專利名稱:形成高強(qiáng)度模制產(chǎn)品的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明總的涉及一種高強(qiáng)度模制產(chǎn)品,例如平板架或一件家具。更具體地,本發(fā)明涉及由可模制合成物形成高強(qiáng)度產(chǎn)品的方法。
背景技術(shù):
通常,大多數(shù)產(chǎn)品由例如油、礦物、木頭或金屬的天然資源制造。然而,隨著環(huán)境意識增強(qiáng),趨于重復(fù)使用和再循環(huán)產(chǎn)品,以保護(hù)天然資源并且最小化所產(chǎn)生的廢料。
吸引較多研究興趣的重復(fù)使用和再循環(huán)產(chǎn)品的合乎環(huán)境要求的替代方案是使用農(nóng)業(yè)和園藝廢料作為原材料。這種研究目標(biāo)是找到例如木頭、金屬、塑料、木片、塑料板等等的常規(guī)原材料的替代品,以實(shí)現(xiàn)廢料最小化和天然資源保護(hù)的目的。因此,已經(jīng)公開了使用木頭廢料、農(nóng)業(yè)和園藝廢料制造模制產(chǎn)品的許多方法,以及在這些方法中使用的可模制合成物。
由香港CS環(huán)境技術(shù)有限公司申請的歐洲專利申請公開No.1176174披露了一種可降解材料,用于生產(chǎn)建筑材料、樓梯欄桿、門框、地板和家具材料等產(chǎn)品。所述可降解材料包括作為基本組分的園藝和農(nóng)業(yè)廢料和結(jié)合劑。通過在粉碎機(jī)中研磨植物纖維直到所述植物纖維細(xì)小到足以通過具有至少20個(gè)網(wǎng)孔的篩網(wǎng)(即具有尺寸為大約0.80毫米(mm)或更小的孔口的篩網(wǎng))為止,從而制備基本組分。
通過在20至60℃的溫度下將結(jié)合劑添加到基本組分中,且以每分鐘200至600轉(zhuǎn)(rpm)的速度持續(xù)20至40分鐘(min)混合得到的混合物,從而制備可降解材料。然后,將得到的混合物的溫度升高到80至100℃中保持5到20分鐘,以便進(jìn)一步混合。隨后將得到的混合物冷卻至室溫,形成所述可降解材料。
因?yàn)樾纬苫窘M分的植物纖維是非常細(xì)小,因此需要大量結(jié)合劑以使模制產(chǎn)品具有要求的強(qiáng)度。使用大量結(jié)合劑會增加制造成本。與使用粗糙纖維相比,使用細(xì)小纖維也花費(fèi)得更多。
另外,將可降解材料加熱到80至100℃以進(jìn)一步混合的額外步驟增加了制造成本,并且延長了各個(gè)生產(chǎn)循環(huán)的處理時(shí)間。
類似地,由Choo Thiam Huay,Gary申請的國際專利申請公開No.WO02/20667披露了使用植物纖維模制產(chǎn)品,例如桌面、高爾夫球球座隔離物。模制產(chǎn)品由模制混合物制成,所述模制混合物包括重量百分比(wt%)為40至60%的植物纖維、至多10wt%的淀粉、10至55wt%的水、以及3至10wt%的水溶性結(jié)合劑。模制混合物被灌注進(jìn)模具中,且在降低壓力以防止爆炸之前,在一定時(shí)間內(nèi)承受15至60℃溫度和每平方英寸1000至7000磅(psi)的壓力。隨后,在從模具中移出模制產(chǎn)品之前,將溫度和壓力分別增加到100至200℃和500至1500psi之間。
因?yàn)樘砑恿舜罅康乃孕纬赡V苹旌衔?,因此模制混合物中的含水量是相?dāng)高的。由此,模制過程期間大量的水分蒸發(fā),增加了加工期間模制混合物中的壓力,這又相應(yīng)增加了在打開模具時(shí)因?yàn)閴毫ν蝗会尫哦鴮?dǎo)致模制混合物脫層的可能性。
此外,高含水量可將結(jié)合劑稀釋到結(jié)合劑不能有效結(jié)合植物纖維的程度。在這種情況下不能形成模制產(chǎn)品。
在國際專利申請No.PCT/SGOl/00180中披露的模制產(chǎn)品的另一缺陷在于它不防水,因而會在與液體接觸時(shí)分解。因此,需要在模制產(chǎn)品上涂布防水材料以及使放水涂層干燥的附加處理步驟。這些附加步驟增加了生產(chǎn)模制產(chǎn)品的成本且延長了各個(gè)生產(chǎn)周期所需的時(shí)間。
另外,在模制加工期間改變處理溫度是不可行的,因?yàn)樗黾恿四>吆湍V苹旌衔镞_(dá)到所需溫度的時(shí)間;改變處理溫度將明顯會延長各個(gè)生產(chǎn)周期的處理時(shí)間。
其他方法和可模制合成物涉及到例如餐具、容器和封裝材料等模制產(chǎn)品的制造,這些產(chǎn)品不要求高強(qiáng)度,因此不能承受大的應(yīng)力,否則將失效。
發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題,本發(fā)明意在提供一種利用木頭廢料、農(nóng)業(yè)/園藝廢料形成高強(qiáng)度模制產(chǎn)品的方法,所述木頭廢料、農(nóng)業(yè)/園藝廢料本身是防水的,因此不需要進(jìn)一步涂覆防水材料。另外,本發(fā)明意在提供一種形成高強(qiáng)度模制產(chǎn)品的方法,所述方法不需要處理溫度極大變化。另外地,本發(fā)明意在提供一種經(jīng)濟(jì)且具有短的生產(chǎn)周期的形成高強(qiáng)度模制產(chǎn)品的方法。
