专利名称：用于生产纸浆模制产品的设备及方法
技术领域：
本发明涉及用于生产纸浆模制产品的设备及方法，该项发明是为了改善纸浆模制产品的成形过程。
背景技术：
今日，纤维成形制品(Pulp)已被广泛应用于众多产品之中，例如餐具、容器及包装，特别是可降解用品。纤维成形制品一般有两种生产方法，分别是干制法(Dry Method)和湿制法(WetMethod)。干制法是指用一块干而且平的大纸版折叠及把邻边翼位黏合而成(joining various adjacent flaps)的餐具制品，此方法不但制作麻烦而且成本昂贵，造出来的产品也不防漏。而湿制法是把湿湿的纸浆压成与成品相近的外型，经过热压处理把成品烘干，整体上造出来的产品厚度平均。
传统上的湿制法可分为六个主要步骤，分别是碎浆(Shedding)、疏解(Fine Carving)、配浆(Dosing)、成型(Forming)、冷压(Cold Press)及热压(Hot Press)。在碎浆时，水和纸张会被放进搅拌器内搅拌磨碎，而纸张的成份主要是由植物纤维，包括木、竹、蔗等制成。在疏解时，磨碎的纤维会被放入处理器(Processor)内作进一步搅拌混合，待植物纤维完全稀释于水分之中。在配浆时，纤维纸浆会被送往另一台搅拌器内，加入添加剂，例如水或油的密封剂，改变植物纤维的特性。在成型的时候，含有植物纤维及添加剂的纸浆会注入成形罩(Chamber)内，纤维中的水分会被装置于网下的真空吸出。此植物纤维便会沉积于下模的网上，处于此状态下的纤维，就彷如一张湿透的纸巾般，准备进行冷压。通过上下模的压力，将多余的水分挤出，经过此过程，成品的初形大致形成。最后，便会利用一对约150℃至180℃的热模进行热压处理，只需45至60秒，产品便会完全压干。
一般来说，用来生产该纸浆模制产品机器一般可分为两大类一连续性生产型(Continuous Type)和批量性生产型(Batch ProcessType)。由于大部分的生产时间会花在成形的步骤上。当然要视乎每件产品的外型及设计而有所不同，但一般来说，批量性生产的成形时间约20至60秒。而连续性生产，虽然成形时间较快，但仍占所有步骤中时间为最长。以一个600毫升的餐盒为例，批量性生产的成型时间约45秒。
在成型的过程中，如图1所示，纸浆(Slurry)会被倒入一块网(Mesh)或具渗透性的容器中(Container with porous material)，然后注入空气搅拌纸浆，纸浆稍后便会慢慢沉淀于网上。随后启动网下真空装置，水份便会穿过沉积的纤维及网抽出，一层湿如地毯般的纤维便会形成于网上。这层湿透的纤维将会经过冷压，压成成品的初形；再经热压，压出最终成品。
采用真空的缺点(i)最大的吸水力受到负1巴(bar)～(指1公斤/平方厘米(1kg/cm2))的压力限制。
(ii)吸水泵(suction pump)和真空缸(vaccum tank)是必不可少的。
(iii)真空缸内的水会定时被注满，为了维持此真空吸水动作，便需要一个补给期(down time period)，在此阶段需要(a)停止抽真空，(b)排出缸内的水分，及(c)重新启动真空或可在外加设抽水泵不停地把水由缸内抽出。前者，补给期会延误产量；而后者则较复杂、昂贵。
(iv)当纤维沉淀于网上时，真空便会减弱，如图2所示。因为不断重复使用的网会积聚纤维，减低网层本身的透气度。随着时间的过去，网层堵塞，水分无法穿过网层，水流减慢，加长成形时间。
(v)根据第iv点所提出的问题，及为了保持产品最佳品质和产量，网便需要定期更换及护理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效的生产纸浆模制产品的设备及方法，改善上述所提及的纸浆模制产品生产技巧。
根据本发明的第一方面，提供了一种更佳的纸浆模制产品的生产方法，其步骤包括(a)提供不少于一个透气孔的容器(containerat least one liquid permeable end)，(b)将含纤维纸浆放入该容器内，(c)采用正气压把纸浆的水分由成形罩(chamber)穿过该具透气(liquid permeable end)的容器压出，由此一层薄薄的纤维便会形成于该容器上。
根据本发明的第二方面，提供了一种纸浆模制产品的生产设备，包括一个可盛载纤维和水的容器，该容器具有不少于一个透气孔，采用正气压把纸浆的水分由成形罩(chamber)穿过该具渗气性容器(liquid permeable end)压出，形成一层薄薄的纤维于该容器上。
图1所示为传统纸浆模制产品的一般成形步骤。
图2示出在传统成形过程中，真空缸输出的真空压力与时间的关系图。
图3示出根据本发明第一实施例的设备的横截面图。
图4A示出高水流时，纤维穿过网层排出情况。
图4B示出低水流时，纤维沉淀于网上情况。
