專利名稱：復合結(jié)構刮刀片的制作方法
背景技術：
本發(fā)明涉及復合結(jié)構刮刀片。更具體地說，本發(fā)明涉及造紙時使用的復合結(jié)構刮刀片，例如在制造印刷用紙時壓光機中使用的那些。在此使用的“壓光機”這個術語及其變體，原本指壓光紙張時使用的機器，包括獨立的壓光裝置，如超級壓光機及造紙機中的壓光裝置，該超級壓光機例如機械壓光機、光澤壓光機及柔性鉗口壓光機。本發(fā)明還涉及壓光機刮刀片使用方法。
刮刀片廣泛用于清除造紙機輥子表面的各種物質(zhì)。就其本質(zhì)而言，從輥子表面清除沾染物的過程可能對輥子表面、刮刀片本身或二者同時造成很大的磨損。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輥子的表面。普通刮刀片可由下列材料制成金屬(如不銹鋼、鎳或青銅)；涂上合金或陶瓷材料的金屬；塑料或“復合”材料，即纖維增強聚合材料。圖1示出典型的造紙機外形，其中刮刀片2設置為抵靠在造紙機的例如壓光輥子的輥子12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，沿造紙機的縱向，即沿著垂直于造紙機輥子回轉(zhuǎn)軸的方向，金屬的刀片顯示出高剛性，以及良好的耐磨性。在本領域中，造紙工藝過程的縱向被設定為紙幅通過造紙機的方向，見圖1的箭頭18。此等葉片易被腐蝕，而且會導致輥子的過量磨損。
塑料刀片往往用在造紙機中的一些不適用金屬刀片的位置。但塑料刀片有嚴重的缺點，因為它們剛性很低，而且容易在造紙工藝使用的典型溫度下軟化。
復合結(jié)構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，且一定比例的纖維設置在縱向，而其余纖維在橫向，即與造紙輥子回轉(zhuǎn)軸平行的方向。在技術上，橫向被認為是紙幅行進路線的垂直方向，如圖1的箭頭20所示。雖然復合結(jié)構刀片往往比金屬刀片磨損得快，但它對輥子表面的磨損較少。刀片使用壽命低往往被看成是缺點，而提高刀片的耐磨性被視作許多刮除作業(yè)所希望的。復合結(jié)構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，因為輥子磨損過多會對紙張最后性能有不利影響。
復合結(jié)構刮刀片常常與生產(chǎn)線上的壓光機一起使用，該壓光機通常工作在相對高的擠壓壓力和高的輥子表面溫度條件之下。這些工作條件會促使增加壓光輥子表面上涂料顆粒以及沾染物的數(shù)量。如果壓光輥子未被連續(xù)地刮除，則涂料顆粒和沾染物的積累將達到不可接受水平，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子表面，導致輥子表面永久的剝蝕。輥子表面的剝蝕往往有損于輥子外形，使輥子表面高低不平，導致紙在寬度方向上的壓光不連續(xù)。因此，在高生產(chǎn)率和高效率下對紙的質(zhì)量一致的要求的結(jié)果是操作時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、從而也提高復合結(jié)構刮刀片的刀片壽命的嘗試。
對生產(chǎn)線壓光操作條件也有過一些改進，以提高壓光輥子的耐磨性。越來越普遍做法是對這種生產(chǎn)線上的壓光輥子涂上一薄層熱噴鍍涂料，它們能阻止輥子表面的剝蝕，因而防止輥子形狀變差。在這里使用的“熱噴鍍”這個術語及其變體，是指以下三種標準方法之一等離子體、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。熱噴鍍的輥子表面還要研磨到很低粗糙度，這是涂布的印刷用紙生產(chǎn)時使用的壓光輥子的一個十分需要的性質(zhì)。
如果刮除作業(yè)是斷續(xù)進行的，例如紙幅斷裂后去除卷在輥子上的紙，則熱噴鍍涂層有助于承受這樣的刮除作業(yè)的刮擦作用。但熱噴鍍輥子受到連續(xù)刮擦時輥子會出現(xiàn)剝落。超過規(guī)定時間，熱噴鍍輥子因刮刀片及沾染物的作用容易使輥子外形和表面光潔度惡化。當輥子的形狀及表面光潔度差到影響紙的質(zhì)量時，必須拆下輥子重新研磨。不作磨削會使產(chǎn)品受損失，而且提高成本。此外，磨削過程本身從輥子上去除昂貴的熱噴鍍涂料。由于熱噴鍍涂層代表輥子成本的一大部分及一筆很大的投資，因此十分需要將熱噴鍍涂料的損失降到最低。
提高復合結(jié)構刮刀片耐磨性的努力導致輥子表面迅速剝落。另一方面，為了避免因更換刮刀片而頻繁地中斷生產(chǎn)，適當水平的耐磨性也是需要的。需要刮刀片對著熱噴鍍輥子表面連續(xù)使用以適當去除表面沾染物，同時具有在生產(chǎn)條件下充分的耐磨性。還要求刮刀片可用來保持輥子表面有低的表面粗糙度，同時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軸的單向纖維，即磨蝕性纖維的復合結(jié)構刮刀片，可用于清除輥子表面的沾染物，同時使輥子表面損傷最小。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，這樣的刮刀片可在操作時連續(xù)接觸輥子表面，而不會對輥子產(chǎn)生大的損傷。
