CN114585781A - 制造环保可降解纤维材料制成的成型件的纤维成型设施 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于成型(210)的成型站(20)、用于预成型(220)的预成型站(30)、用于最终成型(230)的热压站(40)、成型部件(10)在纤维成型厂(100)的纤维成型过程中由环保可降解纤维材料(11)制成，以及用于生产具有上述部件(20、30、40)的成型件(10)的这种纤维成型厂(100)通过方法(200)在成纤设备(100)中进行作为成纤工艺。

Description

制造环保可降解纤维材料制成的成型件的纤维成型设施

技术领域

本发明涉及在纤维成型设施的纤维成型工艺中对环保可降解纤维材料制成的成型件进行模制的模制站、进行预成型的预成型站、进行终成型的热压站以及这种纤维成型设施，用于使用上述组件通过在纤维成型设施中执行的方法作为纤维成型工艺来制造成型件。

背景技术

希望保护民众和环境免遭塑料污染。尤其是包装材料或塑料餐具和炊具等一次性塑料产品会产生大量垃圾。就此而言，对塑料制成的包装材料和容器的替代材料的需求日益增长，这些产品可以由可回收塑料、塑料含量较低的材料或甚至不含塑料的材料制成。

至少从90年代初开始就存在挤出过程中使用天然纤维代替典型塑料的概念，例如请见专利文献EP 0447 792 Bl。正如大多数纤维加工过程，这里的原材料基础为浆料。原则上，浆料由水、天然纤维和工业淀粉(马铃薯淀粉)等粘结剂组成并具有糊状稠度。

由于消费者对不同尺寸、形状和要求的各种生态产品很感兴趣，但不一定需要非常多件产品，因此希望有一种天然纤维制成的环保成型件的制造工艺和相应的机器能够高效、灵活、优质、可复制地制造这类产品(成型件)。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于天然纤维制成的环保成型件的制造方法和相应的机器，借此能够高效、灵活、优质、可复制地制造这类产品(成型件)。

根据本发明第一方面，本发明用以达成上述目的的解决方案为一种纤维成型设施的模制站，用于在纤维成型工艺中模制环保可降解纤维材料制成的成型件，包括：

-抽吸模具，用于从含有浆料作为环保可降解纤维材料的液态溶液的储池中吸取用于模制成型件的环保可降解纤维材料，其中，该抽吸模具包括吸头，该吸头具有三维形状的吸头抽吸侧，该吸头抽吸侧的形状适应后续成型件的轮廓，并且在抽吸模具中通过负压(抽吸压力)在吸头抽吸侧上模制成型件；以及

-移动单元，其上安装有抽吸模具，移动单元设置为至少将抽吸模具放置到浆料之上或之中或者将抽吸模具部分浸入浆料之中。

术语“环保可降解纤维材料”是指可在诸如湿度、温度和/或光照等环境影响下分解的纤维材料，其中分解过程在短期内发生，例如在几天、几周或几个月的范围内。为了简单起见，“环保可降解纤维材料”在下文中有时仅称为“纤维材料”。这里优选地，纤维材料和分解产物都不会对环境造成危害或污染。在本发明范围内代表环保可降解纤维材料的纤维材料例如是来自纸浆、纸张、纸板、木材、草类、植物纤维、甘蔗渣、大麻等或来自它们的组分或部分和/或相应回收材料的天然纤维。然而，环保可降解纤维材料也可以是指与上述纤维材料相对应或具备其属性的人造纤维，例如PLA(聚乳酸)等。环保可降解纤维材料优选为可堆肥物。环保可降解纤维材料和由其制成的容器优选地适合引入德国有机垃圾箱的材料循环并且作为沼气厂的资源。根据欧盟标准EN 13432，纤维材料和由其制成的容器优选为可生物降解物。

术语“浆料”是指含纤维的流体物质，这里是环保可降解纤维材料。术语“液态”在此是指浆料的聚集状态，液态浆料包含呈纤维形式的环境可降解纤维材料(含环境可降解纤维材料的液态溶液)。这里，纤维可以呈现为单根纤维、纤维结构或由多根接续纤维组成的纤维组。纤维代表纤维材料，无论它们在浆料中是作为单根纤维、作为纤维结构还是作为纤维组。这里，纤维溶解在液态溶液中，使得它们以尽量相同的浓度四处浮游在液态溶液中，例如作为液态溶液和纤维材料的混合物或悬浮液。为此，在某些实施方案中，例如可以相应地对浆料进行调温和/或循环。浆料优选地呈低稠度，即纤维材料的比例低于8％。在一实施方案中，在根据本发明的方法中，使用环保可降解纤维材料的比例低于5％、优选地低于2％、特别优选地0.5％至1.0％的浆料。这种低比例的纤维材料尤其能够防止纤维材料在液态溶液中结块，使得纤维材料仍能优质地在抽吸模具上模制成型。抽吸模具可以吸入结块的纤维材料，但可能导致成型件的层厚波动，而在成型件的生产中却应尽可能避免这种情况。就此而言，浆料中纤维材料的比例应足够低才不会发生结块或成链，或仅在可忽略不计的程度上出现。液态溶液可以是适合纤维成型工艺的任何溶液。例如，浆料可以是含环保可降解纤维材料的水溶液。水溶液尤其是一种易于处理的溶液。

纤维成型工艺是指成型件的成型所涉及的工艺步骤，开始于提供浆料，在模制站中由浆料中的纤维材料模制成型件，在预成型站中对成型件进行预成型，在热压站中对成型件进行热压，可选地对成型件涂布功能层，其中，涂层可以布置于纤维成型工艺中适合相应施用层的任何部位。

成型件可以具有任何形状，在此又称为轮廓，前提是该形状(或轮廓)在根据本发明的方法中可制作或者该方法适合制作该形状(或轮廓)。这里，用于纤维成型工艺的组件可以匹配于成型件的相应形状(或轮廓)。在不同成型件具有不同形状(或轮廓)的情况下，可以使用不同的相应匹配的组件，例如抽吸模具、吸头、预压站、热压站等。优选地，成型件的目标轮廓以及相应成型的组件设计为使得成型件的各个表面在热压期间与压制方向成至少3度的角度α。例如，垂直于加压方向的表面(最大压力)具有角度α＝90度。这会确保热压压力可以施加到成型件的各个表面。在热压期间，不能对平行于压力方向的表面加压。终成型的成型件可以代表各种用途的各种产品，例如杯子、容器、器皿、盖子、盘子、部分器皿、外壳或外围器皿。

抽吸模具在此是指布置有一个或多个用于模制成型件的吸头的模具。就单个吸头而言，它也是抽吸模具。如果多个吸头同时运行，它们全体布置于共同的抽吸模具中，从而随着抽吸模具移动，抽吸模具中的各个吸头也等量地随之移动。向具有多个吸头的抽吸模具供应介质在抽吸模具中以适当方式导引到各个吸头。

将抽吸模具放置到浆料上意味着浆料与抽吸模具中的全部吸头相接触，这些吸头设置用于模制成型件，从而由于用抽吸模具施加到浆料上的负压或抽吸压力而抽吸出纤维材料或者吸取浆料与溶解于其中的纤维材料。当抽吸模具部分浸入浆料时，抽吸模具不仅放置到浆料上而且浸入到浆料中。抽吸模具在浆料中的浸入深度取决于各自的应用和各自的纤维成型工艺，并且可以根据应用和可能要模制的成型件而有所不同。

这里，吸头可以呈阴型。阴型是指吸头抽吸侧(即纤维材料因吸头的吸力作用而沉积进而模制出成型件的一侧)位于吸头内侧上的型式，从而在将吸头放置到浆料上或将吸头浸入浆料中之后，该内侧形成空腔，含纤维材料的浆料被吸入该空腔中(如图1所示)。在阴型的情况下，后续成型件的外侧朝向吸头的内侧。因此，成型件在模制后位于吸头的内侧上。

这里，吸头也可以呈阳型。阳型是指吸头抽吸侧(即纤维材料因吸头的吸力作用而沉积进而模制出成型件的一侧)位于吸头外侧上的型式，从而在将吸头放置到浆料上或将吸头浸入浆料中之后，该外侧不形成空腔(如图1所示)。在阳型的情况下，后续成型件的内侧朝向吸头的外侧。因此，成型件在模制后位于吸头的外侧上。

成型件的模制表示成型件的首次预成型，其中，成型件由先前随机分布于浆料中的纤维材料形成，这是通过纤维材料在吸头的轮廓上以相应的轮廓积聚而成。模制的成型件仍有较大比例(例如70％-80％)的液态溶液，例如水，因此形状尚不稳定。

通过模制站很容易由含纤维材料的浆料模制出成型件，根据吸头轮廓的设计，能够非常灵活地提供具有各种轮廓的成型件。这里，成型件的宽度或直径与高度的比率并不代表关于相应成型件制造品质的限制或关键参数。根据本发明的模制站允许以极可复制的方式制造成型件，并在成型件各个部分的形状和层厚方面具有高精度和高品质。模制站能够处理各种纤维，前提是这些纤维可以溶解，以便可以在处理之前避免纤维在液态溶液中出现较大结块。特别地，通过这种方式可以由环保可降解纤维材料轻松、高效、灵活地制造出优质、复制性良好的稳定成型件。

