CN112411264B - 一种模制纤维中空结构制品的定型装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模制纤维中空结构制品的定型装置及其制备方法，该装置包括定型模具、可吹涨的弹性体、可伸缩网层及吹涨塞；吹涨塞包括一个自定型模具的开口放入至中空腔体内的吹涨头。定型时，自吹涨头的进气通道向吹涨头内通入气体，气体自吹涨头的出气孔溢出，使可吹涨的弹性体充气膨大进而带动可伸缩网层一起伸展，挤压定型模具的中空腔体的内壁，使湿气通过可伸缩网层排出，从而使湿坯紧度提高并定型。该定型装置可适用于常温模具及高温模具。本发明能够制造不被拔模角度限制的、表面光滑无痕的模制纤维中空结构制品，且加工难度低、能耗低。

Description

一种模制纤维中空结构制品的定型装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及模制纤维技术领域，尤其涉及纸浆模制品技术领域，具体为一种模制纤维中空结构制品的定型装置及其制备方法。该模制纤维中空结构制品能够广泛用于盛装、产品包装、电子商务快递、软包装等，作为代替石油基原料生产的制品，解决包装废弃物对环境造成的负担。

背景技术

随着环保意识的加强，纸浆模制品制造业迅猛发展。纸浆模制品以植物纤维，或回收的废纸为原料，通过制浆、吸附成型、定型等工艺制备而成的立体造纸技术。根据不同的模制结构，辅以防潮剂或防水剂等助剂，产品可用来作为鸡蛋托，水果托，精密器件，工艺品等包装衬垫。通常传统的模制纤维制品，包括纸浆模制品，其制备需要经过两个工艺：成型与定型。定型过程是纸浆模制品能耗最大的，影响产品外观度，以及决定产品结构特征的核心工艺过程。定型模具决定了制品的结构与精度，排湿通道决定了制品的成品率与生产效率，除湿干燥过程的优化直接影响了成型的能耗。

定型能够采用干压法或湿压法实现不同效果的产品，湿压产品纤维紧度高，力学强度与表观质量好，湿压产品主要应用在3C产品，日化产品等高价值、高要求的包装中。

然而采用湿压法进行热压定型存在以下技术缺陷：1、高耗能：在吸附成型后，纸浆模制湿坯上留有的含水率约75%，而最终成品的含水率为10%左右，纸浆模制湿坯中的水分经过加热被蒸发脱除，加热能耗导致纸浆模制产品成为高能耗产品。2、对外观有影响：水蒸气逸散的通道需要在模具上打孔、加工气孔、气道或覆盖网面来实现，不仅对模具的加工要求高，而且成型后产品的表面留有气道痕或网痕，影响了高端产品的表观度，也会影响后续的印刷装潢效果。3、对成品结构限制较大：纸浆模制品的加工，需要一套阴、阳模刚性模具的配合使纸浆模制湿坯受热受压干燥成模制纤维产品。工艺的限制，使纸浆模产品需要有拔模斜度的敞口结构，其应用也因此受限制于托盘衬垫结构。

制造不被拔模角度限制的，表面光滑无孔痕无气道痕迹的纸浆模制品对于拓展纸浆模产品的应用，提高模制纤维产品附加值具有重要的现实意义。优化加工工艺，减少模制纤维湿坯干燥能耗更是对整个纸浆模制行业具有重要的推动意义。

发明内容

本发明的目的在于克服以上技术缺陷，提供一种能够制造不被拔模角度限制的、表面光滑无孔痕无气道痕迹的模制纤维中空结构制品的定型装置，并提供一种加工能耗低的模制纤维中空结构制品的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种模制纤维中空结构制品的定型装置，包括定型模具，还包括可吹涨的弹性体、可伸缩网层及吹涨塞；所述定型模具是至少有一处开口的中空腔体；所述吹涨塞的顶部设置一个吹涨头，所述吹涨头自定型模具的开口放入至定型模具的中空腔体内，吹涨头的内部设置有进气通道，吹涨头的壁上分布有出气孔；所述可吹涨的弹性体套在吹涨头外壁、包裹住出气孔，可吹涨的弹性体开口端紧固于吹涨塞的外壁；所述可伸缩网层包覆在可吹涨的弹性体的外部，可伸缩网层开口端固定于吹涨塞的外壁；所述可伸缩网层为通过编或织形成的有伸缩性的单层网或多层网；自吹涨头的进气通道向吹涨头内通入气体，气体自吹涨头的出气孔溢出，使可吹涨的弹性体充气膨大进而带动可伸缩网层一起伸展，挤压定型模具的中空腔体的内壁。

