CN109477310B

CN109477310B - 物品的模制

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Publication number: CN109477310B
Application number: CN201780045885.9A
Authority: CN
Inventors: 安东尼·哈达克; 艾伦·史密斯
Original assignee: Natural Resources 2000 Ltd
Current assignee: Natural Resources 2000 Ltd
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2037-07-20
Also published as: WO2018020219A1; US20190169800A1; EP3491190A1; CN109477310A; CA3031886A1; GB201612889D0; US11365518B2

Abstract

形成模制物品的方法，包括：通过使用至少一个高剪切混合器使纤维材料在悬浮液体中液化来制备纤维悬浮液；将纤维悬浮液进给至多孔模具的模制表面；经由所述多孔模具的孔隙去除所述悬浮液体，以将悬浮纤维沉积在所述模具表面上，作为模制物品，去除所述悬浮液体的步骤包括使用在柔性不可渗透膜后面施加的压力将由柔性不可渗透膜形成的气囊压靠在物品上；将模制物品从多孔模具移除；以及使用微波辐射干燥模制物品，其中，微波辐射使用至少一个磁控管生成。还描述了在该方法中使用的模制装置和通过该方法生产的模制物品。

Description

物品的模制

技术领域

本发明涉及形成模制物品的方法；模制装置；以及模制物品。

背景技术

过去，由纤维纸浆模制而成的物件通常是诸如盛蛋箱和垫盘等的物件，这种物件可以极大量地生产，形状简单，并且不要求标准很高的表面光洁度。这些局限性是由物品模制中所采用的技术产生的，传统上通过使用金属网形成的可渗透模具来模制物品。这种模具的制作是漫长且昂贵的过程，从而将该技术局限于以极大数量生产的物件。采用这种网式模具而获得的低水平的表面光洁度限制了可在脱模之前从堆积在模具中的纸纤维中排出的液体量，而这转而又限制了产品在脱模时的强度。因此，只有像盛蛋箱那样的浅物件才能以这种方式进行制作，而不会在干燥之前因其自身重量作用而毁坏。存留在产品中的水量使产品的干燥成为高能耗过程。

在传统模制过程中用于制备纸纤维纸浆的水力碎浆机是一个大圆柱形腔室，该腔室直径可达8米，深4-5米，基底处具有缓慢旋转(例如，200rpm-500rpm)的大型双叶片转子。这将纸张或纸板分解成纸浆模制原料。在水的帮助下，这种材料分离成确定粘度的单独的纤维，在传统造纸中，通常是5份纸加95份水。这花费大约10-15分钟才能完成，然后浆料才适合于通过“疏解机(de-flaker)”(用于进一步精炼纤维配料的设备)进行处理，然后再真空成形到网格模具上。需要物理尺寸大的设备，以便能够通过以下方式来处理大量的纸张：允许转子的速度和运动在搅拌和摩擦固体纸张时将其分解成单独的纸浆纤维，从而分解固体纸张质量。

申请人的WO2009/034344公开了一种用于纸纤维物品的模制机，该模制机具有由结合颗粒制成的模具。可使用液化器制备液化纸浆。使用在另一侧上的活塞将纸浆的实测注射量中的液体从模具中抽出。该物品用橡胶成型器/柔性膜进行脱水。使用加压热空气在模具中使该物品干燥。

EP1195466公开了一种用于生产纸浆模制物品的方法，该方法包括形成和干燥纸浆模制前体的步骤。使用具有互连孔以允许出水的模具，并且该模具用网格网覆盖，纸浆沉积在该网格网上。模具通过真空进行脱水，然后可膨胀构件在腔体内膨胀以压靠纸纤维，从而按要求成型。干燥步骤包括在加热模具的腔体中热压的第一步骤和在干燥炉中加热干燥的第二步骤。

