用于制造由纤维材料制成的产品的方法和根据所述方法制造的一次性产品与流程

用于制造由纤维材料制成的产品的方法和根据所述方法制造的一次性产品
1.本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于制造产品的方法并且涉及通过所述方法制成的一次性产品。根据本发明的一次性产品的主要使用范围是餐具和餐桌器具，但本发明方法的使用不限于此。
2.本发明和根据本发明制成的产品的特征在于独立权利要求的特征部分中更详细地公开的内容。从属权利要求限定与本发明的实施方式相关的制造材料的替代进给解决方案和实施方案，以及补充独立权利要求的细节。
3.目前使用和市售的一次性餐具诸如叉子、刀子和勺子的主要制造材料是塑料，并且主导的制造方法是注射成型技术或成型制造为各种应用。
4.关于一次性餐具，专利文献中也了解少许不含塑料的制造材料或仅含有一小部分塑料的制造材料，以及使用所述制造材料的制造方法，下文将作为实例对其进行描述。芬兰实用新型公布，注册号7815(也参见pct/fi2008/050657)描述了一种解决方案，其中木质材料的比例较高并且制造方法是注射成型。
5.申请公布us2018/0265665a1描述了一种与材料技术相关的解决方案，其中纤维素纤维的比例较大。所提及的制造技术是注射成型或挤塑。与材料技术相关的解决方案很可能也适用于一次性餐具。
6.申请公布us2010/0236972a1公开了一种材料，其主要原料是淀粉和纤维素纤维，权利要求提及餐具等的制造。所述公布提出的制造方法是压制成型，之后对产品进行热处理。
7.申请公布us2009/0126204a1公开了一种用于由基于农作物的材料(秸秆材料)制成的产品的制造方法，其制造方法是成型技术。
8.此外，已知从木质材料等制造一次性餐具，其一个实例是申请公开us2008/0178966a1，其中在模具中将胶合板样原料坯件压制成期望形状。
9.在某种程度上，将基于木的纤维材料和从植物界的其他产品加工而成的纤维材料混合到基于塑料的制造材料中已经成为可能。作为典型的制造材料，木纤维复合材料是已知的，其通过注射成型技术用于制造例如用于露营和其他此类用途的一次性炊具。目标一直也是将基于木的纤维或诸如来自植物界的其他产品的纤维素纤维等纤维混合到一次性餐具的制造过程中，但注射成型技术对纤维在制造材料中的相对比例设定了明确的限制。在注射成型技术中，在高压下将温度达到成为液体的基于塑料的材料引导到模具中的狭窄通道和管道中，这要求材料表现出良好的流动能力。纤维降低了材料的流动能力，并且模具的填充对于包括薄结构的产品成为问题，正如一次性餐具的情况。与薄结构的注射成型有关的最大纤维量为60重量％。注射成型技术的另外的缺点是其中使用的模具的高制造成本。
10.从环境问题的角度来看，全球范围内并且特别地是欧盟强调的主要问题是一次性塑料产品的使用，对此力求以不同禁令形式进行的限制在未来几年内生效。被禁物品列表具体包括一次性餐具，针对所述一次性餐具，其原料中塑料的比例至少将受到限制，或者将
完全禁止将塑料用为用于一次性、大批量产品的原料中的成分。
11.根据本发明的新制造方法允许消除上述问题，并且允许制造不含塑料的产品诸如一次性产品，其中天然纤维诸如纤维素纤维的比例在成品中超过95重量％。可在辊压成形步骤在高压缩压力下使纤维相互结合。作为纤维的结合剂，也可使用少量的各种类型的结合剂，通常是天然材料，诸如淀粉或木质素。作为进给材料的一部分，可预先或与本发明的制造过程结合地将结合剂与纤维材料混合。
