專利名稱：木材的纖維分離裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如所附權(quán)禾腰求1前序部分所述的用于對7^才進(jìn)行機(jī)械纖 維分離的裝置，包括處理木材原料并松散纖維的纖維分離表面，所述纖維分 離表面包括附加于金屬基面上的研磨砂礫。本發(fā)明還涉及一種方法，用移動的 纖維分離表面來處理木材原料并松散纖維，纖維分離表面形成于金屬基面上且 和木材接觸。
背景M
7|^才的機(jī)械纖維分離是 ;研:磨或者精練來實(shí)現(xiàn)的。兩種方法都是基于通
過壓力脈沖來揉搓木材原料和把纖維彼此機(jī)械地纖維分離。蘊(yùn)含在所述工藝后
面的思想在于制備木材原料使得隨后纖維的彼此機(jī)械分離可以制造出適合造 紙的漿，而不僅是彼此分離的木材纖維。與本發(fā)明相關(guān)的研磨戰(zhàn)呈中，戰(zhàn)的 系列動作是通過以橫向方向?qū)⒛静脑緣嚎啃D(zhuǎn)圓柱形磨石，從而保持木材原 木縱向平行于磨石的軸線而進(jìn)行的。研磨部段附于磨石的表面上，所述部段由 耐磨的研磨砂礫組成。所述部段的研磨顆粒典型的形成一個(gè)不規(guī)則的三維纖維 分離表面。在所述表面的圓周方向，由于研磨砂礫的隨機(jī)位置弓跑的高度差異 在木材原料上產(chǎn)生壓力脈沖。壓力脈沖在木材原料上弓胞變形和發(fā)熱，因此導(dǎo) 致木材原料變軟。研磨砂礫和木材之間的摩擦將纖維與木材原料表面松散開。 此機(jī)械纖維分離方法最大的缺陷是由于大量的發(fā)熱造成的高能耗。另一，點(diǎn) 是研磨表面的性能，例如研磨砂礫之間的距離在所述三維結(jié)構(gòu)中不能精確地控 制。第三，在這種結(jié)構(gòu)中，所有研磨砂爍具有相似特性，不能彼此獨(dú)立地影響 由砂爍產(chǎn)生的壓力脈沖以及對纖維的松散。用來纖維分離木材的磨石的示例公
開在如美國專利US2769286中和芬蘭專利FI68268中，芬蘭專利FI68268和加 拿大專利CA1267293是同族專利。
美國專利US3153511公開了一架置，其纖維分離表面具有預(yù)定尺寸的且處 于一定間隔的凸起。所述裝置可以是-種旋轉(zhuǎn)圓柱形部件，其中研磨表面由在旋轉(zhuǎn)方向相繼定位且借助于隔離物相互分開的扇面組成。該公開文件沒有討論 研磨表面的制造，且只涉及金屬或耐磨塑料作為該工具的制造材料。該裝置的
實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在文章Atac、 D.和May， W.D., 1962, Mechanical pulping studies with a model steel wheel, Pulp and Paper Magazine of Canada Vol. 63:1， T10-T20. (D 阿泰克和W D 美，1962，基于-4R輪模型的機(jī)械制漿研究，加拿大 雜志《漿及紙》，巻63: 1， T10-T20)。根據(jù)這些結(jié)果，所述裝置不起作用，因 為研磨表面是由完全光滑的金屬凸起組成，其只能產(chǎn)生加熱木材的效果。
公開文獻(xiàn)FI-98148,其和美閨專利US624169同族，公開了一種方法，該 方法比在工業(yè)中使用的傳統(tǒng)方法更有效地利用能量，因?yàn)榇朔椒ㄔ谀芰哭D(zhuǎn)變?yōu)?熱量之前，利用盡可能多的能量來破裂木材原料結(jié)構(gòu)。本方法在圓周方向上利 用波形形狀的纖維分離表面和規(guī)則的纖維分離表面。適用于工業(yè)規(guī)模的這種纖 維分離表面的制造是一個(gè)挑戰(zhàn)，例如由于精確加工或波形金屬表面的形成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種裝置，借助于該裝置，肖,由原木制得適合造紙 的纖維漿，并通過精確控制的纖維分離過程而使用盡可能少的肖遣。本發(fā)明的 目標(biāo)是纖維分離表面，借助于此，不僅能夠控制由纖維分離過程產(chǎn)生的壓力脈 沖的振幅和頻率，而且能夠控制壓力脈沖在纖維的縱向上對纖維的影響。為達(dá) 到這個(gè)目的，根據(jù)本發(fā)明的裝置的主要特征在于，附于金屬基面的研磨砂礫以 預(yù)定的間隔定位在基面上，從而形成規(guī)則的纖維分離表面。
本發(fā)明基于這樣的理念，對木材原料的纖維分離ffi31使用規(guī)則的二維纖維 分離表面取代傳統(tǒng)的隨機(jī)三維表面進(jìn)行。研磨砂礫在預(yù)定位置規(guī)則地定位在纖 維分離表面上，其中，纖維分離過程中形成的壓力脈沖的振幅和頻率可以得到 控制。此外，研磨砂礫在纖維方向的定位使得能夠沿著纖維的縱向方向以期望 的方式引導(dǎo)壓力脈沖，其中在纖維中產(chǎn)生受控的局部變形。在纖維分離表面上 的研磨砂礫的頻率決定砂礫在木材原料中的穿透性，這樣同樣調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的壓 力脈沖的振幅。研磨砂礫之間的距離越長，砂礫侵入7M^就越大，由它們產(chǎn)生 的壓力脈沖就越強(qiáng)。借助于砂礫之間的距離，可以調(diào)節(jié)在旋轉(zhuǎn)方向上的壓力脈 沖的頻率。壓力脈沖的頻率同樣也可以受磨石的圓周 影響。