这样，根据本发明的模制站连同根据本发明其他方面的随后成型步骤能够高效、灵活、优质、可复制地由天然纤维制造环保成型件。

在另一实施方案中，吸头的吸头抽吸侧由吸头抽吸侧表面上的多孔筛网形成，其中，筛网面向浆料的浆料侧上因吸力而附着有环保可降解纤维。筛网必须具有一定孔隙率，以便可以通过筛网吸入浆料与纤维材料，浆料的液态溶液可以流过筛网。但是，筛网的孔隙率不能太大，以便纤维材料可以附着在浆料侧上。

在另一实施方案中，筛网呈波浪形结构，沿抽吸侧表面具有波峰和波谷，其中，筛网至少在抽吸时以其面向抽吸侧表面的一侧的波峰抵靠在抽吸侧表面上。这样，筛网在模制期间以简单的方式得到机械支撑，从而其形状不会改变，因此确保了成型件的形状可复制，另一方面筛网可以制得多孔性足以确保良好的浆料抽吸性能。

在另一实施方案中，抽吸模具包括数个抽吸通道，这些抽吸通道终止于筛网下方的抽吸侧表面并如此分布到抽吸侧表面上，使得筛网与抽吸侧表面之间的全部区域中实现基本上相等的抽吸能力。通过数个抽吸通道，尤其可以在筛网的整个表面上抽吸含纤维材料的浆料，以使成型件可以在筛网上模制成平坦的形状。术语“基本上”在此是指抽吸能力的均匀性，应足以实现均匀模制的成型件，而在成型件的拐角和边缘处以及成型件的表面上不会发生明显的层厚变化。结果，所得终成型的成型件的层厚变化与所需层厚相比低于7％。在另一实施方案中，抽吸通道在抽吸侧表面中具有直径小于4mm的开口。

在另一实施方案中，抽吸通道在抽吸侧表面上分布不均，其中，成型件的负缘区域中每单位面积布置的抽吸通道比平直面减少40％-60％和/或正缘区域中每单位面积布置的抽吸通道比平直面多10％-30％。这种在边缘区域较低或较高密度的抽吸通道(这里是指成型件中的所有拐角和边缘、压痕和其他强烈轮廓变化，负缘或正缘是指作为内缘或外缘的轮廓)导致应避免边缘区域的材料相对于无边缘表面上的其他材料厚度过多或过少。

在另一实施方案中，筛网仅用可逆紧固机构、优选地夹紧机构紧固在吸头中。这样筛网就能快速轻松地从抽吸模具中取出以便进行清洁过程，或者在必要时进行置换。这种交换尤其也有利于筛网已经因其抵靠于抽吸侧表面而受到支撑，从而不再需要额外的保持机构。在另一实施方案中，必要时，筛网紧固在至少一些抽吸通道中。

在另一实施方案中，吸头在其面向浆料的端侧包括用于接收吸过吸头抽吸侧的浆料液态溶液的集流环，该集流环对接到液态溶液的排液通道。尤其是已经流过筛网的液态溶液能够安全地从吸头进而从抽吸模具排除，这样的液态溶液就不会对吸头的吸力产生负面影响。

在另一实施方案中，吸头的吸头抽吸侧表现为吸头内侧呈阴型或者吸头外侧呈阳型。关于术语“阴型”和“阳型”，请参阅上述解释。根据成型件所需的形状或轮廓以及进一步加工，吸头的阴型或阳型可能有利。

在另一实施方案中，抽吸模具为具有数个吸头的多用模具。利用该多用模具，可以根据吸头数目从共同的浆浴同时模制出大量成型件，这会提高纤维成型设施的产量，从而纤维成型设施的生产更具经济效益。

在另一实施方案中，抽吸模具中的吸头的形状可以至少部分不同，优选地相同形状的吸头相邻地布置于抽吸模具中。不同的形状可以例如以模块形式布置于抽吸模具中。这种抽吸模具能够在相同的纤维成型工艺中同时制造出不同的成型件。例如，诸如杯子等器皿和与之相关的盖子可以在同一个抽吸模具中同时模制并进一步加工。

在另一实施方案中，抽吸模具包括上面安装有吸头的基板和基板中的气体管路系统，该气体管路系统至少使通过真空泵提供的负压分配给吸头以吸入纤维材料。基板可以采取简单、标准化的方式连接到移动单元，而其上安装的吸头可以根据所需的成型件而有所不同。必要时，基板允许快速置换吸头。真空泵可以定位于远离抽吸模具的位置并将产生的负压经由气体管路系统分配给吸头。

在另一实施方案中，气体管路系统还包括用于将压缩空气施加到吸头的压缩气体管路。通过压缩空气喷射可以使成型件从抽吸模具中弹出，例如在成型件转移到热压下模之后。

在另一实施方案中，用于负压的气体管路系统包括主气体管路和辅气体管路，其中，主气体管路设置用于产生预负压，辅气体管路作为主气体管路的补充设置用于在抽吸模具接触浆料后达到抽吸负压。这样就能快速泵抽出大量气体，以在吸头处施加负压。然后，通过辅气体管路(这代表主管路的附加泵抽管路)的抽吸能力可快速调节模制成型件所需的工艺负压。

在另一实施方案中，气体管路系统中适当地布置有一个或多个阀，以至少在抽吸模具离开浆料后立即切断吸头处的抽吸压力，和/或至少在抽吸模具浸入浆料后立即将辅气体管路接通到主管路。这样尤其能够更快速、更经济地实施模制过程。

在另一实施方案中，移动单元包括可在空间中自由移动的机械臂，其上安装有抽吸模具。结果，模制站能够轻松、灵活地为一个或多个预成型站和/或一个或多个热压站供应模制或预成型的成型件。这样尤其能够根据所需的生产率来加速或修改制造过程。在另一实施方案中，移动单元即设置为将抽吸模具中的成型件传送到预成型站的预压站和/或热压站。

在另一实施方案中，机械臂通过合适的接口连接到抽吸模具，包括用于抽吸模具的全部介质供应端口。这样可以使用标准化的抽吸模具，必要时能够进行快速置换。

在另一实施方案中，移动单元设置为将一个或多个吸头完全浸入浆料以进行接触。完全浸入尤其是适合作为阳型的吸头，因为就此与阴型相比，吸头中不存在可在浆料与抽吸侧之间产生抽吸压力(负压)吸进纤维材料的内部空腔。为了确保尽量均匀地吸取纤维材料，使用阳型有利地将吸头完全浸入浆料中。

在另一实施方案中，移动单元和抽吸模具设计为将模制的成型件转移到预成型站之后使其在预压站中留在抽吸模具中进行预压。

由于成型件在吸头中进行模制时仍然相对潮湿，进而尺寸不太稳定，因此对于无故障、高品质的过程而言，将成型件在吸头中至少留到结束的优势在于，避免了成型件的模具更换可能造成形状缺损。由于抽吸模具代表预成型站中的预压上模，还会加快预成型工艺。

在另一实施方案中，移动单元和抽吸模具设计为将模制的成型件从抽吸模具弹出到热压站中，以便随后进行热压。例如，这可以通过对抽吸模具中预成型的成型件的压力冲击来实现，从而能够将成型件快速转移到热压站。在另一实施方案中，移动单元和抽吸模具即设计为通过压缩空气将成型件从抽吸模具的吸头弹出。

根据本发明第二方面，本发明用以达成上述目的的解决方案为一种纤维成型设施的预成型站，用于在纤维成型工艺中预成型环保可降解纤维材料制成的成型件，包括：

-储池，其含有浆料作为用于(在根据本发明的模制站中)模制成型件的环保可降解纤维材料的液态溶液，优选地布置为向上敞开的水平储池；以及

-预压站，其用于以预压压力预成型借助抽吸模具通过根据上述权利要求中任一项的模制站模制的成型件，以降低成型件中液态溶液的比例并稳定成型件的形状。

这里，浆料可以不含有机粘结剂，优选地同样不含非有机粘结剂。在不含粘结剂的情况下，由原始环保可降解纤维材料制成的成型件可以特别环保的方式降解，因为并未使用到对环境至关重要的粘结剂，优选地毫无粘结剂。通过组合模制步骤、预成型步骤和热压步骤，这些步骤总体上确保了成型件的纤维材料中的单根纤维彼此良好的机械交链，能够省却粘结剂。在根据本发明的方法中，机械交链的强度足以省去粘结剂也能实现成型件的尺寸稳定性。在一实施方案中，环保可降解纤维材料基本上由纤维长度小于5mm的纤维组成。利用这种长度的纤维，尤其可获得纤维材料在液态溶液中良好均匀的溶液，使得浆料中纤维的结块程度足够低，以实现良好可复制的成型件纤维成型工艺。在一实施方案中，在低于或等于80℃、优选地低于或等于50℃、特别优选地室温的温度下提供浆料。这样的低温尤其允许特别是在室温下实现简单的过程控制。在更高的温度下，可以稍微加快热压过程。

