RU2143341C1 - Article manufactured of inorganic-filled material, method and device for its manufacture (modifications) - Google Patents
Article manufactured of inorganic-filled material, method and device for its manufacture (modifications) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2143341C1 RU2143341C1 RU95118717A RU95118717A RU2143341C1 RU 2143341 C1 RU2143341 C1 RU 2143341C1 RU 95118717 A RU95118717 A RU 95118717A RU 95118717 A RU95118717 A RU 95118717A RU 2143341 C1 RU2143341 C1 RU 2143341C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- product
- product according
- manufacturing
- sheet
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y02W90/11—
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам и устройствам для изготовления промышленных изделий, особенно материалов для контейнеров и упаковки, из гидравлически твердующих смесей и соединений с высоким неорганическим наполнением. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам и устройствам экономного массового производства разнообразных материалов с гидравлическим твердением или для контейнеров или упаковки с неорганическими наполнителями, которые в настоящее время производятся из таких материалов, как бумага, картон, пластмасса, полистирен, стекло или металл. Изделия согласно настоящему изобретению можно по выбору конструировать так, чтобы они были легки, гибки, недороги, водостойки, тонки, обладали изолирующими свойствами и не воздействовали на окружающую среду. The invention relates to methods and devices for the manufacture of industrial products, especially materials for containers and packaging, from hydraulically setting mixtures and compounds with high inorganic content. More specifically, the present invention relates to methods and devices for economical mass production of a variety of materials with hydraulic hardening or for containers or packaging with inorganic fillers, which are currently made from materials such as paper, cardboard, plastic, polystyrene, glass or metal. Products according to the present invention can optionally be designed so that they are light, flexible, inexpensive, waterproof, thin, have insulating properties and do not affect the environment.
Материалы для упаковки и контейнеры. Packaging materials and containers.
В настоящее время улучшенные методы обработки и упаковки позволяют сохранять, упаковывать или перевозить большое разнообразие жидких и твердых товаров, защищая их от вредных воздействий. Упаковка защищает товары от влияния окружающей среды, от повреждений при перевозках, в особенности от химических и физических воздействий и повреждений. Упаковка также является средством распространения информации для потребителя, такой как место производства, содержимое, реклама, инструкции, товарная марка, цена. Упаковка помогает защищать самые различные товары от газов, влаги, света, микроорганизмов, паразитов, физических ударов, дробящих нагрузок, вибрации, протечек или разливания. Кроме того, пищевые продукты или напитки могут продаваться с использованием конкретных упаковочных средств, таких как одноразовые стаканчики, тарелочки или коробочки, такие как "раковинки", часто используемые в пищевой промышленности для быстрого производства гамбургеров, сандвичей и салатов. Improved handling and packaging methods currently allow the storage, packaging or transport of a wide variety of liquid and solid products, protecting them from the harmful effects. Packaging protects goods from environmental influences, from damage during transport, in particular from chemical and physical influences and damage. Packaging is also a means of disseminating information to the consumer, such as the place of production, contents, advertising, instructions, trademark, price. Packaging helps protect a wide variety of products from gases, moisture, light, microorganisms, parasites, physical shock, crushing loads, vibration, leaks or spills. In addition, food or drinks can be sold using specific packaging materials, such as disposable cups, plates, or boxes, such as “shells,” which are often used in the food industry to quickly produce hamburgers, sandwiches, and salads.
Обычно большинство контейнеров и стаканчиков, включая одноразовые контейнеры, делается из бумаги, картона, пластмассы, полистирена, стекла и металла. Каждый год более ста миллиардов алюминиевых банок, миллиарды стеклянных бутылок и тысячи тонн бумаги и пластмассы используются для хранения и продажи напитков, соков, пива. Да и вне промышленности производства напитков упаковочные контейнеры и, особенно, одноразовые контейнеры, изготовленные из таких материалов, повсеместны. Typically, most containers and cups, including disposable containers, are made of paper, cardboard, plastic, polystyrene, glass and metal. Each year, more than one hundred billion aluminum cans, billions of glass bottles and thousands of tons of paper and plastic are used to store and sell drinks, juices, and beer. And outside the beverage industry, packaging containers and, especially, disposable containers made from such materials are ubiquitous.
Для того, чтобы сохранять некоторые изделия горячими, использовались контейнеры из полистирена. Хотя бумажные или покрытые пластмассой изделия могут быть снабжены специальными ручками, контейнеры из полистирена остались самыми лучшими одноразовыми контейнерами при необходимости изоляции из-за их способности к изоляции, стоимости и прочности. In order to keep some products hot, polystyrene containers were used. Although paper or plastic-coated products can be equipped with special handles, polystyrene containers have remained the best disposable containers when insulation is needed due to their insulation ability, cost and durability.
Несмотря на более недавние попытки уменьшить использование бумаги, картона, пластмассы, полистирена и металлов, их продолжают использовать из- за их стойкости и возможности массового производства. Более того, для каждого предназначенного использования такие материалы являются относительно недорогими, легкими, поддающимися формованию, прочными, долговечными и стойкими к разрушению при использовании. Despite more recent attempts to reduce the use of paper, paperboard, plastic, polystyrene and metals, they continue to be used because of their durability and the possibility of mass production. Moreover, for each intended use, such materials are relatively inexpensive, lightweight, moldable, strong, durable and resistant to destruction when used.
Воздействие бумаги, пластмассы, стекла и металлов. Exposure to paper, plastics, glass and metals.
Недавно произошли споры по поводу того, какие из этих материалов, например, бумага, картон, пластмассы, полистирен, стекло или металлические банки, оказывают самое вредное влияние на окружающую среду. Организации, занимающиеся защитой окружающей среды, убедили многих людей заменить один материал на другой, чтобы стать более "правильными" с точки зрения воздействия на окружающую среду. Эти споры часто просматривают то, что каждый из этих материалов имеет свои собственные слабости с точки зрения воздействия на окружающую среду. Один материал может показаться лучше другого в свете конкретных проблем окружающей среды при игнорировании других, часто более важных проблем, связанных, как полагают, с предпочтительным материалом. На самом деле, бумага, картон, пластмасса, полистирен, стекло и металлы имеют каждый по-своему свои слабости в отношении воздействия на окружающую среду. There has recently been a debate over which of these materials, such as paper, cardboard, plastics, polystyrenes, glass or metal cans, has the most environmental impact. Environmental organizations have convinced many people to replace one material with another in order to become more “right” in terms of environmental impact. These disputes often look at the fact that each of these materials has its own weaknesses in terms of environmental impact. One material may seem better than another in light of specific environmental problems while ignoring other, often more important, problems that are believed to be associated with the preferred material. In fact, paper, cardboard, plastic, polystyrene, glass and metals each have their own weaknesses in terms of environmental impact.
Например, хотя сам по себе полистирен является относительно инертным веществом, его изготовление предполагает использование самых разнообразных опасных химических и исходных материалов. Неполимеризованный стирен очень реактивен и потому представляет собой угрозу для здоровья тех, кто его обрабатывает Поскольку стирен производится из бензола, известного мутагена и, вероятно, канцерогена, результирующие качества бензола можно найти в стирене. Полистирен очень медленно разлагается и выброшенные контейнеры сохраняются долгое время. For example, although polystyrene itself is a relatively inert substance, its manufacture involves the use of a wide variety of hazardous chemical and starting materials. Unpolymerized styrene is very reactive and therefore poses a threat to the health of those who process it. Since styrene is made from benzene, a known mutagen and probably a carcinogen, the resulting qualities of benzene can be found in styrene. Polystyrene decomposes very slowly and discarded containers are stored for a long time.
Более потенциально опасным было использование хлорофторуглеродов или ХФУ в производстве "раздутых" или "расширенных" изделий из полистирена. Это потому что ХФУ связан с разрушением озонового слоя. Изготовление вспененных материалов, включая дутый полистирен, посредством ХФУ, которые являются чрезвычайно летучими жидкостями, использовалось для "расширения" или "раздутия" полистирена в пенообразный материал, который затем формовался в виде стаканчиков, тарелочек, подносов, коробочек, контейнеров - "ракушек", прокладок или упаковочных материалов. Даже замена на менее "вредящие окружающей среде" надуваемые вещества, например HCFC, CO2 и пентаны, все еще влечет за собой значительный вред и уничтожение этих веществ было бы благотворным.More potentially dangerous was the use of chlorofluorocarbons or CFCs in the production of "bloated" or "expanded" polystyrene products. This is because CFCs are associated with the destruction of the ozone layer. The manufacture of foamed materials, including blown polystyrene, using CFCs, which are extremely volatile liquids, was used to "expand" or "swell" the polystyrene into foamy material, which was then molded into cups, plates, trays, boxes, "shells" containers, gaskets or packaging materials. Even substituting for less "environmentally harmful" inflated substances, such as HCFC, CO 2 and pentanes, still entails significant harm and the destruction of these substances would be beneficial.
В свете этих проблем некоторые экологические группы одобрили временное возвращение к использованию натуральных продуктов, таких как бумага или древесина, которые считаются более способными к биологическому разложению. Тем не менее, другие экологические группы придерживались другого мнения для того чтобы свести к минимуму вырубку деревьев и опустошение лесов. In light of these concerns, some environmental groups have approved a temporary return to the use of natural products, such as paper or wood, which are considered more biodegradable. However, other environmental groups had a different opinion in order to minimize deforestation and deforestation.
Хотя бумажные изделия являются якобы биодеградирующими и не связаны с разрушением озонового слоя, последние исследования показали, что производство бумаги, возможно, сильнее влияет на экологию, чем производство полистирена. На самом деле древесное волокно и бумажная промышленность были определены как один из самых больших загрязнителей окружающей среды в США. Например, изделия из бумаги требуют в 10 раз больше пара, от 14 до 20 раз большего потребления электроэнергии и в 2 раза больше воды для охлаждения по сравнению с эквивалентным изделием из полистирена. Многочисленные исследования показали, что стоки от производства бумаги содержат от 10 до 100 больше загрязнителей, чем при производстве вспененного полистирена. Although paper products are supposedly biodegradable and are not associated with the destruction of the ozone layer, recent studies have shown that paper production may have a stronger environmental impact than polystyrene production. In fact, wood fiber and the paper industry have been identified as one of the largest environmental pollutants in the United States. For example, paper products require 10 times more steam, 14 to 20 times more power consumption and 2 times more water for cooling compared to an equivalent polystyrene product. Numerous studies have shown that effluents from paper production contain from 10 to 100 more pollutants than in the production of expanded polystyrene.
Кроме того, побочным продуктом производства бумаги является влияющий на окружающую среду диоксин, вредное токсичное вещество. Диоксин или более точно 2,3,7,8 - тетрахлородибензо (b,е) (1,4), это очень токсичное загрязняющее вещество и чрезвычайно опасно даже в очень малых количествах. Самый высокий уровень диоксина, позволенный в сточных водах бумажной фабрики, составляет приблизительно 0,5 частиц на триллион. Однако рыба, обнаруженная ниже по течению от бумажной фабрики, может содержать более 200 частиц на триллион диоксина, что сравнивается с 50 частицами на триллион, а это общеизвестно. In addition, dioxin, a harmful toxic substance, is an environmental by-product of paper production. Dioxin, or more precisely 2,3,7,8 - tetrachlorodibenzo (b, e) (1,4), is a very toxic pollutant and extremely dangerous even in very small quantities. The highest level of dioxin allowed in the wastewater of a paper mill is approximately 0.5 particles per trillion. However, fish found downstream of the paper mill may contain more than 200 particles per trillion dioxin, which compares to 50 particles per trillion, and this is well known.
Процесс производства металлических банок, особенно изготовленных из алюминия и олова, стеклянных бутылок и керамических контейнеров предполагает высокое энергопотребление из-за необходимости плавки и затем отдельной обработки и формования необработанного металла в промежуточное или конечное изделие. Эти повышенные требования к энергопотреблению и обработке не только вызывают использование ценных энергетических ресурсов, но и приводят к значительному загрязнению окружающей среды водой, воздухом и теплом. Более того, хотя стекло можно снова переработать, та часть, которая остается в земле, в принципе не биодеградируема. Разбитое стекло очень опасно и сохраняется годами. The production process for metal cans, especially those made of aluminum and tin, glass bottles and ceramic containers, involves high energy consumption due to the need to melt and then separately process and shape the raw metal into an intermediate or final product. These increased requirements for energy consumption and processing not only cause the use of valuable energy resources, but also lead to significant environmental pollution by water, air and heat. Moreover, although glass can be recycled again, the part that remains in the ground is, in principle, not biodegradable. Broken glass is very dangerous and persists for years.
Даже бумага или картон, которые многие считают биодеградируемыми, могут сохраняться годами, даже десятилетиями в сохраняемых местах, где они защищены от воздуха, света, воды, которые требуются для естественной биодеградации. Говорят, что телефонные книжки и газеты поднимались со свалки мусора, десятилетиями закопанного под землей. Эта долговечность бумаги объясняется тем, что обычно принято обрабатывать, покрывать или пропитывать бумагу различными защитными материалами, которые еще больше замедляют или предотвращают ее разложение. Even paper or cardboard, which many consider biodegradable, can be stored for years, even decades, in protected places where they are protected from air, light, water, which are required for natural biodegradation. It is said that telephone books and newspapers rose from a landfill that had been buried for decades under the ground. This durability of the paper is explained by the fact that it is customary to process, cover or impregnate the paper with various protective materials, which further slow down or prevent its decomposition.
Другая проблема, связанная с бумагой, картоном, полистиреном и пластмассами, состоит в том, что каждый из них требует применения относительно дорогих органических исходных материалов, некоторые из которых не восстанавливаются, например нефть при производстве полистирена и пластмасс. Хотя деревья, используемые для изготовления бумаги, картона, возобновляемы в точном смысле этого слова, их восстановление требует больших площадей и поэтому быстрое истребление лесов в некоторых регионах мира эту точку зрения опровергает. Поэтому использование больших количеств в принципе невосстанавливаемых исходных материалов при изготовлении одноразовых контейнеров нельзя поддержать и с точки зрения долгосрочной перспективы это неблагоразумно. Another problem associated with paper, cardboard, polystyrene and plastics is that each of them requires the use of relatively expensive organic starting materials, some of which are not recoverable, such as oil in the production of polystyrene and plastics. Although the trees used to make paper and cardboard are renewable in the exact sense of the word, their restoration requires large areas and therefore the rapid destruction of forests in some regions of the world refutes this point of view. Therefore, the use of large quantities in principle of non-renewable starting materials in the manufacture of disposable containers cannot be supported, and from a long-term perspective, this is unreasonable.
Кроме того, процесс, используемый для производства основного сырья для упаковочных материалов, таких как целлюлоза, стирен или металлические листы, очень энергоемок, вызывает большое загрязнение воды и воздуха, требует значительных инвестиций. In addition, the process used to produce basic raw materials for packaging materials, such as cellulose, styrenes or metal sheets, is very energy-intensive, causes great pollution of water and air, and requires significant investment.
В свете сказанного выше споры не должны быть направлены на то, какой из этих материалов является более или менее вредящим экологии, но на то, чтобы задать себе вопрос: можем ли мы отыскать или разработать альтернативный материал, который сможет разрешить большинство, если не все, экологические проблемы, связанные с использующимися в настоящее время материалами. In light of the foregoing, disputes should not be directed to which of these materials is more or less harmful to the environment, but to ask ourselves the question: can we find or develop alternative material that can be resolved by most, if not all, environmental issues associated with currently used materials.
Традиционные гидравлически твердеющие и наполненные неорганикой материалы. Traditional hydraulically hardening and inorganic-filled materials.
Человек долго пользовался такими, в принципе, неистощимыми неорганическими материалами как глина, природные минералы или камень, и это было тысячилетиями. Глина широко использовалась потому, что ее легко формовать в самые разные предметы, включая контейнеры, в широком смысле, черепицу и другие пригодные изделия. Однако к некоторым недостаткам глины относятся время твердения глины, необходимость обжига или спекания глины для достижения ее оптимальных прочностных качеств, ее, в основном, крупный, тяжелый и увесистый характер. Необожженная глина, в частности, имеет низкое сопротивление на разрыв и сильно бьется. Тем не менее, глину используют при производстве других материалов, таких как множество неистощимых и недорогих наполнителей, таких как бумага или картон. Однако из-за хрупкости и некогезионного характера глина при ее использовании в качестве наполнителя обычно не использовалась в количествах более чем приблизительно 20% по весу от основного бумажного материала. Man has long used such, in principle, inexhaustible inorganic materials as clay, natural minerals, or stone, and this has been millennia. Clay has been widely used because it is easy to mold into a wide variety of objects, including containers, in a broad sense, tiles and other suitable products. However, some disadvantages of clay include clay hardening time, the need to bake or sinter clay to achieve its optimum strength properties, its mainly large, heavy and weighty nature. Unburnt clay, in particular, has a low tensile strength and beats strongly. However, clay is used in the manufacture of other materials, such as a variety of inexhaustible and inexpensive fillers, such as paper or cardboard. However, due to the fragility and non-cohesive nature of the clay, when used as a filler, clay was not usually used in amounts of more than about 20% by weight of the base paper material.
Человек широко использовал камень при возведении зданий, изготовлении инструментов, контейнеров и других больших и громоздких предметов. Однако очевидный недостаток камня заключается в том, что он очень твердый, хрупкий и тяжелый, это ограничивает его использование использованием только в качестве больших, громоздких предметов с относительно большой массой. Тем не менее, более мелкий или раздробленный камень можно использовать как инертный материал при производстве других изделий, таких как гидравлически твердеющий или цементирующий материал. Man made extensive use of stone in the construction of buildings, in the manufacture of tools, containers, and other large and bulky objects. However, the obvious drawback of the stone is that it is very hard, brittle and heavy, which limits its use to use only as large, bulky objects with a relatively large mass. However, finer or crushed stone can be used as an inert material in the manufacture of other products, such as hydraulically hardening or cementitious material.
Гидравлически твердеющие материалы, например, содержащие гидравлический цемент или гипс, ниже "гидравлически твердеющие", "гидравлические" или "цементирующие" составы, материалы или смеси, использовались тысячи лет для создания пригодных, в основном больших, громоздких строений, долговечных, стойких и относительно недорогих. Hydraulically hardening materials, for example, containing hydraulic cement or gypsum, below “hydraulically hardening”, “hydraulic” or “cementing” compositions, materials or mixtures, have been used for thousands of years to create suitable, mostly large, bulky structures, durable, resistant and relatively inexpensive.
Например, цемент - это гидравлически твердеющий связующий материал, получаемый из глины и известняка, он не опустошаем и очень недорог по сравнению с обсуждаемыми выше материалами. Гидравлический цемент может смешиваться с водой и инертным материалом, например с измельченным камнем или галькой для получения бетона. Однако из-за высокой степени текучести, требуемой для обычных цементирующих смесей для обеспечения их работоспособности, использование бетона и других гидравлически твердеющих смесей, в основном, ограничивалось простыми формами, которые объемны, тяжелы и громоздки и требуют механических усилий для сохранения своей формы продолжительный период времени, т. е. до существенного твердения материала. Другой аспект ограничения традиционных цементирующих смесей или взвесей это то, что у них очень низкое или совсем отсутствует стабильность формы и они формуются в конечную форму путем разлива смеси в пространство, имеющее внешне поддерживаемые границы или стенки. For example, cement is a hydraulically hardening binder made from clay and limestone; it is not emptying and is very inexpensive compared to the materials discussed above. Hydraulic cement can be mixed with water and an inert material, such as crushed stone or pebbles to form concrete. However, due to the high degree of fluidity required for conventional cementitious mixtures to ensure their operability, the use of concrete and other hydraulically hardening mixtures was mainly limited to simple forms that are voluminous, heavy and bulky and require mechanical efforts to maintain their shape for a long period of time , i.e., until material hardens substantially. Another aspect of the limitation of traditional cementitious mixtures or suspensions is that they have very low or no form stability and are molded into the final form by pouring the mixture into a space having externally supported boundaries or walls.
Именно из-за этой неспособности к возможности формования, которая может быть результатом плохой работоспособности или/и плохой стабильной формы, в сочетании с низким сопротивлением разрыву на единицу веса, гидравлически твердеющие материалы традиционно использовались только в тех областях, где размеры и вес не являются ограничивающими факторами и где усилия или нагрузки, оказываемые на бетон, в основном ограничиваются усилиями сжатия, например, дороги, фундаменты и стены. It is because of this inability to form that can result from poor workability and / or poor stable shape, combined with low tensile strength per unit weight, hydraulically hardened materials have traditionally been used only in areas where dimensions and weight are not limiting factors and where the forces or loads exerted on concrete are mainly limited by compressive forces, for example, roads, foundations and walls.
Более того, гидравлически твердеющие материалы по всей исторической памяти были хрупкими, твердыми, неспособными к сгибанию и имеющими малую упругость, изгиб и сопротивление на изгиб. Хрупкость и отсутствие сопротивления нагрузкам, около 1-4 МПа, в бетоне повсеместно подтверждено тем, что бетон быстро дает трещины после небольшой усадки или изгиба в отличие от таких материалов, как металл, бумага, пластмасса или керамика. Moreover, hydraulically hardening materials throughout the historical memory were fragile, hard, incapable of bending and having low elasticity, bending and resistance to bending. The fragility and lack of resistance to loads, about 1-4 MPa, in concrete is universally confirmed by the fact that concrete quickly cracks after slight shrinkage or bending, in contrast to materials such as metal, paper, plastic or ceramic.
Следовательно, обычные цементирующие материалы были непригодны для изготовления небольших легких изделий, таких как контейнеры или тонкие листы, которые становятся лучше, если они изготовлены из материалов с большим сопротивлением разрыву и изгибу на единицу веса по сравнению с обычными гидравлически твердеющими материалами. Consequently, conventional cementitious materials were unsuitable for the manufacture of small lightweight products, such as containers or thin sheets, which are better if they are made of materials with high tensile and bending resistance per unit weight compared to conventional hydraulically hardening materials.
Другая проблема, связанная с традиционными и даже совсем недавно разработанными высокопрочными бетонами, состоит в том, что для бетона время выдержки после формования слитком продолжительно. Обычно изделия из бетона, образованные из текучих смесей, требуют времени отвердения от 10 до 24 часов до того, как бетон станет сам себя поддерживать и до месяца, пока бетон наберет свою максимальную прочность. Для того чтобы избежать образования трещин нужно много заботиться о перемещении гидравлически твердеющих изделий до того, когда произойдет их расформовка. Поскольку формы, используемые для формования гидравлически твердеющих предметов обычно неоднократно используются в производстве изделий из бетона и требуется значительное время для минимальной выдержки бетона, трудно было экономно и коммерчески выгодно организовывать массовое производство гидравлически твердеющих изделий. Another problem associated with traditional and even very recently developed high-strength concretes is that for concrete the exposure time after molding by ingot is long. Typically, concrete products formed from fluid mixtures require a hardening time of 10 to 24 hours before the concrete begins to support itself and up to a month until the concrete reaches its maximum strength. In order to avoid the formation of cracks, you need to take a lot of care about moving hydraulically hardening products before they break. Since the molds used to form hydraulically hardened objects are usually repeatedly used in the manufacture of concrete products and considerable time is required for minimum exposure of concrete, it was difficult to economically and commercially profitably organize mass production of hydraulically hardening products.
Хотя цемент и другие виды гидравлически твердеющих связующих материалов, как считается, придают значительную прочность, включая прочность на разрыв и особенно прочность на сжатие, в отношении к вышеописанным гидравлически твердеющим материалам такие связующие вещества оказались в слишком малом количестве, для того, чтобы воздействовать не столько как связующее вещество, сколько как нейтральный наполнитель. В результате были проведены исследования с целью определения того, что по необходимости ли используют гидравлически твердеющее связующее вещество или имеет место использование связующего вещества в достаточно небольших количествах, так, чтобы оно действовало в основном, как нейтральный материал, но с тем, чтобы была включена повышенная концентрация неорганического материала в сочетании с альтернативным связующим веществом. Although cement and other types of hydraulically hardening binders are believed to give significant strength, including tensile strength and especially compressive strength, such binders were found to be too small in relation to the above hydraulically hardening materials in order to act not so much as a binder, how much as a neutral filler. As a result, studies were conducted to determine whether, if necessary, a hydraulically hardening binder is used or if the binder is used in sufficiently small quantities so that it acts mainly as a neutral material, but so that increased the concentration of inorganic material in combination with an alternative binder.
Ниже материалы, в которых используется гидравлическое связующее вещество только в качестве нейтрального вещества, будут называться неорганически наполненными материалами. Изделия, изготовленные из таких материалов, скорее всего будут иметь те преимущества, что они более экономически выгодные изделия по сравнению с предыдущими разработками из бумаги, пластмассы и металлических материалов благодаря низкой стоимости, малого воздействия на экологию и наличия исходных материалов. Below, materials that use a hydraulic binder only as a neutral substance will be referred to as inorganically filled materials. Products made from such materials are likely to have the advantage that they are more cost-effective products compared to previous developments from paper, plastic and metal materials due to their low cost, low environmental impact and availability of raw materials.
Были предприняты некоторые попытки наполнить бумагу неорганическими материалами, такими как каолин или карбонат кальция, хотя существует ограничение, приблизительно 20-35% от объема, на количество неорганики, которая может включаться в состав этих продуктов. Кроме того, были попытки наполнить некоторые пластмассовые материалы глиной с целью увеличить способность изделия "дышать" и повысить способность упаковочных материалов сохранять свежими хранящиеся в них фрукты или овощи. Кроме того, неорганические материалы, как правило, добавляются к адгезивам и покрытиям, чтобы придать определенные цветовые или текстурные свойства отвердевшему изделию. Тем не менее, неорганические материалы содержат только долю всего материала, используемого для производства таких изделий и не составляют большинства упаковочной массы. Поскольку в высшей степени неорганически наполненные материалы, в принципе, содержат такие нейтральные экологически компоненты, как камень, песок, глина и вода, они были бы идеально пригодны с экологической точки зрения для замены бумаги, картона, пластмассы, полистирена или металлических материалов в качестве выбора для таких областей применения. Неорганические материалы также имеют большие преимущества по сравнению с синтетическими или высокопроцессными материалами с точки зрения себестоимости. Some attempts have been made to fill the paper with inorganic materials such as kaolin or calcium carbonate, although there is a restriction of approximately 20-35% of the volume to the amount of inorganic material that may be included in these products. In addition, there have been attempts to fill some plastic materials with clay in order to increase the ability of the product to “breathe” and increase the ability of packaging materials to keep fresh the fruits or vegetables stored in them. In addition, inorganic materials are typically added to adhesives and coatings in order to impart certain color or texture properties to the hardened product. However, inorganic materials contain only a fraction of the total material used to manufacture such products and do not constitute the majority of the packaging mass. Since highly inorganically filled materials, in principle, contain such neutral environmental components as stone, sand, clay and water, they would be ideally suited from an environmental point of view to replace paper, cardboard, plastic, polystyrene or metallic materials as a choice for such applications. Inorganic materials also have great advantages compared to synthetic or high-process materials in terms of cost.
Благодаря недавнему осознанию огромного воздействия на окружающую среду при использовании бумаги, картона, пластмассы, полистирена и металлов для самых разных одноразовых, в основном выбрасываемых, изделий, таких как печатные листы или изготовляемые из них контейнеры (не говоря уже о все нарастающем политическом давлении), появилась острая нужда (давно осознанная специалистами) найти экологически здоровые материалы-заменители. В частности, промышленность пыталась разработать гидравлически твердеющие и в высшей степени неорганически наполненные материалы для этих изделий с высоким объемом отходов. Thanks to the recent awareness of the enormous environmental impact of using paper, cardboard, plastic, polystyrene and metals for a wide variety of disposable, mostly discarded, items such as printed sheets or containers made from them (not to mention the increasing political pressure), there was an urgent need (long recognized by experts) to find environmentally friendly substitute materials. In particular, the industry tried to develop hydraulically hardening and highly inorganically filled materials for these products with a high volume of waste.
Несмотря на такое экономическое и экологическое давление, активные исследования и давно ощущаемую необходимость, просто не существовало технологии для экономного и реального производства гидравлически твердеющих и в высшей степени неорганически наполненных, связанных с органическими полимерами материалов, которые могли бы заменить бумагу, картон, пластики, полистирен или металлические листы или контейнеры, изготовляемые из них. Despite such economic and environmental pressures, intensive research, and a long-felt need, there simply did not exist a technology for the economical and real production of hydraulically hardening and highly inorganically filled materials associated with organic polymers that could replace paper, cardboard, plastics, polystyrenes or metal sheets or containers made from them.
Такие материалы не только делаются из неистощаемых компонентов, они не воздействуют на окружающую среду так сильно, как бумага, картон, пластмассы, полистирен, стекло или металл. Другое преимущество гидравлически твердеющих и других неорганических материалов состоит в том, что они намного дешевле бумаги, картона, пластмассы, полистирена или металлов. Such materials are not only made from inexhaustible components, they do not affect the environment as much as paper, cardboard, plastics, polystyrenes, glass or metal. Another advantage of hydraulically hardening and other inorganic materials is that they are much cheaper than paper, cardboard, plastic, polystyrene or metals.
Хотя бумагу, картон, пластмассу, полистирен, стекло и металлы можно сравнить по ценам друг с другом, они намного дороже обычных гидравлически твердеющих и в высшей степени неорганически заполненных материалов. Поскольку никакой рационально проводимый бизнес не сможет игнорировать экономические преимущества, которые будут по необходимости увеличиваться от замены бумаги, картона, пластиков, полистирена или металлов на значительно менее дорогие материалы, неспособность провести такую замену можно объяснить только бросающимся в глаза отсутствием современной технологии для производства такой замены. Although paper, cardboard, plastic, polystyrene, glass and metals can be compared at a price to each other, they are much more expensive than conventional hydraulically hardening and highly inorganically filled materials. Since no rationally conducted business will be able to ignore the economic advantages, which will necessarily increase from the replacement of paper, cardboard, plastics, polystyrene or metals with much less expensive materials, the inability to make such a replacement can be explained only by the striking lack of modern technology to produce such a replacement .
В свете вышеизложенного нужны именно новые материалы вместо бумаги, картона, пластмасс, полистирена, стекла или металлов, которые можно применять при изготовлении контейнеров и упаковочных материалов, применяемых при хранении, продаже и упаковке жидкостей и твердых веществ. Такие материалы представили бы собой значительный прогресс техники, если их можно было бы производить не полагаясь столь сильно на использование деревьев, нефти или других в принципе невозобновляемых или медленно возобновляемых ресурсов в качестве источника первичного исходного материала. In light of the above, it is precisely new materials that are needed instead of paper, cardboard, plastics, polystyrene, glass or metals, which can be used in the manufacture of containers and packaging materials used in the storage, sale and packaging of liquids and solids. Such materials would represent significant technological progress if they could be produced without relying so much on the use of trees, oil or other, in principle, non-renewable or slowly renewable resources as a source of primary source material.
В качестве предшествующего уровня техники может быть принято изобретение по US патенту 4445970, кл. D 21 F 11/00, 01.05.84 (1). Известное из (1) изделие из неорганически наполненного материала содержит неорганически наполненную структурную матрицу, образованную удалением значительного количества воды путем выпаривания из неорганически наполненной смеси, включающей воду, диспергируемое в воде органическое полимерное связующее, неорганический наполнитель (заполнитель) и волокнистый материал. Изделие по (1) может быть сформовано в виде листа. As prior art, the invention of US Pat. No. 4,445,970, cl. D 21
Известный способ (1) изготовления изделия из неорганически наполненного материала включает перемешивание диспергируемого в воде органического связующего, неорганического наполнителя (заполнителя), воды и волокнистого материала для образования формовочной смеси с однородно диспергированными в ней неорганическим заполнителем и волокнистым материалом, формование смеси с удалением значительной части воды. The known method (1) of manufacturing an article from an inorganically filled material involves mixing a water-dispersible organic binder, an inorganic filler (aggregate), water and fibrous material to form a molding mixture with inorganic aggregate and fibrous material uniformly dispersed in it, molding the mixture to remove a significant portion water.
Известное устройство (1) для изготовления изделий из неорганически наполненного материала содержит средство перемешивания, средство формования и средство сушки. The known device (1) for the manufacture of products from inorganically filled material contains a stirring means, a molding means and a drying means.
Известные изобретения отличаются от настоящего изобретения из-за разницы в технических приемах и операциях, которые состоят из следующего. Known inventions differ from the present invention because of the difference in techniques and operations, which consist of the following.
Обычно в известных решениях изготовления бумаги суспензия, в основном состоящая из воды - как правило на 99% - направляется на проволочное сито с тем, чтобы дать воде стечь или рассосаться через сито во время начала процесса изготовления бумаги под названием "мокрый остаток". Поскольку из бумажной суспензии удаляется основное количество воды большая часть веществ, растворенных в воде, и многие частицы, достаточно мелкие, для того чтобы пройти через отверстия проволочного сита, в том числе большая часть минеральных наполнителей, вымываются вместе с водой. Из-за определенных физических свойств ткани или переплетения или наложения волокон одного на другое существует естественный предел количеству минерального наполнителя, который можно примешивать при применении известных процессов изготовления бумаги. Для увеличения количества минерального наполнителя, загружаемого при известных процессах изготовления бумаги, некоторые технические приемы основаны на добавлении состава наполнителя к бумажной суспензии. В добавляемый состав наполнителя входят частицы минерального наполнителя, сцепленные с волокнами с помощью связующего вещества. Обычно минеральный наполнитель в таких смесях прочно связан или сцеплен с поверхностью волокон в противоположность тому, что обычно они бывают взвешены в воде или однородно диспергированы по всей смеси наполнителя. Большая часть минерального наполнителя, которая не связана с волокнами, похоже, может проходить сквозь сито во время процесса изготовления бумаги под названием "мокрый остаток". В обычных способах изготовления бумаги не указывается, как обрабатывать смеси со сравнительно низким содержанием воды, которым не требуется дренаж или обезвоживание. Эти известные технические приемы не указывают ни как непосредственно формовать смесь для формирования нужного изделия, ни говорят о подготовке и обработке формуемой смеси с компонентами, которые фактически однородно диспергированы в ней. Typically, in known papermaking solutions, a slurry mainly consisting of water - typically 99% - is sent to a wire sieve in order to allow water to drain or dissolve through a sieve during the start of the paper making process called "wet residue". Since the bulk of the water is removed from the paper suspension, most of the substances dissolved in the water, and many particles that are small enough to pass through the openings of the wire sieve, including most of the mineral fillers, are washed with the water. Due to the specific physical properties of the fabric or the weaving or overlapping of fibers from one to another, there is a natural limit to the amount of mineral filler that can be mixed using known paper making processes. To increase the amount of mineral filler loaded in known paper-making processes, some techniques are based on adding a filler composition to the paper slurry. The filler composition to be added includes mineral filler particles adhered to the fibers with a binder. Typically, the mineral filler in such mixtures is firmly bonded or bonded to the surface of the fibers, in contrast to the fact that they are usually suspended in water or uniformly dispersed throughout the filler mixture. Most of the mineral filler, which is not bonded to the fibers, seems to be able to pass through a sieve during the paper making process called "wet residue". Conventional papermaking methods do not indicate how to process mixtures with a relatively low water content that do not require drainage or dehydration. These well-known techniques do not indicate how to directly mold the mixture to form the desired product, nor do they talk about the preparation and processing of the moldable mixture with components that are actually uniformly dispersed in it.
Было бы значительным шагом вперед в технике создать соединения, способы и устройства, позволяющие получать гидравлически твердеющие и неорганически наполненные производственные изделия, имеющие свойства, аналогичные бумаге, картону, полистирену, пластмассе или металлам. Еще было бы огромным шагом вперед в технике, если бы такие изделия можно было бы производить с использованием тех же самых или сходных производственных аппаратов и методов, которые в настоящее время используются для получения изделий из бумаги, картона, полистирена, пластмассы или металлических листов. It would be a significant step forward in technology to create compounds, methods and devices that allow to obtain hydraulically hardening and inorganically filled production products having properties similar to paper, cardboard, polystyrene, plastic or metals. It would also be a huge step forward in technology if such products could be manufactured using the same or similar production apparatus and methods that are currently used to produce products from paper, cardboard, polystyrene, plastic or metal sheets.
Было бы еще важным шагом вперед в технике, если бы такие гидравлически твердеющие и неорганически наполненные изделия не приводили к генерированию отходов, связанных с производством бумаги, картона, пластмассы, полистирена или металлов. Кроме того, было бы значительным шагом вперед в технике, если бы такие изделия легко разлагались бы в вещества, которые обычно находятся в земле. It would be an important step forward in technology if such hydraulically hardening and inorganically filled products did not lead to the generation of waste associated with the production of paper, cardboard, plastic, polystyrene or metals. In addition, it would be a significant step forward in technology if such products were easily decomposed into substances that are usually found in the ground.
С практической точки зрения было бы значительным прогрессом, если бы такие соединения и способы позволили производить контейнеры и упаковочные материалы с себестоимостью, сравнимой и даже ниже себестоимости производства контейнеров и упаковочных материалов из существующих материалов. Конкретно, было бы желательно снизить требования к энергопотреблению и начальные капитальные вложения для получения продуктов с использованием существующих материалов. From a practical point of view, it would be significant progress if such compounds and methods would allow the production of containers and packaging materials with a cost comparable to or even lower than the cost of producing containers and packaging materials from existing materials. Specifically, it would be desirable to reduce energy requirements and initial capital investments to obtain products using existing materials.
С перспективы производства было бы значительным прогрессом создать гидравлически твердеющие и неорганически заполненные материалы и способы массового производства из них изделий, в особенности контейнеров и упаковочных материалов, которые можно было бы быстро формовать и существенно высушить за несколько минут с начала процесса изготовления. From the perspective of production, it would be significant progress to create hydraulically hardening and inorganically filled materials and methods for mass production of products from them, especially containers and packaging materials, which could be quickly formed and substantially dried in a few minutes from the start of the manufacturing process.
Такие материалы, способы и устройства, используемые для изготовления производственных изделий, включая упаковочные материалы и контейнеры, описаны и заявлены здесь. Such materials, methods and devices used for the manufacture of manufacturing products, including packaging materials and containers, are described and claimed here.
Настоящее изобретение относится к новым способам и устройствам изготовления производственных изделий из гидравлически твердеющих и неорганически наполненных материалов (ниже коллективно называемых "способные к формованию материалы, смеси или соединения"). Было обнаружено, что легкие, прочные и экологически совместимые (и при желании гибкие или изолирующие) изделия, такие как контейнеры и упаковочные материалы, можно легко и недорого производить массово из способных к формованию материалов, включая гидравлически твердеющие или неорганические связующие вещества, посредством новаторских процессов, разработанных с помощью материаловедения и микроструктурной техники. The present invention relates to new methods and devices for manufacturing industrial products from hydraulically hardening and inorganically filled materials (collectively referred to below as “moldable materials, mixtures or compounds”). It has been found that lightweight, durable, and environmentally compatible (and optionally flexible or insulating) products, such as containers and packaging materials, can be easily and inexpensively mass produced from formable materials, including hydraulically settable or inorganic binders, through innovative processes developed using materials science and microstructural technology.
Подходы материаловедения и микроструктурной техники настоящего изобретения позволяют встраивать в микроструктуру способных к формованию соединений настоящего изобретения желаемые физические характеристики и свойства, одновременно принимая во внимание себестоимость и другие затруднения, связанные с крупными производственными системами. При этом преодолены многие проблемы, которые исторически ограничивали использование большинства способных к формованию материалов. The materials science and microstructural techniques of the present invention allow the desired physical characteristics and properties to be incorporated into the microstructure of the formable compounds of the present invention, while taking into account cost and other difficulties associated with large manufacturing systems. At the same time, many problems that historically limited the use of most molding materials were overcome.
Как будет более подробно обсуждено ниже, подходы материаловедения и микроструктурной техники, применяемые вместо традиционного подхода методом проб и ошибок и методом перемешивания и испытания, конкретно позволяют конструировать способные к формованию материалы со свойствами высокой прочности на разрыв и на изгиб, с высокой изоляцией, малыми весами, низкой себестоимостью и малым воздействием на окружающую среду, которые требуются от изделий, включая контейнеры и упаковочные материалы. Управление конструированием способных к формованию соединений на микроструктурном уровне явилось частично следствием обнаружения того, что во время образования объекта либо (а) реологические свойства соединения должны быть химически видоизменены, чтобы получить способность к формованию и быструю стабильность формы, либо (б) концентрация воды в соединении должна быть снижена при обработке или путем добавления энергии. As will be discussed in more detail below, the approaches of materials science and microstructural technology, used instead of the traditional approach by trial and error and the method of mixing and testing, specifically allow the construction of formable materials with high tensile and bending properties, high insulation, low weights , low cost and low environmental impact that are required from products, including containers and packaging materials. The management of the design of formable compounds at the microstructural level was partly a consequence of the discovery that during the formation of the object, either (a) the rheological properties of the compound must be chemically modified in order to obtain molding ability and rapid mold stability, or (b) the concentration of water in the compound should be reduced by processing or by adding energy.
Результатом является способность массово производить в коммерчески реальных масштабах самые разнообразные контейнеры или другие изделия (включая многие одноразового использования) из способных к формованию материалов с себестоимостью, обычно конкурентоспособной себестоимости и во многих случаях ниже себестоимости, связанной с другими материалами. Основные компоненты в рамках способных к формованию материалов настоящего изобретения включают в себя гидравлически твердеющее связующее вещество (как цемент или гипс), органическое связующее вещество (полисахарид, протеин или синтетические органические материалы), заполнители (как перлит, песок, стекло, силика, вермикулит, глина, слюда и даже изделия из отходов бетона), волокна (обычно древесные или растительные), воду и добавки, такие как диспергенты и ускорители схватывания. The result is the ability to mass produce on a commercially real scale a wide variety of containers or other products (including many single-use items) from moldable materials with a cost price, usually competitive cost, and in many cases lower than the cost associated with other materials. The main components in the moldable materials of the present invention include a hydraulically settable binder (like cement or gypsum), an organic binder (polysaccharide, protein or synthetic organic materials), aggregates (like perlite, sand, glass, silica, vermiculite, clay, mica, and even concrete waste products), fibers (usually wood or vegetable), water, and additives such as dispersants and setting accelerators.
К числу способных к формованию материалов относятся как гидравлически твердеющие материалы, так и в высшей степени неорганически наполненные материалы. Хотя эти два вида материалов могут содержать одни и те же компоненты, смеси отличаются по концентрации и по функции некоторых компонентов. Capable of forming materials include both hydraulically hardening materials and highly inorganically filled materials. Although these two types of materials may contain the same components, mixtures differ in concentration and in function of some components.
К числу гидравлически твердеющих материалов относится гидравлически твердеющее связующее вещество и вода, к которым могут селективно добавляться такие компоненты, как заполнители, волокна, диспергенты и модифицирующие реологические свойства вещества для видоизменения свойств смеси. Гидравлически твердеющее связующее вещество действует как первичное связующее вещество для выбранных компонентов. Hydraulically settable materials include a hydraulically settable binder and water, to which components such as fillers, fibers, dispersants and rheological modifying agents can be selectively added to modify the properties of the mixture. Hydraulically hardening binder acts as the primary binder for the selected components.
В гидравлически твердеющем материале органические компоненты, такие как волокна на основе целлюлозы или/и модифицирующие реологические свойства вещества, составят малую долю общей массы материала, используемого для изготовления изделий. Все вместе органические компоненты обычно составляют менее 30% по объему незатвердевшей гидравлически твердеющей смеси; предпочтительно эта доля будет менее чем приблизительно 15% от объема. In a hydraulically hardening material, organic components, such as cellulose-based fibers and / or modifying the rheological properties of the substance, will constitute a small fraction of the total mass of the material used to manufacture the products. Collectively, organic components typically comprise less than 30% by volume of an uncured hydraulically settable mixture; preferably, this proportion will be less than about 15% of the volume.
В противоположность этому в высшей степени неорганически наполненные материалы содержат смесь диспергируемого водой органического связующего вещества (аналогичного веществам, используемым в качестве модифицирующих реологические свойства агентов внутри гидравлически твердеющей смеси), воды, волокон и неорганических заполнителей, имеющих концентрацию в диапазоне от приблизительно 40% до приблизительно 98% по объему от общего объема твердых веществ в смеси. К этой смеси можно селективно добавить другие компоненты, такие как органические заполнители, диспергенты и гидравлически твердеющие связующие вещества. В неорганически наполненных материалах органическое связующее вещество действует в качестве первичного связующего вещества, тогда как гидравлически твердеющее связующее вещество обычно добавляется (если добавляется вообще) в меньших количествах для того чтобы действовать как неорганические наполнители и вступать в реакцию с некоторым количеством воды. Конечно, смесь, имеющая количество связующего как гидравлически твердеющего связующего вещества, так и органического связующего вещества может соответствовать определениям как "гидравлически твердеющей смеси", так и "неорганически наполненной смеси". Различие между ними часто относится только к степени. In contrast, highly inorganically filled materials contain a mixture of a water-dispersible organic binder (similar to substances used as rheology-modifying agents inside a hydraulically hardening mixture), water, fibers and inorganic aggregates having a concentration in the range of from about 40% to about 98% by volume of the total solids in the mixture. Other components, such as organic aggregates, dispersants, and hydraulically settable binders, can be selectively added to this mixture. In inorganically filled materials, the organic binder acts as the primary binder, while the hydraulically settable binder is usually added (if at all) in smaller amounts in order to act as inorganic fillers and react with some water. Of course, a mixture having an amount of a binder of both a hydraulically settable binder and an organic binder can meet the definitions of both a “hydraulically settable mixture” and an “inorganically filled mixture”. The difference between them often refers only to degree.
Для того чтобы спроектировать требуемые конкретные функциональные свойства, "встраивая" их в формовочную смесь или/и отвердевшую структурную матрицу для конкретного изделия, в формовочную смесь можно включить самые разные добавки, такие как модифицирующие реологические свойства вещества или органические связующие вещества, диспергенты, один или несколько материалов-заполнителей, волокна, воздухововлекающие вещества, раздувающие вещества или химически активные металлы. Вид и количество любой добавки будет зависеть от желаемых свойств или рабочих критериев как формовочной смеси, так и конечного изготовленного из нее затвердевшего изделия. In order to design the required specific functional properties by “embedding” them in the molding mixture and / or the hardened structural matrix for a particular product, a wide variety of additives can be included in the molding mixture, such as rheological modifying substances or organic binders, dispersants, one or several aggregate materials, fibers, air entraining agents, blowing agents or chemically active metals. The type and quantity of any additive will depend on the desired properties or working criteria of both the molding sand and the final hardened product made from it.
Органические связующие вещества - это просто полимеры, которые при добавлении в воду в определенных условиях образуют длинные цепочки, которые переплетаются и захватывают компоненты смеси. Когда вода удаляется из смеси, эти длинные цепочки твердеют и связывают структурную матрицу. Благодаря природе этих органических связующих веществ они также модифицируют реологические свойства соединения. Organic binders are simply polymers that, when added to water under certain conditions, form long chains that intertwine and capture the components of the mixture. When water is removed from the mixture, these long chains harden and bind the structural matrix. Due to the nature of these organic binders, they also modify the rheological properties of the compound.
Используемые в этом описании и прилагаемой формуле изобретения понятия "органическое связующее вещество" и "модифицирующее реологические свойства вещество" являются синонимами. Является ли органический материал связующим веществом или же прежде всего влияет на реологические свойства зависит от степени и концентрации. В меньших количествах органический материал прежде всего воздействует на реологические свойства. Если добавляется больше "модифицирующего реологические свойства вещества", его способность помогать связывать вместе частицы увеличивается и оно справедливо может называться "органическим связующим веществом", хотя оно также влияет на реологические свойства. Used in this description and the attached claims, the concepts of "organic binder" and "modifying the rheological properties of the substance" are synonymous. Whether organic material is a binder or, first of all, affects the rheological properties depends on the degree and concentration. In smaller quantities, organic material primarily affects rheological properties. If more “modifying the rheological properties of the substance” is added, its ability to help bind particles together increases and it can rightly be called an “organic binder”, although it also affects the rheological properties.
Органические связующие вещества или модифицирующие реологические свойства вещества могут добавляться, чтобы повышать силу когезии, "пластмассоподобное" поведение и способность смеси сохранять форму при формовании или штамповке выдавливанием. Они действуют как загустители и увеличивают предел текучести формовочной смеси, а это величина усилия, необходимая для деформации смеси. Это создает высокую прочность сырой формовочной смеси в отформованном или выдавленном изделии. К числу подходящих модифицирующих реологические свойства веществ относятся различные материалы на основе целлюлозы, крахмала и протеинов (которые обычно высоко полярны), и все они помогают связать вместе отдельные частицы. Organic binders or rheological modifying agents can be added to increase cohesion, “plastic-like” behavior and the ability of the mixture to maintain shape when formed or extruded. They act as thickeners and increase the yield strength of the moldable mixture, and this is the amount of force required to deform the mixture. This creates a high strength raw sand in the molded or extruded product. Suitable materials that modify the rheological properties include various materials based on cellulose, starch and proteins (which are usually highly polar) and all of them help to bind the individual particles together.
С другой стороны, диспергенты помогают уменьшать вязкость и предел текучести смеси путем диспергирования отдельных заполнителей и связывания частиц. Это позволяет использовать меньше воды, одновременно сохраняя адекватные уровни работоспособности. К числу диспергентов относится любой материал, который может адсорбироваться на поверхности частиц или заполнителей гидравлически твердеющего связующего вещества и который помогает диспергировать частицы, обычно создавая заряженную область на поверхности частицы или в ближнем двойном коллоидном слое. On the other hand, dispersants help to reduce the viscosity and yield strength of the mixture by dispersing the individual aggregates and binding of the particles. This allows less water to be used while maintaining adequate levels of performance. Dispersants include any material that can be adsorbed on the surface of particles or aggregates of a hydraulically hardening binder and which helps disperse particles, usually creating a charged region on the surface of the particle or in the near double colloidal layer.
Может быть предпочтительным включать один или несколько материалов-заполнителей в формовочную смесь, чтобы увеличить массу и снизить себестоимость смеси. Заполнители часто придают значительную прочность и улучшают работоспособность. Один пример такого заполнителя - это обычный песок или глина, которые полностью экологически безопасны, чрезвычайно недороги и в принципе неистощимы. It may be preferable to include one or more aggregate materials in the moldable mixture in order to increase the weight and reduce the cost of the mixture. Aggregates often give significant strength and improve performance. One example of such a filler is ordinary sand or clay, which is completely environmentally friendly, extremely inexpensive and, in principle, inexhaustible.
В других случаях легкие наполнители могут добавляться, чтобы дать более легкий и часто более изолирующий конечный продукт. Примерами легких наполнителей являются перлит, вермикулит, полые стеклянные сферы, аэрогель, ксерогель, пемза и другие легкие, камнеподобные материалы. Эти заполнители являются аналогичным образом экологически нейтральны и относительно недороги. In other cases, lightweight fillers may be added to give a lighter and often more insulating final product. Examples of lightweight fillers are perlite, vermiculite, hollow glass spheres, airgel, xerogel, pumice and other light, stone-like materials. These aggregates are likewise environmentally neutral and relatively inexpensive.
В формовочные смеси можно добавлять волокна, чтобы повысить прочность на сжатие, на разрыв, на изгиб и силу когезии влажного материала, а также сделанных из них отвердевших изделий. В том случае, когда изделие сделано из листа, образованного из смеси, включение волокон позволит сворачивать, надрубать или складывать лист, придавая ему желаемую форму изделия. Желательно, чтобы волокно имело высокое сопротивление раздиранию и прорыву (т.е. высокую прочность на разрыв), и его примеры это манильская пенька, южная сосна, лен, багас (волокно сахарного тростника), хлопок и конопля. Волокна с высокой аспектной пропорцией лучше всего придают прочность и жесткость формовочному материалу. Fibers can be added to the molding compounds to increase compressive, tensile, bending and cohesive strengths of the wet material, as well as hardened products made from them. In the case when the product is made of a sheet formed from a mixture, the inclusion of fibers will allow you to fold, cut or fold the sheet, giving it the desired shape of the product. It is desirable that the fiber has a high tear and breakout resistance (i.e., high tensile strength), and its examples are Manila hemp, southern pine, flax, bagas (sugarcane fiber), cotton and hemp. Fibers with a high aspect ratio best give strength and rigidity to the molding material.
Одним из значительных аспектов настоящего изобретения является то, что изделия согласно изобретению можно изготовлять экономично и в массовых объемах. One of the significant aspects of the present invention is that the products according to the invention can be manufactured economically and in bulk.
Описываемые здесь изделия не предназначены для ручного производства со скоростью несколько штук за какое-то время, а предназначены для производства сотнями, тысячами или десятками тысяч штук в час. Создание новых материалов, которые можно быстро обработать таким способом (то есть аналогично бумаге, пластмассе или металлам), является результатом использования одного из следующих подходов в течение производственного процесса: (а) химического модифицирования формовочной смеси (например, добавлением модифицирующего реологические свойства вещества) для придания смеси способности к обработке и затем быстрой стабильности формы, или (б) уменьшения нормы содержания воды во время процесса формования (например, добавлением энергии в виде тепла или давления). Применение этих принципов станет легко понятным из рассмотрения следующих способов производства. The products described here are not intended for manual production at a speed of several pieces for some time, but are intended for production by hundreds, thousands or tens of thousands of pieces per hour. The creation of new materials that can be quickly processed in this way (i.e., similarly to paper, plastic or metals) is the result of using one of the following approaches during the manufacturing process: (a) chemical modification of the moldable mixture (for example, by adding a rheology-modifying substance) to giving the mixture the ability to process and then quickly form stability, or (b) reducing the water content during the molding process (for example, by adding energy in the form of t heat or pressure). The application of these principles will become readily apparent from consideration of the following production methods.
Существует несколько этапов и способов производства изделия согласно настоящему изобретению. Первый этап, универсальный для всех способов, это приготовление формовочной смеси. Смесь готовится путем соединения желаемого связующего вещества и воды с выбранными материалами, такими как модифицирующее реологические свойства вещество, диспергент, заполнители и волокна, для создания смеси, имеющей желаемые реологические свойства, а также характеристики предела прочности, веса, изоляции и низкой себестоимости. Компоненты обычно комбинируются при перемешивании с большим сдвигающим усилием, однако при перемешивании с малым сдвигающим усилием часто добавляются хрупкие или легкие заполнители для предотвращения измельчения заполнителя. There are several steps and methods for manufacturing an article according to the present invention. The first stage, universal for all methods, is the preparation of the molding sand. The mixture is prepared by combining the desired binder and water with selected materials, such as a rheological modifier, dispersant, fillers and fibers, to create a mixture having the desired rheological properties, as well as characteristics of tensile strength, weight, insulation and low cost. The components are usually combined with high shear mixing while mixing, but brittle or lightweight aggregates are often added when mixing with low shear to prevent grinding of the aggregate.