本發(fā)明的復合結(jié)構刮刀片適用于造紙，特別適合在壓光機上使用。本發(fā)明的復合結(jié)構刮刀片提供造紙時所需的磨蝕性，以便清除輥子表面而對輥子表面無大的損傷。本發(fā)明的刮刀片具有有效刮除所需的結(jié)構特性，如在刮刀片二個軸方向的剛性。本發(fā)明的刮刀片還能夠使磨損緩慢而均勻。本發(fā)明的刮刀片的實施方案還可用于降低輥子表面粗糙度并使之保持在所需的水平。
在本發(fā)明一個方面，所提供的刮刀片中包括的復合材料包括浸漬樹脂的多條單向纖維。
優(yōu)選的各個實施方案可包括以下特征的一個或多個本刮刀片是包括多層復合材料的層壓結(jié)構。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)的長絲或復絲束。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)選一層或幾層復合材料包括布置在與刮刀片長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子表面的方法，該方法包括a)將具有長軸的刮刀片定位在輥子表面附近，使刮刀片的長軸基本上與輥子的回轉(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子表面。
在另一方面，本發(fā)明特征是利用上述方法降低輥子表面的粗糙度。
優(yōu)選的方法還可包括一個或幾個下面的特征刮刀片的斜邊在操作期間保持與輥子表面連續(xù)接觸。定位步驟包括，以斜邊與輥子表面接觸處輥子的切線度量，在刮刀片斜邊與輥子表面之間形成25～30°的夾角。壓緊步驟以大約85～700N/m，優(yōu)選大約175～440N/m的壓力進行。輥子表面粗糙度降低到大約0.025～0.20μm Ra，優(yōu)選是大約0.050～0.13μm Ra。輥子表面粗糙度在刀片有效使用壽命中保持大約0.025～0.20μm 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)明提供制造復合結(jié)構刮刀片的方法，該方法包括浸漬包括單向纖維的復合材料的步驟。
優(yōu)選的該方法可包括下述特征的一個或多個本方法包括分層堆積步驟，其中多層復合材料相互疊置在彼此頂部，形成層壓結(jié)構。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)構切成兩個或多個刮刀片，每片刀片具有長軸。
通過以下的詳細說明、附圖以及權利要求書，本發(fā)明的其它特征與優(yōu)點將更佳顯明。


圖1是與造紙輥子接觸的刮刀片的立體示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的刮刀片的部件分解立體圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的刮刀片的部件分解示意圖；圖4A及4B是造紙輥子橫截面放大示意圖，示出本發(fā)明一個實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)選實施方案的詳細說明參看圖1，復合結(jié)構刮刀片2抵靠于造紙輥子12，造紙輥子12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能去除輥子表面16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，該層壓結(jié)構是由多層復合材料32和多層增強纖維層30組成，其中每層復合材料包括多條單向纖維31。復合材料層32布置在層壓結(jié)構中，使單向纖維31的方向與刮刀片10的長軸平行。增強層30與復合材料層32的區(qū)別在于，增強層中大部分纖維并不與刮刀片10的長軸平行。增強層30設置在層壓結(jié)構中，用以提供加強作用，如提高剛度或強度，也可增大刮刀片的厚度。圖2及3中示意性表示增強層30，沒有指出纖維的方向。增強層30可以是編織結(jié)構或非編織結(jié)構，纖維可以沿縱向或沿兩個或更多方向。
圖2及3示出的本發(fā)明的刮刀片的實施方案包括九層。常見的復合結(jié)構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)技術人員應理解，復合結(jié)構刮刀片的層數(shù)由具體刮除用途操作要求決定。每層復合材料層32及增強層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。
