專利名稱：噴嘴陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用高壓噴霧技術(shù)來(lái)涂布移動(dòng)的網(wǎng)狀材料，并針對(duì)用在該涂布方法中的噴嘴陣。本發(fā)明尤其適用于紙張涂布。
背景技術(shù)：
在紙張涂布中，尤其打算用來(lái)提高紙張適印性能的液體涂料混合物被涂敷在紙張表面。傳統(tǒng)上，壓力涂布器、刮刀涂布器和薄膜轉(zhuǎn)移設(shè)備被用于這一目的。傳動(dòng)速率需要增加時(shí)，或在涂布厚度連續(xù)降低的紙張時(shí)，這些技術(shù)就難于在實(shí)踐中可靠地實(shí)施。
作為最新的涂布技術(shù)之一，噴霧涂布已經(jīng)出現(xiàn)。其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在于不需要任何機(jī)械涂布裝置(例如研磨刮刀或旋轉(zhuǎn)棒)與紙幅接觸。已經(jīng)證明高壓噴霧技術(shù)是一種特別有希望的噴霧技術(shù)，它包括如下步驟僅需驅(qū)動(dòng)不含任何氣體介質(zhì)的高壓涂料混合物通過(guò)具有小孔的噴嘴，從而使混合物霧化成小液滴。壓力可以在例如1-200MPa之間，噴嘴的開(kāi)口面積例如為0.02-0.5mm2。最大的液滴尺寸通常約為100μm。該裝置包括具有一排或多排噴嘴的噴嘴陣，每排噴嘴由沿紙幅橫向排列的幾個(gè)噴嘴組成。噴嘴的排列要使其能夠在紙幅上提供盡可能均勻地覆蓋紙幅的涂料射流。每排噴嘴中的相鄰噴嘴產(chǎn)生的射流在邊緣處要適度重疊。在相同的壓力下，涂料混合物從一根單獨(dú)的進(jìn)料管中被分布到每個(gè)噴嘴中。因此通過(guò)改變壓力、濃度或粘度，僅僅可以調(diào)節(jié)各噴嘴一起輸送的流量。各噴嘴所產(chǎn)生的射流的形狀取決于噴嘴開(kāi)口的形狀?？偟哪繕?biāo)是提供一種在紙幅橫向上的寬度比在紙幅縱向上的寬度更大的射流。因此，噴嘴的開(kāi)口相應(yīng)地呈橢圓形。
紙張的噴霧涂布例如在FI108061 B(對(duì)應(yīng)于WO9717036)和Nissinen V的OptiSpray新型低定量壓敏紙涂布技術(shù)(OptiSpray涂布和施膠會(huì)議，芬蘭，2001年3月15日)中已有說(shuō)明。

發(fā)明內(nèi)容
權(quán)利要求1中所限定的噴嘴陣已經(jīng)被發(fā)明出來(lái)，并用在了網(wǎng)狀材料的涂布中。其他權(quán)利要求說(shuō)明了本發(fā)明的一些實(shí)施例。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)噴嘴開(kāi)口尺寸的變化對(duì)通過(guò)噴嘴的流量和射流形狀都有顯著的影響。這造成紙幅上所形成的涂料的相應(yīng)誤差。因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在與流量誤差有關(guān)的變量的基礎(chǔ)上提前將噴嘴分類可以減小噴嘴陣的流量誤差。將噴嘴分類，從而使變量與噴嘴陣內(nèi)的平均值的誤差保持在所允許的質(zhì)量要求下。例如，該要求可以低于±5％，如低于±2％。
待測(cè)量的噴嘴變量尤其可以是噴嘴開(kāi)口面積。該面積尤其可以用光學(xué)方法測(cè)定。測(cè)定方法例如可以包括將激光束之類的光束導(dǎo)向開(kāi)口，然后測(cè)量由開(kāi)口所保留的那部分光束。例如作為CCD照相機(jī)的圖像表面上的像素，該面積也可以直接獲得。除了面積，也可以測(cè)定開(kāi)口的寬度和長(zhǎng)度，然后將其作為變量，使用其乘積。這些變量也可以用顯微鏡進(jìn)行光學(xué)測(cè)定，例如，光學(xué)測(cè)量方法也易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