Второй этап - это формование или придание смеси желаемой формы изделия. The second stage is the molding or giving the mixture the desired shape of the product.
К числу предпочтительных процессов относятся прессование в пресс-формах, инжекционное прессование, формование с дутьем, джиггерное формование, формование влажных листов, формование сухих листов и т.п. Процесс прессования в пресс-формах (матрицах) включает в себя размещение смеси между подвижным штампом и неподвижным штампом (матрицей) с взаимодополняющими формами. Затем штампы сопрягаются, чтобы отформовать смесь по форме штампов. При инжекционном прессовании смесь впрыскивается под высоким давлением в закрытую матрицу, тем самым образуя форму, соответствующую форме матрицы. Когда смесь обретает стабильность формы, матрица открывается и изделие вынимается для сушки. Preferred processes include compression molding, injection molding, blow molding, jig molding, wet sheet molding, dry sheet molding, and the like. The process of pressing in molds (dies) involves placing the mixture between a movable die and a fixed die (die) with complementary forms. Then the dies are mated to form the mixture in the form of dies. In injection molding, the mixture is injected under high pressure into a closed die, thereby forming a shape corresponding to the shape of the die. When the mixture becomes stable in shape, the matrix opens and the product is taken out for drying.
Существуют два типа формования с дутьем: литье под давлением с дутьем и формование вытеснением с дутьем. При литье под давлением с дутьем смесь размещается на сердечнике литейного стержня, который затем помещается в закрытую матрицу. Затем через сердечник литейного стержня продувается воздух, чтобы расширить смесь, прижимая ее к стенкам матрицы, что образует желаемое изделие. Формование вытеснением с дутьем осуществляется путем вытеснения смеси в виде трубы, которая закреплена между двумя половинами матрицы. Затем в трубу вставляется пробойник для дутья, через который проходит воздух, расширяя смесь в направлении стенок матрицы до достижения желаемой формы изделия. There are two types of blow molding: injection molding with blow and injection molding with blow. In injection molding with blasting, the mixture is placed on the core of the foundry core, which is then placed in a closed die. Then, air is blown through the core of the casting rod to expand the mixture, pressing it against the walls of the matrix, which forms the desired product. Extrusion molding with blasting is carried out by displacing the mixture in the form of a pipe, which is fixed between the two halves of the matrix. Then, a blast punch is inserted into the pipe, through which air passes, expanding the mixture in the direction of the matrix walls to achieve the desired shape of the product.
Джиггерное формование аналогично формованию глины, при котором используется гончарный станок. Процесс требует применения вращающегося шпинделя, на который помещается матрица с открытым зевом. Некоторое количество смеси помещается на дно вращающейся матрицы. Затем используется вращающаяся роликовая головка для прессования смеси к боковым стенкам матрицы, что формует смесь в желаемое изделие. Когда смесь отформована, избыточный материал удаляется с края матрицы и изделию дают возможность обрести стабильность формы. Jig molding is similar to clay molding using a pottery machine. The process requires the use of a rotating spindle on which an open-jaw matrix is placed. A certain amount of the mixture is placed at the bottom of the rotating matrix. Then a rotating roller head is used to compress the mixture to the side walls of the matrix, which forms the mixture into the desired product. When the mixture is molded, excess material is removed from the edge of the matrix and the product is allowed to gain shape stability.
Формование влажных листов и формование сухих листов сходны тем, что сначала смесь формуется в лист. Формовочная смесь с желаемыми характеристиками (приготовленная согласно описанной выше процедуре) вытесняется через матрицу, например шприц-машину типа ожер или поршневого типа, образуя относительно тонкие листы заранее определенной толщины. В одном примере реализации в ожере создается вакуум, чтобы удалить избыточный воздух из смеси. Forming wet sheets and forming dry sheets is similar in that the mixture is first molded into a sheet. A moldable mixture with the desired characteristics (prepared according to the procedure described above) is forced out through a die, for example a syringe-type machine, a necklace or a piston type, forming relatively thin sheets of predetermined thickness. In one embodiment, a vacuum is created in the neck to remove excess air from the mixture.
Затем вытесненные листы "прокатываются" путем пропускания их между набором обжимающих роликов, чтобы получить листы более однородной толщины и с более гладкой поверхностью. В некоторых случаях может быть предпочтительным пропустить листы через ряды наборов роликов, имеющих все меньшие расстояния между наборами роликов, чтобы получить прокатанный лист, чья толщина постепенно уменьшается. Then the extruded sheets are “rolled” by passing them between a set of compression rollers to obtain sheets of a more uniform thickness and with a smoother surface. In some cases, it may be preferable to pass the sheets through rows of sets of rollers having ever smaller distances between the sets of rollers in order to obtain a rolled sheet whose thickness is gradually decreasing.
Кроме того, путем использования пары роликов, имеющих различные ориентации в направлении "Z" (или по нормали к поверхности листа), например при использовании плоского ролика в паре с коническим роликом, некоторое процентное содержание волокон можно сориентировать в направлении "X" (или по ширине). Таким образом можно изготовить лист, имеющий двунаправленно ориентированные волокна. Считается, что это происходит потому, что конический ролик может расширить лист в направлении "X". Листы, имеющие двунаправленно выровненные волокна, позволяют получать изделия с более однородной прочностью. In addition, by using a pair of rollers having different orientations in the "Z" direction (or normal to the surface of the sheet), for example when using a flat roller paired with a conical roller, a certain percentage of fibers can be oriented in the "X" direction (or width). In this way, a sheet having bi-directionally oriented fibers can be made. It is believed that this is because the tapered roller can expand the sheet in the "X" direction. Sheets having bi-directionally aligned fibers allow for products with more uniform strength.
При процессе с влажным листом часть листа затем формуется в желаемую форму контейнера или изделия. Предпочтительно это осуществляется путем прессования листа между подвижным штампом желаемой формы и неподвижным штампом, конфигурация которого в принципе взаимодополняет форму подвижного штампа. К числу альтернативных типов штампов относятся разъемные пресс-формы и штампы с последовательными операциями. Изделия можно также формовать с применением в отношении листов одного или многих методов вакуумного формования. In a wet sheet process, a portion of the sheet is then molded into the desired shape of the container or article. This is preferably done by pressing a sheet between a movable die of the desired shape and a stationary die, the configuration of which in principle complements the shape of the movable die. Alternate types of dies include split molds and dies with sequential operations. Products can also be molded using one or more vacuum forming methods for sheets.
В процессе с сухим листом влажный лист, описанный выше, последовательно пропускается над нагретыми сушильными роликами для преобразования листа в сухой листовой продукт, похожий на бумажный лист. Кроме того, лист при желании можно пропустить между уплотняющими роликами, когда он находится еще в слегка увлажненном состоянии, чтобы исключить нежелаемые пустоты внутри структурной матрицы, повысить адгезию волокон, уменьшить пористость или/и повысить гладкость поверхности. Тщательно контролируя содержание воды, можно обеспечить, чтобы уплотняющие ролики только сжимали и повышали плотность листа, не удлиняя его более. In the dry sheet process, the wet sheet described above is sequentially passed over heated drying rollers to convert the sheet into a dry sheet product similar to a paper sheet. In addition, the sheet can optionally be passed between the sealing rollers when it is still in a slightly moistened state in order to eliminate undesirable voids inside the structural matrix, increase fiber adhesion, reduce porosity and / or increase surface smoothness. By carefully controlling the water content, it can be ensured that the sealing rollers only compress and increase the density of the sheet without lengthening it further.
При желании лист может быть надрублен, продольно разрезан или перфорирован будучи в слегка увлажненном или даже в сухом состоянии, чтобы создать линию внутри структурной матрицы, по которой затем лист можно навесить на петлях или согнуть. При желании лист можно пропустить через набор рифленых роликов, чтобы получить рифленый лист или/и картон. If desired, the sheet can be chipped, cut longitudinally or perforated while being slightly moistened or even in a dry state to create a line inside the structural matrix, along which the sheet can then be hinged or bent. If desired, the sheet can be passed through a set of corrugated rollers to obtain a corrugated sheet and / or cardboard.
Когда сухой лист отформован, его затем можно оформить в желаемое изделие посредством ряда способов, хорошо известных в бумажной промышленности. Такие способы включают в себя фальцовку, свертывание, волновую обмотку, формование, сборку и формирование мешочков. When the dry sheet is molded, it can then be formed into the desired product by a number of methods well known in the paper industry. Such methods include folding, folding, wave winding, molding, assembly and bag formation.
Чтобы экономично производить изделия, оформленное изделие должно быстро обрести стабильность формы. В одном примере реализации формующий аппарат, включая штампы, матрицы и ролики, нагревается до заранее определенной температуры, чтобы быстро высушить поверхность изделия, создавая изделие со стабильной формой. In order to economically produce products, a designed product must quickly gain shape stability. In one embodiment, the forming apparatus, including dies, dies, and rollers, is heated to a predetermined temperature to quickly dry the surface of the product, creating a product with a stable shape.
Нагревание формовочного аппарата также образует паровой барьер, который минимизирует прилипание изделия к формовочному аппарату. Можно также использовать дополнительные способы, такие как охлаждение формовочного аппарата или добавление негидратирующей жидкости в смеси, которая быстро испаряется, чтобы быстро придать стабильность формы изделиям. Еще другие способы, используемые для придания стабильности формы, включают в себя добавление полугидрата гипса, карбонатных источников, ускорителей, метилцеллюлозы и крахмала к смеси или ограничение количества воды в смеси. The heating of the molding apparatus also forms a vapor barrier that minimizes the adhesion of the article to the molding apparatus. You can also use additional methods, such as cooling the molding apparatus or adding a non-hydrating liquid to the mixture, which quickly evaporates to quickly give shape stability to the products. Still other methods used to give shape stability include adding gypsum hemihydrate, carbonate sources, accelerators, methyl cellulose and starch to the mixture or limiting the amount of water in the mixture.
Когда изделия обрели достаточную стабильность формы, их можно убрать из штампов. Удаление из штампов обычно осуществляется путем "воздуховейера" или ссасывания изделий из матрицы. Воздух может продуваться между отформованными изделиями и штампами, чтобы помочь удалению. В качестве альтернативы можно использовать различные шаблоны или кольца-съемники для удаления изделий из матрицы. When the products have gained sufficient mold stability, they can be removed from the dies. Removing from the dies is usually done by "air fan" or by suctioning the products from the matrix. Air may be blown between molded parts and dies to aid removal. Alternatively, you can use various templates or ring pullers to remove products from the matrix.
Наконец, изделия пропускаются через сушильный аппарат, чтобы выгнать дополнительное количество воды изнутри изделия, что повышает прочность и улучшает стабильность формы изделия. Тепло, прилагаемое сушильным аппаратом, также повышает степень гидратации гидравлического цемента и высушки органического связующего вещества. Когда изделие приобрело достаточную прочность, изделие можно упаковывать и отправлять. Finally, the products are passed through a drying apparatus to expel additional water from the inside of the product, which increases strength and improves the stability of the shape of the product. The heat applied by the dryer also increases the degree of hydration of the hydraulic cement and the drying of the organic binder. When the product has acquired sufficient strength, the product can be packaged and shipped.
До, во время или после любого из описанных процессов формования на поверхность в принципе высохшего листа или изделия могут наноситься покрытия по ряду причин, например, чтобы сделать изделие более водонепроницаемым, более гибким или придать ему более глянцевую поверхность. Before, during, or after any of the described molding processes, a surface of a generally dried sheet or article may be coated for a number of reasons, for example, to make the article more waterproof, more flexible, or to give it a more glossy surface.
Покрытия на основе таких материалов, как соевое масло и метоцел, сами по себе или в сочетании с полиэтиленгликолем, могут налагаться на поверхность, чтобы постоянно размягчить лист или изделие, или петлю внутри изделия. Coatings based on materials such as soybean oil and metocel, alone or in combination with polyethylene glycol, can be applied to the surface to constantly soften the sheet or article, or the loop inside the article.
Эластомерные, пластмассовые или бумажные покрытия могут помочь в сохранении целостности складки или петли (если они используются), независимо от того, раскалывается ли или нет лежащая внизу затвердевшая структурная матрица после сгиба в месте петли. Может также быть желательным напечатать или сделать тиснение на листах или изделиях в виде значков, логотипов или другого печатного материала. Elastomeric, plastic or paper coatings can help maintain the integrity of the crease or hinge (if used), regardless of whether or not the hardened structural matrix below is cracked after being folded in the loop. It may also be desirable to print or emboss on sheets or products in the form of badges, logos or other printed material.
К числу дополнительных примеров осуществления настоящего изобретения относится добавление воздушных полостей в материал для придания изделиям изолирующих свойств. Эти воздушные полости создаются путем включения газа посредством различных способов в гидравлически твердеющие смеси - причем один способ - это механическое включение воздушных пустот во время процесса перемешивания, а другой способ - это включение газа, который химически генерируется на месте внутри гидравлической пасты. Further exemplary embodiments of the present invention include the addition of air cavities to the material to impart insulating properties to the articles. These air cavities are created by incorporating gas through various methods into hydraulically hardening mixtures - one method being the mechanical inclusion of air voids during the mixing process, and the other method is the inclusion of gas, which is chemically generated locally inside the hydraulic paste.
Соединение согласно настоящему изобретению можно варьировать, чтобы получать изделия принципиально разного характера. Например, можно изготавливать очень легкие продукты (аналогичные полистиреновой пене) с жесткими стенками. Для удобства этот первый тип продукта иногда называется здесь "пенообразным" продуктом. The compound according to the present invention can be varied to obtain products of a fundamentally different nature. For example, very light products (similar to polystyrene foam) with rigid walls can be made. For convenience, this first type of product is sometimes referred to herein as a “foamy” product.
В качестве альтернативы, согласно настоящему изобретению можно изготовлять изделия, имеющие вид скорее гончарных или керамических изделий. Однако изделия настоящего изобретения гораздо легче, т.к., обычно имеют массовый удельный вес менее приблизительно 1,5, тогда как гончарные или керамические изделия обычно имеют массовый удельный вес 2 или более. Этот второй вид продукта согласно настоящему изобретению иногда называется здесь "глинообразным" продуктом, потому что это формовочный материал с нулевой осадкой, со стабильной формой, который имеет, однако, чудесные свойства для обработки. Alternatively, according to the present invention, it is possible to manufacture products that look more like pottery or ceramic products. However, the products of the present invention are much lighter, because they usually have a mass specific gravity of less than about 1.5, while pottery or ceramic products usually have a mass specific gravity of 2 or more. This second type of product according to the present invention is sometimes referred to herein as a “clay” product, because it is a molding material with zero sludge, with a stable shape, which, however, has wonderful processing properties.
Как пенообразный, так и глинообразный материал можно сначала отформовать в лист (или в непрерывный рулон), который затем штампуется, прессуется, надрубается, фальцуется или сворачивается в форму желаемого контейнера или другого промышленного изделия. Этот третий вид продукта будет называться "листообразным" продуктом, который будет более всего похож на бумагу или картон и займет их место во многих промышленных изделиях. Both foam and clay material can first be molded into a sheet (or into a continuous roll), which is then stamped, pressed, chipped, folded or folded into the shape of a desired container or other industrial product. This third type of product will be called a “leaf-shaped” product, which will be most similar to paper or cardboard and will take their place in many industrial products.
Ключевой особенностью конструирования с использованием микроструктурной техники согласно настоящему изобретению является оптимизация с точки зрения материаловедения каждого желаемого свойства (включая минимизацию себестоимости). Только благодаря уникальной микроструктурной технике настоящего изобретения формовочные смеси, включая гидравлически твердеющие и неорганически наполненные смеси, можно формовать в тонкостенный, сложный, легковесный продукт, такой как контейнер для пищевых продуктов и напитков, и который все же сохраняет свою форму без внешней поддержки во время сырого состояния до проведения этапа твердения. A key design feature using the microstructural technique of the present invention is the optimization in terms of material science of each desired property (including minimizing cost). Only thanks to the unique microstructural technique of the present invention, molding compounds, including hydraulically hardening and inorganically filled mixtures, can be molded into a thin-walled, complex, lightweight product, such as a food and beverage container, but which still retains its shape without external support during wet state before the hardening stage.
Действительно, экономическая реальность массового производства изделий, таких как контейнеры для пищевых продуктов и напитков, из способных к формованию материалов возможна только потому, что смесь является самонесущей в сыром состоянии и будет сохранять свое отформованное состояние на протяжении всего процесса твердения или сушки. Indeed, the economic reality of mass production of products, such as containers for food and drinks, from materials capable of molding is possible only because the mixture is self-supporting in a wet state and will retain its molded state throughout the hardening or drying process.
Кроме того, важно, что соединения согласно настоящему изобретению обеспечивают создание смесей, которые быстро достигают достаточно высокую прочность на разрыв и на сжатие, так что отформованные контейнеры и другие изделия можно обрабатывать и манипулировать ими с использованием традиционных средств. In addition, it is important that the compounds of the present invention provide mixtures that quickly achieve a sufficiently high tensile and compressive strength, so that molded containers and other products can be processed and manipulated using conventional means.
Исходя из вышеизложенного, одной из целей настоящего изобретения является создание улучшенных соединений, способов и устройств для производства гидравлически твердеющих и неорганически наполненных промышленных изделий, которые в настоящее время образуются из, например, бумаги, картона, полистирена, пластмассы или металлов. Based on the foregoing, one of the objectives of the present invention is to provide improved compounds, methods and devices for the production of hydraulically hardening and inorganically filled industrial products, which are currently formed from, for example, paper, cardboard, polystyrene, plastic or metals.
Другой целью и особенностью настоящего изобретения является создание соединений, способов и устройств, которые позволяют получать гидравлически твердеющие и неорганически наполненные изделия, имеющие свойства, аналогичные свойствам бумаги, картона, полистирена, пластмассы или металлов. Another objective and feature of the present invention is the creation of compounds, methods and devices that allow you to get hydraulically hardening and inorganically filled products having properties similar to those of paper, cardboard, polystyrene, plastic or metals.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание формовочных смесей, которые можно формовать в самые разнообразные изделия, используя тот же самый или сходный производственный аппарат и методы, которые в настоящее время используются для образования таких предметов, например, из бумаги, картона, пластмассы, полистирена или металлов. Another objective of the present invention is to provide molding compounds that can be molded into a wide variety of products using the same or similar manufacturing apparatus and methods that are currently used to form such items, for example, from paper, cardboard, plastic, polystyrene or metals.
Еще одной целью и особенностью настоящего изобретения является создание соединений, способов и устройств для изготовления изделий из формовочных смесей, которые не приводят к образованию отходов, связанных с производством материалов из бумаги, пластмассы, полистирена или металлов. Another objective and feature of the present invention is the creation of compounds, methods and devices for the manufacture of products from molding sand, which do not lead to the formation of waste associated with the production of materials from paper, plastic, polystyrene or metals.
Еще одной целью и особенностью является то, что изделия легко разлагаются на вещества, которые нетоксичны и обычно встречаются в земле. Another goal and feature is that the products are easily decomposed into substances that are non-toxic and are usually found in the ground.
Другой целью настоящего изобретения является создание соединений, способов и устройств, которые позволяют производство изделий с себестоимостью, сравнимой с себестоимостью существующих способов изготовления изделий из существующих материалов или даже с более низкой себестоимостью. Another objective of the present invention is to provide compounds, methods and devices that allow the production of products with a cost comparable to the cost of existing methods of manufacturing products from existing materials or even lower cost.
Еще одной целью и особенностью настоящего изобретения является создание способов и устройств для производства, которые менее энергоемки, сохраняют ценные природные ресурсы и требуют более низких начальных капитальных вложений по сравнению со способами и устройствами, используемыми в изготовлении изделий из существующих материалов. Another objective and feature of the present invention is the creation of methods and devices for production that are less energy intensive, conserve valuable natural resources and require lower initial capital investments compared to methods and devices used in the manufacture of products from existing materials.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание соединений, содержащих меньше воды, которую нужно удалить во время процесса производства (по сравнению с производством бумаги) для того, чтобы сократить время обработки и снизить начальные капиталовложения в оборудование. Another objective of the present invention is to provide compounds containing less water, which must be removed during the manufacturing process (compared to paper production) in order to reduce processing time and reduce the initial investment in equipment.
Наконец, дополнительной целью и особенностью настоящего изобретения является создание соединений, способов и устройств для массового производства изделий из формовочных смесей, которые можно быстро формовать и основательно высушивать в течение минут от начала производственного процесса. Finally, an additional goal and feature of the present invention is the creation of compounds, methods and devices for mass production of products from molding sand, which can be quickly molded and thoroughly dried within minutes from the start of the production process.
Эти и другие цели и особенности настоящего изобретения станут более очевидными из нижеследующего описания и прилагаемой формулы изобретения или же о них можно узнать, используя изобретение на практике. These and other objects and features of the present invention will become more apparent from the following description and appended claims, or they can be learned using the invention in practice.
Для того чтобы можно было понять, каким образом достигаются перечисленные выше и другие преимущества и цели изобретения, более конкретное описание изобретения, кратко охарактеризованное выше, будет представлено со ссылками на конкретные примеры осуществления изобретения, которые иллюстрируются прилагаемыми чертежами. С пониманием того, что эти чертежи описывают только типичные примеры осуществления изобретения и потому не могут считаться ограничивающими его рамки, теперь изобретение будет описано с дополнительной конкретностью и подробностью путем использования сопроводительных чертежей. In order to understand how the above and other advantages and objectives of the invention are achieved, a more specific description of the invention, briefly described above, will be presented with reference to specific embodiments of the invention, which are illustrated by the accompanying drawings. With the understanding that these drawings describe only typical embodiments of the invention and therefore cannot be considered as limiting its scope, the invention will now be described with further specificity and detail by using the accompanying drawings.
Фиг. 1 - это общий вид устройства, используемого для приготовления формовочных смесей по настоящему изобретению, включая мешалку и двойной экструдер типа "ожер". FIG. 1 is a general view of the apparatus used to prepare the molding sand of the present invention, including a stirrer and a double neck extruder.
Фиг. 2 - это схематический вид подвижного и неподвижного штампов, используемых в процессе прессования. FIG. 2 is a schematic view of the movable and stationary dies used in the pressing process.
Фиг. 2А - это поперечное сечение разъемной пресс-формы. FIG. 2A is a cross-sectional view of a split mold.
Фиг. 2Б - это поперечное сечение штампа с последовательными операциями. FIG. 2B is a cross section of a stamp with sequential operations.
Фиг. 3 - это схематический вид подвижного и неподвижного штампов, частично сочлененных для образования зазора. FIG. 3 is a schematic view of a movable and fixed dies, partially articulated to form a gap.
Фиг. 4 - это поперечное сечение двухстадийного инжектора. FIG. 4 is a cross section of a two-stage injector.
Фиг. 5 - это поперечное сечение возвратно-поступательного винтового инжектора. FIG. 5 is a cross section of a reciprocating screw injector.
Фиг. 6 - это схематический вид смеси, которую размещают между подвижным штампом и неподвижным штампом. FIG. 6 is a schematic view of a mixture that is placed between a movable die and a stationary die.
Фиг. 7А-Б - это схематический вид шаблона, который используется для размещения формовочной смеси. FIG. 7A-B is a schematic view of a template that is used to accommodate a moldable mixture.
Фиг. 8 - это поперечное сечение инжекционной формовочной матрицы. FIG. 8 is a cross-sectional view of an injection mold.
Фиг. 9 - это схематический вид трех стадий, используемых в инжекционном прессовании с дутьем (литье под давлением с дутьем). FIG. 9 is a schematic view of three stages used in injection molding with blasting (injection molding with blasting).
Фиг. 10А-Е показывают стадии обработки при формовании вытеснением с дутьем. FIG. 10A-E show the processing steps during blow molding.
Фиг. 11А-Г показывают стадии обработки при джиггеринге. FIG. 11A-D show jigging processing steps.
Фиг. 12 - это общий вид двух предпочтительных устройств, используемых при изготовлении листов в процессе формования влажных листов, включая мешалку, двойной экструдер типа "ожер", головку матрицы и ряд обжимающих роликов. FIG. 12 is a perspective view of two preferred devices used in the manufacture of sheets during wet sheet forming, including a stirrer, a double extruder of the “neck” type, a die head, and a series of compression rollers.
Фиг. 13 - это поперечное сечение пары обжимающих роликов. FIG. 13 is a cross section of a pair of crimping rollers.
Фиг. 14 - это схематический вид подвижного штампа и неподвижного штампов, используемых при формовании влажного листа в изготавливаемое изделие. FIG. 14 is a schematic view of a movable die and a fixed die used in forming a wet sheet into a manufactured product.
Фиг. 15А-Б - это поперечное сечение матриц, используемых в процессе штамповки "обойного материала". FIG. 15A-B is a cross-section of matrices used in the stamping process of “wallpaper material”.
Фиг. 16А-Б - это поперечное сечение матриц, используемых в прямой вакуумной штамповке. FIG. 16A-B is a cross-section of matrices used in direct vacuum stamping.
Фиг. 17 - это поперечное сечение матриц, используемых в вакуумной штамповке "обойного материала". FIG. 17 is a cross-sectional view of the matrices used in the vacuum stamping of “wallpaper material”.
Фиг. 18А-Б - это поперечное сечение матриц, используемых в вакуумной штамповке с обжимкой назад. FIG. 18A-B is a cross-sectional view of dies used in vacuum stamping with backward crimping.
Фиг. 19А-Б - это поперечное сечение матриц, используемых в вакуумной штамповке типа "большая волна/воздушное скольжение". FIG. 19A-B is a cross-sectional view of matrices used in large wave / air slip vacuum stamping.
Фиг. 20А-Б - это поперечное сечение матриц, используемых в вакуумной штамповке типа "большая волна/обойный материал". FIG. 20A-B is a cross-sectional view of matrices used in large wave / wallpaper type vacuum stamping.
Фиг. 21А-Б - это поперечное сечение матриц, используемых в вакуумной штамповке с использованием калибра-пробки. FIG. 21A-B is a cross-sectional view of dies used in vacuum stamping using a plug gauge.
Фиг. 22А-В - это поперечное сечение матриц, используемых в штамповке типа "большая волна/с помощью калибра-пробки/с обжимкой назад". FIG. 22A-B is a cross-sectional view of the matrices used in stamping of the “big wave” type / with the help of a gauge plug / with backward crimping ”.
Фиг. 23А-В - это поперечное сечение матриц, используемых в штамповке двойного листа. FIG. 23A-B is a cross-section of matrices used in double sheet stamping.
Фиг. 24 - это общий вид устройства, используемого для производства листов в процессе штамповки сухих листов, включая мешалку, шприц-машину, обжимающие ролики, нагревающие ролики, уплотняющие ролики, твердые ролики, мягкие ролики и бобину. FIG. 24 is a general view of the apparatus used to produce sheets during the stamping process of dry sheets, including a stirrer, syringe machine, crimping rollers, heating rollers, sealing rollers, hard rollers, soft rollers and reel.
Фиг. 25 - это поперечное сечение листа, пропускаемого между парой уплотняющих роликов. FIG. 25 is a cross section of a sheet passed between a pair of sealing rollers.
Фиг. 26 - это лист, проходящий над твердым и мягким роликами. FIG. 26 is a sheet extending over hard and soft rollers.
Фиг. 27 показывает лист, пропускаемый между рифлеными роликами. FIG. 27 shows a sheet passed between grooved rollers.
Фиг. 28 - это вид в перспективе листа, который продольно разрезают ножом с лезвием. FIG. 28 is a perspective view of a sheet that is cut longitudinally with a knife and blade.
Фиг. 29 - это вид в перспективе листа, который продольно разрезают с использованием режущего ролика непрерывного штампа. FIG. 29 is a perspective view of a sheet that is longitudinally cut using a continuous die cutting roller.
Фиг. 30 -это вид в перспективе того, как надрубка впрессовывается в лист штампом для рифления. FIG. 30 is a perspective view of how a notch is pressed into a sheet with a corrugation stamp.
Фиг. 31 - это вид в перспективе того, как лист перфорируется с помощью перфорирующего резака. FIG. 31 is a perspective view of how a sheet is perforated with a perforating cutter.
Фиг. 32А - это вид в перспективе картонной заготовки с уплотненным концом. FIG. 32A is a perspective view of a cardboard blank with a sealed end.
Фиг. 32Б - это вид в перспективе промежуточной оболочки картона с уплотненным концом. FIG. 32B is a perspective view of an intermediate cardboard shell with a sealed end.
Фиг. 32В - это вид в перспективе картонки с уплотненным концом. FIG. 32B is a perspective view of a cardboard with a sealed end.
Фиг. 33А - это вид в перспективе заготовки чашки. FIG. 33A is a perspective view of a cup blank.
Фиг. 33Б - это вид чашки в перспективе. FIG. 33B is a perspective view of a cup.
Фиг. 34 - это схематический вид автоматизированного аппарата, образующего чашки. FIG. 34 is a schematic view of an automated apparatus forming cups.
Настоящее изобретение относится к новым гидравлически твердеющим и неорганически наполненным материалам, способам и устройствам для производства промышленных изделий. Гидравлически твердеющие и неорганически наполненные материалы, ранее описанные как способные к формованию материалы, можно в общем случае описать как многокомпонентные, многомасштабные, укрепленные волокном микрокомпозиты. Путем тщательного включения самых разных материалов, имеющих дискретные, но синергично связанные свойства, можно создавать микрокомпозиты, имеющие замечательные свойства в смысле прочности, твердости, экологической безопасности, возможности массового производства и низкой себестоимости. Один важный аспект состоит в том, чтобы путем тщательного выбора размеров частиц заполнителя получить в высшей степени однородный материал. The present invention relates to new hydraulically hardening and inorganically filled materials, methods and devices for the production of industrial products. Hydraulically hardening and inorganically filled materials, previously described as formable materials, can generally be described as multicomponent, multiscale, fiber-reinforced microcomposites. By carefully incorporating a wide variety of materials that have discrete but synergistically related properties, it is possible to create microcomposites that have remarkable properties in terms of strength, hardness, environmental safety, the possibility of mass production and low cost. One important aspect is that by carefully selecting the size of the aggregate particles, a highly uniform material is obtained.
В частности, материалы, включающие в себя гидравлически твердеющее связующее вещество, органическое связующее вещество, волокна (органические и неорганические), заполнители (органические и неорганические) и различные другие компоненты, можно формовать в промышленные изделия, включая контейнеры и упаковочные материалы, которые традиционно производились из таких материалов, как металл, пластмасса, стекло и бумага. Новые материалы или смеси настоящего изобретения можно сконструировать так, чтобы они имели свойства традиционных материалов, однако одновременно обладали улучшенными свойствами в смысле экологической нейтральности при производстве и реализации и были менее дорогими. Как будет обсуждено подробнее, изделия согласно настоящему изобретению можно изготовлять разными способами, такими как вытеснение, прокатка, прессование, формование и их комбинации. In particular, materials including hydraulically settable binder, organic binder, fibers (organic and inorganic), aggregates (organic and inorganic) and various other components can be molded into industrial products, including containers and packaging materials that have traditionally been manufactured from materials such as metal, plastic, glass and paper. The new materials or mixtures of the present invention can be designed so that they have the properties of traditional materials, but at the same time they have improved properties in the sense of environmental neutrality in production and sales and are less expensive. As will be discussed in more detail, the products according to the present invention can be manufactured in various ways, such as extrusion, rolling, pressing, molding and combinations thereof.
Конструирование методами микроструктурной техники. Design by microstructural techniques.
Как упоминалось выше, соединения, используемые для изготовления изделий согласно настоящему изобретению, были разработаны из перспективы микроструктурной техники с тем, чтобы "встроить" в микроструктуру способного к формованию материала определенные желаемые, заранее определенные свойства, одновременно осознавая вопросы себестоимости производства и другие трудности, связанные с изготовлением. Кроме того, этот аналитический подход с точки зрения микроструктурной техники, в отличие от традиционного метода проб и ошибок: смешивания и испытания, привел к возможности конструировать материалы с такими свойствами в смысле прочности, веса, изоляции, себестоимости и экологической нейтральности, которые являются обязательными при производстве изделий значительно более эффективным образом. As mentioned above, the compounds used for the manufacture of products according to the present invention were developed from the perspective of microstructural technology in order to "embed" certain desired, predetermined properties into the microstructure of a moldable material, while also recognizing production costs and other difficulties associated with with the manufacture. In addition, this analytical approach from the point of view of microstructural technology, in contrast to the traditional trial and error method: mixing and testing, has led to the possibility of constructing materials with such properties in terms of strength, weight, insulation, cost and environmental neutrality that are mandatory for manufacturing products in a much more efficient manner.
Способные к формованию материалы обладают тем преимуществом по сравнению с другими существующими материалами, что они могут приобрести свои свойства в относительно спокойных и щадящих условиях. (Другие материалы требуют высокой энергии, сильного нагрева или жесткой химической обработки, которые значительно влияют на компоненты материала). Поэтому многие разные материалы с удивительными синергическими свойствами и результатами можно включить в способные к формованию материалы при правильном конструировании смесей и их изготовлении. Molded materials have the advantage over other existing materials in that they can acquire their properties under relatively calm and gentle conditions. (Other materials require high energy, strong heating, or harsh chemical treatments, which significantly affect the components of the material). Therefore, many different materials with amazing synergistic properties and results can be included in capable of molding materials with the correct design of mixtures and their manufacture.
Структура соединений согласно настоящему изобретению была разработана и определена прежде всего с учетом основных ограничений, диктуемых самой структурой, и затем путем поиска подмножества материалов, которые максимально увеличивают рабочие показатели компонентов. Однако в любой момент процесса важно осознавать необходимость конструирования продуктов, которые можно изготовить в ходе конкурентоспособного в отношении себестоимости процесса. The structure of the compounds according to the present invention was developed and determined primarily taking into account the main limitations dictated by the structure itself, and then by searching for a subset of materials that maximize the performance of the components. However, at any time in the process, it is important to recognize the need to design products that can be manufactured in a cost-competitive process.
Начальные ограничения при выборе материалов накладываются конструкционными характеристиками компонента, являющимися критическими для получения успешного изделия. Например, в отношении листа, используемого для изготовления контейнеров, эти начальные ограничения включают в себя минимальный вес, прочность (на сжатие и на разрыв) и требования к твердости при одновременном удержании себестоимости этих изделий на уровне, сравнимом с себестоимостью аналогичных изделий из бумаги, картона, пластмассы, полистирена или металла. Initial restrictions on the choice of materials are imposed by the structural characteristics of the component, which are critical for a successful product. For example, with respect to the sheet used for the manufacture of containers, these initial restrictions include minimum weight, strength (compressive and tensile) and hardness requirements while keeping the cost of these products at a level comparable to the cost of similar paper products, cardboard , plastics, polystyrene or metal.
Одна из проблем, связанных ранее со способными к формованию материалами, состояла в длительном периоде отвердения до того момента, когда такие материалы были бы расформованы. Важной особенностью настоящего изобретения является то, что, когда формовочная смесь формуется в желаемое изделие, оно будет сохранять свою форму (т.е. нести свой собственный вес под действием малых сил, таких как сила тяжести и движение через обрабатывающее оборудование) в сыром состоянии без внешней поддержки. Кроме того, с точки зрения производства, чтобы производство было экономным, важно, чтобы отформованное изделие быстро (в течение минут или даже секунд) достигло достаточной прочности, чтобы его можно было физически обрабатывать с использованием обычных процедур изготовления, даже если материал все еще находится в сыром состоянии и не полностью затвердел. One of the problems previously associated with moldable materials was a long hardening period until such materials were disbanded. An important feature of the present invention is that when the moldable mixture is molded into the desired product, it will retain its shape (i.e. bear its own weight under the influence of small forces, such as gravity and movement through processing equipment) in a wet state without external support. In addition, from the point of view of production, so that production is economical, it is important that the molded product quickly (within minutes or even seconds) reach sufficient strength so that it can be physically processed using conventional manufacturing procedures, even if the material is still in raw condition and not completely hardened.
В самом простом виде процесс использования материаловедения в микроструктурном конструировании и построении способных к формованию материалов содержит определение характеристик, анализ и модифицирование (при необходимости): (а) заполнителей, (б) предсказанной упаковки частиц, (в) реологии системы и (г) обработку и энергию производственной системы. При определении характеристик заполнителей определяется средний размер частиц, определяется естественная плотность упаковки частиц (которая является функцией реальных размеров частиц), и устанавливается прочность частиц. (Непрореагировавшие частицы гидравлического связующего вещества могут считаться заполнителем). In its simplest form, the process of using materials science in microstructural design and the formation of materials capable of molding comprises characterization, analysis and modification (if necessary) of: (a) aggregates, (b) predicted packing of particles, (c) rheology of the system, and (d) processing and energy production system. In determining the characteristics of the aggregates, the average particle size is determined, the natural packing density of the particles (which is a function of the actual particle size) is determined, and the particle strength is established. (Unreacted hydraulic binder particles may be considered aggregate).
Имея эту информацию, можно предсказать упаковку частиц согласно математическим моделям. Было установлено, что упаковка частиц - это начальный фактор для проектирования желаемых требований к конечному продукту, такие как способность к обработке, стабильность формы, усадка, плотность массы, способность изолировать, прочность на разрыв, на сжатие и на изгиб, упругость, долговечность и оптимизация себестоимости. На упаковку частиц влияет не только определение характеристик частиц и заполнителя, но и количество воды и ее связи с объемом промежуточных пустот упакованных заполнителей. With this information, it is possible to predict particle packing according to mathematical models. It has been found that particle packaging is an initial factor in designing the desired requirements for the final product, such as processing ability, shape stability, shrinkage, mass density, insulating ability, tensile, compressive and bending strength, elasticity, durability and optimization cost price. Particle packaging is influenced not only by the characterization of the particles and the aggregate, but also by the amount of water and its relationship to the volume of intermediate voids of the packed aggregates.
Реологические свойства системы являются функцией как макрореологии, так и микро-реологии. Макрореология это связь твердых частиц в отношении друг друга, как она определяется упаковкой частиц. Микро-реология - это функция доли смазочного вещества системы. Путем модифицирования смазочных веществ (это может быть вода, модифицирующие реологические свойства вещества, пластификаторы или другие материалы) можно химически модифицировать вязкость и предел текучести. Макрореология может также модифицироваться физически путем изменения формы и размеров частиц, например, разрубленные волокна, пластинчатая слюда, округлая пена силики или раздробленные, угловатые, зернистые, гидрированные частицы связующего вещества будут взаимодействовать со смазочными веществами по-разному. The rheological properties of the system are a function of both macro-rheology and micro-rheology. Macroreology is the relationship of solid particles in relation to each other, as it is determined by the packing of particles. Micro-rheology is a function of the proportion of the lubricant in the system. By modifying the lubricants (it may be water, modifying the rheological properties of the substance, plasticizers or other materials), the viscosity and yield strength can be chemically modified. Macroreology can also be physically modified by changing the shape and size of the particles, for example, chopped fibers, plate mica, rounded silica foam, or fragmented, angular, granular, hydrogenated binder particles will interact with lubricants in different ways.
Концепция микроструктурной техники далее обсуждается в заявке на патент США номер 08/109.100, озаглавленной "Оптимизированные по составу соединения и процессы для микроструктурного построения вяжущих смесей", поданной 18 августа 1993 г. на имя Пер Юста Андерсена и Саймона К. Ходсона. The concept of microstructural technology is further discussed in US patent application number 08 / 109.100, entitled "Compositionally Optimized Compounds and Processes for Microstructural Construction of Cementing Mixtures", filed on August 18, 1993 for Peer Just Andersen and Simon C. Hodson.
Из нижеследующего обсуждения станет понятно, как материалы компонентов внутри формовочной смеси, а также параметры обработки вносят свой вклад в начальные конструкционные ограничения промышленных изделий с тем, чтобы они могли экономично массово производиться. Конкретные соединения изложены в приведенных ниже примерах, чтобы показать, как повышение до максимума рабочих показателей каждого компонента позволяет осуществлять сочетание желаемых свойств. From the following discussion, it will become clear how the materials of the components inside the moldable mixture, as well as the processing parameters, contribute to the initial structural limitations of industrial products so that they can be mass-produced economically. Specific compounds are set forth in the examples below to show how maximizing the performance of each component enables a combination of the desired properties.
Промышленные изделия. Industrial products.
Настоящее изобретение направлено на изготовление промышленных изделий, прежде всего контейнеров и упаковочных материалов. Понятие "изделие" или "производственное изделие", используемое в описании и прилагаемой формуле изобретения, должно включать в себя все товары, которые можно образовать посредством изложенных здесь процессов, например, штамповочного прессования, инжекционного формования, формования с дутьем, джиггеринга, формования влажных листов и формования сухих листов с использованием описанных формовочных материалов. К числу таких изделий относятся контейнеры, упаковочные материалы и другие товары., в настоящее время изготовляемые из бумаги, пластмассы, стирофома, металла, стекла или композитов. The present invention is directed to the manufacture of industrial products, especially containers and packaging materials. The term “product” or “manufacturing product” as used in the description and appended claims should include all products that can be formed through the processes described here, for example, stamping, injection molding, blow molding, jigging, wet sheet forming and molding dry sheets using the described molding materials. These products include containers, packaging materials and other products. Currently made from paper, plastic, styrofoam, metal, glass or composites.
Понятия "контейнер" или "контейнеры", используемые в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения, должны включать в себя любой резервуар или сосуд, используемый для упаковки, хранения, перевозки, подачи, разделения на порции или реализации различных видов продуктов или предметов (включая твердые вещества и жидкости), независимо от того, предполагается ли краткосрочное или долгосрочное использование этих продуктов. The terms “container” or “containers” as used in this description and in the appended claims should include any reservoir or vessel used to pack, store, transport, serve, portion, or sell various types of products or items (including solids and liquids), whether short-term or long-term use of these products is intended.
Контейнеры, включенные в рамки этого изобретения, включают в себя, не ограничиваясь этим, следующее: картонные коробки, коробки, гофрированные коробки, коробочки для сандвичей, контейнеры-"раковинки" со стержнями (полосками) (включая, но не ограничиваясь этим, коробочки со стержнями для сандвичей, применяемые для сандвичей быстрого приготовления, таких как гамбургеры, и коробочки со стержнями для салата), коробки для сухих хлебных изделий, коробки для замороженных продуктов, молочные пакеты, пакеты для фруктовых соков, носители для контейнеров с напитками (включая, но не ограничиваясь этим, оберточные носители, корзиночные носители и "шестиупаковочные" кольцевые носители), стаканчики для мороженого, чашки (включая, но не ограничиваясь этим, одноразовые стаканчики для питья, двойные стаканчики, одинарные складные стаканчики и конические чашки), контейнеры французского для жаркого, используемые при выдаче быстроприготовленной пищи, разносные коробки для быстроприготовленной пищи, упаковка, гибкая упаковка, такая как пакеты для закусок, пакеты (включая, но не ограничиваясь этим, пакеты с открытым концом, такие как пакеты для бакалеи, пакеты внутри коробок, такие как коробки для сухих хлебных изделий и многостенные пакеты), мешки, обертки, поддерживающие карточки для продуктов, представленных с крышкой, в частности, пластиковые крышки (включая пищевые продукты, такие как ланчен-мит, продукты для офиса, косметики, скобяные изделия и игрушки), несущие ящички и подносы (для переноски таких продуктов, как печенье или конфеты), банки, контейнеры для йогурта, свернутые или спирально завернутые контейнеры (для таких продуктов, как концентраты замороженных соков, овсяной каши, хрустящего картофеля, мороженого, соли, моющих средств и машинного масла), почтовые трубки, листовые рулоны для рулонных материалов (таких как оберточная бумага, материалы из ткани, бумажные полотенца и туалетная бумага), рукава, сигарные коробки, кондитерские коробки, коробки для косметики, тарелки, тарелки для продажи в автоматах, тарелки для пирожков, подносы, подносы для печения, чаши, тарелочки для завтрака, обеденные подносы для микроволновых печей, "телевизионные" обеденные подносы, ящики для яиц, тарелки для упаковки мяса, одноразовые подкладки, которые можно использовать с такими контейнерами, как чашки, оберточные материалы (включая, но не ограничиваясь этим, обертки для морозильника, обертки для шин, обертки для мясников, обертки для мяса и обертки для сосисок), пищевые контейнеры, в принципе сферические предметы, бутылки, графины, ящички, упаковочные клети, блюда, крышки, соломки, конверты, резиновые ленты, ножевые изделия, почтовые карточки, трех-кольцевые связывающие контейнеры, книжные суперобложки, папки, игрушки, пузырьки для лекарств, ампулы, клетки для животных, невоспламеняемые оболочки для фейерверков, оболочки для моделей ракетных двигателей, модели ракет, и бесконечное разнообразие других предметов. Containers included in the scope of this invention include, but are not limited to, cardboard boxes, boxes, corrugated boxes, sandwich boxes, shell containers with rods (strips) (including, but not limited to, boxes with sandwich rods, used for instant sandwiches such as hamburgers and boxes with salad rods), boxes for dry bread products, boxes for frozen foods, dairy bags, bags for fruit juices, carriers for containers a ditch with drinks (including, but not limited to, wrappers, basket carriers, and “six-pack” ring carriers), ice cream cups, cups (including, but not limited to, disposable drinking glasses, double cups, single folding cups and conical cups), French fries containers used for dispensing quick-cooked food, delivery boxes for quick-cooked food, packaging, flexible packaging such as snack bags, bags (including but not limited to m, open-end bags, such as grocery bags, bags inside boxes, such as dry bread boxes and multi-walled bags), bags, wrappers, support cards for products presented with a lid, in particular plastic lids (including food products such as lunch-mit, office products, cosmetics, hardware and toys), carrying drawers and trays (for carrying products such as cookies or sweets), jars, containers for yogurt, rolled or wrapped containers (for such product such as concentrates of frozen juices, oatmeal, crisp, ice cream, salt, detergents and machine oil), mail tubes, sheet rolls for roll materials (such as wrapping paper, fabric materials, paper towels and toilet paper), sleeves , cigar boxes, pastry boxes, cosmetics boxes, plates, plates for sale in vending machines, pie plates, trays, cookie trays, bowls, breakfast plates, microwave dining trays, “television” dining trays , egg boxes, meat packing plates, disposable linings that can be used with containers such as cups, wrapping materials (including, but not limited to, freezer wrappers, tire wrappers, butcher wrappers, meat wrappers and wrappers for sausages), food containers, in principle spherical objects, bottles, decanters, boxes, packing crates, dishes, lids, straws, envelopes, rubber bands, cutlery, postcards, three-ring binding containers, book covers, folders, toys and vials for medicines, ampoules, animal cells, non-combustible shell fireworks, shells for rocket engine models, model rockets, and an endless variety of other objects.
Короче говоря, это изделие должно быть способно сохранять свое содержимое, будь то в стационарном состоянии, или при движении или обработке, одновременно сохраняя свою структурную целостность и структурную целостность материалов, находящихся в нем или на нем. Это не означает, что от изделия требуется противостоять сильным или даже минимальным усилиям. Фактически, в некоторых случаях может быть желательным, чтобы изделие было чрезвычайно хрупким или непрочным. Однако изделие должно быть способно выполнять функцию, для которой оно было предназначено. Необходимые свойства всегда можно "встроить" в материал и структуру изделия заранее. In short, this product must be able to retain its contents, whether in a stationary state, or during movement or processing, while maintaining its structural integrity and the structural integrity of the materials in it or on it. This does not mean that the product is required to withstand strong or even minimal effort. In fact, in some cases it may be desirable for the product to be extremely fragile or fragile. However, the product must be able to fulfill the function for which it was intended. The necessary properties can always be "embedded" in the material and structure of the product in advance.
Изделие также должно быть способно содержать находящиеся в нем товары и сохранять свою целостность в течение достаточного периода времени, чтобы соответствовать тому использованию, которое ему предназначено. Станет понятным, что в некоторых обстоятельствах изделие сможет герметизировать содержимое от внешней среды, а в других обстоятельствах может просто содержать или удерживать содержимое. The product must also be able to contain the goods in it and maintain its integrity for a sufficient period of time to match the intended use. It will become clear that in some circumstances the product will be able to seal the contents from the external environment, and in other circumstances it may simply contain or hold the contents.
Сдерживающие изделия, используемые в сочетании с контейнерами, также предполагается включить в понятие "контейнеры". К числу таких изделий относятся, например, крышечки, соломки; внутренняя упаковка, такая как перегородки, прокладки, тормозящие мягкие прокладки, угловые скрепы, угловые протекторы, прокладки для создания зазоров, надрезанные листы и подносы, коробочки, воронки, обертки, материалы-подкладки и любой другой предмет, используемый для упаковки, хранения, перевозки, порционирования, подачи или реализации предмета, находящегося внутри контейнера. Containment products used in conjunction with containers are also intended to be included in the concept of “containers”. Such products include, for example, lids, straws; inner packaging, such as partitions, gaskets, brake soft gaskets, corner clips, corner protectors, gap gaskets, cut sheets and trays, boxes, funnels, wrappers, lining materials and any other item used for packaging, storage, transportation , portioning, serving or selling an item inside the container.
Настоящее изобретение может включать в себя некоторые виды изделий, например, таких, какие описаны в патенте США N 5100586, озаглавленном "Контейнеры для связывающих вредных отходов и способ их производства". Этот патент направлен на создание связывающих контейнеров для хранения вредных отходов. Такие контейнеры для опасных отходов могут быть сферическими с полой сердцевиной. The present invention may include certain types of products, such as those described in US Pat. No. 5,100,586, entitled “Containers for Binding Harmful Wastes and a Method for Their Production”. This patent seeks to create binders for the storage of hazardous waste. Such hazardous waste containers may be spherical with a hollow core.
Изделия, находящиеся в сфере настоящего изобретения, могут классифицироваться, а могут и не классифицироваться как одноразового употребления. В некоторых случаях там, где требуется более прочная и более долговечная конструкция, изделие может быть способным к неоднократному использованию. С другой стороны, изделие можно изготовить таким образом, чтобы было экономно использовать его один раз и затем выбросить. Настоящие изделия имеют такой состав, что их можно легко выбросить в обычные места для сброса отходов как экологически нейтральный материал, т.е. не создавая значительных чрезвычайных опасностей для окружающей среды. Products within the scope of the present invention may or may not be classified as disposable. In some cases, where a stronger and more durable design is required, the product may be capable of repeated use. On the other hand, the product can be made in such a way that it is economical to use it once and then discard it. These products are of such a composition that they can easily be thrown into ordinary places for dumping waste as an environmentally neutral material, i.e. without creating significant environmental hazards.
Термин "заготовка", используемый в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения, должен включать в себя лист, готовый для формования в изделие. Заготовка это лист, который был разрезан для придания соответствующей формы, с любыми соответствующими надрезами, перфорацией, отверстиями или прорезями, которые могли бы помочь сформировать или собрать его в соответствующее изделие. The term "preform" as used in this description and in the appended claims should include a sheet ready for molding into an article. A preform is a sheet that has been cut to give it an appropriate shape, with any appropriate incisions, perforations, holes or slots that could help shape or assemble it into an appropriate product.
Термин "способный к формованию лист", используемый в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения, должен включать в себя любой в принципе плоский, надрезанный, разрезанный, перфорированный, формованный, гофрированный, изогнутый, согнутый, отпечатанный, покрытый или текстурированный согласно описанным здесь способам лист, пригодный для составления запасов для изготовления контейнеров и других изделий. Единственным существенным ограничением является то, что лист содержит матрицу, образованную из способного к формованию материала, как он определен в описании. В рамках этого изобретения предлагается также включение в лист других материалов путем формования листа пластами, образованными из других материалов, таких как бумага, пластмасса или металлы, путем нанесения на лист покрытия, наложение на него отпечатанных обозначений, путем использования неразрезанных волокон в качестве внешней опоры листа и путем наложения других негидравлически твердеющих материалов. The term “moldable sheet” as used in this description and in the appended claims should include any, in principle, flat, notched, cut, perforated, molded, corrugated, curved, bent, printed, coated or textured according to the methods described herein sheet suitable for stockpiling for the manufacture of containers and other products. The only significant limitation is that the sheet contains a matrix formed from a formable material, as defined in the description. In the framework of this invention, it is also proposed the inclusion of other materials in the sheet by molding the sheet with layers formed from other materials, such as paper, plastic or metals, by coating the sheet, applying printed symbols to it, by using uncut fibers as an external support of the sheet and by applying other non-hydraulically hardening materials.
Термин "матрица" или "структурная матрица", используемый в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения, должен относиться к формовочной смеси, которая была отформована или сформирована в желаемую форму. Это понятие должно включать в себя все такие матрицы без различия степени гидратации или/и высушивания матрицы. Поэтому матрица может содержать формовочную смесь в сыром, твердом, влажном, затвердевшем или отвердевшем (вулканизированном) состоянии. The term “matrix” or “structural matrix” as used in this description and in the appended claims should refer to a molding mixture that has been molded or formed into the desired shape. This concept should include all such matrices without distinction between the degree of hydration and / or drying of the matrix. Therefore, the matrix may contain the moldable mixture in a raw, solid, wet, hardened or hardened (vulcanized) state.
Фразы "способные к массовому производству" или изготовленные "коммерческим" или "экономичным" образом в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения должны предполагать способность описываемых здесь изделий к быстрому производству со скоростью, которая делает их изготовление экономически сравнимой со скоростью изготовления изделий из других материалов, таких как бумага, картон, пластмасса, полистирен или металл. Настоящее изобретение направлено на создание новаторских соединений, которые разрушают проблемы предыдущих разработок, связанных с формованием способных к формованию материалов экономичным и рентабельным образом. Изделия, изготовленные из способных к формованию материалов, должны стать конкурентоспособными на рынке по отношению к материалам, сделанным из других стандартных материалов, таких как бумага, картон, пластмасса, полистирен, стекло или металлы. The phrases “capable of mass production” or manufactured in a “commercial” or “economical” manner in this description and in the appended claims should imply the ability of the products described here to be rapidly produced at a speed that makes their manufacture economically comparable to the speed of manufacturing products from other materials such as paper, cardboard, plastic, polystyrene or metal. The present invention is directed to the creation of innovative compounds that destroy the problems of previous developments related to the formation of capable of forming materials in an economical and cost-effective manner. Products made from moldable materials should become competitive in the market with materials made from other standard materials such as paper, cardboard, plastic, polystyrene, glass or metals.
