专利名称：托盘及其制造方法
技术领域：
本发明通常涉及一种用于装卸、存储或移动材料和包裹的托盘。
背景技术：
托盘广泛地用作安装、存储、堆积、装卸和运输货物的单位载荷，并且主要由木头、金属或塑料构成。
木制托盘是最常使用的。然而，近年来，由于填埋处理废木料以及国家和洲之间的木材穿孔寄生虫的进口和出口而导致的滥伐事件和环境问题，木制托盘不断地受到环境保护者和不同政府机构的关注。因此，许多国家已经对实木包装材料的使用施加了大量的限制，如根据WHO(世界卫生组织)的ISPM 15(植物检疫测量的国家标准15)。
目前，使用由塑料和金属制成的托盘代替木制托盘。然而，将这种托盘的使用保持在最小，这是由于塑料和金属制成的托盘更昂贵。除了成本更高之外，塑料和金属托盘还具有处理问题，由于塑料和金属不能生物降解，因此不能有效地处理。而且，在制造塑料托盘中使用的回收塑料对环境有害，这是因为塑料的分解会向大气中释放有毒气体，从而造成土地和水体的污染。
鉴于前述内容，需要一种由易于再生的原料制成的可生物降解的托盘及其制造方法。
发明内容
本发明通过提供可生物降解的托盘及其制造方法来满足这些需要。应当理解，本发明可以多种方式实施，其包括处理过程、设备、系统、装置或方法。下面描述本发明的几个创造性的实施方式。
本发明的一个实施方式提供一种可生物降解的托盘，其包括托盘主体，加固该托盘主体的垫材，以及将该托盘主体和垫材互锁的装置。该托盘主体和垫材由包括大约40至60wt％的纤维混合物以及大约15至45wt％的粘合剂的可塑组成物模制。
该可塑组成物的含水量优选为小于约20％。更优选地，该可塑组成物的含水量大约在4至15％之间。最优选为该纤维混合物的含水量小于约15％。
优选地，该可塑组成物还包括不超过大约40wt％的添加剂。该添加剂是由硬化剂、流动性促进剂和脱模剂构成的组合中的一种或多种。
优选地，该纤维混合物包括多种纤维，其中该多种纤维中的每一种都具有高达大约50mm的长度。该多种纤维中的每一种都具有高达大约2mm的厚度，以及大约2∶1至25∶1之间的长度厚度比。
优选地，该纤维混合物包括大约5至30wt％的油棕纤维。该纤维混合物可以包括由油棕纤维、啤酒麦芽、甘蔗果肉、增塑剂、增韧剂和耐冲击性改进剂构成的组合中的一种。
优选地，该粘合剂是热固树脂。更优选地，该粘合剂是氨基树脂。最优选地，该粘合剂是由蜜胺甲醛和蜜胺脲甲醛构成的组合中的一种。
在优选的实施方式中，该托盘主体包括具有腿的承重构件。优选地，该承重构件具有大约3至5mm之间的大致恒定的总壁厚。优选地，该承重构件包括多个肋，每个肋包括具有锥形通道墙壁的开口通道，并且将其设计成自该承重构件18的表面具有大约6至12度(°)的拔模角。
优选地将该腿形成为该承重构件中的凹陷。优选地，该腿朝向底部向内逐渐变细，并且设计成自垂直于该承重构件18的表面具有大约11至12°之间的拔模角，以及大约95mm的最小垂直高度。
在优选的实施方式中，优选地在该底部上提供盲孔。优选地将该盲孔设计成自垂直于该承重构件18的表面具有大约小于0.5°的拔模角。
优选地，在该腿与该承重构件接合的位置处形成第一倒角。优选地在该承重构件的周边周围设置飞边。
在优选的实施方式中，该垫材包括由多个连接件形成的框架。优选地在该多个连接件接合的接合处形成第二倒角。优选地，该垫材包括与该腿的底部中的盲孔对应的突出插销。该盲孔互锁该突出插销。该突出插销的周边尺寸优选地比该盲孔的周边尺寸大约0.05至0.1mm，以便当施加力互锁该盲孔和该突出插销时，干涉配合将该垫材固定到该托盘主体。优选地，将该突出插销设计成自垂直于垫材14的表面具有小于大约0.5°的拔模角。
在优选的实施方式中，将该托盘设计成具有至少大约60％的顶板覆盖率和至少大约35％的底板覆盖率。
本发明的另一个实施方式提供一种形成高强度模制产品的方法。该方法从制备可塑组成物开始。该可塑组成物包括大约40至60wt％的纤维混合物以及大约15至45wt％的粘合剂。在对该可塑组成物施加大约435至870psi的保压压力之前，将可塑组成物载入该模腔至高达大约90％模腔容量。在限定该模腔的第一模件和第二模件之间保持大约0.1至0.5mm的预定间隙。当该可塑组成物充分固化时，将该模制产品从该模腔移去。优选施加该压力大约20至60秒的时间。
优选地，将该第一模件和第二模件保持在大约110至180℃的温度。更优选地，将该第一模件保持在比该第二模件的温度高大约20℃的温度。
当该可塑组成物大约90％被固化时，优选将该第一模件和第二模件之间的预定间隙增加到大约10mm。
优选将该模制产品压缩到所需的厚度，并且优选通过将该第一模件和第二模件之间的预定间隙减少到大约0.05至0.3mm大约15至60秒来压烫该模制产品的表面。
优选地，该可塑组成物包括不超过40wt％的添加剂。该添加剂可以是由硬化剂、流动性促进剂和脱模剂构成的组合中的一种。
优选地，该可塑组成物的含水量小于约20％。更优选地，该可塑组成物的含水量大约在4至15％之间。该纤维混合物的含水量优选小于约15％。
该纤维混合物优选为包括多种纤维，该多种纤维中的每一种都具有高达大约50mm的长度和高达大约2mm的厚度。优选地，该多种纤维中的每一种都具有大约2∶1至25∶1的长度厚度比。该纤维混合物优选为包括大约5至30wt％的油棕纤维。优选地，该纤维混合物包括一种由油棕纤维、啤酒麦芽、甘蔗果肉、增塑剂、增韧剂和耐冲击性改进剂构成的组合中的一种。
该粘合剂优选为是热固树脂。更优选地，该粘合剂是氨基树脂。
