CN101985820B - 纸浆模压板材及其制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纸浆模压板材及其制备装置，所述制备装置采用动式围框方案，即围框可动，上模和下模一为动模一为定模，并且下模在围框之内，是三件式成型模具的最佳结构；同时公开了针对非平的异型纸浆模压板材凸起部分的带有伸缩模柱的柔性凸模成型装置，使得按以上方法所生产出的纸浆高压成型板材具有高密度、高强度及理论上可无限次地循环“回收-成型-使用-再回收”这一过程等特点，为循环经济的典型产品，同时其生产过程也具有环保低碳和成本低廉的特点。

Description

纸浆模压板材及其制备装置

技术领域

本发明涉及纸浆模压板材的制备装置以及以这种装置所制备的带凸起部分(即凹凸结构)的纸浆模压板材。

背景技术

以纸浆为原料制成各种板材，用做电气绝缘、工业包装、建筑装修及家具材料等，具有良好的经济效益和社会效益，如中国专利局公开号CN101070688A所记载的本发明人的发明专利《纸浆模压板材的制备方法及其所用模具》和公开号CN101634124所记载的本发明人的另一发明专利《带凸起部分的纸浆模压板材的制备方法及模具》。但该两项专利实施中发现在专利所涉及内容的范围内外有如下两方面需要改进：

1、在模具与压力机的安装关系方面，第一种应用实例中将围框固联于专用压力机的机架上，上模(公开文件中称“盖板”)由压力机上缸带动实现打开和封闭围框上口，下模(公开文件中称“压块”)由压力机下缸带动并在围框内升降，存在的问题是：在压制过程中上模除了要平衡来自下模的压力外还要提供与围框间密封所需压力，因此或者需要压力机上缸压力要大于下缸压力，或者对上缸保压要求非常高，实践中经常发生纸浆从上模与围框之间泄漏现象。第二种应用实例中将上模固联于上作用式压力机的滑块下并始终套在围框内运动、围框在两活塞式液压缸带动下升降而下模固联于压力机工作平台上，该种结构除向模具内注浆难以实现及开模时围框和上模难以同步外，最大的不足在于上模排水排不净，在开模的瞬间，上模沟孔中的残留水全部回流至工件湿坯，使湿坯含水率增高，造成：(1)湿坯强度降低，不利于湿坯的转移搬运；(2)使热压干燥机能耗增大、工作效率降低。

2、在模具的成型技术方面，带有凸起部分的纸浆模压板材在压制过程中当压力增加到一定值后，凸起部分周围的平面部分已沉积的高含水纸纤维层易被压溃，部分纸纤维被挤入凸起部分凹模腔内，使得凹模腔内纸纤维分布不均，同时凸起部分周围易形成断裂等缺陷。

发明内容

鉴于现有由上模、围框和下模组成的三件式模具成型技术对进一步降低纸浆模压板材成本和提高产品性能指标的要求，本发明公开了一种制作纸浆模压板材的装置，其具有三件式成型模具的最佳结构，同时公开了针对非平的纸浆模压板材凸起部分的成型装置，使得按以上方法所生产出的纸浆高压成型板材(制品)成本更加低廉、技术性能指标更高、用途更加广泛。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种纸浆模压板材的制备装置，包括压力机和三件式模具，所述三件式模具包括上模、围框和下模，三者构成一个容积可变的模腔，所述上模的成型表面均设有排水沟并覆有金属丝网，所述下模的成型表面设有排水沟和和/或孔并覆有金属丝网，其特征在于：

所述上模和下模两者之中有一个为动模而另一个为定模，并且所述下模始终在所述围框内；所述围框由固联于压力机的两个以上的柱塞缸或活塞缸支撑，并与所述上模和下模产生相对运动；

所述制备装置还包括两道密封槽和嵌于其中的密封圈，所述密封槽设置于所述围框口与所述上模的接触面上，两道密封槽之间开有一条以上的导水槽；所述上模与围框在压紧状态下，所述上模成型表面的排水沟一直延伸到所述导水槽的上方并与之形成通道。

