Brevet FR2759017A1 — publié le 19980807

Dans la fabrication de produits en papier absorbant mince crêpés, tels que des serviettes à démaquiller, du papier toilette, des serviettes en papier et analogues, une nappe humide en papier absorbant mince, constituée de5 fibres papetières, est formée, partiellement essorée et transférée vers la surface d'un cylindre de séchage rotatif chauffé, connu sous le nom de sécheur frictionneur. La nappe est collée à la surface du sécheur frictionneur grâce à un adhésif de crêpage. La nappe est ensuite retirée de la surface du sécheur frictionneur par contact avec une racle qui est positionnée de manière à appuyer contre la surface du sécheur. Tandis que la nappe vient en contact avec la racle, l'impact délie partiellement la feuille, augmentant ainsi la souplesse et la douceur du produit résultant.15 Un problème universel associé à ce procédé est que les racles s'usent et doivent être continuellement remplacées. Le remplacement des racles ne réduit pas seulement l'efficacité de l'opération de fabrication, mais a également une influence sur la qualité du papier absorbant mince produit, du fait que la géométrie de la racle varie tandis qu'elle s'use. Normalement, les racles usées sont meulées à nouveau et réutilisées. La fréquence de remplacement de la racle dépend du procédé particulier de fabrication de papier absorbant mince mais, dans les25 machines de production de papier absorbant mince à grande vitesse, il est habituel de remplacer la racle toutes les une à quatre heures. Il existe donc un besoin en une racle améliorée, afin d'améliorer l'efficacité de fabrication d'un papier absorbant mince crêpé. Il a maintenant été découvert que le procédé de crêpage peut être amélioré en utilisant une racle qui a été soumise à une nitruration ionique. La déposante a découvert que la nitruration ionique n'augmente pas seulement la dureté de la racle, mais conserve également la ductilité du noyau de la racle, ce qui est également nécessaire à la longévité de la racle. Un simple durcissement des racles par des moyens classiques les rendrait cassantes et susceptibles de se rompre sous les contraintes de flexion auxquelles les racles sont soumises lorsqu'elles sont sollicitées contre la surface du sécheur. Il a été 5 découvert que des racles soumises à une nitruration ionique durent au moins environ trois fois plus longtemps entre deux meulages que des racles en acier classique. En outre, suivant la technique mise en oeuvre, les racles soumises à une nitruration ionique peuvent être meulées à nouveau et10 réutilisées sans traitement de nitruration ionique supplémentaire. Cela permet de réaliser des économies supplémentaires. Par conséquent, selon un aspect, l'invention concerne un procédé de crêpage de feuilles en papier absorbant mince comprenant: (a) le collage d'une feuille en papier absorbant mince à la surface d'un cylindre de crêpage rotatif; et (b) le retrait de la feuille en papier absorbant mince de la surface du cylindre de crêpage, par mise en contact avec une racle pourvue d'une surface20 intérieure non cassante ayant une résilience suffisante pour fléchir sous des charges de crêpage normales sans se rompre et une dureté superficielle d'environ 55 Rockwell C ou plus. Dans un autre aspect, l'invention concerne une racle de crêpage pourvue d'une surface intérieure non cassante ayant une résilience suffisante pour fléchir sous des charges de crêpage normales sans se rompre, ladite racle ayant une surface inférieure (surface en contact avec le sécheur), une surface formant face opérationnelle (surface30 en contact avec le papier absorbant mince) et une surface supérieure (surface plane de la racle se trouvant à l'écart du sécheur), au moins la surface inférieure ayant une dureté superficielle d'environ 55 Rockwell C ou plus. Dans un autre aspect, l'invention concerne une racle ayant subi à une nitruration ionique, utilisable dans le crêpage d'un papier absorbant mince. La dureté des différentes surfaces des racles de crêpage de cette invention peut être d'environ 55 Rockwell C ou plus, plus précisément d'environ 60 Rockwell C ou plus, mieux, d'environ 65 Rockwell C ou plus5 et, encore mieux, d'environ 55 à environ 65 Rockwell C. Un moyen préféré pour durcir les surfaces des racles de crêpage est la nitruration ionique. Telle qu'utilisée ici, l'expression "nitruration ionique" se réfère à un procédé pour durcir à l'azote la surface de matériaux constitués d'acier ou de fer coulé. Plus précisément, une pièce à usiner, telle qu'une racle, est placée dans une chambre à vide, isolée