在紙張制造過程中控制紙頁形成的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在紙張制造過程中控制紙頁形成的方法和設備(1)，以及具有這樣的設備(1)的造紙機。該設備(1)包括至少一個用于產(chǎn)生電場的電單元(2)。產(chǎn)生一電場。在水的懸浮液(9)中存在的紙纖維(3)暴露在電場中。紙纖維(3)在纖維層中的沉積和/或紙纖維(3)在纖維層中的定向借助于電場控制。
【專利說明】在紙張制造過程中控制紙頁形成
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在紙張制造過程中控制紙頁形成的方法、一種實施該方法的設備以及一種具有這種設備的造紙機。
【背景技術(shù)】
[0002]紙頁形成是在紙張制造期間的重要的過程。為此盡可能平均地在紙幅面寬度上分布的、由紙纖維、輔助材料和水構(gòu)成的懸浮液輸送給紙頁形成設備、例如工業(yè)造紙機的濾網(wǎng)部分。例如在縱向濾網(wǎng)造紙機中纖維懸浮液在不斷循環(huán)的濾網(wǎng)上流動。
[0003]此外紙的質(zhì)量由所謂的成形來確定，也就是說纖維在紙中的分布。通常由于濾網(wǎng)布置和高的濾網(wǎng)速度，在工業(yè)化的造紙機中紙纖維在紙中主要沿著濾網(wǎng)運行方向指向，以使得紙的特性、例如抗斷強度或縱向延展在兩個主方向上沿著和橫向于紙幅面明顯地不同。為了在這兩個主方向上沿著和橫向于紙幅面實現(xiàn)紙幅面的類似的特性，例如在橫向于紙幅面的方向上得到紙的更高的抗斷強度，必要的是，迄今橫向于濾網(wǎng)運行方向的更大部分的纖維或者是全部纖維通常地更加各向同性地指向。
[0004]迄今為止嘗試的是，通過不同的方法參數(shù)、例如在將懸浮液施加在濾網(wǎng)上時體積速度、懸浮液在濾網(wǎng)上的出現(xiàn)角(Auftrittswinkel)和濾網(wǎng)速度的匹配，不僅影響纖維在紙中的定向而且影響在濾網(wǎng)上的或在所謂的濕部分中的脫水。當然成形由不同的參數(shù)確定，其僅僅在一定條件下能影響傳統(tǒng)的紙張制造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此本發(fā)明的目的是改進紙幅面的構(gòu)造。
[0006]該目的由用于控制在紙張制造過程中的紙頁形成的方法實現(xiàn)，其中產(chǎn)生電場，在水的懸浮液中存在的紙纖維暴露在電場中，以及紙纖維在纖維層中的沉積和/或紙纖維在纖維層中的定向借助于電場控制。此外該目的由用于控制在紙張制造過程中的紙頁形成的設備來實現(xiàn)，該設備包括用于產(chǎn)生電場的至少一個電單元，電場設計為使得在紙張制造期間在水的懸浮液中存在的紙纖維暴露在電場中以及紙纖維在纖維層中的沉積和/或紙纖維在纖維層中的定向能借助于電場控制。此外該目的由具有根據(jù)權(quán)利要求7至13的設備的造紙機來實現(xiàn)。
[0007]在工業(yè)化的造紙中在造紙機上發(fā)生紙頁形成。絕大部分由水構(gòu)成的纖維懸浮液在材料纏卷裝置(Stoffauflauf)中形成稀薄的、盡可能相同形狀的射流(Strahl)。這個射流在縱向濾網(wǎng)造紙機中沖擊無止境地環(huán)繞的濾網(wǎng)。隨著來自材料纏卷裝置中的射流沖擊濾網(wǎng)，開始紙的紙頁形成并且構(gòu)建紙張的特性，并且特性可以被影響。
[0008]紙頁形成的理論描述了以下的進程:只要纖維懸浮液與濾網(wǎng)接觸，那么紙纖維通過其流動阻力在濾網(wǎng)上運動。由此在濾網(wǎng)上開始形成纖維層，其向上增長。根據(jù)纖維在懸浮液中的運動自由度出現(xiàn)了紙頁形成的兩個不同的形式:過濾和濃縮。由大多數(shù)紙的構(gòu)造表明，過濾占支配地位:在脫水時調(diào)整在濾網(wǎng)上的已經(jīng)形成的纖維層，即所謂的纖維網(wǎng)和位于其上的懸浮液之間的清晰的過渡。在液相中材料濃度近似地是恒定的并且纖維可以彼此成比例地自由運動。
