一种固化基质制造装置、工艺及其制造的固化基质的制作方法

本发明属于植物栽培技术领域，具体涉及一种固化基质制造装置、工艺及其制造的固化基质。

背景技术：

基质栽培是重要的无土栽培方式，也是最主要的现代商业化种植方式。常见的栽培基质包括如泥炭、椰糠、岩棉等，通常情况下，是以装入长条状基质袋中泥炭栽培垫、椰糠栽培垫或者固化成型的岩棉条的形式出现。在商业化基质栽培中，通常采用滴灌的方式补充水分和养分。在一个典型的滴灌基质栽培系统中，滴灌头被插在基质块的上部，水分从滴灌头中渗出，然后逐渐蔓延到基质块的其它部位。

水肥有效利用是决定基质栽培成败的关键。现有的技术基本上是通过水分管理来提高水肥利用效率，而对基质本身水分特性的考虑则主要集中在其整体持水特性和通气特性上，基本上没有考虑基质内部的水分分布问题。

重力是影响水分分布的重要因素，重力会迫使水向下，从而使水分聚集在基质下部。基质块的水分分布均匀性对提高水肥利用效率非常重要。例如，刚刚定植到基质上的植物根系只会延伸到基质的上部区域。因此，如果由于重力的影响，大部分的水下沉到基质的底部，那么植物可能得不到足够的水和/或养分。为了确保基质顶部区域的植物根系得到充分的浇水，种植者可能需要向基质提供过多的水，从而导致水肥浪费和额外的成本，而基质下部水分的过分累积则还会导致根系局部缺氧，影响植物生长。

cn207543878u(一种多层栽培模制基质)公开了一种多层栽培模制基质，包括网状外套和设于网状外套中的多层模制基质，所述多层基质从上至下依次为第一透气层、释缓层、缓冲层和第二透气层，其中，第一透气层上设有槽孔。第一透气层和第二透气层设于顶部和底部增强了基质的通气性能，中部释缓层具有良好的吸水和保水性能，同时还具有保肥、缓释肥的作用，缓冲层同时保证基质的通气和保水性能。但是现有的基质产品，无论是散料颗粒基质，还是固化成型基质，应用于滴灌栽培系统中时，由于重力作用，水分均倾向于分布于基质的下部，从而造成水分在基质块中的分布不均匀。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种固化基质制造装置、工艺及其制造的固化基质，以解决上述背景技术中提出的问题；本发明的目的在于得到具有较为稳定的外观结构和微观结构的固化基质：由于固化成型过程中，近热源端的原料获得的热量更多、温度更高、加热更充分，故而热熔纤维的熔融更充分，在同步发生的压块压缩作用下，原料相对更容易压缩，原料颗粒相对更为紧密，联结更充分，密度相对更高，持水孔隙占比相对更多，因而，成型固化基质块自底端到顶端的密度逐渐降低。

本发明通过下述技术方案予以实现：

本发明的第一方面提供一种固化基质制造装置，包括模具主体和压块，所述模具主体顶端敞口；在所述模具主体底面分布有高能热源，所述压块位于所述模具主体正上方且与压力机构相连接，在所述压力机构的作用下，所述压块在所述模具主体内竖直移动。

作为优选，所述高能热源选择加热面板或者高温蒸汽加热系统。

作为优选，所述加热面板设置于模具主体的底面，所述加热面板包括设置于模具主体底面的底板和安装在所述底板上的电热丝；所述底板选择薄钢板或者铝板制作而成。薄钢板或者铝板为具有高导热率的材料，控制面板的厚度，使其整体具有较低的热容，其上均匀分布有电热丝，由于加热面板整体热容较小，可快速升温和降温，通过热扩散使与之接触的基质原料快速升温并逐步向上扩散。

