ТРАВЯНОЕ ВОЛОКНО
HERBAL FIBRE

Область техники
Данное изобретение относится к растительному (травяному) волокну, в частности к способу изготовления различной продукции, необходимой в практической жизни, которую можно получать при помощи рафинера для переработки растений механическим способом, при этом способ заключается в очистке растений, получении формовочной смеси посредством смешивания очищенного волокна, глины и воды, прессования и сушки, в результате чего получается материал для внутренней отделки в строительстве, изготовления теплоизоляционных, адиабатических, звуконепроницаемых, огнестойких плит, кирпичей и блоков, смеси для декоративного оформления (цементный раствор), волокнистой массы, отличающейся повышенными характеристиками прочности на растяжение, цементных плит для оформления интерьеров и наружной теплоизоляции, для осуществления адиабатических, звукоизоляционных, противопожарных функций при изготовлении посредством смешивания цемента и воды цементного материала, волокнистой плиты, получаемой посредством смешивания волокна и связующего материала, бумаги, изготовляемой из волокна, нитей, получаемых посредством плетения волокна, а также волокнистого теплоизоляционного материала.
Предшествующий уровень техники
Разрабатываются различные способы переработки растительного сырья (травянистых растений). Однако способ химической обработки может вызывать экологические проблемы. Область применения способа механической обработки ограничена, поскольку обработанное волокно является коротким.
Раскрытие изобретения
Таким образом, целью настоящего изобретения является преодоление вышеуказанных проблем. Другой целью настоящего изобретения является обеспечение получения травяного волокна простым способом переработки растительного сырья при помощи рафинера, отделяющего более длинные волокна. Плиты для внутренней и наружной теплоизоляции в строительстве, адиабатические, звукоизоляционные и огнестойкие плиты изготавливают посредством смешивания очищенного волокна с глиной и водой или цементом и водой, при этом полученный материал может заменить собой асбест, пенопласт и т.д. Волокнистая плита используется при изготовлении бумаги, в таком случае растительное волокно заменяет собой древесную целлюлозу. Из растительных волокон изготавливаются нити без использования хлопкового волокна. Посредством прессования волокон можно получать стекловолокно.
Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение различных способов изготовления, по одному из которых рафинер способен механически обрабатывать растения (травянистые) с более длинным волокном, в то время как способ смешивания обеспечивает изготовление для строительной отрасли внутренних и наружных теплоизоляционных, адиабатических, звукоизоляционных, огнестойких плит, кирпичей, блоков и декоративной смеси (вместо использования цементного раствора), при этом формовочную смесь получают посредством смешивания глины и воды с размолотым волокном (3-5 см), кроме того, раскрывается способ повышения прочности на растяжение, а также раскрывается способ смешивания, при помощи которого можно производить для строительной отрасли внутренние и наружные цементные плиты и цементный материал посредством смешивания цемента и воды с волокном, раскрывается также определенное соотношение компонентов смеси, раскрывается также способ изготовления строительного материала для внутренней и наружной отделки, раскрывается также способ изготовления волокнистой плиты посредством смешивания волокна со связующим веществом, кроме того, раскрывается способ изготовления бумаги из волокна, раскрывается также способ изготовления нитей из волокна, а также раскрывается способ изготовления из волокна теплоизоляционного материала.
Лучший вариант осуществления изобретения
1. Способ изготовления рафинера для обработки растительного (травяного) сырья
Устройство выполняется на основе обычного бытового миксера. Лезвие каждой вращающейся лопасти притупляется, чтобы вращающиеся лопасти не резали растения, а производили на них ударное воздействие в процессе вращения (10000-16000 об/мин), за счет чего волокна отделяются в воде.
А. Толщина вращающейся лопасти
Лучше, когда толщина вращающейся лопасти равна 0,1-5,0 см, при этом толщина 0,1-0,5 см предусматривается для растений длиной 1-5 см, в то время как толщина 0,6-5,0 см предусматривается для растений с толстой наружной кожицей или растений длиной 6-20 см.
В. Длина вращающейся лопасти
Полная длина вращающейся лопасти должна быть не меньше 8 см для обеспечения надлежащей обработки растительного сырья. Длина лопасти определяется в зависимости от вида растения, подлежащего обработке, длины растения, объема растительного сырья, толщины вращающейся лопасти, а также мощности электродвигателя.
