, в котором указанные капли имеют средний диаметр 10 мкм или более.

22. Способ получения покрытия вала для применения на вале, используемом в производстве бумаги и бумажных продуктов, где указанный способ включает следующие стадии:

а) обеспечение поверхности, на которой формируют покрытие;

б) осаждение жертвенного материала на указанную поверхность управляемым способом так, чтобы контролировать протяженность указанного осаждаемого материала по х, y, z для создания предварительно заданного рисунка из капель;

в) осаждение материала на основе полимерной смолы на указанную поверхность, имеющую указанный жертвенный материал, для заполнения областей, в которых не содержится указанный жертвенный материал;

г) по меньшей мере частичное отверждение указанного материала на основе полимерной смолы, и

д) удаление жертвенного материала с указанной поверхности.

23. Способ по п.22, в котором указанный вал имеет внешнюю окружающую поверхность и указанная внешняя поверхность является поверхностью, на которую осаждают полимерную смолу.

24. Способ по п.22, в котором указанная поверхность включает основную подложку.

25. Способ по пп.22, 23 или 24, дополнительно включающий осаждение указанного материала на основе полимерной смолы на указанную поверхность в управляемом режиме для обеспечения равномерной толщины указанного материала на основе полимерной смолы и гладкой, макроскопически плоской поверхности.

26. Способ по пп.22, 23 или 24, дополнительно включающий осаждение указанной полимерной смолы на указанную поверхность в управляемом режиме для обеспечения неравномерной толщины указанного материала на основе полимерной смолы, которая является наибольшей в центре покрытия вала и постепенно уменьшается при удалении от центра так, что создается бомбированное покрытие вала.

27. Способ по п.22, в котором на стадии б) указанный предварительно заданный рисунок включает множество дискретных областей, расположенных в заранее определенном порядке.

28. Способ по п.22, в котором на стадии б) указанный предварительно заданный рисунок включает непрерывную сетку, определяющую множество дискретных открытых областей в заранее определенном порядке.

29. Способ по п.22, в котором на стадии б) указанный предварительно заданный рисунок включает полунепрерывную сетку.

30. Способ по п.24, в котором на стадии б) указанный жертвенный материал проникает в указанную основную подложку.

31. Способ по п.24, в котором на стадии б) указанный жертвенный материал образует слой равномерного или беспорядочного рисунка желаемой толщины на указанной основной подложке.

32. Способ по пп.22, в котором на стадии б) указанный жертвенный материал осаждают пьезоструйным форсуночным средством, управляемым компьютером.

33. Способ по п.32, в котором указанное пьезоструйное форсуночное средство включает множество пьезоструйных форсунок, расположенных в определенном порядке, каждая из которых отдельно управляется компьютером.

34. Способ по п.22, в котором указанный жертвенный материал является воском, удаляемым путем нагревания.

35. Способ по п.22, в котором указанный жертвенный материал является материалом, удаляемым растворителем.

36. Способ по п.22, в котором на стадии в) указанный материал на основе полимерной смолы образует на указанной поверхности слой желаемой толщины.

37. Способ по п.22, в котором указанный материал на основе полимерной смолы выбирают из группы, состоящей из

1) термоклеев и водоотверждаемых термоклеев,

2) двухкомпонентных реакционноспособных систем на основе уретанов и эпоксидных смол, и

3) фотополимерных композиций, состоящих из реакционноспособных акрилсодержащих мономеров и олигомеров, полученных на основе уретанов, сложных полиэфиров, полиэфиров и силиконов, и

4) латексов и дисперсий на водной основе и наполненных частицами составов, включающих акрилы и полиуретаны.

38. Способ по п.34, в котором указанную стадию удаления выполняют нагреванием.

39. Способ по п.35, в котором указанную стадию удаления выполняют путем воздействия подходящим растворителем.

40. Способ по п.22, в котором на стадии в) указанный материал на основе полимерной смолы осаждают на указанную поверхность с помощью совокупности объемных струйных форсунок.

41. Способ по п.22, в котором на стадии в) указанный материал на основе полимерной смолы осаждают на указанную поверхность с помощью совокупности пьезоструйных форсунок, посредством чего указанный материал на основе полимерной смолы осаждают каплями, имеющими средний диаметр 10 мкм или более.

42. Способ по п.22, в котором на стадии в) указанный материал на основе полимерной смолы осаждают напылением.

43. Способ по п.22, в котором на стадии в) указанный материал на основе полимерной смолы осаждают на указанной поверхности путем нанесения покрытия машиной шаберного типа или ракельного устройства.

44. Способ по п.33, в котором осаждают первый материал на основе полимерной смолы и также осаждают второй материал на основе полимерной смолы, который отличается от первого материала на основе полимерной смолы.