Способные к формованию материалы. Capable materials.
Как определено выше, понятие "способный к формованию материал", используемое в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения, должно включать "гидравлически твердеющие смеси, материалы или соединения" и "органически наполненные смеси, материалы или соединения". Понятие "гидравлически твердеющие материалы", используемый в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения, включает в себя любой материал со структурной матрицей и свойствами прочности, которые преимущественно являются следствием твердения или отверждения (вулканизации) гидравлического связующего вещества. К числу связующих веществ относится цемент, сульфат кальция или гипс, алебастр, полугидрат и другие вещества, затвердевающие после воздействия на них воды. Гидравлически твердеющие связующие вещества, используемые в рамках настоящего изобретения, следует отличать от других цементов, паст или связующих веществ, таких как полимеризируемые, не растворимые в воде органические цементы, клей или адгезивы. As defined above, the term “moldable material” as used in this description and in the appended claims should include “hydraulically settable mixtures, materials or compounds” and “organically filled mixtures, materials or compounds”. The term "hydraulically settable materials" as used in this description and in the appended claims includes any material with a structural matrix and strength properties that are primarily the result of hardening or curing (vulcanization) of a hydraulic binder. Binders include cement, calcium sulfate or gypsum, alabaster, hemihydrate and other substances that harden after exposure to water. Hydraulically hardening binders used in the framework of the present invention should be distinguished from other cements, pastes or binders, such as polymerizable, water-insoluble organic cements, adhesives or adhesives.
Термин "неорганически наполненные материалы", используемый в описании и в прилагаемой формуле изобретения, должен широко определять материалы и соединения, характеризующиеся тем, что они имеют высокую концентрацию неорганического наполнителя или заполнителя, как минимум около 40% по объему от общего содержания твердых веществ в высушенном изделии, воду и структурную матрицу, прочностные свойства которой преимущественно получены в процессе высушивания или твердения диспергируемого водой органического связующего вещества. The term “inorganically filled materials”, as used in the description and in the appended claims, should broadly define materials and compounds characterized in that they have a high concentration of inorganic filler or aggregate, at least about 40% by volume of the total solids content of the dried product, water and a structural matrix, the strength properties of which are mainly obtained in the process of drying or hardening of a water-dispersible organic binder.
Термин "гидравлически твердеющие, неорганически наполненные и способные к формованию смеси, материалы или соединения" должен относиться к смесям независимо от степени произошедшей сушки или отверждения. К числу этих смесей должны относиться смеси, которые в высшей степени поддаются обработке, которые частично высушены или отверждены, вулканизированы, и которые были полностью высушены или отверждены, хотя определенное количество воды обычно остается в изделии в качестве связанной воды в гидравлическом и органическом связующем веществе. The term "hydraulically settable, inorganically filled and formable mixtures, materials or compounds" should refer to mixtures regardless of the degree of drying or curing that has occurred. These mixtures should include mixtures that are highly processable, that are partially dried or cured, vulcanized, and that have been completely dried or cured, although a certain amount of water usually remains in the product as bound water in a hydraulic and organic binder.
Поддающиеся формованию смеси часто могут содержать те же самые компоненты, однако эти компоненты будут находиться в другой концентрации и выполнять другую функцию. Например, смесь, включающая гидравлическое связующее вещество, органическое связующее вещество, заполнители, волокнистые материалы и воду, можно определять либо как гидравлически твердеющую смесь, либо как органически наполненную смесь. В качестве гидравлически твердеющей смеси гидравлическое связующее вещество добавляется в достаточных концентрациях для того чтобы действовать как преимущественное связующее вещество для смеси, тогда как органическое связующее вещество, хотя оно, вероятно, помогает в качестве связующего вещества, в основном действует как модифицирующее реологические свойства вещество. В отличие от этого в качестве неорганически наполненной смеси гидравлически твердеющее связующее вещество добавляется в таких минимальных концентрациях, что оно прежде всего действует как заполнитель, тогда как органическое связующее вещество действует как первичное связующее вещество. Обсужденные выше формовочные смеси могут также включать другие добавки, такие как пластификаторы, смазочные вещества, диспергенты и вещества, образующие воздушные полости. Molded mixtures can often contain the same components, however these components will be in a different concentration and have a different function. For example, a mixture comprising a hydraulic binder, an organic binder, fillers, fibrous materials, and water can be defined as either a hydraulically settable mixture or an organically filled mixture. As a hydraulically hardening mixture, the hydraulic binder is added in sufficient concentrations to act as the primary binder for the mixture, while the organic binder, although it probably helps as a binder, mainly acts as a rheological modifier. In contrast, as an inorganically filled mixture, a hydraulically hardening binder is added in such minimum concentrations that it primarily acts as a filler, while the organic binder acts as the primary binder. The molding compounds discussed above may also include other additives, such as plasticizers, lubricants, dispersants, and air-cavity forming agents.
Гидравлические твердеющие связующие вещества. Hydraulic hardening binders.
Термины "гидравлически твердеющее связующее вещество" или "гидравлическое связующее вещество", используемые в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения, должны включать в себя любое неорганическое связующее вещество, такое как гидравлический цемент, полугидрат гипса, окись кальция, которые проявляют прочностные свойства и твердость путем химической реакции с водой и в некоторых случаях с двухокисью углерода, находящейся в воздухе или воде. Термин "гидравлический цемент" или "цемент", используемые в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения, должны включать в себя клинкер и раздробленный, размолотый и обработанный клинкер на разных стадиях измельчения и с разными размерами частиц. The terms "hydraulically settable binder" or "hydraulic binder" as used in this description and in the appended claims should include any inorganic binder, such as hydraulic cement, gypsum hemihydrate, calcium oxide, which exhibit strength and hardness by chemical reaction with water and, in some cases, with carbon dioxide in air or water. The term "hydraulic cement" or "cement", as used in this description and in the appended claims, should include clinker and crushed, ground and processed clinker at different stages of grinding and with different particle sizes.
К числу типичных гидравлических цементов, известных в технике, относится широкое семейство портландцементов, включая обычный портландцемент без гипса, цемент MOF, цемент OSP, цементы типа Densite, цементы типа Pyrament, цементы алюмината кальция, включая цементы алюмината кальция без регуляторов твердения, алебастры, силикатные цементы, включая бета-двухкальцевые силикаты, трикальция и их смеси, гипсовые цементы, фосфатные цементы, цементы с высоким содержанием глинозема, микромелкие цементы, бесклинкерные шлаковые цементы, магнезиальные цементы и заполнители, покрытые микромелкими частицами цемента. Термин "гидравлический цемент" также должен включать в себя другие известные в технике цементы, такие как альфа-двухкальциевые силикаты, которые можно сделать гидравлическими в условиях гидратирования в рамках настоящего изобретения. Typical hydraulic cements known in the art include a wide family of Portland cements, including conventional gypsum-free Portland cement, MOF cement, OSP cement, Densite cements, Pyrament cements, calcium aluminate cements, including calcium aluminate cements without hardening regulators, alabaster, silicate cements, including beta-two-ring silicates, tricalcium and mixtures thereof, gypsum cements, phosphate cements, high alumina cements, micro-fine cements, clinker-free slag cements, magnesia cements and aggregates coated with micronized cement particles. The term "hydraulic cement" should also include other cements known in the art, such as alpha-dicalcium silicates, which can be made hydraulic under hydrated conditions within the scope of the present invention.
Гипс также является гидравлически твердеющим связующим веществом, которое можно гидратировать, чтобы получить твердеющее связующее вещество. Одним из способных к гидратированию видов гипса является полугидрат сульфата кальция, обычно называемый "полугидратом гипса". Гидратированный вид гипса - это дигидрат сульфата кальция, обычно называемый "дигидратом гипса". Полугидрат сульфата кальция тоже может смешиваться с ангидридом сульфата кальция, который обычно называют "ангидритом гипса" или просто "ангидритом". Gypsum is also a hydraulically settable binder, which can be hydrated to produce a settable binder. One hydratable gypsum species is calcium sulfate hemihydrate, commonly referred to as "gypsum hemihydrate". The hydrated form of gypsum is calcium sulfate dihydrate, commonly referred to as "gypsum dihydrate." Calcium sulfate hemihydrate can also be mixed with calcium sulfate anhydride, commonly referred to as "gypsum anhydrite" or simply "anhydrite."
Хотя связующие вещества из гипса или другие гидравлические связующие вещества, такие как окись кальция, обычно не так сильны, как гидравлический цемент, высокая прочность может быть не столь важной, как другие характеристики, например, скорость твердения, в некоторых областях применения. В смысле себестоимости гипс и окись кальция имеют преимущество по сравнению с гидравлическим цементом, поскольку они несколько дешевле. Более того, в том случае, когда гидравлически твердеющий материал содержит относительно высокое процентное соотношение слабых, более легких заполнителей, таких как перлит, заполнители обычно содержат "слабое звено" в структуре гидравлически твердеющей матрицы. В какой-то момент добавление более сильного связующего вещества может оказаться неэффективным, потому что это связующее вещество уже не привносит свою более высокую потенциальную прочность из-за высокого содержания более слабых наполнителей. Although gypsum binders or other hydraulic binders, such as calcium oxide, are usually not as strong as hydraulic cement, high strength may not be as important as other characteristics, such as curing speed, in some applications. In terms of cost, gypsum and calcium oxide have an advantage over hydraulic cement because they are slightly cheaper. Moreover, in the case where the hydraulically hardening material contains a relatively high percentage of weak, lighter aggregates, such as perlite, aggregates usually contain a “weak link” in the structure of the hydraulically hardening matrix. At some point, the addition of a stronger binder may be ineffective because this binder does not already contribute its higher potential strength due to the high content of weaker fillers.
Такие термины как "гидратированный" или "отвержденный вулканизированный" относятся к принципиальной катализированной водой реакции, которой достаточно для того чтобы получить гидравлически твердеющий продукт, имеющий значительную потенциальную или конечную максимальную прочность. Тем не менее, гидравлически твердеющие материалы могут продолжать гидратировать (или гидратироваться) после того, как они обрели значительную твердость и значительную конечную максимальную твердость. Terms such as “hydrated” or “cured vulcanized” refer to a basic water-catalyzed reaction that is sufficient to produce a hydraulically hardening product having significant potential or ultimate maximum strength. However, hydraulically settable materials may continue to hydrate (or hydrate) after they have gained significant hardness and significant final maximum hardness.
Термин "сырой" или "сырое состояние" используются в сочетании с формуемыми смесями, которые не достигли своей значительной окончательной прочности, независимо от того, получена ли эта прочность от искусственной сушки, отверждения или посредством других способов. Говорят, что формуемые смеси находятся "сырыми" или в "сыром состоянии" только перед или после их формования в желаемую форму. Момент, когда формуемая смесь уже не является "сырой" или в "сыром состоянии" это не обязательно четко очерченная демаркационная линия, поскольку такие смеси обычно достигают значительного количества своей общей прочности только со временем и постепенно. Конечно, формуемые смеси могут проявлять увеличение своей "прочности сырой формовочной смеси" и все-же быть "сырыми". По этой причине ведущееся здесь обсуждение часто упоминает стабильность формовочного материала в сыром состоянии. The term “wet” or “wet state” is used in combination with moldable mixtures that have not reached their significant final strength, regardless of whether this strength is obtained by artificial drying, curing or by other methods. They say that the moldable mixtures are "raw" or in a "raw state" only before or after they are molded into the desired shape. The moment when the moldable mixture is no longer "raw" or in a "wet state" is not necessarily a clearly defined demarcation line, since such mixtures usually reach a significant amount of their total strength only with time and gradually. Of course, moldable mixtures can exhibit an increase in their "strength of the raw sand" and still be "raw." For this reason, the discussion here is often referred to the stability of the molding material in the wet state.
Как упоминалось выше, к числу предпочтительных гидравлических связующих веществ относятся белый цемент, портландцемент, микромелкий цемент, цемент с высоким содержанием глинозема, бесклинкерный шлаковый цемент, полугидрат гипса и окись кальция прежде всего потому, что их производство недорого и они пригодны для производственных процессов согласно этому изобретению. Этот перечень цементов ни в коей мере не является исчерпывающим и никак не предназначен ограничить виды связующих веществ, которые могут быть пригодны при изготовлении гидравлически твердеющих изделий в рамках прилагаемой формулы изобретения. As mentioned above, preferred hydraulic binders include white cement, Portland cement, micronized cement, high alumina cement, clinker-free slag cement, gypsum hemihydrate and calcium oxide primarily because they are inexpensive to manufacture and suitable for manufacturing processes according to this invention. This list of cements is by no means exhaustive and is not intended in any way to limit the types of binders that may be suitable in the manufacture of hydraulically hardening products within the framework of the attached claims.
Важным преимуществом использования гидравлически твердеющих связующих веществ в смысле создания гидравлически твердеющей матрицы изделия является то, что связующие вещества в основном водоотталкивающие или даже нерастворимы в воде. Тем не менее, как более полно изложено ниже, некоторые другие ингредиенты, включая, например, модифицирующие реологические свойства вещества, растворимы в воде. Посредством регулирования равновесия между растворимыми и нерастворимыми составляющими в формовочной смеси можно сконструировать изделие, имеющее желаемый уровень водонепроницаемости или растворимости в воде. Как правило, добавление большего количества гидравлического цемента уменьшает растворимость изделия в воде и увеличивает его стойкость к разложению в воде. Наоборот, добавление менее гидравлического цемента и большего количества растворимых в воде компонентов, таких как модифицирующих реологические свойства веществ, приводит к тому, что изделие будет более подвержено разложению в воде. Конечно, уровень водоотталкивания или разложения в воде является функцией рабочих критериев изделия, о котором идет речь. An important advantage of using hydraulically settable binders in the sense of creating a hydraulically settable product matrix is that the binders are generally water repellent or even insoluble in water. However, as more fully described below, several other ingredients, including, for example, modifying the rheological properties of the substance, are soluble in water. By adjusting the equilibrium between the soluble and insoluble components in the moldable mixture, it is possible to construct an article having a desired level of water impermeability or solubility in water. As a rule, adding more hydraulic cement reduces the solubility of the product in water and increases its resistance to decomposition in water. On the contrary, the addition of less hydraulic cement and more water-soluble components, such as modifying the rheological properties of substances, leads to the fact that the product will be more susceptible to decomposition in water. Of course, the level of water repulsion or decomposition in water is a function of the working criteria of the product in question.
Процентное содержание гидравлически твердеющего связующего вещества во всей смеси меняется в зависимости от того, какие составляющие добавлены. Однако предпочтительно добавлять гидравлическое связующее вещество в количестве от при приблизительно 2% до приблизительно 60% по объему от общего количества твердых веществ формовочной смеси. Из изложения и примеров, здесь приведенных, будет понятно, что такой широкий диапазон весов включает в себя формовочные смеси, используемые для производства пенообразных или глинообразных листов или изделий. The percentage of hydraulically settable binder in the entire mixture varies depending on which constituents are added. However, it is preferable to add a hydraulic binder in an amount of from about 2% to about 60% by volume of the total solids of the moldable mixture. From the presentation and examples given here, it will be understood that such a wide range of weights includes molding compounds used to produce foam or clay sheets or products.
Из изложенного выше будет понятно, что примеры осуществления этого изобретения в рамках настоящего изобретения меняются только от легкого "пенообразного" изделия до "глинообразного" изделия с несколько более большой плотностью. И пенообразные, и глинообразные материалы можно легко отформовать в листы, с которыми можно обращаться почти как с бумагой, картоном, пластмассой, полистиреном или даже как с металлическим листом. В рамках этих более широких категорий подпадают другие варианты и различия, которые потребуют различные количества различных компонентов. Компоненты и их относительные количества могут в принципе варьироваться в зависимости от того, какое конкретнно изделие нужно сделать. From the foregoing, it will be understood that the embodiments of this invention within the framework of the present invention vary only from a light “foamy” article to a “clay” article with a slightly higher density. Both foamy and clay-like materials can be easily molded into sheets that can be handled almost like paper, cardboard, plastic, polystyrene, or even metal sheet. Within these broader categories, other options and differences fall that will require varying amounts of different components. The components and their relative amounts can, in principle, vary depending on which particular product is to be made.
В общем случае, при изготовлении "пенообразного" изделия будет предпочтительным включить в него гидравлически твердеющее связующее вещество в диапазоне от приблизительно 3% до приблизительно 60% по объему от общего количества твердых веществ в формовочной смеси и более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 10% до приблизительно 30%. In general, in the manufacture of a “foamy” article, it will be preferable to include a hydraulically settable binder in the range of about 3% to about 60% by volume of the total solids in the moldable mixture, and more preferably in the range of about 10% to about thirty%.
При изготовлении "глиноподобного" изделия предпочтительно включить гидравлически твердеющее связующее вещество в диапазоне от приблизительно 2% до приблизительно 60% объемных процентов от общего объема твердых веществ формовочной смеси, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 4% до приблизительно 40%, и наиболее предпочтительно в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 30% от общего объема твердых веществ формовочной смеси. In the manufacture of the “clay-like” article, it is preferable to include a hydraulically settable binder in the range of from about 2% to about 60% by volume percent of the total solids of the moldable mixture, preferably in the range of from about 4% to about 40%, and most preferably in the range of about 5% to about 30% of the total solids of the sand.
Диспергируемые в воде органические связующие вещества. Water-dispersible organic binders.
В том случае, когда количество гидравлически твердеющего связующего вещества, добавляемого в формовочную смесь, значительнее снижено или вообще исключено, обычно необходимо увеличить количество модифицирующего реологические свойства вещества до той степени, когда оно действует также в качестве органического связующего вещества. В этом случае формовочные смеси проявят прочностные свойства посредством высушивания в принципе сольватированных "диспергированного в воде органического связующего вещества" или "органического связующего вещества". Конечно, даже тогда, когда используется гидравлически твердеющее связующее вещество, в некоторых случаях может быть полезно включить большое количество органического связующего вещества, для того чтобы повысить прочность на разрыв и гибкость конечного отвердевшего материала. Решение часто будет зависеть от экономических соображений, связанных с производством данного изделия, поскольку органическое связующее вещество обычно намного дороже, чем гидравлически твердеющие связующие вещества. In the case where the amount of hydraulically hardening binder added to the moldable mixture is significantly reduced or eliminated altogether, it is usually necessary to increase the amount of rheological modifying substance to the extent that it also acts as an organic binder. In this case, the molding sand mixtures will exhibit strength properties by drying, in principle, the solvated “water-dispersed organic binder” or “organic binder”. Of course, even when a hydraulically settable binder is used, in some cases it may be useful to incorporate a large amount of organic binder in order to increase the tensile strength and flexibility of the final cured material. The decision will often depend on economic considerations associated with the manufacture of a given product, since an organic binder is usually much more expensive than hydraulically hardening binders.
Формуемые смеси сначала проявляют свойства способности к обработке и текучести путем добавления некоторого количества воды в смесь, достаточного для смазки твердых неорганических частиц заполнителя и волокон и для сольвирования, или, как минимум, диспергирования диспергируемого водой органического связующего вещества. После этого удаление воды, например, испарением позволяет диспергируемому водой связующему веществу проявить свои максимальные прочностные свойства. Formable mixtures first exhibit processing and flow properties by adding a certain amount of water to the mixture sufficient to lubricate the solid inorganic filler particles and fibers and to solvate, or at least disperse, a water-dispersible organic binder. After this, the removal of water, for example, by evaporation, allows the water-dispersible binder to show its maximum strength properties.
Например, некоторые материалы на основе крахмала можно купить в виде мельчайших гранул, находящихся в порошкообразном виде. Основанное на крахмале связующее вещество "активируется" путем растворения и желатинирования связующего вещества-крахмала в воде при нагреве дисперсии выше температуры желатинирования. После удаления воды такие основанные на крахмале материалы могут сами по себе иметь прочность на разрыв до около 40-50 МПа. Посредством тщательного микроструктурного построения в высшей степени неорганически наполненные изделия могут иметь разные величины прочности на разрыв, в некоторых случаях даже приближающиеся к 40 МПа. For example, some starch-based materials can be purchased in the form of minute granules in powder form. A starch-based binder is “activated” by dissolving and gelatinizing the starch binder in water by heating the dispersion above the gelation temperature. After the removal of water, such starch-based materials may themselves have tensile strengths of up to about 40-50 MPa. Through careful microstructural construction, highly inorganically filled products can have different tensile strengths, in some cases even approaching 40 MPa.
Диспергируемое водой органическое связующее вещество не только связывает отдельные частицы заполнителя и волокна друг с другом в смеси после высушивания и твердения, что образует структурную или в высшей степени неорганически заполненную матрицу, но они еще проявляют общую тенденцию влиять на реологические свойства формовочной смеси. Соответственно, используемый в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения термин "модифицирующее реологические свойства вещество" является синонимом термина "органическое связующее вещество" при определении конкретного вещества. Различие состоит только в количестве, в котором такое вещество добавляется в формируемую смесь. A water-dispersible organic binder not only binds the individual aggregate particles and fibers to each other in the mixture after drying and hardening, which forms a structural or highly inorganically filled matrix, but they still show a general tendency to influence the rheological properties of the molding mixture. Accordingly, as used in this description and in the appended claims, the term “rheological modifying agent” is synonymous with the term “organic binder” in the definition of a particular substance. The difference is only in the amount in which such a substance is added to the mixture being formed.
Включение модифицирующего реологические свойства вещества или органического связующего вещества повышает пластичную или сцепляющую природу гидравлически твердеющей смеси, так что она ведет себя скорее всего как способная к формованию глина. Модифицирующее реологические свойства вещество обычно увеличивает предел текучести смеси, не сильно увеличивая вязкость. Повышение предела текучести по отношению к вязкости делает материал более пластичным и способным к формованию и при этом очень повышает, как следствие, стабильность формы и прочность в сыром состоянии отформованного материала. The inclusion of a rheological modifying agent or an organic binder enhances the plastic or adherent nature of the hydraulically settable mixture, so that it most likely behaves as a formable clay. The rheological modifying agent usually increases the yield strength of the mixture without significantly increasing the viscosity. An increase in the yield strength with respect to viscosity makes the material more ductile and capable of molding, and at the same time greatly increases, as a consequence, the stability of the mold and the wet strength of the molded material.
Различные модифицирующие реологические свойства вещества или органические связующие вещества, рассматриваемые в рамках настоящего изобретения, можно грубо разделить не следующие категории: (1) полисахариды и их производные, (2) протеины и их производные и (3) синтетические органические материалы. The various rheological modifying substances or organic binders considered in the framework of the present invention can be roughly divided into the following categories: (1) polysaccharides and their derivatives, (2) proteins and their derivatives and (3) synthetic organic materials.
Полисахаридные модифицирующие реологические свойства вещества можно далее подразделить на (а) материалы на основе целлюлозы и их производные, (б) материалы на основе крахмала и их производные и (в) другие полисахариды. The polysaccharide modifying rheological properties of the substance can be further divided into (a) cellulose-based materials and their derivatives, (b) starch-based materials and their derivatives, and (c) other polysaccharides.
Например, пригодные основанные на целлюлозе материалы это метилгидраксиэтилцеллюлоза, гидроксиметилэтилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, гидроксиэтилпропилцеллюлоза и т.п. Полный диапазон возможных перестановок огромен и не может быть здесь перечислен, но и другие целлюлозные материалы, имеющие такие же сходные свойства, также будут хорошо работать. For example, suitable cellulose-based materials are methylhydraxyethyl cellulose, hydroxymethyl ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxyethyl propyl cellulose and the like. The full range of possible permutations is huge and cannot be listed here, but other cellulosic materials having the same similar properties will also work well.
К числу приемлемых основанных на крахмале материалов относятся, например, амилопектин, амилоза, сеагель, ацетаты крахмала, эфиры гидроксиэтила крахмала, ионные крахмалы, алкил-крахмалы с длинной цепочкой, декстрины, аминные крахмалы, фосфатные крахмалы и диальдегидные крахмалы. Suitable starch-based materials include, for example, amylopectin, amylose, seagel, starch acetates, hydroxyethyl starch esters, ionic starches, long chain alkyl starches, dextrins, amine starches, phosphate starches and dialdehyde starches.
К числу других природных основанных на полисахаридах материалов относятся, например, альгиновая кислота, фикоколлоиды, агра, арабик-резина, резина гуара, резина (смола) псевдоакации, смола карая и смола трагаканта. Other natural polysaccharide-based materials include, for example, alginic acid, phycocolloids, agra, arabic rubber, guar gum, pseudoacacia rubber (tar), Karay gum and tragacanth gum.
К числу пригодных основанных на протеине материалов относятся, например, Zein(R) (проламин, получаемый из зерна), производные коллагены, извлеченные из соединительных тканей животных. Такие как желатин и клей и казеин (основной белок в коровьем молоке).Suitable protein-based materials include, for example, Zein (R) (proline derived from grain), collagen derivatives extracted from animal connective tissue. Such as gelatin and glue and casein (the main protein in cow's milk).
К числу пригодных синтетических органических материалов относятся, например, поливинилпирролидон, полиэтиленгликоль, поливинилспирт, поливинилметилэфир, полиакриловые кислоты, полиакриловые кислые соли, поливинилакриловые кислоты, поливинилакриловые кислые соли, полиакрилимиды, окисные полимеры этилена, полимолочная кислота, синтетическая глина и млечный сок, который является сополимером стирен-бутадиена. Suitable synthetic organic materials include, for example, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl methyl ether, polyacrylic acids, polyacrylic acid salts, polyvinyl acrylic acids, polyvinyl acrylic salts, polyacrylimides, ethylene polymers, polyol, polymer styrene butadiene.
Предпочтительным в настоящее время модифицирующим реологические свойства веществом или органическим связующим веществом является метилгидроксиэтилцеллюлоза, примеры которой это Tyiose(R) FL 15002 и Tylose(R) 4000, которые поставляет фирма Hoechst Aktiengesellschaft из Франкфурта, Германия. Другой предпочтительный модифицирующий реологические свойства агент, который можно использовать вместо Tylose(R) или совместно с ним, это полиэтиленгликоль, имеющий молекулярный вес от 20000 до 35000. Полиэтиленгликоль действует более как смазочное вещество и добавляет смеси более ровную консистенцию. По этой причине полиэтиленгликоль можно точно назвать "пластификатором". Кроме того, он придает отформованному гидравлически твердеющему материалу более гладкую поверхность.The currently preferred rheology modifying agent or organic binder is methyl hydroxyethyl cellulose, examples of which are Tyiose (R) FL 15002 and
Наконец, полиэтиленгликоль может создать покрытие вокруг растворимых компонентов смеси и тем самым сделать затвердевшее изделие менее растворимым в воде. Наконец, основанные на крахмале модифицирующие реологические свойства вещества представляют собой особенный интерес в рамках настоящего изобретения в связи с их относительно низкой стоимостью по сравнению с такими основанными на целлюлозе веществами, модифицирующими реологические свойства, как Tylose(R). Хотя для желатирования крахмалы обычно требуют нагрева или/и давления, крахмалы могут быть модифицированы и подвергнуты предварительной реакции с тем, чтобы они могли желатироваться при комнатной температуре. Тот факт, что крахмалы, а также многие другие модифицирующие реологические свойства вещества, перечисленные выше, имеют самые разные растворимости, вязкости и реологические свойства, позволяет тщательное оформление желаемых качеств с тем, чтобы они соответствовали конкретным критериям изготовления и рабочим характеристикам, которые предъявляет конкретное изделие.Finally, polyethylene glycol can create a coating around the soluble components of the mixture and thereby make the hardened product less soluble in water. Finally, starch-based rheological modifying agents are of particular interest in the context of the present invention due to their relatively low cost compared to cellulose-based rheological modifying agents such as Tylose (R) . Although starches usually require heating and / or pressure to gel, starches can be modified and pre-reacted so that they can be gelled at room temperature. The fact that starches, as well as many other modifying the rheological properties of the substances listed above, have a variety of solubilities, viscosities and rheological properties, allows the careful design of the desired qualities so that they meet the specific manufacturing criteria and performance characteristics of a particular product .
Также в рамках этого изобретения находятся смеси основанных на целлюлозе материалов, основанных на протвине материалов, основанных на крахмале материалов и синтетических органических материалов. Also within the scope of this invention are mixtures of cellulose-based materials, based on a propine of materials based on starch materials and synthetic organic materials.
Модифицирующее реологические свойства вещество в числе гидравлически твердеющих материалов согласно настоящему изобретению может быть включено в количестве в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 30% по объему от общего объема твердых веществ в гидравлически твердеющей смеси. The rheological modifying agent among the hydraulically settable materials of the present invention can be included in an amount in the range of from about 0.1% to about 30% by volume of the total solids in the hydraulically settable mixture.
Однако, в основном, предпочтительная концентрация находится в диапазоне от приблизительно 0,5% до приблизительно 15% объемных процентов от общего количества твердых веществ в гидравлически твердеющей смеси. Более предпочтительно, чтобы количество модифицирующего реологические свойства вещества находилось в диапазоне от приблизительно 1% до приблизительно 10% и наиболее предпочтительно в диапазоне от приблизительно 2% до приблизительно 5%. However, in general, a preferred concentration is in the range of from about 0.5% to about 15% volume percent of the total solids in the hydraulically settable mixture. More preferably, the amount of the rheological modifier is in the range of from about 1% to about 10%, and most preferably in the range of from about 2% to about 5%.
Диспергируемые в воде органические связующие вещества в формовочные смеси согласно настоящему изобретению предпочтительно включаются в общее количество так, чтобы в принципе отвердевшее изготовленное из них изделие содержало от приблизительно 1% до приблизительно 50% по объему органического связующего вещества от общего объема твердых веществ в отвердевшем листе, более предпочтительно от приблизительно 2% до приблизительно 30% и более предпочтительно от приблизительно 5% до приблизительно 20%. The water-dispersible organic binders in the molding sand according to the present invention are preferably included in the total amount so that, in principle, the cured product made from them contains from about 1% to about 50% by volume of the organic binder of the total solids in the cured sheet, more preferably from about 2% to about 30%; and more preferably from about 5% to about 20%.
Вода. Water.
В отношении неорганически наполненных материалов вода добавляется в формовочные смеси для того чтобы сольвировать или, как минимум, диспергировать диспергируемое водой органическое связующее вещество в смеси. Во многих случаях вода действительно реагирует и химически связывается в органическом связующем веществе. В других случаях она может менее крепко связываться с органическим связующим веществом, часто посредством водородных связей. Определенные количества воды могут также вступать в реакцию с другими примесями в смеси, такими как гидравлически твердеющие связующие вещества или с другими материалами, которые химически реагируют с водой. Реакция гидратации между гидравлически твердеющим связующим веществом и водой дает продукты реакции, которые придают гидравлически твердеющим материалам возможность схватываться и проявить прочностные свойства. For inorganically filled materials, water is added to the molding sand in order to solvate or at least disperse the water-dispersible organic binder in the mixture. In many cases, water does react and chemically binds in an organic binder. In other cases, it may bind less tightly to the organic binder, often through hydrogen bonds. Certain amounts of water can also react with other impurities in the mixture, such as hydraulically hardening binders, or with other materials that chemically react with water. The hydration reaction between the hydraulically settable binder and water gives reaction products that give the hydraulically settable materials the ability to set and exhibit strength properties.
Независимо от типа формовочной смеси вода также способствует созданию формовочной смеси, имеющей желаемые реологические свойства, включая вязкость и предел текучести. Эти свойства являются обычными способами аппроксимирования "способности к обработке" или текучести формовочной смеси. Regardless of the type of sand, water also contributes to the formation of the sand having the desired rheological properties, including viscosity and yield strength. These properties are conventional methods for approximating the "processability" or flowability of the moldable mixture.
Для того чтобы формовочная смесь имела адекватную способность к обработке, вода, в основном, должна включаться в количествах, достаточных для сольватирования или, как минимум, диспергирования органического связующего вещества в неорганически наполненных смесях, и для начальной реакции с гидравлически твердеющим связующим веществом в гидравлически твердеющих материалах. Более того, достаточное количество воды должно быть добавлено, чтобы смочить каждую из частиц заполнителя, волокна или другие твердые частицы и хотя бы частично заполнить промежутки или пустоты между частицами. В некоторых случаях, например, когда добавляется диспергирующее или смазочное вещество, можно сохранить желаемую способность к обработке с меньшим начальным употреблением воды. In order for the moldable mixture to have adequate processability, water should mainly be included in amounts sufficient to solvate or at least disperse the organic binder in inorganically filled mixtures, and for the initial reaction with a hydraulically hardening binder in hydraulically hardening materials. Moreover, a sufficient amount of water must be added to wet each of the aggregate particles, fibers or other solid particles and at least partially fill the gaps or voids between the particles. In some cases, for example, when a dispersant or lubricant is added, the desired processing ability with a lower initial water consumption can be maintained.
Количество воды, добавляемой в формовочную смесь, должно быть тщательно сбалансировано с тем, чтобы смесь была достаточно обрабатываема, и при этом нужно сознавать, что снижение начального содержания воды увеличивает прочность сырой формовочной смеси и конечную прочность отвердевшего изделия. Меньшее количество воды приводит к более прочному конечному изделию, поскольку в течение процесса формования снижается общая пористость. Более того, если в формовочную смесь в начале добавить меньше воды, то тем меньше воды нужно удалять для того чтобы затвердело отформованное изделие или лист. The amount of water added to the moldable mixture must be carefully balanced so that the mixture is sufficiently processable, and it must be recognized that a decrease in the initial water content increases the strength of the raw moldable mixture and the final strength of the hardened product. Less water leads to a stronger end product, since the overall porosity decreases during the molding process. Moreover, if less water is added to the molding mixture at the beginning, then less water needs to be removed in order for the molded product or sheet to harden.
Соответствующая реология, отвечающая этим потребностям, может быть определена в понятиях предела текучести. Предпочтительно, чтобы предел текучести формовочной смеси находился в диапазоне от приблизительно 2 кПа до приблизительно 5 MПa, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 100 кПа до приблизительно 1 МПа, и самое предпочтительное в диапазоне от приблизительно 200 кПа до приблизительно 700 кПа. Желаемый уровень предела текучести можно оптимизировать и регулировать в соответствии с конкретным процессом формования, который используется для изготовления материалов, изготовленных из этих веществ. The corresponding rheology that meets these needs can be defined in terms of yield strength. Preferably, the yield strength of the molding sand is in the range of from about 2 kPa to about 5 MPa, more preferably in the range of from about 100 kPa to about 1 MPa, and most preferably in the range of from about 200 kPa to about 700 kPa. The desired level of yield strength can be optimized and adjusted in accordance with the specific molding process that is used to manufacture materials made from these substances.
В некоторых случаях может оказаться желаемым вначале включить относительно большое количество воды в свете того, что избыточную воду затем можно удалить путем нагревания изделия в течение процесса формования или сразу после него. Также нужно понять, что такое гидравлически затвердеющая смесь - это смесь, в которой связующее вещество само по себе внутренне воздействует на гидравлически твердеющие смеси, поскольку частицы связующего вещества вступают в химическую реакцию с водой и уменьшают количество свободной воды в пространствах между частицами. Это внутренне "осушающее" воздействие может быть повышено включением быстро реагирующих гидравлических связующих веществ, таких как полугидрат гипса одновременно с более медленно реагирующим гидравлическим цементом. In some cases, it may be desirable to initially include a relatively large amount of water in light of the fact that excess water can then be removed by heating the article during or immediately after the molding process. You also need to understand what a hydraulically settable mixture is - a mixture in which the binder itself internally acts on the hydraulically settable mixture, since the binder particles react chemically with water and reduce the amount of free water in the spaces between the particles. This internally draining effect can be enhanced by the inclusion of rapidly reacting hydraulic binders, such as gypsum hemihydrate, together with a more slowly reacting hydraulic cement.
Как будет полнее изложено ниже, можно выбрать размеры отдельных частиц заполнителя и волокон, с тем чтобы повысить плотность упаковки частиц получающейся формовочной смеси. В большой степени количество воды, которое нужно добавить для того, чтобы получить формовочную смесь, имеющую конкретные реологические свойства, например предел текучести, зависит от плотности упаковки частиц. Например, если плотность упаковки частиц формовочной смеси составляет 0,65, вода включается в количестве приблизительно 35% с тем, чтобы существенно наполнить промежуточные пустоты между частицами. С другой стороны, формовочная смесь, имеющая плотность упаковки частиц 0,95, потребует воду только в количестве около 5% по объему, чтобы существенно заполнить промежуточные пустоты. Это СЕМИКРАТНОЕ УМЕНЬШЕНИЕ количества воды, которую нужно добавить, чтобы существенно заполнить промежуточные пустоты, что влияет на реологические свойства и способность к обработке формовочной смеси. As will be more fully described below, it is possible to choose the sizes of individual particles of aggregate and fibers in order to increase the packing density of the particles of the resulting molding mixture. To a large extent, the amount of water that must be added in order to obtain a molding mixture having specific rheological properties, for example, yield strength, depends on the packing density of the particles. For example, if the packing density of the particles of the molding sand is 0.65, water is included in an amount of about 35% so as to substantially fill the intermediate voids between the particles. On the other hand, a molding mixture having a particle packing density of 0.95 will require water only in an amount of about 5% by volume in order to substantially fill the intermediate voids. This is a SEVEN DECREASE in the amount of water that needs to be added to substantially fill the intermediate voids, which affects the rheological properties and the ability to process the molding mixture.
В свете вышеизложенного количество воды, которое нужно добавить в смесь, в большой степени будет зависеть от уровня плотности упаковки частиц в смеси, от количества диспергируемого водой связующего вещества, которое добавляется, от количества добавляемого гидравлически твердеющего связующего вещества и от желаемых реологических свойств получающейся в результате формовочной смеси. Поэтому количество воды, которое будет добавляться для образования формовочной смеси, будет колебаться всего от 5% до 50% по объему формовочной смеси. Точное количество воды в большой степени будет зависеть от объема и вида других компонентов и примесей в смеси. Специалист сможет отрегулировать объем воды, чтобы получить адекватную способность к обработке для любого данного производственного процесса. In light of the foregoing, the amount of water that needs to be added to the mixture will largely depend on the level of packing density of the particles in the mixture, on the amount of water dispersible binder that is added, on the amount of hydraulically settable binder added and on the desired rheological properties of the resulting molding sand. Therefore, the amount of water that will be added to form the molding sand will range from only 5% to 50% by volume of the molding sand. The exact amount of water will largely depend on the volume and type of other components and impurities in the mixture. A person skilled in the art will be able to adjust the volume of water in order to obtain an adequate processing ability for any given production process.
В большинстве случаев предпочтительно включить минимальное количество воды, которое требуется, чтобы придать формовочной смеси желаемый уровень возможности обработки, и тем самым снизить количество воды, которое нужно удалить из обрабатываемого изделия. Уменьшение количества подлежащей удалению воды обычно снижает себестоимость производства, поскольку удаление воды связано с энергопотреблением. Тем не менее, соединения согласно настоящему изобретению содержат гораздо меньше воды, даже в верхних диапазонах включения воды, по сравнению с суспензиями, применяемыми для изготовления бумажных изделий, которые обычно содержат более 95% воды по объему. In most cases, it is preferable to include the minimum amount of water that is required to give the moldable mixture the desired level of processing ability, and thereby reduce the amount of water that needs to be removed from the workpiece. Reducing the amount of water to be removed usually reduces production costs, since water removal is associated with energy consumption. However, the compounds of the present invention contain much less water, even in the upper ranges of water incorporation, compared to suspensions used to make paper products that typically contain more than 95% water by volume.
Тем не менее, после удаления воды из отформованного изделия полное количество воды, остающееся после процесса сушки, будет достигать приблизительно 10% по весу. However, after removing water from the molded product, the total amount of water remaining after the drying process will reach approximately 10% by weight.
Заполнители. Placeholders.
Неорганические материалы, обычно используемые в бумагоделательной промышленности, а также более мелко молотые материалы-заполнители, используемые в бетонной промышленности, можно применять в формовочных смесях настоящего изобретения. Тем не менее, размер частиц заполнителя или органических материалов-наполнителей будет часто во много раз больше размеров неорганических материалов- наполнителей, используемых в бумагоделательной промышленности. Если средний диаметр частиц в неорганических наполнителях, используемых в бумагоделательной промышленности, обычно бывает менее 2 мкм, то средний диаметр частиц в материалах-заполнителях, используемых в рамках настоящего изобретения, обычно будет составлять до 100 мкм или больше в зависимости от толщины стенок получаемого изделия и потому процесс в общем случае будет менее дорогим. Inorganic materials commonly used in the paper industry, as well as finely ground aggregate materials used in the concrete industry, can be used in the molding sand of the present invention. However, the particle size of the aggregate or organic filler materials will often be many times larger than the inorganic filler materials used in the paper industry. If the average particle diameter in the inorganic fillers used in the paper industry is usually less than 2 microns, then the average particle diameter in the filler materials used in the framework of the present invention will usually be up to 100 microns or more depending on the wall thickness of the resulting product and therefore, the process will generally be less expensive.
Широкий диапазон неорганических материалов-заполнителей, которые можно добавлять в формовочные смеси настоящего изобретения, позволяет привнести в конечное изделие разнообразные свойства. Материалы-заполнители, используемые в настоящем изобретении, можно добавлять, чтобы увеличить прочность (на разрыв и особенно прочность на сжатие), увеличить модуль упругости и модуль продольной упругости (Юнга), уменьшить себестоимость, поскольку наполнитель недорог, снизить вес или/и повысить изолирующую способность получающегося изделия. Кроме того, можно применять пластинчатые заполнители, такие как слюда и каолин, чтобы создать гладкую законченную поверхность в изделиях согласно настоящего изобретения. Обычно более крупные заполнители, такие как карбонат кальция, придают матовость поверхности, тогда как более мелкие частицы придают поверхности стекловидность. The wide range of inorganic filler materials that can be added to the molding sand of the present invention allows the introduction of a variety of properties into the final product. The filler materials used in the present invention can be added to increase strength (tensile strength and especially compressive strength), increase the modulus of elasticity and the modulus of longitudinal elasticity (Young), reduce the cost, since the filler is inexpensive, reduce weight and / or increase the insulating ability of the resulting product. In addition, lamellar aggregates such as mica and kaolin can be used to create a smooth finished surface in the products of the present invention. Usually, larger aggregates, such as calcium carbonate, give a dull surface, while smaller particles make the surface glassy.
К числу пригодных неорганических заполнителей относится перлит, вермикулит, песок, гравий, камень, известняк, песчаник, стеклянные бусинки, аэрогели, ксерогели, сеагели, слюда, глина, синтетическая глина, глинозем, силика, зольная пыль, испаренная силика, плавленная силика, слоистый глинозем, каолин, микросферы, полые стеклянные сферы, пористые керамические сферы, дигидрат гипса, карбонат кальция, алюминат кальция, пробка, семена, легкие полимеры, ксонотлит (кристаллический силикатный гель кальция), легкие расширенные глины, гидратированные или негидратированные гидравлические частицы цемента, пемза, расслоенный камень и другие ископаемые материалы. Частично гидратированный и гидратированный цемент, а также пары силики имеют высокую площадь поверхности и придают отличные преимущества смеси, такие как высокая начальная способность к схватыванию свежеотформованного изделия. Suitable inorganic aggregates include perlite, vermiculite, sand, gravel, stone, limestone, sandstone, glass beads, aerogels, xerogels, seagels, mica, clay, synthetic clay, alumina, silica, fly ash, evaporated silica, melted silica, layered alumina, kaolin, microspheres, hollow glass spheres, porous ceramic spheres, gypsum dihydrate, calcium carbonate, calcium aluminate, cork, seeds, light polymers, xonotlite (crystalline calcium silicate gel), light expanded clay, hydrated or unhydrated hydraulic particles of cement, pumice stone, stratified stone and other fossil materials. Partially hydrated and hydrated cement, as well as silica fumes, have a high surface area and give excellent mixture advantages, such as a high initial setting ability of the freshly formed product.
Даже выброшенные неорганически наполненные материалы, например выброшенные листы, контейнеры или другие изделия, согласно настоящему изобретению можно использовать как инертные наполнители и укрепляющие вещества. Также следует понять, что листы и другие предметы согласно настоящему изобретению могут легко и эффективно подвергаться переработке, если их просто добавлять к новым формовочным смесям в качестве инертных наполнителей. Even discarded inorganically filled materials, such as discarded sheets, containers or other products, according to the present invention can be used as inert fillers and reinforcing agents. It should also be understood that sheets and other objects according to the present invention can be easily and efficiently processed if they are simply added to new molding compounds as inert fillers.
Как глина, так и гипс являются особенно важными материалами-заполнителями благодаря своей повсеместности, чрезвычайно низкой стоимости, способности к обработке, легкости формования и потому, что они также обеспечивают некоторую степень связывания и прочности при добавлении в достаточно больших количествах. Both clay and gypsum are particularly important aggregate materials due to their ubiquity, extremely low cost, processability, ease of molding, and because they also provide some degree of bonding and strength when added in sufficiently large quantities.
"Глина" - это понятие, относящееся к материалам, обнаруживаемым в земле и имеющим определенные химические составы и свойства. К числу преимущественных глин относится силика и глинозем, используемые для производства гончарных изделий, черепицы, кирпича и труб, и каолинит. Каолиновые глины - это анауксит с химической формулой Al2О3•SiO2•H2O и монтрморилонит с химической формулой Al2О3•SiO2• H2O."Clay" is a concept referring to materials found in the earth and having certain chemical compositions and properties. Preferred clays include silica and alumina used for the production of pottery, tiles, bricks and pipes, and kaolin. Kaolin clay is an anauxite with the chemical formula Al 2 O 3 • SiO 2 • H 2 O and montrmorilonite with the chemical formula Al 2 O 3 • SiO 2 • H 2 O.
Однако глины могут содержать широкий диапазон других веществ, таких как окись железа, окись титана, окись кальция, окись циркония и пирит. However, clays can contain a wide range of other substances, such as iron oxide, titanium oxide, calcium oxide, zirconium oxide and pyrite.
Кроме того, хотя глины использовались тысячелетиями и могут достичь твердости даже без обжига, такие необожженные глины подвержены деградации в воде и оголению, чрезвычайно хрупки и малопрочны. Тем не менее глина представляет собой хороший недорогой заполнитель в формовочных материалах настоящего изобретения. In addition, although clays have been used for thousands of years and can achieve hardness even without firing, such unfired clays are subject to degradation in the water and exposure, are extremely fragile and of low strength. However, clay is a good inexpensive aggregate in the molding materials of the present invention.
Аналогичным образом, полугидрат гипса также гидратируем и образует дигидрат сульфата кальция в присутствии воды. Таким образом, гипс может проявлять свойства как заполнителя, так и связующего вещества в зависимости от того, какая форма и концентрация - полугидрат или дигидрат - добавляется к формовочной смеси. Similarly, gypsum hemihydrate is also hydratable and forms calcium sulfate dihydrate in the presence of water. Thus, gypsum can exhibit the properties of both a filler and a binder, depending on what form and concentration — hemihydrate or dihydrate — is added to the moldable mixture.
Даже гидравлический цемент, такой как портландцемент, можно добавлять в качестве неорганического материала-наполнителя в
формовочные смеси настоящего изобретения. Гидравлические цементы не только относительно недороги и имеются в избытке, но они, кроме того, придают частично связующую способность неорганически наполненной матрице, если включаются в достаточно больших количествах. Реакция между гидравлически твердеющими связующими веществами и водой вызывает внутренний просушивающий эффект в формуемой смеси, который эффективно удаляет, как минимум, часть воды из смеси без выпаривания.Even hydraulic cement, such as Portland cement, can be added as an inorganic filler material in
molding compounds of the present invention. Hydraulic cements are not only relatively inexpensive and abundant, but they also give a partially binding ability to an inorganically filled matrix if incorporated in sufficiently large quantities. The reaction between hydraulically settable binders and water causes an internal drying effect in the moldable mixture, which effectively removes at least a portion of the water from the mixture without evaporation.
Заранее гидратированные частицы гидравлического цемента также можно добавлять в качестве инертного наполнителя. Одно из различий между негидратированным и заранее гидратированным цементом состоит в том, что последний имеет морфологию пластин и пластиночек. Pre-hydrated particles of hydraulic cement can also be added as an inert filler. One of the differences between unhydrated and pre-hydrated cement is that the latter has a morphology of plates and plates.
Кроме того, гидравлический цемент может влиять на реологические свойства формовочной смеси, как минимум, частично посредством химической реакции с водой, что уменьшает количество воды, имеющееся для смазки частиц заполнителя и волокон. Кроме того, было обнаружено, что серый портландцемент увеличивает внутреннюю когезию формовочной смеси. Наконец, хотя точно неизвестно, возможно, что гидравлический цемент способен взаимодействовать до некоторой степени с большим числом гидроксильных групп, присутствующих во многих органических полимерных связующих веществах. Гидроксильные группы такого связующего вещества будут, как минимум, иметь водородные подобные образованию связей взаимодействия с высоко полярными гелевыми продуктами гидравлического цемента, которые, как известно, адсорбируются на поверхности частиц цемента. In addition, hydraulic cement can influence the rheological properties of the moldable mixture, at least in part, by a chemical reaction with water, which reduces the amount of water available for lubricating aggregate particles and fibers. In addition, it was found that gray Portland cement increases the internal cohesion of the sand. Finally, although it is not known exactly, it is possible that hydraulic cement is able to interact to some extent with the large number of hydroxyl groups present in many organic polymer binders. The hydroxyl groups of such a binder will, at a minimum, have hydrogen-like bond formation interactions with the highly polar gel products of hydraulic cement, which are known to adsorb on the surface of cement particles.
Вследствие природы формовочных смесей и получаемых из них изделий, в них можно включать легкие заполнители, имеющие большие промежуточные пространства, чтобы придать эффект изоляции формуемым листам. К числу заполнителей, которые могут придать формуемой смеси легкость, относятся перлит, вермикулит, стеклянные бусинки, полые стеклянные сферы, карбонат кальция, синтетические материалы, например пористые керамические сферы,пластинчатый глинозем и т.п., пробка, легкие расширенные глины, песок, гравий, камень, известняк, песчаник, пемза и другие ископаемые материалы. Due to the nature of the moldable mixtures and the products obtained from them, lightweight aggregates having large interstitial spaces can be included in them to give an insulation effect to the moldable sheets. Aggregates that can make the moldable mixture light include perlite, vermiculite, glass beads, hollow glass spheres, calcium carbonate, synthetic materials such as porous ceramic spheres, plate alumina, etc., cork, light expanded clay, sand, gravel, stone, limestone, sandstone, pumice and other fossil materials.
В дополнение к традиционным заполнителям, используемым при производстве бумаги и цемента, в формовочные смеси можно добавить широкий диапазон других заполнителей, включая наполнители, придающие прочность веществам, включая металлы и сплавы металлов, такие как нержавеющая сталь, алюминат кальция, железо, медь, серебро и золото, шарики или полые сферические материалы (такие как стекло, полимеры и металлы), металлические опилки, гранулы, порошки (например, микросилику) и волокна (такие как из графита, силики, глинозема, стекловолокно, полимерные, органические волокна и другие такие волокна, обычно используемые для изготовления композитов различного вида. In addition to the traditional aggregates used in the paper and cement industry, a wide range of other aggregates can be added to the molding compounds, including fillers that give strength to substances, including metals and metal alloys such as stainless steel, calcium aluminate, iron, copper, silver and gold, balls or hollow spherical materials (such as glass, polymers and metals), metal filings, granules, powders (e.g. microsilica) and fibers (such as graphite, silica, alumina, fiberglass, polymer organic fibers and other such fibers commonly used for the manufacture of various types of composites.
В дополнение к этим неорганическим заполнителям используют некоторые органические, полимерные или эластомерные заполнители, такие как семена, крахмалы, желатины, материалы типа агара, пробку или пластиковые сферы, которые могут использоваться в качестве материала заполнителя для придания конечному продукту различных свойств, например гибкости. Легкие пластиковые сферы особенно пригодны, когда желательна комбинация малого веса, высокой гибкости и упругости, эти материалы используют для создания подкладок, перегородок, разделителей, оберток, прокладок или распорок. In addition to these inorganic aggregates, some organic, polymer or elastomeric aggregates are used, such as seeds, starches, gelatins, agar materials, cork or plastic spheres, which can be used as aggregate materials to impart various properties to the final product, such as flexibility. Lightweight plastic spheres are especially suitable when a combination of light weight, high flexibility and resilience is desired; these materials are used to create linings, partitions, dividers, wraps, gaskets or struts.
Предпочтительно полимерная сфера изготовляется из легкого полиэтилена плотностью от 0,01 до 0,3 г/см3 и размером частиц менее 100 мкм, хотя в более крупных упаковочных материалах могут быть использованы более крупные сферы.Preferably, the polymer sphere is made of lightweight polyethylene with a density of from 0.01 to 0.3 g / cm 3 and a particle size of less than 100 microns, although larger spheres can be used in larger packaging materials.
В тех продуктах, в которых используются легкие пластмассовые сферы, таких как легкие и гибкие контейнеры, перегородки или материал прокладок, количество пластиковых сфер предпочтительно будет находиться в диапазоне от около 1% до около 10% по весу и наиболее предпочтительно в диапазоне от около 3% до приблизительно 6% по весу. Поэтому прокладочные материалы, изготовляемые согласно настоящему изобретению и содержащие пластиковые сферы, намного экологически нейтральнее материалов из полистирена, почти универсально выбираемого материала для прокладок с содержанием полистирена 100%. Фунт за фунтом прокладочные материалы согласно настоящему изобретению привносят гораздо меньше пластмассы в окружающую среду, чем аналогичные изделия из полистирена. Если разлагаемые в воде гибкие заполнители, такие, например, как агар или гранулы амилопектина используются вместо пластмассовых шариков, прокладочные материалы будут в принципе не загрязняющими среду. In products that use light plastic spheres, such as light and flexible containers, partitions, or gasket material, the number of plastic spheres will preferably be in the range of about 1% to about 10% by weight, and most preferably in the range of about 3% up to about 6% by weight. Therefore, cushioning materials manufactured according to the present invention and containing plastic spheres are much more environmentally neutral than polystyrene materials, an almost universally selectable material for gaskets with 100% polystyrene content. Pound for pound cushioning materials according to the present invention introduce much less plastic into the environment than similar polystyrene products. If flexible aggregates, degradable in water, such as agar or amylopectin granules, are used instead of plastic balls, the core materials will in principle be non-polluting.