借助预成型站，通过预压制以简单的方式由机械上尚不稳定的成型件制成对于进一步加工而言足够稳定且液态溶液比例进一步下降的预成型的成型件。这里，成型件的宽度或直径与高度的比率也不代表关于相应成型件制造品质的限制或关键参数。根据本发明的预成型站允许以极可复制的方式制造和进一步加工成型件，在成型件各个部分的形状和层厚方面具有高精度和高品质。在一种实施方式中，可以在预压站低于80℃、优选地低于50℃、特别优选地室温的温度下进行预压。通过预压将成型件中的液体含量降低到大约55％-65％，成型件如此得以预固化，使其尺寸稳定度足以用于转移模具。过高的温度将导致过多地降低成型件中的液体含量，这会使材料太硬而无法进行随后的热压。特别是预压与热压组合能够优质、低废品率地制造出成型件。在另一实施方案中，在0.2N/mm²至0.3N/mm²、优选地0.23N/mm²至0.27N/mm²的预压压力下进行预压。这些低于热压压力的适中压力允许成型件温和固化并适度减少液体，这有利于低废品率地进行热压过程。

特别地，通过这种方式可以由环保可降解纤维材料轻松、高效、灵活地制造出优质、复制性良好的稳定成型件。

这样，根据本发明的预成型站连同根据本发明其他方面先前和随后的成型步骤能够高效、灵活、优质、可复制地由天然纤维制造环保型成型件。

在一实施方案中，预成型站还包括浆料预备补喂单元，用于将浆料补喂给储池。这样浆料可以在模制消耗时以可控的品质和恒定的浓度送入储池。结果，在模制期间排出的液态溶液可以在回收后又返回到储池，例如添加纤维材料以调整浆料中所需的纤维材料浓度，从而可以在纤维成型工艺中重复利用。在另一实施方案中，浆料预备补喂单元即根据模制成型件的浆料消耗而至少周期性、优选地连续填充储池，以保证模制所需的储池填充水平。

在另一实施方案中，预压站相对于储池布置设计为使得通过预压从成型件去除的液态溶液喂回到储池中。这样就能减少浆料消耗。在另一实施方案中，预压站沿垂直方向布置于储池上方，使得通过预压从成型件中去除的液态溶液从预压站向储池直接流回到储池中。替代地，液态溶液在通过预成型站的浆料预备补喂单元备料之后流回到储池中。

在另一实施方案中，预压站包括预压下模，其形状匹配于保留在抽吸模具中的模制的成型件以使之能够附接到预压下模，使得成型件布置于预压下模与抽吸模具之间，进而能够用预压压力将抽吸模具压到预压下模上。这里，可以将抽吸模具压到静止的预压下模上，或者将预压下模压到静止的抽吸模具上。术语“放置”仅指抽吸模具相对于预压下模的相对运动。在预压期间，抽吸模具代表预压站的预压上模。在一实施方案中，抽吸模具放置于预压下模上并通过单独的压制单元、优选地活塞杆压到预压下模上。替代地，抽吸模具也可以紧固到机械臂，该机械臂本身经由抽吸模具对预压下模施加预压压力。这里，类似于作为多用模具的抽吸模具，预压站也可以配置为多用模具，具有数个匹配于抽吸模具的预压下模作为多用模具，以便同时对抽吸模具的全部模制的成型件加载预压压力，进而同时对全部成型件进行预压。替代地，预压作为膜压进行，其中，预压下模配置为柔性膜片，预压压力作为气体压力施加到膜片，然后将膜片压到成型件的外轮廓上。膜压特别适用要大面积施加压力的成型件的几何形状。利用膜压，在任何空间方向上相互垂直的表面也可以同时处于相同的压力下，因为在膜压期间，通过气体压力(例如压缩空气)产生的预压压力是在任意方向上作用于膜片。例如压力活塞杆则无法实现这一点。膜片例如可以使用橡胶膜片。膜片应具有低于20％的轮廓保真度，可在局部采取不同的设计，例如具有更薄和更厚的壁厚和/或布置成靠近轮廓或远离轮廓。

在另一实施方案中，预压下模具有面向成型件的压制面，该压制面具有比筛网更低的表面粗糙度。这样就对成型件施加了均匀的压力。附加地，预压下模与成型件之间的附着力就低于预压下模的结构化表面，这确保了预压的成型件无需进一步技术措施即可保留在抽吸模具中转移到热成型中，又不会停留在预压下模，否则可能导致生产过程中断。如有必要，抽吸模具可以在抽吸模具中产生合适的负压，用于将预压的成型件转移到热压站，以提高成型件对抽吸模具的附着力。

在另一实施方案中，预压下模由金属或至少部分由弹性体制成，优选地由硅树脂制成。由金属制成的预压下模特别适合在预压期间要施加高于室温的温度或极高的预压压力的情况。由弹性体制成或至少部分地由弹性体制成的预压下模有利于作为抽吸模具和预压下模的多用模具，因为弹性体在压力下仍可易于变形并灵活地适应于可在预压压力下弯曲的多用模具，进而提高多用抽吸模具中各种成型件的成型均匀性。对于100℃以下的增高预压温度，例如硅树脂作为弹性体也非常适合用作该范围内耐温的材料。

在预压下模至少部分地由弹性体制成的另一实施方案中，该预压下模具有空腔，该空腔被作为压制面的弹性体制成的壁体包围，其中，预压站设计为在预压期间对空腔加载气体压力以产生或至少支持预压压力。这种预压下模的“鼓胀”令其特别良好地匹配成型件的轮廓，从而增进预成型工艺的品质，特别是用于可复制地制造极度相同的成型件。

在另一实施方案中，预压下模布置于公共的载板上，该载板配备为到预压站的接口，用于可逆地紧固至预压站和/或向各个预压下模供应气体压力。这样尤其可以在必要时快速置换作为多用模具的预压下模。

在另一实施方案中，载板附加地包括加热元件，优选地在载板上方平坦延伸的加热元件，用于加热预压下模。这种模块化构型便于组件处理及组件置换。

在另一实施方案中，模制站作为预成型站的一部分。这样，模制站可以经由合适的管路连接到预成型站，使得流经吸头的液态溶液和/或纤维材料经由预成型站又喂入浆料中。

在另一实施方案中，抽吸模具以阴型作为吸头抽吸侧放置到预压下模(具有相应的阳型)上或以阳型作为吸头抽吸侧放置到预压下模(作为相应的阴型)中。

根据本发明第三方面，本发明用以达成上述目的的解决方案为一种纤维成型设施的热压站，用于在纤维成型工艺中终成型环保可降解纤维材料制成的成型件，包括：匹配成型件的轮廓的热压下模，其用于接纳成型件；以及对应匹配成型件的热压上模，其用于沿热压站的闭合方向放置到成型件之上或之中，其中，热压下模和/或热压上模设置为对热压期间布置于热压下模与热压上模之间的成型件施加热压压力。

在进行预压之后，通过抽吸模具将预压的成型件转移到热压站，就此将成型件从抽吸模具中取出进行随后的热压。转移的优势即在于，热压在高温下是以明显更高的压力进行。如果成型件留在抽吸模具中而不转移进行热压，则纤维材料可能会卡堵在抽吸模具的筛网中而难以从抽吸模具中移除，可能仅在热压后造成损坏的情况下。此外，筛网可能会遭受高压损伤，从而使抽吸模具无法再正常工作。完成转移的方式可以是使一个或多个成型件从抽吸模具通过脱置而被动地转移到热压站或者通过抽吸模具中对成型件的弹出压力而主动地转移到热压站。通过利用热压压力对预压的成型件进行热压，对成型件进行终成型，成型件中液态溶液的比例进一步降低，例如降低到10％以下，优选地降低到大约7％，然后成型件继而稳定又不会变形。热压下模和热压上模优选地由金属制成。热压在高于预压压力的热压压力下进行，例如0.5N/mm²至1.5N/mm²，优选地0.8N/mm²至1.2N/mm²。施加热压压力的加压时间可以少于20秒，优选地多于8秒，特别优选地10秒至14秒，更优选地12秒。热压压力例如通过活塞杆以液压方式施加到热压站，其中，该活塞杆例如压到热压上模上，该热压上模又压到静止的热压下模上，成型件位于两者之间。这种布置也可以颠倒。

通过热压站，可以利用热压轻松地将预成型但仍可略微变化的成型件制成终成型的成型件以便进一步加工，其中液态溶液的比例显著下降。这里，成型件的宽度或直径与高度的比率也不代表关于相应成型件制造品质的限制或关键参数。根据本发明的热压站允许以极可复制的方式制造和进一步加工成型件，在成型件各个部分的形状和层厚方面具有高精度和高品质。特别地，通过这种方式可以由环保可降解纤维材料轻松、高效、灵活地制造出优质、复制性良好的最终稳定的成型件。

这样，根据本发明的热压站连同根据本发明其他方面先前的成型步骤能够高效、灵活、优质、可复制地由天然纤维制造环保成型件。

在一实施方案中，当抽吸模具呈阴型，热压下模也呈阴型并作为内模提供，而热压上模作为外模放置到热压下模上进行热压。当抽吸模具呈阳型，热压下模也呈阳型并作为外模提供，而热压上模作为内模放置到热压下模中进行热压。热压上模和热压下模二者可以协作，在高温下对其间的成型件施加高压。

在另一实施方案中，通过电加热筒对热压下模和热压上模各自面向成型件的热压侧进行加热。电加热筒能够在模具闭合时快速加热热压下模和热压上模，模具冷却之后通过打开热压站取出终成型的成型件。