优选地，该粘合剂包括蜜胺。该粘合剂可以是由蜜胺甲醛和蜜胺脲甲醛构成的组合中的一种。
优选在将该可塑组成物的每种成分在混合器种混合以形成大致均匀且较好涂覆的可塑组成物之前，通过单独称重该可塑组成物的每种成分制备该可塑组成物。优选地，将该可塑组成物的每种液体成分在第二混合器中混合以形成液体混合物，优选将该液体混合物喷射到该混合器中。优选以大约29rpm的转子速度操作该混合器。
在本发明的又一个实施方式中，提供一种形成模制产品的方法。该方法从将包括大约40至60wt％的纤维混合物和大约15至45wt％的粘合剂的可塑组成物载入模腔开始。将该模腔装载至高达90％的模腔容量。然后，激活该模具以便对其中的可塑组成物施加435至870psi范围的保压压力。提供水汽排气孔。该水汽排气孔响应该可塑组成物中的压力，并且提供对该组成中的水汽含量以及压力的预定控制，由此产生具有预定密度和强度的模制产品。当将该模制产品充分地固化时，将该模制产品从该模腔移去。
优选地，通过在邻近该可塑组成物的相应模件之间保持预定的间隙来设置该排气孔。该模具中的可塑组成物可能临时堵塞该排气孔，以便在预定时间内临时阻止水汽的释放。
该水汽含量优选控制为在该可塑组成物中产生蒸汽泡，由此产生具有预定密度的多孔模制产品。
通过下面参考附图的描述，本发明的其它方面和优点将变得显而易见，所述附图通过示例来表示本发明的原理。
本发明通过下面结合附图的详细说明将变得容易理解。为了简化说明，相同的附图标记指定相同的结构构件。
附图1表示根据本发明的一个实施方式的托盘的透视图。
附图2表示根据本发明的一个实施方式的托盘主体的仰视图。
附图3表示根据本发明的一个实施方式的垫材的透视图。
附图4表示根据本发明的一个实施方式的互锁装置的截面图。
附图5是表示根据本发明的一个实施方式制备可塑组成物的方法的流程图。
附图6是表示根据本发明的一个实施方式制备纤维混合物的方法的流程图。
附图7表示根据本发明的一个实施方式形成模制产品的压力机。
附图8表示根据本发明的一个实施方式在模制产品的形成期间的模腔和模柱塞的放大视图。
附图9A表示根据本发明实施方式的脱模机构静止时的截面图。
附图9B表示根据本发明实施方式的脱模机构运转时的截面图。
附图10是表示根据本发明的一个实施方式形成模制产品的方法的流程图。
具体实施例方式
本发明提供一种可生物降解的托盘及其制造方法。在下面的描述中，陈述许多特定的细节，以便提供对本发明全面的理解。然而，本领域的技术人员应当理解，可以在没有一些或全部这些特定细节的情况下实践本发明。在其它的情况下，为了避免不必要的难于理解，众所周知的处理操作没有详细地描述。
附图1表示根据本发明的一个实施方式的可生物降解的托盘10的透视图。托盘10包括托盘主体12，当通过互锁装置16将其耦合到可连接的垫材14时，该托盘主体被加固。垫材14增强了托盘10的刚性和稳定性，并且使托盘10符合使用不同类型的输送系统的材料装卸应用所规定的规格，其中所述输送系统例如铲车、机动托盘起重机和手动托盘起重机。
托盘主体12在中心S，沿承重构件18的每个长度L和每个宽度W的每个拐角和中点处包括具有悬腿(depending leg)20的大致平面的承重构件18，以便提供托盘10的稳定性。尽管如此，本领域的技术人员应当理解，可以仅将悬腿20定位在承重构件18上这些位置中的某些或者其它位置上。承重构件18可以具有大约3到5毫米(mm)之间的大致恒定的总壁厚。
将每个腿20形成为承重构件18中的凹陷，其允许托盘的嵌套，这减少了空间需求，并且提高了运输和存储中空间的利用。此外，空心的腿20还有助于减小托盘10的重量以及材料成本。在可选的实施方式中，腿20可以具有实心。
参照附图2，其中表示了根据本发明的一个实施方式的托盘主体12的底视图，每个腿20朝着底部22向内逐渐变细。腿20逐渐变细有利于从模具拆卸托盘10以及嵌套托盘的分离。在腿20的底部22上提供盲孔24。
将腿20设计成具有大约95mm的最小垂直高度，以便适应不同类型的起重设备，例如铲车，机动托盘起重机和手动托盘起重机。
在腿20接触承重构件18处形成第一倒角26。第一倒角26减少了在腿20和承重构件18接合处形成裂缝的可能，并且加固了托盘主体12。
回到附图1，在承重构件18上提供多个肋28，以便加强托盘主体12。每个肋28都包括允许托盘嵌套的开口通道30，以便减少空间需求，并且提高运输和存储中立方体的利用。空心的肋28有助于托盘10的重量的缩减，以及托盘10的材料和运输成本的缩减。每个开口通道30具有锥形通道墙壁，从而有利于从模具拆卸托盘以及嵌套托盘的分离。在可选的实施方式中，肋28可以具有实心。本实施方式中表示的多个肋28的布局仅是示范性的，应当理解该多个肋28具有多种可能的布局。
将肋28设计成自垂直于承重构件18的表面具有大约6到12度(°)之间的锥角或拔模角，从而有利于从模具排出或拆卸托盘主体12或垫材14，并且还帮助嵌套托盘的分离。
环绕承重构件18的周边提供飞边32，从而有助于从模具抽出托盘主体12，以及托盘10的处理。飞边32还用作加固该周边，从而防止当托盘10下落时形成裂缝或薄片的。
本质上，飞边32和多个肋28给予了托盘主体12抗拉强度和抗压强度，从而在装载、堆积和入库期间以及当运输时，能够使托盘10以最小的缺损经受住任何冲击。
附图3表示根据本发明的一个实施方式的垫材14的透视图。垫材14包括由多个连接件34形成的框架。在至少两个连接件34接合的接合处形成第二倒角36。第二倒角36减少了在连接件34连接的接合处形成裂缝的趋势，并且加固了垫材14。
