带有开孔格栅的整体模制面板的制作方法

专利名称：带有开孔格栅的整体模制面板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压合面板和面板组件，具体说，涉及一种模制的压合面板，它含有内部开孔的格栅，以及用来生产这种面板的方法及设备，还涉及在该生产过程中所使用的模制元件。
背景技术：
在建筑行业中，软木及硬木板材作为建筑元件使用已有很长的历史了，这是因为它们具有理想的强度，较低的价格以及很容易制造和加工的缘故，由于木材的价格在提高，人们已选择了一些代用品来取代这类硬板，因为前者更便宜。硬板通常由纤维素纤维、水以及胶，例如橡胶浆，淀粉或脲醛组成。但是，所有这些代用品都面临着资源问题，低强度-重量比的挑战，在其制造或加工中还要考虑不理想的溶剂或粘合剂的使用问题。
许多年来，在包装及其他轻负荷的场合中，瓦楞纤维板工作为一种基本的轻质材料被使用。将一片材料进行波纹处理便可形成一个中间芯，或者波纹中间层。这时需要一种独立的作业。然后要将粘合剂涂覆到该瓦楞中间芯的一侧或两侧的节点上，再将一片或二片平板分别粘合上。芯的形状通过粘合而得以保持。但是，该瓦楞纤维板很不结实，不适合作为结构件使用。
人们已经知道可以生产一些纸浆模制件，例如鸡蛋盘，花瓶，篮子等等。这些产品都是在硬模中制作出来的。通常该模具是半孔隙的并用网材罩住。在模具的背后施加真空，使流体穿过网罩和模具，而纤维却在网罩外形成一个均匀的面层。将一个形状相配的固体模具压在成型模上的面层上，使硬模上的面层固化。这种面层的固化是在二个相配的模具之间完成的。压实力的方向与面层相垂直。但是，作为结构元件使用，这类物件却缺乏足够的强度。
为了提高成形板的强度，人们已经知道生产压合面板来作为结构元件使用。这类面板具有强度-重量比高的优点。但是，制造价格较昂贵却又使这类元件只能在高价格、具有奇异情调的场合中进行使用。
以前，这种面板被制成层状的，将其面层固定到一个中间格栅上，该格栅通常称作“蜂窝结构”。这种蜂窝结构通常用纸质或类似于纸的材料制成的平板或板条制成，通过相间的粘结点将它们结合在一起。组合好之后进行加压，再停留一段时间使粘合剂固化。其另一面层也以类似方式进行，最后将组合件修饰成所需的尺寸。
压合结构板的制造方法可以参照美国专利4,702,870，4,753,713，5,198,236，5,277,854以及5,314,654。
近来，人们已经采用各种纤维材料模制出了一些压合板的基本元件。将这样的两个元件粘合在一起便可形成一块完整的面板。例如，可以参照美国专利4,702,870。用这种方法生产出的面板，与现有技术相比其优点主要是省掉了若干粘接及组装步骤，在生产多种不同开孔格栅时具有很大的灵活性。
但是，按现有技术方法生产出的面板一般需要至少一次粘合步骤以及相应的一些作业，这样便增加了成本。此外，可以用来涂胶的连接区域的表面积一般很小，只要两层板之间存在很小的不对正，即可能降低粘合的强度。
上述现有技术也对这类面板的生产以及由此生产出的面板构成了一些根本的限制。现有技术中作为中间格栅使用的模制插件要经过压合，重复的使用会改变这些插件的形状。由此导致了a)格栅成形差，造成产品强度较差及不协调；b)对模具中的面板产品产生影响，使产品脱模困难且有可能受到损坏，脱模剂及人工的需要都提高了成本且降低了产品质量；c)延长了制造时间，由此增加了成本并严重限制了该产品与其他低价产品竞争的能力；d)对可用原材料构成限制。
本发明披露了一种新型的模制插入件，它可以避免上述缺点并生产出一种高级的面板，该生产技术为这类面板与现行的各种产品的竞争打开了大门。
发明概述本发明提供了一种模制压合结构面板的方法，该面板包含有内部开口的格栅，该方法具有多种优点，而且成本低廉。在本发明的一个优选实施例中，所提供的压合纤维板具有更大的表面可以用来形成一种胶合区，该区域位于两层面板之间或两面板组件之间。在本发明的另一实施例中，所提供的压合纤维板可以一步制成，其中包括将一层第二表面盖住大部分内部开孔的格栅。
在本发明中，制作面板的材料，最好是纤维，分散在一种流体中然后送入一模具中，该模具包括一层下网或多孔载体，在它的上方装有若干弹性的模具插块。这些插块具有一定的弹性和形状，并相互间隔开，当对插块加压时，它们会变平，并在它们的下方，至少在其局部区域内俘获一些材料/流体的混合物。加在材料/流体混合物上的压力会将该区域的材料压实，并将其流体穿过网或载体排走。用这种设备和方法生产出的开孔格栅具有一条肋，它位于模具插件与翻边之间，翻边和肋被模制为一体并且穿过该肋部，肋部位于压平的模具插块下方附近。
本发明对现有技术作了多种改进，其中包括1)在将模具从面板中移出的过程中改进了提升方式，2)在将面板移出的过程中减少了模具顶部与面板的结合面积，3)在将面板移出载体的过程中，大大减少了翻边和/或垫子受损的机会，4)提高了抗压缩“硬化”的能力，这种现象在面板制造过程中，当弹性材料反复使用之后常会发生，和/或5)制出的加强肋和翻边将会对面板起强化作用。总体效果是大大地提高了模压纤维板的生产效率，同时又降低了材料和劳动力的消耗。此外，对脱模剂的需要也减小了，从而更有利于环境保护，并减小了材料成本。
本发明的面板最好用纤维素纤维，例如木质纤维，回收的纸质和本质产品等材料来制造。纤维也可以是非纤维素材料，其中包括动物纤维，例如羊毛，或者纺织纤维，例如棉花，或者合成纤维，例如各种塑料及玻璃纤维，也可以是矿物纤维，例如石毛等。植物纤维包括洋麻以及稻草和麦杆。农业废料例如棕榈叶也可以作为纤维材料使用。其他一些可以分散在流体中，最好是液体中的材料也可以使用，例如水泥，灰膏和石膏等。