[0009]在短的時間內(nèi)，即通常在幾秒之內(nèi)，在濾網(wǎng)部分中排出大部分水并且產(chǎn)生紙結(jié)構(gòu)。為此安裝在濾網(wǎng)下的吸氣機(Sauger)以及產(chǎn)生脈沖的箔(Foils)有助于纖維材料的脫水。在濾網(wǎng)的端部處紙幅面轉(zhuǎn)入毛氈上并且到達擠壓部分中。
[0010]電場可以不僅設計為靜電場也可以設計為電動力學的或電磁的場，其包括電場和磁場。這里概念“電”能涉及電場和磁場。
[0011]本發(fā)明基于以下的認知，即紙纖維能由電場影響。紙纖維基本上由纖維素，絕緣材料組成。因為在絕緣物中電荷載流子不是自由運動的，所以絕緣物由更外側(cè)的電場極化。在此由位移極化(Verschiebungspolarisation)感應出電的偶極子。這樣的在纖維中感應的偶極子與較外側(cè)的電場的相互作用可以用于改進在紙張制造期間的紙頁形成或縮短其時間上的進程。
[0012]因為能通過在纖維和場之間的電的相互作用而產(chǎn)生在纖維上的力是相對小的，只要纖維位于懸浮液中并且能相對稍微地再定位或移動，也就是說在紙頁形成期間，在纖維固定在纖維層中之前，優(yōu)選地充分利用電的相互作用。在纖維已經(jīng)固定在纖維層中之后，借助于這個電的相互作用在經(jīng)濟的條件下不能實現(xiàn)再定位或移動。
[0013]通過應用電場可以減少纖維凝聚或成團形成的趨勢。由此可以完全普通地改進紙的成形。通過使用電場而對纖維特性的有目的性的影響的其他的優(yōu)點從下文中看出，即纖維懸浮液的水分量可以減少，這不會導致不期望的凝聚或成團形成。紙幅面也可以利用在懸浮液中比傳統(tǒng)方式少的水分量來制造。由此以下在造紙中脫去懸浮液的少的水，并且進而用于濕的紙幅面的干燥的能量耗費更少。
[0014]另一方面可以由于纖維在纖維層中沉積的加速時間上縮短紙頁形成，這能實現(xiàn)了在造紙機中更高的機器速度。此外可以由于磁場在時間上的變化由紙纖維形成的紙幅面的其他特性有針對性地被調(diào)整。
[0015]本發(fā)明的有利的設計方案和改進方案由從屬權(quán)利要求得出。在此根據(jù)本發(fā)明的方法也相應于從屬的設備權(quán)利要求而改進，并且反之亦然。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的設計方案，當紙纖維處于濾網(wǎng)上的懸浮液的材料纏卷裝置的區(qū)域中和/或位于造紙機的濾網(wǎng)部分的區(qū)域中時，紙纖維暴露在電場中，。在造紙機的這些區(qū)域中紙纖維還位于水的懸浮液中。纖維可以在造紙機的這些區(qū)域中彼此成比例地自由地運動，并且通過電的相互作用在纖維和外側(cè)的電場之間產(chǎn)生的力作用在纖維上，即使其實相對小時，也足夠用于改變纖維的定向或?qū)⒗w維在期望的方向上加速，例如在待形成纖維層的方向上。
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的設計方案電場重復地產(chǎn)生。在此特別優(yōu)選的是，電場是脈動的。脈沖的持續(xù)時間、也就是說時間間隔在電場期間不中斷地形成，優(yōu)選地這樣選擇，即在能出現(xiàn)經(jīng)過纖維懸浮液的水的放電之前，電場在纖維中能由位移極化感應出電的偶極子，但是電場再次減小。優(yōu)選地脈動的電場的脈沖具有少于10 μ s的持續(xù)時間。因為在唯一的脈沖的短的持續(xù)時間期間，大部分纖維相對于圍繞電阻的水能夠僅僅在期望的方向上、例如橫向于濾網(wǎng)運行方向轉(zhuǎn)向相對較小的角度，纖維施加電場的一系列相互跟隨的脈沖，也就是說電場是脈動的。脈沖的數(shù)量優(yōu)選地這樣選擇，即纖維在脈沖序列的末尾橫向于濾網(wǎng)運行方向指向，該纖維原本在濾網(wǎng)運行方向上指向。