垫材14包括多个突出插销38。每个突出插销38对应于附图2中所示的腿20的底部22中的盲孔24。
将托盘10设计成具有至少大约60％的顶板覆盖率，以便为在托盘10上装载的物体提供适当的支撑，以及至少大约35％的底板覆盖率，以便保证托盘10的稳定性。至少60％左右的顶板覆盖率和至少大约35％的底板覆盖率符合最小的抗滑动需求。将顶板覆盖率定义为承载构件18的表面积，表示为托盘10的总表面积的百分比，其通过将托盘10的长度L和宽度W相乘计算。将底板覆盖率定义为腿20上底部22的总表面积或者垫材14的表面积，这取决于是否将垫材14连接到托盘主体12，将其表示为托盘10的总表面积的百分比。
附图4表示根据本发明的一个实施方式的互锁装置16的截面图。互锁装置16将腿20的底部22中的盲孔24连接到突出插销38。突出插销38的周边尺寸比盲孔24的周边尺寸约大0.05～0.1mm，以便实现干涉配合，即当装配时两个公差配合部件总是干涉的配合，因为一个构件大于另一个构件。当向互锁垫材14和托盘主体12施加力时，干涉配合将垫材14固定到托盘主体12。
将每个腿20、盲孔24和突出插销38设计成自垂直于承重构件18或垫材14，分别具有大约11至12°之间、大约小于0.5°和大约小于0.5°的锥角或拔模角Dleg、Dblind hole，Dprotruding plug，用以便于托盘主体12或垫材14从模具排出或拆卸，而且还帮助了嵌套托盘的分离。
托盘可以通过热成型过程制造，如在此引为参考的标题为“Mehtod toForm a High Strength Moulded Product”的专利申请中更加全面地描述的。由托盘主体或垫材构成的模制产品可以由可塑组成物构成，该可塑组成物包括大约40至60重量百分比(wt％)的纤维混合物以及15至45wt％的粘合剂。该可塑组成物可以包括不超过大约40wt％的添加剂。
该可塑组成物的含水量优选为小于约20％，更优选地大约在4至15％之间。更高的含水量稀释了该可塑组成物中的粘合剂的浓度。因此，需要更长的处理时间去固化具有更高含水量的可塑组成物。
此外，将该可塑组成物的含水量保持在小于约20％，免除了对从该模制产品去除水分以防止霉菌生长的进一步的后期固化处理的需要。通过使处理步骤的数量最小，可以以更低的成本以及在更短的生产周期内生产模制产品。
由于水分是在纤维混合物中固有的，并且也可能存在于粘合剂和添加剂中，因而不需要添加水。该纤维混合物的含水量优选地小于约15％。当然，也可以通过添加大约在10至20wt％之间的低于水的沸点的溶剂，如酒精，来减少该可塑组成物的含水量。
该纤维混合物可以包括来自建筑构造、旧家具、旧木制托盘和锯屑，和/或农业和园艺废料如树叶、杆和枝的废木。可以以低成本容易地得到来自废木以及农业和园艺废料的纤维，并且给模制产品带来了良好的隔音和隔热属性。此外，这种纤维还给予了模制产品刚性，使得其当受到应力时抗变形。
纤维优选具有高达大约50mm的长度，高达大约2mm的厚度以及大约在2∶1到25∶1之间的长度和厚度的比。因为该模制产品从该纤维获得其强度，而不是粘合剂提供的粘接，因而优选使用长纤维，即使长纤维提供更小的粘接表面积。因此，需要更小数量的粘合剂，当将长纤维用在可塑组成物中时。
可以将大约5至30wt％的油棕纤维包括在该纤维混合物中，以便增加该模制产品的弹性和塑性，这使得该模制产品不易碎。然而，高含量的油棕纤维可以减少该模制产品的强度，这是由于油棕纤维通常尺寸很小，一般具有高达大约50mm的长度以及大约在0.3至1mm的厚度。因此，该纤维混合物中油棕纤维的成分可以根据该模制产品的所需属性而变化。
添加油棕也是优选的，这是因为油棕纤维具有低水分含量，并且包括木质素，其是很好的分散剂，并且当受到压力时起到粘合剂的作用。
可以从油棕的不同部分，如树干、叶和果实，得到油棕纤维。油棕的这些部分通常是废料。因而，本发明提供一种减少浪费并且最小化由焚烧油棕造成的环境污染的方法。
除了低成本之外，全年都可以容易地得到不同尺寸的油棕纤维。
虽然不太优选，但是可以使用替换物如啤酒麦芽和甘蔗果肉，或化学制品如增塑剂、增韧剂，或耐冲击性改进剂来代替油棕纤维，以便提高模制产品的塑性和弹性。
粘合剂优选为热固树脂，如氨基树脂、环氧树脂、烯丙树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、硅树脂、聚酯，聚芳香族或呋喃。更优选地，该粘合剂是氨基树脂，这是因为这种树脂与该纤维混合物很好地混合以形成均匀混合物，并且由此形成抗热、抗应力和抗化学药品的模制产品。氨基树脂是热固性材料，该热固性材料通过将含有氨基(-NH2)的化合物与甲醛反应产生，含有氨基(-NH2)的化合物例如苯胺、环亚乙基脲、三聚氰二胺、蜜胺、磺胺、硫脲和脲。
优选地，该粘合剂包括蜜胺，其将耐用性，以及耐热性和耐水性赋予该模制产品。包括粘合剂的蜜胺的例子包括蜜胺甲醛和蜜胺脲甲醛。通过脲甲醛形成的模制产品具有几乎可以忽略量的甲醛，这是因为在模制过程期间，该氨基树脂中几乎所有的甲醛都会汽化，仅在该模制产品中留下可以忽略量的甲醛。因此，从这种模制产品排放的游离甲醛最小，从而不会对健康造成威胁。
该添加剂可以包括大约在0.1至0.4wt％之间的硬化剂，如氯化铵，以便加速该粘合剂的固化过程；大约在6至18wt％之间的流动性促进剂，如木薯粉，以便增强该可塑组成物的流动；以及大约在0.2至0.9wt％之间的脱模剂，优选大豆卵磷脂，以便帮助将该模制产品从模具拆卸。
