專利名稱：提高植物纖維分散性的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及提高植物纖維分散性的方法和一種用于該方法中的裝置。
植物纖維用于很多領域，并已提出了用于制造這種纖維的方法的各種方案。本發(fā)明人已提出過用諸如竹材作為植物材料生產纖維的方法。例如，日本專利公開No.4-216007(部分見UK2251002)中公開了一種制造竹纖維的方法，包括第一步用輥式破碎機沿竹材的生長方向使竹料破碎;第二步通過輸送輥將由第一步獲得的竹料送入一開料機中而對竹料進行開料，開料機為一具有許多齒的轉筒。此外，在日本專利申請公開No.5-138617(部分見UK2251002)的說明書中提出了一種生產竹纖維的方法，包括第一步用一輥式破碎機沿竹材的生長方向使竹料破碎;第二步用開料機對在第一步獲得的竹料進行開料;以及第三步用渦輪研磨機將在第二步獲得的竹料形成為細的纖維。這些是以快的和有效的方式生產竹纖維的方法。
然而，業(yè)已發(fā)現，當將用上述方法獲得的竹纖維與一種水泥混合并形成一種竹纖維-水泥成形體時，在由使用具有薄表皮部分的竹料和去掉薄的表皮部分的竹料兩種情況下獲得的成形體之間存在約15%的抗彎強度的差異，去掉表皮部分的竹纖維的抗彎強度要高。因此，本發(fā)明人在日本專利申請No.4-177070(UK9225711.6)的說明書中進一步提出了一種生產竹纖維的方法，包括第一步用輥式破碎機沿竹材的生長方向使竹料破碎;第二步用具有某種機構的錘型破碎機從由第一步獲得的破碎產品形成纖維;以及第三步去掉混入在上述第二步中獲得的竹纖維中的竹料中的薄的表皮部分。
然而，當用由這些方法獲得的竹纖維來生產竹纖維-水泥成形體或類似東西時，需如上所述將竹纖維與其它材料混合。然而，如果竹纖維的分散性不好，就存在竹纖維很難與其它材料均勻混合或由于需要很長時間來獲得均勻混合而使生產效率降低的缺點。尤其是，如果竹纖維的纖維直徑薄，纖維趨于相互纏繞，從而影響了與其它材料的均勻混合。因而，植物纖維所具有的優(yōu)良的加強作用尚未得到充分利用。
因而，當植物纖維為在大量的水中的懸浮體的形式時，已提出了一種例如使用表面活性劑的方法來提高植物纖維的分散性。然而，至目前為止還沒有開發(fā)出當不希望用表面活性劑時使用的方法及當混合是在半濕狀態(tài)下進行時的提高植物纖維分散性的方法。
因而，本發(fā)明的目的是提供一種用于提高植物纖維的分散性的方法和裝置，以生產出具有高的分散度并易于與其它材料混合的植物纖維。
本發(fā)明提供了一種提高植物纖維分散性的方法，包括如下步驟使通過打開植物材料而獲得的植物纖維體在沒有連續(xù)水相的情況下穿過一組或多組輥以提高植物纖維的分散性，每組輥包括至少兩個具有許多齒或銷的相距一定間距的輥，上述輥在圓周處具有相對運動情況下工作以對纖維體施加剪切力。
最好，每組輥中的各輥沿相同的方向轉動，以在相對運動表面之間施加剪切力。
本發(fā)明還提供了一種用于提高植物纖維分散性的裝置，包括一組或多組輥，每組輥包括至少兩個具有許多齒或銷的輥，這些輥在圓周處有相對運動的情況下轉動，并相隔一所需的間距而設置以對從其間穿過的纖維體施加剪切力，其中，在每組輥中，以與植物纖維的移動方向相同的方向轉動的所述輥中的一個的圓周速度大于所述輥中沿與植物纖維的移動方向相反的方向轉動的另一個的圓周速度。
關于本發(fā)明的方法和裝置的其它特點參見權利要求書，下面通過舉例的方式對本發(fā)明的實施例進行描述。


圖1為體現本發(fā)明的裝置的一套輥筒的一種方式的視圖;
圖2為體現用于本發(fā)明的裝置中的一個輥筒的方式的視圖;
圖3為使一套輥筒嚙合的方式的示意圖;
圖4為體現一套具有銷的輥筒的方式的示意圖;
