專利名稱：復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片。更具體地說，本發(fā)明涉及造紙時(shí)使用的復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片，例如在制造印刷用紙時(shí)壓光機(jī)中使用的那些。在此使用的“壓光機(jī)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)及其變體，原本指壓光紙張時(shí)使用的機(jī)器，包括獨(dú)立的壓光裝置，如超級(jí)壓光機(jī)及造紙機(jī)中的壓光裝置，該超級(jí)壓光機(jī)例如機(jī)械壓光機(jī)、光澤壓光機(jī)及柔性鉗口壓光機(jī)。本發(fā)明還涉及壓光機(jī)刮刀片使用方法。
刮刀片廣泛用于清除造紙機(jī)輥?zhàn)颖砻娴母鞣N物質(zhì)。就其本質(zhì)而言，從輥?zhàn)颖砻媲宄慈疚锏倪^程可能對(duì)輥?zhàn)颖砻?、刮刀片本身或二者同時(shí)造成很大的磨損。紙中的各種成分，特別是涂層成分，容易產(chǎn)生研磨作用，因而容易磨損造紙機(jī)輥?zhàn)拥谋砻?。普通刮刀片可由下列材料制成金?如不銹鋼、鎳或青銅)；涂上合金或陶瓷材料的金屬；塑料或“復(fù)合”材料，即纖維增強(qiáng)聚合材料。圖1示出典型的造紙機(jī)外形，其中刮刀片2設(shè)置為抵靠在造紙機(jī)的例如壓光輥?zhàn)拥妮佔(zhàn)?2的表面16上。刮刀片通常有一條45°的刃邊14，如圖1所示。
一般來說，沿造紙機(jī)的縱向，即沿著垂直于造紙機(jī)輥?zhàn)踊剞D(zhuǎn)軸的方向，金屬的刀片顯示出高剛性，以及良好的耐磨性。在本領(lǐng)域中，造紙工藝過程的縱向被設(shè)定為紙幅通過造紙機(jī)的方向，見圖1的箭頭18。此等葉片易被腐蝕，而且會(huì)導(dǎo)致輥?zhàn)拥倪^量磨損。
塑料刀片往往用在造紙機(jī)中的一些不適用金屬刀片的位置。但塑料刀片有嚴(yán)重的缺點(diǎn)，因?yàn)樗鼈儎傂院艿?，而且容易在造紙工藝使用的典型溫度下軟化?br>
復(fù)合結(jié)構(gòu)刀片通常由很多層被浸漬樹脂的纖維層組成，每層纖維是一編織結(jié)構(gòu)，且一定比例的纖維設(shè)置在縱向，而其余纖維在橫向，即與造紙輥?zhàn)踊剞D(zhuǎn)軸平行的方向。在技術(shù)上，橫向被認(rèn)為是紙幅行進(jìn)路線的垂直方向，如圖1的箭頭20所示。雖然復(fù)合結(jié)構(gòu)刀片往往比金屬刀片磨損得快，但它對(duì)輥?zhàn)颖砻娴哪p較少。刀片使用壽命低往往被看成是缺點(diǎn)，而提高刀片的耐磨性被視作許多刮除作業(yè)所希望的。復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片的耐磨性在許多傳統(tǒng)的壓光作業(yè)中被視為是可以接受的，因?yàn)檩佔(zhàn)幽p過多會(huì)對(duì)紙張最后性能有不利影響。
復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片常常與生產(chǎn)線上的壓光機(jī)一起使用，該壓光機(jī)通常工作在相對(duì)高的擠壓壓力和高的輥?zhàn)颖砻鏈囟葪l件之下。這些工作條件會(huì)促使增加壓光輥?zhàn)颖砻嫔贤苛项w粒以及沾染物的數(shù)量。如果壓光輥?zhàn)游幢贿B續(xù)地刮除，則涂料顆粒和沾染物的積累將達(dá)到不可接受水平，直接影響到紙的成品性能，如紙的光澤度和平滑度。此外，顆粒與沾染物的磨耗作用容易損壞壓光輥?zhàn)颖砻?，?dǎo)致輥?zhàn)颖砻嬗谰玫膭兾g。輥?zhàn)颖砻娴膭兾g往往有損于輥?zhàn)油庑?，使輥?zhàn)颖砻娓叩筒黄剑瑢?dǎo)致紙?jiān)趯挾确较蛏系膲汗獠贿B續(xù)。因此，在高生產(chǎn)率和高效率下對(duì)紙的質(zhì)量一致的要求的結(jié)果是操作時(shí)要幾乎不停地刮擦壓光棍，以清除沾染物。為此，已有過很多致力于提高其耐磨性、從而也提高復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片的刀片壽命的嘗試。
對(duì)生產(chǎn)線壓光操作條件也有過一些改進(jìn)，以提高壓光輥?zhàn)拥哪湍バ?。越來越普遍做法是?duì)這種生產(chǎn)線上的壓光輥?zhàn)油可弦槐訜釃婂兺苛希鼈兡茏柚馆佔(zhàn)颖砻娴膭兾g，因而防止輥?zhàn)有螤钭儾?。在這里使用的“熱噴鍍”這個(gè)術(shù)語(yǔ)及其變體，是指以下三種標(biāo)準(zhǔn)方法之一等離子體、高速燃氧(HVOF)、爆燃槍(detonation gun)，從而將粉末狀材料加熱并沉積在表面上。熱噴鍍涂料一般是陶瓷或金屬的基體涂料。熱噴鍍的輥?zhàn)颖砻孢€要研磨到很低粗糙度，這是涂布的印刷用紙生產(chǎn)時(shí)使用的壓光輥?zhàn)拥囊粋€(gè)十分需要的性質(zhì)。
如果刮除作業(yè)是斷續(xù)進(jìn)行的，例如紙幅斷裂后去除卷在輥?zhàn)由系募垼瑒t熱噴鍍涂層有助于承受這樣的刮除作業(yè)的刮擦作用。但熱噴鍍輥?zhàn)邮艿竭B續(xù)刮擦?xí)r輥?zhàn)訒?huì)出現(xiàn)剝落。超過規(guī)定時(shí)間，熱噴鍍輥?zhàn)右蚬蔚镀罢慈疚锏淖饔萌菀资馆佔(zhàn)油庑魏捅砻婀鉂嵍葠夯?。?dāng)輥?zhàn)拥男螤罴氨砻婀鉂嵍炔畹接绊懠埖馁|(zhì)量時(shí)，必須拆下輥?zhàn)又匦卵心ァ２蛔髂ハ鲿?huì)使產(chǎn)品受損失，而且提高成本。此外，磨削過程本身從輥?zhàn)由先コ嘿F的熱噴鍍涂料。由于熱噴鍍涂層代表輥?zhàn)映杀镜囊淮蟛糠旨耙还P很大的投資，因此十分需要將熱噴鍍涂料的損失降到最低。
