用于干法制造硬质纤维素产品的方法和设备与流

本发明总体上涉及用于干法制造具有基本非扁平的大体形状的硬质纤维素产品的方法和设备的领域。纤维素产品可以用于包装、储存、运输和/或展示其他产品，例如电子产品、工具、珠宝、食物、日用品、化妆品等，和/或可以用作一次性/多次用后可弃物品。本发明还涉及硬质纤维素产品和连续的或不连续的纤维素胚料。背景技术：1、在很多种情况下，期望提供由可持续材料制成的二维(2d)或三维(3d)形状的物体。常用于包装插入物的材料是湿模制纸浆。湿模制纸浆的优势是被看作可持续的包装材料，因为它是由生物材料制成的，并且使用后可以回收。因此，模制纸浆在一级包装和二级包装应用(物品旁的包装和这些包装的组合)中的普及程度快速增长。2、湿法成型技术的常见缺点是制造期间对大量水的需求和对模制产品的干燥的需求，所述干燥是消耗时间和能量的步骤，这个步骤会导致低生产速度以及在机器和工具加工中的高投资成本。意味着以该技术大规模取代化石燃料替代品将会是不可行的。3、此外，许多现代的精益生产线需要在线按需生产包装或部件，在该生产中湿法成型工艺不是优选或可行的。最近，为了实现三维物体/产品的干燥成型，新的纤维基材料已经被开发出来。wo2014/142714公开了一种方法。wo2014/142714公开了一种干法铺设的复合网，该干法铺设的复合网是用于三维形状产品的热成型的中间产品，包括40-95wt-％的ctmp纤维，5-50wt-％的热塑性材料，和0-10wt-％的添加剂，其中干法铺设的复合网已经在包含热塑性材料、聚合物的分散液、乳液或溶液中浸渍并且已经干燥，从而获得50kg/m3-250kg/m3的密度，或如果通过压延压缩则获得密度为400kg/m3-1000kg/m3。根据wo2014/142714，通过在热成型过程中施加的较高温度激活了聚合物的粘结，并且所述粘结有助于热成型物体的最终强度。4、在空气/干法铺设工艺中形成纤维素纤维片材一般情况下提供较弱的网络强度(即较弱的自支撑性能)的纤维素纤维。所述空气法铺设的片材/胚料可以是基本非扁平产品的干法纤维素成型/制造工艺中的中间产品。由于所述中间产品的脆弱特征，提高所述片材的自支撑性能以改善所述硬质纤维素产品(该硬质纤维素产品具有基本非扁平的大体形状)的制造工艺的效率和灵活性是必要的。5、已经发现的是，纤维素纤维具有很强的吸湿性，并且空气法/干法铺设工艺对静电电荷和工艺条件(例如气流和湿度)敏感。纤维素纤维的这种表现使得难以在形成中的结构/网上提供纤维素纤维的均匀的胚料/片材，这是因为纤维素纤维倾向于聚集在一起，并且胚料的克重/厚度将变得不均匀/不可预测。在本领域内，有一些尝试提供了控制纤维素胚料的性质/克重的解决方案，即，使用se1750313中的塔成型单元，其中，纤维分离刷和第一压实辊用以在轴向和横向方向两者上尝试获得均匀的纤维素胚料。根据ep3429928，纤维素胚料的不均匀的克重可以通过等静压工艺得到一定程度的补偿。然而，这在工具加工方面更复杂，其需要更长的加工时间并且是更复杂的工艺。这种成型塔和等静压工艺的问题在于针对在成型网上分布纤维素纤维的尽可能均匀的层而提供的其所有机械部件都相当复杂。用于形成三维形状部件/产品的压制步骤中的常见问题是，由于复杂的部件结构/设计和/或深度产品(deep prodcut)，纤维素纤维的片材/胚料可能开裂。6、在本领域中，存在对于更可靠的基本非扁平的硬质纤维素产品的干法纤维素成型/制造工艺(此工艺可以降低或消除在压制步骤中造成开裂的风险)的需求。7、发明目的8、本发明的目的在于避免上述和其他已知的用于干法制造硬质纤维素产品的方法和装置的缺点和不足，并且在于提供用于干法制造具有基本非扁平的大体形状的硬质纤维素产品的改进的方法和装置。9、本发明的主要目的是提供用于从纤维素纤维干法形成/制造具有基本非扁平的大体形状的硬质纤维素产品的改进的方法和装置。本发明的另一个目的是提供用于形成/制造硬质纤维素产品的方法和装置，使生产的纤维素产品不存在在其它情况下源于纤维素产品压制的裂缝。本发明的另一个目的是提供用于制造硬质纤维素产品的方法和装置，其中纤维素坯料的克重可以是定制的，以便获得具有所需特性/性质(例如刚性、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用于制造硬质纤维素产品的方法和装置，所述方法和装置可以生产连续或不连续的纤维素胚料。本发明的另一个目的是提供用于制造硬质纤维素产品的方法和装置，所述方法和装置可以产生较少的废料/浪费。本发明的另一个目的是提供用于制造硬质纤维素产品的方法和装置，其中坯料成型装置的复杂程度较低。