композиционный материал и нож шабера

Формула изобретения

1. Композиционный материал, предназначенный для использования в конструкции ножа шабера, содержащий

(a) один или более внутренний слой, включающий техническую термопластичную смолу, наполненную термостойкими, не стеклянными, длинно-нитяными волокнами;

(b) один или более промежуточный слой, расположенный поверх одного или более внутреннего слоя, причем каждый из промежуточных слоев представляет собой углеродный слой;

(c) одно или более внешнее поверхностное листовое покрытие, размещенное на поверхности одного или более промежуточного слоя;

(d) внутренние, промежуточные и поверхностно-листовые слои, соединенные вместе с помощью технической термопластичной смолы.

2. Композиционный материал по п.1, в котором термостойкие, не стеклянные, длиннонитяные волокна представляют собой углеродные волокна.

3. Композиционный материал по п.1, в котором термостойкие, не стеклянные, длиннонитяные волокна представляют собой арамидные волокна.

4. Композиционный материал по п.1, в котором внешнее листовое покрытие представляет собой один или более слой тонкотканых углеродных волокон.

5. Композиционный материал по п.1, в котором техническая термопластичная смола выбрана из группы, включающей по меньшей мере полифениленсульфид, полиэфирэфироксикетон, полифениленоксид, полиэфиримид, полиимид и их смесь.

6. Композиционный материал по п.5, в котором техническая термопластичная смола представляет собой полифениленсульфид.

7. Композиционный материал по п.1, в котором углеродный слой в одном или более промежуточном слое представляет собой по меньшей мере один слой ориентированного углерода или по меньшей мере один слой тканых углеродных волокон.

8. Композиционный материал по п.7, в котором по меньшей мере один промежуточный слой образован большим количеством листового покрытия непараллельно ориентированного углерода.

9. Композиционный материал по п.1, который состоит из следующих пяти слоев, расположенных от верхнего (1) до нижнего (5) слоя:

(1) одно или более поверхностное листовое покрытие;

(2) по меньшей мере один промежуточный слой ориентированного углерода или лист тканого углерода;

(3) по меньшей мере один внутренний лист технической термопластичной смолы, наполненной термостойкими, не стеклянными, длиннонитяными волокнами;

(4) по меньшей мере один промежуточный слой ориентированного углерода или лист тканого углерода;

(5) одно или более внешнее поверхностное листовое покрытие.

10. Композиционный материал по п.1, который состоит из следующих семи слоев, расположенных от верхнего (1) до нижнего (7) слоя:

(1) одно или более поверхностное листовое покрытие;

(2) по меньшей мере один промежуточный слой ориентированного углерода или лист тканого углерода;

(3) по меньшей мере один внутренний лист технической термопластичной смолы, заполненной термостойкими, не стеклянными, длиннонитяными волокнами;

(4) по меньшей мере один внутренний слой ориентированного углерода или лист тканого углерода;

(5) по меньшей мере один внутренний лист технической термопластичной смолы, заполненной термостойкими, не стеклянными, длиннонитяными волокнами;

(6) по меньшей мере один промежуточный слой ориентированного углерода или лист тканого углерода;

(7) одно или более чем одно внешнее поверхностное листовое покрытие.

11. Композиционный материал по п.1, который состоит из следующих девяти (9) слоев, расположенных от верхнего (1) до нижнего (9):

(1) одно или более чем одно внешнее поверхностное листовое покрытие;

(2) по меньшей мере один промежуточный слой ориентированного углерода или лист тканого углерода;

(3) по меньшей мере один слой технической термопластичной смолы, заполненной термостойкими, не стеклянными, длиннонитяными волокнами;

(4) по меньшей мере один лист ориентированного углерода;

(5) по меньшей мере один внутренний слой технической термопластичной смолы, заполненной термостойкими, не стеклянными, длиннонитяными волокнами;

(6) по меньшей мере один лист однонаправленного углерода;

(7) по меньшей мере один слой технической термопластичной смолы, заполненной термостойкими, не стеклянными, длиннонитяными волокнами;

(8) по меньшей мере один промежуточный слой ориентированного углерода или лист тканого углерода;

(9) одно или более чем одно внешнее поверхностное листовое покрытие.

12. Композиционный материал по п.1, в котором один или более внутренний слой включает приблизительно от 35 до 95 мас.% смолы и приблизительно от 65 до 5 мас.% наполнителя.

13. Композиционный материал по п.1, в котором по меньшей мере одно из поверхностных листовых покрытий контактирует с тонким слоем технической термопластичной смолы.