在另一实施方案中，热压下模和热压上模中的加热筒设计布置为将热压侧加热到的温度高于150℃，优选地180℃至250℃。这样能够将成型件中的液体(或水分)快速可靠地减少到10％以下。

在另一实施方案中，加热筒被控制为使得热压下模与热压上模的温度不同。这样尤其为成型件提供了更佳的表面，特别是在温度较高的一侧。优选地，热压上模的温度高于热压下模的温度，优选地温度相差至少25℃，优选地温度相差不超过60℃，特别优选地温度相差50℃。

在另一实施方案中，加热筒在相应的热压上模和热压下模中靠近成型件的轮廓布置。靠近轮廓的加热筒更快速地将热压侧加热到工艺温度，从而加快了热压过程。相应的热压上模和热压下模优选地由金属制成，以便通过良好的导热来支持这一点。

在另一实施方案中，内模中布置有至少一个第一加热功率的加热筒，而外模中围绕外模的热压侧布置有数个第二加热功率的加热筒。利用这种布置，采用尽量最少的加热筒实现了快速加热。为此，第一加热功率优选地大于第二加热功率。在另一实施方案中，为此，在内模中有单个加热筒的情况下，这个加热筒平行于闭合方向居中布置于内模中，和/或内模中有多个加热筒的情况下，这些加热筒同心地围绕闭合方向平行于内模的热压侧布置。在另一实施方案中，在外模中，数个加热筒同心地围绕闭合方向平行于外模的热压侧布置。

在另一实施方案中，热压下模和/或热压上模在背向成型件的一侧上包括隔热材料罩，以便保持工艺温度尽量恒定，并保持加热筒所需的加热功率尽量最低。

在另一实施方案中，热压下模包括通往其热压侧的通道，通过这些通道可以在热压期间至少部分地排出液态溶液。通过将成型件中的液体(或水分)从大约55％-60％减少到10％以下，释放出一定量的液体，该液体因热压期间的高温而至少部分地蒸发。因此，该蒸汽通过通道排出，以便成型件尤其不会受损于蒸汽。为此，通道至少在热压侧上的直径优选地小于或等于1.0mm。

在另一实施方案中，热压下模和热压上模皆配置为具有数个热压下模和热压上模的多用模具，布置于相应热压下模和热压上模的相应载板上。这样，全部预成型的成型件在转移后可同时受到抽吸模具的热压压力，进而可以对全部成型件同时进行热压。

在另一实施方案中，载板以可侧向移动的方式安置于热压站中，以便能够在热压站的工艺空间之外更换相应的热压下模和热压上模作为多用模具。这样就能节省空间地快速进行更换。

在另一实施方案中，多用模具的热压上模的载板配备有气体管路，以在相应热压上模中根据工艺步骤建立用于保持成型件负压和/或从热压上模中输出终成型的成型件的过压。

在另一实施方案中，载板与用于载板的保持机构之间布置有膨胀机构，进而可以补偿热压站因开/关时相对于保持机构和其他组件的高温和温度波动。

在另一实施方案中，载板与保持机构之间布置有隔热材料，以便保持工艺温度尽量恒定，并保持加热筒所需的加热功率尽量最低。

本发明还涉及一种用于制造环保可降解纤维材料制成的成型件的纤维成型设施，包括至少一个根据本发明的模制站、根据本发明的预成型站以及根据本发明的热压站，用于通过在纤维成型设施中执行的纤维成型工艺制造环保可降解纤维材料制成的成型件。

通过组合利用浆料和抽吸模具进行模制、利用预成型站进行预压以及利用热压站进行热压，可以轻松地由纤维材料制造成型件，从而能够非常灵活地根据吸头轮廓的设计而提供不同轮廓的成型件。这里，成型件的宽度或直径与高度的比率并不代表关于相应成型件制造品质的限制或关键参数。通过组合用于模制的抽吸模具与预成型站和热压站，允许以极可复制的方式制造成型件，并在成型件各个部分的形状和层厚方面具有很高的精度和质量。根据本发明的纤维成型设施能够处理各种纤维，前提是这些纤维可以溶解，以便可以在处理之前避免纤维在液态溶液中出现较大结块。特别地，通过这种方式可以由环保可降解纤维材料轻松、高效、灵活地制造出优质、复制性良好的稳定成型件。

根据本发明的纤维成型设施就能高效、灵活、优质、可复制地由天然纤维制造环保的成型件。

在一实施方案中，纤维成型设施包括控制单元，用于至少控制模制站、预成型站和热压站及其子组件。控制单元可以配置为处理器、单独的计算机系统或基于网络，适当地连接到要控制的纤维成型设施的组件，例如经由数据电缆连接或通过WLAN、无线电或其他无线传输机构进行无线连接。

在另一实施方案中，纤维成型设施附加地包括用于将一个或多个功能层施加到成型件上的涂层单元。利用这样的功能层，尤其将如潮气、香气、气味或味觉屏障或脂、油、气体(如O₂和N₂)、轻酸和所有导致食品易腐烂的物质和/或非食品级物质的屏障等额外功能施加到成型件。为此，涂层单元可以布置于用于制造成型件的工序中适合施用层的任何位置。这里，根据应用，功能层可以在抽吸过程中、预压后或热压后进行布置。术语“功能层”在此是指施加到原始纤维材料上的任何附加层，其在完整面积或部分区域上施加到成型件的内侧和/或外侧上。

在另一实施方案中，纤维成型设施附加地包括用于输出终成型的成型件的输出单元。在此情形下，输出单元输出成型件以便例如借助传送带进一步传送或进一步加工，例如传送到随后的切割站、贴标站、印刷站、堆叠站和/或包装站。

本发明还涉及一种通过根据本发明的纤维成型设施中的纤维成型工艺制造环保可降解纤维材料制成的成型件的方法，包括如下步骤：

-从含有浆料作为环保可降解纤维材料的液态溶液的储池，在根据本发明的模制站中模制成型件；

-在根据本发明的预成型站中对模制的成型件进行预成型；

-在根据本发明的热压站中对预成型的成型件进行终成型；以及

-从纤维成型设施中输出终成型的成型件。

应当明确指出，为了提高可读性，尽可能避免用到表述“至少”。确切而言，不定冠词(“一”、“二”等)通常应理解为“至少一个、至少两个等”，除非上下文指明“确切”是指写出的数目。

就此还应指出，在本专利申请范围内，表述“尤其是”通篇理解为该表述引入任选的优选特征。因此，该表述既不应理解为“确实”，也不应理解为“即是”。

应当理解，视需要，也可组合上述或权利要求中解决方案的特征，以累积实现可行的优势和效果。

附图说明

此外，利用附图及下文说明对本发明的其他特征、效果和优势予以阐释。各图中，至少功能上基本上相互对应的部件标有相同的附图标记，这些部件不必然在所有附图中皆予引用和阐释。

