專利名稱：用于生產(chǎn)紙漿模制產(chǎn)品的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)紙漿模制產(chǎn)品的設(shè)備及方法，該項發(fā)明是為了改善紙漿模制產(chǎn)品的成形過程。
背景技術(shù)：
今日，纖維成形制品(Pulp)已被廣泛應(yīng)用于眾多產(chǎn)品之中，例如餐具、容器及包裝，特別是可降解用品。纖維成形制品一般有兩種生產(chǎn)方法，分別是干制法(Dry Method)和濕制法(WetMethod)。干制法是指用一塊干而且平的大紙版折疊及把鄰邊翼位黏合而成(joining various adjacent flaps)的餐具制品，此方法不但制作麻煩而且成本昂貴，造出來的產(chǎn)品也不防漏。而濕制法是把濕濕的紙漿壓成與成品相近的外型，經(jīng)過熱壓處理把成品烘干，整體上造出來的產(chǎn)品厚度平均。
傳統(tǒng)上的濕制法可分為六個主要步驟，分別是碎漿(Shedding)、疏解(Fine Carving)、配漿(Dosing)、成型(Forming)、冷壓(Cold Press)及熱壓(Hot Press)。在碎漿時，水和紙張會被放進攪拌器內(nèi)攪拌磨碎，而紙張的成份主要是由植物纖維，包括木、竹、蔗等制成。在疏解時，磨碎的纖維會被放入處理器(Processor)內(nèi)作進一步攪拌混合，待植物纖維完全稀釋于水分之中。在配漿時，纖維紙漿會被送往另一臺攪拌器內(nèi)，加入添加劑，例如水或油的密封劑，改變植物纖維的特性。在成型的時候，含有植物纖維及添加劑的紙漿會注入成形罩(Chamber)內(nèi)，纖維中的水分會被裝置于網(wǎng)下的真空吸出。此植物纖維便會沉積于下模的網(wǎng)上，處于此狀態(tài)下的纖維，就彷如一張濕透的紙巾般，準(zhǔn)備進行冷壓。通過上下模的壓力，將多余的水分?jǐn)D出，經(jīng)過此過程，成品的初形大致形成。最后，便會利用一對約150℃至180℃的熱模進行熱壓處理，只需45至60秒，產(chǎn)品便會完全壓干。
一般來說，用來生產(chǎn)該紙漿模制產(chǎn)品機器一般可分為兩大類一連續(xù)性生產(chǎn)型(Continuous Type)和批量性生產(chǎn)型(Batch ProcessType)。由于大部分的生產(chǎn)時間會花在成形的步驟上。當(dāng)然要視乎每件產(chǎn)品的外型及設(shè)計而有所不同，但一般來說，批量性生產(chǎn)的成形時間約20至60秒。而連續(xù)性生產(chǎn)，雖然成形時間較快，但仍占所有步驟中時間為最長。以一個600毫升的餐盒為例，批量性生產(chǎn)的成型時間約45秒。
在成型的過程中，如圖1所示，紙漿(Slurry)會被倒入一塊網(wǎng)(Mesh)或具滲透性的容器中(Container with porous material)，然后注入空氣攪拌紙漿，紙漿稍后便會慢慢沉淀于網(wǎng)上。隨后啟動網(wǎng)下真空裝置，水份便會穿過沉積的纖維及網(wǎng)抽出，一層濕如地毯般的纖維便會形成于網(wǎng)上。這層濕透的纖維將會經(jīng)過冷壓，壓成成品的初形；再經(jīng)熱壓，壓出最終成品。
采用真空的缺點(i)最大的吸水力受到負(fù)1巴(bar)～(指1公斤/平方厘米(1kg/cm2))的壓力限制。
(ii)吸水泵(suction pump)和真空缸(vaccum tank)是必不可少的。
(iii)真空缸內(nèi)的水會定時被注滿，為了維持此真空吸水動作，便需要一個補給期(down time period)，在此階段需要(a)停止抽真空，(b)排出缸內(nèi)的水分，及(c)重新啟動真空或可在外加設(shè)抽水泵不停地把水由缸內(nèi)抽出。前者，補給期會延誤產(chǎn)量；而后者則較復(fù)雜、昂貴。
(iv)當(dāng)纖維沉淀于網(wǎng)上時，真空便會減弱，如圖2所示。因為不斷重復(fù)使用的網(wǎng)會積聚纖維，減低網(wǎng)層本身的透氣度。隨著時間的過去，網(wǎng)層堵塞，水分無法穿過網(wǎng)層，水流減慢，加長成形時間。
(v)根據(jù)第iv點所提出的問題，及為了保持產(chǎn)品最佳品質(zhì)和產(chǎn)量，網(wǎng)便需要定期更換及護理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種有效的生產(chǎn)紙漿模制產(chǎn)品的設(shè)備及方法，改善上述所提及的紙漿模制產(chǎn)品生產(chǎn)技巧。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種更佳的紙漿模制產(chǎn)品的生產(chǎn)方法，其步驟包括(a)提供不少于一個透氣孔的容器(containerat least one liquid permeable end)，(b)將含纖維紙漿放入該容器內(nèi)，(c)采用正氣壓把紙漿的水分由成形罩(chamber)穿過該具透氣(liquid permeable end)的容器壓出，由此一層薄薄的纖維便會形成于該容器上。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種紙漿模制產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備，包括一個可盛載纖維和水的容器，該容器具有不少于一個透氣孔，采用正氣壓把紙漿的水分由成形罩(chamber)穿過該具滲氣性容器(liquid permeable end)壓出，形成一層薄薄的纖維于該容器上。


