專利名稱：物品成形方法和裝置及所形成的物品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于形成物品的方法和裝置，其中用熱塑性材料作為粘結(jié)劑。本發(fā)明還涉及由該方法或裝置形成的物品。
背景技術(shù)：
發(fā)達(dá)國(guó)家所面臨的一個(gè)主要問(wèn)題是對(duì)所產(chǎn)生的大量垃圾進(jìn)行處理。人們已付出了許多努力，尤其是對(duì)塑料和紙質(zhì)垃圾的回收?；厥账芰系姆椒ㄖ饕且蕾囘@樣的工藝，即將塑料歸成不同的種類，并利用受控制的比例來(lái)生產(chǎn)出再生產(chǎn)品。
歐洲的塑料制造商協(xié)會(huì)發(fā)表的、題為“用后塑料垃圾回收的可能性評(píng)估一預(yù)測(cè)2001和2006年的回收”的報(bào)告指明了塑料回收率提高的主要約束i/可收集垃圾與回收塑料的可能最終市場(chǎng)之間的不平衡ii/存在大量的混合塑料垃圾，將它們分離成同質(zhì)部分并進(jìn)行清洗的難度以及所消耗的能量要超出機(jī)械方式回收所能得到的環(huán)境利益。
該報(bào)告認(rèn)為，用機(jī)械方式回收的塑料的可能需求存在一個(gè)上限。該報(bào)告反映了工業(yè)界人士的共同意見(jiàn)，即需要嚴(yán)格控制分類才能生產(chǎn)出有價(jià)值的產(chǎn)品。它還反映這樣一種共識(shí)，即可生產(chǎn)的各種物品的市場(chǎng)是有限的。
在報(bào)告“SIRA International(1999)，澳大利亞塑料材料回收調(diào)查一塑料和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)的報(bào)告，澳大利亞堪培拉”中指明了回收商所面臨的主要問(wèn)題·不同塑料的分離·聚合物之間的污染·受污染的垃圾·塑料再處理的勞力強(qiáng)度很高，而回報(bào)卻很低·供求關(guān)系不平衡·最終用戶不足·收集和分離塑料回收商目前將塑料回收成七種類型
代碼1聚對(duì)苯二甲酸乙酯(PET或PETE)代碼2高密度聚乙烯(HDPE)代碼3乙烯樹(shù)脂(聚氯乙烯或PVC)代碼4低密度聚乙烯(LDPE)代碼5聚丙烯(PP)代碼6聚苯乙烯(PS)代碼7其它嚴(yán)格控制分類是較為昂貴的，在目前的回收工藝中是一項(xiàng)較大的成本部分。在需要嚴(yán)格控制分類的情況下，已經(jīng)很難以經(jīng)濟(jì)的方式生產(chǎn)出有市場(chǎng)的產(chǎn)品了。以該等回收工藝生產(chǎn)的許多產(chǎn)品的性能被認(rèn)為是劣等的。
人們也有這樣一種偏見(jiàn)，即在回收工藝中不應(yīng)使用聚乙烯薄膜。在“Siegler，T.&Perkins，R.(1999)，為回收而進(jìn)行的塑料瓶的分類，美國(guó)弗蒙特州Ascotney美國(guó)塑料委員會(huì)的DSM環(huán)境服務(wù)機(jī)構(gòu)”中，指出了以下要點(diǎn)“即使在塑料袋中接受很少量的可回收物質(zhì)也會(huì)顯著降低設(shè)備效率，除非在前端用薄膜去除系統(tǒng)來(lái)去除所有的薄膜?！薄疤峁┙oMRF(材料回收設(shè)備)的材料成分會(huì)顯著影響處理效率。進(jìn)入材料回收設(shè)備5、6和7的雜質(zhì)占進(jìn)入材料的3.7％到6.7％。這看起來(lái)很少量的進(jìn)入雜質(zhì)在這三個(gè)材料回收設(shè)備中相當(dāng)于分類勞力的31到67％?！薄靶枰鰪?qiáng)公共教育，以更好地告訴參與的家庭哪些塑料容器在回收程序中是可接受的?！盧athje，W和Murphy，C在“垃圾的五大神話和他們?yōu)槭裁词清e(cuò)的”中提到“回收所面臨的最大問(wèn)題不是將一樣?xùn)|西轉(zhuǎn)變成另一樣?xùn)|西的技術(shù)過(guò)程。任何東西都是可以回收的一只要將其回收成某一物品的需求足夠大。這樣，關(guān)鍵在于需求，對(duì)許多可回收材料的需求往往是較低的?！逼駷橹?，在商業(yè)上最具吸引力的回收工藝是那些利用工業(yè)垃圾的工藝。工業(yè)垃圾通常可包含大批的單種塑料，這可以免去進(jìn)行分類過(guò)程的需要。
發(fā)明目的和陳述本發(fā)明的目的在于提供一種由混合塑料垃圾來(lái)形成物品的方法和裝置，它可克服上述問(wèn)題，或至少可為公眾提供有用的選擇。
因此，按照本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種形成物品的方法，它包括以下步驟i/將待成形的材料導(dǎo)入一腔室，該材料含足夠量的熱塑性材料用以將材料粘結(jié)于一起；ii/在該腔室內(nèi)壓縮該材料，使其占據(jù)的體積減小；iii/輸入足夠的能量以使足夠的熱塑性材料基本熔化于整個(gè)材料中，從而在冷卻時(shí)將該材料粘結(jié)于一起；以及iv/從該腔室中釋放出所生產(chǎn)的物品。
能源可以是過(guò)熱蒸汽、微波能源或超聲波能源。該材料最好是切碎的熱塑性材料和其它材料。該材料最好沿一第一方向壓縮，然后再沿垂直于該第一方向的一第二方向壓縮。該材料可以進(jìn)一步沿垂直于第一和第二方向的一第三方向壓縮。所形成的物品既可以在腔室內(nèi)用液體或空氣冷卻，也可以放入一冷卻介質(zhì)中。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種形成物品的方法，它包括以下步驟i/將待成形的材料導(dǎo)入一腔室，該材料含足夠量的熱塑性材料用以在冷卻時(shí)將材料粘結(jié)于一起；ii/在該腔室內(nèi)壓縮該材料，使其占據(jù)的體積減??；iii/將足夠的過(guò)熱蒸汽導(dǎo)入容器以使足夠的熱塑性材料熔化，從而基本在整個(gè)材料中將材料粘結(jié)于一起；以及iv/從該腔室中釋放出所生產(chǎn)的物品。
