專利名稱：利用稻殼制造物體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維素物體例如呈條狀、片狀或其它既定形狀物體的制造方法，還涉及這種方法所制得的產(chǎn)品。
澳大利亞專利說明書第AU-48947/93號描述了一種制造物體的方法，此種物體是由粘接劑與包括稻殼和/或?qū)⒌練つゼ毸@顆粒的進料混合而成。所述粘接劑包括RF(射頻)可固化組合物。該進料及粘接劑的混合物在模子或壓力機中形成具有一般所需形狀的物體，并且通過向既定形狀施加頻率和密度適當?shù)腞F場而使粘接劑固化以形成具有大體所需形狀的粘合體，并且持續(xù)一段合適的時間以便在混合物中產(chǎn)生介電加熱，從而使粘接劑固化以形成最終的粘合體。然后將粘合體從模子或壓力機中取出。
本發(fā)明的目的在于改進根據(jù)該專利說明書形成物體的方法，或提供另一種使用稻殼來形成物體的有用的方案或補充方法。
本發(fā)明提供了一種形成稻殼物體的方法，此方法包括將稻殼與粘接劑混合，粘接劑包括一種固化作用需使用熱或可由熱促進固化的組合物；在一成形臺將稻殼與粘接劑的混合物形成大體所需形狀的物體；將基本上整個成形物體的溫度升高，直至指示粘接劑開始固化的參數(shù)或與粘接劑開始固化有關(guān)的參數(shù)達到一預定量或被觀察到；以及，在固化開始之后，再繼續(xù)進行粘接劑的固化，直至粘接劑基本上完全固化為止。通過監(jiān)測加熱以測定粘接劑固化的起始，并且以一獨立處理階段來處理緊接下來的固化，這樣可使制造過程獲得更好的控制，且生產(chǎn)及產(chǎn)品成本以及產(chǎn)品質(zhì)量均可趨于最優(yōu)。
在本發(fā)明的優(yōu)選方法中，至少絕大部分進料為完整的或未經(jīng)處理的稻殼，因為完整的稻殼中具有空穴，因此可提供聲音絕緣和/或熱絕緣。“完整的”或“未經(jīng)處理的”稻殼指的是完整的稻谷經(jīng)打谷以分離食用稻米后所剩的稻殼。打谷操作后所剩的“未加工”稻殼以重量計例如可含5％至10％的灰塵精細顆粒。稻殼在與粘接劑混合之前，最好先將精細顆?；蚧覊m顆粒除去。本發(fā)明的方法可包括未加工進料的風選，例如，未加工進料可由一空氣流予以通氣，以將精細顆粒帶走，但空氣流須不足以攜帶走稻殼中較大的碎片。未加工稻殼例如可緩緩地向下通過一具有橫向空氣流或上升氣流的塔，以收集及分離精細顆粒及灰塵顆粒。精細灰塵顆?？赡芤驗榕c較大顆粒相比具有單位重量更大的表面積，因此可有效地吸取相當比例的液態(tài)粘接劑，其所吸取的比例高于它在混合物中所占的重量比例。例如，當以重量計算時，存在量為5％至10％的灰塵可吸取10％至20％的液態(tài)粘接劑。因此發(fā)現(xiàn)，若精細顆粒以顯著比例存在時，成形物體的粘合強度將會降低。
除了可將稻殼向下通過一塔外，另一個方式為，將一批未加工稻殼在一容器中流體化，以使得較輕的精細顆粒升得較高而得以將其自容器中去除。優(yōu)選的是能將會污染未加工稻殼材料的較重顆粒、例如污泥或礦物質(zhì)顆粒予以分離。未加工稻殼的流體化作用可使例如污泥或細砂等較重顆粒傾向于在容器的底部收集，從而可在容器底部將其與稻殼分離。
優(yōu)選的是，本發(fā)明的方法還包括分離或鈍化最初進料中的任何完整稻粒。散裝稻殼或未加工稻殼材料可具有混合于其中的高至5％的稻粒，這個百分比可由分離稻殼所用的打谷和風選方法的效率而大范圍地變化。混于進料中的完整稻殼粒如果與粘接劑混合并粘合成最終的粘合體，它將會產(chǎn)生產(chǎn)品使用上的問題，尤其是如果稻米種子仍能發(fā)芽時。例如，如果完整的稻粒形成在物體中且物體在任何階段與水(包括高溫度)接觸，若種子尚具活力，則便可能發(fā)芽而導致產(chǎn)品產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和/或美學上的物理缺陷。