圖5為使一套具有銷的輥筒嚙合的方式的示意圖;
圖6為體現本發(fā)明的裝置的一套輥筒的另一種方式的視圖;
圖7為用于本發(fā)明的一個實施例中的裝置的示意圖;
圖8為用于實施例中的輥筒的齒的形狀的示意圖;
圖9為用于本發(fā)明的裝置的輥筒的齒的角度的示意圖。
下面根據附圖對本發(fā)明的一種方法和裝置進行詳細描述。
圖1以體現本發(fā)明裝置的方式示出輥筒的結構。參見圖1，由輥1和輥2構成一套輥筒。在輥1和輥2上設有大量齒或大量銷。盡管對齒5的形狀未作任何限制，但如圖2所示，齒最好為三角形并相對于輥的轉軸3以一較小的傾斜角而設置。構成一套輥的輥1和輥2相互以一預定的間距設置，并且對齒5的嚙合未作特定的限制，既可以如圖3(a)所示，也可以如圖3(b)所示。另外，圖4和圖5示出輥1和輥2具有大量銷6的情形。
具有上述結構的這套輥沿相同的方向轉動。這里，當需處理的植物纖維的移動方向和輥1及輥2的轉動方向分別如圖1中箭頭所示時，控制輥1和輥2的轉數以使輥1的圓周速度大于輥2的圓周速度。在設置于輥上的齒5或銷6相互嚙合之處齒或銷相互沿相反的方向轉動。在這些地方植物纖維被拆散并可消除結塊和絞合。因而可改善其與另一種材料或類似東西的分散性。
值得注意的是可如圖6所示由一個輥1和兩個輥2形成該套輥，并且構成一套輥的輥1和輥2的數量不受限制。另外，輥1和輥2的直徑不限，只需滿足以如上所述方式控制輥1和2的圓周速度。此外，齒5或銷6的齒距和齒高不限，并可根據需加工的植物纖維的纏繞狀態(tài)、類型、長度、濕度等等作各種改變。另一方面，輥1和2之間的間距，即位于兩輥上的齒5或銷6之間的間距最好為50mm或更小，更好為2至35mm，盡管對該間距并不限定并可根據需處理的植物纖維的大小尺寸和形狀而作各種改變。間距最好不要超過50mm，因為超過50mm，則很難獲得提高分散性的效果。
在本發(fā)明的方法中，植物纖維從一套具有上述結構的輥之間通過。因而可消除結塊和纏繞并提高其分散性，因而可與其它材料均勻地混合。在這里，如果植物纖維僅通過一套輥而使分散性改善的效果受限的話，也可通過提供多套輥或提供使纖維多次通過一套輥的裝置使植物纖維多次通過輥組。
盡管本發(fā)明說明書的說明針對竹材纖維作為植物纖維的例子，但本發(fā)明并不限于此，也可使用各種植物纖維;并且植物纖維的來源和制造方法不限。然而，當實施本發(fā)明的方法時，植物纖維的濕度最好為10%或更高。如果使植物纖維干燥至濕度小于10%，則將發(fā)生不希望的植物纖維的粉化。值得注意的是，當粉化的產生不會引起問題時，可使?jié)穸炔幌蕖Ａ硗?，如果植物纖維的平均纖維直徑超過1mm，則用一種已知的方法可獲得基本上均勻的混合，盡管這種均勻性也有賴于諸如植物纖維的長度等條件。因而，本發(fā)明對于平均纖維直徑為1mm或更小的植物纖維特別有效。
值得注意的是，對獲得植物纖維的打開植物材料的方法未作限制，例如可使用濕開法。木漿的生產方法是濕開法的一個例子。例如，當生產牛皮紙漿時，用氫氧化鈉和硫化鈉混合溶液浸漬材料木屑。在某些情況下，用打漿機或圓盤勻漿機對其進一步濕打加工。
接下來，當在濕處理中對植物纖維進行處理時，可使用本申請人在日本專利公開No.2-26854中已提出的用于加工竹材料纖維的方法，在該方法中，使竹材吸收水分至濕度為100%或更高，然后通過脫水使?jié)穸冉档统^50%。
當用濕開法進行如上所述的植物纖維的打開加工時或在濕處理后使植物纖維與其它材料混合時，纖維相互纏繞，從而難以完成均勻的混合。當植物纖維由于如上所述的處理而處于其濕狀態(tài)時，本發(fā)明的方法特別有效。通常，當用濕法生產植物纖維或將用水處理然后脫水的植物纖維與其它材料混合時，植物纖維的分散性顯著降低。然而，通過用本發(fā)明的方法對處于濕狀態(tài)的植物纖維進行處理，可顯著地提高其分散性，從而可獲得均勻混合。