为了与外部充气装置连接，所述吹涨塞还包括一个连接在吹涨头底部的中空的连接体，连接体的下端露在定型模具的外部。

为了更好的排湿，连接体露在定型模具以外的部分套有密封圈，可伸缩网层的下部固定在连接体的外壁与密封圈的内壁之间，密封圈的外壁设置有排湿孔。

为了更适用于制作倒拔模的产品，所述定型模具由至少两个可拆卸的模块拼接而成。

进一步的，所述可吹涨的弹性体的材质为橡胶、乳胶、有弹性的塑料中的任意一种。

进一步的，所述可伸缩网层中编织网的材料为毛线、棉线、尼龙线、塑料丝、金属丝、高分子材料丝线、纤维中的任意一种或几种。

一种模制纤维中空结构制品的制备方法，依次包括湿坯成型和定型两个步骤，在定型步骤中使用所述的定型装置，定型步骤的具体操作为：

1）成型后的湿坯被转移至定型模具中，定型模具扣合；

2）带有可吹涨的弹性体和可伸缩网层的吹涨塞与定型模具连接；

3）自进气通道通入高压空气，可吹涨的弹性体充气膨胀，带动可伸缩网层一起伸展，挤压湿坯，进行定型，定型过程中湿坯受压产生的水分延可伸缩网层向下流动聚集，自可伸缩网层下部排出，形成具有一定紧度的模制纤维结构体，即为模制纤维中空结构制品；压空气压力范围0.1~10MPa，根据实际需要可以在此压力范围内自行选择合适的范围。

一种模制纤维中空结构制品的制备方法，依次包括湿坯成型和定型两个步骤，在定型步骤中使用所述的定型装置，定型步骤的具体操作为：

（1）成型后的湿坯被转移至已加热的定型模具中，定型模具扣合；定型模具温度范围120~220℃；

（2）带有可吹涨的弹性体和可伸缩网层的吹涨塞与定型模具连接；

（3）自进气通道通入高压空气，可吹涨的弹性体充气膨胀，带动可伸缩网层一起伸展，挤压湿坯，进行热压定型，热压定型过程中湿坯受热受压产生的水分延可伸缩网层向下流动聚集，自可伸缩网层下部排出，从而形成具有一定紧度的模制纤维结构体，即为模制纤维中空结构制品；高压空气压力范围0.1~10MPa，热压定型时间：10~360s。

一种模制纤维中空结构制品的制备方法，依次包括湿坯成型和定型两个步骤，在定型步骤中使用所述的定型装置，定型分为常温定型和热压两步：

常温定型的操作为：成型后的湿坯被转移至定型模具中，定型模具扣合；带有可吹涨的弹性体和可伸缩网层的吹涨塞与定型模具连接；自进气通道通入高压空气，高压空气压力范围0.1~10MPa，可吹涨的弹性体充气膨胀，带动可伸缩网层一起伸展，挤压湿坯，湿坯受压产生的水分延可伸缩网层向下流动聚集，自可伸缩网层下部排出，从而形成半干的模制纤维结构体半成品；

热压的操作为：将半成品转移至已加热的定型模具中，已加热的定型模具扣合，已加热的定型模具温度范围120~220℃；带有可吹涨的弹性体和可伸缩网层的吹涨塞与已加热的定型模具连接；自进气通道通入高压空气，可吹涨的弹性体充气膨胀，带动可伸缩网层一起伸展，进行热压定型，热压定型过程中半成品受热受压产生的水分延可伸缩网层向下流动聚集，自可伸缩网层下部排出，从而形成具有一定紧度的模制纤维结构体，即为模制纤维中空结构制品，高压空气压力范围0.1~10MPa，热压定型时间：10~360s。

进一步的，所述湿坯成型步骤包括：（1）合模；（2）吸浆；（3）脱模形成湿坯。

本发明的优点和有益效果是：

相比于传统工艺湿压模具由两个刚性模具组成（阴模、阳模），本发明定型装置由作为刚性阴模的可以分离的定型模具和作为阳模的可吹涨弹性体组成，可吹涨弹性体与或编或织而成的可伸缩性网层的结合，湿坯受压产生的湿气经过可伸缩网层编织线之间的缝隙为通道排出，定型模具阴模内表面上无孔无网面。本发明具有多个优点：