14. Композиционный материал, предназначенный для использования в конструкции ножа шабера, включающий

(a) один или более внутренний слой, содержащий полифениленсульфид, заполненный термостойкими, не стеклянными, длиннонитяными волокнами, выбранными из группы, включающей углеродные волокна и арамидные волокна;

(b) один или более промежуточных слоев, причем каждый промежуточный слой включает в себя слой ориентированного углерода или слой нетканого углерода, герметизированный полифениленсульфидной смолой;

(c) одно или более внешнее поверхностное листовое покрытие, расположенное на поверхности одного или более промежуточного слоя, при этом внешние листовые покрытия содержат нетканый углерод или тонкотканый углерод;

(d) один или более тонкий слой полифениленсульфида, контактирующий по меньшей мере с одним внешним поверхностным листовым покрытием.

15. Композиционный материал по п.14, в котором термостойкие, не стеклянные длиннонитяные волокна представляют собой нетканые углеродные волокна.

16. Композиционный материал по п.15, в котором нетканые углеродные волокна в одном или более чем одном внутреннем слое имеют минимальную длину около 0,25 дюймов.

17. Композиционный материал по п.15, в котором один или более промежуточный слой включают в себя от 2 до 5 листов, образованных слоями с непараллельной ориентацией волокон углерода, при этом толщина промежуточного слоя составляет от 0,076 до 0,76 мм.

18. Композиционный материал по п.17, в котором одно или более поверхностное листовое покрытие содержит нетканый углерод.

19. Нож шабера прямоугольной формы, имеющий торцевую кромку, форма которой соответствует форме поверхности вала бумагоделательной машины, выполненный из композиционного материала по п.1.

20. Нож шабера прямоугольной формы, имеющий торцевую кромку, форма которой соответствует форме поверхности вала бумагоделательной машины, при этом указанный нож шабера выполнен из композиционного материала, в котором по меньшей мере одно из поверхностных листовых покрытий контактирует с тонким слоем технической термопластичной смолы.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к композиционному материалу, предназначенному для использования в конструкции шабера, где структура включает один или более внутренний слой, содержащий смолу, наполненную термостойкими, нестеклянными, длиннонитяными волокнами (например, углеродными или арамидными волокнами); один или более промежуточный слой из углерода, и один или более внешний поверхностный слой листового покрытия.

Предшествующий уровень техники

Ножи (лезвия) шаберов контактируют с поверхностью вращающихся валов бумагоделательных машин для реализации различных целей, например очистки вала и сбрасывания с него полотен бумаги. Известные ножи шаберов выполняют из широкого спектра материалов, включающих металлы и различные композиционные материалы.

Композиционные материалы используют при изготовлении шаберов для бумагоделательных предприятий в течение многих лет. Как правило, композиты состоят из двух разных материалов, а именно из основы и связующего вещества, предназначенного для связывания друг с другом слоев основы. Обычно используемыми материалами для основы являются бумага, ткань из хлопка или стекла, тонкое тканое или нетканое волокно, слой или лента из ориентированного углерода и синтетические волокна. Последние включают полиэфиры, нейлон и акрилы. В качестве связующих веществ обычно используют главным образом термореактивные пластмассы, например фенольные смолы и эпоксидные смолы.

При выборе приемлемой комбинации основы и связующего вещества возникает несколько специфических проблем. Во-первых, более вероятно, что связующие материалы, обладающие лучшей термостойкостью, обеспечивают меньшую прочность связи между слоями ламинированной структуры. Во-вторых, связующие материалы с хорошей водостойкостью и высокой химической стойкостью, как правило, обеспечивают слабую прочность связи между слоями. В-третьих, более тонкий нож шабера предпочтителен по сравнению с более толстым, но более жесткие основы, наиболее подходящие для более тонких конструкций ножей (например, из фибергласса), могут быть весьма абразивными и таким образом в большей степени склонны повреждать валы (или валики), на которых установлен шабер с таким ножом. Соответственно выбор подходящего композиционного материала для ножа шабера затруднен и во многих случаях обусловлен конкретным применением шабера.

В патенте США №4549933 (патентообладатели - Джадд и др.) опубл. 29.10.1985 описан нож шабера, выполненный из композиционного материала, имеющего большое количество наложенных друг на друга слоев волокон, которые герметизированы эпоксидной смолой. Эти волокнистые слои включают в себя волокнистый внутренний или сердцевинный слой, заключенный между промежуточными слоями ориентированного графита и последующими внешними волокнистыми слоями. Один из существенных признаков данного изобретения, защищенного указанным патентом, заключается в том, что промежуточные слои однонаправленного графита должны быть ориентированы в машинном направлении бумаги. Данный патент США полностью включен в настоящее описание путем ссылки на него.

В последние годы в качестве связующего вещества при изготовлении ножей шаберов используют технические термопластичные смолы. Они обеспечивают хорошее сцепление между слоями и имеют приемлемую теплопроводность. Кроме того, они применяются для укрепления длиннонитяных волокон основы с большим успехом, чем обычные термопласты, такие как полиэтилен и полипропилен.