图5A示出传统情况下成形的纸浆模制产品在电子显微镜下的横截面图。
图5B示出本发明下成形的纸浆模制产品在同一放大率的电子显微镜下的横截面图。
图6为本项发明设备(图3)所采用的压缩空气变化的概况图(profile)(图6)，以及与传统真空成形的真空变化比较。
图7为根据本发明第二实施例的设备的横截面图。
图8为根据本发明第三实施例的设备的横截面图。
图9为根据本发明第四实施例的设备的横截面图。
图10为根据本发明第五实施例的设备的横截面图。
图11为纸浆模制产品热压用具。
具体实施例方式
第一实施例，如图3所示，设备100是运用了“时间压力(timepressure)”的成形过程。该设备100包括压力成形罩(pressurechamber)102、成形罩上的导管104和成形罩下的网或多孔物质106。在该网106下是成形模108(此模由金属制成)，模上有多个排水孔让液体流过。例如水可由成形罩102内流出，而导管104则与气源相连；如压缩空气110，用作提供正压给成形罩102内的纸浆之用。
为了使本发明能运用于成形过程中，纸浆112便会通过成形罩旁的入口(没有显示于图上)注入成形罩102内，随后启动气源110，释放压缩空气。例如气压升至10公斤/平方厘米(kg/cm2)，气压通过导管104进入成形罩102内，正气压便会产生，纸浆112内的水分便会被挤压出此设备100，穿过网106及下模108排出。纸浆112内的纤维便会沉淀于网106上，形成一层的纤维，等待冷压。
这里有三种参数来控制成形过程，分别是(a)压缩空气的压力，(b)压力输出的时间及(c)压缩空气在成形罩内的流量。压缩空气的流量反映出气压的强度及整体系统的抵抗力。而整体系统的抵抗力在某种程度上与网的形状和结构有关。例如网的目数。由此，只要改变以上三种参数，便可控制水流及成形时间。以上(a)和(b)的参数较容易改变，而参数(c)可调校幅度较少。由此可见，传统采用真空方法可调校的幅度较少，相反现有的方法则较大。
已知有三种的排水机制(water removal mechanisms)可应用于网106上，在过虑法(infiltration)中纤维可在纸浆中自由流动。在增厚法(thickening type)中，当水分被排走后，纸浆中的纤维被压缩并塌下成有条理的网状组织。最后，湍流增厚法(turbulentthickening)是结合以上两个机制所形成。
在传统的真空成形过程中，如图4A所示，一开始启动较强的真空，令急速的流水带着纸浆152内的纤维150流过网层154。纤维没有足够的时间平稳地沉淀，很多细碎的纤维及添加剂便会随着急速的流水穿过网154的网孔153流失；如图4A所示。为了缓和此问题，便采用化学键结(chemical retention aid)来减低被排放的水内的纤维含量。另一方面，根据本发明，可将最初的气压降低，减慢纸浆的水流；如图4B所示，借此增加纤维平稳沉淀的机会，从而减少纤维与添加剂的流失。
在传统的真空成形过程中，起初一层层的纤维堆积于网上，不知不觉间形成一道阻力，阻挡水分的排放，沉淀的纤维厚度也不断累积和增加，减少吸力(真空吸力)，施加于纤维上的压缩力便随着减少。
图5A是纸浆模制产品(pulp-mould product)在传统的成形过程下成形的情况，这是电子显微镜下的横截面图。由此可以清楚看到，下层纤维所受的压力较上层为大。这样的纤维结构并不适合作防漏产品，水分容易由上层纤维渗透进下一层。这突然改变的真空吸力，导致上层纤维纵横交错地堆砌。
另一方面，图5B是纸浆模制产品在本发明下的成形情况，示出同一放大率的电子显微镜下的横截面图。该产品成形时所受的压力最大接近4巴(bars)。由此可以清楚看到，每一层的纤维(由上至下)所受的压力都是相同的。试比较图5A及5B的纤维厚度，两种产品所用的纤维及产品的重量都差不多一样。但是，在同一放大率下，传统方法成形的产品厚度比根据本发明成形的产品约厚10-15％。换言之，按照本发明的设备及方法，使用正压会令产品厚度更平均更结实，也可达到防漏作用。
如上所述，设备100的压缩空气压力、加压时间及压缩空气在成形罩内的流量均可独立调节。所以图6的压力工况图(profile)的增压值是可以预设的。从工况图可见开始时首秒采用相对较低的压力；明显少于1巴(bar)的压力，让纸浆内的水分122可慢慢地流过网106。此举可在成形初期减少纤维的流失及堵塞。而且还让纤维有足够时间平均沉淀于网上。一层平均且受压相同的纤维便会形成，随后一秒便可把压力增至3巴，加大上层纤维压力令纸浆内的水分122可迅速穿过金属网106。此后分别于1/2秒及1/4秒内减低压力至2巴及1巴，本发明便可缩短成形时间。
这里可以强调一点，本发明需结合真空的应用，真空有助于达到更高的压缩比、较短成形时间，同时也能使最终产品有较平均的纤维分布。譬如，使用4巴的大气压力作成形处理，其中之一的方法是用压缩气体。这样便需要一个较坚固的成形罩FORMINGCHAMBER及能抵御高压的密封物。另一方面，是使用3巴正压和1巴负压，在此情况下，成形罩只需抵御3巴的压力而非前者的4巴压力。