图中：

图1示出具有阴型和阳型的吸头在成型件(a)模制前和(b)模制后的实施方案；

图2示出含有浆料的浆料储池的实施方案；

图3示出根据本发明的吸头的实施方案的侧面剖视图；

图4示出根据本发明的抽吸模具的实施方案的侧面剖视图；

图5示出根据本发明的具有模块的抽吸模具的另一实施方案的(a)抽吸侧俯视图和(b)沿剖面A-B的横向剖视图；

图6示出根据本发明的模制站和预成型站的实施方案；

图7示出根据本发明的预压下模作为多用模具的实施方案的(a)多用模具透视图和(b)多用模具中单独预压下模的横向剖视图；

图8示出根据本发明的热压站的另一实施方案的(a)侧视图和(b)透视图；

图9示出图8中的热压站的热压下模和热压上模在热压期间的实施方案的示意图；

图10示出图8中的热压站的热压下模和热压上模在热压期间的另一实施方案的示意图；

图11示出根据本发明的纤维成型设施的实施方案；

图12示出根据本发明的方法的实施方案的示意图。

具体实施方式

图1示出具有阴型和阳型的吸头在纤维成型设施100的用于模制210环保可降解纤维材料11制成的成型件10的模制站20中(a)模制成型件前和(b)模制成型件后的实施方案。图6中全面描绘了模制站，而这里只有抽吸模具2用于从含有浆料1作为环保可降解纤维材料11的液态溶液的储池6中吸取用于模制210成型件10的环保可降解纤维材料11，其中，抽吸模具2包括吸头21，吸头21具有三维形状的吸头抽吸侧21s，吸头抽吸侧21s的形状适应后续成型件10的轮廓10i、10a，并且在抽吸模具2中通过负压在吸头抽吸侧21s上模制成型件10。吸头21的吸头抽吸侧21s由多孔筛网22形成，在其面向浆料1的浆料侧22p上，环境可降解纤维11因吸力而附着用于模制130成型件10(参见图2c中的成型件10)。为此，抽吸模具2包括数个抽吸通道23，抽吸通道23终止于筛网22下方的抽吸侧表面23s并如此分布到抽吸侧表面23s上，使得筛网22与抽吸侧表面23s之间的全部区域中实现基本上相等的抽吸能力。为此，抽吸通道23可以在抽吸侧表面23s上具有直径小于4mm的开口。抽吸通道23的横截面可以具有任何合适的形状，例如横截面可以呈圆形或椭圆形。为此，抽吸通道23还在抽吸侧表面23s上分布不均，其中，成型件10的负缘区域中每单位面积布置的抽吸通道比平直面减少40％-60％和/或正缘区域中每单位面积布置的抽吸通道23比平直面多10％-30％。用于模制成型件的吸头可以仅稍许浸入浆料1，进而在吸头的内侧21i中形成封闭的空腔。在其他实施方案中，吸头21也可以完全浸入浆料1。在模制130期间流经筛网22的浆料1液态溶液从抽吸模具2排出。为此，吸头21在其面向浆料1的端侧21p包括用于接收吸过吸头抽吸侧21s的浆料1液态溶液的集流环24，该集流环24对接到液态溶液的排液通道25。吸头21的吸头抽吸侧21s既可配置呈阴型(图1左侧部分)作为吸头内侧21i，也可以配置呈阳型(图1右侧部分)作为吸头外侧21a。在阴型的情况下，将通过抽吸压力SD朝向吸头内侧21i模制的成型件10(吸头21中的灰色内层，图1b左侧)放置在预压下模31上进行预压，其中压制面31a作为预压下模31的外表面。在阳型的情况下，吸头21完全浸入浆料1进行接触120，以吸取含有纤维材料11的浆料1。此后，将因自外对吸头外侧21a的抽吸压力SD而模制的成型件10(吸头21上的灰色外层，图1b右侧)放置到预压下模31中进行预压，其形状与吸头21的阳型相匹配，其中压制面31作为预压下模31的内表面。吸头21还包括气体管路系统27，其将提供给吸头21的负压作为抽吸压力SD传递。

图2示出含有浆料的浆料储池6的实施方案，其中环保可降解纤维材料11表示为“波浪”。浆料1可以在液态溶液(例如水溶液)中包含少于5％、优选地少于2％、特别优选地0.5％至1.0％的环保可降解纤维材料11。有利地，浆料1不包含任何有机粘结剂，优选地根本不包含任何粘结剂。环保可降解纤维材料11可以基本上由纤维长度小于5mm的纤维组成。在低于或等于80℃、优选地低于或等于50℃、特别优选地室温的温度下提供浆料。

图3示出根据本发明的吸头21的实施方案的侧面剖视图，其中，筛网22具有波浪形结构，沿抽吸侧表面23s具有波峰22w和波谷22t。在抽吸期间，筛网22以其面向抽吸侧表面23s的一侧22s的波峰22w放置到抽吸侧表面23s上，由此其形状被抽吸侧表面23机械支撑，进而使筛网22在模制过程中不会发生几何变化，因此能够确保随后成型的成型件的形状精度。筛网22在吸头21中(在下侧示出)用可逆紧固装置28(在此配置为夹紧机构)附接到吸头21。附加地或替代地，筛网22也可以附接到至少一些抽吸通道23中。附加地，纤维11例如示为模塑纤维材料11，如筛网22上模塑的纤维材料11，从而通过抽吸浆料将成型件作为整体模制。

图4示出根据本发明的抽吸模具2的实施方案的侧面剖视图。这里，抽吸模具2为具有数个吸头21的多用模具。这些吸头以四行每行5个吸头的二维排列方式布置于抽吸侧上。在其他实施方案中，多用模具2也可以具有不同行数和列数的吸头21。抽吸模具2在此包括基板26与其上安装的吸头21以及基板26中的气体管路系统27。基板26在此不应理解为薄板，而是指抽吸模具2的背部结构，用于连接到移动单元4与吸头21之间。气体管路系统27将通过真空泵5提供的负压作为抽吸压力SD分配给吸头21，用于抽吸纤维材料11。气体管路系统27在此还包括压缩气体管路27d，用于将压缩空气施加到吸头21，以例如从吸头21释放或输出模制或预成型的成型件11。这里，用于模制成型件11的负压(抽吸压力)的气体管路系统27包括一个或多个主气体管路27h和辅气体管路27n，其中，主气体管路27h设置用于产生预负压，辅气体管路27n作为主气体管路27h的补充设置用于在抽吸模具21接触浆料1后达到抽吸压力SD。优选地，主气体管路具有较大的横截面，而辅气体管路具有较小的横截面。气体管路系统27中适当地布置有一个或多个阀27v(图中示出主气体管路27h中的两个阀27v)，以在抽吸模具离开浆料1后立即切断吸头21处的抽吸压力SD，和/或至少在抽吸模具2浸入浆料1后立即将辅气体管路接通到主管路。多用模具2以机械臂4a经由接口4s连接到移动单元4，包括用于抽吸模具2的全部介质供应端口。移动单元4和抽吸模具2设计为通过由压缩气体管路27d提供并经由基板26分配给各个吸头21的压缩空气将成型件10从抽吸模具2的吸头21中弹出。

图5示出根据本发明的具有模块29的抽吸模具2的另一实施方案的(a)抽吸侧俯视图和(b)沿剖面A-B的横向剖视图。作为多用模具的抽吸模具2中的吸头21的各个形状可以至少部分不同，在此，相同形状的吸头21在抽吸模具2中相邻地布置于各自单独的模块29中。例如，第一个模块29中存在四个吸头用于制造较大的杯子，第二个模块29中存在六个吸头用于制造较小的杯子，第三个模块29中存在两个吸头用于制造较小的盘子，第四个模块29中存在一个吸头用于制造较大的盘子。

图6示出根据本发明的模制站20和预成型站30的实施方案，在此，模制站20作为预成型站30的一部分。模制站20包括抽吸模具2(在此配置为多用模具)，用于从储池6中吸取环保可降解纤维材料11以便模制210成型件10，其中浆料1作为环保可降解纤维材料11的液态溶液(关于吸头的更多细节参见图1至图5)，模制站20还包括移动单元4，抽吸模具2安装在该移动单元4上，并且抽吸模具2至少放置到浆料1上或部分浸入浆料1中。预成型站30包括储池6，其中浆料1作为环保可降解纤维材料11的液态溶液，用于在抽吸模具2中模制成型件10，该储池6布置为向上敞开的水平储池6，预成型站30还包括预压站3(在此配置为多用模具)，用于以预压压力VD预成型220已经通过模制站20模制的成型件10，以降低成型件中液态溶液的比例10并且稳定成型件10的形状。预成型站30还包括浆料预备补喂单元35，用于将浆料1补喂给储池6。在浆料预备补喂单元35中，浆料例如由溶剂和纤维材料11预混合，最终混合形成生产浆料1，将其喂入储池和/或再利用从抽吸模具2和/或预压站3的回流，在此必须将纤维材料11的比例调整回所需比例，进而生产泵不会在正进行的过程中使纤维材料11变得稀薄。为此，浆料预备补喂单元35包括一个或多个用于溶剂和混合浆料的容器(图中示为两个)以及用于纤维材料11的储库。为此，浆料预备补喂单元35根据模制成型件10的浆料消耗而至少周期性、优选地连续填充储池6，以保证模制所需的储池6填充水平和所需的浆料1中含纤维材料11的比例。在此情形下，预压站3可以相对于储池6布置设计为使得通过预压从成型件中去除的液态溶液喂回到储池6中。为此，预压站3可以沿垂直方向布置于储池6上方，使得通过预压从成型件中去除的液态溶液从预压站3向储池6直接流回到储池6中。模制站20还可以经由合适的管路连接到预成型站30(图中未示出)，使得流经吸头21的液态溶液和/或纤维材料11经由预成型站30(在此借助浆料预备补喂单元35)又喂入浆料1中。移动单元4在此包括可在空间中自由移动的机械臂4a，抽吸模具2安装在机械臂4a上。机械臂4a通过合适的接口4s连接到抽吸模具2，包括用于抽吸模具2的全部介质供应端口。根据应用和工艺，移动单元4可以设置为将吸头21完全浸入浆料1进行接触120。移动单元4设置为将抽吸模具2中的成型件10传送到预成型站30的预压站3和热压站40，并在热压站40处弹出进行热压过程。移动单元4和抽吸模具2设计为在预压站3中将模制的成型件10留在抽吸模具2中进行预压。这样就用预压下模31和抽吸模具2作为预压上模进行预压。这里，例如通过液压操作的活塞杆或通过机械臂，可以将预压压力施加到预压下模31与抽吸模具2之间的成型件上。可以在预压站3低于80℃、优选地低于50℃、特别优选地室温的温度下进行预压，其中，预压压力VD为0.2N/mm²至0.3N/mm²，优选为0.23N/mm²至0.27N/mm²。在一替代实施方案中，预压(预成型)也可以用膜片32作为预压下模31而作为膜压(图中未示出)来执行。然后，将抽吸模具2将以阳型作为吸头抽吸侧21s放置到对应形状的预压下模31中。对于膜压150，膜片32将配置为柔性膜片。预压压力VD将作为气体压力施加到膜片32，然后将膜片32压到成型件10的外轮廓上。结果，也可以对成型件10的表面施加压力，这不能通过液压方式加压，因为气体压力以相同的压力将膜片与方向无关地施加到各个表面上。移动单元4和抽吸模具2还设计为将模制的成型件10从抽吸模具2弹出到热压站中，以便随后进行热压。这例如可以通过压缩空气来实现，该压缩空气将成型件10从抽吸模具2的吸头21中弹出。