US6103179公开了一种用于使用互补的阳模和阴模制造纤维产品的方法和布置。水由模具之间的压力表示。释放该纤维产品，并在微波或IR辐射的作用下进行最终干燥。

WO2011/157999公开了一种用于从纸浆材料模制物品的方法和装置，其中，物品在模具工具的表面上模制，并且压制的物品使用通过压制的物品的过热蒸汽或加热的气体或使用微波进行干燥。在干燥期间，压制的物品保持在工具(可以是模具或不同的工具)上。

KR2002-0028926公开了一种用于生产纸浆模具模制容器的方法，该方法包括：形成纸浆层作为纸浆浆料的湿模制体；在纸浆模具成型体的表面涂敷复合树脂悬浮液，并用微波干燥；熔化所获得的涂层；以及将纸浆模具成型体吹塑模制成预制件和预设件。可使用气球/袋状弹性材料从纸浆中去除水。

发明内容

在第一方面，本发明涉及形成模制物品的方法，该方法包括：

-通过使用至少一个高剪切混合器使纤维材料在悬浮液体中液化，制备纤维悬浮液；

-将纤维悬浮液进给至多孔模具的模制表面；经由所述多孔模具的孔隙去除所述悬浮液体，以将悬浮纤维沉积在所述模具表面上，作为模制物品，去除所述悬浮液体的步骤包括：使用在弹性的柔性不可渗透膜后施加的压力，将由弹性的柔性不可渗透膜形成的气囊压靠在物品上；

-从多孔模具中移除模制物品；以及

-使用微波辐射干燥模制物品，其中，使用至少一个磁控管生成微波辐射。

优选地，模制物品是三维中空形式。该术语包括中空三维形状,该中空三维形状具有有限开口和悬伸部分，使得不能在两个刚性模具部分之间的所有表面上限定该形状的刚性模制物品，同时允许从模具部分中移除模制物品。因而，三维中空形式类似于可通过吹塑模制而不是通过简单的注射模制来生产的物品。这种形状具有内表面和外表面。这与通常由纸纤维模制的盛蛋箱和垫盘相反，并且如上所述：盛蛋箱和垫盘具有带拔模角度的宽开口，这允许在刚性模具部分之间模制，同时允许从模具部分中移除模制物品。

更优选地，该物品是包括本体和具有开口的窄颈部的瓶子。合适的瓶子容量的示例为100mL至2L，例如200mL、250mL或1L。

优选地，该过程自动化。优选地，同时操作多个模具。优选地，该过程是连续的，但也可为分批过程；替代地，该过程的一些步骤可以是连续的，但其它步骤可分批进行。

用作该过程进料的纤维材料适当地包括纤维素纤维，例如纸纤维，但是可替代地或另外地，包括其它天然或非天然材料。原纸或回收纸或卡片(例如，新闻纸、有光泽的杂志、瓦楞纸板、办公废纸)是合适类型的纸纤维。也可使用竹子和亚麻。

优选的悬浮液体是水。

优选地，悬浮液体中纤维材料的浓度为水中纸纤维在0.5wt％-10wt％的范围内。在较高的纤维含量下，悬浮液的流动特性可受到影响，使得难以输送悬浮液，以及难以在模具上实现均匀涂覆。在优选实施方式中，悬浮液体中纤维材料的浓度为约1％。

添加剂可用于改变产品的机械特性和其它特性。这些特性包括机械强度、表面光洁度、防水程度和食品阻隔性能，例如氧气和其它气体的传输。添加剂可例如包括着色剂或除草剂或杀菌剂或杀真菌剂或蜂蜡或装饰颗粒，或其组合。优选地，添加剂量不超过固体含量的20wt％。在一些优选实施方式中，不存在添加剂。

本发明利用至少一个高剪切混合器，而不是如上所述的传统水力碎浆机。这样做有三重好处。混合器设备通常比常规采用的许多批量水力碎浆机小得多，从而允许减小整个装置的尺寸。制浆过程很快(例如，15-30分钟的停留时间)，从而限制了纤维可在悬浮液体中水合的周期，并使其更容易脱水。最后，混合器可以以串联模式运行，从而允许连续的过程，并消除在过程的前端对大型存储容器的需求，同样允许减小整体装置的尺寸。

