CN112262736B - 一种具有硬化外壳的基质块及制备装置、制备方法 - Google Patents

一种具有硬化外壳的基质块及制备装置、制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有硬化外壳的基质块及制备装置、制备方法，该包括均由基质底料和热熔固化纤维形成的基质块内核和硬化外壳；其中，所述硬化外壳包住所述基质块内核，所述硬化外壳由所述基质底料和所述热熔固化纤维热熔固化形成。本申请提供的具有硬化外壳的基质块具有稳定的外观结构，不容易发生吸水膨胀破坏。相比常规的散料颗粒基质，该基质具有硬化外壳；相比现有的整体固化的成型基质，该基质的热熔固化成型仅仅发生在基质表面的一个薄层空间内。本申请提供的基质块的制备装置和制备方法生产能耗低、耗时少。

Description

一种具有硬化外壳的基质块及制备装置、制备方法
技术领域
本发明涉及园艺基质技术领域，尤其涉及一种具有硬化外壳的基质块及制备装置、制备方法。
背景技术
随着设施园艺的迅速发展，无土栽培技术和穴盘育苗技术正在大面积、大范围推广应用，这相应的促进了栽培基质的研究、开发和应用。
目前，现有的栽培基质主要是颗粒状的散料基质，如泥炭、珍珠岩、蛭石等。颗粒状的散料基质存在孔隙结构不可控的问题，这导致持水与通气之间难以达到平衡，进而基质产品难以获得良好的持水性和透气性。另外，随着种植进程的进行，散料基质的孔隙结构在后期会出现沉积，导致通气性降低，影响作物生长。
中国专利“蔬菜栽培基质及其制作方法”(申请号CN 104529664A)和“一种成型基质的生产工艺”(申请号CN 104529664A)公开了一种固化成型基质及其生产工艺，但生产制备的基质采用水溶性粘合剂，这导致基质的稳定性较差，吸水后会发生膨胀，进而导致外观性状发生改变和微观空隙结构的不可控。另外，中国专利“一种可塑性纤维培养土及其制备方法”(申请号CN105367216B)和“一种立体栽培专用固化基质及其制备方法”(申请号CN106069685A)分别公开了一种可塑性纤维培养土、立体栽培专用固化基质，该培养土或固化基质的原料都在模具中经过了充分的加热，使得其中的热熔固化纤维充分融化并相互粘合，从而将基质原料粘结为一个整体，从而获得外观稳定、微观结构可控的固化成型基质。这需要将原料整体加热，其能耗较高，且生产耗时较多。
发明内容
本发明提供一种具有硬化外壳的基质块及制备装置、制备方法，以解决现有基质块存在的上述问题。
第一方面，本发明提供一种具有硬化外壳的基质块，所述基质块的制备原料包括基质底料和热熔固化纤维，所述基质块包括均由基质底料和热熔固化纤维形成的基质块内核和硬化外壳；其中，所述硬化外壳包住所述基质块内核，所述硬化外壳由所述基质底料和所述热熔固化纤维热熔固化形成。
优选地，所述硬化外壳各处的干样拉伸断裂强度≥1N/cm2。
优选地，所述硬化外壳的平均密度为所述基质块内核平均密度的1.05-1.2倍。
优选地，所述硬化外壳的厚度为所述基质块整体厚度的5-20％。
优选地，所述硬化外壳的水气孔隙比高于所述基质块内核的水气孔隙比。
优选地，所述热熔固化纤维在所述制备原料中的质量占比为5-15％。
优选地，所述基质底料包括泥炭、珍珠岩、蛭石和作物秸秆粉碎物中的至少一种。
优选地，所述制备原料还包括保水材料，所述保水材料在所述基质块制备原料总质量中的占比≤1％。
优选地，所述保水材料为无机保水材料。
优选地，所述无机保水材料为膨润土、海泡石和沸石中的一种或几种。
优选地，所述基质块的顶部设有定植孔。
优选地，所述定植孔内壁表层无所述硬化外壳，或所述定植孔内壁表层的硬化外壳的厚度小于其余部分硬化外壳的厚度。
