(57)【要約】  製紙装置で使用する平面部材を開示する。その平面部材は、複数層から成る複合材を含み、その少なくともいくつかの層は、バサルトファイバを含むファブリックに樹脂が含浸したものを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙装置で使用する平面部材であって、複数の層から成る複合材を含み、前記層の少なくともいくつかは、バサルトファイバを含むファブリックに樹脂が含浸したものを含む、平面部材。
【請求項２】
前記複合材は、積層された樹脂含浸バサルトファイバ織物を含む、請求項１に記載の平面部材。
【請求項３】
各層における前記バサルトファイバが連続的フィラメントから成る、請求項２に記載の平面部材。
【請求項４】
バサルトファイバから成る前記複数の層の各々には配向軸があり、近傍の層の配向軸は互いに非平行である、請求項３に記載の平面部材。
【請求項５】
前記複合材が、チョップドバサルトファイバを含む層を少なくとも１層含む、請求項１に記載の平面部材。
【請求項６】
前記複合材が、ガラスファイバから成る樹脂含浸ファブリックを含む層を少なくとも１層含む、請求項１に記載の平面部材。
【請求項７】
前記複合材が、カーボンファイバから成る樹脂含浸ファブリックを含む層を少なくとも１層含む、請求項１に記載の平面部材。
【請求項８】
前記平面部材は、ロール表面に作用するよう構成された作用縁を有するドクターブレードを含み、前記作用縁は、樹脂コーティングされたバサルトファイバを含む、請求項１に記載の平面部材。
【請求項９】
前記平面部材は、ドクターブレードとして一定期間にわたって使用する間に、前記バサルトファイバの代わりにガラスファイバを含む同等の平面複合材に比べて、生じる摩耗が少ない、請求項１に記載の平面部材。
【請求項１０】
前記平面部材は、ドクターブレードとして一定期間にわたって使用する間に、前記バサルトファイバの代わりにガラスファイバを含む同等の平面複合材に比べて、必要とするパワーが少ない、請求項１に記載の平面部材。
【請求項１１】
前記平面部材のガラス転移温度が約１２０℃〜３５０℃の範囲内である、請求項１に記載の平面部材。
【請求項１２】
前記平面部材のガラス転移温度が約１６０℃〜１８０℃の範囲内である、請求項１に記載の平面部材。
【請求項１３】
前記平面部材の厚さが約０．８０ｍｍ〜約３．５０ｍｍの範囲内である、請求項１に記載の平面部材。
【請求項１４】
前記平面部材の厚さが約１．０ｍｍ〜約２．００ｍｍの範囲内である、請求項１に記載の平面部材。
【請求項１５】
製紙装置で使用するドクターブレードを設ける方法であって、
バサルトファイバを含有する複数のファブリックに樹脂を含浸させるステップと、
樹脂含浸した前記ファブリックを積層して、ドクターブレードを作製するステップと、
前記ドクターブレードを製紙用の支持構造体に取り付けるステップと、を有する方法。
【請求項１６】
前記樹脂含浸したファブリックを積層するステップの前に、前記ファブリックを配向して、各ファブリックの配向軸が近傍のファブリックの配向軸に対して非平行であるようにするステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、製紙装置で使用する平面部材に関する。本明細書において用語「平面部材（planar element）」は、ドクターブレード、クレーピングブレード、コーターブレード、ブレードホルダの上部プレート、およびフォイルブレードにおける摩耗面を含むことを意図する。
【背景技術】
【０００２】
（優先権）
本出願は、２００５年９月８日に出願された米国仮出願第６０／７１５，３０９号に基づく優先権を主張するものである。
【０００３】
ドクターブレードは、クリーニングまたはシート除去の目的で、製紙およびウェブ材巻直し装置においてロールの表面に接触させるものである。
【０００４】
合成ドクターブレードは、ポリマー樹脂で結合されたファブリック製の基体を含み、基体と樹脂との組み合わせによって、効率的なドクタリングに望ましい特性を与えている。複合ドクターブレードは通常、ガラス、綿、またはカーボン製の強化ファブリックを用いて作られており、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂のどちらかによって結合されている。異なる強化ファブリックを用いると、積層材に異なるパフォーマンス特性が付与される。しかし、ガラス製強化材は、場合によってはロール表面にとって刺激的（aggressive）すぎてロールの損傷の原因となりうることが、経験から知られている。また、ガラスファブリックを含むドクターブレードは、摩擦抵抗が大きい状態で動作するため、一定のロール速度を維持するためにより多くのエネルギを必要とする。