45. Способ по п.41, в котором указанный материал на основе полимерной смолы осаждают на указанную поверхность равномерным толстым слоем, имеющим плоскую поверхность.

46. Способ по п.41, в котором указанный материал на основе полимерной смолы осаждают на указанную поверхность неравномерным толстым слоем, имеющим поверхность с трехмерной структурой.

47. Способ по п.24, в котором указанную основную подложку выбирают из группы, состоящей из тканых, нетканых и вязанных материалов, содержащих нити, включающие моноволокна, крученые моноволокна, многонитевые волокна, крученые многонитевые волокна и штапельные волокна.

48. Способ по п.22, в котором жертвенный материал выбирают из группы, состоящей из сахаров, солей, поливинилового спирта, гликолей и полисахаридов, органических растворителей и растворимых в них материалов.

49. Способ по п.22, в котором указанные капли имеют средний диаметр 10 мкм или более.

50. Покрытие вала, применяемое на вале, используемом в производстве бумаги и бумажной продукции, причем указанное покрытие получают способом, включающим стадии:

а) обеспечение поверхности, на которой формируют покрытие вала,

б) осаждение материала на основе полимерной смолы на указанную поверхность регулируемым способом так, чтобы контролировать протяженность указанного осаждаемого материала по х, y, z для создания предварительно заданного рисунка из капель, и в) по меньшей мере, частичное отверждение указанного материала на основе полимерной смолы.

51. Покрытие вала по п.50, в котором указанная поверхность включает основную подложку.

52. Покрытие вала по п.50, дополнительно включающее осаждение указанной полимерной смолы на указанной поверхности в управляемом режиме для обеспечения равномерной толщины указанного материала на основе полимерной смолы и гладкой, макроскопически плоской поверхности.

53. Покрытие вала по п.50, дополнительно включающее осаждение указанного материала на основе полимерной смолы на указанной поверхности в управляемом режиме для обеспечения неравномерной толщины указанного материала на основе полимерной смолы, которая является наибольшей в центре покрытия вала и постепенно уменьшается при удалении от центра так, что создается бомбированное покрытие вала.

54. Покрытие вала по п.50, в котором на стадии б) указанный материал на основе полимерной смолы осажден пьезоструйным форсуночным средством, управляемым компьютером.

55. Покрытие вала по п.54, в котором указанное пьезоструйное форсуночное средство включает множество пьезоструйных форсунок, расположенных в определенном порядке, каждое из которых отдельно управляется компьютером.

56. Покрытие вала по п.51, в котором указанная основная подложка выбрана из группы, состоящей из тканых, нетканых и вязаных материалов, содержащих нити, включающие моноволокна, крученые моноволокна, многонитевые волокна, крученые многонитевые волокна и штапельные волокна.

57. Покрытие вала по п.50, в котором осажден первый материал на основе полимерной смолы и также осажден второй материал на основе полимерной смолы, который отличается от первого материала на основе полимерной смолы.

58. Покрытие вала по п.50, в котором указанные капли имеют средний диаметр 10 мкм или более.

59. Покрытие вала, применяемое на валах, используемых в производстве бумаги и бумажной продукции, причем указанное покрытие вала получено способом, включающим стадии:

а) обеспечение поверхности, на которой формируют покрытие,

б) осаждение жертвенного материала на указанную поверхность управляемым способом, так чтобы контролировать протяженность указанного осаждаемого материала по х, y, z для создания предварительно заданного рисунка из капель;

в) осаждение материала на основе полимерной смолы на указанную поверхность, имеющую указанный жертвенный материал для заполнения областей, в которых не содержится указанный жертвенный материал;

г) по меньшей мере частичное отверждение указанного материала на основе полимерной смолы, и

д) удаление жертвенного материала с указанной поверхности.

60. Покрытие вала по п.59, в котором указанная поверхность включает основную подложку.

61. Покрытие вала по п.59, дополнительно включающее осаждение указанного материала на основе полимерной смолы на указанной поверхности в управляемом режиме для обеспечения равномерной толщины указанного материала на основе полимерной смолы и гладкой, макроскопически плоской поверхности.

62. Покрытие вала по п.59, дополнительно включающее осаждение указанного материала на основе полимерной смолы на указанной поверхности в управляемом режиме для обеспечения неравномерной толщины указанного материала на основе полимерной смолы, которая является наибольшей в центре покрытия вала и постепенно уменьшается при удалении от центра так, что создается бомбированное покрытие вала.

63. Покрытие вала по п.60, в котором на стадии б) указанный жертвенный материал проникает в указанную основную подложку.

64. Покрытие вала по п.60, в котором на стадии б) указанный жертвенный материал образует слой желаемой толщины на указанной основной подложке.

65. Покрытие вала по п.59, в котором на стадии б) указанный жертвенный материал осажден пьезоструйным форсуночным средством, управляемым компьютером.