在此情况下，所述上模、围框和下模的任意两者之间都能相对运动，所述围框能够升降。

进一步的，采用上作用式压力机时，所述上模为动模，固联于上作用式压力机的滑块下平面；所述下模为定模，固定于上作用式压力机的工作平台上；

初始状态下，所述围框由固联于压力机工作平台的两个以上的柱塞缸支撑处于最高位置；

工作状态下，所述上模在压力机的滑块带动下下行与所述围框相接触并压紧密封，继而推动围框下行；即所述围框的下降动作依赖上模与其接触后向其传递压力机压力使支撑围框的至少两个的柱塞缸内液压油受迫溢流来完成，由此还提供了围框与上模间密封所需压紧力。

另一种方案，即当采用下作用式压力机时，所述下模为动模，固联于下作用式压力机的滑块上，或直接固联于下作用式压力机主缸活塞杆端或柱塞端；上模作为定模，固联于下作用式压力机的上横梁下平面；所述围框由固联于压力机的两个以上的活塞缸完成升降动作并提供与上模间密封所需压紧力。

采用上述装置制备纸浆模压板材的工艺，包括将纸浆板或废纸浸泡后打碎制成浓度不大于6％的纸浆的步骤、用三件式模具模压挤出水分及成型的步骤、脱模及干燥定型的步骤；三件式模具的上模与围框可相对运动，从而打开或封闭围框上口，下模在围框内可向上模方向作相对运动以挤压纸浆中水分使之成型。

当所制作的纸浆模压板材为带有凸起部分的纸浆模压制品时，其凸起部分的挤水成型采用柔性凸模方法，即当凸起部分的刚性凹模表面已层积了足够量的纸纤维时，令被送入刚性凹模中心处的形状可变、初始径向尺寸最小的柔性凸模径向膨胀，向周围已层积的含水较高的纸纤维层施压，来完成凸起部分的挤水成型步骤，其特征在于：

所述制备装置还包括刚性凹模和与之对应的柔性凸模，二者共轴地分别安装于所述上模和下模上；

所述刚性凹模的高度与其最小口径之比大于0.6；

所述柔性凸模与其所在的下模或上模之间通过与所述柔性凸模嵌套连接的一个可伸缩模柱相连接；所述模柱另一端安有支撑弹簧，所述模柱插入所述柔性凸模所在下模或上模所对应的孔内形成动配合和动密封，其横截面与所述柔性凸模膨胀后水平投影形状吻合；

初始状态下，所述模柱在支撑弹簧的作用下处于伸出的极限位，一定长度的模柱露出其所在的下模或上模的孔外；工作状态下，即所述上下模相向运动过程中，所述柔性凸模端头抵达刚性凹模底部并挤压此处已沉积的纸纤维层，当作用于柔性凸模和模柱上的所有压力之和大于支撑弹簧的预紧力和密封摩擦阻力之和时，支撑弹簧开始被压缩、随着作用在柔性凸模和模柱上的压力的加大，模柱露出部分逐渐减少直至完全进入所在模的孔中；在此过程中所述柔性凸模、支撑弹簧及模柱与所在模的孔之间的封闭空间被挤压，所述柔性凸模由初始径向尺寸膨胀至最大。

进一步的，所述柔性凸模由用弹性体材料做成的囊形套套在用刚性材料制成的模芯构成；所述模芯设有贯通的液体孔道；

所述模柱中空，与其所插入的下模或上模的孔形成一个容积可变的唧筒；所述唧筒与所述模芯的液体孔道相贯通，内充液体。

初始状态下，所述模柱在支撑弹簧作用下处于使唧筒空腔容积最大的位置，液体全部被抽至唧筒空腔内；工作状态下，当模柱与其所在的下模或上模之间产生相对运动使唧筒空腔容积变小，唧筒空腔中的液体即被压入囊形套中，使囊形套膨胀；回程时模柱与所在模之间产生反方向的相对运动，囊形套中的液体即被抽回至唧筒空腔中，囊形套又恢复到原来的形状。