根據本發(fā)明，可提高植物纖維的分散性，而在現有技術中，植物纖維由于其結塊和纏繞而不能與其它材料均勻混合。因此，本發(fā)明的一個優(yōu)點是可與其它材料均勻混合。
實例(1)竹材纖維的生產實例1在壓力為25千克/厘米2下進行軋制的輥式破碎機的輥由碳鋼(S45C)制成，輥的直徑為150毫米，長度(有效長度)為500毫米，送料輥速為15米/分鐘，而通過量為180千克/小時。竹材被砍倒后先剪去葉子，然后切成長度約1米的段。
接下來，通過用送入輥將軋制的竹料送入一個滾筒而將其開成纖維，滾筒的轉速為1000轉/分，直徑為500毫米，有效長度為900毫米，并且滾筒上設有大量的三角形齒。由于用這種打開方法獲得的竹纖維中還包含有粉狀竹料，因此通過干篩而將纖維和粉末分開。
通過上述加工可獲得平均纖維長度為25毫米，平均直徑為0.5毫米的竹纖維。這時纖維的濕度為28%。
(2)竹材纖維的生產實例2;
在壓力為25千克/厘米2和輸送輥速為15米/分鐘時使用與實例(1)相同的輥式破碎機對竹料進行軋制。
接下來，使用一錘式破碎機(MHM水平破碎機，由MiikeTekkosho制造)，在破碎機的底部設有一25目的篩網，并使破碎機在30馬力下運行1小時以從軋制的竹料中獲得120公斤平均纖維長度為25毫米，平均直徑為0.2毫米的竹纖維。在這種情況下，竹料中薄的表皮部分與竹纖維分離和混合。
然后，將所獲得的竹纖維浸泡，形成為小塊的薄的表皮部分漂浮至水的表面并被去除。在將去掉了薄表皮部分的竹料從水中取出時，其濕度為800%。然后對獲得的竹纖維進行壓力脫水以獲得濕度為150%的竹纖維。
(3)提高分散性的處理
用圖7中所示的裝置對上述方式(1)和(2)中獲得的竹纖維進行處理以提高竹纖維的分散性。該裝置的輥1a，輥1b，輥2a、輥2b和輸送輥7的尺寸，形狀和轉速如下輥1a直徑600毫米1b齒高10毫米(見圖8)齒距12毫米(見圖8)齒相對于輥的轉軸的安裝角4°(見圖9)轉速1a240轉/分轉速1b250轉/分輥2a直徑200毫米2b齒高10毫米齒距12毫米齒相對于輥的轉軸的安裝角1.5°轉速2a150轉/分轉速2b160轉/分輸送輥7直徑200毫米齒高10毫米齒距12毫米齒相對于輥的轉軸的安裝角1.5°轉速750轉/分輥1a和輥2a之間距離的選擇應使兩個輥2a中位于纖維引入側的輥2a與輥1a的間距為30毫米，而另一個輥2a和輥1a之間的距離為20毫米。輥1b和輥2b之間的間距為10毫米、輥1a和輸送輥7之間的間距為5毫米，而輸送輥7和輥1b之間的間距為10毫米。將從上述生產實例(1)和(2)中獲得的竹纖維通過輸送帶4送至具有上述尺寸、形狀和轉速的裝置中，從而通過沿相同方向轉動的輥1a和輥2a以及輥1b和輥2b對竹纖維進行處理。
(4)成形體的生產實例用一種比較產品的成形體生產實例1。
將從上述生產實例(1)獲得的未處理的竹纖維引入-AIKO混合機(由Aikosha Seisakusho生產的AM-20型)。在操作混合機時，以1.5%的固體濃度向一水泥中加入水和日本工業(yè)標準(JIS)3號水玻璃，以使其濕度為150%。以水泥與竹纖維干重量的比為70對30的比例加入水泥，并進行2分鐘的混合。然后對其進行加壓并進行兩周的固化處理以獲得成形體。干燥以后所獲得的成形體的比重為1.1，抗彎強度為120公斤/厘米2。當對形成體的一段進行檢查時，可發(fā)現竹纖維相互纏繞且未與水泥均勻混合的部分。
用一種比較產品的成形體生產實例2。
以與生產實例1相同的條件但混合時間為5分鐘而生產一成形體。干燥以后，所獲成形體的比重為1.1，而抗彎強度為123公斤/厘米2，并在成形體的一部分發(fā)現竹纖維相互纏繞且未與水泥充分混合的部分。然而，即使混合時間比該實例的長，也不可能達到均勻混合。