Некоторые основы, которые могут быть использованы со связующими материалами, выбранными из фенолов или эпоксидных смол, не всегда приемлемы в сочетании с техническими термопластичными смолами из-за относительно высоких температур обработки, необходимых для превращения этих смол в композиционный материал. Например, основы из такого материала как хлопок, бумага и некоторых синтетических волокон (например, полиэфиры), могут выгорать или плавиться вместе с определенными техническими термопластичными смолами в процессе технологической обработки, производимой с целью получения композиционных материалов.

Известные основы, в состав которых входили технические термопластичные смолы, содержали стеклянные волокна и/или углерод (например, тканые волокна или слои с ориентированными волокнами). Основы из стеклянных волокон не всегда предпочтительны, поскольку они предрасположены к поглощению воды и могут быть весьма абразивными по отношению к некоторым материалам. Соответственно ножи, содержащие стеклянные волокна, ограничены в использовании в сушильной части бумагоделательных машин и не могут применяться в "мокрой" части этих машин, где валы более чувствительные к условиям работы и могут повреждаться.

Композиционные материалы, в качестве основы которых используют только слои ориентированного углерода, хотя они очень жесткие и износостойкие, иногда весьма трудно приспособить к форме вала. Соответственно по этой причине для приспособления к валу, на котором устанавливают ножи с использованием в их конструкции таких основ, может потребоваться чрезмерно большое время. При этом в процессе необходимой приработки шабер и бумагоделательная машина не могут функционировать с необходимой эффективностью.

Совсем недавно для изготовления ножа шабера, используемого на "мокрой" части машины, были скомбинированы слои из ориентированного углерода: текстильная полиэфирная ткань и связующая эпоксидная смола. Несмотря на то, что полученная комбинация слоев является жесткой и, помимо того, неабразивной конструкцией, она находит ограниченное применение из-за восприимчивости к воде, к нагреву и химическому воздействию.

Раскрытие сущности изобретения

В связи с изложенным один аспект настоящего изобретения направлен на обеспечение состава композиционной структуры, предназначенной для использования в конструкции ножа шабера, включающей в себя:

(a) один или более внутренних сердцевинных слоев, содержащих техническую термопластичную смолу, наполненную термостойкими, нестеклянными длиннонитяными волокнами;

(b) один или более промежуточных слоев, расположенных поверх одного или более внутренних сердцевинных слоев, причем каждый промежуточный слой состоит по меньшей мере из одного углеродного слоя;

(c) один или более поверхностного листового покрытия, расположенного на поверхности одного или более промежуточных слоев.

Другой аспект настоящего изобретения направлен на выполнение ножа шабера прямоугольной формы, имеющего торцевую кромку, форма которой соответствует поверхности вала бумагоделательной машины, при этом нож шабера содержит вышеуказанный композиционный материал.

Композиционный материал, реализованный согласно настоящему изобретению, имеет несколько важных преимуществ над композиционными материалами, используемыми ранее для изготовления шаберов. Предлагаемый композиционный материал будет более быстро приспосабливаться к форме валов, применяемых в бумагоделательном производстве, чем какой-либо композиционный материал, вся основа которого содержит однонаправленный углерод, и, кроме того, износ материала будет происходить в течение весьма длительного периода времени, так что не требуются частые замены ножа шабера. Предлагаемый композиционный материал, кроме того, не содержит абразивного фибергласса, который, при его использовании в конструкции ножей может обуславливать истирание вала. Более того, настоящий композит имеет большую водостойкость по сравнению с композитными слоистыми материалами, содержащими фибергласс, и большую химическую стойкость, чем композиты, содержащие эпоксидные смолы. Композиционные материалы согласно настоящему изобретению могут быть использованы в конструкциях ножей шаберов, имеющих приемлемую общую толщину (например, толщину приблизительно от 0.25 до 5.1 мм) так, что при использовании ножей такой конструкции не возникают нежелательно большие изгибающие моменты и не происходят чрезмерные потери энергии. Кроме того, скребущая кромка ножа из композиционных материалов, выполненных в соответствии с данным изобретением, может иметь достаточную жесткость в машинном направлении бумаги и поэтому при работе она не будет с легкостью отходить от поверхности вала, что позволяет предотвратить прохождение счищаемого материала между ножом и обрабатываемой поверхностью вала. Кроме того, в случае работы при повышенных температурах (например, при температуре примерно 70-100°С), обычно имеющих место в "мокрой" части бумагоделательного производства, не будет ухудшаться термостойкость материалов, используемых в конструкции ножа, изготовленного из предлагаемого композитного материала, и не будет происходить снижение жесткости или вспучивание материала.