通過提供一種由可模制合成物形成高強(qiáng)度模制產(chǎn)品的方法,本發(fā)明滿足了這些需要。應(yīng)當(dāng)理解的是,本發(fā)明可以以眾多方式被實(shí)現(xiàn),包括各種過程、裝置、系統(tǒng)、設(shè)備或方法。在下面描述了本發(fā)明的幾個(gè)創(chuàng)造性的實(shí)施例。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種形成高強(qiáng)度模制產(chǎn)品的方法。所述方法開始于制備可模制合成物。所述可模制合成物包括大約40至60wt%的纖維混合物和大約15至45wt%的結(jié)合劑。在將大約435至870磅/平方英寸(psi)的填塞壓力施加到可模制合成物之前,在型腔中裝填可模制合成物至型腔容量的至多大約90%。在限定型腔的第一模具部分和第二模具部分之間保持大約0.1至0.5mm的預(yù)定間隙。在可模制合成物基本上固化時(shí),從型腔取出模制產(chǎn)品。優(yōu)選地,施加壓力持續(xù)大約20至60s的時(shí)間。
優(yōu)選地,第一模具部分和第二模具部分被保持于大約110至180℃的溫度。更優(yōu)選地,第一模具部分被保持比第二模具部分溫度高20℃。
優(yōu)選地,在可模制合成物被固化大約90%時(shí),將第一模具部分和第二模具部分之間的間隙增加到大約10mm。
優(yōu)選地,通過將第一模具部分和第二模具部分之間的間隙減小到大約0.05至0.3mm之間并保持大約15至60s,模制產(chǎn)品被壓縮到理想厚度且優(yōu)選熨平模制產(chǎn)品的表面。
優(yōu)選地,可模制合成物包括不超過大約40wt%的添加劑。添加劑可以是由硬化劑、流動促進(jìn)劑和脫膜劑組成的組中的一種。
優(yōu)選地,可模制合成物的含水量小于大約20%。更優(yōu)選地,可模制合成物的含水量在大約4至15%之間。優(yōu)選地,纖維混合物的含水量小于大約15%。
優(yōu)選地,纖維混合物包括多個(gè)纖維,所述多個(gè)纖維中每一個(gè)纖維具有至多大約50mm的長度和至多大約2mm的厚度。優(yōu)選地,所述多個(gè)纖維中每一個(gè)纖維具有大約2∶1至25∶1的長度厚度比率。優(yōu)選地,纖維混合物包括大約5至30wt%的油椰纖維。優(yōu)選地,纖維混合物包括由油椰纖維、啤酒麥芽、甘蔗漿、增塑劑、增韌劑或沖擊改性劑組成的組中的一種。
優(yōu)選地,結(jié)合劑是熱固樹脂。更優(yōu)選地,結(jié)合劑是氨基樹脂。
優(yōu)選地,結(jié)合劑包括三聚氰胺。結(jié)合劑可以是由三聚氰胺甲醛和三聚氰胺尿素甲醛組成的組中的一種。
優(yōu)選地,可模制合成物通過下述步驟被制備對可模制合成物的各個(gè)組分單獨(dú)地稱重,然后將可模制合成物中的各個(gè)組分在混合器中混合,以形成大致上均質(zhì)且包覆良好的可模制合成物。優(yōu)選地,將可模制合成物中的各個(gè)液體組分在第二混合器中混合以形成液體混合物,優(yōu)選地,將液體組分噴入混合器中。所述混合器以大約29rpm的轉(zhuǎn)子速度工作。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中,提供一種形成模制產(chǎn)品的方法。所述方法開始于使用可模制合成物裝填模具腔體,所述可模制合成物包括大約40至60wt%的纖維混合物和大約15至45wt%的結(jié)合劑。將所述腔體裝填至最多大約90%的腔體容量。此后,啟動所述模具,將大約435至870磅/平方英寸(psi)范圍內(nèi)的填塞壓力施加到其中的可模制合成物。濕氣排放出口響應(yīng)于可模制合成物中的壓力,并被設(shè)定對濕氣含量及所述合成物中的壓力提供預(yù)定控制,從而產(chǎn)生具有預(yù)定密度和強(qiáng)度的模制產(chǎn)品。在可模制合成物基本上固化時(shí),所述模制產(chǎn)品被從型腔取出。
優(yōu)選地,通過保持鄰近可模制合成物的模具各部分之間的間隙提供排放出口。排放出口可以由模具中的可模制合成物暫時(shí)堵塞,以在預(yù)定時(shí)間內(nèi)暫時(shí)阻止?jié)駳忉尫拧?br>
優(yōu)選地,控制濕氣含量,以在可模制合成物中產(chǎn)生氣泡,從而生成預(yù)定密度的模制產(chǎn)品。
根據(jù)下面結(jié)合附圖根據(jù)例子對本發(fā)明原理的詳細(xì)闡述,本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。
通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說明,將使本發(fā)明容易理解。為了便于說明,相同附圖標(biāo)記指代相同的結(jié)構(gòu)部件。
圖1是示出依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制備可模制合成物的方法的流程圖。
圖2是示出依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制備纖維混合物的方法的流程圖。
圖3示出依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的形成模制產(chǎn)品的壓力機(jī)。
圖4示出依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在模制產(chǎn)品形成期間型腔和凸模的放大視圖。
圖5A示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的脫模機(jī)構(gòu)靜止時(shí)的橫截面圖。
圖5B示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的脫模機(jī)構(gòu)工作時(shí)的橫截面圖。