就本发明的一个方面而言，提供了一种弹性的模具插块或垫，它不仅仅可以建立格栅的初始形状，而且还解决了其压实的问题。这些垫具有一种预定的形状和尺寸，并且相互之间以预定的关系放置在载体上。如何选择载体上这些垫子的尺寸、形状及间距，将会影响最终产品的性质，通过以下的详细说明将会更为清楚。
垫子的形状、尺寸以及在载体上的排列最好均匀，这样可以使生产出的面板具有均匀重复的孔眼。
本发明中很重要的一点是垫的高度与它们之间距离二者之间的关系。业已发现，这种关系将影响上述的那些优点，尤其是对加强肋及翻边的形成有重要影响。垫在载体上方的高度与它们之间距离之比应为0.15～0.5，最好是0.2～0.4。
在载体上安置垫子时，如果加大其间距，则排水性及水蒸汽穿透率都会提高。本发明的间距可以使更长的纤维沉积在垫子之间，从而扩大了可用原材料的种类。其中包括既可以使用高质量的长纤维原材料，也可以使用低价的原材料，这些材料用于对原始及再生纤维的处理及制浆过程。本发明所制成的翻边和肋更厚更密实，具有更高的冲击强度和抗剪切性，在制造叠层板时具有更优良的粘接表面。
所述的弹性垫，其高度与底部宽度之比至少为0.85，更优选地为0.85～2.0，例如0.9～1.8，在0.95～1.5的范围最好。在上述值中，其高度是指可用于模制(即载体上方)的高度，而且是在非压缩状态，即松驰状态下测得的。其底部宽度也在相同条件下测量，它是指载体上方垫的底部附近的最大尺寸。
就本发明的另一个方面而言，所提供的弹性垫具有垂直侧面，它大致为凹陷状。在一优选的实施例中，垫的侧面呈双角度锥形，即一部分侧边与纵轴成一定的角度，而另一部分侧边的锥度更尖些。在一个特别优选的实施例中，每个垫的下部都具有一个角度，与垫底部的垂线之间的夹角约为15°，而垫的上部其夹角约为8°。在平行于垫底的方向上，垫可以具有各种不同的断面形状，其中包括六边形，圆形，椭圆形，方形或类似的形状。
本发明的实施例中提供了一种多孔的载体或丝网，它们上面放置了若干弹性垫，还提供了利用这些垫子来生产面板的设备和方法。
就本发明的另一个方面而言，本发明还提供了一种模制面板，其一侧是一基本上连续的表面，它与格栅模制成一体，格栅内包括若干开孔，这些开孔是由若干个肋形成的，肋的厚度与格栅的平面平行，其高度决定了格栅的厚度。在与整体模制格栅相对的一侧，该面板具有整体模制出的翻边，它们至少盖住格栅中每个开孔的一部分表面区域，而且大致平行于板面。
穿过一个板面，肋以及翻边作剖面，肋与翻边共同形成一“T”形元件，它们与板面或板的表面模制成一体，并且从该面上向外延伸出来。翻边从肋部外伸的部分与翻边的宽度之比是本发明的一个重要特征，该比值至少为0.1，0.3～0.4更好。
就另一方面而言，本发明生产出了一种整体的单一特性面板，在开孔格栅的两侧分别具有一个表面层。根据本发明可以将面板制成最终的形状，不需要任何附加的组装和/或相应的处置。就此而言，整体模制出的翻边构成了一个第二压合表面纤维元件，该第二元件跨越了格栅中每个孔眼的大部分表面。
就另一方面而言，本发明还提供了一种设备，可以用来制造这种模制压合板，最好是纤维板。该设备最好包括一个多孔的载体，其上放置着若干弹性垫，每个垫都具有一如上所述的预定的间距，尺寸和/或形状，这在下面将作更详细的说明，当压缩垫时，垫下方的纤维便被压实。该设备还包括一个对纤维加压的加压装置，纤维沉积在载体上，盖住并充满了垫之间的间隙。当沿垂直于载体的方向对垫的远离载体的一端施压时，该压力将沿与载体平行及垂直的方向对纤维加压。垫沿平行于载体的方向膨胀时，对位于垫之间的纤维施压，同时又将垫上方及下方的纤维压实。
本发明还有一个方面是提供了一种利用上述设备模制压合面板的方法，其中一种流动载体被用来容纳面板材料。该流动载体穿过该设备流动，将材料沉积到弹性垫的之间及其上方。材料沉积之后，对垫的顶部加压，将形成的格栅压实。在加压时，垫既沿施压方向压缩，同时还沿垂直施压方向膨胀，从而减小了沉积有材料的垫与垫之间的空间。通过对垫的设计，可以在对垫加压时对载体附近空间内的材料层进行压实。这样，沉积在垫之间的材料便沿竖直方向和水平方向被压制成一种带开孔的格栅，位于垫上方的材料被压制成与格栅成一体的第一模制表面，而压缩后的垫的底部周围的材料被压制成与格栅成一体的翻边，它们至少覆盖了每个开孔的一部分表面区域。
通过以下对几个优选实施例以及附图的详细说明，本领域的普通技术人员将会对本发明的其他优点及应用有更清楚的了解，但本发明并不局限于任何一个具体的实施例。
附图简述

图1是一侧视图，它描述了本发明的一种载体和一组弹性垫；
图2是一侧视图，它描述了含有纤维的液体载体沉积到图1所示的设备上，一部分载体液体从多孔载体中被排出；图3是一侧视图，它描述了利用一个顶模沿垂直载体的方向对纤维层及弹性垫加压，一部分载体液体穿过多孔载体及顶模被排出；图4是一侧视图，它描述了通过顶模对纤维层及弹性垫进一步加压，使垫底部附近形成翻边；图5是一侧视图，它描述了顶模施加到纤维层及弹性垫上压力的解除；图6是一侧视图，它描述了用本发明方法制成的一块面板；图6A是由本发明形成的翻边和肋的细节图；图7是图6所示面板的底部平面图，它描述了翻边跨越了该面板中格栅内的每个开孔的一部分表面；图8是一侧视图，它描述了本发明设备的一个替换实施例，该设备包括一个载体，空气供应管以及充气膜；图9是两块副板被结合在一起时的侧视图；图10是从载本上方看到的垫子的一个优选实施例的侧视图；图11A是从载体上方看到的垫子的一个优选实施例的侧视图，图11B-11C是该垫子各种实施例的顶视图；图12A是从载体上方看到的垫子的另一优选实施例的侧视图，图12B-12D是垫子各种实施例的顶视图。