另一种方案为，所述柔性凸模为弹性体材料做成的实体。

初始状态下，其径向尺寸最小高度尺寸最大；工作状态下，压制过程中当模柱与所在模之间产生相对运动时，模柱支撑弹簧的反力使弹性体材料做成的柔性凸模发生形变：高度减少径向尺寸加大(体积近似不变)。

采用上述装置制备纸浆模压板材及非平的纸浆模压板材，其具体工艺及所涉及的装备如下表所示：

采用前述的装置制备的非平的纸浆模压板材，具有一处以上的凸起部分，其特征在于：

所述的纸浆模压板材凸起部分的高度与凸起部分的最小口径之比大于0.6；

并且凸起部分上的最大密度ρmax与最小密度为ρmin之间满足：(ρmax-ρmin)/ρmax＜0.2；

且所述的纸浆模压板材密度大于0.6g/cm³，厚度为2-20mm。

进一步的，所述板材是铺板与支腿一体成型的托盘形状，采用高压挤水成型，密度为0.6-1.3g/cm³，铺板处厚度为5-15mm，支腿的高度与口径比大于0.8。

与现有技术相比较，本发明的优势是显而易见的：

(1)本发明的动式围框方案(即围框可动，上模和下模一为动模一为定模，并且下模在围框之内)解决了现有技术中虽然围框可动但上模在围框之内，因而上排水排不净，开模后残留水回流至湿坯及开模时围框和上模难以同步等不足；或者围框不可动，上下模都可动并以上模封闭围框上口，上模除了要平衡来自下模的压力外还要提供与围框间密封所需压力，因而或者需要压力机上缸压力要大于下缸压力，或者对上缸保压要求非常高的不足；

(2)本发明中带有可伸缩模柱的柔性凸模在挤压压力达一定值之前进入凹模模腔内，并且随着上下模的继续相向运动逐渐沿径向膨胀从而成功地解决了现有技术中带有凸起部分的纸浆模压板材在压制过程中当压力增加到一定值后，凸起部分周围已沉积的高含水纸纤维层被压溃，部分纸纤维被挤入凸起部分凹模腔内，使得凹模腔内纸纤维分布不均，同时凸起部分周围形成断裂等缺陷的技术难题；

(3)本发明涉及的带有凸起部分的纸浆模压板材包括货物托盘制品，以纯废纸制作、高密度、高强度及理论上可无限次地循环“回收-成型-使用-再回收”这一过程等特点使之成为循环经济的典型，同时其生产过程也具有环保低碳和成本低廉的特点。

附图说明

图1为本发明的上作用式实例的结构示意图。

图2为本发明的下作用式实例的结构示意图。

图3为弹性体材料囊式柔性凸模结构示意图。

图4为弹性体材料实体式柔性凸模结构示意图。

图5为带有凸起部分的纸浆模压板材实例。

图6为货物托盘制品实例。

图7为上模排水及上模与围框间密封结构示意图。

图中，1、上模；2、围框；3、下模；4、支撑围框的柱塞液压缸；5、上作用式压力机滑块；6、上作用式压力机工作平台；7、支撑及升降围框的活塞液压缸；8、下作用式压力机上横梁；9、下作用式压力机主缸活塞杆；10、刚性凹模；11、囊式套；12、模芯；13、液体孔道；14、液体；15、模柱；16、唧筒空腔；17、弹簧；18、实体式柔性凸模；21、凸起部分；25、铺板；26、支腿；31、上模与围框间的密封圈及密封槽；32、导水槽；33、上模表面均布的排水沟；34、金属丝网。