Может оказаться полезным сконцентрировать большинство пластиковых шариков вблизи поверхности изделия, где потребность в гибкости является наибольшей. Аналогичным образом вблизи сердцевины изделия, где более важны долговечность и жесткость, может быть меньше пластиковых шариков или может не быть их совсем. Эта концентрация пластиковых шариков вблизи поверхности изделия повышает их эффективность, в то же время позволяя уменьшить их количество, что делает изделия согласно настоящему изобретению еще более экологически безопасными. Такие изделия могут содержать всего 1% пластиковых шариков по весу. It may be useful to concentrate most of the plastic balls near the surface of the product, where the need for flexibility is greatest. Similarly, near the core of the product, where durability and stiffness are more important, there may be fewer plastic balls or there may be none at all. This concentration of plastic balls near the surface of the product increases their efficiency, while at the same time reducing their number, which makes the products according to the present invention even more environmentally friendly. Such products may contain only 1% of plastic balls by weight.
Часто бывает более предпочтительным согласно настоящему изобретению включать набор заполнителей разных размеров и сортировки, способных более полно наполнять промежутки между частицами заполнителя и волокнами внутри формовочной смеси. Оптимизация плотности упаковки частиц позволяет уменьшить количество воды, которое требуется, чтобы получить нужный уровень формуемости путем ликвидации промежутков, которые иначе наполнялись бы водой, которую часто называют "капиллярной водой". Often it is more preferable according to the present invention to include a set of aggregates of different sizes and grades capable of more fully filling the gaps between the aggregate particles and the fibers inside the moldable mixture. Optimize particle packing density to reduce the amount of water that is required to obtain the desired level of formability by eliminating gaps that would otherwise be filled with water, which is often called "capillary water."
С целью оптимизации плотности упаковки можно использовать заполнители разных размеров с размерами частиц в диапазоне от всего около 0,05 мкм до величиной около 2 мм. Конечно, желаемое назначение и толщина получающегося продукта будут диктовать соответствующие размеры частиц различных используемых заполнителей. Квалифицированный специалист, в основном, знает какие заполнители и каких размеров нужно использовать, чтобы получить желаемые реологические свойства сырых формовочных смесей, а также конечную прочность и вес конечного отвердевшего неорганически наполненного композита. In order to optimize the packing density, aggregates of different sizes can be used with particle sizes ranging from only about 0.05 microns to about 2 mm. Of course, the desired purpose and thickness of the resulting product will dictate the appropriate particle sizes of the various aggregates used. A qualified person basically knows what aggregates and what sizes need to be used in order to obtain the desired rheological properties of the raw molding sand, as well as the final strength and weight of the final cured inorganically filled composite.
В некоторых примерах реализации может быть желательным максимально повысить концентрацию заполнителей внутри формовочной смеси, чтобы повысить свойства и характеристики заполнителей (такие качества как прочность, низкая плотность или высокая изоляционная способность). В зависимости от собственной плотности упаковки каждого материала заполнителя и относительных размеров частиц получающийся объем комбинированных заполнителей может быть меньше суммы объемов заполнителей перед их перемешиванием. In some embodiments, it may be desirable to maximize the concentration of aggregates within the moldable mixture in order to increase the properties and characteristics of the aggregates (qualities such as strength, low density or high insulating ability). Depending on the intrinsic packing density of each aggregate material and the relative particle sizes, the resulting volume of combined aggregates may be less than the sum of the aggregate volumes before mixing.
Подробное обсуждение упаковки частиц можно найти в статье, соавтором которой является один из авторов настоящего изобретения: Йохансен В. и Андерсен П.Ю. Упаковка частиц и свойства бетона, Материаловедение бетона, II, стр. 111-147, Американское общество керамики (1991 г.). Дальнейшая информация содержится в докторской диссертации Андерсена П.Ю. Управление и отслеживание в производстве бетона. Исследование упаковки частиц и реологии, датская Академия технических наук. Преимущества такой упаковки заполнителей можно далее понять со ссылками на нижеследующие примеры, в которых полые стеклянные сферы разных размеров перемешиваются, чтобы максимально повысить количество изолирующих сфер в формовочной смеси. A detailed discussion of particle packaging can be found in an article co-authored by one of the authors of the present invention: Johansen V. and Andersen P.Yu. Particle Packaging and Concrete Properties, Concrete Materials Science, II, pp. 111-147, American Ceramics Society (1991). Further information is contained in the doctoral dissertation of P. Andersen. Management and tracking in concrete production. Particle Packing and Rheology Research, Danish Academy of Technical Sciences. The advantages of such aggregate packaging can be further understood with reference to the following examples, in which hollow glass spheres of various sizes are mixed in order to maximize the number of insulating spheres in the moldable mixture.
В примерах осуществления, в которых желательно получить изделие, имеющее высокую способность к изоляции, предпочтительным может быть включение в высшей степени неорганически наполненную матрицу легкого заполнителя, имеющего низкую теплопроводность или "фактор k" (определяемый в Вт/м•К). Фактор k - это, грубо говоря, величина, обратная выражению, обычно используемому в США для описания полного теплового сопротивления данного материала, или "фактору R", который обычно определяется в единицах час•кв. фут•гр. Фаренгейта/британская тепловая единица (БТЕ). Понятие фактор R наиболее широко используется в США для описания полного теплового сопротивления данного материала, невзирая на толщину материала. Однако для целей сравнения принято нормировать фактор R, чтобы описать тепловое сопротивление на дюйм толщины данного материала или час•кв.фут•гр, Фаренгейта/БТЕ•дюйм. In exemplary embodiments in which it is desirable to obtain an article having a high insulation ability, it may be preferable to include a highly inorganically filled lightweight aggregate matrix having low thermal conductivity or “factor k” (defined in W / m · K). Factor k is, roughly speaking, the inverse of the expression commonly used in the United States to describe the total thermal resistance of a given material, or the “factor R,” which is usually defined in units of hour • sq. ft • g Fahrenheit / British Thermal Unit (BTU). The concept of factor R is most widely used in the United States to describe the total thermal resistance of a given material, regardless of the thickness of the material. However, for comparison purposes, it is customary to normalize the R factor to describe the thermal resistance per inch of the thickness of a given material or hour • sq. Ft • g, Fahrenheit / BTU • inch.
Для целей этого описания изоляционная способность данного материала будет ниже выражаться только в терминах метода IUPAC для описания термопроводности, т.е. "фактора k". (Преобразование теплового сопротивления, выраженного в британских единицах (час•кв.фут•гр.Фаренгента/БТЕ•дюйм), в единицы IUPAC можно осуществить путем умножения нормированного числа на 6,9335 и взяв обратную величину от произведения). В общем случае, заполнители с очень низким фактором k содержат также большие количества захваченного промежуточного пространства, воздуха, смесей или газов или частичного вакуума, которые также обычно сильно снижают прочность таких заполнителей. Поэтому заботы о изоляции и прочности обычно противоречат друг к другу и их нужно тщательно уравновешивать при подборе конкретной смеси. For the purposes of this description, the insulating ability of this material will be expressed below only in terms of the IUPAC method for describing thermal conductivity, i.e. "factor k". (The conversion of the thermal resistance, expressed in British units (hour • sq. Ft. • Pharengent / BTU • inch), into IUPAC units can be done by multiplying the normalized number by 6.9335 and taking the reciprocal of the product). In general, aggregates with a very low k factor also contain large amounts of entrained intermediate space, air, mixtures or gases, or partial vacuum, which also typically greatly reduces the strength of such aggregates. Therefore, concerns about insulation and strength are usually contradictory to each other and must be carefully balanced when selecting a specific mixture.
Предпочтительные изолирующие легкие заполнители включают в свое число расширенный или отслоенный вермикулит, перлит, кальцинированную диатомовую землю и полые стеклянные сферы, причем все они, обычно, содержат большие количества включенных промежуточных пространств. Однако этот список не в коей мере не должен быть исчерпывающим, поскольку эти заполнители выбираются из-за своей низкой стоимости и повсеместности. Любой заполнитель с низким фактором k, способный придать достаточные изоляционные качества листу или другому изготовленному из него изделию, находится в рамках настоящего изобретения. Preferred insulating lightweight aggregates include expanded or delaminated vermiculite, perlite, calcined diatomaceous earth, and hollow glass spheres, all of which typically contain large amounts of interstitial spaces included. However, this list should in no way be exhaustive, as these placeholders are selected because of their low cost and ubiquity. Any aggregate with a low factor k capable of imparting sufficient insulating properties to a sheet or other product made therefrom is within the scope of the present invention.
В свете вышеизложенного, неорганический заполнитель предпочтительно будет включен в количествах всего около 40% по объему от общего содержания твердых веществ отвердевшего листа и в количествах вплоть до приблизительно 98%, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 50% до приблизительно 95% и наиболее предпочтительно в диапазоне от приблизительно 60% до приблизительно 80% по объему от общего объема твердых веществ. In light of the foregoing, the inorganic aggregate will preferably be included in amounts of only about 40% by volume of the total solids content of the hardened sheet and in amounts up to about 98%, more preferably in the range of from about 50% to about 95%, and most preferably in the range from about 60% to about 80% by volume of the total solids.
Волокна
Используемые в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения понятия "волокна" и "волокнистые материалы" включают в себя как неорганические, так и органические волокна. Волокна являются особенным видом заполнителя, который можно добавлять в формовочные смеси для увеличения способности к удлинению, способности к прогибанию, жесткости, энергии разрыва и прочности на разрыв и на изгиб отформованных изделий. Волокнистые материалы снижают вероятность того, что отформованные изделия и контейнеры будут дробиться при приложении большого усилия в направлении их поперечного сечения.Fibers
Used in this description and in the attached claims, the terms "fibers" and "fibrous materials" include both inorganic and organic fibers. Fibers are a special type of aggregate that can be added to molding sand to increase elongation, bending, stiffness, tensile energy and tensile and bending strength of molded products. Fibrous materials reduce the likelihood that molded products and containers will crush when a large force is applied in the direction of their cross section.
Волокна, которые можно включить в формовочные материалы, это предпочтительно встречающиеся в природе волокна, такие как целлюлозные волокна, волокна извлекаемые из конопли, хлопка, листьев растений, древесины или стеблей, или волокна, изготовленные из волокна, силики (кремнезема), графита, керамики или металла. Предпочтительно стеклянные волокна предварительно обрабатываются, чтобы стать стойкими к щелочам. Fibers that can be incorporated into molding materials are preferably naturally occurring fibers, such as cellulose fibers, fibers extracted from hemp, cotton, plant leaves, wood or stems, or fibers made from fiber, silica (silica), graphite, ceramics or metal. Preferably, the glass fibers are pretreated to become alkali resistant.
К числу предпочтительно выбираемых волокон относятся стеклянные волокна, манильская пенька, багасс, древесные волокна (как твердого, так и мягкого дерева, например, южной сосны), керамические волокна (такие как глинозем, нитрид силики, карбид силики, графит) и хлопок. Можно использовать переработанные бумажные волокна, но они несколько менее желательны из-за разложения в них волокон, которое происходит в первоначальном процессе изготовления бумаги, а также в процессе переработки. Однако любое эквивалентное волокно, придающее прочность и гибкость, также находится в рамках настоящего изобретения. Волокна манильской пеньки поставляются фирмой Isarog Inc. в Филиппинах. Стеклянные волокна, такие как Cemfill (R), поставляются английской фирмой Pilkington Corp. Preferred fibers include glass fibers, manila hemp, bagasse, wood fibers (both hard and soft wood, such as southern pine), ceramic fibers (such as alumina, silica nitride, silica carbide, graphite) and cotton. Recycled paper fibers can be used, but they are somewhat less desirable due to the decomposition of the fibers in them that occurs in the initial paper making process, as well as in the processing process. However, any equivalent fiber imparting strength and flexibility is also within the scope of the present invention. Manila hemp fibers are available from Isarog Inc. in the Philippines. Glass fibers such as Cemfill (R) are available from the English company Pilkington Corp.
Эти волокна предпочтительно используются в этом изобретении благодаря их низкой стоимости, высокой прочности и повсеместности. Тем не менее любое эквивалентное волокно, придающее необходимую прочность на разрыв и на сжатие, а также жесткость и гибкость, конечно, находится в рамках настоящего изобретения. Единственный ограничивающий критерий - чтобы волокно придавало желаемые свойства без неблагоприятной реакции с другими составляющими формуемого материала и не загрязняло материалы (такие как пища), хранящиеся или продающиеся в изделиях, сделанных из содержащих волокна материалов. These fibers are preferably used in this invention due to their low cost, high strength and ubiquity. However, any equivalent fiber imparting the necessary tensile and compressive strength, as well as rigidity and flexibility, of course, is within the scope of the present invention. The only limiting criterion is that the fiber imparts the desired properties without adverse reaction with other components of the material being molded and does not contaminate materials (such as food) stored or sold in products made from fiber-containing materials.
Волокна, используемые для получения изделий и контейнеров настоящего изобретения, предпочтительно имеют высокое отношение длины к ширине (или "аспектное отношение"). Более длинные и более узкие волокна могут придать больше прочности структурной матрице, незначительно увеличивая объем и массу композитных материалов. Волокна должны иметь среднее аспектное отношение, как минимум, около 10:1, предпочтительно, как минимум, около 100:1 и наиболее предпочтительно, как минимум, около 200:1. The fibers used to make the articles and containers of the present invention preferably have a high length to width ratio (or “aspect ratio”). Longer and narrower fibers can give more strength to the structural matrix, slightly increasing the volume and weight of composite materials. The fibers should have an average aspect ratio of at least about 10: 1, preferably at least about 100: 1, and most preferably at least about 200: 1.
Количество материалов, добавляемых к поддающемуся формованию материалу, будет меняться в зависимости от желаемых свойств конечного продукта, причем прочность, жесткость, гибкость и стоимость являются основными критериями при определении количества волокна, которое нужно добавить в любую смесь. В большинстве случаев волокна будут добавляться в количестве в диапазоне от приблизительно 0,2% до приблизительно 50% от объема общего содержания твердых веществ в формовочной смеси, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1% до приблизительно 30%, и наиболее предпочтительно в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 20% от общего объема твердых веществ в формовочной смеси. The amount of materials added to the molding material will vary depending on the desired properties of the final product, and strength, stiffness, flexibility and cost are the main criteria in determining the amount of fiber to be added to any mixture. In most cases, the fibers will be added in an amount in the range of from about 0.2% to about 50% of the total solids content of the sand, more preferably in the range of from about 1% to about 30%, and most preferably in the range of from about 5% to about 20% of the total solids in the sand.
Было обнаружено, что небольшие повышения концентрации волокон ниже около 20% волокна по объему обычно резко увеличивают прочность, жесткость и стойкость к изгибу законченного изделия. Добавление волокон выше уровня приблизительно 20% по объему вызывет менее резкое увеличение прочности и гибкости изделия, хотя такие увеличения могут быть экономически оправданы в конкретных случаях. It has been found that small increases in fiber concentration below about 20% fiber by volume usually dramatically increase the strength, stiffness and bending resistance of the finished product. Adding fibers above a level of approximately 20% by volume will cause a less dramatic increase in product strength and flexibility, although such increases may be economically justified in specific cases.
Однако, будет понятно, что прочность волокна - это очень важная характеристика при определении количества подлежащего использованию волокна. Чем больше прочность на разрыв волокна, тем меньше количество, которое нужно использовать, чтобы получить тот же самый уровень прочности на разрыв в получающемся продукте. Конечно, тогда как некоторые волокна имеют высокую прочность на разрыв, другие виды волокон с более низкой прочностью на разрыв могут быть более эластичными. Волокна с более низким аспектным отношением легче размещаются и дают лист с меньшим количеством дефектов, тогда как более высокое аспектное отношение увеличивает прочность волокна. Поэтому комбинация двух или большего видов волокон может быть желательной для получения результирующего продукта, который увеличивает многочисленные свойства, такие как высокая прочность на разрыв, высокая эластичность и лучшее размещение волокон. However, it will be understood that fiber strength is a very important characteristic in determining the amount of fiber to be used. The greater the tensile strength of the fiber, the smaller the amount that must be used to obtain the same level of tensile strength in the resulting product. Of course, while some fibers have a high tensile strength, other types of fibers with a lower tensile strength may be more elastic. Fibers with a lower aspect ratio are easier to place and produce a sheet with fewer defects, while a higher aspect ratio increases the strength of the fiber. Therefore, a combination of two or more kinds of fibers may be desirable to produce a resulting product that enhances numerous properties such as high tensile strength, high elasticity and better fiber placement.
Нужно также понимать, что некоторые волокна, такие как южная сосна и манильная пенька, имеют высокое сопротивление раздиранию и продавливанию. Другие, например хлопок, менее прочны, однако более гибки. В некоторых случаях, когда требуются лучшее размещение, большая гибкость и более высокое сопротивление раздиранию и продавливанию, в смесь можно добавить смесь волокон, имеющих различные свойства. You must also understand that some fibers, such as southern pine and manila hemp, have high resistance to tearing and bursting. Others, such as cotton, are less durable, but more flexible. In some cases, when better placement, greater flexibility and higher tearing and bursting resistance are required, a mixture of fibers having different properties can be added to the mixture.
Наконец, известно, что некоторые волокна и неорганические наполнители химически взаимодействуют и связываются с некоторыми основанными на крахмале органическими полимерными связующими веществами, тем самым добавляя другое измерение материалам согласно настоящему изобретению. Например, известно, что многие волокна и неорганические наполнители по своей природе анионны и имеют отрицательный заряд. Поэтому, чтобы максимально повысить взаимодействие между органическим связующим веществом и анионными волокнами и неорганическими материалами, может быть полезным добавить положительно заряженное органическое связующее вещество, такое как катионный крахмал. Finally, it is known that some fibers and inorganic fillers chemically interact and bind to some starch-based organic polymer binders, thereby adding another dimension to the materials of the present invention. For example, it is known that many fibers and inorganic fillers are anionic in nature and have a negative charge. Therefore, in order to maximize the interaction between the organic binder and the anionic fibers and inorganic materials, it may be useful to add a positively charged organic binder, such as cationic starch.
Лучшую водонепроницаемость можно получить путем обработки волокон канифолью и квасцами (Al2/SO4/3) или NaAl/SO4/2, последний из которых осаждает канифоль на поверхность волокон, делая ее более гидрофобной. Алюминиевые хлопья, образуемые квасцами, создают на поверхности волокон место анионной адсорбации для положительно заряженного органического связующего вещества, такого как катионный крахмал.Better water resistance can be obtained by treating the fibers with rosin and alum (Al 2 / SO 4/3) or NaAl / SO 4/2, the latter of which precipitates out the rosin onto the fiber surface, making it more hydrophobic. The alumina flakes formed by alum create an anionic adsorption site on the surface of the fibers for a positively charged organic binder such as cationic starch.
Диспергенты. Dispersants
Термин "диспергент" используется ниже для обозначения класса материалов, которые можно добавлять, чтобы снизить вязкость и предел текучести формовочной смеси. Более подробное описание использования диспергентов можно найти в магистерской диссертации Андерсена П.Ю. Воздействия органических суперпластифицирующих добавок и их компонентов на зета-потенциал и связанные с ним свойства цементных материалов (1987 г.). The term "dispersant" is used below to indicate the class of materials that can be added to reduce the viscosity and yield strength of the moldable mixture. A more detailed description of the use of dispersants can be found in Andersen P.Yu. The effects of organic superplasticizing additives and their components on the zeta potential and related properties of cement materials (1987).
В общем случае диспергенты адсорбируются на поверхности заполнителей, частиц гидравлического связующего вещества, или/и на ближний коллоидный двойной слой частиц связующего вещества. Это создает отрицательный заряд вокруг поверхности частиц, заставляя их отталкиваться друг от друга. Это отталкивание частиц повышает "смазку" путем снижения "трения" или сил притяжения, которые иначе заставляют частицы сильнее взаимодействовать. Благодаря этому вначале можно добавлять меньше воды, сохраняя обрабатываемость формовочной смеси. In general, dispersants are adsorbed on the surface of aggregates, particles of a hydraulic binder, and / or on the proximal colloidal double layer of binder particles. This creates a negative charge around the surface of the particles, causing them to repel each other. This repulsion of particles enhances “lubrication” by reducing “friction” or attractive forces that otherwise cause particles to interact more strongly. Thanks to this, you can first add less water, while maintaining the machinability of the moldable mixture.
Значительное снижение вязкости и предела текучести может быть достигнуто, когда пластичные свойства, сцепляемость или/и стабильность формы менее важны. Добавление диспергента помогает сохранять формовочную смесь обрабатываемой даже при добавлении очень небольшого количества воды. A significant reduction in viscosity and yield strength can be achieved when ductility, adhesion, and / or shape stability are less important. Adding dispersant helps keep the moldable mixture workable even when very small amounts of water are added.
Тем не менее, из-за характера механизма покрывания последовательность, в которой диспергент добавляется в смесь, часто может играть определяющую роль. Если используются некоторые диспергируемые в воде органические связующие вещества (такие как Tylose(R), диспергент следует добавлять в смесь, содержащую воду и, как минимум, часть неорганических заполнителей, сначала, а потом уже нужно добавлять связующее вещество. Иначе диспергент будет менее способен адсорбироваться на поверхность частиц заполнителя, потому что сначала будет необратимо адсорбироваться Tylose(R), образуя защитный коллоид на поверхности и предотвращая адсорбцию диспергента.However, due to the nature of the coating mechanism, the sequence in which the dispersant is added to the mixture can often play a decisive role. If some water-dispersible organic binders (such as Tylose (R)) are used , the dispersant should be added to the mixture containing water and at least part of the inorganic aggregates, first and then the binder must be added. Otherwise, the dispersant will be less adsorbed to the surface of the aggregate particles, because Tylose (R) will be irreversibly adsorbed first, forming a protective colloid on the surface and preventing dispersant adsorption.
Предпочтительный диспергент - это конденсат сульфанированного нафтилан-формальдегида, образец которого продается под товарным знаком WRDA 19, который производится фирмой W. R.Grace, Inc. К числу других диспергентов, которые тоже могут хорошо работать, относятся конденсат сульфонированного меламин- формальдегида, лигносульфонат и полиакриловая киcлота. Концентрация диспергента будет в основном находиться в диапазоне от приблизительно 5% по весу от воды, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,5%, до приблизительно 4%, и наиболее предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1% до приблизительно 2%. A preferred dispersant is a sulfonated naphthylene-formaldehyde condensate, a sample of which is sold under the
Диспергенты, рассматриваемые в настоящем изобретении, иногда назывались в промышленности производства бетона "суперпластификаторами". Для того чтобы лучше отличить диcпергенты от других модифицирующих реологические свойства веществ, которые часто действуют как пластификаторы, термин "суперпластификатор" не будет использоваться в этом описании. The dispersants contemplated by the present invention are sometimes referred to in the concrete industry as "superplasticizers." In order to better distinguish dispersants from other rheological modifying substances that often act as plasticizers, the term “superplasticizer” will not be used in this description.
Воздушные пустоты. Air voids.
Если не прочность, а изоляция является главенствующим фактором, т.е. если желательно изолировать горячие или холодные материалы, может быть желательным включить мельчайшие воздушные пустоты в структурную матрицу изделий в добавок к легким заполнителям, чтобы повысить изоляционные свойства изделий. Включение воздушных пустот в формовочную смесь тщательно рассчитывается, чтобы придать необходимые изоляционные свойства, не ухудшая прочности изделия до степени невозможности его использования. Однако, в общем случае, если изоляция не является важным признаком конкретного продукта, желательно довести до минимума все воздушные пустоты, чтобы максимально повысить прочность и уменьшить объем. If not strength, but insulation is the dominant factor, i.e. if it is desired to isolate hot or cold materials, it may be desirable to include minute air voids in the structural matrix of the products in addition to lightweight aggregates to enhance the insulating properties of the products. The inclusion of air voids in the molding mixture is carefully calculated to give the necessary insulating properties, without compromising the strength of the product to the extent of impossibility of its use. However, in the general case, if insulation is not an important feature of a particular product, it is advisable to minimize all air voids in order to maximize strength and reduce volume.
В некоторых примерах осуществления мелко рассеянные воздушные пустоты могут вводиться при высокоскоростном перемешивании с большим сдвигающим усилием формовочной смеси, причем пенящийся или стабилизирующий агент добавляется в смесь, чтобы помочь образованию пустот. Описанные выше высокоэнергические мешалки с большим сдвигающим усилием особенно пригодны для достижения этой желанной цели, К числу подходящих воздухововлекающих веществ относятся широко используемые поверхностно-активные вещества и винсоловая смола. Одно из предпочитаемых в настоящее время поверхностно-активных веществ это полипептид-алкилен полиол, такой как Mearlcrete Foam Liquid. In some embodiments, finely dispersed air voids can be introduced with high speed mixing with a high shear of the moldable mixture, with a foaming or stabilizing agent being added to the mixture to help form voids. The high-energy high shear mixers described above are particularly suitable for achieving this desired goal. Suitable air-entraining agents include commonly used surfactants and vinsol resin. One of the currently preferred surfactants is an alkylene polyol polypeptide such as Mearlcrete Foam Liquid.
В сочетании с поверхностно-активным веществом будет необходимо стабилизировать вовлеченный воздух в материале с использованием стабилизирующего вещества, например, Mearlcel 3532', синтетического жидкого биодеградирующего раствора. Как Mearlcrete', так и Mearlcel' поставляются фирмой Mearl Corporation из Нью-Джерси. Кроме того, органическое полимерное связующее вещество может стабилизировать вовлеченный воздух. In combination with a surfactant, it will be necessary to stabilize the entrained air in the material using a stabilizing agent, for example, Mearlcel 3532 ', a synthetic liquid biodegradable solution. Both Mearlcrete 'and Mearlcel' are supplied by Mearl Corporation of New Jersey. In addition, an organic polymer binder can stabilize the entrained air.
Стабильность пены помогает поддерживать дисперсию и предотвращает агломерацию воздушных пустот в неотвердевшей формовочной смеси. Неспособность предотвратить сращение воздушных пустот фактически уменьшает эффект изолирования, и это также сильно уменьшает прочность затвердевшей формовочной смеси. Повышение pH, увеличение концентрации растворимых щелочных металлов, таких как натрий и калий, добавление стабилизирующего вещества, такого как модифицирующее реологические свойства вещество - полисахарид, и тщательное регулирование концентраций поверхностно-активного вещества и воды в формовочной смеси - все это помогает увеличить стабильность пены смеси. Foam stability helps maintain dispersion and prevents agglomeration of air voids in the uncured sand. Failure to prevent the coalescence of air voids actually reduces the effect of isolation, and this also greatly reduces the strength of the hardened molding sand. Raising the pH, increasing the concentration of soluble alkali metals such as sodium and potassium, adding a stabilizing substance, such as a polysaccharide, a rheological modifier, and carefully adjusting the concentration of surfactant and water in the molding sand, all help to increase the stability of the foam of the mixture.
В течение процесса формования или/и твердения формовочной смеси часто бывает желательным нагреть формовочную смесь, чтобы повысить объем воздушных пустот. Нагревание также способствует быстрому удалению значительного количества воды из формовочной смеси, тем самым повышая прочность сырой формовочной смеси отформованного продукта. During the molding process and / or hardening of the molding sand, it is often desirable to heat the molding sand to increase the volume of air voids. Heating also promotes the rapid removal of a significant amount of water from the moldable mixture, thereby increasing the strength of the raw moldable mixture of the molded product.
Если газ был включен в формовочную смесь, то нагревание смеси, например, до 250oC приведет (согласно уравнению идеального газа) к тому, что объем газа увеличится приблизительно на 85%. Было обнаружено, что желательно вести нагревание в диапазоне температур от приблизительно 100oC до приблизительно 250oC. Верхний предел определяется неблагоприятными реакциями в формовочной смеси, такими как сжигание волокон или органического связующего вещества, которые могут произойти. Что более важно, это контроль в процессе нагревания, при правильном контроле нагревание не приведет к раскалыванию структурной матрицы изделия и не даст дефектов в текстуре поверхности изделия.If gas was included in the molding sand, then heating the mixture, for example, to 250 ° C. will lead (according to the ideal gas equation) to a gas volume increase of approximately 85%. It has been found that it is desirable to conduct heating in a temperature range of from about 100 ° C. to about 250 ° C. The upper limit is determined by adverse reactions in the moldable mixture, such as burning of fibers or an organic binder, that may occur. More importantly, this is control during the heating process, with proper control, heating will not lead to the splitting of the structural matrix of the product and will not cause defects in the texture of the surface of the product.
Другое пенящееся вещество - это смесь лимонной кислоты и бикарбоната или бикарбоната, который был превращен в небольшие гранулы или частицы и покрыт воском, крахмалом или растворимыми в воде покрытиями. Another foaming agent is a mixture of citric acid and bicarbonate or bicarbonate, which has been converted into small granules or particles and coated with wax, starch or water-soluble coatings.
Это можно использовать при образовании пустот двумя способами: (1) для реакции с водой с образованием газа CO2 для того чтобы создать ячеистую пенную структуру в структурной матрице или (2) упаковать частицы как часть матрицы и после затвердевания матрицы удалить частицы пены путем нагревания продукта выше температуры 180oC, что вызывает эндотермическое разложение частиц, оставляя хорошо контролируемую легкую ячеистую структуру.This can be used in the formation of voids in two ways: (1) for reaction with water to form CO 2 gas in order to create a cellular foam structure in the structural matrix or (2) to pack particles as part of the matrix and, after the matrix has hardened, remove foam particles by heating the product above 180 ° C, which causes endothermic decomposition of the particles, leaving a well-controlled lightweight cellular structure.
В других областях применения, если вязкость формовочный смеси высока, может оказаться трудным получить адекватное количество воздушных пустот посредством перемешивания с большим сдвигающим усилием. В таком случае в качестве альтернативы, воздушные пустоты могут вводиться в формовочную смесь путем добавления легко окисляемого металла, например, алюминия, магния, цинка или олова в смесь, которая либо является естественно щелочной (такая как смесь, содержащая гидравлический цемент или окись кальция), либо была сделана щелочной путем добавления сильной основы, такой как гидроокись натрия. Эта реакция приводит к выделению мельчайших пузырьков водорода по всей формовочной смеси. In other applications, if the viscosity of the moldable mixture is high, it may be difficult to obtain an adequate amount of air voids by mixing with high shear. In this case, as an alternative, air voids can be introduced into the moldable mixture by adding an easily oxidizable metal, such as aluminum, magnesium, zinc or tin, to a mixture that is either naturally alkaline (such as a mixture containing hydraulic cement or calcium oxide), or has been made alkaline by adding a strong base such as sodium hydroxide. This reaction leads to the release of tiny hydrogen bubbles throughout the moldable mixture.
Может быть желательным нагреть смесь, чтобы инициировать химическую реакцию и повысить скорость образования пузырьков водорода. Нагревание отформованного продукта до температуры в диапазоне от приблизительно 50oC до приблизительно 100oC и предпочтительно от приблизительно 75oC до приблизительно 85oC помогает эффективно контролировать реакцию и также удаляет значительное количество воды. Опять же, этот процесс нагревания можно контролировать так, чтобы он не приводил к образованию трещин в матрице отформованного продукта.It may be desirable to heat the mixture to initiate a chemical reaction and increase the rate of formation of hydrogen bubbles. Heating the molded product to a temperature in the range of from about 50 ° C to about 100 ° C and preferably from about 75 ° C to about 85 ° C helps to effectively control the reaction and also removes a significant amount of water. Again, this heating process can be controlled so that it does not lead to the formation of cracks in the matrix of the molded product.
Этот второй метод введения воздушных полостей в структурную матрицу можно применять в сочетании с введением воздуха путем высокоскоростного смешивания с большим сдвигающим усилием, или вместо него в случае формовочных смесей с более низкой вязкостью. This second method of introducing air cavities into the structural matrix can be used in conjunction with the introduction of air by high speed mixing with high shear, or instead in the case of molding mixtures with lower viscosity.
Наконец, воздушные полости могут вводиться в формовочную смесь в ходе процесса формования путем добавления в смесь раздувающегося вещества, которое будет расширяться при приложении к смеси тепла. Обычно раздувающиеся вещества состоят из жидкости с низкой точкой кипения и мелко разделенного адсорбирующего материала, такого как карбонат кальция (мела). Мел и раздувающееся вещество равномерно вводятся в формовочную смесь и держатся под давлением при нагревании. Жидкое раздувающееся вещество проникает в поры отдельных частиц мела, которые действуют как точки, из которых раздувающееся вещество можно превратить в пар после химического расширения раздувающегося вещества при внезапном понижении давления. Finally, air cavities can be introduced into the moldable mixture during the molding process by adding a swellable substance to the mixture, which will expand when heat is applied to the mixture. Typically, swellable substances consist of a low boiling point liquid and finely divided absorbent material, such as calcium carbonate (chalk). Chalk and swellable substance are uniformly introduced into the moldable mixture and held under pressure when heated. A liquid swellable substance penetrates into the pores of individual chalk particles, which act as points from which the swellable substance can be converted into steam after the chemical expansion of the swellable substance with a sudden decrease in pressure.
В течение процесса формования или вытеснения смесь можно нагревать с одновременным ее сжатием. Если нагревание обычно будет заставлять раздувающееся вещество испаряться, увеличение давления предотвращает испарение вещества, что создает временное равновесие. Когда давление снижается после формования или вытеснения (экструзии) материала, раздувающееся вещество испаряется, тем самым расширяя или "раздувая" формуемый материал. Вода также может действовать в качестве раздувающего вещества, если смесь нагревается при температуре выше точки кипения воды и держится под давлением до 50 бар. During the molding or displacement process, the mixture can be heated while compressing it. If heating will usually cause the swellable substance to evaporate, an increase in pressure prevents the substance from evaporating, which creates a temporary equilibrium. When the pressure decreases after molding or extrusion of the material, the swellable substance evaporates, thereby expanding or "swelling" the moldable material. Water can also act as a blowing agent if the mixture is heated at a temperature above the boiling point of water and is kept under pressure up to 50 bar.
Воздушные пустоты увеличивают изоляционные свойства листов и других изделий, изготавливаемых из них, и также сильно уменьшают объемную плотность, а потому и вес конечного продукта. Это снижает полную массу получающегося продукта, что уменьшает количество материала, требующееся для изготовления изделия, и что уменьшает количество материала, который в конце концов будет выброшен в случае изделия одноразового использования. Air voids increase the insulating properties of sheets and other products made from them, and also greatly reduce bulk density, and therefore the weight of the final product. This reduces the total mass of the resulting product, which reduces the amount of material required for the manufacture of the product, and that reduces the amount of material that will eventually be discarded in the case of a disposable product.
Ускорители твердения. Hardening accelerators.
В некоторых случаях может быть желательным ускорить начальное твердение гидравлически твердеющей смеси путем добавления в смесь соответствующего ускорителя твердения. К их числу относятся Na2CO3, K2CO3, КОН, NaOH, CaCl2, СО2, триэтаноламин. алюминаты, и неорганические щелочные соли сильных кислот, такие как HCl, HNO3, H2SO4. Фактически любое соединение, повышающее растворимость гипса и Ca(ОН) обычно будет ускорять начальное твердение гидравлически твердеющих смесей, в особенности вяжущих смесей.In some cases, it may be desirable to accelerate the initial hardening of a hydraulically hardening mixture by adding an appropriate hardening accelerator to the mixture. These include Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , KOH, NaOH, CaCl 2 , CO 2 , triethanolamine. aluminates, and inorganic alkaline salts of strong acids, such as HCl, HNO 3 , H 2 SO 4 . In fact, any compound that increases the solubility of gypsum and Ca (OH) will usually accelerate the initial hardening of hydraulically hardening mixtures, especially cementitious mixtures.
Количество ускорителя твердения, которое можно добавить в конкретную гидравлически твердеющую смесь, будет зависеть от степени требуемого ускорения твердения. Это, в свою очередь, будет зависеть от самых различных факторов, включая состав смеси, временной интервал между этапами перемешивания компонентов и формования или вытеснения гидравлически твердеющей смеси, температуры смеси и конкретного ускорителя твердения. The amount of hardening accelerator that can be added to a particular hydraulically settable mixture will depend on the degree of hardening acceleration required. This, in turn, will depend on a variety of factors, including the composition of the mixture, the time interval between the stages of mixing the components and the molding or displacement of a hydraulically hardening mixture, the temperature of the mixture and the particular hardening accelerator.
Обычный специалист сможет отрегулировать количество добавляемого ускорителя твердения согласно параметрам конкретного процесса производства, чтобы оптимизировать время твердения гидравлически твердеющей смеси. Основываясь на процентном объеме гидравлически твердеющего связующего вещества в неорганически наполненной смеси ускоритель твердения также может увеличить скорость твердения или отвердения неорганически наполненной смеси. An ordinary specialist will be able to adjust the amount of hardening accelerator to be added according to the parameters of a particular production process in order to optimize the curing time of a hydraulically hardening mixture. Based on the percentage of hydraulically settable binder in the inorganically filled mixture, the hardening accelerator can also increase the rate of hardening or curing of the inorganically filled mixture.
Конкретные преобразования материалов в изделия. Specific conversions of materials to products.
Ключевой структурный компонент, придающий прочность промышленным изделиям согласно настоящему изобретению, это структурная матрица, образованная взаимодействием воды с гидравлически твердеющим связующим веществом или/и органическим полимерным связующим веществом. В структурной матрице находятся другие компоненты (например, волокна заполнители, воздушные пустоты, модифицирующие реологические свойства вещества, диспергенты и даже ускорители), которые добавляют дополнительные свойства материалам. A key structural component that gives strength to industrial products according to the present invention is a structural matrix formed by the interaction of water with a hydraulically hardening binder and / or organic polymer binder. The structural matrix contains other components (for example, filler fibers, air voids, modifying the rheological properties of the substance, dispersants and even accelerators), which add additional properties to the materials.
Воздействие компонентов на реологические свойства смеси. The effect of components on the rheological properties of the mixture.
Количество воды, которое нужно добавить, чтобы получить смесь, имеющую адекватную обрабатываемость и текучесть, будет зависеть от концентрации и плотности упаковки частиц неорганического наполнителя или заполнителя, от количества волокон, от вида количества органического связующего вещества, от вида количества гидравлически твердеющего связующего вещества, от вида и количества других добавок (таких как диспергенты, пластификаторы и смазочные вещества). Однако в общем случае добавление большего количества воды понизит вязкость и предел текучести формовочной смеси, тем самым повышая текучесть смеси и снижая стабильность формы предмета, из нее отформованного. The amount of water that needs to be added in order to obtain a mixture having adequate workability and fluidity will depend on the concentration and packing density of the particles of inorganic filler or aggregate, on the number of fibers, on the type of amount of organic binder, on the type of amount of hydraulically hardening binder, on the type and amount of other additives (such as dispersants, plasticizers and lubricants). However, in the general case, adding more water will lower the viscosity and yield strength of the molding mixture, thereby increasing the fluidity of the mixture and reducing the stability of the shape of the molded object.
Диспергируемое в воде органическое полимерное связующее вещество может значительно влиять на реологические свойства смеси в зависимости от вида, концентрации и степени желатинирования органического связующего вещества. Как излагалось выше, предпочтительные органические связующие вещества можно грубо разделить на следующие категории: на основе целлюлозы, на основе крахмала, на основе протеинов (белков), на основе полисахаридов и синтетические органические связующие. Внутри каждой из этих более широких категорий имеются многочисленные подкатегории и подразделения. Объединяющим признаком каждого из этих материалов является то, что они в общем случае растворяются в воде или, как минимум, почти полностью диспергируются водой. Поэтому они требуют адекватных уровней воды для их дисперсии и активации (включая желатинирование) в формовочной смеси. A water-dispersible organic polymer binder can significantly affect the rheological properties of the mixture depending on the type, concentration and degree of gelation of the organic binder. As described above, preferred organic binders can be roughly divided into the following categories: cellulose based, starch based, protein (protein) based, polysaccharide based, and synthetic organic binders. Within each of these broader categories, there are numerous subcategories and divisions. The unifying feature of each of these materials is that they are generally soluble in water or at least almost completely dispersed by water. Therefore, they require adequate levels of water for their dispersion and activation (including gelation) in the moldable mixture.
Тем не менее, органические полимерные связующие вещества имеют значительно меняющиеся уровни растворимости в воде или диспергируемости, а также меняющиеся уровни вязкости и предела текучести. Органические полимеры, принадлежащие одному классу, могут иметь значительно разнящиеся величины вязкости в зависимости от молекулярного веса. Например, 2%-ный раствор Tylose(R) FL15002 при 20oC имеет вязкость около 15000 cps, тогда как аналогичный раствор Tylose(R) 4000 имеет вязкость приблизительно 4000 cps. Первый сильно повышает предел текучести и пластмассоподобные свойства формовочный смеси, тогда как последний может действовать более в качестве смазочного вещества или пластификатора.However, organic polymeric binders have significantly varying levels of water solubility or dispersibility, as well as varying levels of viscosity and yield strength. Organic polymers belonging to the same class can have significantly different viscosity values depending on molecular weight. For example, a 2% Tylose (R) FL15002 solution at 20 ° C has a viscosity of about 15,000 cps, while a similar Tylose (R) 4000 solution has a viscosity of about 4000 cps. The former greatly increases the yield strength and plastic-like properties of the moldable mixture, while the latter may act more as a lubricant or plasticizer.
Другие органические полимеры реагируют с разными скоростями и при разных температурах в воде. Other organic polymers react at different speeds and at different temperatures in water.
Хотя многие органические полимерные связующие вещества, такие как Tylose(R), не полимеризуются или не деполимеризуются при добавлении в формовочные смеси, а скорее желатинируются и затем высыхают с образованием образующей связи матрицы, в рамках настоящего изобретения предусматривается добавление растворимых в воде или диспергируемых водой способных полимеризоваться единиц в формовочную смесь, которые затем со временем полимеризуются на месте. Скорость реакции полимеризации можно регулировать путем регулировки температуры смеси или/и добавлением катализатора или ингибитора. К числу способных к полимеризации единиц, которые можно добавлять в формовочную смесь, относятся мономеры, образующие Cellosize и латекс. Although many organic polymeric binders, such as Tylose (R), do not polymerize or depolymerize when added to the molding sand, but rather gel and then dry to form a bond forming matrix, it is contemplated by the invention to add water soluble or water dispersible polymerize units into the molding sand, which then polymerize over time in place. The speed of the polymerization reaction can be controlled by adjusting the temperature of the mixture and / or adding a catalyst or inhibitor. Polymerizable units that can be added to the moldable mixture include monomers forming Cellosize and latex.
В отношение желатинирования большинство полимеров на основе целлюлозы (таких как Tylose(R)) будет легко желатинировать в воде при комнатной температуре. Другие, такие как многие крахмалы, будут желатинировать в воде только при повышенных температурах. Однако некоторые модифицированные крахмалы могут желатинировать при комнатной температуре. Поэтому основанные на целлюлозе и на модифицированном крахмале полимерные связующие вещества полезны тем, что из них при комнатной температуре можно образовать формовочную смесь. Тем не менее, они в общем случае значительно дороже, чем обычные полимеры на основе крахмала, которые нужно нагревать для желатинирования. Предпочтительным основанным на крахмале полимером является National 51-6912, который продается фирмой National Starch. With respect to gelation, most cellulose-based polymers (such as Tylose (R)) will easily gel in water at room temperature. Others, such as many starches, will gel in water only at elevated temperatures. However, some modified starches may gel at room temperature. Therefore, polymeric binders based on cellulose and modified starch are useful in that a moldable mixture can be formed from them at room temperature. However, they are generally significantly more expensive than conventional starch-based polymers that need to be heated to gel. A preferred starch-based polymer is National 51-6912, which is sold by National Starch.
В зависимости от желаемых реологических свойств формовочной смеси, включая, при желании, влияние на вязкость или предел текучести как функции времени или температуры, может быть предпочтительным добавить в формовочную смесь ряда разных органических полимерных связующих веществ. Depending on the desired rheological properties of the moldable mixture, including, if desired, the effect on viscosity or yield strength as a function of time or temperature, it may be preferable to add a number of different organic polymeric binders to the moldable mixture.
Основанные на целлюлозе органические полимерные связующие вещества в общем случае будут осуществлять свое максимальное реалогическое воздействие почти немедленно, тогда как способные к полимеризации связующие вещества со временем будут твердеть, а связующие вещества на основе крахмала будут твердеть при увеличении температуры смеси. Cellulose-based organic polymeric binders will generally achieve their maximum rheological effect almost immediately, while polymerizable binders will harden over time, and starch-based binders will harden with increasing temperature of the mixture.
Гидравлически твердеющие связующие вещества, такие как гидравлический цемент, полугидрат гипса и окись кальция, могут влиять на реологические свойства формовочных смесей, особенно с течением времени, когда они реагируют с водой смеси. Гидравлически твердеющие связующие вещества химически реагируют с водой, тем самым понижая эффективный уровень воды в формовочной смеси без необходимости прибегать к методам нагревания или высушивания. Гидравлический цемент также повышает прочность сцепления сырой неорганически наполненной смеси и изготовленного из нее нового изделия. Hydraulically hardening binders, such as hydraulic cement, gypsum hemihydrate and calcium oxide, can influence the rheological properties of the molding sand, especially over time, when they react with the mixture water. Hydraulically hardening binders chemically react with water, thereby lowering the effective water level in the moldable mixture without having to resort to heating or drying methods. Hydraulic cement also increases the adhesion strength of a crude inorganically filled mixture and a new product made from it.
К числу других примесей, которые можно добавлять, чтобы непосредственно повлиять на реологические свойства формовочной смеси, относятся диспергенты, пластификаторы и смазочные вещества. Диспергенты, например основанные на сульфониле материалы, сильно снижают вязкость и повышают обрабатываемость формовочной смеси, одновременно поддерживая постоянным количество воды. Естественным следствием является то, что использование диспергента позволяет включить меньше воды с сохранением того же самого уровня обрабатываемости. Предпочтительным пластификатором и смазочным материалом является полиэтиленгликоль. Other impurities that can be added to directly influence the rheological properties of the moldable mixture include dispersants, plasticizers and lubricants. Dispersants, such as sulfonyl-based materials, greatly reduce viscosity and increase the workability of the moldable mixture while maintaining a constant amount of water. A natural consequence is that the use of dispersant allows you to include less water while maintaining the same level of workability. The preferred plasticizer and lubricant is polyethylene glycol.
Количество, вид и плотность упаковки частиц заполнителей может сильно повлиять на реологические свойства и обрабатываемость смеси. The amount, type and packing density of aggregate particles can greatly affect the rheological properties and workability of the mixture.
Пористые заполнители и заполнители с большой площадью удельной поверхности обычно будут абсорбировать больше воды, чем непористые заполнители, тем самым понижая количество воды, имеющейся для "смазки" частиц. Это приводит к появлению более твердой, более вязкой смеси. Плотность упаковки частиц может значительно влиять на реологические свойства смеси путем ограничения количества промежуточного пространства, которое в общем случае должно наполняться водой, смазочными веществами, органическими полимерами или другими жидкостями, чтобы смесь могла течь. Porous aggregates and large surface area aggregates will typically absorb more water than non-porous aggregates, thereby reducing the amount of water available to “lubricate” the particles. This results in a harder, more viscous mixture. The packing density of the particles can significantly affect the rheological properties of the mixture by limiting the amount of intermediate space that should generally be filled with water, lubricants, organic polymers or other liquids so that the mixture can flow.
В таких ситуациях, когда формовочная смесь будет подвергаться высоким давлениям, например при вытеснении смеси или при других процессах формования с использованием высокого давления, может появиться возможность воспользоваться взаимодействием принципов упаковки частиц и недостатком воды, чтобы временно увеличить обрабатываемость и текучесть при сжатии смеси. Для этих целей в описании и прилагаемой формуле изобретения понятия "недостаток воды" или "водная недостаточность" должны относиться к формовочной смеси, в которой имеется недостаток воды (и других жидкостей), необходимой для полного наполнения промежуточного пространства между частицами. Поэтому воды недостаточно, чтобы адекватно "смазать" частицы. In such situations, when the moldable mixture will be subjected to high pressures, for example, during the displacement of the mixture or other molding processes using high pressure, it may be possible to take advantage of the interaction of the principles of particle packing and the lack of water to temporarily increase the workability and fluidity during compression of the mixture. For these purposes, in the description and the attached claims, the concepts of "lack of water" or "water deficiency" should refer to a molding mixture in which there is a lack of water (and other liquids) necessary to completely fill the intermediate space between the particles. Therefore, water is not enough to adequately "lubricate" the particles.
Однако после приложения давления, достаточно большого, чтобы временно повысить плотность упаковки частиц, величина промежуточного пространства между частицами будет уменьшаться. Поскольку вода несжимаема и сохраняет тот же самый объем под давлением, повышенное давление увеличивает видимое количество воды, имеющейся для "смазки" частиц, тем самым увеличивая обрабатываемость и текучесть смеси. However, after applying a pressure large enough to temporarily increase the packing density of the particles, the amount of intermediate space between the particles will decrease. Since the water is incompressible and retains the same volume under pressure, increased pressure increases the visible amount of water available to “lubricate” the particles, thereby increasing the workability and fluidity of the mixture.
После снятия давления, обычно после окончания процесса формования, частицы заполнителя слегка разойдутся, тем самым увеличивая величину промежуточного пространства и создавая частичный внутренний вакуум. Это приводит к почти немедленному увеличению стабильности формы и прочности в сыром состоянии. After depressurization, usually after the molding process is completed, the aggregate particles will disperse slightly, thereby increasing the amount of intermediate space and creating a partial internal vacuum. This leads to an almost immediate increase in mold stability and wet strength.
Наконец, другие твердые компоненты в смеси, такие как волокна, будут влиять на реологические свойства смеси аналогично тому, как это делают заполнители. Некоторые волокна могут абсорбировать воду в зависимости от их пористости и способности раздуваться. Кроме того, некоторые волокна можно обрабатывать, чтобы они получили ионный заряд, что позволит им химически взаимодействовать с ионно-заряженными органическими пластификаторами, такими как ионные крахмалы. Finally, other solid components in the mixture, such as fibers, will affect the rheological properties of the mixture in the same way as aggregates do. Some fibers can absorb water depending on their porosity and ability to swell. In addition, some fibers can be processed to obtain an ionic charge, which allows them to chemically interact with ionically charged organic plasticizers, such as ionic starches.
Влияние компонентов на конечные свойства. The effect of components on final properties.
В отношении конечного высушенного или затвердевшего изделия, к числу некоторых свойств, считающихся в основном желаемыми для их включения в структурную матрицу изделий, относятся высокая прочность на разрыв (в основном вдоль конкретных векторов), прочность на изгиб, гибкость и способность удлиняться, прогибаться или сгибаться. В некоторых случаях может быть желательным получить изделия, которые, в принципе, включают в себя свойства существующих изделий из бумаги, картона или пластмассы. Однако в других случаях может быть желательным получить структурную матрицу, имеющую свойства, которые нельзя получить при использовании традиционных материалов. К ним могут относиться повышенная жесткость, более высокий модуль, водостойкость и более низкая объемная плотность. In relation to the final dried or hardened product, some of the properties considered mainly desirable for their inclusion in the structural matrix of products include high tensile strength (mainly along specific vectors), bending strength, flexibility and the ability to elongate, bend or bend . In some cases, it may be desirable to obtain products that, in principle, include the properties of existing products from paper, cardboard or plastic. However, in other cases, it may be desirable to obtain a structural matrix having properties that cannot be obtained using traditional materials. These may include increased stiffness, higher modulus, water resistance, and lower bulk density.
В отличие от древесной бумаги или картона, в которых свойства листов и последующих изделий в высшей степени зависят от свойств используемой бумажной массы, свойства изделий согласно настоящему изобретению в принципе не зависят от свойств волокон, используемых при приготовлении смеси для формования. Конечно, использование более длинных, более гибких волокон придаст больше гибкости изделию, чем применение более коротких, мало гнущихся волокон. Однако свойства, являющиеся, в основном, зависимыми от бумажной массы в традиционной бумаге, могут "встраиваться" в изделия согласно настоящему изобретению путем регулирования концентраций неволокнистых компонентов формовочной смеси, а также используемыми методами обработки. Такие свойства, как плотность, жесткость, отделка поверхности, пористость и т.п., в общем случае не зависят от типа волокон, включенных в настоящие изделия. Unlike wood paper or paperboard, in which the properties of sheets and subsequent products are highly dependent on the properties of the paper pulp used, the properties of the products according to the present invention are in principle independent of the properties of the fibers used in preparing the molding mixture. Of course, using longer, more flexible fibers will give more flexibility to the product than using shorter, less bendable fibers. However, properties that are mainly dependent on paper pulp in traditional paper can be “embedded” in products according to the present invention by controlling the concentrations of non-fibrous components of the moldable mixture, as well as the processing methods used. Properties such as density, stiffness, surface finish, porosity, etc., in the General case, do not depend on the type of fibers included in these products.
Гибкость, прочность на разрыв, прочность на изгиб или модуль можно приспособить к конкретным критериям работоспособности листа, контейнера или другого предмета, изготовленного из этих материалов, путем изменения компонентов и относительных концентраций компонентов в формовочной смеси. В некоторых случаях более высокая прочность на разрыв может быть важным признаком. В других случаях она может быть менее важной. Некоторые изделия предпочтительно должны быть более гибкими, тогда как другие должны быть жесткими. Некоторые будут относительно плотными, другие будут толще, легче и более изолирующими. Важно получить материал, имеющий свойства, соответствующие конкретному использованию, при осознании себестоимости и других практических параметров производственной линии. Если иметь "слишком много" или "слишком мало" конкретного свойства может быть неважным с точки зрения рабочих параметров, то с точки зрения себестоимости это может оказаться транжирством или будет неэффективностью обеспечивать конкретное свойство. Flexibility, tensile strength, bending strength or module can be adapted to specific performance criteria of a sheet, container or other object made from these materials by changing the components and the relative concentrations of the components in the molding sand. In some cases, higher tensile strength can be an important feature. In other cases, it may be less important. Some products should preferably be more flexible, while others should be stiff. Some will be relatively dense, others will be thicker, lighter and more insulating. It is important to obtain material having properties corresponding to a particular use, while recognizing the cost and other practical parameters of the production line. If having “too much” or “too little” of a particular property may not be important from the point of view of operating parameters, then from the point of view of cost this may turn out to be a waste or it will be ineffective to provide a specific property.