Термин "композиционный материал", используемый в настоящем описании и пунктах формулы, означает материал, созданный путем синтетического соединения двух или более материалов, включающих выбранный наполнитель или армирующие элементы (называемый также "основой"), и подходящее вяжущее вещество с матричной структурой (называемое "связующим веществом"), что обеспечивает получение определенных характеристик и свойств, полезных используемых в конструкции ножа шабера. Для настоящего изобретения предпочтителен перспективный состав композита, основанный на последних разработках, содержащий как техническую термопластичную смолу в качестве связующего вещества, так и армирующие элементы, при этом и то и другое обладают необычно высокими эксплуатационными характеристиками.

Под термином "ламинат" ("слоистый материал"), используемым в настоящем описании и пунктах формулы, подразумевается предпочтительный композиционный материал, полученный путем сцепления большого количества плоских слоев или листов материала основы со связующим веществом, обычно достигаемого за счет осуществления процессов прессовки и нагрева, с образованием композиционного материала.

Термин "техническая термопластичная смола", используемый в настоящем описании и пунктах формулы изобретения, означает термопластичную смолу, в которой сочетаются исключительная прочность, термостойкость, низкая водопоглощаемость и химическая стойкость.

Технические термопластичные смолы, используемые в настоящем изобретении, не включают в себя известные термопластичные смолы, такие как полиэтилены, полипропилены, полистиролы и полиэфиры. Как правило, технические термопластичные смолы имеют относительно высокие температуры плавления (например, приблизительно свыше 200°С), подходящие для изготовления ножей шаберов. В то же время известные полиэтилены и полипропилены не обладают достаточными термостойкостью, прочностью, жесткостью и хорошими характеристиками сцепления, которые желательны для смол, используемых при изготовлении ножей шаберов. Технические термопластичные смолы, приемлемые для настоящего изобретения, кроме того, имеют, как правило, низкую впитываемость, менее чем 0.5 мас.%, предпочтительно менее 0.35 мас.%. Кроме того, эти технические термопластичные смолы предпочтительно характеризуются прочностью на изгиб в тонком слое, составляющей примерно от 0.35·10⁷ до 2.1·10⁷ кгс/см², и величиной модуля изгиба для тонкого слоя - примерно от 21·10⁷ до 140·10⁷ кгс/см². Следует отметить, что прочность на изгиб и модуль изгиба не являются определяющими параметрами для того, чтобы установить, является ли рассматриваемая техническая термопластичная смола такой, которая соответствует настоящему изобретению.

Предпочтительные технические термопластичные смолы включают в себя такие смолы, как полифенилен сульфид, полиэфирэфиркетон (PEEK), полифениленоксид, полиэфиримид и полиимид. Указанные технические термопластичные смолы демонстрируют достаточную термостойкость, прочность, жесткость, стойкость к горячей воде, химическую стойкость и хорошие связующие свойства, что делает их подходящими смолами для изготовления ножа шабера.

В таблице 1 представлены характерные известные физические свойства указанных смол (заимствованные из справочника Modem Plastics Handbook McGraw-НШ 2000), которые делают их полезными для указанного применения.

Таблица 1
Смола	Температура плавления, °С	Прочность на изгиб1, кг с/см2	Модуль упругости 2, (103, кгс/см 2)	Водопоглощаемость% 24 час.
Полифенилен сульфид	285-290	(0.98-1.47)·10 7	(3.85-4.62)·10 8	0.01-0.07
Полиэфир эфир оксикетон	324	1.72·105	14·10 8	0.1-0.4
Полифенилен оксид* (модифицированный полистирол)	-	(0.58-0.9)·10 7	(2.28-2.8)·10 8	0.06-0.1
Полиэфир имид	340-425	1.54·107	3.36·108	0.25
Полиимид	388	(0.7-2.02)·107	(2.52-3.5)·108	0.24-0.34

В нижеследующей таблице (табл.2) приведены характерные известные физические свойства (т.е. заимствованные из справочника Modem Plastics Handbook McGraw-Hill 2000) вышеуказанных смол, наполненных на 30 вес.% длиннонитяными углеродными волокнами.

Таблица 2
Смола	Температура плавления, °С	Прочность на изгиб1, кгс/см 2	Модуль упругости 2, кгс/см2	Водопоглощаемость, % 24 час.
Полифениленсульфид	275-285	(1.82-2.52)·10 7	(17.2-23.1)·10 8	0.01-0.02
Полиэфирэфир оксикетон	-	2.8·107	70·108	0.2
Полифенилен оксид* (модифицированный полистирол)	-	1.68·10 7	7.7·10 8	0.4
Полиэфиримид	-	(2.6-3.15)·107	(17.5-18.2)·108	0.18-0.2
Полиимид	-	3.05·10 7	22.5·10 8	-

1 - прочность на изгиб измерялась в соответствии с ASTM-методом испытаний D-790.

2 - модуль упругости определялся в соответствии с ASTM-методом испытаний D-790.

