RS61751B1

RS61751B1 - Postupak proizvodnje proizvoda od celuloze koristeći uređaj za oblikovanje pod pritiskom, uređaj za oblikovanje pod pritiskom i proizvod od celuloze

Info

Publication number: RS61751B1
Application number: RS20210473A
Authority: RS
Inventors: Ove Larsson; Linus Larsson
Original assignee: Pulpac AB
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2021-05-31
Also published as: CY1124942T1; DK4043353T3; JP6940582B2; EP4043353A1; CA3017725A1; CL2018002601A1; US20240066766A1; CN112477072A; RS65278B1; RS65482B1; AU2022271413A1; DK3429928T3; FI3967615T3; JP7848442B2; AU2022271413B2; US11766810B2; JP2021191638A; EP3967615A1; FI4043353T3; EP3429927A1

Description

Opis

OBLAST TEHNIKE

[0001] Predmetno obelodanjenje se odnosi na postupak proizvodnje proizvoda od celuloze od drvene pulpe i uređaj za proizvodnju takvog proizvoda od celuloze.

STANJE TEHNIKE

[0002] Mnogo je situacija u kojima je poželjno dobiti dvodimenzionalne (2D) ili trodimenzionalne (3D) predmete napravljene od održivih materijala. Jedna takva situacija odnosi se na pakovanje osetljive robe, poput mehanički visoko preciznih predmeta, elektronske opreme i drugih predmeta za domaćinstvo i kompjuterskog hardvera, kojima je potrebno zaštitno pakovanje kako bi se izbegla oštećenja osetljive robe usled, na primer, mehaničkog udara, vibracija ili kompresije tokom transporta, skladištenja ili drugog rukovanja. Takva pakovanja obično zahtevaju zaštitni uložak koji ima oblik prilagođen sadržanoj robi i na taj način bezbedno drži robu u paketu. Takvi ulošci su obično napravljeni od ekspandiranog polistirena (EPS), koji je lagan naftni derivat i ne smatra se održivim materijalom.

[0003] Jeftini materijal koji se obično koristi za uloške za pakovanje je oblikovana celuloza. Prednost oblikovane celuloze je što se smatra održivim materijalom za pakovanje, jer je proizvedena od biomaterijala i može se reciklirati nakon upotrebe. Kao posledica toga, brzo raste popularnost oblikovane celuloze i za primarnu i za sekundarnu primenu pakovanja (pakovanje pored proizvoda i sklapanje takvih pakovanja). Proizvodi od oblikovane celuloze se obično formiraju potapanjem usisnog kalupa u suspenziju celuloze, dok se primenjuje usisavanje, pri čemu se nanošenjem vlakana formira telo celuloze u obliku željenog proizvoda. Usisni kalup se zatim izvlači iz suspenzije i usisavanjem se nastavlja sabijanje nataloženih vlakana dok se iscrpljuje zaostala tečnost.

[0004] Uobičajeni nedostatak svih tehnika mokrog oblikovanja je potreba za sušenjem kalupa, što je korak koji troši vreme i energiju. Još jedan nedostatak je taj što se između vlakana u materijalu stvaraju jake veze, koje se često objašnjavaju kao vodonične veze, što ograničava fleksibilnost materijala.

[0005] Šta više, mnoge moderne efikasne proizvodne linije zahtevaju linijsku proizvodnju paketa ili komponenti na zahtev, gde postupak mokrog oblikovanja nije poželjan.

[0006] U poslednje vreme razvijeni su novi materijali na bazi vlakana sa ciljem da omoguće suvo oblikovanje trodimenzionalnih predmeta. Jedan pristup obelodanjuje WO2014142714A1. WO2014142714A1 obelodanjuje suvo položenu kompozitnu mrežu koja je međuproizvod za termooblikovanje predmeta trodimenzionalnog oblika, koja sadrži 40-95% težine CTMP vlakana, 5-50% težine termoplastičnog materijala i 0-10% težine aditiva, pri čemu je suvo postavljena kompozitna mreža impregnirana sa disperzijom, emulzijom ili rastvorom koji sadrže termoplastični materijal, polimer, i osušena je, dobijajući gustinu od 50-250 kg/m3, ili ako je kompresovana, 400-1000 kg/m3. Prema WO2014142714A1, vezivanje polimera se aktivira višom temperaturom koja se primenjuje u procesu termooblikovanja i doprinosi konačnoj čvrstoći termooblikovanog predmeta.

[0007] Iako polimer prema WO2014142714A1 može doprineti konačnoj čvrstoći i omogućiti stvaranje suvo položene mreže, takav termoplastični sastojak će ukloniti održiva svojstva celuloze jer kompozit neće moći da se reciklira. Ovaj nedostatak postoji čak i ako se koristi obnovljiva i kompostabilna bioplastika, npr. polilaktid (PLA), kako je predloženo u WO2014142714A1, jer logistika za reciklažu tog materijala nije dostupna.

[0008] Novija saznanja i političke odluke, npr. Pariski sporazum o globalnom zagrevanju iz 2015, predviđaju da je na karbonski otisak potrošene robe i pakovanja, u takozvanoj analizi životnog ciklusa (LCA), veliki uticaj ima sposobnost recikliranja i ponovne upotrebe materijala. Čak se i obnovljivi materijali poput celuloze i PLA moraju reciklirati kako bi se merilo sa više recikliranih neobnovljivih materijala poput polietilen tereftalata (PET).

[0009] Reciklaža materijala polako i postepeno postaje sve više i više uspostavljena u većini delova sveta. Evropa ima globalno vođstvo sa oko 30% reciklaže, dok su Sjedinjene Države dostigle samo 10%, i mnoge zemlje u razvoju još uvek nisu počele da recikliraju. Zajedničko za sve napore recikliranja je usredsređenost na najčešće korišćene materijale poput papira, kartona, stakla, aluminijuma, čelika i PET ambalaža. Ove fragmenti koje se mogu reciklirati predstavljaju veliku većinu izgubljene robe i nije verovatno da će drugi fragmenti, poput biopolimera, biti uspostavljeni kao javna dostupna logistika recikliranja u doglednoj budućnosti.

[0010] Globalna potražnja za 3D oblikovanim paketima, kutijama, šoljama, tanjirima, posudama, ulošcima i poklopcima od obnovljivog i reciklažnog materijala sa mehaničkim svojstvima bliskim plastici, stoga je ogromna.

[0011] ISBN 978-91-7501-518-7 (Helena Halonen, oktobar, 2012.) proučava je jedan pristup - hidroksietilcelulozu (HEC) - za stvaranje novog potpuno celuloznog kompozitnog materijala kompresionim oblikovanjem komercijalnih hemijskih drvenih pulpi obrađenih samo vodom. Cilj je bio proučiti strukturne promene tokom obrade i složenost povezivanja mehaničkih svojstava konačnih bio kompozita sa strukturom u nano razmeri.

[0012] Kombinacija visoke temperature (150 - 170°C) i visokog pritiska (45 MPa) tokom kompresionog oblikovanja daje izuzetan porast agregacije fibrila, moguće uključujući celuloza-celuloza fuzione veze, tj. agregaciju fibrila u region vlkano-vlakno veza. Ova agregacija fibrila rezultuje bio-kompozitom sa izvanrednim mehaničkim svojstvima, uključujući poboljšanu čvrstoću (289 MPa), modul (12,5 GPa) i žilavost (6%) koji se upoređuju sa npr. PET jačina (75 MPa) i PET modulom (PET 3GPa). Iako WO2014142714A1 predlaže termoplastični sastojak koji se ne može reciklirati i ISBN 978-91-7501-518-7 predstavlja naučne rezultate za oblikovanje celuloznih vlakana koja se mogu reciklirati, kako bi se postigla dobra mehanička svojstva, do sada nije pronađen nijedan praktičan ili industrijski postupak koja omogućava komercijalnu proizvodnju, sa razumnim vremenom ciklusa, pakovanja i dobara u celulozi, kao zamenu za plastiku, koju je moguće reciklirati kao karton

[0013] US2004045690 obelodanjuje postupak kompresionog oblikovanja u kome je sirovina od celuloze presuje fleksibilnom membranom.

[0014] EP 2004 517 B1 obelodanjuje kompresiono oblikovano ležište od vlaknastih materijala, oblikovan od suspenzije mehaničke pulpe celuloze. Formirani ležište je oblikovan pod pritiskom pomoću toplote, i unutrašnjost ležišta je pružena sa zaštitnom barijerom.

