包括碳/玻璃組合紗線的刮刀的制作方法
【專利說明】包括碳/玻璃組合紗線的刮刀
[0001]發(fā)明背景
[0002]1.
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體上涉及在造紙機器和幅材轉(zhuǎn)換加工機器(web converting machines)中使用的刮刀。
[0004]2.
【背景技術(shù)】
[0005]在造紙機器和幅材轉(zhuǎn)換加工機器中，刮刀與輥的表面相接觸，以達到清潔或除去紙張的目的。常規(guī)的刮刀材料包括金屬材質(zhì)、塑料材質(zhì)、棉材質(zhì)、玻璃材質(zhì)、以及碳材質(zhì)的熱固性和熱塑性層疊體。
[0006]例如，刮刀通常包括織物基底，通過聚合物樹脂將所述織物基底保持在一起，其中基底和樹脂的組合為高效刮除提供所需的性能。典型的基底包括玻璃、棉、和碳，同時熱固性和熱塑性的樹脂都被用于將該基底保持在一起，并賦予特定的性能。熱固性樹脂(例如環(huán)氧樹脂)往往更難磨損，而高性能的熱塑性樹脂(如聚苯硫醚(PPS))往往能夠承受更高的機器加工溫度，并且不容易受到化學(xué)侵蝕的影響。在聚合物復(fù)合材料中切削出斜角邊緣，從而在刮刀的尖端產(chǎn)生有角度的傾斜，以助于清潔輥或除去紙張。該邊緣越鋒利、越清潔，刮刀的性能越高效。已知由多種不同的材料制成的刮刀。參見美國專利N0.4，549，933，其全部內(nèi)容通過引用的方式并入本文，其描述了一種用于造紙機器的刮刀，由多個交替的纖維層和碳纖維層組成，其中所述纖維層由棉、紙、玻璃纖維、或其等同物組成。
[0007]在傳統(tǒng)的纖維增強復(fù)合材料刮刀中，纖維包含棉纖維、玻璃纖維或碳纖維。這些纖維被分成纖維束然后進行織造，其中一半纖維沿平行于造紙機的方向，另一半沿垂直于造紙機的方向。絕大多數(shù)的機織物在兩個方向上具有相同的材料。然后用樹脂浸漬這些織物，將若干經(jīng)過預(yù)浸的織物堆疊起來，隨后壓縮塑模以形成刮刀。不同類型的纖維使刮刀具有不同的優(yōu)點和缺點。碳纖維雖然昂貴，但如果將該纖維沿一個方向布置，則可提供優(yōu)異的耐磨性和高的強度。玻璃纖維能很好地清潔輥的表面。棉纖維在某些應(yīng)用中能以非常合理的成本提供可接受的性能。
[0008]為了獲得不同的纖維的優(yōu)點，纖維增強復(fù)合材料的制造商通常會在復(fù)合產(chǎn)品中應(yīng)用不同的織物層。例如，刮刀復(fù)合物可以具有4層各不相同的玻璃織物和6層各不相同的碳織物。具有不同層的缺點之一是，常常有結(jié)合強度的問題，且織物層彼此分離，使得污染物累積在分離的區(qū)域中，最終導(dǎo)致刮刀材料損壞。這種類型的復(fù)合物的另一個問題是，刮刀整體厚度不均勻。例如，在一臺機器上使用時，與刮刀的碳層相比，刮刀的玻璃層以更快的速率被磨穿，該碳層具有顯著更長的使用壽命。因此，在使用中隨著時間的推移，刮刀的玻璃層首先磨穿，而刮刀的碳層磨損得比較緩慢，因此隨著刮刀在機器上磨損而導(dǎo)致性能不斷變化。
[0009]在最近幾年，混合織物已經(jīng)取得了一些進展，在該混合織物中，一種纖維類型沿著某一個方向織造，而與之不同的纖維類型則沿著其他方向織造。雖然這種類型的設(shè)置旨在實現(xiàn)兩種類型的纖維的優(yōu)點，但只有一種類型的纖維朝向輥的表面，因此只有一種纖維真正地起到清潔輥的作用。此外，在不同方向上的纖維會引起材料撓曲性能的差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明公開了用于造紙機器和幅材轉(zhuǎn)換加工機器的刮刀，包括復(fù)合材料刮刀，其包含用玻璃/碳組合紗線(combinat1n glass/carbon yarns)制成的增強織物，其中玻璃/碳組合紗線包含碳材料和玻璃材料的組合。刮刀可以由玻璃/碳組合紗線構(gòu)造而成，其可以是單絲、皮芯紗線、和/或復(fù)絲形式的玻璃/碳組合紗線(其由不止一根單絲合股和/或合股/捻合或混絡(luò)的玻璃/碳紗線(co-mingled glass/carbon yarns)制成)。玻璃/碳組合紗線也可以被針織或編織。用于形成多組分紗線的體系和方法在本領(lǐng)域是已知的，為了簡潔起見不在此進行描述。