优选地，高剪切混合器或每个高剪切混合器均包括一个或多个转子，该转子以1000rpm-4000rpm的速度旋转，例如以约3000rpm的速度旋转。这比更高的旋转速度(例如，高于5000rpm)优选，本发明人发现更高的旋转速度可能潜在地引起纤维的结块或破坏。更优选地，高剪切混合器或每个高剪切混合器还包括定子，并且转子在定子内旋转。术语“定子”包括围绕例如大体圆柱形形状的转子的穿孔式非旋转元件。适当地，定子的直径小于高剪切混合器的外壁。定子可例如具有圆孔、槽或方孔。在上述WO2009/034344中描述了开槽头液化器。

优选地，使用第一高剪切混合器，然后使用第二高剪切混合器(其适当地具有比第一高剪切混合器小的容量)，在两个阶段中制备纤维悬浮液。发明人已发现该两阶段过程使颗粒尺寸减小一致，这可通过显微镜检查看出。

优选的纤维长度在0.75mm-1.8mm的范围内，例如平均纤维长度为约1.3mm。

混合器可包括于子单元中，子单元长度可适当地为0.5m至1m。

优选地，多孔模具位于至少两个可分离部分中，该至少两个可分离部分优选地在模制步骤期间协作，以限定模制物品的外表面，然后分离，以释放模制物品。每个模具均可限定两个或更多模制物品，例如4-6个物品；限定2个或更多物品的模具在本文中也称为“模具块”。

优选地，多孔模具具有直径在0.3mm-0.6mm范围内的孔隙。较小的孔隙可能会堵塞或妨碍有效地去除悬浮液体；较大的孔隙会在模制物品上产生不期望的粗糙表面光洁度。

优选地，多孔模具具有1mm-10mm(例如，4mm-8mm)的厚度。

可用于多孔模具的材料包括金属、塑料和陶瓷。

优选地，多孔模具部分地或完全地由结合颗粒形成。颗粒优选地为球形。结合颗粒的模具通常提供均匀的孔隙布置，如下所述，这有助于在模具表面上提供均匀的纤维涂层。

结合颗粒可通过粘合剂结合，或烧结在一起。结合颗粒可为玻璃、塑料或金属。优选的金属材料是磷青铜和镀镍铜。用于模具的颗粒的颗粒尺寸(直径)优选在0.1mm与1.0mm之间。

替代地，多孔模具可以不由结合颗粒形成。在这种情况下，多孔模具可使用增材制造技术(也称为“三维印刷”)形成，例如基于激光的增材制造技术，该基于激光的增材制造技术使用激光依次熔化金属粉末层，以形成所需形状。可生产尺寸小至40μm的三维元件。用于增材制造的合适金属粉末包括工具钢、不锈钢316、钛和铬镍铁合金。

在模具生产中可实现高工程精度。如果成品上需要压花标识或其它精细限定的表面特征(例如，仿木或皮革纹理)，则这些可在模具的内表面上提供。

通过在整个模具上施加压力差，可迫使悬浮液体通过模具。

多孔模具优选通过正压充料，例如，在重力作用下。充料装置可包括用于分配精确量的纤维悬浮液的装置，例如，量筒或重量传感器。这在形成小型和/或轻型包装时特别有用。

优选地，还使用抽吸(在本文中也称为“真空”)经由多孔模具的孔隙去除悬浮液体。优选地应用抽吸，使得悬浮纤维均匀地沉积在模具表面上。如果具有孔隙的模具的通风在整个模具上是均匀的，则通常会形成均匀的纤维涂层。可通过活塞在由模具封闭的腔室中的作用来施加抽吸。

