FI122883B - Menetelmä muotopuristeen valmistamiseksi ja muotopuriste - Google Patents

Description

Menetelmä muotopuristeen valmistamiseksi ja muotopuriste

Keksinnön kohteena on menetelmä tukimateriaalia ja täytemateriaalia sisältävän muotopuristeen valmistamiseksi, jossa menetelmässä valmistetaan tukimateriaalista ja täytemateriaalista huopa, lämmitetään huopa kohotettuun lämpötilaan, jos-5 sa tukimateriaali pehmenee muokkautuvaan muotoon ja puristetaan kohotetussa lämpötilassa oleva huopa muotopuristeeksi puristimella. Keksinnön kohteena on myös menetelmällä valmistettu muotopuriste.

Uusiutumattomien raaka-aineiden kallistumisen ja kierrätys vaati m uste n kiristymisen myötä teollisuudessa on ryhdytty korvaamaan osa tuotteiden valmistuksessa 10 käytettävistä uusiutumattomista raaka-aineista erilaisilla luonnonmateriaaleilla. Esimerkiksi autoteollisuudessa luonnonmateriaaleja, kuten pellavaa, käytetään jo yleisesti lujitekuituna erilaissa muoviosissa. Pellavasta voidaan valmistaa myös erilaisia muotopuristeita muovipohjaisten sideaineiden avulla. Erilaisille luonnonmateriaalista valmistetuille muotopuristeille löytyy helposti lukuisia käyttökohteita 15 mm. autoteollisuudesta sekä sisustustavara- ja huonekaluteollisuudesta. Kuluttajien lisääntyneen ympäristötietoisuuden ansiosta tällaisten tuotteiden kysyntä kasvaa koko ajan.

Luonnonmateriaaleja sisältävien muotopuristeiden valmistusmenetelmät ovat vielä kehitysvaiheessa, mikä hidastaa tuotteiden yleistymistä. Kysynnän kasvamisen 20 myötä myös useiden luonnonmateriaalien hinta on lähtenyt nousuun. Esimerkiksi pellavan kohdalla sen hinta ja erityisesti hintakehityksen hankala ennustettavuus rajoittaa jo materiaalin käytön lisääntymistä. Markkinoilla on siis selvä tarve kehittyneelle luonnonmateriaaleja sisältävien muotopuristeiden valmistusmenetelmälle, ^ jossa pystytään hyödyntämään vielä käyttämättömiä, hinnaltaan edullisia luon-

O

^ 25 nonmateriaaleja.

ιό o £3 Julkaisusta US 3577312 tunnetaan menetelmä ja laitteisto puu- ja puuvillakuituja x sisältävän kuitumaton valmistamiseksi. Menetelmässä kuidut puhalletaan erityi sessä kammiossa tasaiseksi kerrokseksi hihnan päälle ja samanaikaisesti kuitujen joukkoon ruiskutetaan nestemäistä sideainetta. Kammion jälkeen hihnan päällä S 30 lepäävä kuitukerros kulkee puristustelan alta, jossa se puristuu hieman kasaan.

O

o Sideaineen kovettumisen jälkeen kuitukerroksesta syntyy koossapysyvä kuitumat- to. Menetelmällä valmistettavat tuotteet ovat mattomaisia tai huopamaisia jousta- 2 via, muotonsa palauttavia tuotteita, joita voidaan käyttää esim. huonekaluissa. Tuotteet eivät siten ole muotonsa jatkuvasti säilyttäviä muotopuristeita.

Keksinnön tavoitteena on tuoda esiin menetelmä tukimateriaalia ja täytemateriaalia sisältävien muotopuristeiden varmistamiseksi ja muotopuriste, jotka mahdollis-5 tavat erityisesti uusien, toistaiseksi vielä laajassa mitassa hyödyntämättömien luonnonmateriaalien käyttämisen muotopuristeiden täytemateriaalina.