根據(jù)本發(fā)明，在纖維分離表面上的砂砑、按照如下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以預(yù)定的圖案定
5位在基面上
-砂礫中心彼此之間的距離平均是砂礫直徑的1到5倍， -砂礫按行排列，
i于一行中的砂礫的中心彼jifct間在纖維方向上的距離是砂爍直徑的1到 5倍，
，礫行的中心彼lfet間在纖維分離表面的移動方向上(圓周旋轉(zhuǎn)的方向) 的距離是砂爍直徑的1到5倍，
-相鄰砂礫行(在纖維分離表面的移動方向上.相繼)定位成使得不同行之間 的砂礫中心在纖維方向上附扁移足砂躒直徑的O.l到1.0倍。
當(dāng)砂礫盡可能相互遠(yuǎn)他定位時(shí)，纖維經(jīng)歷更大的變形并且施加在纖維上的 揉搓也更大，從能耗率角度來看這是有利的。此外，當(dāng)引導(dǎo)到單個(gè)纖維上的壓 力脈沖彼次相距甚遠(yuǎn)以致壓力脈沖的影響趨于不相遇時(shí)，就會在纖維上產(chǎn)生盡 可能顯著的變形。從纖維的揉搓和能耗率的角度來看這是有利的。通過砂礫在 纖維方向的布置，肖&夠影響這些特性。
根據(jù)本發(fā)明，附于纖維分離表面的研磨砂礫主要是圓形顆粒，且在纖維分 離表面上至少80%的砂礫的頂點(diǎn)基本上是相同的高度，由此形成了平坦的二維
纖維分離表面，從而，基本上所有的研磨砂礫在纖維分離過程中都和^^才原料 相接觸。因此，與相對于待纖維分離的木材研磨砂礫高度各有不同的三維方案 相比，研磨砂礫基本上施加相同的壓力脈沖在木材上。因此，有可能利用根據(jù) 本發(fā)明的研磨表面，M增加施加在W才原料i:.的進(jìn)給力來提高研磨砂礫產(chǎn)生
的壓力脈沖的平均水平，因?yàn)樵黾拥牧骄植荚谒醒心ド暗[上。由于機(jī) 械纖維分離的能耗率依賴于纖維分離壓力脈沖的強(qiáng)度，如此大壓力脈沖的方式 比小脈沖的方式更有利，當(dāng)與使用隨機(jī)定位不規(guī)貝u形狀的砂礫的傳統(tǒng)纖維分離 方法(所述砂礫形成三維結(jié)構(gòu)，其中只有-鄰分砂礫與木材原料相接觸)相比 較，其能耗率顯著的減少。在所述傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，增加木材原料的研磨功率會導(dǎo) 致處于三維結(jié)構(gòu)的最高點(diǎn)處的纖維斷裂。同時(shí)，處于三維研磨材料的低處位置 的砂礫只能在木材原料上施加小的壓力脈沖。上述壓力脈沖只執(zhí)行很少的對木 材纖維分離來說是必要的纖維揉搓或松散，并且由脈沖導(dǎo)致的纖維變形大多是 可逆的而且會導(dǎo)致額外的能耗率和發(fā)熱。
纖維分離表面有禾鵬由獨(dú)立的相鄰布置的部段(其分布有上述的研磨砂礫)
6形成。纖維分離表面也可以例如直接在金屬圓柱體表面上形成。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，兩巾不同糊犬的研磨砂礫位于纖維分離基面上， 要么在不同的部段中要么在不同的行中。至少一種所述的砂礫形狀是多面體。 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例， 一些砂礫是圓形珠型陶 粒，借助其可以產(chǎn)生用來軟 化木材結(jié)構(gòu)的壓力；并且其它的砂鑠基本上是傳統(tǒng)的略圓形多面體，借助其可 以將纖維與木材表面松散開并將纖維相互松散開。在纖維分離表面的移動方向 上(圓周旋轉(zhuǎn)方向)，所述由不同類型的砂礫組成的部段或研磨砂礫行以相繼 的區(qū)域在基面上交替。
借助于本發(fā)明可取得一^tt點(diǎn)。由于纖維分離表面的規(guī)則二維結(jié)構(gòu)，根據(jù) 本發(fā)明的裝置運(yùn)用能量比現(xiàn)有技術(shù)更有效。此外，由于使用圓形珠狀砂礫，生 產(chǎn)的纖維原料的纖維長度比使用傳統(tǒng)生產(chǎn)方法時(shí)更長，因?yàn)閳A形研磨砂、礫不會 斷裂纖維，從而纖維漿的工作特性更好。砂礫的按行定位以及各行彼此間的相 對偏移，可以被用來控制引導(dǎo)給纖維的揉搓力，這同樣影響纖維漿的纖維長度。 借助于相繼地定位由不同類型砂礫形成的研磨部段和砂礫行，能夠控制對纖維 的松散，以達(dá)到期望的結(jié)果，如所生產(chǎn)的纖維漿的纖維長度和纖維的碎裂質(zhì)量。 皿過使得不同類型的部段或砂礫行相對于彼此的數(shù)目進(jìn)行變化來實(shí)現(xiàn)。有利 的是，研磨砂爍的多面體糊犬主要是略圓形多面體且它們沒有刀狀撕鵬緣。
本發(fā)明另-一個(gè)目的是提供- 種用于對:^才進(jìn)行機(jī)械纖維分離的方法，借助
其可以使得引導(dǎo)給木材的壓力脈沖變得規(guī)則。根據(jù)本發(fā)明的方法/AJlM砂礫的 定位獲得這^1尤點(diǎn)。
如下，本發(fā)明參考附圖進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中

圖1顯示帶有雙室的磨床；