提高復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片耐磨性的努力導(dǎo)致輥?zhàn)颖砻嫜杆賱兟?。另一方面，為了避免因更換刮刀片而頻繁地中斷生產(chǎn)，適當(dāng)水平的耐磨性也是需要的。需要刮刀片對(duì)著熱噴鍍輥?zhàn)颖砻孢B續(xù)使用以適當(dāng)去除表面沾染物，同時(shí)具有在生產(chǎn)條件下充分的耐磨性。還要求刮刀片可用來保持輥?zhàn)颖砻嬗械偷谋砻娲植诙龋瑫r(shí)熱噴鍍涂層的耗損最少。
發(fā)明概述本發(fā)明揭示，一種包括多條平行于刮刀片長(zhǎng)軸的單向纖維，即磨蝕性纖維的復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片，可用于清除輥?zhàn)颖砻娴恼慈疚?，同時(shí)使輥?zhàn)颖砻鎿p傷最小。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，這樣的刮刀片可在操作時(shí)連續(xù)接觸輥?zhàn)颖砻妫粫?huì)對(duì)輥?zhàn)赢a(chǎn)生大的損傷。
本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片適用于造紙，特別適合在壓光機(jī)上使用。本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片提供造紙時(shí)所需的磨蝕性，以便清除輥?zhàn)颖砻娑鴮?duì)輥?zhàn)颖砻鏌o大的損傷。本發(fā)明的刮刀片具有有效刮除所需的結(jié)構(gòu)特性，如在刮刀片二個(gè)軸方向的剛性。本發(fā)明的刮刀片還能夠使磨損緩慢而均勻。本發(fā)明的刮刀片的實(shí)施方案還可用于降低輥?zhàn)颖砻娲植诙炔⑹怪３衷谒璧乃健?br>
在本發(fā)明一個(gè)方面，所提供的刮刀片中包括的復(fù)合材料包括浸漬樹脂的多條單向纖維。
優(yōu)選的各個(gè)實(shí)施方案可包括以下特征的一個(gè)或多個(gè)本刮刀片是包括多層復(fù)合材料的層壓結(jié)構(gòu)。單向纖維選自玻璃纖維、陶瓷纖維及它們的混合物。提供的纖維優(yōu)選是連續(xù)的長(zhǎng)絲或復(fù)絲束。纖維優(yōu)選是玻璃纖維。單向纖維被提供在單向纖維織物中。單向纖維織物中有60％重量百分比以上的纖維是單向纖維。優(yōu)選在75％以上，更優(yōu)選是90％以上。其余的纖維，在此叫做第二纖維，其方向不平行于刮刀片長(zhǎng)軸。單向纖維的直徑等于或大于第二纖維的直徑。優(yōu)選單向纖維直徑為大約450-1500μm，而第二纖維直徑為大約400-700μm。單向纖維織物還包括非磨損性纖維，選自例如石墨等的碳族、人造絲、芳族聚酰胺、聚脂及它們的混合物。優(yōu)選一層或幾層復(fù)合材料包括布置在與刮刀片長(zhǎng)軸平行的方向的碳纖維。單纖維織物單位面積重量約230-610g/m2。浸漬樹脂是熱塑性樹脂，或環(huán)氧樹脂，即含環(huán)氧化物、環(huán)氧乙烷的樹脂或環(huán)氧樹脂族。樹脂的玻璃化溫度Tg約65～315℃，最好是大約85～315℃，樹脂還包括磨蝕性添加劑，選自玻璃微珠、玻璃纖維、碎玻璃、人造或工業(yè)金剛石顆粒、硅石顆粒、碳化硅顆粒、硼顆粒、鋯顆粒、氧化鉛顆粒及它們的混合物。
本發(fā)明另一方面提供清理輥?zhàn)颖砻娴姆椒?，該方法包括a)將具有長(zhǎng)軸的刮刀片定位在輥?zhàn)颖砻娓浇构蔚镀拈L(zhǎng)軸基本上與輥?zhàn)拥幕剞D(zhuǎn)軸平行，刮刀片包括多條浸漬樹脂的單向纖維；及b)將刮刀片斜邊壓緊輥?zhàn)颖砻妗?br>
在另一方面，本發(fā)明特征是利用上述方法降低輥?zhàn)颖砻娴拇植诙取?br>
優(yōu)選的方法還可包括一個(gè)或幾個(gè)下面的特征刮刀片的斜邊在操作期間保持與輥?zhàn)颖砻孢B續(xù)接觸。定位步驟包括，以斜邊與輥?zhàn)颖砻娼佑|處輥?zhàn)拥那芯€度量，在刮刀片斜邊與輥?zhàn)颖砻嬷g形成25～30°的夾角。壓緊步驟以大約85～700N/m，優(yōu)選大約175～440N/m的壓力進(jìn)行。輥?zhàn)颖砻娲植诙冉档偷酱蠹s0.025～0.20μm Ra，優(yōu)選是大約0.050～0.13μm Ra。輥?zhàn)颖砻娲植诙仍诘镀行褂脡勖斜３执蠹s0.025～0.20μm Ra的水平，優(yōu)選是在0.050～0.13μm Ra的水平。
在另一方面，本發(fā)明提供制造復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片的方法，該方法包括浸漬包括單向纖維的復(fù)合材料的步驟。
優(yōu)選的該方法可包括下述特征的一個(gè)或多個(gè)本方法包括分層堆積步驟，其中多層復(fù)合材料相互疊置在彼此頂部，形成層壓結(jié)構(gòu)。本方法包括固化步驟，其中樹脂受到高溫高壓作用。本方法包括切割步驟，其中固化的層壓結(jié)構(gòu)切成兩個(gè)或多個(gè)刮刀片，每片刀片具有長(zhǎng)軸。
通過以下的詳細(xì)說明、附圖以及權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征與優(yōu)點(diǎn)將更佳顯明。