3 - водопоглощаемость измерялась в соответствии с ASTM-методом испытаний D-790.

* Полифениленоксид обычно содержит некоторое незначительное количество полистирола, смешанного с ним в качестве добавки, необходимой для осуществления технологического процесса.

Предпочтительной технической термопластичной смолой является полифениленсульфид из-за его относительно высокой температуры плавления (т.е. он имеет очень хорошую термостойкость), химической стойкости (а именно известно очень малое количество веществ, химически воздействующих на него) и вследствие весьма малой водопоглощаемости.

Термин "термостойкое", употребляемый в выражении "термостойкие, нестеклянные, длиннонитяные волокна" в данном описании и формуле изобретения означает свойство или способность волокна не плавиться при рабочих температурах технической термопластичной смолы, в которой содержится такое волокно.

Термин "нестеклянные", употребляемый в выражении "термостойкие, нестеклянные, длиннонитяные волокна" в данном описании и формуле изобретения означает характеристику, в соответствии с которой волокна не включают значительного количества стеклянных, кварцевых или керамических волокон, так что композиционный материал с такими волокнами не будет оказывать какого-либо нежелательного абразивного воздействия на вал в бумагоделательной машине.

Термин "длиннонитяные", употребляемый в выражении "термостойкие, не содержащие стекла, длиннонитяные волокна" в данном описании и формуле изобретения, относится к такому композиционному материалу, в котором минимальная длина волокон составляет по меньшей мере около 6.35 мм (предпочтительно минимум составляет около 12.7 мм). Материал в ориентированных углеродных слоях соответствует данному определению термина "длиннонитяные".

Выражение "термостойкие, нестеклянные, длиннонитяные волокна", используемое в данном описании и формуле изобретения, относится к таким волокнам, которые сочетают в себе вышеуказанные свойства - "термостойкие", "нестеклянные" и "длиннонитяные".

Каждый слой, полученный из смолы и наполнителя, содержит по весу приблизительно от 35 до 95 мас.% смолы и приблизительно от 65 до 5 мас.% наполнителя. Конечно, наиболее подходящее процентное содержание "смола/наполнитель" для определенных сердцевинных слоев будет зависеть от конкретной используемой смолы или наполнителя и конкретного предполагаемого применения композиционного материала.

Предпочтительными термостойкими, нестеклянными и длиннонитяными волокнами являются углеродные волокна. Эти материалы имеют значительно более низкую водопоглощаемость, чем стеклянные волокна, и оказывают меньшее по сравнению со стеклянными волокнами абразивное воздействие на металлические валы, расположенные в "мокрой" части бумагоделательной машины.

Другими подходящими термостойкими, нестеклянными, длиннонитяными волокнами могут служить арамидные волокна, совместимые с используемой технической термопластичной смолой.

Внутренние (сердцевинные) слои композиционных материалов согласно настоящему изобретению содержат по меньшей мере одну техническую термопластичную смолу и по меньшей мере один вид термостойких, нестеклянных, длиннонитяных волокон. Такие внутренние слои из смолы с наполнителем могут быть изготовлены с помощью нескольких различных способов. Один предпочтительный способ изготовления каждого слоя заключается в комплектовании одного листа из нетканого углеродного волокна с одним листом технической термопластичной смолы или же в его размещении между двумя листами технической термопластичной смолы, при этом осуществляют прессование и нагрев всех композиционных материалов с образованием в результате слоистой структуры. В качестве альтернативного способа каждый из этих слоев может быть изготовлен заранее, до приготовления всех композиционных материалов, затем все изготовленные слои спрессовывают и нагревают с формированием слоистой структуры. Количество внутренних слоев не является существенным параметром. Может быть приемлемым один, два или три внутренних слоя "смола/наполнитель", полученных из технической термопластичной смолы и наполнителя.

Кроме того, между указанными внутренними слоями могут быть размещены другие материалы. Например, может быть желательным разместить во внутренней части композита, между двумя или тремя внутренними слоями, выполненными из технической трмопластичной смолы и наполнителя, один или более чем один слой ориентированных углеродных волокон или нетканые углеродные волокна, или их смесь. Сверху и снизу внутренней части композитного материала затем размещают промежуточные углеродные слои и внешние поверхностные листы.