圖1所示為傳統(tǒng)紙漿模制產(chǎn)品的一般成形步驟。
圖2示出在傳統(tǒng)成形過程中，真空缸輸出的真空壓力與時間的關(guān)系圖。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的設(shè)備的橫截面圖。
圖4A示出高水流時，纖維穿過網(wǎng)層排出情況。
圖4B示出低水流時，纖維沉淀于網(wǎng)上情況。
圖5A示出傳統(tǒng)情況下成形的紙漿模制產(chǎn)品在電子顯微鏡下的橫截面圖。
圖5B示出本發(fā)明下成形的紙漿模制產(chǎn)品在同一放大率的電子顯微鏡下的橫截面圖。
圖6為本項發(fā)明設(shè)備(圖3)所采用的壓縮空氣變化的概況圖(profile)(圖6)，以及與傳統(tǒng)真空成形的真空變化比較。
圖7為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的設(shè)備的橫截面圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的設(shè)備的橫截面圖。
圖9為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的設(shè)備的橫截面圖。
圖10為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的設(shè)備的橫截面圖。
圖11為紙漿模制產(chǎn)品熱壓用具。
具體實施例方式
第一實施例，如圖3所示，設(shè)備100是運用了“時間壓力(timepressure)”的成形過程。該設(shè)備100包括壓力成形罩(pressurechamber)102、成形罩上的導(dǎo)管104和成形罩下的網(wǎng)或多孔物質(zhì)106。在該網(wǎng)106下是成形模108(此模由金屬制成)，模上有多個排水孔讓液體流過。例如水可由成形罩102內(nèi)流出，而導(dǎo)管104則與氣源相連；如壓縮空氣110，用作提供正壓給成形罩102內(nèi)的紙漿之用。
為了使本發(fā)明能運用于成形過程中，紙漿112便會通過成形罩旁的入口(沒有顯示于圖上)注入成形罩102內(nèi)，隨后啟動氣源110，釋放壓縮空氣。例如氣壓升至10公斤/平方厘米(kg/cm2)，氣壓通過導(dǎo)管104進入成形罩102內(nèi)，正氣壓便會產(chǎn)生，紙漿112內(nèi)的水分便會被擠壓出此設(shè)備100，穿過網(wǎng)106及下模108排出。紙漿112內(nèi)的纖維便會沉淀于網(wǎng)106上，形成一層的纖維，等待冷壓。
這里有三種參數(shù)來控制成形過程，分別是(a)壓縮空氣的壓力，(b)壓力輸出的時間及(c)壓縮空氣在成形罩內(nèi)的流量。壓縮空氣的流量反映出氣壓的強度及整體系統(tǒng)的抵抗力。而整體系統(tǒng)的抵抗力在某種程度上與網(wǎng)的形狀和結(jié)構(gòu)有關(guān)。例如網(wǎng)的目數(shù)。由此，只要改變以上三種參數(shù)，便可控制水流及成形時間。以上(a)和(b)的參數(shù)較容易改變，而參數(shù)(c)可調(diào)校幅度較少。由此可見，傳統(tǒng)采用真空方法可調(diào)校的幅度較少，相反現(xiàn)有的方法則較大。
已知有三種的排水機制(water removal mechanisms)可應(yīng)用于網(wǎng)106上，在過慮法(infiltration)中纖維可在紙漿中自由流動。在增厚法(thickening type)中，當(dāng)水分被排走后，紙漿中的纖維被壓縮并塌下成有條理的網(wǎng)狀組織。最后，湍流增厚法(turbulentthickening)是結(jié)合以上兩個機制所形成。
在傳統(tǒng)的真空成形過程中，如圖4A所示，一開始啟動較強的真空，令急速的流水帶著紙漿152內(nèi)的纖維150流過網(wǎng)層154。纖維沒有足夠的時間平穩(wěn)地沉淀，很多細碎的纖維及添加劑便會隨著急速的流水穿過網(wǎng)154的網(wǎng)孔153流失；如圖4A所示。為了緩和此問題，便采用化學(xué)鍵結(jié)(chemical retention aid)來減低被排放的水內(nèi)的纖維含量。另一方面，根據(jù)本發(fā)明，可將最初的氣壓降低，減慢紙漿的水流；如圖4B所示，借此增加纖維平穩(wěn)沉淀的機會，從而減少纖維與添加劑的流失。
