形成高强度模制产品的方法.pdf

提供一种形成高强度模制产品的方法。所述方法开始于制备可模制合成物。所述可模制合成物包括大约40至60wt％的纤维混合物和大约15至45wt％的结合剂。在将大约435至870psi的填塞压力施加到可模制合成物之前，在型腔中装填可模制合成物至型腔容量的至多大约90％。在限定型腔的第一模具部分和第二模具部分之间保持大约0.1至0.5mm的预定间隙。在可模制合成物基本上固化时，从型腔取出模制产品。

1、  一种形成模制产品的方法，所述方法包括：
制备可模制合成物，所述可模制合成物包括：
大约40至60wt％的纤维混合物；和
大约15至45wt％的结合剂，
在型腔中装填可模制合成物，其中型腔的装填程度为型腔容量的至多大约90％；
将大约435至870 psi的填塞压力施加到可模制合成物；
在限定型腔的第一模具部分和第二模具部分之间保持大约0.1至0.5mm的预定间隙；以及
在可模制合成物基本上固化时，从型腔取出模制产品。

2、  根据权利要求1的形成模制产品的方法，其中，施加压力的时间周期为大约20至60s。

3、  根据权利要求2的形成模制产品的方法，其中，第一模具部分和第二模具部分被保持在大约110至180℃的温度下。

4、  根据权利要求3的形成模制产品的方法，其中，第一模具部分被保持比第二模具部分温度高20℃。

5、  根据权利要求2的形成模制产品的方法，其中，还包括：
在可模制合成物固化大约90％时，增加第一模具部分和第二模具部分之间的间隙。

6、  根据权利要求5的形成模制产品的方法，其中，将间隙增加到大约10mm。

7、  根据权利要求6的形成模制产品的方法，其中，还包括：
将模制产品压缩到理想厚度。

8、  根据权利要求7的形成模制产品的方法，其中，还包括：
熨平模制产品的表面。

9、  根据权利要求8的形成模制产品的方法，其中，将模制产品压缩到理想厚度以及熨平模制产品的表面的步骤还包括：将间隙减小到大约0.05至0.3mm之间。

10、  根据权利要求9的形成模制产品的方法，其中，减小间隙持续大约15至60s。

11、  根据权利要求1的形成模制产品的方法，其中，可模制合成物的含水量小于大约20％。

12、  根据权利要求11的形成模制产品的方法，其中，可模制合成物的含水量在大约4至15％之间。

13、  根据权利要求11的形成模制产品的方法，其中，纤维混合物的含水量小于大约15％。

14、  根据权利要求12的形成模制产品的方法，其中，可模制合成物还包括不超过大约40wt％的添加剂。

15、  根据权利要求4的形成模制产品的方法，其中，添加剂是硬化剂、流动促进剂和脱膜剂组成的组中的一种或多种。

16、  根据权利要求4的形成模制产品的方法，其中，纤维混合物包括多个纤维，并且所述多个纤维中每一个纤维具有至多大约50mm的长度。

17、  根据权利要求16的形成模制产品的方法，其中，所述多个纤维中每一个纤维具有至多大约2mm的厚度。

18、  根据权利要求17的形成模制产品的方法，其中，所述多个纤维中每一个纤维具有在大约2∶1至25∶1之间的长度厚度比率。

19、  根据权利要求1的形成模制产品的方法，其中，纤维混合物还包括大约5至30wt％的油椰纤维。

20、  根据权利要求1的形成模制产品的方法，其中，纤维混合物还包括由油椰纤维、啤酒麦芽、甘蔗浆、增塑剂、增韧剂或冲击改性剂组成的组中的一种。

21、  根据权利要求1的形成模制产品的方法，其中，结合剂是热固树脂。

22、  根据权利要求21的形成模制产品的方法，其中，结合剂是氨基树脂。

23、  根据权利要求21的形成模制产品的方法，其中，结合剂还包括三聚氰胺。

24、  根据权利要求23的形成模制产品的方法，其中，结合剂是由三聚氰胺甲醛和三聚氰胺尿素甲醛组成的组中的一种。

25、  根据权利要求1的形成模制产品的方法，其中，制备可模制合成物包括：
对可模制合成物的各个组分单独地称重；以及
在混合器中混合可模制合成物的各个组分，以形成大致上均质且包覆良好的可模制合成物。