使用如上述分類的噴嘴，噴嘴陣在紙幅上產(chǎn)生盡可能均勻的涂料分布，并且隨噴嘴的磨損，仍盡可能地保持均勻。只要有必要，通過(guò)改變進(jìn)料值，在每個(gè)噴嘴陣內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)涂料的預(yù)期厚度。這里所述的分類與直接根據(jù)噴嘴的流量測(cè)量所作的分類相比，更為快速，也更為簡(jiǎn)單。用過(guò)的噴嘴可以返回并重新分類。
本發(fā)明例如可應(yīng)用于將要用于涂布紙張(例如打印紙或紙板)的噴嘴的分類。分類后的噴嘴陣產(chǎn)生質(zhì)量最為均勻的涂布。


下面將詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的一些實(shí)施例。附圖附屬于說(shuō)明書。
圖1展示了未分類的噴嘴陣的流量分布和扇形寬度。
圖2展示了隨著噴嘴的磨損噴嘴陣流量誤差的變化。
圖3展示了如本發(fā)明所述的噴嘴陣的流量的典型誤差及其分類。
圖4展示了噴嘴面積的光學(xué)測(cè)量。
圖5展示了噴嘴陣中最外的兩個(gè)噴嘴的位置和由它們實(shí)現(xiàn)的涂料分布。
具體實(shí)施例方式
噴嘴制造商所用的制造工藝并不精確。制造商報(bào)告各噴嘴的體積流量的誤差最多約為±5％。在實(shí)踐中，這意味著在涂料量的全幅橫向分布中可能有10％的誤差。但是，實(shí)際觀察表明批量生產(chǎn)同一額定尺寸的噴嘴時(shí)所得到的噴嘴的流量與測(cè)得的平均流量的誤差可能超過(guò)±10％。
發(fā)明人調(diào)查了具有代表性的一批36個(gè)噴嘴中的每個(gè)噴嘴的質(zhì)量流量，并在100巴的壓力下用水調(diào)查了射流扇的寬度。各噴嘴的額定直徑為0.3mm。結(jié)果見(jiàn)表1，其中的豎條表示流量，曲線表示射流扇的寬度。
觀察還發(fā)現(xiàn)，隨著噴嘴的磨損，流量誤差趨于進(jìn)一步增加。實(shí)際上，涂料混合物常常含有固體物質(zhì)，例如顏料，這些物質(zhì)會(huì)加劇磨損。通過(guò)噴射含有碳酸鈣的涂料濃漿，并通過(guò)監(jiān)測(cè)噴嘴在操作過(guò)程中體積流量的變化，用一批9個(gè)噴嘴對(duì)這一問(wèn)題作了研究。結(jié)果見(jiàn)表2。
結(jié)果表明，噴嘴陣中的每個(gè)噴嘴具有相同且足夠精確的起始流量是極其重要的。這樣即可獲得質(zhì)量最為均勻的涂布效果。
為了對(duì)噴嘴進(jìn)行分類，要選擇與流量有關(guān)的變量，并對(duì)每個(gè)噴嘴進(jìn)行測(cè)定。在流速技術(shù)方面，噴嘴的開(kāi)口面積與流量最為確切相關(guān)。通過(guò)測(cè)量一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處的流動(dòng)開(kāi)口的直徑，也獲得了滿意的結(jié)果。例如在橢圓形開(kāi)口的例子中，可以測(cè)定寬度和高度。當(dāng)噴嘴的這些變量基本相等時(shí)，其相互流量也相等。
只有所測(cè)變量的誤差低于所允許的額定誤差的噴嘴才可以安裝在同一個(gè)噴嘴陣中。容許的極限可以為例如±2％。
圖3展示了噴嘴陣的流速的典型誤差，該噴嘴陣已經(jīng)被分成可以接受的各個(gè)分陣。
噴嘴分類的一個(gè)辦法是用顯微鏡測(cè)量噴嘴開(kāi)口的寬度和高度，并用其乘積作為分類變量。100倍的放大顯微鏡獲得了0.001mm的精度。所附的表格表明一批10個(gè)噴嘴的孔的尺寸和相應(yīng)的質(zhì)量流量。質(zhì)量流量是通過(guò)在2分鐘的時(shí)間內(nèi)將壓力為100巴的水噴射到一個(gè)容器中并稱量水的重量而獲得的。