优选实施方案详述附图是说明书的一部分，参照附图将会对本发明有更为清楚的理解。附图中一般情况下，本发明的这种面板以及现有技术中的面板，其尺寸都符合工业标准。图本发明的方法制作的面板可以作为一种副板用于一面板组件中，它与另外一块副板相粘合，便可构成一块具有标准厚度的面板。胶合板以及颗粒板的工业标准厚度包括0.5，0.625，0.75以及1.25英寸几种不同厚度。所以，在以下的说明中，其具体的尺寸就是指一种标准厚度的面板。具体说，这种尺寸涉及到一种厚度为0.375英寸的面板的形式和/或尺码，当把它们粘合成一种具有类似形状的平板产品时，其厚度一般为0.75。本发明的这些面板，其表层厚度，即表面厚度最好在0.125英寸以下，0.04～0.065英寸更好。
图1中描述了本发明的一个实施例，其中使用了一个多孔的载体10，该载体可以是一种网，一种带，一种轮子，一个辊子或类似的装置，它一般用金属、塑料或其他材料制成，但这种材料应当能够承受本发明方法中所产生的压力。这种多孔的载体可以是静止的，以便分批生产本发明的面板。但也可以是一个运动元件，从而构成了一个连续生产过程的一部分。
例如，可以采用一种不锈钢丝网或者铜丝网。这种丝网在生产纸幅及硬纸板或不带翻边的产品时经常使用。但是，业已发现，如果采用一种金属网，其孔眼大于纸幅或纸板工业中使用的丝网的孔眼，其效果更佳，这样可以缩短本发明的脱水时间。此外，这种网在使用时，不应当改变丝网的网眼密度，最好采用一种不锈钢网作为载体10。该载体10的孔眼应当大到足以使流体快速穿过，同时又不让纤维穿过孔眼。
将弹性垫12适当地固定到多孔载体10上，由于该弹性垫具有一定的几何形状，并且相互之间有间隙，所以将在这种结构面板中形成一种格栅的构形。这些垫12均匀地分布在载体10的整个表面上，通常按照一种几何图形排列。可以采用由密歇根州的Dow Corning生产的粘合剂SILASTIC 736来将垫粘附到载体上，例如，可以采用压铸或任何一种本技术领域普通技术人员所知的机械方法来进行固定。垫在载体上方的高度与垫之间的距离之比最好在0.15～0.5之间，在0.2～0.4之间更好。
载体上垫之间的间距应大于0.050英寸，对于厚度为0.375英寸的面板来说，其间距为0.060～0.200英寸左右，0.130～0.180英寸更好，当然，根据所使用的载体以及所期望的面板特性，这种间距也是可以变化的。最优选的是，垫之间的距离为0.160英寸。如果加大垫间的距离，适合于使用高质量的长纤维来制造高质量的面板，在制造过程中将不会延长脱水时间。
本发明的垫可以用任何一种具有足够大弹性的材料来制造，只要它在循环使用时能够经受住面板模制过程中的热、蒸汽以及压力即可。另外，这种弹性材料不应粘附到压缩的面板上，以致于防碍面板的释放和/或对该垫造成损坏。业已发现，硅橡胶例如由Dow Corning生产的SILASTIC HS是非常合适的。当然，一些合成或天然橡胶，例如其他的硅橡胶、苯乙烯-丁二烯弹性体，或者异戊二烯，只要它们具有以上的性质，也都是可以用来制作垫的。
可以影响本发明性质的其他一些方面还包括弹性垫的硬度值，一种柔软的易弯曲的垫将会导致在压制过程中纤维层被压实之后，每块弹性垫底部周围的纤维量增大。选定的硬度值应当确保在面板制造过程中所产生的拉-压负荷循环中，它具有足够高的剪切强度。肖氏A级硬度数值约为15～45，更优选的是20～35。最优选的情况是垫的肖氏A级硬度为27左右。应当注意，优选的硬度值还取决于其他一些因素，其中包括制造面板所使用的纤维，因为使用的弹性垫过硬时，将会产生一些翻边，当把面板从载体上移开时，这些翻边将会从面板的肋部脱离。
在本发明的一个优选实施例中，其弹性垫的横截面形状为六边形，这样在面板的格栅中便形成一种六边形的开孔。很明显，弹性垫也可以采用其他各种不同的几何形状，这种选择将决定格栅内孔穴的形状。业已发现，其他形状的弹性垫也可以形成大致呈六边形的开孔，这是因为载体上的弹性垫紧密排列的结果。参照附图1，垫b底部的正常尺寸或直径与其顶部t的尺寸或直径之比，即b/t优选约为1.0～1.7，1.1～1.7更好，1.4左右最佳。
参照附图7，该弹性垫的作用不仅仅在于形成格栅的初始形状，同时还影响格栅的压实以及与其同步形成的压出表面及边缘的整体性。这些垫具有预定的形状及尺寸，并且按照预定的相互关系固定在载体上。对垫的尺寸，形状以及间距的选择将决定最终产品的许多性质。例如，在本发明的制板过程中，所使用的垫比现有技术中的垫间距更大些，从而使形成的面板具有类似的整体尺寸。本发明中，比较多的垫可以使所形成面板中的格栅保持类似的厚度及高度，同时使纤维具有更大的密度，翻边的宽度更宽。
如图1所示，作为本发明的垫子的一个优选实施例，它包括一个顶面，该顶面大致平行于载体10，一个主体部以及一个底部。在剖面图中，垫子顶部距载体的高度为h，它至少等于垫子底部宽度b的85％。一般情况下，垫子顶部的尺寸或宽度t要小于底部尺寸b。其高度与底部宽度的比值h/b大约为0.85～2.00(85～200％)，在0.90～1.80(90～180％)更好，而在1.00～1.50(100～150％)最佳。
现参照图10，11A～11C以及12A～12D，本发明的垫子的优选形状包括大致呈凹入形的侧边，在图10中，其平行于载体的横截面的形状为圆形或正方形。图11A～11C以及12A～12D中描述了本发明的垫子可能具有的形状，它具有一种“双角度”(“biangular”)的形状，其中的弯曲度取决于构成两个角的两条大致呈直线的部分，所述的两个角是相对于垫的纵轴测定的。双角垫的下侧表面形成第一角α，其且侧表面形成第二角β。第一角α一般大于第二角β。最好α约为15°，而β约为8°。
在本发明的一个实施例中，其垫子具有足够的高度和弹性，这样，当压力垂直施加到载体上时，纤维材料便环绕在垫子底部周围，而垫子的底部又固定在载体上，所以使纤维材料背靠载体受到压力并被压实。这是因为垫子被固定在载体上，便减小了它沿平行于载体表面方向局部膨胀的可能性，从而使压力对环绕着垫底部的那部分纤维层造成截留并将之压实。
