吸管生产系统和吸管生产方法

技术领域

本发明属于吸管成型技术领域，尤其涉及一种吸管除味与结晶处理一次成型生产系统及方法。

背景技术

吸管作为食品级一次性用品，对于食品安全要求较高，包括气味与耐热水使用等要求，因此，在吸管生产过程中，需根据不同的原材料，采取不同的加工模式。目前市面上常见的是聚丙烯塑料吸管，容易加工，一次成型后耐热水效果较好，而且吸管气味较小，通常采用吹气定型与冷水冷却的方式生产。此类塑料制品虽然性能优异、价格低廉，但对人类的生存环境造成了严重的污染，随着人们环保意识的增强，近年来一些生物可降解材料成为许多企业研发和关注的焦点。

然而，以生物可降解材料作为原材料制备吸管，由于材料本身特性，存在异味和/或耐热性差问题。例如，PLA(聚乳酸)吸管，气味较小但初始结晶度较低，热软化点较低，无法在较热的液体中使用；又如，PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、PGA(聚乙醇酸)吸管，同时具有气味较大和不耐热水问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种吸管生产系统和吸管生产方法，用于解决以生物可降解材料作为原材料的吸管制备工艺中，产品存在异味和/或耐热性差的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种吸管生产系统，包括依次连接的挤出装置、真空成型装置和结晶装置；所述的挤出装置上设有吸管挤出模具，

所述的真空成型装置包括真空水箱，以及设于真空水箱上的吸管成型模具；

所述的吸管生产系统还包括抽吹气装置，所述的抽吹气装置包括阀门单元、模内通道以及分别与模内通道连接的吹气设备与抽气设备；所述模内通道设于吸管挤出模具内，所述阀门单元用于使所述模内通道与所述吹气设备连通，或者使所述模内通道与抽气设备连通；

在生产过程中，物料经吸管挤出模具与吸管成型模具后成型为管状结构，所述的模内通道与该管状结构相连通，以使得吹气设备工作时，在管状结构中心产生气体以便于管状结构的成型；抽气设备工作时，产生负压，将加工时管内产生的废气脱除；所述的真空水箱一方面可脱除管外产生的废气，另一方面可平衡管状结构内外压力，避免因抽气设备产生负压而使得吸管收缩断条。

进一步地，所述的抽吹气装置还包括吹气管道和抽气管道，所述阀门单元包括三通阀，所述的模内通道、吹气管道、抽气管道均与所述三通阀连接，所述的吹气设备与吹气管道连接，所述的抽气设备与抽气管道连接。

作为可选的技术方案，所述阀门单元包括两个双通阀，所述的模内通道、吹气管道、抽气管道之间通过三通接头相连通，并通过在吹气管道、抽气管道上分别设置有双通阀，以控制吹气设备、抽气设备与模内通道的连通状态。

作为优选的技术方案，所述的三通阀与双通阀均可选用普通气阀。

进一步地，所述的吹气管道上设有第一气体流量计和第一气量控制阀，所述的抽气管道上设有第二气体流量计和第二气量控制阀。

作为优选的技术方案，所述的吹气管道上还设有正压表，所述的抽气管道上还设有负压表。正压表与负压表的量程优选为50-100Pa。

进一步地，所述的真空成型装置还包括水循环组件，所述的水循环组件包括与真空水箱依次循环连通的回水管、供水装置和进水管，所述的进水管上设置有水量调节阀。所述的水循环组件还用于在真空水箱提供使吸管冷却的水体环境。

进一步地，所述的真空成型装置还包括与供水装置连接的缓流管，所述的缓流管的管壁末端与吸管成型模具的外壁相贴合，所述的缓流管的出水口指向吸管成型模具的物料入口边缘，一方面流出的水流可初步冷却吸管使吸管具有一定挺度不变形，另一方面也使得缓流管流出的水流对物料与吸管成型模具物料入口之间的间隙产生液封作用。

进一步地，所述的缓流管的末端呈铲型结构，其出水口横截面沿水流的方向逐渐增大。

进一步地，所述的缓流管出水口位于吸管成型模具物料入口处上方0.4～0.8cm处。

作为优选的技术方案，所述的缓流管采用不锈钢方形管，不锈钢方形管的末端呈铲型结构，缓流管采用不锈钢方形管，方便对其末端进行加工，以形成铲型结构。

进一步地，所述的真空成型装置还包括负压组件，所述的负压组件包括真空泵、连通真空泵与真空水箱的真空管道，以及与真空泵相连通的液封箱；

所述的真空水箱的上方设有第一压力表，所述的真空管道上设有第二压力表，所述的液封箱的上方设有第三压力表。

进一步地，所述的结晶装置包括循环连通的结晶热水箱、加热水箱、循环泵；所述的结晶热水箱上设有物料进口与物料出口。

作为优选的技术方案，所述的结晶热水箱与加热水箱为食品级不锈钢材质，结晶热水箱与加热水箱相连接实现热水循环功能，结晶热水箱设置测温探头以稳定整体温度且外层加装保温装置节约能耗。