66. Покрытие вала по п.65, в котором указанное пьезоструйное форсуночное средство включает множество пьезоструйных форсунок, расположенных в определенном порядке, каждая из которых отдельно управляется компьютером.

67. Покрытие вала по п.60, в котором указанная основная подложка выбрана из группы, состоящей из тканых, нетканых и вязаных материалов, содержащих нити, включающие моноволокна, крученые моноволокна, многонитевые волокна, крученые многонитевые волокна и штапельные волокна.

68. Покрытие вала по п.59, в котором указанные капли имеют средний диаметр 10 мкм или более.

Описание изобретения к патенту

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к области бумажного производства, в частности к способу изготовления покрытия вала и к покрытию вала, используемого в бумагоделательных машинах и процессах. Изобретение касается придания покрытиям валов поверхностных свойств и функциональных возможностей.

Предпосылки изобретения

В некоторых областях бумажного производства на бумагоделательной машине используют прессовую отжимку, где формирующееся полотно бумаги контактирует с двумя различными поверхностями, прессовым материалом и одним из прессовых валов. Такие прессовые отжимки в прошлом включали пару противовращающихся стальных валов или стальной вал, взаимодействующий с противовращающимся гранитным валом или ему подобным.

Поскольку вал гладкий, при контакте с ним не возникает рисунка, или изменения топографии бумажного продукта. Вал также может иметь некоторые другие функции, такие как содействие гладкости бумаги, как в каландре. Вал также может быть прессовым валом. В случае прессового вала полотно контактирует с поверхностью вала на протяжении некоторого расстояния перед прессовой отжимкой, которая образуется двумя валами и обезвоживающей средой, такой как прессовый материал. Полотно бумаги также контактирует с поверхностью вала на некотором расстоянии после выхода из прессовой отжимки. Это расположение не только повышает гладкость бумаги, но позволяет быстро, легко и равномерно снимать полотно бумаги с поверхности вала. Если для отделения требуется слишком большое усилие, мокрое полотно бумаги слишком растягивается, теряет эластичность в продольном направлении и сужается. В экстремальных ситуациях полотно бумаги рвется или разрушается, если приложенное усилие превышает прочность связей между волокнами целлюлозы, которая формирует бумагу. Это вызывает потери при выработке бумаги и увеличивает расходы.

В некоторых применениях преимуществом является нанесение на вал прессовой отжимки покрытия для улучшения поверхностных характеристик получающегося в результате прессованного рулона. Хотя при изготовлении покрытий вала использовали различные резиновые смеси, при получении таких покрытий вала также очень успешно использовали полимерные материалы. Вышеуказанные полимерные материалы можно армировать тканым или нетканым материалом, и они могут включать один или несколько слоев.

Покрытия вала получают разнообразными способами, используя различные материалы, такие как резиноподобные материалы или металлические сплавы. Традиционные способы получения покрытий валов включают "наслаивание" поверх тела вала частей из неотвержденных матов из композиций, иногда с армированием из текстильных материалов. Это образует покрытие вала из нескольких частей, которое в конце концов термоотверждают для получения непрерывного покрытия. Это покрытие является грунтовым и может подвергаться другим стадиям поверхностной обработки. Другим способом, используемым для формирования покрытий валов, является спиральное накручивание полутвердой смолы на объект, с последующим отверждением и чистовой обработкой поверхности. Также на основу вала можно спирально накручивать стальные полосы, чтобы сформировать покрытие вала.

Еще одним способом является отливка или формовка системы смола-волокно на сердечник или тело вала, формируя композиционную систему. Другие покрытия могут быть сформированы из смесей смол (т.е. "сплавов" смол), металлов и смол, керамики и т.п. Покрытия на вал можно наносить с помощью термических способов нанесения, таких как электродуговое напыление, процесс образования порошка в пламени, высокоскоростное кислородное топливо (ВСКТ) и плазменное напыление (см., например, брошюру "Beloit Partner", стр.25, 1995 г). Первоначально электродуговое напыление использовали для покрытия или "плакирования" поверхности металлом или металлами. Параметры электродугового напыления можно изменять, чтобы обеспечить желаемые поверхностные свойства, такие как твердость, пористость, теплопроводность и прочность связи. Процессы порошкового пламенного напыления являются экономичной альтернативой нанесению покрытий с помощью плазменного напыления и могут использоваться там, где желательно иметь повышенное сопротивление коррозии и износу. Это полезно при нанесении антиадгезионных покрытий. В процессах плазменного нанесения используют высокие температуры и умеренные скорости распыления, чтобы получить широкий ряд покрытий. Американские сушильные барабаны, барабаны мотальных машин и цилиндры последующей сушки являются отличными примерами применения для этого процесса. Покрытия на основе ВСКТ наносят в процессе, использующем высокие скорости распыления, чтобы получить покрытия с необычными свойствами. ВСКТ распыление чрезвычайно плотное, а это означает, что нанесенное покрытие можно шлифовать до высокой степени гладкости. ВСКТ развивает возможность получения металлокерамических (керамика и металл) покрытий, которые сочетают твердость и низкую пористость керамики с упругостью металла.