С. Частота вращения вращающейся лопасти
Частота вращения 10000-160000 об/мин является эталонной скоростью при толщине вращающейся лопасти 0,1-0,5 см и общей длине 8 см. При изготовлении и использовании вращающейся лопасти какой-либо конкретной длины, частота ее вращения определяется исходя из силы ударного воздействия, а также на базе эталонной скорости вращения.
2. Способ очистки растений (травянистых)
Любые виды растений могут подвергаться очистке и использоваться в качестве волокна. Однако такие растения, как рисовая солома, дикорастущие растения, газонная трава с длинными листьями, легче поддаются обработке.
А. Способ очистки 1
1) Зрелые растения срезают и высушивают.
2) Растения нарезают по определенным размерам.
3) Разрезанные растения погружают в воду и оставляют в ней для набухания.
4) Набухшие растения перемешивают с водой в рафинере при объемном содержании растений не более 10%, а воды не менее 90%, после чего перемешивают в течение 0,5-3,0 мин так, чтобы можно было получить волокна желаемой длины. (В результате процесса очистки лигнин перетирается, а волокна являются длинными, и, таким образом, их легко отделять друг от друга, при этом лигнин в растениях не остается.)
5) Волокна промывают водой и высушивают.
В. Способ очистки 2
1) Зрелые растения срезают и высушивают.
2) Растения нарезают по определенным размерам (в зависимости от области применения).
3) Нарезанные растения погружают в воду и подвергают ферментации в течение 3-7 дней при температуре не выше 40°С.
4) Ферментированные растения перемешивают при объемном соотношении не более 10% растений и не менее 90% воды в рафинере и обрабатывают в нем в течение 0,5-3,0 мин для получения волокон желаемой длины. (Объем волокна уменьшается в результате процесса очистки, очистка производится с высокой скоростью, и в растениях не остается лигнина.)
5) Волокна промывают водой и высушивают.
С. Способ очистки 3
1) Зрелые растения срезают и высушивают.
2) Неразрезанные растения подвергают набуханию в воде.
3) Некоторое количество растений формируют в пучки, для чего их нижние части связывают в пучок толщиной 1-3 см.
4) На полу готовят резиновый настил, и связанные растения раскладывают горизонтально, затем, удерживая растения за связанные части, их отбивают об пол или об круглый столб. Вышеуказанный процесс повторяют, за счет чего получают волокна длиной 10-30 см. (Лигнин в растениях не остается.)
5) Очищенные волокна промывают водой, связанную часть диаметром 1-3 см отрезают ножом и волокна высушивают.
D. Способ очистки 4
1) Зрелые растения срезают и высушивают.
2) Неразрезанные растения погружают в воду и подвергают ферментации при температуре 40°С в течение 3-7 дней.
3) Ферментированные растения группируют в пучки, при этом их нижние части (у концов среза) связывают в пучок диаметром 1-3 см.
4) На полу готовят резиновый настил, а связанные растения раскладывают на нем горизонтально, после чего растения подвергают давке обеими руками и продолжительному перетиранию. Удерживая растения за связанные концы, бьют ими многократно об пол или о круглый столб, получая в результате волокна длиной 10-30 см. (После такой обработки в растениях остается небольшое количество лигнина.)
5) Очищенные волокна промывают водой, а связанные части диаметром 1-3 см отрезают ножом, после чего волокна подвергают сушке.
3. Способ смешивания растительного (травяного) волокна с глиной и водой
А. Способ получения формовочной смеси
1) Сначала смешивают глину и воду (20-30% количества воды соответствует полному объему смеси (волокно, глина и вода), однако меньшее количество воды предпочтительнее, поскольку обеспечивает высокую прочность на растяжение после формования и сушки).
2) Глину, хорошо перемешанную с водой, подвергают медленному перемешиванию. Высушенные волокна (3-5 см) разделяют на более тонкие пучки и добавляют в глину небольшими порциями так, чтобы волокна не спутывались друг с другом при тщательном перемешивании. (Поскольку хорошо перемешанная смесь из глины и воды может легко проникать в поры высушенных волокон, такая смесь после высушивания обладает очень высокой прочностью на растяжение.)