26、  根据权利要求25的形成模制产品的方法，其中，制备可模制合成物还包括：
在第二混合器中混合可模制合成物中的各个液体组分，以形成液体混合物。

27、  根据权利要求26的形成模制产品的方法，其中，制备可模制合成物还包括：
将液体混合物喷入混合器中。

28、  根据权利要求27的形成模制产品的方法，其中，混合器以大约29rpm的转子速度工作。

29、  一种形成模制产品的方法，所述方法包括：
在模具腔体中装填可模制合成物，所述可模制合成物包括大约40至60wt％的纤维混合物和大约15至45wt％的结合剂，其中，将所述腔体装填至多大约90％的腔体容量；
启动所述模具，将大约435至870psi的填塞压力施加到模具内的可模制合成物；
提供一湿气排放出口，该湿气排放出口响应于可模制合成物中的压力，并被设定为对湿气含量及合成物中的压力提供预定的控制，从而产生具有预定密度和强度的模制产品；以及
在可模制合成物基本上固化时，从型腔取出模制产品。

30、  根据权利要求29的方法，其中，通过保持邻近可模制合成物的模具各部分之间的间隙提供排放出口。

31、  根据权利要求29的方法，其中，排放出口由模具中的可模制合成物暂时堵塞，以在预定时间内暂时阻止湿气的释放。

32、  根据权利要求29的方法，其中，控制湿气含量，以在可模制合成物中产生气泡，从而制造出具有预定密度的模制产品。

形成高强度模制产品的方法
技术领域
本发明总的涉及一种高强度模制产品，例如平板架或一件家具。更具体地，本发明涉及由可模制合成物形成高强度产品的方法。
背景技术
通常，大多数产品由例如油、矿物、木头或金属的天然资源制造。然而，随着环境意识增强，趋于重复使用和再循环产品，以保护天然资源并且最小化所产生的废料。
吸引较多研究兴趣的重复使用和再循环产品的合乎环境要求的替代方案是使用农业和园艺废料作为原材料。这种研究目标是找到例如木头、金属、塑料、木片、塑料板等等的常规原材料的替代品，以实现废料最小化和天然资源保护的目的。因此，已经公开了使用木头废料、农业和园艺废料制造模制产品的许多方法，以及在这些方法中使用的可模制合成物。
由香港CS环境技术有限公司申请的欧洲专利申请公开No.1176174披露了一种可降解材料，用于生产建筑材料、楼梯栏杆、门框、地板和家具材料等产品。所述可降解材料包括作为基本组分的园艺和农业废料和结合剂。通过在粉碎机中研磨植物纤维直到所述植物纤维细小到足以通过具有至少20个网孔的筛网(即具有尺寸为大约0.80毫米(mm)或更小的孔口的筛网)为止，从而制备基本组分。
通过在20至60℃的温度下将结合剂添加到基本组分中，且以每分钟200至600转(rpm)的速度持续20至40分钟(min)混合得到的混合物，从而制备可降解材料。然后，将得到的混合物的温度升高到80至100℃中保持5到20分钟，以便进一步混合。随后将得到的混合物冷却至室温，形成所述可降解材料。
因为形成基本组分的植物纤维是非常细小，因此需要大量结合剂以使模制产品具有要求的强度。使用大量结合剂会增加制造成本。与使用粗糙纤维相比，使用细小纤维也花费得更多。
另外，将可降解材料加热到80至100℃以进一步混合的额外步骤增加了制造成本，并且延长了各个生产循环的处理时间。
