ПРОМЫШЛЕННАЯ ТКАНЬ С ПОРИСТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ, ПЛАСТИФИЦИРОВАННОЙ НА ЗАДАННУЮ ВЕЛИЧИНУ
INDUSTRIAL FABRIC WITH POROUS SURFACE PLASTICISED BY SPECIFIED VALUE

1. Область техники
Изобретение относится к способу изготовления промышленной ткани с пористой поверхностью, пластифицированной на заданную величину. В частности, оно относится к способу изготовления одежды бумагоделательной машины, главным образом прессовых тканей, свойства которой улучшены использованием пластификаторов и при необходимости тепловой обработкой.
2. Уровень техники
Сегодня повсеместно требуется улучшенная гладкость листа. Большая гладкость и равномерность ткани приводит к большей равномерности распределения давления под нагрузкой, а следовательно, гладкой бумажной поверхности. Гладкие с виду поверхности прессовой ткани в состоянии удовлетворить этим требованиям. Попытки получения гладкого листа предпринимались многократно.
Пример поверхностной модификации одежды бумагоделательной машины с помощью полимерного покрытия может быть взят из WO 03/091498, в которой раскрыта прессовая ткань с уплотненной поверхностью, содержащая основную структуру и слой подбивочного волокна. Уплотнение достигнуто полимерной обработкой, например, полиуретаном, полиакрилатом, акриловой смолой, эпоксидной смолой, фенольной смолой и т.п. Полимерную обработку осуществляют в водной дисперсии, а гладкость поверхности ткани придают шлифованием. Хотя этот способ получения гладкой поверхности может быть эффективен, шлифование повреждает волокна на поверхностных слоях, в результате чего износоустойчивость ткани в целом ухудшается. Кроме того, при использовании покрытий на водной основе, наносимых на пористую подложку, трудно в достаточной мере контролировать размещение покрытия на поверхности и глубину его проникновения.
В WO 02/053832 раскрыт способ изготовления подобной уплотненной прессовой ткани, в которой свойства средней части отличаются от свойств краевых частей. Недостатком использования такой прессовой ткани является неодинаковая толщина производимой бумаги вследствие неоднородности свойств прессовой ткани в направлении поперек движения ткани в машине. Большая или меньшая проницаемость краевых участков может привести к неодинаковому извлечению воды в направлении поперек движения ткани в машине.
Каждый из источников GB 2200867, US 4529643 и US 4772504 относится к более или менее одинаковым прессовым тканям, поверхность которых является гладкой вследствие использования тонких волокон и обладает по существу низкой проницаемостью вследствие ее обработки эмульсией на основе резины или смолы или пластичным материалом, наносимым на поверхностный слой. Оказалось, что использование тонких волокон приводит к существенному снижению износоустойчивости прессовых тканей, а нанесение резинового и пластичного материала для обеспечения гладкости поверхностного слоя может со временем привести к износу, уменьшению производительности самой структуры.
Также следует упомянуть относящиеся к фазоразделительным элементам WO 99/41447 и WO 99/61130, в которых слой фторполимера нанесен на наружную поверхность фазоразделительного элемента, являющегося коагулированным полимерным материалом, таким как полиэтилентерефталат, полиамид, полипропилен или полиакрилнитрил.
Необходимо также отметить, что существующие прессовые ткани, подвергнутые обработке иглами, имеют следы от игл, которые могут создавать некоторую неравномерность в распределении давления и оставлять метки на листе. Таким образом, существует необходимость в ткани, которая имеет требуемую гладкость, может быть пригодна для эффективного производства и может быть изготовлена из волокон разных типов с сохранением высокой износоустойчивости.
Задачей настоящего изобретения является использование пластификатора для материала, например полиамида, из которого изготовлены нити и/или подбивка структуры прессовой ткани для увеличения гладкости и равномерности прессовой ткани.
В настоящем изобретении описаны прессовая ткань и способ ее изготовления, которые позволяют устранить перечисленные выше недостатки.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к промышленным тканям, таким как прессовые ткани, прессовым лентам и транспортировочным лентам с улучшенными свойствами, такими как гладкость поверхности. Улучшение свойств ткани достигается за счет использования пластификатора при необходимости в сочетании с теплом и/или давлением, которые воздействуют на компоненты материалов структуры ткани.