根据垫的高度，横截面面积以及弹性，这一部分纤维层可以形成一个翻边，它与开孔格栅的肋部模制成一体，并且平行于载体。这种翻边可以比较窄，仅仅盖住开孔格栅的一小部分表面，例如大于0％，最好大于约5％，直到占据开孔表面的40％左右。当盖住开孔表面的5～15％时，该翻边将带有许多好处。它将会强化格栅，增加面板的刚性，而且在需要将两块面板粘合在一起而构成一种多层压合纤维板时，它可以提供较大的接触面积。
在另一种极端情况下，这种整体模制的翻边可以继续延伸，以至于盖住由这种压缩垫所形成的格栅孔内的一部分表面，从而形成一种与本发明的面板格栅相结合的第二压合面。由翻边所盖住的孔表面，或称作第二“表面”的数量可以有所不同，例如从表面区域的至少约10％到约90％，优选地是15～40％，最优选地是占据表面区域的15～20％。可以被盖住的表面区域的实际根据在很大程度上取决于固定在载体10上的弹性垫12的底部面积。如果该翻边盖住开孔表面区域的15％左右，则这种翻边可以带来很多益处。但是，翻边的突出部更大一些为好，即约为25～40％。
当面板的厚度约为0.375英寸时，翻边的宽度至少应为0.060英寸，优选地约为0.060～0.200英寸，约为0.130～0.180英寸更好，约为0.160英寸最佳。这种插入物或垫子的间距，在本发明的优选实施例中都具有相同的尺寸。
在本发明的某些实施例中，载体上的弹性垫也可以是一种“双层”(“bilayer”)形式，其中垫子的底部由弹性较小的材料制成，而其余部分弹性较大。这种特性将会增加压缩垫下方密实纤维层的数量，从而增加翻边的厚度和强度。
基于这种考虑，应当注意的一点是，当生产一种真正的压合纤维板时，最好在这些结合面所承受的压力与拉张力之间建立一种平衡关系。假定该面板一侧的表面将盖住格栅开孔表面积的100％，而在另一侧的翻边或表面盖住量低于100％，这时，最好使其翻边厚于第一表面，这样，面板的两个面的相对强度才能更接近平衡。
翻边或第二表面也可以用任何一种已知的材料例如树脂进行浸渍，以便改变其弹性模量，对相对强度的平衡进行调节，如同以上所述的那样，也就是说，至少对于翻边来说，施用交模量的树脂可以在翻边覆盖开孔表面面积低于50％时补偿其表面强度。这种添加剂最好也添加到面板的其他层或表面上。由于该面板并非一种固体元件，所以该面板的“表观”弹性模量可以采用传统的方法来测量，以便与纤维板及类似材料相比较。
应当明白，在经历过一段使用周期之后，像本发明中所使用的这种弹性垫会发生一种“硬化”或变形，这将导致其外型的改变。一般说来，在重复使用之后，弹性垫将会变短变宽。本发明的这种垫，由于提供了补偿形状，如图1，10，11A～11C以及12A～12D所示，所以具有抵抗上述变形的优点。
下面将结合附图对本发明方法的一个实施例进行说明，其中附图2描述了在一种液体载体介质中预置的纤维内流沉积到多孔载体10上，以及沉积到弹性垫12之间和它们顶部的情形。这种承载的流体可以是水，空气、泡沫或其他介质，当然水最为理想。纤维的内流式沉积是一种已知技术，利用这种发达的技术是本发明的优点之一。
本发明的面板所使用的纤维可以是纤维素材料的衍生物，例如木质纤维，循环使用的纸及木制品以及类似材料，还可以是植物、动物或纺织用的纤维。此外，这些纤维也可以是非纤维素材料的衍生物，其中包括合成纤维，例如各种塑料及玻璃纤维，还有矿物纤维，例如石毛一类的材料。本发明的面板还可以使用各种不同纤维的混合物。无论原先是纤维素还是非纤维素纤维，这可以参照美国专利4,702，870，4,753,713，5,198,236，5,277,854以及5,314,654的说明书。
植物纤维可以包括洋麻，它在适纸行业中被使用。稻杆或麦杆，无论是单独使用还是混合使用，都是面板纤维的重要来源。农业中的废料，例如棕榈叶，也是另一种纤维源。动物纤维中包括羊毛，纺织纤维中包括棉，它们都是可以重复使用的纤维。其他一些能够在流体中，最好在一种液体中分散的材料也都可以使用，例如水泥、灰泥以及石膏。
优选使用的纤维包括回收使用的纸产品，例如旧瓦楞箱(OCC)，回收的高质量的牛皮纸，以及无法投递的标准邮件(USM)。OCC纤维在面板模制过程中成形时间短，并且具有良好的纤维亲和性。牛皮纸一般比较昂贵，但脱水快。一般说来，低价格的纤维污染率高，它会增加排水时间并对面板的强度有不利的影响。
当纤维沉积下来时，以及经过一段时间之后，纤维层便具有了一个初始密度，由于重力和/或压差作用，大量的水或者其他的载体流体将会被自然排掉，流体的排出如图2中箭头所示。在多孔载体10的下方施以真空，或者在沉积纤维的上方提高环境压力都可以产生压差。这一初始压实可以通过一个“预压”步骤来完成。最好采用一种单压力相来进行。加压时间一般在10～30分钟，排水时间一般在30～120秒。
图3表示了经重力和/或压差阶段之后沉积纤维的状态，这时，纤维在垫之间以及垫上方分布的多少更均匀一些。在这一阶段，图3所示的这些松散分布的纤维具有很低的结构整体性。
图3中还表示出了利用一个活动顶模14所进行的压制步骤的开始过程，如图中小箭头所示，这是本发明某些实施例的一个重要特征。在这一步骤中，当顶模14朝载体10运动时，受顶模14所施加的垂直压力的影响，弹性垫12将会稍稍变形。
对于最后压制来说，压力范围可以在20～400psi，100～200psi最好，在本发明方法的一个实施例中采用的是156psi这一最佳条件。对于以水为载体流体的情况，采用212～400°F的温度为宜，此时可以达到至少使水沸腾的温度，300～400°F更好，在本发明方法的一个实施例中采用了315°F这一最佳温度。