圖1是與造紙輥?zhàn)咏佑|的刮刀片的立體示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的刮刀片的部件分解立體圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的刮刀片的部件分解示意圖；圖4A及4B是造紙輥?zhàn)訖M截面放大示意圖，示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案使用前后的表面情況；圖5是壓光裝置側(cè)視示意圖，示出體現(xiàn)本發(fā)明的刮刀片的使用方法。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明參看圖1，復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片2抵靠于造紙輥?zhàn)?2，造紙輥?zhàn)?2繞其軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向如箭頭22所示。從而，刮刀片2的前面斜邊14能去除輥?zhàn)颖砻?6上的沾染物。在圖1中，縱向由箭頭18表示，橫向由箭頭20表示。下面討論的刮刀片可以以圖1所示的方式，應(yīng)用于圖1所示的環(huán)境中。
參看圖2及3，本發(fā)明的刮刀片10包括一種層壓結(jié)構(gòu)，該層壓結(jié)構(gòu)是由多層復(fù)合材料32和多層增強(qiáng)纖維層30組成，其中每層復(fù)合材料包括多條單向纖維31。復(fù)合材料層32布置在層壓結(jié)構(gòu)中，使單向纖維31的方向與刮刀片10的長(zhǎng)軸平行。增強(qiáng)層30與復(fù)合材料層32的區(qū)別在于，增強(qiáng)層中大部分纖維并不與刮刀片10的長(zhǎng)軸平行。增強(qiáng)層30設(shè)置在層壓結(jié)構(gòu)中，用以提供加強(qiáng)作用，如提高剛度或強(qiáng)度，也可增大刮刀片的厚度。圖2及3中示意性表示增強(qiáng)層30，沒有指出纖維的方向。增強(qiáng)層30可以是編織結(jié)構(gòu)或非編織結(jié)構(gòu)，纖維可以沿縱向或沿兩個(gè)或更多方向。
圖2及3示出的本發(fā)明的刮刀片的實(shí)施方案包括九層。常見的復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片包括五層到二十層，但根據(jù)刮刀片10的厚度要求可包括更多層，專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)理解，復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片的層數(shù)由具體刮除用途操作要求決定。每層復(fù)合材料層32及增強(qiáng)層30被浸漬環(huán)氧樹脂或熱塑性樹脂，以便各層疊合，即在溫度和壓力下粘合在一起，形成整體的層壓結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，刮刀片10的一個(gè)實(shí)施方案的層壓結(jié)構(gòu)由增強(qiáng)層30與復(fù)合層32交替組成。增強(qiáng)層30包括的玻璃纖維優(yōu)選沿編織結(jié)構(gòu)的兩個(gè)或兩個(gè)以上方向定向。圖2所示刮刀片的實(shí)施方案適合于要求較高磨蝕性的刮除應(yīng)用環(huán)境，如高水分，例如4-10％水分的涂布紙幅，該高水分使得容易在輥?zhàn)颖砻娣e附多的涂料顆粒。
圖3示出刮刀片10的另一實(shí)施方案，其中復(fù)合材料層32是芯層，而增強(qiáng)層30是外層。增強(qiáng)層30優(yōu)選含有碳纖維。圖3所示本發(fā)明的刮刀片10的實(shí)施方案對(duì)要求刀片磨損不大的刮除應(yīng)用環(huán)境，如在生產(chǎn)線上的壓光裝置是合適的，因其中紙幅相對(duì)比較干燥，例如水含量為1-4％，且往往對(duì)輥?zhàn)颖砻娴奈廴咀钌佟?br>
刮刀片10的層壓結(jié)構(gòu)中各層在中央的芯層34周圍對(duì)稱地布置，如圖2中所示的增強(qiáng)層30和圖3中所示的復(fù)合材料層32。如果各層在中央芯層34周圍不對(duì)稱，則刮刀片可能沿其長(zhǎng)軸彎曲或扭曲。
復(fù)合材料層32的適用纖維包括玻璃纖維、陶瓷纖維及它們的混合物，優(yōu)選是玻璃纖維。這里使用的術(shù)語(yǔ)“纖維”意欲包括長(zhǎng)度大于寬度的單絲或復(fù)絲束。復(fù)合材料層可包括短的纖維段或連續(xù)的長(zhǎng)纖維，即沿著刮刀片長(zhǎng)度分布的纖維。復(fù)合材料層優(yōu)選主要包括連續(xù)長(zhǎng)纖維。
復(fù)合材料層適用的纖維，對(duì)于制作造紙輥?zhàn)颖砻娴牟牧先缣间?、冷鑄鐵、鑄鋼、或熱噴鍍涂料(包括陶瓷及金屬基體材料)而言，需要具有足夠的磨蝕性，從而，它們能清除輥?zhàn)颖砻妫?或降低輥?zhàn)颖砻娴拇植诙取?fù)合材料層適用的纖維通常有足夠剛度，能沿刮刀片縱向提供強(qiáng)度。如果組成復(fù)合材料層的纖維不夠硬，則刮刀片本身的柔性增加，導(dǎo)致不能有效地刮除輥?zhàn)颖砻?，因?yàn)楣蔚镀訅喝デ宄佔(zhàn)颖砻鏁r(shí)容易彎曲。
單向纖維通常以織物形式提供。包括單向纖維的適用織物一般在技術(shù)上叫做“單向纖維織物”，即使這樣的織物是編織結(jié)構(gòu)以致有一定比例的纖維在不同方向。這里使用的術(shù)語(yǔ)“第二纖維”原本指包括在單向纖維織物中但不平行于刮刀片長(zhǎng)軸的纖維。第二纖維通常在單向纖維織物中應(yīng)用，為單向纖維提供初步框架，使得在加工時(shí)，如浸漬樹脂及層壓時(shí)，纖維不會(huì)散開。這樣的第二纖維趨向于對(duì)造紙輥?zhàn)颖砻娴闹谱鞑牧显斐赡p。適當(dāng)?shù)膯蜗蚶w維織物含60％重量百分比以上的單向纖維。優(yōu)選為含至少75％，更優(yōu)選為含90％。