électriquement des parois de la chambre, et l'air est évacué pour créer un vide. Dans ce vide, une charge est exercée sur les pièces,15 pour les rendre cathodiques (charge négative) et pour rendre les parois de la chambre anodiques (charge positive). Un mélange d'azote (N2) et d'hydrogène (H2) est introduit lentement dans la chambre. La charge électrique ionise les molécules d'azote en des ions azote chargés20 positivement, libérant ainsi les électrons associés. Les électrons sont attirés par la paroi de la chambre chargée positivement et les ions azote sont bombardés à la vitesse de la lumière contre la surface de la pièce chargée négativement. Ce bombardement chauffe la pièce et attire25 simultanément les atomes et les ions du métal dans le gaz, o des nitrures sont formés avec les ions azote présents. Ces nitrures se redéposent alors sur la surface de la pièce, créant ainsi une couche dure au sein de l'acier. La température de ce procédé est maîtrisée indépendamment par30 la pression du gaz et par la tension et l'intensité de l'alimentation électrique. Les températures varient de 454 à 593 C (de 850 à 1100 F). La surface de la pièce à usiner traitée consiste essentiellement en une couche extérieure très fine d'un composé intermétallique du fer et de l'azote, couramment désignée par couche blanche. Le composé formant la couche blanche peut avoir plusieurs formes, et il peut notamment s'agir d'un composé intermétallique ayant la forme de Fe4N avec une structure cubique à face centrée ou de Fe2-3N avec une structure en réseau hexagonal. L'épaisseur de la couche blanche peut aller d'environ 1,27 à environ 15,24 Mm5 (d'environ 0,00005 à environ 0,0006 pouce). Une couche plus épaisse, désignée par zone de diffusion, dans laquelle l'azote est en solution avec le fer existant dans la pièce à usiner, se trouve au-dessous de la couche blanche. L'épaisseur de la zone de diffusion peut aller d'environ 25,4 à environ 254 Mm (d'environ 0, 001 à environ 0,01 pouce). Les propriétés exactes de la surface ayant subi la nitruration ionique dépendront notamment des conditions de nitruration et de la composition de la pièce à usiner. Le procédé de nitruration ionique est mieux décrit dans "Plasma Nitriding to Enhance Gem Properties", W. Weck e.k. Schlotermann, Industrie- Anzieger, Vol. 13 (1983), pp. 27-31. Dans les dessins annexés: la figure 1 est une illustration schématique d'un procédé de fabrication de papier absorbant mince, montrant comment le crêpage s'insère dans le procédé global; la figure 2 est une illustration schématique du procédé de crêpage, illustrant plus précisément la relation entre la racle de crêpage et la surface du cylindre de crêpage; la figure 3 est une vue en coupe transversale schématique avant meulage de l'extrémité d'une racle de crêpage qui a été soumise à une nitruration ionique, illustrant la couche composite et la couche de diffusion créées par le traitement de nitruration; la figure 4 est une vue en coupe transversale schématique d'une racle de crêpage qui a été meulée avant nitruration; et la figure 5 est une vue en coupe transversale schématique d'une racle de crêpage qui a été meulée, ou meulée à nouveau, après nitruration. Si l'on se réfère à la figure 1, on voit un schéma du procédé de fabrication d'un papier absorbant mince séché par soufflage transversal, dans lequel le procédé de crêpage de cette invention peut être avantageusement mis en5 oeuvre. On notera, cependant, que de nombreux autres procédés de fabrication de papier absorbant mince, tels que des procédés de pressage humide, peuvent également être utilisés. Il est illustré une caisse d'arrivée 1 depuis laquelle une suspension aqueuse de fibres papetières est10 déposée sur une toile de formation 2 pour former une nappe humide 3. La nappe humide est transférée vers une toile de séchage par soufflage transversal 4 et on la fait passer sur un séchoir par soufflage transversal 5 et éventuellement sur un second séchoir par soufflage transversal 6, de l'air chaud étant soufflé pendant ce temps au travers de la nappe humide pour la sécher. La nappe séchée 7 est transférée vers la surface d'un cylindre de crêpage 8, tel qu'un sécheur frictionneur, et crêpée à l'aide d'une racle de crêpage 9 pour obtenir une feuille de20 papier absorbant mince douce et souple. La figure 2 illustre schématiquement le procédé de crêpage et elle montre plus précisément le fonctionnement de la racle de crêpage 9. On voit que la feuille ou nappe de papier absorbant mince 15 est pressée et collée contre25 la surface du cylindre de crêpage 8 en utilisant le