该方法可包括使回洗液在与悬浮液穿过模具的方向相反的方向上穿过模具。该方法可包括将超声波引入到穿过模具的回洗水中。

用于对处于湿状态下的物品进行进一步处理的材料可从模具的内部向外部或在相反的方向上穿过多孔模具，作为回洗。

适当地，在该阶段中，模制物品包括约75％重量的水。

通过使用在膜后面施加的压力将由柔性不可渗透膜形成的气囊压靠在物品上，去除另外的悬浮液体(在本文中也称为“脱水”)。膜优选是弹性/弹性可变形的。

应理解的是，在模具块设计成同时模制多个物品的情况下，适当地为每个物品设置单独的气囊。

未膨胀的气囊优选地通过多孔模具内的三维中空形式物品的开口插入，使得气囊至少部分地定位在物品内(例如，在瓶子的主体和颈部内)。然后，将气囊膨胀以向物品的内表面施加压力。已膨胀气囊的膜由于其弹性而膨胀。优选地，已膨胀气囊接触物品的整个内表面。气囊的成型(即，成形)有利于确保与模具一致的均匀内部。气囊膜成形为与所制造产品的内部轮廓相匹配，并且既用作成型助，又用于去除悬浮液体。

用于气囊的合适的抗液体和空气的材料包括天然橡胶或合成橡胶。适当地，气囊的厚度在0.5mm-1.5mm的范围内。

适当地，气囊可水力或气动地进行膨胀。气动膨胀是优选的。使用适当地平衡压力，以避免该步骤期间模具打开。压力在1bar至10bar(100kPa至1MPa)规格范围内的压缩空气是优选的。可使用压力振荡。

该机械脱水步骤迅速地且容易地排出悬浮液体，这节省下一干燥阶段中的能量。在该阶段，物品的含水量通常为70％-80％。气囊可用于提供模制物品的平滑表面或期望的纹理化表面(优选地，三维中空形式的内表面)。

可在去除气囊之后和从多孔模具中移除物品之前进行干燥，但这不是优选的。优选地，在多孔模具中不进行主动干燥(除了上面讨论的脱水之外)。

优选地，在从多孔模具中移除模制物品的步骤期间，模制物品仍然保持由气囊支承。该阶段的模制物品非常易碎，应小心控制气囊压力，以在没有变形或损坏的情况下实现脱模。这种从模具中早期释放具有优于许多现有过程的益处，因为模制物品不需要在模具中进行干燥。这允许节省原本用于干燥模具的能量，如下所述，该模具在下一过程循环期间重新浸入悬浮液体中。

优选地，气囊用于输送模制物品以进行干燥。

优选地，在干燥之前将从气囊移除模制物品。由于气囊具有弹性，因而缩小后的气囊的膜收缩至其原始尺寸。适当地排空加压流体来实现这一点。

优选地，在干燥模制物品时不使用热空气或红外辐射。

干燥优选地在微波干燥室内进行。适当地，将模制物品放置在传送带上，该传送带分批地传送模制物品通过微波干燥室。传送带可以是可渗透的(例如，格子带)，以帮助蒸发悬浮液体。

优选地，将模制物品暴露于多个微波源(磁控管)进行干燥。磁控管可安装至微波干燥室的上壁。微波能量集中在模制物品中所含的悬浮液体上，使得不会让能量浪费在加热周围空气或设备上。磁控管优选地具有2.45GHz的频率(水的共振频率)。

与工业级磁控管相比，使用家用级磁控管的阵列可节省成本。优选地，每个磁控管均以小于5kW、更优选地小于1kW(例如，600W-900W)的额定功率运行。900W的最大额定功率特别合适。优选地，使用至少10个磁控管(例如，60个磁控管)。优选的总额定功率在5kW-60kW的范围内。