图7示出根据本发明的预压下模作为多用模具(其具有数个匹配于抽吸模具2的预压下模31)的实施方案的(a)多用模具透视图以及(b)多用模具中单独预压下模的横向剖视图。预压下模31在此匹配于吸头21的阴型，进而成型件11可以附接到预压下模31，使得成型件11布置于预压下模31与抽吸模具2之间，进而可以用预压压力VD将抽吸模具2压到预压下模31上。这里，预压下模31具有面向成型件10的压制面31a，其具有比抽吸模具2的筛网22更低的表面粗糙度。预压下模31可以例如由金属或至少部分由弹性体制成，优选地由硅树脂制成。在图中所示的实施方案中，预压下模31部分由弹性体制成，在此为硅树脂。在此情形下，预压下模31具有空腔33，该空腔33被作为压制面31a的弹性体制成的壁体34包围，其中，预压站3设计为在预压期间对空腔33加载气体压力GD，以在成型件10和抽吸模具2上产生预压压力VD或至少支持抽吸模具2施加的预压压力，而气体压力GD指向相反方向(参见图7b)。在多用模具中，各个预压下模31布置于公共的载板35上，该载板35配备为到预压站3的接口，用于可逆地紧固至预压站和/或向各个预压下模31供应气体压力。在此，载板35附加地具有在载板35上平坦延伸的加热元件36，以便能够加热预压下模31。

图8示出根据本发明的热压站40的另一实施方案的(a)侧视图和(b)透视图，该热压站40包括：匹配于成型件10的轮廓10i的热压下模41，用于接纳成型件10；以及对应匹配于成型件10的热压上模42，用于沿热压站40的闭合方向SR放置到成型件10之上或之中，其中，热压下模41和热压上模42对热压期间布置于热压下模41与热压上模42之间的成型件10施加热压压力HD。在抽吸模具2呈阴型的情况下，热压下模41也呈阴型(如图所示)，进而在热压站40中作为内模40i提供，而热压上模42作为外模40a放置到热压下模41上进行热压。当抽吸模具2呈阳型(图中未示出)，所述热压下模也呈阳型并将作为外模40a提供，而热压上模42作为内模40i放置到热压下模41中进行热压。热压下模41和热压上模42在此皆配置为具有数个热压下模41和热压上模42的互补多用模具，布置于相应热压下模41和热压上模42的相应载板45上。在此情形下，载板45以可侧向移动的方式安置于热压站40中(参见图8b)，以便能够在热压站40的工艺空间之外更换相应的热压下模41和热压上模42作为多用模具。多用模具的热压上模42的载板45配备有气体管路，以在相应热压上模42中根据工艺步骤建立用于保持成型件10的负压和/或用于从热压上模42中输出终成型的成型件10的过压。这样即可用热压上模42输出终成型的成型件10以便进一步传送，例如传送到对接到热压站的传送带95上。为此，载板45可以从热压位置移位到输出位置。载板45与用于载板45的保持机构46之间还布置有用于补偿热膨胀效应的膨胀机构47。载板45与保持机构46之间可以布置有隔热材料44，例如参见图9。

图9示出图8中的热压站40的热压下模41和热压上模42在热压期间的实施方案的示意图。这里，通过电加热筒43对热压下模41和热压上模42各自面向成型件10的热压侧41a、42a进行加热。这里，热压下模41和热压上模42中的加热筒43设计布置为可以将热压侧41a、42a加热到高于150℃、优选地180℃至250℃的温度。这里，加热筒43可以控制为使得热压下模41与热压上模42的温度不同，其中，热压上模42的温度可以高于热压下模41的温度，优选地，温度相差至少25℃，优选地温度相差不超过60℃，特别优选地温度相差50℃。为此，加热筒43在相应的热压上模42和热压下模41中靠近成型件10的轮廓布置，相应的热压上模42和热压下模41由金属制成。在此，一个具有第一加热功率的加热筒43平行于闭合方向SR居中布置于内模40i中，而六个具有第二加热功率的加热筒43平行于内模40i的热压侧41a、42a围绕闭合方向SR同心布置于外模中，其中，第一加热功率大于第二加热功率。在此，热压上模42还在背向成型件10的一侧上包括隔热材料罩44。

图10示出图8中的热压站40的热压下模41和热压上模42在热压期间的另一实施方案的示意图。在进行预压之后，通过抽吸模具2将预压的成型件10转移到热压站40，就此将成型件10从抽吸模具2中取出进行随后的热压。热压站40包括热压侧41a匹配于成型件10的轮廓的热压下模41以及热压上模42，其中，在转移期间将成型件10从抽吸模具2放置到热压下模41上(在此呈阴型，而在阳型的情况下，则将成型件放置到热压下模中)。然后，在热压期间将热压上模42压到热压下模41上，成型件10布置于二者之间。这里，热压下模41可以由金属制成。热压下模41还包括通往其热压侧41a的通道41k，在热压期间可以使液态溶液通过这些通道41k至少部分地从成型件10排出。这些通道41k至少在热压侧上的直径可以小于或等于1.0mm。这里，通道可以具有任何合适的几何形状作为横截面。例如，通道41k具有圆形或椭圆形的横截面。热压上模42至少以面向成型件的一侧42i匹配于成型件10的轮廓，优选地，热压上模42也由金属制成。在热压下模41和热压上模42中，在热压期间可以应用不同的温度，优选地，热压上模42的温度高于热压下模41的温度，其中，温度相差至少25℃，优选地温度相差不超过60℃，特别优选地温度相差50℃。可以在高于150℃、优选地180℃至250℃的温度下进行热压。这里，在高于预压压力VD的热压压力HD下进行热压140。热压压力HD可以为0.5N/mm²至1.5N/mm²，优选为0.8N/mm²至1.2N/mm²，其中，施加这种热压压力HD的加压时间少于20秒或多于8秒，特别优选为10秒至14秒，更优选为12秒。

图11示出根据本发明用于制造环保可降解纤维材料11制成的成型件10的纤维成型设施100的实施方案，该纤维成型设施100包括用于提供浆料1作为环保可降解纤维材料11液态溶液的储池6，作为预成型站30的一部分。在模制站20中，移动单元4浸入浆料1，附接至移动单元4的抽吸模具2具有吸头21，该吸头21具有三维形状的吸头抽吸侧21s，其形状匹配于后续成型件10的轮廓。由浆料预备补喂单元35提供浆料并在操作期间连续新增补喂浆料。移动单元4在此配置为具有可在空间中自由移动的机械臂4a的机械人。机械人4可以在有限的空间内进行精确、可重复的运动，因此特别适合在浆料储池6与预成型站30的预压站3之间引导抽吸模具2。抽吸模具2经由接口4s连接到机械臂4a。这种接口4s允许在必要时快速更换抽吸模具2。抽吸模具2设计为通过借助抽吸模具2中的抽吸压力SD(负压)将环保可降解纤维材料11抽吸到吸头抽吸侧21s上来模制成型件10。预压站3设置为以预压压力VD对模制的成型件10进行预压，以降低成型件10中液态溶液的比例并稳定其形状。热压站40以热压下模41(图中可见)伸出以从抽吸模具2接管预成型的成型件10，用于以热压压力HD对预压的成型件10进行热压150，进而对成型件10进行终成型，并进一步降低成型件10中液态溶液的比例。然后，输出单元70输出终成型的成型件10。为了控制所执行的方法，纤维成型设施100包括控制单元50，该控制单元50适当地连接到纤维成型设施100的其他组件20、30、35、40、60、70、80、90，以便控制这些组件，主要是切割单元80和/或堆叠单元90和/或传送带95。特别地，纤维成型设施100可以附加地包括用于将一个或多个功能层施加到成型件10上的涂层单元60。

图12示出通过根据本发明的纤维成型设施中的纤维成型工艺制造环保可降解纤维材料11制成的成型件10的根据本发明的方法200的实施方案的示意图，该方法200包括如下步骤：从含有浆料1作为环保可降解纤维材料11液态溶液的储池6，在根据本发明的模制站20中模制成型件；在根据本发明的预成型站30中对模制的成型件10进行预成型220；在根据本发明的热压站40中对预成型的成型件10进行终成型230；以及从根据本发明的纤维成型设施100中输出240终成型的成型件10。

就此而言明确指出，视需要，还可组合上述或权利要求和/或附图中解决方案的特征，以便能够累积达成或实现所述特征、效果和优势。

可以理解，上述实施例仅为本发明的第一种技术方案，但本发明的技术方案不局限于此实施例。

附图标记列表

1 浆料

11 环保可降解纤维材料

2 抽吸模具

21 吸头

21a 吸头外侧

21i 吸头内侧

21p 吸头面向浆料的端侧

21s 吸头抽吸侧

22 吸头多孔筛网

22p 面向浆料的筛网侧(浆料侧)