rouleau presseur 16. La nappe collée 17 est retirée de la surface du cylindre de crêpage par contact avec la racle de crêpage 9, ce qui résulte en une feuille de papier absorbant mince crêpée 18. La racle de crêpage 9 est sollicitée contre la surface du cylindre de crêpage sous une pression d'environ 8,93 kg/cm (environ 50 livres/pouce) linéaire de racle. Cette pression de sollicitation entraîne un fléchissement de la racle, comme illustré schématiquement. La racle illustrée présente trois surfaces, à savoir la surface inférieure 21, la surface supérieure 22 et la face opérationnelle 23. La face opérationnelle est directement en contact avec la nappe au cours du crêpage, tandis que la surface inférieure parcourt la surface du cylindre de crêpage au niveau de la pointe de la racle. Il a été découvert que la dureté de la surface inférieure a une influence plus importante sur l'usure de la racle que la5 dureté de la face opérationnelle. La tangente à la surface du cylindre de crêpage au point de contact avec la racle est illustrée par le chiffre de référence 25. La figure 3 est une vue en coupe avant meulage d'une racle de crêpage soumise à une nitruration, illustrant la couche blanche et la couche de diffusion au sein de la racle, telles qu'elles résultent du traitement de nitruration. Les épaisseurs relatives de la racle et des couches ne sont pas à l'échelle. On voit la couche blanche 31, la couche de diffusion 32 et le matériau de base 33 de la racle de crêpage en acier. La figure 4 est une vue en coupe similaire à la figure 3, excepté que la face opérationnelle 23 de la racle de crêpage a été meulée avant la nitruration ionique, de sorte que la face opérationnelle présente une couche20 blanche 31. Par suite, la surface supérieure, la surface inférieure et la face opérationnelle de la racle ont la même dureté. La figure 5 est une vue en coupe similaire à la figure 4, excepté que la racle de crêpage a été meulée après nitruration ionique, résultant en une face opérationnelle qui est dépourvue de traitement de nitruration ionique. Cette racle est essentiellement le résultat du meulage de la racle de la figure 3 pour produire une face opérationnelle meulée 23. Comme cela30 ressort de la figure 5, la racle peut être meulée à nouveau plusieurs fois sans modifier la façon dont elle se présente à la nappe. Lorsque la pointe 51 s'use au point de ne plus être acceptable opérationnellement, la racle est meulée à nouveau et remise en service. Dans cette forme d'exécution, la face opérationnelle de la racle a une dureté superficielle qui est inférieure à la dureté de la surface inférieure de la racle, ayant subi une nitruration ionique, et qui est identique à la dureté de la surface intérieure de la racle. La dureté des surfaces supérieure et inférieure est essentiellement la même. Exemples5 Exemple 1 (art antérieur). Un papier toilette séché par soufflage transversal a été fabriqué essentiellement selon le procédé illustré à la figure 1. Le papier avait un poids de base à sec d'environ 27 g/m2 (environ 16 livres/2880 pieds2). La vitesse de la machine était10 d'environ 1371,6 m/mn (environ 4500 pieds/minute). La feuille de papier absorbant mince sensiblement séchée a été collée à la surface du sécheur frictionneur à l'aide d'un adhésif de crêpage et retirée (crêpée) à l'aide d'une racle de crêpage. Le matériau constituant la racle était un acier15 pour ressort AISI 1095 qui a été soumis à une trempe et à un revenu jusqu'à une dureté de 46 à 48 Rockwell C. La racle avait une longueur de 5,38 cm (212 pouces), une largeur de 10,49 cm (4,13 pouces) et une épaisseur de 0,635 mm (0,025 pouce). L'angle que formait la face opérationnelle de la racle par rapport à la tangente à la surface du sécheur frictionneur, au point de contact entre la racle et la surface du sécheur frictionneur, était d'environ 80 . L'angle que formait la surface inférieure de la racle par rapport à la tangente à la surface du sécheur25 frictionneur était d'environ 20 . Afin de conserver une qualité correcte, la racle devait être changée à chaque fois que deux rouleaux souples étaient fabriqués (environ 90 minutes de fonctionnement continu). Exemple 2 (cette invention). Du papier toilette séché par soufflage transversal a été fabriqué comme décrit dans l'exemple 1, excepté que les racles décrites dans l'exemple 1 ont été soumises a une nitruration ionique selon cette invention. Plus précisément, la nouvelle racle a été placée dans une chambre à vide. La racle a été isolée électriquement de la paroi de la chambre. Après avoir retiré l'air de la chambre, on