該材料最好沿一第一方向壓縮，然后再沿垂直于該第一方向的一第二方向壓縮。該材料可以進(jìn)一步沿垂直于第一和第二方向的一第三方向壓縮。
該材料最好是切碎的熱塑性材料和其它材料的混合物。最好將過(guò)熱蒸汽通過(guò)腔室的一或多個(gè)側(cè)面中的通孔或通過(guò)在導(dǎo)入蒸汽時(shí)插入腔室的管子而導(dǎo)入腔室。過(guò)熱蒸汽的溫度較好地是在200℃到400℃之間，更好地是在260℃到320℃之間，最好是在280℃到300℃之間。腔室內(nèi)所維持的壓力較好地是在5到100psi之間，更好地是在5到60psi之間，最好是在10到20psi之間。過(guò)熱蒸汽導(dǎo)入模具較好地是持續(xù)10秒到5分鐘的時(shí)間，更好地是持續(xù)10到60秒，最好是持續(xù)10到20秒。在溫度恒定地保持于約300℃、并且蒸汽持續(xù)提供15秒的情況下，腔室內(nèi)所維持的壓力較好地是在5到25psi之間，更好地是在5到20psi之間，最好是在10到15psi之間。在過(guò)熱蒸汽的溫度約為300℃、并且壓力維持于約15psi的情況下，過(guò)熱蒸汽最好持續(xù)提供10到15秒的時(shí)間。材料的體積減小率較好地是在5∶1到25∶1之間，更好地是在10∶1到20∶1之間。材料可以包括最高到20％的非熱塑性材料，最好是最高到10％的非熱塑性材料。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種物品成形裝置，它包括一用于接受和容納含熱塑性材料的壓縮材料的型腔；以及用于將過(guò)熱蒸汽提供入該型腔的出口，這些出口設(shè)置成將足夠的熱量提供給型腔內(nèi)的基本所有材料，以使熱塑性材料基本熔化于整個(gè)材料中。
這些出口可以是型腔的一或多個(gè)表面中的通孔的形式，也可以是一或多根管子的形式，該管子具有在整個(gè)型腔上提供相對(duì)均勻分布的過(guò)熱蒸汽的通孔。該裝置可以包括一在模制之前使材料壓縮的壓縮腔?？梢允挂粚?duì)壁沿一第一方向彼此移近，使第二對(duì)壁沿垂直于第一方向的一第二方向彼此移近，并使第三對(duì)壁沿垂直于第一和第二方向的一第三方向彼此移近。型腔最好由彼此移近時(shí)的第一、第二和第三對(duì)壁形成。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種物品成形裝置，它包括一用于接納材料并將其壓縮到減小體積的壓縮腔；一用于容納該壓縮材料的型腔；以及一用于在基本整個(gè)型腔上提供微波輻射的微波源。
附圖簡(jiǎn)述下面參照附圖、通過(guò)實(shí)例來(lái)描述本發(fā)明，附圖中

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的物品成形系統(tǒng)的示意圖。
圖2是該物品成形裝置的側(cè)視剖視圖，其待成形的材料裝于壓縮腔內(nèi)。
圖3是該物品成形裝置在壓縮的第一階段之后的側(cè)視剖視圖。
圖4是該物品成形裝置的正視剖視圖。
圖5是該物品成形裝置在壓縮的第二階段之后的正視剖視圖。
圖6是該裝置在壓縮的第三階段完成之后的正視剖視圖。
圖7是該裝置在蒸汽注入管已插入型腔狀態(tài)的正視剖視圖。
圖8是圖7所示該物品成形裝置側(cè)視剖視圖。
圖9是該物品成形裝置在成形的物品已經(jīng)脫出之后的側(cè)視剖視圖。
圖10是圖9所示該裝置的正視剖視圖。
圖11是用于圖1到10的系統(tǒng)的液壓回路。
圖11A和11B是該物品成形裝置的用于回路的正視和側(cè)視剖視圖。
圖12是用于圖1到11的系統(tǒng)的水回路的示意圖。
圖13是第二實(shí)施例的物品成形裝置的正視剖視圖。
圖14是圖13的該物品成形裝置的側(cè)視剖視圖。
圖15是第三實(shí)施例的物品成形裝置的正視剖視圖。
圖16是圖15的物品成形裝置的側(cè)視剖視圖。
圖17表示由圖1到16的任何一個(gè)物品成形裝置所生產(chǎn)出的塊狀物品。
圖18表示由圖17所示類型的塊體構(gòu)成的墻壁。
圖19是用圖17的塊體構(gòu)成的墻壁的剖視圖。
圖20是用圖17的塊體以螺紋固定到路面上而構(gòu)成的墻壁的剖視圖。
圖21是用圖17的塊體以螺紋固定到樁柱上而構(gòu)成的墻壁的剖視圖。
圖22是用圖17的塊體構(gòu)成的、設(shè)置有灌溉裝置的墻壁的剖視圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述首先參見(jiàn)圖1，現(xiàn)在來(lái)描述第一實(shí)施例的物品成形系統(tǒng)的示意圖。將待加工的材料提供給切碎機(jī)1。提供給切碎機(jī)1的材料包含足夠比例的熱塑性材料，用以在加工時(shí)將物品粘結(jié)于一起。最好，該材料是垃圾塑料?；旌系睦芰峡梢栽诨疚唇?jīng)分類的狀態(tài)下提供。對(duì)于一般的家庭垃圾混合物，通常不需要分類成不同的塑料種類?？赡苄枰欢ǖ姆诸?，以剔除包含在垃圾內(nèi)的不希望有的非塑料材料，諸如較大的非塑料物品或發(fā)泡聚苯乙烯。較佳地是80％以上、更佳地是90％以上的材料是塑料。
切碎機(jī)1最好將材料切碎成條狀。合適的切碎機(jī)是由新西蘭惠靈頓的Peak技術(shù)有限公司生產(chǎn)的PT 45切碎機(jī)。該材料最好切碎成寬度在10到20毫米之間、最好約為16毫米的碎條。由于切碎工藝，碎條的寬度可以有一定程度的差異，并且切碎的材料的邊緣有一定粗糙度可能是有利的，這將在后面討論。
除了塑料，可以加入最高量約為20％的某些其它材料，諸如鋸屑、木屑、紙或其它纖維，但最好是少于10％。