В этом способе кислород и топливо смешивают в пистолете-распылителе ВСКТ. После соединения они воспламеняются с получением сверхзвуковой струи газа, перемещающейся со скоростями до 4830 км/ч при приблизительной температуре 2816°С. Уровень гладкости поверхности, которого можно достичь с помощью этого процесса, выше, чем для любого другого типа термического распыления или способов получения металла. К тому же покрытия ВСКТ могут приобретать различные свойства при распылении многокомпонентных порошков. Величины прочности связи покрытий ВСКТ также превосходны.

Поскольку валы, используемые в бумажном производстве, чрезвычайно тяжелые и очень длинные, они имеют тенденцию к прогибу в середине вала. Специалисты уравновешивают это с помощью бомбировки в центральной области вала, где диаметр вала может быть на 10,16-15,24 см (6-8 дюймов) больше, чем номинальный диаметр вала. Более того, чтобы гарантировать равномерное распределение нагрузки по длине вала, его концы сводят на конус. Обычно характерные черты бомбировки и сужения концов получают после нанесения покрытия на вал, обычно с помощью шлифовки, и другой обработки поверхности.

Было бы полезно разработать способ формирования покрытия вала, в котором предусматривались различия диаметра по длине вала во время нанесения покрывающего вал материала, таким образом, уменьшая или значительно снижая последующие стадии обработки, такие как шлифование, которые осуществляют после нанесения материала.

Традиционные стравливающие валы включают природный гранит. Гранит обладает очень хорошими свойствами в отношении съема полотна, сопротивления химическому воздействию, сопротивления износу от скребков и может работать длительные периоды времени между шлифованием. Однако он не может работать при высокой нагрузке захвата, чувствителен к температуре, и его можно вновь шлифовать ограниченное число раз до того, как весь валок необходимо заменять. Из-за естественно существующих дефектов в граните и опасности катастрофического отказа сейчас покрытия валов содержат композиционные покрытия или покрытия из сплавов с гетерогенной смесью материалов, которые формируют в покрытие. Благодаря своей гетерогенной природе, оно позволяет легко снимать полотно с усилиями, достаточно низкими для того, чтобы избежать разрыва полотна. Для формирования покрытия валов с хорошим отделением также используют дорогую керамику. Такое смешивание и способ нанесения предполагает относительно равномерную дисперсность материалов. Однако это не предсказуемо, и два покрытия валов из одинаковой смеси, следовательно, не "в точности" похожи.

Многие из этих покрытий имеют реакционноспособные (т.е. функциональные) поверхности, что удовлетворяет желаемому свойству, такому как улучшение снятия полотна. Рассмотрим, например, патент США №6136157. Снятие полотна является свойством существенной важности для производителя бумаги, так как существует тенденция для мокрого полотна бумаги следовать из прессовой отжимки по гладкой или влажной поверхности, которой обычно является покрытие вала. Полотно влажной бумаги будет следовать по покрытию вала на расстоянии, равном части окружности покрытия вала, по мере выхода из отжимки. Полотно буквально стаскивается с поверхности вала, потому что следующую нижерасположенную позицию продвигают при более высокой скорости. По мере увеличения скорости требуемые усилия становятся значительными.

Когда покрытие вала должно обеспечить желаемое свойство, такое как снятие бумаги, важно, чтобы оно было нанесено равномерно. Следует понимать, что по меньшей мере в некоторых из упомянутых выше технических приемов нанесение может быть неравномерным, так что необходимо выполнять операции чистовой обработки, такие как шлифование поверхности.

Там, где прессовая отжимка устроена так, что полотно бумаги контактирует с двумя различными поверхностями, т.е. прессовым материалом и одним из прессовых валов, характеристики поверхности покрытия вала можно использовать, чтобы производить тиснение на образующемся полотне бумаги. Так, можно сформировать на покрытии вала рисунок, высота, ширина и длина которого при контакте с формируемым полотном бумаги при высоком давлении передаются полотну бумаги в виде рисунка. Часто в прессовой отжимке на вал или валы имеют рисунок или отверстия с целью регулирования воды. В этой связи внешнюю поверхность вала можно сверлить или протачивать, чтобы способствовать удалению воды по каналам из прессовой отжимки. К тому же, покрытия валов использовали при каландрировании рулона после пресса.