1.成型模具的结构可以是零拔模角度，或者是负拔模角度的腔体结构；产品的开口结构形状不受限制，可以生产不同形状的中空容器结构。

2.可吹涨弹性体使纸浆模制品形成厚度及紧度均匀的结构体，不会限制成型过程中材料厚度，扩宽成品材料的厚度范围。

3.可以通过调整可吹涨弹性体的内压实现不同紧度的生产，提高其强度。

4.可吹涨弹性体内的气压范围根据成型模体的形状与尺寸及质量可以在0.1MPa~10MPa进行一步挤压，或二步挤压。

5. 该成型工艺生产的纸浆模制品表面光滑，无任何排气孔或排气网面，使其更容易实现高质量的印刷效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是实施例1中定型装置未充入高压空气前的结构示意图；

图2是实施例1中定型装置充入高压空气后的结构示意图；

图3是实施例1中吹涨塞与模具结合吹涨前后对比示意图；图中A.吹涨后示意；B.吹涨前示意；

图4是实施例3中定型流程图；图中a. 湿坯置入成型模；b.吹涨塞置入；c.吹涨排湿排气；d.成品。

图5是实施例5中定型流程图；图中a. 湿坯置入成型模；b.吹涨塞置入；c.吹涨排湿排气+抽真空；d.成品。

图6为按本发明制备方法生产的模制品实物。

附图标记：

1.定型模具；2.可吹涨的弹性体；3.可伸缩网层；4.吹涨头；5.密封圈；6.连接体；7.湿坯；8.高压空气；9.湿坯热压模制生的湿气；10.排湿孔；11.紧固件；4-1.进气通道；4-2.出气孔。

具体实施方式

实施例1：

如图1~3所示，一种模制纤维中空结构制品的定型装置，包括定型模具1，其还包括可吹涨的弹性体2、可伸缩网层3及吹涨塞4；所述定型模具1是由至少两个可拆卸的模块拼接而成的（本实施例中为两个对称的模块）、至少有一处开口的中空腔体，定型模具1内表面光滑无孔痕无气道；所述吹涨塞包括一个吹涨头4和吹涨头底部的连接体6，所述吹涨头4自定型模具1的开口放入至定型模具1的中空腔体内，吹涨头4的内部设置有进气通道4-1，吹涨头的壁上分布有出气孔4-2，所述连接体6的下端露在定型模具1的外部，连接体6为两端开口的中空结构，套接在吹涨头4下部，所述可吹涨的弹性体2套在吹涨头4外壁、包裹住出气孔4-2，可吹涨的弹性体2开口端紧固于吹涨塞的外壁；所述可伸缩网层3包覆在可吹涨的弹性体2的外部，可伸缩网层3下端伸出定型模具1的开口，可伸缩网层3通过紧固件11(紧固件可以为卡子或卡环等，也可以是其他有紧固功能的部件)固定于吹涨塞的外壁；所述可伸缩网层3为通过编或织形成的有伸缩性的单层网或多层网；自吹涨头4的进气通道4-1向吹涨头内通入高压气体，气体自吹涨头的出气孔4-2溢出，使可吹涨的弹性体2充气膨大进而带动可伸缩网层3一起伸展，挤压定型模具1的中空腔体的内壁。

本实施例中吹涨头的形状为倒扣试管形（根据实际情况为圆形或者其他形状也可以），其球面头型深入在定型模具的中空腔体内，吹涨头的外壁均匀分布有至少6个出气孔；优选为顶部设置气孔，同时四周设置多个相对的气孔。

可吹涨的弹性体的材质为橡胶、乳胶、有弹性的塑料中的任意一种。优选为耐高温橡胶材料，材料厚度可在5μm~50μm，使用温度40~220℃。

可伸缩网层中编织网的材料为毛线、棉线、尼龙线、塑料丝、金属丝、高分子材料丝线、纤维中的任意一种或几种。各层网孔的大小可根据制品形状与外表面质量需求选择。网层可为单网层，也可根据排气排湿需要设置双网层或多网层复合。可伸缩网层编织线与编织线之间交叉形成的缝隙为湿气排出的通道，因此如果不是编织而成的网是不能完成排湿功能的。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上进行改进，其他技术特征与实施例1相同。

为了更方便排湿挤水，连接体露在定型模具以外的部分套有一个钢制密封圈5，可伸缩网层3的下部固定在连接件6的外壁与密封圈5的内壁之间，密封圈5的外壁设置有排湿孔10。该排湿孔为通孔。

