专利名称：利用稻壳制造物体的方法
技术领域：
本发明涉及纤维素物体例如呈条状、片状或其它既定形状物体的制造方法，还涉及这种方法所制得的产品。
澳大利亚专利说明书第AU-48947/93号描述了一种制造物体的方法，此种物体是由粘接剂与包括稻壳和/或将稻壳磨细所获颗粒的进料混合而成。所述粘接剂包括RF(射频)可固化组合物。该进料及粘接剂的混合物在模子或压力机中形成具有一般所需形状的物体，并且通过向既定形状施加频率和密度适当的RF场而使粘接剂固化以形成具有大体所需形状的粘合体，并且持续一段合适的时间以便在混合物中产生介电加热，从而使粘接剂固化以形成最终的粘合体。然后将粘合体从模子或压力机中取出。
本发明的目的在于改进根据该专利说明书形成物体的方法，或提供另一种使用稻壳来形成物体的有用的方案或补充方法。
本发明提供了一种形成稻壳物体的方法，此方法包括将稻壳与粘接剂混合，粘接剂包括一种固化作用需使用热或可由热促进固化的组合物；在一成形台将稻壳与粘接剂的混合物形成大体所需形状的物体；将基本上整个成形物体的温度升高，直至指示粘接剂开始固化的参数或与粘接剂开始固化有关的参数达到一预定量或被观察到；以及，在固化开始之后，再继续进行粘接剂的固化，直至粘接剂基本上完全固化为止。通过监测加热以测定粘接剂固化的起始，并且以一独立处理阶段来处理紧接下来的固化，这样可使制造过程获得更好的控制，且生产及产品成本以及产品质量均可趋于最优。
在本发明的优选方法中，至少绝大部分进料为完整的或未经处理的稻壳，因为完整的稻壳中具有空穴，因此可提供声音绝缘和/或热绝缘。“完整的”或“未经处理的”稻壳指的是完整的稻谷经打谷以分离食用稻米后所剩的稻壳。打谷操作后所剩的“未加工”稻壳以重量计例如可含5％至10％的灰尘精细颗粒。稻壳在与粘接剂混合之前，最好先将精细颗粒或灰尘颗粒除去。本发明的方法可包括未加工进料的风选，例如，未加工进料可由一空气流予以通气，以将精细颗粒带走，但空气流须不足以携带走稻壳中较大的碎片。未加工稻壳例如可缓缓地向下通过一具有横向空气流或上升气流的塔，以收集及分离精细颗粒及灰尘颗粒。精细灰尘颗粒可能因为与较大颗粒相比具有单位重量更大的表面积，因此可有效地吸取相当比例的液态粘接剂，其所吸取的比例高于它在混合物中所占的重量比例。例如，当以重量计算时，存在量为5％至10％的灰尘可吸取10％至20％的液态粘接剂。因此发现，若精细颗粒以显著比例存在时，成形物体的粘合强度将会降低。
除了可将稻壳向下通过一塔外，另一个方式为，将一批未加工稻壳在一容器中流体化，以使得较轻的精细颗粒升得较高而得以将其自容器中去除。优选的是能将会污染未加工稻壳材料的较重颗粒、例如污泥或矿物质颗粒予以分离。未加工稻壳的流体化作用可使例如污泥或细砂等较重颗粒倾向于在容器的底部收集，从而可在容器底部将其与稻壳分离。
优选的是，本发明的方法还包括分离或钝化最初进料中的任何完整稻粒。散装稻壳或未加工稻壳材料可具有混合于其中的高至5％的稻粒，这个百分比可由分离稻壳所用的打谷和风选方法的效率而大范围地变化。混于进料中的完整稻壳粒如果与粘接剂混合并粘合成最终的粘合体，它将会产生产品使用上的问题，尤其是如果稻米种子仍能发芽时。例如，如果完整的稻粒形成在物体中且物体在任何阶段与水(包括高温度)接触，若种子尚具活力，则便可能发芽而导致产品产生结构和/或美学上的物理缺陷。
未加工进料可于容器中流体化，以使较重的完整稻粒倾向于累积在容器的底部，从而可将其从容器中取出。
最好将混合物中任何完整的稻粒去活化，其方法为例如在提高成形物体温度的步骤期间，将物体的温度升高到足以将任何活的种子杀死或去活化。整个物体温度可升至高于80℃，最好高于90℃。
形成稻壳物体的方法可从微粒状进料的一般加工方法进行改进，使得由微粒状进料及粘接剂所形成的混合物具有基本上均匀的密度及组成，亦即，基本上除去不均匀性。此种加工方法最好包括除去包括污泥或矿物颗粒的较重颗粒，以及最好除去如上所述的整个稻粒。为尽可能制得均匀的混合物，本发明的方法最好还包括除去如上文所讨论的精细粒或灰尘颗粒。