Задачей настоящего изобретения является создание промышленных тканей с пористой поверхностью, которые имеют улучшенные свойства, в частности улучшенную гладкость, благодаря использованию пластификаторов и при необходимости тепловой обработке.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание промышленной ткани, которая имеет высокую износоустойчивость за счет использования пластификаторов и тепловой обработки.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание промышленной ткани с пористой поверхностью, которая является гидрофильной.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание промышленной ткани, такой как прессовая ткань, с пористой поверхностью при большей гладкости и равномерности ткани, которая обеспечивает более равномерное распределение давления под нагрузкой в прессовом зажиме, в результате чего получается гладкая бумажная поверхность без каких-либо меток на листе и большей сухости листа.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание промышленной ткани с достаточным соединением между волокнами в ее структуре посредством связующего за счет улучшенного сплавления между волокнами.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание промышленной ткани с пористой поверхностью путем использования регулируемых параметров, таких как количество пластификатора для обработки ткани, температура обработки, давление и время/скорость обработки.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание промышленной ткани, которая имеет почти и по существу не проницаемую поверхность, что достигается регулировкой названных выше параметров, и которая также может быть использована в качестве прессовой ленты или транспортировочной ленты.
Для лучшего уяснения сущности настоящего изобретения, его преимуществ и задач, решаемых при его использовании, ниже приведено подробное описание предпочтительных вариантов его реализации, которые имеют пояснительный, но не ограничительный характер.
Термины «содержащий» и «содержит» в настоящем документе могут означать «включающий» и «включает» или могут иметь значение, обычно приписываемые им в патентном законодательстве США. Термины «содержащий по существу» или «содержит по существу» при использовании в формуле изобретения имеют значение, приписываемые им в патентном законодательстве США. Другие аспекты изобретения раскрыты в нижеследующем документе либо становятся очевидными из него.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Чертеж, прилагаемый для лучшего уяснения сущности настоящего изобретения и являющийся частью настоящего описания, иллюстрирует вариант реализации изобретения и вместе с этим описанием служит для раскрытия принципов изобретения.
Фиг.1 - отделочная машина, используемая в изготовлении промышленной ткани, согласно одному аспекту настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Промышленные ткани, упомянутые в настоящем документе, относятся к бесконечной ленте, такой как формовочная ткань, прессовая ткань или сушильная ткань (одежда бумагоделательной машины). Они также могут быть использованы в качестве прессовой ленты для производства бумаги или транспортировочной ленты. Они также могут представлять собой ткань, используемую в производстве нетканых продуктов, такими способами как выдув из расплава или фильерное выдавливание из расплава, либо ткань (такую как дубильная ткань), используемую в процессах отделки текстиля. Эти ленты могут иметь пористую структуру, которая может быть проницаемой или непроницаемой.
В прессовой части бумагоделательной машины для обезвоживания бумажного листа в прессовом зажиме используется промышленная ткань, в частности прессовая ткань. Прессовая ткань содержит тканевую или несущую структуру, которая может быть изготовлена из материала из нитей и выполнена бесконечной в машинном направлении прессовой ткани. Обычно к ней прикреплен по меньшей мере один слой подбивочного волокна с использованием стандартного иглопробивного оборудования. Несущая структура или ткань в настоящем изобретении включает тканые, нетканые такие, как трикотажные, полученные экструзией сетчатые, спирально соединенные массивы, массивы нитей, ориентированных в машинном направлении или поперек движения ткани в машине, и намотанные полосы тканых и нетканых материалов. Несущая структура или ткань может содержать или не содержать подбивочный слой, добавленный на какую-либо поверхность ткани. Ткань может содержать нити любого известного типа, например, мононити, скрученные мононити, комплексные нити или скрученные комплексные нити, а также многопрядные нити, описанные в патенте США 5525410, ссылка на который означает его включение в описание настоящей заявки. Ткань может быть однослойной, многослойной или многослойной тканой структурой. Также могут быть использованы структуры, которые не имеют подбивки, например, многослойные тканые структуры, изготовленные из комплексных нитей, объемно-жгутовых нитей, текстурированных комплексных нитей или многопрядных нитей, проходящих в машинном направлении и/или в направлении поперек движения ткани в машине. Кроме того, могут быть использованы наслоения по меньшей мере одной из перечисленных выше структур. По меньшей мере к наружной поверхности основной несущей структуры может быть прикреплен волокнистый компонент, такой как подбивка, полученная прочесыванием. Вместо него может быть прикреплен некоторым способом, таким как приклеивание, другой нетканый материал, такой как полученный аэродинамическим холстоформированием, фильерным способом из расплава и т.п. Нити, образующие несущую структуру или ткань, как правило, получены экструзией из любой одной синтетической полимерной смолы, такой как полиамид, используемой для этой цели специалистами в области промышленных тканей. При этом для каждого полимера может требоваться отличный пластификатор или сочетание пластификаторов и отдельный комплекс условий обработки для получения поверхности требуемой гладкости.