SAŽETAK

[0015] Cilj predmetnog obelodanjenja je da pruži postupak za proizvodnju proizvoda od celuloze i uređaja za oblikovanje celuloze gde se izbegavaju prethodno navedeni problemi. Ovaj cilj je barem delimično postignut karakteristikama nezavisnih patentnih zahteva. Zavisni patentni zahtevi sadrže dalji razvoj postupka za proizvodnju proizvoda od celuloze i uređaja za oblikovanje celuloze.

[0016] Mnogo je situacija u kojima je poželjno pružiti predmete od održivih materijala u ravnim ili suštinski neravnim oblicima. Ravni oblik može se odnositi na generalno dvodimenzionalni oblik, kao što je na primer oblik ploče ili sirovine, a suštinski neravni oblici mogu se odnositi na bilo koji pogodan trodimenzionalni oblik predmeta. Jedna takva situacija odnosi se na pakovanje tečnosti, suvih materijala i različitih vrsta robe, gde ambalaža može biti izrađena u trodimenzionalnom obliku ili oblikovana u trodimenzionalni oblik od dvodimenzionalne ploče.

[0017] Pronalazak se odnosi na postupak proizvodnje proizvoda od celuloze ravnog ili neravnog oblika proizvoda pomoću uređaja za kompresiono oblikovanje koji sadrži kalup za oblikovanje, gde kalup za oblikovanje ima površinu za oblikovanje koja definiše navedeni oblik proizvoda, gde postupak sadrži korake:

• postsavljanje sirovine od celuloze koja sadrži manje od 45% težine vode u navedenom kalupu za oblikovanje;

• zagrevanje navedene sirovine od celuloze do temperature za oblikovanje u rasponu od 100°C do 200°C; i

• presovanje, gde navedena sirovina od celuloze pomoću navedenog kalupa za oblikovanje sa pritiskom za oblikovanje koji deluje na sirovinu od celuloze preko navedene površine za oblikovanje, pri čemu je navedeni pritisak za oblikovanje u rasponu od 1 MPa do 100 MPa.

[0018] Pritisak za oblikovanje može biti izostatički ili neizostatički pritisak.

[0019] Prema daljem aspektu predmetnog pronalaska, pružen je postupak za proizvodnju proizvoda od celuloze koji ima neravni oblik proizvoda, koji obuhvata korake: pružanje uređaja za izostatičko kompresiono oblikovanje koji se sastoji od kalupa za oblikovanje koji ima površinu za oblikovanje koja definiše navedeni oblik proizvoda, i kalup pod pritiskom; postavljanje sirovine od celuloze koja sadrži manje od 45% težine vode između kalupa za oblikovanje i kalupa pod pritiskom; zagrevanje sirovine od celuloze na temperaturu za oblikovanje u rasponu od 100°C do 200°C; i presovanje, pomoću kalupa pod pritiskom, sirovine od celuloze uz kalup za oblikovanje sa suštinski jednakim pritiskom za oblikovanje koji deluje na sirovinu od celuloze preko površine za oblikovanje, pri čemu je pritisak za oblikovanje u rasponu od 1 MPa do 100 MPa.

[0020] Korak zagrevanja i korak presovanja mogu se bar delimično odvijati istovremeno, ili se sirovina od celuloze može prethodno zagrejati i tokom presovanja joj se ne pruža dodatna toplota.

[0021] Proizvod od celuloze može, na primer, biti kontejner ili deo kontejnera, gde proizvodnja proizvoda od celuloze primenom postupka prema otelotvorenjima predmetnog pronalaska može, na primer, zameniti plastične proizvode koji se teže recikliraju. Shodno tome, proizvodi od celuloze proizvedeni prema postupku pronalaska mogu, na primer, biti pakovanja, ulošci za pakovanja, kutije, posude, tanjiri, šolje, tacne ili poklopci.

[0022] Pod pojmom „izostatički“ treba razumeti volumetrijski pritisak na vlakna zagrejanog bio-kompozita tokom procesa agregacije fibrila, koji je u suštini jednak na svim geometrijskim lokacijama konačnog 3D predmeta tokom proizvodnje.

[0023] Pod pojmom „neizostatički“ treba razumeti volumetrijski pritisak na vlakna zagrejanog bio-kompozita tokom procesa agregacije fibrila, koji nije jednak na svim geometrijskim mestima konačnog 3D predmeta tokom proizvodnje.

[0024] Sirovina od celuloze može se dobiti u različitim oblicima, na primer u obliku mreže, prekrivača, filca, rastresitih vlakana, pene, listova itd. Sirovina može sadržati manje količine (0-10%) agenasa za povećanje čvrstoće, smanjenje higroskopiju ili činjenje finalne komponente hidrofobnom, vatrootpornom, bojenje komponente ili na drugi način menjanje karakteristika finalnog materijala. Količina aditiva, međutim, ne bi smela da ugrozi svrhu predmetnog pronalaska koja je da učini da je komponente moguće reciklirati kao karton.

[0025] Sirovina se može proizvoditi u pogonu za pretvaranje celuloze kao prekrivač u rolnama.

[0026] Predmetni pronalazak zasnovan je na shvatanju da se ravni ili neravni proizvod od celuloze može učiniti homogenijim i sa kraćim vremenima ciklusa pomoću uređaja za izostatičko kompresiono oblikovanje. Konkretno, predmetni pronalazači su otkrili da, u zavisnosti od željenog oblika proizvoda od celuloze, izostatički pritisak koji deluje na sirovinu od celuloze može da pruži značajno smanjenje vremena zadržavanja potrebnog za dobijanje istih mehaničkih svojstava konačnog proizvoda. Predmetni pronalazači su takođe otkrili da, u zavisnosti od željenog oblika proizvoda od celuloze, neizostatički pritisak koji deluje na sirovinu od celuloze može da pruži odgovarajuće oblikovanje proizvoda od celuloze čime se postižu poželjna mehanička svojstva konačnog proizvoda.

[0027] U tom kontekstu treba napomenuti da je potrebno vreme procesa za dobijanje prihvatljivih mehaničkih svojstava konačnog proizvoda povezano sa vlažnošću sirovine i specifičnom temperaturom i određenim izostatičkim ili neizostatičkim pritiskom.

[0028] Temperatura, poželjno između 150 - 170°C, i pritisak, poželjno između 3-7 MPa, mogu stvoriti različita mehanička svojstva. Na primer, izostatička temperatura od 168°C i izostatički pritisak od 4,8 MPa pri vlažnosti vazduha od 50% relativne vlažnosti stvoriće tvrdu i krutu komponentu tokom vremena zadržavanja od 10 sekundi. Niža temperatura i pritisak daju mekše i fleksibilnije komponente.

[0029] Takođe previše vode u praznoj površini će znatno povećati vremena zadržavanja. ISBN 978-91-7501-518-7 opisuje vreme zadržavanja od 20 minuta i koristi uglavnom vlažnu celulozu za istraživanje. Eksperimenti su pokazali da optimalni sadržaj vode u sirovini od celuloze u trenutku prerade treba da bude u rasponu od 0,5 do 10% težine.

[0030] U težim slučajevima, sa velikim varijacijama pritiska, u sirovini tokom lepljenja, delovi komponente nikada neće biti prihvatljivi bez obzira na vreme zadržavanja.

[0031] Stanje tehnike opisuje uređaje za kompresovanje celuloze koji koriste tradicionalne prese sa hidrauličnim cilindrima koji hidraulični pritisak, što se naziva medijum pod pritiskom, pretvaraju u silu na alatu ili kalupu preko klipa cilindra. Prilikom oblikovanja neravnih predmeta, poput šupljih 3D predmeta, kalup za oblikovanje sa pozitivnim i negativnim delovima kalupa, sa šupljinom koja predstavlja željenu debljinu i oblik komponente između njih, koja se naziva šupljina kalupa, gde je naveden kalup presovan silom iz klipa. Takav uređaj za kompresovanje sa definisanim oblikom će dovesti do velikih varijacija lokalnog pritiska na sirovini tokom toplotne obrade, ako se ne izvrši kompenzacija debljine komponente u odnosu na pritisak obrade. Bilo koji oblik kompresije sa definisanim oblikom, bez kompenzacije za postizanje izostatičkog pritiska, može time dovesti do neujednačenog kvaliteta komponenti i, u većini industrijskih slučajeva, neprihvatljivih vremena ciklusa za proizvodnju.