切碎的材料通過(guò)加料斗2送入清洗和干燥筒3。沿筒的長(zhǎng)度設(shè)置有一螺旋推運(yùn)器5，用以在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)將材料送過(guò)筒。在第一階段4中，在切碎材料通過(guò)該第一階段時(shí)，對(duì)它們噴水，螺旋推運(yùn)器5使材料前進(jìn)通過(guò)筒而到達(dá)一帶孔的干燥部分6。在第二沖洗階段7中，對(duì)切碎的材料再次噴以熱水，螺旋推運(yùn)器5使切碎材料前進(jìn)通過(guò)部分7而進(jìn)入干燥部分8。干燥部分8具有較大的通孔，允許水排出切碎材料。材料在被清洗熱水加熱后而保有的殘留熱量有利于材料的干燥。整個(gè)筒3通過(guò)一液壓馬達(dá)或電動(dòng)機(jī)而轉(zhuǎn)動(dòng)。
切碎材料從干燥部分8被送到收集器9，并通過(guò)螺旋推運(yùn)器或傳送器10被送到物品成形裝置11。鍋爐12為過(guò)熱器13提供蒸汽，該過(guò)熱器將過(guò)熱蒸汽提供給物品成形裝置11。
下面參見(jiàn)圖2，該圖中表示的是第一實(shí)施例的物品成形裝置的側(cè)視剖視圖。加料斗14將切碎的材料提供給一壓縮腔15。壓縮腔15包括三對(duì)壁，它們可以彼此移近而壓縮其中的材料。圖2中示出了第一對(duì)壁16和17。在該例中，壁17是固定的，壁16可以在頂桿18伸長(zhǎng)時(shí)朝壁17移動(dòng)。一旦頂桿18伸長(zhǎng)，壁16移動(dòng)到圖3所示位置。
下面參見(jiàn)圖4，該圖中表示的是裝置11的正視剖視圖。在該視圖中可以看到，側(cè)壁19和20在彼此移近后將切碎材料21容納于它們之間。在壓縮的第二階段，頂桿22到25伸長(zhǎng)，從而使壁19和20移動(dòng)到圖5所示位置。如圖5所示，切碎材料21已被沿第一方向壓縮，然后沿垂直于第一方向的第二方向壓縮。在第二壓縮階段中使兩個(gè)壁彼此移近有助于均勻分布?jí)嚎s材料。
在第三壓縮階段，壁26和27彼此移近。頂桿28和29伸長(zhǎng)，從而使壁26和27移動(dòng)到圖6所示位置。此時(shí)，材料已被沿垂直于前面壓縮階段中的第一和第二方向的第三方向壓縮。
我們認(rèn)為，沿一個(gè)方向、再沿垂直于第一方向的至少另一個(gè)方向壓縮切碎材料是有利的。沿單一方向壓縮材料可能導(dǎo)致碎條的排齊。沿垂直的方向壓縮材料有助于產(chǎn)生一個(gè)在任何單一方向上均不太排齊的結(jié)構(gòu)。該工藝也有助于促進(jìn)材料碎條的粗糙邊緣的互鎖，從而有利于將材料粘結(jié)于一起。然而，在某些場(chǎng)合，可能需要碎條排齊，在這種情況下，可以采用單一方向的壓縮。壓縮腔最好在豎直方向上是細(xì)長(zhǎng)的，以盡量減小裝置的占地面積，并促使材料2 1均勻分布(即防止堆疊中的材料的隆起)。每個(gè)階段的壓縮最好基本相等(每個(gè)階段中約為2.5∶1)。通過(guò)對(duì)壓縮腔填充以不同重量的材料，可以形成不同密度的塊體。
在三個(gè)壓縮階段之后，三對(duì)壁16和17、19和20以及26和27已彼此移近而形成一含切碎材料21的型腔。雖然在該實(shí)施例中，型腔形成為壓縮腔的一部分，但可以理解，可以采用分離的型腔和壓縮腔。
在該工藝的下一工序中，必須給型腔提供足夠的能量，以使足夠的熱塑性材料在切碎材料21內(nèi)熔化，這樣材料在冷卻后可基本粘結(jié)于一起。材料21飽和有熱能，以確保形成相對(duì)一致的粘結(jié)基體。通常的家庭垃圾的較多成分是聚乙烯，它在用于熱膠槍中時(shí)具有優(yōu)良的粘結(jié)特性。低密度聚乙烯對(duì)回收商來(lái)說(shuō)通常是一種難處理的垃圾，它在生活垃圾中占較大比例。聚乙烯在熔化之前可以是結(jié)晶形態(tài)，并在冷卻后可恢復(fù)結(jié)晶形態(tài)。在本發(fā)明的方法中，它是一種有效的粘結(jié)劑。也可以使用其它的低熔點(diǎn)熱塑性材料來(lái)將材料粘結(jié)于一起。
為了實(shí)現(xiàn)能生產(chǎn)可行產(chǎn)品的、經(jīng)濟(jì)的工藝，必須在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)提供足以使熱塑性粘結(jié)材料熔化于基本整個(gè)物品中的能量。按照本發(fā)明的第一個(gè)方面，通過(guò)沿其長(zhǎng)度具有通孔的管子導(dǎo)入過(guò)熱蒸汽，以加熱整個(gè)模具中的所有熱塑性材料，從而提供有效的粘結(jié)。
下面參見(jiàn)圖7，現(xiàn)在來(lái)描述本發(fā)明第一個(gè)方面的模制階段。在圖7中示出一總管30，從它延伸出多根管子31。在該實(shí)例中，管子31的外徑為9.5毫米，壁厚在0.9到1.2毫米之間。以25毫米的間隔在管子上鉆出2毫米的通孔，管子的端部封閉而形成一個(gè)尖端。通過(guò)入口32將過(guò)熱蒸汽輸入總管30，并輸出入管子31。在模制過(guò)程中，管子31分布于整個(gè)型腔內(nèi)，并具有沿其長(zhǎng)度間隔開(kāi)的通孔，以在整個(gè)型腔的多個(gè)位置處提供過(guò)熱蒸汽。如圖7中所示，頂桿33伸長(zhǎng)，從而將管子31通過(guò)壁26中的通孔插入材料21。型腔基本是密封的，型腔內(nèi)的壓力可以通過(guò)一可調(diào)卸壓閥34控制。在該實(shí)例中，型腔的尺寸制成可形成一約200毫米×200毫米×400毫米的塊體。蒸汽以指定的溫度和壓力導(dǎo)入預(yù)定的時(shí)間，以確保將正確的能量以合適的速度提供給材料21。
過(guò)熱蒸汽在總管30內(nèi)的溫度較好地是在200℃到400℃之間，更好地是在260℃到320℃之間，最好是在280℃到300℃之間。型腔內(nèi)所維持的壓力較好地是在5到100psi之間，更好地是在5到60psi之間，最好是在10到20psi之間。過(guò)熱蒸汽提供給型腔的持續(xù)時(shí)間較好地是在10秒到5分鐘之間，更好地是在10到60秒之間，最好是在10到20秒之間。
