[发明专利]可再生的生物质材料的成型方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种呈松散状材料的成型方法，尤其涉及一种可再生的生物质材料的成型方法，特别是指一种生物质燃烧材料的固体成型方法。

背景技术

众所周知，可再生的生物质材料，如农作物秸杆、草本植物、灌木、或者木材加工中所产生的固体废弃物等，是一种取之不尽的资源。而这种资源最传统的利用是作为燃烧材料和饲料。由于体积大、运输和存储不便等缺陷，生物质材料的原始使用方式早已被人们所摈弃。为解决生物质材料的上述缺陷，人们利用现代加工技术，发明了将生物质材料粉碎后再固化成颗粒状的加工方法，将生物质材料成型为颗粒状，从而大大地减少了生物质材料的体积，解决了其体积大、运输和存储不便的问题。

我国作为一个发展中的农业大国，生物质材料极其丰富。据不完全统计，我国每年仅农作物秸杆的产量高达6亿吨以上。因此在20世纪80年代，国内开始了生物质材料成型技术的引进和研究。但是，由于国外生物质燃烧材料成型技术存在能耗高、价格高的缺陷，并不适于在中国推广。本发明人在经过长达十年的研究后，于1999年至2002年提出了一系列生物质材料成型新技术，并申请了系列生物质材料的固化成型技术及其设备的发明以及实用新型专利。

本发明人秉承十几年对于生物质燃烧材料的固化成型技术的研究认为，实现以生物质燃烧材料替代矿物质能源必须解决四个主要技术问题，其一，解决生物质燃烧材料成型能耗高的问题；其二，解决生物质材料的成型质量问题，从根本上解决生物质材料作为燃烧材料时不便于运输、存储等缺陷；其三，解决生物质燃烧材料成型设备损耗过大的问题；其四，解决生物质材料成型效率过低的问题。其中任何一个技术问题都将会成为生物质固化成型技术大范围利用和推广的障碍。

本发明人经过长达十几年的研究和大量的试验后发现，传统的生物质材料的只有在高温高压下才能固化成型的观点及其现有的固化成型技术不仅具有高能耗的缺陷，同时，其成型后的产品也不具有必要的连接强度和耐潮湿性。2002年本发明人提出了“一种生物质可成型材料的成型方法及成型机构”(申请号：02828998.6)的发明专利。在该发明中，本发明人首次提出了生物质材料具有力传导距离较短的物理特性，以及充分利用生物质材料的物理特性的生物质材料固化的挤压成型方法。该方法改变了在此之前所有的生物质材料成型的变形规律以及成型后的生物质燃烧材料的力学结构，从根本上颠覆了传统的生物质材料成型只有在高温高压下才能成型的观念和技术，实现了在常温下、无需任何粘合剂的生物质燃烧材料的成型方法。由于采用该发明专利提出的成型方法不需对生物质材料进行预干燥加工以及在成型过程中进行加热处理，大大地降低了生物质燃烧材料固化成型的能耗。同时，该方法成型的燃烧材料具有与高温高压下成型的燃烧材料完全不同的力学结构和特性，成型后产品的连接强度大大优于以传统的高温高压下成型燃烧材料的产品。因此，该方法的提出首先有效地解决了生物质材料固化成型的能耗大和成型质量的问题。该发明提出后得到了国内外生物质能源的利用和研究领域的高度关注和认同。

在其后的数年间，本发明人在大量的研究和试验中发现，现有的成型设备中，挤压成型模具都具有一个较长的收缩段和定型段。而受传统的挤压成型理论的影响，该收缩段一般为锥形，以在成型时利用不断缩小的成型腔对物料进一步进行压缩，以达到提高其致密性的目的。但是，本发明人在大量的试验中发现，由于生物质材料的力传导距离比较小，只有3-5mm，在挤压过程中正压力根本不能传导到成型腔内。因此，该较长的成型段不仅不能对成型后的制品的致密性产生影响，并且也会因较长的成型段在挤压过程中产生相当大的摩擦力，从而增大了挤出成型中能量的消耗和对模具的损耗，并由此而增大了生物质材料固化成型的制造成本。

为解决该技术缺陷，本发明人于2004年提出了“松散状生物质可成型材料的挤压成型模具”的实用新型专利(专利号200420048137.6)。实验证明，该专利的成型模具充分利用了生物质材料力传导距离短的特性，通过改变成型模腔的结构最大限度地减小了生物质材料在成型过程中通过成型模具的能耗，同时大大地降低了对成型设备的损耗。进一步解决了生物质材料固化成型的能耗大的问题，同时也解决了生物质材料固化成型的设备损耗大的技术缺陷，大大地降低了生物质材料固化成型的加工成本。

在解决了生物质材料固化成型的能耗、成型质量以及设备损耗后，本发明人对国内外现有的成型设备进行了大量的比较分析和研究后发现，生产率低是目前急需解决的主要问题，只有提高生物质材料成型的生产率，才能推动生物质成型技术的商业化发展，从而实现替代矿物质能源的最终目的。