制造环保可降解纤维材料制成的成型件的纤维成型设施制造技术

本发明专利技术涉及用于成型(210)的成型站(20)、用于预成型(220)的预成型站(30)、用于最终成型(230)的热压站(40)、成型部件(10)在纤维成型厂(100)的纤维成型过程中由环保可降解纤维材料(11)制成，以及用于生产具有上述部件(20、30、40)的成型件(10)的这种纤维成型厂(100)通过方法(200)在成纤设备(100)中进行作为成纤工艺。工艺。工艺。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造环保可降解纤维材料制成的成型件的纤维成型设施


[0001]本专利技术涉及在纤维成型设施的纤维成型工艺中对环保可降解纤维材料制成的成型件进行模制的模制站、进行预成型的预成型站、进行终成型的热压站以及这种纤维成型设施，用于使用上述组件通过在纤维成型设施中执行的方法作为纤维成型工艺来制造成型件。

技术介绍

[0002]希望保护民众和环境免遭塑料污染。尤其是包装材料或塑料餐具和炊具等一次性塑料产品会产生大量垃圾。就此而言，对塑料制成的包装材料和容器的替代材料的需求日益增长，这些产品可以由可回收塑料、塑料含量较低的材料或甚至不含塑料的材料制成。
[0003]至少从90年代初开始就存在挤出过程中使用天然纤维代替典型塑料的概念，例如请见专利文献EP 0447 792 Bl。正如大多数纤维加工过程，这里的原材料基础为浆料。原则上，浆料由水、天然纤维和工业淀粉(马铃薯淀粉)等粘结剂组成并具有糊状稠度。
[0004]由于消费者对不同尺寸、形状和要求的各种生态产品很感兴趣，但不一定需要非常多件产品，因此希望有一种天然纤维制成的环保成型件的制造工艺和相应的机器能够高效、灵活、优质、可复制地制造这类产品(成型件)。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种用于天然纤维制成的环保成型件的制造方法和相应的机器，借此能够高效、灵活、优质、可复制地制造这类产品(成型件)。
[0006]根据本专利技术第一方面，本专利技术用以达成上述目的的解决方案为一种纤维成型设施的模制站，用于在纤维成型工艺中模制环保可降解纤维材料制成的成型件，包括：
[0007]‑
抽吸模具，用于从含有浆料作为环保可降解纤维材料的液态溶液的储池中吸取用于模制成型件的环保可降解纤维材料，其中，该抽吸模具包括吸头，该吸头具有三维形状的吸头抽吸侧，该吸头抽吸侧的形状适应后续成型件的轮廓，并且在抽吸模具中通过负压(抽吸压力)在吸头抽吸侧上模制成型件；以及
[0008]‑
移动单元，其上安装有抽吸模具，移动单元设置为至少将抽吸模具放置到浆料之上或之中或者将抽吸模具部分浸入浆料之中。
[0009]术语“环保可降解纤维材料”是指可在诸如湿度、温度和/或光照等环境影响下分解的纤维材料，其中分解过程在短期内发生，例如在几天、几周或几个月的范围内。为了简单起见，“环保可降解纤维材料”在下文中有时仅称为“纤维材料”。这里优选地，纤维材料和分解产物都不会对环境造成危害或污染。在本专利技术范围内代表环保可降解纤维材料的纤维材料例如是来自纸浆、纸张、纸板、木材、草类、植物纤维、甘蔗渣、大麻等或来自它们的组分或部分和/或相应回收材料的天然纤维。然而，环保可降解纤维材料也可以是指与上述纤维材料相对应或具备其属性的人造纤维，例如PLA(聚乳酸)等。环保可降解纤维材料优选为可堆肥物。环保可降解纤维材料和由其制成的容器优选地适合引入德国有机垃圾箱的材料循
环并且作为沼气厂的资源。根据欧盟标准EN 13432，纤维材料和由其制成的容器优选为可生物降解物。