其目的是在整個(gè)模具內(nèi)提供足夠的熱量使足夠的熱塑性材料熔化，以在冷卻后有效地將材料21粘結(jié)于一起。熱量必須以合適的溫度和壓力提供，以避免使產(chǎn)品的質(zhì)量降低，并使工藝較為經(jīng)濟(jì)。操作參數(shù)將根據(jù)所使用的材料以及待成形的產(chǎn)品的密度而有所變化。對(duì)于混合垃圾塑料已確定了一些優(yōu)選的操作參數(shù)如下。
一種方法是使過(guò)熱蒸汽的溫度和供給時(shí)間保持基本恒定，而改變型腔內(nèi)所維持的壓力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)過(guò)熱蒸汽的溫度維持在約300℃并持續(xù)供給約15秒時(shí)間時(shí)，可以得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了得到高密度的塊體(275到350千克/米3)，壓力最好維持在約15到25psi之間。為了得到中密度的塊體(200到270千克/米3)，壓力最好維持在約10到20psi之間。為了得到低密度的產(chǎn)品(100到200千克/米3)，壓力最好維持在約5到15psi之間。對(duì)于諸如建筑塊體、聲學(xué)塊體、熱絕緣用塊體等之類的不同應(yīng)用場(chǎng)合，可能需要不同密度的塊體。約300℃的總管溫度是較為有利的，因?yàn)樗銐虻投恢陆档筒牧系馁|(zhì)量，但同時(shí)又足夠高而能以足夠快的速度提供能量。該溫度可以很容易、很經(jīng)濟(jì)地用一過(guò)熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)。該溫度也允許壓力保持相對(duì)較低。使用固定的周期時(shí)間是指，前面和后續(xù)的工序不受所生產(chǎn)的物品類型的影響。
另一種方法是將過(guò)熱蒸汽的溫度恒定地保持在約300℃，并將壓力恒定地保持在約15psi。在這種情況下，蒸汽供給到型腔的持續(xù)時(shí)間通常在10到20秒之間變化。這取決于所使用的材料。
再參見(jiàn)圖7，可以看到，通過(guò)位于模具頂部的可變卸壓閥34而提供通風(fēng)。在模具頂部提供通風(fēng)是較為可取的，因?yàn)閬?lái)自管子31的能量分配往往會(huì)朝模具底部具有一梨形的分布。利用頂部的通風(fēng)，梨子底部的蒸汽可行進(jìn)通過(guò)頂部區(qū)域，使塊體中的所有材料更均勻地加熱。
一旦對(duì)型腔提供了足夠的蒸汽，總管30和管子31被頂桿33縮回。在足夠量的過(guò)熱蒸汽被提供給模具后，通過(guò)入口35導(dǎo)入冷卻水。可以采用任何合適的冷卻液體或氣體，但水是優(yōu)選的。使模具中所形成的物品21冷卻的優(yōu)點(diǎn)在于，在脫出模具之前使物品定形到模具的形狀。然而，可以將物品21從模具推入一冷卻流體。
在物品21冷卻后，壁27可以由頂桿36轉(zhuǎn)動(dòng)，從而讓形成的塊體21從型腔脫出，如圖9和10所示。
下面參見(jiàn)圖11，該圖中示出了用于圖1到10的系統(tǒng)的液壓回路。液壓箱37給液壓能源38提供液壓流體。它提供液壓流體而驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)39，該液壓馬達(dá)使筒3轉(zhuǎn)動(dòng)。液壓能源38還提供液壓流體而驅(qū)動(dòng)傳送器10的液壓馬達(dá)41。液壓流體也從能源38輸送到切碎機(jī)馬達(dá)42。液壓流體通過(guò)回流管(虛線)返回到液壓箱37。液壓能源38也給液壓控制器40提供增壓的液壓流體，該控制器在可編程邏輯控制器(PLC)43的控制下將流體提供給裝置11的頂桿。
圖11A和11B表示從液壓控制器40到頂桿18、22-25、28和29、33和36的液壓回路。這些頂桿由PLC 43控制而以適當(dāng)?shù)捻樞蚬ぷ鳌?br> 下面參見(jiàn)圖12，該圖中示出了用于圖1到11B的系統(tǒng)的水回路。清洗水被輸送到水箱44，該水箱將水提供給熱水箱45。熱水從熱水箱45輸送至沖洗箱46。沖洗箱46將熱水輸送至噴淋器47，用于對(duì)切碎材料進(jìn)行第一次沖洗。用于第二次沖洗的熱水從熱水箱45輸送至噴淋器48。兩個(gè)工作階段的多余水被收集于滴水盤49和50中，經(jīng)過(guò)濾器51和52過(guò)濾，并被泵53泵回到?jīng)_洗箱46。雖然經(jīng)過(guò)濾，但沖洗箱中的水質(zhì)要差于其它水箱，僅適用于第一次沖洗。
熱水箱45的水還被輸送至鍋爐54。鍋爐54給過(guò)熱器55提供蒸汽。過(guò)熱器55給三路閥56提供過(guò)熱蒸汽，該三路閥將過(guò)熱蒸汽輸送至裝置11的總管30或輸送至冷凝器57而返回到熱水箱45。用以冷卻模制物品的冷卻水從熱水箱45被輸送至入口35。滴水盤58所收集的水被返回到熱水箱45。
下面參見(jiàn)圖13和14，圖中示出了本發(fā)明第二個(gè)方面的裝置。在該例中，需要形成相對(duì)較薄的物品，過(guò)熱蒸汽是通過(guò)型腔的側(cè)壁而提供的。該物品成形裝置與上述的裝置相同，只是頂壁26和總管30被模具部分58代替，壁27被壁59代替。在該例中，過(guò)熱蒸汽是通過(guò)入口60輸送到模具部分58的內(nèi)部空腔。過(guò)熱蒸汽從模具部分58的內(nèi)部空腔通過(guò)許多相鄰于模具部分58與材料21相對(duì)的表面的通孔。同樣，壁59內(nèi)也具有一空腔，在壁59與材料21相鄰的表面上設(shè)有通孔，這些通孔布置成可在整個(gè)材料21提供相對(duì)均勻的加熱。這種方法適合于制造相對(duì)較薄的物品。除了是通過(guò)通孔而不是通過(guò)管子來(lái)提供蒸汽以外，其操作與圖1到12所示的實(shí)施例相同。
