製造成型熱塑性塑料的方法
2023-10-17 01:28:24 1
製造成型熱塑性塑料的方法
【專利摘要】用於將熱塑性材料片材形成包括至少一個頂點的三維形狀的方法，所述方法包括步驟(i)通過具有外形的模型成型該片材，從而在所述片材中產生第一成型形狀，其後(ii)將凸形模型置於第一成型形狀內，在第一成型形狀內，所述凸形模型具有包括至少一個頂點的外形，和(iii)升高第一成型形狀的溫度至高於步驟(i)中成型的溫度，由此致使第一成型形狀朝向其初始材料的形式皺縮，並由此沿用凸形模型的外形。
【專利說明】製造成型熱塑性塑料的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及製造成型的熱塑性塑料，特別是成型像茶葉袋那樣具有預定三維形狀的浸泡包裝、並且特別是具有尖銳特徵形狀的浸泡包裝。
【背景技術】
[0002]多年來，例如茶葉袋的浸泡包裝被主要用作為方形或圓形的兩層典型地由紙構成的多孔過濾材料片材得到，其中例如茶葉的浸泡材料被夾在所述片材之間。這樣的包裝限制了浸泡材料在包裝內主要是兩維的流動。作為其結果，這樣的包裝的浸泡性能就會被限制。
[0003]由此，在過去的數十年間已經看到了大量生產的浸泡包裝的發展，其具有更加三維的形狀並允許浸泡物質在更大的空間內運動。特別成功的是四面體形狀的包裝，例如那些在公開的國際專利申請公開 W095 / 01907 (Unilever)和 W02004 / 033303 (1.M.A.SPA)中所描述的。
[0004]在製造四面體包裝的時候，四面體的形狀通常通過在一管過濾材料內產生相互垂直的橫向密封部來形成，並且設計用於這樣的生產的裝置對於其他三維形狀的製造來說是不合適的。
[0005]因此，期望研發可以製造多種不同三維形狀的方法，特別是包括尖銳特徵的形狀，其以頂點為代表，例如由四面體形狀而提供。
[0006]定義
[0007]應當指出的是，在指定任意範圍的數值中，任意特定的上限值會與任意特定的下限值相關。
[0008]為了避免產生歧義，術語「包括」意圖是指「包含」，但不必須是「由......構成」
或者「由......組成」。換句話說，所列出的步驟或者可選擇的情形並不是窮盡的。
[0009]本發明在這裡所公開的內容被認為是覆蓋彼此多重從屬的權利要求所包括的所有實施方式，而不考慮這樣的事實，即權利要求可以在沒有多重從屬或多餘的情況下建立。
【發明內容】
[0010]發明人已經認識到現有熱成型方法雖然能夠製造不同三維形狀，但並不適用於浸泡包裝材料，特別是當該形狀包括尖銳特徵的時候。
[0011]首先，浸泡包裝絕大多數時候通常由紙構成，其不是可熱成型的。其次，即便它們由可熱成型材料構成，也會由於它們的多孔性以及材料較薄而不適用於熱成型。
[0012]已知的熱成型方法涉及加熱材料的第一步驟，隨後是熱成型所述材料的第二步驟。非常小熱容量的浸泡包裝材料意味著任何的加熱都將會快速地流失並由此致使該方法無法實施。
[0013]即便是可以找到解決加熱問題的方法，但還是會存在本質上的困難。例如，現有熱成型技術典型地涉及使用空氣壓力來成型材料。然而，浸泡包裝材料的多孔性使得這種方法為不切實際的，因為穿過材料的空氣壓力的任何不同都將會快速達到平衡。
[0014]如果不使用空氣壓力，並且模具被按壓至所述材料中，那麼隨後就會將不可接受的高應力弓I入至材料中，特別是在模具的任意尖銳特徵周圍，導致材料的破壞。
[0015]由此，熱成型似乎不是包括尖銳特徵的浸泡包裝材料產生三維形狀的可行的方法。
[0016]然而，本發明人令人驚奇地已經克服了這些障礙，並且開發了可以製造能夠由浸泡包裝材料形成的具有尖銳特徵的三維形狀的成型方法。
[0017]據此，本發明涉及用於將熱塑性材料片材成型為包括至少一個頂點的三維形狀的方法，所述方法包括步驟:
[0018](i)藉助於具有外形的模型成型片材，從而在所述片材中產生第一成型形狀，隨後
[0019](ii)將凸形模型置於第一成型形狀內，在第一成型形狀內所述凸形模型具有包括至少一個頂點的外形，以及
[0020](iii)升高第一成型形狀的溫度至高於步驟(i)中成型的溫度，由此使第一成型形狀朝向其初始片材的形式皺縮，並由此沿用凸形模型的外形。
[0021]所述方法由此涉及將熱塑性材料成型為第一成型形狀，其大於最終成型的形狀。此外，第一成型形狀並不包括尖銳特徵，從而使得在成型過程中引入至材料內的應力被均勻地分布至整個材料內。一旦成型，使第一成型形狀在具有尖銳特徵的凸形模型上皺縮，由此產生具有尖銳特徵的成型形狀。
[0022]在尖銳特徵周圍所產生的應力，儘管未被完全地移除，但是其大大小於由具有尖銳特徵的凸形模型所直接熱成型的材料將會遇到的應力。
[0023]由此，根據本發明的方法，甚至是非常薄而且多孔的材料也能夠成型為具有尖銳特徵的三維形狀。