第二实施例，如图7所示设备200，可利用“控量注浆”(displacement-volumetric)的成形过程，又可称为“正比位移”(positive displacement)成形法。在该设备200内把活塞装置于已注浆的成形罩内。而该活塞是连接着马达及螺杆206，用作推动活塞202之用，由活塞施加压力于纸浆208上，水分便会穿过金属模上的网或多孔材料(porous material)把水分从纸浆上挤出。而活塞202的活动可预先用微处理器设定。这样便可以预设压力的强弱和时间，设定为工况图(profile)所示的压力与时间变化。此外，也可把这些数据作为错误的依据及试验。
第三实施例，如图8所示设备300与上述设备100很接近。只是多设一个回路反馈机械装置。首先，阀门302负责检测水分穿过网层304的流量。随后便发送一个信号给阀门306，用作控制压缩空气气源。经过这样的配置，假设流过阀门302的水流过低，阀门306便会启动，让更多的压缩空气由气源308流出，因此成形罩内的纸浆所受的压力增加，同时也增加了水流穿过网层的速度。有助于清洗阻塞网层304的物质。相反，假设流过阀门302的水流过高，阀门306便会关闭，让较少的压缩空气由气源308流出，因此成形罩内的纸浆所受的压力减少，同时也减慢了水流穿过网层的速度。
第四实施例，如图9所示设备400，这与上述所提及的设备200很相似。只是多设一个回路反馈机械装置。首先，阀门402负责检测水分穿过网层404的流量。随后便发送一个信号控制马达及螺杆。经过这样的配置，假设流过阀门402的水流过低，马达及螺杆便会控制活塞加快推向网层，因此成形罩410内的纸浆412所受的压力增加，同时也增加了水流穿过网层的速度。相反，假设流过阀门402的水流过高，马达及螺杆便会减慢成形罩410内活塞408的速度，相对只有较少的压力施加于成形罩410内的纸浆412上，同时也减慢了水流穿过网层的速度。
在传统的纸浆模制产品的成形方法上，一旦成形阶段结束，金属丝网及网上的纤维层会被传送到配有上下模的冷压机，通过冷压把纤维层的水分挤出。而该项设备发明采用“正比位移”(positivedisplacement)成形方法进一步改进冷压过程。就如图10设备500所示，这与上述提及的设备200和400相似，活塞最底外形与成品最高的外形一致。就如上述提及的设备100、200、300和400一样，网或多孔材料504及下模(由金属制成)的最高形状与成品最底的形状一致。在成形阶段，活塞向下推进，成形罩508内的纸浆507受压，产品成形。随后马达及螺杆506把活塞进一步向下推进，完成冷压过程。像这样，合二为一的成形及冷压过程，可少用一套模具。但在传统的纸浆模制产品生产过程始终是受到限制。如图11所示，在结合成形及冷压的步骤之后，已受冷压的纤维会被网504及下模510承托着。稍后便会通过上模520进行热压，完成整个纸浆模制产品成形过程。
尽管本发明已经参照附图和优选实施例进行了说明，但显然，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明作出各种更改和变化。因此，本发明的各种更改、变化由本发明的保护范围的内容涵盖。
权利要求
1.一种用于纸浆模制产品的成形方法，包括如下步骤(a)提供一个具有渗透性的容器，(b)注入一种纤维纸浆于所述容器内，及(c)采用正压把成形罩内纤维纸浆的水分穿过该容器挤出，其后一层纤维纸浆便会形成于所述具有渗透性的容器上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述正压是由压缩气体所产生。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述气体是指空气。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述正压是指大气压力。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述具有渗透性的容器包括多孔部件。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述多孔部件包括网。
7.根据权利要求1所述的方法，所述步骤包括(a)使用第一种压力强度于纸浆上，及(b)其后，使用第二种压力强度于纸浆上，所述第二种压力强度与所述第一种压力强度不同。