【０００５】
他方、カーボン製強化材は、耐久性に優れていて、かつ、ロール表面に対して優しい（摩擦抵抗が少ない）が、カーボンはガラスに比べて研磨性が低いため、ガラスほどは積極的にクリーニングしない。ガラス製強化材およびカーボン製強化材の両者とも、耐用期間およびクリーニング能力の両方の観点から、綿の複合材に比べて性能が高い。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，１５３，６５７号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５６５，７１２号明細書
【特許文献３】米国特許第６，７５８，９４４号明細書
【特許文献４】米国特許第６，７７７，１０３号明細書
【特許文献５】米国特許第６，９２６，８５５号明細書
【特許文献６】米国特許第６，９７９，３８７号明細書
【特許文献７】米国特許第７，０６６，０６５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
優れたクリーニング性能を長期間提供し、かつ、摩擦抵抗が少ない、ドクターブレードが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
製紙装置で使用する平面部材を開示する。その平面部材は、複数層から成る複合材を含み、その少なくともいくつかの層は、バサルトファイバを含むファブリックに樹脂が含浸したものを含む。さらなる実施形態において、平面部材はドクターブレードであり、バサルトファイバは織った状態である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
一般的に言えば、本発明は、平面部材の強化のためにバサルトファイバを使用すると、カーボンに比べて研磨性が高く、ガラスに比べて耐久性が高く、両方に比べて耐酸性、耐アルカリ性、および耐溶剤性が高く、その結果としてより良好かつ効率よいパフォーマンスが得られるということの発見に由来する。そのようなドクターブレードは、ガラスファイバのドクターブレードと同様のドクタリング作業性能を示すが、摩擦抵抗は少ないことが見出された。
【００１０】
バサルトファイバは、固体化した不活性の火山性溶岩から生成される。バサルト岩（玄武岩）は、その熱特性、強度、および耐久性が知られて久しい。この鉱物を連続的なフィラメント形状に形成する技術が利用可能であり、そのようなフィラメントからファイバを生成することが可能である。現在、バサルトファイバには、その格別な耐久性に基づき、高速道路補強および地盤安定化のためのジオテキスタイルや地盤用メッシュなどの用途が見出されている。バサルトファイバは、他の鉱物およびガラスファイバの両方に比べて、強度も安定性も優れており（引張り強度および係数は、電気絶縁用ガラス（Ｅガラス）に比べて１５％〜２０％高く）、テナシティはスチールファイバに比べてずいぶんと勝っている。このタフで耐久性の高いファイバはさらに、耐酸性、耐アルカリ性、耐湿度性、および耐溶剤性に優れており、融点が１３５０℃である。また、環境にやさしく非有害性であり、高い耐熱性および低い吸水性を示す。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、バサルトファイバで織ったファブリックに、エポキシ樹脂との相溶性（compatibility）を実現するためのサイズ剤を施す。サイズ剤が施されたファブリックを、エポキシタイプの樹脂でコーティングし、樹脂含浸／プリプレグ工程によってＢステージ状態にする。すなわち、樹脂は、ファブリック上で完全には硬化されていない。樹脂は、乾いた状態でべとつかないが、完全に反応されておらず、高温にさらされた場合に流れて反応／架橋する。プリプレグ工程を用いる場合は、強化ファブリックを、積層前に樹脂でプレコーティングする。つづいて、樹脂コーティングされたファブリック数層を積層し、十分な熱および圧力を用いて樹脂を硬化させて積層材を合併させる。それによって得られた積層材を、当業者に知られている従来技術を用いて、たとえばドクターブレードなどの平面部材に加工する。