單向纖維織物優(yōu)選具有編織結(jié)構(gòu)，使織物在浸漬樹脂和刮刀片的制作過程中能保持其形狀。在制作刮刀片時(shí)，大張的單向纖維織物用樹脂浸漬，如果需要的話，增強(qiáng)層也可被樹脂浸漬。浸漬后，浸過的各層疊合起來，互相疊放在彼此頂上，形成一種層壓結(jié)構(gòu)。此層壓結(jié)構(gòu)受到高溫高壓處理使樹脂固化，各層粘合在一起。固化的層壓結(jié)構(gòu)然后被切成兩個(gè)或多個(gè)刮刀片，每片均具有其有長(zhǎng)軸。
單向纖維織物還可包括少量非磨蝕性纖維，諸如碳纖維、人造絲、棉紗、聚芳基酰胺，即芬芳聚酰胺，聚酯及它們的混合物。這樣的非磨蝕性纖維可用來提供其它性能，如磨蝕性及強(qiáng)度低。非磨蝕性纖維可完全處在縱向或在橫向，也可在一個(gè)以上方向。非磨蝕性纖維的方向在其用于向刮刀片結(jié)構(gòu)提供強(qiáng)度時(shí)就顯得很重要。例如，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案可以含有碳纖維，被編織成單向纖維織物以降低刮刀片的磨蝕性并提供強(qiáng)度。如果沿刀片長(zhǎng)軸需要強(qiáng)度，則碳纖維應(yīng)平行于長(zhǎng)軸。如果在刮刀片寬度上需要強(qiáng)度，則碳纖維排布在長(zhǎng)軸的垂直方向。如果非磨蝕性纖維具有玻璃化溫度Tg，則該玻璃化溫度應(yīng)大于刮刀片作用的輥?zhàn)拥谋砻鏈囟取Ｈ绻w維的玻璃化溫度Tg小于或等于輥?zhàn)拥谋砻鏈囟?，則纖維易融化并沾在輥?zhàn)颖砻嫔稀I(yè)技術(shù)人員知道如何選擇適當(dāng)?shù)姆悄ノg性纖維，使其具有具體刮除場(chǎng)合要求的性能，如低的磨蝕性及/或高的強(qiáng)度。
使用某些傳統(tǒng)復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片時(shí)，從輥?zhàn)颖砻嫒コ聛淼耐苛项w粒及沾染物容易堵住刮刀片工作表面，即靠近輥?zhàn)颖砻娴牡镀砻娴睦w維間的裂隙和間隙，從而降低刀片的工作效率。而刮刀片10傾向于不易被顆粒及沾染物堵住，因單向纖維處于橫向，可能的裂隙與間隙很少。復(fù)合材料層32(圖2及圖3)還暴露給輥?zhàn)颖砻孑^大表面積的纖維，因?yàn)閱蜗蚶w維處在橫向，與它們作用的輥?zhàn)颖砻嫫叫小２僮鲿r(shí)，刮刀片加工表面上的單向纖維容易剝落，而暴露出相鄰的單向纖維。此剝落作用在刮刀片的斜邊14上(圖1)形成一個(gè)新的加工表面。單向纖維通常剝落成很小顆粒，可被從帶有刮除沾染物的輥?zhàn)颖砻嫔铣簟?br>
傳統(tǒng)的復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片經(jīng)常有在輥?zhàn)颖砻嫘纬晒魏鄣膬A向，因?yàn)槟ノg性纖維的“端部”作用在輥?zhàn)颖砻嫔?，由于典型的刮刀片中有很大一部分纖維處于縱向，因此輥?zhàn)颖砻媸芄尾潦潜焕w維的“端部”而不是纖維的“側(cè)面”所刮擦的。在幾乎連續(xù)的刮擦條件下，纖維端部的這種作用趨向于極大提高輥?zhàn)颖砻娲植诙?，最終對(duì)輥?zhàn)颖砻婕俺善沸阅茉斐刹豢山邮艿膿p傷和影響。
雖然本發(fā)明的刮刀片可包括沿縱向的第二纖維或非磨蝕性纖維，但形成刮痕的傾向明顯降低，因?yàn)樵诳v向的纖維不多，因此作用在輥?zhàn)颖砻娴睦w維“端部”很少。本發(fā)明的刮刀片的復(fù)合材料層有助于降低輥?zhàn)颖砻娴拇植诙?，如圖4A及圖4B所示。圖4A是輥?zhàn)?2(圖1)的表面16在使用一個(gè)實(shí)施方案的刮刀片10之前其外形剖面，提供由沾染物及/或縱向的纖維端部引起的波峰與波谷的放大圖。圖4B示出同一輥?zhàn)颖砻?6在使用一個(gè)實(shí)施方案的刮刀片10之后的輥?zhàn)油庑?。刮刀?0對(duì)輥?zhàn)颖砻?6的作用是去除波峰的頂部40使之達(dá)到均勻高度L，從而導(dǎo)致表面粗糙度的降低。刮刀片10的實(shí)施方案可使輥?zhàn)颖砻娲植诙认陆档酱蠹s0.025-0.20μm Ra，優(yōu)選是大約0.050-0.13μm Ra。刮刀片10的實(shí)施方案還可用于在刀片的有效期內(nèi)使輥?zhàn)拥谋砻娲植诙缺３衷诖蠹s0.025-0.20μm Ra，優(yōu)選是大約0.050-0.13μm Ra的水平。應(yīng)用本發(fā)明的刮刀片所能達(dá)到的表面粗糙度水平取決于造紙輥?zhàn)颖砻娴牟牧霞熬唧w刮除作業(yè)的操作條件。
復(fù)合材料層暴露的單向纖維表面積較大可提供較均勻的磨蝕性表面來刮除輥?zhàn)颖砻?。比較均勻的磨蝕性表面一般能導(dǎo)致較均勻的輥?zhàn)颖砻嫘螤?，由于磨蝕性材料面積大，即在刮除時(shí)暴露的單向纖維的縱向長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此刮刀片磨損得比較慢，而且均勻。
優(yōu)選的單向纖維織物趨向于是帶有網(wǎng)眼的稀疏結(jié)構(gòu)，以平紋圖案編織，其中的單向纖維與第二纖維交替穿插。單向纖維織物可采取有不同稀疏度的織物，單向纖維織物單位面積重量是織物稀疏度的指標(biāo)。單向纖維織物單位面積的重量?jī)?yōu)選為大約230-610g/m2。松而輕的織物往往不耐磨，而且比較密較重的織物在同樣工作要求下分解得較快。而較重的單向纖維織物，比較適合于要求較高磨蝕性刀片的刮除場(chǎng)合，以防因迅速剝落而加快刀片磨損及縮短刀片工作壽命。