作为优选，所述高温蒸汽加热系统包括蒸汽分布面板和位于所述蒸汽分布面板底部的蒸汽发生器，所述蒸汽分布面板置于模具主体的底面，在所述蒸汽分布面板上均匀分布有多个蒸汽孔，所述蒸汽发生器产生的高温蒸汽通过蒸汽分布面板上的蒸汽孔从模具主体的底面均匀进入基质原料，自下而上加热基质原料。

作为优选，在所述模具主体的内部底面中央设置有定植孔模块，所述定植孔模块的形状和大小与定植孔一致。设置定植孔模块以利于移栽入其中的幼苗根系扎入固化基质块中。

本发明的第二方面提供一种利用上述的装置制造固化基质的工艺，包括如下步骤：

s101原料准备：原料由基质颗粒混合物和热熔固化纤维组成；

s102装料：将原料均匀混合，然后装入模具内，装满后刮平；

s103加热固化：启动高能热源，使热量从模具的底面向上扩散逐渐加热原料，并使热熔固化纤维可控融化，同时启动压力机构控制压块移动，均匀压缩原料，使原料相互粘合；对非皮芯结构的热熔固化纤维而言，所述可控熔化是指纤维整体熔化；对皮芯结构的热

熔固化纤维而言，所述可控熔化是指纤维的皮层熔化；

s104冷却成型：关闭高能热源和压力机构，停止给原料加温和压块移动，冷却、脱模，

形成固化基质块。

作为优选，所述基质颗粒混合物由泥炭、珍珠岩、蛭石、作物秸秆粉碎物中的一种或几种混合而成；所述热熔固化纤维是由热塑性聚合物纺丝而成。

作为优选，步骤s103中，控制压块的移动距离，使原料的压缩率在1.4-1.8之间，其中压缩率＝初始原料的体积/最终基质块的体积。

作为优选，步骤s103中，原料的加热时长控制在3分钟以内。

作为优选，步骤s103中，加热结束时近热源端原料的温度比热熔固化纤维的目标熔点温度高20-50℃，远热源端原料的温度比热熔固化纤维的目标熔点温度高0-5℃。对非皮芯结构的热熔固化纤维而言，所述目标熔点温度是指纤维的熔点温度；对皮芯结构的热熔固化纤维而言，所述目标熔点温度是指纤维皮层的熔点温度。

本发明第三方面提供一种根据上述的工艺制备而成的栽培基质，所述栽培基质上表面是所述固化基质的近热源端面，所述栽培基质的下表面是所述固化基质的远热源端面，所述栽培基质的上层密度是下层密度的1.05-1.2倍。

本发明的工艺制造的固化基质，具有以下有益效果：

(1)具有较为稳定的外观结构和微观结构的固化基质：由于固化成型过程中，近热源端的原料获得的热量更多、温度更高、加热更充分，故而热熔纤维的熔融更充分，在同步发生的压块压缩作用下，原料相对更容易压缩，原料颗粒相对更为紧密，联结更充分，密度相对更高，持水孔隙占比相对更多，因而，成型固化基质块自底端到顶端的密度逐渐降低。

(2)本发明的固化基质作为栽培基质时，固化基质的近热源端面是作为栽培基质上表面，而远热源端面是作为栽培基质的下表面，因此，最终栽培基质上端的密度要高于下端的密度。基质块上端的密度是下端密度的1.05-1.2倍。

(3)由于栽培基质的上端相比下端要更为紧密，其中的持水孔隙更多，故而对水分的毛管作用力更强，更容易保持水分，使得水分更倾向于留在基质上部，而由于重力的作用，水分又更倾向于流向基质下部，在这两种作用下，水分在基质上部和下部的分布相对平衡，均匀。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见的，对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1和对比例1的固化基质制造装置的结构示意图；