未加工進料可于容器中流體化，以使較重的完整稻粒傾向于累積在容器的底部，從而可將其從容器中取出。
最好將混合物中任何完整的稻粒去活化，其方法為例如在提高成形物體溫度的步驟期間，將物體的溫度升高到足以將任何活的種子殺死或去活化。整個物體溫度可升至高于80℃，最好高于90℃。
形成稻殼物體的方法可從微粒狀進料的一般加工方法進行改進，使得由微粒狀進料及粘接劑所形成的混合物具有基本上均勻的密度及組成，亦即，基本上除去不均勻性。此種加工方法最好包括除去包括污泥或礦物顆粒的較重顆粒，以及最好除去如上所述的整個稻粒。為盡可能制得均勻的混合物，本發(fā)明的方法最好還包括除去如上文所討論的精細?；蚧覊m顆粒。
如果需要，混合物亦可包含額外的填料或物質(zhì)，以便能利用現(xiàn)成的進料和/或使最終產(chǎn)品具有所需的性能。舉例言之，進料中除完整的稻殼外，可摻入稻草(可剁碎或以其它方式處理成所需的長度)、大麻纖維或其它纖維素纖維的填料。具有長纖維的填料或其它添加劑有助于稻殼的粘合，并可使最終產(chǎn)品的抗拉強度提高。其它添加劑例如可為阻燃劑、殺蟲劑、殺真菌劑、染色劑等。
本方法使用在升高溫度下固化的粘接劑，例如，合適的熱固性或熱固化樹脂粘接劑，如包括適當催化劑的脲甲醛樹脂或酚醛樹脂。本方法包括在稻殼與粘接劑的混合物形成總體所需的形狀時升高混合物整體溫度的步驟，所需的形狀可為最終形狀或過渡形狀。
在一可行的實施例中，將稻殼與粘接劑的混合物置入位于成形操作臺上的壓?；蜩T模中，以使得混合物形成待成形產(chǎn)品總體所需的最終形狀。然后借由傳導作用，自壓?；蜩T模將熱施加于混合物。例如，壓?；蜩T?？杀恢苯蛹訜?，如由鄰近的氣體火焰直接加熱，以使得熱燃燒產(chǎn)物接觸及加熱壓?；蜩T模。另一加熱方式為，將電阻加熱元件置入壓?；蜩T模中，以便可電加熱模子。再一加熱方式為鑄模部件的感應加熱，通過在鄰近模子部件處設(shè)置線圈，以使線圈中的高頻交流電在模子中感應電流而將其加熱。
混合物中水含量的RF感應介電加熱為另一種加熱選擇方案。當成形物體在整個物體中包含顯著的水含量時，升高溫度的步驟可包括將一具有適當頻率及強度的RF場施加于成形物體上，以便介電加熱成形物體中的水。指示粘接劑開始固化的參數(shù)或與粘接劑開始固化有關(guān)的參數(shù)包括自物體冒出冷凝蒸汽的現(xiàn)象。在冒出冷凝蒸汽現(xiàn)象時，最好立刻或于短時間內(nèi)基本上停止施加RF場。已發(fā)現(xiàn)，在冷凝蒸汽出現(xiàn)后，若再持續(xù)施加RF場一段時間，將導致在金屬場板間產(chǎn)生電弧或放電，放電將燃燒或破壞已成形的物體。
在本發(fā)明另一可行的實施例中，成形物體包括多孔質(zhì)體及經(jīng)加熱的流體，尤其是經(jīng)加熱的氣體，例如經(jīng)加熱的空氣或蒸汽。此經(jīng)加熱的流體可在模子或模腔中貫穿成形物體所產(chǎn)生的壓力差下流動，以使加熱流體通過多孔混合物而直接加熱物體整個厚度以誘發(fā)粘接劑的固化。例如，物體可在加熱流體從其間通過的相對多孔板間成形。成形物體可包括具有相對外表面與圍繞外表面周邊之側(cè)邊的嵌板，此嵌板包括一個覆蓋至少其中一個外表面的不可滲透薄板，例如層壓面板，且此薄板連接于物體之上。壓力差在側(cè)邊的不同部位之間產(chǎn)生，以使得經(jīng)加熱的流體可在側(cè)邊之間且總體與外表面平行地通過嵌板。
為制得低孔隙度的致密物體，經(jīng)加熱的流體可通過多孔質(zhì)體，直到粘接劑即將開始固化或剛剛開始固化，然后將多孔質(zhì)體壓縮至較小的體積，以獲得較致密的物體，然后保持質(zhì)體處于壓縮狀態(tài)，直到粘接劑開始固化而產(chǎn)生具有較高致密度的穩(wěn)定形狀。