Keksinnön mukaiset tavoitteet saavutetaan menetelmällä ja muotopuristeella, joille on tunnusomaista, mitä on esitetty itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Keksinnön eräitä eduilisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

10 Keksinnön kohteena on menetelmä tukimateriaalia ja täytemateriaalia sisältävän muotopuristeen valmistamiseksi. Tukimateriaalina voidaan käyttää lukuisia erilaisia tarkoitukseen sopivia tekstiilikuituja, kuten luonnonkuituja, polyesteriä tai polypropeenia tai niiden seoksia. Täytemateriaali voi olla tarkoitukseen sopivaa riittävän hienojakoista luonnonmateriaalia. Edullisesti täytemateriaali on turvetta tai 15 selluloosakuitua. Menetelmässä valmistetaan ensin tukimateriaalista ja täytemateriaalista huopa. Tämä huopa lämmitetään kohotettuun lämpötilaan, jolloin tukimateriaali pehmenee muokkautuvaan muotoon. Kohotetussa lämpötilassa oleva huopa puristetaan haluttuun muotoon puristimella. Tukimateriaalin jäähtyessä se kovettuu uudestaan alkuperäiseen kovuuteensa, jolloin muotopuriste saa koossa-20 pysyvän muodon.

Huopa valmistetaan muodostamalla tukimateriaalista verkkomainen harso, annostelemalla harson päälle ohut kerros täytemateriaalia, laskostamalla harso kerros-cm maiseksi rakenteeksi ja sitomalla kerrosmaisen rakenteen päällekkäiset harsot ^ yhteen huovaksi. Edullisesti harso muodostetaan kuitumaisessa muodossa ole- ιό 25 vasta tukimateriaalista karstaustekniikalla. Päällekkäiset harsot voidaan sitoa yh-oo teen täytemateriaaliin sekoitettavalla liima-aineella ja/tai neulaamalla. Edullisesti C\l χ päällekkäiset harsot sidotaan yhteen lämpösidonnalla lämmittämällä kerrosmainen £ rakenne kohotettuun lämpötilaan, jolloin tukimateriaali pehmenee ja osittain sulaa [£ muodostaen kerrosmaista rakennetta koossapitävän tukimateriaaliverkon.

CD

LO

CD

§ 30 Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävä laitteisto tukimateriaalia ja täy-

C\J

temateriaalia sisältävän muotopuristeen valmistamiseksi käsittää karstauslaitteen kuitumaisessa muodossa olevan tukimateriaalin saattamiseksi harson muotoon, annostelulaitteen täytemateriaalin annostelemiseksi harson pinnalle ja laskosti- 3 men harson laskostamiseksi kerrosmaiseksi rakenteeksi. Laitteistossa on lisäksi lämmitysyksikkö päällekkäisistä harsoista rakentuvan kerrosmaisen rakenteen ja/tai tukimateriaalia ja täytemateriaalia sisältävän huovan lämmittämiseksi kohotettuun lämpötilaan. Laitteiston lämmitysyksikköä voidaan käyttää myös tukimate-5 riaalia ja täytemateriaalia sisältävästä seoksesta muotoillun patjan lämmittämiseen. Laitteistoon kuuluu lisäksi vielä puristin kohotetussa lämpötilassa olevan huovan muotopuristamiseksi. Edullisesti puristimessa on yläleuka ja alaleuka, jotka ovat siirrettävissä toisiaan kohti puristuspaineen kohdistamiseksi leukojen väliin asetettavaan huopaan.

10 Keksinnön etuna on, että se lisää erilaisten luonnonmateriaalien käyttömahdollisuuksia teollisten tuotteiden raaka-aineena, jolloin uusiutumattomia luonnonvaroja kuluu vähemmän.

Lisäksi keksinnön etuna on, että se mahdollistaa teollisten tuotteiden raaka-aineiden osittaisen korvaamisen halvemmilla luonnonmateriaaleilla, jolloin syntyy 15 säästöä tuotteiden valmistuskustannuksissa.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää esimerkinomaisesti erään keksinnön mukaisen menetelmän vaiheita kaaviokuvana ja 20 kuva 2 esittävää esimerkinomaisesti erästä keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävää laitteistoa kaaviokuvana.