此外，已知垫子的形变不仅仅平行于顶模14所施加的垂直力方向，这是由于制作垫子12所使用的弹性材料的特殊性质所决定的。从图4中可以看出，弹性垫12的底部并未如同其中部那样发生水平膨胀，这样，在环绕着每块垫12的区域16内，便朝着载体10的方向被施加一个压实力，对垫底部周围的纤维起到了压实加压的作用。
此外，在图3和4所示的压制阶段，去除了多余的载体流体，流出的流体如图3中大箭头所示。顶模14也可以是多孔的载体，这样，载体流体便可以同时穿过多孔载体10以及顶模4排出。从图4中可以清楚看到，加到顶模14上的垂直力，由于弹性垫12的回弹性，将对沉积纤维产生一种三维的压实作用。
在图4所示的压制阶段所施加的力足以使图5所示的面板18具有足够大的结构强度，使之能够从载体10上离开，根据需要，还可以将之移位一个新的地点作进一步加工。本发明所使用的弹性垫12最好具有一种上提力，以便使面板18与载体10相分离，如图5中箭头所示。通过载体10施加一空气压力，以便使面板脱离也是很理想的。附加处理还可以包括另一步加压，对面板的整修，或者其他的整理工作，根据客户的具体情况来处理面板。
如图6和7所示，采用本发明的方法生产出的面板，其特点是与顶模14相配合的一侧具有一个表面20，腹板或其他构成开孔、格栅22的形状，它大致垂直于表面20延伸。面板18的另外侧面具有一个翻边或第二表面24，它与构成开孔格栅22的肋模制成一体，该翻边是由垫12的底部周围区域16内的纤维经压实而形成的。该翻边或第二表面24将覆盖面板18的格栅22中每个开孔中一部分表面26，如前所述，通过调节垫子12的尺寸及弹性，可以改变上述覆盖部。表面中被覆盖的部位26将通过翻边的边部28以及肋的壁部30而围成，其中的肋构成了格栅22的一部分。开孔表面中的其余部分32是弹性垫12从载体10中穿入的部分，它们将保持不被盖住的状态。
现利用一种二部工艺继续对实例进行解释，如图1-4所示，中间成形板18已经过初步预压，以排除多余的流体，可以将其在同一设备中，也可以送往第二设备(未示出)进行压实，该设备包括一第二多孔载体，载体上装有第二组弹性垫，它们与一第二顶模相配合。图1-4中的元件10，12和14相类似，其功能等同于第二阶段的元件，其尺寸和构形的确定取决于所生产的最终整理后的面板的情况，后面特作更详细的说明。
利用垂直方向的压力为本发明提供了若干优点，这些优点包括节约能量，其中的垂直力比较容易施加，而且所消耗的能量低于采用其他系统时所需的能量，在其他系统中，必须沿多个方向对纤维层施加力才能生产出最终的部件。
图4中还描述了本发明该实施例中的最后步骤。只要将顶模14就位并保持一段予定的时间，最后便可使纤维结构实现固化或干燥，所述的时间取决于面板18的性质，纤维及该构件中所使用的类似物的性质，此时也可以进行加热。可以利用本领域普通技术人员熟知的任何一种方式来进行加热，加热装置可以与多孔载体及顶模中的任何一个相结合使用，也可以与两者都结合使用。
在图11A～11C及12A～12D所示的一个优选实施例中，垫的底部直径约为0.560英寸，高出载体上方的高度约为0.580英寸。垫的下半部高于载体约0.115英寸，而其上半部则另外延伸出0.465英寸。
面板中所形成的开孔及翻边的尺寸相当于一个肋的高度，或者相当于自开孔表面到翻边最远表面间的最大距离，约为0.305英寸，而孔的厚度约为0.065英寸，这样，从面板的第一表面到第二表面间的总距离大约为0.375英寸。两副板可以在其翻边处相结合，如图9所示，其总厚度约为0.75英寸。两开孔之间的翻边宽度约为0.160英寸。图6A表示出了翻边覆盖部r与两垫之间距离s之间的关系。R/s最好大于0.1或10％，该此值为0.3～0.4或30～40％更好。
这样，本发明便提供了一种有上述特点的方法。在两步法的实例中，其第一模制过程如图1-4所述，第二模制过程不受限制，因为其产品既可能在图1-4所述的步骤中一次完成，也可能在面板的性质特别复杂或需要作进一步压实时采用其他的多步处理。如果利用本发明的设备作一步处理，只要将顶模14放置好并停留一段予定的时间便可完成压实工作，所停留时间的长短取决于面板18的性质以及纤维及所使用的类似物质的性质。在一步处理过程中，纤维构件的最终固化或干燥在图4所示的最后步骤中完成，其中也可以采用加热的方法。
该技术使本发明的工艺可以自动进行，这样，该结构部件既可以以连续的形式进行生产，也可以作为单独的元件进行生产。对于该领域的普通技术人员来说，其他种种的变化及替换都是显而易见的。
本发明的其他各种实施例也可以使用一种充气的柔性膜片12A，如图8所示，该膜片最好采用类似于图1-5中所示的垫12的弹性材料制作。设置一个压缩空气或其他压缩流体的供应系统15，并使开口17穿过载体19，以便使膜片充气。顶模14A与图3～4中的顶膜14相类似的设置。在操作时，不须对垫子12内的材料施加三维方向的力，只须施加垂直方向的压力，该膜片的相关部分所产生的流体压力便可完成这一功能。此外，通过适当的设计，可以使膜片的结构在底部周围产生类似的压区16A，用来形成面板18的密实翻边或第二表面，就像前面所说的那样。
采用图1-5所示的那种固体弹性垫，对于制造整体厚度比较小的产品来说是非常合适的。而充气膜则适于整体厚度比较大的产品。但是，这种考虑并非限制性的，就所生产的部件而言，它们基本上是重叠的。其他一些因素也要进行选择，它们在本发明的实施例中被应用，例如纤维的类型，最终产品的密度，以及本领域普通技术人员所熟知的其他因素。
按照本发明的方法制成的模制压面纤维板可以用来制作结构壁板，用玻璃纤维或其他绝热材料填充其内部间隙可作为绝热板使用，还可以用作地板，门、天花板片以及其他类似元件。这种面板可以用来代替现有的清水墙等。在室外使用时，可以用一种聚胺酯或其他涂料对该面板作防水处理。