第二方面，本发明提供一种具有硬化外壳的基质块的制备装置，所述装置包括模具主体以及设置在所述模具主体正上方的压块，所述压块与动力机构相连接，以及所述压块在所述模具主体内竖直移动；所述模具主体的各面和所述压块上均设有高能加热部件以及控制所述高能加热部件的控温部件。
优选地，所述高能加热部件为电热丝。
优选地，所述高能加热部件为微波发生装置和微孔，所述微孔连通出水管道。
优选地，所述模具主体的内部底部设有凸台，所述凸台上没有设置所述高能加热部件。
第三方面，本发明提供一种制备第一方面中的基质块的方法，制备步骤为：
S01：将基质底料和热熔固化纤维按照质量比混合均匀，形成原料混合物；
S02：将所述原料混合物放入第二方面中的制备装置中，启动高能加热部件，迅速加热所述原料混合物，以使处于外围的所述原料混合物中的热熔固化纤维可控熔化；其中，所述制备装置的各面均设有高能加热部件；
对于非皮芯结构的热熔固化纤维，所述热熔固化纤维可控熔化为所述热熔固化纤维整体熔化；
对于皮芯结构的热熔固化纤维，所述热熔固化纤维可控熔化为所述热熔固化纤维的皮层熔化；
S03：停止加热，使所述制备装置中的压块下移，压缩所述原料混合物；
S04：冷却、脱模后形成具有硬化外壳的基质块。
优选地，步骤S02中，所述高能热源的加热温度比所述热熔固化纤维的目标温度高30-50℃；
对于非皮芯结构的热熔固化纤维，所述目标熔点为所述热熔固化纤维的熔点温度；
对于皮芯结构的热熔固化纤维，所述目标熔点为所述热熔固化纤维皮层的熔点温度。
优选地，对所述原料混合物的加热时间少于2分钟。
优选地，所述原料混合物的压缩率为1.2-1.6。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明提供一种具有硬化外壳的基质块及制备装置、制备方法，该基质块包括均由基质底料和热熔固化纤维形成的基质块内核和硬化外壳；其中，所述硬化外壳包住所述基质块内核，所述硬化外壳由所述基质底料和所述热熔固化纤维热熔固化形成。本申请提供的具有硬化外壳的基质块具有稳定的外观结构，独特的水气特性，不容易发生吸水膨胀破坏。相比常规的散料颗粒基质，该基质具有硬化外壳，从而具有稳定的外观结构。相比现有的整体固化的成型基质，该基质的热熔固化成型仅仅发生在基质表面的一个薄层空间内。本申请提供的基质块所需的生产能耗低、耗时少。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的具有硬化外壳的基质块的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的制备具有硬化外壳的基质块的第一种装置结构示意图；
图3为本发明实施例提供的制备具有硬化外壳的基质块的第二种装置结构示意图；
图4为本发明实施例提供的制备具有硬化外壳的基质块的第三种装置结构示意图；
符号表示：
1-基质块内核，2-硬化外壳，3-定植孔，4-模具主体，5-压块，6-高能加热部件，7-微波发生装置，8-微孔，9-出水管道，10-凸台。
具体实施方式
本申请实施例提供一种具有硬化外壳的基质块，该基质块包括均由基质底料和热熔固化纤维形成的基质块内核1和硬化外壳2；其中，硬化外壳2位于基质块内核1的表层，并包住基质块内核1，如附图1所示。在本申请实施例中，基质块内核1与硬化外壳2的制备原料相同，均为基质底料和热熔固化纤维，仅是热熔固化程度不同，即硬化外壳2基质底料和热熔固化纤维充分热熔固化形成，而基质块内核1中没有发生热熔固化或者热熔固化程度很低。
本申请实施例提供的具有硬化外壳的基质块中，该基质块的制备原料包括基质底料和热熔固化纤维，其中，基质底料包括泥炭、珍珠岩、蛭石和作物秸秆粉碎物中的一种或多种。
