专利名称：一种用于快速成形超轻厚型纤维材料的成形器与方法
技术领域：
本发明涉及纤维材料成形器和方法，是一种成形超轻超厚型的纤维材料的装置与方法，该纤维材料可用作建筑材料、缓冲包装材料和过滤材料，还可加工用作更高附加值利用的炭化陶瓷材料。
背景技术：
随着社会的不断进步和人们生活水平的普遍提高，具有轻质高强的材料获得了快速的发展并成为科学研究的热点，如国内外一直致力于研究轻质高强的建筑材料，以降低建筑结构力学的负荷和原料成本；再如可降解的缓冲包装材料在世界各国禁止使用难降解的EPS发泡塑料后受到了空前的重视，对于缓冲包装材料而言，不仅要求轻质的特点，而且还要求具有很好的缓冲等性能和可降解性。因此当前社会中人们在追求材料强度的同时，更加注重材料的比重、环境友好性和外观等，产品丰富多样，覆盖了很大部分的加工材料，特别是具有轻质高强的可降解材料将会越来越受到人们的青睐。
我国在研究可降解的轻质纤维材料与国外发达国家还有相当的距离，其中轻质厚型的植物纤维材料的研究在我国还属于起步阶段。在国内主要进行了以下相关的研究我国主要采用传统的接触式热传递方法(即平压法)生产轻质植物纤维材料(密度为0.3-0.5g/cm3)材料的研究中，采用异氰酸酯或添加酚醛树脂PF与AC发泡剂(6％偶氮二甲酰胺)进行发泡反应，以填充刨花板材料中刨花的间隙，将刨花牢固地结合在一起。
我国采用接触式热传递方法进行制造的材料具有许多还为解决的难题(1)如该方法成形时间长、能耗大、材料性能差异大和尚不能制造密度更低的材料；(2)另外多数采用的脲醛树脂UF或酚醛树脂PF在制造和使用中均存在严重的甲醛污染问题。而且接触式热传递技术存在成形时间长、能耗高、材料性能较差和不能满足较高厚度的材料成形要求，及其成形装置复杂与占地面积大等问题。
美国、日本等国家在进行轻质纤维材料进行了广泛的研究，主要采用接触式热传递技术和喷射蒸汽的平压方法进行制造。如日本研究者在对传统的平压机上进行改进加工的喷射蒸汽的装置中，采用蒸汽喷射平压成型的方法并添加发泡性酚醛树脂(PF)、发泡性脲醛树脂(UF)或胶粘型异氰酸酯制造出轻质纤维材料，在胶粘剂内通过添加化学发泡剂进行发泡反应。国外采用的喷射蒸汽成形纤维材料的成形技术中，主要是在传统的平压机进行改造加工和在纤维表面添加发泡型脲醛树脂UF或酚醛树脂PF等，但该种方法存在蒸汽损耗大、成形装置复杂与占地面积大，以及存在污染物的产生等缺点。本发明采用发泡型MPU聚氨酯树脂还没有进行相关研究报道。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种活塞式成形超轻超厚型的纤维材料的成形器，该装置通过喷射高温饱和蒸汽到纤维材料内进行传热、反应，可制造超轻质、厚型纤维材料。
本发明的另一目的在于提供上述成形超轻超厚型的纤维材料的方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现一种用于快速成形超轻厚型纤维材料的成形器，其特征在于主筒体内设有板上布满大量的微型喷射孔的上筛板(6)和下筛板(7)，下筛板(7)位于主筒体(5)底部，主筒体(5)与下锥体(8)连通，锥体(8)上开有蒸汽喷入口(9)；上筛板(6)位于下筛板(7)的上方，与连接件(4)连接，连接件(4)还与张紧螺杆(2)连接，主筒体(5)顶部设有上法兰盖板(3)，用于封闭主筒体(5)；张紧螺杆(2)上端与转动手柄(1)连接。
所述喷射孔(20)直径为3mm。
所述所述主筒体(5)位于支座(10)上，支座(10)为弧形，中间为空腔。