圖2顯示包括陶瓷部段的金屬體磨石，其中研磨砂礫形成不規(guī)則三維結(jié)構(gòu); 圖3顯示金屬體磨石的側(cè)視圖； 圖4a和圖4b顯示根據(jù)本發(fā)明的纖維分離表面； 圖5顯示根據(jù)本發(fā)明具有不同類型研磨砂礫的纖維分離表面； 圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的纖維分離表面，不同類型研磨砂礫定位在纖維分離 表面的不同的部段上；圖7顯示與游離度相關(guān)的能耗率； 圖8顯示與f嫩率相關(guān)的拉伸指數(shù)； 圖9顯示與纖維漿密度相關(guān)的拉伸指數(shù)； 圖IO顯示與游離度相關(guān)的生產(chǎn)速度；
圖11至14顯示能運(yùn)用到本發(fā)明的不同類型的研磨砂礫的示例。
具體實(shí)施例方式
圖l顯示一種磨具，借助于磨具，借助于旋轉(zhuǎn)磨石22從木材原木21或相
應(yīng)的:^才原料上分離纖維。從而，進(jìn)給組件(如進(jìn)給滾筒)將木材原木21腿 給軸24壓靠到磨石22的外表面上。同時(shí)通過噴嘴將水供應(yīng)到研磨腔室25。從 :W^才原木上釋放的纖維和噴射的水積聚在位于研磨腔室的下部的收集空間27 ， 它們將被實(shí)施下- 步的處理 、"磨具對本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的，在文中不 用更詳細(xì)地描述其結(jié)構(gòu)和功能。對應(yīng)于如圖1所示的布置能在本發(fā)明中應(yīng)用， 不同的是和7W接觸的纖維分離表面具有新穎的結(jié)構(gòu)。
圖2以簡化方式顯示了現(xiàn)有技術(shù)中的磨石22，其繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)。磨石22 有利地包括類金屬圓柱體IO，在其外圓周上的各個(gè)研磨部段ll彼此相鄰定位， 研磨部段ll通常由陶瓷、適當(dāng)?shù)奶沾苫旌衔锘蛳鄳?yīng)的材料制成。這樣，這些部 段形成加工木材的磨石的研磨表面，即纖維分離表面。放大的圖顯示了根據(jù)現(xiàn) 有技術(shù)的三維結(jié)構(gòu)，其中，氣孔12保持在通過粘合劑13彼此結(jié)合的研磨砂礫 之間。圖3顯示了同樣的磨石的側(cè)視閣。磨石22的旋轉(zhuǎn)軸以附圖標(biāo)記9標(biāo)。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置的纖維分離表面的結(jié)構(gòu)中，壓力脈沖的頻率和振幅控 偉提基于研磨砂礫規(guī)則地定位于纖維分離表面上這樣--個(gè)事實(shí)?；谝陨吓?的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，圖4a和4b顯示了研磨砂礫I在纖維分離表面上的定位。盡管砂 礫l在圖中以圓形標(biāo)記，但是其糊犬可以不同，這將在下文中闡述。
可以認(rèn)為砂礫1在纖維分離表向'形成二維的規(guī)則圖案。所述圖案由砂&封亍 形成，該砂礫、行基本上垂直于該表面的移動方向8延伸，且在該表面的該移動 方向上相互接續(xù)。
研磨砂礫l以這樣地方式定位在基面2匕即，使得它們在纖維方向7上 形成行。在纖維方向7 .匕研磨砂礫1的中心之間的距離3是砂礫直徑的1到5 倍，有利的是砂礫1直徑的1.5到4倍和最有利的是2到3倍。當(dāng)砂礫直徑是250到1250微米的間隔定位，有利的是以500至"50
微米的間隔定位。例如，特別是在優(yōu)良紙的制^il程中，砂礫的直徑有可能是 只有100微米，用于紙板可能大到700微米。砂礫間的距離可以按與以上所述 的250 直徑時(shí)的情況相似的方式計(jì)算。
由于和砂躒的平均直徑相比在纖維方向7上在一行中的砂礫之間的距離相 對大，導(dǎo)致纖維和砂爍的接觸點(diǎn)之間的距離比較大，纖維在砂礫之間遭到彎曲。 此外，剪切力同時(shí)在纖維分離表面的移動方向8上引導(dǎo)到纖維上。
研磨砂礫1的行彼此充艦離地定位在該基面上，這使得當(dāng)纖維重復(fù)地與 砂礫接觸以及在砂礫間不進(jìn)行該接觸時(shí)，纖維受到揉搓力。研磨砂礫行之間的 距離以這樣的方式有利地設(shè)定，即，使得在下--次壓縮(即砂礫行)之前，被 壓縮纖維有時(shí)間從早先的變形充分咴復(fù)。在表面的移動方向8 (圓周旋轉(zhuǎn)方向) 上，砂礫行中心間的距離5是砂礫直徑的1到5倍，有利的是砂礫1直徑的1.5 到4倍和最有利的是2到3倍。3砂礫直徑平均是250 時(shí)，砂礫行間距離5 平均是250到1250 M，有利的是375到1000微米，最有利的是500到750 微米。當(dāng)砂礫更小(例如低至100微米)和更大(例如高達(dá)700微米)時(shí)，距 離按照以上所述方式確定。此外，研磨砂礫行以一定的距離6為間隔以同樣的 方式重現(xiàn)，使f執(zhí)少礫在該表面的移動方向上對齊。