磁控管天线可用于将辐射场引导至干燥室中，使得不必以传统方式使用单独的波导。

可选择磁控管的位置和运行功率来实现磁控管的最佳间距，同时使辐射场的使用最大化。

磁控管优选地布置成阵列。

模制物品优选地布置在互补阵列中。作为示例，磁控管和/或模制物品可以以矩形或六边形网格布置均匀地间隔开。

优选地，每个磁控管均可单独地控制功率和/或频率，使得可控制各个磁控管或磁控管组的功率输出。优选地，阵列中的不同磁控管以不同的功率运行，以及功率优选地根据水和产品的重量来确定。功率分布可采取降低天线功率应用百分比和/或减少供能时间的形式。

在优选实施方式中，在干燥过程的开始和结束时(对应于隧道/传送布置的端部位置)，功率输出低(例如，最大功率的0％-25％)，以及在干燥过程的中间(对应于隧道/传送机布置的中点)处具有峰值(例如，最大功率的50％-100％)。

优选地，保持气流通过腔室，以提取蒸发的悬浮液体，并确保磁控管保持适当冷却。

优选地，在微波干燥室中使用气闸系统。适当地，存在加载气闸和卸载气闸。每个气闸优选地均包括两个门。适当地，气动操作的门在每个气闸处同步操作，使得气闸的两个门不会同时打开。这允许连续操作，同时确保单元外部没有微波能量泄漏。

该方法还可包括WO2009/03433中描述的特征。

在第二方面，本发明涉及在如上所述的过程中使用的模制装置，该模制装置包括：

-多孔模具；

-至少一个高剪切混合器，连接成将纤维悬浮液供应至模具的模制表面；

-气囊，由弹性的柔性不渗透膜形成，其可前进到模制表面中；以及

-磁控管，作为微波辐射源。

模制装置可包括多个模具或模具块，该多个模具或模具块可在不同工作站之间移动，以用于该过程的不同阶段(例如，将纤维悬浮液进给至模制表面；去除悬浮液体并将气囊压靠在制品上；将模制物品从模具中移除)。模具或模具块可例如安装在转盘上，转盘使模具或模具块在不同的工作站之间旋转。

与方法一样，模制装置可包括WO2009/03433中描述的特征，例如以下中的一些或全部：

-用于接收多孔模具的腔体；

-用于将纤维的悬浮液进给至多孔模具的模制表面的端口；

-用于对模具的其它表面施加抽吸的端口或活塞；

-用于将回洗水供应至腔体中的端口；

-用于供应压缩空气的端口。

在第三方面，本发明提供通过如上所述的方法形成的模制物品。

结合本发明的一个方面描述的特征可与本发明的任何其它方面一起使用。

附图说明

将参照附图进一步描述和说明本发明，在附图中：

图1示出本发明的优选实施方式的模制装置的平面图。

图2示出图1的模制装置的侧视图。

图3示出用于制备纤维悬浮液的、图1的模制装置的部分的剖视图。

图4示出图1的装置的模具部分的剖视图。

图5示出用于为模具充料的、图1的模制装置的部分的剖视图。

图6示出在使用图1的模制装置的过程的各个步骤期间模具的剖面示意图：图6(a)示出将纤维悬浮液进给至模具的模制表面并经由模具的孔隙去除悬浮液体以将悬浮纤维沉积为模制物品的步骤；图6(b)示出通过将气囊压靠在物品上而去除悬浮液体的步骤；图6(c)示出从模具中移除模制物品。

图7示出设置有多个模具块的、图1的模制装置的转盘的平面图，其中每个模具块均处于过程的不同阶段。

图8示出图1的模制装置的微波干燥室的剖视图。

图9示出图8的微波干燥室中的磁控管的分布细节：图9的A示出包括磁控管阵列的微波干燥室的平面图；图9的B示出通过图9的A中的截线的微波干燥室的剖面。

图10是图9中磁控管功率与微波干燥室中的位置的关系图(通过模制物品在其到达磁控管位置之前在微波干燥室中所度过的时间长度来测量)，示出了对于两种不同产品重量的、阵列的不同磁控管的功率水平。