圖6是示出依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的形成模制產(chǎn)品的方法的流程圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種利用可模制合成物形成高強(qiáng)度模制產(chǎn)品的方法。在下述說明書中,為了提供對本發(fā)明的整體理解闡述了許多具體細(xì)節(jié)。然而,本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解,在不滿足部分或全部這些具體細(xì)節(jié)的情況下仍可以實(shí)施本發(fā)明。在其他情況下,沒有詳細(xì)描述公知的過程操作,以避免不必要地模糊本發(fā)明。
可模制合成物包括重量百分比為大約40至60%(wt%)的纖維混合物和大約15至45wt%的結(jié)合劑??赡V坪铣晌锟砂ú淮笥诖蠹s40wt%的添加劑。
可模制合成物中含水量優(yōu)選小于大約20%,更優(yōu)選地在大約4至15%之間。較高含水量會稀釋可模制合成物中的結(jié)合劑濃度。因而,需要較長過程時(shí)間固化具有較高含水量的可模制合成物。
另外,保持可模制合成物中含水量少于大于20%,將省略從模制產(chǎn)品中去除水分以防止菌類生長的后固化處理步驟。通過減少處理步驟的數(shù)目,可以以較低成本和較短生產(chǎn)周期來生產(chǎn)模制產(chǎn)品。
因?yàn)槔w維混合物本身含有水分且有可能結(jié)合劑及添加劑本身也含有水分,因此不需要額外的水。纖維中含水量優(yōu)選小于大約15%。更合適地,通過添加除水以外的10至20wt%的具有較低沸騰點(diǎn)的助溶劑,例如酒精,可減少可模制合成物中的含水量。
纖維混合物可包括建造建筑物時(shí)的木頭廢料、用過的家具、用過的木制臺架和鋸屑和/或農(nóng)業(yè)和園藝廢料,例如葉子、莖和枝。來自木頭廢料農(nóng)業(yè)和園藝廢料的纖維是容易以低成本得到的,且制得的模制產(chǎn)品具有良好的隔聲、絕熱性能。此外,這種纖維還賦予模制產(chǎn)品以強(qiáng)度,使模制產(chǎn)品在受到應(yīng)力影響時(shí)提供抗變形性。
優(yōu)選的是具有至多大約50毫米(mm)長、至多大約2mm厚及大約2∶1至25∶1的長度厚度比的纖維。因?yàn)槟V飘a(chǎn)品從纖維而不是由結(jié)合劑提供的結(jié)合得到強(qiáng)度,所以優(yōu)選使用較長纖維,雖然較長纖維具有較少的結(jié)合表面。因此,當(dāng)在可模制合成物中使用的纖維越長時(shí),需要的結(jié)合劑數(shù)量就越少。
在纖維混合物中可包括大約5至30wt%的油椰纖維,以增加模制產(chǎn)品的彈性和延展性,使模制產(chǎn)品很少破碎。然而,較高的油椰纖維含量可降低模制產(chǎn)品的強(qiáng)度,因?yàn)橛鸵w維通常在尺寸上較小,通常最多50mm長和大約0.3至1mm厚。因此,根據(jù)想得到的模制產(chǎn)品的參數(shù),可以改變纖維混合物中油椰纖維的組分。
添加油椰纖維還是優(yōu)選的,因?yàn)橛鸵w維具有低的水分含量且包含木質(zhì)素,所述木質(zhì)素是良好的分散劑且在受到壓力作用時(shí)用作結(jié)合物。
可以從油椰的各個(gè)部分中得到油椰纖維,例如軀干、葉和果。油椰的這些部分通常是無用的。因此,本發(fā)明提供了一種減少浪費(fèi)和最小化由油椰焚燒所導(dǎo)致的環(huán)境污染的方法。
除成本低之外,油椰纖維還是全年中都容易得到的具有各種大小的纖維。
可替代的,盡管不是最優(yōu)選的,可以采用例如啤酒麥芽和甘蔗漿(sugarcane pulp)或者諸如增塑劑、增韌劑或沖擊改性劑之類的化學(xué)藥品來取代油椰纖維,從而改善模制產(chǎn)品的延展性和彈性。
結(jié)合劑優(yōu)選是熱固樹脂,例如氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、烯丙基樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺、硅樹脂、聚酯、芳烴(polyaromatic)或呋喃。更優(yōu)選地,結(jié)合劑是氨基樹脂,因?yàn)檫@種樹脂很好地與纖維混合物一起形成均質(zhì)的混合物,進(jìn)而形成耐熱、耐壓和耐化學(xué)品的模制產(chǎn)品。氨基樹脂是熱固性塑料材料,通過將帶有氨基(-NH2)的化合物(例如苯胺、亞乙基脲、胍胺、三聚氰胺、磺胺、硫脲及尿素等)與甲醛反應(yīng),產(chǎn)生所述熱固性塑料材料。
優(yōu)選地,結(jié)合劑包含三聚氰胺,賦予模制產(chǎn)品以延展性、耐熱性和防水性。包含三聚氰胺的結(jié)合劑的例子包括三聚氰胺甲醛和三聚氰胺尿素甲醛。使用三聚氰胺尿素甲醛形成的模制產(chǎn)品具有幾乎可以忽略不計(jì)的甲醛量,因?yàn)樵谀V七^程中,幾乎全部氨基樹脂中的甲醛蒸發(fā)掉,在模制產(chǎn)品中剩余的甲醛量可忽略不計(jì)。因此,從這種模制產(chǎn)品散發(fā)的甲醛是最少的,且將因此不會構(gòu)成健康威脅。
添加劑可以包括大約0.1至0.4wt%的硬化劑(例如氯化銨)以加速結(jié)合劑的固化過程、大約6至18wt%的流動性促進(jìn)劑(例如木薯淀粉)以增加可模制合成物的流動性、和大約0.2至0.9wt%的脫模劑(優(yōu)選為大豆卵磷脂)以便于從模具中取出模制產(chǎn)品。
大豆卵磷脂是一種優(yōu)選的脫模劑,因?yàn)樗侵参镄缘摹⒖芍貜?fù)使用的、生物可降解的、不包含任何有毒添加劑的、并且在模制期間不會釋放任何有毒氣。
表1A、1B和1C示出可模制合成物的實(shí)例,依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述可模制合成物可被用于形成臺架。
表1A(所有數(shù)量以wt%為單位)