Способы формирования рисунка на поверхностях описаны в уровне техники. Например, в патенте США №4312009 описывается устройство для выпускания капель чернил на материал, чтобы отпечатать рисунок. Для создания рисунка на материале используют пластину с дырками. Рисунок определяется расположением дырок на пластине.

В патенте США №4383495 описывается аппарат для нанесения покрытий на подложку. В дырки подложки вставляют штифты и наносят на поверхность подложки чернила. После удаления штифтов с подложки чернила впитываются в покрытие подложки и стенки.

В патенте США №5135515 описывается трехмерное изделие, полученное наслоением капель из двух различных материалов. Первый материал образует изделие. Второй материал обеспечивает основу, которая впоследствии удаляется.

В патенте США №5733608 описывается система для покрытия подложки. Подложка проходит через устройство для нанесения покрытия, где на нее наносят покрытие и несущий слой. Затем несущий слой удаляют, оставляя только слой покрытия.

В патенте США №5817374 описывается способ получения изделий с рисунком, полученным с помощью осаждения частиц на поверхность. Частицы осаждают на поверхность через экран, шаблон или трафарет. Расположение дырок в экране, шаблоне или трафарете определяет получающийся рисунок.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к способу изготовления покрытия вала, в котором по меньшей мере один материал наносят на поверхность тела вала непосредственно, или на армирование из текстильного материала, которое определяется подложкой или основной материей. В первом исполнении один единственный материал наносят как текучую фазу, доставляемую с помощью форсунки, контролируемой компьютером, или форсунок пьезоструйного типа. Равномерное покрытие материала наносят на тело вала, и после закрепления материала, такого как с помощью охлаждения, отверждения или другими способами, на поверхности вала формируют гладкое и постоянное покрытие. Можно предусмотреть различие в диаметре тела вала по его длине, варьируя количество наносимого материала. В другом исполнении, по меньшей мере, два материала наносят в текучей фазе на поверхность вала. Первый материал может быть жертвенным, удаляемым первичным материалом, который наносят на поверхность покрытия вала в виде выбранного заранее рисунка с помощью форсунки, контролируемой компьютером, или пьезоструйной форсунки(нок), чтобы создать шаблон. После нанесения жертвенного материала на поверхность валов внутри пространства или в пространство, не заполненное жертвенной смолой, наносят второй материал, такой как функциональная полимерная смола, также с помощью форсунки, контролируемой компьютером, которая также может быть средством пьезоструйного типа, или с помощью других подходящих средств. Жертвенный материал может быть воском или водорастворимым материалом, или некоторым другим материалом, который легко удаляют после наложения второго материала. В случае воска или водорастворимых материалов их можно удалить при нагревании или погружении в воду. В третьем исполнении наносимый материал получают с помощью контролируемой компьютером форсунки или форсунок периодически, слой за слоем, чтобы получить желаемый рисунок требуемой толщины. В этом исполнении жертвенный материал не используют. В четвертом исполнении два или более чем два материала наносят так, как во втором исполнении, но вместо нанесения в качестве первого материала жертвенного материала наносят другой функциональный материал. В этом способе покрытие вала можно формировать из двух и более различных материалов, каждый из которых придает различные свойства. Например, можно придать покрытию валов гидрофобные и гидрофильные свойства в отдельных областях.

Этот способ формирования покрытия вала in situ обеспечивает преимущества по сравнению с известными способами. Множество материалов можно наносить по отдельности, чтобы создать изолированные области различных материалов, которые можно использовать для локализации желаемого функционального свойства. Можно создать рифленую поверхность покрытия, или поверхность может иметь рисунок, чтобы получить тисненную салфетку, полотенце или бумажные/картонные изделия и тисненные нетканые изделия. По настоящему изобретению смолу можно селективно, с высоким разрешением, расположить внутри трехмерной матрицы покрытия, регулируя, таким образом, функциональные возможности.

Подробное описание предпочтительного исполнения

Покрытие вала можно формировать непосредственно на теле самого вала или можно включить основную подложку, которая может быть любой традиционной основной подложкой вала, известной в технике, включая тканую, нетканую или вязанную материи, включающие нити любой разновидности, такие как моноволокна, крученые моноволокна, многонитевые, крученые многонитевые волокна или штапельные волокна. Для удобства в описании обоих методов здесь будет использоваться термин основа покрытия вала. Покрытия валов по настоящему изобретению можно получать, используя устройства, аналогичные описанным в патентах США №5506607 и 5740051, названных, соответственно, "Изготовитель трехмерной модели" и "Изготовление трехмерной модели", раскрытие которых включено здесь в качестве ссылки. Устройство для настоящего изобретения имеет (А) поддерживающее средство для поддерживания вала во время изготовления покрытия; (Б) средства пьезоструйного типа с изменяемым размером капель или другие средства для выталкивания или осаждения смолы или другого материала на основу покрытия вала: (1) первый материал, и если желательно, (2) второй материал; (В) средства крепления средств струйного типа с изменяемым размером капель для одновременного перемещения по меньшей мере в двух направлениях в X-Y-Z системе координат относительно поверхности вала и (Г) средства управления для регулировки перемещений в направлениях X, Y и Z и регулировки выталкивания или осаждения первого и второго материалов из средства с изменяемым размером капель. Устройство также будет требовать (Д) средств удаления первого материала в одном из описанных исполнений, если желательно, и возможно (Е) средств отверждения второго материала.