[0011]在本文所述的實施方案中，所述刮刀包含所述的玻璃/碳組合紗線，其包括混絡(luò)的玻璃/碳紗線。
[0012]本發(fā)明還公開了混絡(luò)紗線，其包括選自下組的混絡(luò)紗線:(1)玻璃/碳/高性能熱塑性材料(HPT)，(2)玻璃/HPT，及(3)碳/HPT0
[0013]本發(fā)明公開了一種用于清潔輥的刮刀，其由增強織物制成，所述增強織物包含混絡(luò)的玻璃/碳紗線，其中玻璃纖維和碳纖維在同一紗線內(nèi)緊密結(jié)合。所述刮刀的優(yōu)點包括碳纖維和玻璃纖維都處于輥的表面上所產(chǎn)生的協(xié)同效益，其不會出現(xiàn)分離的玻璃層和碳層之間結(jié)合作用弱的問題。優(yōu)點還包括刮刀更均勻，這會提供狀態(tài)更穩(wěn)定的性能。
[0014]本發(fā)明公開了一種纖維增強復(fù)合材料刮刀，其含有由玻璃纖維和碳纖維進行增強的聚合物樹脂基質(zhì)，所述玻璃纖維和碳纖維被混絡(luò)成單紗線。各紗線包含玻璃纖維和碳纖維，其可被紡織成傳統(tǒng)的織物布、多軸向織物或?qū)⑵渥鳛閱蜗驅(qū)邮褂?，隨后用樹脂浸漬并在層壓機上通過擠拉成型或其他刮刀制造技術(shù)進行加工，以制成包含增強材料的刮刀，所述增強材料由混絡(luò)紗線組成。
【附圖說明】
[0015]圖1為根據(jù)一個實施方案的刀片結(jié)構(gòu)的局部橫剖視圖，為了圖解說明，其尺寸已被放大。
【具體實施方式】
[0016]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的附圖和說明已被簡化，以說明那些與清楚理解本發(fā)明相關(guān)的元件，同時為清楚起見，去除了許多本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的其他元件。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會認識到實施本發(fā)明所需的其他元件。但是，由于這樣的元件是本領(lǐng)域公知的，并且因為它們不利于更好地理解本發(fā)明，所以在此不討論這樣的元件。
[0017]以下將在示例性實施方案的基礎(chǔ)上對本發(fā)明進行詳細說明。
[0018]形成用于刮刀的混絡(luò)紗線的方法包括:在一個腔室內(nèi)將多根組成不同的纖維分離成單獨的單絲組分。如上所述，組成不同的纖維包括碳和玻璃。然后通過向所述腔室內(nèi)引入熱空氣使各個單絲組分混合。引入熱空氣流的結(jié)果是，各個單絲組分緊密地混合在一起。然后該混合的單絲組分匯集在一起成為單纖維。因此所述玻璃單絲隨機地分布在所述混絡(luò)的碳-玻璃紗線中。用于形成多組分混絡(luò)紗線的體系和方法在本領(lǐng)域中是已知的，為了簡潔起見不在此進行描述。隨后這些混絡(luò)纖維可被織造或縫編成潛在的任何類型的增強織物(例如平紋、斜紋、多軸織物等)。
[0019]由此形成的紗線可被用于制造刮刀，其中碳和玻璃在同一紗線和增強織物中協(xié)同地結(jié)合在一起。
[0020]首先參見圖1，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的刮刀示為10，其包括樹脂浸漬織物(通常稱為“預(yù)浸料”)的多層復(fù)合物12。所述預(yù)浸料可包括織造或非織造的混絡(luò)纖維，如本文所述，所述纖維隨后可被織造或縫編成潛在的任何類型的增強織物(例如平紋、斜紋、多軸織物等)。在一個實例中，制備了 400gsm具有由40%的碳和60%的玻璃組成的混絡(luò)紗線的平紋織物。制成了這種具有混絡(luò)紗線的織物的五(5)層疊層體。
