用于干法制造硬质纤维素产品的方法和装置与流程

本发明一般涉及用于干法制造具有基本上不平坦的总体形状的硬质纤维素产品的方法和设备领域。纤维素产品可用于包装、储存、运输和/或展示其他产品，例如电子产品、工具、珠宝、食品、乳制品、化妆品等，和/或可用作一次性/多次使用的一次性物品。本发明还涉及硬质纤维素产品和连续或不连续的纤维素坯料。

背景技术：

1、在许多情况下，希望提供由可持续材料制成的二维(2d)或三维(3d)形状的物体。通常用于包装插入物的材料是湿模塑纸浆。湿模塑纸浆的优点是被认为是一种可持续的包装材料，因为它是由生物材料制成的，使用后可以回收。因此，模塑纸浆在初级和次级包装应用(在物品旁边包装和这种包装的组装)中的受欢迎程度迅速增加。

2、所有湿法成型技术的一个共同缺点是在制造过程中需要大量的水，并且需要对模制产品进行干燥，这是一个耗时和耗能的步骤，导致生产速度低，机器和工具的投资成本高。这意味着该技术不可能大规模取代化石替代品。

3、此外，许多现代精益生产线需要在线按需包装或部件制造，其中湿法成型工艺是不优选或不可行的。最近，开发了新的纤维基材料，目的是实现三维物体/产品的干法成型。wo2014/142714公开了一种方法。wo2014/142714公开了一种干铺复合幅材，其是用于热成型三维形状物体的中间产品，包括按重量40-95％的ctmp纤维、5-50％的热塑性材料和0-10％的添加剂，其中干铺复合织物已经用含有热塑性材料、聚合物的分散体、乳液或溶液浸渍，并且干燥，获得50-250k克/立方米的密度，或者如果通过压延400-1000k克/立方米进行压缩。根据wo2014/142714，在热成型过程中施加的较高温度激活了聚合物的结合，并有助于热成型物体的最终强度。

4、在空气/干铺法中形成纤维素纤维片材通常提供所述纤维素纤维的弱网络强度，即弱自支撑性能。所述空气铺制片材/坯料可以是基本上不平坦产品的干燥纤维素形成/制造工艺中的中间产品。由于所述中间产品的脆性，可能有必要提高所述片材的自支撑性能，以提高所述具有基本上不平坦的总体形状的硬质纤维素产品的制造过程的效率和灵活性。

5、已经确定，纤维素纤维具有很强的吸湿性，并且空气/干铺工艺对静电荷和工艺条件(如空气流和湿度)敏感。纤维素纤维的这种行为使得难以在成型结构/幅材上提供均匀的纤维素纤维坯料/片材，因为纤维素纤维倾向于聚集在一起，并且坯料的克重/厚度将变得不均匀/不可预测。本领域试图提供一种控制纤维素坯料的性能/克重的解决方案，即使用如se1750313中所述的塔成型单元，其中使用纤维分离刷和第一压实辊试图在轴向和横向上获得均匀的纤维素坯料。纤维素坯料的不均匀克重可以通过根据ep3429928的等静压程序在某种程度上得到补偿。然而，这在工具方面更为复杂，需要更长的处理时间，并且是一个更复杂的过程。这种成型塔和等静压工艺的问题在于，它的所有机械部件都相当复杂，以便将尽可能均匀的纤维素纤维层分布到成型幅材上。在用于形成3d形状的部件/产品的压制步骤中的一个常见问题是纤维素纤维片才/坯料可能由于复杂的部件结构/设计和/或深产品而破裂。

6、本领域需要一种更可靠的基本上不平坦的硬质纤维素产品的干纤维素形成/制造方法，其减少或消除在压制步骤中产生裂纹的风险。

技术实现思路

1、本发明的目的

2、本发明旨在消除先前已知的用于干法制造硬质纤维素产品的方法和设备的上述和其他缺点和缺陷，并提供一种用于干法制造具有基本上不平坦的总体形状的硬质纤维素产品的改进方法和设备。

3、本发明的主要目的是提供一种改进的方法和设备，用于由纤维素纤维干法形成/制造具有基本上不平坦的总体形状的硬质纤维素产品。本发明的另一个目的是提供一种用于制造硬质纤维素产品的方法和设备，该方法和设备要求所生产的纤维素产品没有裂纹，否则裂纹源自纤维素产品的压制。本发明的另一个目的是提供一种用于制造硬质纤维素产品的方法和设备，其中可以定制纤维素坯料的克重，以获得具有所需特性/性能(例如刚度、厚度、克重等)的最终纤维素产品。本发明的另一个目的是提供一种用于制造硬质纤维素产品的方法和设备，其可以生产连续或不连续的纤维素坯料。本发明的另一个目的是提供一种用于制造硬质纤维素产品的方法和设备，其产生较少废料/废物。本发明的另一个目的是提供一种用于制造硬质纤维素产品的方法和设备，其中使坯料成型单元不那么复杂。

