[发明专利]用作刮刀刀片或顶板的包含三维复合加强结构体的平坦元件

说明书

本发明公开了一种用于造纸系统的平坦元件。该平坦元件适合用作刮刀刀片或顶板，所述平坦元件包括三维复合结构体和其中嵌入了该三维复合结构体的树脂，其中所述三维复合结构体包括至少在三个正交方向上延伸的细长元件。

技术领域

本申请要求2015年8月13日提交的美国临时专利申请系列号62/204,738的优先权权益，通过引用将该申请全文纳入本文。

背景技术

本发明一般涉及用于造纸机的平坦元件，例如刮刀刀片和顶板，本发明具体涉及提供改善的刚度和性能的刮刀刀片和顶板。

刮刀刀片和用于刮刀刀片支架的顶板一般用于处理涉及辊、幅材或片材的制造系统(例如造纸系统)中的移动表面。

移动表面的处理一般通过被刮刀刀片支架支承的刮刀刀片来进行，所述刮刀刀片支架可包括顶板。刮刀刀片支架与刮刀刀片一起作用，将刮刀刀片的工作边缘施加到被处理的表面上。例如，图1显示了现有技术的刮刀设备10，该设备与辊12的表面相邻。该辊围绕轴A₁旋转，刮刀设备包括可以围绕与轴A₁平行的轴A₂旋转的刮刀刀背14。刮刀刀片支架16如所示支承在梁18上，梁18构成刮刀刀背的一部分。刮刀刀片支架16包括通过安装和调节组件连接的顶板20和底板22。刮刀刀片24被接纳在顶板20下侧上的较低的颌状开口26内。

再参考图2，安装和调节组件包括通过枢转杆32相互连接在一起的多个顶板托架28和多个底板托架30。安装和调节组件还包括加载管34和卸载管36，加载管34和卸载管36的尺寸可通过调节每个管内流体的量而交替增大或减小，以实现顶板相对于作为枢转杆32中心轴线的轴线 A₃的受限转动。该受限转动允许刮刀刀片24与辊12配合以实现刮除或与辊12脱开配合。活塞/汽缸单元38经由曲柄臂40动作以使刮刀刀背14绕轴线A₂转动以提供刮刀刀片24靠近和远离辊表面的大体定位。

刮刀刀片可由金属(为了获得高刚度和低厚度)、塑料(为了获得更好的对表面的顺应性，代价是厚度增加)或加强塑料形成。例如，美国专利第4,549,933号揭示了使用合成材料(例如纤维，其中的一些是取向的)形成层，这些层被层叠在一起形成刮刀刀片。事实上，美国专利第4,549,933号描述到，机器方向上的高刚度和强度允许所需的低挠度刀片载荷，而没有不可接受的刀片厚度增加(其转化为功率损失)，而横向于机器方向(crossmachine direction)上的较低的刚度允许刀片适应辊表面的不规则性，而所需的刀片载荷没有大变化。

美国专利申请公开第2009/0208706号揭示了一种由厚针刺毡制造刮刀刀片的方法，所述厚针刺毡由聚酰胺和共聚酯纤维构成并具有聚氨酯表面涂层。 美国专利第6,977,029号揭示了一种用于靴形压榨应用的刮刀刀片，该刮刀刀片由机织物基底层以及多个针刺到其中的纤维毡层制成。该结构还可以由聚酰胺、芳族聚酰胺和聚酯纤维制成。

某些现有技术的刮刀刀片和顶板是通过将数个单独的二维加强织物层与聚合物树脂施加在一起来制备的。所用的二维加强织物通常包含玻璃纤维、碳纤维或两者的组合。玻璃纤维赋予刮刀刀片清洁和磨损性质，而碳加强用于改善刮刀刀片的磨损寿命以及顶板的强度和刚度。根据具体刮刀刀片或顶板的性质和性能要求，使用两者的不同组合。例如，8层200gsm平织2-D玻璃织物可以结合在一起，产生厚度为1.5mm的刮刀刀片，例如如图3所示。

还可以包含含有芳族聚酰胺纤维的织物加强物，以使刮刀刀片和顶板的抗冲性增强。微米尺寸的填料也常用于进一步加强树脂，进一步增强刀片的性质。例如，碳化硅常用于赋予刮刀刀片额外的磨损性质。

加热和加压已经用于固化聚合物树脂，使各个2-D加强层化学结合在一起。但是，在造纸机上通常经历的极端条件(包括与磨料和侵蚀性纸填料(例如碳酸钙和二氧化钛)接触，被胶粘物冲击，接触石油化学基辊清洁溶剂)下，化学结合可能是失败的，导致各个层开放并脱层，最终造成失效，因为造纸原料纤维穿透到刀片和顶板的主体中，例如如图4所示。