在傳統(tǒng)的真空成形過程中，起初一層層的纖維堆積于網(wǎng)上，不知不覺間形成一道阻力，阻擋水分的排放，沉淀的纖維厚度也不斷累積和增加，減少吸力(真空吸力)，施加于纖維上的壓縮力便隨著減少。
圖5A是紙漿模制產(chǎn)品(pulp-mould product)在傳統(tǒng)的成形過程下成形的情況，這是電子顯微鏡下的橫截面圖。由此可以清楚看到，下層纖維所受的壓力較上層為大。這樣的纖維結(jié)構(gòu)并不適合作防漏產(chǎn)品，水分容易由上層纖維滲透進下一層。這突然改變的真空吸力，導(dǎo)致上層纖維縱橫交錯地堆砌。
另一方面，圖5B是紙漿模制產(chǎn)品在本發(fā)明下的成形情況，示出同一放大率的電子顯微鏡下的橫截面圖。該產(chǎn)品成形時所受的壓力最大接近4巴(bars)。由此可以清楚看到，每一層的纖維(由上至下)所受的壓力都是相同的。試比較圖5A及5B的纖維厚度，兩種產(chǎn)品所用的纖維及產(chǎn)品的重量都差不多一樣。但是，在同一放大率下，傳統(tǒng)方法成形的產(chǎn)品厚度比根據(jù)本發(fā)明成形的產(chǎn)品約厚10-15％。換言之，按照本發(fā)明的設(shè)備及方法，使用正壓會令產(chǎn)品厚度更平均更結(jié)實，也可達到防漏作用。
如上所述，設(shè)備100的壓縮空氣壓力、加壓時間及壓縮空氣在成形罩內(nèi)的流量均可獨立調(diào)節(jié)。所以圖6的壓力工況圖(profile)的增壓值是可以預(yù)設(shè)的。從工況圖可見開始時首秒采用相對較低的壓力；明顯少于1巴(bar)的壓力，讓紙漿內(nèi)的水分122可慢慢地流過網(wǎng)106。此舉可在成形初期減少纖維的流失及堵塞。而且還讓纖維有足夠時間平均沉淀于網(wǎng)上。一層平均且受壓相同的纖維便會形成，隨后一秒便可把壓力增至3巴，加大上層纖維壓力令紙漿內(nèi)的水分122可迅速穿過金屬網(wǎng)106。此后分別于1/2秒及1/4秒內(nèi)減低壓力至2巴及1巴，本發(fā)明便可縮短成形時間。
這里可以強調(diào)一點，本發(fā)明需結(jié)合真空的應(yīng)用，真空有助于達到更高的壓縮比、較短成形時間，同時也能使最終產(chǎn)品有較平均的纖維分布。譬如，使用4巴的大氣壓力作成形處理，其中之一的方法是用壓縮氣體。這樣便需要一個較堅固的成形罩FORMINGCHAMBER及能抵御高壓的密封物。另一方面，是使用3巴正壓和1巴負(fù)壓，在此情況下，成形罩只需抵御3巴的壓力而非前者的4巴壓力。
第二實施例，如圖7所示設(shè)備200，可利用“控量注漿”(displacement-volumetric)的成形過程，又可稱為“正比位移”(positive displacement)成形法。在該設(shè)備200內(nèi)把活塞裝置于已注漿的成形罩內(nèi)。而該活塞是連接著馬達及螺桿206，用作推動活塞202之用，由活塞施加壓力于紙漿208上，水分便會穿過金屬模上的網(wǎng)或多孔材料(porous material)把水分從紙漿上擠出。而活塞202的活動可預(yù)先用微處理器設(shè)定。這樣便可以預(yù)設(shè)壓力的強弱和時間，設(shè)定為工況圖(profile)所示的壓力與時間變化。此外，也可把這些數(shù)據(jù)作為錯誤的依據(jù)及試驗。
第三實施例，如圖8所示設(shè)備300與上述設(shè)備100很接近。只是多設(shè)一個回路反饋機械裝置。首先，閥門302負(fù)責(zé)檢測水分穿過網(wǎng)層304的流量。隨后便發(fā)送一個信號給閥門306，用作控制壓縮空氣氣源。經(jīng)過這樣的配置，假設(shè)流過閥門302的水流過低，閥門306便會啟動，讓更多的壓縮空氣由氣源308流出，因此成形罩內(nèi)的紙漿所受的壓力增加，同時也增加了水流穿過網(wǎng)層的速度。有助于清洗阻塞網(wǎng)層304的物質(zhì)。相反，假設(shè)流過閥門302的水流過高，閥門306便會關(guān)閉，讓較少的壓縮空氣由氣源308流出，因此成形罩內(nèi)的紙漿所受的壓力減少，同時也減慢了水流穿過網(wǎng)層的速度。
第四實施例，如圖9所示設(shè)備400，這與上述所提及的設(shè)備200很相似。只是多設(shè)一個回路反饋機械裝置。首先，閥門402負(fù)責(zé)檢測水分穿過網(wǎng)層404的流量。隨后便發(fā)送一個信號控制馬達及螺桿。經(jīng)過這樣的配置，假設(shè)流過閥門402的水流過低，馬達及螺桿便會控制活塞加快推向網(wǎng)層，因此成形罩410內(nèi)的紙漿412所受的壓力增加，同時也增加了水流穿過網(wǎng)層的速度。相反，假設(shè)流過閥門402的水流過高，馬達及螺桿便會減慢成形罩410內(nèi)活塞408的速度，相對只有較少的壓力施加于成形罩410內(nèi)的紙漿412上，同時也減慢了水流穿過網(wǎng)層的速度。