Каждый внутренний слой, содержащий смолу и наполнитель, наиболее предпочтительно формируют путем размещения тонкого листа нетканого углеродного волокна между двумя листами технической термопластичной смолы. Толщина слоя нетканого углеродного волокна предпочтительно составляет примерно от 0.1 до 0.76 мм дюйма. Предпочтительная толщина каждого тонкого слоя технической термопластичной смолы составляет примерно от 0.05 до 0.62 мм. Когда такой композиционный материал в целом прессуют и нагревают с образованием ламината, нетканый углерод внедряется в лист или листы смолы с формированием в результате сердцевинного слоя. Общая толщина каждого полученного сердцевинного слоя будет немного больше первоначальной толщины листа технических термопластичных смол. При осуществлении альтернативного способа желательно использовать предварительно полученный внутренний слой, в котором наполнитель и смолу совместно экструдируют или ламинируют с образованием отдельного листа материала. Результирующая толщина внутреннего слоя будет оставаться такой же и после нагрева и прессования всех слоев слоистой структуры. Еще в одном примере воплощения один или большее количество внутренних слоев из смолы и наполнителя укладывают сверху и снизу одного или более слоев ориентированного углерода или тканого углерода, которые таким образом являются сердцевинными для всего композитного материала. В этом последнем случае находящийся в сердцевине нетканый углерод будет внедряться в расположенные с обеих сторон тонкие слои смолы, при этом общая толщина внутренней части композита будет по существу равна сумме (1) толщины тонких листов смолы, расположенных с одной стороны от внутренних листов ориентированного углерода или тканого углерода; (2) толщины внутренних листов ориентированного углерода или тканого углерода и (3) толщины тонких углеродных листов, находящихся с другой стороны от внутренних листов ориентированного углерода. Эти внутренние листы ориентированного углерода и тканого углерода могут быть уложены или в машинном направлении бумаги или под любым углом относительно машинного направления. Предпочтительное направление будет зависеть от направления углеродных волокон промежуточных слоев и особенностей конструкции обрабатываемого вала.

Промежуточная часть композиционного материала в соответствии с изобретением состоит по меньшей мере из одного листа или слоя углерода. Предпочтительно углерод представляет собой слой ориентированного углерода или тканое углеродное волокно, или же их смесь. Наиболее предпочтительно промежуточный слой композиционного материала согласно настоящему изобретению включает по меньшей мере один слой ориентированного углерода. Направление волокон углерода в каждом из ориентированных слоев не является существенным. Слои могут быть с ориентацией волокон как в машинном направлении бумаги, так и поперек машинного направления (под углом 90 градусов относительно машинного направления), или же под любым углом, величина которого находится, например, в интервале от 45 до 135 градусов. Термины "машинное направление (бумаги)" и "поперек машинного направления", используемые в настоящем описании и пунктах формулы, имеют то же смысловое содержание, что и в упомянутом выше патенте США №4549933. Предпочтительно каждый из этих промежуточных слоев ориентированного углерода получен с использованием в качестве связующего технической термопластичной смолы. Процентное содержание углерода в каждом таком слое предпочтительно составляет примерно от 30 до 70 мас.%, а содержание смолы предпочтительно составляет, следовательно, примерно от 70 до 30 мас.%. Необходимое массовое содержание будет зависеть от конкретной используемой смолы и требуемого количества ориентированного углерода.

Для одного предпочтительного примера воплощения выгодно использовать от 2 до 5 промежуточных листов с ориентированным углеродом, в которых каждый лист с ориентированным углеродом уложен так, что волокна углерода направлены в таком листе под углом, отличным от направления углерода в других листах (т.е. волокна углерода ориентированы не параллельно). Например, может быть желательным расположить один углеродный слой в машинном направлении бумаги и один углеродный слой в направлении, перпендикулярном машинному направлению. Использование большого количества "непараллельных" листов, образованных из слоев с ориентированным углеродом, придает конструкции дополнительную прочность. В случае использования большого количества слоев ориентированного углерода предпочтительно должен быть получен суммарный результат от всех реализуемых углов ориентации углерода. Как вариант в некоторых случаях предпочтительным может быть формирование промежуточной части только из одного листа или слоя ориентированного углеродного волокна. При этом так или иначе такой промежуточный слой предпочтительно будет иметь толщину приблизительно от 0.076 до 0.76 мм.

Внешняя часть композиционного материала образована одним или более поверхностными листами. Эти листы внешнего покрытия предпочтительно размещают таким образом, чтобы промежуточные углеродные слои располагались внутри них. Поверхностные листы обеспечивают сохранность промежуточных слоев углерода (предотвращают расслоение листов с ориентированными волокнами углерода). Выгодными материалами для внешнего покрытия могут служить листы тонкотканого углерода или нетканого углерода. Эти листы относительно тонкие (как правило, их толщина составляет менее 0.2 мм).

Предпочтительно по меньшей мере один лист технической термопластичной смолы может контактировать по меньшей мере с одним внешним поверхностным покрытием. Такой лист технической термопластичной смолы предпочтительно может быть размещен или (1) между промежуточными углеродными слоями или поверхностными листовыми покрытиями; (2) поверх внешних листовых покрытий или (3) между двумя листовыми покрытиями. Наиболее предпочтительно поверх внешнего листового покрытия расположить лист или листы технической термопластичной смолы (при этом в композитном материале листы из смолы являются наружными). Такое выполнение является более эффективным для того, чтобы в условиях эксплуатации поверхностные покрытия не оказались неприкрепленными к остальной части структуры, и обеспечивает в случае необходимости создание гладкой, обогащенной смолой внешней поверхности всего композиционного материала.