图11A示出了对使用本发明优选实施方式的过程形成的5个模制瓶进行的垂直压缩试验的结果(图中力的单位为N，位移单位为mm)，以及图11B示出了对用于比较的5个塑料瓶进行的垂直压缩试验的结果(图中力的单位为N，位移单位为mm)。

图12A示出了进行垂直压缩试验之后的图11A的模制瓶，以及图12B示出了进行垂直压缩试验之后的图11B的塑料瓶。

具体实施方式

机器架构概述

模制装置(图1和图2)完全自动化，以执行图3至图8中所示的以下步骤：

-水和回收纸的高剪切混合(1)

-进料的第二级混合(2)

-用进料填充模具(4)

-模制物品的脱水/成型(5)

-模制物品的脱模(6)

-模具准备(7)

-模制物品的干燥(8)

如下面详细说明(图3)，由水和回收纸制备水纤维悬浮液(进料)。进料22供给安装在转盘28上的自动化的多个模具块26(图6(a)和图7中的步骤4)。有4个工作站(未示出)，围绕转盘以90度间隔设置。模具块26位于每个工作站处。每个模具块26均有成排的4个模具，以及每个模具块26均由两个对称部分30(图6(c))形成，使其能够根据需要自动地打开和关闭，以提取模制物品32。一旦进料22已沉积在模具26中(图6(a)和图7中的步骤4)，转盘28旋转90度，从而将模具26呈现给下一工作站，此时将可膨胀气囊34引入到模具26中(图6(b)和图7中的步骤5)。然后使气囊34膨胀。当转盘28再旋转90度时，模具26打开，并且物品32在气囊34上进行传送(图6(c)和图7中的步骤6)。然后从气囊34中去除加压流体，移除模制物品32，并将其转移至传送带36(图8)。然后，转盘28第四次旋转到执行模具准备(图3中的步骤7)的点，为下一批做准备。传送带36进入用于干燥以生产成品模制物品32的微波干燥室38(图8)。该过程经由控制装置11进行控制，控制装置11包括可编程逻辑控制器。

进料的制备(步骤1和步骤2)

进料由分别引入到第一高剪切混合器16中的回收纸12(纤维材料)和水14(悬浮液体)(图1至图3)来制备。该进料进给至较小的第二级高剪切混合器18，以使材料进一步化成纸浆。

该过程采用市场上可买到的(例如，从Maelstrom或Silverson)紧凑型高剪切混合器/均化器16、18，每个均具有转子/定子布置(未示出)。Silverson BE450^TM(以3000rpm速度运行)是合适的。使用避免堵塞的高剪切液化头。这将切碎的纸纤维转化成水中的低浓度纸纤维悬浮液(1wt％-3wt％)。

进料22在压力下通过第二混合器18进给至储存罐20。然后，如下面详细说明，在需要时通过气动隔膜泵在压力下将进料22输送至集水罐24，以供给模具块26。

将进料引入模具(步骤4)

每个模具块26均制造为由结合颗粒构成的多孔过滤器。这种模具可从例如AegisAdvanced Materials(多孔烧结青铜)、www.sintermesh.com和www.porvairfiltration.com(Sinterflo^TM P烧结多孔青铜)商购获得。如上所述，每个模具块26均由两个可分离部分30(图4)形成，它们一起形成5个腔体，每个腔体均限定具有颈部的瓶子形式的一个模制物品32的外表面。使用由杆控制的旋塞阀(图5)形式的填充控制器25，将进料22引入到模具块26(图6(a))的每个腔体中。使用正压力为模具26充料，其中使用抽吸通过模具26的孔隙44将水抽出，从而在内部均匀地沉积纸浆层46(图6(a)、图6(b))。在该过程期间，去除水，从而留下由纸浆层46形成的且包括约75％重量水的模制物品(瓶)32。水可经由微孔串联过滤器进行回收。

使用气囊使产品脱水(步骤5)