【実施例】
【００１２】
［実施例１］
ベルギー国ウェヴェルゲム所在の、グループマシュリールのバサルテックス部門（Basaltex division of Group Masureel of Wevelgem, Belgium）が供給するファブリック、タイプＢＳＬ２２０を選択して、複合ドクターブレードに組み込んだ。このファブリックは、ＢＣＦ（バサルト連続フィラメント）ファイバ１００％から成り、たて糸が１０本／ｃｍ、よこ糸が９．６本／ｃｍの、２２０ｇｓｍの平織り構造に織り上げられたものである。
【００１３】
ＢＳＬ２２０ファブリックに、エポキシ樹脂相溶性のために、アミノシラン（Ｐ８）を用いてサイズ剤塗布を実施した。つづいて、サイズ剤塗布されたファブリックを、エポキシタイプの樹脂、ビスフェノールＡエポキシ（英国、ケンブリッジ、デュクスフォード所在のヴァンティコ社（Vantico Ltd. of Duxford, Cambridge, U.K.）より供給）でコーティングし、樹脂含浸／プリプレグ工程によってＢステージ状態にした。つづいて、樹脂含浸されたファブリック１０層を積層し、厚さ１．６６ｍｍおよびガラス転移温度１６０℃のドクターブレードを作製した。
【００１４】
［実施例２］
実施例１に記載のとおりにドクターブレードを作製したが、唯一の相違点は、結合樹脂として、ヴァンティコ社から供給されたエポキシノボラックを使用したことであり、その結果、得られたドクターブレードのガラス転移温度は１８０℃であった。様々な実施形態において、ドクターブレードは、ガラス転移温度が約１２０℃〜３５０℃の範囲内であることが可能であり、好ましくは約１６０℃〜１８０℃の範囲内である。さらなる実施形態では、ドクターブレードは、厚さが約０．８ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であり、好ましくは約１．０ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内である。
【００１５】
実験室テストにおいて、実施例１および実施例２のバサルトファブリック強化ポリマー複合材は、１０００ｍ／分または６６８回転／分にて回転するドライスチールロールに接して運転され角度２５°、負荷０．１７８ｋｇ／ｃｍ（１ｐｌｉ）に設定されるドクターブレードとして使用した場合、同等のガラスブレードと比べると、同様の機械的耐摩耗性／耐研磨性を示し、典型的には１５％少ない摩擦抵抗を示した。
【００１６】
このように、本発明のバサルト強化積層材は、ガラスの同等物に比べて同様のクリーニング性能および耐用期間で動作する可能性を有する一方、摩擦抵抗はより少ないので、今日の高速製紙装置に特に適している。したがって、このような積層材は、製紙装置を、より少ない消費パワーを用いて一定速度で運転すること、または、同量のエネルギ消費を用いてさらに速いスピードで運転することを可能にするかもしれない。また、これらのファイバは、ガラスファイバほど研磨性が高くないので、ロール表面に対して損傷を生じさせることが少なくなる。
【００１７】
本発明の特定の実施形態で使用したバサルトファイバは、他の鉱物製およびガラス製ファイバで強化されたものに比べて、強度も安定性も優れており（引張り強度および係数は、酸化ナトリウム含有量が少ないＥガラスに比べて約１５〜２０％高く）、テナシティはスチールファイバに比べてずいぶんと勝っている。このタフで耐久性の高いファイバはさらに、耐酸性、耐アルカリ性、耐湿度性、および耐溶剤性に優れている。また、環境にやさしく非有害性であり、高い耐熱性および低い吸水性を示す。したがって、バサルトファイバは、高性能のファイバ強化ドクターブレードの製造のための理想的な特性を有する。
【００１８】
本発明の代替実施形態として、ファブリック強化複合平面部材は、バサルトファイバ層とガラス層との様々な組み合わせを用いて製造することができ、それによって、バサルト強化材およびガラス強化材を組み合わせることによる相乗効果を利用できる。
【００１９】