[0018]可替換地或附加地可以在纖維的運輸方向上設有多個位置，在這些位置處產(chǎn)生電場，例如多個前后布置的設備，以用于形成電場。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的設計方案電場的場強處于I至lOkV/cm的范圍中。這樣的場強也利用布置在纖維懸浮液的范圍中的印制導線經(jīng)濟地實現(xiàn)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的改進方案電場是靜電場。在靜電學中只考慮靜止的電荷。沒有電流沒有磁場存在，靜電場因而不僅僅是靜止的，也是時間上不變化的，而且還是不旋轉(zhuǎn)的，也具有電勢。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的改進方案電單元包括至少一個電印制導線，其能與電源連接。可能的是，即在印制導線與電源連接之后在印制導線的兩個點之間存在電壓，并且進而存在電場，該電場引起作用在印制導線中的電荷載流子上的力。如果電荷載流子是自由地運動，那么引起電壓，即電荷載流子處于運動中并且在印制導線中，電流根據(jù)歐姆定律開始流動。在這種情況下形成圍繞電流流過的印制導線的電場。
[0022]也可能的是，即印制導線由兩個彼此絕緣的子件構(gòu)成，以使得在印制導線與電源連接之后沒有電流流經(jīng)印制導線。如果在印制導線上施加直流電壓，那么形成靜電場。如果絕緣電阻在這兩個引導電壓的子件之間是高的，那么印制導線的電的等效電路是理想的開放(offener)的電容器，其具有并聯(lián)連接的高的電阻。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的設計方案至少一個電印制導線布置在造紙機的濾網(wǎng)上方和/或在造紙機的濾網(wǎng)下方。因此允許至少一個電印制導線布置在濾網(wǎng)上方和/或下方，電場直接地在纖維的附近形成。通過這種方式實現(xiàn)在纖維的周圍環(huán)境中的高的場強以及進而實現(xiàn)纖維的有效的再定位或移動。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的設計方案，至少一個電印制導線設計為曲折形或梳子形狀。優(yōu)選的是，當印制導線包括多個導體，其中一組導體分別位于其他組的導體之間，并且這兩組導體在相對布置的端部處分別與共同的導體連接。由此每一組具有梳子形狀，其中這兩個梳的齒彼此嚙合。相似的形狀可以以曲折形的印制導線來實現(xiàn)。如果在導體組之間存在由電源產(chǎn)生的電勢差，那么形成了強的靜電場，其可以附著或吸引纖維。
[0025]還可能的是，至少一個電印制導線設計為格柵的形狀。由此在施加電壓時同樣形成前面描述的靜電場。在此優(yōu)選的是，格柵是兩極的曲折性。優(yōu)選地至少一個電印制導線包括絕緣的印制導線部段。經(jīng)過絕緣可以將這些施加了電壓的印制導線部段上下重疊地引導、也就是說交叉，它們之間沒有電流流過。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的設計方案，格柵設計用于固定在造紙機的濾網(wǎng)處。這允許，電場直接在纖維的附近形成。通過這種方式可以在纖維的周圍實現(xiàn)高的場強并且進而實現(xiàn)纖維的有效的再定位或移動。經(jīng)過固定直接在濾網(wǎng)處可以通過這種方式利用與這個濾網(wǎng)相同的長度和寬度形成格柵。由此纖維可以在濾網(wǎng)的每個位置處被施加電場。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]前面描述的本發(fā)明的特性、特征和優(yōu)點以及如何實現(xiàn)這些的方式和方法結(jié)合以下對實施例的描述可以更清楚和明晰地被理解，這些實施例結(jié)合附圖更加詳盡地被闡述。附圖分別示意性地以及沒有嚴格按照比例尺地示出[0028]圖1在俯視圖中示出梳子狀的印制導線；
[0029]圖2在俯視圖中示出曲折形的印制導線；
[0030]圖3在截面圖中示出了造紙機的一部分；
[0031]圖4示出造紙機的視圖；以及
[0032]圖5在視圖中示出造紙機的材料纏卷裝置和濾網(wǎng)部分。