В общем случае, повышение количества органического полимерного связующего вещества увеличит прочность на разрыв и на сгиб конечного отвердевшего изделия, одновременно значительно увеличивая его гибкость и упругость. Добавление большего количества органического полимера также уменьшает жесткость изделия. Аналогичным образом, увеличение концентрации волокон внутри смеси также увеличивает прочность на разрыв конечного изделия, в особенности увеличение концентрации волокон с более высокой прочностью на разрыв, таких как керамические волокна, хотя такие волокна жестки и дадут относительно жесткое затвердевшее изделие. Наоборот, добавление гибких волокон, таких как природные целлюлозные волокна, сильно повысит гибкость, а также прочность на разрыв, сопротивление раздиранию и продавливанию изделия. In general, increasing the amount of organic polymer binder will increase the tensile and bending strengths of the final hardened product, while significantly increasing its flexibility and elasticity. Adding more organic polymer also reduces the stiffness of the product. Similarly, an increase in the concentration of fibers within the mixture also increases the tensile strength of the final product, in particular an increase in the concentration of fibers with higher tensile strength, such as ceramic fibers, although such fibers are stiff and give a relatively hard hardened product. Conversely, the addition of flexible fibers, such as natural cellulosic fibers, will greatly increase flexibility as well as tensile strength, tear and burst resistance of the product.
Различные волокна имеют широко разнящиеся степени сопротивления раздиранию и продавливанию, гибкости, прочности на разрыв, способности удлиняться без разрыва и жесткости. Чтобы получить выгодные свойства от разных типов волокон в некоторых случаях может быть предпочтительным комбинировать два или большее число видов волокон в формовочной смеси. Different fibers have widely varying degrees of resistance to tearing and bursting, flexibility, tensile strength, and the ability to elongate without breaking and stiffness. In order to obtain advantageous properties from different types of fibers, in some cases it may be preferable to combine two or more kinds of fibers in the molding sand.
Некоторые процессы формования изделий, такие как вытеснение и прокатка, обычно ориентируют волокна в направлении относительного удлинения смеси. Этим можно воспользоваться, чтобы довести до максимума прочность на разрыв изделия или листа в определенном направлении. Some molding processes, such as extrusion and rolling, usually orient the fibers in the direction of elongation of the mixture. This can be used to maximize the tensile strength of the product or sheet in a certain direction.
Например, если от листа, образующего изделие, потребуется сгибаться вдоль стержня, предпочтительно, чтобы волокна были ориентированы таким образом, чтобы более эффективно соединять две стороны стержня или изгибаться, будучи ориентированными перпендикулярно линии сгиба. Может быть желательным концентрировать большее число волокон в области стержня или там, где лист требует повышенной жесткости и прочности. For example, if the sheet forming the product is required to be bent along the rod, it is preferable that the fibers are oriented so as to more effectively connect the two sides of the rod or bend, being oriented perpendicular to the fold line. It may be desirable to concentrate a larger number of fibers in the region of the rod or where the sheet requires increased stiffness and strength.
Вид заполнителя тоже может влиять на свойства конечного затвердевшего изделия. Заполнители, содержащие, в основном, твердые, негибкие, малые частицы, такие как глина, каолин или мел, будут в общем случае приводить к получению изделия с гладкой поверхностью и с повышенной хрупкостью. Легкие заполнители, например перлит или полые стеклянные сферы, приводят к получению изделия с более низкой плотностью, более низкой хрупкостью и с большей изоляционной способностью. Такие заполнители, как размолотый песок, силика (кремнезем), гипс или глина, в высшей степени дешевы и могут сильно снизить себестоимость производства изделий. Любой материал с большой площадью удельной поверхности дает повышенную усадку при сушке и дефекты усадки. Материалы с меньшей площадью удельной поверхности выгодны, поскольку они менее липки, что помогает предотвратить прилипание смеси к формовочному аппарату. The type of aggregate may also affect the properties of the final hardened product. Aggregates containing mainly solid, inflexible, small particles, such as clay, kaolin or chalk, will generally lead to a product with a smooth surface and with increased brittleness. Lightweight aggregates, such as perlite or hollow glass spheres, result in products with lower density, lower brittleness and with greater insulating ability. Aggregates such as crushed sand, silica (silica), gypsum or clay are extremely cheap and can greatly reduce the cost of manufacturing products. Any material with a large specific surface area gives increased shrinkage during drying and shrinkage defects. Materials with a smaller specific surface area are advantageous because they are less sticky, which helps prevent the mixture from sticking to the molding apparatus.
Гидравлически твердеющие связующие вещества, такие как гидравлический цемент, полугидрат гипса и окись кальция, обеспечивают от малой до значительной степени образования связей внутри отвердевшего изделия в зависимости от количества, в котором такие гидравлически твердеющие связующие вещества добавляются. Такие связующие вещества повышают жесткость и прочность на сжатие конечного изделия и, до некоторой степени, прочность на разрыв. Hydraulically hardening binders, such as hydraulic cement, gypsum hemihydrate and calcium oxide, provide a small to significant degree of bond formation within the hardened product, depending on the amount in which such hydraulically hardening binders are added. Such binders increase rigidity and compressive strength of the final product and, to some extent, tensile strength.
Гидравлический цемент может также уменьшить растворимость изделия в воде, тем самым увеличивая сопротивление изделия к разложению в воде. Hydraulic cement can also reduce the solubility of the product in water, thereby increasing the resistance of the product to degradation in water.
Наконец, другие добавки в формовочных смесях могут придать способность водонепроницаемости конечному продукту, например добавление в смесь канифоли и квасцов. Они взаимодействуют с образованием водостойкого компонента в структурной матрице. В отсутствие значительных количеств таких придающих водооталкиваемость веществ можно использовать воду, чтобы повторно увлажнить изделие и временно повысить гибкость, способность гнуться и удлиняться до разрыва. Это особенно полезно, если смесь сначала формуется в лист, который впоследствии преобразуется в другое промышленное изделие, такое как контейнер. Конечно, вода также может облегчить разложение изделия после того, как оно было выброшено. Водостойкость можно повысить, обрабатывая поверхность изделия 5-10%-процентным раствором крахмала, чтобы уплотнить поры поверхности. Finally, other additives in the moldable mixtures can impart water resistance to the final product, for example, adding rosin and alum to the mixture. They interact with the formation of a water-resistant component in the structural matrix. In the absence of significant quantities of such water-repellents, water can be used to rewet the product and temporarily increase flexibility, bending and elongation to break. This is especially useful if the mixture is first molded into a sheet, which is subsequently converted into another industrial product, such as a container. Of course, water can also facilitate decomposition of the product after it has been discarded. Water resistance can be improved by treating the surface of the product with a 5-10% percent starch solution to seal the surface pores.
В качестве общего правила изделия, содержащие органические полимерные связующие вещества и волокна, но высокие концентрации гидравлически твердеющего связующего вещества, имеют более высокую изолирующую способность, имеют более высокую стойкость к сжатию, сопротивляются повреждениям от тепла, имеют более низкую прочность на разрыв и стойки к разложению в воде. As a general rule, products containing organic polymer binders and fibers, but high concentrations of hydraulically hardening binders, have a higher insulating ability, have higher compressive strength, resist heat damage, have lower tensile strength and are resistant to decomposition in water.
Изделия, имеющие более низкие концентрации органического связующего вещества, но более высокое содержание волокон и гидравлически твердеющего связующего вещества, будут иметь более высокую стойкость к разрыву, стойкость к сжатию и жесткость, но иметь меньшую стойкость к сгибу и негибкость, более умеренную гибкость и будут значительно стойки к разложению в воде. Products having lower concentrations of organic binder, but a higher fiber content and hydraulically hardening binder, will have higher tensile strength, compressive strength and stiffness, but have less bending and rigidity, more moderate flexibility and will be significantly resistant to decomposition in water.
Изделия, имеющие более высокие концентрации органического полимерного связующего вещества и более низкие концентрации волокон и гидравлически твердеющего связующего вещества, будут более растворимы и подвержены расщеплению в воде, более способны к формованию, позволяя изготовление более тонких изделий, будут иметь относительно умеренную стойкость к разрыву и сжатию, будут более жесткими, с умеренной гибкостью и более низкой прочностью. Products having higher concentrations of organic polymeric binder and lower concentrations of fibers and hydraulically hardening binder will be more soluble and prone to splitting in water, more capable of forming, allowing the manufacture of thinner products, will have relatively moderate tensile and compressive strength will be tougher, with moderate flexibility and lower strength.
Наконец, изделия, имеющие более высокие концентрации органического полимерного связующего вещества и волокна, но низкие концентрации гидравлически твердеющего связующего вещества, будут иметь свойства, наиболее аналогичные бумаге, как бумаге из дерева, так и бумаге из растений, будут иметь более высокую прочность на разрыв, жесткость и стойкость к складыванию, будут иметь умеренную прочность на сжатие, иметь очень низкое сопротивление к расщеплению в воде, будут иметь более низкую термостойкость, в особенности те, которые приближаются к точке возгорания волокон или к температуре разложения связующего вещества, и будут иметь более высокую гибкость и более низкую жесткость. Finally, products having higher concentrations of organic polymer binder and fiber, but low concentrations of hydraulically hardening binder, will have properties that are most similar to paper, both wood paper and plant paper, will have higher tensile strength, stiffness and resistance to folding, will have moderate compressive strength, have a very low resistance to splitting in water, will have lower heat resistance, especially those that approach the point of ignition of the fibers or to the decomposition temperature of the binder, and will have higher flexibility and lower stiffness.
Изделия, изготовленные с использованием описанных здесь соединений, предпочтительно имеют прочность на разрыв в диапазоне от приблизительно 0,05 МПа до приблизительно 70 МПа и более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 5 МПа до приблизительно 40 МПа. Кроме того, предпочтительно изделия имеют объемный вес в диапазоне от приблизительно 0,6 г/см3 до приблизительно 2 г/см3. Какую изделие будет иметь плотность на самом низком, промежуточном или более высоком уровне этого диапазона, в основном будет зависеть от желаемых для данного применения эксплуатационных свойств. В свете вышеизложенного изделия согласно настоящему изобретению предпочтительно будут иметь отношение прочности на разрыв к объемному весу в диапазоне от приблизительно 2 МПа-см3/г до приблизительно 200 МПа-см3/г и более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 2 МПа-см3/г до приблизительно 50 МПа-см3/г.Products made using the compounds described herein preferably have a tensile strength in the range from about 0.05 MPa to about 70 MPa, and more preferably in the range from about 5 MPa to about 40 MPa. In addition, preferably the articles have a bulk density in the range of from about 0.6 g / cm 3 to about 2 g / cm 3 . Which product will have a density at the lowest, intermediate or higher level of this range will mainly depend on the performance properties desired for a given application. In light of the foregoing, articles according to the present invention will preferably have a tensile strength to bulk density ratio in the range of from about 2 MPa-cm 3 / g to about 200 MPa-cm 3 / g and more preferably in the range of from about 2 MPa-cm 3 / g to about 50 MPa-cm 3 / g
Прочностные качества, изменяющиеся в зависимости от направления формование листов, используемых для изготовления изделий согласно настоящему изобретению, следует сопоставить с аналогичными качествами бумаги, которая, как известно, имеет сильное и слабое направления в отношении прочности на разрыв и износостойкости. Сильное направление в традиционной бумаге - это направление вдоль работы машины, а слабое направление - это направление поперек работы машины. Тогда как отношение прочностей в сильном и слабом направлениях для обычной бумаги составляет около 3:1, для изделий согласно настоящему изобретению оно составляет около 2:1, что может приблизиться к отношению 1: 1 в зависимости от конкретного используемого процесса формования. В общем случае, уменьшение дифференциальной скорости формования позволяет волокнам быть более произвольно ориентированными. Strength qualities that vary depending on the direction of the molding of sheets used for the manufacture of products according to the present invention, should be compared with similar qualities of paper, which, as you know, has a strong and weak direction in relation to tensile strength and wear resistance. The strong direction in traditional paper is the direction along the machine, and the weak direction is the direction across the machine. While the strength ratio in the strong and weak directions for plain paper is about 3: 1, for products according to the present invention it is about 2: 1, which may approach a ratio of 1: 1 depending on the particular forming process used. In general, decreasing the differential spinning speed allows the fibers to be more arbitrarily oriented.
Понятие "удлиненный", используемое в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения, в отношении изделий согласно этому изобретению, означает, что структурная матрица изделия способна растягиваться без принципиального разрыва. Способность структурной матрицы изделия удлиняться до разрыва можно измерить испытанием на прочность на разрыв методом Инстрон или посредством испытания на предельные нагрузки. The term "elongated", used in this description and in the attached claims, in relation to products according to this invention, means that the structural matrix of the product is able to stretch without a fundamental gap. The ability of the structural matrix of an article to extend to rupture can be measured by an Instron tensile test or by a tensile test.
Путем оптимизации состава смеси можно изготовить свежеотформованное изделие, имеющее структурную матрицу, способную удлиняться до приблизительно 20% до того момента, когда произойдет разрыв, а после сушки от приблизительно 0,5 до 8%. Это обычно осуществляется путем оптимизации количеств волокна и органического связующего вещества в формовочной смеси и в получающейся матрице. Получить изделие, имеющее, структурную матрицу, способную к удлинению в определенном диапазоне, можно путем включения волокон в формовочную смесь в количестве до приблизительно 50% по объему. Чем больше количество добавляемых в смесь волокон или органического связующего вещества, или чем лучше поверхность раздела между матрицей и волокном, тем большего удлинения без разрыва изделия можно достичь. Кроме того, удлинение сухого листа можно повысить добавлением в лист пара или влаги порядка до 10% по весу от веса сухого листа. Однако повторное увлажнение временно снижает прочность листа до тех пор, пока он снова не высушивается. By optimizing the composition of the mixture, it is possible to produce a freshly formed article having a structural matrix capable of elongating up to about 20% until rupture occurs, and after drying from about 0.5 to 8%. This is usually done by optimizing the amounts of fiber and organic binder in the sand and in the resulting matrix. A product having a structural matrix capable of elongation in a certain range can be obtained by incorporating fibers into the molding mixture in an amount up to about 50% by volume. The greater the number of fibers or organic binder added to the mixture, or the better the interface between the matrix and the fiber, the greater elongation without breaking the product can be achieved. In addition, the elongation of the dry sheet can be increased by adding steam or moisture to the sheet up to about 10% by weight of the dry sheet. However, re-wetting temporarily reduces the strength of the sheet until then, until it is again dried.
Более высокую прочность на разрыв, а также более высокое относительное удлинение, в общем случае можно получить путем увеличения количества волокон в структурной матрице. Этого можно достичь добавлением большого количества волокон в формовочную смесь или, в качестве альтернативы, наложением слоя волокон, например листа бумаги, на поверхность или внутрь изделия, или путем комбинирования волокон, имеющих разные свойства прочности и гибкости. Higher tensile strength, as well as higher elongation, can generally be obtained by increasing the number of fibers in the structural matrix. This can be achieved by adding a large amount of fibers to the molding sand or, alternatively, by applying a layer of fibers, such as a sheet of paper, to the surface or inside of the product, or by combining fibers having different strength and flexibility properties.
Термин "прогибаться", используемый в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения, относится к способности высушенного листа или изделия сгибаться или скатываться без разрыва или изменений в отделанной поверхности. Способность изделия прогибаться проверяется измерением модуля упругости и энергии разрыва листа с использованием известных в технике средств. Как и для любого материала, способность к изгибу изделия, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением, в основном зависит от толщины стенки изделия. The term “sag”, as used in this description and in the appended claims, refers to the ability of a dried sheet or article to bend or roll without tearing or altering the finished surface. The ability of the product to bend is checked by measuring the modulus of elasticity and the energy of sheet tearing using means known in the art. As with any material, the ability to bend an article made in accordance with the present invention mainly depends on the wall thickness of the article.
Один из способов измерения прогиба безотносительно к толщине стенки - это определение прогиба как относительного удлинения одной стороны стенки по сравнению с другой стороной. Когда стенка скатывается или сгибается относительно оси, другая сторона стенки будет удлиняться, тогда как в общем случае внутренняя сторона удлиняться не будет. Следовательно, изделие с более тонкой стенкой можно согнуть до гораздо большей степени, даже если относительное удлинение внешней стороны по сравнению с удлинением внутренней стороны приблизительно то же самое, как и в более толстом листе, который так не согнешь. One way to measure deflection regardless of wall thickness is to define deflection as the relative elongation of one side of the wall compared to the other side. When the wall rolls or bends relative to the axis, the other side of the wall will lengthen, while in the general case, the inner side will not lengthen. Consequently, a product with a thinner wall can be bent to a much greater degree, even if the relative elongation of the outer side compared with the elongation of the inner side is approximately the same as in a thicker sheet that can not be bent.
В ходе процесса формования высушенного листа в соответствующее изделие способность листа к сгибанию можно временно увеличить путем повторного увлажнения водой. Считается,
что вода абсорбируется волокнами, диспергируемым водой органическим связующим веществом и промежутками между частицами заполнителя. После сушки отформованного листа уровень способности к сгибу в общем случае понизится, тогда как жесткость и твердость в общем случае увеличатся.During the process of forming the dried sheet into an appropriate article, the bending ability of the sheet can be temporarily increased by re-wetting with water. Believed
that water is absorbed by the fibers, water dispersible organic binder and the gaps between the filler particles. After drying the molded sheet, the level of bending ability will generally decrease, while stiffness and hardness will generally increase.
Для того чтобы получить лист, имеющий желаемый уровень прочности, способности к сгибанию, изоляции, твердости, веса и другие рабочие критерии, можно менять толщину листа регулированием расстояния между роликами. В зависимости от толщины и желаемых эксплуатационных свойств можно выбирать компоненты и их относительные концентрации, соответствующие конкретной толщине листа. Листы согласно настоящему изобретению можно спроектировать так, чтобы они имели широко разнящиеся толщины, однако большинство продуктов, требующих материала с тонкой стенкой, будут в общем случае иметь толщину в диапазоне от приблизительно 0,01 мм до приблизительно 3 мм. Тем не менее, в тех областях применения, где более важны способность к изоляции или более высокая прочность или жесткость, толщина листа может доходить до 1 см. In order to obtain a sheet having a desired level of strength, bending ability, insulation, hardness, weight and other working criteria, it is possible to change the sheet thickness by adjusting the distance between the rollers. Depending on the thickness and the desired operational properties, it is possible to choose components and their relative concentrations corresponding to a particular sheet thickness. The sheets of the present invention can be designed to have widely varying thicknesses, however, most products requiring a thin-wall material will generally have a thickness in the range of from about 0.01 mm to about 3 mm. However, in applications where insulation ability or higher strength or stiffness are more important, sheet thickness can be up to 1 cm.
Предпочтительная толщина листов согласно настоящему изобретению будет меняться в зависимости от предлагаемого использования листа, контейнера или изготовляемых из них предметов. Только в качестве примера, если желаема большая гибкость, обычно предпочтителен более тонкий лист. Наоборот, когда самыми важными являются прочность, долговечность или/и изоляция, а не гибкость в основном предпочтительнее будет более толстый лист. Тем не менее, если желательно согнуть листы по надрезу или по меньшей мере скатать их в изделия, предпочтительно, чтобы листы имели толщину в диапазоне от приблизительно 0,05 мм до приблизительно 2 мм или более, и более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,15 мм до приблизительно 1 мм. The preferred thickness of the sheets according to the present invention will vary depending on the proposed use of the sheet, container or items made therefrom. By way of example only, if greater flexibility is desired, a thinner sheet is generally preferred. Conversely, when strength, durability and / or insulation are most important, rather than flexibility, a thicker sheet is generally preferable. However, if it is desired to bend the sheets into a notch or at least roll them into products, it is preferable that the sheets have a thickness in the range of from about 0.05 mm to about 2 mm or more, and more preferably in the range of from about 0.15 mm to approximately 1 mm.
Как обсуждалось выше, формовочная смесь подобрана на микроструктурном уровне таким образом, что имеет определенные желаемые свойства, как сама смесь, так и конечный отвердевший материал. Следовательно, важно отметить количество материала, добавляемого в ходе введения добавок при производстве отдельных партий или при непрерывном производстве. As discussed above, the moldable mixture is selected at the microstructural level in such a way that it has certain desirable properties, both the mixture itself and the final hardened material. Therefore, it is important to note the amount of material added during the introduction of additives in the production of individual lots or in continuous production.
Методы и условия обработки. Methods and processing conditions.
К числу основных методов и условий обработки относятся: (1) приготовление соответствующей формовочной смеси (будь то гидравлически твердеющая смесь или неорганически наполненная смесь; (2) формования смеси в желаемое изделие, включая формование изделия из отформованного первичного изделия; (3) повышение стабильности формы изделия; (4) расформовка изделия; и (5) по желанию обработка отформованного изделия, такая как сушка отформованного изделия ускоренными методами, нанесение покрытий, печати и изменение качества поверхности и т.п. The main processing methods and conditions include: (1) preparing the appropriate molding mixture (whether it is a hydraulically hardening mixture or an inorganically filled mixture; (2) molding the mixture into the desired product, including molding the product from the molded primary product; (3) increasing the stability of the mold products; (4) forming the product; and (5) optionally processing the molded product, such as drying the molded product using accelerated methods, coating, printing and changing surface quality, etc.
Приготовление формовочной смеси. Preparation of molding sand.
Хотя в производстве изделий в рамках настоящего изобретения можно использовать самые разнообразные процессы формования и подбора смеси, процессы перемешивания остаются, в принципе, теми же самыми. Конечно, нужно использовать разное оборудование, чтобы с удобством обеспечить подачу сырья в формовочное оборудование. Although a wide variety of molding and blending processes can be used in the manufacture of articles within the scope of the present invention, the mixing processes remain essentially the same. Of course, you need to use different equipment in order to conveniently ensure the supply of raw materials to the molding equipment.
Как минимум, некоторые из компонентов, используемые для получения соответствующей формовочной смеси, предпочтительно перемешивать, используя мешалки с большим сдвигающим усилием. Перемешивание с большим сдвигающим усилием обеспечивает равномерное распределение гидравлически твердеющего связующего вещества, органического связующего вещества, воды, диспергентов, волокон, прочных заполнителей и других добавок. Перемешивание с большим сдвигающим усилием улучшает реологические свойства смеси и повышает прочность и однородность конечного затвердевшего изделия. At a minimum, some of the components used to produce the appropriate moldable mixture are preferably mixed using high shear mixers. High shear mixing ensures uniform distribution of a hydraulically settable binder, organic binder, water, dispersants, fibers, strong aggregates and other additives. High shear mixing improves the rheological properties of the mixture and increases the strength and uniformity of the final hardened product.
Перемешивание с большим сдвигающим усилием можно применять для получения тонкодиспергированных воздушных пустот в формовочной смеси с помощью воздухововлекающего вещества. В тех случаях, когда в смесь добавляется гидравлически твердеющее связующее вещество, такое как гидравлический цемент или окись кальция, может быть полезным наполнить атмосферу над мешалкой с большим сдвигающим усилием двуокисью углерода с тем, чтобы двуокись углерода прореагировала со смесью. Было обнаружено, что двуокись углерода может повысить стабильность пены формовочной смеси и вызвать ложное ранее схватывание гидравлического цемента. Эта составляющая также реагирует с окисью кальция с образованием карбоната кальция в качестве нерастворимого образующего связи осадка. High shear mixing can be used to produce finely dispersed air voids in the moldable mixture using an air entraining agent. In cases where a hydraulically hardening binder, such as hydraulic cement or calcium oxide, is added to the mixture, it may be useful to fill the atmosphere above the mixer with a high shear force of carbon dioxide so that the carbon dioxide reacts with the mixture. It has been found that carbon dioxide can increase the stability of the foam of the sand and cause false earlier setting of hydraulic cement. This component also reacts with calcium oxide to form calcium carbonate as an insoluble precipitate forming bond.
Мешалки с большим сдвигающим усилием, полезные для создания более однородных смесей, как они здесь описаны, приводятся и заявляются в патенте США N 4225247 под заглавием "Устройство для смешивания и взбалтывания", в патенте США N 4552463 под заглавием "Способ и аппаратура для получения коллоидной смеси", в патенте США N 4889428 под заглавием "Вращающаяся мельница", в патенте США N 4944595 под заглавием "Аппаратура для производства строительных материалов из цемента" и в патенте США N 5061319 под заглавием "Процесс производства строительного материала из бетона". High shear mixers useful for creating more homogeneous mixtures, as described herein, are disclosed and claimed in US Pat. No. 4,225,247 under the heading “Mixing and Shaking Device” in US Pat. No. 4,552,463 under the heading “Method and apparatus for producing colloidal mixtures ", in US patent N 4889428 under the name" Rotary mill ", in US patent N 4944595 under the heading" Equipment for the production of building materials from cement "and in US patent N 5061319 under the heading" Process for the production of building material from concrete ".
Другие мешалки способны придать различные степени сдвигающего усилия формовочной смеси. Например, месильная машина, представленная на фиг. 1, дает более сильное сдвигающее усилие по сравнению с обычной бетонной мешалкой, но это усилие слабее по сравнению с интенсивной мешалкой Айриха или с двойным экструдером для пищевых продуктов типа "ожер". Other mixers are capable of imparting varying degrees of shear to the moldable mixture. For example, the kneading machine of FIG. 1 gives a greater shear force compared to a conventional concrete mixer, but this force is weaker compared to an intensive air mixer or a double extruder for food products such as a “neck”.
Заполнители, введенные в более высоких концентрациях, а также легкие заполнители, в основном, смешиваются с использованием перемешивания с малым сдвигающим усилием. Многие легкие заполнители, такие как перлит или полые стеклянные сферы, не могут противостоять большому сдвигающему усилию без разламывания. Aggregates introduced at higher concentrations as well as lightweight aggregates are mainly mixed using low shear mixing. Many lightweight aggregates, such as perlite or hollow glass spheres, cannot withstand high shear without breaking.
В обычном лабораторном процессе перемешивания соответствующие компоненты смешиваются с использованием мешалки с высокой скоростью и с большим сдвигающим усилием в течение приблизительно 1 мин. После этого остающиеся компоненты смешиваются с использованием низкоскоростной мешалки с малым сдвигающим усилием в течение приблизительно 5 мин. Поэтому суммарное время перемешивания на партию материала составляет около 6 мин, хотя этот период времени можно применять в зависимости от характера формованной смеси. В промышленности процесс перемешивания можно значительно уменьшить по времени с помощью использования соответствующих мешалок, конкретно, предпочтительным в настоящее время является способ перемешивания с использованием системы непрерывного перемешивания. In a typical laboratory mixing process, the respective components are mixed using a stirrer at high speed and with high shear for about 1 minute. After that, the remaining components are mixed using a low speed, low shear mixer for approximately 5 minutes. Therefore, the total mixing time per batch of material is about 6 minutes, although this period of time can be used depending on the nature of the molded mixture. In industry, the mixing process can be significantly reduced in time by using appropriate mixers; specifically, a mixing method using a continuous mixing system is currently preferred.
В одном примере осуществления изобретения используется цементная мешалка, способная как к перемешиванию с большим, так и с малым сдвигающим усилием, и способная отмерять и смешивать материалы, изготовляемые партиями. В другом примере можно применять мешалку с большим сдвигающим усилием для начального перемешивания компонентов формовочной смеси. После этого смесь можно перенести в мешалку с меньшим сдвигающим усилием, чтобы завершить процесс перемешивания. В другом примере осуществления процесс перемешивания можно сочетать с процессом вытеснения (экструзии) с использованием современного экструдерного оборудования, которое включает в себя камеру для перемешивания с большим сдвигающим усилием. In one embodiment of the invention, a cement mixer is used, capable of both high and low shear mixing, and capable of measuring and mixing batch materials. In another example, a high shear mixer can be used to initially mix the components of the moldable mixture. After this, the mixture can be transferred to the mixer with less shear to complete the mixing process. In another embodiment, the mixing process can be combined with a displacement (extrusion) process using modern extruder equipment, which includes a mixing chamber with high shear.
Предпочтительный в настоящее время пример осуществления изобретения для твердения в промышленных условиях это оборудование, в котором материалы, включенные в формовочную смесь, автоматически и непрерывно отмеряются, смешиваются, деаэрируются и экструдируются с помощью двойного экструдера типа "ожер". На фиг. 1 показан двойной экструдер типа "ожер" 12, который включает в себя средство подачи, подающее формовочную смесь в первую внутреннюю камеру 16 экструдера 12. Внутри первой внутренней камеры 16 находится первый шнек типа "ожер" 13, который одновременно перемешивает смесь и оказывает на нее давление в поступательном направлении, продвигая смесь через первую внутреннюю камеру 16 к откачивающей камере 20. Обычно в откачивающей камере создается отрицательное давление или вакуум для того, чтобы удалить ненужные воздушные пустоты из формовочной смеси. После этого формовочная смесь подается во вторую внутреннюю камеру 22. Второй шнек типа "ожер" 24 будет продвигать смесь к головке матрицы 26. Шнеки типа "ожер" 18 и 24 могут быть выполнены с разными шагами и иметь разную ориентацию, чтобы помочь продвижению смеси или чтобы повысить или понизить усилие сдвига. A currently preferred embodiment of the invention for industrial hardening is equipment in which the materials included in the moldable mixture are automatically and continuously measured, mixed, deaerated and extruded using a double extruder of the “neck” type. In FIG. 1 shows a double extruder of the “neck”
Двойной экструдер 12 может применяться для того чтобы самостоятельно смешивать компоненты формовочной смеси или, как показано на фиг. 7, ее может питать мешалка. Предпочтительный двойной экструдер типа "ожер" использует однородные вращающиеся шнеки, причем шнеки вращаются в одном направлении. Вращающиеся в противоположном направлении двойные экструдеры тогда, когда шнеки вращаются в противоположных направлениях, служат той же цели. Для этой же цели можно применить глиномялку. Оборудование, соответствующее этим техническим условиям, можно приобрести у фирмы Buhler-Miag, Inc, находящейся в Миннеаполисе, штат Миннесота. A
Внутренние детали мешалки можно выполнить из нержавеющей стали, поскольку истирание мешалки невелико благодаря относительно высокому содержанию воды. Однако для продления срока службы детали мешалки могут быть покрыты карбидом, что позволяет повысить их сопротивляемость любому истиранию, возникающему при перемешивании смеси, содержащей заполнители и гидравлически твердеющее связующее вещество. The internal parts of the mixer can be made of stainless steel, since the attrition of the mixer is small due to the relatively high water content. However, to extend the service life, the parts of the mixer can be coated with carbide, which makes it possible to increase their resistance to any abrasion that occurs when mixing a mixture containing aggregates and hydraulically hardening binder.
Поскольку формовочная смесь на микроструктурном уровне должна иметь определенные свойства, важно точно дозировать количество каждого материала, добавляемого в формовочную смесь. Since the molding sand at the microstructural level must have certain properties, it is important to accurately dose the amount of each material added to the molding sand.
Основной процесс формования. The main molding process.
Начальный процесс формования. The initial molding process.
Понятие "формования", используемое в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения, должен включать в себя конкретные методы формования, которые приводятся здесь в качестве примера, а также хорошо известные специалистами в отношении таких материалов, как глина, керамика и пластмассы. К числу предпочтительных примеров способов формования относятся "литье под давлением", "инжекционное формование", "формование с надувом", "Джиггеринг", "формование сухих листов" и формование "влажных листов". Подробные описания этих способов более полно излагаются ниже. Понятие "формование" также должно включать в себя нагревание отформованного изделия с тем, чтобы расширить или/и увеличить стабильность формы изделия и извлечение изделий из матрицы, что также называется расформовкой. The term "molding" as used in this description and in the appended claims should include specific molding methods, which are given here as an example, as well as well-known specialists in such materials as clay, ceramics and plastics. Preferred examples of forming methods include “injection molding”, “injection molding”, “blow molding”, “Jigger”, “dry sheet molding” and “wet sheet” molding. Detailed descriptions of these methods are more fully set forth below. The term "molding" should also include heating the molded product in order to expand or / and increase the stability of the shape of the product and the removal of products from the matrix, which is also called decoupling.
В ходе любого соответствующего процесса формования сжатие, необходимое для придания желаемой формы смеси или листа, образованного из неорганически наполненной смеси, достигается путем механического давления, вакуумного давления, давления воздуха или их сочетаний. Изделия могут формоваться в один этап литьем под давлением, инжекционным формованием, формованием с надувом и джиггеренгом. Изделия также могут формоваться в ходе двухстадийного процесса формования, когда сначала смесь формуется в лист, после чего лист формуется в желаемое изделие. Процессы формования листа включают в себя процессы формования сухого и влажного листа. During any appropriate molding process, the compression necessary to give the desired shape to the mixture or sheet formed from the inorganically filled mixture is achieved by mechanical pressure, vacuum pressure, air pressure, or combinations thereof. Products can be molded in one step by injection molding, injection molding, blow molding and jigging. Products can also be molded during the two-stage molding process, when the mixture is first molded into a sheet, after which the sheet is molded into the desired product. Sheet forming processes include dry and wet sheet forming processes.
Нижеописанные процессы могут осуществляться с использованием хорошо известного специалистам оборудования для производства бумаги, пластмасс, металлов и цемента. Однако это оборудование должно быть особым образом скомбинировано и организовано так, чтобы составлять функциональную систему для производства изделий согласно настоящему изобретению. Более того, предпочтительны некоторые модификации оборудования, способные оптимизировать и обеспечить массовое производство изделий. Например, инжекционное литье (формование) пластичных изделий требует охлаждение матрицы для быстрого твердения отформованных изделий. Однако в рамках настоящего изобретения часто предпочтительней нагревать матрицы, чтобы изделия быстро твердели. Установка, модификации и работа оборудования, необходимого для производства изделий согласно настоящему изобретению, могут осуществляться специалистами, способными к использованию обычного оборудования в свете этого изобретения. The processes described below can be carried out using equipment well known in the art for the production of paper, plastics, metals and cement. However, this equipment must be specially combined and organized so as to constitute a functional system for the manufacture of products according to the present invention. Moreover, some modifications of the equipment that are able to optimize and ensure mass production of products are preferred. For example, injection molding (molding) of plastic products requires die cooling to quickly harden the molded products. However, in the framework of the present invention, it is often preferable to heat the matrices so that the products quickly harden. Installation, modification and operation of equipment necessary for the manufacture of products according to the present invention can be carried out by specialists capable of using conventional equipment in the light of this invention.
Для того чтобы процесс формования стал рентабельным, важно, чтобы отформованное изделие имело стабильную форму сразу же после процесса формования или сразу после него. Термин "стабильная форма" относится к способности отформованного изделия выносить свой собственный вес и сохранять свою форму под действием силы тяжести и нагрузок, связанных с используемыми способами производства. Стабильность формы важна для изделия, которое должно быть вытолкнуто из матрицы и эта стабильность предпочтительно должна быть достигнута спустя менее одной минуты после процесса формования, более предпочтительно в течение менее чем приблизительно 10 с и наиболее предпочтительно в течение менее чем приблизительно 1-3 с. Кроме того, поверхность отформованного изделия не должна быть слитком липкой, поскольку это затруднит расформовку, механическую обработку и укладывание изделий в стеллажи. In order for the molding process to become cost-effective, it is important that the molded product has a stable shape immediately after the molding process or immediately after it. The term "stable form" refers to the ability of the molded product to bear its own weight and maintain its shape under the influence of gravity and the loads associated with the production methods used. Mold stability is important for the product to be ejected from the matrix and this stability should preferably be achieved less than one minute after the molding process, more preferably within less than about 10 seconds and most preferably within less than about 1-3 s. In addition, the surface of the molded product should not be sticky, since this will make it difficult to strip, machining and stacking the products in racks.
Реологические свойства или свойства текучести формовочной смеси должны быть оптимизированы согласно конкретному используемому производственному процессу. Придание желаемых свойств должно уравновешиваться себестоимостью получения таких свойств. Прессование в форме (матрице), инжекционное формование и джиггеринг, например, в основном требуют высокой степени вязкости смеси, которую можно формовать под давлением, чтобы она быстро обеспечивала получение продукта со стабильной формой, тогда как формование с надувом требует в высшей степени эластичной смеси, которую можно раздуть без ее разрыва. The rheological or flow properties of the molding sand should be optimized according to the particular manufacturing process used. Giving the desired properties should be balanced by the cost of obtaining such properties. Mold pressing, injection molding and jigging, for example, mainly require a high degree of viscosity of the mixture, which can be molded under pressure, so that it quickly provides a product with a stable shape, while molding with injection requires a highly elastic mixture, which can be inflated without breaking it.
Существуют несколько модификаций обычных процессов формования, которые обычно используются для облегчения процесса производства. Например, часто желательно обработать матрицу разъединяющим веществом, чтобы предотвратить прилипание. К числу пригодных разъединяющих веществ относятся кремниевое масло, тефлон, делерон и UHW'. Предпочтительно, чтобы сама матрица была изготовлена из нержавеющей стали или/и покрыта материалом, имеющим очень гладкую поверхность, таким как тефлон, делерон, или хромирована, отполирована до приблизительно 0,1 RMS. There are several modifications to conventional molding processes that are commonly used to facilitate the manufacturing process. For example, it is often desirable to treat the matrix with a release agent to prevent sticking. Suitable release agents include silicon oil, Teflon, Deleron, and UHW '. Preferably, the matrix itself is made of stainless steel and / or coated with a material having a very smooth surface, such as Teflon, Deleron, or chrome plated, polished to about 0.1 RMS.
Тот же самый эффект можно достичь использованием сил трения. Путем вращения головки формовочного аппарата относительно внутренних или/и внешних поверхностей формовочной смеси можно преодолеть любое химическое или механическое прилипание (т.е. липкость) к матрице. The same effect can be achieved using friction forces. By rotating the mold head relative to the internal and / or external surfaces of the moldable mixture, any chemical or mechanical adhesion (i.e., stickiness) to the matrix can be overcome.
В течение процесса формования или/и твердения смеси часто желательно смесь подогреть для того чтобы контролировать систему воздушных пустот посредством контроля пористости и объема изделия. During the process of molding and / or hardening the mixture, it is often desirable to preheat the mixture in order to control the air voids system by controlling the porosity and volume of the article.
Однако процесс нагревания помогает также приобретению стабильности формы смеси в сыром состоянии (сразу же после формования), поскольку быстро позволяет поверхности набрать прочность. Конечно, такое нагревание позволяет быстро удалять из смеси значительное количество воды. Результатом этих преимуществ является то, что использование процесса нагревания может облегчить производство изделий согласно настоящему изобретению. However, the heating process also helps to obtain the stability of the form of the mixture in the wet state (immediately after molding), because it quickly allows the surface to gain strength. Of course, such heating allows you to quickly remove a significant amount of water from the mixture. The result of these advantages is that the use of a heating process can facilitate the production of products according to the present invention.
Повышение стабильности формы. Improving the stability of the form.
Одним из новейших качеств данного изобретения является способность создавать новые изделия, имеющие стабильную форму сразу же после формования. Стабильность формы изделия можно увеличить путем нагревания формовочной смеси с помощью нагретых матриц в течение достаточного периода времени, чтобы улучшить стабильность формы изделия. Для того чтобы получить соответствующие реологические свойства, такие как текучесть, в формовочную смесь добавляются разные количества воды. По меньшей мере часть воды можно быстро удалить выпариванием, что уменьшает объем присутствующей воды и повышает стабильность формы отформованного изделия. One of the newest qualities of this invention is the ability to create new products having a stable shape immediately after molding. The shape stability of the product can be increased by heating the moldable mixture with heated dies for a sufficient period of time to improve the shape stability of the product. In order to obtain appropriate rheological properties, such as fluidity, different amounts of water are added to the molding mixture. At least part of the water can be quickly removed by evaporation, which reduces the amount of water present and increases the shape stability of the molded product.
Кроме того, удаление воды с поверхности отформованного изделия локально высушивает поверхность, что не только уменьшает липкость формованной смеси, но также образует достаточно сильную тонкую "оболочку" вокруг изделия, что также повышает прочность сырой формовочной смеси. Нагревание формовочной смеси также повышает скорость твердения гидравлически твердеющего связующего вещества, а также скорость желатинирования или отверждения органических связующих веществ. In addition, the removal of water from the surface of the molded product locally dries the surface, which not only reduces the stickiness of the molded mixture, but also forms a sufficiently strong thin “shell” around the product, which also increases the strength of the crude molding mixture. Heating the molding sand also increases the curing rate of the hydraulically settable binder, as well as the rate of gelation or curing of the organic binders.
Способность быстро получать стабильную форму изделия в сыром состоянии важна, поскольку позволяет осуществлять массовое производство изделий. Стабильность формы позволяет быстро убирать изделия из формовочного аппарата, так что можно формовать новые изделия с использованием того же самого прессового или формовочного оборудования. The ability to quickly obtain a stable form of the product in the wet state is important because it allows the mass production of products. The stability of the form allows you to quickly remove products from the molding apparatus, so that it is possible to mold new products using the same press or molding equipment.
Другой целью повышения температуры матриц является минимизация прилипания формовочной смеси к матрицам. Когда пар выделяется из смеси, он создает своего рода "подушку" между матрицами и смесью. Этот пограничный слой пара обеспечивает, в принципе, однородную силу, которая отталкивает формовочную смесь от матрицы, таким образом предотвращая прилипание смеси к матрицам. Было также обнаружено, что если подвижная и неподвижная матрицы имеют разные температуры, формируемый материал обычно будет оставаться на матрице с более низкой температурой после разделения матриц. Another goal of increasing the temperature of the matrices is to minimize the adhesion of the molding sand to the matrices. When steam is released from the mixture, it creates a kind of “cushion” between the matrices and the mixture. This vapor boundary layer provides, in principle, a uniform force which repels the moldable mixture from the matrix, thereby preventing the mixture from sticking to the matrices. It was also found that if the movable and fixed matrices have different temperatures, the formed material will usually remain on the matrix with a lower temperature after separation of the matrices.
Соответствующие температуры матриц предпочтительно регулируются таким образом, чтобы максимально повысить скорость производственного процесса и частично зависят от длительности контактирования матриц формуемым материалом. В общем случае желательно, чтобы температура была как можно более высокой: чем выше температура, тем быстрее происходит высыхание поверхности отформованных изделий, тем быстрее изделия могут быть расформованы и тем больше изделий можно изготовить за единицу времени. The respective matrix temperatures are preferably controlled in such a way as to maximize the speed of the production process and partially depend on the duration of the contacting of the matrices with the moldable material. In general, it is desirable that the temperature be as high as possible: the higher the temperature, the faster the surface of the molded products dries, the faster the products can be unformed and the more products can be made per unit time.
Однако увеличение температуры выше определенной точки может вызвать то, что вода во всей формуемой смеси, а не только на поверхности изделия, превратится в пар. Внезапное ослабление давления, связанное с расформовкой, может привести к растрескиванию и даже взрыву отформованного изделия, когда матрицы разведены. Однако отрицательные последствия применения более высоких температур часто можно избежать, применяя более высокие скорости открывания и закрывания пресса. However, an increase in temperature above a certain point can cause the water to turn into steam in the entire moldable mixture, and not just on the surface of the product. A sudden weakening of the pressure associated with the breakdown can lead to cracking and even explosion of the molded product when the matrices are diluted. However, the negative effects of applying higher temperatures can often be avoided by using higher press opening and closing speeds.
Более того, чем быстрее формуемый материал отвердевает, тем больше вероятность того, что в изделии образуется искажение в результате дифференциального потока. То есть, когда матрицы сжимаются вместе, формуемый материал течет в желаемую форму. Однако поверхность формуемой смеси начинает высыхать, высохшая часть имеет другую текучесть, чем остальной сырой формуемый материал Различие в текучести может привести к искажениям, таким как агломераты, пустоты, трещины и другие нерегулярности в структурной матрице отформованного изделия. Moreover, the faster the moldable material cures, the greater the likelihood that distortion will form in the product as a result of the differential flow. That is, when the matrices are compressed together, the moldable material flows into the desired shape. However, the surface of the moldable mixture begins to dry, the dried part has a different fluidity than the rest of the raw moldable material. Difference in fluidity can lead to distortions, such as agglomerates, voids, cracks and other irregularities in the structural matrix of the molded product.
В общем случае, взаимозависимость между временем и температурой такова, что температуру матриц можно повышать, если увеличивается время, в течение которого матрицы находятся в контакте с формуемой смесью. Кроме того, температуру можно повышать, если повышается количество воды внутри формовочной смеси. In general, the relationship between time and temperature is such that the temperature of the matrices can be increased if the time increases during which the matrices are in contact with the moldable mixture. In addition, the temperature can be increased if the amount of water inside the moldable mixture increases.
Для того чтобы достичь указанных выше желаемых целей, предпочтительно нагреть неподвижную и подвижную матрицу до температуры в диапазоне от приблизительно 50oC до приблизительно 250oC, более предпочтительно от приблизительно 75oC до приблизительно 160oC и наиболее предпочтительно от приблизительно 120oC до приблизительно 140oC. Для легкости расформовки обычно желательно, чтобы изделие оставалось на подвижной матрице после разведения матриц. Соответственно, подвижная матрица предпочтительно имеет более низкую температуру, чем неподвижная матрица. Различие температур между неподвижной матрицей и подвижной матрицей предпочтительно должна быть в диапазоне от приблизительно 10oC до приблизительно 30oC.In order to achieve the above desired objectives, it is preferable to heat the stationary and movable matrix to a temperature in the range of from about 50 ° C to about 250 ° C, more preferably from about 75 ° C to about 160 ° C, and most preferably from about 120 ° C to about 140 ° C. For ease of shaping, it is usually desirable that the article remains on the movable matrix after dilution of the matrices. Accordingly, the movable matrix preferably has a lower temperature than the stationary matrix. The temperature difference between the fixed matrix and the moving matrix should preferably be in the range of from about 10 ° C. to about 30 ° C.
Период времени, в течение которого нагретая подвижная матрица и нагретая неподвижная матрица находятся в контакте формуемым материалом (т.е. время, в течение которого матрицы сочленены), предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 0,05 с до приблизительно 30 с, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,7 с до приблизительно 10 с и наиболее предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,8 с до предпочтительно 5 с. The period of time during which the heated movable matrix and the heated stationary matrix are in contact with the moldable material (i.e., the time during which the matrices are joined) is preferably in the range of from about 0.05 s to about 30 s, more preferably a range of from about 0.7 s to about 10 s, and most preferably in a range of from about 0.8 s to preferably 5 s.
В альтернативном примере осуществления изобретения этап нагревания изделия, кроме того, включает в себя воздействие на отформованное изделие нагретого воздуха после разведения матриц, но до того, как изделие удалено из матрицы, то есть, когда изделие покоится на подвижной матрице. Воздействие нагретого воздуха повышает стабильность формы изделия до того, как оно вынимается из матрицы. In an alternative embodiment, the step of heating the article further includes exposing the formed article to heated air after diluting the matrices, but before the article is removed from the matrix, that is, when the article is resting on a movable matrix. Exposure to heated air increases the stability of the shape of the product before it is removed from the matrix.
Некоторые модифицирующие реологические свойства вещества могут сжижаться около комнатной температуры и твердеют при охлаждении. Поэтому предел текучести некоторых формовочных смесей может повыситься, если их охладить значительно ниже, чем начальная температура перемешивания. В таких случаях стабильность формы отформованного изделия можно повысить охлаждением матриц. Кроме того, путем нагревания смеси до прессования и последующего охлаждения матриц тонкая пленка воды может конденсироваться между изделием и матрицами, не давая тем самым изделию прилипать к матрицам. В таких случаях матрицы охлаждаются до температуры в диапазоне от приблизительно -20oC до приблизительно 40oC, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно -5oC до приблизительно 35oC и наиболее предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0oC до приблизительно 30oC.Some rheological modifying substances may liquefy at room temperature and harden upon cooling. Therefore, the yield strength of some molding compounds can increase if they are cooled significantly lower than the initial mixing temperature. In such cases, the shape stability of the molded product can be improved by cooling the matrices. In addition, by heating the mixture before pressing and subsequent cooling of the matrices, a thin film of water can condense between the product and the matrices, thereby preventing the product from sticking to the matrices. In such cases, the matrices are cooled to a temperature in the range of about -20 ° C to about 40 ° C, more preferably in the range of about -5 ° C to about 35 ° C, and most preferably in the range of about 0 ° C to about 30 ° C C.
В еще одном примере осуществления можно получить стабильную форму путем быстрого испарения негидратирующих летучих растворителей. Путем перемешивания формовочного материала и других желаемых добавок с минимальным количеством воды, необходимым для гидратации связующего вещества с последующим добавлением в смесь соответствующего летучего растворителя можно получить смесь, которая легко формуется и дает изделие с высокой прочностью. Когда смесь приведена в желаемую форму, летучий растворитель можно быстро удалить испарением, что дает изделие со стабильной формой, которое можно быстро извлечь из матрицы. Летучие растворители предпочтительно растворимы в воде и равномерно распределены в смеси. Как пример, но ни в коей мере не ограничиваясь этим, летучие растворители включают в свое число спирты, например метанол, этанол, n - пропанол, n -бутанол и n - петанол. In yet another embodiment, a stable form can be obtained by rapidly evaporating non-hydrating volatile solvents. By mixing the molding material and other desired additives with the minimum amount of water needed to hydrate the binder, followed by adding the appropriate volatile solvent to the mixture, a mixture can be formed that is easily molded and gives the product with high strength. When the mixture is brought into the desired shape, the volatile solvent can be quickly removed by evaporation, which gives a product with a stable shape, which can be quickly removed from the matrix. Volatile solvents are preferably soluble in water and evenly distributed in the mixture. As an example, but by no means limited to this, volatile solvents include alcohols, for example methanol, ethanol, n-propanol, n-butanol and n-petanol.
Такие растворители обычно добавляются в диапазоне от приблизительно 2% до приблизительно 50% от объема воды. Such solvents are usually added in the range of from about 2% to about 50% by volume of water.
Другие добавки, помогающие быстро получить изделие со стабильной формой, содержащее гидравлически твердеющее связующее вещество, включают в свое число различные карбонатные источники и ускорители. Other additives that help to quickly obtain a product with a stable shape containing hydraulically hardening binder include various carbonate sources and accelerators.
Как говорилось ранее, добавление различных источников карбоната, таких как CO2, приводит к тому, что смесь рано набирает прочность и достигает стабильности формы. Карбонат натрия и карбонат калия также можно добавить в смесь, для получения ранней стабильности формы изделия. Обычно карбонаты добавляются в смесь в диапазоне от приблизительно 0,002% до приблизительно 0,5% от веса воды, причем предпочтительнее диапазон от приблизительно 0,01% до приблизительно 0,15% и наиболее предпочтительный диапазон от 0,1% до приблизительно 0,15%. Аналогичным образом, лимонная кислота также может включаться в смесь для достижения ранней стабильности формы. Лимонная кислота обычно добавляется по весу цемента в диапазоне от приблизительно 0,01% до приблизительно 5%, предпочтительнее в диапазоне от 0,05% до приблизительно 1% и наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,1% до приблизительно 0,2%.As mentioned earlier, the addition of various carbonate sources, such as CO 2 , causes the mixture to gain strength early and achieve shape stability. Sodium carbonate and potassium carbonate can also be added to the mixture to obtain early product shape stability. Typically, carbonates are added to the mixture in a range of from about 0.002% to about 0.5% by weight of water, with a preferred range of from about 0.01% to about 0.15% and a most preferred range of from 0.1% to about 0.15 % Similarly, citric acid may also be included in the mixture to achieve early shape stability. Citric acid is usually added by weight of cement in the range of about 0.01% to about 5%, more preferably in the range of 0.05% to about 1%, and most preferably in the range of 0.1% to about 0.2%.
Различные органические связующие вещества также увеличивают стабильность формы изделия. Примеси целлюлозы, такие как метилэтилцеллюлоэа, метилцеллюлоза и этилцеллюлоза, образуют гель после того, как нагреваются до температуры выше приблизительно 60oC. При добавлении примесей целлюлозы к формовочной смеси с последующим нагреванием смеси через нагретые матрицы или другие способы переноса тепла получающийся гель может помочь придать стабильность формы отформованному изделию. Чтобы быть эффективной в достижении стабильности формы, метилцеллюлоза должна добавляться в смесь в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 10% от веса формуемой смеси.Various organic binders also increase the stability of the shape of the product. Cellulose impurities, such as methyl ethyl celluloea, methyl cellulose and ethyl cellulose, form a gel after being heated to a temperature above about 60 ° C. When cellulose impurities are added to the moldable mixture, followed by heating the mixture through heated matrices or other heat transfer methods, the resulting gel can help to impart shape stability of the molded product. To be effective in achieving shape stability, methylcellulose must be added to the mixture in the range of about 0.1% to about 10% by weight of the moldable mixture.
Крахмал можно также комбинировать с метилцеллюлозой или можно добавлять в смесь отдельно для придания стабильности формы отформованному изделию. Нагревание смеси, содержащей крахмал, до температуры выше 100oC расплавляет или растворяет крахмал.Starch can also be combined with methyl cellulose or can be added to the mixture separately to give shape stability to the molded product. Heating the mixture containing starch to a temperature above 100 o C melts or dissolves the starch.
Охлаждение смеси позволяет крахмалу отвердевать, что связывает частицы цемента и заполнителя и обеспечивает повышенную стабильность формы. Чтобы быть эффективным в качестве связующего вещества, крахмал нужно добавлять в смесь в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 10% от объема формовочной смеси. Таким образом сочетание крахмала и метилцеллюлозы увеличивает стабильность формы при нагревании и охлаждении в процессе формования. Cooling the mixture allows the starch to solidify, which binds the cement and aggregate particles and provides increased mold stability. To be effective as a binder, starch must be added to the mixture in the range from about 0.1% to about 10% of the volume of the molding mixture. Thus, the combination of starch and methyl cellulose increases the stability of the mold when heated and cooled during molding.
Как говорилось выше, ускорители, используемые при производстве бетона, могут добавляться в гидравлически твердеющую смесь, чтобы ускорить реакцию гидратации гидравлического цемента. Их можно использовать для увеличения стабильности формы отформованного изделия. As mentioned above, accelerators used in concrete production can be added to a hydraulically hardening mixture to accelerate the hydration reaction of hydraulic cement. They can be used to increase the stability of the shape of the molded product.
В смысле конечной прочности затвердевшего изделия можно применять обычные структурные методы, чтобы повысить предел прочности отформованного изделия. Например, относительно тонкие стенки отформованного изделия можно укрепить, используя самые разные структуры (такие как сотовая структура, коленчатые или квадратные укрепляющие пруты, треугольные формы, I-образные бруски и гофрированные материалы) для придания прочности. In terms of the ultimate strength of the hardened article, conventional structural methods can be used to increase the tensile strength of the molded article. For example, the relatively thin walls of the molded product can be strengthened using a variety of structures (such as honeycomb structure, cranked or square reinforcing rods, triangular shapes, I-shaped bars and corrugated materials) to give strength.