[0032] Šta više, pronalazači su otkrili da se potreban nivo pritiska može drastično smanjiti ako se koristi postupak izostatičkog pritiska. ISBN 978-91-7501-518-7 je koristio šuplju hemisferu kao referentni predmet za istraživanje koristeći 45 MPa i 20 minuta u uređaju za kompresovanje sa definisanim oblikom. Unutrašnji pritisak sirovine u šupljini kalupa je izuzetno visok na vrhu (pored pola), dok je blizu nule na dnu (uz ekvator). Predmetni pronalazači su sada iznenađujuće otkrili da se upotrebom izostatičkog pritiska takav predmet može proizvesti sa jednom desetinom upotrebljenog pritiska, uz vreme zadržavanja koje se broji u sekundama.

[0033] Prema različitim otelotvorenjima predmetnog pronalaska, sirovina od celuloze može sadržati drvenu pulpu. Iako se takozvana mehanička pulpa može koristiti za sirovinu od celuloze, utvrđeno je da hemijska drvena pulpa daje bolja materijalna svojstva proizvoda.

[0034] U otelotvorenjima, sirovina od celuloze može da sadrži najmanje 90 težinskih procenata drvene pulpe i stoga je gotovo isključivo napravljena od materijala koji se lako može reciklirati.

[0035] Prema različitim otelotvorenjima, kalupi pod pritiskom mogu povoljno sadržati fleksibilnu membranu, i uređaj za oblikovanje pod pritiskom dalje sadrži uređaj za kontrolu tečnosti kako bi se kontrolom tečnosti vršio izostatičkog pritiska na sirovinu od celuloze kroz propustljivu membranu.

[0036] U tom kontekstu treba napomenuti da pojam tečnost obuhvata i tečnosti i gasove.

[0037] U nekim otelotvorenjima, uređaj za oblikovanje može sadržati tečnost pod pritiskom u kućištu koje je delimično omeđeno membranom. Povećavanjem količine tečnosti u kućištu i/ili smanjenjem veličine kućišta, pritisak tečnosti će se povećati. Povećani pritisak tečnosti zauzvrat će rezultovati povećanim izostatičkim pritiskom koji deluje na sirovinu od celuloze.

[0038] Prema tome, gore navedeni uređaj za kontrolu tečnosti može biti pokretač koji kompresuje tečnost ili uređaj za kontrolu protoka tečnosti koji se može kontrolisati, omogućavajući tečnosti pod pritiskom da uđe u komoru pod pritiskom koja ima fleksibilnu membranu kao deo svog zida.

[0039] Prema predmetnom pronalasku, membrana se tokom presovanja fiksira na sirovinu od celuloze, na primer pomoću lepka, i postupak dalje obuhvata korak pružanja nove membrane nakon koraka presovanja. Membrana se može na primer nalaziti na koturu, i može se dodati proizvedenom proizvodu radi dodavanja funkcionalnosti proizvodu.

[0040] U daljim otelotvorenjima, gore navedena membrana može biti na sirovini od celuloze.

[0041] Prema daljem aspektu predmetnog pronalaska, pružen je uređaj za izostatičko kompresiono oblikovanje za proizvodnju proizvoda od celuloze ravnog ili neravnog oblika proizvoda, počevši od sirovine od celuloze, i uređaj za izostatičko kompresiono oblikovanje sadrži kalup za oblikovanje koji ima površinu za oblikovanje koja definiše oblik proizvoda; i uređaj za kontrolu tečnosti kako bi se kontrolom tečnosti vršio izostatički pritisak na sirovinu od celuloze kako bi pritisnuo sirovinu od celuloze na površinu za oblikovanje.

[0042] Kalup za oblikovanje može sadržati negativni deo kalupa za oblikovanje i negativni deo kalupa pod pritiskom.

[0043] Kalup za oblikovanje može sadržati negativni deo kalupa za oblikovanje i pozitivni deo kalupa pod pritiskom.

[0044] Prema otelotvorenjima predmetnog pronalaska, dobija se izostatički pritisak u uređajima za kompresovanje definisanim silom, pri čemu navedeni uređaji za kompresovanje sadrže fleksibilnu barijeru ili membranu koja okružuje i odvaja sirovinu od medijuma pod pritiskom, npr. gas, hidraulično ulje, voda, pića koja treba da se pakuju, elastomer ili dilatativni materijal.

[0045] Postupak i uređaj prema otelotvorenjima predmetnog pronalaska odnose se na oblikovanje duvanjem šupljih 3D predmeta poput boca, pakovanja mleka, limenki i tegli. Klasična pakovanja na bazi celuloze za mlečne proizvode i sokove imaju konkurenciju u vidu PET boca oblikovanim duvanjem. Uprkos činjenici da su pakovanja na bazi celuloze i papira obnovljiva i mogu se reciklirati, sposobnost oblikovanja PET oblikovanog duvanjem zaustavila je rast savijenih papirnih pakovanja.

[0046] Prema navedenim otelotvorenjima oblikovanja duvanjem, uređaji koji sadrže najmanje dva kalupa za negativno oblikovanje koji okružuju navedena celulozna vlakna i zaštitnu tankoslojnu jednokratnu barijeru, kako bi postali integrisani deo završne komponente, pri čemu su navedena celulozna vlakna i navedena zaštitna tankoslojna barijera pruženi u šupljini kalupa u obliku cevi, i pri čemu će navedena tankoslojna barijera razdvojiti pod medijum pritiskom, kada se napuni u navedeni oblik cevi, od celuloznih vlakana, i pri čemu će navedeni medijum pod pritiskom biti pod pritiskom kako bi se stvorio izostatički pritisak na svaki deo navedenih celuloznih vlakna prema navedenim kalupima za oblikovanje.

[0047] Predmetni pronalazak će na taj način pružiti postupak, sirovinu u obliku cevi, uređaj za oblikovanje duvanjem i obnovljive pakete sličnih svojstava kao termoplastika, pri čemu se navedena pakovanja mogu reciklirati kao papir i karton.

[0048] Takav uređaj za oblikovanje duvanjem može poželjno da predstavlja opremu za punjenje na mestu u mlekari, pivari ili fabrici sokova, koristeći piće ili tečnost koja se pakuje, kao navedeni medijum pod pritiskom.

[0049] Prema drugim otelotvorenjima, izostatički pritisak dobija se u uređajima za kompresovanje definisanim oblikom, koji sadrže dva kruta kalupa, jedan pozitivan i negativan, pri čemu šupljina između zatvorenih kalupa definiše oblik završnog trodimenzionalnog predmeta, i pri čemu su debljina navedene šupljine ili debljina navedene sirovine projektovane da stvore izostatički pritisak na svaki deo navedenih celuloznih vlakana prema navedenim kalupima.

KRATAK OPIS SLIKA

1

[0050] Ovi i drugi aspekti predmetnog pronalaska sada će biti detaljnije opisani, pozivajući se na priložene slike koji pokazuju primere otelotvorenja pronalaska, gde:

Slike 1a-c šematski prikazuju konvencionalni postupak presovanja, uređaj za kompresovanje i komponentu;

Slike 2a-b šematski prikazuju alternativnu konfiguraciju uređaja za kompresovanje, koristeći višekratnu membranu, prikazanu početnu fazu (a) i kompresovanu fazu (b), prema primernom otelotvorenju predmetnog pronalaska;

Slike 3a-b šematski prikazuju alternativnu konfiguraciju uređaja za kompresovanje, koja sadrži integrisanu jednokratnu barijeru, prikazanu početnu fazu (a) i kompresovanu fazu (b), prema primernom otelotvorenju predmetnog pronalaska;

Slike 4a-d šematski prikazuju alternativnu konfiguraciju uređaja za kompresovanje, koristeći integrisanu jednokratnu barijeru i oblikovanje duvanjem, prikazanu početnu fazu (a i b) i kompresovanu fazu (c) prema primernom otelotvorenju predmetnog pronalaska;

Slike 5a-b šematski prikazuju alternativnu konfiguraciju uređaja za kompresovanje, koristeći višekratnu membranu, prikazanu početnu fazu (a) i kompresovanu fazu (b), prema primernom otelotvorenju predmetnog pronalaska;

Slike 6a-c šematski prikazuju alternativnu konfiguraciju kompresovanja, koristeći kontrolu pritiska za kompenzaciju šupljine, prikazanu početnu fazu (a & b) i kompresovanu fazu (c), prema primernom otelotvorenju predmetnog pronalaska;

Slike 7a-b šematski prikazuju alternativnu konfiguraciju uređaja za kompresovanje, koristeći kompenzaciju debljine sirovine, prikazanu početnu fazu (a) i kompresovanu fazu (b), prema primernom otelotvorenju predmetnog pronalaska;

Slike 8a-c šematski prikazuju alternativnu konfiguraciju uređaja za kompresovanje pomoću masivne fleksibilne membrane; i

Slike 9a-c šematski prikazuju drugu alternativnu konfiguraciju uređaja za kompresovanje, koristeći masivnu fleksibilnu membranu.