实施例3：

一种模制纤维中空结构制品的制备方法，包括制浆、湿坯成型、定型步骤，在定型步骤中使用实施例1或2所述的定型装置，

一、 制浆：漂白木浆与竹浆以2：1的质量比复配后，水力碎浆后，调配成浆料；

二、湿坯成型：

1）合模：将模具的模块组合，形成组合模具，组合模具的内壁为网面，

网面与组合模具外壁之间的腔体连接真空抽气机构；

2） 吸浆：组合模具在浆料中通过真空抽气机构将浆料吸附在其内壁的网面上，

3）脱模后形成湿坯。

三、定型：本实施例中的定型采用一步常温定型，具体操作为：

1）成型后的湿坯被转移至定型模具的中空腔体内；

2）带有可吹涨的弹性体和可伸缩网层的吹涨塞与定型模具扣合；

3）自进气通道通入高压空气，可吹涨的弹性体充气膨胀，带动可伸缩网层一起伸展，挤压湿坯，形成具有一定三维形状的模制纤维结构体，即为模制纤维中空结构制品，高压空气压力范围0.1~0.7MPa（优选0.6MP），定型时间：10~360s，定型过程中湿坯受压模制生的水分延可伸缩网层向下流动聚集，自可伸缩网层下端从预设的流道中排出，或者从密封圈的排湿孔排出。

开模后的产品在微波烘道中干燥形成成品。

可伸缩网层作为可吹涨的弹性体与湿坯之间的中间体，在成型的湿坯与可吹涨的弹性体之间为高压下的湿坯排湿提供通道，解决了成型模具表面因排除水分所需要的气孔、气道设置问题；可伸缩网层作为可吹的涨弹性体与湿坯的中间层，能有效防止气囊与湿坯之间的粘接，防止气压降低时模制品结构塌陷，提高加工成品率。

实施例4：

在实施例3的基础上进行优化。

一种模制纤维中空结构制品的制备方法，其中定型包括常温定型和热压定型两步。常温定型的操作与实施例3相同。常温定型后获得的半成品再进行热压定型，热压定型依然采用实施例1或2中的定型装置，操作如下：

1）半成品放入已加热的定型模具的中，定型模具温度130℃；

2）吹涨塞置入：带有可吹涨的弹性体和可伸缩网层的吹涨塞与定型模具扣合；

3）吹涨排湿排气：自进气通道通入高压空气，可吹涨的弹性体充气膨胀，带动可伸缩网层一起伸展，挤压湿坯，进行热压定型，湿坯在高温与高压下模制生的湿蒸汽经由细密钢丝编织可伸缩网层（约100~200目）自可伸缩网层下端从预设的流道中排出，或者从紧固件预设的排湿通道排出大部分。高压空气压力0.7MPa，加热时间5min。干燥后脱模即可形成表面光滑的纸浆模塑模制品，即为成品。

实施例5：

在实施例3的基础上进行优化。

一种模制纤维中空结构制品的制备方法，其中定型为一步常温定型，采用实施例1或2中的定型装置，操作如下：

1）湿坯置入成型模：成型后的湿坯被转移至定型模具内；

2）吹涨塞置入：带有可吹涨的弹性体和可伸缩网层的吹涨塞与定型模具扣合；

3）吹涨加真空排湿气：自进气通道通入高压空气，可吹涨的弹性体充气膨胀，带动可伸缩网层一起伸展，挤压湿坯，湿坯在高压下模制生的水分经由组合可伸缩网层（内层尼编织网+外层细密编织网，编织材料可以是不锈钢，也可以是棉线）从可伸缩网层下方预设的流道中排出，预设的流道外接真空负压抽吸通道，提高排湿排气效率。

开模后的模制品自然干燥后即可形成成品。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种模制纤维中空结构制品的定型装置，包括定型模具，其特征在于：还包括可吹涨的弹性体、可伸缩网层及吹涨塞；所述定型模具是至少有一处开口的中空腔体；所述吹涨塞的顶部设置一个吹涨头，所述吹涨头自定型模具的开口放入至定型模具的中空腔体内，吹涨头的内部设置有进气通道，吹涨头的壁上分布有出气孔；所述可吹涨的弹性体套在吹涨头外壁、包裹住出气孔，可吹涨的弹性体开口端紧固于吹涨塞的外壁；所述可伸缩网层包覆在可吹涨的弹性体的外部，可伸缩网层开口端固定于吹涨塞的外壁；所述可伸缩网层为通过编或织形成的有伸缩性的单层网或多层网；自吹涨头的进气通道向吹涨头内通入气体，气体自吹涨头的出气孔溢出，使可吹涨的弹性体充气膨大进而带动可伸缩网层一起伸展，挤压定型模具的中空腔体的内壁；