一种快速成形超轻厚型纤维材料的方法饱和蒸汽从锥体(8)上开有蒸汽喷入口(9)通入主筒体(5)内，经由布满喷射孔(20)的下筛板进入主筒体(5)内上筛板(6)和下筛板(7)之间混有发泡性树脂的纤维体，加热纤维体和树脂，使之快速进行交联固化、发泡反应，使得该多微孔纤维体成形，并具有的强度，制造超轻质厚型的纤维材料。
该发明与现有技术相比，具有如下优点1.采用喷射高温压力蒸汽的快速热传递技术进行制造超轻质厚型的纤维材料，具有无污染、能耗少、装备简单、快速成型等特点，制造相同厚度的纤维材料，其成型时间大约为传统的接触式热模压方法的1/10～1/5，属于一次成型工序。
2.在该材料成形加入MPU-20型聚氨酯树脂，既可与纤维表面的绝大多数活性基团反应以保证纤维间一定的结合强度，且其端基-NCO还可与渗透中的H2O分子反应生成数量的气体以提高纤维间接触强度，以达到多微孔的目标。
3.本发明设计的活塞式成形器及其成形系统具有结构简单、能耗少、成本低和运行稳定性能好等优点，可制造超轻质(0.05～0.45g/cm3)、厚型(20～200mm)的纤维材料，与传统的纤维材料的通常密度(≥0.55g/cm3)和厚度(12～40mm)相比，在密度、厚度和材料强度性能上更为灵活。
4.采用高温蒸汽来成形纤维材料，可大大提高材料生物可降解性，并有效杀死纤维中大量残存的大肠杆菌、霉菌等有物质。
图1为本发明用于快速成形超轻厚型纤维材料的成形器的结构示意图；图2为图1中上筛板和下筛板的结构示意图；图3为图1中连接件的结构示意图；具体实施方式
为进一步理解本发明，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
如图1所示，本发明用于快速成形超轻厚型纤维材料的成形器主要包括转动手柄1、张紧螺杆2、上法兰盖板3、连接件4、主筒体5、上筛板6、下筛板7、下锥体8、蒸汽喷入口9和支座10。主筒体5位于支座10上，支座10为弧形，中间为空腔，下锥体8设置在支座10的空腔内，与主筒体5连通，下锥体8上开有蒸汽喷入口9；上筛板6和下筛板7为喷射孔板，如图2所示，上筛板6和下筛板7的板上布满大量的微型喷射孔，喷射孔直径约3mm；上筛板6和下筛板7位于主筒体5内，下筛板7位于主筒体5底部，主筒体5下端与下锥体8连通；下筛板7上的微型喷射孔20用于蒸汽进入纤维材料内的通道，下筛板7由主成筒体5和低部锥体内间嵌入固定，可在成形前后自由取出。上筛板6位于下筛板7的上方，与连接件4连接，连接件4还与张紧螺杆2连接，主筒体5顶部设有上法兰盖板3，用于封闭主筒体5；张紧螺杆2从上方穿过上法兰盖板3，伸出主筒体5，并与转动手柄1连接。上筛板6微型喷射孔20用于残余气体或蒸汽排出，并可用于研究中的传感器数据线的通入。
如图3所示，连接件4为中间设有中间孔30，中间孔30下端为空腔32的拱桥结构。张紧螺杆2通过中间孔30伸入连接件4内，并通过钢销与连接件4连接在一起，连接件4两端设有孔31，通过沉孔螺栓与上筛板连接在一起，这样可以通过转动手柄1转动张紧螺杆2在开有内螺纹的上法兰盖板3来控制上筛板6的上、下移动，从而调节纤维体的厚度和密度。
成形器运作时张紧螺杆2由转动手柄1的旋转可在上法兰盖板3上、下移动，并通过连接件4来控制上筛板6的上、下移动，以控制纤维材料的厚度和密度。由上盖板3、主筒体5和下锥体8组成纤维材料的主要成形区域。混有发泡性树脂的纤维体分布在上筛板6和下筛板7之间，蒸汽通过蒸汽喷入口9进入到下锥体内，进而在压力的作用下通过下筛板上喷射孔进入具有微孔结构的纤维体中，蒸汽在纤维体内的通道内流动并与树脂发生反应，以及加热纤维体和树脂使之快速交联固化反应。材料成形后，将上盖板3打开并将张紧螺杆2系统移开，最后将成形好后的纤维材料体取出。