任何一种粘合剂，只要它适合于粘合副板的表面20A或20B中所使用的纤维，都可以用来将副板的翻边面粘合在一起，如图9所示。例如，聚醋酸乙烯酯或Alvar可以用于木质纤维的场合。
本发明还可以与混有纤维的树脂结合使用。这时，加热将有助于最终产品的定型，热量可以使树脂固化。也可以使用一些湿强度添加剂，例如KYMENE或HERCON等。也可以对面板施压一段足够长的时间，以使树脂固化，如图4所示。但是，根据树脂的具体情况，也许完全不需要进行加热。
由此可以看出，本发明的两个基本变形中，既包括由弹性材料制成的固体垫或基本上为固体的垫块，同时又包括上述替换实施例中所述的充气膜。
虽然以上出于使人清楚和理解本发明的目的，而通过解释的举例的方式对本和了详细说明，但是很显然，本领域的普通技术人员借助于本发明的教导，在不脱离权利要求书的原理和范围的前提下，还可以作出一些变化和改进。
权利要求
1.一种制造模制面板的设备，它以分散在一种流体内的面板材料为原料，通过对位于一模具中的该分散物施加压力，降低其中的流体成分而形成面板，所述的设备包括一个多孔网，使用中流体可以从其中穿过，还包括若干安装在其上用来模制面板的弹性垫，所述的垫之间的间隙与其高度之比为0.15-0.50。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述的比例为0.20-0.40。
3.一种制造模制面板的方法，它以分散在一种流体内的面板材料为原料，通过对位于一模具中的该分散物施加压力，降低其中的流体成分，该方法包括提供一种多孔网，它允许流体从中穿过；在所述的网上设置若干相间的弹性垫，以便模制所述的面板，所述的垫之间的间隙与其高度之比为0.15-0.50；将分散在流体中的面板材料沉积到网上垫的周围；以及压制所述的垫，从而对垫周围的沉积材料及流体进行压实，使之沿平行于网的方向变形，垫变形后便将网盖住；材料在垫之间以及所述的覆盖部分下方被压实，从而形成一个板面，它具有大致垂直于所述网的肋以及大致平行于所述板面的翻边，穿过所述的肋，便形成面板的一个格栅开孔。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述的比例为0.20-0.40。
5.一种制造模制面板的设备，它包括一个多孔的网和若干安装在其上的弹性垫，在使用时压缩所述的垫，使沉积在垫周围的板材被压实，形成一个板面，它具有与之成一体的开孔格栅，该格栅包括大致垂直于所述板面的肋，以及大致平行于所述板面的翻边，每个垫都具有一个底部和一个位于其上的主体部，所述底部的宽度大于或等于主体的宽度，垫的高度与底部宽度之比约为0.85-2.0。
6.一种制造模制面板的方法，该面板包括一块板，其具有多个肋和从肋上延伸出的翻边，它们构成了开孔格栅，该方法包括提供一种多孔网，它允许流体从中穿过；在所述的网上设置若干相间的弹性垫，它们作为模具用来形成格栅的开孔，每个垫都具有一个底部和一个位于其上的主体部，所述底部的宽度大于或等于主体的宽度，垫的高度与底部宽度之比约为0.85-2.0；将分散在流体中的面板材料沉积到网上垫的周围；以及压制所述的垫，从而对垫周围的沉积材料及流体进行压实，使之沿平行于网的方向变形，垫变形后便将网盖住；材料在垫之间以及所述的覆盖部分下方被压实，从而在面板的一个表面上形成若干肋，它们大致垂直于所述的表面，还有若干大致平行于所述板面的翻边，穿过所述的肋，便形成面板的一个格栅开孔。
7.一种制造模制面板的设备，它包括一个多孔的网和若干安装在其上的弹性垫，在使用时压缩所述的垫，使沉积在垫周围的板材被压实，形成一个板面，它具有与之成一体的开孔格栅，该格栅包括大致垂直于所述板面的肋，以及大致平行于所述板面的翻边，每个垫都具有一个底部，一个顶部，和在它们之间延伸的侧边，所述的顶部和底部基本上相互平行，所述的侧边大致为凹陷形并相对延伸。
8.一种制造模制面板的方法，该面板包括一块板，其具有多个肋和从肋上延伸出的翻边，它们构成了开孔格栅，该方法包括提供一种多孔网，它允许流体从中穿过；在所述的网上设置若干相间的弹性垫，它们作为模具用来形成格栅的开孔，每个垫都具有大致呈凹陷形的侧边，它们相对延伸；将分散在流体中的面板材料沉积到网上垫的周围；以及压制所述的垫，从而对垫周围的沉积材料及流体进行压实，使之沿平行于网的方向变形，在垫与网之间形成覆盖面；材料在垫之间以及所述的覆盖部分下方被压实，从而在面板的一个表面上形成若干肋，它们大致垂直于所述的表面，还有若干大致平行于所述板面的翻边，穿过所述的肋，便形成面板的一个格栅开孔。
9.一种制造模制面板的设备，它包括一个多孔的网和若干安装在其上的弹性垫，使用时所述的垫可压缩，板材沉积在垫的周围并被压实，形成一个板面，它具有与之成一体的开孔格栅，该格栅包括大致垂直于所述板面的肋，以及大致平行于所述板面的翻边，压缩时，每个垫的覆盖部与垫之间的距离之比至少为0.1。
10.一种制造模制面板的方法，该面板包括一块板，其具有多个肋和从肋上延伸出的翻边，它们构成了开孔格栅，该方法包括提供一种多孔网，它允许流体从中穿过；在所述的网上设置若干相间的弹性垫，它们作为模具用来形成格栅的开孔；将分散在流体中的面板材料沉积到网上垫的周围；以及压制所述的垫，从而对垫周围的沉积材料及流体进行压实，使之沿平行于网的方向变形，所述的垫产生变形，使它们盖住所述的网；材料在垫之间以及所述的覆盖部分下方被压实，从而在面板的一个表面上形成若干肋，它们大致垂直于所述的表面，还有若干大致平行于所述板面的翻边，穿过所述的肋，便形成面板的一个格栅开孔，每个垫的覆盖部与它们之间距离之比至少为0.1。