В альтернативном примере воплощения может быть желательным предварительно получить композицию "поверхностное покрытие/смола", в которой материал поверхностного покрытия будет пропитан смолой. Такое пропитанное смолой поверхностное покрытие накладывают затем на другие элементы композиционного материала вместо непропитанного поверхностного покрытия. В любом случае термин "поверхностное покрытие", используемый в описании и формуле изобретения, относится как к непропитанным, так и пропитанным смолой материалам.

Композиционные материалы, соответствующие настоящему изобретению, после того как отдельные полученные слои наложены друг на друга, затем прессуют путем одновременного нагрева и сжатия в обогреваемом гидравлическом прессе для формирования необходимого композиционного материала. Специалистам в данной области техники использование обогреваемого гидравлического пресса с этой целью хорошо известно, а также понятно, как выбрать оптимальную температуру и давление без излишних предварительных экспериментов. В качестве альтернативы согласно настоящему изобретению различные слои композиционного материала могут быть спрессованы вместе под действием веса грузов, помещенных на уложенные в стопку слои, и последующего нагрева нагруженной весом сборной конструкции в автоклаве с формированием единого композиционного материала. Следует отметить, что условия обработки исходных материалов по альтернативному методу являются также хорошо известными в данной области техники и поэтому и в этом случае для изготовления необходимого композиционного материала не требуется излишних экспериментов. Помимо двух отмеченных хорошо известных способов создания композиционного материала в качестве возможных вариантов могут быть использованы и другие известные технологии.

Предпочтительная общая толщина композиционного материала согласно данному изобретению может находиться в пределах примерно от 0.2 до 5.1 мм в зависимости от количества и типа используемых слоев, от выбранных материалов и реализуемого усилия сжатия слоев.

Одна из предпочтительных структур, выполненных согласно изобретению, содержит (5) слоев и включает, в направлении от верхней части (1) до нижней (5), следующие слои:

(1) одно или более чем одно поверхностное листовое покрытие;

(2) по меньшей мере один промежуточный слой или лист из ориентированного углерода;

(3) по меньшей мере один внутренний слой технической термопластичной смолы, заполненный термостойкими, нестеклянными, длиннонитяными волокнами;

(4) по меньшей мере один слой или лист ориентированного углерода;

(5) по меньшей мере одно поверхностное листовое покрытие.

Другая предпочтительная структура содержит (7) слоев и включает в направлении от верхней части (1) до нижней (7) следующие слои:

(1) одно или более чем одно поверхностное листовое покрытие;

(2) по меньшей мере один промежуточный слой или лист из ориентированного углерода,

(3) по меньшей мере один слой технической термопластичной смолы, заполненной термостойкими, нестеклянными, длиннонитяными волокнами,

(4) по меньшей мере один внутренний слой или лист из ориентированного углерода;

(5) по меньшей мере один слой технической термопластичной смолы, заполненной термостойкими, нестеклянными, длиннонитяными волокнами,

(6) по меньшей мере один промежуточный слой или лист из ориентированного углерода,

(7) одно или более поверхностное листовое покрытие.

Внутренний ориентированный слой (4) в последней из описанных структур используют для обеспечения дополнительного усиления композиционного материала, а также для достижения термической стойкости внутренней части структуры и обеспечения лучшего распределения напряжений при изгибе. Предпочтительно для обеспечения лучшей термической стойкости углеродный материал в этом внутреннем ориентированном слое следует располагать перпендикулярно (т.е. поперек машинного направления) направлению волокон внешних слоев ориентированного углерода (ориентированных, следовательно, в машинном направлении).

Еще один предпочтительный композиционный материал состоит из (9) слоев, расположенных от верхней части (1) к нижней (9), следующим образом:

(1) одно или более чем одно внешнее поверхностное листовое покрытие,

(2) по меньшей мере один промежуточный слой или лист из ориентированного углерода,

(3) по меньшей мере один слой технической термопластичной смолы, заполненной термостойкими, нестеклянными, длиннонитяными волокнами,

(4) по меньшей мере один внутренний слой или лист ориентированного углерода,

(5) по меньшей мере один внутренний слой технической термопластичной смолы, заполненной термостойкими, нестеклянными, длиннонитяными волокнами,

(6) по меньшей мере один внутренний слой или лист ориентированного углерода

(7) по меньшей мере один слой технической термопластичной смолы, заполненной термостойкими, нестеклянными, длиннонитяными волокнами,

(8) по меньшей мере один промежуточный лист из ориентированного углерода,

(9) по меньшей мере одно поверхностное листовое покрытие.