在相鄰行(-^t纖維分離表面的移動方向上相繼)中，研磨砂礫l以此方 式定位在纖維方向7上，從 -行到另一行的偏移4始終基本恒定。有利的， 所述偏移是砂礫1直徑的0.1到1.0倍(從砂礫屮心測量),更有利的是砂礫1直 徑的0.25到0.85倍，最有利的是0.4到0.7倍。當(dāng)顆粒直徑是250 M，行間 的偏移4平均是25到250微米，有利的是62到213微米，最有利的是100到 175微米。對更小(例如低至100微米)和更大(例如高達(dá)700微米)的砂礫， 偏移的絕對數(shù)值也是按相應(yīng)的方式計(jì)算。
由于所述偏移，在纖維分離表面運(yùn)動方向(圓周旋轉(zhuǎn)方向)上的下一砂爍 行在與其前一行略微不同的點(diǎn)處影響纖維。^在纖維方向上相繼的砂礫行之間 的偏移4至少是的研磨砂爍直徑的O. l倍時(shí),纖維在其 ^度內(nèi)被均勻地處理。 借助于這樣選擇的偏移，使纖維分離過程能在受控的剝落前沿中進(jìn)行，其中， 砂礫1的沖擊被引導(dǎo)在纖維的這樣的點(diǎn)上，即，在這些點(diǎn)中，纖維之間的接合 已經(jīng)變?nèi)醪⑶依w維已經(jīng)開始從木材的表面剝落。在行之間的偏移4越大，纖維
9經(jīng)歷的變形越大，作用在纖維上的預(yù)期揉搓作用就越大。另一方面，有利的是， 早先經(jīng)揉搓的纖維部分不會被過分揉搓，因?yàn)槟菢拥脑捓w維可能過度損壞或斷 裂。另一方面，從有效能耗率來看，纖維分離脈沖在纖維方向上相互充分遠(yuǎn)離 地被弓l導(dǎo)是有利的，因?yàn)橐呀?jīng)處理過的纖維部分不會像第一次揉搓時(shí)那么有效 的再次揉搓。如果相繼行中的研磨砂礫之間的距離在纖維方向上增加太多，也 W^在纖維上留有未揉搓的點(diǎn)。行的偏移在整個(gè)纖維分離表面上不必規(guī)則和連 續(xù)。
在圖4a中，行之間的距離5小于一行中顆粒1之間的相互距離3。在圖4b 中的行間距離5又大于圖4a中的行間距離。所述附圖只是不同定位可能性的兩 伸仔。
根據(jù)本發(fā)明的方法，如閣4a和4b所示，木材原料的纖維分離，過^ffi 二維纖維分離表面進(jìn)行的。有略圓形砂爍附在纖維分離表面，它們的頂點(diǎn)有至 少80%處于距纖維分離表面基本上相同的高度，這樣形成規(guī)則的二維纖維分離 表面。這些研磨砂礫的頂點(diǎn)是在厚度是研磨砂礫直徑的0到1倍(有利的是砂 礫直徑的0到0.5倍，最有利的是變化范圍是0到0.2倍)之間的高度變化范圍 內(nèi)。當(dāng)研磨砂礫的直徑是250 時(shí)，頂點(diǎn)在厚度為0到250 的高度變化 范圍內(nèi)是有利的，更有利的是在0到125微米的高度變化范圍，最有利的是在0 到50貨姊的高度變化范圍。更小或更大的砂礫1的范圍也是以相應(yīng)的方式來計(jì) 算。有利的是90%和最有利的是95 %的砂礫的頂點(diǎn)滿足上述的變化范圍條件。
在平坦的纖維分離表面中，基本上所有的研磨砂礫在纖維分離過程中都和;1^才
原料相接觸。結(jié)果，和三維方案(在該三維方案中，砂礫相對于待纖維分離的 木材的高度是多樣的)相比，砂礫引導(dǎo)基本相同的壓力脈沖到木材上。因此， 在二維研磨表面中，iiil增加施加在木材原料上的進(jìn)給力，由于增加的力平均 地分布在所有的研磨砂礫上，因此能夠增加由砂礫產(chǎn)生的壓力脈沖的平均7]C平。 在一種隨機(jī)三維結(jié)構(gòu)中，對木材原材料的研磨功率的增加會導(dǎo)致纖維在該結(jié)構(gòu) 中定位最高的砂礫所處的位置處斷裂。同時(shí)，三維研磨材料中定位劍氐的砂礫 會導(dǎo)致只有小的壓力脈沖弓l導(dǎo)到木材原料七。這些的壓力脈沖只能執(zhí)行從^t才 的纖維分離角度來看是必要的揉搓或松散工作屮的少量。由壓力脈沖導(dǎo)致的木 材變形大部分可逆且導(dǎo)致額外的能耗率和發(fā)熱。借助于砂礫規(guī)則地定位在二維 纖維分離表面上，因而可以大大減少在纖維分離過程中的能耗。當(dāng)纖維分離表面的高度變化發(fā)生得緩慢時(shí)，纖維分離表面的高度變化可以 比上述變化更大，其中，例如磨石的偏心率或絕對表面高度位置因其它原因以 彎曲方式緩慢變化能夠根據(jù)本發(fā)明的方案起作用。由于^W才原料的彈性屬性， 待纖維分離的材料適于表面高度如此緩慢進(jìn)行的變化，其中，由根據(jù)本發(fā)明的 平坦纖維分離表面進(jìn)行的研磨過程有時(shí)間適應(yīng)這變化，并不會被該變化擾亂。 因此，在纖維分離表面的形狀上有變化另一方面，沒有必要關(guān)注表面的宏觀 形狀。因此，該表面的形狀不但可以是規(guī)則的圓柱也可以是板，帶，波浪狀表 面或成形表面。
當(dāng)和傳統(tǒng)的三維纖維分離表面相比時(shí)，借助于本發(fā)明的二維纖維分離表面 可得到一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即，以纖維漿的相應(yīng)質(zhì)量水準(zhǔn)增加該纖維漿的生產(chǎn)速度。這 個(gè)結(jié)果來源于這個(gè)事實(shí)，即，在低的木材進(jìn)給壓力下，二維纖維分離表面中基 本上所有的研磨砂礫和已經(jīng)待纖維分離的木材接觸。因此，即使進(jìn)給壓力增加， 起作用的砂礫數(shù)目基本沒有增加。砂礫在木材中的穿透作用增加了，但只是增 加了小量，因?yàn)殡S著木材進(jìn)給的壓力增加，同時(shí)砂礫的受載表面區(qū)域也在快速 增加。因此，可以借助于根據(jù)本發(fā)明的研磨表而加速生產(chǎn)纖維槳的速度且纖維 漿的質(zhì)量基本上沒有什么明顯的變化。然而，在三維研磨表面結(jié)構(gòu)上，在小的 研磨壓力下，起作用的砂礫的數(shù)量也小。和木材相接觸的起作用砂爍的數(shù)目隨 著研磨壓力的增加而增加。這導(dǎo)致隨萄起作用砂礫數(shù)目的增加，纖維漿的質(zhì)量 會發(fā)生明顯變化。在傳統(tǒng)三維研磨農(nóng)面下，這種現(xiàn)象限制研磨壓力的增加和纖 維漿的生產(chǎn)速度的增加。