表1B(所有數(shù)量以wt%為單位)
表1C(所有數(shù)量以wt%為單位)
表2示出可模制合成物的實(shí)例,依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述可模制合成物可被用于形成托盤<p>表2(所有數(shù)量以wt%為單位)
表3示出可模制合成物的例,所述可模制合成物依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可被用于形成花盆<p>表3(所有數(shù)量以wt%為單位)
圖1是示出依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例制備可模制合成物的方法10的流程圖。可模制合成物包括大約40至60重量百分比(wt%)的纖維混合物、大約15至45wt%的三聚氰胺尿素甲醛、大約0.1至0.4wt%的氯化銨、大約6至18wt%的木薯淀粉和大約0.2至0.9wt%的大豆卵磷脂。
方法10由使用增加重量(gain-in-weight)原理或在真空下對可模制合成物中各個(gè)部分單獨(dú)稱重的步驟12開始。
接下來,步驟14中,在混合器中混合可模制合成物的多種組分,持續(xù)大約300至600秒,以形成均勻且經(jīng)良好涂覆的可模制合成物。
首先,在添加木薯淀粉之前,將纖維混合物添加到混合器中并調(diào)和大約10秒鐘。將木薯淀粉和纖維混合物混合大約20秒(s)。此后,將大豆提取物、三聚氰胺尿素甲醛、然后是氯化銨添加到混合器中并再混合大約300秒(s),以實(shí)現(xiàn)可模制合成物的均質(zhì)。
可通過氣動推動裝置或容量螺旋加料器(volumetric screw feeder)將例如三聚氰胺尿素甲醛和氯化銨等液體組分送入到混合器中。
在優(yōu)選實(shí)施例中,液體組分被噴入混合器中(步驟16),以均勻地包覆纖維混合物中的纖維。將液體組分噴入混合器中(步驟16)確保了液體組分在可模制合成物中更均質(zhì)分布??梢允褂脷鈩痈裟け没驀婌F嘴將液體組分噴入混合器內(nèi)(步驟16)。
在可模制合成物包括多于一種的液體組分時(shí),可將液體組分在第二混合器中混合大約200s(步驟18),以在噴入混合器(步驟16)之前形成液體混合物。液體組分的混合(步驟18)可與可模制合成物中的各組分的混合(步驟12)同時(shí)發(fā)生。
優(yōu)選使用帶有雙轉(zhuǎn)子軸和交疊槳片的混合器,以減少達(dá)到可模制合成物的均質(zhì)性所需的混合時(shí)間,并在混合器中生成液化帶。生成液化帶減少了混合期間的摩擦,從而減少發(fā)熱,以防止可模制合成物過早固化。
盡管混合器可以以每分鐘大約10至200轉(zhuǎn)(rpm)的轉(zhuǎn)子速度工作,但優(yōu)選的是以每分鐘大約29轉(zhuǎn)(rpm)的轉(zhuǎn)子速度操作混合器,以最小化作用在可模制合成物上的剪切力以及發(fā)熱。高剪切力將引起纖維斷裂。
混合物可以配置有至少大約600mm高且至少大約600mm寬的側(cè)門,以允許殘余物最小化地有效排出可模制合成物。配置大的側(cè)門還允許快速檢查、快速清潔和良好進(jìn)出。
可模制合成物的含水量優(yōu)選小于20%,更優(yōu)選地在大約4至15%之間。較高含水量將引起可模制合成物的粘度不足以分散來自混合器的剪切力以均勻包覆纖維。
圖2是示出依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制備纖維混合物的方法50的流程圖。方法50開始時(shí),大量木頭廢料、農(nóng)業(yè)或園藝廢料容納在第一研磨機(jī)內(nèi),在此上述廢料被研磨成廢料片(步驟52),各廢料片的長度在大約10至80mm之間,而寬度在大約2至20mm之間。
首先使用具有多個(gè)直徑大約80mm的孔口的第一線網(wǎng)過篩所述廢料片(步驟54),然后將其傳送到第二研磨機(jī)以研磨為纖維(步驟56)。然后,可以使用具有多個(gè)直徑大約50mm的孔口的第二線網(wǎng)過篩所述纖維(步驟58),各個(gè)所述纖維的長度在大約5至50mm之間,且寬度在大約2至10mm之間。
使用金屬探測器,篩掉含金屬片的纖維(步驟60)。在金屬片連同油椰纖維一起送入第三研磨機(jī)之前,從纖維中去除所述金屬片。然后,得到的纖維被研磨為至多大約50mm長和至多大約2mm厚的纖維(步驟62)。此后,可使用多個(gè)直徑大約20mm的孔口的第三線網(wǎng),過篩纖維混合物(步驟64)。
盡管可以使用單個(gè)研磨機(jī)制備具有理想纖維尺寸的纖維混合物,但是優(yōu)選三個(gè)分離研磨機(jī),以最小化材料處理和刀具對齊,還防止了研磨機(jī)堵塞。作為過篩的替代方案,可以手工去除外部材料、大顆粒和大纖維。
然后,將纖維混合物干燥至含水量小于大約15%(步驟66)??蓪⒗w維混合物在干燥場所的水泥地面上攤開,干燥大約1到2周??梢允褂镁酃鉄?、干燥空氣吹風(fēng)機(jī)、太陽的紫外線(UV)光或具有加熱系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)來干燥纖維混合物。有時(shí)候,為了得到均勻干燥,可以重新分布纖維混合物。為了在運(yùn)輸或料倉存儲之前確定是否達(dá)到理想的纖維尺寸、含水量和成分,可以分析纖維混合物的隨機(jī)樣本。
可以使用螺旋輸送機(jī)將纖維混合物輸送到制造工廠周邊。使用氣動(aeromechanical)傳送機(jī),可將纖維混合物從螺旋輸送機(jī)輸送到存儲料倉。
在圖3和4中示出依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于由可模制合成物制造模制產(chǎn)品的壓力機(jī)。