松而輕的單向纖維織物傾向于適用在磨蝕性要求低的刀片刮除的場(chǎng)合，如水分少的未涂布紙幅，它在輥?zhàn)颖砻娈a(chǎn)生的沾染物較少。密而重的單向纖維織物傾向于應(yīng)用在需要磨蝕性及耐磨性高的刮除場(chǎng)合，如水分高的涂布紙幅，它所產(chǎn)生的輥?zhàn)颖砻嬲慈疚锒?。在密而重的材料中，暴露在輥?zhàn)颖砻娴膯挝幻娣e材料的第二纖維“端部”多。密而重的材料單位面積磨蝕性好，因?yàn)閱蜗蚶w維在第二纖維上下編織時(shí)形成扭結(jié)，使露出的磨蝕性材料的表面積較大。專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)可以掌握如何利用上述說明來確定織物的松緊程度。
單向纖維的直徑趨向于比第二纖維的直徑要大。單向纖維的直徑可以等于或大于第二纖維的直徑，最好是大于第二纖維的直徑。單向纖維直徑優(yōu)選為大約450-1500μm，而第二纖維的直徑為大約400-700μm。如果第二纖維的直徑大于單向纖維的直徑，則輥?zhàn)颖砻嫘纬晒魏鄣膬A向大，而且刮痕寬度大。
適用的包括很多單向纖維的單向纖維織物可從Fibre GlastDevelopment公司(Brookville，Ohio)買到，如1093 E玻璃纖維，也可從Brunswick Technologies公司(Brunswick，Maine)買到，如E-LPb425及E-LPb 567 0°單向纖維織物。
適用的浸漬樹脂包括熱塑性樹脂或環(huán)氧樹脂。包括環(huán)氧樹脂與固化劑的環(huán)氧樹脂系列優(yōu)選用來形成本發(fā)明的刮刀片的層壓結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的刮刀片中選用的樹脂應(yīng)能耐受具體刮除場(chǎng)合的使用工作溫度。用于制造刮刀片的樹脂在工作時(shí)將接觸輥?zhàn)颖砻?。樹脂不?yīng)融化和玷污到輥?zhàn)颖砻妫鴳?yīng)該被磨損掉，以露出單向纖維。由于樹脂是非磨蝕性的，所以樹脂優(yōu)選比單向纖維磨損要快。
樹脂的玻璃溫度Tg是能耐受的工作溫度的標(biāo)記。適用于本發(fā)明的刮刀片的樹脂，根據(jù)待刮輥?zhàn)颖砻娴臏囟?，其Tg應(yīng)在大約55-315℃。對(duì)于高溫壓光的場(chǎng)合，優(yōu)選的樹脂是Tg為大約65-315℃，更優(yōu)選的是大約85-315℃的環(huán)氧樹脂。如果對(duì)具體刮除場(chǎng)合而言，固化樹脂的Tg太低，則樹脂會(huì)融化并玷污輥?zhàn)颖砻?。而Tg高的樹脂，對(duì)在相對(duì)低溫度下工作的抵靠輥?zhàn)邮褂玫墓蔚镀砸彩抢速M(fèi)。
適用環(huán)氧樹脂系列可從Fiber Glast Developments購(gòu)買。如2000系列環(huán)氧樹脂，同時(shí)使用2020、2060、2120環(huán)氧固化劑；及ResolutionPerformance Products公司(Houston，Texas)購(gòu)買，如EPON樹脂828，同時(shí)使用EPI-CURE固化劑9522，或EPON樹脂862，同時(shí)使用EPI-CURE固化劑W。另一方面，諸如由Resolution Performance Products公司生產(chǎn)的EPON樹脂828或EPON樹脂826那樣的環(huán)氧樹脂可用其它固化劑固化，如Albemarle公司(Baton Rouge，Louisiana)的ETHACURE 100固化劑，或用二苯氨基甲烷。專業(yè)技術(shù)人員知道如何選用樹脂，使其適合具體刮除條件，例如固化劑所需時(shí)間及安全防護(hù)措施，而且易于使用。
本發(fā)明的刮刀片包括大約50-75％重量百分比，優(yōu)選為大約60-70％重量百分比的纖維材料，以及大約25-50％重量百分比，優(yōu)選為大約30-40％重量百分比的樹脂。當(dāng)刮刀片中纖維材料百分比加大時(shí)，刮刀片的Tg有提高趨勢(shì)，因?yàn)槔w維材料的玻璃化溫度比樹脂高。本發(fā)明的刮刀片的Tg為大約75-315℃，取決于被刮輥?zhàn)颖砻娴臏囟?。?duì)于高溫壓光場(chǎng)合而言，刀片的Tg為大約100-315℃，優(yōu)選為大約150-315℃。纖維材料百分?jǐn)?shù)提高也可提高刮刀片的磨蝕性。
通常，在粘合到層壓結(jié)構(gòu)中之前，復(fù)合材料每層的厚度為大約0.20-0.50mm，次生層厚度為大約0.09-0.50mm，刮刀片10的厚度范圍為大約1.50-3.20mm，該厚度取決于刮刀片在造紙過程中的位置及其所處的工作條件。較薄的刮刀片在其使用期內(nèi)容易有效地清除。由于較薄刀片的斜邊比厚刀片斜邊薄，因此它所提供的單位面積壓力比厚刀片斜邊高。厚刮刀片的機(jī)械強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)。刮刀片的寬度也取決于刮刀片在造紙過程中的位置及其所處的工作條件，該寬度的范圍為大約50-100mm。專業(yè)技術(shù)人員明白如何權(quán)衡刮刀片要求壽命及輥?zhàn)颖砻嬲慈疚锒嗌?，來適當(dāng)?shù)剡x用刀片厚度及寬度。
浸漬復(fù)合纖維層的樹脂可包括磨蝕性添加劑，如玻璃微珠、玻璃纖維、碎玻璃、人造或工業(yè)金剛石、顆粒、硅石顆粒、炭化硅顆粒、硼顆粒、鋯顆粒、氧化鋁顆粒及它們的混合物。浸漬樹脂還可包括減摩劑，如碳顆粒、聚四氟乙烯粉末。降低刮刀片與輥?zhàn)颖砻骈g的摩擦有助于減少刮除時(shí)產(chǎn)生的熱量，從而延長(zhǎng)刮刀片使用壽命。專業(yè)技術(shù)人員知道如何選擇適用的添加劑來滿足具體刮除應(yīng)用的要求，如提高或降低磨蝕性或降低摩擦，并達(dá)到要求的成品特性。