将纤维(通常为植物纤维)在高速分散中与MPU-20型聚氨酯树脂均匀混合，在纤维表面均匀分布一定量的MPU-20型聚氨酯树脂后，可在人工操作的过程中将该混合纤维均匀地分布在成形器中的主成形体中，按照材料的密度和厚度的要求下，通过成形器中的螺杆2对其施加一定压力，这样纤维材料内部存在大量的微孔通道(包括缝隙、死穴和活通道)，即在成形器的低部下锥体8喷入高温压力蒸汽。具体是，由饱和蒸汽发生器产生的压力蒸汽(1-7kgf/cm3)由不锈钢软管通入活塞式成形器的低部锥体后，经由开设相当多数量的喷射孔的下筛板7，进入表面附有MPU-20型聚氨酯树脂的多微孔纤维体，该蒸汽在压力的作用下迅速在多孔纤维材料内部渗透、扩散，进行瞬态的传热传质过程。在压力、温度的作用下，树脂端基-NCO等基团与纤维表面的-OH、-COOH或酚羟基等基团进行交联固化反应，与此同时，压力蒸汽(H2O分子)在由纤维与纤维构成的微孔道的运动中，与部分纤维表面的树脂端基-NCO进行发泡反应，生成CO2气体形成扩张力来提高纤维间的结合和接触强度，以达到轻质、多微孔结构、强度较高的目的，不需化学发泡剂且不含甲醛等有毒气体释放。
本发明方法具有无污染、能耗少、装备简单、快速成型等特点，制造相同厚度的纤维材料，其成型时间大约为传统的接触式热模压方法的1/10～1/5，属于一次成型工序。其制造的纤维材料达到超轻质(0.05～0.45g/cm3)、厚型(20～200mm)要求，与传统的纤维材料的通常密度(≥0.55g/cm3)和厚度(12～40mm)相比，在密度、厚度和材料强度性能上更为灵活。
权利要求
1.一种用于快速成形超轻厚型纤维材料的成形器，其特征在于主筒体(5)内设有板上布满大量的微型喷射孔(20)的上筛板(6)和下筛板(7)，下筛板(7)位于主筒体(5)底部，主筒体(5)与下锥体(8)连通，锥体(8)上开有蒸汽喷入口(9)；上筛板(6)位于下筛板(7)的上方，与连接件(4)连接，连接件(4)还与张紧螺杆(2)连接，主筒体(5)顶部设有上法兰盖板(3)，用于封闭主筒体(5)；张紧螺杆(2)上端与转动手柄(1)连接。
2.根据权利要求1所述的用于快速成形超轻厚型纤维材料的成形器，其特征在于所述喷射孔(20)直径为3mm。
3.根据权利要求1所述的用于快速成形超轻厚型纤维材料的成形器，其特征在于所述主筒体(5)位于支座(10)上，支座(10)为弧形，中间为空腔。
4.一种快速成形超轻厚型纤维材料的方法，其特征在于蒸汽从锥体(8)上开有蒸汽喷入口(9)经由布满喷射孔(20)的下筛板进入主筒体(5)内的上筛板(6)和下筛板(7)之间，上筛板(6)和下筛板(7)之间混有发泡性树脂的纤维体内，蒸汽在多孔纤维体内渗透过程中加热纤维体和树脂，使之快速进行交联固化反应，同时蒸汽中的部分H2O分子与树脂的活性基团-NCO进行反应产生CO2，制造超轻质厚型的纤维材料。
全文摘要
本发明公开一种用于快速成形超轻厚型纤维材料的成形器与方法，该成形器主简体(5)内设有板上布满大量的微型喷射孔(20)的上筛板(6)和下筛板(7)，主筒体(5)与下锥体(8)连通，锥体(8)上开有蒸汽喷入口(9)；上筛板(6)与连接件(4)连接，连接件(4)还与张紧螺杆(2)连接。其方法中，蒸汽在多孔纤维体内渗透过程中加热纤维体和树脂，使之快速进行交联固化反应，同时蒸汽中的部分H
文档编号C09K3/00GK101067281SQ20071002854
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月13日 优先权日2007年6月13日
发明者陈克复, 刘德桃, 李军, 杨仁党, 陈奇峰, 莫立焕, 田英姿 申请人:华南理工大学