在傳統(tǒng)的紙漿模制產(chǎn)品的成形方法上，一旦成形階段結(jié)束，金屬絲網(wǎng)及網(wǎng)上的纖維層會被傳送到配有上下模的冷壓機，通過冷壓把纖維層的水分?jǐn)D出。而該項設(shè)備發(fā)明采用“正比位移”(positivedisplacement)成形方法進一步改進冷壓過程。就如圖10設(shè)備500所示，這與上述提及的設(shè)備200和400相似，活塞最底外形與成品最高的外形一致。就如上述提及的設(shè)備100、200、300和400一樣，網(wǎng)或多孔材料504及下模(由金屬制成)的最高形狀與成品最底的形狀一致。在成形階段，活塞向下推進，成形罩508內(nèi)的紙漿507受壓，產(chǎn)品成形。隨后馬達及螺桿506把活塞進一步向下推進，完成冷壓過程。像這樣，合二為一的成形及冷壓過程，可少用一套模具。但在傳統(tǒng)的紙漿模制產(chǎn)品生產(chǎn)過程始終是受到限制。如圖11所示，在結(jié)合成形及冷壓的步驟之后，已受冷壓的纖維會被網(wǎng)504及下模510承托著。稍后便會通過上模520進行熱壓，完成整個紙漿模制產(chǎn)品成形過程。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照附圖和優(yōu)選實施例進行了說明，但顯然，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對本發(fā)明作出各種更改和變化。因此，本發(fā)明的各種更改、變化由本發(fā)明的保護范圍的內(nèi)容涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種用于紙漿模制產(chǎn)品的成形方法，包括如下步驟(a)提供一個具有滲透性的容器，(b)注入一種纖維紙漿于所述容器內(nèi)，及(c)采用正壓把成形罩內(nèi)纖維紙漿的水分穿過該容器擠出，其后一層纖維紙漿便會形成于所述具有滲透性的容器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述正壓是由壓縮氣體所產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述氣體是指空氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述正壓是指大氣壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述具有滲透性的容器包括多孔部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述多孔部件包括網(wǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述步驟包括(a)使用第一種壓力強度于紙漿上，及(b)其后，使用第二種壓力強度于紙漿上，所述第二種壓力強度與所述第一種壓力強度不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用第一種壓力強度于紙漿上的時間及使用第二種壓力強度于紙漿上的時間不同。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括步驟(f)使用與所述第二種壓力強度不同的第三種壓力強度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟(g)檢測從所述成形罩流出及流過所述具有滲透性的容器的水分流量。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括步驟(h)不同強度的壓力施加于紙漿上，便會引致不同的水流由所述成形罩及所述可滲透性容器內(nèi)流出。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述壓力是由活塞產(chǎn)生。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括步驟(i)所述活塞最底的形狀與成品最高形狀一致。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括步驟(j)用所述活塞把所述具有滲透性的容器上的纖維層壓著。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟(k)將預(yù)設(shè)的壓力強度應(yīng)用于所述紙漿上。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟(l)將預(yù)設(shè)的壓力時間應(yīng)用于所述紙漿上。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟(m)使用具有滲透性的容器下的真空吸力抽出從所述成形罩內(nèi)流過不少于一個透氣孔的容器的紙漿內(nèi)的水分。