增強(qiáng)層一般包括碳纖維，芳族聚酰胺纖維，陶瓷纖維，玻璃纖維及它們的混合物，最好是玻璃纖維。增強(qiáng)層可以有編織結(jié)或非編織結(jié)構(gòu)，纖維可在縱向或在兩個(gè)或多個(gè)方向。編織結(jié)構(gòu)比非編織結(jié)構(gòu)的磨蝕性好。編織結(jié)構(gòu)可織成平紋、緞紋或斜紋圖案，最好是平紋或緞紋織紋。增強(qiáng)層單位面積重量?jī)?yōu)選為大約60-350g/m2。
由碳纖維組成的增強(qiáng)層通常用于降低摩擦，提高刮刀片縱向強(qiáng)度。碳纖維的特征在于拉伸強(qiáng)度高，剛性好，但它不耐磨。因此，盡管碳纖維端部作用在輥?zhàn)颖砻妫粫?huì)在輥?zhàn)颖砻嫘纬晒魏?。芳族聚酰胺纖維可用于提供強(qiáng)度及對(duì)刮刀片的耐磨性。陶瓷纖維或玻璃纖維加強(qiáng)層向刮刀片提供額外的抗磨性。鑒于上述說明，專業(yè)技術(shù)人員明白如何選擇層壓結(jié)構(gòu)中增強(qiáng)層的成分與層數(shù)，來滿足具體刮除用途的要求，如減摩，提高剛性或提高磨蝕性。
增強(qiáng)層適用材料可從Fiber Glast Derelopments公司買到，如241編織玻璃纖維織物，530 3K石墨纖維織物，549 5HS Kevlar織物，及從Branswick Technologies公司買到，如CBX 300 6k硅纖維織物及ARBX 350芳族聚酰胺纖維織物。
圖5示出典型的生產(chǎn)線上的壓光機(jī)，包括兩臺(tái)裝置50，每臺(tái)包括兩個(gè)軟輥?zhàn)?2及一個(gè)金屬輥?zhàn)?4。軟輥?zhàn)?2一般由彈性或可延展性材料構(gòu)成，如纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂。金屬輥?zhàn)?4可以由鑄鐵、冷鑄鐵、球墨鑄鐵、鍛鋼、鑄鋼構(gòu)成。金屬輥?zhàn)?4還可涂一層熱噴鍍涂料，該熱噴鍍涂料由陶瓷或金屬基體材料組成，如含金屬的硅化鈣基體材料。熱噴鍍涂層厚度一般為大約75-305μm。熱噴鍍涂層通常磨削到粗糙度小于大約0.20μm Ra。各金屬輥?zhàn)?4的轉(zhuǎn)向見箭頭22。紙幅60借助于轉(zhuǎn)向輥?zhàn)?2穿過壓光機(jī)組50。
使用兩把刮刀片，第一刮刀片56抵靠于第一機(jī)組50的金屬輥?zhàn)?4，第二刮刀片58頂住第二機(jī)組50的金屬輥?zhàn)?4。刮刀片56、58可定位在金屬輥?zhàn)?4周圍上任何地方，只要斜邊14(圖1)逆金屬輥?zhàn)愚D(zhuǎn)向工作即可，如圖5所示。刮刀片優(yōu)選在紙幅60已穿過由軟輥?zhàn)?2和金屬輥?zhàn)?4組成的機(jī)組50的兩個(gè)壓輥?zhàn)又笤俣ㄎ弧４宋恢媚軌虼_保在紙幅通過機(jī)器一次后刮刀片能清理金屬輥?zhàn)?。專業(yè)技術(shù)人員知道，刮刀片最佳位置的選擇應(yīng)考慮特定的工作條件，如紙幅的工藝路線，待刮輥?zhàn)痈浇膬x器設(shè)備，安全條件及維修條件。
斜邊14(圖1)與刮刀片底面形成的水平面一般成45°角。刮刀片56、58的工作角A以該水平面與刮刀片斜邊所在點(diǎn)的輥?zhàn)颖砻媲芯€形成的角度度量，為大約25-30°。刮刀片施于輥?zhàn)拥膲毫νǔ榇蠹s85-700N/m，優(yōu)選是在大約175-440N/m。
為了作具體清除，作為刮刀片56、58作用到金屬輥?zhàn)?4表面可以是間斷性的。通常輥?zhàn)庸ぷ鲿r(shí)刮刀片優(yōu)選連續(xù)作用于金屬輥?zhàn)?4的表面。連續(xù)使用刮刀片可確保磨蝕性沾染物能不斷從輥?zhàn)颖砻媲宄?，因此極大地減少輥?zhàn)颖砻娴膿p傷。連續(xù)使用還有助于降低輥?zhàn)颖砻娴拇植诙炔⒈３州佔(zhàn)油庑我恢滦?。減少表面損傷，降低表面粗糙度和外形保持一致有利于高生產(chǎn)率下產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。使輥?zhàn)颖砻鎿p傷最少，保持要求的表面粗糙度能提高輥?zhàn)邮褂脡勖?，在輥?zhàn)幼鳠釃婂儠r(shí)還能提高表面涂層的使用壽命。
第一壓光機(jī)組50一般需要較耐磨的刮刀片56，如圖2所示的實(shí)施方案因?yàn)榧埛鶆偼可霞垙埻苛喜⒁迅稍铮酝^多水分。紙張及紙張圖層中水分高導(dǎo)致紙幅粘附到金屬輥?zhàn)?4上的可能傾向，導(dǎo)致形成薄霧，即輥?zhàn)颖砻嬲成弦槐油苛项w粒。形成薄霧會(huì)降低從輥?zhàn)颖砻娴郊垙埖膫鳠?，降低紙幅表面光澤度，形成薄霧還增加輥?zhàn)颖砻娲植诙?，也?huì)降低紙的光澤度。形成薄霧還增加輥?zhàn)颖砻娲植诙?，也?huì)降低紙的光澤度。如果在第一機(jī)組中使用耐磨性不好的刀片，則刮刀片對(duì)輥?zhàn)颖砻娴膲毫σ哟蟛拍軐⒂嘣坞x輥?zhàn)颖砻妗＜哟蟮镀瑝毫?shì)必降低刮刀片工作壽命。
磨蝕性小的刮刀片58，如圖3所示的實(shí)施方案，適用于第二機(jī)組50，因?yàn)榧埛^干且對(duì)金屬輥?zhàn)?4的附著少。由于輥?zhàn)拥恼慈疚镙^少，所以磨蝕性好的刀片作用于輥?zhàn)拥膲毫殗?yán)加控制，以免輥?zhàn)幽p過多。如果較耐磨刮刀片作用在輥?zhàn)由?，則可能除掉過量的輥?zhàn)颖砻妫蚨档土溯佔(zhàn)颖砻娴膲勖?。如上所述，刮刀片的磨蝕性受到增強(qiáng)層、磨蝕性添加劑的應(yīng)用及其成分、樹脂與纖維材料之比、及織物中復(fù)合材料稀疏度的影響。