[0021]將所述多層12用樹脂浸漬。代表性的樹脂分散體為雙酚A型環(huán)氧樹脂，但是可包括本領(lǐng)域已知的其他常規(guī)樹脂。在層合期間，根據(jù)已知實施方式在升高的溫度和升高的壓力條件下，參考標(biāo)號16所示的樹脂界面起到將所述多層12粘附在一起的作用。
[0022]本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的平面元件10的其他制造方法包括拉擠成型、樹脂注入、以及反應(yīng)性樹脂注射塑模。
[0023]在一個實施方案中，公開了一種包含混絡(luò)的玻璃/碳紗線的刮刀。在另一個實施方案中，所述刮刀包含混絡(luò)的玻璃/碳、以及高性能熱塑性材料紗線。實施方案包括任意組合的混絡(luò)的玻璃/碳/高性能熱塑性材料紗線。例如，所述刮刀可進一步包括混絡(luò)的玻璃/高性能熱塑性材料紗線和碳/高性能熱塑性材料紗線。所述高性能熱塑性材料可包括選自以下的熱塑性材料:PPS、PEEK、PE1、PPA、和本領(lǐng)域其他已知的高性能熱塑性材料。高性能熱塑性材料的優(yōu)點包括:消減對基于溶劑的樹脂的需求、使回收紗線和由其制成的刮刀具有可能，以及改善刮刀的耐化學(xué)性。添加高性能熱塑性組分作為混絡(luò)紗線的一部分，這樣可減少對基于溶劑的樹脂的需求，使刀片可回收，并且與常規(guī)刮刀樹脂(例如環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂)相比還提高了耐溶劑性和耐化學(xué)性。
[0024]如上所述，傳統(tǒng)的刮刀具有不同的增強織物(諸如碳和玻璃)形成的各不相同的層。碳和玻璃的熱膨脹系數(shù)相差很大:
[0025]碳=-9.1x ICr7KT1
[0026]玻璃=+5xKT6K'
[0027]因此，在常規(guī)的已知刮刀的制造方法中，當(dāng)樹脂固化時，玻璃層膨脹而碳層收縮。當(dāng)材料冷卻時，出現(xiàn)相反的情況:玻璃層收縮而碳層膨脹。固化和冷卻期間相反的膨脹和收縮情況使樹脂在分子水平上產(chǎn)生應(yīng)力，這會導(dǎo)致弱的層間結(jié)合。
[0028]在一個實施方案中，公開了一種適用于造紙機器的刮刀，其包含纖維增強復(fù)合材料，所述材料含有由混絡(luò)的玻璃/碳紗線組成的織物增強的聚合物樹脂基質(zhì)。所述聚合物樹脂材料可以是環(huán)氧樹脂或熱塑性材料。在一個實施方案中，碳纖維占總纖維的百分比為約 5-95% ο
[0029]在一個實施方案中，玻璃纖維占總纖維的百分比為約5-95%。在一個實施方案中，所述纖維增強復(fù)合材料包括百分比為約40%的碳纖維和百分比為約60%的玻璃纖維。所述刮刀可以具有在約0.3mm和約5.0mm(0.01英寸(”)至約0.25”)之間的總厚度。
[0030]在一個實施方案中，所述刮刀的總厚度為約0.015” (英寸)至約0.250”，例如約
0.040”至約0.110”，或約0.050”和約0.080”之間。刮刀可以包括兩層或更多層，刮刀中的兩層或更多層包含玻璃和碳的混絡(luò)纖維。其余的層可包括標(biāo)準(zhǔn)紡織纖維、單向纖維、或者短切的氈纖維，其含有玻璃、碳、或其他增強用纖維材料，或在某些情況下是不含纖維的純樹脂層。在一個實施方案中，所述纖維沿機器方向和機器橫向定向。在另一個實施方案中，所述纖維可基本上沿機器方向定向。
[0031]在一個實施方案中，所述纖維增強復(fù)合材料進一步包含高性能熱塑性材料(HPT)紗線。所述刮刀可以進一步包含選自下組的混絡(luò)紗線:混絡(luò)的玻璃和HPT，混絡(luò)的碳和HPT，以及混絡(luò)的玻璃、碳和HPT。示例性的HPT包括常規(guī)已知的HPT，其包括選自聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亞胺(PEI)、和聚鄰苯二甲酰胺(PPA)的HPT。
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