18.一種用于紙漿模制產(chǎn)品的成形設(shè)備，包括一個可注入纖維紙漿及液體的容器，所述容器具有至少一個透氣孔，及壓力裝置，用于當(dāng)使用正壓時，可把成形罩內(nèi)紙漿的水分穿過具有滲透性的容器壓出，使一層纖維形成于所述滲透性容器上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，所述紙漿模制產(chǎn)品成形設(shè)備進一步包括適于連接到壓縮氣源的導(dǎo)管。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的紙漿模制產(chǎn)品成形設(shè)備，其中所述氣體是空氣。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的紙漿模制產(chǎn)品成形設(shè)備，其中所述壓力為1kg/cm2以上。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的紙漿模制產(chǎn)品成形設(shè)備，其中所述具有滲透性的容器包括多孔部件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的紙漿模制產(chǎn)品成形設(shè)備，其中所述多孔部件包括網(wǎng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的紙漿模制產(chǎn)品成形設(shè)備，其中所述壓力裝置適于，使用第一種壓力強度于紙漿上，及其后使用第二種壓力強度于紙漿上，所述第二種壓力強度與所述第一種壓力強度不同。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的紙漿模制產(chǎn)品成形設(shè)備，其中所述壓力裝置適于，使用第一種壓力強度于紙漿上的時間及使用第二種壓力強度于紙漿上的時間不同。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的紙漿模制產(chǎn)品成形設(shè)備，其中所述壓力裝置適于，使用與第二種壓力強度不同的第三種壓力強度。
27.根據(jù)權(quán)利要求18所述的紙漿模制產(chǎn)品成形設(shè)備，其中還包括用于檢測從所述成形罩流出及流過所述可滲透性容器的水分流量的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的紙漿模制產(chǎn)品成形設(shè)備，其中進一步包括，將不同強度的壓力施加于紙漿上，便會引致不同的水流由所述成形罩及所述可滲透性容器內(nèi)流出的裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求18所述的紙漿模制產(chǎn)品成形設(shè)備，進一步包括活塞。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的紙漿模制產(chǎn)品成形設(shè)備，其中所述活塞最底的形狀與成品最高形狀一致。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的紙漿模制產(chǎn)品成形設(shè)備，其中所述活塞是可以移動把具有滲透性的容器壓著。
32.根據(jù)權(quán)利要求18所述的紙漿模制產(chǎn)品成形設(shè)備，其中包括使用具有滲透性容器下的真空吸力抽出從所述成形罩內(nèi)流過所述不少于一個透氣孔的容器的紙漿內(nèi)的水分的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于紙漿模制產(chǎn)品的成形方法，包括如下步驟(a)提供一個具有滲透性的容器；(b)把紙漿注入該容器內(nèi)；及(c)使用正壓把成形罩內(nèi)包含纖維的紙漿的水分從具有滲透性的容器中壓出，一層纖維便會成形于具有滲透性的容器上。本發(fā)明還披露了一種用于紙漿模制產(chǎn)品的成形設(shè)備，包括注有紙漿的容器，此容器具有滲透性，使用正壓把成形罩內(nèi)含纖維的紙漿水分由具有滲透性的容器中壓出，一層纖維便會成形于具有滲透性的容器上。本發(fā)明利用正氣壓結(jié)合真空來達到更佳效果，從而可完全控制施加的壓力。由此，不同的工況可用不同的參數(shù)及回路設(shè)定。此外，通過一個與成品外形一樣的上?；钊?，把成形及冷壓的過程合而為一。
文檔編號B29C41/02GK1721623SQ20051008422
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月15日
發(fā)明者莊秉俊, 穆罕默德禮薩·阿夫沙爾, 梅赫拉比, 盧韻華 申請人:添耀實業(yè)有限公司