橢圓形噴嘴開(kāi)口的寬度與其高度的乘積自然大于開(kāi)口面積，但橢圓形噴嘴開(kāi)口的寬度卻與質(zhì)量流量完全相關(guān)。
例如可以用圖4的裝置高度精確地測(cè)定噴嘴的開(kāi)口面積。其中，直徑大于開(kāi)口的激光束3從激光源1照向噴嘴2的開(kāi)口。激光束4通過(guò)開(kāi)口之后，用檢測(cè)器5測(cè)定激光束4?？刂坪陀?jì)算單元6計(jì)算兩個(gè)激光束之間的差值，并用這一差值作為基準(zhǔn)，計(jì)算開(kāi)口面積，如果需要，還可以計(jì)算主要尺寸。結(jié)果可以顯示在顯示屏上。該測(cè)量裝置市場(chǎng)上有售(例如Keyence)。
上述的這種光學(xué)測(cè)量方法也可以很容易地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
圖5展示了由噴嘴陣中的兩個(gè)最外側(cè)噴嘴2.1和2.2的扇形射流所形成的射流圖案7.1和7.2以及所形成的涂料的重量分布8。射流的邊緣在中間區(qū)域9充分重疊，因此涂料的量在噴嘴之間的區(qū)域內(nèi)也變得恒定。只要根據(jù)本發(fā)明提前對(duì)噴嘴分類，在整個(gè)紙幅的橫向上，重量分布會(huì)最為均勻。
權(quán)利要求
1.一種用于涂布移動(dòng)網(wǎng)狀材料的噴嘴陣，包括沿紙幅橫向上的多個(gè)高壓噴嘴(2.1，2.2)，這些噴嘴允許涂料混合物被噴射在紙幅上，其特征在于，這些噴嘴(2.1，2.2)已經(jīng)按照對(duì)流量起作用的變量進(jìn)行分類，從而使噴嘴陣內(nèi)該變量的誤差小于預(yù)定的極限值。
2.如權(quán)利要求1所述的噴嘴陣，其特征在于，起作用的變量是噴嘴的開(kāi)口面積或噴嘴開(kāi)口的直徑。
3.如權(quán)利要求2所述的噴嘴陣，其特征在于，該變量已經(jīng)被光學(xué)測(cè)定。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的噴嘴陣，其特征在于，起作用的變量與平均值的誤差低于5％，例如與平均值的誤差低于2％。
5.一種對(duì)高壓噴嘴陣(2.1，2.2)進(jìn)行分類的方法，該噴嘴陣用于涂布移動(dòng)的網(wǎng)狀材料，其特征在于，在這些噴嘴(2.1，2.2)中確定對(duì)流量起作用的一個(gè)變量，并根據(jù)該變量對(duì)這些噴嘴進(jìn)行分類，從而使噴嘴陣內(nèi)該變量的誤差小于預(yù)定的極限值。
6.一種涂布移動(dòng)網(wǎng)狀材料的方法，其特征在于，如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所限定的或者如權(quán)利要求5中所分類的噴嘴陣(2.1，2.2)在該涂布中被使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于涂布移動(dòng)網(wǎng)狀材料的噴嘴陣，它包括沿紙幅橫向排列的多個(gè)高壓噴嘴(2.1，2.2)。這些噴嘴(2.1，2.2)已經(jīng)按照對(duì)流量起作用的變量進(jìn)行了分類，從而使噴嘴陣內(nèi)該變量的誤差小于預(yù)定值。只要每個(gè)噴嘴的流量最為精確地相同，就會(huì)在紙幅上得到最為均勻的涂布。
文檔編號(hào)B05B1/04GK1633535SQ03803930
公開(kāi)日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2003年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月15日
發(fā)明者維爾霍·尼西寧, 米卡·利尼亞邁基, 尤西·尼凱寧 申請(qǐng)人:美卓紙業(yè)公司