TWM613004U - 節能及快速乾燥脫水之紙塑產品的生產裝置 - Google Patents

Abstract

本創作係為一種節能及快速乾燥脫水之紙塑產品的生產裝置，特指應用於紙塑產品生產中的生產裝置，其主要具有一獨立且設置於吸漿成型工位和熱壓定型工位之間的冷擠壓榨工位，該冷擠壓榨工位為設有一根據產品形狀尺寸可形成合模間隙的上、下模具，利用該合模間隙將初胚品先壓榨排出約30%-50%的水份後，再送至熱壓定型工位來持續脫水至3%以下而成紙塑產品，利用本創作的生產裝置所生產之紙塑產品能縮短生產時間與降低乾燥熱能消耗為其目的者。

Description

節能及快速乾燥脫水之紙塑產品的生產裝置

本創作係為一種節能及快速乾燥脫水之紙塑產品的生產裝置，尤指一種應用於紙塑產品生產工藝中，可令紙塑產品快速乾燥並能大幅降低熱能耗與減少生產時間之創作目的者。

隨著對環保概念的加深與需求，具有可降解與回收的產品生產工藝的技術精進益發顯的越來越重要，尤其是利用草本植物纖維製作而成的紙塑產品的無毒性、可降解、可回收、可再製的特性更成為環保產品中的尖兵，而紙塑產品的生產工藝過程不外乎為：吸漿成型、熱壓定型和切邊等連續生產工藝，其中如何減少熱能耗損與減少熱壓定型的時間為該紙塑產品製作行業的技術人員長期渴望突破的技術領域；一般的吸漿工藝將紙漿利用真空吸漿技術來成型紙塑產品的初胚品，此時的初胚品含水率大約在70%-80%，再利用各種加熱脫水技術來乾燥初胚品，然而在利用熱功率直接將初胚品的含水率降至3%以下的過程中，其熱量的損耗相當巨大，並且需要消耗大量的時間才能完成，而此過程中所消耗的熱能和時間顯然與環保理念相違背，同時大幅提高了生產成本，而大大降低了利用該生產工藝所完成的紙塑產品之利潤。

習知另有一種經過改良的紙塑生產工藝為：吸漿成型、冷壓脫水、熱壓定型和切邊，在吸漿成型後在吸漿成型工位上利用一冷壓模具直接和吸漿模具合模，使吸漿模具內的初胚品受到壓榨而將被擠壓的水份排出，大約能讓初胚品的含水率由70%-80%下降至50%-60%而成濕胚品，再將被濕胚品移至熱壓定型工位上脫水至含水率3%以下而成半成品，但在習知冷壓脫水工藝在其壓榨脫水時，請參考第四至六圖，吸漿模具91設有透氣網93以供紙漿吸濾成型，該透氣網93為複數個利用縱橫交錯之網線所組合而成的片狀式透氣網93，如第六圖所示，且該透氣網93形成有複數個網目930，而當擠壓模具92在壓榨時，半乾濕胚品M與吸漿模具91接觸的表面陷入透氣網93的網目930內而產生咬合粘網現象，如第五圖所示，故在目前已知的冷壓工藝紙塑產品的生產工藝中僅能針對模具退拔斜度較大的半乾濕胚品M脫模，若遇到退拔斜度小或接近垂直面的半乾濕胚品M在脫模時其表面會被透氣網93刮傷、無法順利脫模或令紙漿纖維斷裂而造成堵孔現象，同時模具的退拔斜度令生產紙塑產品時有很多造型或角度上的限制。

再者，若只是利用擠壓模具92直接在吸漿模具91壓榨初胚品，只考慮壓榨脫水而不計算擠壓後的合模間隙（即初胚品被擠壓後的厚度），容易造成半乾濕胚品M的厚度過厚或過薄，不適當的厚度會令初胚品在成品後不良率較高；半乾濕胚品M的厚度過厚會令紙塑產品產生黃斑現象，半乾濕胚品M的厚度過薄則會使紙塑產品的耐破度、耐折度及強度過低，也會令成品表面產生凹凸不平整的明顯紋路，為目前已知利用冷壓脫水技術做為紙塑產品生產手段的缺失，也令生產效率無法提高且增加生產成本。

本創作人從事紙塑產品生產行業已十數年，為了增進生產效能與降低熱能耗成本不斷的研發改良，期能令紙塑產品能更有效的生產和達到更高的良率而努力，長期以來投入大量的經費與時間，經過多次失敗的嘗試與研發後遂有本創作之誕生。