Расформовка отформованных изделий. The molding of molded products.
Отформованное изделие можно извлечь из матриц после того, как оно достигло достаточно стабильной формы. В предпочтительном примере осуществления изобретения отформованное изделие будет оставаться на подвижной матрице после разведения матриц. Кроме того, подвижная и неподвижная матрицы предпочтительно вращаются в противоположных направлениях после их разведения, чтобы предотвратить прилипание изделия к матрицам. The molded product can be removed from the matrices after it has reached a sufficiently stable shape. In a preferred embodiment, the molded article will remain on the movable matrix after matrix dilution. In addition, the movable and fixed matrices preferably rotate in opposite directions after being diluted to prevent the product from sticking to the matrices.
Как говорилось выше, когда матрицы разведены, теплый воздух можно пропустить над изделием в течение нескольких секунд, чтобы еще более повысить стабильность формы изделия. Затем изделие можно удалить из подвижной матрицы без его деформации. В предпочтительном примере осуществления для извлечения изделия из подвижной матрицы используется стандартный процесс, известный как аэровейер (пневмотранспорт). Аэровейер это процесс, при котором к изделию прилагается отрицательное давление для того чтобы "отсосать" изделие из матрицы. Затем изделие перемещается через U - образную трубу, которая размещает его наружной стороной вверх. As mentioned above, when the matrices are diluted, warm air can be passed over the product for several seconds to further increase the stability of the shape of the product. Then the product can be removed from the movable matrix without deformation. In a preferred embodiment, a standard process known as an air fan (air transport) is used to extract the article from the movable matrix. An air curtain is a process in which negative pressure is applied to a product in order to “suck” the product out of the matrix. Then the product moves through the U - shaped pipe, which places it with its outer side up.
Процесс аэровейера предпочтителен, потому что аккуратно обрабатывает изделие со стабильной формой и недорого с точки зрения эксплуатации и капитальных вложений. Нагретый воздух, имеющийся для сушки изделия, можно использовать для транспортировки воздушной массой, которая переносит изделие по всей длине труб. Воздушные каналы, проходящие через подвижную матрицу, можно также использовать, чтобы вдувать воздух между матрицей и изделием, чтобы создать равномерное усилие для выталкивания изделия из подвижной матрицы. Воздух, вводящийся через воздушные каналы, должен иметь достаточно низкое давление, чтобы не причинить повреждений отформованному изделию. The air conveyor process is preferable because it accurately processes the product with a stable shape and is inexpensive in terms of operation and capital investment. The heated air available for drying the product can be used for transportation by an air mass that carries the product along the entire length of the pipes. Air ducts passing through the movable die can also be used to blow air between the die and the article to create a uniform force to push the article out of the movable die. The air introduced through the air ducts must have a sufficiently low pressure so as not to cause damage to the molded product.
В альтернативном примере реализации изделие можно механически вынуть из подвижной матрицы просто подняв его. Однако такой процесс требует исключительной тщательности, чтобы не деформировать отформованное изделие. In an alternative embodiment, the product can be mechanically removed from the movable matrix by simply lifting it. However, such a process requires extreme care so as not to deform the molded product.
Факультативные процессы. Optional processes.
При желании изделия можно высушивать ускоренным способом, покрывать и наносить на него печатные знаки. Желательным может быть также формовать, гофрировать, надрезать или перфорировать часть изделия. If desired, the product can be dried in an accelerated manner, coated and printed on it. It may also be desirable to form, crimp, notch or perforate a portion of the product.
Ускоренная сушка. Accelerated drying.
Понятие "сушка", используемое в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения, включает в себя удаление воды путем испарения и не включает значительного обезвоживания жидкой воды, как в производстве бумаги. Поэтому все нелетучие, однако растворимые в воде, компоненты остаются в органически наполненной матрице. Изделия могут высыхать при температуре окружающей среды и их даже можно штабелировать после формования с помощью обычного автоматического укладчика на конце производственной линии, когда изделия продолжают сохнуть. Изделия можно собирать, герметизировать, маркировать, стеллажировать и завертывать на стандартном оборудовании для механической обработки, складирования картона для последующей перевозки, причем процесс сушки продолжается. The term "drying", as used in this description and in the attached claims, includes the removal of water by evaporation and does not include significant dehydration of liquid water, as in the manufacture of paper. Therefore, all non-volatile, however, soluble in water, components remain in an organically filled matrix. Products can dry at ambient temperature and can even be stacked after molding using a conventional automatic stacker at the end of the production line when the products continue to dry. Products can be assembled, sealed, labeled, shelved and wrapped on standard equipment for machining, storing cardboard for subsequent transportation, and the drying process continues.
При желании процесс сушки можно ускорить, чтобы повысить прочность отформованного изделия. В общем случае, когда изделие отформовано, его нужно высушить, чтобы получить прочность в желаемой форме. Однако в отношении процесса формования сухих листов до формования изделия нужно высушивать именно лист. Чтобы экономно производить изделия согласно настоящему изобретению, изделия нужно быстро высушить до того состояния, когда у них появится достаточная прочность, чтобы проходить через остальные процессы производства, т. е. печать, нанесение покрытия и упаковку, без деформирования. Кроме того, изделие должно набрать достаточную прочность для использования, к которому оно предназначено. Конечно, требуемая прочность будет меняться в зависимости от вида производимого изделия. If desired, the drying process can be accelerated to increase the strength of the molded product. In the General case, when the product is molded, it must be dried to obtain strength in the desired shape. However, in relation to the process of forming dry sheets before forming the product, it is necessary to dry the sheet. In order to economically produce products according to the present invention, the products need to be quickly dried to the point where they have sufficient strength to pass through the rest of the manufacturing processes, i.e. printing, coating and packaging, without deformation. In addition, the product must gain sufficient strength for the use for which it is intended. Of course, the required strength will vary depending on the type of product being manufactured.
В предпочтительном примере осуществления сушка изделия или листа производится путем воздействия на изделие нагретого воздуха, как в обычном сушильном туннеле. Сушильный туннель можно сконструировать либо для сушки партий изделий, либо для процесса с непрерывным конвейером. In a preferred embodiment, the article or sheet is dried by exposing the article to heated air, as in a conventional drying tunnel. A drying tunnel can be designed either for drying batches of products or for a process with a continuous conveyor.
Применение нагретого воздуха удаляет часть воды формовочной смеси, что повышает силы трения между частицами, создавая связывающую пленку органического связующего вещества и повышая прочность получающегося изделия. Кроме того, нагревание может также увеличить скорость гидратации гидравлически твердеющего связующего вещества, что, в свою очередь, может придать изделию более раннюю прочность. The use of heated air removes part of the water in the sand, which increases the friction forces between the particles, creating a bonding film of an organic binder and increasing the strength of the resulting product. In addition, heating can also increase the hydration rate of a hydraulically hardening binder, which, in turn, can give the product an earlier strength.
Чтобы повысить скорость, с которой вода удаляется из формовочной смеси, нагретый воздух продувается над изделием. Однако скорость воздуха не должна быть такой большой, чтобы деформировать отформованное изделие. В идеале, изделие высушивается только до такой степени, когда оно имеет достаточную прочность для производства и перевозки без его деформации. Если дать изделию, имеющему гидравлически твердеющее связующее вещество, удержать небольшое количество воды, оно будет продолжать отвердевать и таким образом повышать свою прочность в течение времени перевозки и хранения до его использования. To increase the speed at which water is removed from the moldable mixture, heated air is blown over the product. However, the air velocity should not be so high as to deform the molded product. Ideally, the product is dried only to the extent that it has sufficient strength for production and transportation without deformation. If a product having a hydraulically hardening binder is allowed to hold a small amount of water, it will continue to solidify and thus increase its strength over the transport and storage time prior to use.
Именно способность изделия быстро затвердевать делает возможным экономно организовать его массовое производство. На сушку изделий влияют пять разных параметров: время, температура, скорость движения воздуха, площадь поверхности и толщина материала. Эмпирические исследования привели к следующим заключениям в отношении этих параметров. It is the ability of the product to quickly harden that makes it possible to economically organize its mass production. Five different parameters affect the drying of products: time, temperature, air velocity, surface area and material thickness. Empirical studies have led to the following conclusions regarding these parameters.
Более высокая температура и скорость движения воздуха дают более короткие периоды сутки. Higher temperature and air velocity give shorter periods of the day.
После удаления основного количества воды из изделия воздействие на изделие температуры выше 250oC может сжечь волокна и органическое связующее вещество, тем самым понижая прочность изделия.After removing the bulk of the water from the product, exposure to the product at temperatures above 250 ° C can burn the fibers and the organic binder, thereby lowering the strength of the product.
Изделия с более тонкими стенками требуют более короткого времени сушки. Products with thinner walls require shorter drying times.
Более высокие температуры приводят к более низкой прочности изделия на разрыв. Higher temperatures result in lower tensile strength of the product.
Скорость движения воздуха и общее время нахождения в печи не влияют на прочность изделия на разрыв. The air velocity and the total residence time in the furnace do not affect the tensile strength of the product.
На основе указанных замечаний рекомендуемые условия сушки для отформованного изделия с толщиной в диапазоне от приблизительно 1 мм до приблизительно 2 мм включают в себя нагревание воздуха в печи до температуры в диапазоне от приблизительно 100oC до приблизительно 300oC, причем более предпочтительно от приблизительно 140oC до приблизительно 250oC и наиболее предпочтительно от приблизительно 150oC до приблизительно 200oC. Период времени, в течение которого изделие подвергается воздействию нагретого воздуха, может составлять до около 1 ч) причем более предпочтительно менее приблизительно 15 мин и наиболее предпочтительно менее около 1 мин. Однако эти значения могут меняться в зависимости от размеров, формы, толщины изделия и от содержания в нем воды.Based on these comments, recommended drying conditions for a molded product with a thickness in the range of from about 1 mm to about 2 mm include heating the air in the oven to a temperature in the range of from about 100 ° C to about 300 ° C, more preferably from about 140 o C to about 250 o C and most preferably from about 150 o C to about 200 o C. The period of time during which the product is exposed to heated air can be up to about 1 hour) more preferably less than about 15 minutes, and most preferably less than about 1 minute. However, these values may vary depending on the size, shape, thickness of the product and on the content of water in it.
В альтернативном примере осуществления, поскольку волокна не сгорают в смеси при температурах выше 250oC до тех пор, пока основная часть воды не удалена, процесс сушки можно также проводить в два этапа. Сначала на изделие можно воздействовать температурами выше 250oC, обычно в диапазоне от приблизительно 250oC до приблизительно 500oC с тем, чтобы быстро удалить некоторую долю воды. Когда от приблизительно 60% до приблизительно 80% воды удалено, температура понижается до менее 250oC, чтобы удалить остаток воды. Этот процесс повышает скорость, с которой высушивается изделие, но его нужно тщательнее регулировать, чтобы не сжечь волокна. Конечно, можно использовать другие обычные средства сушки изделий (например, микроволны, инфракрасный свет и т.п.).In an alternative embodiment, since the fibers do not burn in the mixture at temperatures above 250 ° C. until the bulk of the water has been removed, the drying process can also be carried out in two stages. First, the product can be exposed to temperatures above 250 ° C., usually in the range of about 250 ° C. to about 500 ° C., so as to quickly remove some water. When about 60% to about 80% of the water is removed, the temperature drops to less than 250 ° C. to remove the remaining water. This process increases the speed with which the product is dried, but it must be carefully regulated so as not to burn the fibers. Of course, you can use other conventional means of drying products (for example, microwaves, infrared light, etc.).
Покрытие. Coating.
В рамках настоящего изобретения находится нанесение покрытий или материалов покрытий на изделия или, там где это уместно, на листы, используемые для получения изделий. Покрытия можно использовать, чтобы изменить характеристики поверхности изделий или листов несколькими способами, включая герметизацию (уплотнение) и защиту листа или изделия. Покрытия могут создавать защиту от влаги, от неблагородных, кислых, жирных, органических растворителей. Они могут также создавать более гладкую, глянцевую или стойкую к истиранию поверхность и помогать предотвращать "улетание" волокон. Покрытия могут придавать изделию отражающие, электропроводящие или изоляционные свойства. Они могут также усиливать лист или изделие, в особенности на сгибе, месте складывания, краю или на углу. Некоторые из покрытий можно также использовать как создающие слои материалы или как адгезивы. In the framework of the present invention is the coating or coating materials on products or, where appropriate, on the sheets used to obtain products. Coatings can be used to change the surface characteristics of products or sheets in several ways, including sealing (sealing) and protecting the sheet or product. Coatings can create protection against moisture, from base, acidic, greasy, organic solvents. They can also create a smoother, glossier, or abrasion resistant surface and help prevent fibers from flying away. Coatings may impart reflective, electrically conductive or insulating properties to the product. They can also reinforce the sheet or article, especially at the fold, folding point, edge or corner. Some of the coatings can also be used as layering materials or as adhesives.
Родственным понятию покрытия является "шлихтовка" листа или изделия, которая в принципе означает уплотнение пор структурной матрицы. Шлихтовку можно использовать, чтобы улучшить гладкость и водостойкость изделия или листов. Она может либо повышать, либо понижать прочность, модуль и удлинение (или способность расширяться) в зависимости от состава и используемого количества. Некоторые шлихтовки или покрытия могут смягчать формовочную смесь, приводя к более гибкому изделию или листу. Другие могут сделать изделие более жестким. A related concept of coating is the “sizing” of a sheet or product, which in principle means compaction of the pores of the structural matrix. Sizing can be used to improve the smoothness and water resistance of a product or sheets. It can either increase or decrease strength, modulus and elongation (or the ability to expand) depending on the composition and amount used. Some coatings or coatings can soften the mold, resulting in a more flexible product or sheet. Others may make the product more rigid.
Целью процесса покрытия обычно является получение однородной пленки с минимальными дефектами на поверхности листа или изделия. Покрытия могут наноситься в ходе процесса формования листа, процесса формования изделия или после формования изделия. Выбор конкретного процесса нанесения покрытия зависит от количества свойств подложки (т.е. листа или изделия), а также от количества свойств материала покрытия. К числу переменных свойств подложки относятся прочность, смачиваемость, пористость, плотность, гладкость и однородность листа или изделия. К числу переменных свойств материала покрытия относятся общее содержание твердых веществ, основа растворителя (включая растворимость в воде и летучесть), поверхностное натяжение и реологические свойства. The purpose of the coating process is usually to obtain a uniform film with minimal defects on the surface of the sheet or product. Coatings may be applied during the sheet forming process, the product forming process, or after the product is molded. The choice of a particular coating process depends on the number of properties of the substrate (i.e., the sheet or article), as well as the number of properties of the coating material. Variable substrate properties include strength, wettability, porosity, density, smoothness, and uniformity of the sheet or article. Variable properties of the coating material include total solids, solvent base (including water solubility and volatility), surface tension, and rheological properties.
Покрытия могут наносится на листы или изделие с использованием любых средств, известных в производстве бумаги, картона, пластмассы, полимеров, листового металла, полистирена или других упаковочных материалов, включая нанесение покрытий листом, трамбованием, воздушным шабером, печатью, далгреном, гравюрой и порошком. Покрытия могут также наноситься напылением листа или изделия любым из перечисленных ниже материалов покрытия или погружением листа или изделия в ванну, содержащую соответствующий материал покрытия. Наконец, покрытия могут совместно вытесняться с листом, чтобы объединить процесс вытеснения с процессом нанесения покрытия. Coatings can be applied to sheets or the product using any means known in the manufacture of paper, cardboard, plastic, polymers, sheet metal, polystyrene or other packaging materials, including sheet coating, tamping, air scraper, printing, dalgren, engraving and powder. Coatings can also be applied by spraying a sheet or article with any of the following coating materials or by immersing the sheet or article in a bath containing the appropriate coating material. Finally, coatings can be co-extruded with the sheet to combine the extrusion process with the coating process.
К числу органических покрытий относятся столовые масла, меламин, поливинилхлорид, поливинилспирт, поливинилацетат, полиакрилаты, полиамиды, гидроксипропилметилцеллюлоза, полиэтиленгликоль, акрилы, полиуретан, полиэтилен, полимолочная кислота, Biopol(R) (полигидрокси-бутират-гидроксивалерат сополимер), крахмалы, белок соевого масла, полиэтилен и синтетические полимеры, включая биодеградирующие полимеры, воск (такой как пчелиный воск или воск на основе нефти), эластомеры и их смеси. Biopol (R) изготовляется английской фирмой ICI. Organic coatings include table oils, melamine, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyacrylates, polyamides, hydroxypropyl methylcellulose, polyethylene glycol, acrylics, polyurethane, polyethylene, polylactic acid, Biopol (R) (polyhydroxy-butyrate-hydroxyvalera copolymer, copolymer, copolymer oils, polyethylene and synthetic polymers, including biodegradable polymers, wax (such as beeswax or oil based wax), elastomers and mixtures thereof. Biopol (R) is manufactured by the English company ICI.
К числу подходящих неорганических покрытий относятся силикат натрия, карбонат кальция, окись алюминия, окись кремния, каолин, глина, керамика и их смеси. Неорганические покрытия также можно наносить с одним или рядом органических покрытий. Suitable inorganic coatings include sodium silicate, calcium carbonate, alumina, silica, kaolin, clay, ceramics, and mixtures thereof. Inorganic coatings can also be applied with one or a number of organic coatings.
В некоторых случаях может быть предпочтительным, чтобы покрытие было эластомерным или деформируемым, в особенности для изделий, образованных складыванием или сворачиванием. Эластомерные покрытия могут быть полезны для укрепления области, в которой изделие будет подвергаться сильному изгибу, например, на стержне. In some cases, it may be preferable that the coating is elastomeric or deformable, in particular for articles formed by folding or folding. Elastomeric coatings may be useful to strengthen the area in which the product will undergo severe bending, for example, on a rod.
Водоотталкивающее покрытие желательно для изделий, предназначенных для нахождения в контакте с водой. Если листы применяются для изготовления изделия, предназначенного для соприкосновения с пищевыми продуктами, предпочтительно, чтобы материал покрытия содержал покрытие, одобренное Федеральным управлением санэпидемиологии. Пример особенно полезного покрытия - это силикат натрия, который стоек к кислотам. Стойкость к кислотности важна, например, если изделие - это контейнер, подверженный воздействию пищи и напитков, имеющих высокое кислотное содержание, таких как безалкогольные напитки или соки. Повышенную стойкость к основным веществам может создать соответствующее полимерное или восковое покрытие, которое используется для покрытия изделий из бумаги. A water repellent coating is desirable for products intended to be in contact with water. If the sheets are used for the manufacture of products intended for contact with food products, it is preferable that the coating material contain a coating approved by the Federal Office of Sanitary and Epidemiology. An example of a particularly useful coating is sodium silicate, which is acid resistant. Resistance to acidity is important, for example, if the product is a container that is exposed to food and drinks that have a high acid content, such as soft drinks or juices. Increased resistance to basic substances can create an appropriate polymer or wax coating, which is used to cover paper products.
Полимерные покрытия пригодны для образования в основном тонких слоев, имеющих низкую плотность, таких как полиэтилен. Полиэтилен с низкой плотностью особенно пригоден в создании изделий, влагостойких и даже до какой-то степени стойких к давлению. Полимерные покрытия также можно использовать в качестве адгезива при термическом уплотнении. Polymer coatings are suitable for the formation of mainly thin layers having a low density, such as polyethylene. Low density polyethylene is particularly suitable for creating products that are moisture resistant and even to some degree resistant to pressure. Polymer coatings can also be used as an adhesive in thermal compaction.
Окись алюминия и окись кремния являются полезными покрытиями, в особенности в качестве барьера для кислорода и влаги. Покрытия можно наносить на лист или изделие любыми известными в технике способами, включая применение процесса испарения электронным пучком высокой энергии, химическое осаждение из плазмы и напыление. Другой метод образования покрытия из окиси алюминия или окиси кремния предполагает обработку листа водным раствором, имеющим соответствующий уровень pH, чтобы вызвать образование окиси алюминия или окиси кремния на листе. Alumina and silica are useful coatings, especially as a barrier to oxygen and moisture. Coatings can be applied to a sheet or article by any methods known in the art, including the application of a high energy electron beam evaporation process, plasma chemical deposition, and sputtering. Another method of forming an alumina or silica coating involves treating the sheet with an aqueous solution having an appropriate pH level to cause the formation of alumina or silica on the sheet.
Воск и восковые смеси, особенно нефтяной воск или парафин и синтетический воск, обеспечивают барьер для влаги, кислорода и некоторых органических жидкостей, таких как жиры и масла. Они также позволяют термическое уплотнение изделия, такого как контейнер. Нефтяной воск - это особенно полезная группа восков в упаковке для пищи и напитков, которая включает в себя парафиновый воск и микрокристаллический воск. Wax and wax mixtures, especially petroleum wax or paraffin and synthetic wax, provide a barrier to moisture, oxygen, and certain organic fluids, such as fats and oils. They also allow thermal sealing of the product, such as a container. Petroleum wax is a particularly useful group of waxes in food and beverage packaging, which includes paraffin wax and microcrystalline wax.
Нанесение печати. Drawing the press.
Может быть желательным нанесение печати или других обозначений, таких как товарные знаки, информация о продукте, описание изделия или логотипы, на поверхности изделия или листа, используемого для производства изделия. Это можно совершить с использованием любого традиционного способа нанесения печати или процессов, известных в производстве бумажных или картонных изделий, включая планографию, рельеф, глубокую печать, пористую или бесконтактную печать. К числу обычных печатных устройств относятся офсетные устройства, устройство ван-Дама, лазерные принтеры, принтеры с прямым переносящим контактом и термографические принтеры. Однако в принципе можно использовать любые ручные или механические средства. Кроме того, листы или изделия могут покрываться тиснением или снабжены водяным знаком. Printing or other designations, such as trademarks, product information, product description or logos, on the surface of the product or sheet used to manufacture the product may be desirable. This can be accomplished using any conventional printing method or processes known in the manufacture of paper or paperboard products, including planography, relief, gravure printing, porous or non-contact printing. Typical printing devices include offset devices, van Dam, laser printers, direct transfer printers, and thermal printers. However, in principle, any manual or mechanical means may be used. In addition, the sheets or articles may be embossed or watermarked.
Поскольку изделия имеют относительно высокую пористость, подобно бумаге или картону, нанесенная типографская краска обычно будет быстро высыхать. Специалист поймет, что пористость листа и количество краски должны быть совместимыми. Кроме того, декалькоманию, этикетки и другие обозначения можно прикреплять или приклеивать к листу с использованием известных в технике способов. Since the products have a relatively high porosity, like paper or cardboard, printed ink will usually dry out quickly. The specialist will understand that the porosity of the sheet and the amount of paint must be compatible. In addition, decalcomania, labels and other signs can be attached or glued to the sheet using methods known in the art.
Конкретные процессы формования. Specific molding processes.
Процесс прессования в матрице. The process of pressing in the matrix.
Прессование в матрице включает в себя прессование смеси между двумя матрицами с взаимодополняющей формой. Этапы включают в себя размещение, формование, придание стабильности формы, удаление и твердение. Compression in a die involves pressing a mixture between two dies with a complementary shape. The steps include placement, molding, shaping, removal and hardening.
Размещение. Accommodation
После того, как формовочная смесь была приготовлена, как обсуждалось выше, она размещается между набором матриц для придания ей желаемой формы изделия. Как показано на фиг.2, матрицы включают в себя подвижную матрицу 28 с желаемой формой и неподвижную матрицу 30, форма которой в принципе взаимодополняет форму подвижной матрицы 28. Вместе подвижная матрица 28 и неподвижная матрица 30 образуют матричную пресс-форму. Когда формовочная смесь сжимается между матрицами, она формируется в изделие, имеющее форму, соответствующую пространству между подвижной и неподвижной матрицами. After the molding sand has been prepared, as discussed above, it is placed between a set of dies to give it the desired shape of the product. As shown in FIG. 2, the matrices include a
В зависимости от желаемой формы изделия можно использовать альтернативные типы матриц. Разъемная пресс-форма 31, как показано на фиг. 2А, это многоэлементная матрица, элементы которой одновременно сжимаются вместе под разными углами с образованием сложных форм, особенно форм с отрицательными углами, которые можно легко отделить от матрицы. Alternative matrix types may be used depending on the desired shape of the article. The
В противоположность этому штамп с последовательными операциями 33, видимый на фиг. 2В, это многоэлементная матрица, различные элементы которой сжимаются вместе последовательно с задержкой, формуя изделие по секциям. Использование штампа с последовательными операциями помогает исключить воздушные пакеты в изделиях с глубоким вытягиванием или сложной формой. В качестве альтернативы, можно использовать обычную раздвижную матрицу. Для формования желаемого изделия можно использовать разные матрицы в их комбинации. In contrast, the
Настоящее изобретение предусматривает два общих способа размещения формовочной смеси между подвижной матрицей 28 и неподвижной матрицей 30. В предпочтительном примере реализации, представленном на фиг. 3, подвижная матрица 28 частично вставлена в неподвижную матрицу 30, так что между матрицами создается зазор 32. "Зазор" определяется как расстояние, которое одна матрица должна проходить по отношению к другой матрице до сочленения матриц. Матрицы "сочленяются", когда они вставляются друг в друга, чтобы образовать область формования между матрицами. "Область формования" определяет желаемую форму изделия, и это та область, в которую выдавливается формуемая смесь при сочленении матриц. The present invention provides two general methods for arranging a moldable mixture between the
Когда матрицы размещены так, чтобы иметь зазор, между матрицами остается полость. Эта полость включает в себя область формования между матрицами и также вторую область между матрицами, которая соответствует зазору. Когда полость образована, формуемую смесь можно разместить в полости между матрицами посредством инжектирования через отверстие в одной из матриц или через зазор. When the matrices are arranged so as to have a gap, a cavity remains between the matrices. This cavity includes a molding region between the matrices and also a second region between the matrices, which corresponds to the gap. When a cavity is formed, the moldable mixture can be placed in the cavity between the matrices by injection through an opening in one of the matrices or through a gap.
В предпочтительном примере осуществления изобретения неподвижная матрица 30 размещена вертикально над подвижной матрицей 28. Затем смесь вводится под давлением между матрицами через инжекционное отверстие 34, выполненное в неподвижной матрице 30. Размещение неподвижной матрицы 30 над подвижной матрицей 28 предпочтительнее, потому что после образования изделия матрицы разводятся, и сила тяжести помогает обеспечить, чтобы изделие осталось на подвижной матрице 28. Это полезно, поскольку затем легче снять изделие с подвижной матрицы 28, не деформируя изделие. In a preferred embodiment, the fixed
Однако в альтернативе подвижная матрица 28 может также размещаться вертикально над неподвижной матрицей 30. Это размещение предпочтительно, когда смесь имеет низкую вязкость, потому что неподвижная матрица 30 может действовать как контейнер для удержания формуемой смеси до сочленения матриц. However, in the alternative, the
До размещения формовочной смеси предпочтительно довести до минимума зазор 32 между матрицами, чтобы ограничить движение смеси в течение конечного прессования или сочленения матриц. Минимизация перемещения смеси уменьшает возможность появления неровностей в конечном изделии в результате дифференциального течения в смеси. Before placing the moldable mixture, it is preferable to minimize the
Зазор 32 между подвижной матрицей 28 и неподвижной матрицей 30 обычно находится в диапазоне от приблизительно 2 мм до приблизительно 5 см, причем предпочтительно от 2 мм до приблизительно 3 см и наиболее предпочтительно от 2 мм до 1 см. Однако следует отметить, что для необычно крупных предметов зазор 32 должен быть намного больше, чтобы облегчить размещение формовочной смеси. The
Формовочная смесь предпочтительно размещается между матрицами с помощью вакуумной шприц-машины, такой как двойная шнековая шприц-машина 12, так чтобы можно было удалить ненужный воздух, задержанный внутри смеси. Невозможность удалить этот воздух (если только этот воздух не нужен, чтобы создать пустоты, чтобы придать изоляционные свойства) может привести к тому, что изделие будет иметь дефектную или неоднородную матрицу. The moldable mixture is preferably placed between the dies using a vacuum syringe machine, such as a double
Фактический ввод формовочной смеси обычно осуществляется либо двухэтапным инжектором, или возратно-поступательным винтовым (шнековым) инжектором (шприцом). Как показано на фиг.4, двухэтапный инжектор (шприц) 36 имеет отдельные отделения для перемещения или продвижения и для впрыскивания. Смесь подается на винт (шнек) 40 экструдера, который, в свою очередь, подает смесь в отдельный выпускающий резервуар 42. Когда выпускающий резервуар 42 наполнился, инжекционный поршень 44 толкает определенное количество смеси в сеть каналов потока 46, по которым ее подают в частично сомкнутые матрицы. Как показано на фиг. 4, можно одновременно формовать целый ряд изделий. The actual injection of the moldable mixture is usually carried out either by a two-stage injector, or by a reciprocating screw (screw) injector (syringe). As shown in FIG. 4, the two-stage injector (syringe) 36 has separate compartments for movement or advancement and for injection. The mixture is fed to the screw (screw) 40 of the extruder, which, in turn, feeds the mixture into a
Как показано на фиг. 5, возвратно-поступательный винтовой инжектор 38 содержит камеру 48, имеющую винтовой шнек 50, размещенный в ней продольно. Формовочная смесь подается в камеру 48 и проталкивается вперед шнеком 50. Когда шнек 50 вращается, он перемещается и подает смесь к инжекционному концу 52 шнека 50. Когда требуемый объем смеси собрался на конце 52, шнек 50 перестает вращаться и движется вперед, чтобы вытеснить смесь в каналы 46, как описывалось выше. As shown in FIG. 5, the
Второй способ размещения формовочной смеси между матрицами осуществляется, когда матрицы все еще полностью разведены. Этот способ, как показано на фиг.6, включает в себя формирование части формовочного материала в массу 54, причем этой части достаточно, чтобы создать желаемое изделие с последующим помещением массы 54, обычно остающейся наверху подвижной матрицы 28, между матрицами. Затем, когда матрицы сочленяются, масса 54 сжимается между матрицами. The second way to place the moldable mixture between the matrices is when the matrices are still completely diluted. This method, as shown in FIG. 6, involves forming a part of the molding material into the
В альтернативном примере осуществления, показанном на фиг.7А-В, для размещения массы 54 используется шаблон 56. Подвижная матрица 28 имеет круглое основание 58, а шаблон 56 имеет отверстие 60, периметр которого в принципе дополняет круглое основание 58 подвижной матрицы 28. Формируется масса 54 с достаточно большим диаметром, чтобы перекрыть отверстие 60 шаблона 56. Когда масса 54 перекрывает отверстие 60, шаблон 56 помещается между подвижной матрицей 28 и неподвижной матрицей 30, так что отверстие 60 выравнивается с матрицами. Тем самым, когда матрицы сжимаются вместе, подвижная матрица 28 проходит через отверстие 60 шаблона 56, чтобы продавить формовочную смесь между матрицами. In the alternative embodiment shown in FIGS. 7A-B, a
Этот способ может, кроме того, содержать этап установки шаблона 56 на подвижную матрицу 28, так что шаблон 56 размещается вокруг основания 58 подвижной матрицы 28, тогда как масса 54 независимо покоится на подвижной матрице 28. Затем, когда матрицы сжимаются вместе, масса 54 сжимается между матрицами. This method may further comprise the step of installing the
Предпочтительный способ механического удаления отформованного изделия включает в себя использование шаблона 56. Изделие загружается на шаблон посредством выступа изделия, либо поднимая шаблон 56, либо опуская подвижную матрицу 28. Когда изделие удалено из матриц, изделие имеет стабильную форму благодаря своей высушенной поверхности. Однако изделие будет все еще иметь влажную смесь между своими стенками и, таким образом, оно еще не достигнет максимальной прочности. В таком состоянии изделие имеет максимальную прочность на сжатие вдоль своей вертикальной оси. Соответственно, преимущество использования шаблона 56 состоит в том, что усилие, прилагаемое для удаления изделия, прилагается вдоль оси изделия, что сводит до минимума возможную деформацию изделия. A preferred method for mechanically removing the molded product includes using a
Формование. Molding.
Следующий этап в процессе производства - это прессование формовочной смеси между подвижной матрицей 28 и неподвижной матрицей 30, чтобы отформовать формовочную смесь в желаемую форму изделия. Давление, оказываемое матрицами, формирует формуемую смесь в изделие желаемой конфигурации. Соответственно, давление должно быть достаточным, чтобы фактически отформовать формовочную смесь между матрицами. Кроме того, желательно, чтобы давление было достаточным, чтобы получить изделие с равномерной и гладкой законченной поверхностью. The next step in the manufacturing process is pressing the molding sand between the
Величина давления, прилагаемого к формовочной смеси, может также влиять на прочность получаемого изделия. Исследования показали, что прочность получающегося продукта повышена для смесей, в которых частицы расположены ближе друг к другу. Чем больше давление, используемое для прессования формовочной смеси между матрицами, тем ближе друг к другу подталкиваются частицы, повышая прочность получаемого изделия. То есть, чем меньше пористости в формовочной смеси, тем выше прочность получаемого изделия. The amount of pressure applied to the moldable mixture may also affect the strength of the resulting product. Studies have shown that the strength of the resulting product is enhanced for mixtures in which the particles are located closer to each other. The greater the pressure used to compress the molding sand between the dies, the closer the particles are pushed together, increasing the strength of the resulting product. That is, the less porosity in the molding sand, the higher the strength of the resulting product.
Когда высокие давления прилагаются к формовочным смесям с низкой концентрацией воды, пространство между частицами уменьшается. Таким образом, вода, находящаяся внутри смеси, становится более эффективной в смысле "облицовывания" частиц и снижения силы трения между ними. По существу, когда давление прилагается к формовочной смеси, смесь становится более текучей и обрабатываемой, и таким образом нужно добавлять меньше воды. В свою очередь, повышается прочность получаемого продукта. В применении к настоящему изобретению, чем большее давление оказывается матрицами, тем меньшее количество воды необходимо добавлять к смеси. Этот принцип давления относится также к процессу впрыскивания. When high pressures are applied to molding compounds with a low concentration of water, the space between the particles is reduced. Thus, the water inside the mixture becomes more effective in the sense of “cladding” of particles and reducing friction between them. Essentially, when pressure is applied to the moldable mixture, the mixture becomes more fluid and processable, and thus less water needs to be added. In turn, the strength of the resulting product increases. As applied to the present invention, the greater the pressure exerted by the matrices, the less water must be added to the mixture. This pressure principle also applies to the injection process.
Хотя в общем случае желательно приложение высокого давления, оно может иметь и отрицательное воздействие. Чтобы получить легкое изделие, в смесь обычно добавляются заполнители с малой плотностью, такие как перлит или полые стеклянные сферы. Когда давление, оказываемое матрицами, увеличивается, эти заполнители могут дробиться, что повышает плотность заполнителя и получающегося изделия и что понижает изолирующий эффект заполнителей. Although the application of high pressure is generally desirable, it can have a negative effect. To obtain a lightweight product, low density aggregates, such as perlite or hollow glass spheres, are usually added to the mixture. When the pressure exerted by the matrices increases, these aggregates can be crushed, which increases the density of the aggregate and the resulting product and which reduces the insulating effect of the aggregates.
Соответственно, давление, оказываемое матрицами, нужно оптимизировать, чтобы максимально повысить прочность, структурную целостность и низкую плотность изделия или контейнера. В рамках настоящего изобретения давление, оказываемое подвижной матрицей и неподвижной матрицей на формовочную смесь, предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 50 фунтов на квадратный дюйм до приблизительно 20000 фунтов на квадратный дюйм, более предпочтительно от приблизительно 100 фунтов на квадратный дюйм до приблизительно
10000 фунтов на квадратный дюйм и наиболее предпочтительно от приблизительно 150 фунтов на квадратный дюйм до приблизительно 2000 фунтов на квадратный дюйм.Accordingly, the pressure exerted by the matrices needs to be optimized in order to maximize the strength, structural integrity and low density of the product or container. In the framework of the present invention, the pressure exerted by the movable matrix and the stationary matrix on the moldable mixture is preferably in the range of from about 50 psi to about 20,000 psi, more preferably from about 100 psi to about
10,000 pounds per square inch, and most preferably from about 150 pounds per square inch to about 2,000 pounds per square inch.
Однако величина давления будет меняться в зависимости от температуры и времени проведения процесса формования. However, the pressure will vary depending on the temperature and time of the molding process.
Этап прессования, кроме того, включает в себя вытеснение воздуха из пространства между матрицами, когда матрицы сжимаются вместе. Неспособность удалить этот воздух может привести к появлению пакетов или изъянов в структурной матрице изделия. Обычно воздух, находящийся между матрицами, вытесняется через зазор между матрицами, когда матрицы сжимаются вместе. The pressing step further includes displacing air from the space between the matrices when the matrices are compressed together. Failure to remove this air can lead to the appearance of bags or flaws in the structural matrix of the product. Typically, the air between the matrices is displaced through the gap between the matrices when the matrices are compressed together.
В альтернативном примере осуществления, показанном на фиг. 2, матрицы могут иметь ряд вентиляционных отверстий 62, проходящих через матрицы, чтобы сделать их проницаемыми. Соответственно, когда матрицы сжимаются вместе, воздух, находящийся между ними, вытесняется через вентиляционные отверстия 62. Таким образом, вентиляционные отверстия 62 предотвращают образование воздушных пакетов внутри полости, что могло бы деформировать изделие. In the alternative embodiment shown in FIG. 2, the matrices may have a series of ventilation holes 62 extending through the matrices to make them permeable. Accordingly, when the matrices are compressed together, the air between them is displaced through the ventilation holes 62. Thus, the ventilation holes 62 prevent the formation of air packets inside the cavity, which could deform the product.
Вентиляционные отверстия 62 также предотвращают создание вакуума внутри полости при разведении матриц, позволяя воздуху вернуться в полость. Такой вакуум мог бы оказать ненужное усилие на вновь образованное изделие, разрушая целостность его структуры. Более того, вентиляционные отверстия 62 обеспечивают выход избыточного пара, создаваемого процессом нагревания. Вентиляционные отверстия могут находиться в любой из матриц или в обеих матрицах. The
Величину давления, необходимого для формования смеси, можно также понизить путем создания смесей, которые расширяются и текут, заполняя пресс-форму, аналогично раствору. Такие смеси можно создавать на основе реологических свойств смеси путем включения воздушных пустот путем контролирования температуры смеси или/и путем повышения содержания воды в ней. Использование смесей, способных расширяться и течь, чтобы соответствовать форме пресс-формы, особенно полезно при производстве изделий, имеющих сложные формы. The pressure required to form the mixture can also be reduced by creating mixtures that expand and flow, filling the mold, similar to a solution. Such mixtures can be created based on the rheological properties of the mixture by incorporating air voids by controlling the temperature of the mixture and / or by increasing the water content in it. The use of mixtures capable of expanding and flowing to fit the shape of the mold is particularly useful in the manufacture of products having complex shapes.
Процесс инжекционного прессования (литья под давлением). The process of injection molding (injection molding).
В отличие от прессования в матрице инжекционное прессование предполагает размещение формовочной смеси под высоким давлением в закрытой матрице. После того, как изделие достигло стабильности формы, матрица открывается и изделие вынимается и заканчивает твердение. Инжекционное прессование требует использования инжекционного устройства, которое подает смесь в фиксирующее устройство. Обычно инжекционное устройство содержит возвратно-поступательный винтовой (шнековый) инжектор 38, схематично показанный на фиг. 5, или двухэтапный инжектор 36, схематично показанный на фиг. 4, как ранее обсуждалось в случае прессования в матрице. Впрыскивание происходит с заранее определенными скоростью и давлением, чтобы обеспечить полное заполнение матрицы. In contrast to pressing in a matrix, injection pressing involves placing the moldable mixture under high pressure in a closed die. After the product has reached shape stability, the matrix opens and the product is removed and finishes hardening. Injection molding requires the use of an injection device that feeds the mixture into a fixing device. Typically, the injection device comprises a reciprocating helical (screw)
Как показано на фиг. 8, формовочная смесь впрыскивается через канал 46 в фиксирующее устройство, содержащее сердечник 64, выровненный относительно полости 66, которая имеет форму, в принципе дополняющую форму сердечника 64. Когда сердечник 64 и полость 66 сжимаются вместе и поддерживаются в сжатом виде фиксирующим поршнем 68, образуется замкнутая инжекционная формующая форма 70 желаемой формы. Фиксирующее устройство может образовывать ряд замкнутых форм для массового производства желаемых изделий. Запирающие кольца 72, расположенные между формами 70, позволяют выравнивать сердечник и полость 66, когда они сжимаются вместе. As shown in FIG. 8, the moldable mixture is injected through the
Аналогично процессу инжекционного прессования в матрице, когда смесь впрыскивается, она проталкивается через сеть каналов 74, которые подают ее в каждую закрытую форму 70 через питатель 76. Воздушные каналы 78, также связанные с каждой закрытой формой 70, позволяют воздуху выходить при наполнении форм. Когда формы наполнились, питатели 76 закрываются, чтобы позволить отформованным изделиям обрести стабильность формы. Similar to the injection molding process in the die, when the mixture is injected, it is pushed through a network of
Чтобы обеспечить соответствующее качество отформованного изделия, фиксирующее устройство необходимо настраивать так, чтобы оно подавало смесь в каждую полость с одинаковым давлением. Равновесие потока достигается тем, что каждый канал потока 74, ведущий от инжекционного устройства, имеет равную длину и равное число поворотов. При этом сбалансированном подходе надежно работают формы, содержащие до 64 полостей. To ensure appropriate quality of the molded product, the fixing device must be adjusted so that it delivers the mixture into each cavity with the same pressure. The balance of the flow is achieved in that each channel of the
Процесс инжекционного формования наиболее часто используют для получения тонкостенных изделий, имеющих относительно большое отношение длины к толщине, например, для получения тонкостенных контейнеров для йогурта и маргарина. Длина - это максимальная длина потока в полости, а толщина - это средняя толщина стенки детали. Такие отношения могут достигать 400:1. Чтобы получать изделия в массовом порядке и обеспечить правильное наполнение формы и однородность матрицы, смесь впрыскивается под давлением в диапазоне от приблизительно 500 до приблизительно 40000 фунтов на квадратный дюйм, причем предпочтительно от приблизительно 10000 до приблизительно 35000 фунтов на квадратный дюйм и наиболее предпочтительно от приблизительно 25000 до приблизительно 30000 фунтов на квадратный дюйм. Величина прилагаемого давления частично зависит от вязкости смеси, причем чем больше вязкость, тем большее требуется давление. The injection molding process is most often used to obtain thin-walled products having a relatively large ratio of length to thickness, for example, to obtain thin-walled containers for yogurt and margarine. Length is the maximum length of the flow in the cavity, and thickness is the average wall thickness of the part. Such ratios can reach 400: 1. In order to obtain products in bulk and to ensure the correct filling of the form and uniformity of the matrix, the mixture is injected under pressure in the range from about 500 to about 40,000 pounds per square inch, preferably from about 10,000 to about 35,000 pounds per square inch and most preferably from about 25,000 up to approximately 30,000 pounds per square inch. The magnitude of the applied pressure partially depends on the viscosity of the mixture, and the higher the viscosity, the greater the pressure required.
Те же самые принципы, способы и параметры для удаления воздуха из смеси, формования смеси под давлением, придания изделию стабильности формы, которые обсуждались выше, относятся и к процессу инжекционного формования. Например, как показано на фиг. 8, можно использовать нагревательные линии 80 для подачи нагретых жидкостей для нагревания формовочной смеси в закрытых формах 70, что быстро придает изделиям стабильную форму. The same principles, methods and parameters for removing air from the mixture, molding the mixture under pressure, shaping the product with the shape discussed above, also apply to the injection molding process. For example, as shown in FIG. 8,
Наконец, имеются два основных способа выталкивания детали - механическое выталкивание и выталкивание воздухом. При механическом выталкивании обычно используются снимающие кольца, окружающие каждый сердечник формы, чтобы физически отталкивать детали от стержня. При выталкивании воздухом используют воздушные удары, чтобы ослабить детали и сдуть и с сердечника. Выталкивание воздухом - это более предпочтительный способ, потому что он предполагает меньшее количество подвижных частей и тем самым меньше эксплуатационного обслуживания. Кроме того, детали могут делаться более тонкими и выталкиваться раньше в ходе цикла, поскольку для выталкивания воздухом требуется меньше прочности боковых стенок по сравнению с механическим выталкиванием. Finally, there are two main ways of pushing a part - mechanical pushing and pushing out by air. Mechanical ejection typically uses take-off rings surrounding each core of the mold to physically push parts away from the rod. When expelled by air, air strikes are used to loosen parts and deflate from the core. Air expulsion is a preferable method because it involves fewer moving parts and thus less maintenance. In addition, parts can be made thinner and pushed earlier during the cycle, because air pushing requires less side wall strength than mechanical pushing.
Процесс формования с дутьем. Blow molding process.
Формование с дутьем - это процесс, используемый для производства полых изделий, в основном бутылок. Воздух или иногда азот используется для расширения некоторого количества формовочной смеси, называемой баночкой, относительно полости неподвижной матрицы. К числу основных процессов формования с дутьем, которые применимы к формовочной смеси настоящего изобретения, относится инжекционное формование с дутьем и формование вытеснением с дутьем. Blow molding is a process used to produce hollow products, mainly bottles. Air or sometimes nitrogen is used to expand a certain amount of the moldable mixture, called a jar, relative to the cavity of the fixed matrix. The main blow molding processes that are applicable to the molding mixture of the present invention include injection molding with blow and injection molding with blow.
Инжекционное формование с дутьем. Injection molding with blasting.
Как видно из фиг. 9, процесс инжекционного формования с дутьем выполняется как трехстадийный процесс. На первой стадии возвратно-поступательный винтовой (шнековый) инжектор 38, как говорилось выше, впрыскивает смесь через инжекционный проход 46 в полость баночки 82 и вокруг стержня, размещенного в ней. Получившаяся инжекционно отформованная баночка 86 в форме "пробирки" переносится на стержень 84 в формовочную форму с дутьем 88, имеющую желаемую форму изделия. На второй стадии воздух продувается через стержень 84, расширяя баночку 86, прижимая ее к полости формы 88. Затем отформованному изделию дают обрести стабильную форму. Наконец, на третьем этапе изделие вынимают из формы и затем снимают со стержня 84 посредством снимающей пластины 90, расположенной вокруг стержня 84. As can be seen from FIG. 9, the injection molding process with blasting is performed as a three-stage process. In the first stage, the reciprocating screw (screw)
Инжекционное формование с дутьем обычно используется для получения небольших бутылочек емкостью обычно менее 0,5 л. Процесс не дает отходов, имеет точный контроль веса изделий и дает изделие с законченным горлышком. Injection molding with blasting is usually used to produce small bottles with a capacity of usually less than 0.5 l. The process is waste-free, has precise weight control of products and gives the product with a finished neck.
Формование вытеснением с дутьем. Blow molding with blasting.
Как показано на фиг. 10А-Е, в формовании вытеснением с дутьем, когда приготовлена формовочная смесь, смесь вытесняется в виде трубки 92 в свободную атмосферу. Вытеснение может производиться через непрерывно или с перерывами действующую шприц-машину, как обсуждалось выше, в зависимости от желаемого процесса производства. Трубка 92, также называемая баночкой, захватывается в полости 94 между двумя половинами 96а и 96в формующей формы с вытеснением и дутьем 96, имеющей желаемую форму. Затем в трубку 92 вставляется наконечник для дутья 98, через который поступает воздух и расширяет трубку 92, прижимая ее к полости 94 формы. Когда смесь раздута до желаемой формы, изделию дают обрести стабильную форму. Затем две половины формы 96 разводятся и изделие вынимается для твердения. В отличие от инжекционного формования с дутьем побочным продуктом процесса является заливина, которую нужно снимать и восстанавливать. Заливина образуется, когда трубка 92 сжимается вместе и уплотняется двумя половинами 96 формы. As shown in FIG. 10A-E, in blow-out molding, when the molding mixture is prepared, the mixture is displaced as a
Для того чтобы формовочная смесь согласно настоящему изобретению работала с описанными выше процессами формования с дутьем смесь должна иметь достаточно высокую вязкость, чтобы баночка могла выносить свой вес, и в то же самое время должна иметь достаточную эластичность, чтобы расширяться под дутьем в желаемую форму изделия. Как говорилось выше, реологические свойства формовочной смеси можно изменить на микроструктурном уровне путем добавления самых разных добавок, чтобы достичь желаемых свойств. Такие добавки обычно будут иметь высокую концентрацию органического связующего вещества, которое повышает как стабильность, так и эластичность смеси. In order for the moldable mixture according to the present invention to work with the blow molding processes described above, the mixture must have a sufficiently high viscosity so that the jar can bear its weight and at the same time must have sufficient elasticity to expand under the blast into the desired shape of the product. As mentioned above, the rheological properties of the moldable mixture can be changed at the microstructural level by adding a variety of additives to achieve the desired properties. Such additives will usually have a high concentration of organic binder, which increases both the stability and elasticity of the mixture.
Те же самые принципы, способы и параметры для удаления воздуха из смеси, для формования смеси под давлением, придания изделию стабильности формы и извлечения изделия из формы, которые обсуждались выше, относятся к процессам формования с дутьем. Например, как и в случае других описанных выше процессов, стабильную форму отформованного дутьем изделия можно получить путем нагревания матриц, разных ускорителей твердения или с помощью недостатка воды. The same principles, methods and parameters for removing air from the mixture, for molding the mixture under pressure, imparting stability to the product and removing the product from the mold, which were discussed above, relate to blow molding processes. For example, as in the case of the other processes described above, a stable shape of a blow molded product can be obtained by heating the matrices, various hardening accelerators, or using a lack of water.
Процесс джиггеринга. Jigging process.
Джиггеринг - это в основе своей механизированная версия гончарного станка, и это процесс, применяемый для получения симметричных изделий с открытой горловиной, например чаш, горшков и тарелок. Как показано на фиг. 11А-Д, процесс требует использования роликовой головки 100, формы джиггеринга 102 и шпинделя 104. Когда, как говорилось выше, формовочная смесь приготовлена, соответствующее количество смеси 106 оформляется в виде диска и помещается на дно формы 102. Оформление смеси 106 в виде диска не является определяющим, но делает предмет более равномерным и его можно легче и равномернее формовать. Jigging is basically a mechanized version of the potter’s machine, and it’s the process used to produce symmetrical open-necked items, such as bowls, pots, and plates. As shown in FIG. 11A-D, the process requires the use of a
Смесь 106 помещается в форму 102, форма 102 размещается на шпинделе 104 и им вращается. Затем роликовая головка 100, которая также вращается, опускается в форму 102, чтобы прижать формовочную смесь 106 к стенкам формы 102. Такой процесс требует, чтобы реологические свойства формовочной смеси были близки к реологическим свойствам глины. Когда материал равномерно диспергирован по поверхности формы 102, роликовая головка 100 удаляется, весь избыточный материал соскребается с краев формы 102 и отформованному изделию дают достичь стабильную форму. The
В предпочтительном примере осуществления изобретения роликовая головка 100 и форма 102 сделаны из полированного металла, чтобы получить изделие с гладкой законченной поверхностью и помочь предотвратить прилипание между отформованной смесью и роликовой головкой 100 и формой 102. Кроме того, также предпочтительно, чтобы роликовая головка 100 и форма 102 были способны нагреваться, аналогично матрицам прессования в пресс-форме, чтобы быстро придать изделию стабильную форму, одновременно создавая паровой барьер, ограничивающий прилипание изделия к форме 102 и к роликовой головке 100. После достижения стабильности формы изделие можно вынуть из формы, например, продувая воздух между формой и изделием или механическим способом. In a preferred embodiment, the
Те же самые принципы, способы и параметры для удаления воздуха из смеси, формования смеси под давлением и придания изделию стабильной формы, которые были описаны выше, относятся к процессу джиггеринга. The same principles, methods, and parameters for removing air from a mixture, molding the mixture under pressure, and shaping the product to a stable shape, as described above, apply to the jigger process.
Формование изделий из влажных листов. Forming products from wet sheets.
Процесс формования из влажных листов это двухэтапный процесс придания формы, при котором формовочная смесь сначала формуется в лист. Лист можно образовать путем вытеснения формовочной смеси через матрицу, имеющую ширину и толщину, соответствующие желаемым размерам листа. В качестве альтернативы, лист можно сформировать, пропуская формовочную смесь между парой роликов. Часто предпочтительна комбинация этих двух процессов образования листов. Затем новый лист формуется в желаемую форму до полного твердения или отверждения листа. The wet sheet forming process is a two-step shaping process in which the molding mixture is first formed into a sheet. The sheet can be formed by extruding the moldable mixture through a matrix having a width and thickness corresponding to the desired sheet size. Alternatively, the sheet may be formed by passing a molding sand between a pair of rollers. A combination of these two sheet formation processes is often preferred. The new sheet is then molded into the desired shape until the sheet is completely hardened or cured.
Вытеснение (экструзия). Extrusion (extrusion).