實(shí)例包括7層的復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片用4層增強(qiáng)層及3層復(fù)合材料層制造。層壓結(jié)構(gòu)由增強(qiáng)層與復(fù)合材料層交替組成，如圖2所示，此時(shí)外層與芯板層由增強(qiáng)層構(gòu)成。增強(qiáng)層由織成平紋圖案的玻璃纖維織物構(gòu)成，該織物由Essco公司供貨。復(fù)合材料層用的單位纖維織物是1093 E-玻璃纖維織物，這是一種95％重量百分比為單向纖維的玻璃纖維織物，可從Fibre Glast Developments公司買到。浸漬樹脂是環(huán)氧樹脂，由Essco公司供貨，其中Tg在大約90-115℃。本刮刀片應(yīng)用于第二壓光機(jī)組，和圖5中的第二機(jī)組50相似。刮刀片對(duì)金屬壓光輥?zhàn)拥膲毫?壓光輥?zhàn)由贤繜釃婂兺繉?為大約350N/m，且工作角為大約27°。刮刀片大約21天連續(xù)作業(yè)到輥?zhàn)颖砻婧?，輥?zhàn)颖砻娲植诙葹榇蠹s0.05-0.08umRa，再過27天，粗糙度為大約0.08-0.13μm Ra。用Taylor Hobson公司(Rolling Meadows Illinois)生產(chǎn)的Surtronic3+儀測(cè)量表面粗糙度。雖然輥?zhàn)颖砻娲植诙嚷杂性黾拥院艿?，表明輥?zhàn)颖砻鎿p傷極小。由刮刀片得到的表面粗糙度可以認(rèn)為對(duì)生產(chǎn)涂布印刷用紙是有利的。每把刀片使用壽命5-7天，這對(duì)連續(xù)使用時(shí)的耐磨性而言是可以接受的。
其它實(shí)施方案包括在權(quán)利要求書中。例如，本發(fā)明的刮刀片適用于應(yīng)用輥?zhàn)拥钠渌聿闹圃煨袠I(yè)，如印刷、高分子膜、鋪地材料及織物。專業(yè)技術(shù)人員顯然了解，可以不違背本發(fā)明的精神和范圍而對(duì)本發(fā)明作出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種有其長(zhǎng)軸的刮刀片，可供作用到在回轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)拥膱A周表面，該刮刀片包括復(fù)合材料，該復(fù)合材料包括多條浸漬樹脂的磨蝕性單向纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮刀片，其中刮刀片是包括多層上述復(fù)合材料的層壓結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮刀片，其中單向纖維選自玻璃纖維、陶瓷纖維及它們的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的刮刀片，其中單向纖維包括玻璃纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮刀片，其中單向纖維主要包括連續(xù)的長(zhǎng)纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮刀片，其中單向纖維被提供在單向纖維織物中，該單向纖維織物重量的60％以上是該單向纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的刮刀片，其中單向纖維織物的重量的75％以上是單向纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的刮刀片，其中單向纖維織物的重量的90％以上是單向纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的刮刀片，其中單向纖維織物還包括第二纖維。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的刮刀片，其中單向纖維的直徑等于或大于第二纖維的直徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的刮刀片，其中單向纖維的直徑為450-1500μm，第二纖維的直徑為400-700μm。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的刮刀片，其中單向纖維織物還包括非磨蝕性纖維。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的刮刀片，其中非磨蝕性纖維選自碳、人造絲、芳族聚酰胺，及它們的混合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的刮刀片，其中非磨蝕性纖維包括的碳纖維，其纖維方向大致垂直于刮刀片的長(zhǎng)軸。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的刮刀片，其中單向纖維織物單位面積重量為230-610g/m2。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮刀片，其中樹脂包括熱塑性樹脂。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮刀片，其中樹脂包括環(huán)氧樹脂。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮刀片，其中樹脂的玻璃化溫度為約65-315℃。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮刀片，其中樹脂的玻璃化溫度為約85-315℃。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮刀片，其中樹脂包括磨蝕性添加劑，該磨蝕性添加劑選自玻璃微珠、玻璃纖維、碎玻璃、人造或工業(yè)金剛石顆粒、硅石顆粒、碳化硅顆粒、硼顆粒、鋯顆粒、氧化鋁顆粒及它們的混合物。