В. Способ одновременного формования и смешивания
1) Сначала перемешивают глину с водой.
2) Хорошо перемешанную смесь из глины и воды наносят тонким слоем на бумагу, уложенную на формовочной плите.
3) Очищенные и высушенные волокна (3-5 см) выкладывают тонким слоем на нанесенную глиняно-водную смесь.
4) Глиняно-водную смесь наносят на выложенные волокна.
5) Вышеуказанную процедуру повторяют до получения необходимой толщины, а последним наносят слой глиняно-водной смеси.
4. Соотношение компонентов смеси растительного (травяного) волокна, глины и воды и способ изготовления материала для внутренней отделки в строительстве
А. Соотношение компонентов смеси волокна и глины в расчете на объем L является следующим: (1) 1,0:0,2; (2) 1,0:0,3; (3) 1,0:0,4; (4) 1,0:0,5; (5) 1,0:0,6; (6) 1,0:0,7; (7) 1,0:0,8; (8) 1,0:0,9; (9) 1:1; (10) 1,0:1,1; (11) 1,0:1,2; (12) 1,0:1,3; (13) 1,0:1,4; (14) 1,0:1,5; (15) 1,0:1,6; (16) 1,0:1,7; (17) 1,0:1,8; (18) 1,0:1,9; (19) 1:2; (20) 1,0:2,1; (21) 1,0:2,2; (22) 1,0:2,3; (23) 1,0:2,4; (24) 1,0:2,5; (25) 1,0:2,6; (26) 1,0:2,7; (27) 1,0:2,8; (28) 1,0:2,9; (29) 1:3; (30) 1,0:3,1; (31) 1,0:3,2; (32) 1,0:3,3; (33) 1,0:3,4; (34) 1,0:3,5; (35) 1,0:3,6; (36) 1,0:3,7; (37) 1,0:3,8; (38) 1,0:3,9; (39) 1:4; (40) 1,0:4,1; (41) 1,0:4,2; (42) 1,0:4,3; (43) 1,0:4,4; (44) 1,0:4,5; (45) 1,0:4,6; (46) 1,0:4,7; (47) 1,0:4,8; (48) 1,0:4,9; (49) 1:5. При соблюдении вышеуказанных пропорций можно обеспечить высокую прочность на растяжение при производстве теплоизоляционных, адиабатических, звукоизоляционных, огнестойких плит, кирпичей и блоков, используемых для внутренней отделки в строительстве. (Объем волокон определяют без объема между волокнами и измеряют путем приложения давления к измерительной емкости, применяемой для измерения объема. Фактический объем волокна составляет примерно 35% от общего объема, не включая объем 65% пустот внутри волокна и в промежутках между волокнами.)
В. Вода составляет приблизительно 20-30% от общего объема (совокупный объем волокна, глины и воды), при этом предпочтителен меньший объем воды, достаточный для замешивания и формования, для обеспечения высокой прочности на растяжение, достигаемой при формовании и сушке.
С. Имеются 49 вариантов соотношения смеси волокна и глины начиная с (1) 1,0:0,2 по (49) 1:5. На воду приходится 20-30% от общего объема, и при получении формовочной смеси способом смешивания возможно изготовление теплоизоляционных, адиабатических, звукоизоляционных, огнестойких плит, кирпичей и блоков, таким образом, формовочную смесь можно приготовить, используя различное соотношение компонентов, и общее число вариантов равно 49.
1) В случае применения составов с (1) 1,0:0,2 по (7) 1,0:0,8 из упомянутых выше соотношений формовочной смеси при большем содержании волокон прочность на растяжение понижается после завершения формования плит и сушки, снижается также и вес. При таком соотношении компонентов смеси возможно изготовление теплоизоляционных, адиабатических и звукоизоляционных плит. В случае большего содержания волокна по варианту (1) 1,0:0,2 смесь воды с глиной проникает в волокна, благодаря чему повышаются огнеупорные свойства материала.
2) В случае применения составов с (12) 1,0:1,3 по (49) 1:5 из упомянутых выше соотношений формовочной смеси доля глины превышает содержание волокон, увеличивается вес, а прочность на растяжение понижается. При таком соотношении компонентов смеси возможно изготовление огнестойкого материала. Такой материал может обладать достаточными свойствами для предотвращения распространения огня на начальной стадии пожара.