所述吹涨塞还包括一个连接在吹涨头底部的中空的连接体，连接体的下端露在定型模具的外部；

连接体露在定型模具以外的部分套有密封圈，可伸缩网层的下部固定在连接体的外壁与密封圈的内壁之间，密封圈设置有排湿孔；定型过程中湿坯受压产生的水分延可伸缩网层向下流动聚集，自可伸缩网层下部排出；

所述可伸缩网层中编织网的材料为毛线、棉线、尼龙线、塑料丝、金属丝、高分子材料丝线中任意一种或几种。

2.根据权利要求1所述的模制纤维中空结构制品的定型装置，其特征在于：所述定型模具由至少两个可拆卸的模块拼接而成。

3.根据权利要求1所述的模制纤维中空结构制品的定型装置，其特征在于：所述可吹涨的弹性体的材质为橡胶、乳胶、有弹性的塑料中的任意一种。

4.一种模制纤维中空结构制品的制备方法，依次包括湿坯成型和定型两个步骤，在定型步骤中使用权利要求1～3中任意一项所述的定型装置，其特征在于：定型步骤的具体操作为：

1)成型后的湿坯被转移至定型模具中，定型模具扣合；

2)带有可吹涨的弹性体和可伸缩网层的吹涨塞与定型模具连接；

3)自进气通道通入高压空气，可吹涨的弹性体充气膨胀，带动可伸缩网层一起伸展，挤压湿坯，进行定型，定型过程中湿坯受压产生的水分延可伸缩网层向下流动聚集，自可伸缩网层下部排出，形成模制纤维中空结构制品；高压空气压力范围0.1～10MPa。

5.一种模制纤维中空结构制品的制备方法，依次包括湿坯成型和定型两个步骤，在定型步骤中使用权利要求1～3中任意一项所述的定型装置，其特征在于：定型步骤的具体操作为：

(1)成型后的湿坯被转移至已加热的定型模具中，定型模具扣合；定型模具温度范围120～220℃；

(2)带有可吹涨的弹性体和可伸缩网层的吹涨塞与定型模具连接；

(3)自进气通道通入高压空气，可吹涨的弹性体充气膨胀，带动可伸缩网层一起伸展，挤压湿坯，进行热压定型，热压定型过程中湿坯受热受压产生的水分延可伸缩网层向下流动聚集，自可伸缩网层下部排出，形成模制纤维中空结构制品，高压空气压力范围0.1～10MPa，热压定型时间：10～360s。

6.一种模制纤维中空结构制品的制备方法，依次包括湿坯成型和定型两个步骤，在定型步骤中使用权利要求1～3中任意一项所述的定型装置，其特征在于：定型分为常温定型和热压两步：

常温定型的操作为：成型后的湿坯被转移至定型模具中，定型模具扣合；带有可吹涨的弹性体和可伸缩网层的吹涨塞与定型模具连接；自进气通道通入高压空气，高压空气压力范围0.1～10MPa，可吹涨的弹性体充气膨胀，带动可伸缩网层一起伸展，挤压湿坯，湿坯受压产生的水分延可伸缩网层向下流动聚集，自可伸缩网层下部排出，从而形成半干的模制纤维结构体半成品；

热压的操作为：将半成品转移至已加热的定型模具中，已加热的定型模具扣合，已加热的定型模具温度范围120～220℃；带有可吹涨的弹性体和可伸缩网层的吹涨塞与已加热的定型模具连接；自进气通道通入高压空气，可吹涨的弹性体充气膨胀，带动可伸缩网层一起伸展，进行热压定型，热压定型过程中半成品受热受压产生的水分延可伸缩网层向下流动聚集，自可伸缩网层下部排出，从而形成模制纤维中空结构制品，高压空气压力范围0.1～10MPa，热压定型时间：10～360s。

7.根据权利要求4～6所述的模制纤维中空结构制品的制备方法，其特征在于：所述湿坯成型步骤包括：(1)合模；(2)吸浆；(3)脱模形成湿坯。

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