[发明专利]卷纸装置及方法

说明书

本发明涉及造纸，尤其涉及用于把在造纸机上制造出的纸进行卷绕的装置及方法。

在制造各种类型的纸产品过程中，如制造面纸、浴纸、纸巾和类似物的过程中，从造纸机器上取下来的干燥的纸片材或薄纸起初被绕卷成一个母卷，并被临时储存起来，以待进一步处理。此后，有时要对母卷进行开卷，把开卷下来的纸转变成最终产品形式。

在把纸片材卷绕成大的母卷的过程中，使卷以一定的方式绕成卷是非常重要的，这种方式应该能防止在卷内产生大的缺陷，并且它能有效地把卷变成最终的产品，如一盒盒的面纸、成卷的浴纸、成卷的皱纹纸巾和类似物。理想的情况是，母卷大致呈一个圆柱形，圆柱主表面光滑，两个平行的端面平滑、平整。圆柱形主表面和端面应该无波起、无块状、无波形、不偏心、无皱纹等等，也就是说，卷子应该“尺寸正确”。同样，卷子的形式应该稳定，以使得在存储或日常处理期间，卷不会从圆柱形进行变形，换句话说，就是使卷的“尺寸稳定”。如果卷子不适合高速转换，那么在高速转换时，其中的缺陷能使全部卷子被弄碎。

不恰当的卷绕会形成许多缺陷，尤其是当卷绕大容积、易压缩的柔软纸片材时。大量的这种缺陷被讨论及显示于W.J.Gilmore的文章中的照片，“卷子的缺陷术语的报告-TAPPI CA1228”会刊，1973年Fininshing大会，台皮，亚特兰大，GA，1973年，第5页至第19页。卷芯附近的纸压力不够，会使卷子的外区域向内压缩卷子，导致出现星状皱纹图案，通常被称作“星纹”，这些在James K.Good的文章“绕卷科学”、造纸产品，牛津第十届基础研究论坛论文集，1993年9月，Ed.C.F.Baker，第2卷，PiraInternational，Leatherhead，英国，1993年，第855页至881页中被描述了。此外，星纹使得芯轴周围的纸的张力释放，这通常会在芯轴与邻近的纸层之间产生足够的摩擦。这种摩擦损失能导致芯轴的“打滑”或“伸缩”，此时，大部分的卷纸(除了芯轴周围的少数几层和最外区域的少数几层)都相对于卷轴一起向一侧移动，使得卷子不能使用。

目前商业上已有的具有中间辅助驱动的坚硬咬鼓芯轴已被成功地用于卷绕可压缩的纸片材的卷筒，如T.Svanquist的文章“柔软纸的芯轴设计”，1991年造纸论坛，Karlstad，瑞典。这种纸片材的比容可达约8至10立方厘米每克，同时，通过减小咬合力，和主要依靠通过对芯轴的中间辅助驱动的调节对内部的纸张压力控制来避免上面所述的卷绕问题。然而，当用这种方法来卷绕比容为9立方厘米每克或更大的且柔软性更大的薄纸时，这些问题就会发生。其中的那种纸的特征在于，例如，MD(Machine Direction)的最大倾斜度大约10千克或小于每76.2mm的样本宽度。当试图卷绕直径约为1778mm至3810mm或更大的卷时，尤其是在高速运作时，这些卷绕问题就尤其突出。

不想受理论的束缚，人们认为当片材进入母卷与一个压辊之间形成的咬点时，除了内部的纸压力外，两个主要因素影响着卷子内部的最终压力。首先，母卷在咬点处的部分的半径会变成小于未变形的母卷半径。母卷从其变形的半径膨胀到它未变形时的半径，使片材延伸，从而导致基本内部的压力从进入咬点时的片材的设定压力开始增大。

另一个因素有时被称作“二次卷绕”效应。当片材第一次通过母卷与压辊之间的咬点(nip)后，一部分片材被卷绕到一卷上。然后在母卷的每次转动下，片材都在咬点下重复地经过，同时，更多层片材就被卷绕到外径上。随着卷表面附近的每个点再次进入咬点，片材就在咬合力作用下被压缩，使片材空隙中的空气从层间排出。这能足够地降低层之间的磨擦，以允许这些层能更紧密地绕着内层进行滑动，这在Erickkson等人的文章《纸卷的变形》中的第55页至第61页，以及Lemke等人在1987年第一届关于卷绕技术的国际会议上所发表的文章《在两鼓卷机上卷绕大直径新闻纸卷所涉及的因素》的第79页至87页中有所描述。

当每层片材被加到母卷上时，每层中的张力就造成外层对内层的一个压缩力，因此，外层压缩作用力的累加一般使芯轴周围的片材具有最大的内层压力。二次卷绕使这个压力进一步增大。大家都知道，柔软的薄纸在受到压缩时会屈服，因此，吸收一部分增加的压力，使软纸丧失变形的能力。于是，积累的压力能以一个很快的速率增大来超过一个这样的值，即这个压力值能使从母卷上开卷下来的薄纸的特性发生很大的变化。