圖3示出依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的形成模制產(chǎn)品的壓力機(jī)100。壓力機(jī)100包括框架102,所述框架102具有第一臺板104和連接到第二臺板108的柱塞106。限定型腔111的第一或陰模部件110被設(shè)置在第一臺板104上,而限定凸模113的第二或陽模部件112被連接到第二臺板108。柱塞106將凸模113移向和移離型腔111。第二模具部分112可被配置有一個(gè)或許多引導(dǎo)銷114,所述引導(dǎo)銷114與第一模具部分110中的互補(bǔ)細(xì)長凹槽115配合,以在柱塞106工作時(shí)使凸模113與型腔111對齊。
壓力機(jī)100可以是機(jī)械壓力機(jī)、氣動壓力機(jī)或液動壓力機(jī)。優(yōu)選的是使用液動壓力機(jī),因?yàn)橐簞訅毫C(jī)提供較大的控制靈活性,也就是說,可以相應(yīng)調(diào)整施加的作用力、方向、速度、壓力暫停的持續(xù)時(shí)間等等。
為了形成模制產(chǎn)品,首先在型腔111加載可模制合成物116至型腔111的容量的至多大約90%。型腔111填塞的程度取決于模制產(chǎn)品的壓縮比,也就是,模制產(chǎn)品的濕重與干重的比率。模制產(chǎn)品的濕重是用于形成模制產(chǎn)品的可模制合成物的重量,而模制產(chǎn)品的干重是固化后模制產(chǎn)品的重量。壓縮比優(yōu)選在大約4∶1至14∶1之間。橫向大約1%而縱向大約1.5%的收縮比是優(yōu)選的。
分別使用第一熱油加熱系統(tǒng)130和第二熱油加熱系統(tǒng)132使第一模具部分110和第二模具部分112保持在大約110至180℃的溫度。使用熱控制器(未示出)調(diào)整第一模具部分110和第二模具部分112的溫度。優(yōu)選使第一模具部分110保持比第二模具部分112溫度高大約20℃,以補(bǔ)償將可模制合成物116裝入型腔111時(shí)的熱損耗,進(jìn)而防止第一模具部分110和第二模具部分112由于第一模具部分110和第二模具部分112的熱膨脹而導(dǎo)致卡住。
凸模113以每秒大約80毫米(mm/s)的速度移向型腔111,直到凸模113剛好在接觸可模制合成物116之前。然后將速度減小到大約0.5至3mm/s,以防止突然沖擊可模制合成物116,這樣的突然沖擊是不利的,因?yàn)闀鹜鼓?13和可模制合成物116中的應(yīng)力??梢允褂孟匏匍_關(guān)(未示出)減小凸模113接近型腔111的速度。
優(yōu)選地,使可模制合成物116裝入型腔111的時(shí)間和凸模113接觸可模制合成物116的時(shí)間之間的周期最小化,以確??赡V坪铣晌?16均勻固化。
因?yàn)橥鼓?13逐漸接觸可模制合成物116,在可模制合成物116施加的填塞壓力大約為435至870的每平方英寸壓力(psi),且在模制過程中保持該壓力。填塞壓力被定義為壓力機(jī)噸位除以型腔111的表面積和型腔111中可模制合成物116的體積。
當(dāng)在第一模具部分110和第二模具部分112之間剩余有大約0.1至0.5mm的預(yù)定間隙時(shí),凸模113向型腔111的移動停止。第二模具部分112被保持在這個(gè)位置大約20至60s,以允許可模制合成物116充分固化。
來自第一模具部分110和第二模具部分112的熱量使可模制合成物116中的濕氣蒸發(fā),導(dǎo)致可模制合成物116膨脹。施加到可模制合成物116的壓力及可模制合成物116的膨脹使可模制合成物116填塞在型腔111內(nèi)第一模具部分110和第二模具部分112之間的空隙。水氣形式的濕氣通過第一模具部分110和第二模具部分112之間的預(yù)定間隙釋放。
因?yàn)榭赡V坪铣晌?16的溫度增加,可模制合成物116內(nèi)的結(jié)合劑開始固化,從而增大了可模制合成物116的粘性。
圖4示出依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在模制產(chǎn)品形成期間第一模具部分110和第二模具部分112的放大視圖。第一模具部分110和第二模具部分112之間保持大約0.1至0.5mm的預(yù)定間隙C,形成排放出口118。
因?yàn)榭赡V坪铣晌?16的外表面層120直接從第一模具部分110和第二模具部分112接收熱量,因此外表面層120具有比可模制合成物116的其余區(qū)域更高的溫度,并且快速固化,形成可模制合成物116周圍的外皮122。所述外皮122起到隔熱作用,降低從第一模具部分110和第二模具部分112至可模制合成物116的熱傳遞。
因?yàn)榭赡V坪铣晌?16膨脹,排放出口118被閉塞,阻止了水氣釋放。因此,可模制合成物116內(nèi)的壓力因可模制合成物116內(nèi)的水分蒸發(fā)但不能溢出而增加。俘獲的水氣在可模制合成物116內(nèi)形成大量氣囊124,加速了可模制合成物116內(nèi)多孔結(jié)構(gòu)126的形成。
還阻止了因可模制合成物116的水氣溢出造成的熱損耗,從而導(dǎo)致可模制合成物116的溫度增加。隨著可模制合成物116內(nèi)溫度增加,氣囊124的尺寸增加。
若第一模具部分110和第二模具部分112被保持在90℃以下的溫度,蒸發(fā)的水分減少且?guī)缀鯖]有氣囊形成。因此,產(chǎn)生具有較高密度的模制產(chǎn)品。反之,若第一模具部分110和第二模具部分112的溫度較高,將導(dǎo)致形成較低密度模制產(chǎn)品。