如圖2所示，刮刀片10的一個實施方案的層壓結(jié)構由增強層30與復合層32交替組成。增強層30包括的玻璃纖維優(yōu)選沿編織結(jié)構的兩個或兩個以上方向定向。圖2所示刮刀片的實施方案適合于要求較高磨蝕性的刮除應用環(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子表面積附多的涂料顆粒。
圖3示出刮刀片10的另一實施方案，其中復合材料層32是芯層，而增強層30是外層。增強層30優(yōu)選含有碳纖維。圖3所示本發(fā)明的刮刀片10的實施方案對要求刀片磨損不大的刮除應用環(huán)境，如在生產(chǎn)線上的壓光裝置是合適的，因其中紙幅相對比較干燥，例如水含量為1-4％，且往往對輥子表面的污染最少。
刮刀片10的層壓結(jié)構中各層在中央的芯層34周圍對稱地布置，如圖2中所示的增強層30和圖3中所示的復合材料層32。如果各層在中央芯層34周圍不對稱，則刮刀片可能沿其長軸彎曲或扭曲。
復合材料層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。這里使用的術語“纖維”意欲包括長度大于寬度的單絲或復絲束。復合材料層可包括短的纖維段或連續(xù)的長纖維，即沿著刮刀片長度分布的纖維。復合材料層優(yōu)選主要包括連續(xù)長纖維。
復合材料層適用的纖維，對于制作造紙輥子表面的材料如碳鋼、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，它們能清除輥子表面，及/或降低輥子表面的粗糙度。復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度。如果組成復合材料層的纖維不夠硬，則刮刀片本身的柔性增加，導致不能有效地刮除輥子表面，因為刮刀片加壓去清除輥子表面時容易彎曲。
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上叫做“單向纖維織物”，即使這樣的織物是編織結(jié)構以致有一定比例的纖維在不同方向。這里使用的術語“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軸的纖維。第二纖維通常在單向纖維織物中應用，為單向纖維提供初步框架，使得在加工時，如浸漬樹脂及層壓時，纖維不會散開。這樣的第二纖維趨向于對造紙輥子表面的制作材料造成磨損。適當?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，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，大張的單向纖維織物用樹脂浸漬，如果需要的話，增強層也可被樹脂浸漬。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。此層壓結(jié)構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)構然后被切成兩個或多個刮刀片，每片均具有其有長軸。
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，如磨蝕性及強度低。非磨蝕性纖維可完全處在縱向或在橫向，也可在一個以上方向。非磨蝕性纖維的方向在其用于向刮刀片結(jié)構提供強度時就顯得很重要。例如，本發(fā)明的一個實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度。如果沿刀片長軸需要強度，則碳纖維應平行于長軸。如果在刮刀片寬度上需要強度，則碳纖維排布在長軸的垂直方向。如果非磨蝕性纖維具有玻璃化溫度Tg，則該玻璃化溫度應大于刮刀片作用的輥子的表面溫度。如果纖維的玻璃化溫度Tg小于或等于輥子的表面溫度，則纖維易融化并沾在輥子表面上。專業(yè)技術人員知道如何選擇適當?shù)姆悄ノg性纖維，使其具有具體刮除場合要求的性能，如低的磨蝕性及/或高的強度。
使用某些傳統(tǒng)復合結(jié)構刮刀片時，從輥子表面去除下來的涂料顆粒及沾染物容易堵住刮刀片工作表面，即靠近輥子表面的刀片表面的纖維間的裂隙和間隙，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。復合材料層32(圖2及圖3)還暴露給輥子表面較大表面積的纖維，因為單向纖維處在橫向，與它們作用的輥子表面平行。操作時，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子表面上除掉。