C\l ^ Kuvassa 1 on esitetty yksinkertaisena kaaviokuvana erään keksinnön mukaisen g menetelmän eri vaiheet. Keksinnön mukaisessa menetelmässä kuitumaisessa i co muodossa olevasta tukimateriaalista 8 valmistetaan ensin karstaustekniikka käyt-

CM

x 25 tämällä ohut verkkomainen harso 10. Kattauksella tarkoitetaan tässä sinänsä

CC

tunnettua kuitumaisen materiaalin käsittelymenetelmää, jossa materiaali saateli taan harsomaiseen muotoon. Tukimateriaalina voidaan käyttää lukuisia erilaisia

CD

lo tarkoitukseen sopivia tekstiilikuituja, kuten erilaisia luonnonkuituja, polyesteriä, o polypropeenia tai niiden seoksia. Harson päälle annostellaan ohut kerros irtonai-

CM

30 sessa muodossa olevaa täytemateriaalia 12. Edullisesti täytemateriaali on turvetta, jauhettua kierrätyssellua tai jotain muuta edellä mainitun kaltaista hienojakoista materiaalia. Täytemateriaalina voidaan käyttää myös useista eri materiaaleista 4 koostuvaa seosta. Täytemateriaali täyttää verkkomaisen harson reiät ja muodostaa ohuen kerroksen harson päälle. Täytemateriaalin sekaan voidaan tarvittaessa lisätä myös liima-ainetta, joka sitoo täytemateriaalipartikkelit kiinni harsoon. Edullisesti liima-aine, täytemateriaali ja tukimateriaali ovat biohajoavia materiaaleja.

5 Harsomaisesta tukimateriaalista ja täytemateriaalista muodostetaan paksumpi rakenne laskostamalla, jolloin yksittäiset harso-osat asettuvat kerroksittain toistensa päälle. Näin syntyy kerrosmainen rakenne 13, jossa on päällekkäin useita tu-kimateriaaliharsoja ja näiden välissä täytemateriaalikerroksia. Kerrosmaisesta materiaalista muodostetaan mattomainen huopa 14 sitomalla päällekkäiset harsot ja 10 niiden välissä olevat täytemateriaalikerrokset yhteen. Sitominen voidaan tehdä täytemateriaalin yhteyteen järjestetyn liima-aineen avulla tai neulaamalia päällekkäiset harsot kiinni toisiinsa. Kerrosmaisen rakenteen ulkopinnoille voidaan tarvittaessa järjestää tukiharso (ei esitetty kuvissa). Edullisesti tukiharso on jotain tekstiilikuitua, kuten luonnonkuitua, polyesteriä, polypropeenia tai edellisten seosta.

15 Edullisesti päällekkäisten harsojen yhteensitominen tehdään lämpösidonnan avulla. Lämpösidonnassa kerrosmaisen rakenteen lämpötila nostetaan sellaiseksi, että harsomainen tukimateriaali pehmenee ja osittain sulaa. Kerrosmaisen rakenteen lämpötila voidaan nostaa halutulle tasolle esimerkiksi kuumailmapuhaltimilla. Sulaneet päällekkäiset tukimateriaaliharsot kiinnittyvät toisiinsa ja muodostavat 20 huovan sisään kolmiulotteisen verkkomaisen rakenteen, joka tarttuu kiinni ympäröivään täytemateriaaliin. Kun tukimateriaalina käytetään esimerkiksi polyesteriä, sopiva lämpökäsittelyn lämpötila on 150-170 °C.

Tukimateriaalista ja täytemateriaalista muodostuvasta huovasta 14 tehdään muo-w topuriste 16 kohdistamalla kohotetussa lämpötilassa olevaan huopaan sopiva pu- ^ 25 ristuspaine. Huopa, jonka tukimateriaali on lämpösidonnan jälkeen vielä sulassa g tai ainakin pehmenneessä, muovautuvassa muodossa, asetetaan puristimen 50 co yläleuan 52 ja alaleuan 54 väliin (kuva 2), ja leukoja siirretään toisiaan kohti, jolloin x huopaan kohdistuu haluttu puristuspaine. Huopa puristuu tällöin pienempään tila-

CC

vuuteen ja sen tiheys kasvaa. Huovan annetaan jäähtyä puristuksen alaisena. [C 30 Tukimateriaalin jäähtyessä se kovettuu, minkä jälkeen muotopuriste jää pysyvästi

CD

g puristettuun muotoonsa.