В одном варианте реализации изобретения по меньшей мере один слой волокнистого материала или подбивки, добавленный на какую-либо поверхность несущей структуры или ткани, изготовленной, например, из полиамида, обрабатывают с использованием пластификатора. Сорбция выбранного пластификатора вызывает изменение температуры стеклования волокнистого материала, а использование тепла и/или давления вызывает уплощение волокна и уплотнение всего подбивочного компонента. Этот эффект проявляется в большей степени в тканях, содержащих легкоплавкие волокна, в которых соединение между волокнами посредством связующего усиливается вследствие понижения температуры стеклования с использованием пластификатора, так что волокна переходят в почти расплавленное или расплавленное состояние, а последующее использование тепла и давления обеспечивает соединение волокон посредством связующего с соседними волокнами. Правильный подбор количества пластификатора, времени, температуры и давления, оказываемого на тканевую структуру, обеспечивает возможность сплавления волокон друг с другом в необходимой степени, благодаря чему улучшается гладкость и целостность (износоустойчивость) поверхности ткани. Однако также могут быть использованы структуры без какого-либо волокнистого материала, добавленного на какую-либо из указанных сторон. Например, многослойные тканые структуры, содержащие полиамидные нити, такие как объемно-жгутовая нить, текстурированные или многопрядные нити, описанные в патенте США 5525410, принадлежащему настоящему заявителю, также могут быть использованы в качестве подложки для предлагаемого изобретения и могут быть обработаны с использованием выбранного пластификатора и при необходимости тепла, а также при необходимости давления для получения гладкой и пористой поверхности.
Пластификатор, используемый в настоящем изобретении, предпочтительно представляет собой растворимую в воде жидкость, неионное полиалкокси- или полигидроксисоединение. Растворимая в воде жидкость может быть выбрана из группы, содержащей глицерин/воду раствор и резорцин/воду. Примеры некоторых общеизвестных пластификаторов, которые также могут быть использованы в настоящем изобретении, включают помимо прочего дипропиленгликоль, этиленгликоль, резорцин, глицерин, диэтиленгликольдибензоат, триэтиленгликоль, тетраэтиленгликоль, бис(n-бутил)фталат, бутилбензилфталат, ди(n-октил)фталат, их производные, сочетания и их смеси и другие известные полимерные пластификаторы. Например, оказалось, что действенной является смесь глицерина и дипропиленгликоля.
Важно сохранение гладкой поверхности прессовой ткани в течение срока ее службы, с тем чтобы на производимой бумаге не оказалось какой-либо неравномерности, такой как метка от нитей.
Путем обработки прессовой ткани, например водным раствором глицерина. и ее пропусканием по горячему валу (с использованием ответного прижимного вала или без него), поверхность в контакте с горячим валом может, при соблюдении правильных условий, пластифицировать эту ткань и сформировать на ней гладкую, пористую и проницаемую поверхность. При необходимости этим способом можно сформировать почти или по существу не проницаемую поверхность с последующей возможной перфорацией, выполняемой в качестве отдельной операции. В противном случае такая структура с гладкой по существу не проницаемой поверхностью может быть использована в качестве прессовой или транспортировочной ленты либо другой ленты, известной специалистам. Необходимая степень/толщина пластификации может быть задана на основе количества глицерина и воды, а необходимая степень и/или толщина деформации поверхности ткани может быть задана на основе температуры вала, давления и продолжительности/скорости обработки. Этот процесс управляется путем создания условий для перемещения воды-глицерина к поверхности, которую необходимо сформировать гладкой, испарения воды и при необходимости одновременной обработки ткани небольшим/большим давлением, обеспечивая деформацию волокон и соединение их друг с другом посредством связующего. Если требуется пластификация лишь той поверхности ткани, которая контактирует с бумагой, то нагревают лишь сторону, контактирующую с бумагой. В некоторых условиях прижимной вал не нужен вовсе.
В одном варианте реализации настоящего изобретения для обеспечения нагрева и надавливания может быть использована двухвалковая отделочная машина 100, показанная на фиг. 1. Для нанесения пластификатора может быть использована система, такая как валик для нанесения покрытий или разбрызгивающие сопла 40. Отделочная машина обычно представляет собой машину, содержащую по меньшей мере два находящихся на некотором расстоянии друг от друга вала, которые равномерно давят на ткань 22 или натягивают ее при прохождении последней вокруг этих валов. В этом варианте реализации отделочная машина 100 содержит натяжной вал 10 и вал 20, находящиеся на некотором расстоянии друг от друга, которые могут обеспечивать приложение требуемого тепла и требуемого давления к обрабатываемой ткани 22. Вал 20 также может быть нагрет. Необходимая степень и/или толщина пластификации может быть задана на основе количества используемого пластификатора, а необходимая степень и/или толщина деформации может быть задана на основе температуры вала, натяжения ткани отведением двух валов друг от друга или продолжительности и/или скорости обработки. Кроме того, машина 100 может содержать дополнительный ответный вал 30 для дополнительного надавливания на ткань 22.
Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения ткани с очень гладкой пористой поверхностью могут быть получены нанесением на несущую структуру или ткань, как правило иглами, по меньшей мере одного слоя подбивочного волокна, содержащего смесь полиамидных волокон с некоторыми другими волокнами, которые не вступают в реакцию с выбранным пластификатором, например, вискозными волокнами, акриловыми волокнами и т.п. Такую ткань затем устанавливают на отделочную машину, как показано на фиг. 1, и после этого наносят пластификатор для полиамидных волокон и при необходимости нагревают ткань и подвергают ее воздействию давления. При использовании таких тканей, содержащих смесь полиамидных волокон с некоторыми другими волокнами в указанной структуре, не полиамидные волокна будут подвергаться фибрилляции и истиранию из ткани во время использования на бумагоделательной машине. Однако в начальный период работы машины эти волокна будут играть значительную роль для поддержания определенной плотности ткани. При уплотнении ткани становятся более плотными. Идеальная ткань имеет постоянную плотность с течение всего срока своей службы. Это особенно важно для тканей для производства салфеток и обеспечивает создание давлений на машинах для производства печатной бумаги, например. Ткань, как описано выше, будет иметь хорошо сформированную пористую поверхность и плотность в начале работы. После истирания волокон, не связанных и не подвергнутых пластифицированию, и уплотнения ткани сохраняются необходимая плотность и разрыхленное состояние.
После процесса пластификации ткань может быть промыта в воде или водном растворе моющего средства для удаления лишнего пластификатора. С другой стороны, если оставить в ткани некоторое количество пластификатора, то ткань будет мягче, ее будет проще установить на бумагоделательную машину, и она будет лучше вбирать в себя влагу.
Другие общие характеристики и важные признаки прессовых тканей, прессовых лент или транспортировочных лент, изготавливаемых предлагаемым способом, могут быть сформулированы следующим образом.
- Применение процесса пластификации только к поверхностному слою позволяет ограничить повышение жесткости ткани.
- Поверхностный слой имеет превосходную упругость и состоит, например, из расположенной выше пористой «оболочки» из полиамида или полиамидной смеси и расположенной ниже амортизирующей полиамидной структуры.
- Пористая проницаемая или непроницаемая поверхность очень устойчива к высоконапорному поливу, т.е. имеет высокую износоустойчивость.
- В отличие от уровня техники гладкую поверхность или требуемую непроницаемость можно получить без нанесения на ткань или ленту покрытия, благодаря чему не требуется использование дополнительных химических веществ, а время изготовления ткани или ленты сокращается.
- Химические вещества, используемые в предлагаемом процессе, не оказывают необратимого воздействия на окружающую среду и могут быть произведены в промышленных количествах.
- Небольшое количество избыточного пластификатора может оставаться в ткани и действовать в качестве смягчителя во время установки и осушителя, а затем вымывается на этапе ввода бумагоделательной машины в эксплуатацию.
Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения раскрыто использование двухкомпонентных волокон в качестве части волокнистого или подбивочного слоя. Компоненты двухкомпонентных волокон могут быть размещены один внутри другого («оболочка-сердцевина») либо возле друг друга. Подходящими полимерами для изготовления таких волокон являются, например, полиамид-сополимер + полиамид-6 (например, волокна ВА115 и ВА140 от компании EMS), полиамид-6 + полиамид-6,6 (например, волокно ВА3100 от компании EMS) и их смеси.
Использование двухкомпонентных волокон обеспечивает ряд дополнительных преимуществ.
1. Использование пластификатора снижает температуру стеклования (Тg) обоих полимеров на 40-60°С. Следовательно, температура в процессе обработки будет настолько низкой, что повреждение волокон вследствие окисления во время их нагрева существенно уменьшено. Таким образом, пожелтение и ухудшение волокон, которые могут привести к серьезным проблемам, очень ограничены. Например, волокно KА140 от компании EMS легко плавится при температуре 110-120°С поверхности вала согласно настоящему изобретению, в то время как стандартная температура поверхности вала составляет 170-180°С без нанесения пластификатора в волокно.
2. Поверхность готовой ткани, а также волокна, находящиеся под пластифицированным слоем, имеют более высокую износоустойчивость и упругость благодаря меньшему тепловому повреждению полимеров, входящих в их состав.