В настоящем изобретении можно использовать пьезоструйную форсунку с изменяемым размером капель, раскрытую в патенте США №5506607. Конечно, для осаждения материала можно использовать другие средства, если это целесообразно, причем пьезоструйная технология является иллюстрацией реализации настоящего изобретения на практике.

Использовать ли одну струйную форсунку либо множество струйных форсунок является предметом выбора опытного специалиста. Однако предпочтительно использовать множество струй. На практике можно использовать совокупность 256 пьезоструй или больше, если позволяет технология. Струйные форсунки можно располагать параллельно или ступенчатым рельефом относительно покрытия вала или в направлении, перпендикулярном направлению обработки бумагоделательной машины.

Устраняемой или жертвенной смолой по настоящему изобретению является любой материал, который прилипает к основе покрытия вала и удаляется позднее, т.е. после того, как второй материал нанесут по рисунку и он затвердеет. Ранее упомянутые два материала в этом описании являются восками и водорастворимыми материалами, такими как водорастворимые смолы. Подходящие растворимые материалы в растворе включают водорастворимые материалы, такие как сахара, соли, поливиниловый спирт, гликоли и полисахариды. Раствор также может быть на основе органических растворителей и растворимых в них материалов, таких как поликарбонаты в хлороформе или ацетоне.

Второй материал должен оставаться на валке во время его использования. Второй материал придает поверхностные характеристики покрытию вала, такие как рисунок или выемки, которые являются трехмерными, и/или может также придавать функциональные свойства, такие как улучшенное снятие полотна. К материалам, которые можно использовать в качестве второго материала, относятся фотополимеры, отверждаемые под воздействием ультрафиолетового излучения, такие как реакционно-способные акрилсодержащие мономеры и олигомеры, полученные на основе уретанов, сложных полиэфиров, полиэфиров и силиконов; латексы на водной основе и дисперсии и наполненные частицами составы, включающие акрилы и полиуретаны; наполненные латексы, двухкомпонентные системы, которые реагируют в присутствии друг друга, такие как эпоксидные смолы и уретаны; термоклеи и влагоотверждаемые термоклеи. Эти материалы должны быть способны выдерживать вращательные и/или сжимающие усилия, которым подвергается покрытие вала в своей рабочей среде, так же как и противостоять разрушению вследствие каких-либо гистерезисных явлений, воздействия нагрева, влаги, химических веществ для обеспечения эффективного по затратам срока службы.

Для придания функциональных свойств покрытию вала можно выбрать второй материал. Например, подходящую смолу-носитель можно выбрать для удерживания наполнителя или т.п. Наполнителем может быть слюда, которая при нанесении на покрытие вала придает некоторую гидрофобность и микрошероховатость, что может быть желательным. В этой связи приводят ссылку на патент США №6136151, названный "Ленточный пресс и покрытие прессового вала в бумажном производстве", раскрытие которого приведено здесь с помощью ссылки, и который обеспечивает подобные особенности покрытия вала. Представляется, что покрытие вала такого типа и других типов можно изготовить в соответствии с этим изобретением.

Также можно осадить третий материал. Третий материал можно нанести в местах, где не наносили первый и второй материалы. Третий материал может не содержать наполнителя, или содержать меньшее количество наполнителя, чем второй материал, чтобы обеспечить варьируемую степень микрошероховатости и гидрофобности.

Другие макроскопически гладкие валы, которые имеют покрытия, можно использовать в качестве валов, поддерживающих бумагу, или валов, поддерживающих материал, иными словами, в местах, отличных от прессовой отжимки. В этих положениях снятие полотна не настолько важно как долговечность покрытия. Для таких типов валов можно было бы выбирать функциональную смолу, которая повышает долговечность.