3) Соотношения компонентов смеси с (1) 1,0:0,2 по (49) 1:5 из упомянутых выше соотношений формовочной смеси пригодны для использования при изготовлении теплоизоляционных, адиабатических, звукоизоляционных, огнестойких плит и блоков.
D. Среди других соотношений смеси волокна и глины в смесях с (8) 1,0:0,9 по (49) 1:5 вода составляет 30-40% от общего объема, а длина волокна для подготовки смеси равна 1-2 см. Вышеназванный состав подходит для изготовления теплоизоляционных, адиабатических, звукоизоляционных и отделочных материалов (для использования вместо цементного раствора).
Е. Подготовленную смесь (кроме смеси для декоративной отделки) подвергают формованию и механическому прессованию на бумаге, разложенной на формовочной плите.
F. Затем смесь разрезают и шлифуют после высыхания.
G. Размер плиты составляет 90 см с одной стороны и 180 см с другой стороны. Если высота (толщина) плиты превышает 1 см, то размеры плиты можно увеличить.
Н. Размеры кирпичей или блоков могут изменяться в зависимости от их назначения.
5. Способ повышения прочности на растяжение растительного (травяного) волокна
В целях повышения прочности на растяжение волокна, очищенные в рафинере, погружают в кипящую воду и кипятят в течение 1-2 мин с последующим высушиванием.
6. Способ получения смеси растительного (травяного) волокна, цемента и воды тот же, что и способ подготовки смеси из растительного (травяного) волокна, глины и воды в подразделе 3 выше. (В данном случае вместо глины используют цемент.)
7. Соотношение компонентов смеси растительного (травяного) волокна, цемента и воды и способ изготовления материала для внутренней и наружной отделки в строительстве
А. Соотношения смеси волокна и цемента по отношению к объему L являются следующими: (1) 1,0:0,2; (2) 1,0:0,3; (3) 1,0:0,4; (4) 1.0:0,5; (5) 1,0:0,6; (6) 1,0:0,7; (7) 1,0:0,8; (8) 1,0:0,9; (9) 1:1; (10) 1,0:1,1; (11) 1,0:1,2; (12) 1,0:1,3; (13) 1,0:1,4; (14) 1,0:1,5; (15) 1,0:1,6; (16) 1,0:1,7; (17) 1,0:1,8; (18) 1,0:1,9; (19) 1:2; (20) 1,0:2,1. Соблюдая вышеуказанные соотношения, можно получить желаемую прочность на растяжение при изготовлении внутренних и наружных отделочных материалов для строительства, а также теплоизоляционных, адиабатических, звукоизоляционных, огнестойких плит и бруса. (Объем волокон определяется измерением объема волокна посредством приложения давления к измерительной емкости, пригодной для измерения объема. Фактический объем волокна приблизительно равен 35%, не включая объем 65% пустот внутри волокна и в промежутках между волокнами.)
В. Вода составляет приблизительно 20-30% от общего объема (совокупный объем волокна, цемента и воды), при этом предпочтителен меньший объем воды, достаточный для замешивания и формования, для обеспечения высокой прочности на растяжение, достигаемой при формовании и сушке.
С. В случае применения составов с (1) 1,0:0,2 по (4) 1,0:0,5 из упомянутых выше соотношений смеси волокна и цемента при большем содержании волокон прочность на растяжение понижается после завершения формирования плит и сушки, снижается также и вес. При таком соотношении компонентов смеси возможно изготовление теплоизоляционных, адиабатических и звукоизоляционных плит для внутренней и наружной отделки в строительстве. В случае большего содержания волокна по варианту (1) 1,0:0,2 смесь воды с цементом проникает в волокна, благодаря чему повышаются огнеупорные свойства материала.
D. Соблюдая соотношения компонентов смеси волокна и цемента с (7) 1,0:0,8 по (19) 1:2 из вышеупомянутых вариантов соотношений, можно изготавливать теплоизоляционные, адиабатические, звукоизоляционные и огнестойкие плиты для внутренней и наружной отделки в строительстве, а также брус.