大豆卵磷脂是优选的脱模剂，这是因为其是植物基的、可更换的、可生物降解的，不会包括任何有毒的添加剂，并且在模制期间不会释放任何有毒的蒸汽。
表1A、1B和1C表示根据本发明的实施方式可以用于形成可生物降解的托盘的可塑组成物的例子。
表1A(所有的数量都以wt％表示)
表1B(所有的数量都以wt％表示)
表1C(所有的数量都以wt％表示)
附图5表示根据本发明的一个实施方式制备可生物降解的可塑组成物的方法100的流程图。该可塑组成物包括大约40至60重量百分比(wt％)的纤维混合物，大约15至45wt％的蜜胺脲甲醛，大约0.1至0.4wt％的氯化铵，大约6至18wt％的木薯粉，以及大约0.2至0.9wt％的大豆卵磷脂。
方法100从使用增重原理或在真空下单独称重该可生物降解的可塑组成物的每种成分开始(步骤102)。
顺序将该可塑组成物的成分在混合器中混合大约300至600秒(步骤104)，以便形成大致均匀并且较好涂覆的可塑组成物。
在添加木薯粉之前，首先将该纤维混合物添加到混合器并且混合大约10秒钟。将该木薯粉和纤维混合物混合大约20秒。之后，将大豆卵磷脂，然后是蜜胺脲甲醛添加到该混合器中，然后加入氯化铵，并且混合大约300秒，以便使该可塑组成物均匀。
通过气动执行机构或容积螺旋进料机将液体成分如蜜胺脲甲醛和氯化铵送入该混合器。
在优选的实施方式中，将该液体成分喷射到该混合器中(步骤106)，以便在该纤维混合物中均匀地涂上纤维。将该液体成分喷射到该混合器中(步骤106)保证了该可塑组成物中该液体成分的均匀分布。可以使用气动隔膜泵或喷嘴将该液体成分喷射到该混合器中(步骤106)。
在该可塑组成物包括多于一种液体成分的情况下，可以将该液体成分混合在第二混合器中大约200秒(步骤108)，以便在喷射到该混合器中(步骤106)之前形成液体混合物。混合该液体成分(步骤108)可以与混合该可塑组成物的成分(步骤102)同时进行。
使用具有一对转子轴和搭接叶片的混合器可以更好地减少实现该可塑组成物的均匀混合的时间和在该混合器中产生流化区域所需的混合时间。该流化区域的产生减少了混合过程中的摩擦，从而使产生的热最小，从而阻止该可塑组成物过早固化。
虽然可以以每分钟大约10至200转(rpm)的转子速度操作该混合器，但是优选以大约29rpm的转子速度操作该混合器，以便最小化作用于该可塑组成物的剪切力以及产生的热。高剪切力会使该纤维分解。
该混合器可以具有至少大约600mm高、至少大约600mm宽的侧门，以便允许有效排出具有最小剩余残渣的可塑组成物。提供大的侧门还可以允许快速检查、快速清洁以及较好的存取。
该可塑组成物的含水量优选地小于大约20％，更优选地在4至15％之间。较高的含水量会使该可塑组成物不具有足够的用以分布来自该混合器的剪切力以均匀地覆盖该纤维的粘性。
附图6是表示根据本发明的一个实施方式制备纤维混合物的方法150的流程图。当在第一研磨机中接收大量废木、农业或园艺废料时开始方法150，其中将其研磨成多种废料片(步骤152)，每片废料具有大约10至80mm的长度以及大约2至20mm的宽度。
在将其输送到第二研磨机以研磨成多种纤维(步骤156)之前，可以通过具有多种大约80mm直径的孔的第一金属丝网筛分该多种废料片(步骤154)。然后可以通过具有多种大约50mm直径的孔的第二金属丝网筛分该多种纤维(步骤158)，每种纤维具有大约5至50mm的长度以及大约2至10mm的宽度。
使用金属探测器筛出该多种纤维的金属片(步骤160)。将该金属片从该多种纤维去除，在将其与多种油棕纤维一起送入第三研磨机之前。然后将合成的纤维混合物研磨成具有高达50mm的长度以及高达大约2mm的厚度的纤维(步骤162)。其后，可以通过具有多个大约20mm直径的孔的第三金属丝网筛分该纤维混合物(步骤164)。
虽然可以使用单个研磨机制备具有所需纤维尺寸的纤维混合物，但是三个分离的研磨机可以更好地使材料处理和刀具校准最小，并且还可以防止该研磨机的阻塞。作为筛分的可选方案，也可以手动地去除外来的材料、过大的微粒以及大的纤维。
然后将该纤维混合物干燥成小于约15％的含水量(步骤166)。可以将该纤维混合物在干燥掩蔽所的水泥地板上展开，干燥大约1至2个星期。可以使用聚光灯、干燥空气吹风机，来自太阳的紫外光(UV)或者具有加热系统的旋转干燥器干燥该纤维混合物。有时，可以重新分布该纤维混合物以实现均匀的干燥。在送出或者在料仓中存储之前可以分析该纤维混合物的随机样品，以便确定是否已经实现所需的纤维尺寸、含水量和组成。
可以通过螺旋运输机在制造厂周围输送该纤维混合物。可以使用空气动力运输机将该纤维混合物从该螺旋运输机输送到该存储料仓。
附图7和8中表示根据本发明的一个实施方式的由该可塑组成物制造模制产品的压力机。
附图7表示根据本发明的一个实施方式形成模制产品的压力机200。压力机200包括具有第一压板204和连接到第二压板208的柱塞206的框架202。在第一压板204上形成限定模腔211的第一或凹模件210，而将限定模柱塞213的第二或凸模件212连接到第二压板208。柱塞206将模柱塞213朝向和远离模腔211而移动。第二模件212可以具有一个或多个导销214，该导销与第一模件210中的互补伸长凹槽215配合操作，以便当操作柱塞206时将模柱塞213与模腔211对准。
压力机200可以是机械压力机、气动压力机或水压机。优选使用水压机，这是由于其可以提供更大的控制挠性-因此可以调整施加的力、方向、速度、加压的持续时间等。