具体的，泥炭为一种有机物质，其是沼泽发育过程中形成的产物，含有大量水分和未被彻底分解的植物残体、腐殖质以及一部分矿物质。珍珠岩具有表观密度轻、导热系数低、化学稳定性好、使用温度范围广、吸湿能力小、无毒、无味、防火以及吸音的特点。蛭石是一种天然、无机、无毒的矿物质。蛭石具有离子交换的能力，对土壤的营养具有极大地作用。作物秸秆粉碎物为成熟农作物茎叶部分粉碎之后的产物，其富含丰富的氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，具有增产的作用。
本申请实施例中的热熔固化纤维由热塑性聚合物按照复合纤维纺丝法制备而成，也可以由热塑性聚合物采用其他方法制备而成，只要能够形成热熔固化纤维即可。热塑性聚合物为一种能够反复加热熔化、在软化或流动状态下成型、冷却后保持模具形状的聚合物，为线型或含少量支链结构的高分子化合物。常用的热塑性聚合物主要有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，其均有无化学交联点，在特征温度以下具有良好物理、机械性能、尺寸稳定性能，在特征温度以上具有良好流动性的特点。较为优选地，本申请实施例中采用复合纤维纺丝法制备皮芯型结构的热熔固化纤维，其中，复合纤维纺丝法为将两种或两种以上不同化学组成或不同浓度的纺丝流体同时通过一个具有特殊分配系统的喷丝头制备形成纤维的方法。
在本申请实施例中，热熔固化纤维在总的制备原料中的质量比为5-15％，其余为基质底料，其中，在基质底料中，作物秸秆粉碎物的质量占比≤60％。另外，本申请实施例中，泥炭、珍珠岩、蛭石和作物秸秆粉碎物等的粒径为0.1mm-1cm。
进一步，本申请实施例提供的具有硬化外壳的基质块的制备原料还包括保水材料，其中，保水材料在总的制备原料中的质量比≤1％。较为优选地，保水材料为无机保水材料，如膨润土、海泡石、沸石中的一种或几种。
经过检测，硬化外壳2各处的干样拉伸断裂强度≥1N/cm2。硬化外壳2的平均密度为基质块内核1平均密度的1.05-1.2倍。硬化外壳2的厚度为基质块整体厚度的5-20％。较为优选地，硬化外壳的厚度为1-3cm。硬化外壳2的水气孔隙比高于基质块内核1的水气孔隙比，其中，水气孔隙比＝基质中持水孔隙率/基质中空气孔隙率。
为便于在基质块上种植作物，本申请实施例中的基质块的顶部设有定植孔3，该定植孔3的内壁表层没有发生固化或固化程度很低，表现为定植孔3的内壁表层没有硬化外壳，或定植孔3内壁表层的硬化外壳2厚度远远小于其余部分硬化外壳2厚度，这有利于移栽到定植孔3内的幼苗根系扎入基质块内核1中。
本申请实施例还提供一种具有硬化外壳的基质块的制备装置，该装置包括模具主体4以及设置在模具主体4正上方的压块5，如附图2所示。该模具主体4与压块5的相互配合共同决定了基质块的外观结构和大小。通常，模具主体4为一面开口的立方体、长方体、圆柱体等结构，相应的，所述压块与其开口面大小和形状一致。另外，模具主体4还可以是由相互独立相互配合的底面和侧面构成的，该底面和侧面共同构成了一面开口的立方体、长方体、圆柱体等结构。压块5可以上下移动，进而压缩填充于模具主体4中的原料。本申请实施例中的压块5可以通过压缩气缸等可伸缩部件实现上下移动，本申请实施例并不限制带动压块5上下移动的部件结构，只要能够实现带动其上下移动即可。
另外，模具主体4的各面和压块5上均设有高能加热部件6以及控制高能加热部件6的控温部件。其中，控温部件选用目前经常采用的温度控制部件，本申请实施例并不对控温部件进行具体限制，只要能够实现高能加热部件6的温度控制即可。在本申请实施例中，一个基质块的制备装置可以包括多个纵横排列的模具主体4，以同时实施多个固化基质块的生产。进一步，基质块的制备装置还包括降温部件，该降温部件为通风部件，从而使模具主体4及基质块快速降温。