图2为实施例1和对比例1的固化基质制造装置的结构示意图；

图3为实施例2和对比例2的固化基质制造装置的结构示意图；

图4为实施例2和对比例2的固化基质制造装置的结构底面图；

图5为实施例3和对比例3的固化基质制造装置的结构示意图；

图中，1、模具主体，2、压块，3、底板，4、电热丝，5、蒸汽分布面板，6、蒸汽发生器，7、蒸汽孔，8、压力机构，9、定植孔模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1-2所示，一种固化基质制造装置，包括模具主体1和压块2，所述模具主体1为顶端敞口的方体箱体；模具主体1内部尺寸为10cm×10cm×10cm，在所述模具主体1底面分布有高能热源，所述压块2位于所述模具主体1正上方且与压力机构8相连接，在所述压力机构8的作用下，所述压块2在所述模具主体内竖直移动。

所述高能热源选择加热面板。所述加热面板设置于模具主体1的底面，所述加热面板包括设置于模具主体1底面的底板3和安装在所述底板3上的电热丝4；所述底板3选择薄钢板或者铝板制作而成。薄钢板或者铝板为具有高导热率的材料，控制面板的厚度，使其整体具有较低的热容，其上均匀分布有电热丝，由于加热面板整体热容较小，可快速升温和降温，通过热扩散使与之接触的基质原料快速升温并逐步向上扩散。

一种利用上述的装置制造固化基质的工艺，包括如下步骤：

以60％泥炭+20％珍珠岩+10％秸秆粉碎物+10％热熔纤维(质量百分比)，其中热熔固化纤维是由聚对苯二甲酸乙二醇酯为芯层部分(熔化温度为250℃-255℃)，以乙二醇改性聚苯二甲酸乙二醇酯(熔化温度为130℃-135℃)为皮层部分通过皮芯结构复合纺丝而成。将上述原料充分混匀，然后装入上述模具中，装满并震动使原料充分填充到模具内部，接通电源，使模具开始加热并使压块匀速下降，控制加热功率和压块移动速率，在2分钟内使近热源端原料温度(下半部原料的中心点温度)升高到了160℃而远热源端原料温度(上半部原料的中心点温度)为130℃，基质原料的压缩率为1.6，得到基质块1。

实施例2

如图3-4所示，一种固化基质制造装置，包括模具主体1和压块2，所述模具主体1为顶端敞口的方体箱体；模具主体1内部尺寸为10cm×10cm×10cm，在所述模具主体1底面分布有高能热源，所述压块2位于所述模具主体1正上方且与压力机构8相连接，在所述压力机构8的作用下，所述压块2在所述模具主体内竖直移动。

所述高能热源选择高温蒸汽加热系统。所述高温蒸汽加热系统包括蒸汽分布面板5和位于所述蒸汽分布面板5底部的蒸汽发生器6，所述蒸汽分布面板5置于模具主体1的底面，在所述蒸汽分布面板5上均匀分布有多个蒸汽孔7，所述蒸汽发生器6产生的高温蒸汽通过蒸汽分布面板5上的蒸汽孔7从模具主体1的底面均匀进入基质原料，自下而上加热基质原料。

一种利用上述的装置制造固化基质的工艺，包括如下步骤：

以60％泥炭+20％珍珠岩+10％秸秆粉碎物+10％热熔纤维(质量百分比)，其中热熔固化纤维是由聚对苯二甲酸乙二醇酯为芯层部分(熔化温度为250℃-255℃)，以乙二醇改性聚苯二甲酸乙二醇酯(熔化温度为130℃-135℃)为皮层部分通过皮芯结构复合纺丝而成。将上述原料充分混匀，然后装入上述模具中，装满并震动使原料充分填充到模具内部，接通电源，使模具开始加热并使压块匀速下降，控制加热功率和压块移动速率，在3分钟内使近热源端原料温度(下半部原料的中心点温度)升高到了180℃而远热源端原料温度(上半部原料的中心点温度)为134℃，基质原料的压缩率为1.6，得到基质块2。