为了形成该模制产品，首先向模腔211装载可生物降解的可塑组成物216至该模腔211容量的大约90％。填充该模腔211的程度取决于该模制产品的压缩比，也就是说，该模制产品的湿重与干重的比率。模制产品的湿重是用于形成该模制产品的可塑组成物的重量，而模制产品的干重是固化之后该模制产品的重量。该压缩比优选地在大约4∶1至14∶1之间。优选横向上大约1％的收缩因数，纵向上1.5％的收缩因数。
通过第一热油加热系统230和第二热油加热系统232分别将第一模件210和第二模件212保持在大约110至180℃的温度。提供热控制器(未示出)以便调节该第一模件210和第二模件212的温度。优选将第一模件210保持在高于第二模件212的温度大约20℃的温度，以便补偿当将可塑组成物216载入模腔211时的热损失，并且防止第一模件210和第二模件212由于第一模件210到第二模件212的热膨胀而产生的阻塞。
模柱塞213以大约每秒钟80毫米(mm/s)的速度朝向模腔211移动，直到模柱塞213刚好接触可塑组合216。然后将该速度减少到大约0.5至3mm/s之间，以防止在可塑组成物216上施加突然的冲击，这是不需要的，这是由于其会在模柱塞213和可塑组成物216中引起应力。可以使用限制开关(未示出)来减少模柱塞213接近模腔211的速度。
优选将可塑组成物216载入模腔211和使模柱塞213与可塑组成物216接触之间的时间间隔最小，以保证均匀地固化可塑组成物216。
由于模柱塞213逐渐地与可塑组成物216接触，因而将每平方英寸(psi)大约435至870压力的保压压力施加到可塑组成物216，并在该模制过程期间保持。将保压压力限定为压力机吨位除以模腔211的表面积和模腔211中可塑组成物216的体积。
当第一模件210和第二模件212之间留下大约0.1至0.5的预定间隙时，停止模柱塞213朝向模腔211的移动。将第二模件212保持在该位置大约20至60秒，以允许可塑组成物216充分地固化。
来自第一模件210和第二模件212的热量使可塑组成物216中的水分汽化，这引起可塑组成物216膨胀。施加的压力以及可塑组成物216的膨胀使其充满第一模件210和第二模件212之间的模腔211中的空间。通过第一模件210和第二模件212之间预定的间隙释放水蒸气形式的水分。
由于可塑组成物216中的温度上升，可塑组成物216中的粘合剂开始固化，这增加了可塑组成物216的粘性。
附图8表示根据本发明的一个实施方式在形成该模制产品期间的第一模件210和第二模件212的放大视图。在第一模件210和第二模件212之间保持大约0.1至0.5mm的预定间隙C，以形成排气孔218。
因为可塑组成物216的外表面层220直接从第一模件210和第二模件212接收热，因此外表面层220具有比可塑组成物216的其他部分更高的温度，并且以更快的速度固化，以在可塑组成物216周围形成表层222。表层222起到绝缘层的作用，以便降低从第一模件210和第二模件212到可塑组成物216的热传递。
由于可塑组成物216膨胀，排气孔218变得堵塞，从而阻止了水蒸气的释放。因此，可塑组成物216中的压力随着可塑组成物216中的水分汽化而上升，但是不能逸出。捕获的水蒸气在可塑组成物216中形成大量蒸汽包224，从而淀析形成了可塑组成物216内的多孔结构226。
还阻止了通过从可塑组成物216逸出的水蒸气的热损失，从而导致可塑组成物216的温度的上升。所述多个水蒸气包224的尺寸随着可塑组成物216的温度上升而增加。
当将第一模件210和第二模件212保持在90℃以下的温度时，减少了该汽化水分的量，并且形成较少的水蒸气包。因此，产生具有更高密度的模制产品。相反，更高温度的第一模件210和第二模件212会导致形成具有更低密度的模制产品。
更高温度第一模件210和第二模件212还减少了模制产品的生产时间。然而，不需要大于大约180℃的温度，这是因为这种高温会燃烧可塑组成物216中的纤维，并且会汽化可塑组成物216中太多的水分，这会导致形成的模制产品太干燥。
因此，优选地将第一模件210和第二模件212的温度保持在大约110至180℃之间。实验显示当第一模件210和第二模件212的温度在这种范围内时，可塑组成物216的温度在大约100至160℃之间。通过控制可塑组成物216内热量的分布，可以控制水分从可塑组成物216汽化，以保证多孔结构226内所述多个水蒸气包224的均匀分布，从而形成具有均匀密度的模制产品。
当可塑组成物216中的压力超过外部压力时，排气孔218的堵塞破裂，这允许过量的可塑组成物216、来自可塑组成物216的水蒸气、以及从该粘合剂固化的蒸汽通过排气孔218逸出，从而减少了可塑组成物216中的压力。
计算间隙C以允许该模制过程中水蒸气的释放，同时保持足够的压力充满第一模件210和第二模件212之间的模腔211中的空间。通过调节第一模件210和第二模件212之间的间隙C，可以控制排气孔218的尺寸，可塑组成物216中的压力和温度以及排出的过量可塑组成物216的体积。
例如，更大的间隙C允许更多的水蒸气和可塑组成物逸出，从而导致更低的压力构造(build-up)，减少的蒸汽膨胀以及具有更高密度的模制产品的形成。相反，更小的间隙C限制了水蒸气的释放，引起蒸汽膨胀并且产生具有更低密度的模制产品。
然而，不希望过大的间隙C，这是由于可塑组成物216将不能堵塞排气孔218。因此，具有无压力构造，并且该可塑组成物不会充满第一模件210和第二模件212之间模腔211中的空间。当这发生时，形成的模制产品将不具有所需的形状。