[0010]术语“浆料”是指含纤维的流体物质，这里是环保可降解纤维材料。术语“液态”在此是指浆料的聚集状态，液态浆料包含呈纤维形式的环境可降解纤维材料(含环境可降解纤维材料的液态溶液)。这里，纤维可以呈现为单根纤维、纤维结构或由多根接续纤维组成的纤维组。纤维代表纤维材料，无论它们在浆料中是作为单根纤维、作为纤维结构还是作为纤维组。这里，纤维溶解在液态溶液中，使得它们以尽量相同的浓度四处浮游在液态溶液中，例如作为液态溶液和纤维材料的混合物或悬浮液。为此，在某些实施方案中，例如可以相应地对浆料进行调温和/或循环。浆料优选地呈低稠度，即纤维材料的比例低于8％。在一实施方案中，在根据本专利技术的方法中，使用环保可降解纤维材料的比例低于5％、优选地低于2％、特别优选地0.5％至1.0％的浆料。这种低比例的纤维材料尤其能够防止纤维材料在液态溶液中结块，使得纤维材料仍能优质地在抽吸模具上模制成型。抽吸模具可以吸入结块的纤维材料，但可能导致成型件的层厚波动，而在成型件的生产中却应尽可能避免这种情况。就此而言，浆料中纤维材料的比例应足够低才不会发生结块或成链，或仅在可忽略不计的程度上出现。液态溶液可以是适合纤维成型工艺的任何溶液。例如，浆料可以是含环保可降解纤维材料的水溶液。水溶液尤其是一种易于处理的溶液。
[0011]纤维成型工艺是指成型件的成型所涉及的工艺步骤，开始于提供浆料，在模制站中由浆料中的纤维材料模制成型件，在预成型站中对成型件进行预成型，在热压站中对成型件进行热压，可选地对成型件涂布功能层，其中，涂层可以布置于纤维成型工艺中适合相应施用层的任何部位。
[0012]成型件可以具有任何形状，在此又称为轮廓，前提是该形状(或轮廓)在根据本专利技术的方法中可制作或者该方法适合制作该形状(或轮廓)。这里，用于纤维成型工艺的组件可以匹配于成型件的相应形状(或轮廓)。在不同成型件具有不同形状(或轮廓)的情况下，可以使用不同的相应匹配的组件，例如抽吸模具、吸头、预压站、热压站等。优选地，成型件的目标轮廓以及相应成型的组件设计为使得成型件的各个表面在热压期间与压制方向成至少3度的角度α。例如，垂直于加压方向的表面(最大压力)具有角度α＝90度。这会确保热压压力可以施加到成型件的各个表面。在热压期间，不能对平行于压力方向的表面加压。终成型的成型件可以代表各种用途的各种产品，例如杯子、容器、器皿、盖子、盘子、部分器皿、外壳或外围器皿。
[0013]抽吸模具在此是指布置有一个或多个用于模制成型件的吸头的模具。就单个吸头而言，它也是抽吸模具。如果多个吸头同时运行，它们全体布置于共同的抽吸模具中，从而随着抽吸模具移动，抽吸模具中的各个吸头也等量地随之移动。向具有多个吸头的抽吸模具供应介质在抽吸模具中以适当方式导引到各个吸头。
[0014]将抽吸模具放置到浆料上意味着浆料与抽吸模具中的全部吸头相接触，这些吸头设置用于模制成型件，从而由于用抽吸模具施加到浆料上的负压或抽吸压力而抽吸出纤维材料或者吸取浆料与溶解于其中的纤维材料。当抽吸模具部分浸入浆料时，抽吸模具不仅放置到浆料上而且浸入到浆料中。抽吸模具在浆料中的浸入深度取决于各自的应用和各自的纤维成型工艺，并且可以根据应用和可能要模制的成型件而有所不同。
[0015]这里，吸头可以呈阴型。阴型是指吸头抽吸侧(即纤维材料因吸头的吸力作用而沉
积进而模制出成型件的一侧)位于吸头内侧上的型式，从而在将吸头放置到浆料上或将吸头浸入浆料中之后，该内侧形成空腔，含纤维材料的浆料被吸入该空腔中(如图1所示)。在阴型的情况下，后续成型件的外侧朝向吸头的内侧。因此，成型件在模制后位于吸头的内侧上。
[0016]这里，吸头也可以呈阳型。阳型是指吸头抽吸侧(即纤维材料因吸头的吸力作用而沉积进而模制出成型件的一侧)位于吸头外侧上的型式，从而在将吸头放置到浆料上或将吸头浸入浆料中之后，该外侧不形成空腔(如图1所示)。在阳型的情况下，后续成型件的内侧朝向吸头的外侧。因此，成型件在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种纤维成型设施(100)的模制站(20)，用于在纤维成型工艺中模制(210)环保可降解纤维材料(11)制成的成型件(10)，包括：
‑
抽吸模具(2)，用于从含有浆料(1)作为所述环保可降解纤维材料(11)的液态溶液的储池(6)中吸取用于模制(210)所述成型件(10)的环保可降解纤维材料(11)，其中，所述抽吸模具(2)包括吸头(21)，所述吸头(21)具有三维形状的吸头抽吸侧(21s)，所述吸头抽吸侧(21s)的形状适应后续成型件(10)的轮廓，并且在所述抽吸模具(2)中通过负压在所述吸头抽吸侧(21s)上模制所述成型件(10)；以及
