壓痕和打孔裝置、方法、包裝材料和包裝容器與流程
2023-09-17 07:40:35 2
本發明涉及包裝材料的壓痕和打孔技術領域，尤其涉及一種對紙基複合包裝材料進行壓痕和打孔的裝置和方法及其製成的包裝材料和包裝容器。
背景技術：
在包裝工業中已經使用一次性包裝件來包裝和運輸液體食品。此種一次性的可以丟棄的包裝件常常用撓性材料製成，該材料通過摺疊成形和密封，轉換成所要形狀的充滿液體的密封的包裝容器。很大一組的此類可以丟棄的包裝件是用層壓的包裝材料生產的，該材料包括一層用紙或紙板做成的芯層和在芯層兩側面外邊的對液體密封的塑料塗層。該包裝層壓材料也可以包括附加的塑料層和/或金屬層，以便給予包裝容器抵抗(例如)氣體和光的優越屏蔽性能。
雖然包裝材料處於未摺疊的平面狀態，但它常設置有摺痕線，以便於摺疊，其目的是便於將包裝材料轉換成所要構型的包裝容器。
通常，此種摺痕線的產生方法是，將預備摺痕的包裝材料置於壓痕工具的運動的陽模和陰模部件中，該工具通過壓緊而在包裝材料中產生局部變形並壓印出所要的摺痕圖形。變形的產生在於，利用陽模工具表面上的直線形凸出部或脊沿預定的摺疊線將包裝材料壓入工具的陰模部件中的槽內。以此種方式生產的有摺痕線的包裝材料顯示一個正面和一個反面，即壓痕工具使包裝材料的正面產生凸起的直線形(脊狀)變形，而使其反面產生相應的直線形凹槽。
利用壓板或轉動壓痕法，即利用兩個分別有互補且精確對齊的溝道(或槽)和凸條(或脊)的相互配合的轉動輥(如圖1和圖2所示)來對連續片材進行壓痕，可以獲得此種摺痕線的圖形(如圖3和圖4所示)，連續運行 時的情況如圖5所示。
壓痕過的包裝材料部分地彈性恢復到其原始形狀，因此包裝材料中的持久摺痕線比在被壓痕時的要淺，並在包裝材料的一個表面、通常是朝向包裝外部的表面上具有下凹的輪廓，而在相反的表面上具有凸起的輪廓。
另一方面，在包裝材料形成裝有飲品的包裝容器之後，飲用方式除了用剪刀剪開包裝之外，更常見的是插入吸管或擰開/揭開蓋子，這就需要在包裝材料的紙基上預先打孔，以便於飲用時的開啟。在製造層壓包裝材料的過程中，目前慣用的做法是在複合(淋膜)塑料層和金屬層之前對紙基進行打孔。打孔步驟與壓痕步驟類似，利用兩個分別有互補且精確對齊的孔切刀和孔槽的相互配合的轉動輥(如圖6所示)來對連續片材進行打孔，切除的紙片通過輥內的通道被負壓吸出。
更通用的是，壓痕與打孔在同一個工作站完成，該工作站的機架安裝有壓痕功能輥筒和打孔功能輥筒。
如果包裝容器的容積增大，由於受壓變大，包裝材料的厚度也需要相應增加。如果包裝容器的形狀變複雜，相應摺疊變多，包裝材料的摺痕數量也會相應增加。隨著包裝材料厚度增加或摺痕增加，每個摺痕壓應力、每個摺痕深度以及相鄰摺痕間距都會有所變化，進而容易對包裝材料尤其是紙芯層產生較高切應力，從而導致不期望的材料分層或纖維分離，使包裝包材強度降低。
因此，需要對包裝材料的摺痕方式進行改進，以克服由於包裝容器容積增大或形狀變複雜而導致成形性能下降。
技術實現要素：
本發明的主要目的在於提供一種壓痕和打孔裝置、方法、包裝材料和包裝容器。通過本發明的壓痕和打孔裝置或方法製成的包裝材料和包裝容器具有比通過傳統壓痕和打孔裝置或方法製成的包裝材料和包裝容器更好的力學性能和物理性能。
