СТУПЕНЧАТОЕ ПРЕРЫВИСТОЕ СРЕДСТВО ЗАЩИТЫ ШВОВ ОТ ИЗНОСА
STEP PROTECTION MEASURES FOR TEAR AND WEAR OF SEAMS

Область техники
Настоящее изобретение относится к средству защиты от износа шовных частей промышленных тканей, используемых в процессах, относящихся к производству бумаги.
Уровень техники
Производство бумаги начинается с обработки древесины. Древесина состоит из двух основных веществ, оба из которых являются органическими, т.е. их молекулы организованы вокруг цепочек и колец из атомов углерода. Волокнистым материалом, который используется для производства бумаги, является целлюлоза, которая находится в стенках растительной клетки. Лигнин представляет собой большую, сложную молекулу и действует в качестве своеобразного клея, который связывает целлюлозные волокна и усиливает стенки клеток, обеспечивая механическую прочность древесины. Для превращения древесины в древесную массу, пригодную для изготовления бумаги, целлюлозные волокна нужно освободить от лигнина. При механическом способе это делается путем физического разделения древесных волокон с образованием измельченной древесной целлюлозы, причем большая часть лигнина остается в ней нетронутой. Большое содержание лигнина в целлюлозе приводит к снижению прочности бумажного продукта и ухудшению его качества (например, пожелтению) спустя некоторое время. Механическая целлюлоза используется в основном для изготовления бумаги для газет и некоторых журналов.
В большинстве процессов по производству целлюлозы лигнин отделяют от волокон химическим путем. Например, при производстве крафт-бумаги древесную крошку нагревают ("варят") в растворе гидроксида натрия и сульфида натрия. Лигнин распадается на небольшие сегменты и переходит в раствор. На следующей операции, "промывке сульфатной целлюлозы", продукты распада и химикаты вымывают из целлюлозы и направляют в котел-утилизатор. Из-за наличия темного остаточного лигнина небеленая крафт-целлюлоза имеет специфический темно-коричневый цвет, однако она является исключительно прочной и годится для изготовления упаковочной бумаги, ткани и полотенец.
Для изготовления более светлых и более износостойких изделий целлюлозу нужно отбелить. Для отбеливания либо нейтрализуют (разрушая хромофорные группы) цвет остаточного лигнина, либо просто удаляют лигнин. В случае крафт-целлюлозы обычно используют отбеливание хлором с последующей промывкой и извлечением химикатов и продуктов распада. Этот процесс напоминает стирку одежды, при которой пятна на одежде, которые проникли в волокна ткани, либо нейтрализуют с помощью отбеливающего средства, либо разлагают и вымывают.
В современном производстве целлюлозы раствор лигнина обычно подвергают двум или более отдельным операциям промывки. Например, измельченную древесину или древесную крошку сначала обрабатывают химикатами под давлением и при высокой температуре, обычно или посредством крафт-процесса, или процесса с применением сернистой кислоты. В обоих процессах вываривание приводит к растворению лигнинов, в результате чего волокна освобождаются, а компоненты лигнина переходят в раствор. В итоге образуется темная жидкость, а остаточную жидкость, которая не вышла из целлюлозы, и остаточные загрязняющие вещества нужно удалить из целлюлозы промывкой. Кроме того, желательно довести отработанную жидкость до такой высокой концентрации, которая позволит снизить стоимость последующего восстановления химикатов.
Небеленая целлюлоза, которая была подвергнута вышеуказанной промывке, сохраняет явный коричневый цвет и поэтому полученная целлюлоза обычно слишком сильно окрашена, чтобы из нее можно было изготавливать белую бумагу. Кроме того, если лигнин все еще присутствует, то бумага, изготовленная из такой целлюлозы, может не иметь высокой стабильности и со временем желтеет. Поэтому принято отбеливать целлюлозу не только для того, чтобы она была более белой, но и для того, чтобы она сохраняла белизну с течением времени.
Отбеливание может не достигаться за одну операцию и его можно выполнять в две или более операции, каждая из которой сопровождается промывкой. После отбеливания целлюлозу промывают для удаления воды, содержащей отработанные отбеливающие вещества и растворенный лигнин.
К промышленным тканям такого типа, имеющим такое применение, относится ткань для промывки целлюлозы, которая используется, например, в установке Black Clawson Chemi Washer.
В патенте США №5275024 описана ленточного типа машина для промывки целлюлозы, содержащая устройство обезвоживания (или "зону формирования") и несколько устройств противоточной промывки (образующие вместе "зону вытеснения"). В машине используется бесконечная движущаяся перфорированная лента, которая проходит вокруг выносного ролика, определяющего входной конец, и гауч-ролика, определяющего выходной конец, причем между роликами расположена, по существу, горизонтальная верхняя часть ленты. Начальное обезвоживание целлюлозы в зоне формирования осуществляется рядом всасывающих боксов, расположенных под лентой, которые работают в сочетании с рядом разбрызгивателей для промывки и обезвоживания целлюлозы в зоне вытеснения.