OPIS PRIMERNIH OTELOTVORENJA

[0051] U nastavku će biti opisani različiti aspekti obelodanjenja zajedno sa priloženim slikama kako bi se ilustrovalo, ali ne kako bi se ograničilo obelodanjenje, pri čemu slične oznake označavaju slične elemente, a varijacije opisanih aspekata nisu ograničene na posebno prikazana otelotvorenja, već su primenljive na druge varijacije obelodanjenja.

[0052] U ovom detaljnom opisu biće opisan postupak za proizvodnju proizvoda od celuloze, uređaja za oblikovanje pod pritiskom i proizvod od celuloze.

[0053] Različita otelotvorenja ploča ili sirovina prema predmetnom obelodanjenju uglavnom se razmatraju u vezi sa sirovinom od celuloze postavljenom u položaj za oblikovanje u kalupu za oblikovanje, ravnog oblika. Treba napomenuti da ovo ni na koji način ne ograničava obim predmetnog pronalaska, koji podjednako uključuje, na primer, sirovinu prethodno oblikovanu u trodimenzionalni predmet. Na primer, sirovina se može dopremiti u kalup za oblikovanje u obliku sličnom željenom konačnom obliku predmeta. Naredno otelotvorenje bi moglo da sadrži sirovinu od celuloze, koja se u kalup doprema u obliku mreže na koturu.

[0054] Ravni oblik može se odnositi na generalno dvodimenzionalni (2D) oblik, kao što je na primer oblik ploče ili sirovina, a suštinski neravni oblici mogu se odnositi na bilo koji pogodan trodimenzionalni (3D) oblik. Predmet prema obelodanjenju može biti izrađen u dvodimenzionalnom obliku, trodimenzionalnom obliku ili oblikovan u trodimenzionalni oblik od dvodimenzionalne sirovine ili ploče.

[0055] Šta više, šematskim prikazom koherentne ploče od celuloznih vlakana, to nikako neće ograničiti obim predmetnog pronalaska, koji podjednako dobro uključuje, na primer, sirovine sa slobodnim i odvojenim vlaknima nanesenim na kalup za oblikovanje.

[0056] U ovom detaljnom opisu, različita otelotvorenja trodimenzionalnog predmeta koji se formiraju i kalupa za oblikovanje predmeta prema predmetnom pronalasku uglavnom se razmatraju u smislu šuplje posude, šuplje šolje ili šuplje boce, sa uglavnom uniformnom debljinom. Treba napomenuti da to ni na koji način ne ograničava obim predmetnog pronalaska, koji podjednako dobro uključuje, na primer, složene oblike različite debljine, nešuplje delove ili masivne predmete. Na primer, predmet može povoljno da sadrži ukrućenja, nabore, rupe, tekst u 3D obliku, šarke, brave, navoje, štipaljke, noge, ručke ili površinske obrasce.

[0057] Slike 1a-c ilustruju konvencionalni postupak presovanja, uređaj za kompresovanje i komponentu proizvedenu postupkom i uređajem koji su pod neizostatičkim pritiskom.

[0058] Slika 1a je šematski bočni prikaz uređaja za kompresovanje iz stanja tehnike u nekompresovanom stanju koji ima negativni gornji kalup 102b i pozitivni donji kalup za oblikovanje 102a i ploču od celuloznih vlakana 101a.

[0059] Slika 1b je šematski bočni prikaz uređaja za kompresovanje iz stanja tehnike u kompresovanom stanju koji ima gornji negativni kalup pod pritiskom 102b i pozitivni donji kalup za oblikovanje 102a i ploču od celuloznih vlakana 101a koja je delimično kompresovana silom F koja oblikuje željeni konačni oblik 101b korišćenjem toplote i pritiska P.

[0060] Kao što je uobičajeno, debljina konačne komponente 101b je uniformna, i samim tim je i debljina šupljine t1= rb- raizmeđu dva kalupa 102a i 102b uniformna. Budući da su konvencionalni alati za kompresovanje napravljeni od tvrdog metala ili sličnog nefleksibilnog materijala, i pošto se suva celulozna vlakna ne ponašaju kao tečnost za izjednačavanje pritiska, pritisak P u navedenoj šupljini zavisiće od količine prisutne sirovine 101 i principa lokalnog stvaranja pritiska.

[0061] Lokalni princip stvaranja pritiska pri pritisku P2i P5definisan je silom F. Princip lokalnog stvaranja pritiska pri P4definisan je geometrijom šupljine i količinom prisutne sirovine 101. Lokalni pritisak P3određuje se kombinacijom sile i principa stvaranja pritiska definisanog oblikom.

[0062] Pritisak definisan oblikom, poput P4, u velikoj meri zavisi od stvarne sadašnje količine sirovine 101. Male i normalno stohastičke varijacije u lokalnom snabdevanju materijalom drastično će uticati na dobijeni lokalni pritisak. Pritisak definisan silom ima linearno pojačanje i daleko je robusniji proces za industrijsku upotrebu.

[0063] Slike 1c ilustruju trodimenzionalni predmet, komponentu, hemisferu 101b proizvedenu gore opisanim konvencionalnim postupkom kompresije. S obzirom na to da je verovatno da će se neka sirovina 101a razvući kada se sirovina 101a savije preko donjeg kalupa 102a kada gornji kalup 102b zatvori alat preko praznog kalupa 101a, mehanička svojstva su različita na lokaciji 101b P4nego na lokaciji 101b P2gotove komponente 101b.

[0064] Uređaj za kompresovanje definisan silom prema primernom otelotvorenju predmetnog obelodanjenja sada će biti opisan pozivajući se na Slike 2a-b. na Slici 2a, šematski bočni

1

prikaz uređaja za kompresovanje ili uređaja za oblikovanje pod pritiskom, u obliku kalupa za oblikovanje 3 za celulozna vlakana koji koristi toplotu, prikazan je u otvorenom stanju.

Uređaj za kompresovanje ili kalup za oblikovanje mogu biti konstruisani tako da se vrši izostatički pritisak prilikom oblikovanja proizvoda od celuloze. Pritisak koji se primenjuje takođe može biti neizostatički, tako da se različiti nivoi pritiska primenjuju u različitim delovima kalupa za oblikovanje 3 prilikom oblikovanja proizvoda od celuloze. Kalup za oblikovanje 3 sadrži najmanje jednu površinu za oblikovanje koja definiše navedeni oblik proizvoda.

[0065] Kalup za oblikovanje 3 ovog otelotvorenja predmetnog obelodanjenja koristi jedan čvrsti deo kalupa za oblikovanje 2a smešten ispod višekratne membrane 4. Membrana 4 predstavlja zaptivku za medijum pod pritiskom ili tečnost 5, kao što je na primer hidraulično ulje, sadržano u komori pod pritiskom, što nije prikazana na Slici. Membrana 4, takođe nazvana dijafragma, poželjno može biti izrađena od gume, silicijuma, elastomera ili poliuretana.

[0066] Slični uređaji za presovanje nalaze se u potpuno različitim industrijama, na primer za oblikovanje metalnih ploča za vazduhoplove ili za preradu metalnog praha u homogene materijale. Na primer, izostatičke prese za konvencionalne svrhe obično koriste vrlo visok pritisak, kao što je u rasponu 1000-2000 bara.