将聚氯丁二烯橡胶BS2752 C2 45IRHD(厚度为0.65mm-1.0mm)(本文中也称为“弹性的柔性不可渗透膜”)的异型气囊34引入到模具26内部，然后，使用压力为1bar-10bar(100kPa-1 MPa)规格的压缩空气35气动膨胀(即，在膜后施加压力)15秒至30秒(图6(b))。同时应用抽吸。这将瓶子32压靠在模具26上，使得通过孔隙44从瓶子32中挤出水，并使瓶子32的内表面平滑。

脱模(步骤6)

通过分离两个模具部件30自动打开模具块26，并移除瓶子32，瓶子32保持支承在气囊34上(图6(c))。该阶段的瓶子32非常易碎，使得必须小心控制气囊压力，从而在没有变形或损坏的情况下实现脱模。已发现1.1bar(1.11kPa)规格的内部气囊压力是合适的。然后，使用气囊34将瓶子32转移至传送带36(图8)，并从气囊34释放瓶子32以传送至干燥阶段。将加压流体排空，从而使气囊34放气，以允许从瓶子32中移除气囊34。

微波干燥(步骤8)

然后，瓶子32在传送带36上传送通过隧道形式的微波干燥室38(图8)。传送带36呈可渗透格子的形式，以有助于水蒸发。如下面更详细描述，瓶子32暴露于多个直接微波源(磁控管)48，以实现有效干燥。保持气流通过微波干燥室38，以便抽取蒸发的水蒸气，并确保磁控管48保持适当冷却。

微波干燥室38包括入口气闸40和出口气闸42，每个气闸均包括同步操作的一对门A、门B，使得它们不同时打开。这允许连续操作，同时确保没有微波能量泄漏至腔室之外。激活入口/装载气闸40，并发信号使传送带36前进，并且将瓶子32传送至气闸室中。信号使传送带36停止，并反转气闸40的动作。在干燥室38的出口处重复该过程，通过激活出口/卸载气闸42来允许瓶子离开微波干燥室38。

应理解的是，微波能量集中在瓶子32中所含的水上，因此不会浪费在加热周围的空气或设备上。使用安装在微波干燥室38的上壁的多个家用级磁控管48(额定功率1kW)的阵列50(图9)。如图9的A中所示，在该优选实施方式中，使用均匀间隔开的磁控管48的5(行进方向)×4(宽度方向)矩形网格布置作为阵列50。磁控管天线54用于将辐射场引导至微波干燥室38而无常规波导。

阵列50的每个磁控管48均装配有单独的功率控制器(未示出)，使得对于各个磁控管48或整个阵列50，可控制功率输出以及接通/断开。这允许沿着微波干燥室38进行功率分布(图10)，其中，功率分布可调节，以适应不同的产品。使用自动控制。

瓶子32直立布置在阵列52中(图9的A中的平面图以及图8和图9的B中的剖面图所示)，该阵列52与磁控管48的阵列50互补。使用具有与磁控管48相同的中心间距的、均匀间隔开的瓶子32的5×5矩形网格布置，使得瓶子32和磁控管48在腔室的宽度上交替(图9的A)。瓶子32分批通过微波干燥室38。

作为示例，图10中示出了分别用于称重为120g和200g的瓶子32(容量分别为100mL和750mL)的功率分布56、功率分布58。随着瓶子32在图10中的10分钟周期内沿微波干燥室38通过，它们将通过阵列50内以不同功率操作的不同磁控管48。

最后阶段将瓶子的含水量降低至低于10％。

试验结果

以10mm/分钟的压缩速率，对竖直定向的200mL纸瓶(即，本发明优选实施方式的模制物品)和200mL PET塑料瓶进行压缩试验。

图11A和图11B中示出了力-位移图，以及图12A和图12B中示出了试验后瓶子的图片。通常，纸瓶需要更大的力来屈服(400N-900N，而不是100N-250N)。纸瓶是通过颈部倒转到瓶身中而屈服，而塑料瓶则是通过压皱瓶身而屈服。随着纸瓶继续变形，负荷随着倒转持续增加，直到颈部与主体齐平(图12A和图12B)。