第一模具部分110和第二模具部分112的溫度較高還減少了模制產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間。然而,大于大約180℃的溫度是不可取的,因?yàn)楦邷貙Ⅻc(diǎn)燃可模制合成物116中的纖維,并且蒸發(fā)可模制合成物116內(nèi)太多的水分,導(dǎo)致形成的模制產(chǎn)品太干。
因此,第一模具部分110和第二模具部分112的溫度優(yōu)選被保持在大約110至180℃之間。試驗(yàn)表明,當(dāng)?shù)谝荒>卟糠?10和第二模具部分112的溫度在這樣范圍內(nèi)時(shí),可模制合成物116的溫度在大約100至160℃之間。通過控制熱量在可模制合成物116內(nèi)的分布,可以控制可模制合成物116內(nèi)的水分蒸發(fā),確保在多孔結(jié)構(gòu)126內(nèi)更均勻分布?xì)饽?24,以形成具有均勻密度的模制產(chǎn)品。
若可模制合成物116內(nèi)的壓力超過外部壓力,對排放出口118的堵塞裂開,允許過量的可模制合成物116、來自可模制合成物116的水氣和來自結(jié)合劑固化的氣通過排放出口118溢出,降低了可模制合成物116內(nèi)的壓力。
計(jì)算間隙C,以允許模制過程中釋放水氣,同時(shí)保持足夠壓力以填塞型腔111內(nèi)第一模具部分110和第二模具部分112之間的空間。通過調(diào)整第一模具部分110和第二模具部分112的間隙C,可以控制排放出口118的大小、可模制合成物116內(nèi)的壓力和溫度及溢出的可模制合成物116的體積。
例如,較大的間隙C允許更多水氣和可模制合成物溢出,導(dǎo)致壓力增大較低、氣膨脹減少并且形成的模制產(chǎn)品具有較高密度。反之,較小的間隙C限制水氣的釋放,導(dǎo)致氣膨脹和產(chǎn)生具有較低密度的模制產(chǎn)品。
然而,太大的間隙C是不理想的,因?yàn)檫@樣的可模制合成物116將不能閉塞排放出口118。因此,將沒有壓力增大,進(jìn)而可模制合成物將不會填塞模制腔111內(nèi)第一模具部分110和第二模具部分112之間的空間。如此將不能形成理想形狀的模制產(chǎn)品。
間隙C的大小還取決于可模制合成物116中的含水量。若可模制合成物116包含減少水分,優(yōu)選使用較小間隙C;若可模制合成物116包含更多水分,優(yōu)選使用較大間隙C,以便散發(fā)更多的水氣。
在可模制合成物116基本上被固化,優(yōu)選固化大約90%時(shí),形成模制產(chǎn)品。模制產(chǎn)品的含水量優(yōu)選在大約2至5%之間。然后,移動柱塞106將間隙C增加到大約10mm,以釋放在模制過程中排出的所有不需要的氣。
如果在可模制合成物116基本上被固化之前增加間隙C,則從可模制合成物116去除的水分是不夠的,模制產(chǎn)品將是柔軟的,并將易于粘著到型腔111和凸模113上。然后,分離凸模113和型腔111將會扭曲外表面層120并破壞多孔結(jié)構(gòu)126。因此,為了承受加工和處理期間的應(yīng)力和變形,從可模制合成物116去除水分對于獲得足夠強(qiáng)度的模制產(chǎn)品是至關(guān)重要的。
在釋放不需要的水氣之后,可將間隙C減小至大約0.05至0.3mm,并保持大約15至60秒,將模制產(chǎn)品壓縮到理想厚度且熨平模制產(chǎn)品的表面,以得到良好表面光潔度。水分的進(jìn)一步蒸發(fā)將導(dǎo)致形成穩(wěn)定的模制產(chǎn)品。
此后,移動柱塞106,將凸模113拉離型腔111,并且取出模制產(chǎn)品,以進(jìn)行后續(xù)處理。使用拾放機(jī)構(gòu),可以從型腔111中移出模制產(chǎn)品。
型腔111優(yōu)選配置有在將間隙C增加到大約10mm時(shí)將模制產(chǎn)品從型腔111升高的脫模機(jī)構(gòu),以釋放不想要的氣,還有助于從型腔111中取出模制產(chǎn)品。
圖5A和5B示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的脫模機(jī)構(gòu)134的橫截面圖。圖5A是脫模機(jī)構(gòu)134靜止時(shí)的示圖,而圖5B是脫模機(jī)構(gòu)134工作時(shí)的示圖。
首先參考圖5A,脫模機(jī)構(gòu)134被容納在型腔111內(nèi)且被定位在模制產(chǎn)品136下方。脫模機(jī)構(gòu)134包括通過軸桿142連接到基座140的頭部138和圍繞軸桿142的彈簧144。在靜止時(shí),彈簧144處于未壓縮狀態(tài)。
在這個(gè)實(shí)施例中,脫模機(jī)構(gòu)134由氣動系統(tǒng)(未示出)操作。軸桿142可配置有O形環(huán)146,以防止氣動系統(tǒng)的空氣損耗。在可替換實(shí)施例中,脫模機(jī)構(gòu)134可以由液動系統(tǒng)操作。
在增加間隙C時(shí)或?qū)⒁獜男颓?11取出模制產(chǎn)品136時(shí),啟動氣動系統(tǒng)以對基座140施加作用力,在如圖5B所示的方向X上驅(qū)動脫模機(jī)構(gòu)134,并且在此過程中壓縮彈簧144。因此,從型腔111升高模制產(chǎn)品136。
通過釋放氣動系統(tǒng),將脫模機(jī)構(gòu)134返回圖5A中所示的靜止位置。相應(yīng)地,彈簧144從其壓縮狀態(tài)被釋放。彈簧144展開,從而在基座140上施加作用力,在與方向X的相反方向上驅(qū)動脫模機(jī)構(gòu)134,直到達(dá)到靜止位置。
使用同一限速開關(guān)操作氣動或液動系統(tǒng),以降低凸模113接近型腔111的速度。
再次參考圖4,因?yàn)榻Y(jié)合劑和纖維混合物可能因?yàn)槲仗酂崃慷稽c(diǎn)燃,因此可模制合成物116不應(yīng)在型腔111長期停留。如果可模制合成物116在型腔111長期停留,則可能會因?yàn)閾p耗太多水分而發(fā)生破裂和變形。