11.在一种模制面板制造设备中使用的多个弹性垫，该垫可以压缩，在该设备中使用时，可以使面板材料沉积在垫的周围，形成一个板面，它与一开孔格栅模制成一体，所述的格栅包括大致垂直于所述板面的肋，以及大致平行于该板面的翻边，每个垫都具有一个底部和一个位于其上方的主体部，所述底部的宽度大于或等于其主体部的宽度，所述垫的高度与其底部宽度之比约为0.85-2.0。
12.如权利要求11所述的垫，其特征在于所述的高度与底部宽度之比约为0.9-1.8。
13.如权利要求12所述的垫，其特征在于所述的高度与底部宽度之比约为1.0-1.5。
14.如权利要求11-13中任一权利要求所述的垫，其特征在于所述的每一个垫都具有一个顶部宽度，其底部宽度与顶部宽度之比约为1.4。
15.如权利要求11-14中任一权利要求所述的垫，其特征在于所述每个垫的肖氏A硬度为15-45。
16.如权利要求11-15中任一权利要求所述的垫，其特征在于所述每个垫的横截面形状大致为六边形。
17.一种制造模制面板的设备，它包括一个多孔网和如权利要求12-16中任一权利要求所述的多个弹性垫。
18.在一种模制面板制造设备中使用的多个弹性垫，该垫可以压缩，在该设备中使用时，可以使面板材料沉积在垫的周围，形成一个板面，它与一开孔格栅模制成一体，所述的格栅包括大致垂直于所述板面的肋，以及大致平行于该板面的翻边，每个垫都具有一个底部，一个顶部和在它们之间延伸的侧边，所述的顶部和底部大致相互平行，而侧边大致呈凹陷状，并相对延伸。
19.如权利要求18所述的垫，其特征在于所述的侧边为双角度。
20.如权利要求19所述的垫，其特征在于所述的每一条侧边都包括一个下部和一个上部，下部与底部垂线之间的夹角约为15度，上部与底部垂线之间的夹角约为8度。
21.如权利要求18-20中任一权利要求所述的垫，其特征在于所述每个垫的底部宽度与底部宽度之比约为1.4。
22.如权利要求18-21中任一权利要求所述的垫，其特征在于所述每个垫的肖氏A硬度为15-45。
23.如权利要求18-22中任一权利要求所述的垫，其特征在于所述每个垫的横截面形状大致为六边形。
24.一种制造模制面板的设备，它包括一个多孔网和如权利要求19-23中任一权利要求所述的多个弹性垫，这些弹性垫与网相连接。
25.一种制造模压纤维板的设备，所述的纤维板包括一个开孔格栅，该设备包括一个多孔载体；在所述的载体上设置的若干弹性垫；将纤维沉积到所述载体上并使之充满垫之间间隙的装置，每一个垫都具有一预定的尺寸和形状，当垫被压缩时，可以使垫周围的沉积纤维受压，沉积纤维的装置包括一个流体载运设备，其中的载体流体可以穿过沉积的纤维和所述的载体排除；以及一个对所沉积的纤维进行压实的设备，在使用中，当沿着垂直于所述载体的方向向弹性垫中远离载体的一端加压时，该设备可以沿垂直及平行于所述载体的方向对纤维加压；由此使所述的垫平行于载体膨胀，对位于其间的纤维加压，与此同时对位于垫上方及下方的纤维进行压实。
26.一种制造模压纤维板的方法，所述的纤维板包括一个开孔格栅，该方法包括设置一个多孔载体；在所述的载体上设置的若干弹性垫；按照预定的间隙将所述的垫放置在载体上；将纤维沉积到所述载体上使之盖住所述的垫并充满它们之间间隙，每一个垫都具有一预定的尺寸和形状，当垫被压缩时，可以使垫周围的沉积纤维受压，纤维的沉积采用一种流体载运技术，其中的载体流体可以穿过沉积的纤维和所述的载体排除；以及沿着垂直于所述载体的方向向弹性垫加压，可以沿垂直及平行于所述载体的方向对纤维进行压实；由此使所述的垫平行于载体膨胀，对位于其间的纤维加压，与此同时对位于垫上方及下方的纤维进行压实。
27.如权利要求1，5，7，9或25中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述垫的高度与底部宽度之比约为0.9-1.8。
28.如权利要求27所述的设备，其特征在于所述垫的高度与底部宽度之比约为1.0-1.5。
29.如权利要求3，6，8，10或26所述的方法，其特征在于所述垫的高度与底部宽度之比约为0.9-1.8。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于所述垫的高度与底部宽度之比约为1.0-1.5。
31.如权利要求1，5，9，25或27中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述垫的侧边从网上伸出，侧边大致呈凹陷状，并且相对延伸。
32.如权利要求7或31所述的设备，其特征在于所述的侧边具有双角度。
33.如权利要求32所述的设备，其特征在于所述的垫的侧边具有一个下部和一个上部，前者与垂直于网的方向的夹角为15度左右，后者与垂直于网的方向的夹角为8度左右。
34.如权利要求3，6，10，26或29中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述垫的侧边从网上伸出，侧边大致呈凹陷状，并且相对延伸。
35.如权利要求8或34所述的方法，其特征在于所述的垫具有双角度。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于所述的垫的侧边具有一个下部和一个上部，前者与垂直于网的方向的夹角为15度左右，后者与垂直于网的方向的夹角为8度左右。
37.如权利要求1，5，7，9，25，27或31中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述垫的肖氏硬度约为15-45左右。
38.如权利要求37所述的设备，其特征在于所述的垫的肖氏A硬度约为27左右。