根據本發明的第一方面，提供了一種壓痕和打孔裝置，用於對包裝材料 進行壓痕和打孔，包裝材料用於摺疊形成包裝容器，其特徵在於，包括：第一壓痕輥組，用於對連續通過的包裝材料進行壓痕以形成第一壓痕，第一壓痕輥組包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置被壓上第一壓痕；第二壓痕輥組，用於對連續通過的包裝材料進行壓痕以形成第二壓痕，第二壓痕輥組包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置被壓上第二壓痕，第二壓痕與第一壓痕無重疊；打孔輥組，用於對連續通過的包裝材料進行打孔以形成開孔，打孔輥組包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置形成開孔。
優選地，第一壓痕在朝向包裝外部的表面上具有下凹的輪廓，第二壓痕在朝向包裝內部的表面上具有下凹的輪廓。可選地，第一壓痕在朝向包裝內部的表面上具有凸起的輪廓，第二壓痕在朝向包裝外部的表面上具有凸起的輪廓。第一壓痕與第二壓痕可以有交叉。
根據本發明的第二方面，提供了一種壓痕和打孔裝置，用於對包裝材料進行壓痕和打孔，包裝材料用於摺疊形成包裝容器，其特徵在於，包括：壓痕輥組，用於對連續通過的包裝材料進行壓痕以形成第一壓痕和第二壓痕，壓痕輥組包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置被壓上第一壓痕和第二壓痕，第一壓痕和第二壓痕無重疊且凸凹方向相反；打孔輥組，用於對連續通過的包裝材料進行打孔以形成開孔，打孔輥組包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置形成開孔。
優選地，第一壓痕在朝向包裝外部的表面上具有下凹的輪廓，第二壓痕在朝向包裝內部的表面上具有下凹的輪廓。可選地，第一壓痕在朝向包裝內部的表面上具有凸起的輪廓，第二壓痕在朝向包裝外部的表面上具有凸起的輪廓。第一壓痕與第二壓痕可以有交叉。
根據本發明的第三方面，提供了一種壓痕和打孔裝置，用於對包裝材料進行壓痕和打孔，包裝材料用於摺疊形成包裝容器，其特徵在於，包括：壓痕輥組，用於對連續通過的包裝材料進行壓痕以形成第一壓痕，壓痕輥組包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在 預定位置被壓上第一壓痕；打孔並壓痕輥組，用於對連續通過的包裝材料進行打孔以形成開孔以及對連續通過的包裝材料進行壓痕以形成第二壓痕，打孔並壓痕輥組包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置形成開孔以及在預定位置被壓上第二壓痕。
優選地，第一壓痕在朝向包裝外部的表面上具有下凹的輪廓，第二壓痕在朝向包裝內部的表面上具有下凹的輪廓。或者是，第一壓痕在朝向包裝內部的表面上具有下凹的輪廓，第二壓痕在朝向包裝外部的表面上具有下凹的輪廓。第一壓痕與第二壓痕優選地無重疊但有交叉。
根據本發明的第四方面，提供了一種壓痕和打孔裝置，用於對包裝材料進行壓痕和打孔，包裝材料用於摺疊形成包裝容器，其特徵在於，包括：打孔並壓痕輥組，用於對連續通過的包裝材料進行打孔以形成開孔以及對連續通過的包裝材料進行壓痕以形成第一壓痕和第二壓痕，打孔並壓痕輥組包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置形成開孔以及在預定位置被壓上第一壓痕和第二壓痕，第一壓痕和第二壓痕無重疊且凸凹方向相反。
優選地，第一壓痕在朝向包裝外部的表面上具有下凹的輪廓，第二壓痕在朝向包裝內部的表面上具有下凹的輪廓。可選地，第一壓痕在朝向包裝內部的表面上具有凸起的輪廓，第二壓痕在朝向包裝外部的表面上具有凸起的輪廓。第一壓痕與第二壓痕可以有交叉。