间隙C的尺寸还取决于可塑组成物216中的含水量。当可塑组成物216包括更少的水分时优选使用更小的间隙C；当可塑组成物包括更多的水分时优选使用更大的间隙C，这是由于在这种环境下，发出更多的水蒸气。
当将可塑组成物216充分固化，优选大约90％固化时形成该模制产品。该模制产品的含水量优选在大约2至5％之间。然后激活柱塞206以将间隙C增加到大约10mm，以释放所有在该模制期间排出的不需要的蒸汽。
如果在可塑组成物216充分固化之前增加间隙C，则从可塑组成物216中去除的水分量不够，并且该模制产品会很软，并且有粘附于模腔211和模柱塞213的趋势。然后，将模柱塞213与模腔211分离会使外表面层220变形，并且破坏多孔结构226。因此，从可塑组成物216去除水分对于实现具有足以经受住处理和装卸期间的应力和应变的充足强度的模制产品是必须的。
在释放不需要的蒸汽之后，可以将间隙C减少到大约0.05至0.3mm之间，并且在此保持大约15至60秒，以将该模制产品压缩成所需的厚度，并且压烫该模制产品的表面以给出较好的表面结构。进一步出现水分的汽化，这导致形成稳定的模制产品。
其后，激活柱塞206以拉动模柱塞213远离模腔211，并且移去该模制产品以进行随后的处理。可以通过拾取放置机构将该模制产品从模腔211中移去。
模腔211优选为具有弹出机构，以将该模制产品从模腔211提升，当将间隙C增加到大约10mm以释放不需要的蒸汽时，并且帮助将该模制产品从模腔211抽出。
附图9A和9B表示根据本发明的一个实施方式的弹出机构234的截面图。附图9A表示静止的弹出机构234，而附图9B表示操作中的弹出机构234。
参照附图9A，将弹出机构234封装在模腔211中，并且放置在模制产品236下方。弹出机构234包括通过轴242连接到底部240的头部238，以及轴242周围的弹簧244。静止时，弹簧244处于未压缩状态。
在该实施方式中，通过气动系统(未示出)操作弹出机构234。轴242可以具有O环246，以防止空气从该气动系统损失。在可选实施方式中，可以通过液压系统操作弹出机构234。
当间隙C上升或者当从模腔211移去模制产品236时，激活该气动系统，并且对底部240施加力，从而在如图9B中所示的方向上驱动弹出机构234，并且在该过程中压缩弹簧244。从而，从模腔211提升模制产品236。
通过使该气动系统无效使弹出机构234返回附图9A中所示的静止位置。因此，将弹簧244从其压缩状态释放。弹簧244的扩张对底部240施加力，在与方向X相反的方向上驱动弹出机构234，直到达到静止位置。
可以通过相同的限制开关操作该气动或液压系统，该限制开关用于降低模柱塞213接近模腔211的速度。
回到附图8，不应长时间地将可塑组成物216留在模腔211中，这是由于该粘合剂和纤维混合物会吸收过多的热量并且燃烧。如果将可塑组成物216长时间地留在模腔211中，还会出现裂缝和变形，这是由于会失去过多的水分。
模腔211的填充程度影响该模制产品的密度。如果将不足的可塑组成物216装载到模腔211中，则没有足够的可塑组成物216充满第一模件210和第二模件212之间的模腔211中的空间，并且不具有足够的形成多孔结构226的压力构造。同样，当将不足的可塑组成物216加载入模腔211中时，形成具有高含水量的致密模制产品。
附图10表示根据本发明的另一个实施方式形成模制产品的方法250的流程图。方法250从将可塑组成物载入第一模件的模腔开始(步骤252)。可以将该模腔装载到高达大约该模腔容量的90％(步骤252)。
将大约435至870psi之间的保压压力施加到该可塑组成物大约20至60秒(步骤254)，以允许该可塑组成物固化。在该第一模件和第二模件之间保持大约0.1至0.5的预定间隙(步骤256)，以允许排出过量的可塑组成物、水蒸气和其它在该可塑组成物的固化期间释放的蒸汽。将该第一模件和第二模件保持在大约110至180℃之间的温度。优选将该第一模件保持在高于该第二模件的温度大约20℃的温度，以便补偿当将该可塑组成物载入该模腔时的热损失，以及防止由于该第一模件和第二模件的热膨胀造成的该第一模件和第二模件的阻塞。
当将该可塑组合充分地固化，优选大约90％固化，以形成该模制产品时，该第一模件和第二模件之间的预定间隙增加到大约10mm(步骤258)。当充分地排出该可塑组成物的固化期间释放的水蒸气和其它蒸汽时，该预定间隙减少到大约0.05至0.3mm大约15至60秒(步骤260)。这样做是为了将该模制产品压缩成所需的厚度，并且在将该模制产品从该模腔移去(步骤262)之前，压烫该模制产品的表面。
表2A和2B表示根据本发明的一个实施方式的可以用于形成可生物降解的托盘的过程参数的例子。
表2A
表2B
考虑到本发明的说明和实践，本发明的其它实施方式对本领域的技术人员来说也是显而易见的。说明书和权利要求书中使用的词语“包括”以及词语“包括”的变形不意味着排除本发明的变化或添加物。而且，为了描述清楚使用特定而不限于本发明的术语。应当将上述实施方式和优选特征认为是示范性的，本发明由附加的权利要求限定。
权利要求
1.一种托盘，其包括托盘主体；加固所述托盘主体的垫材；以及用于将所述托盘主体和所述垫材互锁的装置，其中，所述托盘主体和所述垫材由可塑组成物模制，所述可塑组成物包括大约40至60wt％的纤维混合物；以及大约15至45wt％的粘合剂。
2.根据权利要求1所述的托盘，其中，所述可塑组成物的含水量小于约20％。