Такая структура из девяти или более слоев, заслуживающая особого внимания, обеспечивает получение относительно тонких ножей шаберов, выполненных из композитного материала, в котором отдельные слои вероятнее всего будут изнашиваться равномерно.

Вместо использования в качестве промежуточных частей вышеуказанных трех воплощений изобретения лишь слоев с ориентированным углеродом, в некоторых случаях может быть желательным использовать тканевый углерод или комбинацию ориентированных углеродных волокон и тканевого углерода. Соответственно за исключением такой замены другие предпочтительные воплощения должны быть аналогичными описанным выше трем предпочтительным воплощениям.

Внутренние, промежуточные и поверхностные листовые слои - все они, как сказано выше, предпочтительно представляют собой листы прямоугольной формы (т.е. их длина больше ширины), образующие композиционный материал прямоугольной формы, листовые слои которого соединены друг с другом с помощью технической термопластичной смолы. Предпочтительно все слои совпадают по размерам и накладываются один на другой с образованием сэндвич-структуры, такой, как описана в пат. США №4549933 (Джадд и др.).

Из полученного композиционного материала, соответствующого настоящему изобретению, можно изготавливать ножи шаберов, используемые в бумагоделательном технологическом процессе согласно хорошо известной технологии. В этой связи следует отметить, например, патент США №4549933, иллюстрирующий, каким образом это можно осуществить. Композиционные материалы, описанные выше, могут быть нарезаны для придания им необходимых размеров, при этом придают необходимую форму кромкам и обрабатывают полученные структуры (пробивают отверстия или снабжают заклепками, или болтами) с тем, чтобы закрепить полученные ножи в держателе шабера. Ножи шаберов, выполненные согласно настоящему изобретению, можно использовать для счистки разного вида материалов с различных типов валов, включая валы, изготовленные из металла, резины, гранита и других композитных материалов. Нож шабера обычно прикрепляют к профильной конструкционной детали (типа балки), установленной с возможностью регулирования положения поперек бумагоделательной машины, на которой монтируют держатель шабера вместе с закрепленным в нем с возможностью замены ножом. Нож шабера контактирует с поверхностью вала и соскребает с нее загрязнения или сбрасывает лист (бумаги).

Шаберы в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы для очистки поверхностей как в "мокрой", так в сушильной частях бумагоделательной машины.

Настоящее изобретение далее описано более подробно с помощью нижеследующих примеров.

Пример 1

Указанные ниже слои или пленки материала были уложены один на другой, затем все вместе нагреты и спрессованы с образованием композиционной слоистой структуры, которая может быть использована в качестве ножа шабера. Выбранной нумерации слоев или пленок соответствует номер 1 для верхнего слоя и номер 7 для нижнего слоя.

1. Пленка из полифениленсульфида (толщиной 0.15 мм).

2. Лист из нетканого углерода (плотность 17 г/м²).

3. Полоска из ориентированного углерода (лист, выполненный из ориентированного углерода и связующей полифениленсульфидной смолы, 47 мас.% углерода/53 мас.% смолы) (ориентация углерода - в машинном направлении бумаги) (толщина 1.18 мм).

4. Тонкий слой (пленка) полифениленсульфидной смолы, заполненной на 8.8% длинными нитяными углеродными волокнами (толщина 0.56 мм).

5. Полоска с ориентированным углеродом (лист, выполненный из ориентированного углерода и связующей полифениленсульфидной смолы, 47 мас.% углерода/53 мас.% смолы) (ориентация - в машинном направлении бумаги) (толщина 1.18 мм).

6. Лист из нетканого углерода (плотность 190 г/м²).

7. Пленка из полифениленсульфида (толщиной 0.15 мм).

Слои с номерами от 2 до 6 представляют собой внешние поверхностные листовые слои. Слои от 3 до 5 являются промежуточными, а слой 4 - внутренним.

После укладки всех слоев в стопку они были все вместе спрессованы в горячем прессе, в котором осуществлялся циклический процесс нагрева и сжатия с тем, чтобы расплавить и привести в текучее состояние тонкие слои полифениленсульфидной смолы. При реализованных давлениях и температурах тонкие слои полифениленсульфидных смол вплавляются в прилегающие к ним слои и тем самым сцепляют все слои между собой в единое целое, образуя ламинированную композиционную структуру. Затем полученную структуру удаляют из пресса и нарезают на сегменты, подходящие для использования в качестве ножей шаберов.

Несмотря не то, что данное изобретение было выше раскрыто на конкретных примерах воплощения, понятно, что могут быть реализованы многие изменения, модификации и варианты без выхода за пределы раскрытой выше сущности изобретения. Соответственно изобретение охватывает все такие изменения, модификации и варианты, попадающие в пределы его объема и сущности, отраженные в пунктах формулы.