本創作的主要目的係提供一種節能及快速乾燥脫水之紙塑產品的生產裝置，其為一上模具與一下模具組合而成可供擠壓一初胚品的一冷擠壓榨工位，該冷擠壓榨工位設置於一吸漿成型工位和一熱壓定型工位之間，使整體工藝流程為吸漿成型-冷擠壓榨-熱壓定型，該冷擠壓榨工位的前述上、下模具在合模時可形成一合模間隙，並利用該上、下模具合模後的擠壓力來壓榨初胚品；以一成品厚度為基準，即前述熱壓定型工位的合模間隙同樣保持於該成品厚度的距離，依此成品厚度的距離之設定，該熱壓定型工位乾燥後的半成品厚度同樣保持於該成品厚度的距離，前述冷擠壓榨工位的合模間隙之距離為成品厚度的1~1.3倍，即該冷擠壓榨工位的合模間隙之距離為該成品厚度的1~1.3倍之間，該冷擠壓榨工位壓出的半乾濕胚品厚度同樣保持於該成品厚度的1~1.3倍，而前述吸漿成型工位之合模間隙的距離則為該成品厚度的2~2.3倍，即該吸漿成型工位成型的初胚品厚度同樣保持於該成品厚度的2~2.3倍。

請參考第一至三圖所示，本創作係提供一種節能及快速乾燥脫水之紙塑產品的生產裝置，其主要係具有一上模具21與一下模具22組合而成可供擠壓一初胚品A的一獨立冷擠壓榨工位2，該冷擠壓榨工位2設置於一吸漿成型工位1和一熱壓定型工位3之間，使整體工藝流程為吸漿成型-冷擠壓榨-熱壓定型，該冷擠壓榨工位2的前述上、下模具21、22在合模時可形成一合模間隙225，並利用所述上、下模具21、22合模後的擠壓力來壓榨前述初胚品A；以一成品厚度X為基準，即前述熱壓定型工位3的合模間隙同樣保持於該成品厚度X的距離，依此成品厚度X的距離之設定，該熱壓定型工位3乾燥後的半成品C厚度同樣保持於該成品厚度X的距離，前述冷擠壓榨工位2的合模間隙之距離為成品厚度X的1~1.3倍，即該冷擠壓榨工位2的合模間隙之距離為該成品厚度X的1~1.3倍之間，該冷擠壓榨工位2壓出的半乾濕胚品B厚度同樣保持於該成品厚度X的1~1.3倍，而前述吸漿成型工位1之合模間隙的距離則為該成品厚度X的2~2.3倍，即該吸漿成型工位1成型的初胚品A厚度同樣保持於該成品厚度X的2~2.3倍；上述冷擠壓榨工位2之下模具22底部形成一真空腔223，而下模具22之另一面設有一供前述初胚品A放置的容置空間221，該容置空間221內有配合前述初胚品A相同形狀以供初胚品A定位且定型的成型模面222，在前述真空腔223與前述容置空間221之間設有複數個氣孔224，該等氣孔224係貫穿於前述真空腔223與前述容置空間221之間供前述吸漿成型工位1、冷擠壓榨工位2、熱壓定型工位3之真空負壓抽取水份；前述成型模面222為配合紙塑產品造型之不同角度的模面，在前述下模具22之脫模角度大於5度以上的模面設有一透氣網4，而該下模具22之脫模角度小於5度以下的模面則不設置前述透氣網4，但沒有設置前述透氣網4的成型模面222仍有氣孔224貫穿於前述模面與前述真空腔223之間。

熟悉紙塑產品行業的技術人員都知道，若以真空吸漿脫水為基準其所脫水的成本為1，則真空吸漿脫水、冷擠壓榨脫水和熱壓乾燥脫水的成本比率為1：70：330，即在相同脱水量下，該冷擠壓榨脫水的減少成本為該真空吸漿脫水的70倍，而前述熱壓乾燥脫水的減少成本為前述冷擠壓榨脫水的5倍左右；以不同的乾燥方法其脫水特點分別為：前述真空吸漿脫水僅能吸取前述初胚品A表面的自由水，故其能脫水的效果非常有限，大約僅能排出前述初胚品A之10%-15%左右的自由水；前述冷擠壓榨脫水為利用擠壓力將前述初胚品A的厚度壓榨變薄，使前述初胚品A內的水份受壓榨而被排出，依據不同的紙塑產品厚度與形狀所排出的水份比例不同，其能排出的水份大約是前述初胚品A之含水率的30%-50%左右，但前述冷擠壓榨脫水仍只能排出自由水，無法將結合水自前述初胚品A內部排出；前述熱壓乾燥脫水為利用熱能將前述初胚品A表面的自由水與內部的結合水汽化，可以將紙塑產品的含水率乾燥至3%以下，而依據紙塑產品的尺寸、形狀及厚度的不同，其前述熱壓乾燥脫水的時間有很大的差距，但前述初胚品A含水率越低則前述熱壓乾燥脫水時間則越短，相對熱能耗也減少。