混合物亦可擠壓通過一具有所需形狀的模子?；旌衔锟稍谀Ｗ又屑訜幔沟卯敭a(chǎn)品自模子擠制出時，粘接劑已充分固化，而使產(chǎn)品得以維持所需的形狀。在混合物經(jīng)施壓通過模子的情況下，混合物的加熱可經(jīng)由加熱模子表面而完成，例如可通過直接與燃燒產(chǎn)物接觸，或借由阻抗或感應電加熱模子。包含完整稻殼(具有或不具有例如填料等其它組份)與粘接劑之混合物的進料可被送入螺旋加料器并同時于其中予以壓縮，以在壓力下得以進入經(jīng)加熱的擠制模。模子的內(nèi)表面可經(jīng)處理以降低摩擦力或阻力，例如可通過涂覆一種例如商標為Teflon的非粘性物質(zhì)。此種擠制方法適用于連續(xù)制造產(chǎn)品，例如制造具有裂縫的大體環(huán)形截面形狀的用于容納待絕緣管子的管絕緣套。
在本發(fā)明的另一具體實施例中，形成混合物的步驟包括首先將混合物置入一封閉密封的模腔中，其次通過基本上減小體積以壓縮混合物，使得模腔的內(nèi)部壓力升高，并因此使得模腔中的物質(zhì)溫度升高。
不論使用何種方法以提高混合物的溫度，且不論使用何種系統(tǒng)以將混合物形成所需的形狀，使粘接劑固化的步驟最好包括使成形物體受到與粘接劑開始固化時不同的處理條件。
在一個優(yōu)選的實施例中，粘接劑在參數(shù)到達預定值時固化(例如，當整體混合物到達一預定溫度，或者令混合物在一預定溫度下維持一預定時間)，以便成形物體在固化開始時具有基本上穩(wěn)定的形狀。進行粘接劑固化步驟可包括自成形操作臺(例如自壓?；蜩T模中)取出成形物體，然后在穩(wěn)定形狀下進一步處理此物體，以固化粘接劑至接近或到達其最高的強度。令人意外的是，成形物體足夠穩(wěn)定以便在粘接劑開始固化時進行處理，這一意外發(fā)現(xiàn)使得整個固化過程可與粘接劑固化的啟動分開進行。這便能有效地使用將混合物形成既定形狀的設(shè)備和用于升高成形物體整體溫度的設(shè)備。舉例言之，在使用RF場以在混合物內(nèi)產(chǎn)生介電加熱以使粘接劑固化到足以形成穩(wěn)定形狀之物體的實施例中，進一步處理物體的步驟可包括，使用傳導熱或輻射熱進一步加熱物體，以使粘接劑基本上完全固化。其它如上所述可行的加熱方法同樣可于短時間內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的形狀，這些加熱方法可與加熱系統(tǒng)分開進行，直至粘接劑固化至最高的強度。
對于某些粘接劑而言，粘接劑與稻殼之混合與升高溫度之間的時間間隔基本上優(yōu)選少于20分鐘，更優(yōu)選少于10分鐘，最優(yōu)選少于1分鐘，例如約30秒。說明書第AU-48947/93中描述，由于稻殼具防水性，因此添加水基組合物并不會導致顯著的水量被吸入稻殼中。然而，與此說明相反，已發(fā)現(xiàn)在粘接劑固化之前，當含水粘接劑與稻殼混合基本上超過10分鐘、尤其超過20分鐘時，稻殼將會吸收大量的水。此吸水現(xiàn)象將造成顆粒粘合效率的降低，使得成形物體在固化后呈現(xiàn)較低的強度，且具有脆弱、易碎或因摩擦或碰撞而更易損壞的表面。此外，當混合物形成總體所需的形狀時，若混合物在成形前其中的粘接劑已與稻殼混合超過10分鐘，則在加熱而使粘接劑開始固化后，成形物體在從其上除去壓縮力時會向回反彈或微微擴張。據(jù)信造成此一現(xiàn)象的原因為，在壓縮作用及施加熱之前，粘接劑已發(fā)生了某種程度的固化或硬化。
雖然如此，通過使液態(tài)粘接劑與稻殼混合，然后壓縮混合物至所需形狀，以及在混合后盡快啟動粘接劑的固化，則可獲得最大的粘合強度(如果所有其它的條件均相同)，并且成形物體可維持它在啟動粘接劑固化步驟期間所具有的所需形狀。