型腔111的填塞程度影響模制產(chǎn)品的密度。如果裝入型腔111中的可模制合成物116不充足,則將沒有足夠的可模制合成物116填塞在型腔111內(nèi)第一模具部分110和第二模具部分112之間的空間,且沒有足夠的壓力增大以形成多孔結(jié)構(gòu)126。這樣,若裝入型腔111的可模制合成物116不充足,則會形成具有高含水量的密集模制產(chǎn)品。
圖6是示出依據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的形成模制產(chǎn)品的方法150的流程圖。方法150開始時(shí),在第一模具部分的型腔裝填可模制合成物(步驟152)??裳b填型腔(步驟152)至型腔容量的至多大約90%。
將大約435至870psi間的填塞壓力施加到可模制合成物(步驟154),持續(xù)大約20至60s,以使可模制合成物固化。在第一模具部分和第二模具部分之間保持大約0.1至0.5mm的預(yù)定間隙(步驟156),以允許排放過量的可模制合成物、以及在可模制合成物固化期間釋放的水氣和其它氣。將第一模具部分和第二模具部分保持在大約110至180℃的溫度下。第一模具部分優(yōu)選被保持比第二模具部分溫度高大約20℃,以補(bǔ)償在可模制合成物填入型腔時(shí)的熱損耗,并且防止由于第一模具部分和第二模具部分的膨脹而導(dǎo)致第一模具部分和第二模具部分卡住。
在可模制合成物基本上被固化,優(yōu)選固化大約90%時(shí),將第一模具部分和第二模具部分間的間隙增加到大約10mm(步驟158),形成模制產(chǎn)品。在可模制合成物固化期間釋放的水氣和其它氣基本上被排放時(shí),將間隙減小到大約0.05至0.3mm之間(步驟160),持續(xù)大約15至60s。從而,在從型腔取出模制產(chǎn)品(步驟162)之前,將模制產(chǎn)品壓縮到理想厚度且熨平模制產(chǎn)品的表面。
表4A和4B示出依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可被用于形成臺架的過程參數(shù)的實(shí)例。
表4A
表4B
表5A和5B示出依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可被用于形成花盆的過程參數(shù)的實(shí)例。
表5A
表5B
除了臺架、托盤和花盆之外,將會理解的是,可以使用本發(fā)明模制各種產(chǎn)品,例如隔斷板、彈藥箱、揚(yáng)聲器板、電子設(shè)備盒、杯、盤、轎車保險(xiǎn)杠、方向輪、面板、轎車座位、座椅盒桌面。
參考對本發(fā)明的說明和實(shí)施,本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解本發(fā)明的其他實(shí)施例。說明書和權(quán)利要求中使用的術(shù)語“包括”及“包括”的多種形式并不意味著排除本發(fā)明的變型或增添。另外,具體技術(shù)用語意在清楚的描述,并不限制本發(fā)明。上述的實(shí)施例和優(yōu)選特征應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是示例性的,本發(fā)明由附屬的權(quán)利要求書所限定。
權(quán)利要求
1.一種形成模制產(chǎn)品的方法,所述方法包括制備可模制合成物,所述可模制合成物包括大約40至60wt%的纖維混合物;和大約15至45wt%的結(jié)合劑,在型腔中裝填可模制合成物,其中型腔的裝填程度為型腔容量的至多大約90%;將大約435至870 psi的填塞壓力施加到可模制合成物;在限定型腔的第一模具部分和第二模具部分之間保持大約0.1至0.5mm的預(yù)定間隙;以及在可模制合成物基本上固化時(shí),從型腔取出模制產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,施加壓力的時(shí)間周期為大約20至60s。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,第一模具部分和第二模具部分被保持在大約110至180℃的溫度下。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,第一模具部分被保持比第二模具部分溫度高20℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,還包括在可模制合成物固化大約90%時(shí),增加第一模具部分和第二模具部分之間的間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,將間隙增加到大約10mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,還包括將模制產(chǎn)品壓縮到理想厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,還包括熨平模制產(chǎn)品的表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,將模制產(chǎn)品壓縮到理想厚度以及熨平模制產(chǎn)品的表面的步驟還包括將間隙減小到大約0.05至0.3mm之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,減小間隙持續(xù)大約15至60s。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,可模制合成物的含水量小于大約20%。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,可模制合成物的含水量在大約4至15%之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,纖維混合物的含水量小于大約15%。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,可模制合成物還包括不超過大約40wt%的添加劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求4的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,添加劑是硬化劑、流動促進(jìn)劑和脫膜劑組成的組中的一種或多種。