4、根据本发明，至少主要目的是通过具有独立权利要求中限定的特征的最初限定的方法和设备来实现的。本发明的优选实施例在从属权利要求中进一步限定。

5、根据本发明的第一方面，提供了一种设备，包括：

6、-分解单元，其用于从纤维素原料中提供一定量的分离的纤维素纤维，

7、-纤维素坯料成型单元，其包括：

8、-分配器，其用于引导来自分解单元的携带纤维素纤维的空气流，

9、-成型鼓，其具有包括穿孔的外表面，其中所述外表面构造成用于接收纤维素纤维并且用于由空气流经由分配器输送的所述量的分离的纤维素纤维形成纤维素坯料，

10、-空气去除装置，其布置在所述成型鼓内部，以及

11、-支撑结构，其用于接收在所述成型鼓上形成的纤维素坯料，

12、-产品成型单元，其用于通过压制由所述纤维素坯料生产具有基本上不平坦的总体形状的硬质纤维素产品，

13、其中所述设备的特征在于，所述成型鼓的外表面包括具有第一穿孔密度的第一区域和具有小于所述第一穿孔密度的第二穿孔密度的第二区域，用于形成连续或不连续的纤维素坯料，所述纤维素坯料的克重在源自所述第一区域的第一位置处比源自所述第二区域的第二位置处更高。

14、根据本发明的第二方面，提供了一种方法，包括以下步骤：

15、-通过分解纤维素原料来提供一定量的分离的纤维素纤维，

16、-通过空气流将分离的纤维素纤维输送到成型鼓的外表面，其中成型鼓的所述外表面包括穿孔，

17、-通过从成型鼓内部去除空气在成型鼓的外表面形成连续或不连续的纤维素坯料，以便将纤维素纤维临时保持在成型鼓外表面，

18、-将连续或不连续的纤维素坯料从成型鼓转移到支撑结构，以及

19、-通过在产品成型单元中压制连续或不连续的纤维素坯料来生产具有基本上不平坦的总体形状的硬质纤维素产品，

20、其中所述连续或不连续的纤维素坯料包括第一位置和第二位置，其中所述第一位置具有比所述第二位置更高的克重，并且其中所述第一位置源自具有第一穿孔密度的所述成型鼓的外表面的第一区域，并且所述第二位置源自具有比所述第一穿孔密度小的第二穿孔密度的成型鼓的所述外表面的第二区域。

21、因此，本发明基于在成型鼓的外表面上具有不均匀的穿孔密度，使得不同量的纤维素纤维附着到旋转成型鼓的不同部分，从而连续或不连续的纤维素坯料在轴向和/或径向上可以具有不同/变化的克重或表面重量。

22、本发明的一个优点是，该方法和设备为纤维素坯料提供了适当的强度和刚度，从而在生产/压制具有基本上不平坦的总体形状的所述硬质纤维素产品时防止其破裂。

23、本发明的另一个优点是，纤维素坯料的克重可以容易地定制，以获得待生产的基本上不平坦的硬质纤维素产品的所需性能。

24、根据本发明的各种示例性实施例，纤维素坯料在轴向和/或横向方向上是不连续的，即垂直于和/或平行于支撑结构/幅材的运动方向。这些实施例的优点在于，可以形成在轴向和横向上具有足够克重的纤维素坯料的单个条带和/或片料，以供以后在用于生产基本上不平坦的硬质纤维素产品的压制工具中使用。

25、根据本发明的各种实施例，成型鼓的外表面的第二区域的第二穿孔密度等于零，因此源自这些第二区域中的纤维素坯料的克重也为零，即提供纤维素坯料的单个片才，即条带和/或片料。

26、根据本发明的各种实施例，成型鼓的外表面包括主包络表面和设置在主包络表面中的一个或多个凹部，其中具有第一穿孔密度的第一区域位于所述一个或多个凹部中，用于形成连续或不连续的纤维素坯料，所述纤维素坯料在源自所述第一区域的位置处具有比源自所述第二区域的位置更高的克重。

27、在成型鼓中具有用于产生连续或不连续纤维素坯料的更高克重部分(即具有更多纤维素纤维的位置)的凹部的优点在于，更容易将空气/干铺纤维素纤维的生产步骤筛选/封装到成型鼓。因此，很明显，成型鼓可以以各种方式适用于最终的纤维素产品，特别是用于加强易于破裂的区域和/或使产品的预定区域更硬。

28、根据本发明的各种实施例，纤维素坯料成型单元还包括第二成型鼓，所述第二成型鼓具有包括穿孔的外表面以及布置在第二成型鼓内部的第二空气去除装置，其中所述外表面构造成用于接收纤维素纤维并用于由通过空气流输送的一定量的分离的纤维素纤维形成纤维素坯料。

29、第二成型鼓的使用基于在生产/压制硬质纤维素产品之前提供附加纤维素纤维的连续或不连续纤维素坯料的洞察力，所述附加纤维素纤维旨在连接到(第一)成型鼓的连续或非连续纤维素坯料。从而，进一步增强了定制到达产品成型单元的连续或不连续纤维素坯料的不同位置的克重的能力。

30、来自(第一)成型鼓和第二成型鼓的纤维素纤维可以同时作为单个连续或不连续的纤维素坯料施加到支撑结构上，或者单独施加，其中在支撑结构处形成最终的连续或不连续的纤维素坯料。

31、根据本发明的各种实施例，(第一)成型鼓和第二成型鼓的纤维素纤维是不同类型的，即不同的原料、不同的纤维尺寸、不同的添加剂等。

32、这些实施例的优点是最终纤维素产品的机械性能可以被定制以满足特定要求。

33、本发明的进一步优点和特征将从以下优选实施例的详细描述中变得明显。