类似地，由Choo Thiam Huay，Gary申请的国际专利申请公开No.WO02/20667披露了使用植物纤维模制产品，例如桌面、高尔夫球球座隔离物。模制产品由模制混合物制成，所述模制混合物包括重量百分比(wt％)为40至60％的植物纤维、至多10wt％的淀粉、10至55wt％的水、以及3至10wt％的水溶性结合剂。模制混合物被灌注进模具中，且在降低压力以防止爆炸之前，在一定时间内承受15至60℃温度和每平方英寸1000至7000磅(psi)的压力。随后，在从模具中移出模制产品之前，将温度和压力分别增加到100至200℃和500至1500psi之间。
因为添加了大量的水以形成模制混合物，因此模制混合物中的含水量是相当高的。由此，模制过程期间大量的水分蒸发，增加了加工期间模制混合物中的压力，这又相应增加了在打开模具时因为压力突然释放而导致模制混合物脱层的可能性。
此外，高含水量可将结合剂稀释到结合剂不能有效结合植物纤维的程度。在这种情况下不能形成模制产品。
在国际专利申请No.PCT/SGOl/00180中披露的模制产品的另一缺陷在于：它不防水，因而会在与液体接触时分解。因此，需要在模制产品上涂布防水材料以及使放水涂层干燥的附加处理步骤。这些附加步骤增加了生产模制产品的成本且延长了各个生产周期所需的时间。
另外，在模制加工期间改变处理温度是不可行的，因为它增加了模具和模制混合物达到所需温度的时间；改变处理温度将明显会延长各个生产周期的处理时间。
其他方法和可模制合成物涉及到例如餐具、容器和封装材料等模制产品的制造，这些产品不要求高强度，因此不能承受大的应力，否则将失效。
发明内容
考虑到上述问题，本发明意在提供一种利用木头废料、农业/园艺废料形成高强度模制产品的方法，所述木头废料、农业/园艺废料本身是防水的，因此不需要进一步涂覆防水材料。另外，本发明意在提供一种形成高强度模制产品的方法，所述方法不需要处理温度极大变化。另外地，本发明意在提供一种经济且具有短的生产周期的形成高强度模制产品的方法。
通过提供一种由可模制合成物形成高强度模制产品的方法，本发明满足了这些需要。应当理解的是，本发明可以以众多方式被实现，包括各种过程、装置、系统、设备或方法。在下面描述了本发明的几个创造性的实施例。
本发明的一个实施例提供一种形成高强度模制产品的方法。所述方法开始于制备可模制合成物。所述可模制合成物包括大约40至60wt％的纤维混合物和大约15至45wt％的结合剂。在将大约435至870磅/平方英寸(psi)的填塞压力施加到可模制合成物之前，在型腔中装填可模制合成物至型腔容量的至多大约90％。在限定型腔的第一模具部分和第二模具部分之间保持大约0.1至0.5mm的预定间隙。在可模制合成物基本上固化时，从型腔取出模制产品。优选地，施加压力持续大约20至60s的时间。
优选地，第一模具部分和第二模具部分被保持于大约110至180℃的温度。更优选地，第一模具部分被保持比第二模具部分温度高20℃。
优选地，在可模制合成物被固化大约90％时，将第一模具部分和第二模具部分之间的间隙增加到大约10mm。
优选地，通过将第一模具部分和第二模具部分之间的间隙减小到大约0.05至0.3mm之间并保持大约15至60s，模制产品被压缩到理想厚度且优选熨平模制产品的表面。
优选地，可模制合成物包括不超过大约40wt％的添加剂。添加剂可以是由硬化剂、流动促进剂和脱膜剂组成的组中的一种。
优选地，可模制合成物的含水量小于大约20％。更优选地，可模制合成物的含水量在大约4至15％之间。优选地，纤维混合物的含水量小于大约15％。