优选实施方式的有益效果

除了上述有益效果之外，这些还包括：

-使用消费后可回收材料生产环保纸包装产品。

-通过消除或减少有助于过度使用传统纸浆模制过程中通常所需能量的三个主要元素，该过程被优化用于节能。这3个主要因素是使用(a)水力碎浆机(消除)、(b)真空(减少)和(c)干燥箱(消除)。

-产品可制造成具有现有技术难以实现的高精度和复杂度。

-该过程可产生大量的产品吞吐量，同时保留便携式、小型化和操作灵活的工厂机械。例如，占地10平方米的机器具有每年800万个瓶子的生产能力。

-产品瓶具有高于PET的高压碎强度。

这些设计元素导致显著节省设备成本以及高能量输送效率。优选实施方式的一般类型的装置可用于制造根据客户要求定制的形状各异的成型良好的容器。

尽管已参照附图中所示的优选实施方式描述了本发明，但是技术人员将理解在本发明的范围内能够进行各种修改。

Claims

1.形成模制物品(32)的方法，包括：

-通过使用至少一个高剪切混合器(16、18)使纤维材料(12)在悬浮液体(14)中液化来制备纤维悬浮液(22)，其中所述高剪切混合器(16、18)包括以1000rpm-4000rpm的速度旋转的一个或多个转子；

-将所述纤维悬浮液(22)进给至多孔模具(26)的模制表面；经由所述多孔模具(26)的孔隙(44)去除所述悬浮液体(14)，以将悬浮纤维沉积在所述多孔模具(26)的所述模制表面上，作为模制物品(32)，去除所述悬浮液体(14)的步骤包括使用在弹性的柔性不可渗透膜后面施加的压力将由所述弹性的柔性不可渗透膜形成的气囊(34)压靠在所述模制物品(32)上；

-将所述模制物品(32)从所述多孔模具(26)移除；以及

-使用微波辐射干燥所述模制物品(32)，其中，所述微波辐射使用至少一个磁控管(48)生成。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述模制物品(32)为三维中空形式。

3.如权利要求1所述的形成模制物品(32)的方法，其中，所述磁控管(48)以小于5kW的额定功率运行。

4.如权利要求1所述的方法，其中，使用布置成阵列(50)的多个磁控管(48)。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述磁控管(48)具有能够单独控制的功率输出。

6.如权利要求1所述的方法，其中，在不使用波导的情况下，所述微波辐射从所述磁控管(48)传输至所述模制物品(32)。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述气囊(34)用于从所述多孔模具(26)传送所述模制物品(32)以进行干燥。

8.如权利要求1所述的方法，其中，在干燥所述模制物品(32)时不使用热空气或红外辐射。

9.如权利要求1所述的方法，其中，在所述多孔模具(26)中不进行干燥。

10.如权利要求1所述的方法，其中，使用第一高剪切混合器(16)，然后使用第二高剪切混合器(18)，分两个阶段制备所述纤维悬浮液(22)。

11.如权利要求1所述的方法，其中，所述转子以约3000rpm的速度旋转。

12.如权利要求1所述的方法，其中，所述高剪切混合器(16、18)还包括定子，并且所述转子在所述定子内旋转。

13.如权利要求1所述的方法，其中，所述多孔模具(26)由结合颗粒形成和/或使用增材制造技术形成。

14.在如权利要求1-13中任一项所述的方法中使用的模制装置(10)，包括：

-多孔模具(26)；

-至少一个高剪切混合器(16、18)，连接成将纤维悬浮液(22)供应至所述多孔模具(26)的模制表面；以及

-气囊(34)，由弹性的柔性不渗透膜形成，所述气囊(34)能够前进到所述多孔模具(26)的所述模制表面中；

-磁控管(48)，作为微波辐射源。