如果需要，混合物亦可包含额外的填料或物质，以便能利用现成的进料和/或使最终产品具有所需的性能。举例言之，进料中除完整的稻壳外，可掺入稻草(可剁碎或以其它方式处理成所需的长度)、大麻纤维或其它纤维素纤维的填料。具有长纤维的填料或其它添加剂有助于稻壳的粘合，并可使最终产品的抗拉强度提高。其它添加剂例如可为阻燃剂、杀虫剂、杀真菌剂、染色剂等。
本方法使用在升高温度下固化的粘接剂，例如，合适的热固性或热固化树脂粘接剂，如包括适当催化剂的脲甲醛树脂或酚醛树脂。本方法包括在稻壳与粘接剂的混合物形成总体所需的形状时升高混合物整体温度的步骤，所需的形状可为最终形状或过渡形状。
在一可行的实施例中，将稻壳与粘接剂的混合物置入位于成形操作台上的压模或铸模中，以使得混合物形成待成形产品总体所需的最终形状。然后借由传导作用，自压模或铸模将热施加于混合物。例如，压模或铸模可被直接加热，如由邻近的气体火焰直接加热，以使得热燃烧产物接触及加热压模或铸模。另一加热方式为，将电阻加热元件置入压模或铸模中，以便可电加热模子。再一加热方式为铸模部件的感应加热，通过在邻近模子部件处设置线圈，以使线圈中的高频交流电在模子中感应电流而将其加热。
混合物中水含量的RF感应介电加热为另一种加热选择方案。当成形物体在整个物体中包含显著的水含量时，升高温度的步骤可包括将一具有适当频率及强度的RF场施加于成形物体上，以便介电加热成形物体中的水。指示粘接剂开始固化的参数或与粘接剂开始固化有关的参数包括自物体冒出冷凝蒸汽的现象。在冒出冷凝蒸汽现象时，最好立刻或于短时间内基本上停止施加RF场。已发现，在冷凝蒸汽出现后，若再持续施加RF场一段时间，将导致在金属场板间产生电弧或放电，放电将燃烧或破坏已成形的物体。
在本发明另一可行的实施例中，成形物体包括多孔质体及经加热的流体，尤其是经加热的气体，例如经加热的空气或蒸汽。此经加热的流体可在模子或模腔中贯穿成形物体所产生的压力差下流动，以使加热流体通过多孔混合物而直接加热物体整个厚度以诱发粘接剂的固化。例如，物体可在加热流体从其间通过的相对多孔板间成形。成形物体可包括具有相对外表面与围绕外表面周边之侧边的嵌板，此嵌板包括一个覆盖至少其中一个外表面的不可渗透薄板，例如层压面板，且此薄板连接于物体之上。压力差在侧边的不同部位之间产生，以使得经加热的流体可在侧边之间且总体与外表面平行地通过嵌板。
为制得低孔隙度的致密物体，经加热的流体可通过多孔质体，直到粘接剂即将开始固化或刚刚开始固化，然后将多孔质体压缩至较小的体积，以获得较致密的物体，然后保持质体处于压缩状态，直到粘接剂开始固化而产生具有较高致密度的稳定形状。
混合物亦可挤压通过一具有所需形状的模子。混合物可在模子中加热，使得当产品自模子挤制出时，粘接剂已充分固化，而使产品得以维持所需的形状。在混合物经施压通过模子的情况下，混合物的加热可经由加热模子表面而完成，例如可通过直接与燃烧产物接触，或借由阻抗或感应电加热模子。包含完整稻壳(具有或不具有例如填料等其它组份)与粘接剂之混合物的进料可被送入螺旋加料器并同时于其中予以压缩，以在压力下得以进入经加热的挤制模。模子的内表面可经处理以降低摩擦力或阻力，例如可通过涂覆一种例如商标为Teflon的非粘性物质。此种挤制方法适用于连续制造产品，例如制造具有裂缝的大体环形截面形状的用于容纳待绝缘管子的管绝缘套。
在本发明的另一具体实施例中，形成混合物的步骤包括首先将混合物置入一封闭密封的模腔中，其次通过基本上减小体积以压缩混合物，使得模腔的内部压力升高，并因此使得模腔中的物质温度升高。
不论使用何种方法以提高混合物的温度，且不论使用何种系统以将混合物形成所需的形状，使粘接剂固化的步骤最好包括使成形物体受到与粘接剂开始固化时不同的处理条件。