【具體實施方式】
[0033]圖1在俯視圖中示出用于控制在紙張制造過程中的紙頁形成的設備1，其包括兩個梳子狀的印制導線4a，4b。印制導線4a，4b的各一第一端部與電源5的不同的極連接，而印制導線4a, 4b的相應其他的端部裸露。印制導線4a, 4b可以布置在造紙機的濾網(wǎng)6(虛線示出)的下方。印制導線4a，4b也可以布置在濾網(wǎng)6的上方。電源提供在印制導線4a，4b中引導用于產(chǎn)生電場的電壓。在此電場這樣形成，以使得紙纖維在水的懸浮液中暴露在電場中，水的懸浮液位于濾網(wǎng)6上。紙纖維在纖維層中的沉積和/或紙纖維在纖維層之中的定向通過電場控制。
[0034]圖2在俯視圖中示出用于控制在紙張制造過程中紙頁形成的設備1，其包括曲折形的印制導線4，其端部與電源5的極連接。印制導線4具有格柵8的形狀。印制導線4布置在造紙機的濾網(wǎng)6 (虛線示出)的下方。電源5提供在印制導線4中用于產(chǎn)生電場的電壓。在此電場這樣形成，以使得紙纖維在水的懸浮液中暴露在電場中，該水的懸浮液位于濾網(wǎng)6上。紙纖維在纖維層中的沉積和/或紙纖維在纖維層之中的定向經(jīng)過電場控制。
[0035]可能的是，具有曲折形的印制導線的格柵8是能靜電充電的格柵，其形成靜電場，該靜電場使在濾網(wǎng)部分中纖維層在懸浮液中的形成。
[0036]圖3在截面圖中示出造紙機的材料纏卷裝置20和濾網(wǎng)部分10。在材料纏卷裝置20中纖維懸浮液經(jīng)過濾網(wǎng)臺(Siebtisch) 11到達無止境環(huán)繞的濾網(wǎng)6。此后在濾網(wǎng)運行方向21上懸浮液經(jīng)過下述濾網(wǎng)部分10的部件:套準調(diào)節(jié)棍(Registerwalze) 12、濕抽吸盒
13、壓紋輥19、抽吸盒15。在濾網(wǎng)抽吸輥17的區(qū)域中平均地由纖維懸浮液形成的紙幅面從濾網(wǎng)露出并且運行至造紙機的壓緊部分中。經(jīng)由濾網(wǎng)驅(qū)動輥18和機架輥16空的濾網(wǎng)返回輸送至濾網(wǎng)臺11。
[0037]紙纖維位于材料纏卷裝置20的區(qū)域中和/或在濾網(wǎng)部分10的區(qū)域中時，紙纖維在懸浮液中暴露在電場中。可能的是，用于控制在紙張制造過程中的紙頁形成的設備I包括兩個印制導線4，其布置在濾網(wǎng)6的上方和下方，例如在單個箔14的區(qū)域中，如在圖3中說明的。
[0038]圖4示出造紙機7的視圖，材料纏卷裝置20和濾網(wǎng)部分10處在其左邊的部分中。經(jīng)過將用于控制在紙張制造過程中紙頁形成的設備布置在表示的區(qū)域10+20中、也就是說在材料纏卷裝置20的/濾網(wǎng)部分10的區(qū)域中，可以經(jīng)過充分利用靜電的充電電荷力或電磁場在材料纏卷裝置20/濾網(wǎng)部分10的區(qū)域中實現(xiàn)單元材料纖維的優(yōu)化的指向。
[0039]圖5示出造紙機的材料纏卷裝置20和濾網(wǎng)部分10的視圖。在材料纏卷裝置20的區(qū)域中布置用于產(chǎn)生電場的電單元2，以及在濾網(wǎng)部分10的套準調(diào)節(jié)輥12的區(qū)域中在濾網(wǎng)運行方向上接連地布置用于產(chǎn)生電場的第二和第三電單元2。電單元2橫梁狀地橫向于濾網(wǎng)運行方向地形成并且用于產(chǎn)生靜電場或電磁場。在濾網(wǎng)運行方向21上、也就是在纖維的運輸方向上由此總共設有三個位置，在該位置處產(chǎn)生電場。經(jīng)過重復地利用電場施加在纖維懸浮液的纖維的部分，可以在每個期望的方向上實現(xiàn)纖維的再定位。
[0040]在濾網(wǎng)部分10中在纖維懸浮液9或紙幅面的切口的長度上紙纖維3的前述的指向在形成的纖維層中示意性地給出。在此能識別的是，纖維3的定向在濾網(wǎng)運行方向21上看來在沿著和橫向于濾網(wǎng)運行方向21的指向之間交替。纖維3沿著濾網(wǎng)運行方向21的指向是纖維3的初始的指向，如其通過在濾網(wǎng)運行方向21上運動的濾網(wǎng)上的纖維材料纏卷裝置的條件得出的那樣。纖維3橫向于濾網(wǎng)方向21的指向是纖維3的指向，如其經(jīng)過用于控制紙頁形成的設備得出的那樣，該設備包括三個電單元2。