傳統(tǒng)的復合結(jié)構刮刀片經(jīng)常有在輥子表面形成刮痕的傾向，因為磨蝕性纖維的“端部”作用在輥子表面上，由于典型的刮刀片中有很大一部分纖維處于縱向，因此輥子表面受刮擦是被纖維的“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子表面粗糙度，最終對輥子表面及成品性能造成不可接受的損傷和影響。
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，因為在縱向的纖維不多，因此作用在輥子表面的纖維“端部”很少。本發(fā)明的刮刀片的復合材料層有助于降低輥子表面的粗糙度，如圖4A及圖4B所示。圖4A是輥子12(圖1)的表面16在使用一個實施方案的刮刀片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示出同一輥子表面16在使用一個實施方案的刮刀片10之后的輥子外形。刮刀片10對輥子表面16的作用是去除波峰的頂部40使之達到均勻高度L，從而導致表面粗糙度的降低。刮刀片10的實施方案可使輥子表面粗糙度下降到大約0.025-0.20μm Ra，優(yōu)選是大約0.050-0.13μm Ra。刮刀片10的實施方案還可用于在刀片的有效期內(nèi)使輥子的表面粗糙度保持在大約0.025-0.20μm Ra，優(yōu)選是大約0.050-0.13μm Ra的水平。應用本發(fā)明的刮刀片所能達到的表面粗糙度水平取決于造紙輥子表面的材料及具體刮除作業(yè)的操作條件。
復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子表面。比較均勻的磨蝕性表面一般能導致較均勻的輥子表面形狀，由于磨蝕性材料面積大，即在刮除時暴露的單向纖維的縱向長度較長，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，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。單向纖維織物單位面積的重量優(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合，如水分少的未涂布紙幅，它在輥子表面產(chǎn)生的沾染物較少。密而重的單向纖維織物傾向于應用在需要磨蝕性及耐磨性高的刮除場合，如水分高的涂布紙幅，它所產(chǎn)生的輥子表面沾染物多。在密而重的材料中，暴露在輥子表面的單位面積材料的第二纖維“端部”多。密而重的材料單位面積磨蝕性好，因為單向纖維在第二纖維上下編織時形成扭結(jié)，使露出的磨蝕性材料的表面積較大。專業(yè)技術人員應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，則輥子表面形成刮痕的傾向大，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。本發(fā)明的刮刀片中選用的樹脂應能耐受具體刮除場合的使用工作溫度。用于制造刮刀片的樹脂在工作時將接觸輥子表面。樹脂不應融化和玷污到輥子表面，而應該被磨損掉，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記。適用于本發(fā)明的刮刀片的樹脂，根據(jù)待刮輥子表面的溫度，其Tg應在大約55-315℃。對于高溫壓光的場合，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。如果對具體刮除場合而言，固化樹脂的Tg太低，則樹脂會融化并玷污輥子表面。而Tg高的樹脂，對在相對低溫度下工作的抵靠輥子使用的刮刀片而言也是浪費。
適用環(huán)氧樹脂系列可從Fiber Glast Developments購買。如2000系列環(huán)氧樹脂，同時使用2020、2060、2120環(huán)氧固化劑；及ResolutionPerformance Products公司(Houston，Texas)購買，如EPON樹脂828，同時使用EPI-CURE固化劑9522，或EPON樹脂862，同時使用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，例如固化劑所需時間及安全防護措施，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。當刮刀片中纖維材料百分比加大時，刮刀片的Tg有提高趨勢，因為纖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℃，取決于被刮輥子表面的溫度。對于高溫壓光場合而言，刀片的Tg為大約100-315℃，優(yōu)選為大約150-315℃。纖維材料百分數(shù)提高也可提高刮刀片的磨蝕性。