具体实施方式

实施例1

现结合图1对本发明所述纸浆模压板材的制备装置作进一步的具体说明，主要涉及其三件式模具与上作用式压力机的安装关系：上作用式压力机主缸安装于压力机的上横梁上，压制作业时主缸活塞杆推动压力机滑块5向下运动。使用T形块和螺栓利用滑块下平面上的T形槽将三件式模具的上模1固联于压力机滑块5的下平面，随压力机滑块5上下运动；围框2由固联于压力机工作平台6上的至少两个柱塞液压缸4支撑，并依靠其提供与上模之间密封所需的压力；当上模1下行封闭围框2上口并推动围框2及液压缸4的柱塞一起向下运动时，柱塞液压缸4内的液压油受迫以一设定的压力排泄，由此既提供了与上模1之间密封所需的压力又实现了围框2的平稳下降；下模3固联于压力机工作平台6上并始终套在围框2内与围框2和上模3之间作相对运动。

围框2的上行依靠液压缸4的顶出或者依靠上模1通过一组可滑动拉杆提升来实现，当依靠上模1提升时，液压缸4的柱塞端头可与围框2分开，待围框2升至指定高度后，液压缸4的柱塞再顶出与之贴合。

结合图7对上模1的排水及上模1与围框2之间的密封结构作进一步的具体说明：围框2在与上模1的接触面上，围绕围框口有两道嵌有密封圈的密封槽31，两道嵌有密封圈的密封槽31之间又开有一条或一条以上的导水槽32，上模1与围框2在压紧状态下，上模1工作表面均布的排水沟33一直延伸到此导水槽32的上方并与之形成通道，上下模工作表面还覆有金属丝网34。

实施例2

现结合图2对本发明所述纸浆模压板材的制备装置作进一步的具体说明，主要涉及其三件式模具与下作用式压力机的安装关系：当压力机为下作用式时，上模1固联于压力机的上横梁8下平面，围框2由固联于压力机的两个活塞缸7完成升降动作并提供与上模间密封所需压紧力，而下模3固联于压力机的滑块上，或如图2所示直接固联于压力机主缸活塞杆9端。

实施例3

结合图3对本发明所述的由弹性体材料做成的囊形套式柔性凸模成型方法做进一步的具体说明：

刚性凹模10，其成型面上有排水沟并覆有滤水网以使纸纤维层积成型，安装在上模1上；

囊形套11，其由弹性体材料做成，套在由刚性材料制成的模芯12上，共同构成柔性凸模；所述柔性凸模插入一个下方安有弹簧17、横截面与囊形套11膨胀后的水平投影形状基本相同的模柱15的上端，模柱15插入下模3上与模柱15动配合、动密封的孔中，与其之间形成一个容积可变并通过模芯12上的液体孔道13与囊形套11相通的唧筒空腔16；柔性凸模及模柱15与凹模10同轴；

为简单起见本实施例中选取凹模10、囊形套11和模柱15的水平截面均为圆形，且模柱15下段直径比上段略大以平衡弹簧17的预紧力；

唧筒空腔16内充液体14，初始时在模柱支撑弹簧17作用下模柱15处于使唧筒空腔16容积最大的位置，液体14全部被抽至唧筒空腔16内；

初始状态下，模柱15在弹簧预紧力的作用下处于上限位，一定长度的模柱露出下模3上的孔，当上下模1和3相向运动使凸起部分的刚性凹模10表面已层积了足够量的纸纤维时，所述柔性凸模的端头抵达刚性凹模10底部并开始挤压此处已沉积的纸纤维层，当作用于柔性凸模和模柱15上的所有压力之和大于弹簧17的预紧力和密封摩擦阻力之和时，模柱15下弹簧17开始被压缩、随着作用在所述柔性凸模和模柱15上的压力的加大，模柱15露出部分逐渐减少直至完全进入下模3中；

当模柱15与下模3之间产生相对运动时，唧筒空腔16中的液体14即被压入囊形套11中，使囊式套11膨胀向周围已层积的含水较高的纸纤维层施压，来完成凸起部分的挤水成型步骤。回程时模柱15与下模3之间产生反方向的相对运动，囊形套11中的液体14即被抽回至唧筒空腔16中，囊形套11又恢复到原来的形状。