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移动单元(4)，其上安装有所述抽吸模具(2)，所述移动单元(4)设置为至少将所述抽吸模具(2)放置到所述浆料(1)之上或之中或者将所述抽吸模具(2)部分浸入所述浆料(1)之中。2.根据权利要求1所述的模制站(20)，其特征在于，所述吸头(21)的吸头抽吸侧(21s)由所述吸头(21)的抽吸侧表面(23s)上的多孔筛网(22)形成，其中，所述筛网(22)面向所述浆料(1)的浆料侧(22p)上因吸力而附着有所述环保可降解纤维(11)。3.根据权利要求2所述的模制站(20)，其特征在于，所述筛网(22)呈波浪形结构，沿所述抽吸侧表面(23s)具有波峰(22w)和波谷(22t)，其中，所述筛网(22)至少在抽吸时以其面向所述抽吸侧表面(23s)的一侧(22s)的波峰(22w)抵靠在所述抽吸侧表面(23s)上。4.根据权利要求2或3所述的模制站(20)，其特征在于，所述抽吸模具(2)包括数个抽吸通道(23)，所述抽吸通道(23)终止于所述筛网(22)下方的抽吸侧表面(23s)并如此分布到所述抽吸侧表面(23s)上，使得所述筛网(22)与所述抽吸侧表面(23s)之间的全部区域中实现基本上相等的抽吸能力。5.根据权利要求4所述的模制站(20)，其特征在于，所述抽吸通道(23)在所述抽吸侧表面(23s)上具有直径小于4mm的开口。6.根据权利要求4或5所述的模制站(20)，其特征在于，所述抽吸通道(23)在所述抽吸侧表面(23s)上分布不均，其中，所述成型件(10)的负缘区域中每单位面积布置的抽吸通道比平直面减少40％
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60％和/或正缘区域中每单位面积布置的抽吸通道(23)比平直面多10％
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30％。7.根据权利要求2至6中任一项所述的模制站(20)，其特征在于，所述筛网(22)仅用可逆紧固机构(28)、优选地夹紧机构紧固在所述吸头(21)中。8.根据权利要求7所述的模制站(20)，其特征在于，所述筛网(22)紧固在至少一些所述抽吸通道(23)中。
9.根据上述权利要求中任一项所述的模制站(20)，其特征在于，所述吸头(21)在其面向所述浆料(1)的端侧(21p)包括用于接收吸过所述吸头抽吸侧(21s)的浆料(1)液态溶液的集流环(24)，其对接到液态溶液的排液通道(25)。10.根据上述权利要求中任一项所述的模制站(20)，其特征在于，所述吸头(21)的吸头抽吸侧(21s)配置为吸头内侧(21i)呈阴型或吸头外侧(21a)呈阳型。11.根据上述权利要求中任一项所述的模制站(20)，其特征在于，所述抽吸模具(2)为具有数个吸头(21)的多用模具。12.根据权利要求11所述的模制站(20)，其特征在于，所述抽吸模具(2)中的吸头(21)的形状能够至少部分不同，优选地相同形状的吸头(21)在所述抽吸模具(2)中相邻地布置于单独的模块(29)中。13.根据权利要求11或12所述的模制站(20)，其特征在于，所述抽吸模具(2)包括上面安装有吸头(21)的基板(26)和所述基板(26)中的气体管路系统(27)，所述气体管路系统(27)至少使通过真空泵(5)提供的负压作为抽吸压力(SD)分配给所述吸头(21)以吸入所述纤维材料(11)，所述气体管路系统(27)优选地还包括用于将压缩空气施加到所述吸头(21)的压缩气体管路(27d)。14.根据权利要求13所述的模制站(20)，其特征在于，用于所述抽吸压力(SD)的所述气体管路系统(27)包括主气体管路(27h)和辅气体管路(27n)，其中，所述主气体管路(27h)设置用于产生预负压，所述辅气体管路(27n)作为所述主气体管路(27h)的补充设置用于在所述抽吸模具(21)接触所述浆料(1)后达到所述抽吸压力(SD)。15.根据权利要求13或14所述的模制站(20)，其特征在于，所述气体管路系统(27)中适当地布置有一个或多个阀(27v)，以至少在所述抽吸模具离开所述浆料(1)后立即切断所述吸头(21)处的抽吸压力(SD)，和/或至少在所述抽吸模具(2)浸入所述浆料(1)后立即将所述辅气体管路接通到主所述管路。16.根据上述权利要求中任一项所述的模制站(20)，其特征在于，所述移动单元(4)包括可在空间中自由移动的机械臂(4a)，其上安装有所述抽吸模具(2)。17.根据权利要求16所述的模制站(20)，其特征在于，所述机械臂(4a)通过合适的接口(4s)连接到所述抽吸模具(2)，包括用于所述抽吸模