在一个优选的实施例中，粘接剂在参数到达预定值时固化(例如，当整体混合物到达一预定温度，或者令混合物在一预定温度下维持一预定时间)，以便成形物体在固化开始时具有基本上稳定的形状。进行粘接剂固化步骤可包括自成形操作台(例如自压模或铸模中)取出成形物体，然后在稳定形状下进一步处理此物体，以固化粘接剂至接近或到达其最高的强度。令人意外的是，成形物体足够稳定以便在粘接剂开始固化时进行处理，这一意外发现使得整个固化过程可与粘接剂固化的启动分开进行。这便能有效地使用将混合物形成既定形状的设备和用于升高成形物体整体温度的设备。举例言之，在使用RF场以在混合物内产生介电加热以使粘接剂固化到足以形成稳定形状之物体的实施例中，进一步处理物体的步骤可包括，使用传导热或辐射热进一步加热物体，以使粘接剂基本上完全固化。其它如上所述可行的加热方法同样可于短时间内产生稳定的形状，这些加热方法可与加热系统分开进行，直至粘接剂固化至最高的强度。
对于某些粘接剂而言，粘接剂与稻壳之混合与升高温度之间的时间间隔基本上优选少于20分钟，更优选少于10分钟，最优选少于1分钟，例如约30秒。说明书第AU-48947/93中描述，由于稻壳具防水性，因此添加水基组合物并不会导致显著的水量被吸入稻壳中。然而，与此说明相反，已发现在粘接剂固化之前，当含水粘接剂与稻壳混合基本上超过10分钟、尤其超过20分钟时，稻壳将会吸收大量的水。此吸水现象将造成颗粒粘合效率的降低，使得成形物体在固化后呈现较低的强度，且具有脆弱、易碎或因摩擦或碰撞而更易损坏的表面。此外，当混合物形成总体所需的形状时，若混合物在成形前其中的粘接剂已与稻壳混合超过10分钟，则在加热而使粘接剂开始固化后，成形物体在从其上除去压缩力时会向回反弹或微微扩张。据信造成此一现象的原因为，在压缩作用及施加热之前，粘接剂已发生了某种程度的固化或硬化。
虽然如此，通过使液态粘接剂与稻壳混合，然后压缩混合物至所需形状，以及在混合后尽快启动粘接剂的固化，则可获得最大的粘合强度(如果所有其它的条件均相同)，并且成形物体可维持它在启动粘接剂固化步骤期间所具有的所需形状。
本方法可包括添加pH调节剂，例如碱性物质，以调节最终成形产品的pH值。未加工状态下的天然稻壳可具有约7.7的pH值，但这可根据稻作物的来源而变。然而，粘接剂或其中所使用的催化剂通常呈酸性，因而使成形产品具有范围在5.9至6.3的最终pH值。
通过调整混合物的pH值，例如调整液体粘接剂的pH值，可使成形物体具有任何符合其使用目的的所需pH值。就产品的大部分应用、例如供建筑业使用的产品而言，优选具有例如范围在6.5至7.2的大体中性的pH值。向粘接剂中或在形成进料与粘接剂的混合物时向混合物中添加白云石或石灰等物质，可能足以使pH值增加至所需程度。亦可使用化学性pH调节剂。此外，最好应测试最初原料的pH值，以确定用于补偿最初原料的不同pH值所需的pH调节添加剂用量。
成形物体中可掺入加强材料、例如金属网状物或纤维加强席，以便提高最终物体的抗拉强度，例如使物体具有用于建筑物中的结构性强度。测试结果显示，当使用RF介电加热时，金属网状物(其未电接地或电连至经其施加RF场的金属板上)可缩短增加成形物体整体温度所需的时间。
在本文所述方法中直接将热传送至呈所需形状的混合物，尤其是通过传导作用将热由其内装有混合物的模子或模具表面传送，本方法特别适用于形成物体厚度高至约6厘米的产品。由于稻壳为有效的热绝缘物，表面热传导方式并不适用于厚度约为例如10厘米的产品(它可能为建筑具有隔音效果的壁腔所需)。对于此种较厚的物体，适用的加热方式为RF介电加热、或者使经过加热的流体空气或蒸汽强制通过多孔物体以贯穿整个厚度。
本发明的方法可用于制造许多不同的产品，例如管绝缘嵌板，其可具有高至约5厘米的壁厚度。其它可能的产品包括天花板板条，其具有约2厘米的厚度。另外，其它可能的产品包括用于门或建筑条板用的芯板，其具有在形成芯板材料期间或之后施加的表面层压物，以提供具有所需光洁度的外表面。
权利要求