一种基于上述系统的吸管生产方法，包括：

在运行开始阶段，通过所述吹气设备辅助所述物料成型为管状结构；

在运行过渡阶段，控制所述真空水箱的水位逐渐上升直至该管状结构被水浸没，然后对所述真空水箱抽真空；

在运行平稳阶段，通过所述抽气设备向该管状结构抽气。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)本发明通过将模内通道设于吸管挤出模具内，且将吹气设备与抽气设备共同与模内通道连接，以使得吹气设备工作时，可在挤出的物料中心产生气体便于管状结构的成型；抽气设备工作时，产生负压，从吸管内部去除加工塑料所产生的气味，可避免吸管二次处理除味；同时，吸管在真空水箱中进一步冷却定型，真空水箱一方面可脱除管外产生的废气，另一方面可平衡管状结构内外压力，避免因抽气设备产生负压而使得吸管收缩断条。

2)本发明通过设置依次连接的挤出装置、真空成型装置和结晶装置，可解决各类需要后结晶处理的材料吸管，一次成型使吸管达到耐热水效果。

3)本发明不仅可应用于吹气成型，还可用于抽真空成型。

附图说明

图1为实施例中一种吸管生产系统的结构示意图；

图中标记说明：

1-吸管挤出模具；

2-真空成型装置、

201-真空水箱、202-吸管成型模具、203-回水管、204-供水装置、205-进水管、206-缓流管、207-真空泵、208-真空管道、209-液封箱；

3-结晶装置、

301-结晶热水箱、302-加热水箱、303-循环泵；

4-抽吹气装置、

401-模内通道、402-吹气设备、403-抽气设备、404-吹气管道、405-抽气管道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例以本发明上述技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示的一种吸管生产系统，包括依次连接的挤出装置、真空成型装置2和结晶装置3；其中挤出装置上设有吸管挤出模具1，真空成型装置2包括能够提供负压环境的真空水箱201，以及设于真空水箱201上的吸管成型模具202；

该吸管生产系统还包括抽吹气装置4，抽吹气装置4包括阀门单元、模内通道401以及分别与模内通道401连接的吹气设备402与抽气设备403；模内通道401设于吸管挤出模具1内，阀门单元用于使模内通道401与吹气设备402连通，或者使模内通道401与抽气设备403连通；

在生产过程中，物料经吸管挤出模具1与吸管成型模具202后成型为管状结构，模内通道401与该管状结构相连通，以使得吹气设备402工作时，在挤出的物料中心产生气体便于管状结构的成型(运行开始阶段)；抽气设备403工作时，产生负压，将加工时管内产生的废气脱除，吸管在真空水箱201中进一步冷却定型(运行稳定阶段)；真空水箱201一方面可脱除管外产生的废气，另一方面可平衡管状结构内外压力，避免因抽气设备403产生负压而使得吸管收缩断条。

在一些具体的实施例中，抽吹气装置4还包括吹气管道404和抽气管道405，吹气设备402与吹气管道404相连，抽气设备403与抽气管道405相连。

优选的，阀门单元包括三通阀，模内通道401、吹气管道404、抽气管道405之间通过三通阀相连通。在另一实施方式中，模内通道401、吹气管道404、抽气管道405之间通过三通接头相连通，并在吹气管道404、抽气管道405上分别设置有双通阀，以控制吹气管道404、抽气管道405与模内通道401的连通状态。更具体的，三通阀与双通阀均可选用普通气阀。

在一些具体的实施例中，模内通道401自吸管挤出模具1的出料端伸出，并且该伸出端位于该吸管挤出模具1的环形挤出出料口内，使得模内通道401与管状结构的内部相连通，模内通道401的延伸方向与管状结构的出料方向保持一致，从而使模内通道401的气流方向平行于管状结构。

在一些具体的实施例中，吹气管道404上设有第一气体流量计和第一气量控制阀，抽气管道405上设有第二气体流量计和第二气量控制阀。

在一些具体的实施例中，吹气管道404上还设有正压表，抽气管道405上还设有负压表。正压表与负压表的量程优选为50-100Pa。

在一些具体的实施例中，真空成型装置2还包括水循环组件，水循环组件包括与真空水箱201依次循环连通的回水管203、供水装置204和进水管205；进水管205上设置有水量调节阀；供水装置204包括相连接的循环水箱与水泵。水泵运行后，进水管205的水进入真空水箱201后通过回水管203再回到循环水箱，通过调节进水管205上的水量调节阀，可调节真空水箱201内的水位。

在一些具体的实施例中，真空成型装置2还包括与供水装置204连接的缓流管206，缓流管206的管壁末端与吸管成型模具的外壁相贴合，以使得水流贴着吸管成型模具202流下；缓流管206的出水口指向吸管成型模具202的物料入口边缘，一方面流出的水流可初步冷却吸管使吸管具有一定挺度不变形，另一方面也使得缓流管206流出的水流对物料与吸管成型模具202物料入口之间的间隙产生液封作用，从而对真空水箱201起到液封作用，防止真空水箱内部失压，提高成型过程稳定性。