进一步，模具主体4由薄钢板或铝板等同时具有高导热率和高强度的材料制成。为了避免在模具主体4上集聚大量热量从而影响模具产生对外层原料的急剧增温效果，在保证有足够的物理强度的前提下，尽可能采用热容低的材料，并使模具主体4的厚度应尽可能小，以尽可能减少模具主体4的热容量。由于模具整体热容较小，可实现模具的快速升温和降温，通过热扩散使与模具各个面接触的基质原料快速升温。
基于上述本申请实施例提供的基质块以及制备基质块的装置，本申请实施例还提供了制备具有硬化外壳的基质块的方法，该方法的具体步骤为：
S01：将基质底料和热熔固化纤维按照质量比混合均匀，形成原料混合物。
S02：将原料混合物放入上述制备装置中，启动高能加热部件，迅速加热所述原料混合物，以使处于外围的所述原料混合物中的热熔固化纤维可控熔化；其中，所述制备装置的各面均设有高能加热部件。
将原料混合物放入上述制备装置中，启动制备装置上设置的高能加热部件，以使制备装置快速升温，进而使得处于外围的原料混合物中的热熔固化纤维可控熔化。对于非皮芯结构的热熔固化纤维，热熔固化纤维可控熔化是指热熔固化纤维整体熔化；对于皮芯结构的热熔固化纤维，热熔固化纤维可控熔化是指热熔固化纤维的皮层熔化。
为使处于外围的原料混合物中的热熔固化纤维熔化，高能加热部件的加热温度比热熔固化纤维的目标熔点温度高30-50℃。对于非皮芯结构的热熔固化纤维，热熔固化纤维的目标熔点温度是指热熔固化纤维的熔点温度；对于皮芯结构的热熔固化纤维，热熔固化纤维的目标熔点温度是指热熔固化纤维皮层的熔点温度。本申请实施例中的处于外围的原料混合物是指原料混合物外面的一层，其厚度为基质块整体厚度的5-20％。
放入制备装置中的原料混合物的内部加热温度低于热熔固化纤维或热熔固化纤维皮层的熔点温度。较为优选地，高能热源部件对原料混合物的加热时长在2分钟以内。
S03：停止加热，使所述制备装置中的压块下移，压缩所述原料混合物。
当达到加热时间后，控温部件控制高能热源部件停止加热。制备装置中的压块下移，使得原料混合物压缩。在本申请实施例中，压块下移的距离控制在使原料混合物的压缩率在1.2-2之间。其中，压缩率＝初始原料的体积/最终基质块的体积。
S04：冷却、脱模后形成具有硬化外壳的基质块。
一般情况下，将基质块与制备装置通过自然降温、强制通风或水冷的方式共同冷却至100℃以下后，便能够实现顺利脱模，形成具有硬化外壳的基质块。
在本申请提供的一个具体实施例中，具有硬化外壳的基质块的制备装置由模具主体4和压块5构成，高能加热部件6为电热丝，这些电热丝均匀分布于模具主体的各个面板上和压块上。具体的，模具主体4包括5个面，构成一个上部开口的立方体结构，压块5构成该立方体的第六面。模具由厚度为0.5cm的铝板构成，模具主体4的长宽高分别为10cm×10cm×10cm，压块的长宽高分别为9cm×9cm×0.5cm。在模具主体4的5个面上以及压块5上均匀分布有电热丝，通电之后，可在30秒内使模具各个面板的温度迅速升高，并超过热熔固化纤维的熔点或热熔固化纤维皮层结构的熔点温度，超过幅度为30-50℃，此后在控温部件的作用下保持温度不变直至完成一个基质块的固化过程。模具主体4和压块5之间的定位、模具主体4上的电热丝及控温部件皆为现有常规技术。
下述选用不同成分的制备原料采用附图2所示的制备装置制备硬化外壳的基质块，并对制备的基质块进行测试。