1.一种用于形成稻壳物体的方法，它包括将稻壳与粘接剂混合，该粘接剂包括其固化作用需要热或由热促进固化的组合物于一成形操作台将稻壳与粘接剂的混合物形成总体所需形状的物体；将基本上整个成形物体的温度升高，直至指示粘接剂开始固化的参数或与粘接剂开始固化有关的参数达到一预定值或被观察到；以及，在粘接剂开始固化之后继续进行固化，直至粘接剂基本上完全固化为止。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，稻壳基本上为除去可食用米粒的整个未经处理的稻壳，稻壳在与粘接剂混合之前，通过分离其中较重颗粒且除去精细粒或灰尘颗粒，以获得基本上均匀的致密度。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，进行粘接剂固化的步骤包括使成形物体受到与粘接剂开始固化时不同的处理条件。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，粘接剂在参数到达预定值时固化，使得成形物体在开始固化时具有基本上稳定的形状，进行粘接剂固化的步骤包括，自成形操作台取出成形物体，然后进一步处理稳定形状的物体，以使粘接剂固化至接近或到达其最高的强度。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，升高物体温度的步骤包括将一具有适当频率及强度的RF场施加于成形物体一段适当的时间，以便在混合物内产生介电加热，使得粘接剂充份固化以形成稳定形状的物体，进一步处理物体的步骤包括通过施加传导热或辐射热以进一步加热物体，使得粘接剂基本上完全固化。
6.根据权利要求3、4或5的方法，其特征在于，成形物体在整个物体内包含显著的水量，升高温度的步骤包括将一具有适当频率及强度的RF场施加于成形物体，以便介电加热成形物体中的水，指示粘接剂开始固化的参数或与粘接剂开始固化有关的参数包括自物体冒出冷凝蒸汽的现象，进行粘接剂固化的步骤包括在冒出冷凝蒸汽现象时或之后马上停止施加RF场的步骤。
7.根据权利要求1至6中任一项的方法，其特征在于，稻壳与粘接剂的成形物体包括一多孔质体，升高物体温度的步骤包括贯穿质体形成一压力差，在升高温度下引入流体，使流体在压力差作用下通过多孔质体，由此基本上升高整个成形物体的温度。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，成形物体包括具有相对外表面与围绕外表面周边之侧边的嵌板，此嵌板包括一个覆盖至少其中一外表面的不可渗透薄板，此薄板连接于物体上，在侧边的不同部位之间产生压力差，以使得流体可在侧边之间且总体平行于外表面地通过嵌板。
9.根据权利要求7或8的方法，其特征在于，处于升高温度下的流体通过多孔质体，直到粘接剂即将开始固化或刚刚开始固化，然后将质体压缩至较小的体积以产生非常致密的物体，然后将质体保持在压缩状态，直至粘接剂已开始固化而产生具有增高致密度的稳定形状。
10.根据权利要求1至4中任一项的方法，其特征在于，形成混合物的步骤包括首先将混合物置入一封闭密封的模腔中，其次通过基本上减小体积以压缩混合物，使得模腔的内部压力升高，且因此使得模腔内的材料温度升高。
全文摘要
一种通过与热固性粘接剂混合而由未经处理的完整稻壳形成物体的方法。混合物例如可在压模或铸模中形成具有总体所需形状的物体,然后将整个成形物体的温度升高,直到指示粘接剂开始固化的参数或与粘接剂开始固化有关的参数被察及或达到预定值。在开始固化之后,最好在不同的处理条件下继续进行粘接剂的固化,直至粘接剂大体上完全固化。为了升高物体的温度,可施加一RF场,以便在混合物内产生介电加热,直到冷凝蒸汽从物体冒出,此时,即停止施加RF场。另一种适用于多孔物体的加热方法包括:贯穿质体产生一压力差,然后引入一经过加热的流体,使得经过加热的流体通过多孔质体。为制得较致密的物体,刚经加热的多孔质体可被压缩,直至粘接剂发生固化而形成致密度增加的稳定形状。
文档编号B27N3/00GK1202851SQ96198517
公开日1998年12月23日 申请日期1996年10月4日 优先权日1995年10月6日
发明者理查德·劳伦斯·卢埃林 申请人:理查德·劳伦斯·卢埃林