根據(jù)本發(fā)明的纖維分離表面在小規(guī)模試驗(yàn)中湖i賦過，圖7顯示在纖維分離 過程中，當(dāng)纖維漿的游離度(CSF)在兩種試驗(yàn)運(yùn)行中相同且纖維分離表面的圓 周邀叟是28m/s時(shí)，和傳統(tǒng)的纖維分離表面(Ref28)相比，根據(jù)圖1的纖維分 離表面(L28)的能耗率(SEC)減少約25%。相應(yīng)地，禾葉專統(tǒng)的纖維分離表面 (Ref 28)相比，當(dāng)根據(jù)圖4a和4b的纖維分離表面以較低圓周速度14m/s (L14) 生產(chǎn)纖維漿時(shí)，能耗率減少50%。在說獫運(yùn)行吋使用的纖維分離表面中砂礫的 直徑是300微米，在砂礫中心之間的距離是1000微米，行間距是783微米，在 纖維方向上的行間偏移是200微米。
借助于根據(jù)圖4a和4b的纖維分離農(nóng)面有可能得到其它的優(yōu)點(diǎn)，這已經(jīng)在 it驗(yàn)運(yùn)行中證實(shí)了。圖8顯示，同樣的研磨能耗率，拉伸指數(shù)增加了。當(dāng)圓周速度是28m/s時(shí)，傳統(tǒng)的纖維分離基面的拉伸指數(shù)值是27Nm/g，本發(fā)明的基面 的拉伸指數(shù)值是40Nm/g，當(dāng)圓周速度是I4m/s時(shí)，本發(fā)明的基面的拉伸指數(shù)值 是52Nm/g。如圖9所示，當(dāng){頓相同密度(430k^m3)的纖維微比較時(shí)，其 拉伸指數(shù)也增加。根據(jù)本發(fā)明的纖維分離基麗，肖的多得到拉伸指數(shù)為44Nm/g， 而傳統(tǒng)方法得至啲拉伸指數(shù)是37Nm/g。如圖10所示，和傳統(tǒng)纖維分離表面的 生產(chǎn)速度僅僅0.8mra/s相比，在同樣的纖維榮質(zhì)量水平下，使用根據(jù)本發(fā)明的 纖維分離表面能夠增加生產(chǎn)速度到1.4mm/s。所使用的纖維分離表面的結(jié)構(gòu)與上 述相同。
在根據(jù)圖4a和4b的纖維分離農(nóng)向'內(nèi)，主要使用略圓的多面體形狀的研磨 砂礫。圖13顯示了處于頂部的兩個(gè)理想形狀的顆粒，所M粒沒有刀狀鋒利邊 緣。圖14顯7^有同樣有利糊犬的合成I:業(yè)鉆石。當(dāng)砂礫有這些形狀，纖維不會 損壞也不會斷裂。具有不同尺寸分布和不規(guī)則形狀的傳統(tǒng)用砂礫會損壞纖維結(jié) 構(gòu)，從而M^纖維漿的纖維長度且降低纖維漿的性能。
固定于纖維分離基面的研磨砂礫通常都是同一形狀。傳統(tǒng)上^頓不同尺寸 分布且不規(guī)則形狀的研磨砂礫，其形狀如圖U所示。在纖維分離中，砂礫有兩 種功能。第一 ，其目的是通過其產(chǎn)生的壓力脈沖來疲勞該木材結(jié)構(gòu)。第二，借 助于砂礫鋒禾,邊緣，育g夠使得纖維從木材表面上松散開，在此同時(shí)也損壞或 斷裂纖維。因?yàn)閮呻A段是同時(shí)發(fā)生的，因此在傳統(tǒng)三維研磨部段結(jié)構(gòu)中不可能 控制它們。專利公布FI-98148公開了纖維分離表面結(jié)構(gòu)，其中揉搓和松散擬才
原料是彼此分開發(fā)生的。ia過波浪形表向'獲得，其中兩階段交替發(fā)生。將這
種方法在工業(yè)范圍內(nèi)應(yīng)用需要所述表面的精確加工或成形。在本發(fā)明的第二實(shí) 施例中，兩種類型的研磨砂礫15、 16在纖維分離基面上定位在不同的部段11 中(圖6)要么定位在不同的行中(圖5)，所述不同的部段或者不同的行在該 基面上沿圓周旋轉(zhuǎn)方向交替出現(xiàn)在相繼區(qū)域內(nèi)。 一個(gè)部段或一行由圓形珠狀陶 瓷研磨砂礫構(gòu)成(圖12)，其執(zhí)行對木材原料的揉搓工作，另一部段或行由略圓 的多面皿研磨砂爍構(gòu)成(圖13和14)，-期每纖維從7^才原料上松散開并 松散的纖維。和上述公知方法相比，這種結(jié)構(gòu)能控制纖維分離過程。
基于上述相同準(zhǔn)則，砂鑠定位在纖維分離表面上。然而，根據(jù)本發(fā)明，也 可以只有一種類型的研磨砂礫根據(jù)本發(fā)明定位，且其它類型的研磨砂礫隨機(jī)地 定位在該基面上。如圖5所示，由不同類型的砂礫15、6形成的砂礫行按這樣的方式定位在 基面，即，使得一個(gè)或多個(gè)珠狀砂鑠行(15)跟隨著由略圓形多面體研磨砂礫 形成的至少一行(16)。這種交替的結(jié)構(gòu)能安排在構(gòu)成該纖維分離表面的各個(gè)部 段ll中。