39.如权利要求3，6，8，10，26，29或34中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述垫的肖氏A硬度约为15-45。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于所述垫的肖氏A硬度约为27。
41.如权利要求1，5，7，9，25，27，31或37中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述垫之间的间隙约为0.060-0.200英寸。
42.如权利要求41所述的设备，其特征在于所述垫之间的间隙约为0.130-0.180英寸。
43.如权利要求42所述的设备，其特征在于所述垫之间的间隙约为0.160英寸。
44.如权利要求3，6，8，10，26，29，34或39中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述垫之间的间隙约为0.060-0.200英寸。
45.如权利要求44所述的方法，其特征在于所述垫之间的间隙约为0.130-0.180英寸。
46.如权利要求45所述的方法，其特征在于所述垫之间的间隙约为0.160英寸。
47.如权利要求1，5，7，9，25，27，31，37或41中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述垫的横截面形状大致为六边形。
48.如权利要求3，6，8，10，26，29，34，39或44中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述垫的横截面形状大致为六边形。
49.如权利要求1，5，7，9，25，27，31，37，41或47中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述的每个垫都具有一个顶部宽度，该垫的底部宽度与顶部宽度之比为1.0-1.7。
50.如权利要求49所述的设备，其特征在于所述的每个垫都具有一个顶部宽度，该垫的底部宽度与顶部宽度之比约为1.4。
51.如权利要求3，6，8，10，26，29，34，39，44或48中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述的每个垫都具有一个顶面宽度，该垫的底部宽度与顶部宽度之比为1.0-1.7。
52.如权利要求51所述的方法，其特征在于所述的每个垫都具有一个顶部宽度，该垫的底部宽度与顶部宽度之比约为1.4。
53.如权利要求1，5，7，9，25，27，31，37，41，47或49中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述的垫是由硅橡胶制成的。
54.如权利要求3，6，8，10，26，29，34，39，44，48或51中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述的垫是由硅橡胶制成的。
55.如权利要求5，7，17或24所述的设备，其特征在于还包括一个加压装置，使用时它可以将垫周围的材料及流体压实，它可以使垫沿大致平行于网的方向变形，垫的变形包括将网的上部覆盖住，在垫之间以及覆盖部下方的板材被压实成肋和翻边。
56.一种模压的纤维面板，它包括一个大致连续的压合纤维元件；一个纤维格栅，它包括若干开孔，它们由若干肋围成，肋的厚度平行于格栅的平面，其高度限定了格栅的厚度，所述的格栅与所述的压合纤维元件模制成一体；以及一个与格栅模制成一体的纤维翻边元件，该翻边元件跨越格栅中位于所述压合纤维元件对面的每个开孔中的至少一部分表面。
57.一种模制纤维板，它由权利要求3，6，8，10，26，29，34，39，44，48，51或54中任一权利要求所述的方法制成，而且它包括一个带有若干肋的薄层，和从肋上延伸出的翻边，从而形成一个开孔格栅。
58.一种模制纤维板，它是由两层如权利要求56或57所述的面板结合在一起形成的。
59.如权利要求56-58中任一权利要求所述的面板，其特征在于翻边覆盖了格栅开口表面的5-90％。
60.如权利要求59所述的面板，其特征在于翻边覆盖了格栅开孔表面的25-40％。
61.如权利要求56-60中任一权利要求所述的面板，其特征在于翻边的外延部分与翻边的宽度之比至少为0.1。
62.如权利要求56-61中任一权利要求所述的面板，其特征在于所述的格栅包括若干大致呈六边形的开孔。
63.如权利要求56-62中任一权利要求所述的面板，其特征在于所述的面板材料选自木质纤维，农业纤维，矿物纤维，合成纤维以及它们的混合物。
64.如权利要求56-62中任一权利要求所述的面板，其特征在于所述的面板材料选自水泥，灰膏，以及石膏。
全文摘要
本发明公开了一种压合面板(20)及其制造方法及设备,该面板具有内部的开孔格栅(22),它是用纤维一类的材料模制成的。本发明使用了一种带孔的网(10,14),网上设有若干相互间隔开的弹性垫(12)。将分散在流体中的纤维引入该设备中并使之将垫盖住和包围住。施加压力使流体穿过网(10,14)排出,并将纤维压实,形成一个面板(20)。垫的设计及结构可以在施加压力(24)时将位于垫下方的纤维压实,从而使制成的面板具有整体模制的翻边(24)。本发明中垫的高度、形状和/或间距可以改善脱模性能,在重复使用之后仍具有很好的抗压力硬化能力。该垫可以提供更高的密度,并提高面板中翻边的成形质量。
文档编号B32B27/02GK1207787SQ96199688
公开日1999年2月10日 申请日期1996年11月21日 优先权日1995年11月21日
发明者R·L·诺布勒, T·L·纽布恩, C·S·杰索普, J·D·马斯特尔斯 申请人:栅芯系统国际