当刚性凹模10安装在下模3上时，上述柔性凸模组合则相应安装在上模1上。

实施例4

结合图4对本发明所述的由弹性体材料做成的实体式柔性凸模成型方法做进一步的具体说明：

刚性凹模10，其成型面上有排水沟并覆有滤水网以使纸纤维层积成型，安装在上模1上；

实体式柔性凸模18由弹性体材料做成，安装在一个下方安有弹簧17、横截面与实体式柔性凸模18膨胀后的水平投影形状基本相同的模柱15的上端，模柱15插入下模3上与模柱15动配合、动密封的孔中，实体式柔性模18及模柱15与凹模10同轴；

为简单起见本实施例中选取凹模10、实体式柔性凸模18和模柱15的水平截面均为圆形，且模柱15下段直径比上段略大以平衡弹簧17的预紧力；

初始状态下，模柱15在弹簧预紧力的作用下处于上限位，一定长度的模柱露出下模3上的孔，当上下模1和3相向运动使凸起部分的刚性凹模10表面已层积了足够量的纸纤维时，实体式柔性凸模18端头抵达刚性凹模10底部并开始挤压此处已沉积的纸纤维层，当作用于实体式柔性凸模18上的所有压力之和大于模柱15下弹簧17的预紧力和密封摩擦阻力之和时，模柱15下的弹簧17开始被压缩、随着作用在实体式柔性凸模18上的压力的加大模柱15露出部分逐渐减少直至完全进入下模3中；

当模柱15与下模3之间产生相对运动时，刚性凹模10底部纸纤维层的反作用力和模柱15下弹簧17的反力使弹性体材料做成的实体式柔性凸模18发生形变：高度减少的同时径向尺寸加大(体积近似不变)，从而向周围已层积的含水较高的纸纤维层施压，来完成凸起部分的挤水成型步骤。

当刚性凹模10安装在下模3上时，上述柔性凸模组合则相应安装在上模1上。

现结合图5对本发明所述的带有凸起部分的纸浆模压板材做进一步的具体说明：

所述的纸浆模压板材为非平，其上具有至少一处凸起部分21，凸起部分21的高度H与凸起部分的最小口径d之比大于0.6；

凸起部分21上最大密度ρmax与其上的最小密度ρmin满足下式：(ρmax-ρmin)/ρmax＜0.2；

所述的纸浆模压板材密度大于0.6克/立方厘米、厚度为2-20毫米；

现以一种由纯废纸打浆经高压(＞6MPa)成型的板材为例，其凸起部分为圆台形，H＝60mm，d＝86mm，H/d＝0.7；ρ平均＝1.0克/立方厘米，(ρmax-ρmin)/ρmax＝(1.03-0.98)/1.03＝0.0485；厚度＝7mm。

现结合图6对利用上述设备所制备的纸浆高压成型托盘做进一步的具体说明：

所述纸浆高压成型托盘为一种货物托盘，是一种带有凸起部分的纸浆模压板材；

其制作原料为废纸，高压挤水成型，密度为0.6-1.3克/立方厘米、铺板处厚度为5-15毫米，铺板25与支腿26一体成型；

其支腿26的高度与口径比大于0.8；

下面给出一个所述托盘的例子，其铺板25长宽尺寸为：620x470mm，托盘总高为132mm，支腿26的高度与口径比为1，密度为1克/立方厘米，铺板25厚度为6毫米，支腿26厚度为4毫米。

Claims (8)

1.一种纸浆模压板材的制备装置，包括压力机和三件式模具，所述三件式模具包括上模、围框和下模，三者构成一个容积可变的模腔，所述上模的成型表面均匀设有排水沟并覆有金属丝网，所述下模的成型表面设有排水沟和/或孔并覆有金属丝网，其特征在于：