选用质量百分比分别为60％泥炭、20％珍珠岩、10％秸秆粉碎物和10％热熔固化纤维制备基质块，其中，热熔固化纤维由熔点为250-255℃的聚对苯二甲酸乙二醇酯为芯层部分、以熔点为130-155℃乙二醇改性聚苯二甲酸乙二醇酯为皮层部分通过皮芯结构复合纺丝而成。将泥炭、珍珠岩、秸秆粉碎物和热熔固化纤维充分混匀后装入模具中，装满。接通电源后，使上述制备装置开始加热并使压块5下降，控制压缩率为1.4，最终获得长宽高分别为9cm×9cm×7.0cm的固化基质块。将制得的基质块从中间切开，抖动使内部未固化的基质原料完全散落，将固化外壳制成5cm(长)×2cm(宽)标准测试条，并用材料强度试验仪测定硬化外壳的强度，测试结果如表1所示。
表1：干样拉伸断裂强度测试结果
加热时间(分钟) 硬化外壳厚度(厘米) 外壳的干样拉伸断裂强度(N/cm)
0.5 0.50 1.5
1.0 0.72 1.7
1.5 0.89 2.0
2.0 1.00 2.4
由表1可见，随着加热时间的延长，制备的基质块的厚度逐渐增加，且硬化外壳2的干样拉伸断裂强度逐渐增强。
选用质量百分比分别为45％泥炭、20％珍珠岩、30％秸秆粉碎物和5％热熔固化纤维制备基质块，其中，热熔固化纤维由熔点为250-255℃的聚对苯二甲酸乙二醇酯为芯层部分、以熔点为130-155℃乙二醇改性聚苯二甲酸乙二醇酯为皮层部分通过皮芯结构复合纺丝而成。将泥炭、珍珠岩、秸秆粉碎物和热熔固化纤维充分混匀后装入模具中，装满。接通电源后，使上述制备装置开始加热并使压块5下降，控制压缩率为1.5，加热时间为0.5分钟，最终获得长宽高分别为9cm×9cm×6.5cm的固化基质块1。
选用质量百分比分别为20％泥炭、20％珍珠岩、50％秸秆粉碎物和10％热熔固化纤维制备基质块，其中，热熔固化纤维由熔点为250-255℃的聚对苯二甲酸乙二醇酯为芯层部分、以熔点为130-155℃乙二醇改性聚苯二甲酸乙二醇酯为皮层部分通过皮芯结构复合纺丝而成。将泥炭、珍珠岩、秸秆粉碎物和热熔固化纤维充分混匀后装入模具中，装满。接通电源后，使上述制备装置开始加热并使压块5下降，控制压缩率为1.5，加热时间为1分钟，最终获得长宽高分别为9cm×9cm×6.5cm的固化基质块2。
选用质量百分比分别为35％泥炭、20％珍珠岩、30％秸秆粉碎物和15％热熔固化纤维制备基质块，其中，热熔固化纤维由熔点为250-255℃的聚对苯二甲酸乙二醇酯为芯层部分、以熔点为130-155℃乙二醇改性聚苯二甲酸乙二醇酯为皮层部分通过皮芯结构复合纺丝而成。将泥炭、珍珠岩、秸秆粉碎物和热熔固化纤维充分混匀后装入模具中，装满。接通电源后，使上述制备装置开始加热并使压块5下降，控制压缩率为1.5，加热时间为2分钟，最终获得长宽高分别为9cm×9cm×6.5cm的固化基质块3。
将上述3块基质块放于水中浸泡后，并未发生明显的膨胀。经过反复浸泡、干燥10次后，制备的3块基质块依然具有稳定的外形。
对上述制备得到的3块基质块进行检测，检测项目包括硬化外壳厚度、硬化外壳干样拉伸断裂强度检测、硬化外壳密度、基质块内部密度、硬化外壳水气孔隙比以及基质块内部水气孔隙比。
具体的检测方法包括：将基质块从中间切开，抖动使内部未固化的基质原料完全散落，测定剩余硬化外壳的厚度，并用材料强度试验仪测定硬化外壳的强度，测定基质块整体和硬化外壳的密度、持水孔隙率和空气孔隙率，并基于此推算基质块内部未固化区域的密度、持水孔隙率和空气孔隙率。水气孔隙比＝持水孔隙率/空气孔隙率。检测结果如表2所示。
表2：3种基质块的检测结果
Figure BDA0002727060460000061
在本申请实施例提供的另一种制备装置中，模具主体4和压块5的各个面板还可以由微波透过材料构成，且模具主体4和压块5的表面上还分别设有微波发生装置7和微孔8，该微孔8连通出水管道9，如附图3所示。微波发生装置7设置为可以在制备装置与制备原料的各个接触面上产生均匀分布的微波场。当原料装入制备装置内部后，启动微波发生装置7，同时，通过出水管道9、微孔8向制备装置内部供水。水均匀润湿与模具紧密接触的基质原料，同时在微波场的作用下，这部分基质原料急剧增温。控制水流量，使之只能润湿靠近模具面板的那一部分基质原料。本申请实施例中的微波发生装置7可以是封闭于模具主体4和压块5的各个面板内部，也可以是安装于模具主体4和压块5的各个面板外表面。