8.根据权利要求1所述的方法，其中使用第一种压力强度于纸浆上的时间及使用第二种压力强度于纸浆上的时间不同。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括步骤(f)使用与所述第二种压力强度不同的第三种压力强度。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤(g)检测从所述成形罩流出及流过所述具有渗透性的容器的水分流量。
11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括步骤(h)不同强度的压力施加于纸浆上，便会引致不同的水流由所述成形罩及所述可渗透性容器内流出。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述压力是由活塞产生。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括步骤(i)所述活塞最底的形状与成品最高形状一致。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括步骤(j)用所述活塞把所述具有渗透性的容器上的纤维层压着。
15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤(k)将预设的压力强度应用于所述纸浆上。
16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤(l)将预设的压力时间应用于所述纸浆上。
17.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤(m)使用具有渗透性的容器下的真空吸力抽出从所述成形罩内流过不少于一个透气孔的容器的纸浆内的水分。
18.一种用于纸浆模制产品的成形设备，包括一个可注入纤维纸浆及液体的容器，所述容器具有至少一个透气孔，及压力装置，用于当使用正压时，可把成形罩内纸浆的水分穿过具有渗透性的容器压出，使一层纤维形成于所述渗透性容器上。
19.根据权利要求18所述的设备，所述纸浆模制产品成形设备进一步包括适于连接到压缩气源的导管。
20.根据权利要求19所述的纸浆模制产品成形设备，其中所述气体是空气。
21.根据权利要求18所述的纸浆模制产品成形设备，其中所述压力为1kg/cm2以上。
22.根据权利要求18所述的纸浆模制产品成形设备，其中所述具有渗透性的容器包括多孔部件。
23.根据权利要求22所述的纸浆模制产品成形设备，其中所述多孔部件包括网。
24.根据权利要求18所述的纸浆模制产品成形设备，其中所述压力装置适于，使用第一种压力强度于纸浆上，及其后使用第二种压力强度于纸浆上，所述第二种压力强度与所述第一种压力强度不同。
25.根据权利要求24所述的纸浆模制产品成形设备，其中所述压力装置适于，使用第一种压力强度于纸浆上的时间及使用第二种压力强度于纸浆上的时间不同。
26.根据权利要求24所述的纸浆模制产品成形设备，其中所述压力装置适于，使用与第二种压力强度不同的第三种压力强度。
27.根据权利要求18所述的纸浆模制产品成形设备，其中还包括用于检测从所述成形罩流出及流过所述可渗透性容器的水分流量的装置。
28.根据权利要求27所述的纸浆模制产品成形设备，其中进一步包括，将不同强度的压力施加于纸浆上，便会引致不同的水流由所述成形罩及所述可渗透性容器内流出的装置。
29.根据权利要求18所述的纸浆模制产品成形设备，进一步包括活塞。
30.根据权利要求29所述的纸浆模制产品成形设备，其中所述活塞最底的形状与成品最高形状一致。
31.根据权利要求30所述的纸浆模制产品成形设备，其中所述活塞是可以移动把具有渗透性的容器压着。
32.根据权利要求18所述的纸浆模制产品成形设备，其中包括使用具有渗透性容器下的真空吸力抽出从所述成形罩内流过所述不少于一个透气孔的容器的纸浆内的水分的装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于纸浆模制产品的成形方法，包括如下步骤(a)提供一个具有渗透性的容器；(b)把纸浆注入该容器内；及(c)使用正压把成形罩内包含纤维的纸浆的水分从具有渗透性的容器中压出，一层纤维便会成形于具有渗透性的容器上。本发明还披露了一种用于纸浆模制产品的成形设备，包括注有纸浆的容器，此容器具有渗透性，使用正压把成形罩内含纤维的纸浆水分由具有渗透性的容器中压出，一层纤维便会成形于具有渗透性的容器上。本发明利用正气压结合真空来达到更佳效果，从而可完全控制施加的压力。由此，不同的工况可用不同的参数及回路设定。此外，通过一个与成品外形一样的上模活塞，把成形及冷压的过程合而为一。
文档编号B29C41/02GK1721623SQ20051008422
公开日2006年1月18日 申请日期2005年7月15日 优先权日2004年7月15日
发明者庄秉俊, 穆罕默德礼萨·阿夫沙尔, 梅赫拉比, 卢韵华 申请人:添耀实业有限公司