优选地，纤维混合物包括多个纤维，所述多个纤维中每一个纤维具有至多大约50mm的长度和至多大约2mm的厚度。优选地，所述多个纤维中每一个纤维具有大约2∶1至25∶1的长度厚度比率。优选地，纤维混合物包括大约5至30wt％的油椰纤维。优选地，纤维混合物包括由油椰纤维、啤酒麦芽、甘蔗浆、增塑剂、增韧剂或冲击改性剂组成的组中的一种。
优选地，结合剂是热固树脂。更优选地，结合剂是氨基树脂。
优选地，结合剂包括三聚氰胺。结合剂可以是由三聚氰胺甲醛和三聚氰胺尿素甲醛组成的组中的一种。
优选地，可模制合成物通过下述步骤被制备：对可模制合成物的各个组分单独地称重，然后将可模制合成物中的各个组分在混合器中混合，以形成大致上均质且包覆良好的可模制合成物。优选地，将可模制合成物中的各个液体组分在第二混合器中混合以形成液体混合物，优选地，将液体组分喷入混合器中。所述混合器以大约29rpm的转子速度工作。
在本发明的另一实施例中，提供一种形成模制产品的方法。所述方法开始于使用可模制合成物装填模具腔体，所述可模制合成物包括大约40至60wt％的纤维混合物和大约15至45wt％的结合剂。将所述腔体装填至最多大约90％的腔体容量。此后，启动所述模具，将大约435至870磅/平方英寸(psi)范围内的填塞压力施加到其中的可模制合成物。湿气排放出口响应于可模制合成物中的压力，并被设定对湿气含量及所述合成物中的压力提供预定控制，从而产生具有预定密度和强度的模制产品。在可模制合成物基本上固化时，所述模制产品被从型腔取出。
优选地，通过保持邻近可模制合成物的模具各部分之间的间隙提供排放出口。排放出口可以由模具中的可模制合成物暂时堵塞，以在预定时间内暂时阻止湿气释放。
优选地，控制湿气含量，以在可模制合成物中产生气泡，从而生成预定密度的模制产品。
根据下面结合附图根据例子对本发明原理的详细阐述，本发明的其他方面和优点将变得清楚。
附图说明
通过下面结合附图的详细说明，将使本发明容易理解。为了便于说明，相同附图标记指代相同的结构部件。
图1是示出依据本发明一个实施例的制备可模制合成物的方法的流程图。
图2是示出依据本发明一个实施例的制备纤维混合物的方法的流程图。
图3示出依据本发明一个实施例的形成模制产品的压力机。
图4示出依据本发明一个实施例的在模制产品形成期间型腔和凸模的放大视图。
图5A示出根据本发明实施例的脱模机构静止时的横截面图。
图5B示出根据本发明实施例的脱模机构工作时的横截面图。
图6是示出依据本发明一个实施例的形成模制产品的方法的流程图
具体实施方式
本发明提供一种利用可模制合成物形成高强度模制产品的方法。在下述说明书中，为了提供对本发明的整体理解阐述了许多具体细节。然而，本领域技术人员应理解，在不满足部分或全部这些具体细节的情况下仍可以实施本发明。在其他情况下，没有详细描述公知的过程操作，以避免不必要地模糊本发明。
可模制合成物包括重量百分比为大约40至60％(wt％)的纤维混合物和大约15至45wt％的结合剂。可模制合成物可包括不大于大约40wt％的添加剂。
可模制合成物中含水量优选小于大约20％，更优选地在大约4至15％之间。较高含水量会稀释可模制合成物中的结合剂浓度。因而，需要较长过程时间固化具有较高含水量的可模制合成物。
另外，保持可模制合成物中含水量少于大于20％，将省略从模制产品中去除水分以防止菌类生长的后固化处理步骤。通过减少处理步骤的数目，可以以较低成本和较短生产周期来生产模制产品。