所述上模和下模两者之中有一个为动模而另一个为定模，并且所述下模始终在所述围框内；所述围框由固联于压力机的两个以上的柱塞缸或活塞缸支撑，并与所述上模和下模产生相对运动；

所述制备装置还包括两道密封槽和嵌于其中的密封圈，所述密封槽设置于所述围框口与所述上模的接触面上，两道密封槽之间开有一条以上的导水槽；所述上模与围框在压紧状态下，所述上模成型表面的排水沟一直延伸到所述导水槽的上方并与之形成通道。

2.根据权利要求1所述的纸浆模压板材的制备装置，其特征在于：

所述上模为动模，所述压力机为上作用式压力机，所述上模固联于上作用式压力机的滑块下平面；所述下模为定模，固定于上作用式压力机的工作平台上；

初始状态下，所述围框由固联于压力机工作平台的两个以上的柱塞缸支撑处于最高位置；

工作状态下，所述上模在压力机的滑块带动下下行与所述围框相接触并压紧密封，继而推动围框下行。

3.根据权利要求1所述的纸浆模压板材的制备装置，其特征在于：

所述下模为动模，所述压力机为下作用式压力机，所述下模固联于下作用式压力机的滑块上，或直接固联于下作用式压力机主缸活塞杆端或柱塞端；上模作为定模，固联于下作用式压力机的上横梁下平面；所述围框由固联于压力机的两个以上的活塞缸完成升降动作并提供与上模间密封所需压紧力。

4.根据权利要求1-3任一所述纸浆模压板材的制备装置，其特征在于：

还包括刚性凹模和与之对应的柔性凸模，二者共轴安装；

所述刚性凹模安装于所述上模，所述柔性凸模对应地安装于所述下模；或 者，所述刚性凹模安装于所述下模，所述柔性凸模对应地安装于所述上模 ；

所述刚性凹模的高度与其最小口径之比大于0.6；

所述柔性凸模与其所在的下模或上模之间通过与所述柔性凸模嵌套连接的一个可伸缩模柱相连接；所述模柱另一端安有支撑弹簧，所述模柱插入所述柔性凸模所在下模或上模所对应的孔内形成动配合和动密封，其横截面与所述柔性凸模膨胀后水平投影形状吻合；

初始状态下，所述模柱在支撑弹簧的作用下处于伸出的极限位，一定长度的模柱露出其所在的下模或上模的孔外；工作状态下，即所述上下模相向运动过程中，所述柔性凸模端头抵达刚性凹模底部并挤压此处已沉积的纸纤维层，所述柔性凸模、支撑弹簧及模柱与所在模的孔之间的封闭空间被挤压，所述柔性凸模由初始径向尺寸膨胀至最大。

5.根据权利要求4所述纸浆模压板材的制备装置，其特征在于：

所述柔性凸模由用弹性体材料做成的囊形套套在用刚性材料制成的模芯构成；所述模芯设有贯通的液体孔道；

所述模柱中空，与其所插入的下模或上模的孔形成一个容积可变的唧筒；所述唧筒与所述模芯的液体孔道相贯通，内充液体。

6.根据权利要求4所述纸浆模压板材的制备装置，其特征在于：

所述柔性凸模为弹性体材料做成的实体。

7.一种采用权利要求4所述装置制备的纸浆模压板材，非平并具有至少一处凸起部分，其特征在于：

所述的纸浆模压板材凸起部分的高度与凸起部分的最小口径之比大于0.6；

凸起部分上最大密度ρmax与最小密度ρmin之间满足：(ρmax-ρmin)/ρmax＜0.2；且所述的纸浆模压板材密度大于0.6克/立方厘米、厚度为2-20毫米。

8.根据权利要求7所述的带有至少一处凸起部分的纸浆模压板材，其特征在于：

所述板材是铺板与支腿一体成型的托盘形状，采用高压挤水成型，密度为0.6-1.3g/cm³，铺板处厚度为5-15mm，支腿的高度与口径比大于0.8。 

Images