通常，在粘合到層壓結(jié)構中之前，復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。厚刮刀片的機械強度高，使用壽命長。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)技術人員明白如何權衡刮刀片要求壽命及輥子表面沾染物多少，來適當?shù)剡x用刀片厚度及寬度。
浸漬復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。降低刮刀片與輥子表面間的摩擦有助于減少刮除時產(chǎn)生的熱量，從而延長刮刀片使用壽命。專業(yè)技術人員知道如何選擇適用的添加劑來滿足具體刮除應用的要求，如提高或降低磨蝕性或降低摩擦，并達到要求的成品特性。
增強層一般包括碳纖維，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。增強層可以有編織結(jié)或非編織結(jié)構，纖維可在縱向或在兩個或多個方向。編織結(jié)構比非編織結(jié)構的磨蝕性好。編織結(jié)構可織成平紋、緞紋或斜紋圖案，最好是平紋或緞紋織紋。增強層單位面積重量優(yōu)選為大約60-350g/m2。
由碳纖維組成的增強層通常用于降低摩擦，提高刮刀片縱向強度。碳纖維的特征在于拉伸強度高，剛性好，但它不耐磨。因此，盡管碳纖維端部作用在輥子表面，但不會在輥子表面形成刮痕。芳族聚酰胺纖維可用于提供強度及對刮刀片的耐磨性。陶瓷纖維或玻璃纖維加強層向刮刀片提供額外的抗磨性。鑒于上述說明，專業(yè)技術人員明白如何選擇層壓結(jié)構中增強層的成分與層數(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，包括兩臺裝置50，每臺包括兩個軟輥子52及一個金屬輥子54。軟輥子52一般由彈性或可延展性材料構成，如纖維增強的環(huán)氧樹脂。金屬輥子54可以由鑄鐵、冷鑄鐵、球墨鑄鐵、鍛鋼、鑄鋼構成。金屬輥子54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。各金屬輥子54的轉(zhuǎn)向見箭頭22。紙幅60借助于轉(zhuǎn)向輥子62穿過壓光機組50。
使用兩把刮刀片，第一刮刀片56抵靠于第一機組50的金屬輥子54，第二刮刀片58頂住第二機組50的金屬輥子54。刮刀片56、58可定位在金屬輥子54周圍上任何地方，只要斜邊14(圖1)逆金屬輥子轉(zhuǎn)向工作即可，如圖5所示。刮刀片優(yōu)選在紙幅60已穿過由軟輥子52和金屬輥子54組成的機組50的兩個壓輥子之后再定位。此位置能夠確保在紙幅通過機器一次后刮刀片能清理金屬輥子。專業(yè)技術人員知道，刮刀片最佳位置的選擇應考慮特定的工作條件，如紙幅的工藝路線，待刮輥子附近的儀器設備，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的輥子表面切線形成的角度度量，為大約25-30°。刮刀片施于輥子的壓力通常為大約85-700N/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作用到金屬輥子54表面可以是間斷性的。通常輥子工作時刮刀片優(yōu)選連續(xù)作用于金屬輥子54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子表面清除，因此極大地減少輥子表面的損傷。連續(xù)使用還有助于降低輥子表面的粗糙度并保持輥子外形一致性。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。使輥子表面損傷最少，保持要求的表面粗糙度能提高輥子使用壽命，在輥子作熱噴鍍時還能提高表面涂層的使用壽命。
第一壓光機組50一般需要較耐磨的刮刀片56，如圖2所示的實施方案因為紙幅剛涂上紙張涂料并已干燥，所以往往含較多水分。紙張及紙張圖層中水分高導致紙幅粘附到金屬輥子54上的可能傾向，導致形成薄霧，即輥子表面粘上一薄層涂料顆粒。形成薄霧會降低從輥子表面到紙張的傳熱，降低紙幅表面光澤度，形成薄霧還增加輥子表面粗糙度，也會降低紙的光澤度。形成薄霧還增加輥子表面粗糙度，也會降低紙的光澤度。如果在第一機組中使用耐磨性不好的刀片，則刮刀片對輥子表面的壓力要加大才能將余渣刮離輥子表面。加大刀片壓力勢必降低刮刀片工作壽命。
磨蝕性小的刮刀片58，如圖3所示的實施方案，適用于第二機組50，因為紙幅較干且對金屬輥子54的附著少。由于輥子的沾染物較少，所以磨蝕性好的刀片作用于輥子的壓力須嚴加控制，以免輥子磨損過多。如果較耐磨刮刀片作用在輥子上，則可能除掉過量的輥子表面，因而降低了輥子表面的壽命。如上所述，刮刀片的磨蝕性受到增強層、磨蝕性添加劑的應用及其成分、樹脂與纖維材料之比、及織物中復合材料稀疏度的影響。