3.根据权利要求2所述的托盘，其中，所述可塑组成物的含水量大约在4至15％之间。
4.根据权利要求2所述的托盘，其中，所述纤维混合物的含水量小于约15％。
5.根据权利要求3所述的托盘，其中，所述可塑组成物进一步包括不超过约40wt％的粘合剂。
6.根据权利要求5所述的托盘，其中，所述粘合剂是由硬化剂、流动性促进剂和脱模剂构成的组合中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的托盘，其中，所述纤维混合物包括多种纤维，且其中所述多种纤维中的每一种都具有高达大约50mm的长度。
8.根据权利要求7所述的托盘，其中，所述多种纤维中的每一种都具有高达大约2mm的厚度。
9.根据权利要求8所述的托盘，其中，所述多种纤维中的每一种都具有大约在2∶1至25∶1之间的长度厚度比。
10.根据权利要求1所述的托盘，其中，所述纤维混合物还包括大约5至30wt％的油棕纤维。
11.根据权利要求1所述的托盘，其中，所述纤维混合物还包括由油棕纤维、啤酒麦芽、甘蔗果肉、增塑剂、增韧剂和耐冲击性改进剂构成的组合中的一种。
12.根据权利要求1所述的托盘，其中，所述粘合剂是热固树脂。
13.根据权利要求12所述的托盘，其中，所述粘合剂是氨基树脂。
14.根据权利要求12所述的托盘，其中，所述粘合剂是蜜胺。
15.根据权利要求14所述的托盘，其中，所述粘合剂是由蜜胺甲醛和蜜胺脲甲醛构成的组合中的一种。
16.根据权利要求1所述的托盘，其中，所述托盘主体包括具有腿的承重构件。
17.根据权利要求16所述的托盘，其中，所述承重构件具有在约3至5mm之间的大致恒定的总壁厚。
18.根据权利要求16所述的托盘，其中，所述承重构件包括多个肋。
19.根据权利要求18所述的托盘，其中，所述多个肋中的每一个都包括开口通道。
20.根据权利要求19所述的托盘，其中，所述开口通道具有锥形通道墙壁。
21.根据权利要求18所述的托盘，其中，将所述多个肋中的每一个都设计成自垂直于所述承重构件的表面具有大约6至12°的拔模角。
22.根据权利要求16所述的托盘，其中，将所述腿形成为所述承重构件中的凹陷。
23.根据权利要求16所述的托盘，其中，所述腿朝向底部向内逐渐变细。
24.根据权利要求23所述的托盘，其中，将所述腿设计成自垂直于所述承重构件的表面具有大约11至12°之间的拔模角。
25.根据权利要求23所述的托盘，其中，将所述腿设计成具有约95mm的最小垂直高度。
26.根据权利要求23所述的托盘，其中，在所述底部上设置盲孔。
27.根据权利要求26所述的托盘，其中，将所述盲孔设计成自垂直于所述承重构件的表面具有大约小于0.5°的拔模角。
28.根据权利要求16所述的托盘，其中，在所述腿与所述承重构件接合的位置处形成第一倒角。
29.根据权利要求16所述的托盘，其中，在所述承重构件的周边周围设置飞边。
30.根据权利要求1所述的托盘，其中，所述垫材包括由多个连接件形成的框架。
31.根据权利要求30所述的托盘，其中，在所述多个连接件接合的接合处形成第二倒角。
32.根据权利要求26所述的托盘，其中，所述垫材包括与所述腿的底部中的盲孔对应的突出插销。
33.根据权利要求32所述的托盘，其中，所述盲孔互锁所述突出插销。
34.根据权利要求33所述的托盘，其中，所述突出插销的周边尺寸比所述盲孔的周边尺寸大约0.05至0.1mm。
35.根据权利要求34所述的托盘，其中，当施加力互锁所述盲孔和所述突出插销时，干涉配合将所述垫材固定到所述托盘主体。
36.根据权利要求32所述的托盘，其中，将所述突出插销设计成自垂直于所述垫材的表面具有小于大约0.5°的拔模角。
37.根据权利要求1所述的托盘，其中，将所述托盘设计成具有至少大约60％的顶板覆盖率。
38.根据权利要求1所述的托盘，其中，将所述托盘设计成具有至少大约35％的底板覆盖率。
39.一种制造可生物降解的托盘的方法，所述方法包括制备可生物降解的可塑组成物，所述可塑组成物包括大约40至60wt％的纤维混合物；以及大约15至45wt％的粘合剂，将所述可塑组成物载入模腔，其中将所述模腔装载到高达大约所述模腔的容量的90％；对所述可塑组成物施加大约435至870psi的保压压力；在限定所述模腔的第一模件和第二模件之间保持大约0.1至0.5mm的预定间隙；以及当所述可塑组成物充分固化时将所述模制产品从所述模腔移去。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，施加所述压力大约20至60秒的时间。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，将所述第一模件和所述第二模件保持在大约110至180℃的温度。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，将所述第一模件保持在比所述第二模件的温度高大约20℃的温度。
43.根据权利要求40所述的方法，其中，还包括当所述可塑组成物大约90％固化时，增加所述第一模件和所述第二模件之间的预定间隙。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，将所述预定间隙增加到大约10mm。