22s 面向抽吸侧表面23s的筛网侧

22w 筛网侧22s的波峰

22t 筛网波谷

23 吸头中的抽吸通道

23s 吸头抽吸侧表面

24 吸头中的集流环

25 液态溶液的排液通道

26 抽吸模具基板

27 基板中的气体管路系统

27d 气体管路系统中的压缩气体管路

27h 气体管路系统中的主气体管路

27n 气体管路系统中的辅气体管路

27v 气体管路系统中的阀

28 筛网的可逆紧固机构，例如夹紧机构

29 吸头模块

3 预压站

31 预压下模

31a 预压下模压制面

33 预压下模空腔

34 作为预压下模压制面的壁体

35 载板

36 载板的加热元件

4 移动单元

4a 可在空间中自由移动的机械臂

4s 接口

41 热压站的热压下模

41a 热压下模的热压侧，例如外侧

41k 热压下模中的通道

42 热压站的热压上模

42a 热压上模的热压侧，例如内侧

43 加热筒

44 隔热罩或隔热材料

45 用于均配置为多用模具的热压下模和热压上模的载板

46 保持机构

47 膨胀机构

5 真空泵

6 浆料储池

10 环保可降解纤维材料制成的成型件

10a 成型件的内轮廓(内侧)

10i 成型件的外轮廓(外侧)

20 模制站

30 预成型站

35 浆料预备补喂单元

40 热压站

40i 内模

40a 外模

50 控制器单元

60 涂层单元

70 输出单元

80 切割单元

90 堆叠单元

95 传送带

100 纤维成型设施

200 在纤维成型设施中通过纤维成型工艺制造环保可降解纤维材料制成的成型件的方法

210 在根据本发明的模制站中模制成型件

220 在根据本发明的预成型站中对成型件进行预成型

230 在根据本发明的热压站中对成型件进行终成型

240 从纤维成型设施中输出终成型的成型件

A-B 图5中的剖面线

DG 气体压力

HD 热压压力

SD 抽吸压力(浆料对吸头)

SR 热压站的闭合方向(压制方向)

VD 预压压力

Claims (59)

1.一种纤维成型设施(100)的模制站(20)，用于在纤维成型工艺中模制(210)环保可降解纤维材料(11)制成的成型件(10)，包括：

-抽吸模具(2)，用于从含有浆料(1)作为所述环保可降解纤维材料(11)的液态溶液的储池(6)中吸取用于模制(210)所述成型件(10)的环保可降解纤维材料(11)，其中，所述抽吸模具(2)包括吸头(21)，所述吸头(21)具有三维形状的吸头抽吸侧(21s)，所述吸头抽吸侧(21s)的形状适应后续成型件(10)的轮廓，并且在所述抽吸模具(2)中通过负压在所述吸头抽吸侧(21s)上模制所述成型件(10)；以及

-移动单元(4)，其上安装有所述抽吸模具(2)，所述移动单元(4)设置为至少将所述抽吸模具(2)放置到所述浆料(1)之上或之中或者将所述抽吸模具(2)部分浸入所述浆料(1)之中。

2.根据权利要求1所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述吸头(21)的吸头抽吸侧(21s)由所述吸头(21)的抽吸侧表面(23s)上的多孔筛网(22)形成，其中，所述筛网(22)面向所述浆料(1)的浆料侧(22p)上因吸力而附着有所述环保可降解纤维(11)。

3.根据权利要求2所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述筛网(22)呈波浪形结构，沿所述抽吸侧表面(23s)具有波峰(22w)和波谷(22t)，其中，所述筛网(22)至少在抽吸时以其面向所述抽吸侧表面(23s)的一侧(22s)的波峰(22w)抵靠在所述抽吸侧表面(23s)上。

4.根据权利要求2或3所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述抽吸模具(2)包括数个抽吸通道(23)，所述抽吸通道(23)终止于所述筛网(22)下方的抽吸侧表面(23s)并如此分布到所述抽吸侧表面(23s)上，使得所述筛网(22)与所述抽吸侧表面(23s)之间的全部区域中实现基本上相等的抽吸能力。

5.根据权利要求4所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述抽吸通道(23)在所述抽吸侧表面(23s)上具有直径小于4mm的开口。

6.根据权利要求4或5所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述抽吸通道(23)在所述抽吸侧表面(23s)上分布不均，其中，所述成型件(10)的负缘区域中每单位面积布置的抽吸通道比平直面减少40％-60％和/或正缘区域中每单位面积布置的抽吸通道(23)比平直面多10％-30％。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述筛网(22)仅用可逆紧固机构(28)、优选地夹紧机构紧固在所述吸头(21)中。

8.根据权利要求7所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述筛网(22)紧固在至少一些所述抽吸通道(23)中。

9.根据上述权利要求中任一项所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述吸头(21)在其面向所述浆料(1)的端侧(21p)包括用于接收吸过所述吸头抽吸侧(21s)的浆料(1)液态溶液的集流环(24)，其对接到液态溶液的排液通道(25)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述吸头(21)的吸头抽吸侧(21s)配置为吸头内侧(21i)呈阴型或吸头外侧(21a)呈阳型。

11.根据上述权利要求中任一项所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述抽吸模具(2)为具有数个吸头(21)的多用模具。

12.根据权利要求11所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述抽吸模具(2)中的吸头(21)的形状能够至少部分不同，优选地相同形状的吸头(21)在所述抽吸模具(2)中相邻地布置于单独的模块(29)中。

13.根据权利要求11或12所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述抽吸模具(2)包括上面安装有吸头(21)的基板(26)和所述基板(26)中的气体管路系统(27)，所述气体管路系统(27)至少使通过真空泵(5)提供的负压作为抽吸压力(SD)分配给所述吸头(21)以吸入所述纤维材料(11)，所述气体管路系统(27)优选地还包括用于将压缩空气施加到所述吸头(21)的压缩气体管路(27d)。

14.根据权利要求13所述的模制站(20)，

其特征在于，

用于所述抽吸压力(SD)的所述气体管路系统(27)包括主气体管路(27h)和辅气体管路(27n)，其中，所述主气体管路(27h)设置用于产生预负压，所述辅气体管路(27n)作为所述主气体管路(27h)的补充设置用于在所述抽吸模具(21)接触所述浆料(1)后达到所述抽吸压力(SD)。

15.根据权利要求13或14所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述气体管路系统(27)中适当地布置有一个或多个阀(27v)，以至少在所述抽吸模具离开所述浆料(1)后立即切断所述吸头(21)处的抽吸压力(SD)，和/或至少在所述抽吸模具(2)浸入所述浆料(1)后立即将所述辅气体管路接通到主所述管路。

16.根据上述权利要求中任一项所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述移动单元(4)包括可在空间中自由移动的机械臂(4a)，其上安装有所述抽吸模具(2)。

17.根据权利要求16所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述机械臂(4a)通过合适的接口(4s)连接到所述抽吸模具(2)，包括用于所述抽吸模具(2)的全部介质供应端口。

18.根据上述权利要求中任一项所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述移动单元(4)设置为将所述一个或多个吸头(21)完全浸入所述浆料(1)以进行接触(120)。

19.根据上述权利要求中任一项所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述移动单元(4)设置为将所述抽吸模具(2)中的成型件(10)传送到预成型站(30)的预压站(3)和/或热压站(40)。

20.根据权利要求19所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述移动单元(4)和所述抽吸模具(2)设计为将模制的成型件(10)转移到所述预成型站(30)之后使其在所述预压站(3)中留在所述抽吸模具(2)中进行预压。

21.根据权利要求19或20所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述移动单元(4)和所述抽吸模具(2)设计为将模制的成型件(10)从所述抽吸模具(2)弹出到所述热压站中，以便随后进行热压。

22.根据权利要求21所述的模制站(20)，

其特征在于，

所述移动单元(4)和所述抽吸模具(2)设计为通过压缩空气从所述抽吸模具(2)的吸头(21)弹出所述成型件(10)。

23.一种纤维成型设施(100)的预成型站(30)，用于在纤维成型工艺中预成型(220)环保可降解纤维材料(11)制成的成型件，包括：

-储池(6)，其含有浆料(1)作为用于模制所述成型件(10)的环保可降解纤维材料(11)的液态溶液，优选地布置为向上敞开的水平储池(6)；以及

-预压站(3)，其用于以预压压力(VD)预成型(220)借助抽吸模具(2)通过根据上述权利要求中任一项所述的模制站(20)模制的成型件(10)，以降低所述成型件(10)中液态溶液的比例并稳定所述成型件(10)的形状。

24.根据权利要求23所述的预成型站(30)，

其特征在于，

所述预成型站(30)还包括浆料预备补喂单元(35)，用于将所述浆料(1)补喂给所述储池(6)。

25.根据权利要求24所述的预成型站(30)，

其特征在于，

所述浆料预备补喂单元(35)根据模制所述成型件(10)的浆料消耗而至少周期性、优选地连续填充所述储池(6)，以保证模制所需的储池(6)填充水平。

26.根据权利要求23至25中任一项所述的预成型站(30)，

其特征在于，

所述预压站(3)相对于所述储池(6)布置设计为使得通过预压从成型件中去除的液态溶液喂回到所述储池(6)中。

27.根据权利要求26所述的预成型站(30)，

其特征在于，

所述预压站(3)沿垂直方向布置于所述储池(6)上方，使得通过预压从成型件中去除的液态溶液从所述预压站(3)向所述储池(6)直接流回到所述储池(6)中。

28.根据权利要求23至27中任一项所述的预成型站(30)，

其特征在于，

所述预压站(3)包括预压下模(31)，其形状匹配保留在所述抽吸模具(2)中的模制的成型件(10)以使其能够附接到所述预压下模，使得所述成型件(10)布置于所述预压下模(31)与所述抽吸模具(2)之间，进而能够用预压压力(VD)将所述抽吸模具(2)压到所述预压下模(31)上，