Из этого описания очевидно, что гладкое одинарное покрытие вала можно получить, используя один единственный материал, такой как один из вышеописанных вторых материалов, или их сочетание при отсутствии удаляемого первого материала. При этом гладкую поверхность покрытия вала можно было бы постепенно создавать, слой за слоем, предпочтительно путем осаждения капель, имеющих диаметр 10 мкм или более. Путем регулирования пьезоструйных форсунок с изменяемым размером капель относительно большее количество материала (или может быть случай, что меньшее) можно наносить в желаемой области покрытия вала регулируемым образом с регулируемой геометрией в трех плоскостях (X, Y и Z). Это допускает создание бомбировки, образуемой как часть покрытия вала, и формирование других изменений диаметра покрытия вала вдоль поперечного обработке направления длины вала. При этом техническом приеме стадии обработки после нанесения, такие как шлифовка, устраняются, или существенно снижается время обработки после нанесения.

Во втором исполнении первый удаляемый материал, такой как, например, водорастворимый материал, осаждают на основу покрытия вала в виде предварительно заданного рисунка. Материал осаждают при помощи пьезострйных форсунок, регулируемых компьютером. Форсунки регулируют так, что материал осаждается только на предварительно выбранные места, в соответствии с предварительно выбранными длиной, шириной и высотой (X, Y и Z протяженность или направления), образуя трехмерный рисунок. После того как первый материал затвердеет, осаждают второй материал в виде предварительно заданного рисунка. Второй материал, такой как отверждаемая с помощью УФ-излучения фотополимерная смола, осаждают с помощью регулируемых компьютером форсунок, или другими средствами, подходящими для цели, такими как объемные форсунки, нанесение покрытия машиной шаберного типа или ракельным устройством, так как его можно наносить менее точным способом, чем жертвенный материал. Если нанесение проводят с помощью форсунок, их также можно регулировать так, что материал осаждается только на предварительно выбранные места, в соответствии с предварительно выбранной протяженностью длины, ширины и глубины, образующими трехмерный рисунок. Путем регулировки форсунок второй материал осаждают только на те места, где отсутствует первый материал.

После нанесения второго материала его можно подвергнуть стадии отверждения, которая в этом случае представляет собой воздействие УФ-излучения. После отверждения первый материал удаляют, что осуществляют при погружении в воду, распылении или другими подходящими способами. Затем покрытие вала подвергают чистовой обработке в соответствии с хорошо известными операциями. Этот способ дает покрытие вала, имеющее узорчатый слой трехмерной смолы.

Типы валов, описанные в этом исполнении, могут иметь рисунок на поверхности вала. В прессовой части покрытия, имеющие узорчатую конструкцию, включают всасывающие валы, где через все покрытие высверливают рисунок из отверстий, чтобы через них протекала текучая среда (вода и воздух); просверливают глухие отверстия, когда отверстия похожи на всасывающие отверстия, но только частично проникают в толщину покрытия для временного хранения текучей среды; и прорезают, когда на поверхности покрытия вырезают круговые каналы с повторяющимся узором, также чтобы улучшить удерживание жидкости. Эти валы также находятся в прессовой отижмке, образованной другим валом или плитой. Они всегда находятся внутри прессового материала, который удерживает мокрую бумагу от непосредственного контакта с этими валами. Иначе может происходить нежелательное загрязнение или локализированный разрыв бумаги, приводя к потере в выработке бумаги.

В третьем исполнении настоящего изобретения жертвенный материал не используют. В этом случае материал, который может быть полимерной смолой, осаждают на основную подложку покрытия вала в виде предварительно заданного рисунка. Если используется основная подложка, материал на основе полимерной смолы проникает в основную подложку, и когда это желательно, образует слой желаемой толщины выше, в виде предварительно заданного рисунка. Рисунок может быть непрерывной сетью, простирающейся по существу в оба направления основной подложки и определяющей набор дискретных открытых зон, которые должны быть окончательными местами соответствующего набора дискретных отверстий в получаемом покрытии или на поверхности основной подложки. Дискретная открытая зона может образовывать контуры или другие изображения желаемого рисунка.

Альтернативно материал можно осаждать в виде полунепрерывной сетки, например полунепрерывного рисунка, простирающегося по существу по основной подложке линейно, таким образом формируя линии, которые в основном параллельны и равномерно отделены одна от другой. Такие линии могут быть прямыми, изогнутыми, зигзагообразными или иметь другой рисунок. В общем, полунепрерывная сетка включает прямые или изогнутые линии, или линии, имеющие как прямые, так и искривленные участки, которые отделены друг от друга и не пересекают друг друга.

В таких случаях материал пропитывает основную подложку и, если желательно, поднимается до предварительно определенной высоты над поверхностью основной подложки в местах, где его осаждают. Как таковой материал может быть в конце концов расположен полностью внутри плоской поверхности или выше плоской поверхности основной подложки.

Далее, в четвертом исполнении можно использовать пьезоструйные форсунки для осаждения одного материала на основе полимерной смолы в одно время и другого материала на основе полимерной смолы в другое время, чтобы получить поверхность, имеющую микроучастки из более чем одного типа материала на основе полимерной смолы. Если используют совокупность пьезоструйных форсунок, некоторые форсунки могут подавать один материал, в то время как другие одновременно предоставляют другой материал. Этим способом можно сформировать покрытие вала из двух (или более) различных материалов, которые придают различные свойства (например, гидрофильные и гидрофобные области).

