Kiilto Opasiteetti 1. KALANTEROINTI Kalanteroinnin tärkeimpänä tavoitteena on aikaansaada paperiin haluttu pinnan sileys ja kiilto sekä säätää paperin paksuus ja tiheys halutuksi. Kalanteroinnin päätehtävän on painopaperien osalta muokata pintaominaisuudet sellaisiksi, että ne vastaavat ko. painomenetelmän asettamia vaatimuksia. Toinen tärkeä kalanteroinnin tehtävä on paksuusprofiilin hallinta. Päällystettävien papereiden esikalanteroinnissa tehtävänä on myös päällysteen vaatiman karheus- ja huokoisuustason hallinta. Tiheys Kuva 1. Paperin ominaisuuksien käyttäytyminen kalanteroinnissa. Paperin pintaominaisuuksien parantuessa kalanteroinnissa tapahtuu myös negatiivisia muutoksia paperin paksuudesta riippuvissa ominaisuuksissa kuten jäykkyydessä, lujuuksissa ja optisissa ominaisuuksissa. Kalanteroinnissa joudutaan tekemään kompromisseja toivottujen ja ei-toivottujen ominaisuuksien välillä. Kalanteri koostuu kahdesta tai useammasta telasta, joiden muodostaman nipin kautta paperi kulkee. Paperiin kohdistuu erilaisia voimia riippuen kalanterointimenetelmästä.
1.1 Kalanterointimekanismit Kalanterointimekansimit voidaan jakaa neljään vaikutustapaan: puristus, siirtyminen, suuntautuminen ja kopioituminen. Puristuminen Paperin paksummat kohdat puristuvat enemmän kokoon kuin ohuemmat kohdat. Siirtyminen Ainetta siirtyy paksummista kohdista laaksoihin. Suuntautuminen Pitkulaiset ja levymäiset osaset asettuvat pinnan suuntaisiksi. Kopioituminen Paperin pinta toistaa telojen pintakuvion. Kuva 2. Kalanterointimekansimit Paperin pinnan sileyden kehittymisen kannalta merkitsevintä on puristuminen. Puristumiseen vaikuttavia tekijöitä ovat kohtisuora puristusvoima ja koko paperin plastisuus. Siirtymisen merkitys sileyteen on vähäisempää. Siirtymiseen vaikuttavat lähinnä tasonsuuntaiset voimat ja pinnan plastisuus. Kiiltoon vaikuttavia tekijöitä ovat kopioituminen ja suuntautuminen. Kopioitumiseen vaikuttavat kohtisuorat voimat ja pinnan plastisuus. Suuntautumiseen vaikuttavat pinnan suuntaiset voimat ja pinnan plastisuus.
1.2 Kalanterointimemetelmät Eri kalanterointimenetelmät poikkeavat toisistaan telojen, kalanterointiolosuhteiden ja nippimäärän osalta. Eri kalantereilla voidaankin vaikuttaa paperin tiettyihin ominaisuuksiin. 1.2.1 Konekalanterointi Konekalanterin puristusvyöhykkeen eli nipin muodostavat kovapintaiset ja sileät kokollivalurautatelat. Telojen lukumäärä vaihtelee välillä 2-8 kpl. Viivapaineet vaihtelevat välillä 15 120 kn/m. Pääasiallinen vaikutusmekanismi on puristuminen. Myös lämpötila ja kosteus vaikuttavat kalanterointiin, mutta leikkausvoimat ovat vähäisiä. Paperin pinnan uloimmat kohdat saavat kalanteroinnissa suurimman kuormituksen. Kova nippi tasoittaa rainan paksuutta, mutta antaa vaihtelevan tiheyden. Suuren tiheyden alueella nippipaine saa aikaan helposti lujuuksien menetystä sekä optisten omineisuuksien heikkenemistä. Sileyteen ja kiiltoon vaikuttavat kokillitelojen tasaisen pinnan jäljentyminen paperin pintaan. Konekalanteri käytetään loppukalanterointiin ennen rullainta tai paperin esikalanterointiin ennen päällystystä. Esikalanterointii käytettävä 2-telakonekalanteri koostuu lämmitettävästä termotelasta sekä taipumakompensoidusta kokillivaippaisesta telasta. Molemmat telat on varustettu kaavareilla. Termotelan lämmitys voidaan suorittaa johtamalla kuumaa vettä telan sisälle. Paperirata johdetaan nippiin levitystelan kautta. KOKILLITELA KAAVARI Kuva 3. Konekalanteri
Paksuusprofiilin säätö Poikkisuuntaista paksuusprofiilia voidaan säätää kylmä- tai kuumailmapuhalluksella sekä monivyöhyketeloilla. Kylmäilmapuhalluksessa jäähdytetään tiettyä telan kohtaa ilmasuuttimen avulla. Telan halkaisija pienenee tältä kohtaa, jolloin rainan paksuus vastaavasti kasvaa. Monivyökyketela koostuu kiinteästä akselista, pyörivästä vaipasta ja kuormituskengistä. Toiminta perustuu siihen, että telan sisällä olevien kuormituskenkien paineet ovat erikseen säädettävissä. Kutakin kuormituskenkää ohjataan erikseen hydraulisesti öljyn avulla. Kengän hydraulipaine vaihtelee 0,5 80 bar välillä. Monivyöhyketelan paksuusprofiilisäätö on nopea, käyttökustannukset ovat alhaiset ja profilointikyky myös alhaisilla viivapaineilla on hyvä. Kuva 4. Monivyöhyketela. 1.2.2 Soft-kalanterointi Soft-kalanterissa on vastakkain kova ja pehmeä tela. Joustava nippi jakaa puristuspaineen kovaa nippiä tasaisemmin ohuiden ja paksujen kohtien välillä. Softkalanteri antaa tasaisen bulkin, mutta vaihtelevan paksuuden Pääasiallinen vaikutusmekanismi on puristuminen ja kopioituminen. Soft-kalanteri antaa konekalanterin verrattuna paremman painopinnan sekä sileyden, tasaisuuden ja toispuoleisuuden paremman hallinnan. Soft-kalanterin nippi muodostuu vähintään yhdestä pehmeäpinnoitetusta taipumakompensoidusta telasta ja lämmitettävästä kokillitelasta. Lämmitysväliaineena voidaan käyttää vettä, höyryä tai öljyä tarvittavan pintalämpötilan mukaan.