或者

所述预压(140)作为膜压进行，其中，所述预压下模(31)配置为柔性膜片，所述预压压力(VD)作为气体压力施加到膜片，然后将所述膜片压到所述成型件(10)的外轮廓(10a)上。

29.根据权利要求28所述的预成型站(30)，

其特征在于，

所述预压下模(31)具有面向所述成型件(10)的压制面(31a)，其表面粗糙度低于所述抽吸模具(2)的筛网(22)。

30.根据权利要求28或29所述的预成型站(30)，

其特征在于，

所述预压下模(31)由金属或至少部分由弹性体制成，优选地由硅树脂制成。

31.根据权利要求30所述的预成型站(30)，

其特征在于，

所述预压下模(31)具有空腔(33)，所述空腔(33)被作为所述压制面(31a)的弹性体制成的壁体(34)包围，其中，所述预压站(3)设计为在预压期间对所述空腔(33)加载气体压力(GD)以产生或至少支持所述预压压力(VD)。

32.根据权利要求23至31中任一项所述的预成型站(30)，

其特征在于，

所述预压站(3)配置为具有数个匹配于作为多用模具的抽吸模具(2)的预压下模(31)多用模具。

33.根据权利要求32所述的预成型站(30)，

其特征在于，

所述预压下模(31)布置于公共的载板(35)上，所述载板(35)配备为到所述预压站(3)的接口，用于可逆地紧固至所述预压站和/或向各个预压下模(31)供应气体压力。

34.根据权利要求33所述的预成型站(30)，

其特征在于，

所述载板(35)附加地包括加热元件(36)，优选地在所述载板(35)上方平坦延伸的加热元件(36)，用于加热所述预压下模。

35.根据权利要求23至34中任一项所述的预成型站(30)，

其特征在于，

所述模制站(20)作为所述预成型站(30)的一部分。

36.根据权利要求35所述的预成型站(30)，

其特征在于，

所述模制站(20)经由合适的管路连接到所述预成型站(30)，使得流经所述吸头(21)的液态溶液和/或纤维材料(11)经由所述预成型站(30)又喂入所述浆料(1)中。

37.一种纤维成型设施(100)的热压站(40)，用于在纤维成型工艺中终成型(230)环保可降解纤维材料(11)制成的成型件，包括：匹配所述成型件(10)的轮廓(10i)的热压下模(41)，其用于接纳所述成型件(10)；以及对应匹配所述成型件(10)的热压上模(42)，其用于沿所述热压站(40)的闭合方向(SR)放置到所述成型件(10)之上或之中，其中，所述热压下模(41)和/或所述热压上模(42)设置为对热压期间布置于所述热压下模(41)与所述热压上模(42)之间的成型件(10)施加热压压力(HD)。

38.根据权利要求37所述的热压站(40)，

其特征在于，

当抽吸模具(2)呈阴型，所述热压下模(41)也呈阴型并作为内模(40i)提供而所述热压上模(42)作为外模(40a)放置到所述热压下模(41)上进行热压，当所述抽吸模具(2)呈阳型，所述热压下模(41)也呈阳型并作为外模(40a)提供而所述热压上模(42)作为内模(40i)放置到所述热压下模(41)中进行热压。

39.根据权利要求38所述的热压站(40)，

其特征在于，

通过电加热筒(43)加热所述热压下模(41)和所述热压上模(42)各自面向所述成型件(10)的热压侧(41a、42a)。

40.根据权利要求39所述的热压站(40)，

其特征在于，

所述热压下模(41)和所述热压上模(42)中的加热筒(43)设计布置为将所述热压侧(41a、42a)加热到的温度高于150℃，优选地180℃至250℃。

41.根据权利要求40所述的热压站(40)，

其特征在于，

所述加热筒(43)控制为使得所述热压下模(41)与所述热压上模(42)的温度不同。

42.根据权利要求41所述的热压站(40)，

其特征在于，

所述热压上模(42)的温度高于所述热压下模(41)的温度，优选地温度相差至少25℃，优选地温度相差不超过60℃，特别优选地温度相差50℃。

43.根据权利要求38至42中任一项所述的热压站(40)，

其特征在于，

所述加热筒(43)在相应的热压上模(42)和热压下模(41)中靠近所述成型件(10)的轮廓布置，优选地相应的热压上模(42)和热压下模(41)由金属制成。

44.根据权利要求43所述的热压站(40)，

其特征在于，

所述内模(40i)中布置有至少一个第一加热功率的加热筒(43)，而所述外模(40a)中围绕外模的热压侧(41a、42a)布置有数个第二加热功率的加热筒(43)，优选地所述第一加热功率大于所述第二加热功率。

45.根据权利要求43或44所述的热压站(40)，

其特征在于，

在所述内模(40i)中有单个加热筒(43)的情况下，这个加热筒(43)平行于所述闭合方向(SR)居中布置于所述内模(40i)中，和/或

在所述内模(40i)中有多个加热筒(43)的情况下，这些加热筒(43)同心地围绕所述闭合方向(SR)平行于所述内模(40i)的热压侧(41a、42a)布置。

46.根据权利要求43至45中任一项所述的热压站(40)，

其特征在于，

在所述外模(40a)中，数个加热筒(43)同心地围绕所述闭合方向(SR)平行于所述外模(40a)的热压侧(41a、42a)布置。

47.根据权利要求37至46中任一项所述的热压站(40)，

其特征在于，

所述热压下模(41)和/或所述热压上模(42)在背向所述成型件(10)的一侧上包括隔热材料罩(44)。

48.根据权利要求37至47中任一项所述的热压站(40)，

其特征在于，

所述热压下模(41)在其热压侧(41a)包括多个通道(41k)，通过这些通道(41k)能够在热压期间将液态溶液至少部分地从所述成型件(10)中排出。

49.根据权利要求48所述的热压站(40)，

其特征在于，

所述通道(41k)至少在所述热压侧(41a)上的直径小于或等于1.0mm。

50.根据权利要求37至49中任一项所述的热压站(40)，

其特征在于，

所述热压下模(41)和所述热压上模(42)皆配置为具有数个热压下模(41)和热压上模(42)的多用模具，布置于相应热压下模(41)和热压上模(42)的相应载板(45)上。

51.根据权利要求50所述的热压站(40)，

其特征在于，

所述载板(45)以可侧向移动的方式安置于所述热压站(40)中，以便能够在所述热压站(40)的工艺空间之外更换相应的热压下模(41)和热压上模(42)作为多用模具。

52.根据权利要求50或51所述的热压站(40)，

其特征在于，

所述多用模具的热压上模(42)的载板(45)配备有气体管路，以在相应热压上模(42)中根据工艺步骤建立用于保持所述成型件(10)负压和/或用于从所述热压上模(42)中输出终成型的成型件(10)的过压。

53.根据权利要求52所述的热压站(40)，

其特征在于，

所述载板(45)与用于所述载板(45)的保持机构(46)之间布置有膨胀机构(47)。

54.根据权利要求53所述的热压站(40)，

其特征在于，

所述载板(45)与所述保持机构(46)之间布置有隔热材料(44)。

55.一种包括至少一个根据权利要求1至22中任一项所述的模制站(20)、根据权利要求23至36中任一项所述的预成型站(30)以及根据权利要求37至53中任一项所述的热压站(40)的纤维成型设施(100)，用于通过在所述纤维成型设施(100)中执行的纤维成型工艺制造环保可降解纤维材料(11)制成的成型件(10)。

56.根据权利要求55所述的纤维成型设施(100)，

其特征在于，

所述纤维成型设施(100)包括控制单元(50)，用于至少控制所述模制站(20)、所述预成型站(30)和所述热压站(40)及其子组件(2、3、4、5、6)。

57.根据权利要求55或56所述的纤维成型设施(100)，

其特征在于，

所述纤维成型设施(20)附加地包括用于将一个或多个功能层施加到所述成型件(10)上的涂层单元(60)。

58.根据权利要求55至57中任一项所述的纤维成型设施(100)，

其特征在于，

所述纤维成型设施(100)还包括用于输出终成型的成型件(10)的输出单元(70)，优选地所述成型设施还包括用于所述成型件(10)的至少一个切割单元(80)和/或堆叠单元(90)和/或传送带(95)。

59.一种在根据权利要求55至58中任一项所述的纤维成型设施(100)中通过纤维成型工艺制造环保可降解纤维材料(11)制成的成型件(10)的方法(200)，包括如下步骤：

-从含有浆料(1)作为所述环保可降解纤维材料(11)的液态溶液的储池(6)，在根据权利要求1至22中任一项所述的模制站(20)中模制(210)成型件；

-在根据权利要求23至36中任一项所述的预成型站(30)中对模制的成型件(10)进行预成型(220)；

-在根据权利要求37至54中任一项所述的热压站(40)中对预成型的成型件(10)进行终成型(230)；以及

-从所述纤维成型设施(100)中输出(240)终成型的成型件(10)。

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