本創作具體實施方法為：在前述吸漿成型工位1與前述熱壓定型工位3之間設置有本創作之冷擠壓榨工位2，當前述吸漿成型工位1進入漿槽吸漿成形為前述初胚品A後，將該初胚品A移載至前述冷擠壓榨工位2的下模具22的容置空間221內，在前述上、下模具21、22合模擠壓時，前述初胚品A受該上模具21擠壓力之壓迫與真空負壓的吸附力而完全貼合於該下模具22的成型模面222與前述透氣網4，而令前述初胚品A的厚度由初始的吸漿成型工位1所吸漿成型的厚度2X-2.3X形成至前述冷擠壓榨工位2所擠壓而成的厚度1X-1.3X，該受到壓迫的前述初胚品A係被擠壓出水份並排出表面，其被排出的水份再由真空負壓經由前述氣孔224被吸附至前述真空腔223繼而排出前述下模具22外，而前述初胚品A也由原來的含水率68%-75%降至含水率50%-60%，從而得到較低含水率的半乾濕胚品B；再將該半乾濕胚品B移載至前述熱壓定型工位3，利用加熱系統的加壓與加熱乾燥可以將前述半乾濕胚品B表面的自由水及內部的結合水完全汽化蒸發，令前述半乾濕胚品B由含水率50%-60%下降至含水率3%以下而得到半成品C；另外關於擠壓力、真空負壓吸力在其他習知專利文獻中已有揭露，故在此不再贅述。

上述實施方法經由以下的實際測試過程：含水率72.8%的初胚品A，若沒有經過前述冷擠壓榨工位2而直接到前述熱壓定型工位3乾燥至含水率1.4%的半成品C，則需要乾燥的時間為29秒；若相同含水率72.8%的初胚品先經由本創作之冷擠壓榨工位2先行擠壓10秒後可得到去除33.3%水份的半乾濕胚品B，再將壓榨後的前述半乾濕胚品B移至前述熱壓定型工位3熱壓乾燥15秒可得到含水率1.4%的半成品C；由上述實驗數據得知，經由二種不同的乾燥脫水工藝將含水率72.8%的初胚品A乾燥至1.4%的半成品，沒有經過前述冷擠壓榨工藝的初胚品A需要使用29秒的乾燥時間；而先經由前述冷擠壓榨工藝的初胚品A僅需使用15秒的乾燥時間即可完成，二者所使用的乾燥時間比例為2：1；上述冷擠壓榨工位2所去除的33.3%水份即為可節省之熱壓定型工位3所消耗的熱能量，即節省了33.3%的熱能耗，二者熱能量消耗比例為3：2；但在不同的模具設計、產品造型、尺寸厚度等因素下，乾燥時間的比例會有所不同，但無論如何經本創作冷擠壓榨工位2先行壓榨水份的初胚品A乾燥至半成品C的時間肯定比較短，所需消耗的熱能量也較少。

根據測試結果可以得知，經過前述冷擠壓榨工位2的半乾濕胚品B含水率與未經壓榨的初胚品A含水率之間相差33.3%的水份，其乾燥至含水率1.4%的時間分別為15秒與29秒，二者的測試結果共相差14秒，即增加前述冷擠壓榨工位2而所壓榨的水份具備節省14秒的能耗與乾燥時間；此20秒的差距是由於初胚品A所含的水份較多，使前述熱壓定型工位3在熱壓乾燥時，前述下模具22被水份降溫與被蒸發時帶走的熱較多，故沒有經過前述冷擠壓榨工藝的熱壓定型模具必須補回預設的加熱溫度，而再加上所需乾燥蒸發的水份較多，所以需要使用較多的時間；相對於經前述冷擠壓榨工藝的半乾濕胚品B含水率較低，對熱壓定型模具的冷卻效果較小，故熱壓定型模具補溫與蒸發速度較快。

綜上所述，本創作之生產裝置係為將真空吸漿脫水、冷擠壓搾脫水、熱壓乾燥脫水三種工藝發揮到其脫水乾燥的最大化極限，即利用真空吸漿脫水先行讓初胚品A的含水率降至極限68%-75%，再利用冷擠壓榨脫水至含水率最適當含水率為50%-60%的半乾濕胚品B，再利用熱壓乾燥脫水將半乾濕胚品B乾燥至含水率3%以下的半成品C，整個工藝所使用的手段均為該工位的最大化應用，而不浪費時間與能耗做無謂的消耗為其目的。