KAAVARI REUNAJÄÄHDYTYS PEHMYT TELA TELAN VAIHTO MEKANISMI REUNAJÄÄHDYTYS LÄMPÖMITTARI Kuva 5. Kaksinippinen soft-kalanteri (Valmet Optisoft) Paperi johdetaan nippiin levitystelan kautta. Termotela on varustettu kaavarilla. Paksuusprofiilin säätöön voidaan käyttää monivyöhyketeloja. Mattalaatuja ajettaessa on kalanterin molemmat telat pehmeitä. PEHMYT TELA PEHMYT TELA Kuva 6. Yksinippinen mattakalanteri (Valmet Optimatt)
Pinnoiteen suojaamiseksi soft-kalanteri eroaa konekalanterista monessa suhteessa: - Päänvienti tapahtuu nippi auki - Ratakatkotilanteissa ennen nippiä sijoitettu katkaisulaite katkaisee radan sekä nippi aukeaa välittömästi pika-avaustoiminnon avulla - Telojen lämpötilaa mitataan ja telojen päitä jäähdytetään 1.2.3 Superkalanterointi Superkalanteri muodostuu 6 17 telasta (yleensä 12 kpl). Ylin ja alin tela ovat taipumakompensoituja kokillipintaisia teloja. Välitelat ovat vuorotellen kokillipintaisia termoteloja ja paperiteloja. Paperin molempien puolien käsittelemiseksi kalanterissa on ns. kääntönippi, jossa on kaksi paperitelaa vastakkain. Pääasiallinen vaikutusmekanismi superkalanteroinnissa on puristuminen ja kopioituminen. Hankautumisella on myös pieni vaikutus kalanterointitulokseen. Superkalantereiden paperitelat kehittävät voimakkaasti lämpöä joka kerta nipin läpi mennessään. Paperitelojen huono lämmönkesto rajoittaa ajonopeutta. Alhaisen ajonopeuden takia superkalanterointi suoritetaan useammalla off-line koneella. Paperiteloja on korvattu polymeeriteloilla. Polymeeritelojen etuna suurempi ajonopeus, korkeampi lämpötila ja parempi pinnan kestävyys. Polymeerisuperkalanteri ovat rakenteeltaan samanlaisia kuin perinteiset superkalanterit. Eron on korkeammat lämpötilat, suuremmat viivapaineet ja käännetty telajärjestys (yläja alatelat ovat polymeeripinnoitettuja taipumakompensoituja teloja). KUORMITUSVARSI POLYMEERITELA Kuva 7. Polymeerisuperkalanteri (Valmet OptiLoad). Eri nipeissä vallitsevien viivapaineiden hallinta suoritetaan telojen kuormitusjärjestelmällä. Kaikkien välitelojen sama ominaistaipuma mahdollistaa niiden täysmääräisen kevennyksen ilman, että viivapaineprofiili sitä kärsii. Tällöin voidaan kaikissa nipeissä käyttää samaa viivapainetta. Kevennyksen määrällä voidaan myös vaikuttaa ylä- ja alanipin väliseen viivapaine-eroon ja täten esimerkiksi paperin toispuoleisuuteen.
1.2.4 Pitkänippikalanterointi Pitkänippikalanterointi perustuu vaikutusmekanismiltaan kopioitumiseen ja suuntautumiseen. Pinnoitteen alhaisen kimmokertoimen ansiosta puristuminen on erittäin vähäistä. Pitkänippikalanterointi mahdollistaa merkittävän bulkin säästön parantaen painatustulosta. Pitkänippipuristin soveltuu kartonkinen kalanterointiin. Pitkänippikalanterin rakenne voi perustua kenkätelaan tai tela/hihnatekniikaan. KENKÄTELA HIHNA Kuva 8. Pitkänippikalanterit (Valmet OptiDwell).