用根據本發(fā)明的方法加工的產品的成形體生產實例3。
用從上述生產實例(1)獲得的并經上述第(3)項中所述方法處理的竹纖維在與上述生產實例1相同的條件下來制造一種成形體。干燥之后，所獲得的成形體的比重為1.1，且其抗彎強度為145公斤/厘米2。另外，成形體上各部分基本上均勻，并證明竹纖維與水泥的混合是均勻的。
用一種比較產品的成形體生產實例4。
由生產實例(2)所獲得的竹纖維由于壓力脫水處理而變得有些硬。因而，在AIKO混合機中對其進行10分鐘的清理。然后，以水泥與竹纖維干重量的比為75對25的比例加入水泥并攪拌2分鐘。然后將所獲得的產品壓力成形，并進行兩周的固化處理以獲得一種成形體。干燥之后，所獲成形體的比重為1.1，其抗彎強度為115公斤/厘米2。當對成形體的一部分進行檢查時，可發(fā)現存在大量竹纖維相互纏繞且未與水泥均勻混合的部分。
用一種比較產品的成形體生產實例5在與上所生產實例4相同條件下將攪拌時間延長至5分鐘?？箯潖姸燃拔闯浞只旌系牟糠峙c生產實例4基本相同。
用根據本發(fā)明的方法加工的產品的成形體生產實例6。
將從上述生產實例(2)獲得的且經上述第(3)項中方法處理的竹纖維和水泥以干重量比為25對75的比例引入-AIKO混合機。攪拌2分鐘后，將所獲產品壓力成形，并進行兩周固化處理以獲得一種成形體。干燥之后，所獲成形體的比重為1.1，抗彎強度為168公斤/厘米2，成形體各部分均勻一致，且確認竹纖維與水泥混合均勻。
權利要求
1.一種提高植物纖維分散性的方法，包括如下步驟使通過打開植物材料而獲得的纖維體在沒有連續(xù)水相的情況下穿過一組或多組輥以提高植物纖維的分散性，每組輥包括至少兩個具有許多齒或銷的相距一定間距的輥，上述輥在圓周處具有相對運動情況下工作以對纖維體施加剪切力。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，每組輥中的各輥沿相同的方向轉動，以在相對運動表面之間施加剪切力。
3.根據權利要求1或2的提高植物纖維分散性的方法，其特征在于，植物纖維在通過輥時的濕度為10%或更高。
4.根據前面任一權利要求的提高植物纖維分散性的方法，其特征在于，通過打開所獲得的植物纖維的平均直徑為1毫米或更小。
5.根據前面任一權利要求的提高植物纖維分散性的方法，其特征在于，用一種濕開法進行打開。
6.根據前面任一權利要求的提高植物纖維分散性的方法，其特征在于，打開之后，進行提高分散性的處理之前，對植物纖維進行濕處理。
7.一種用于提高植物纖維分散性的裝置，包括一組或多組輥，每組輥包括至少兩個具有許多齒或銷的輥，這些輥在圓周處有相對運動的情況下轉動，并相隔一所需的間距而設置以對從其間穿過的纖維體施加剪切力，其中，在每組輥中，以與植物纖維的移動方向相同的方向轉動的所述輥中的一個的圓周速度大于所述輥中另一個的圓周速度。
8.根據權利要求7的提高植物纖維的分散性的裝置，其特征在于，至少有兩個可沿相同方向轉動的輥。
9.在根據權利要求7或8的裝置中實施的根據權利要求1至6的任一個的方法。
全文摘要
一種提高植物纖維分散性的方法，其中，使由打開植物材料而獲得的植物纖維穿過至少一組輥，以提高植物纖維的分散性，每組輥包括至少兩個具有大量齒或銷的輥，且沿相同方向轉動。根據本發(fā)明，可提高通常由于結塊和(或)纏繞而不能與其它材料均勻混合的植物纖維的分散性，因而具有可與其它材料均勻混合的優(yōu)點。
文檔編號B27L11/08GK1095312SQ9410111
公開日1994年11月23日 申請日期1994年1月28日 優(yōu)先權日1993年5月21日
發(fā)明者入江昌一郎, 阿部元信, 秋山宣人 申請人:Ask株式會社, 三信整熱工業(yè)株式會社