本方法可包括添加pH調(diào)節(jié)劑，例如堿性物質(zhì)，以調(diào)節(jié)最終成形產(chǎn)品的pH值。未加工狀態(tài)下的天然稻殼可具有約7.7的pH值，但這可根據(jù)稻作物的來源而變。然而，粘接劑或其中所使用的催化劑通常呈酸性，因而使成形產(chǎn)品具有范圍在5.9至6.3的最終pH值。
通過調(diào)整混合物的pH值，例如調(diào)整液體粘接劑的pH值，可使成形物體具有任何符合其使用目的的所需pH值。就產(chǎn)品的大部分應用、例如供建筑業(yè)使用的產(chǎn)品而言，優(yōu)選具有例如范圍在6.5至7.2的大體中性的pH值。向粘接劑中或在形成進料與粘接劑的混合物時向混合物中添加白云石或石灰等物質(zhì)，可能足以使pH值增加至所需程度。亦可使用化學性pH調(diào)節(jié)劑。此外，最好應測試最初原料的pH值，以確定用于補償最初原料的不同pH值所需的pH調(diào)節(jié)添加劑用量。
成形物體中可摻入加強材料、例如金屬網(wǎng)狀物或纖維加強席，以便提高最終物體的抗拉強度，例如使物體具有用于建筑物中的結(jié)構(gòu)性強度。測試結(jié)果顯示，當使用RF介電加熱時，金屬網(wǎng)狀物(其未電接地或電連至經(jīng)其施加RF場的金屬板上)可縮短增加成形物體整體溫度所需的時間。
在本文所述方法中直接將熱傳送至呈所需形狀的混合物，尤其是通過傳導作用將熱由其內(nèi)裝有混合物的模子或模具表面?zhèn)魉?，本方法特別適用于形成物體厚度高至約6厘米的產(chǎn)品。由于稻殼為有效的熱絕緣物，表面熱傳導方式并不適用于厚度約為例如10厘米的產(chǎn)品(它可能為建筑具有隔音效果的壁腔所需)。對于此種較厚的物體，適用的加熱方式為RF介電加熱、或者使經(jīng)過加熱的流體空氣或蒸汽強制通過多孔物體以貫穿整個厚度。
本發(fā)明的方法可用于制造許多不同的產(chǎn)品，例如管絕緣嵌板，其可具有高至約5厘米的壁厚度。其它可能的產(chǎn)品包括天花板板條，其具有約2厘米的厚度。另外，其它可能的產(chǎn)品包括用于門或建筑條板用的芯板，其具有在形成芯板材料期間或之后施加的表面層壓物，以提供具有所需光潔度的外表面。
權(quán)利要求
1.一種用于形成稻殼物體的方法，它包括將稻殼與粘接劑混合，該粘接劑包括其固化作用需要熱或由熱促進固化的組合物于一成形操作臺將稻殼與粘接劑的混合物形成總體所需形狀的物體；將基本上整個成形物體的溫度升高，直至指示粘接劑開始固化的參數(shù)或與粘接劑開始固化有關(guān)的參數(shù)達到一預定值或被觀察到；以及，在粘接劑開始固化之后繼續(xù)進行固化，直至粘接劑基本上完全固化為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，稻殼基本上為除去可食用米粒的整個未經(jīng)處理的稻殼，稻殼在與粘接劑混合之前，通過分離其中較重顆粒且除去精細?；蚧覊m顆粒，以獲得基本上均勻的致密度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，進行粘接劑固化的步驟包括使成形物體受到與粘接劑開始固化時不同的處理條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，粘接劑在參數(shù)到達預定值時固化，使得成形物體在開始固化時具有基本上穩(wěn)定的形狀，進行粘接劑固化的步驟包括，自成形操作臺取出成形物體，然后進一步處理穩(wěn)定形狀的物體，以使粘接劑固化至接近或到達其最高的強度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，升高物體溫度的步驟包括將一具有適當頻率及強度的RF場施加于成形物體一段適當?shù)臅r間，以便在混合物內(nèi)產(chǎn)生介電加熱，使得粘接劑充份固化以形成穩(wěn)定形狀的物體，進一步處理物體的步驟包括通過施加傳導熱或輻射熱以進一步加熱物體，使得粘接劑基本上完全固化。