下面參見(jiàn)圖15和16，圖中示出了另一備選實(shí)施例，除了總管30和針管31由一微波輻射器61代替外，它也與裝置11相同。在該例中，加熱能量是通過(guò)微波輻射、而不是通過(guò)使用過(guò)熱蒸汽而提供給濕材料21的。在這種情況下，需要為型腔提供水，并且型腔必須密封，以實(shí)現(xiàn)增壓。可以將水注入模具，也可以導(dǎo)入濕的材料。微波輻射使水加熱而在整個(gè)型腔內(nèi)形成過(guò)熱蒸汽。其它的操作與上述的相同。也可以采用其它的能源來(lái)對(duì)整個(gè)型腔內(nèi)的水分進(jìn)行加熱。
下面參見(jiàn)圖17，圖中示出了由本發(fā)明的裝置所形成的塊狀物品。在該例中，塊體62在一個(gè)表面上形成有凹陷63，并在相對(duì)的表面上形成有相應(yīng)的突起64。在形成如圖18所示的墻壁時(shí)，突起64可以嵌合于相鄰塊體的凹陷63內(nèi)，突起64和凹陷63有助于使塊體定位，保持側(cè)向的穩(wěn)定性。當(dāng)然，塊體也可以制成不具有突起或凹陷。
下面參見(jiàn)圖19到22，它們沒(méi)有示出相互嵌合的突起和凹陷，但也可以采用突起和凹陷，在圖19所示的墻壁中，墻壁建在地面70上所形成的一混凝土地基71上。塊體72彼此疊置并通過(guò)任何合適的粘結(jié)劑固定于一起。塊體可以用粘性產(chǎn)品而固定于一起，諸如可在大氣中凝固的瀝青砂膠材料，或者用熱膠槍涂敷的粘膠。
在該實(shí)施例中，塊體涂覆有營(yíng)養(yǎng)物和/或諸如種子之類的繁殖材料。而且，沿頂部可以設(shè)置灌溉管74，以灌溉生長(zhǎng)在墻壁上的植物。
塊體72最好可包括一定量的紙或其它適于保持水分的材料，它們可提供一合適的介質(zhì)供物質(zhì)在其上繁殖。再生的塑料材料可提供合適的多孔結(jié)構(gòu)，植物的根可以延伸入該多孔結(jié)構(gòu)而形成天然的自支撐結(jié)構(gòu)。
下面參見(jiàn)圖20，圖中示出了一備選實(shí)施例，其中在地面77中固定一桿75，該桿最好由鋼制成，并從一混凝土地基76延伸出來(lái)。多個(gè)塊體72具有縱向通孔，因而這些塊體72可以沿一組間隔設(shè)置的桿柱用螺紋固定。塊體72中的通孔可以形成錯(cuò)開(kāi)的形式，因而塊體可以在層與層之間彼此錯(cuò)開(kāi)。
圖21示出一類似的實(shí)施例，其中木樁78從混凝土地基79延伸出來(lái)，多個(gè)塊體72通過(guò)形成于其中的通孔而用螺紋固定在木樁78上。
圖22示出一結(jié)構(gòu)與圖20所示類似的墻壁，其中用拉索80來(lái)穩(wěn)定墻壁。拉索80既可以相鄰于塊體72而延伸，也可以朝底部?jī)A斜離開(kāi)塊體，如這兩種結(jié)構(gòu)所示。也可以沿上述任何一面墻壁間隔地設(shè)置支持件，以增加穩(wěn)定性。
由此可見(jiàn)，本發(fā)明提供了一種由塑料垃圾材料來(lái)生產(chǎn)適用于建筑、絕緣、音障等的物品的方法和裝置。本發(fā)明的方法基本能將未經(jīng)分類的塑料垃圾加工成適合使用的建筑材料。采用混合的塑料材料而不進(jìn)行分類，其相對(duì)于現(xiàn)有的方法具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明的裝置相對(duì)較為簡(jiǎn)單，能以相對(duì)較低的成本構(gòu)制起來(lái)。本發(fā)明的方法允許用塑料垃圾來(lái)經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)建筑材料。
由本發(fā)明的方法生產(chǎn)的產(chǎn)品具有優(yōu)良的抗震和吸震性能，這使得它們適用于耐受地震或振動(dòng)的結(jié)構(gòu)。由本發(fā)明的方法生產(chǎn)的產(chǎn)品還具有優(yōu)良的絕熱性和隔音性，這使得它們適用于某些建筑場(chǎng)合。該材料還具有記憶力，因而在變形后可以恢復(fù)到其原來(lái)形狀。
本發(fā)明不需要將塑料分類成各種塑料種類，因而可看作是在混合垃圾塑料加工中的一個(gè)顯著的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種形成物品的方法，它包括以下步驟i/將待成形的材料導(dǎo)入一腔室，該材料含足夠量的熱塑性材料用以將材料粘結(jié)于一起；ii/在該腔室內(nèi)壓縮該材料，使其占據(jù)的體積減??；iii/輸入足夠的能量以熔化足夠的、基本遍布于整個(gè)材料中的熱塑性材料，從而在冷卻時(shí)將該材料粘結(jié)于一起；以及iv/從該腔室中釋放出所生產(chǎn)的物品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該材料沿一第一方向壓縮，然后再沿垂直于該第一方向的一第二方向壓縮。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該材料再沿垂直于第一和第二方向的一第三方向壓縮。
4.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在步驟iii中，能量是通過(guò)對(duì)腔室中施加過(guò)熱蒸汽來(lái)提供的。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，過(guò)熱蒸汽是通過(guò)腔室的一或多個(gè)側(cè)壁來(lái)提供的。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟iii中，過(guò)熱蒸汽是通過(guò)沿其長(zhǎng)度具有通孔、并插入腔室的管子來(lái)提供的。
7.如權(quán)利要求1到3的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，能量是通過(guò)一微波能源來(lái)提供的。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在提供微波能量之前將水注入腔室。