在一些具体的实施例中，缓流管206通过连接管与循环水箱连接，在连接管上设有阀门，通过阀门控制缓流管206的水流出。

在一些具体的实施例中，缓流管206的末端呈铲型结构，其出水口横截面沿水流的方向逐渐增大。

在一些具体的实施例中，缓流管206出水口位于吸管成型模具202物料入口处上方0.4～0.8cm处，以使得水流可完全覆盖物料与吸管成型模具202物料入口之间的间隙，同时水流几乎不会对物料有冲击力，避免吸管产生变形。

优选的，缓流管206采用不锈钢方形管，不锈钢方形管的末端呈铲型结构，缓流管采用不锈钢方形管，方便对其末端进行加工，以形成铲型结构。

在一些具体的实施例中，真空成型装置2还包括负压组件，负压组件包括真空泵207、连通真空泵207与真空水箱201的真空管道208，以及与真空泵相连通的液封箱。在实际应用中，需保持真空管道208在真空水箱201内延伸出的高度位于真空水箱201内水体液面之上。

在一些具体的实施例中，负压组件还包括与真空泵207相连通的液封箱209。优选的，真空水箱201的上方设有第一压力表，真空管道208上设有第二压力表，液封箱209的上方设有第三压力表，通过三个压力表可实时观察真空水箱201内的压力情况以及负压组件的运行情况，保证真空水箱201内部呈现稳定负压状态。可以理解的是，正常情况下，第一压力表的数值等于第二压力表的数值，第三压力表显示为0，而当第一压力表的数值和第二压力表的数值不相等，和/或第三压力表为正压或负压时，则表明存在异常情况。例如，当真空水箱201内的水位过高至水流溢至第一压力表的安装位置时，第一压力表的数值和第二压力表的数值不相等；当真空泵207的电机反转，则第三压力表为负压；当真空泵207内进入空气，则第三压力表为正压。

在一些具体的实施例中，结晶装置3为热水加热结晶装置，具有加热功能与控温功能，以实现不同温度下的控温效果。具体的，结晶装置3包括循环连通的结晶热水箱301、加热水箱302和循环泵303；结晶热水箱301用于储存结晶用热水，形成热水恒温结晶区域，在管状结构通过过程中，结晶热水箱301中储存的热水对连续输出的管状结构进行热水结晶，结晶热水箱301上还设有供管状结构贯穿通过的物料进口与物料出口。

在一些具体的实施例中，结晶热水箱301和加热水箱302之间设有循环管，结晶热水箱301、加热水箱302、循环泵303通过循环管依次循环连通。加热水箱302内设有水加热器。

在一些具体的实施例中，循环泵303可设于加热水箱302或结晶热水箱301内，并与循环管连接；和/或，结晶热水箱301和加热水箱302可整合为一个内置加热器的恒温水箱。

在一些具体的实施例中，结晶热水箱301和加热水箱302中还均设有温度计和液位计，以使得结晶热水箱301内保持足量且温度适合的热水恒温结晶区域，从而达到预计的结晶效果。

在一些具体的实施例中，加热水箱302中还连接有进水装置，由于结晶热水箱301内的热水会从物料进出口流出，为了保持结晶热水箱内的水位恒定，还需及时向加热水箱302内补充水量。

优选的，结晶热水箱301与加热水箱302为食品级不锈钢材质，结晶热水箱301与加热水箱302的外层均加装有保温装置节约能耗。

本发明实施例还提供一种吸管生产方法，采用如上所述的吸管生产系统进行生产，包括：

S1，在运行开始阶段，通过所述吹气设备辅助物料成型为管状结构。

具体地，运行开始阶段时，真空水箱201的水位位于物料通道之下，控制所述阀门单元使所述模内通道401与所述吹气设备402连通，并控制所述吹气设备402向所述模内通道401吹气；开启水泵，通过牵引使吸管挤出模具1挤出的物料进入吸管成型模具202中，物料在所述吹气设备402的吹气下成型为管状结构；

S2，在运行过渡阶段，控制所述真空水箱的水位逐渐上升直至该管状结构被水浸没，然后对所述真空水箱抽真空。

具体地，可通过调节水量调节阀使所述真空水箱201的水位逐渐上升，待所述真空水箱201内的水位溢过该管状结构，对所述真空水箱201进行抽真空；在所述真空水箱201内的水位达到设定水位后，关闭所述吹气设备402；

S4，在运行平稳阶段，通过所述抽气设备向该管状结构抽气。

运行平稳阶段，待所述真空水箱201内的真空度平稳后，控制所述阀门单元使所述模内通道401与所述抽气设备403连通，并控制所述抽气设备403向所述模内通道401抽气。

实际生产证明，以PGA作为原材料，采用常规的吹气定型与冷水冷却的方式生产的吸管，气味等级在4.5-5级，而采用本发明提供的吸管生产系统生产的吸管，气味等级在2-3级，符合对一般吸管的气味要求≤4级。(气味等级划分：2级，有气味，但无干扰性气味；3级，有明显气味，但无干扰性气味；4级，有干扰性气味；4.5级，介于4至5级之间；5级，有强烈干扰性气味)。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。