[0067] Sirovina od celuloze 1a, koji uglavnom sadrži celulozna vlakna sa nekim aditivima i agensima, postavljena je, kao što je prikazano na Slici 2a, u razmak između membrane 4 i čvrstog dela kalupa 2a, koji je na Slici 2a postavljen ispod membrane 4. Sirovinu od celuloze 1a takođe može sadržati količinu vode, koja na primer može zavisiti od vlažnosti okolne atmosfere.

[0068] Kako bi se oblikovao proizvod od celuloze, ili deo proizvoda od celuloze, od sirovine od celuloze 1a, sirovina od celuloze 1a mora se zagrejati do temperature za oblikovanje T1, koja može biti u rasponu od 100°C do 200°C. Deo kalupa za oblikovanje 2a može se zagrejati do željene temperature T2tako da se toplota prenosi na sirovinu od celuloze 1a kako bi se postigla temperatura oblikovanja T1sirovine od celuloze 1a. Kalup za oblikovanje 3 može se, na primer, prethodno zagrejati na temperaturu od 150-170°C pumpanjem zagrejanog ulja u unutrašnje kanale 7 dela kalupa za oblikovanje 2a. Alternativni način za prethodno zagrevanje kalupa za oblikovanje 3 je upotreba integrisanih električnih otpornika, koji nisu prikazani na slici. Sirovina od celuloze 1a takođe se može prethodno zagrejati, na primer upotrebom infracrvenih zraka pre ulaska u alat. Zagrevanje medijuma pod pritiskom 5 do temperature medijuma pod pritiskom T5takođe može biti pogodna alternativa.

[0069] Na Slici 2b, hidraulično ulje 5 je pod pritiskom od najmanje 1 MPa, i membrana 4 okružuje zagrejani kalup za oblikovanje 2a sa kompresovanim materijalom 1b, oblikujući između njih proizvod od celuloze. Pogodan pritisak P1pri formiranju proizvoda od celuloze može biti u rasponu 1-100 MPa. Primenom odgovarajućeg pritiska P1, celulozna vlakna su kompresovana. Primenjeni pritisak P1može biti uniforman ili izostatički, kako bi se celulozna vlakna ravnomerno kompresovala bez obzira na njihov relativni položaj na kalupu za oblikovanje 2a, i bez obzira na stvarnu lokalnu količinu vlakana. U alternativnom otelotvorenju, pritisak umesto toga može biti neizostatički, tako da se različiti nivoi pritiska u različitim delovima kalupa za oblikovanje 3 koriste za oblikovanje proizvoda od celuloze. Ovo se na primer može koristiti ako se žele različita strukturna svojstva u različitim delovima proizvoda od celuloze.

[0070] Uređaj za kompresovanje može se sastojati od uređaja za kontrolu tečnosti (nije prikazan na slikama) i može biti pogon za kompresovanje tečnosti 5 ili uređaj za kontrolu protoka tečnosti za kontrolisano omogućavanje tečnosti pod pritiskom 5 da uđe u komoru pod pritiskom koja ima fleksibilnu membranu 4 kao deo svog zida. Uređaj može sadržati tečnost 5, ili tečnost 5 može biti vazduh uzet iz okolne atmosfere.

[0071] Predmetni pronalazači otkrili su da pritisak P1od 4 MPa (40 bara) na temperaturi od 160°C prilikom oblikovanja proizvoda od celuloze daje agregaciju fibrila u celuloznim vlaknima koja je uporediva sa mnogim termoplastikama nakon 10 sekundi vremena zadržavanja.

[0072] Kako bi se smanjilo vreme ciklusa za industrijsku proizvodnju celuloznih proizvoda od kompresovanog materijala 1b, hlađenje navedenog kompresovanog materijala 1b može se, na primer, izvršiti pumpanjem ohlađenog ulja u unutrašnje kanale 7 raspoređene u delu kalupa za oblikovanje 2a ili u komoru pod pritiskom pri čemu se temperature T2dela kalupa za oblikovanje 2a i tempreratura T5medijuma pod pritiskom 5 mogu brzo spustiti nakon završetka agregacije fibrila u celuloznim vlaknima.

1

[0073] Proces i uređaj će se vratiti u svoje otvoreno stanje prikazano na Slici 2a spuštanjem medijuma pod pritiskom 5 na atmosferski pritisak P0, pri čemu će se navedena membrana 4 povući u svoje više ili manje ravno početno stanje, i pri čemu se gotovi proizvod od celuloze može izbaciti i poželjno se odvojiti od neželjenih zaostalih kompresovanih ili nekompresovanih celuloznih vlakana.

[0074] Konačna debljina t1proizvoda od celuloze može malo da varira u zavisnosti od stvarne lokalne količine celuloznih vlakana.

[0075] U alternativnom otelotvorenju, umesto fleksibilne ili savitljive membrane 4 može se koristiti čvrsti deo za oblikovanje kalupa, koji može biti pogodan ako se žele različiti nivoi pritiska pri formiranju proizvoda od celuloze. Upotreba fleksibilne membrane 4 može pružiti izostatički postupak kompresovanja koji rezultuje homogenim celuloznim proizvodom velike čvrstoće i kratkim vremenom proizvodnog ciklusa.

[0076] Jedna razlika između postupka i uređaja kompresije na Slikama 2a-b prema pronalasku kada se koristi izostatički pritisak, i postupka i uređaja iz stanja tehnike na Slikama 1a-b leži u konfiguraciji koristeći fleksibilnu ili savitljivu membranu 4 umesto tvrdog gornjeg kalupa 102b. Izostatički postupak i uređaj kompresije rezultuju homogenom komponentom velike čvrstoće i kratkim vremenom proizvodnog ciklusa.

[0077] Iznad je opisan jedan primer otelotvorenja postupka i uređaja za izostatičko kompresovanje pozivajući se na Slike 2a-b. Treba shvatiti da se oblikovanje trodimenzionalnih predmeta u celoceluloznom kompozitu pomoću zagrevanog kompresionog kalupa drvene celuloze obrađene samo vodom može dobiti na druge načine, i da se pritom postigne izostatički pritisak.

[0078] Pozivajući se na Slike 3a-b, višekratna membrana 4 na Slikama 2a-b zamenjena je jednokratnom membranom koja sadrži tankoslojnu barijeru 6, pri čemu se navedena barijera 6 može prethodno naneti na sirovinu od celuloze 1a kada je sirovina od celuloze 1a proizvedena, ili kada je zaštitna barijera 6 pružena na uređaju za kompresovanje, na primer iz kotura, koji nisu prikazani na slikama, i naneta na sirovinu od celuloze 1a tokom izostatičke kompresije sirovine od celuloze 1a.

1

[0079] Navedena tankoslojna barijera 6 može biti izrađena od termoplastičnog materijala poput PET ili PLA, debljine unutar raspona 1-700 µm.

[0080] Slika 3a šematski prikazuje postupak koji uključuje uređaj za kompresovanje ili oblikovanje kalupa 3 u početnom otvorenom stanju, koristeći tankoslojnu barijeru 6 koja se primenjuje na celulozna vlakna 1a, koja sadrži donji negativni deo kalupa za oblikovanje 2b, prethodno zagrejan na temperaturu T2i medijum ili tečnost pod pritiskom 5, poželjno gas ili vazduh pod atmosferskim pritiskom, koji se nalaze u komori pod pritiskom, nisu prikazani na Slici.

[0081] Slika 3b prikazuje isti uređaj i sirovinu od celuloze 1a kao što je prikazano na Slici 3a u kompresovanom stanju, pri čemu je navedeni medijum pod pritiskom 5, poželjno kompresovani vazduh ili nezagađujuća tečnost kao što je voda, pod pritiskom do pritiska P1, i pri čemu tankoslojna barijera 6 razdvaja i zaptiva medijum pod pritiskom od kompresovanog materijala 1b sirovine od celuloze 1a, i pri čemu navedeni medijum pod pritiskom 5 i membrana 6 formiraju jednak pritisak koji deluje na celulozna vlakna preko zagrejane površine za oblikovanje, sa temperaturom T2, navedenog dela kalupa za oblikovanje 2b.