9.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在將材料放入腔室之前將其切碎。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，將材料切碎成寬度約為10到20毫米的碎條。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，碎條具有粗糙的邊緣。
12.如權(quán)利要求9到11的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在材料切碎之后并在放入腔室之前對(duì)其進(jìn)行沖洗和干燥。
13.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該熱塑性材料是垃圾塑料。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該熱塑性材料是不同種類的垃圾塑料的混合物。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該熱塑性材料包括PETE和/或聚乙烯。
16.如權(quán)利要求13到15的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，其它的待成形材料包括鋸屑、小木片、纖維和紙中的至少一種。
17.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在步驟iv中釋放物品之前，通過(guò)將液體導(dǎo)入腔室而使物品冷卻。
18.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在步驟iv中釋放物品之前，通過(guò)將空氣導(dǎo)入腔室而使物品冷卻。
19.如權(quán)利要求1到16的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)將物品從腔室放入一流體槽而使物品冷卻。
20.一種形成物品的方法，它包括以下步驟i/將待成形的材料導(dǎo)入一腔室，該材料含足夠量的熱塑性材料用以將材料粘結(jié)于一起；ii/在該腔室內(nèi)壓縮該材料，使其占據(jù)的體積減??；iii/將足夠的過(guò)熱蒸汽導(dǎo)入容器以熔化足夠的、基本遍布于整個(gè)材料中的熱塑性材料，從而在冷卻時(shí)將該材料粘結(jié)于一起；以及iv/從該腔室中釋放出所產(chǎn)生的物品。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，該材料沿一第一方向壓縮，然后再沿垂直于該第一方向的一第二方向壓縮。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，該材料再沿垂直于第一和第二方向的一第三方向壓縮。
23.如權(quán)利要求20到22的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在將材料放入腔室之前將其切碎。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，將材料切碎成寬度約為10到20毫米的碎條。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，將碎條切成具有粗糙的邊緣，它們?cè)诒粔嚎s時(shí)互鎖。
26.如權(quán)利要求23到25的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在材料被送入腔室之前對(duì)其進(jìn)行沖洗和干燥。
27.如權(quán)利要求20到26的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該熱塑性材料是垃圾塑料。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，該熱塑性材料是不同種類的垃圾塑料的混合物。
29.如權(quán)利要求27號(hào)28所述的方法，其特征在于，該熱塑性材料包括PETE和/或聚乙烯。
30.如權(quán)利要求27到29的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該待成形的材料包括鋸屑、小木片、纖維和紙中的至少一種。
31.如權(quán)利要求20到29的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在將物品釋放出腔室之前，通過(guò)對(duì)腔室提供冷卻流體而使物品冷卻。
32.如權(quán)利要求20到30的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在將物品釋放出腔室之前，通過(guò)將空氣導(dǎo)入腔室而使物品冷卻。
33.如權(quán)利要求20到30的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)將物品從腔室放入一流體槽而使物品冷卻。
34.如權(quán)利要求20到33的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，過(guò)熱蒸汽通過(guò)設(shè)置在腔室的一或多個(gè)側(cè)壁中的開(kāi)口而提供給腔室。
35.如權(quán)利要求20到33的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，過(guò)熱蒸汽通過(guò)將沿其長(zhǎng)度具有通孔的管子插入腔室而提供，用于將過(guò)熱蒸汽在多個(gè)位置送入腔室，以確保足夠的熱塑性材料熔化于整個(gè)物品中，使物品在冷卻時(shí)粘結(jié)于一起。