Другим топографическим покрытием вала является такое, которое имеет топографию, предназначенную для переноса на полотно бумаги во время какой-либо части процесса производства бумаги. Изготавливать такие валы для тиснения очень дорого. Их можно обнаружить в сушилке или в секциях чистовой обработки бумагоделательной машины. В некоторых примерах эти валы можно обнаружить в секции формования бумагоделательной машины, где их используют в качестве валов-ровнителей для создания на полотне желаемых водяных знаков. Они даже могут находится в автономной области или на отдельной операции каландрирования. Эти валы для тиснения используют, чтобы получить художественный картон, оберточную бумагу, пригласительные карты, салфетки и полотенца. Их также используют для получения узорчатых нетканых материалов, таких как наружные слои пеленок и гигиенических прокладок и т.п. Настоящее изобретение можно использовать для получения покрытий таких валков.

Как сказано выше, материал можно наносить с помощью пьезострйной форсунки или форсунок, каждая из которых управляется компьютером, или с помощью других подходящих для цели средств.

Для создания рисунка материал осаждают последовательно, слой за слоем, чтобы получить желаемое количество и/или форму, в виде маленьких капель, имеющих номинальный диаметр, предпочтительно 10 мкм или более, такой как 50 мкм или 100 мкм.

Степень точности струи при осаждении материала будет зависеть от размеров и формы формируемой структуры. Тип используемой струи и вязкость наносимого материала также будут влиять на точность выбранной выпускаемой струи.

В настоящем изобретении, в котором используют пьезоструйную форсунку или форсунки для осаждения материала на основе полимерной смолы на выбранные зоны или внутри выбранных областей поверхности подложки, выбор материала на основе полимерной смолы ограничивается требованием, чтобы его вязкость была 100 сПз или менее в момент подачи, т.е. когда материал на основе полимерной смолы находится в форсунке в виде пьезоструи, готовой к осаждению, так что отдельные пьезоструи могут обеспечить осаждение материала на основе полимерной смолы с постоянной скоростью подачи капель.

В этом отношении вязкость жертвенного материала в месте подачи в сочетании с размером струи определяют размер и форму капель, образуемых на вале (или основной подложке) и со временем, в конце концов, достижение четкости рисунка. Вторым требованием, ограничивающим выбор материала на основе полимерной смолы, является то, что он должен частично затвердевать во время своего падения в виде капли от пьезоструи на основу покрытия вала или после того, как он падает на нее, чтобы предотвратить растекание материала на основе полимерной смолы и поддерживать контроль над материалом на основе полимерной смолы в направлениях х, у, z, чтобы гарантировать его осаждение в виде желаемого рисунка. Подходящими полимерными смолами, которые удовлетворяют этим критериям, являются:

1. термоклеи и водоотверждаемые термоклеи;

2. двухкомпонентные реакционно-способные системы на основе уретанов и эпоксидных смол;

3. фотополимерные композиции, состоящие из реакционно-способных акрилсодержащих мономеров и олигомеров, полученных на основе уретанов, сложных полиэфиров, полиэфиров и силиконов и;

4. латексы и дисперсии на водной основе и наполненные частицами составы, включающие акрилы и полиуретаны.

Как отмечено выше, пьезоструйные форсунки способны подавать материалы на основе полимерной смолы в форме очень маленьких капель, имеющих средний диаметр 10 мкм или более, до тех пор, пока вязкость материала составляет менее 100 сПз. Более того, с помощью пьезоструйных форсунок можно осаждать материал на основе полимерной смолы с высокой точностью нанесения одного слоя единовременно в виде повторяющегося рисунка или наслоения, чтобы регулировать высоту или глубину (направление или протяженность по z) осаждаемого материала, что позволяет избегнуть шлифовки поверхности сформированного слоя для достижения желаемой толщины (или бомбировки) и дает возможность любому обычному специалисту регулировать геометрию материала на основе полимерной смолы в направлении z. С помощью пьезоструйных форсунок можно осаждать материал на основе полимерной смолы с такой точностью, что поверхность будет гладкой и не потребуется шлифовки или, альтернативно, поверхность будет иметь некоторую предварительно заданную трехмерную структуру.

Отметим, что рисунок может быть беспорядочным, повторяющимся беспорядочным узором или таким, который повторяется от покрытия к покрытию для контроля качества.

Хотя здесь подробно раскрыты и описаны предпочтительные исполнения, их границы не следует ограничивать, и варьирование возможно в пределах сущности и объема приложенной формулы изобретения.