具(2)的全部介质供应端口。18.根据上述权利要求中任一项所述的模制站(20)，其特征在于，所述移动单元(4)设置为将所述一个或多个吸头(21)完全浸入所述浆料(1)以进行接触(120)。19.根据上述权利要求中任一项所述的模制站(20)，其特征在于，所述移动单元(4)设置为将所述抽吸模具(2)中的成型件(10)传送到预成型站(30)的预压站(3)和/或热压站(40)。20.根据权利要求19所述的模制站(20)，其特征在于，所述移动单元(4)和所述抽吸模具(2)设计为将模制的成型件(10)转移到所述预成型站(30)之后使其在所述预压站(3)中留在所述抽吸模具(2)中进行预压。21.根据权利要求19或20所述的模制站(20)，其特征在于，所述移动单元(4)和所述抽吸模具(2)设计为将模制的成型件(10)从所述抽吸模具(2)弹出到所述热压站中，以便随后进行热压。22.根据权利要求21所述的模制站(20)，其特征在于，所述移动单元(4)和所述抽吸模具(2)设计为通过压缩空气从所述抽吸模具(2)的吸头(21)弹出所述成型件(10)。23.一种纤维成型设施(100)的预成型站(30)，用于在纤维成型工艺中预成型(220)环保可降解纤维材料(11)制成的成型件，包括：
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储池(6)，其含有浆料(1)作为用于模制所述成型件(10)的环保可降解纤维材料(11)的液态溶液，优选地布置为向上敞开的水平储池(6)；以及
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预压站(3)，其用于以预压压力(VD)预成型(220)借助抽吸模具(2)通过根据上述权利要求中任一项所述的模制站(20)模制的成型件(10)，以降低所述成型件(10)中液态溶液的比例并稳定所述成型件(10)的形状。24.根据权利要求23所述的预成型站(30)，其特征在于，所述预成型站(30)还包括浆料预备补喂单元(35)，用于将所述浆料(1)补喂给所述储池(6)。25.根据权利要求24所述的预成型站(30)，其特征在于，所述浆料预备补喂单元(35)根据模制所述成型件(10)的浆料消耗而至少周期性、优选地连续填充所述储池(6)，以保证模制所需的储池(6)填充水平。26.根据权利要求23至25中任一项所述的预成型站(30)，其特征在于，所述预压站(3)相对于所述储池(6)布置设计为使得通过预压从成型件中去除的液态
溶液喂回到所述储池(6)中。27.根据权利要求26所述的预成型站(30)，其特征在于，所述预压站(3)沿垂直方向布置于所述储池(6)上方，使得通过预压从成型件中去除的液态溶液从所述预压站(3)向所述储池(6)直接流回到所述储池(6)中。28.根据权利要求23至27中任一项所述的预成型站(30)，其特征在于，所述预压站(3)包括预压下模(31)，其形状匹配保留在所述抽吸模具(2)中的模制的成型件(10)以使其能够附接到所述预压下模，使得所述成型件(10)布置于所述预压下模(31)与所述抽吸模具(2)之间，进而能够用预压压力(VD)将所述抽吸模具(2)压到所述预压下模(31)上，或者所述预压(140)作为膜压进行，其中，所述预压下模(31)配置为柔性膜片，所述预压压力(VD)作为气体压力施加到膜片，然后将所述膜片压到所述成型件(10)的外轮廓(10a)上。29.根据权利要求28所述的预成型站(30)，其特征在于，所述预压下模(31)具有面向所述成型件(10)的压制面(31a)...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德，
申请(专利权)人：凯孚尔有限责任公司，
类型：发明
国别省市：