借助于纖維分離表面的結(jié)構(gòu)，在纖維分離過程中，通過改變以下參數(shù)能夠 控制揉搓和松散兩階段的關(guān)系。
-研磨砂礫的尺寸和制犬
-圓形珠狀砂礫的直徑
-圓周旋轉(zhuǎn)方向上的不同類型的部段的關(guān)系
-圓周旋轉(zhuǎn)方向上的不同類型的部段相互之間的距離
借助于改變?nèi)啻旰退缮呻A段的關(guān)系，能夠改變纖維漿的特性。實(shí)踐中， 可以通過基于砂礫的數(shù)目的計(jì)算選擇不同形狀的研磨砂礫的相互關(guān)系來獲得。 如果目的是生產(chǎn)包含長的完整纖維的纖維漿，在纖維分離表面的珠狀砂礫(15) 部分就必須大，其比略圓形多面體砂礫(16)的數(shù)目更多，這尤其是應(yīng)用在制 造紙板或新聞用紙的紙漿上。相應(yīng)的，當(dāng)H的是獲得適于印刷更好質(zhì)量的紙的 更碎的和不連續(xù)的纖維時(shí)，略圓形多曲'體砂礫部分就增加，這部分可以比珠形 砂礫的部分更大。當(dāng)略圓形多面體狀研磨砂礫數(shù)目多于圓形珠狀研磨砂礫的數(shù) 目時(shí)，纖維漿的光學(xué)性能也可以提高。
使用中研磨砂礫l、 15、 16必須山適用于纖維分離的硬質(zhì)材料組成。砂礫 直徑依賴于生產(chǎn)的纖維漿的使用曰的。、與生產(chǎn)的纖維漿用于造紙，砂礫的直徑 通常在100至IJ350縣，對于用于鄰隨船及的纖維漿，其直@1常在300到700
微米。當(dāng)選擇合適的砂、礫時(shí)，要特別注意，從木材原料松散出的纖維質(zhì)量對于 考慮到纖維漿的使用目的來說是適合的?？梢酝?擇尺寸分布比目前使用的 研磨砂礫更均勻的研磨砂礫來影響研磨表面的平坦度、纖維漿的質(zhì)量禾口育嫩率。 在現(xiàn)有研磨砂礫中，砂礫的直徑尺寸分布的平均變化通常是正負(fù)20%，球度通 常是0.4S以下，球度變化超過正負(fù)40%。考慮到本發(fā)明纖維分離表面的平坦度， 并因此考慮到其功能性，研磨砂爍的直徑尺寸分布的平均變化在正負(fù)15%、砂 礫的球度皿0.53和球度變化在正負(fù)35%以下是有利的。由于砂礫的尺寸和形 狀變化比目前尺寸更均勻且更圓，能夠增加所生產(chǎn)纖維漿的纖維長度和減少能 耗率。
13研磨砂礫的直徑的概念是指具有相同體積的球體的直徑。
研磨砂礫是眾所周知的硬陶娜粒。特別是以下材料適合本發(fā)明氧化鋁 (圖11到13)，燒結(jié)氧化鋁(圖12)，天然工業(yè)鉆石，合成工業(yè)鉆石(圖14)，
碳化鴇，金岡鵬，鋯氧化物，CBN和硬金屬。
固定有砂爍的基面由金屬制成，例如抗酸鋼或工具鋼。金屬體材料的選擇 受纖維分離表面的制造方式影響，以便獲得研磨砂爍在基面上的良好附著性， 以及產(chǎn)品對磨損、應(yīng)力和腐蝕的良好抵抗性。
ilil使用四種不同方法將研磨砂礫同定在金屬基面是可能的，四種方法是:
真空活性焊接，電鍍，反轉(zhuǎn)電鈹，激光焊接。例如在活性焊接方法中，砂礫首
先在金屬基面上固定到膠點(diǎn)內(nèi)，隨后，如通過uv射線使得膠點(diǎn)硬化。焊膏噴
射在纖維分離表面匕隨后焊臂'在真空熔爐中格化，其間顆粒永久地固定在基 面上。第二種途徑是將焊膏涂敷在基「1中的扣應(yīng)凹部處(其相應(yīng)于砂礫的位置)，
例如M31在砂粒粉中按壓該基節(jié)，從而使得砂礫定位在這些凹部內(nèi)。在真空熔
爐中)j執(zhí)少礫固定到輝劑。第三種途徑足例如借助于微量吸液管或印刷掩模定量 配給焊膏到固定基面的點(diǎn)屮，隨后砂礫撒在該表面上。在真空焊接中，當(dāng)焊劑 熔化時(shí)，砂礫附于焊點(diǎn)上并固定至基面。
M將激于.l，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的部段11相鄰地或相繼地環(huán)繞圓柱體10緊固， 從而形成該磨石，圓柱體10形成該磨石的芯體(閣6)。表面上固定有砂鑠的部 段ll可以是易于更換的金屬板，如鋼板。磨石的芯體又可以具有金屬體。當(dāng)纖 維分離表面是由這樣的部段構(gòu)成時(shí)，即部段的本體是由金屬材料制成且砂躒固 定在部段的表面上，貝何以快速的用新的纖維分離部段更換受磨損的部段，而 無須將纖維分離表面的本體圓柱體從磨床_ i :拆下。目前使用中的具有混凝土本 體的磨石的更換要多花很多倍時(shí)間，因?yàn)樾枰獜哪ゴ采喜鹣履ナ庞刃懈鼡Q。 但是，本發(fā)明同樣覆蓋具有由混凝上構(gòu)成的(M勝體本體的磨石。
在根據(jù)本發(fā)明的研磨過程中，纟灘分離表面以一定速度相對于木材原料移 動，其中，規(guī)則的壓力脈沖弓l導(dǎo)到木材原料，所述脈沖的頻率和振幅由研磨砂 礫中心彼此之間的距離和圓周旋轉(zhuǎn)速度來控制。在纖維分離過程中，最后皿 的變量是可以改變的。當(dāng)使用旋轉(zhuǎn)磨石時(shí)，纖維分離表面的速度就是磨石的圓 周逸度，其依賴于旋轉(zhuǎn)速度。