o o

CM

Edellä kuvatussa keksinnön mukaisen menetelmän suoritusmuodossa muotopu-ristus tehdään heti huovan valmistuksen jälkeen, jolloin tukimateriaali on vielä kohotetussa lämpötilassa. Muotopuristaminen voidaan tehdä kuitenkin myös myö- 5 hemrnin, jolloin huovan valmistamisen jälkeen materiaalin annetaan jäähtyä ympäröivän lämpötilan kanssa samalle tasolle. Muotopuristamista varten huopa lämmitetään uudelleen 70-180 °C:een lämpötilaan, jolloin tukimateriaali pehmenee helposti muovautuvaan muotoon. Tämän jälkeen huovalle tehdään muotopuristus 5 edellä kuvatulla tavalla. Tämän keksinnön mukaisen menetelmän erityisenä etuna on, että huopia voidaan valmistaa etukäteen varastoon ja varsinainen muotopuris-taminen voidaan tehdä myöhemmässä vaiheessa aina tarpeen mukaan. Tämä suoritusmuoto mahdollistaa myös huovan valmistamisen ja muotopuristamisen sijainniltaan eri tiloissa tai vaikka eri paikkakunnilla.

10 Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan valmistaa lukuisia erilaisia, eri käyttötarkoituksiin soveltuvia muotopuristeita käyttämällä puristimessa 50 pinnanmuodoltaan erilaisia ylä- ja alaleukoja. Kun ylä- ja alaleuat ovat pinnaltaan tasaisia, menetelmällä voidaan valmistaa levyjä, jotka soveltuvat esimerkiksi rakennus- ja huonekaluteollisuuden käyttöön. Levyyn voidaan muodostaa pintastruktuuri järjes-15 tämällä yläleuan ja/tai alaleuan pintaan sopiva kohokuviointi. Menetelmällä voidaan valmistaa myös muunlaisia kuin tasomaisia muotopuristeita järjestämällä ylä- ja alaleukaan sopivia syvennyksiä ja kohoumia. Esimerkiksi erilaiset kulho-maiset rakenteet, kaarevat rakenteet sekä levyt, joissa on useita levyn tasosta erkanevia syvennyksiä ja kohoumia, ovat mahdollisia. Tällaiset muotopuristeet 20 voivat olla esimerkiksi autoissa käytettäviä verhouspaneeleja ja hattuhyllyjä, erilaisia tuotepakkauksia, huonekaluja ja sisustuselementtejä tai niiden osia.

Muotopuristeen tiheys ja sitä kautta sen kovuus ja kestävyys säädetään halutulle tasolle yksinkertaisesti puristimen 50 puristuspaineen avulla. Edullisesti lopputuotteena saatavan levymäisen muotopuristeen tiheys voi vaihdella 15 kg/m3:n ja cm 25 2000 kg/m3:n välillä. Muotopuristeen lujuusominaisuuksiin voidaan vaikuttaa tuki- ^ materiaalin 8 ja täytemateriaalin 12 suhdetta muuttamalla. Menetelmällä saadaan g aikaan koossa pysyvä muotopuriste jo 5 %:n tukimateriaalimäärällä, jolloin tukima- co teriaalin ja täytemateriaalin seossuhde on painoprosentteina 5/95. Tällaisen muo- c\i x topuristeen mekaaninen kestävyys ei kuitenkaan ole kovin suuri. Kestävyyttä voi- £ 30 daan parantaa tukimateriaalin määrää lisäämällä. Suurimmillaan tukimateriaalin ja £ täytemateriaalin seossuhde voi olla jopa 98/2. Käytännön kokeissa on havaittu ίο hyvin toimiviksi ratkaisuiksi tukimateriaalin ja täytemateriaalin seokset, joissa o seossuhde on 20/80-70/30.

(M

6

Kuvassa 2 on esitetty esimerkinomaisesti periaatekuvana keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävä laitteisto. Keksinnön mukainen laitteisto käsittää kars-tauslaitteen 60 kuitumaisessa muodossa olevan tukimateriaalin 8 saattamiseksi harson 10 muotoon. Laitteistoon kuuluu lisäksi täytemateriaalin 12 annostelulaite 5 70, jonka avulla täytemateriaali levitetään ohueksi kerrokseksi harson 10 päälle, ja laskostin 80, jolla harso laskostetaan kerrosmaiseksi rakenteeksi 13. Kerrosmai-nen rakenne muutetaan huovaksi lämmitysyksikössä 90, jossa tapahtuu tukimateriaalin kuumentaminen sopivaan lämpötilaan. Lämmitysyksikkö voi olla uuni, jonka läpi kerrosmainen rakenne kulkee liukuhihnaa 40 pitkin, tai se voi olla liukuhihnan 10 osa, jonka yhteyteen on järjestetty lämmityspuhaltimia. Laitteistossa on vielä puristin 50, jolla tehdään kuumennetun huovan muotopuristus. Puristimessa on ylä-leuka 52 ja alaleuka 54, joiden muotoilun avulla muotopuristeelle 16 saadaan haluttu muoto. Puristin voi olla samassa yhteydessä muun laitteiston kanssa tai se voi sijaita erillään muusta laitteistosta.