12.本发明涉及一种用于制造由纤维材料制成的产品诸如一次性餐具的方法，所述方法包括以下步骤：将纤维材料作为材料流进给到辊压成形步骤，在所述辊压成形步骤中，所述纤维结合成连贯型材，并且所述型材的截面轮廓通过至少一个辊对或筒对被成型为具有期望截面轮廓的坯件；以及通过将期望形状的产品的切割几何形状引导在于所述辊压成形步骤处成型的所述坯件上的期望位置中而从所述坯件切割所述产品。本发明还涉及通过所述方法制造的一次性产品。
13.在根据本发明的方法中，产品的制造材料可作为粉末材料、作为湿团块、作为从辊进给的带型材料或者作为以片材形式进给的材料流进给。产品的制造材料还可作为若干材料带的组合进给到所述辊压成形步骤，所述若干材料带在所述辊压成形步骤处彼此结合。就在所述辊压成形步骤处组合的带材料的性质以及另外它们的物理尺寸而言，材料带可彼此不同。也可将片状、粉状或湿团块材料进给到第一压制阶段或多个阶段，由引导通过辊对的辊隙的皮带支撑。带样或片样材料也可作为多层结构进给到所述辊压成形步骤，由此不同材料层可以在性质上彼此不同。
14.作为辊压成形前的步骤，可热或化学预处理进给到所述辊压成形步骤的材料流，由此改进纤维的结合和成形性。热处理在所述辊压成形步骤处及其后也可继续。
15.作为一种应用，到辊压成形步骤的材料流可由一个或多个宽带组成，除此之外，薄材料带与宽带一起进给到材料流的截面的期望位置，由此材料流的截面的轮廓以期望方式与相同厚度的轮廓不同。进给到辊压成形步骤的材料的截面的轮廓也可实现为期望轮廓，所述期望轮廓不同于呈以粉末状、团块样或期望截面形式预制造的材料带形式的相同厚度的轮廓，由此可控制辊压成形步骤的型材的物质厚度或替代地材料密度或强度性质，以根据需要与从型材切割的待制造产品的要求相符合。
16.根据本发明的方法的辊压成形步骤包括：在以期望形式制造的一个或多个连续辊对或滚筒对之间在截面的不同位置处将材料流压制到期望材料密度和期望截面轮廓以及期望物质厚度。在包括多个连续辊对或筒对的辊压成形中，辊对的相互速度差通过现有技术来调节以控制正在制造的坯件的潜在纵向伸长率。
17.辊压成形步骤也可作为所谓的热压制来实施，由此可通过本身已知的技术诸如热油技术将用于辊压成形的辊或筒加热并保持在期望温度。
18.辊压成形步骤可另外包括在型材的截面的期望位置处使型材的表面结构成型，诸如改进对一次性餐具的抓握的表面轮廓形成。
19.如果已经预热了材料流或者如果已经应用了热压制技术，并且如果可能使用的结合剂的期望作用需要冷却以确保型材的尺寸稳定性，则可作为紧随辊压成形之后的步骤或作为辊压成形的一部分来冷却辊压成形的型材(如果需要的话)。冷却可利用本身已知的技术，诸如冷空气吹送或冷辊。
20.根据本发明的方法的新颖性和技术效果是基于通过辊压成形制造并具有期望截面轮廓的坯件(型材)，从所述坯件(型材)制造的最终产品利用所制造的产品所需的几何形状从坯件(型材)的限定位置切下。辊压成形步骤和随后的产品到期望形状的切割的组合允许通过有效的大规模生产方法经济且有效地制造具有期望整体几何形状的产品。
21.将产品从坯件切下可与辊压成形结合进行，如并入到材料流中，或者作为单独的工作阶段(如辊压成形的坯件的后处理步骤)进行。作为用于切下产品的切割技术，可使用各种技术，诸如使用旋转冲头或平板冲头进行的机械切割、水射流切割或激光切割。
22.在下文中，参考附图更详细公开本发明，在附图中：
23.图1作为截面示出用于实施本发明方法的生产线的原理图。
24.图2示出在本发明方法的辊压成形步骤在辊压成形筒之间成轮廓的用于制造一次性叉子的坯件的截面。
25.图3作为平面图示出图2的坯件，以及要从坯件切下的叉子在坯件中的原理定位和对齐。