在有壓力(所謂壓力研磨過程)或沒有壓力時(shí)該研磨過程都可執(zhí)行。常規(guī)地，鋼輥或高壓噴水嘴用來處理裝配有研磨材料的三維研磨表面，以 移去被磨損的砂礫并翻新研磨表面。根據(jù)本發(fā)明的二維研磨表面有可能僅包括 一個(gè)研磨砂礫表面，其不能用上述提及的方式翻新。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，氧化鋁砂礫 在研磨過程中的使用壽命大約是6個(gè)月，隨后便會變得太鈍，即太光滑以致于 不能對木材進(jìn)行纖維分離?；蛘哒f，研磨砂礫磨損了，這導(dǎo)致需要調(diào)節(jié)所述研 磨過程。更多的調(diào)節(jié)需求是例如由木材原料質(zhì)量的變化所弓胞的。
根據(jù)傳統(tǒng)的控制方法，當(dāng)研磨表面的性能變化時(shí)，研磨壓力也變化。然而， 這種控制變量會改變磨木漿的生產(chǎn)，從磨木漿生產(chǎn)的角度來看，這不是最有效 的可選方案。對于二維研磨表面，利用纖維分離表面的M (磨石的圓周速度) 的改變來補(bǔ)償在該過程中的工作點(diǎn)的變化是有利的，該變化源自例如砂礫的磨 損或木材原料的變化。此外，可以使用研磨厚度作為該過程的控制變量，研磨
厚度m改變噴射水流而被改變。進(jìn)- 歩，可以通過直接加熱或冷卻纖維分離
表面來改變研磨表面、，，從而控制該過程。該加熱可以從所述研磨表面?zhèn)珊?從本體圓柱體的內(nèi)部通過水蒸氣或電阻來實(shí)行。研磨表面的溫度也可以通過改 變噴水的溫度或數(shù)量來間接調(diào)節(jié)。
低圓周速度需要每表面面積有更大數(shù)H的研磨砂礫，因?yàn)?，木材比在高圓 周速度下有更多的時(shí)間來緩和由砂礫引起的變化?；诖?，當(dāng)1頓較低圓周速 度時(shí)，砂礫在木材上產(chǎn)生比使用高圓周速度時(shí)更大的穿透。如果目的是當(dāng)圓周 速度減少時(shí)也獲得穩(wěn)定的纖維漿質(zhì)量，增加的緩和時(shí)間須由增加每纖維分離表 面面積的砂礫數(shù)目來補(bǔ)償。根據(jù)本發(fā)明，這可以M減少砂礫間的距離來獲得, 每纖維分離表面面積內(nèi)的砂爍數(shù)M便增加了 。
不同木材種類有不同的纖維分離特性，從而同樣的纖維分離表面也許會以
不同方式影響它們。因此，當(dāng)則勺是控制砂礫與:^才的接觸而使得其適合不同
巾類時(shí)，根據(jù)木材的纖維分離憐性來選擇每纖維分離表面的砂鑠數(shù)目。 在不同的處理溫度下，木材的纖維分離憐性會改變，導(dǎo)致同樣的纖維分離 表面以不同方式影響木材。因此，當(dāng)削勺是控制砂礫在木材中的穿透性從而適 合不同的處理溫度時(shí)，每表面面積的砂爍數(shù)H根據(jù)處理溫度按這樣的方式 擇，艮P,使得當(dāng)處理溫度升高吋數(shù)目變大，處理 鵬下降時(shí)數(shù)目變小。
實(shí)踐中，砂礫的數(shù)目密度是這樣選擇的，即，通Mii擇在表面上具有所述
密度的磨石，或者如果需要，通過用具有所述密度的部段更換磨石的部段，從而使得該數(shù)冃密度是適當(dāng)?shù)摹?br> 纖維分離表面的溫度影響纖維分離過程的溫叟，其中，通過改變纖維分離表面的溫度來控制纖維分離可以以相應(yīng)的方式來執(zhí)行。纖維分離表面的溫度不但由噴水的溫」變而且由噴水的數(shù)量來影響，也可以用其它方式來加熱或冷卻表面。
本發(fā)明的包括有固定在金屬基曲.」:的砂礫的纖維分離表面可包含多個(gè)砂礫層，只要對于表面層部分，砂礫根據(jù)本發(fā)明定位。此外，研磨表面還可包括多個(gè)疊加的二維纖維分離表面(砂爍根據(jù)本發(fā)明布置在其上)，新的纖維分離表面可以艦例如機(jī)械地去除表ffi臘或多個(gè)砂爍層來產(chǎn)生。
本發(fā)明不局限于以上舉的實(shí)施例，但是，在權(quán)利要求限定的發(fā)明構(gòu)思的范疇內(nèi)，本發(fā)明廣'泛應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的裝置的纖維分離表面能通過上述方法之
外的方法制造。也可以使用具有比i:述提及的有利尺寸分布更廣泛的尺寸分布
的研磨砂礫。上述作為顆粒間不同距離基準(zhǔn)的直徑，須被理解為這些砂礫的平均直徑。此外，為了產(chǎn)生能均勻地參與木材處理的纖維分離表面，砂礫尺寸分布的狹小不是必要的，只要砂礫按此方式(即，使得它們的頂點(diǎn)基本是在同一高度)安置在金屬基面中。
1權(quán)利要求
1.一種用于對木材進(jìn)行機(jī)械纖維分離的裝置，包括用于揉搓木材原料并松散纖維的纖維分離表面，所述纖維分離表面包括附于金屬基面的研磨砂礫，其特征在于附于該金屬基面(2)的砂礫(1，15，16)在該基面上相互間定位在預(yù)定距離內(nèi)，使得它們形成規(guī)則的纖維分離表面。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，期封正在于砂礫(1， 15， 16)在基面(2)上定位成使得它們形成二維單層結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求1戀所述的裝置，其特征在于纖維分離表面由相鄰的部段(11)形成。
4. 如權(quán)禾腰求至3中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于砂躒(l, 15， 16)定位成使得它們的中心相互之間的距離是砂礫直徑的1到5倍。