В предпочтительном варианте реализации соответствующая формовочная смесь переносится в аппарат для получения листов, содержащий экструдер и набор или последовательность роликов. На фиг. 12 показана предпочитаемая в настоящее время система, включащая мешалку 10 и двойной экструдер 12, действующий совместно с обжимающими роликами (валиками) 108. В альтернативном примере осуществления лист можно получить, исключив экструдеру 12 и подавая смесь непосредственно между обжимающими роликами 108. Если для образования листа используется экструдер, обжимающие ролики помогают сформировать лист с более точной толщиной. In a preferred embodiment, the respective moldable mixture is transferred to a sheet forming apparatus comprising an extruder and a set or sequence of rollers. In FIG. 12 shows the currently preferred system, including a
На фиг. 12 показан экструдер 12, имеющий головку матрицы 26 со щелью матрицы 110, определяющей ширину матрицы 112 и толщину матрицы 114. Форма поперечного сечения щели матрицы 110 имеет такую конфигурацию, чтобы создать лист с требуемой шириной и толщиной, который в общем случае соответствует ширине матрицы 112 и толщине матрицы 114. In FIG. 12 shows an
Шнековый экструдер также можно заменить поршневым экструдером, таким как двухэтапный инжектор (шприц) 36, или возвратно-поступательным винтовым инжектором 38, как описано выше. Поршневой экструдер может быть полезен там, где требуется более высокое давление. Тем не менее, из-за высокой степени пластичности смесей, обычно используемых в рамках этого изобретения, обычно не нужно и не выгодно оказывать давление выше давления в шнековой экструдере. Кроме того, поршневые экструдеры менее чем шнековые экструдеры способны непрерывно формовать лист. The screw extruder can also be replaced by a piston extruder, such as a two-stage injector (syringe) 36, or a
Хотя предпочтительная ширина и толщина матрицы будет зависеть от ширины и толщины конкретного изготовляемого листа, толщина выдавленного листа будет обычно, как минимум, в два раза, а иногда во много раз, превышать толщину конечного прокатанного листа. Величина обжима и соответственно диапазон толщины будет зависеть от свойств конкретного листа. Поскольку процесс обжима помогает контролировать ориентацию волокон, величина обжима часто соответствует степени желаемой ориентации. Кроме того, чем больше снижение толщины, тем больше удлинение листа. В обычном процессе производства вытесненный лист с толщиной около 6 мм можно прокатать в лист с толщиной от приблизительно 0,2 мм до приблизительно 0,5 мм. Although the preferred width and thickness of the matrix will depend on the width and thickness of the particular sheet being manufactured, the thickness of the extruded sheet will usually be at least twice, and sometimes many times, exceed the thickness of the final rolled sheet. The amount of crimping and, accordingly, the thickness range will depend on the properties of a particular sheet. Since the crimping process helps control the orientation of the fibers, the amount of crimping often corresponds to the degree of desired orientation. In addition, the greater the decrease in thickness, the greater the elongation of the sheet. In a typical manufacturing process, an extruded sheet with a thickness of about 6 mm can be rolled into a sheet with a thickness of from about 0.2 mm to about 0.5 mm.
В дополнение к тонким щелям матрицы для получения плоских листов можно использовать другие формы матриц для формования других предметов или форм. Например, в некоторых случаях может быть нежелательным выдавливать чрезвычайно широкий лист. Чтобы достичь этого, можно выдавить и непрерывно разрезать предмет в форме трубы и затем развернуть его с использованием ножа, расположенного как раз снаружи головки матрицы. In addition to the thin slots of the matrix, for the production of flat sheets, other forms of the matrix can be used to form other objects or shapes. For example, in some cases it may not be desirable to extrude an extremely wide sheet. To achieve this, it is possible to extrude and continuously cut an object in the form of a pipe and then deploy it using a knife located just outside the head of the matrix.
Величина давления, прилагаемого для вытеснения формовочной смеси, в основном зависит от давления, необходимого для того, чтобы выдавить смесь через головку матрицы, а также от желаемой скорости процесса вытеснения. Следует понимать, что скорость процесса следует контролировать, чтобы скорость образования листа соответствовала скорости, с которой лист затем пропускается через обжимающие ролики в процессе этапа обжима. The pressure applied to displace the moldable mixture mainly depends on the pressure necessary to squeeze the mixture through the die head, as well as on the desired speed of the displacement process. It should be understood that the speed of the process should be controlled so that the speed of sheet formation corresponds to the speed with which the sheet is then passed through the squeezing rollers during the crimping step.
Понятно, что важным фактором, определяющим оптимальную скорость вытеснения, является конечная толщина листа. Более толстый лист содержит больше материала и потребует более высокой скорости вытеснения для получения необходимого материала. Наоборот, более тонкий лист содержит меньше материала и потребует меньшей скорости вытеснения для получения необходимого материала. It is understood that an important factor determining the optimum displacement rate is the final sheet thickness. A thicker sheet contains more material and will require a higher extrusion rate to obtain the desired material. On the contrary, a thinner sheet contains less material and will require a lower extrusion rate to obtain the required material.
Способность формовочной смеси выдавливаться через головку матрицы, а также скорость, с которой она вытесняется, в основном являются функцией реологических свойств смеси, а также рабочих параметров и свойств оборудования. Все факторы - такие как количество воды, органического связующего вещества, диспергента или уровень начальной гидратации гидравлически твердеющего связующего вещества - влияют на реологические свойства смеси. Поэтому скорость процесса вытеснения можно контролировать путем контроля состава смеси и скорости твердения или отвердевания формовочнной смеси. The ability of the moldable mixture to extrude through the die head, as well as the speed with which it is forced out, are mainly a function of the rheological properties of the mixture, as well as the operating parameters and properties of the equipment. All factors — such as the amount of water, an organic binder, dispersant, or the initial hydration level of a hydraulically set binder — affect the rheological properties of the mixture. Therefore, the speed of the displacement process can be controlled by controlling the composition of the mixture and the speed of hardening or solidification of the molding mixture.
Как излагалось выше, необходимо адекватное давление, чтобы в ременно повысить обрабатываемость формовочной смеси в том случае, когда смесь имеет недостаток воды и имеет некоторую оптимизацию упаковки частиц. Когда смесь сжимается внутри шприц-машины, силы сжатия сдвигают частицы вместе, тем самым уменьшая промежуточное пространство между частицами и повышая видимое количество воды, имеющейся для "смазки" частиц. Таким образом обрабатываемость повышается, пока смесь не вытеснена через головку матрицы, и в этот момент пониженное давление заставляет смесь почти немедленно повышать свою жесткость и прочность в сыром состоянии. As described above, adequate pressure is necessary in order to temporarily increase the workability of the moldable mixture when the mixture has a lack of water and has some optimization of particle packing. When the mixture is compressed inside the syringe machine, the compressive forces move the particles together, thereby reducing the intermediate space between the particles and increasing the visible amount of water available to “lubricate” the particles. In this way, workability is increased until the mixture is forced out through the die head, and at this point the reduced pressure causes the mixture to almost immediately increase its stiffness and wet strength.
В свете каждого из вышеперечисленных факторов величина давления, которое обычно прилагается шприц-машиной в порядке вытеснения гидравлически твердеющей смеси, предпочтительно будет находиться в диапазоне от приблизительно 50 кПа до приблизительно 70 МПа, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 150 кПа до приблизительно 30 МПа и наиболее предпочтительно в диапазоне от приблизительно 350 кПа до приблизительно 3,5 МПа. In light of each of the above factors, the amount of pressure that is typically applied by a syringe in order to displace a hydraulically settable mixture will preferably be in the range of from about 50 kPa to about 70 MPa, more preferably in the range of from about 150 kPa to about 30 MPa and most preferably in the range of from about 350 kPa to about 3.5 MPa.
Выдавливание формовочной смеси через головку матрицы будет ориентировать отдельные волокна внутри формовочной смеси в продольном направлении выдавленного листа. Как будет видно ниже, процесс прокатки также сориентирует волокна в продольном или "Y" - направлении, когда лист еще более удлиняется в процессе обжима. Кроме того, при использовании роликов, имеющих разные зазоры в направлении "Z" (например, конических роликов), некоторые из волокон можно также ориентировать в направлении "X", т.е. вдоль толщины листа. Таким образом, можно создать путем вытеснения в сочетании с прокаткой лист, имеющий двунаправленно ориентированные волокна. Extruding the molding sand through the die head will orient individual fibers within the molding sand in the longitudinal direction of the extruded sheet. As will be seen below, the rolling process will also orient the fibers in the longitudinal or "Y" - direction, when the sheet is further lengthened during crimping. In addition, when using rollers having different gaps in the "Z" direction (for example, tapered rollers), some of the fibers can also be oriented in the "X" direction, i.e. along the thickness of the sheet. In this way, a sheet having bi-directionally oriented fibers can be created by extrusion in combination with rolling.
Обычный специалист поймет, что этап вытеснения не должен в начале использовать экструдер, как этот термин используется в технике. Цель этапа вытеснения - обеспечить непрерывную хорошо регулируемую подачу гидравлически твердеющего материала к роликам. Предпочтительно процесс вытеснения ориентирует волокна в направлении течения материала. Этого можно достичь другим механизмом, известным специалистам, для осуществления "выдавливания" или протекания материала через соответствующее отверстие. Скорость, необходимая, чтобы заставить течь гидравлически твердеющую смесь, может, например, создаваться силой тяжести. An ordinary specialist will understand that the extrusion step should not use an extruder at the beginning, as this term is used in technology. The purpose of the displacement stage is to provide a continuous, well-regulated supply of hydraulically hardening material to the rollers. Preferably, the displacement process orientates the fibers in the direction of flow of the material. This can be achieved by another mechanism known to those skilled in the art for effecting an “extrusion” or flow of material through a corresponding hole. The speed necessary to force a hydraulically hardening mixture to flow can, for example, be created by gravity.
Прокатка. Rolling.
Хотя изделия в рамках настоящего изобретения можно непосредственно образовывать из выдавленных листов, предпочтительно прокатывать выдавленный лист путем пропускания его между, как минимум, парой роликов или катков, причем цель этого - улучшение равномерности и качества поверхности листа и, в большинстве случаев, уменьшение толщины листа. В тех случаях, когда желательно сильно уменьшить толщину листа, может оказаться необходимым уменьшить толщину листа поэтапно, тогда лист пропускается через несколько пар роликов, причем каждая пара имеет между собой постепенно сужающийся зазор. Although the products of the present invention can be directly formed from extruded sheets, it is preferable to roll the extruded sheet by passing it between at least a pair of rollers or rollers, the purpose of which is to improve the uniformity and surface quality of the sheet and, in most cases, reduce the thickness of the sheet. In cases where it is desirable to greatly reduce the thickness of the sheet, it may be necessary to reduce the thickness of the sheet in stages, then the sheet is passed through several pairs of rollers, each pair having a gradually narrowing gap between them.
На фиг. 12 показан один пример осуществления настоящего изобретения, в котором в ходе процесса прокатки используется последовательность роликов. Ролики в каждой из пар роликов имеют сходные диаметры, хотя в некоторых случаях может быть предпочтительным использовать ролики с меньшим диаметром в сочетании с роликами с большим диаметром. Как видно из фиг. 13, набор или пара роликов 116 обычно включает в себя два отдельных ролика 118, расположенных рядом друг с другом с заранее определенным зазором 120 между ними. Зазор 120 между двумя отдельными роликами соответствует желаемой толщине 122 обжатого листа 124 после того, как он проходит между набором роликов 116. In FIG. 12 shows one embodiment of the present invention in which a sequence of rollers is used during the rolling process. The rollers in each of the pairs of rollers have similar diameters, although in some cases it may be preferable to use rollers with a smaller diameter in combination with rollers with a larger diameter. As can be seen from FIG. 13, a set or pair of
Когда толщина листа уменьшается после его прохода через пару роликов, он также удлинится в направлении движения вперед или "Y". Одно из следствий удлинения листа состоит в том, что волокна еще более будут ориентированы или выровнены в направлении "Y". Таким образом процесс обжатия в сочетании с начальным процессом вытеснения или выдавливания создаст лист, имеющий в принципе однонаправленно ориентированные волокна в направлении "Y" или в продольном направлении. When the thickness of the sheet decreases after it passes through a pair of rollers, it will also lengthen in the forward direction or “Y”. One consequence of the elongation of the sheet is that the fibers will be even more oriented or aligned in the "Y" direction. Thus, the crimping process in combination with the initial extrusion or extrusion process will create a sheet having, in principle, unidirectionally oriented fibers in the "Y" direction or in the longitudinal direction.
Другое следствие удлинения листа состоит в том, что лист "ускорится" при прохождении между парой обжимающих роликов. Фиг. 13 показывает, что тангенциальная скорость V1 внешней поверхности роликов будет близко соответствовать скорости V1 обжатого удлиненного листа, выходящего из роликов, а не скорости листа, входящего в зазор между роликами. В качестве примера, если толщина листа уменьшилась на 50%, и предположении, что лист не расширяется в течение процесса обжима, лист удлинится в два раза по сравнению со своей начальной длиной. Это соответствует удвоению скорости листа до его поступления на ролики по сравнению с его скоростью после выхода из роликов. Таким образом, как показано на фиг. 13, если толщина листа уменьшится на 50%, то V1 = 2•Vo; скорость удваивается от точки "а" до точки "в". Ускорение листа и направленное вниз давление роликов оказывают на лист большие сдвигающие усилия, причем, если они слишком велики, они могут повредить матрицу формовочной смеси.Another consequence of the elongation of the sheet is that the sheet “accelerates” as it passes between a pair of compression rollers. FIG. 13 shows that the tangential speed V 1 of the outer surface of the rollers will closely correspond to the speed V 1 of the compressed elongated sheet exiting the rollers, and not the speed of the sheet entering the gap between the rollers. As an example, if the sheet thickness is reduced by 50%, and assuming that the sheet does not expand during the crimping process, the sheet will be doubled in comparison with its initial length. This corresponds to a doubling of the speed of the sheet before it enters the rollers compared to its speed after exiting the rollers. Thus, as shown in FIG. 13, if the sheet thickness decreases by 50%, then V 1 = 2 • V o ; speed doubles from point a to point b. The acceleration of the sheet and the downward pressure of the rollers exert great shear forces on the sheet, and if they are too large, they can damage the mold matrix.
Приложение избыточно большого сдвигающего усилия может разрушить цельность структурной матрицы листа, создавая дефекты внутри ее и тем самым ослабляя лист. Поэтому толщину листа нужно уменьшать поэтапно с небольшой степенью, чтобы предотвратить нежелательное повреждение листа. В свете обычных производственных параметров, таких как, например, сведение до минимума числа этапов обжатия, ориентирование волокон и контролирование реологических свойств формовочной смеси, уменьшение толщины листа предпочтительно не превосходит приблизительно 80% в течение одного этапа обжатия, т.е. за проход между одним набором роликов. The application of an excessively large shear force can destroy the integrity of the structural matrix of the sheet, creating defects inside it and thereby weakening the sheet. Therefore, the thickness of the sheet must be reduced in stages with a small degree to prevent unwanted damage to the sheet. In light of the usual production parameters, such as, for example, minimizing the number of crimping steps, orienting the fibers and controlling the rheological properties of the molding mixture, the reduction in sheet thickness preferably does not exceed about 80% during one crimping step, i.e. for the passage between one set of rollers.
Диаметр каждого из роликов следует оптимизировать в зависимости от свойств формовочной смеси и величины уменьшения толщины листов. При оптимизации диаметра роликов следует учитывать два соперничающих интереса. Первый относится к тому факту, что ролики с меньшим диаметром обычно оказывают на лист большее двигающее усилие, когда лист проходит между ними. Это происходит потому, что направленный вниз угол сжатия листа и среднее значение ускорения в среднем больше при использовании меньших роликов, чем при использовании роликов с большим диаметром. The diameter of each of the rollers should be optimized depending on the properties of the molding sand and the amount of reduction in sheet thickness. When optimizing the diameter of the rollers, two competing interests should be considered. The first relates to the fact that rollers with a smaller diameter usually exert a greater driving force on the sheet when the sheet passes between them. This is because the downward compression angle of the sheet and the average acceleration value are on average greater when using smaller rollers than when using rollers with a large diameter.
Следовательно, с этой точки зрения, ролики с большим диаметром представляются предпочтительными по сравнению с роликами с меньшим диаметром, поскольку, как ожидается, меньшие сдвигающие усилия внесут меньшее количество дефектов в структурную матрицу. Therefore, from this point of view, rollers with a larger diameter seem to be preferable in comparison with rollers with a smaller diameter, since, as expected, less shear forces will introduce fewer defects in the structural matrix.
Однако использование роликов с большим диаметром имеет тот недостаток, что формуемый материал более длительное время соприкасается с роликами, что приводит к ускорению высушивания листа в ходе процесса прокатки, если ролики нагреты, чтобы предотвратить прилипание. Поскольку большее количество листа приходит в контакт с роликом большего диаметра, нагревание еще более важно при использовании роликов с большим диаметром, чтобы предупредить прилипание. Хотя некоторое высыхание полезно, слишком быстрое высыхание в течение процесса прокатки может привести к введению трещин и других дефектов в гидравлически твердеющую матрицу. Более сухой лист менее способен соответствовать новой форме без разрыва в структурной матрице по сравнению с более влажным листом, подверженным тому же уровню воздействия сдвигающих усилий. Следовательно, с этой точки зрения, использование роликов с меньшим диаметром предпочтительнее для снижения эффекта высушивания обжимающих роликов. However, the use of rollers with a large diameter has the disadvantage that the moldable material is in contact with the rollers for a longer time, which leads to faster drying of the sheet during the rolling process, if the rollers are heated to prevent adhesion. As more sheets come into contact with a larger diameter roller, heating is even more important when using larger diameter rollers to prevent sticking. Although some drying is useful, drying too fast during the rolling process can lead to the introduction of cracks and other defects into the hydraulically hardening matrix. A drier sheet is less able to conform to the new form without breaking in the structural matrix compared to a wetter sheet subject to the same level of shear. Therefore, from this point of view, the use of rollers with a smaller diameter is preferable to reduce the drying effect of the compression rollers.
В свете этого предпочтительно оптимизировать диаметр роликов, чтобы он был достаточно мал, чтобы избежать пересушивания материала в ходе процесса прокатки, и при этом также был достаточно велик, чтобы уменьшить величину сдвигающего усилия, прилагаемого к листу, позволяя тем самым большее уменьшение толщины листа в течение каждого этапа обжатия. Посредством увеличения степени снижения толщины листа можно минимизировать количество этапов обжатия. In light of this, it is preferable to optimize the diameter of the rollers so that it is small enough to avoid drying out the material during the rolling process, while also being large enough to reduce the amount of shear applied to the sheet, thereby allowing a greater reduction in sheet thickness over each compression step. By increasing the degree of reduction in sheet thickness, the number of reduction steps can be minimized.
Как излагалось выше, предпочтительно обработать поверхности роликов для избежания прилипания или адгезии листа к роликам. Один способ предполагает нагревание роликов, что заставляет некоторое количество воды внутри формовочной смеси испаряться и создавать паровой барьер между листом и роликами. Испарение некоторого количества воды также уменьшает количество воды в смеси, что повышает прочность листа в сыром состоянии. Однако температура роликов не должна быть настолько высока, чтобы высушить или отвердить поверхность листа до момента создания остаточных напряжений, трещин, отслаивания или других изъянов или неравномерностей в листе. Соответственно, ролики предпочтительно нагреваются до температуры в диапазоне от приблизительно 50oC до приблизительно 140oC, более предпочтительно от приблизительно 70oC до приблизительно 120oC и наиболее предпочтительно от приблизительно 85oC до приблизительно 105oC.As described above, it is preferable to treat the surfaces of the rollers in order to avoid adhesion or adhesion of the sheet to the rollers. One method involves heating the rollers, which causes a certain amount of water inside the moldable mixture to evaporate and create a vapor barrier between the sheet and the rollers. The evaporation of a certain amount of water also reduces the amount of water in the mixture, which increases the strength of the sheet in the wet state. However, the temperature of the rollers should not be so high as to dry or harden the surface of the sheet until residual stresses, cracks, peeling, or other flaws or irregularities in the sheet are created. Accordingly, the rollers are preferably heated to a temperature in the range of from about 50 ° C to about 140 ° C, more preferably from about 70 ° C to about 120 ° C, and most preferably from about 85 ° C to about 105 ° C.
В общем случае липкость формовочной смеси увеличивается с увеличением количества воды в смеси. Поэтому в общем случае ролики следует нагревать до более высокой температуры, когда смесь содержит больше воды, что имеет преимущества, потому что листы, содержащие больше воды, в общем случае подлежат удалению из них большего количества воды, чтобы достичь адекватной прочности сырой формовочной смеси. In general, the stickiness of the moldable mixture increases with the amount of water in the mixture. Therefore, in general, rollers should be heated to a higher temperature when the mixture contains more water, which is advantageous because sheets containing more water are generally subject to removal of more water from them in order to achieve adequate strength of the raw sand.
Поскольку нагретые ролики могут выгнать значительное количество воды и улучшить стабильность формы, величина приемлемого уменьшения толщины листа в общем случае будет снижаться в каждом последующем этапе обжатия, когда лист становится суше. Это происходит потому, что более сухой и жесткий лист может выдерживать меньшее сдвигающее усилие до возникновения дефектов в структурной матрице. Since heated rollers can drive out a significant amount of water and improve mold stability, the amount of acceptable reduction in sheet thickness will generally decrease in each subsequent reduction step when the sheet becomes drier. This is because a drier and stiffer sheet can withstand less shear before defects occur in the structural matrix.
В альтернативном примере осуществления изобретения адгезию между листами и роликами можно снизить путем охлаждения роликов до комнатной температуры или ниже ее. Например, нагревание смеси в шприц-машине до относительно высокой температуры с последующим охлаждением поверхности листа заставляет испаряющуюся воду конденсироваться, что, как считается, создает тонкую пленку воды между листом и роликом. Ролики должны быть достаточно холодными, чтобы предотвратить прилипание поверхности листа к роликам, однако не настолько холодными, чтобы заморозить лист или сделать его жестким и негибким, когда он может расколоться или раздробиться в ходе процесса прокатки. In an alternative embodiment, the adhesion between sheets and rollers can be reduced by cooling the rollers to or below room temperature. For example, heating the mixture in a syringe machine to a relatively high temperature and then cooling the surface of the sheet causes evaporated water to condense, which is believed to create a thin film of water between the sheet and the roller. The rollers should be cold enough to prevent the surface of the sheet from sticking to the rollers, but not so cold as to freeze the sheet or make it stiff and inflexible when it can crack or break during the rolling process.
Переохлаждение материала может также сильно задержать реакцию гидратации, хотя в некоторых случаях это может оказаться желательным. Соответственно, когда полагаются на охлаждение нагретой смеси, чтобы предотвратить прилипание листа, предпочтительно охлаждать ролики до температуры в диапазоне от приблизительно -20oC до приблизительно 40oC, более предпочтительно от приблизительно 0oC до приблизительно 35oC С и наиболее предпочтительно от приблизительно 5oC до приблизительно 30oC. Наоборот, в общем случае будет предпочтительным нагреть вытесняемую смесь до температуры в диапазоне от приблизительно 20oC до приблизительно 80oC. Температура будет коррелироваться относительно температуры роликов.Subcooling the material can also greatly delay the hydration reaction, although in some cases this may be desirable. Accordingly, when relying on cooling the heated mixture to prevent the sheet from sticking, it is preferable to cool the rollers to a temperature in the range of from about -20 ° C to about 40 ° C, more preferably from about 0 ° C to about 35 ° C, and most preferably from about 5 ° C. to about 30 ° C. On the contrary, it will generally be preferable to heat the displaced mixture to a temperature in the range of about 20 ° C. to about 80 ° C. The temperature will correlate with the relative but the temperature of the rollers.
Другой способ снизить уровень прилипания между роликами и листом - это обработать поверхности роликов неприлипающим покрытием, таким как полированная нержавеющая сталь, хром, никель или тефлон. Another way to reduce the adhesion between the rollers and the sheet is to treat the surfaces of the rollers with a non-stick coating such as polished stainless steel, chrome, nickel or Teflon.
Формование. Molding.
Когда лист образован, следующий этап заключается в том, чтобы сформировать часть листа в требуемую форму изделия. Как показано на фиг. 14, этот процесс аналогичен прессованию в матрице в том смысле, что лист сжимается между подвижной матрицей 28 с желаемой формой и неподвижной матрицей 30, форма которой в принципе дополняет форму подвижной матрицы 28. Когда часть листа сжимается между матрицами, смесь формуется в изделие, имеющее взаимодополняющую форму матриц. When the sheet is formed, the next step is to form part of the sheet into the desired shape of the product. As shown in FIG. 14, this process is similar to pressing in a die in the sense that the sheet is compressed between the moving die 28 with the desired shape and the fixed
Хотя матрицы, выполненные из одного твердого куска (как неподвижная, так и подвижная матрица выполнены в виде одной твердой детали), являются предпочтительными матрицами на основе простоты и экономичности, к числу альтернативных матриц относятся разъемные пресс-формы, штампы с последовательными операциями и раздвижные матрицы, как описано выше. Although matrices made of one solid piece (both the fixed and movable matrix are made in the form of one solid part) are preferred matrices based on simplicity and cost-effectiveness, alternative matrices include split molds, dies with sequential operations and sliding matrices as described above.
Так же как и в процессе прессования с матрицами, величина давления, оказываемого матрицами на лист, выполняет несколько функций, которые нужно рассмотреть при определении величины прилагаемого давления. Хотя используется лист материала в отличие от непосредственного впрыскивания материала, параметры и предосторожности, описанные в отношении процесса прессования с помощью матриц, в основном будут относиться и к процессу формования влажного листа. As in the process of pressing with dies, the pressure exerted by the dies on the sheet performs several functions that need to be considered when determining the magnitude of the applied pressure. Although a sheet of material is used in contrast to the direct injection of the material, the parameters and precautions described with respect to the die pressing process will mainly apply to the wet sheet forming process.
В альтернативном способе формирования изделия из листа могут включаться различные методы вакуумного формования, которые обычно применяются в производстве пластмасс. При вакуумном формовании используется атмосферное давление около 14,7 фунтов на квадратный дюйм, чтобы заставить лист соответствовать форме. Для вакуумного формования можно использовать подвижные и неподвижные матрицы. Термин "вакуумная форма", используемый в этом описании и в прилагаемой формуле изобретения, должен включать в себя либо подвижную матрицу, либо неподвижную матрицу, используемые в вакуумном формовании, либо и ту, и другую. In an alternative method of forming a sheet product, various vacuum forming methods that are commonly used in the manufacture of plastics may be included. Vacuum forming uses atmospheric pressure of about 14.7 psi to make the sheet fit. For vacuum molding, movable and fixed dies can be used. The term "vacuum mold", as used in this description and in the attached claims, should include either a movable matrix or a fixed matrix used in vacuum molding, or both.
Формование "обойного материала", показанное на фиг. 15А-В, использует вакуумную форму 126, имеющую вакуумный вход 126, сообщающийся с ней. Лист размещается над верхней частью формы 126 или же форма 126 помещается в лист. Затем воздух между листом и формой 126 откачивается через вакуумное отверстие 128, что формирует лист по контуру вокруг формы 126. Получившийся продукт имеет самую большую толщину в центре детали, где материал первым прикасается к форме 126. Продукт имеет самую малую толщину в областях большого натяжения по периферии, которая последней контактирует с формой 126. The molding of the “wallpaper material” shown in FIG. 15A-B, uses a
При формовании с прямым вакуумом, показанным на фиг. 16А-Б, используется неподвижная вакуумная матрица 130, имеющая сообщающееся с ней вакуумное отверстие 132. Лист плотно прилипает к верхней части неподвижной матрицы 130. Затем из полости матрицы откачивается воздух через вакуумное отверстие 132, и атмосферное давление толкает материал к боковым стенкам полости. Этот метод формования приводит к распределению материала тонкому в середине и толстому по краям, в принципе противоположному тому, которое получается, когда та же деталь образуется формованием "обойного материала" на подвижной матрице. In direct vacuum molding shown in FIG. 16A-B, a
Как показано на фиг. 17А-Б, вакуумное формование "обойного материала" в отличие от формования "обойного материала" аналогична прямому вакуумного формованию за исключением того, что края листа все время прижимаются к основанию неподвижной матрицы 130 до откачки полости. Это создает лучший вакуум для процесса формования. As shown in FIG. 17A-B, vacuum molding of “wallpaper material”, in contrast to molding of “wallpaper material”, is similar to direct vacuum molding except that the edges of the sheet are constantly pressed against the base of the
Обжимка назад, "большая волна/воздушное скольжение" и "большая волна/обойный материал" - это многоэтапные методы вакуумного формования, предназначенные улучшить однородность толщины стенок изделий, получаемых на подвижной матрице, путем предварительного растягивания листа до того, как он соприкаснется с матрицей. Растягивание листа свободно на воздухе без контакта с чем-либо позволяет материалу однородно утоньчаться. В результате площадь поверхности листа также увеличивается, так что он лучше соответствует поверхности матрицы. Backward sweep, “big wave / air slip” and “big wave / wallpaper" are multi-stage vacuum forming methods designed to improve the uniformity of the wall thickness of the products obtained on the movable matrix by pre-stretching the sheet before it comes into contact with the matrix. Stretching the sheet freely in air without contact with anything allows the material to thin uniformly. As a result, the surface area of the sheet also increases, so that it better matches the surface of the matrix.
Как показано на фиг. 18А-Б, в вакуумном формовании (штамповке) с обжимкой назад используется вакуумный резервуар 134, имеющий отверстие 136 в сочетании с подвижной вакуумной матрицей 126. Лист уплотняется относительно вакуумного резервуара 134, и в вакуумном резервуаре 134 через отверстие 136 создается частичный вакуум, достаточный чтобы растянуть лист на желаемую величину. Затем подвижная вакуумная матрица 126 вдавливается в вогнутый лист. Вакуумный резервуар 134 открывается в атмосферу и вакуум переключается на подвижную вакуумную матрицу 126. Затем атмосферное давление прижимает материал к подвижной вакуумной матрице 126. As shown in FIG. 18A-B, a
При формовании типа "большая волна/воздушное скольжение", показанном на фиг. 19А-Б, используется вакуумный резервуар 134, в котором подвижно размещена подвижная вакуумная матрица 126. Лист уплотняется относительно вакуумного резервуара 134. Резервуар 134 накачивается сжатым воздухом и лист вздымается, образуя пузырь, что обеспечивает равномерное растяжение. Подвижная вакуумная матрица 126 подается в выпуклый пузырь. Затем из вакуумного резервуара 134 и подвижной вакуумной матрицы 126 откачивает воздух и лист прижимается к подвижной вакуумной матрице 126. In the “big wave / air glide” molding shown in FIG. 19A-B, a
Формование типа "большая волна/обойный материал" это обратный метод растяжения, в котором используется вакуумный резервуар 134, чтобы вдуть пузырь в лист, как показано на фиг. 20А-Б. Подвижная вакуумная матрица 126, установленная напротив вакуумного резервуара 134, перемещается в выпуклый пузырь. Воздух в пузыре контролируемым образом выходит в атмосферу. Путем уравновешивания количества выходящего воздуха с количеством воздуха, вытесняемого подвижной вакуумной матрицей 126, материал листа облегает или драпируется относительно подвижной вакуумной матрицы 126. Когда подвижная вакуумная матрица 126 полностью проникает в лист, вакуум создается в подвижной вакуумной матрице 126, а вакуумный резервуар 134 открывается в атмосферу, чтобы завершить операцию формования. Big wave / wallpaper molding is the reverse stretch method that uses a
Методы формования с помощью калибра-пробки и "большая волна (с помощью калибра-пробки) с обжимкой назад "- это многоэтапные методы формования, предназначенные улучшить однородность толщины стенок деталей, получаемых с помощью неподвижной матрицы. В них используются механические калибры-пробки, чтобы подать больше материала в высокие сухие области детали. Forming methods using a plug gauge and “big wave (using a plug gauge) with backward swage” are multi-stage molding methods designed to improve the uniformity of the wall thickness of parts obtained using a fixed matrix. They use mechanical plug gauges to feed more material into high, dry areas of the part.
Вакуумное формование с помощью калибра-пробки, показанное на фиг. 21А-Б, используется в сочетании с методами прямого вакуума или формования обойного материала. Калибр-пробка 140 установлен на плите 142 напротив неподвижной вакуумной матрицы 130. Лист уплотняется относительно неподвижной вакуумной матрицы 130 и калибр-пробка 140 вдавливает материал в неподвижную вакуумную матрицу 130 до вытяжки от вакуума. Когда неподвижная вакуумная матрица 130 откачивается, материал оттесняется от калибра-пробки 140 и толкается к полости матрицы. Vacuum molding with a plug gauge shown in FIG. 21A-B, is used in combination with direct vacuum or molding techniques. The
Методы формования типа "большая волна (с помощью калибра-пробки) с обжимкой назад" объединяют разные способы формования, как показано на фиг. 22А-В. Лист уплотняется относительно неподвижной вакуумной матрицы 130. Матрица 130 накачивается под давлением, чтобы растянуть лист путем надувания пузыря. Калибр-пробка 140, установленный напротив неподвижной вакуумной матрицы 130, вдавливается в выпуклый пузырь, и контролируемый выход вытесняемого воздуха в пузыре заставляет материал "драпироваться" на калибре-пробке 140. Когда калибр-пробка 140 полностью опущен, неподвижная вакуумная матрица 130 откачивается и материал отталкивается от калибра-пробки 140 на неподвижную вакуумную матрицу 130. The "big wave (using a plug gauge) backward crimping" molding method combines different molding methods, as shown in FIG. 22A-B. The sheet is compacted relative to the
При формовании давлением используется сжатый воздух в дополнение к атмосферному давлению. Величины давления обычно находятся в диапазоне от приблизительно 40 Па до приблизительно 200 Па. Формование под давлением требует специального оборудования с платами или/и матрицами в резервуарах повышенного давления, способных герметизироваться и сохранять необходимое давление. Формование давлением может включаться в любой из методов вакуумного формования, которые описаны выше. Pressure molding uses compressed air in addition to atmospheric pressure. The pressure values are usually in the range of from about 40 Pa to about 200 Pa. Pressure molding requires special equipment with boards and / or dies in pressure vessels that can be sealed and maintain the required pressure. Pressure molding may be included in any of the vacuum molding methods described above.
Процесс формования двойного листа, показанный на фиг. 23А-В, позволяет получать полые детали. Два листа размещаются между двумя неподвижными пресс-формами 144 с совпадающими параметрами или контактными поверхностями. Контуры полости неподвижных пресс-форм 144 могут быть идентичными, а могут и не быть. Неподвижные пресс- формы 144 сходятся вместе и связывают два листа вместе там, где соединяются формы. Два листа можно либо формовать под давлением одновременно, либо последовательно формовать в вакууме с использованием обычных методов формования. The double sheet forming process shown in FIG. 23A-B allows receiving hollow parts. Two sheets are placed between two
Используемый в прилагаемой формуле изобретения термин "процессы вакуумного формования" должен включать в себя формование под давлением и формование двойного листа в дополнение к конкретно перечисленным методам вакуумного формования. В альтернативном примере осуществления изобретения может быть также полезно затем сжимать отформированное в вакууме изделие между твердыми матрицами соответствующей формы, чтобы улучшить отделку поверхности изделия. As used in the appended claims, the term “vacuum molding processes” should include injection molding and double sheet molding in addition to the specifically listed vacuum molding methods. In an alternative embodiment of the invention, it may also be useful to then compress the vacuum formed article between solid matrices of an appropriate shape in order to improve the surface finish of the article.
Процесс формования сухого листа. The process of forming a dry sheet.
Процесс формования сухого листа аналогичен процессу формования влажного листа в том смысле, что смесь сначала формуется в лист. Однако в процессе формования сухого листа лист в принципе высушивается до образования желаемого изделия. The process of forming a dry sheet is similar to the process of forming a wet sheet in the sense that the mixture is first molded into a sheet. However, in the process of forming a dry sheet, the sheet is, in principle, dried to form the desired product.
Вытеснение и прокатка. Extrusion and rolling.
Вытеснение и прокатка, используемые в связи с процессом формования сухого листа во всех материальных отношениях в принципе те же самые, что и предпочтительно используемые в отношении процесса формования сырого листа. Конечно, использование равного обрабатывающего оборудования в производственной линии может привести к необходимости осуществить некоторые модификации в процессе вытеснения (выдавливания или экструзии), однако такие модификации находятся в рамках уровня техники в свете сказанного выше. The displacement and rolling used in connection with the dry sheet forming process in all material respects are basically the same as those preferably used in relation to the raw sheet forming process. Of course, the use of equal processing equipment in the production line may lead to the need to make some modifications during the displacement (extrusion or extrusion) process, however, such modifications are within the scope of the prior art in light of the foregoing.
Сушка. Drying.
Хотя этап прокатки часто приводит к частичному или даже принципиальному высушиванию формуемого листа, в процессе формования сухого листа предпочтительно еще больше высушить лист, чтобы получить лист с желаемыми свойствами влажности, прочности на разрыв и жесткости. Предпочтительный способ сушки листа предполагает использование ряда нагретых высушивающих роликов большого диаметра, которые специалисты иногда называют "роликами-янки". Although the rolling step often leads to partial or even principal drying of the sheet to be molded, it is preferable to dry the sheet even further to form a dry sheet in order to obtain a sheet with the desired properties of moisture, tensile strength and stiffness. The preferred method of drying the sheet involves the use of a number of heated drying rollers of large diameter, which experts sometimes call "Yankee rollers."
В противоположность обжимающим роликам, которые обычно устанавливаются попарно, высушивающие ролики выстраиваются индивидуально, так что лист проходит над поверхностью каждого отдельного ролика последовательно. Таким образом, две стороны формуемого листа альтернативно (поочередно) поэтапно высушиваются. Если лист проходит между отжимающими роликами в процессе прокатки в основном по линейной траектории, лист следует в основном траектории синусоиды при обертывании и прохождении через высушивающие ролики в ходе этапа сушки. In contrast to the squeeze rollers, which are usually installed in pairs, the drying rollers are individually aligned, so that the sheet passes over the surface of each individual roller in series. Thus, the two sides of the moldable sheet are alternatively (alternately) gradually dried. If the sheet passes between the squeezing rollers during the rolling process mainly along a linear path, the sheet follows the main path of the sinusoid when wrapping and passing through the drying rollers during the drying step.
Как видно из фиг. 24, лист выдавливается из двойного шнекового экструдера 12, образованный лист проходит через пару обжимающих роликов 108 и затем проходит над рядом высушивающих роликов 146. Сторона, примыкающая к первому высушивающему ролику, нагревается им, тогда как на другую сторону воздействует воздух. Нагретый лист теряет воду в виде пара, который может выходить со стороны роликов или из поверхности листа напротив роликов. Пар также создает барьер неприлипания между листом и роликом. Когда лист продолжает свое движение, он прокатывается на втором высушивающем ролике, где другая сторона соприкасается с поверхностью ролика и высушивается. Этот процесс можно продолжать в необходимое количество этапов, чтобы высушить лист до необходимой степени. As can be seen from FIG. 24, the sheet is extruded from the
Температура высушивающих роликов зависит от ряда факторов, включая содержание влаги в листе, когда он проходит над конкретным роликом. В любом случае температура высушивающих роликов должна быть менее приблизительно 300oC. Хотя формуемый материал не должен нагреваться выше 250oC, чтобы предотвратить разрушение органических составляющих, таких как модифицирующее реологические свойства вещества или волокна, ролики, нагретые выше этой температуры, можно использовать, пока в смеси имеется достаточно воды, которая может охладить материал, когда испаряется вода. Тем не менее, когда количество воды уменьшается в течение процесса сушки, температуру роликов следует понизить, чтобы предотвратить перегрев материала. В некоторых случаях может быть предпочтительным использовать инфракрасный сушильный аппарат в сочетании с высушивающими роликами.The temperature of the drying rollers depends on a number of factors, including the moisture content in the sheet when it passes over a particular roller. In any case, the temperature of the drying rollers should be less than about 300 o C. Although the moldable material should not be heated above 250 o C, to prevent the destruction of organic components, such as modifying the rheological properties of the substance or fiber, rollers heated above this temperature can be used, as long as there is enough water in the mixture that can cool the material when water evaporates. However, when the amount of water decreases during the drying process, the temperature of the rollers should be lowered to prevent overheating of the material. In some cases, it may be preferable to use an infrared dryer in combination with drying rollers.
В некоторых случаях описанный выше процесс сушки будет являться последним этапом перед тем, как либо лист будет использоваться для образования желаемого изделия, либо в качестве альтернативы лист будет накручиваться на бобину или укладываться в штабели в листовой форме до использования. В других случаях, особенно, если желателен лист с более гладкой, похожей на бумагу отделкой, за этим этапом сушки следует один или несколько дополнительных этапов, которые полнее излагаются ниже, включая этап уплотнения или/и этап отделки. В случае уплотнения, в основном, предпочтительно оставить листы с некоторым количеством влаги, чтобы предотвратить растрескивание формовочной матрицы в ходе дополнительного этапа уплотнения. In some cases, the drying process described above will be the last step before either the sheet is used to form the desired product or, alternatively, the sheet is wound onto a bobbin or stacked in sheet form before use. In other cases, especially if a sheet with a smoother paper-like finish is desired, this drying step is followed by one or more additional steps, which are more fully described below, including the compaction step and / or the finishing step. In the case of compaction, it is generally preferable to leave sheets with some moisture in order to prevent cracking of the mold matrix during an additional compaction step.
Дополнительные процессы отделки (доводки). Additional finishing processes (refinement).
Во многих случаях может быть желательным уплотнить формуемый лист, чтобы получить конечную толщину, выносливость и окончательную отделку поверхности. Кроме того, процесс уплотнения можно применить, чтобы удалить ненужные пустоты внутри формуемой матрицы. Как видно из фиг. 25, лист можно дополнительно пропустить между парой уплотняющих роликов 148 после того, как он принципиально высушен в ходе процесса сушки. Процесс уплотнения обычно дает лист с большей прочностью и плотностью, с меньшим количеством поверхностных дефектов и с меньшей толщиной. Величина усилия сжатия уплотняющих роликов регулируется, чтобы соответствовать конкретным свойствам листа. In many cases, it may be desirable to compact the moldable sheet to obtain final thickness, toughness, and final surface finish. In addition, the compaction process can be applied to remove unnecessary voids within the moldable die. As can be seen from FIG. 25, the sheet can be further passed between the pair of sealing
Для того чтобы достичь уплотнения без дальнейшего удлинения листа и без разрушения структурной матрицы, важно контролировать процесс сушки с тем, чтобы лист содержал количество воды в оптимальном диапазоне. Если лист содержит слишком много воды, уплотняющие ролики будут удлинять лист, также как обжимающие ролики. In order to achieve compaction without further extension of the sheet and without destroying the structural matrix, it is important to control the drying process so that the sheet contains the amount of water in the optimal range. If the sheet contains too much water, the sealing rollers will lengthen the sheet, as well as the compression rollers.
С другой стороны, если лист содержит слишком мало воды, этап уплотнения может расколоть структурную матрицу, что даст более слабый лист. Излом структурной матрицы может уменьшить конечную прочность листа, даже если трещины микроскопические и не видны невооруженным глазом. On the other hand, if the sheet contains too little water, the compaction step may split the structural matrix, resulting in a weaker sheet. A kink in the structural matrix can reduce the ultimate strength of the sheet, even if the cracks are microscopic and not visible to the naked eye.
Поскольку процесс уплотнения, включая один или несколько этапов уплотнения, обычно предполагает наличие слегка влажного листа, после этапа уплотнения обычно предпочтительно еще более высушить лист способом, аналогичным процессу сушки, который описан выше. Этот дополнительный процесс сушки можно осуществлять с использованием дополнительных высушивающих роликов 149, как показано на фиг. 24, сушильного туннеля или их комбинации. Тем не менее, в некоторых случаях лист можно дополнительно обрабатывать без второго этапа сушки, когда лист сразу же используется для образования изделия, надрезан или когда предпочтительно получить слегка влажный лист. Since the compaction process, including one or more compaction steps, usually involves a slightly wet sheet, after the compaction step, it is usually preferable to further dry the sheet in a manner similar to the drying process described above. This additional drying process can be carried out using
Можно также быть предпочтительным еще более изменить поверхность формуемого листа путем пропускания его между одной или несколькими парами отделывающих (или "каландрирующих") роликов 150. Например, чтобы получить лист с очень гладкой или глянцевой поверхностью с одной или с обеих сторон, лист можно пропустить между парой твердых и мягких роликов (фиг. 26). Термин "твердый ролик" относится к ролику 152, имеющему очень отполированную поверхность, которая делает сторону листа, соприкасающуюся с твердым роликом, очень гладкой. Термин "мягкий ролик" относится к ролику 154, имеющему поверхность, способную создавать достаточное трение между мягким роликом 154 и листом, так что лист проталкивается через пару твердых и мягких роликов. Это необходимо, потому что твердый ролик 152 обычно слишком скользкий, чтобы протягивать сухой лист через пару твердых роликов. Кроме того, некоторое проскальзывание твердого ролика 152 полезно, чтобы уравнять частицы на поверхности листа. По желанию, процесс отделки можно облегчить путем распыления воды на поверхность листа или/и путем покрытия поверхности глиной, карбонатом кальция или другим подходящим материалом покрытия, известным специалистам. It may also be preferable to further change the surface of the moldable sheet by passing it between one or more pairs of finishing (or "calendaring")
Может быть также предпочтительно обработать формуемый лист так, чтобы он стал прозрачным или полупрозрачным. Один способ уменьшения непрозрачности и обработки полупрозрачного или прозрачного листа предполагает пропускание листа между одной или несколькими парами роликов с давлением, достаточным, чтобы понизить объем воздушных пустот в листе, что приводит к уменьшению дифракции света. Другой способ - это описанный выше способ пропускания листа через пару твердых и мягких роликов, что приводит к появлению очень отполированной поверхности. Непрозрачность листов также можно уменьшить путем включения силики (двуокиси кремния), волокон и Tylose(R). Кроме того, можно использовать комбинации этих способов уменьшения непрозрачности листов.It may also be preferable to treat the moldable sheet so that it becomes transparent or translucent. One way to reduce opacity and to process a translucent or transparent sheet involves passing the sheet between one or more pairs of rollers with a pressure sufficient to reduce the volume of air voids in the sheet, resulting in a decrease in light diffraction. Another method is the method described above for passing a sheet through a pair of hard and soft rollers, which results in a very polished surface. The opacity of the sheets can also be reduced by including silica (silicon dioxide), fibers, and Tylose (R) . In addition, you can use combinations of these methods to reduce the opacity of the sheets.
В других примерах осуществления отделывающие ролики могут придать желаемую текстуру, например ячеистую или клетчатую поверхность. При желании ролики могут отпечатать на поверхности листа логотип или другое изображение. Можно применять специальные ролики, способные наносить водяной знак, сами по себе или в сочетании с любыми из других роликов. In other embodiments, the finishing rollers may impart a desired texture, for example a mesh or checkered surface. If desired, the rollers can print a logo or other image on the surface of the sheet. You can use special rollers that can apply a watermark, alone or in combination with any of the other rollers.
После завершения процесса образования листа затвердевшие или полузатвердевшие листы можно применять немедленно на месте для изготовления конкретного изделия. В качестве альтернативы, их можно хранить и затем перевозить по желанию к месту производства как, например, крупные рулоны (фиг. 25) 151 или катушки, или в виде штабелей отдельных листов. After completion of the sheet formation process, hardened or semi-hardened sheets can be applied immediately in place to manufacture a particular product. Alternatively, they can be stored and then transported as desired to the place of production, such as large rolls (FIG. 25) 151 or spools, or in the form of stacks of individual sheets.
Дополнительная обработка листов. Additional sheet processing.
В принципе высушенные листы, приготовленные в соответствии с изложенными выше способами, могут подвергаться дополнительным этапам обработки в зависимости от свойств, требуемых от листов, что, в свою очередь, зависит от конечного использования листов. Эти дополнительные процессы могут включать в себя создание тонкой слоистости, рифление, вырубку, перфорирование, крепирование, пергаментирование или их комбинации. In principle, the dried sheets prepared in accordance with the above methods can undergo additional processing steps depending on the properties required of the sheets, which, in turn, depends on the end use of the sheets. These additional processes may include thin layering, corrugation, punching, punching, creping, parchment, or combinations thereof.
Процессы создания тонкой слоистости. The processes of creating thin layering.
Различные свойства можно придать листу путем создания в нем тонкой слоистости. Для этих целей в описании и прилагаемой формуле изобретения термины "слоистый лист" или "пластинчатый лист" должны относиться к листу, имеющему, как минимум, два слоя, при чем, как минимум, один из слоев это лист. Термины "создающий слоистость материал" или "пластина" должны относиться к любому составляющему слою слоистого листа, включая как лист, так и другой материал. Пластинчатые листы, имеющие любую комбинацию слоев, находятся в рамках этого изобретения, если один слой слоистого листа это лист. Слоистый лист можно образовать путем добавления, склеивания или иного соединения вместе, как минимум, двух слоев. Толщина слоистого листа может меняться в зависимости от характера предполагаемых свойств слоистого листа. Various properties can be given to the sheet by creating a thin layering in it. For these purposes, in the description and the appended claims, the terms “laminated sheet” or “laminated sheet” should refer to a sheet having at least two layers, wherein at least one of the layers is a sheet. The terms “layering material” or “plate” should refer to any constituent layer of the laminate sheet, including both the sheet and other material. Plate sheets having any combination of layers are within the scope of this invention if one layer of the laminate sheet is a sheet. A layered sheet can be formed by adding, gluing or otherwise joining together at least two layers. The thickness of the laminated sheet may vary depending on the nature of the intended properties of the laminated sheet.
Создающий слоистость материал, который связывается, склеивается или иным образом соединяется со слоем слоистого листа, содержащего лист, может включать в себя другой лист, материал, который придает желаемое свойство листу, когда оба формуются вместе, материал, который описан ниже как покрытие или адгезив, или их комбинация. Примеры материалов, повышающих свойства листов, включают в себя органические полимерные листы, листы металлической фольги, иономерные листы, эластомерные листы, листы пластмассы, волокнистые листы или маты, бумажные листы, целлофановые листы, нейлоновые листы, листы воска и листы металлизированной пленки. The laminating material that binds, adheres or otherwise connects to the layer of the laminated sheet containing the sheet may include another sheet, a material that gives the desired property to the sheet when both are molded together, a material that is described below as a coating or adhesive, or a combination thereof. Examples of sheet enhancing materials include organic polymer sheets, metal foil sheets, ionomer sheets, elastomeric sheets, plastic sheets, fibrous sheets or mats, paper sheets, cellophane sheets, nylon sheets, wax sheets, and metallized film sheets.
Для комбинирования листа с другим слоем можно использовать обычные ламинаторы. Слоистые листы можно также создавать путем совместного выдавливания двух или большего числа листов или листа с другим материалом. Слоистые листы в рамках этого изобретения могут формироваться путем связывания листа или другого слоя или слоев с помощью адгезивов или без их помощи. Связь между листом и другим слоем, или между другими слоями слоистого листа, может варьироваться от слабого прилипания до связи, которая превосходит прочность листа или связываемых материалов. Conventional laminators can be used to combine the sheet with another layer. Layered sheets can also be created by jointly extruding two or more sheets or a sheet with another material. Laminate sheets within the framework of this invention can be formed by bonding a sheet or another layer or layers with or without adhesives. The bond between the sheet and another layer, or between other layers of the laminated sheet, can vary from weak adhesion to a bond that exceeds the strength of the sheet or bonded materials.
Листы могут связываться без использования адгезивов с другим слоем пока лист достаточно "сырой", чтобы осуществить эффективную связь между отдельными пластинами. Слои слоистого листа, содержащего растворимые в воде материалы, могут прилипать к слегка влажному или повторно увлажненному листу. Sheets can be bonded without the use of adhesives to another layer while the sheet is sufficiently “raw” to effect effective bonding between the individual plates. Layers of a laminated sheet containing water-soluble materials may adhere to a slightly wet or re-wetted sheet.
Связи могут образовываться с помощью адгезивов многими различными процессами, включая создание слоистости с влажной связью, создание слоистости с сухой связью, термическое создание слоистости и создание слоистости под давлением. К числу полезных адгезивов относятся адгезивы на основе воды, естественные и синтетические, растворяющиеся при нагревании адгезивы и адгезивы на основе растворителя. Bonds can be formed using adhesives in many different processes, including layering with a wet bond, layering with a dry bond, thermal layering, and layering under pressure. Useful adhesives include water-based adhesives, natural and synthetic, heat-dissolving adhesives and solvent based adhesives.
Создание слоистости с влажной связью с листом и другим слоем предполагает применение любого жидкого адгезива для связывания вместе двух слоев. Полезные природные адгезивы на основе воды для создания слоистости с влажной связью включают в себя растительные адгезивы на основе крахмала, адгезивы на основе протеина, животный клей, казеин и природный резиновый латекс. Пригодные синтетические адгезивы на основе воды в основном включают в себя эмульсии смол, такие как стабильные суспензии частиц поливинилацетата в воде. Адгезивы на основе воды имеют слабый запах, незначительный привкус, цвет и токсичность, имеют широкий диапазон адгезии и замечательные свойства старения. Термопластичные полимеры - это пригодные расплавляющиеся при нагревании адгезивы, которые можно наносить в расплавленном состоянии и формировать после охлаждения. Расплавляющиеся при нагревании адгезивы, в основном, твердеют быстрее адгезивов. К числу пригодных адгезивов на основе растворителя относятся полиуретановые адгезивы, системы этиленвинил ацетата на основе растворителя и другие смолы каучука, чувствительные к давлению. The creation of layering with a wet bond with the sheet and another layer involves the use of any liquid adhesive for bonding together two layers. Useful natural water-based adhesives for wet bonding include starch-based plant adhesives, protein-based adhesives, animal glue, casein and natural rubber latex. Suitable water-based synthetic adhesives mainly include emulsions of resins, such as stable suspensions of polyvinyl acetate particles in water. Water-based adhesives have a faint odor, a slight aftertaste, color and toxicity, have a wide range of adhesion and remarkable aging properties. Thermoplastic polymers are suitable hot melt adhesives that can be applied in the molten state and formed after cooling. Adhesives that melt upon heating generally harden faster than adhesives. Suitable solvent based adhesives include polyurethane adhesives, solvent based ethylene vinyl acetate systems and other pressure sensitive rubber resins.
В рамках этого изобретения находится также создание слоистого листа путем штамповки фольги. Штамповка фольги предполагает применение нагрева и давления, чтобы перенести тонкое металлическое или пигментированное покрытие с несущей пленки на поверхность листа или изделия, чтобы получить декоративные рисунки. Этот метод можно использовать в комбинации с тиснением, чтобы получить слоистый лист с отражающей, глянцевой, рельефной поверхностью. Within the framework of this invention is also the creation of a laminated sheet by stamping foil. Stamping the foil involves the use of heat and pressure to transfer a thin metal or pigmented coating from the carrier film to the surface of the sheet or product to obtain decorative patterns. This method can be used in combination with embossing to obtain a layered sheet with a reflective, glossy, embossed surface.
Процессы рифления. Corrugation processes.