[0082] Držanjem jednakog pritiska P1na temperaturi T1tokom određenog vremenskog perioda X, agregacija fibrila u celuloznim vlaknima stvoriće bio-kompozitnu komponentu kompresovanog materijala 1b sa mehaničkim svojstvima bliskim termoplastikama. Ako, na primer, pritisak P1iznosi 4 MPa (40 bara), temperatura oblikovanja T1iznosi 140°C, temperatura T2dela kalupa za oblikovanje 2b iznosi 160°C, a vremenski period X iznosi 10 sekundi, može se postići bio-kompozitna komponenta kompresovanog materijala 1b sa mehaničkim svojstvima bliskim termoplastikama.

[0083] Uklanjanjem medijuma pod pritiskom 5 i spuštanjem pritiska na atmosferski pritisak P0nakon vremenskog perioda X, proizvod od celuloze oblikovan kompresovanim materijalom 1b može se izbaciti i po potrebi iseći do svog konačnog oblika.

[0084] Jedna prednost postupka koja je razmatrana na Slikama 3a-b je ta što tankoslojna barijera 6 takođe može funkcionisati kao prepreka prema drugim medijumima koji će biti izloženi komponenti tokom upotrebe. Na primer, ako je proizvod od celuloze koji sadrži

1

tankoslojnu barijeru 6 činija za salate za poneti, poželjno je da postoji barijera 6 koja štiti celulozna vlakna u kompresovanom materijalu 1b od dodira sa povrćem i smanjuje higroskopske osobine posude. Ova postupak se takođe može koristiti za proizvodnju boca ili kontejnera za tečne proizvode, pa proizvod od celuloze može biti pogodan za pakovanje različitih vrsta tečnosti ili pića, uključujući gazirane tečnosti.

[0085] Prelazeći na Slike 4a-d, kalup za oblikovanje 3 sadrži najmanje dve otvorive i zatvorive negativno oblikovane površine ili delove 2a, 2b, koji okružuju sirovinu od celuloze 1a u obliku cevi koja sadrži tankoslojnu barijeru 6, gde su spoljni sloj vlakna nekompresovane celuloze 1a, a njegovi aditivi i unutrašnji sloj 6 jednokratne membrane sadrže tankoslojnu barijeru 6. Sirovina se poželjno može isporučiti na uređaj za kompresovanje u koturima, koji nisu prikazani na slici, u ravnom obliku, pri čemu je sirovina oblikovana u obliku cevi, nije prikazano na slici, tako da okružuje mlaznicu pod pritiskom 8.

[0086] na Slici 4a, kalup za oblikovanje 3 sa površinama za oblikovanje ili delovima 2a, 2b prethodno se zagreva do temperature kalupa za oblikovanje T2, i šematski prikazuju u otvorenoj početnoj fazi postupka procesa oblikovanja. Sirovina od celuloze u obliku cevi 1a sa tankoslojnom barijerom 6 isporučuje se sa vrha koji okružuje mlaznicu medijuma sa fiksnim pritiskom 8, što znači da se sirovina od celuloze u obliku cevi 1a sa tankoslojnom barijerom 6 isporučuje u pravcu odozgo na površinama za oblikovanje 2a., 2b.

[0087] Zatvaranjem prethodno zagrejanog kalupa za oblikovanje 3 silom zatvaranja Fckoja je veća od sile otvaranja stvorene pritiskom P1koji primenjen medijuma pod pritiskom na unutrašnjost kalupa za oblikovanje 3 koristeći mlaznicu medijuma pod pritiskom 8 prikazanu na Slici 4c. Zatvoreno stanje kalupa za oblikovanje 3 sa površinama za oblikovanje 2a, 2b šematski je prikazano na Slikama 4b-c. Sila zatvaranja Fci dizajn površina za oblikovanje 2a, 2b uz vrh i dno šupljine zaptivaće unutrašnju zapreminu sirovine od celuloze 1a od spoljnog atmosferskog pritiska P0. U alternativnom otelotvorenju, sirovina od celuloze može se iseći kalupom za oblikovanje od rezidualnog materijala kada je kalup za oblikovanje 3 zatvoren.

[0088] Slika 4c prikazuje fazu oblikovanja i febrilne agregacije postupka prema predmetnom pronalasku, pri čemu je navedena unutrašnja zapremina ispunjena medijumom pod pritiskom 9 iz mlaznice medijuma pod pritiskom 8 i stavljena pod pritisak do pritiska P1pri čemu medijum pod pritiskom 9 i jednokratna membrana 6 stvaraju jednak pritisak koji deluje na

1

celulozna vlakna preko zagrejane površine za oblikovanje navedenih kalupa 2a i 2b.

[0089] Postupak punjenja odvija se između koraka prikazanih na Slikama 4b i 4c, i zahteva vazdušne kanale 10 kako bi se omogućilo ispuštanje vazduha izvan sirovine od celuloze 1a sa tankoslojnom barijerom 6 u šupljini kalupa za oblikovanje 3 tokom proces širenja sirovine.

[0090] Slika 4d ilustruje trodimenzionalni proizvod od celuloze u obliku šupljeg predmeta napravljenog od kompresovanog materijala 1b i tankoslojne barijere 6, npr. boca za piće, oblikovana postupkom opisanim na Slikama 4a-c, napunjena navedenim medijumom pod pritiskom 9, pri čemu tankoslojna barijera 6 razdvaja medijum pod pritiskom 9 od kompresovanih celuloznih vlakana 1b.

[0091] Prema predmetnom obelodanjenju, medijum pod pritiskom 9 sastoji se od napitka koji je namenjen za punjenje u proizvod od celuloze, kao što su npr. mleko, sok, voda i gazirana pića.

[0092] Tankoslojna barijera 6 može biti poželjno izrađena od tankog termoplastičnog materijala poput PET ili PLA, debljine od 1 do 700 μm, pri čemu tankoslojna barijera 6, koja se uobičajeno primenjuje u papirnim pakovanjima za pića, takođe sprečava dodir celuloznih vlakana 1b sa napitkom 9 tokom skladištenja i upotrebe proizvoda od celuloze.

[0093] Vreme ciklusa za procesni postupak prikazan na Slici 4c može se smanjiti ako se napitak 9 ohladi na temperaturu T9, na primer u rasponu od 1-20°C, i napuni se brzo, poželjno za manje od sekunde. Ako je kalup za oblikovanje 3 sa površinama za oblikovanje 2a, 2b prethodno zagrejan na temperaturu kalupa T2, koja na primer iznosi 200°C, a sirovina je prethodno zagreje nana temperaturu T1, na primer 140°C, temperatura medijuma pod pritiskom T9omogući će oslobađanje napunjene boce iz kalupa za oblikovanje 3 u ciklusima od nekoliko sekundi ili čak manje.

[0094] Slike 5a-b šematski prikazuju još jedan princip predmetnog obelodanjenja, pri čemu uređaj za kompresovanje sadrži najmanje jedan pozitivni deo kalupa za oblikovanje 2a, najmanje jedan negativni deo kalupa pod pritiskom 2b i višekratnu unapred oblikovanu membranu 4, pri čemu je medijum pod pritiskom 5 stavljen pod pritisak do pritiska P1nakon što su delovi kalupa 2a i 2b, koji okružuju sirovinu od celuloze 1a, zatvoreni.

1

[0095] Poslednja faza oblikovanja u kojoj se odvija agregacija fibrila u celuloznim vlaknima sirovine od celuloze 1a prikazana je na Slici 5b. Uvećani presek prikazan na Slici 5b ilustruje kako će medijum pod pritiskom 5 koji prodire u kalup za oblikovanje 3 između gornjeg negativnog dela kalupa pod pritiskom 2b i membrane 4, pri čemu je pritisak P1, ravnomerno kompresovati sirovinu od celuloze 1a prema površini za oblikovanje prethodno zagrejanog donjeg pozitivnog kalupa za oblikovanje 2a. Prodiranje medijuma pod pritiskom 5 može se olakšati manjim udubljenjima, koja nisu prikazana na slici, na površini gornjeg negativnog dela kalupa pod pritiskom 2b, delujući kao mikro kanali za medijum pod pritiskom 5.

[0096] Otelotvorenje uređaja za kompresovanje prema slikama 5a-b može biti korisno u poređenju sa postupkom razmatranim na Slikama 2a-b, gde su poželjna kraća vremena ciklusa. Membrana 4 ne mora da se deformiše u istoj meri u otelotvorenju prikazanom na Slikama 5a-b.