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5的方法，其特征在于，成形物體在整個物體內(nèi)包含顯著的水量，升高溫度的步驟包括將一具有適當頻率及強度的RF場施加于成形物體，以便介電加熱成形物體中的水，指示粘接劑開始固化的參數(shù)或與粘接劑開始固化有關(guān)的參數(shù)包括自物體冒出冷凝蒸汽的現(xiàn)象，進行粘接劑固化的步驟包括在冒出冷凝蒸汽現(xiàn)象時或之后馬上停止施加RF場的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項的方法，其特征在于，稻殼與粘接劑的成形物體包括一多孔質(zhì)體，升高物體溫度的步驟包括貫穿質(zhì)體形成一壓力差，在升高溫度下引入流體，使流體在壓力差作用下通過多孔質(zhì)體，由此基本上升高整個成形物體的溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，成形物體包括具有相對外表面與圍繞外表面周邊之側(cè)邊的嵌板，此嵌板包括一個覆蓋至少其中一外表面的不可滲透薄板，此薄板連接于物體上，在側(cè)邊的不同部位之間產(chǎn)生壓力差，以使得流體可在側(cè)邊之間且總體平行于外表面地通過嵌板。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其特征在于，處于升高溫度下的流體通過多孔質(zhì)體，直到粘接劑即將開始固化或剛剛開始固化，然后將質(zhì)體壓縮至較小的體積以產(chǎn)生非常致密的物體，然后將質(zhì)體保持在壓縮狀態(tài)，直至粘接劑已開始固化而產(chǎn)生具有增高致密度的穩(wěn)定形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的方法，其特征在于，形成混合物的步驟包括首先將混合物置入一封閉密封的模腔中，其次通過基本上減小體積以壓縮混合物，使得模腔的內(nèi)部壓力升高，且因此使得模腔內(nèi)的材料溫度升高。
全文摘要
一種通過與熱固性粘接劑混合而由未經(jīng)處理的完整稻殼形成物體的方法?；旌衔锢缈稍趬耗；蜩T模中形成具有總體所需形狀的物體,然后將整個成形物體的溫度升高,直到指示粘接劑開始固化的參數(shù)或與粘接劑開始固化有關(guān)的參數(shù)被察及或達到預定值。在開始固化之后,最好在不同的處理條件下繼續(xù)進行粘接劑的固化,直至粘接劑大體上完全固化。為了升高物體的溫度,可施加一RF場,以便在混合物內(nèi)產(chǎn)生介電加熱,直到冷凝蒸汽從物體冒出,此時,即停止施加RF場。另一種適用于多孔物體的加熱方法包括:貫穿質(zhì)體產(chǎn)生一壓力差,然后引入一經(jīng)過加熱的流體,使得經(jīng)過加熱的流體通過多孔質(zhì)體。為制得較致密的物體,剛經(jīng)加熱的多孔質(zhì)體可被壓縮,直至粘接劑發(fā)生固化而形成致密度增加的穩(wěn)定形狀。
文檔編號B27N3/00GK1202851SQ96198517
公開日1998年12月23日 申請日期1996年10月4日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月6日
發(fā)明者理查德·勞倫斯·盧埃林 申請人:理查德·勞倫斯·盧埃林