實例包括7層的復合結(jié)構刮刀片用4層增強層及3層復合材料層制造。層壓結(jié)構由增強層與復合材料層交替組成，如圖2所示，此時外層與芯板層由增強層構成。增強層由織成平紋圖案的玻璃纖維織物構成，該織物由Essco公司供貨。復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℃。本刮刀片應用于第二壓光機組，和圖5中的第二機組50相似。刮刀片對金屬壓光輥子的壓力(壓光輥子上涂熱噴鍍涂層)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)到輥子表面后，輥子表面粗糙度為大約0.05-0.08umRa，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+儀測量表面粗糙度。雖然輥子表面粗糙度略有增加但仍很低，表明輥子表面損傷極小。由刮刀片得到的表面粗糙度可以認為對生產(chǎn)涂布印刷用紙是有利的。每把刀片使用壽命5-7天，這對連續(xù)使用時的耐磨性而言是可以接受的。
其它實施方案包括在權利要求書中。例如，本發(fā)明的刮刀片適用于應用輥子的其它卷材制造行業(yè)，如印刷、高分子膜、鋪地材料及織物。專業(yè)技術人員顯然了解，可以不違背本發(fā)明的精神和范圍而對本發(fā)明作出各種修改。
權利要求
1.一種有其長軸的刮刀片，可供作用到在回轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)的輥子的圓周表面，該刮刀片包括復合材料，該復合材料包括多條浸漬樹脂的磨蝕性單向纖維。
2.根據(jù)權利要求1所述的刮刀片，其中刮刀片是包括多層上述復合材料的層壓結(jié)構。
3.根據(jù)權利要求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)的長纖維。
6.根據(jù)權利要求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軸。
15.根據(jù)權利要求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)的輥子的外周表面的方法，包括下列步驟a)將具有長軸的刮刀片定位在輥子表面附近，使刮刀片長軸大致平行于輥子回轉(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子表面。
22.一種降低在回轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)的輥子的外周表面的粗糙度的方法，包括下列步驟a)將具有長軸的刮刀片定位在輥子表面附近，使刮刀片長軸大致平行于輥子回轉(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子表面。
23.根據(jù)權利要求21或22所述的方法，其中在操作時刮刀片斜邊連續(xù)地接觸輥子表面。
24.根據(jù)權利要求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)權利要求22所述的方法，其中輥子表面粗糙度降到大約0.025-0.20μmRa。
28.根據(jù)權利要求27所述的方法，其中輥子表面粗糙度降到大約0.05-0.13μmRa。
29.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中在刮刀片有效使用期內(nèi)輥子表面粗糙度保持在大約0.025-0.20μmRa的范圍內(nèi)。
30.根據(jù)權利要求29所述的方法，其中輥子表面粗糙度保持在大約0.05-0.13μmRa的水平。
31.一種用于制造復合結(jié)構刮刀片的方法，該方法包括用樹脂浸漬包括單向纖維的復合材料。
32.根據(jù)權利要求31所述的方法，還包括將多層復合材料彼此疊置以形成層壓結(jié)構。
33.根據(jù)權利要求31或32所述的方法，還包括對被浸漬的復合材料施以高溫高壓，從而使樹脂固化。
34.根據(jù)權利要求33所述的方法，還包括將固化的復合材料切成2個或多個刮刀片。
35.根據(jù)權利要求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)權利要求31所述的方法，其中單向纖維主要包括連續(xù)的長纖維。
38.根據(jù)權利要求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)明提供一種復合結(jié)構刮刀片(10)，該復合結(jié)構刮刀片適用于造紙，特別適用于壓光機。復合結(jié)構刮刀片包括多層復合材料(32)，其中大部分纖維排在與刮刀片長軸大致平行的方向。
文檔編號D21G3/00GK1612962SQ02826942
公開日2005年5月4日 申請日期2002年1月11日 優(yōu)先權日2002年1月11日
發(fā)明者G·卡瑞亞 申請人:S·D·沃倫服務公司