a fait circuler de l'azote gazeux dans la chambre sous basse pression. La charge électrique placée dans les racles les rendait cathodiques par rapport à la paroi de la chambre qui était chargée de manière à être anodique. La charge électrique ionisait les molécules d'azote gazeux en des ions azote chargés5 positivement qui était fortement attirés par la surface chargée négativement de la racle. Ce bombardement chauffait la racle jusqu'à une température moyenne de 460 C (860 F). Le temps de traitement était de 15 heures. La racle résultante renfermait une couche blanche gamma prime (zone10 du composé intermétallique) de 2,54 gm (0,0001 pouce) et une zone de diffusion d'environ 0,127 mm (0,005 pouce). La dureté de la zone du composé intermétallique était d'environ 65 Rockwell C. La dureté de la zone de diffusion allait d'environ 53 Rockwell C au niveau de sa face en15 contact avec la couche blanche à environ 48 Rockwell C au niveau de sa face intérieure, en direction du centre de la racle. La racle a été meulée jusqu'à obtenir l'angle de racle approprié (environ 80 ), pour obtenir la racle illustrée schématiquement à la figure 5. Comme les racles de l'exemple 1, les racles soumises à une nitruration ionique avaient une surface intérieure non cassante et restaient suffisamment résilientes pour fléchir sous des charges de crêpage normales sans se rompre. Pour conserver les mêmes normes de qualité de papier absorbant mince que celles obtenues avec les racles utilisées dans l'exemple 1, les racles de cette invention devaient être changées à chaque fois que 7 rouleaux souples était fabriqués (environ 300 minutes de fonctionnement continu), ce qui illustre l'augmentation sensible de la longévité des racles ayant subi une nitruration ionique. On notera que les exemples précédents, qui ne sont donnés qu'à des fins d'illustration, n'ont pas pour but de limiter la portée de l'invention qui est définie par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Procédé de crêpage de feuilles en papier absorbant mince comprenant: (a) le collage d'une feuille en papier absorbant mince à la surface d'un cylindre de crêpage rotatif; et (b) le retrait de la feuille en papier absorbant mince de la surface du cylindre de crêpage, par mise en contact avec une racle pourvue d'une surface intérieure non cassante ayant une résilience suffisante10 pour fléchir sous des charges de crêpage normales sans se rompre et une dureté superficielle d'environ 55 Rockwell C ou plus. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dureté superficielle de la racle est d'environ 60 Rockwell C ou plus. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dureté superficielle de la racle est d'environ 65 Rockwell C ou plus. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dureté superficielle de la racle va d'environ 55 à environ 65 Rockwell C. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la racle a été soumise à une nitruration ionique. 6. Racle de crêpage pourvue d'une surface intérieure non cassante ayant une résilience suffisante pour fléchir sous des charges de crêpage normales sans se rompre, ladite racle ayant une surface inférieure, une surface formant face opérationnelle et une surface supérieure, au moins la surface inférieure ayant une dureté superficielle d'environ 55 Rockwell C ou plus. 7. Racle selon la revendication 6, caractérisée en ce que la dureté de la surface inférieure est d'environ 60 Rockwell C ou plus. 8. Racle selon la revendication 6, caractérisée en ce que la dureté de la surface inférieure est d'environ 65 Rockwell C ou plus. 9. Racle selon la revendication 6, caractérisée en ce que la dureté de la surface inférieure est comprise entre environ 55 et environ 65 Rockwell C ou plus. 10. Racle selon la revendication 6, caractérisée en ce que la dureté de la surface formant face opérationnelle est inférieure à la dureté de la surface inférieure. 11. Racle selon la revendication 6, caractérisée en ce que la dureté de la surface formant face opérationnelle est identique à celle de la surface intérieure de la racle.10 12. Racle selon la revendication 6, caractérisée en ce que la surface inférieure et la surface supérieure de la racle ont la même dureté superficielle. 13. Racle selon la revendication 6, caractérisée en ce que la surface inférieure, la surface supérieure et la surface formant face opérationnelle ont la même dureté superficielle. 14. Racle selon la revendication 6, caractérisée en ce que la surface inférieure a été soumise à une nitruration ionique. 15. Racle de crêpage ayant subi une nitruration ionique.