技术实现思路1、根据本发明，通过最初限定的方法和具有独立权利要求中限定的特征的装置，可以实现至少主要目标。从属权利要求中还限定了本发明的优选实施例。2、根据本发明的第一个方面，提供一种装置，所述装置包括：3、-分解单元，所述分解单元用于从纤维素原料提供一定量的分离的纤维素纤维，4、-多级纤维素胚料成型单元，所述多级纤维素胚料成型单元包括分配器，所述分配器用于引导来自分解单元的纤维素纤维承载空气流，其中多级纤维素胚料成型单元被配置为用于从经由分配器被空气输送的所述一定量的分离的纤维素纤维来形成在不同位置具有不同克重的连续或不连续的纤维素胚料，和5、-产品成型单元，所述产品成型单元用于通过压制从纤维素胚料生产具有基本非扁平的大体形状的硬质纤维素产品，6、其中，该装置的特征在于，所述多级纤维素胚料成型单元包括：7、-第一成型鼓，所述第一成型鼓具有外表面，所述外表面配置为用于借助布置在第一成型鼓内部的第一空气移除设备来接收源于分配器的纤维素纤维以及形成纤维素胚料的一部分，8、-第二成型鼓，所述第二成型鼓具有外表面，所述外部表面被配置为用于借助布置在第二成型鼓内部的第二空气移除设备来接收源于分配器和源于第一成型鼓的外表面的纤维素纤维以及形成连续或不连续的纤维素胚料，和9、-支撑结构，所述支撑结构用于接收在所述第二成型鼓上形成的连续或不连续的纤维素胚料。10、根据本发明的第二个方面，提供包括以下步骤的方法：11、-通过分解纤维素原料，提供一定量的分离的纤维素纤维，12、-通过空气流将分离的纤维素纤维输送至具有第一成型鼓和第二成型鼓的多级纤维素胚料成型单元，13、-将纤维素纤维从第一成型鼓输送到第二成型鼓，14、-在第二成型鼓的外表面处，形成在不同位置具有不同克重的连续或不连续的纤维素胚料，15、-将连续或不连续的纤维素胚料从第二成型鼓输送到支撑结构，16、-在产品成型单元中，通过压制在不同位置具有不同克重的连续或不连续的纤维素胚料来生产具有基本非扁平的大体形状的硬质纤维素产品。17、因此，本技术是基于以下见解的：多级纤维素胚料成型单元具有两个互相配合的成型鼓，以提供连续或不连续的纤维素胚料，其中两个成型鼓都被提供分离的纤维素纤维，并且其中在生产/压制硬质纤维素产品之前，在第一成型鼓上收集的纤维素纤维被输送并连接至第二成型鼓上收集的纤维素纤维。因此，关于仅有一个成型鼓的纤维素胚料成型单元，对到达产品成型单元的连续或不连续的纤维素胚料的不同位置的克重进行定制的能力得到了加强。本发明使输送到支撑结构的连续或不连续的纤维素胚料可以在轴向和/或径向方向上具有不同的/变化的克重或表面重量。18、本发明的好处是，所述方法和装置为纤维素胚料提供了合适的强度和刚度，从而阻止在生产/压制具有基本非扁平的大体形状的硬质纤维素产品时纤维素胚料开裂。19、本发明的另一个好处是纤维素胚料的克重可以容易地定制，以便获得待被生产的基本非扁平的大体形状的硬质纤维素产品的所需性质。20、根据本发明的不同的示例实施例，纤维素胚料在轴向和/或横向方向上(即垂直和/或平行于支撑结构/网的移动方向)是不连续的。这些实施例的好处是可以形成在轴向和横向方向上具有足够克重的独立的条状和/或瓦片状纤维素胚料，用于在压制工具中随后使用以用于生产基本非扁平的大体形状的硬质纤维素产品。21、根据本技术的不同的实施例，第一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，以用于形成纤维素胚料的小片材，所述纤维素胚料的小片材将被输送至第二成型鼓的外表面。22、第一成型鼓的外表面上不均匀的穿孔密度提供了不同量的纤维素纤维附着/聚集到旋转的第一成型鼓的不同部位，从而当纤维素纤维从第一成型鼓输送至第二成型鼓时，传递到支撑结构的连续或不连续的最终纤维素胚料可以高效地在轴向和/或径向方向被提供不同/变化的克重或表面重量。23、根据本发明的不同的实施例，分解单元包括：第一分解单元，所述第一分解单元被配置为向第一成型鼓提供纤维素纤维；和第二分解单元，所述第二分解单元被配置为向第二成型鼓提供纤维素纤维。从而经由分配器提供到第一成型鼓和第二成型鼓的纤维素纤维可以是不同的类型，即不同的原料、不同的纤维尺寸、不同的添加剂等。这些实施例的好处是，最终纤维素产品成品的机械性能可以定制以满足特定的需求。24、根据本发明的不同的实施例，多级纤维素胚料成型单元包括在第二成型鼓下游的压缩辊，用于压缩连续或不连续的纤维素胚料。压缩的连续或不连续的纤维素胚料在剩余的工艺中更容易被处理，即在最终压制之前，各纤维素纤维以更高效的方式被互相锁定/缠结。25、本发明的更多好处和特征将在下面对优选实施例的详细描述中变得明显。