本発明のさらなる代替実施形態として、ファブリック強化複合平面部材は、バサルトファイバ層とカーボンファイバ層との様々な組み合わせを用いて製造することができ、それによって、バサルト強化材およびカーボン強化材を組み合わせることによる相乗効果を利用できる。
【００２０】
別の代替実施形態としては、バサルト、ガラス、およびカーボンの層を組み合わせて、３つの強化材料を全て組み合わせることによる相乗効果を利用することが考えられる。バサルトファイバは、織物のファブリック、不織布、一方向ファブリック、二方向、三方向、および多軸ファブリック、ニードルパンチマットフェルト、ならびに、チョップドストランドとしても入手可能であり、その各々を、本発明の様々な実施形態にしたがって使用することができる。
【００２１】
また、これらの異なる配向（orientation）のバサルトファイバ構造を単独または組み合わせで用いて強化複合平面部材を製造することで、さらなる実施形態を作製できる。
【００２２】
たとえば、ロシア国モスクワ所在のカメニーヴェック・アドバンストバサルトファイバ（Kamenny Vek Advanced Basalt Fiber）は、多軸（０°、９０°、＋４５°、および−４５°）を用いたファブリックに加え、＋２０°〜＋９０°および−２０°〜−９０°の範囲にわたる配向のファブリックも製造しており、重量範囲は１００ｇｓｍ（グラム毎平方メートル）〜３０００ｇｓｍである。これらのファブリックを、チョップドバサルトファイバと組み合わせて、バサルトファイバ強化複合平面部材における表面ベールとして使用してもよい。
【００２３】
上記実施例２のドクターブレード（バサルトの平織りファブリック１０層をエポキシノボラック樹脂でコーティングしたもの）を、１０００ｍ／分または６６８回転／分にて回転する１メートル幅のドライチルド鋳鉄ロールに接して運転し、角度２５°に設定し、１０００ｍ／分にて負荷０．１７８ｋｇ／ｃｍ（１ｐｌｉ）および表面粗さ３Ｒａを有する状態で、摩耗試験の試行を実施した結果、バサルトドクターブレードは、１００時間にわたって０．６６ｇ／時間しか損失しなかった。それと比較して、従来の１０層ガラスドクターブレードは、１００時間にわたって１．１７ｇ／時間損失した。このようにバサルトファイバドクターブレードは、１００時間試験において４４％の低い摩耗率を示した。また、ロール上におけるブレード抵抗は、ロールを１０００メートル／分の速度に維持するために１７アンペアの電流を必要とするものであった。それと比較して、従来の１０層ガラス強化ドクターブレードでは２０アンペアの電流を必要し、従来のカーボン強化ドクターブレードでは１４．４アンペアの電流を必要した。したがって、バサルト強化ドクターブレードは、従来のガラス強化ドクターブレードに比べて１５％少ない抵抗を示し、従来のカーボン強化ドクターブレードに比べて１８％多い抵抗を示した。したがって、上記バサルト強化ドクターブレードは、カーボンドクターブレードに比べて積極的でクリーニングをよりよく実施できる一方、カーボン強化ドクターブレードに比べてロールに対して優しいと考えられる。したがって、バサルトドクターブレードは、従来のガラスおよびカーボンのドクターブレードの両方に比べて、より良好な汎用のドクターブレードを実現する。バサルトファイバは、Ｅガラスに比べて１５〜２０％高い引張り強度（ＡＳＴＭ  Ｄ２３４３）と、１５〜２０％高い引張り係数（ＡＳＴＭ  Ｄ２３４３）とを示す。また、Ｅガラスに比べて優れた耐薬品性を示す。
【００２４】
バサルトファイバ特有の結晶構造が、含浸時における樹脂に対するファイバの浸潤性を促進し、結果として層間の接着性が向上する。すなわち、ドクターブレードにおいて、特にロールの洗浄に使用される酸およびアルカリに対する耐性が、Ｅガラスタイプのブレードに比べてより高くなる。したがって、バサルトドクターブレードは、利用時にさらされる厳しい条件に耐えることがさらに可能であり、ドクターブレード構造における使用にさらに好適である。
【００２５】
また、バサルトファイバは非常に低い吸水性を有する。すなわち、バサルトドクターブレードは、利用時に水を吸わないので、ゆがみにくく離層しにくい。
【００２６】
上述の実施形態において、本発明の真意および範囲から逸脱することなく数々の修正および変更が可能であると、当業者は認識するであろう。
【国際調査報告】
2009508014.tif 000002
2009508014.tif 000003