15 Edellä on kuvattu eräitä keksinnön mukaisen menetelmän ja muotopuristeen edullisia suoritusmuotoja. Keksintö ei rajoitu juuri kuvattuihin ratkaisuihin, vaan keksinnöllistä ajatusta voidaan soveltaa lukuisilla tavoilla patenttivaatimusten asettamissa rajoissa.

CM

δ

CM

ιό o

CO

CM

X

cc

CL

LO

CD

LO

CD

O

O

CM

Claims (12)

1. 7 Patenttivaati mukset
2. 1. Menetelmä tukimateriaalia (8) ja täytemateriaalia (12) sisältävän muotopu-risteen (16) valmistamiseksi, jossa menetelmässä - valmistetaan tukimateriaalista (8) ja täytemateriaalista (12) huopa (14), 5. lämmitetään huopa (14) kohotettuun lämpötilaan, jossa tukimateriaali (8) peh menee muokkautuvaan muotoon, ja - puristetaan kohotetussa lämpötilassa oleva huopa (14) muotopuristeeksi (16) puristimella (50), tunnettu siitä, että huovan (14) valmistuksessa 10 - muodostetaan tukimateriaalista (8) verkkomainen harso (10), - annostellaan harson (10) päälle kerros täytemateriaalia (12), - laskostetaan harso (10) kerrosmaiseksi rakenteeksi (13) ja - sidotaan kerrosmaisen rakenteen päällekkäiset harsot (10) yhteen huovan (14) muodostamiseksi.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että harso (10) muodostetaan kuitumaisessa muodossa olevasta tukimateriaalista (8) kars-taustekniikalla.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päällekkäiset harsot (10) sidotaan yhteen täytemateriaaliin (12) sekoitettavalla lii- 20 ma-aineella ja/tai neulaamalla.
5. 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päällekkäiset harsot (10) sidotaan yhteen lämpösidonnalla lämmittämällä kerros-mainen rakenne (13) kohotettuun lämpötilaan, jolloin tukimateriaali (8) pehmenee (m ja osittain sulaa muodostaen kerrosmaista rakennetta koossapitävän tukimateriaa- o 25 liverkon. ih
6. 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ^ tukimateriaali (8) sisältää luonnon kuitumateriaalia, tekstiilikuituja, polyesteriä ja/tai | polypropeenia. LO £ 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että S 30 täytemateriaali (12) on kuitumaista tai hienojakoista luonnonmateriaalia. o (M
7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täytemateriaali (12) on turvetta tai selluloosakuitua. 8
8. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täytemateriaalina ja/tai tukimateriaalina käytetään biohajoavaa materiaalia.
9. 9. Tukimateriaalia (8) ja täytemateriaalia (12) sisältävä muotopuriste (16), joka on valmistettu puristamalla kohotetussa lämpötilassa oleva, tukimateriaalia 5 (8) ja täytemateriaalia (12) sisältävä huopa (14) haluttuun muotoon, tunnettu siitä, että mainittu huopa (14) on kerrosmainen rakenne (3), jossa on päällekkäin yhteen sidottuja, harson (10) muotoon järjestettyjä tukimateriaalikerroksia ja niiden väliin järjestettyjä, turvetta sisältäviä täytemateriaalikerroksia.
10. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen muotopuriste (16), tunnettu siitä, että 10 täytemateriaali (12) sisältää selluloosakuitua.
11. 11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen muotopuriste (16), tunnettu siitä, että tukimateriaali (8) sisältää luonnon kuitumateriaalia, tekstiilikuituja, polyesteriä ja/tai polypropeenia.
12. 12. Jonkin patenttivaatimuksen 9-11 mukainen muotopuriste (16), tunnettu 15 siitä, että tukimateriaali ja/tai täytemateriaali on biohajoavaa materiaalia. (M δ (M tn o i CO (M X en CL m h-· CD m CD o o (M 9