根據本發明的第五方面，提供了一種壓痕和打孔方法，使用上述壓痕和打孔裝置對包裝材料進行壓痕和打孔，包裝材料用於摺疊形成包裝容器，其特徵在於，方法包括步驟：使包裝材料連續進入壓痕和打孔裝置；包裝材料從任一對相互配合的轉動輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置被壓上壓痕或形成開孔；使包裝材料連續離開壓痕和打孔裝置，離開的包裝材料具有第一壓痕、與第一壓痕凸凹方向相反的第二壓痕和開孔。
根據本發明的第六方面，提供了一種使用前述壓痕和打孔裝置或使用前述壓痕和打孔方法製造的包裝材料，包裝材料用於摺疊形成包裝容器，包裝材料具有第一壓痕、與第一壓痕凸凹方向相反的第二壓痕和開孔。
根據本發明的第七方面，提供了一種由前述包裝材料摺疊形成的包裝容 器。
與現有技術相比，根據本發明的技術方案對包裝材料的壓痕方式進行了改進，顯著克服了由於包裝容器容積增大或形狀變複雜而導致成形性能下降的缺陷。本發明使壓痕後的片狀包裝材料在灌裝機上灌裝密封時具有更好的機械適應性，並且使得摺疊成形的包裝容器具有更好的抗壓性、抗拉性、抗彎曲性、抗撕裂性、抗戳穿性、抗剪切性和抗磨性。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
圖1是現有技術中壓痕輥示意圖；
圖2是現有技術中壓痕輥示意圖；
圖3是常見包裝材料壓痕示意圖；
圖4是常見包裝材料壓痕示意圖；
圖5是現有技術中壓痕過程示意圖；
圖6是現有技術中打孔輥示意圖；
圖7是根據本發明實施例的壓痕和打孔裝置的示意圖；
圖8是根據本發明實施例的壓痕和打孔裝置的示意圖；
圖9是根據本發明實施例的壓痕和打孔裝置的示意圖；
圖10是根據本發明實施例的壓痕和打孔裝置的示意圖。
在這些附圖中，使用相同的參考標號來表示相同或相似的部分。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，以下結合附圖及具體實施例，對本發明作進一步地詳細說明。
在以下描述中，對「一個實施例」、「實施例」、「一個示例」、「示 例」等等的引用表明如此描述的實施例或示例可以包括特定特徵、結構、特性、性質、元素或限度，但並非每個實施例或示例都必然包括特定特徵、結構、特性、性質、元素或限度。另外，重複使用短語「在一個實施例中」雖然有可能是指代相同實施例，但並非必然指代相同實施例。
為簡單起見，以下描述中省略了本領域技術人員公知的某些技術特徵。
在液體食品的紙基複合包裝材料製造領域，隨著包裝材料厚度增加或摺痕增加，或者其他對包裝材料的挺度等物理性能的要求提高，傳統的壓痕方式容易對包裝材料尤其是紙芯層產生過高切應力，導致難以避免在灌裝或運輸過程中發生材料分層或纖維分離，從而嚴重降低包裝材料的穩定性。
本發明對包裝材料的壓痕方式進行了改進，顯著克服了由於包裝容器容積增大或形狀變複雜而導致成形性能下降的缺陷。本發明不再採用傳統的單種壓痕，而是採用了兩種壓痕，從而使壓痕後的片狀包裝材料在灌裝機上灌裝密封時具有更好的機械適應性，並且使得摺疊成形的包裝容器具有更好的抗壓性、抗拉性、抗彎曲性、抗撕裂性、抗戳穿性、抗剪切性和抗磨性。
圖7示出根據本發明實施例的壓痕和打孔裝置10。壓痕和打孔裝置10安裝在壓痕和打孔工作站中，運行時包裝材料連續通過工作站，壓痕和打孔裝置10對其進行壓痕和打孔，離開工作站的包裝材料用於後續在灌裝工作站經過灌裝密封摺疊形成包裝容器。本發明附圖省略了本領域技術人員公知的壓痕和打孔工作站機架、輥驅動設備、走紙設備、控制設備等。