实施例3

如图5所示，一种固化基质制造装置，包括模具主体1和压块2，所述模具主体1为顶端敞口的方体箱体；模具主体1内部尺寸为10cm×10cm×10cm，在所述模具主体1底面分布有高能热源，所述压块2位于所述模具主体1正上方且与压力机构8相连接，在所述压力机构8的作用下，所述压块2在所述模具主体内竖直移动。

所述高能热源选择高温蒸汽加热系统。所述高温蒸汽加热系统包括蒸汽分布面板5和位于所述蒸汽分布面板5底部的蒸汽发生器6，所述蒸汽分布面板5置于模具主体1的底面，在所述蒸汽分布面板5上均匀分布有多个蒸汽孔7，所述蒸汽发生器6产生的高温蒸汽通过蒸汽分布面板5上的蒸汽孔7从模具主体1的底面均匀进入基质原料，自下而上加热基质原料。在所述模具主体1的内部底面中央设置有定植孔模块9，所述定植孔模块9的形状和大小与定植孔一致。

一种利用上述的装置制造固化基质的工艺，包括如下步骤：

以60％泥炭+20％珍珠岩+10％秸秆粉碎物+10％热熔纤维(质量百分比)，其中热熔固化纤维是由聚对苯二甲酸乙二醇酯为芯层部分(熔化温度为250℃-255℃)，以乙二醇改性聚苯二甲酸乙二醇酯(熔化温度为130℃-135℃)为皮层部分通过皮芯结构复合纺丝而成。将上述原料充分混匀，然后装入上述模具中，装满并震动使原料充分填充到模具内部，接通电源，使模具开始加热并使压块匀速下降，控制加热功率和压块移动速率，在2分钟内使近热源端原料温度(下半部原料的中心点温度)升高到了180℃而远热源端原料温度(上半部原料的中心点温度)为130℃，基质原料的压缩率为1.6，得到基质块3。

对比例1

如图1-2所示，一种固化基质制造装置，包括模具主体1和压块2，所述模具主体1为顶端敞口的方体箱体；模具主体1内部尺寸为10cm×10cm×10cm，在所述模具主体1底面分布有高能热源，所述压块2位于所述模具主体1正上方且与压力机构8相连接，在所述压力机构8的作用下，所述压块2在所述模具主体内竖直移动。

所述高能热源选择加热面板。所述加热面板设置于模具主体1的底面，所述加热面板包括设置于模具主体1底面的底板3和安装在所述底板3上的电热丝4；所述底板3选择薄钢板或者铝板制作而成。薄钢板或者铝板为具有高导热率的材料，控制面板的厚度，使其整体具有较低的热容，其上均匀分布有电热丝，由于加热面板整体热容较小，可快速升温和降温，通过热扩散使与之接触的基质原料快速升温并逐步向上扩散。

一种利用上述的装置制造固化基质的工艺，包括如下步骤：

以60％泥炭+20％珍珠岩+10％秸秆粉碎物+10％热熔纤维(质量百分比)，其中热熔固化纤维是由聚对苯二甲酸乙二醇酯为芯层部分(熔化温度为250℃-255℃)，以乙二醇改性聚苯二甲酸乙二醇酯(熔化温度为130℃-135℃)为皮层部分通过皮芯结构复合纺丝而成。将上述原料充分混匀，然后装入上述模具中，装满并震动使原料充分填充到模具内部，接通电源，使模具开始加热并使压块匀速下降，控制加热功率和压块移动速率，在2分钟内使近热源端原料温度(下半部原料的中心点温度)升高到了160℃而远热源端原料温度(上半部原料的中心点温度)为133℃，基质原料的压缩率为2.0，得到基质块4。

对比例2

如图3-4所示，一种固化基质制造装置，包括模具主体1和压块2，所述模具主体1为顶端敞口的方体箱体；模具主体1内部尺寸为10cm×10cm×10cm，在所述模具主体1底面分布有高能热源，所述压块2位于所述模具主体1正上方且与压力机构8相连接，在所述压力机构8的作用下，所述压块2在所述模具主体内竖直移动。