Может быть желательно гофрировать лист аналогично тому, как гофрируют картон. Это можно осуществить, пропуская лист, предпочтительно в полувлажном состоянии, между парой гофрирующих роликов 155, как показано на фиг. 27. Содержание влаги в листе следует контролировать, чтобы процесс рифления не повредил формуемую матрицу. Если лист слишком сухой, процесс рифления может повредить формовочную смесь и в некоторых случаях даже может привести к разрыву или расколу листа. Наоборот, если лист слишком влажный, гофрированный лист может не иметь прочности, необходимой для поддержания рифленой формы. Предпочтительно процент по объему воды в листе составляет от приблизительно 1% до 20%, более предпочтительно от приблизительно 3% до 15% и наиболее предпочтительно от приблизительно 5% до 10%. It may be desirable to corrugate the sheet in the same way as corrugated cardboard. This can be accomplished by passing a sheet, preferably in a semi-wet state, between a pair of
Прочность и гибкость одного рифленого листа можно менять путем изменения числа рифлений или гофров на линейный фут. Число гофров на линейный фут можно увеличить, чтобы получить более гибкий лист, или число гофров можно уменьшить, чтобы получить прочный лист с большой амортизационной способностью. Можно также создавать многостеночные рифленые листы, причем два или несколько рифленых листов имеют разное число гофров на линейный фут. The strength and flexibility of a single corrugated sheet can be changed by changing the number of corrugations or corrugations per linear foot. The number of corrugations per linear foot can be increased to obtain a more flexible sheet, or the number of corrugations can be reduced to obtain a durable sheet with great cushioning ability. You can also create multi-wall corrugated sheets, and two or more corrugated sheets have a different number of corrugations per linear foot.
Как и в случае надрубки, резки с надрубкой и перфорирования, которые более полно описаны ниже, отдельные гофры рифленых листов создают участки, в которых лист мог бы более естественно сгибаться или складываться. Однако реально лист более жесток и прочен в направлении, перпендикулярном ряду гофров. Поэтому изделие, такое как контейнер или упаковочный материал, нужно конструировать таким образом, чтобы рифленый лист давал максимальную гибкость, где это необходимо, и максимальную жесткость, где это необходимо, например, где изделие будет укладываться в штабели. As with notching, notching and punching, which are described more fully below, the individual corrugations of the corrugated sheets create areas in which the sheet could be more naturally folded or folded. However, in reality, the sheet is more severe and durable in the direction perpendicular to the row of corrugations. Therefore, the product, such as a container or packaging material, needs to be designed so that the corrugated sheet gives maximum flexibility, where necessary, and maximum rigidity, where necessary, for example, where the product will be stacked.
Как часть процесса рифления можно использовать процессы нанесения покрытия, которые более подробно описаны ниже. На гофрируемую поверхность с помощью покрывающего устройства с горячей прокаткой можно наносить покрытия, в особенности воск или полиэтилен. Покрытия можно также наносить покрыванием шторкой рифленой заготовки до ее преобразования в изделие. Другие используемые процессы нанесения покрытия с использованием рифленых листов включают в себя погружение законченных изделий в покрывающий материал, например в воск, или нанесение каскада таких покрытий через и вокруг гофров рифленого изделия. As part of the corrugation process, coating processes can be used, which are described in more detail below. On the corrugated surface by means of a hot rolling coating device, it is possible to apply coatings, in particular wax or polyethylene. Coatings can also be applied by covering with a shutter of a corrugated workpiece before it is converted into a product. Other used processes for coating using corrugated sheets include immersing finished products in a coating material, such as wax, or applying a cascade of such coatings through and around the corrugations of the corrugated product.
Процесс надрубки и перфорирования. The process of notching and punching.
В некоторых случаях может быть желательно, в качестве
альтернативы, надрубить, разрезать с надрубкой или перфорировать лист, чтобы определить линию, по которой лист можно согнуть или сложить. Разрезы с надрубкой можно сделать резаком с ножевым лезвием 156 (фиг. 28), установленным на прессе для надрубок, или же это можно сделать, используя непрерывный режущий матричный ролик 158, как показано на фиг. 29. В качестве альтернативы, надрубку, но не разрез с надрубкой, можно впрессовать в лист с помощью закругленной надрубающей матрицы или правила 169, как показано на фиг. 30. Надрубающую матрицу или правило можно использовать отдельно или в сочетании со счетчиком надрубок. Эта конфигурация надрубающего правила заставляет лист деформироваться по форме желоба счетчика надрубок. Наконец, перфорирование может осуществляться посредством перфорирующего резака 162, показанного на фиг. 31.In some cases, it may be desirable, as
alternatives, cut, cut with a notch or perforate the sheet to determine the line along which the sheet can be bent or folded. Incisions with a notch can be made with a cutter with a knife blade 156 (FIG. 28) mounted on the notch press, or it can be done using a continuous
Если лист имеет относительно низкое содержание волокон менее 15% по объему от общего объема твердых веществ, лист предпочтительно резать с надрубкой, а не впрессовывать надрубку. Наоборот, если лист имеет относительное высокое содержание волокон, более 15% по объему от общего объема твердых веществ, предпочтительно впрессовывать надрубку, а не надрубать лист. Наконец, перфорации обычно работают хорошо в листах с любым содержанием волокон. If the sheet has a relatively low fiber content of less than 15% by volume of the total solids, it is preferable to cut the sheet with a notch rather than pressing the notch. Conversely, if the sheet has a relatively high fiber content, more than 15% by volume of the total solids, it is preferable to press in the notch and not to cut the sheet. Finally, perforations usually work well in sheets with any fiber content.
Целью надрубки, разреза с надрубкой или перфорации является создание участка на листе, на котором лист можно сгибать или складывать. Это создает в листе "стержень" с намного большей сгибаемостью и упругостью, чем возможно получить в листе без надрубки или упругостью, чем возможно получить в листе без гнущегося листа. Эти методы можно также применять для образования стержня. The purpose of a notch, notched incision, or perforation is to create an area on the sheet on which the sheet can be bent or folded. This creates a “core” in the sheet with much more bendability and elasticity than can be obtained in the sheet without a notch or elasticity than can be obtained in the sheet without a bendable sheet. These methods can also be used to form the rod.
Нанесение линии надрезки или перфорации в листе создает лучшую линию изгиба или стержень по ряду причин. Прежде всего, это обеспечивает место, где лист мог бы более естественно сгибаться или складываться. Во-вторых, нанесение надрубки делает лист по линии надрубки более тонким, чем остальная часть листа, что снижает величину продольного удлинения поверхности при сгибании листа. Снижение удлинения поверхности снижает тенденцию формуемой матрицы давать трещины после ее складывания или сгибания. В-третьих, разрез с надрубкой или перфорация позволяют образовывать контролируемую трещину в формуемой матрице в том случае, когда происходит растрескивание формуемой матрицы. Drawing a notch or perforation line in a sheet creates a better bend line or rod for a number of reasons. First of all, this provides a place where the sheet could more naturally bend or fold. Secondly, applying a notch makes the sheet along the notch line thinner than the rest of the sheet, which reduces the longitudinal elongation of the surface when the sheet is bent. Reducing the elongation of the surface reduces the tendency of the mold to crack after folding or bending. Thirdly, a notched incision or perforation allows the formation of a controlled crack in the moldable matrix when cracking of the moldable matrix occurs.
В некоторых случаях может быть предпочтительным сконцентрировать большее число волокон в месте, где сделаны разрез с надрубкой или перфорация. Этого можно достигнуть путем совместного выдавливания второго слоя формовочного материала, содержащего больше волокон, с заранее определенными интервалами времени, чтобы соответствовать расположению разреза с надрубкой или перфорации. Кроме того, волокна можно расположить сверху листа или внедрить в лист в течение процесса вытеснения или прокатки, чтобы получить более высокую концентрацию волокон в желаемом месте. При надрубке рифленого листа в основном предпочтительно надрубать рифленый лист в направлении, перпендикулярном направлению гофров. In some cases, it may be preferable to concentrate a larger number of fibers in the place where the incision with a notch or perforation. This can be achieved by co-extruding a second layer of molding material containing more fibers at predetermined time intervals to match the location of the notched incision or perforation. In addition, the fibers can be placed on top of the sheet or embedded in the sheet during the extrusion or rolling process to obtain a higher concentration of fibers in the desired location. When notching the corrugated sheet, it is generally preferable to cut the corrugated sheet in a direction perpendicular to the direction of the corrugations.
В течение процесса надрубки или перфорирования лист должен предпочтительно находиться в сухом или полузатвердевшем состоянии. Это желательно, чтобы надрубка или перфорация не закрылась посредством миграции влажного материала в разрез с надрубкой. Поскольку надрубка в основном, а перфорирование всегда, предполагает прорезание части формуемой матрицы, лист даже может быть полностью сухим, и ни надрубка, ни перфорирование не повредят его. Однако в тех случаях, когда надрубка впрессовывается, а не прорезается в поверхность листа, лист должен быть достаточно влажным, чтобы избежать растрескивания из-за нарушения формуемой матрицы. During the notching or punching process, the sheet should preferably be in a dry or semi-solidified state. It is desirable that the notch or perforation is not closed by migration of the wet material into the incision with the notch. Since the notch is mainly, and perforation always, involves cutting a part of the mold to be formed, the sheet can even be completely dry, and neither the notch nor perforation will damage it. However, in cases where the notch is pressed in rather than cut into the surface of the sheet, the sheet should be wet enough to avoid cracking due to a violation of the moldable matrix.
Глубина прорези с надрубкой в основном зависит от типа разреза, толщины листа и желаемой степени сгиба по линии надрубки. Механизм нанесения надрубки нужно регулировать, чтобы создать надрубку желаемой глубины. Конечно, матричный резак не должен быть слишком большим, чтобы фактически не прорезать лист или не сделать его слишком тонким, так что он не выдержит ожидаемых усилий, если только не желательна надрубка, приводящая к легкому разрыву. Предпочтительно разрез с надрубкой должен быть достаточно глубоким, чтобы выполнять свою цель. The depth of the slot with the notch mainly depends on the type of cut, the thickness of the sheet and the desired degree of bending along the notch line. The notch deposition mechanism must be adjusted to create a notch of the desired depth. Of course, the matrix cutter should not be too large so as not to actually cut through the sheet or to make it too thin, so that it will not withstand the expected efforts, unless a notch is desired, leading to a slight tear. Preferably, the notched incision should be deep enough to fulfill its purpose.
В некоторых случаях может быть предпочтительна комбинация разрезов с надрубкой на противоположных сторонах листа для увеличения диапазона изгиба. В большинстве случаев, когда надрезается более тонкий лист с толщиной менее 1 мм, надрез имеет глубину относительно всей толщины листа в диапазоне от приблизительно 10%, до приблизительно 50%, более предпочтительно от приблизительно 20% до приблизительно 35%. В случае более толстых листов надрез обычно бывает глубже из-за уменьшенной сгибаемости более толстого листа. In some cases, a combination of cuts with a notch on opposite sides of the sheet may be preferable to increase the bending range. In most cases, when a thinner sheet with a thickness of less than 1 mm is cut, the cut has a depth relative to the entire thickness of the sheet in the range of from about 10% to about 50%, more preferably from about 20% to about 35%. In the case of thicker sheets, the incision is usually deeper due to the reduced bending of the thicker sheet.
Следует понимать, что листы настоящего изобретения отгибаются от надреза-надрубки или от перфорации и сгибаются к надрезу, который впрессован в поверхность листа. То есть стороны листа, образованные надрезом или перфорацией, будут смыкаться в сторону, противоположную надрезке-надрубке или перфорации. Наоборот, в подобных изделиях из обычной бумаги или картона стороны гидравлически твердеющего листа, образованные надрезом, впрессованным в поверхность листа, будут смыкаться на стороне надреза. It should be understood that the sheets of the present invention are folded from the notch-notch or from perforation and folded to the notch, which is pressed into the surface of the sheet. That is, the sides of the sheet formed by an incision or perforation will close in the direction opposite to the incision-notch or perforation. Conversely, in such plain paper or paperboard products, the sides of a hydraulically hardening sheet formed by an incision pressed into the surface of the sheet will close on the side of the incision.
Крепирование и пергаментирование. Crepe and parchment.
Как альтернатива, листы могут крепироваться подобно обычной бумаге, чтобы получить в высшей степени растяжимый лист, способный поглощать энергию при необычных уровнях нагрузок. Крепированные листы чрезвычайно важны при производстве мешков для транспортировки. Обычное крепирование производится либо в секции влажного прессования бумагоделательной машины (влажный креп), либо на сушилке "янки" (сухой креп). Хотя точные параметры влажного или сухого крепирования для листов согласно настоящему изобретению отличаются от этих параметров для бумаги из древесины, специалист поймет, как отрегулировать процесс крепирования, с тем, чтобы получить крепированные листы. Alternatively, the sheets can be creped like plain paper to provide a highly extensible sheet capable of absorbing energy at unusual load levels. Crepe sheets are extremely important in the manufacture of bags for transportation. Conventional creping is done either in the wet-press section of a paper machine (wet crepe) or in a Yankee dryer (dry crepe). Although the exact wet or dry creping parameters for sheets according to the present invention differ from these parameters for wood paper, one skilled in the art will understand how to adjust the creping process so as to obtain creped sheets.
Было обнаружено, что листы могут обрабатываться сильными кислотами, чтобы пергаментировать часть волокнистой поверхности матрицы листа. Например, обработка листа концентрированной серной кислотой заставляет целлюлозные волокна сильно раздуваться и частично растворяться. В этом состоянии пластифицированные волокна закрывают свои поры, заполняют окружающие пустоты и ближе контактируют друг с другом для образования более сильной водородной связи. Ополаскивание в воде вызывает повторное осаждение и консолидацию сети, что приводит к тому, что волокна прочнее не в сухом, а во влажном состоянии, что они лишены пуха, лишены запаха, вкуса и стойки к жирам и маслам. Путем комбинирования естественной жесткости к разрыву пергамента с растяжимостью, даваемой влажным крепированием, можно получить бумагу со способностью лучше поглощать ударные воздействия. It has been found that sheets can be treated with strong acids to parchment a portion of the fibrous surface of the sheet matrix. For example, treating the sheet with concentrated sulfuric acid causes the cellulosic fibers to swell and partially dissolve. In this state, plasticized fibers close their pores, fill the surrounding voids and come in closer contact with each other to form a stronger hydrogen bond. Rinsing in water causes re-deposition and consolidation of the network, which leads to the fact that the fibers are stronger not in the dry but in the wet state, that they are free of lint, lack of smell, taste and resistant to fats and oils. By combining the natural stiffness to tear of parchment with the tensile properties of wet creping, it is possible to obtain paper with the ability to better absorb impact.
В рамках настоящего изобретения можно заметить, что, как ожидается, процесс пергаментирования будет работать лучше при повышении содержания волокон в листе. Повышенное содержание волокон облегчает уплотнение пор и повышает образование в волокнах водородных связей. Однако следует понимать, что некоторые чувствительные к кислотам заполнители, такие как карбонат кальция, вероятно, не следует использовать, если лист должен быть пергаментирован. In the framework of the present invention, it can be noted that the parchmentation process is expected to work better with increasing fiber content in the sheet. The high fiber content facilitates the compaction of pores and increases the formation of hydrogen bonds in the fibers. However, it should be understood that some acid-sensitive aggregates, such as calcium carbonate, should probably not be used if the sheet is to be parchmented.
Изготовление изделий из принципиально сухих листов. Production of products from fundamentally dry sheets.
Используя изложенные выше способы, можно изготовлять самые разные листы с широко разнящимися свойствами. Листы могут быть тонкими до приблизительно 0,1 мм толщины или менее в тех случаях, когда требуются очень тонкие, гибкие и легкие листы. Толщина листов может также достигать 1 см в том случае, если требуются относительно толстые, прочные и жесткие листы. Кроме того, плотность листов может меняться в диапазоне от приблизительно 0,6 г/см3 до приблизительно 2 г/см3. В общем случае листы с большей плотностью прочнее, тогда как листы с меньшей плотностью лучше изолируют. Точная величина толщины или плотности конкретного листа может проектироваться заранее, чтобы получить лист, имеющий желаемые свойства с себестоимостью, позволяющей производить листы экономично и рентабельно.Using the above methods, it is possible to produce a variety of sheets with widely varying properties. Sheets can be thin to about 0.1 mm thick or less when very thin, flexible and light sheets are required. The thickness of the sheets can also be up to 1 cm if relatively thick, strong and stiff sheets are required. In addition, the density of the sheets can vary in the range from about 0.6 g / cm 3 to about 2 g / cm 3 . Generally, sheets of higher density are stronger, while sheets of lower density are better insulated. The exact thickness or density of a particular sheet can be designed in advance to obtain a sheet having the desired properties with a cost price that allows sheets to be produced economically and cost-effectively.
Листы согласно настоящему изобретению можно использовать в любой области применения, где использовались бумага или картон. Кроме того, благодаря уникальным свойствам формовочных материалов можно получать самые разные предметы, которые в настоящее время требуют применения пластмасс, полистирена или даже металлов. В частности, как указывалось выше, листы согласно этому изобретению можно использовать для производства изделий и контейнеров. Sheets according to the present invention can be used in any application where paper or paperboard has been used. In addition, due to the unique properties of molding materials, you can get a variety of items that currently require the use of plastics, polystyrene or even metals. In particular, as indicated above, the sheets according to this invention can be used for the manufacture of products and containers.
Оформление листов в соответствующее промышленное изделие в основном предполагает отрезание от листов соответствующих заготовок и преобразование заготовок в желаемое изделие, включая контейнеры. Преобразование заготовок в желаемое изделие может осуществляться складыванием, прокаткой, сворачиванием, обертыванием по спирали, формованием, сборкой отдельных заготовок, образованием мешочков (карманов) и их комбинацией. Процесс преобразования также может включать в себя фальцовку части изделия путем наложения адгезивов, сгибания, приложения давления, герметичного уплотнения, повторного увлажнения некоторой части и приложения давления, сшивания, обмотки лентой, пришивания или их комбинацией. Повторное увлажнение листа в ходе процесса придания формы может помочь повысить гибкость и предотвратить разрыв листа. The design of the sheets in the corresponding industrial product mainly involves cutting off the sheets from the respective blanks and converting the blanks into the desired product, including containers. The transformation of the blanks into the desired product can be carried out by folding, rolling, folding, wrapping in a spiral, molding, assembling individual blanks, the formation of bags (pockets) and their combination. The conversion process may also include folding part of the product by applying adhesives, bending, applying pressure, tight sealing, re-wetting some part and applying pressure, stitching, tape wrapping, sewing, or a combination thereof. Re-wetting the sheet during the shaping process can help increase flexibility and prevent sheet tearing.
Описываемые способы оформления листов согласно настоящему изобретению в промышленные изделия, а также конкретные структурные конфигурации, изложенные ниже, даются только в качестве примера и не ограничивают этого изобретения. Рамки этого изобретения включают в себя все известные в технике способы преобразования листов в изделия, включая контейнеры и другие упаковочные материалы, изготовляемые из традиционных листов, например из бумаги, картона, пластмассы, полистирена или металла. В рамках этого изобретения находится использование обычного оборудования, автоматизированных процессов и полуавтоматизированных процессов. The described methods of forming sheets according to the present invention in industrial products, as well as the specific structural configurations set forth below, are given only as an example and do not limit this invention. The scope of this invention includes all methods known in the art for converting sheets to products, including containers and other packaging materials made from traditional sheets, for example paper, cardboard, plastic, polystyrene or metal. Within the scope of this invention is the use of conventional equipment, automated processes and semi-automated processes.
Разрезание листа в виде соответствующей заготовки можно осуществить, используя любые известные в технике средства, такие как резак с ножевым лезвием, установленный на прессе, непрерывный матричный режущий ролик, режущая матрица или ножницы. Резка также полезна для получения "окошек" в некоторых изделиях. Резка также полезна при образовании рифленых коробок с удалением частей листа для образования клапанов. Это вид резки называется "прорезанием". Cutting the sheet in the form of an appropriate workpiece can be carried out using any means known in the art, such as a cutter with a knife blade mounted on a press, a continuous matrix cutting roller, a cutting matrix or scissors. Cutting is also useful for making “windows” in some products. Cutting is also useful in the formation of corrugated boxes with the removal of parts of the sheet for the formation of valves. This type of cutting is called “cutting”.
Фальцовка заготовок предполагает сведение вместе, как минимум, двух частей листа или заготовки и затем соединение, слияние, комбинирование, связывание или уплотнение частей путем приложения давления, наложения адгезивов, сгибания, герметичного уплотнения, повторного увлажнения частей и приложения давления, сшивания, обмотки лентой, пришивания или их комбинации. Фальцовку можно применять в сочетании с любыми процессами преобразования, такими как сгибание, свертывание, обвертывание по спирали, формование, сборка и образование мешочков. Folding blanks involves bringing together at least two parts of a sheet or blank and then joining, merging, combining, bonding or sealing the parts by applying pressure, applying adhesives, bending, tight sealing, re-wetting the parts and applying pressure, stapling, wrapping with tape, sewing or combinations thereof. Folding can be used in conjunction with any transformation process, such as bending, folding, spiral wrapping, forming, assembling and bagging.
Сгибание (фальцовка). Flexion (folding).
Один из способов преобразования листа или заготовки в желаемое изделие предполагает "сгибание", которое должно включать в себя изгибание, свертывание пополам, создание стержня, фальцовку, плиссировку, гофрирование, оборку, создание складок или создание механических сращиваемых изделий из листа или заготовки. One way to convert a sheet or workpiece into a desired product involves "folding", which should include bending, folding in half, creating a core, folding, pleating, crimping, frilling, creasing, or creating mechanical spliced products from a sheet or workpiece.
К числу изделий, которые можно формировать из листов или заготовок путем сгибания (складывания), относятся коробки-картонки, коробки, рифленые коробки, контейнеры-"раковинки" со стержнем, включая контейнеры для сандвичей со стержнем, для сандвичей быстрого производства, таких как гамбургеры, и контейнеры для салатов со стержнем, коробки для сухих хлебных злаков, пакеты для молока, контейнеры для фруктовых соков, носители для контейнеров с напитками, чашечки для мороженого, стаканчики со складками, конические стаканчики, совочки для французского жаркого, используемые при продаже быстроприготовленной пищи, выносные коробки с быстро приготовленной пищей, открытые с одной стороны пакеты и конверты. Чтобы помочь сгибанию, может оказаться необходимым надрезать лист или заготовку. Products that can be formed from sheets or blanks by folding (folding) include cardboard boxes, boxes, corrugated boxes, shell containers with a core, including containers for core sandwiches, for quick-production sandwiches such as hamburgers , and containers for salads with a rod, boxes for cereal, milk bags, containers for fruit juices, carriers for containers with drinks, ice cream cups, pleated cups, conical cups, French scoops roasts, used in the sale of quick-cooked food, portable boxes with fast-cooked food, bags and envelopes open on one side. To help bend, it may be necessary to incise a sheet or workpiece.
Один из автоматизированных процессов преобразования заготовок в изделия, например в картонку с уплотненным концом, показанный на фиг. 32В, начинается с загрузки заготовок в магазин. Заготовки, такие как заготовки, показанные на фиг. 32А, можно вынимать каждый раз и переносить наборами на непрерывном конвейере на участок предварительного надлома. На участке предварительного надлома можно нанести надрезы стационарными закругленными обрезными тисками путем перемещения одной или нескольких панелек заготовки из начальной плоскости к преднадломным надрезам. One of the automated processes for converting workpieces into products, for example into a cardboard with a sealed end, shown in FIG. 32B, starts by loading blanks into the store. Billets, such as the billets shown in FIG. 32A, can be removed each time and transferred in sets on a continuous conveyor to the pre-break section. In the pre-break section, incisions can be made with stationary rounded edged vice by moving one or more panels of the workpiece from the initial plane to the pre-break incisions.
После того, как линии разрезов надломлены, панельки можно снова сложить вниз по мере того, как заготовка передвигается по транспортеру. Надлом линий надреза помогает превратить заготовку в изделие, поскольку намного снижается усилие, требуемое, чтобы согнуть предварительно согнутый надрез. Затем заготовка складывается и стороны фальцуются любым способом фальцовки для получения промежуточной оболочки или трубки, как показано на фиг. 32Б. After the cut lines are broken, the panels can be folded down again as the workpiece moves along the conveyor. Breaking the notch lines helps turn the workpiece into a product, since the force required to bend the pre-bent notch is much reduced. Then, the workpiece is folded and the sides are folded in any folding method to obtain an intermediate shell or tube, as shown in FIG. 32B.
Свертывание. Coagulation.
Другой способ преобразования листа или заготовки в желаемое изделие это "свертывание", которое предполагает прокатывание заготовки в контейнер или в другое изделие, имеющее стенки, образующие внутреннее пространство. Изделия, образованные свертыванием, могут иметь самые разные поперечные сечения, включая круглое поперечное сечение, овальное поперечное сечение, прямоугольное поперечное сечение с закругленными углами и прямоугольное поперечное сечение. Another way to convert a sheet or workpiece into a desired product is to “roll up,” which involves rolling the workpiece into a container or into another product having walls forming an interior space. Coagulation products can have a wide variety of cross sections, including a circular cross section, an oval cross section, a rectangular cross section with rounded corners, and a rectangular cross section.
К числу изделий, которые можно формировать из листов или заготовок путем свертывания, относятся чашечки, баночки, контейнеры для таких продуктов, как замороженные концентраты соков, хрустящий картофель, мороженое, соль, моющие вещества и машинное масло, почтовые трубки, рулоны листов рулонных материалов, таких как оберточная бумага, матерчатые материалы, бумажные полотенца и туалетная бумага, рукава и соломинки. Products that can be formed from sheets or blanks by folding include cups, jars, containers for products such as frozen juice concentrates, crisps, ice cream, salt, detergents and machine oil, mail tubes, rolls of sheets of roll materials, such as wrapping paper, cloth, paper towels and toilet paper, sleeves and straws.
Свертывание заготовки в основном осуществляется путем свертывания или обертывания заготовки вокруг шпинделя с последующей фальцовкой перекрывающихся концов заготовки. Перекрывающиеся концы могут сфальцовываться вместе с помощью любых из описанных выше способов фальцовки. Можно применять самые разнообразные средства соединения концов, образованных из формовочных материалов или из других материалов, в зависимости от вида желаемого изделия. Preform folding is mainly done by folding or wrapping the preform around the spindle, followed by folding the overlapping ends of the preform. The overlapping ends can be folded together using any of the folding methods described above. You can use a wide variety of means of connecting the ends formed from molding materials or from other materials, depending on the type of product desired.
Чашечки можно образовать любым известным в технике процессом, включая общий описанный выше способ образования свернутых изделий. Предпочтительный способ изготовления двойной чашечки (стаканчика), в рамках этого изобретения предполагает отрезание от листа двух заготовок, заготовку боковой стенки 163 и заготовку днища 165, как показано на фиг. 33А. Как показано на фиг. 33Б, заготовка для боковой стенки сворачивается, чтобы образовать боковую сторону чашечки, а нижняя часть заготовки имеет такую конфигурацию, чтобы образовать днище чашечки. Свернутая боковая стенка чашечки - это усеченно-коническая трубка, а днище является ее дном. The cups can be formed by any process known in the art, including the general method for forming rolled products described above. A preferred method for manufacturing a double cup (cup), in the framework of this invention, involves cutting two blanks from a sheet, a blank of the
Автоматизированный процесс обычно состоит из следующих этапов: отрезание заготовок для боковых стенок и заготовок для днища от листа; размещение заготовки для днища на свободном конце шпинделя, причем заготовка удерживается на нем с возможностью ее освобождения; оборачивание заготовки для боковой стенки вокруг шпинделя; наложение друг на друга прямых концов заготовки для боковой стенки; фальцовка или иное закрепление перекрывающихся концов; фальцовка или иное закрепление бортика заготовки для днища к основанию свернутой основы чашечки. Кроме того, с помощью образующего буртик аппарата можно образовать буртик вокруг горловины чашечки. An automated process usually consists of the following steps: cutting blanks for the side walls and blanks for the bottom from the sheet; placing the workpiece for the bottom on the free end of the spindle, and the workpiece is held on it with the possibility of its release; wrapping the blank for the side wall around the spindle; overlapping the straight ends of the workpiece for the side wall; folding or otherwise securing overlapping ends; folding or otherwise securing the bottom side of the blank to the base of the folded cup base. In addition, using the bead-forming apparatus, a bead can be formed around the neck of the cup.
Один из автоматизированных аппаратов для формирования чашечек, показанный на фиг. 34, предполагает работу вращающейся револьверной головки, поворачивающейся на определенный угол 164 и имеющей ряд шпинделей 166. Шпиндели 166 проходят радиально вовне от револьверной головки 164. Один конец шпинделя 166 прикреплен к револьверной головке 164, тогда как другой конец выступает вовне и обычно имеет плоскую торцевую поверхность. Аппарат содержит устройство подачи заготовки для днища 168, которое образует заготовки для днища и подает заготовки для днища. Устройство подачи заготовок для днища 194 размещает заготовку для днища 165 на плоской торцевой поверхности шпинделя 166. Устройство подачи заготовки для боковой стенки 196 подает заготовки для боковой стенки 163 к шпинделю 166 после того, как револьверная головка 64 повернет на определенный угол шпиндель 166 путем его правильного вращения. Зажим 170 удерживает заготовку для боковой стенки 163 на шпинделе 166 для последующего формования. Поворот на определенный угол револьверной головки 164 перемещает шпиндель 166 с заготовкой для боковой стенки 163 к подготавливающему устройству для фальцовки 172, которое либо увлажняет концы заготовки для боковой стенки 163, которая должна лечь внахлест с добавлением адгезива, или наносит покрытие, такое как полиэтилен. One of the automated cup forming apparatus shown in FIG. 34, involves the operation of a rotating turret turning at a
Револьверная головка затем поворачивается на определенный угол и устройство свертывания заготовки для боковой стенки 174 сворачивает заготовку для боковых стенок 163 вокруг шпинделя 166 для образования боковых стенок изделия. Свернутая боковая стенка имеет горловину и основание, соответствующие горловине и основанию законченной чашечки. Затем револьверная головка 164 поворачивается на определенный угол к подготавливающему устройству для образования днища 176, которое либо смачивает основание или/и кромку заготовки для днища 165, налагает адгезив, либо наносит покрытие. Затем револьверная головка 164 поворачивается на определенный угол к устройству образования днища 178, которое скрепляет вместе основание и кромку заготовки для днища. После того, как днище образовано, чашечка выбрасывается и шпиндель 166 поворачивается на определенный угол, чтобы принять заготовку для днища 165 от устройства подачи заготовки для днища 168. Затем цикл работы повторяется. The turret is then rotated at a certain angle and the blank folding device for the
Чашечку можно также затем подвергнуть дополнительным этапам обработки, таким как образование буртика вокруг горловины чашечки. Один способ образования буртика предполагает такое размещение чашечки, чтобы горловина ее проходила вовне с образованием буртика вокруг горловины. При этом способе чашечка выбрасывается из шпинделя 166 после того, как днище чашечки сформировано в ряд принимающих изделие элементов 180, которые проходят радиально вовне от другой револьверной головки, поворачивающейся на определенный угол 182. Выбрасывание чашечки в принимающее устройство 180 размещает чашечку таким образом, чтобы горловина чашечки проходила вовне, а не к основанию чашечки. Затем буртик образует образующее буртик устройство и изделие выбрасывается. Формирующее буртик устройство 184 может включать в себя взаимодополняющие изображения на принимающем устройстве 180 и подвижную матрицу, которая может сжать горловину чашечки для образования заплечика (буртика). The cup can then also be subjected to additional processing steps, such as the formation of a shoulder around the neck of the cup. One way to form a shoulder is to place the cup so that its neck extends outward to form a shoulder around the neck. In this method, the cup is ejected from the
Обертывание по спирали. Spiral wrap.
Другой способ преобразования листа или заготовки в желаемое изделие - это "обертывание по спирали (спиральная навивка)", которое аналогично свертыванию. Обертывание по спирали предполагает завертывание листа или заготовки путем спирального вращения в изделие, имеющее форму трубки или конуса. Непрерывное обертывание волокнами или нитями также может быть полезным для придания дополнительной плотности изделию. Самые разнообразные скрепляющие средства, включая скрепляющие средства, описанные выше и используемые для изготовления чашечек, могут работать с изделиями, образованными обертыванием по спирали. Another way to convert a sheet or workpiece into the desired product is to "wrap in a spiral (spiral winding)", which is similar to folding. Spiral wrapping involves wrapping a sheet or a workpiece by spiral rotation into an article in the shape of a tube or cone. Continuous wrapping with fibers or threads can also be useful for adding extra weight to the product. A wide variety of fastening means, including the fastening means described above and used to make cups, can work with products formed by wrapping in a spiral.
Сухое прессование. Dry pressing.
Еще один способ преобразования листа или заготовки в желаемое изделие - это "сухое прессование", которое включает в себя придание листу или заготовке формы путем приложения поперечного усилия. К числу изделий, которые можно оформить сухим прессованием листов или заготовок, относятся тарелки, тарелочки, тарелочки для пирожков, подносы, подносы для печенья, чаши, тарелки для завтрака, обеденные подносы для микроволновых печей, "телевизионные" обеденные подносы, ящики для яиц, тарелки для мясных упаковок, блюдца и крышки. Another method for converting a sheet or preform into a desired product is “dry pressing”, which involves shaping the sheet or preform by applying lateral force. Products that can be made by dry pressing sheets or blanks include plates, plates, pastry plates, trays, cookie trays, bowls, breakfast plates, microwave dining trays, “television” dining trays, egg boxes, plates for meat packaging, saucers and lids.
Лист или заготовку можно прессовать всухую между подвижной матрицей желаемой формы и неподвижной матрицей, форма которой в принципе дополняет форму подвижной матрицы. Когда заготовка или часть листа сжимается между матрицами, лист формируется в изделие, имеющее взаимодополняющую форму матриц. Хотя матрицы из одной цельной детали (подвижная матрица и неподвижная матрица выполнены в виде одной детали каждая) - это предпочтительные матрицы в смысле простоты и экономичности, к числу альтернативных матриц относятся разъемные пресс-формы, штампы с последовательными операциями и раздвижные матрицы. Этот процесс аналогичен процессу формования влажного листа за исключением того, что лист теперь сухой. В результате теперь лист менее гибок и не может расширяться и течь как влажный лист. The sheet or preform can be pressed dry between the moving die of the desired shape and the fixed die, the shape of which in principle complements the shape of the moving die. When the preform or part of the sheet is compressed between the matrices, the sheet is formed into an article having a complementary matrix shape. Although the matrices from one integral part (the movable matrix and the stationary matrix are made in the form of a single part each) are the preferred matrices in the sense of simplicity and economy, alternative matrices include split molds, dies with sequential operations and sliding matrices. This process is similar to the wet sheet formation process, except that the sheet is now dry. As a result, the sheet is now less flexible and cannot expand and flow like a wet sheet.
Сборка. Assembly.
"Сборка" это еще один способ преобразования формуемого листа или заготовки в изделие. Многие изделия, оформленные сгибанием, свертыванием, обертыванием по спирали или формованием, могут также предполагать сборку разных заготовок или частей для образования законченных изделий. Изделия, образованные из листов или заготовок, в начале или полностью, путем сборки заготовок включают в свое число твердые стоящие коробки, упаковочные контейнеры - этажерки и прокладки, вставленные в контейнеры. Твердые коробки, образованные из листов, обычно не бывают складными и могут покрываться тонким декоративным листом-покрытием. К их числу относятся коробки для сигар, коробки для кондитерских изделий и коробочки для косметики. "Assembly" is another way of converting a moldable sheet or blank into a product. Many products formed by folding, coiling, wrapping in a spiral or molding, may also involve the assembly of different blanks or parts to form finished products. Products formed from sheets or blanks, at the beginning or in full, by assembling the blanks include solid standing boxes, packaging containers - whatnots and gaskets inserted into containers. Hard boxes formed from sheets are usually not folding and can be covered with a thin decorative sheet-coating. These include cigar boxes, confectionery boxes, and cosmetics boxes.
Твердые коробки можно образовывать, просто разрезая соответствующие заготовки и собирая заготовки вместе. Заготовки также могут надрезаться, чтобы складываться (сгибаясь). Углы или части заготовок для корпуса коробки и заготовки для крышек могут надсекаться резаками для углов, чтобы после сборки заготовок можно было образовать углы сторонами и днищем корпуса коробки или крышкой. Углы, образованные конструированием заготовок, могут удерживаться путем размещения небольших тонких подпорок из листов или других материалов и покрываться адгезивом вокруг каждого угла. Solid boxes can be formed by simply cutting the appropriate blanks and assembling the blanks together. The blanks can also be cut to fold (bending). The corners or parts of the blanks for the box body and the blanks for the lids can be cut with corner cutters so that after assembling the blanks, the corners can be formed by the sides and bottom of the box body or lid. The angles formed by the construction of the blanks can be held by placing small thin supports from sheets or other materials and coated with adhesive around each corner.
Упаковочные контейнеры-этажерки особенно пригодны для наглядного показа продукта. Такие упаковочные контейнеры в рамках этого изобретения могут формироваться путем сборки несущих вставок, вырезанных из листа, и крышки, образованной из пластмассы или из полупрозрачного листа. Упаковочные контейнеры-этажерки можно использовать для упаковки и показа многих продуктов, включая пищевые продукты, такие как ланчен-мит, изделий для офисов, косметики, металлических изделий и игрушек. Упаковочные контейнеры-этажерки имеют две разновидности - вздутые упаковочные контейнеры и гладкие упаковочные контейнеры. Shelf packaging containers are particularly suitable for displaying the product. Such packaging containers within the framework of this invention can be formed by assembling carrier inserts cut from a sheet and a lid formed from plastic or from a translucent sheet. Shelf packaging containers can be used for packaging and displaying many products, including food products such as lunch mit, office products, cosmetics, metal products and toys. Shelf packing containers come in two flavors - bloated packing containers and smooth packing containers.
Образование мешочков (карманов). The formation of bags (pockets).
"Образование мешочков" - это еще один способ преобразования листа или заготовки в желаемое изделие и предполагает процесс, известный в промышленности изготовления упаковочных материалов как "заделка формы (наполнение)". Образование мешочков методами заделки формы (наполнения) дает непрерывный процесс образования мешочков, заполнения мешочков продуктами и заделку (запечатывание) мешочков. Образование мешочков должно включать в себя непрерывное образование ряда мешочков, наполнение мешочков продуктами, заделку мешочков и отрезание мешочков друг от друга после формирования мешочка, его наполнения и заделки или после образования мешочка. К числу изделий, которые можно сформировать из листов или заготовок путем образования мешочков, относятся мешочки для высушенных супов, обертки для конфет, пакеты для хлебных злаков, пакеты для хрустящего картофеля, упаковки для порошков, мешочки для таблеток и мешочки для смесей для изготовления кексов. Операцию образования мешочков в основном можно осуществить горизонтальным, вертикальным и двухлистовым образованием мешочков. Горизонтальное формирование, наполнение и заделка в основном предполагает сгибание непрерывного листа пополам вдоль его длины, фальцовку листа через некоторые интервалы для образования ряда мешочков, которые затем наполняются и закрываются. Процесс начинается с продвижения листа горизонтально через узел обрезных тисков, который сгибает лист пополам. Согнутый лист фальцуется через некоторые интервалы в мешочки, чтобы позволить заполнение мешочков продуктами. Мешочки могут наполняться продуктами с помощью силы тяжести или другими средствами. "Bagging" is another way of converting a sheet or blank into a desired product and involves a process known in the packaging industry as "mold termination (filling)." The formation of pouches by the methods of terminating the mold (filling) gives a continuous process of forming the pouches, filling the pouches with food and sealing (sealing) of the pouches. The formation of the pouches should include the continuous formation of a number of pouches, filling the pouches with products, closing the pouches, and cutting the pouches apart after the pouch is formed, filled and sealed, or after the pouch is formed. Products that can be formed from sheets or blanks by bagging include bags for dried soups, candy wrappers, bags for cereals, bags for crisps, packages for powders, bags for tablets and bags for mixes for making muffins. The operation of the formation of pouches can mainly be carried out by horizontal, vertical and two-sheeted formation of pouches. Horizontal formation, filling and embedding mainly involves folding a continuous sheet in half along its length, folding the sheet at certain intervals to form a series of pouches, which are then filled and closed. The process begins by moving the sheet horizontally through a vise unit, which bends the sheet in half. The folded sheet is folded at intervals into bags to allow the bags to fill with food. Sacks can be filled with products using gravity or other means.
Вертикальное формирование, наполнение и заделка обычно предполагает формирование непрерывного листа в трубку с некоторыми интервалами вдоль его длины, фальцовку трубки с некоторыми интервалами для образования ряда мешочков, заполнение мешочков и затем заделки мешочка. Лист формируется в трубку путем вертикального продвижения листа над узлом обрезных тисков. Затем трубка фальцуется через некоторые интервалы в мешочки и заполняется так же, как при вертикальном формовании, наполнении и заделке. Третий способ предполагает образование мешочков путем комбинирования двух листов, причем, как минимум, один из листов это неорганически наполненный, гидравлически твердеющий или слоистый лист. Формуемый лист или слоистый лист можно сочетать с другими разными листами, включая, но не ограничиваясь этим, неорганически наполненный лист, слоистый лист, бумажный лист, алюминиевой фольги, лист целлофана, лист пластмассы или любые слои этих листов. Два листа можно комбинировать вертикально или горизонтально, причем каждый мешочек может иметь четыре фальцованных сторон. Vertical formation, filling and termination usually involves the formation of a continuous sheet into the tube at some intervals along its length, folding the tube at some intervals to form a series of bags, filling the bags and then sealing the bag. The sheet is formed into a tube by vertically moving the sheet above the edged vice assembly. Then the tube is folded at intervals into bags and filled in the same way as with vertical molding, filling and sealing. The third method involves the formation of bags by combining two sheets, and at least one of the sheets is an inorganically filled, hydraulically hardening or laminated sheet. A formable sheet or laminate can be combined with other different sheets, including, but not limited to, an inorganically filled sheet, a laminate, a paper sheet, aluminum foil, a cellophane sheet, a plastic sheet, or any layers of these sheets. Two sheets can be combined vertically or horizontally, with each pouch having four folded sides.
Примеры предпочтительных способов производства приведены в конце описания.. Examples of preferred manufacturing methods are provided at the end of the description.
Эти примеры приводятся, чтобы более конкретно показать способы формования изделий согласно настоящему изобретению. К числу примеров относятся разнообразные виды смесей, включая гидравлически твердеющие и органически наполненные смеси, используемые в сочетании с рядом других процессов производства с целью получения изделий согласно настоящему изобретению. These examples are provided to more specifically show the methods for forming articles according to the present invention. Examples include various types of mixtures, including hydraulically hardening and organically filled mixtures, used in conjunction with a number of other manufacturing processes to produce articles of the present invention.
Первый набор примеров показывает использование разных методов непосредственного формования для получения изделий из твердеющих смесей. The first set of examples shows the use of different methods of direct molding to obtain products from hardening mixtures.
Claims (152)
21.07.93 и 19.11.93 - по пп.1, 30, 59, 89, 119;
21.07.93 - по пп.2 - 29, 31 - 58, 60 - 88, 90 - 118, 120 - 137, 139 - 152;
19.11.93 - по п.138.Priority on points:
07/21/93 and 11/19/93 - according to claims 1, 30, 59, 89, 119;
07.21.93 - according to claims 2 - 29, 31 - 58, 60 - 88, 90 - 118, 120 - 137, 139 - 152;
11/19/93 - according to p. 138.
Applications Claiming Priority (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/019,151 | 1993-02-17 | ||
US08/095662 | 1993-07-21 | ||
US08/095,662 US5385764A (en) | 1992-08-11 | 1993-07-21 | Hydraulically settable containers and other articles for storing, dispensing, and packaging food and beverages and methods for their manufacture |
US08/095,662 | 1993-07-21 | ||
US08/101,500 | 1993-08-03 | ||
US08/152354 | 1993-11-19 | ||
US08/152,354 | 1993-11-19 | ||
US08/152,354 US5508072A (en) | 1992-08-11 | 1993-11-19 | Sheets having a highly inorganically filled organic polymer matrix |
PCT/US1994/002111 WO1994019172A1 (en) | 1993-02-17 | 1994-02-17 | Hydraulically settable mixtures |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95118717A RU95118717A (en) | 1997-12-20 |
RU2143341C1 true RU2143341C1 (en) | 1999-12-27 |
Family
ID=26790454
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95118717A RU2143341C1 (en) | 1993-07-21 | 1994-02-17 | Article manufactured of inorganic-filled material, method and device for its manufacture (modifications) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2143341C1 (en) |
Cited By (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2456252C2 (en) * | 2007-05-30 | 2012-07-20 | Ваккер Хеми Аг | Aqueous compositions of polymer-modified setting agents and use thereof in construction |
RU2465236C1 (en) * | 2011-10-24 | 2012-10-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Crude mixture for making silicate bricks |
RU2474547C1 (en) * | 2012-01-25 | 2013-02-10 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Raw mix for natural stone imitation |
RU2475361C2 (en) * | 2006-11-02 | 2013-02-20 | Юнайтед Стэйтс Джипсам Компани | Gypsum wall board with low dusting |
RU2484970C2 (en) * | 2007-10-31 | 2013-06-20 | Юнайтед Стэйтс Джипсум Компани | High content of hydroxyethylated starch and dispersant in gypsum wall board |
US8500085B2 (en) | 2006-07-06 | 2013-08-06 | Airbus Operations Gmbh | Method for manufacturing a composite fiber component for aerospace |
US8568544B2 (en) | 2007-02-12 | 2013-10-29 | United States Gypsum Company | Water resistant cementitious article and method for preparing same |
RU2497854C2 (en) * | 2008-04-22 | 2013-11-10 | Юнайтед Стэйтс Джипсум Компани | Non-hydrogenating plaster composition and preparation method thereof |
RU2504307C2 (en) * | 2006-12-07 | 2014-01-20 | Бритиш Америкэн Тобэкко (Инвестментс) Лимитед | Molecularly imprinted polymers selective for tobacco specific nitrosamines and methods for use thereof |
RU2519958C2 (en) * | 2011-10-06 | 2014-06-20 | Андрей Анатольевич Зверев | Sports game "reping" and game system for its implementation |
RU2528323C2 (en) * | 2012-10-22 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный строительный университет" (ФГБОУ ВПО "МГСУ") | Method to prepare lighter masonry mortar and composition for lighter masonry mortar |
US8906489B2 (en) | 2006-07-06 | 2014-12-09 | Airbus Operations Gmbh | Method for producing a fibre composite component for aviation and spaceflight |
RU2536953C2 (en) * | 2009-09-24 | 2014-12-27 | Зигфрид БЕРГХАММЕР | Insulating formed part and method of its production |
RU2543839C1 (en) * | 2013-11-21 | 2015-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕРРАБИЛДИНГ" | Method to manufacture mineral board and mineral board |
RU2566894C2 (en) * | 2010-04-27 | 2015-10-27 | Омиа Интернэшнл Аг | Method for obtaining gel-containing composite materials |
RU2582248C2 (en) * | 2009-04-29 | 2016-04-20 | Метадинеа Аустриа Гмбх | Composite material containing cross-linkable protein material resin |
US9492974B2 (en) | 2006-07-06 | 2016-11-15 | Airbus Operations Gmbh | Method for producing a fiber composite component for aviation and spaceflight |
US9840066B2 (en) | 2005-06-09 | 2017-12-12 | United States Gypsum Company | Light weight gypsum board |
RU2645570C2 (en) * | 2011-12-13 | 2018-02-21 | Ханивелл Интернешнл Инк. | Layered materials made of film based on super-high-molecular weight polyethylene |
RU2663060C1 (en) * | 2013-12-19 | 2018-08-01 | Са Дез О Минераль Д'Эвиан Саеме | Article comprising polylactic acid and filler |
US10207463B2 (en) | 2006-07-06 | 2019-02-19 | Airbus Operations Gmbh | Method for producing a fiber composite component for aerospace |
RU2770507C2 (en) * | 2020-01-22 | 2022-04-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт ВНИИжелезобетон" | Low-pressure reinforced concrete pipe and its manufacturing method |
US11306028B2 (en) | 2005-06-09 | 2022-04-19 | United States Gypsum Company | Light weight gypsum board |
US11338548B2 (en) | 2005-06-09 | 2022-05-24 | United States Gypsum Company | Light weight gypsum board |
RU2825138C1 (en) * | 2023-12-18 | 2024-08-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Method of producing material based on polytetrafluoroethylene for microwave electronics |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2591063C1 (en) * | 2015-03-30 | 2016-07-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) | Wood bark-based nanocomposite structural material |
-
1994
- 1994-02-17 RU RU95118717A patent/RU2143341C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Мишутин А.В. Бетоны повышенной коррозионной стойкости в виноматериалах. Сб.: Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции. Тезисы докладов II Всес.научно-практической конференции. - Киев, 1984, с. 318. * |
Cited By (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10407345B2 (en) | 2005-06-09 | 2019-09-10 | United States Gypsum Company | Light weight gypsum board |
US11884040B2 (en) | 2005-06-09 | 2024-01-30 | United States Gypsum Company | Light weight gypsum board |
US11338548B2 (en) | 2005-06-09 | 2022-05-24 | United States Gypsum Company | Light weight gypsum board |
US9802866B2 (en) | 2005-06-09 | 2017-10-31 | United States Gypsum Company | Light weight gypsum board |
US9840066B2 (en) | 2005-06-09 | 2017-12-12 | United States Gypsum Company | Light weight gypsum board |
US11306028B2 (en) | 2005-06-09 | 2022-04-19 | United States Gypsum Company | Light weight gypsum board |
US10406779B2 (en) | 2005-06-09 | 2019-09-10 | United States Gypsum Company | Light weight gypsum board |
US8500085B2 (en) | 2006-07-06 | 2013-08-06 | Airbus Operations Gmbh | Method for manufacturing a composite fiber component for aerospace |
US10207463B2 (en) | 2006-07-06 | 2019-02-19 | Airbus Operations Gmbh | Method for producing a fiber composite component for aerospace |
US9492974B2 (en) | 2006-07-06 | 2016-11-15 | Airbus Operations Gmbh | Method for producing a fiber composite component for aviation and spaceflight |
US8906489B2 (en) | 2006-07-06 | 2014-12-09 | Airbus Operations Gmbh | Method for producing a fibre composite component for aviation and spaceflight |
RU2475361C2 (en) * | 2006-11-02 | 2013-02-20 | Юнайтед Стэйтс Джипсам Компани | Gypsum wall board with low dusting |
RU2504307C2 (en) * | 2006-12-07 | 2014-01-20 | Бритиш Америкэн Тобэкко (Инвестментс) Лимитед | Molecularly imprinted polymers selective for tobacco specific nitrosamines and methods for use thereof |
US8568544B2 (en) | 2007-02-12 | 2013-10-29 | United States Gypsum Company | Water resistant cementitious article and method for preparing same |
RU2456252C2 (en) * | 2007-05-30 | 2012-07-20 | Ваккер Хеми Аг | Aqueous compositions of polymer-modified setting agents and use thereof in construction |
RU2484970C2 (en) * | 2007-10-31 | 2013-06-20 | Юнайтед Стэйтс Джипсум Компани | High content of hydroxyethylated starch and dispersant in gypsum wall board |
RU2497854C2 (en) * | 2008-04-22 | 2013-11-10 | Юнайтед Стэйтс Джипсум Компани | Non-hydrogenating plaster composition and preparation method thereof |
RU2582248C2 (en) * | 2009-04-29 | 2016-04-20 | Метадинеа Аустриа Гмбх | Composite material containing cross-linkable protein material resin |
RU2536953C2 (en) * | 2009-09-24 | 2014-12-27 | Зигфрид БЕРГХАММЕР | Insulating formed part and method of its production |
RU2566894C2 (en) * | 2010-04-27 | 2015-10-27 | Омиа Интернэшнл Аг | Method for obtaining gel-containing composite materials |
RU2519958C2 (en) * | 2011-10-06 | 2014-06-20 | Андрей Анатольевич Зверев | Sports game "reping" and game system for its implementation |
RU2465236C1 (en) * | 2011-10-24 | 2012-10-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Crude mixture for making silicate bricks |
RU2645570C2 (en) * | 2011-12-13 | 2018-02-21 | Ханивелл Интернешнл Инк. | Layered materials made of film based on super-high-molecular weight polyethylene |
RU2474547C1 (en) * | 2012-01-25 | 2013-02-10 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Raw mix for natural stone imitation |
RU2528323C2 (en) * | 2012-10-22 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный строительный университет" (ФГБОУ ВПО "МГСУ") | Method to prepare lighter masonry mortar and composition for lighter masonry mortar |
RU2543839C1 (en) * | 2013-11-21 | 2015-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕРРАБИЛДИНГ" | Method to manufacture mineral board and mineral board |
RU2663060C1 (en) * | 2013-12-19 | 2018-08-01 | Са Дез О Минераль Д'Эвиан Саеме | Article comprising polylactic acid and filler |
RU2770507C2 (en) * | 2020-01-22 | 2022-04-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт ВНИИжелезобетон" | Low-pressure reinforced concrete pipe and its manufacturing method |
RU2825138C1 (en) * | 2023-12-18 | 2024-08-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Method of producing material based on polytetrafluoroethylene for microwave electronics |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2143341C1 (en) | Article manufactured of inorganic-filled material, method and device for its manufacture (modifications) | |
AU683249B2 (en) | Organically bound, inorganically fitted articles and methods and systems for moulding articles | |
AU675687B2 (en) | Highly inorganically filled compositions | |
US5582670A (en) | Methods for the manufacture of sheets having a highly inorganically filled organic polymer matrix | |
US5506046A (en) | Articles of manufacture fashioned from sheets having a highly inorganically filled organic polymer matrix | |
US5508072A (en) | Sheets having a highly inorganically filled organic polymer matrix | |
US5800647A (en) | Methods for manufacturing articles from sheets having a highly inorganically filled organic polymer matrix | |
US5928741A (en) | Laminated articles of manufacture fashioned from sheets having a highly inorganically filled organic polymer matrix | |
US5660903A (en) | Sheets having a highly inorganically filled organic polymer matrix | |
EP1007320B1 (en) | Methods for manufacturing molded sheets having a high starch content | |
US5631053A (en) | Hinged articles having an inorganically filled matrix | |
US6200404B1 (en) | Compositions and methods for manufacturing starch-based sheets | |
US6083586A (en) | Sheets having a starch-based binding matrix | |
TW312654B (en) | ||
CA2143004C (en) | Highly inorganically filled compositions | |
AU706484B2 (en) | Organically bound, inorganically filled articles and methods and systems for forming such articles | |
IL107722A (en) | Hydraulically settable compositions, articles of manufacture made therefrom and methods for manufacturing same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070218 |