1:吸漿成型工位 2:冷擠壓榨工位 21:上擠壓模 22:下擠壓模 221:容置空間 222:成型模面 223:真空腔 224:氣孔 225:合模間隙 3:熱壓定型工位 4:透氣網 91:吸漿模具 92:擠壓模具 93:透氣網 A:初胚品 B:半乾濕胚品 C:半成品 X:成品厚度 M:半乾濕胚品

第一圖：係為本創作之流程與初胚品含水率及厚度變化圖。 第二圖：係為本創作之冷擠壓榨合模示意圖。 第三圖：係為本創作之冷擠壓榨工位之下模具結構示意圖。 第四圖：係為習知冷壓擠壓模具與吸漿模具壓榨示意圖。 第五圖：係為習知冷壓技術濕胚品與透氣網產生咬合粘網示意圖。 第六圖：係為透氣網示意圖。

2:冷擠壓榨工位

21:上擠壓模

22:下擠壓模

222:成型模面

223:真空腔

224:氣孔

4:透氣網

B:半乾濕胚品

X:成品厚度

Claims (6)

1. 一種節能及快速乾燥脫水之紙塑產品的生產裝置，其特徵在於：該生產裝置之中係包含有一上模具與一下模具組合而成可供擠壓一初胚品的一冷擠壓榨工位，該冷擠壓榨工位設置於一吸漿成型工位和一熱壓定型工位之間，該冷擠壓榨工位的上、下模具在合模時可形成一合模間隙。
2. 如請求項1所述的節能及快速乾燥脫水之紙塑產品的生產裝置，其中，利用該上、下模具合模後的擠壓力來壓榨前述初胚品；以一成品厚度為基準，即前述熱壓定型工位的合模間隙同樣保持於該成品厚度的距離，依此成品厚度的距離之設定，該熱壓定型工位乾燥後的半成品厚度同樣保持於該成品厚度的距離，前述冷擠壓榨工位的合模間隙之距離為成品厚度的1~1.3倍，即該冷擠壓榨工位的合模間隙之距離為該成品厚度的1~1.3倍之間，該冷擠壓榨工位壓出的半乾濕胚品厚度同樣保持於該成品厚度的1~1.3倍，而前述吸漿成型工位之合模間隙的距離則為該成品厚度的2~2.3倍，即該吸漿成型工位成型的初胚品厚度同樣保持於該成品厚度的2~2.3倍。
3. 如請求項2所述的節能及快速乾燥脫水之紙塑產品的生產裝置，其中，前述冷擠壓榨工位之下模具底部形成一真空腔，而該下模具之另一面設有一供初胚品放置的容置空間，該容置空間內有配合前述初胚品相同形狀以供前述初胚品定位且定型的成型模面，在前述真空腔與前述容置空間之間設有複數個氣孔，該等氣孔係貫穿於前述真空腔與前述容置空間之間供前述吸漿成型工位、冷擠壓榨工位、熱壓定型工位之真空負壓抽取水份。
4. 如請求項3所述的節能及快速乾燥脫水之紙塑產品的生產裝置，其中，前述下模具之脫模角度大於5度以上的模面設有一透氣網，而該下模具之脫模角度小於5度以下的模面則不設置該透氣網。
5. 如請求項4所述的節能及快速乾燥脫水之紙塑產品的生產裝置，其中，當前述吸漿成型工位進入漿槽吸漿成形為前述初胚品後，將該初胚品移載至前述冷擠壓榨工位的下模具的容置空間內，在前述上、下模具合模擠壓時，前述初胚品受該上模具擠壓力之壓迫與真空負壓的吸附力而完全貼合於該下模具的成型模面與前述透氣網，而令前述初胚品的厚度由初始的吸漿成型工位所吸漿成型的厚度形成至前述冷擠壓榨工位所擠壓而成的厚度，該受到壓迫的前述初胚品係被擠壓出水份並排出表面，其被排出的水份再由真空負壓經由前述氣孔被吸附至前述真空腔繼而排出前述下模具外，而前述初胚品也由原來的含水率68%-75%降至含水率55%-60%，從而得到較低含水率的半乾濕胚品；再將該半乾濕胚品移載至前述熱壓定型工位，利用加熱系統的加壓與加熱乾燥可以將前述半乾濕胚品表面的自由水及內部的結合水完全汽化蒸發，令前述半乾濕胚品由含水率55%-60%下降至含水率3%以下而得到半成品。
6. 如請求項1所述的一種節能及快速乾燥脫水之紙塑產品的生產裝置，其中，經由前述冷擠壓榨工藝的初胚品再移至前述熱壓定型工位加熱乾燥時間與未經前述冷擠壓榨工藝的初胚品直接移至前述熱壓定型工位加熱乾燥時間，二者所使用的乾燥時間比例為1：2，而熱能量的消耗比例為2：3。

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