За головным боксом и зоной формирования машина разделена на ряд зон или устройств промывки, в которые сверху подается промывочная жидкость, проходящая затем через слой целлюлозы. Самая свежая или самая чистая промывочная жидкость подается в зону, ближайшую к выходному концу ленты, а жидкость, прошедшая через слой целлюлозы в этой зоне, забирается из всасывающих боксов и поступает в ближайшую предыдущую зону промывки. Такая картина повторяется от зоны к зоне, так что самая чистая целлюлоза обрабатывается самой чистой водой, а самая грязная целлюлоза обрабатывается самой грязной водой.
Как правило, для промывки целлюлозы желательно использовать ткани, снабженные швами со штифтами для облегчения установки. Кроме того, использование швов со штифтами позволяет изготовителям машин создавать менее дорогие неконсольные промывочные системы. Проблемы использования сшитых посредством штифтов тканей связаны, прежде всего, с их худшей прочностью по сравнению с их альтернативами в виде тканей, полученных бесконечным ткачеством, или бесконечных сшитых тканей, а именно область шва в ткани имеет меньшую прочность, чем ее основное тело. В зависимости от структуры ткани прочность шва может составлять 50% от прочности основного тела ткани. Таким образом, шов, который является желательным атрибутом, представляет собой и самый слабый элемент ткани. Поскольку большинство систем для промывки целлюлозы (настилы со щелями и вакуумированием) вызывают интенсивное истирание трущейся поверхности ткани, швы или шовные элементы, которые обычно толще, чем тело ткани, могут изнашиваться быстрее, что приводит к уменьшению прочности шва и преждевременной аварии (разрыву шва).
Для снижения вероятности такой аварии, вызванной износом, стало стандартной практикой создавать некоторую подвергаемую истиранию поверхность, служащую защитным барьером и обеспечивающую повышение долговечности шва. В патенте США №5791383 описано, что после сшивания ткани ее концы намеренно не обрезают, чтобы покрывать ими область шва. Хотя это дает некоторый эффект, но затрудняет установку ткани на машину.
Альтернативное решение, которое не влияет отрицательно на процесс установки ткани, состоит в том, что с каждой стороны шва создается предназначенный для износа буртик или полоска из полимерного материала, расположенный поперек хода ткани в машине. На фиг.1 показана ткань 10, имеющая шов 16, образованный из петель 12 и по меньшей мере одного штифта 14, и предназначенный для износа буртик/полоску 18. Эти буртики 18 обычно размещаются в пределах 10 см с обеих сторон шва 16 и имеют большую толщину, чем шов 16.
Предназначенные для износа полоски 18 теоретически, по существу, защищают шов 16 от износа до тех пор, пока их толщина в результате истирания не станет равной толщине шва, после чего начинает истираться сам шов. Однако из-за того, что эти буртики/полоски 18 проходят непрерывно в направлении поперек хода ткани в машине, велика вероятность аварийного разрыва буртика/полоски либо под действием сконцентрированной силы вдоль общей плоскости, либо в результате отслаивания. Сила сдвига, смещающая буртик/полоску 18, обычно примерно в 20 раз превышает прочность на отрыв в поперечном направлении. Поэтому любой изъян в процессе нанесения буртика/полоски или локальное повреждение любого его участка во время обработки целлюлозы снижает прочность предназначенного для износа буртика/полоски до прочности на отрыв. Такие изъяны могут возникнуть в процессе изготовления или в результате отслаивания в каком-либо месте материала буртика, нанесенного по ширине ткани. Эти изъяны, в конечном счете, делают защиту от износа неэффективной, причем эта защита перестает действовать уже после небольшого рабочего пробега ткани.
Изобретение направлено на устранение недостатков известных тканей.
Сущность изобретения
Главной целью изобретения является создание промышленной ткани, имеющей встроенный механизм защиты ее шовной части от износа.
Еще одной целью изобретения является создание ткани, в которой аварийный отказ части механизма защиты от износа не приводит к отказу всех механизмов защиты от износа ткани.
Еще одной целью изобретения является создание ткани, имеющей механизм защиты от износа, который не влияет неблагоприятным образом на процедуру ее сшивания на машине.
Изобретение направлено на создание промышленной ткани, образованной из ткани, полученной плоским ткачеством и имеющей средство ее сшивания в бесконечную ленту и множество прерывистых предназначенных для износа буртиков, образованных на ткани вблизи ее шва.
Эти и другие цели и преимущества достигнуты в настоящем изобретении.