所述高能热源选择高温蒸汽加热系统。所述高温蒸汽加热系统包括蒸汽分布面板5和位于所述蒸汽分布面板5底部的蒸汽发生器6，所述蒸汽分布面板5置于模具主体1的底面，在所述蒸汽分布面板5上均匀分布有多个蒸汽孔7，所述蒸汽发生器6产生的高温蒸汽通过蒸汽分布面板5上的蒸汽孔7从模具主体1的底面均匀进入基质原料，自下而上加热基质原料。

一种利用上述的装置制造固化基质的工艺，包括如下步骤：

以60％泥炭+20％珍珠岩+10％秸秆粉碎物+10％热熔纤维(质量百分比)，其中热熔固化纤维是由聚对苯二甲酸乙二醇酯为芯层部分(熔化温度为250℃-255℃)，以乙二醇改性聚苯二甲酸乙二醇酯(熔化温度为130℃-135℃)为皮层部分通过皮芯结构复合纺丝而成。将上述原料充分混匀，然后装入上述模具中，装满并震动使原料充分填充到模具内部，接通电源，使模具开始加热并使压块匀速下降，控制加热功率和压块移动速率，在2分钟内使近热源端原料温度(下半部原料的中心点温度)升高到了180℃而远热源端原料温度(上半部原料的中心点温度)为128℃，基质原料的压缩率为1.2，得到基质块5。

对比例3

如图5所示，一种固化基质制造装置，包括模具主体1和压块2，所述模具主体1为顶端敞口的方体箱体；模具主体1内部尺寸为10cm×10cm×10cm，在所述模具主体1底面分布有高能热源，所述压块2位于所述模具主体1正上方且与压力机构8相连接，在所述压力机构8的作用下，所述压块2在所述模具主体内竖直移动。

所述高能热源选择高温蒸汽加热系统。所述高温蒸汽加热系统包括蒸汽分布面板5和位于所述蒸汽分布面板5底部的蒸汽发生器6，所述蒸汽分布面板5置于模具主体1的底面，在所述蒸汽分布面板5上均匀分布有多个蒸汽孔7，所述蒸汽发生器6产生的高温蒸汽通过蒸汽分布面板5上的蒸汽孔7从模具主体1的底面均匀进入基质原料，自下而上加热基质原料。在所述模具主体1的内部底面中央设置有定植孔模块9，所述定植孔模块9的形状和大小与定植孔一致。

一种利用上述的装置制造固化基质的工艺，包括如下步骤：

以60％泥炭+20％珍珠岩+10％秸秆粉碎物+10％热熔纤维(质量百分比)，其中热熔固化纤维是由聚对苯二甲酸乙二醇酯为芯层部分(熔化温度为250℃-255℃)，以乙二醇改性聚苯二甲酸乙二醇酯(熔化温度为130℃-135℃)为皮层部分通过皮芯结构复合纺丝而成。将上述原料充分混匀，然后装入上述模具中，装满并震动使原料充分填充到模具内部，接通电源，使模具开始加热并使压块匀速下降，控制加热功率和压块移动速率，在4分钟内使近热源端原料温度(下半部原料的中心点温度)升高到了180℃而远热源端原料温度(上半部原料的中心点温度)为140℃，基质原料的压缩率为1.6，得到基质块6。

本发明的固化基质作为栽培基质时，固化基质的近热源端面(底面)是作为栽培基质上表面，而远热源端面(顶面)是作为栽培基质的下表面。分析测定上述栽培基质块的密度和含水率，其中，上层密度是栽培基质块上半层的平均密度(干样)，下层密度为作为栽培基质块下半层的平均密度(干样)。将上述基质块浸泡于水中10分钟，然后在室温下放置3小时后测定含水率，上层含水率定义为其上半层的平均体积含水率，下层含水率定义为其下半层的平均体积含水率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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