选用质量百分比分别为60％泥炭、20％珍珠岩、10％秸秆粉碎物和10％热熔固化纤维采用附图3所示的制备装置制备基质块，其中，热熔固化纤维由熔点为250-255℃的聚对苯二甲酸乙二醇酯为芯层部分、以熔点为130-155℃乙二醇改性聚苯二甲酸乙二醇酯为皮层部分通过皮芯结构复合纺丝而成；泥炭、珍珠岩和秸秆粉碎物均为干燥物料，含水率低于5％。将泥炭、珍珠岩、秸秆粉碎物和热熔固化纤维充分混匀后装入模具中，装满。接通电源后，使上述制备装置开始加热并使压块5下降，控制压缩率为1.6，最终获得长宽高分别为10cm×10cm×6.2cm的固化基质块。对制备得到的基质块进行干样拉伸断裂强度测试，测试结果如表3所示。
表3：干样拉伸断裂强度测试结果
加热时间(分钟) 硬化外壳厚度(厘米) 外壳的干样拉伸断裂强度(N/cm)
0.5 0.90 2.7
1.0 1.50 2.9
1.5 2.10 3.2
2.0 2.50 3.5
由表3可见，随着加热时间的延长，制备的基质块的厚度逐渐增加，且硬化外壳2的干样拉伸断裂强度逐渐增强。
在本申请实施例提供的另一种制备装置中，在附图2或附图3所示的制备装置的基础上增加了凸台10，即模具主体4的内部底部设有凸台10，如附图4所示。该凸台10为与定植孔3大小、形状一致的模块。相对于附图2所示的制备装置，该凸台10不能产生或获得足够的热量以使与之接触的基质原料温度迅速升高。相对于附图3所示的制备装置，该凸台10上没有微孔8和微波发生装置7，因此不能使与之接触的基质原料温度迅速升高，这样，就使得定植孔3内壁无法产生硬化外壳，从而可制造出具有定植孔3的基质块。由于定植孔3内壁没有发生固化，或者固化程度较低，表现为没有明显的硬壳结构或者硬壳结构很薄，以利于移栽入其中的幼苗根系扎入基质块中。
本申请实施例中，基质块的制备原料是一致的，均为基质底料和热熔固化纤维。通过控制高能热源的热量供应功率和时间，使只有与模具紧密接触的1-3cm厚的混合物能够获得足够的升温热量，使其中的热熔固化纤维融化从而形成硬化外壳；同时，内部的混合物并没有发生固化或固化程度很低，以此使得基质块的外部呈现为硬化的外壳结构。在本申请实施例中，固化是指原料混合物中的热熔固化纤维在受热条件下熔融，将相邻的原料颗粒相互粘结，冷却后成为了具有较高强度的整体结构，而未固化区域则是散料状态，原料颗粒间未相互联结或联结强度很低。
本申请实施例提供的具有硬化外壳的基质块具有稳定的外观结构，不容易发生吸水膨胀破坏。相比常规的散料颗粒基质，该基质具有硬化外壳；相比现有的整体固化的成型基质，该基质的热熔固化成型仅仅发生在基质表面的一个薄层空间内。本申请实施例提供的基质块的制备装置和制备方法生产能耗低、耗时少。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (16)

1.一种具有硬化外壳的基质块，其特征在于：所述基质块的制备原料包括基质底料和热熔固化纤维，所述基质块包括均由基质底料和热熔固化纤维形成的基质块内核(1)和硬化外壳(2)；其中，所述硬化外壳(2)包住所述基质块内核(1)，所述硬化外壳(2)由所述基质底料和所述热熔固化纤维热熔固化形成；所述硬化外壳(2)的平均密度为所述基质块内核(1)平均密度的1.05-1.2倍；
所述基质块的制备步骤为：
S01：将基质底料和热熔固化纤维按照质量比混合均匀，形成原料混合物；