因为纤维混合物本身含有水分且有可能结合剂及添加剂本身也含有水分，因此不需要额外的水。纤维中含水量优选小于大约15％。更合适地，通过添加除水以外的10至20wt％的具有较低沸腾点的助溶剂，例如酒精，可减少可模制合成物中的含水量。
纤维混合物可包括建造建筑物时的木头废料、用过的家具、用过的木制台架和锯屑和/或农业和园艺废料，例如叶子、茎和枝。来自木头废料农业和园艺废料的纤维是容易以低成本得到的，且制得的模制产品具有良好的隔声、绝热性能。此外，这种纤维还赋予模制产品以强度，使模制产品在受到应力影响时提供抗变形性。
优选的是具有至多大约50毫米(mm)长、至多大约2mm厚及大约2∶1至25∶1的长度厚度比的纤维。因为模制产品从纤维而不是由结合剂提供的结合得到强度，所以优选使用较长纤维，虽然较长纤维具有较少的结合表面。因此，当在可模制合成物中使用的纤维越长时，需要的结合剂数量就越少。
在纤维混合物中可包括大约5至30wt％的油椰纤维，以增加模制产品的弹性和延展性，使模制产品很少破碎。然而，较高的油椰纤维含量可降低模制产品的强度，因为油椰纤维通常在尺寸上较小，通常最多50mm长和大约0.3至1mm厚。因此，根据想得到的模制产品的参数，可以改变纤维混合物中油椰纤维的组分。
添加油椰纤维还是优选的，因为油椰纤维具有低的水分含量且包含木质素，所述木质素是良好的分散剂且在受到压力作用时用作结合物。
可以从油椰的各个部分中得到油椰纤维，例如躯干、叶和果。油椰的这些部分通常是无用的。因此，本发明提供了一种减少浪费和最小化由油椰焚烧所导致的环境污染的方法。
除成本低之外，油椰纤维还是全年中都容易得到的具有各种大小的纤维。
可替代的，尽管不是最优选的，可以采用例如啤酒麦芽和甘蔗浆(sugarcane pulp)或者诸如增塑剂、增韧剂或冲击改性剂之类的化学药品来取代油椰纤维，从而改善模制产品的延展性和弹性。
结合剂优选是热固树脂，例如氨基树脂、环氧树脂、烯丙基树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、硅树脂、聚酯、芳烃(polyaromatic)或呋喃。更优选地，结合剂是氨基树脂，因为这种树脂很好地与纤维混合物一起形成均质的混合物，进而形成耐热、耐压和耐化学品的模制产品。氨基树脂是热固性塑料材料，通过将带有氨基(-NH₂)的化合物(例如苯胺、亚乙基脲、胍胺、三聚氰胺、磺胺、硫脲及尿素等)与甲醛反应，产生所述热固性塑料材料。
优选地，结合剂包含三聚氰胺，赋予模制产品以延展性、耐热性和防水性。包含三聚氰胺的结合剂的例子包括三聚氰胺甲醛和三聚氰胺尿素甲醛。使用三聚氰胺尿素甲醛形成的模制产品具有几乎可以忽略不计的甲醛量，因为在模制过程中，几乎全部氨基树脂中的甲醛蒸发掉，在模制产品中剩余的甲醛量可忽略不计。因此，从这种模制产品散发的甲醛是最少的，且将因此不会构成健康威胁。
添加剂可以包括大约0.1至0.4wt％的硬化剂(例如氯化铵)以加速结合剂的固化过程、大约6至18wt％的流动性促进剂(例如木薯淀粉)以增加可模制合成物的流动性、和大约0.2至0.9wt％的脱模剂(优选为大豆卵磷脂)以便于从模具中取出模制产品。
大豆卵磷脂是一种优选的脱模剂，因为它是植物性的、可重复使用的、生物可降解的、不包含任何有毒添加剂的、并且在模制期间不会释放任何有毒气。
表1A、1B和1C示出可模制合成物的实例，依据本发明的一个实施例所述可模制合成物可被用于形成台架。
表1A
(所有数量以wt％为单位)