36.如權(quán)利要求20到35的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟iii中，將溫度在200℃到400℃之間的過(guò)熱蒸汽提供給腔室。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，過(guò)熱蒸汽的溫度在260℃到320℃之間。
38.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，過(guò)熱蒸汽的溫度在280℃到300℃之間。
39.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在步驟iii中，腔室內(nèi)的壓力維持在5psi到100psi之間。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，壓力維持在5到60psi之間。
41.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，壓力維持在10到20psi之間。
42.如權(quán)利要求20到41的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟iii中，過(guò)熱蒸汽送入腔室的持續(xù)時(shí)間在10秒到5分鐘之間。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，持續(xù)時(shí)間在10秒到60秒之間。
44.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，持續(xù)時(shí)間在10秒到20秒之間。
45.如權(quán)利要求20到35的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將溫度在260℃到320℃之間的過(guò)熱蒸汽在5到25psi的壓力下以持續(xù)10到20秒的時(shí)間提供給腔室。
46.如權(quán)利要求20到35的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將溫度約為300℃的過(guò)熱蒸汽在5到25psi的壓力下以持續(xù)約15秒的時(shí)間提供給腔室。
47.如權(quán)利要求20到35的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將溫度約為300℃的過(guò)熱蒸汽以持續(xù)10到15秒的時(shí)間送入腔室，并且腔室中的壓力維持在約15psi。
48.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，材料體積的減小率在5∶1到25∶1之間。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，材料體積的減小率在10∶1到20∶1之間。
50.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該材料中所包括的非熱塑性材料最高達(dá)20％。
51.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該材料中所包括的非熱塑性材料最高達(dá)10％。
52.如權(quán)利要求3或22所述的方法，其特征在于，該材料沿每個(gè)壓縮方向的壓縮量基本相同。
53.一種由前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法生產(chǎn)的物品。
54.如權(quán)利要求53所述的物品，其特征在于，該物品呈塊體的形式。
55.如權(quán)利要求54所述的物品，其特征在于，在該塊體的一個(gè)表面上設(shè)置有突起，在該塊體的一個(gè)相對(duì)表面上設(shè)置有凹陷，這些突起和凹陷設(shè)置成在構(gòu)筑一面墻壁時(shí)有助于塊體正確的定位和互鎖。
56.如權(quán)利要求53到55的任一項(xiàng)所述所述的物品，其特征在于，該塊體設(shè)置有通孔，用以接納加強(qiáng)或?qū)R構(gòu)件。
57.如權(quán)利要求53到56的任一項(xiàng)所述所述的物品，其特征在于，該物品涂覆有營(yíng)養(yǎng)物和/或繁殖材料。
58.一種物品成形裝置，它包括一用于接受和容納含熱塑性材料的壓縮材料的型腔；以及用于將過(guò)熱蒸汽提供入該型腔的出口，這些出口設(shè)置成將足夠的熱量提供給型腔內(nèi)的基本所有材料，以使熱塑性材料基本熔化于整個(gè)材料中。
59.如權(quán)利要求58所述的裝置，其特征在于，這些出口呈設(shè)置在型腔的一或多個(gè)表面中的通孔的形式。
60.如權(quán)利要求58所述的裝置，其特征在于，這些出口是一或多根具有間隔設(shè)置的通孔的管子的形式，該管子在將材料提供給型腔時(shí)被導(dǎo)入型腔，并在將材料取出型腔之前被抽出。
61.如權(quán)利要求60所述的裝置，其特征在于，有多根管子為型腔提供過(guò)熱蒸汽。
62.如權(quán)利要求61所述的裝置，其特征在于，這些管子從一共用的總管送出，管子和總管相對(duì)于型腔同步移動(dòng)。
63.如權(quán)利要求58到62的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該型腔基本是密封的，并具有一卸壓機(jī)構(gòu)。
64.如權(quán)利要求63所述的裝置，其特征在于，該卸壓機(jī)構(gòu)是可調(diào)的。
65.如權(quán)利要求58到64的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，它包括一用于壓縮材料以提供給型腔的壓縮腔，其中，壓縮腔的一或多對(duì)壁可以彼此移近而壓縮其中的材料。
66.如權(quán)利要求65所述的裝置，其特征在于，該壓縮腔在豎直方向上是細(xì)長(zhǎng)的。
