[发明专利]木材的纤维分离装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种如所附权利要求1前序部分所述的用于对木材进行机械纤 维分离的装置，包括：处理木材原料并松散纤维的纤维分离表面，所述纤维分 离表面包括附加于金属基面上的研磨砂砾。本发明还涉及一种方法，用移动的 纤维分离表面来处理木材原料并松散纤维，纤维分离表面形成于金属基面上且 和木材接触。

背景技术

木材的机械纤维分离是通过研磨或者精练来实现的。两种方法都是基于通 过压力脉冲来揉搓木材原料和把纤维彼此机械地纤维分离。蕴含在所述工艺后 面的思想在于：制备木材原料使得随后纤维的彼此机械分离可以制造出适合造 纸的浆，而不仅是彼此分离的木材纤维。与本发明相关的研磨过程中，上述的 系列动作是通过以横向方向将木材原木压靠旋转圆柱形磨石，从而保持木材原 木纵向平行于磨石的轴线而进行的。研磨部段附于磨石的表面上，所述部段由 耐磨的研磨砂砾组成。所述部段的研磨颗粒典型的形成一个不规则的三维纤维 分离表面。在所述表面的圆周方向，由于研磨砂砾的随机位置引起的高度差异 在木材原料上产生压力脉冲。压力脉冲在木材原料上引起变形和发热，因此导 致木材原料变软。研磨砂砾和木材之间的摩擦将纤维与木材原料表面松散开。 此机械纤维分离方法最大的缺陷是由于大量的发热造成的高能耗。另一个缺点 是研磨表面的性能，例如研磨砂砾之间的距离在所述三维结构中不能精确地控 制。第三，在这种结构中，所有研磨砂砾具有相似特性，不能彼此独立地影响 由砂砾产生的压力脉冲以及对纤维的松散。用来纤维分离木材的磨石的示例公 开在如美国专利US2769286中和芬兰专利FI68268中，芬兰专利FI68268和加 拿大专利CA1267293是同族专利。

美国专利US3153511公开了一装置，其纤维分离表面具有预定尺寸的且处 于一定间隔的凸起。所述装置可以是一种旋转圆柱形部件，其中研磨表面由在 旋转方向相继定位且借助于隔离物相互分开的扇面组成。该公开文件没有讨论 研磨表面的制造，且只涉及金属或耐磨塑料作为该工具的制造材料。该装置的 实验结果发表在文章：Atack，D.和May，W.D.，1962，Mechanical pulping studies with a model steel wheel，Pulp and Paper Magazine of Canada，Vol.63：1，T10-T20. (D·阿泰克和W·D·美，1962，基于一钢轮模型的机械制浆研究，加拿大 杂志《浆及纸》，卷63：1，T10-T20)。根据这些结果，所述装置不起作用，因 为研磨表面是由完全光滑的金属凸起组成，其只能产生加热木材的效果。

公开文献FI-98148，其和美国专利US6241169同族，公开了一种方法，该 方法比在工业中使用的传统方法更有效地利用能量，因为此方法在能量转变为 热量之前，利用尽可能多的能量来破裂木材原料结构。本方法在圆周方向上利 用波形形状的纤维分离表面和规则的纤维分离表面。适用于工业规模的这种纤 维分离表面的制造是一个挑战，例如由于精确加工或波形金属表面的形成。

发明内容

本发明的目的是公开一种装置，借助于该装置，能够由原木制得适合造纸 的纤维浆，并通过精确控制的纤维分离过程而使用尽可能少的能量。本发明的 目标是纤维分离表面，借助于此，不仅能够控制由纤维分离过程产生的压力脉 冲的振幅和频率，而且能够控制压力脉冲在纤维的纵向上对纤维的影响。为达 到这个目的，根据本发明的装置的主要特征在于，附于金属基面的研磨砂砾以 预定的间隔定位在基面上，从而形成规则的纤维分离表面。

本发明基于这样的理念，对木材原料的纤维分离通过使用规则的二维纤维 分离表面取代传统的随机三维表面进行。研磨砂砾在预定位置规则地定位在纤 维分离表面上，其中，纤维分离过程中形成的压力脉冲的振幅和频率可以得到 控制。此外，研磨砂砾在纤维方向的定位使得能够沿着纤维的纵向方向以期望 的方式引导压力脉冲，其中在纤维中产生受控的局部变形。在纤维分离表面上 的研磨砂砾的频率决定砂砾在木材原料中的穿透性，这样同样调节所产生的压 力脉冲的振幅。研磨砂砾之间的距离越长，砂砾侵入木材就越大，由它们产生 的压力脉冲就越强。借助于砂砾之间的距离，可以调节在旋转方向上的压力脉 冲的频率。压力脉冲的频率同样也可以受磨石的圆周速度影响。

根据本发明，在纤维分离表面上的砂砾按照如下设计准则以预定的图案定 位在基面上：