[0097] Gore opisani primeri postupka kompresije, pozivajući se na Slike 2-5, sadrže fleksibilnu membranu 4, koja se može koristiti za pružanje izostatičkog pritiska. Treba shvatiti da se oblikovanje trodimenzionalnih predmeta u potpuno celuloznom kompozitu pomoću zagrevanog kompresionog oblikovanja drvene pulpe obrađene samo vodom može postići upotrebom konvencionalnih alata, a da se pritom postigne izostatički pritisak.

[0098] Pozivajući se na Slike 6a-c, gornji prethodno zagrejani negativni ne-fleksibilni deo kalupa pod pritiskom 2b i donji deo prethodno zagrejani pozitivni nefleksibilni deo kalupa za oblikovanje 2a, okružuju sirovinu od celuloze 1a, pri čemu debljina šupljine t(P) između donjeg prethodno zagrejanog pozitivnog nefleksibilnog dela kalupa za oblikovanje 2a i gornjeg prethodno zagrejanog negativnog nefleksibilnog dela kalupa pod pritiskom 2b odstupa od nominalne ravnomerne debljine gde je odstupanje teoretski i/ili praktično utvrđeno da stvori izostatički pritisak P1na svakom delu sirovine od celuloze 1a prema delovima kalupa 2a i 2b kada se delovi kalupa pritisnu zajedno silom F.

[0099] Slika 6a šematski prikazuje otelotvorenje u početnom otvorenom stanju sa sirovinom od celuloze u ravnom stanju koja se unosi u delove kalupa u neprekidnoj mreži 1a. Slika 6c šematski prikazuje otelotvorenje u zatvorenom stanju sa sirovinom od celuloze 1a u kompresovanom neravnom stanju. Slika 6b šematski prikazuje otelotvorenje u stanju između

2

otvorenog i zatvorenog, u nekompresovanom neravnom stanju.

[0100] Slike 6a-c pokazuju primer uređaja za kompresovanje šuplje posude, gde deo kalupa za pozitivno oblikovanje ima nominalni, poželjni oblik i gde negativni deo kalupa pod pritiskom 2b ima kompenzovani oblik kako bi se dobio jednak pritisak P1.

[0101] Kao što je prikazano na Slici 6b, sirovina je deformisana pomoću dva dela kalupa 2a, 2b, pri čemu debljina t sirovine od celuloze 1a varira usled trenja i stezanja deformacija u sirovini od celuloze 1a. U ovom šematskom primeru, koji se može izmeniti na više načina, sirovina od celuloze 1a završiće sa najtanjom debljinom tmin, susedno ulazu u šupljinu kalupa pod pritiskom 2b, a ia sa najdebljom debljinom tmaxna vrhu kalupa za oblikovanje 2a.

[0102] Debljina šupljine, s, između dva dela kalupa 2a, 2b kompenzovana je tako da se debljina sminnajuže šupljine nalazi u blizini mesta gde je sirovina od celuloze najtanja tmin, a debljine smaxnajšije šupljine nalazi se u blizini mesta gde je ne-kompresovana sirovina od celuloze 1a najdeblja tmax, pomoću kalupa za negativni pritisak 2b, pritiskajući sirovinu od celuloze 1a na pozitivni kalup 2a, sa suštinski jednakim pritiskom P1delujući na sirovinu od celuloze 1a preko površine za oblikovanje.

[0103] Šta više, odnos između debljine sirovine od celuloze, t, i debljine šupljine, s, i konačnog oblika šupljine, takođe je povezan sa stvaranjem geometrijskog pritiska u šupljini. Sila F određuje pritisak P1na vrhu pozitivnog dela kalupa za oblikovanje 2a, dok konveksnost, debljina i ugao šupljine uz debljinu sminnajuže šupljine određuju konačni pritisak P1.

[0104] Pronalazači predmetnog pronalaska otkrili su da je konačni oblik šupljine složeni algoritam t(P) kako bi se dobio suštinski izostatički pritisak P1gde su i matematičke, poželjno FEM analize, i empirijski testovi, po mogućstvu pokušaj i greška, potrebni za postizanje jednakog pritiska u celoj komponenti.

[0105] Prema još jednom otelotvorenju predmetnog obelodanjenja, bez fleksibilne membrane, šupljina kompenzovana za geometrijski pritisak na Slikama 6a-c može biti zamenjena kompenzacijom debljine sirovine od celuloze.

[0106] Slike 7a-b šematski prikazuju tradicionalni ne-kompenzovani negativni deo kalupa pod pritiskom 2a i ne-kompenzovani pozitivni deo kalupa za oblikovanje, sa poželjnom jednakom i nominalnom debljinom šupljine, t, pri čemu sirovina ima debljinu kompenzovanu pritiskom između tmin-tmax uspostavljenu istom teorijom i na isti način kao što je opisano za otelotvorenje razmatrano u vezi sa Slikama 6a-c.

[0107] Poželjan je postupak stvaranja izostatičkog pritiska bez fleksibilne membrane, predstavljen u vezi sa Slikama 6a-c i 7a-b, i odnosi se na kraće vreme ciklusa i niže troškove za uređaj za kompresovanje. Međutim, razvojni napor može biti skuplji za postupak koja koristi krute kalupe.

[0108] Prednost upotrebe postupka opisanog u vezi sa Slikama 7a-b u odnosu na postupak opisan u vezi sa Slikama 6a-c je postignuta ravnomernom debljinom t1konačnog proizvoda od celuloze. Međutim, praznine bi moglo biti skuplje za proizvodnju postupkom opisanim na Slikama 7a-b.

[0109] Kao alternativa, kalup za oblikovanje 3 takođe može biti postavljen sa membranom izrađenom kao masivna fleksibilna membranska struktura. Slike 8a-c šematski prikazuju alternativni kalup za oblikovanje 3 sa negativnim delom kalupa za oblikovanje 2b i pozitivnim delom kalupa za oblikovanje 2a. Pozitivni deo kalupa za oblikovanje 2a vrši pritisak za oblikovanje, F, na masivnu fleksibilnu membranu 4, koja vrši izostatički pritisak na sirovinu od celuloze 1a prilikom oblikovanja proizvoda od celuloze. Pod masivnom fleksibilnom membranom podrazumeva se fleksibilna struktura koja ima sličnu sposobnost primene izostatičkog pritiska na sirovinu od celuloze 1a, kao membranske strukture opisane u gornjim otelotvorenjima, ali sa većom zonom elastične deformacije u poređenju sa tanjim membranskim strukturama. Masivna fleksibilna membrana 4 može biti izrađena sa debelom membranskom strukturom ili čak izrađena od homogenog tela od fleksibilnog materijala. Fleksibilni materijal može imati svojstva zbog kojih će materijal plutati između delova kalupa za oblikovanje kada se na telo vrši pritisak. U otelotvorenju prikazanom na Slikama 8a-c, masivna fleksibilna membrana 4 izrađena je od homogenog tela fleksibilnog materijala.

[0110] U alternativnom otelotvorenju, masivna fleksibilna membrana 4 može imati različitu debljinu, gde je masivna fleksibilna membrana na primer oblikovana ili izlivena u strukturu različite debljine. Tanja i deblja područja masivne fleksibilne membrane različite debljine mogu nadoknaditi područja u delovima kalupa za oblikovanje kojima je potrebna manja ili veća deformacija membrane kako bi se izjednačio ili ujednačio pritisak pod koji je podvrgnuta sirovina od celuloze 1a. Korišćenjem masivne fleksibilne membranske strukture kalup za oblikovanje može biti jeftiniji i jednostavniji za konstruisanje.

[0111] Masivna fleksibilna membrana 4 je konstruisana tako da, kada se pritisak F vrši iz delova kalupa za oblikovanje, masivna fleksibilna membrana 4 se deformiše kako bi se pružio izostatički pritisak. Masivna fleksibilna membrana 4 može biti izrađena od pogodnog elastomernog materijala, kao što je na primer guma, silikon, poliuretan ili drugi elastomer. Zbog fleksibilnih svojstava masivne fleksibilne membrane 4, masivna fleksibilna membrana 4 primenjuje izostatički pritisak na sirovinu od celuloze 1a.