S02：将所述原料混合物放入制备装置中，启动高能加热部件(6)，迅速加热所述原料混合物，以使处于外围的所述原料混合物中的热熔固化纤维可控熔化；其中，所述制备装置的各面均设有高能加热部件(6)；所述高能加热部件(6)为微波发生装置(7)和微孔(8)，所述微孔(8)连通出水管道(9)；
对于非皮芯结构的热熔固化纤维，所述热熔固化纤维可控熔化为所述热熔固化纤维整体熔化；
对于皮芯结构的热熔固化纤维，所述热熔固化纤维可控熔化为所述热熔固化纤维的皮层熔化；
S03：停止加热，使所述制备装置中的压块下移，压缩所述原料混合物；
S04：冷却、脱模后形成具有硬化外壳的基质块。
2.根据权利要求1所述的具有硬化外壳的基质块，其特征在于：所述硬化外壳(2)各处的干样拉伸断裂强度≥1N/cm。
3.根据权利要求1所述的具有硬化外壳的基质块，其特征在于：所述硬化外壳(2)的厚度为所述基质块整体厚度的5-20％。
4.根据权利要求1所述的具有硬化外壳的基质块，其特征在于：所述硬化外壳(2)的水气孔隙比高于所述基质块内核(1)的水气孔隙比。
5.根据权利要求1所述的具有硬化外壳的基质块，其特征在于：所述热熔固化纤维在所述制备原料中的质量占比为5-15％。
6.根据权利要求1所述的具有硬化外壳的基质块，其特征在于：所述基质底料包括泥炭、珍珠岩、蛭石和作物秸秆粉碎物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的具有硬化外壳的基质块，其特征在于：所述制备原料还包括保水材料，所述保水材料在所述基质块制备原料总质量中的占比≤1％。
8.根据权利要求7所述的具有硬化外壳的基质块，其特征在于：所述保水材料为无机保水材料。
9.根据权利要求8所述的具有硬化外壳的基质块，其特征在于：所述无机保水材料为膨润土、海泡石和沸石中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的具有硬化外壳的基质块，其特征在于：所述基质块的顶部设有定植孔(3)。
11.根据权利要求10所述的具有硬化外壳的基质块，其特征在于：所述定植孔(3)内壁表层无所述硬化外壳(2)，或所述定植孔(3)内壁表层的硬化外壳(2)的厚度小于其余部分硬化外壳(2)的厚度。
12.根据权利要求1所述的具有硬化外壳的基质块，其特征在于：步骤S02中，所述高能加热部件的加热温度比所述热熔固化纤维的目标熔点温度高30-50℃；
对于非皮芯结构的热熔固化纤维，所述目标熔点为所述热熔固化纤维的熔点温度；
对于皮芯结构的热熔固化纤维，所述目标熔点为所述热熔固化纤维皮层的熔点温度。
13.根据权利要求1所述的具有硬化外壳的基质块，其特征在于：步骤S02中，对所述原料混合物的加热时间少于2分钟。
14.根据权利要求1所述的具有硬化外壳的基质块，其特征在于：所述原料混合物的压缩率为1.2-1.6。
15.一种具有硬化外壳的基质块的制备装置，其特征在于：所述装置包括模具主体(4)以及设置在所述模具主体(4)正上方的压块(5)，所述压块(5)与动力机构相连接，以及所述压块(5)在所述模具主体(4)内竖直移动；所述模具主体(4)的各面和所述压块(5)上均设有高能加热部件(6)以及控制所述高能加热部件(6)的控温部件；所述高能加热部件(6)为微波发生装置(7)和微孔(8)，所述微孔(8)连通出水管道(9)。
16.根据权利要求15所述的具有硬化外壳的基质块的制备装置，其特征在于：所述模具主体(4)的内部底部设有凸台(10)，所述凸台(10)上没有设置所述高能加热部件(6)。
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