21.一種清理在回轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)拥耐庵鼙砻娴姆椒?，包括下列步驟a)將具有長(zhǎng)軸的刮刀片定位在輥?zhàn)颖砻娓浇?，使刮刀片長(zhǎng)軸大致平行于輥?zhàn)踊剞D(zhuǎn)軸，該刮刀片包括多條浸漬樹脂的單向纖維；及b)將刮刀片斜邊壓向輥?zhàn)颖砻妗?br>
22.一種降低在回轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)拥耐庵鼙砻娴拇植诙鹊姆椒?，包括下列步驟a)將具有長(zhǎng)軸的刮刀片定位在輥?zhàn)颖砻娓浇?，使刮刀片長(zhǎng)軸大致平行于輥?zhàn)踊剞D(zhuǎn)軸，該刮刀片包括多條浸漬樹脂的單向纖維；及b)將刮刀片斜邊壓向輥?zhàn)颖砻妗?br>
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的方法，其中在操作時(shí)刮刀片斜邊連續(xù)地接觸輥?zhàn)颖砻妗?br>
24.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的方法，其中定位步驟包括使刮刀片以25-30°的工作角定位。
25.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的方法，其中壓緊步驟的壓力為85-700N/m。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中壓緊步驟的壓力為175-440N/m。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中輥?zhàn)颖砻娲植诙冉档酱蠹s0.025-0.20μmRa。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中輥?zhàn)颖砻娲植诙冉档酱蠹s0.05-0.13μmRa。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中在刮刀片有效使用期內(nèi)輥?zhàn)颖砻娲植诙缺３衷诖蠹s0.025-0.20μmRa的范圍內(nèi)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中輥?zhàn)颖砻娲植诙缺３衷诖蠹s0.05-0.13μmRa的水平。
31.一種用于制造復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片的方法，該方法包括用樹脂浸漬包括單向纖維的復(fù)合材料。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，還包括將多層復(fù)合材料彼此疊置以形成層壓結(jié)構(gòu)。
33.根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的方法，還包括對(duì)被浸漬的復(fù)合材料施以高溫高壓，從而使樹脂固化。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括將固化的復(fù)合材料切成2個(gè)或多個(gè)刮刀片。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中單向纖維選自玻璃纖維、陶瓷，以及它們的混合物。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中單向纖維包括玻璃纖維。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中單向纖維主要包括連續(xù)的長(zhǎng)纖維。
38.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中單向纖維被提供在單向纖維織物中，該單向纖維織物重量的60％以上是該單向纖維。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中單向纖維織物的重量的75％以上是單向纖維。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中單向纖維織物重量的90％以上是單向纖維。
全文摘要
本發(fā)明提供一種復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片(10)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片適用于造紙，特別適用于壓光機(jī)。復(fù)合結(jié)構(gòu)刮刀片包括多層復(fù)合材料(32)，其中大部分纖維排在與刮刀片長(zhǎng)軸大致平行的方向。
文檔編號(hào)D21G3/00GK1612962SQ02826942
公開日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2002年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月11日
發(fā)明者G·卡瑞亞 申請(qǐng)人:S·D·沃倫服務(wù)公司