壓痕和打孔裝置10包括三個輥組：第一壓痕輥組12，第二壓痕輥組14和打孔輥組16。運行中的包裝材料如水平箭頭方向依次通過三個輥組，包裝材料的運行方向不限於圖示水平方向，可以是豎直方向或任意傾斜方向。三個輥組的排布順序不限於圖中所示，可以以任意順序排布，也就是說，包裝材料可以以任何先後順序依次經過三個輥組。運行時，輥組按圖示旋轉箭頭方向旋轉，並且相對輥之間的間隙大小和壓力大小可以根據不同包裝材料的厚度和強度進行調整。
第一壓痕輥組12用於對連續通過的包裝材料進行壓痕以形成第一壓痕，第一壓痕輥組12包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置被壓上第一壓痕。第二壓痕輥組14用於對連續通 過的包裝材料進行壓痕以形成第二壓痕，第二壓痕輥組14包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置被壓上第二壓痕。輥表面一般是剛性的，但是也可能具有一定的彈性。
按照本發明的技術構思，第二壓痕與第一壓痕是不同的部位，即沒有重疊部分。以圖3和圖4所示壓痕圖為例，第一壓痕可以是所有橫線，第二壓痕是其餘線條。也可以是，第一壓痕是所有斜線，第二壓痕是其餘線條。還可以是任何可能的分配方式分配第一壓痕和第二壓痕，只要第一壓痕和第二壓痕的併集是全部所需壓痕即可。本領域技術人員理應理解，本發明附圖所示輥上稜/槽均是示意性的。技術人員一般會根據包裝材料的具體摺疊方式和包裝容器的形狀大小來設計最優化的壓痕分配。
打孔輥組16用於對連續通過的包裝材料進行打孔以形成開孔，打孔輥組16包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置形成開孔。
本發明附圖所示輥筒的筒徑是一樣的，但是根據轉速、壓力、空間等具體情況，可以設計成不同筒徑的輥。可以不同輥組的筒徑不同，甚至也可以同一輥組的兩輥筒徑不同。
包裝材料的幅寬一般可以容納多個包裝容器對應片材的寬度，在印刷、壓痕、打孔、複合等工序之後，會在灌裝前對包裝卷材進行切割。本發明附圖為了簡明起見，只繪製了單個包裝容器對應的壓痕和打孔輪廓，實際生產過程中根據包裝容器的尺寸輥組表面會並列相應整數個輪廓。
通過壓痕和打孔裝置10後，包裝材料上的第一壓痕在朝向包裝外部的表面上具有下凹的輪廓，第二壓痕在朝向包裝內部的表面上具有下凹的輪廓。如果壓痕輥組只有陽模沒有陰模，也就是說只有凸條(或脊)而相對輥沒有溝道(或槽)，則包裝材料只在一面有下凹的輪廓而在反面沒有凸起的輪廓。如果採用傳統壓痕輥組，第一壓痕在朝向包裝內部的表面上具有凸起的輪廓，第二壓痕在朝向包裝外部的表面上具有凸起的輪廓。舉例而言，假設圖7中包裝材料的外部表面朝上，內部表面朝下，那麼第一壓痕輥組12中上輥具有突出部分，而第二壓痕輥組14中下輥具有突出部分。突出部分用於對包裝材料進行壓痕，其高度一般低於包裝材料的厚度。
再次參見圖3和圖4，摺痕圖中有若干摺痕線交點，在這種交點的位置，傳統壓痕和摺疊的過程尤其容易導致包裝材料和包裝容器的性能降低。根據本發明的技術構思，有交點的摺痕線儘量分散分配到第一壓痕和第二壓痕，也就是讓有交點的摺痕線不要全部都屬於第一壓痕或者全部都屬於第二壓痕。包裝材料上的相應呈現就是第一壓痕與第二壓痕有交叉。