[0112] Na Slici 8a, sirovina od celuloze 1a je postavljena između negativnog dela kalupa za oblikovanje 2b i masivne fleksibilne membrane 4. Pozitivni deo kalupa za oblikovanje 2a potiskuje masivnu fleksibilnu membranu 4 i sirovinu od celuloze 1a u negativni deo kalupa za oblikovanje 2b kada se pritisak za oblikovanje, F, primenjuje na delove kalupa za oblikovanje, kao što je prikazano na Slikama 8a-b. Prilikom oblikovanja proizvoda od celuloze, negativni deo kalupa za oblikovanje se zagreva do temperature T2dela kalupa za oblikovanje i tokom procesa oblikovanja, sirovina od celuloze 1a se zagreva do temperature oblikovanja T1, pogledati Slike 8a-c.

[0113] Slike 9a-c šematski prikazuju još jedan alternativni kalup za oblikovanje 3 sa negativnim delom kalupa za oblikovanje 2b i pozitivnim delom kalupa za oblikovanje 2a. Negativni deo kalupa za oblikovanje 2b vrši pritisak za oblikovanje, F, na masivnu fleksibilnu membranu 4, koja vrši izostatički pritisak na sirovinu od celuloze 1a prilikom oblikovanja proizvoda od celuloze. Masivna fleksibilna membrana 4 je konstruisana tako da, kada se vrši pritisak F, iz delova kalupa za oblikovanje, masivna fleksibilna membrana 4 se deformiše kako bi se pružio izostatički pritisak. Masivna fleksibilna membrana 4 može biti iste konstrukcije kao što je gore opisano u odnosu na otelotvorenje prikazano na Slikama 8a-c. U otelotvorenju prikazanom na Slikama 9a-c, masivna fleksibilna membrana 4 ima različitu debljinu kako bi odgovarala obliku pozitivnog dela kalupa za oblikovanje 2a. Zbog fleksibilnih svojstava masivne fleksibilne membrane 4, masivna fleksibilna membrana 4 primenjuje izostatički pritisak na sirovinu od celuloze 1a.

2

[0114] Slici 9a, sirovina od celuloze 1a postavljena je između pozitivnog dela kalupa 2a i masivne fleksibilne membrane 4. Pozitivan deo kalupa za oblikovanje 2a potiskuje sirovinu od celuloze 1a u negativni deo kalupa za oblikovanje 2b prema masivnoj fleksibilnoj membrani 4 kada se pritisak za oblikovanje, F, primenjuje na delove kalupa za oblikovanje, kao što je prikazano na Slikama 9a-b. Prilikom oblikovanja proizvoda od celuloze, pozitivni deo kalupa za oblikovanje 2a se zagreva do temperature T2dela kalupa za oblikovanje i tokom procesa oblikovanja, sirovina od celuloze 1a se zagreva do temperature oblikovanja T1, pogledati Slike 9a-c.

[0115] U patentnim zahtevima reč „sadrži“ ne isključuje druge elemente ili korake, a oblici jednine ne isključuju množinu. Sama činjenica da se određene mere iznose u međusobno različitim zavisnim patentnim zahtevima ne ukazuje na to da se kombinacije ovih mera ne mogu povoljno koristiti.

[0116] Smatraće se da je gornji opis samo primerne prirode i da nije namenjen ograničavanju predmetnog obelodanjenja, njegove primene ili upotrebe. Iako su specifični primeri opisani u specifikaciji i ilustrovani na slikama, stručnjaci će razumeti da se mogu izvršiti različite promene i da se elementi mogu zameniti svojim ekvivalentima bez odstupanja od obima predmetnog obelodanjenja kako je definisano patentnim zahtevima. Dalje, mogu se izvršiti modifikacije kako bi se određena situacija ili materijal prilagodili navodima iz predmetnog obelodanjenja, bez odstupanja od njegovog suštinskog obima.

[0117] Prema tome, namera je da predmetno obelodanjenje ne bude ograničeno određenim primera koji su ilustrovani slikama i opisani u specifikaciji kao najbolji način koji se trenutno predviđa za otelotvorenje navoda predmetnog obelodanjenja, već da će obim predmetnog obelodanjenja uključuje bilo koja otelotvorenja koja spadaju u prethodni opis i priložene patentne zahteve.

[0118] Referentni znaci navedeni u patentnim zahtevima ne bi trebalo da se smatraju ograničavanjem obima materije zaštićene patentnim zahtevima, a njihova jedina funkcija je da olakša razumevanje patentnih zahteva.

Claims

Patentni zahtevi

1. Postupak za proizvodnju proizvoda od celuloze ravnog ili neravnog oblika proizvoda pomoću uređaja za kompresiono oblikovanje koji sadrži kalup za oblikovanje (3), gde kalup za oblikovanje (3) ima površinu za oblikovanje koja definiše navedeni oblik proizvoda, koji obuhvata korake:

raspoređivanje sirovine od celuloze (1a) koja sadrži manje od 45% težine vode u navedenom kalupu za oblikovanje (3), pri čemu navedeni kalup za oblikovanje sadrži fleksibilnu membranu nepropusnu za tečnost (4);

zagrevanje navedene sirovine od celuloze (1a) do temperature za oblikovanje u rasponu od 100°C do 200°C; i

presovanje navedene sirovine od celuloze (1a) pomoću navedenog kalupa za oblikovanje (3) sa pritiskom za oblikovanje koji deluje na sirovinu od celuloze (1a) preko navedene površine za oblikovanje, pri čemu je navedeni pritisak za oblikovanje u rasponu od 1 MPa do 100 MPa, pri čemu pritisak za oblikovanje jeste izostatički pritisak,

upravljanje tečnošću radi vršenja izostatičkog pritiska na navedenu sirovinu od celuloze (1a) preko navedene membrane nepropusne za tečnost (4), naznačeni time da se navedena membrana (4) tokom presovanja učvršćuje na navedenoj sirovini od celuloze (1a); i

pružanje nove membrane za kalup za oblikovanje (3) nakon navedenog koraka presovanja.

2. Postupak prema patentnom zahtevu 1, gde navedena sirovina od celuloze (1a) sadrži manje od 25 težinskih procenata vode, konkretno manje od 15 težinskih procenata vode.

3. Postupak prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, gde navedena sirovina od celuloze (1a) sadrži drvenu pulpu, tačnije najmanje 90 težinskih procenata drvene pulpe.

4. Postupak prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, gde se navedeni korak zagrevanja bar delimično odvija pre navedenog koraka presovanja.

2

5. Postupak prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, gde kalup za oblikovanje sadrži deo kalupa za oblikovanje (2a) i deo kalupa pod pritiskom (2b), i najmanje jedan od navedenog dela kalupa za oblikovanje i dela kalupa pod pritiskom se zagreva pre navedenog koraka presovanja.

6. Postupak prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, gde navedena sirovina od celuloze (1a) sadrži navedenu membranu (4) na strani navedene sirovine od celuloze (1a) koja je okrenuta prema navedenom kalupu za oblikovanje (3).

7. Uređaj za oblikovanje pod pritiskom za proizvodnju proizvoda od celuloze, koji ima ravni ili neravni oblik proizvoda, koji počinje od sirovine od celuloze (1a), gde uređaj sadrži: kalup za oblikovanje (3) koji ima površinu za oblikovanje koja definiše navedeni oblik proizvoda i sadrži fleksibilnu membranu nepropusnu za tečnost (4), uređaj za kompresiono oblikovanje koji sadrži uređaj za kontrolu tečnosti kako bi se kontrolom tečnosti vršio izostatičkog pritiska na navedenu sirovinu od celuloze (1a) preko navedene membrane nepropusne za tečnost (4), naznačen time da se navedena fleksibilna membrana (4) tokom presovanja fiksira na navedenu sirovinu od celuloze (1a), a uređaj dalje sadrži opremu za unos membrane, radi unosa novog materijala membrane između uzastopnih operacija presovanja.

8. Uređaj prema patentnom zahtevu 8, gde je deo kalupa pod pritiskom (2b) koji sadrži fleksibilnu membranu (4) postavljen između navedenog uređaja za kontrolu tečnosti i navedene sirovine od celuloze (1a).

9. Uređaj prema bilo kom patentnom zahtevu 8-9, gde kalup za oblikovanje (3) sadrži negativni deo kalupa za oblikovanje i negativni deo kalupa pod pritiskom.

10. Uređaj prema bilo kom patentnom zahtevu 8-9, gde kalup za oblikovanje (3) sadrži negativni deo kalupa za oblikovanje i pozitivni deo kalupa pod pritiskom