Краткое описание чертежей
Цели и преимущества изобретения будут понятны из последующего описания, сопровождаемого чертежами, где
на фиг.1 показан вид сверху промышленной ткани, имеющей известные устройства защиты шва от износа,
на фиг.2 показан вид сверху промышленной ткани, имеющей устройства защиты шва от износа согласно изобретению, и
на фиг.3 показан разрез промышленной ткани, имеющей устройства защиты шва от износа согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Предпочтительный вариант осуществления изобретения будет описан в отношении нитей и сотканных из них тканей, используемых в процессах, связанных с бумажным производством. Однако изобретение применимо к тканям, используемым в других промышленных установках, где важно предотвратить износ шва.
Структура ткани обычно представляет собой систему переплетенных нитей. Эти нити могут быть одноволоконными, сложенными одноволоконными, многоволоконными или сложенными многоволоконными, а ткань может быть соткана с однослойным переплетением, многослойным переплетением или иметь слоистую структуру, состоящую из одной или нескольких базовых тканей. Нити обычно получают экструзией из любой синтетической полимерной смолы, например полиамидной или полиэфирной смолы, используемых с этой целью специалистами в области изготовления промышленных тканей.
Изобретение касается сшитой ткани, которая изготовлена плоской и которой затем с помощью шва 16 придана форма бесконечной ленты, как показано на фиг.2. Шов 16 образован петлями 12 и штифтами 14. Петли 12 выполнены на обоих концах ткани 10, полученной плоским ткачеством, из нитей, расположенных по ходу бумаги в машине. После установки ткани на машине эти петли 12 перемежают в процессе формирования шва и вставляют в них один или большее количество штифтов 14, получая бесконечную ткань. Однако изобретение не ограничено сшиванием с помощью штифта/петель и допускает другие известные способы сшивания, например с помощью спиралей, которые крепят к концам ткани, перемежают их витки и продевают через них штифт. Специалистам в данной области известны и другие способы сшивания, с которыми можно использовать настоящее изобретение.
Как показано на фиг.2, для обеспечения долговечности защиты шва, которая не мешает эффективному соединению шва во время установки ткани, предназначенные для износа буртики 20 расположены зигзагообразно и образуют прерывистый рисунок. Буртики 20 могут находиться, например, в пределах приблизительно 10 см с каждой стороны шва 16. Рисунок расположения буртиков, изображенный на фиг.2, дан в качестве примера и не ограничивает изобретение. Можно использовать другие непрямолинейные конфигурации в направлении поперек хода бумаги в машине и другую форму буртиков 20.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения предназначенные для износа буртики/полоски 20 выполнены из полимерных материалов, включающих термопласты и сшиваемую термореактивную пластмассу, затвердевающую при комнатной температуре, под воздействием ультрафиолетового излучения или тепла. Способ прикрепления буртика с помощью адгезии заключается в нанесении материала буртика в количестве, достаточном для инкапсуляции нитей и для того, чтобы сам буртик выступал над истираемой поверхностью ткани на высоту, определяемую толщиной шва, как показано на фиг.3. Другими словами, буртик должен быть выше, чем шов.
Одно из преимуществ изобретения состоит в том, что любые изъяны при нанесении буртиков/полосок или повреждение любых их участков в процессе промывки целлюлозы приведут только к локализованному отрыву буртика. По существу адгезия буртика, предназначенного для защиты от износа, в целом зависит от его прочности на сдвиг и не уменьшается до прочности буртика на отрыв от ткани.
Силы сдвига, которые действуют вследствие ориентации элементов износа в направлении по ходу бумаги в машине, в общем уменьшаются в результате уменьшенной площади контакта вдоль расположенного поперек хода бумаги в машине продольного компонента области наложения буртика. То есть поскольку любой предмет, с которым контактирует буртик 20, взаимодействует с меньшим профилем в направлении поперек хода бумаги в машине, сдвиговые напряжения на буртике 20 уменьшаются, так как это напряжение представляет собой составную силу, зависящую от размера площади, которая сталкивается с предметом, и скорости ткани, и прикрепленного к ней буртика 20. Благодаря расположению буртика под углом его эффективная площадь поверхности уменьшается пропорционально углу относительно направления поперек хода бумаги в машине.
Кроме того, при расположении буртика 20, предназначенного для износа, под углом к направлению поперек хода бумаги в машине, как показано на фиг.2, его столкновение с предметом происходит как в направлении по ходу бумаги в машине, так и в направлении поперек хода бумаги в машине. То есть сила, направленная по ходу бумаги в машине, которая вызывает сдвиг буртика 20, разлагается в результате столкновения на векторы силы, направленной по ходу бумаги в машине, и силы, направленной поперек хода бумаги в машине, что уменьшает напряжение сдвига, которое должно поглощаться буртиком 20 во избежание его отслаивания от поверхности ткани.
Таким образом, цели и преимущества изобретения достигнуты, и хотя выше подробно описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, его объем не ограничен описанием, а определяется формулой изобретения.