Е. Замешивание производят согласно вышеуказанному соотношению компонентов, бумагу раскладывают на формовочной плите, после формования производят механическое прессование, а затем сушку.
F. После сушки выполняют разрезание и шлифование.
G. Размер плиты составляет 90 см с одной стороны и 180 см с другой стороны, в то время как высота (толщина) равна 0,5-10,0 см. Если толщина плиты превышает 1 см, то можно изготавливать и использовать более широкую плиту.
8. Соотношение компонентов смеси с растительным (травяным) волокном и способ изготовления плит
А. Для очистки используют рафинер, а процентное отношение по весу сухого волокна составляет (мас.) 90-95%, а при замешивании используется весовое процентное отношение связующего вещества на основе карбамидоформальдегидной смолы или карбамидо-меламино-формальдегидной смолы, равное 5-10%.
B. Очищенные рафинером волокна длиной 3-5 см на большой скорости подают через трубопровод в сушилку формовочной машины, после чего на них распыляют связующее вещество через форсунки, установленные на трубе, тем самым наносят покрытие. После этого подают струю пара под высоким давлением для создания турбулентного потока, благодаря чему вызывается вращательное движение волокон для достижения равномерного покрытия.
С. Определяют толщину и производят укладку слоями.
D. В течение 20-30 сек производят механическое прессование при температуре 160-180°С, результатом чего является изготовление волокнистой плиты.
Е. Полученный материал раскладывают при температуре ниже 70°С, высушивают, разрезают и шлифуют.
9. Способ изготовления бумаги с использованием растительного (травяного) волокна
А. Волокна длиной 3-5 см, очищенные в рафинере, погружают в щелочной раствор и кипятят 1-2 часа (до достижения такой степени выпаривания, когда пена не выходит из емкости, в которой происходит кипячение в щелочном растворе), при этом органические вещества типа лигнина, крахмала и сахара удаляются из волокон, благодаря чему волокна становятся мягче.
В. Волокна сбрызгивают водой, после чего подвергают выколачиванию или растиранию для получения сырья, пригодного для изготовления бумаги.
С. Готовят смесь из 10% волокон, 15-20% связующего вещества и 70-75% воды.
D. Пасту из волокон и воды хорошо перемешивают в одном направлении, затем добавляют связующее вещество (ПАМ - полиакриламид, ПОЭ - полиоксиэтилен и т.п.), после чего смесь хорошо перемешивают для получения постоянной концентрации волокон.
Е. Бумагу получают в результате процессов изготовления сетки бумаги, обезвоживания, сжатия и сушки.
10. Способ изготовления растительного (травяного) волокна
А. Удаляют стебель растения (травы) с тем, чтобы использовать волокна одинаковой толщины, затем отделяют только листья и разрезают их на отрезки длиной 3-5 см, после чего подвергают набуханию в воде и затем, погруженными в воду, подвергают ферментации в течение 3-7 дней при температуре примерно 40°С, затем не менее 90% воды и не более 10% листьев помещают в рафинер, который в течение 0,5-3,0 мин обрабатывает листья.
В. Размолотые листья погружают в воду для удаления лигнина, после чего получают только волокна. Лигнин перетирается, волокна при этом остаются длинными, благодаря чему их можно отделить.
С. Волокна погружают в щелочной раствор и кипятят 10-20 минут до достижения такой степени выпаривания, при которой пена не выходит из емкости, в которой производят кипячение в щелочном растворе, благодаря чему волокна становятся мягче.
D. Волокна промывают водой и высушивают.
Е. Волокна проходят процессы чесания, прочесывания, вытягивания, подготовки ровницы и прядения.
11. Способ изготовления теплоизоляционного материала с использованием растительных (травяных) волокон
А. Волокна длиной 3-5 см размалывают при помощи рафинера, после чего погружаются в щелочной раствор и подвергают кипячению в течение 1~5 мин, пока пена не перестанет выходить из емкости, в которой производится выпаривание в щелочном растворе.
В. Волокна тщательно промывают чистой водой.
С. Объем волокон определяют исходя из толщины теплоизоляционного материала, который предполагается изготовить, затем пропитанное водой волокно помещают на формовочную плиту и подвергают механическому прессованию.