[0041]用于控制在紙張制造過程中紙頁形成的設備的多重的和/或組合的安裝可以由于單元材料纖維的定向的靜電/磁影響實現(xiàn)集成的方法優(yōu)化。
[0042]盡管本發(fā)明細節(jié)性地由優(yōu)選的實施例詳細地闡述和描述，那么本發(fā)明不僅僅局限于公開的實例，而且能由專業(yè)人員從中推導出其他的變體方案，而不脫離本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在紙張制造過程中控制紙頁形成的方法，其中，產(chǎn)生電場，在水的懸浮液(9)中存在的紙纖維(3)暴露在所述電場中，并且所述紙纖維(3)在纖維層中的沉積和/或所述紙纖維(3)在所述纖維層之中的定向借助于所述電場來控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述紙纖維處于在濾網(wǎng)(6)上的所述懸浮液(9)的材料纏卷裝置(20)的區(qū)域中和/或處于造紙機(7)的濾網(wǎng)部分(10)的區(qū)域中期間，所述紙纖維(3)暴露在所述電場中。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述電場重復地生成，特別是所述電場是脈動的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述電場的脈沖具有小于10μs的持續(xù)時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項所述的方法，其特征在于，所述電場是靜電場。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述電場的場強處于I至IOkv/cm的范圍中。
7.一種用于在紙張制造過程中控制紙頁形成的設備(I)，包括用于產(chǎn)生電場的至少一個電單元(2)，所述電場設計為使得在紙張制造期間在水的懸浮液(9)中存在的紙纖維(3)暴露在所述電場中并且所述紙纖維(3)在纖維層中的沉積和/或所述紙纖維(3)在所述纖維層之中的定向借助于所述電場來控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設備(I)，其特征在于，所述電單元(2)包括至少一個電印制導線(4)，所述至少一個電印制導線能與電壓源(5)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設備(I)，其特征在于，所述至少一個電印制導線(4)能布置在造紙機(7)的濾網(wǎng)(6)上方和/或下方。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項所述的設備(I)，其特征在于，所述至少一個電印制導線(4)設計為曲折形或梳形的形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項所述的設備(I)，其特征在于，所述至少一個電印制導線(4)設計為格柵(8)的形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設備(I)，其特征在于，所述格柵(8)是兩極的曲折形。
13.根據(jù)權(quán)利要求11和12中任一項所述的設備(I)，其特征在于，所述格柵設計用于固定在造紙機(7)的濾網(wǎng)(6)處。
14.一種造紙機(7)，具有根據(jù)權(quán)利要求7至13中任一項所述的設備(I)。
【文檔編號】D21F1/00GK104011292SQ201280061461
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月14日
【發(fā)明者】于爾根·米爾克, 格奧爾格·舍勒爾 申請人:西門子公司