3. Составляющая «полиамид-6» двухкомпонентного волокна «полиамид-6 / полиамид-6,6» имеет температуру плавления приблизительно 240-250°С, поэтому ее невозможно расплавить простым нагревом, не вызвав необратимого повреждения волокон и нитей. Путем использования пластификатора согласно настоящему изобретению можно снизить температуру плавления составляющей «полиамид-6» по меньшей мере до 170°С, улучшив тем самым соединение волокон друг с другом посредством связующего во время нагревания и/или воздействия давления. Кроме того, составляющая «полиамид-6» двухкомпонентного волокна «полиамид-6 / полиамид-6,6» гораздо более износоустойчива, чем составляющая «полиамид-сополимер», используемая в стандартных легкоплавких двухкомпонентных волокнах. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает возможность использования двухкомпонентных волокон на основе полиамидных полимеров, которые лучше подходят для использования в одежде бумагоделательных машин, чем легкоплавкие полимеры «полиамид-сополимер». Двухкомпонентные нити, подобные двухкомпонентным волокнам, раскрытым в настоящем документе, могут быть использованы в изготовлении тканевой или несущей структуры, в частности, в вариантах реализации без каких-либо слоев волокна и/или подбивки на ткани. Компоненты этих нитей могут быть размещены один внутри другого («оболочка-сердцевина») либо возле друг друга. Подходящими полимерами для изготовления таких нитей являются, например, «полиамид-сополимер + полиамид-6» (например, волокно ВА115 и ВА140 от компании EMS), «полиамид-6 + полиамид-6,6» (например, волокно ВА3100 от компании EMS) и их смеси.
Еще один вариант реализации настоящего изобретения представляет собой способ изготовления промышленной ткани, описанной выше. Способ содержит подготовку несущей структуры или ткани, как описано выше, обработку ткани пластификатором и при необходимости пропускание поверхности ткани по валу, с приложением давления или без его приложения, при температуре, достаточной для пластификации поверхности ткани. Способ может предусматривать или не предусматривать размещение на несущей структуре по меньшей мере одного слоя подбивочного волокнистого материала. Также могут быть выполнены наслоения по меньшей мере одной из описанных выше структур. По меньшей мере к одной наружной поверхности основной несущей структуры или ткани может быть прикреплен дополнительный волокнистый компонент, такой как подбивка, полученная прочесыванием.
Пластификатор, используемый в этом способе, может состоять из глицерина и воды, а необходимая степень/толщина пластификации может быть задана на основе используемого количества глицерина и воды. Пластификатор может быть выбран из группы, содержащей помимо прочего глицерин, дипропиленгликоль, этиленгликоль, резорцин, диэтиленгликольдибензоат, триэтиленгликоль, бис(n-бутил)фталат, бутилбензилфталат, ди(n-октил)фталат, их производные и их сочетания. Необходимая степень/толщина пластификации может быть задана на основе количества глицерина, а степень деформации поверхности ткани может быть задана на основе температуры вала, в контакте с которым находится поверхность, давления на ткань или ее натяга или продолжительности и/или скорости обработки.
Способ может быть осуществлен выполнением обработки промышленной ткани выбранным пластификатором и ее пропуском по горячему валу (с использованием ответного прижимного вала или без его использования). Поверхность, находящаяся в контакте с нагретым валом, пластифицируется, в результате чего на ткани формируется гладкая, пористая, проницаемая поверхность. При необходимости этот процесс может быть использован для формирования непроницаемой поверхности с последующим выполнением отверстий на отдельном этапе. Этот процесс управляется путем создания условий для перемещения пластификатора к поверхности, которую необходимо сформировать гладкой, и которая является поверхностью, обращенной к нагретому валу, при одновременном, если необходимо, сильном/слабом надавливании на ткань, обеспечивая деформацию волокон. Данный способ еще более эффективен для тканей, содержащих легкоплавкие волокна, в которых усиливается соединение волокон друг с другом посредством связующего вследствие понижения температуры стеклования с использованием пластификатора, так что волокна переходят в почти расплавленное или расплавленное состояние, а последующее использование тепла и давления обеспечивает надежное соединение волокон посредством связующего. Если требуется пластификация той поверхности ткани, которая контактирует с бумагой, то нагревают только эту поверхность. В некоторых условиях прижимной вал не нужен вовсе.
Задачи и преимущества настоящего изобретения были описаны на примере предпочтительных вариантов его реализации, однако объем настоящего изобретения не ограничен этими вариантами реализации, а определен прилагаемой формулой изобретения.