D. Волоконный материал сушат и разрезают.
Промышленная применимость
Как описано выше, по настоящему изобретению возможно смешивать механически очищенные волокна с другими материалами и использовать полученную смесь в различных целях.
Изделия, полученные по настоящему изобретению, отличаются следующими преимуществами.
1. Эффект от использования рафинера
А. Возможно простым образом получить длинные волокна путем очистки растений (травы).
В. Поскольку время обработки может меняться в зависимости от вида растения (травы), требуемая длина может определяться и достигаться посредством обработки.
С. Отделенный органический материал, такой как лигнин, крахмал, сахар и т.п., может быть использован для корма животных, или подвергаться брожению для производства спирта, или же подвергаться разложению для превращения в удобрение.
2. Эффект от применения глиняных плит
А. Благодаря низкой теплопроводности в зимнее и летнее время наружный теплый и холодный воздух изолируется, за счет чего повышается тепловой КПД, в результате чего температура внутри помещений может легко регулироваться.
В. Когда содержание глины превышает содержание волокна, материал может использоваться для производства огнестойких плит, поскольку он обладает эффектом задержки пламени на начальной стадии пожара.
С. Поскольку изделие изготавливается из комбинированного материала, состоящего из волокна и глины, то оно обладает лучшими по сравнению с другими материалами теплоизоляционными, адиабатическими, звукоизоляционными и огнеупорными характеристиками.
D. При изменении температуры и влажности не происходит сжатие и растяжение, поэтому после окончания строительства не возникают деформации и зазоры.
Е. Материал легко разрезается ножом или пилой и легко крепится при помощи гвоздей, шурупов, дюбелей и т.п.
F. Процесс строительства прост, сокращается время строительных работ, а затраты на материалы могут быть снижены за счет использования природных материалов.
G. Изделие по настоящему изобретению может использоваться вместо гипсовой плиты, асбеста, камня, стекловолокна, пенопласта и т.п. Возможна 100%-я утилизация отходов.
3. Эффект от применения цементной плиты
А. Она представляет собой комбинированный материал из волокна и цемента и обладает надежными качествами по влагостойкости и огнестойкости, ее можно использовать как полупостоянный материал вместо деревянного шпона или бруса для внутренней и наружной отделки при строительстве.
В. Плита легко режется при помощи ленточной пилы, крепящейся на станке, используемом для резки камня, и легко крепится при помощи гвоздей, шурупов, дюбелей и т.п.
С. После завершения установки панелей из этих плит возможно выполнение отделочных работ с использованием водонепроницаемой кафельной плитки.
4. Эффект от использования плиты из растительного (травяного) волокна
Возможно производство изделий разнообразных форм, таких как волокнистая плита, брус, фасонная плита. Изделие может использоваться как плита для внутренней отделки в строительстве, в качестве бруса и материала для изготовления мебели.
5. Эффект от использования бумаги, изготовленной из растительного (травяного) волокна
Растения (трава), которые легко найти в природе, могут быть подвергнуты простой обработке без использования химического процесса, в результате чего лигнин легко удаляется из волокна без повреждения природного состояния волокон при производстве бумаги. Таким образом, не используя древесину, можно тем самым защитить природу.
6. Эффект от пряденого растительного (травяного) волокна
Растения (трава), которые легко найти в природе, подвергаются обработке посредством скручивания волокон. Такой материал может использоваться вместо хлопкового волокна, и возможно его массовое производство.
7. Эффект от применения растительного (травяного) волокна в качестве теплоизоляционного материала
Материал может использоваться вместо стекловолокна или пенопласта, а также применяться для изогнутых участков изделий типа труб. Материал является экологически чистым и отличается превосходными теплоизоляционными, адиабатическими и звукоизоляционными свойствами.
Поскольку настоящее изобретение может быть осуществлено во многих вариантах без отступления от его сущности или существенных признаков, следует также понимать, что вышеописанные примеры не ограничиваются какими-либо подробными особенностями вышеизложенного описания, если не указано иное, и наоборот, должны толковаться расширительно в рамках сущности и заявляемого объема, определенного прилагаемой формулой изобретения, и, таким образом, все модификации и изменения, находящиеся в рамках объема формулы изобретения, или их эквиваленты охватываются прилагаемой формулой.