16.根據(jù)權(quán)利要求4的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,纖維混合物包括多個(gè)纖維,并且所述多個(gè)纖維中每一個(gè)纖維具有至多大約50mm的長度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,所述多個(gè)纖維中每一個(gè)纖維具有至多大約2mm的厚度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,所述多個(gè)纖維中每一個(gè)纖維具有在大約2∶1至25∶1之間的長度厚度比率。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,纖維混合物還包括大約5至30wt%的油椰纖維。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,纖維混合物還包括由油椰纖維、啤酒麥芽、甘蔗漿、增塑劑、增韌劑或沖擊改性劑組成的組中的一種。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,結(jié)合劑是熱固樹脂。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,結(jié)合劑是氨基樹脂。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,結(jié)合劑還包括三聚氰胺。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,結(jié)合劑是由三聚氰胺甲醛和三聚氰胺尿素甲醛組成的組中的一種。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,制備可模制合成物包括對可模制合成物的各個(gè)組分單獨(dú)地稱重;以及在混合器中混合可模制合成物的各個(gè)組分,以形成大致上均質(zhì)且包覆良好的可模制合成物。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,制備可模制合成物還包括在第二混合器中混合可模制合成物中的各個(gè)液體組分,以形成液體混合物。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,制備可模制合成物還包括將液體混合物噴入混合器中。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的形成模制產(chǎn)品的方法,其中,混合器以大約29rpm的轉(zhuǎn)子速度工作。
29.一種形成模制產(chǎn)品的方法,所述方法包括在模具腔體中裝填可模制合成物,所述可模制合成物包括大約40至60wt%的纖維混合物和大約15至45wt%的結(jié)合劑,其中,將所述腔體裝填至多大約90%的腔體容量;啟動所述模具,將大約435至870psi的填塞壓力施加到模具內(nèi)的可模制合成物;提供一濕氣排放出口,該濕氣排放出口響應(yīng)于可模制合成物中的壓力,并被設(shè)定為對濕氣含量及合成物中的壓力提供預(yù)定的控制,從而產(chǎn)生具有預(yù)定密度和強(qiáng)度的模制產(chǎn)品;以及在可模制合成物基本上固化時(shí),從型腔取出模制產(chǎn)品。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法,其中,通過保持鄰近可模制合成物的模具各部分之間的間隙提供排放出口。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的方法,其中,排放出口由模具中的可模制合成物暫時(shí)堵塞,以在預(yù)定時(shí)間內(nèi)暫時(shí)阻止?jié)駳獾尼尫拧?br>
32.根據(jù)權(quán)利要求29的方法,其中,控制濕氣含量,以在可模制合成物中產(chǎn)生氣泡,從而制造出具有預(yù)定密度的模制產(chǎn)品。
全文摘要
提供一種形成高強(qiáng)度模制產(chǎn)品的方法。所述方法開始于制備可模制合成物。所述可模制合成物包括大約40至60wt%的纖維混合物和大約15至45wt%的結(jié)合劑。在將大約435至870psi的填塞壓力施加到可模制合成物之前,在型腔中裝填可模制合成物至型腔容量的至多大約90%。在限定型腔的第一模具部分和第二模具部分之間保持大約0.1至0.5mm的預(yù)定間隙。在可模制合成物基本上固化時(shí),從型腔取出模制產(chǎn)品。
文檔編號B27N3/04GK1964827SQ200580019046
公開日2007年5月16日 申請日期2005年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月11日
發(fā)明者王德善, 許帝宗, 翁欣慧 申請人:Gpac科技私人有限公司