45.根据权利要求44所述的方法，其中，还包括将所述模制产品压缩成所需的厚度。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，还包括压烫所述模制产品的表面。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，将所述模制产品压缩成所需的厚度并且压烫所述模制产品的表面进一步包括将所述预定间隙减少到大约0.05至0.3mm。
48.根据权利要求47所述的方法，其中，将所述预定间隙减少大约15至60秒。
49.根据权利要求39所述的方法，其中，所述可塑组成物的含水量小于约20％。
50.根据权利要求49所述的方法，其中，所述可塑组成物的含水量大约在4至15％之间。
51.根据权利要求49所述的方法，其中，所述纤维混合物的含水量大约小于15％。
52.根据权利要求50所述的方法，其中，所述可塑组成物还包括不超过约40wt％的添加剂。
53.根据权利要求52所述的方法，其中，所述添加剂是由硬化剂、流动性促进剂和脱模剂构成的组合中的一种或多种。
54.根据权利要求39所述的方法，其中，所述纤维混合物包括多种纤维，其中所述多种纤维中的每一种都具有高达大约50mm的长度。
55.根据权利要求54所述的方法，其中，所述多种纤维中的每一种都具有高达大约2mm的厚度。
56.根据权利要求55所述的方法，其中，所述多种纤维中的每一种都具有大约2∶1至25∶1的长度厚度比。
57.根据权利要求39所述的方法，其中，所述纤维混合物还包括大约5至30wt％的油棕纤维。
58.根据权利要求39所述的方法，其中，所述纤维混合物还包括由油棕纤维、啤酒麦芽、甘蔗果肉、增塑剂、增韧剂和耐冲击性改进剂构成的组合中的一种。
59.根据权利要求39所述的方法，其中，所述粘合剂是热固树脂。
60.根据权利要求59所述的方法，其中，所述粘合剂是氨基树脂。
61.根据权利要求59所述的方法，其中，所述粘合剂是蜜胺。
62.根据权利要求61所述的方法，其中，所述粘合剂是由蜜胺甲醛和蜜胺脲甲醛构成的组合中的一种。
63.根据权利要求39所述的方法，其中，制备所述可塑组成物包括单独称重所述可塑组成物的每种成分；以及将所述可塑组成物的每种成分在混合器中混合，以便形成大致均匀并且较好涂覆的可塑组成物。
64.根据权利要求63所述的方法，其中，制备所述可塑组成物还包括将所述可塑组成物的每种液体成分在第二混合器中混合，以形成液体混合物。
65.根据权利要求64所述的方法，其中，制备所述可塑组成物还包括将所述液体混合物喷射到所述混合器中。
66.根据权利要求65所述的方法，其中，以大约29rpm的转子速度操作所述混合器。
67.根据权利要求39所述的方法，其中，通过在邻近所述可塑组成物的相应模件之间保持预定的间隙来设置排气孔。
68.根据权利要求67所述的方法，其中，通过所述模具中的可塑组成物临时堵塞所述排气孔，以便在预定时间内临时阻止水汽的释放。
69.根据权利要求68所述的方法，其中，控制所述水汽含量以在所述可塑组成物中产生蒸汽泡，由此产生具有预定密度的多孔模制产品。
70.一种制造可生物降解的托盘的方法，所述方法包括将可生物降解的可塑组成物载入模腔，所述可生物降解的可塑组成物包括大约40％至60wt％的纤维混合物以及大约15至45wt％的粘合剂，其中将所述模腔装载至高达90％的模腔容量；激活所述模具以便对其中的可塑组成物施加435至870psi范围的保压压力；响应于所述可塑组成物中的压力来设置水汽排气孔，并且提供对该组成中的水汽含量以及压力的预定控制，由此产生具有预定密度和强度的模制产品；以及当将所述模制产品充分地固化时将所述模制产品从所述模腔移去。
71.根据权利要求70所述的方法，其中，通过在邻近所述可塑组成物的相应模件之间保持预定的间隙来设置所述排气孔。
72.根据权利要求70所述的方法，其中，通过所述模具中的可塑组成物临时堵塞所述排气孔，以便在预定时间内临时阻止水汽的释放。
73.根据权利要求70所述的方法，其中，控制所述水汽含量以在所述可塑组成物中产生蒸汽泡，由此产生具有预定密度的多孔模制产品。
74.根据权利要求70所述的方法，其中，还包括当所述可塑组成物大约90％固化时增加所述第一模件和所述第二模件之间的预定间隙。
75.根据权利要求74所述的制造托盘的方法，其中，将所述预定间隙增加到大约10mm。
76.根据权利要求75所述的制造托盘的方法，其中，还包括将所述模制产品压缩到所需的厚度。
77.根据权利要求76所述的制造托盘的方法，其中，还包括压烫所述模制产品的表面。
78.根据权利要求77所述的制备托盘的方法，其中，将所述模制产品压缩成所需的厚度并且压烫所述模制产品的表面还包括将所述预定间隙减少到大约0.05至0.3mm之间。
79.根据权利要求39至73任一项的方法产生的托盘。
全文摘要
本发明提供一种托盘及其制造方法。该托盘包括托盘主体，加固该托盘主体的垫材，以及将该托盘主体和垫材互锁的装置。该托盘主体和垫材由包括大约40至60wt％的纤维混合物和大约15至45wt％的粘合剂模制成。该托盘的制造方法从制备该可塑组成物开始。在对该可塑组成物施加大约435至870psi的保压压力之前，将可塑组成物载入该模腔至高达大约90％模腔容量。在限定该模腔的第一模件和第二模件之间保持大约0.1至0.5mm的预定间隙。当该可塑组成物充分地固化时，将该模制产品从该模腔移去。
文档编号B29C43/36GK1997558SQ200580019089
公开日2007年7月11日 申请日期2005年4月1日 优先权日2004年6月11日
发明者王德善, 许帝宗, 翁欣慧 申请人:Gpac科技私人有限公司