5. 如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于砂礫(l， 15， 16)在基面(2)上定位成使得它們在纖維方向(7)上形成行。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于砂礫(1， 15， 16)在行中定位成使得它們的中心在纖維方向(7)上的相互間的距離(3)是砂礫直徑的1到5倍。
7. 如權(quán)禾腰求5或6所述的裝置，其特征在于砂礫行在纖維分離表面上定位成使得在纖維分離表面的移動方向(8)—匕行間的相互距離(5)是砂礫直徑的1到5倍。
8. 如權(quán)禾腰求5至7中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于在纖維方向上,相繼砂礫行之間的偏移是砂礫直徑的O. 1到l .O倍。
9. 如權(quán)利要彩至8中任何-項(xiàng)所述的裝置，其特征在于該裝置艦將各部段相鄰地且相繼地繞由芯體形成的圓柱體(10)緊固而形成。
10. 如前述權(quán)利要求中任何一領(lǐng)所述的裝置，其特征在于纖維分離表面具有兩種不同形狀的砂礫(15， 16)。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于 一種形狀的砂礫是執(zhí)行揉搓7f^才的砂礫(15)，另一種制犬的砂礫是執(zhí)行松散纖維的砂礫(16)。
12.如權(quán)利要求io或n所述的裝置，其特征在于這兩種微的砂礫(15，16)定位于不同的部段(U)或行中。
13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在亍 一種形狀的砂礫(15)形成對木禾 行揉搓工作的部段或行，另一種形狀的砂礫(16)形成對纖維執(zhí)行松散的部段或行，并且對^^揪行揉搓的部段或行和對纖維執(zhí)行松散的部段或行在纖維分離表面上沿纖維分離表面的移動方向在相繼區(qū)域中交替。
14. 如權(quán)利要求10至13中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于砂礫(1)是略圓狀多面體形或珠形。
15. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于一行或多行的珠鄉(xiāng)粒(15)之后接著是由略圓狀多面體砂礫(16)構(gòu)成的一行。
16. 如權(quán)利要求1至15中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于砂礫(1， 15，16) M活性焊接方法固定在金屬基面上。
17. 如權(quán)利要求1至15中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于砂礫(1， 15，16) fflJ^OT電鍍法、反轉(zhuǎn)電鍍法或激光焊接法固定在金屬基面上。
18. —種用于對木材進(jìn)行機(jī)械纖維分離的方法，其中，利用移動的纖維分離表面來揉搓木材原料并松散纖維，該纖維分離表面與木材接觸并形成在金屬基面上，其特征在于固定在金屬基削的磨擦砂礫(1， 15， 16)在基面(2)上相互間定位在預(yù)定距離內(nèi)，使得它們形成規(guī)則的纖維分離表面，其中，規(guī)則的壓力脈沖由纖維分離表面作用在該木材.1:。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于其中使用了根據(jù)權(quán)禾腰彩至17中任何一項(xiàng)所述的移動的纖維分離表面。
20. 如權(quán)利要求18至19之一所述的方法，其特征在于所生產(chǎn)的纖維漿的質(zhì)SS31改變纖維分離表面的溫度來調(diào)節(jié)。
21. 如權(quán)禾頓求18或19所述的方法，其特征在于每纖維分離表面面積的在纖維分離表面.t的砂礫數(shù)目是根據(jù)閼周M來選擇的。
22，如權(quán)禾腰求18或19所述的方法，其特征在于每纖維分離表面面積的在纖維分離表面上的砂礫數(shù)目是根據(jù)木材種資 擇的。
23.如權(quán)禾崾求18或19所述的方法，其特征在于每纖維分離表面面積的在纖維分離表面上的砂礫數(shù)目是根據(jù)處理溫」叟 擇的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對木材進(jìn)行機(jī)械纖維分離的裝置，其包括用來處理木材原料并松散纖維的纖維分離表面，所述纖維分離表面包括固定在金屬基面上的研磨砂礫。砂礫(1)固定在金屬基面(2)上，在基面上砂礫相互間定位在預(yù)定距離內(nèi)，使得它們形成規(guī)則的纖維分離表面。
文檔編號D21B1/28GK101517159SQ200680054407
公開日2009年8月26日 申請日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
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