26.图4示出通过本发明的方法辊压成形以用于制造一次性刀子的坯件的平面图，以及将产品的切割几何形状定位在坯件上。
27.图5示出根据图4的坯件的局部截面a-a。
28.图6示出根据本发明的方法的用于材料流的进给解决方案的原理图，其中将三个单独的材料层进给到辊压成形步骤，所述单独的材料层在辊压成形步骤结合成连贯型材。
29.图7示出进给到本发明方法的辊压成形步骤的材料流的结构和截面的原理图，其中进给到辊压成形步骤的材料流与具有相同厚度的材料流的截面不同。
30.在图1中，材料流2由以虚线示出的进给皮带13沿箭头1的方向进给通过第一辊压成形步骤处的辊4的辊隙，由进给皮带13支撑。材料可在第一辊压成形步骤之前例如通过辐射加热器3加热到结合剂的作用所需的温度。另选地(或除此之外)，辊压成形筒可用于加热材料(通过使用例如本身已知的热油技术)。将在第一辊压成形步骤形成的成轮廓的材料流引导至第二辊压成形步骤，到达辊6的辊隙，其中型材被成型为其最终形状。进给皮带13通过偏转辊5被导引到返回路径。辊压成形的型材7通过冷却元件8被引导至切割步骤，在所述切割步骤处，例如通过激光切割从型材切下期望形状的产品。在图1的示例性解决方案中，并入了激光切割单元10以结合连续型材制造进行操作，并且激光切割单元被编程为在图中的位置a与位置b之间的区域中操作。有利地，激光切割单元10具有多个平行的切割喷嘴12以保证所需生产能力。在冷却和切割步骤期间，型材例如通过图中所示的支撑辊9支撑。
31.图2示出在用于制造一次性叉子的辊压成形步骤在辊压成形筒15与16之间的辊隙中成轮廓的坯件14的截面。辊压成形筒被设定形状成使得获得要从坯件14切下的叉子的尖叉部分17的期望形式。图中的线a-a描述了用于在随后的制造步骤处切下产品的在坯件14上的对齐。
32.图3作为平面图示出根据图2的坯件14的一部分，以及要从坯件14切下的一次性叉子19的切割几何形状18的原理定位和对齐。图中的线a-a是指前面图2中的对应线，并且例示所执行的用于切下产品的在坯件14上的对齐。
33.图4和图5作为一个实例示出与一次性刀子的制造相关的辊压成形坯件20的一部分，以及定位要从坯件切下的产品23以及将切割几何形状24对齐在坯件上。图5示出图4中
的坯件20的截面a-a的一部分，以及图4所示的对齐线b-b在所述截面中的位置。用于提高刀子的切割效率的切下产品的刀片部分25的锯齿状几何形状在切下产品时实现。图5所示的坯件型材有利地被实施以使得坯件的底表面21用圆柱形平板筒成型，并且型材的顶表面由按型材所需形式加工的筒成型。
34.图6示出用于将材料进给到辊压成形步骤的原理解决方案，其中要辊压成形的材料由具有不同特性的多个单独材料层组成。所形成的型材的带28作为中心层、来自辊31和32的带29和30作为表面层被进给到辊压成形筒26与27之间的辊隙中。强力的机械压制、材料层的结合剂特性以及根据需要在辊压成形步骤处的热处理导致不同的材料层相互结合为具有期望特性和截面形式的连贯型材33。
35.图7示出进给材料的解决方案，通过所述解决方案可在辊压成形步骤处实现在型材的截面中的不同位置处所期望的材料厚度的更大差异。附图示出所进给的材料流的截面以及所进给的材料流的轴测图。在根据图7的解决方案中，结合宽材料带34，具有不同厚度的较窄的材料带35和36在型材截面的期望位置处被进给到辊压成形步骤。
36.本发明的用途和技术适用性不限于上述的不同型材的产品或形状的示例性解决方案。在上述和现有技术中公开的选项的范围内，另外可组合和改变进给到辊压成形步骤的材料流的不同进给解决方案。
37.在本发明的方法中，材料要求、辊压成形辊的成型以及辊压成形所需的筒对的数量是特定于产品限定的。