按照圖7所示的技術方案，可以很好的實現本發明的技術效果。但是，由於壓痕和打孔工作站是車間生產線上的一個環節，其預留空間往往是有限的，如果將現有的安裝有一個壓痕輥組和一個打孔輥組共兩個輥組的工作站改建成安裝有三個輥組的工作站，需要對工作站的結構進行非常大的改造，甚至可能需要完全重建工作站或者預留空間不足以裝下三個輥組。針對這種現實情況，圖8和圖9示出了變通的技術方案。
圖8示出根據本發明實施例的壓痕和打孔裝置20。與圖7所示技術方案不同之處在於，壓痕和打孔裝置20採用同一個輥組來壓制兩種壓痕。壓痕和打孔裝置20包括兩個輥組：壓痕輥組22和打孔輥組24。
壓痕輥組22用於對連續通過的包裝材料進行壓痕以形成第一壓痕和第二壓痕，壓痕輥組22包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置被壓上第一壓痕和第二壓痕，第一壓痕和第二壓痕無重疊且凸凹方向相反且有交叉。
打孔輥組24用於對連續通過的包裝材料進行打孔以形成開孔，打孔輥組24包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置形成開孔。
圖9示出根據本發明實施例的壓痕和打孔裝置30。與圖7所示技術方案不同之處在於，壓痕和打孔裝置30採用同一個輥組來壓制一種壓痕並打孔。壓痕和打孔裝置30包括兩個輥組：壓痕輥組32和打孔並壓痕輥組34。圖9所示技術方案比圖8所示技術方案的輥筒加工難度要小。圖8的壓痕輥組22中的一個輥筒需要有三個徑向尺寸：基準面、凸面、凹面，而圖9的壓痕輥組32或打孔並壓痕輥組34中的一個輥筒與傳統輥筒一樣只需要有兩個徑向尺寸。
壓痕輥組32用於對連續通過的包裝材料進行壓痕以形成第一壓痕，壓痕 輥組32包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置被壓上第一壓痕。
打孔並壓痕輥組34用於對連續通過的包裝材料進行打孔以形成開孔以及對連續通過的包裝材料進行壓痕以形成第二壓痕，打孔並壓痕輥組34包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置形成開孔以及在預定位置被壓上第二壓痕。
第一壓痕在朝向包裝外部的表面上具有下凹的輪廓，第二壓痕在朝向包裝內部的表面上具有下凹的輪廓。或者相反地，第一壓痕在朝向包裝內部的表面上具有下凹的輪廓，第二壓痕在朝向包裝外部的表面上具有下凹的輪廓。
根據本發明的發明構思，還可以只採用一個輥組。圖10示出根據本發明實施例的壓痕和打孔裝置40。壓痕和打孔裝置40包括打孔並壓痕輥組42，用於對連續通過的包裝材料進行打孔以形成開孔以及對連續通過的包裝材料進行壓痕以形成第一壓痕和第二壓痕，打孔並壓痕輥組42包括一對相互配合的轉動輥，包裝材料從兩輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置形成開孔以及在預定位置被壓上第一壓痕和第二壓痕，第一壓痕和第二壓痕無重疊且有交叉且凸凹方向相反。
此外，本發明還公開了一種使用前述壓痕和打孔裝置對包裝材料進行壓痕和打孔的壓痕和打孔方法，包括步驟：使包裝材料連續進入壓痕和打孔裝置；包裝材料從任一對相互配合的轉動輥之間的間隙中穿過時被壓緊並在預定位置被壓上壓痕或形成開孔；使包裝材料連續離開壓痕和打孔裝置，離開的包裝材料具有第一壓痕、與第一壓痕凸凹方向相反的第二壓痕和開孔。
本發明還公開了使用前述壓痕和打孔裝置或使用上述壓痕和打孔方法製造的包裝材料，以及由該包裝材料摺疊形成的包裝容器。
以上所述僅為本發明的實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。