67.如權(quán)利要求65或66所述的裝置，其特征在于，壓縮腔的第一對(duì)壁沿一第一方向彼此移近而壓縮材料，壓縮腔的第二對(duì)壁沿垂直于第一方向的一第二方向彼此移近而壓縮材料。
68.如權(quán)利要求67所述的裝置，其特征在于，該第一對(duì)壁中的一個(gè)壁是固定的，另一個(gè)壁可相對(duì)于它移動(dòng)。
69.如權(quán)利要求67或68所述的裝置，其特征在于，第二對(duì)壁的兩個(gè)壁彼此移近而壓縮材料。
70.如權(quán)利要求67到69的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，第一和第二方向均位于一基本水平的平面內(nèi)。
71.如權(quán)利要求67到70的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，第三對(duì)壁可沿垂直于第一和第二方向的一第三方向彼此移近，以提供第三壓縮階段。
72.如權(quán)利要求67到71的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，這些對(duì)壁由液壓頂桿驅(qū)動(dòng)。
73.如權(quán)利要求71所述的裝置，其特征在于，該型腔在第一、第二和第三對(duì)壁已彼此移近而壓縮其中的材料時(shí)形成。
74.如權(quán)利要求73所述的裝置，其特征在于，在第三對(duì)壁的下部設(shè)置有一折板，它可打開(kāi)而釋放出成形的物品。
75.如權(quán)利要求58到74的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，它包括一用于將冷卻流體提供給型腔的流體供給閥。
76.一種物品成形裝置，它包括一用于接納材料并將其壓縮到減小體積的壓縮腔；一用于容納該壓縮材料的型腔；以及一用于在基本整個(gè)型腔上提供微波輻射的微波源。
77.如權(quán)利要求76所述的裝置，其特征在于，該型腔基本是密封的，并具有一卸壓機(jī)構(gòu)。
78.如權(quán)利要求77所述的裝置，其特征在于，該卸壓機(jī)構(gòu)是可調(diào)的。
79.如權(quán)利要求76到78的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，它包括一用于壓縮材料以提供給型腔的壓縮腔，其中，壓縮腔的一或多對(duì)壁可以彼此移近而壓縮其中的材料。
80.如權(quán)利要求79所述的裝置，其特征在于，該壓縮腔在豎直方向上是細(xì)長(zhǎng)的。
81.如權(quán)利要求79或80所述的裝置，其特征在于，壓縮腔的第一對(duì)壁可沿一第一方向彼此移近而壓縮材料，壓縮腔的第二對(duì)壁可沿垂直于第一方向的一第二方向彼此移近而壓縮材料。
82.如權(quán)利要求81所述的裝置，其特征在于，該第一對(duì)壁中的一個(gè)壁是固定的，另一個(gè)壁可相對(duì)于它移動(dòng)。
83.如權(quán)利要求81或82所述的裝置，其特征在于，第二對(duì)壁的兩個(gè)壁彼此移近而壓縮材料。
84.如權(quán)利要求81到83的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，第一和第二方向均位于一基本水平的平面內(nèi)。
85.如權(quán)利要求81到84的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，第三對(duì)壁可沿垂直于第一和第二方向的一第三方向彼此移近，以提供第三壓縮階段。
86.如權(quán)利要求81到85的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，這些對(duì)壁由液壓頂桿驅(qū)動(dòng)。
87.如權(quán)利要求85所述的裝置，其特征在于，該型腔在第一、第二和第三對(duì)壁己彼此移近而壓縮其中的材料時(shí)形成。
88.如權(quán)利要求87所述的裝置，其特征在于，在第三對(duì)壁的下部設(shè)置有一折板，它可打開(kāi)而釋放出成形的物品。
89.如權(quán)利要求76到88的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，它包括一用于將冷卻流體提供給型腔的流體供給閥。
全文摘要
一種用于形成物品的方法和裝置，其中用熱塑性材料作為粘結(jié)劑。材料(21)在切碎機(jī)(1)中切碎，在壓縮腔(15)中壓縮，并在型腔(16，17，19，20，26，27)中模制。熱塑性材料被加熱，同時(shí)該材料被保持在壓縮狀態(tài)，然后，經(jīng)冷卻而使材料粘結(jié)于一起。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)沿其長(zhǎng)度具有通孔的管子(31)提供過(guò)熱蒸汽。在另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)模具(58，59)的側(cè)壁中的通孔提供過(guò)熱蒸汽。由本發(fā)明的方法和裝置形成的塊體(62，72)可應(yīng)用于建筑材料等場(chǎng)合，它們具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)、熱學(xué)和聲音學(xué)特性。
文檔編號(hào)B29C43/00GK1440327SQ01812241
公開(kāi)日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2001年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月4日
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