[0024]因此，優選熱塑性材料具有小於1.0mm的平均厚度、優選小於0.50mm、更優選小於0.2_、最優選為0.01至0.1_。
[0025]而且，熱塑性材料優選為可滲透氣體的。例如，其可以包括織物形式的熱塑性材料的細絲。
[0026]凸形模型在其外形中包括頂點，其為由所述外形的一個或多個面的匯合而形成的尖端、頂點或者尖頂，並且實際上在幾何術語中零維。然而，可以理解的是，在實踐中該頂點可以在小範圍內延伸，例如一個或兩個毫米，並且可以包括較小程度的圓角。在長度上延伸的並且是一維的、且由兩個側面的匯合形成的邊緣並不會構成頂點。
[0027]該頂點例如可以是錐形的尖頂，其中所述的頂點僅由一面或者一側形成。同樣地，所述頂點可以是三個或者更多側形成的尖頂，例如立方體的角或者金字塔形的尖頂。
[0028]根據所期望的形狀，凸形模型可以在其外形中包括多個頂點。
[0029]成型熱塑性材料片層的第一步驟可以通過本領域任意已知的成型方法來實施。然而，第一成型形狀優選由凸形模型來成型，從而使得第一成型形狀沿用凸形模型的外形。然而，在第一步驟中所採用的任何凸形模型典型地具有不存在與熱塑性材料接觸的任何邊緣或頂點的外形。如上所討論的，這就降低了在初始成型過程中材料內的應力。
[0030]熱處理步驟可以以多種不同的方式來實施，然而，加熱熱塑性材料的優選方法為將加熱氣流引導至熱塑性材料之上。如果材料為多孔的並且相對薄的，那麼這就是特別有效的，因為材料的低熱容量導致短暫的加熱時間。
[0031]在第三步驟中熱塑性材料的溫度大於第一成型步驟中的溫度，並且優選大於100°C、更優選大於120°C、最優選為130至200°C。如上所討論的，這至少可以通過引導具有超過上述溫度的氣體來實現。
[0032]熱塑性材料可以由多種不同的材料構成，然而，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚乳酸(PLA)為優選的。
[0033]根據本發明的方法能夠產生隨後可被用作為浸泡包裝材料的三維形狀。例如諸如四面體形、金字塔形、平行六面體形、稜柱形、錐形等形狀均為可能的。然而，金字塔形和/或四面體形的形狀為優選的。
[0034]由此，所述方法隨後的步驟是，通常將粒狀產品、典型地包括諸如茶葉的浸泡物堆積在所成型的熱塑性材料內。該步驟之後典型地為密封所成型的材料，從而產生密封的多孔浸泡包裝。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]現藉助於實施例和參考附圖來解釋本發明，其中:
[0036]圖1為根據本發明方法中所使用的裝置的側視圖。
[0037]圖2為根據本發明方法中所使用的裝置的另一側視圖。
[0038]圖3為根據本發明的模具和成型的熱塑性塑料的示意圖。
[0039]圖4a至4c為根據本發明的方法所成型的熱塑性材料的圖示。
[0040]圖5為根據本發明的方法所製成的成型熱塑性塑料形狀的圖示。
【具體實施方式】
[0041]參考附圖，圖1示出具有50μ rn的厚度並被保持在夾具12之間的多孔聚乳酸片材10。凸形模型14被置於所述片材10之上，並被加熱至100°C的溫度。凸形模型14不具有頂點或者尖銳特徵，並且為半球形的形狀。
[0042]凸形模型14朝向所述片材10運動並與片材10接觸。由於片材10內的材料量少，所以在與凸形模型14相接觸的區域內能夠快速地升溫至接近100°C的溫度。由此對於熱成型來說並不需要對片材10進行預加熱處理。
[0043]凸形模型14繼續朝向片材10運動直至其處於圖2中所示的位置。此刻，片材10已被成型為半球形的第一成型形狀20。
[0044]一旦第一成型形狀20已被成型，凸形模型14就被抽出並被凸形模型22所。替代。凸形模型22為具有由三側(只顯示了一個)形成的頂點24的四面體形狀。所述的凸形模型22比第一成型形狀20要小並且在其內部不相接觸地配合。
[0045]第一成型形狀20隨後通過在其上傳輸溫度為140°C的加熱空氣來加熱。這具有致使第一成型形狀22朝向其初始形狀10皺縮的作用。然而，由於放置了凸形模型22，第一成型形狀就會被阻止成型成這樣，取而代之的是沿用凸形模型22的外形。這就形成了外形26，其緊緊地沿用了凸形模型22的外形，並且重要的是沿用了頂點24的外形。因為形狀26是由皺縮形成，所以引入至材料內的應力就會被極大地降低並且不會發生材料的損壞。
[0046]圖4a至4c提供了上述方法不同階段的圖示。圖4a示出半球形的第一成型形狀20，凸形模型22被置於其中。
[0047]夾緊所述形狀以更加緊密地沿用凸形模型22的外形的進一步改進可被用於產生外形28。圖4b示出通過夾具30夾緊就位的成型形狀28。圖中還示出了管32，加熱空氣從中流出。
[0048]圖4c示出模型22和夾具30已被移除之時的最終形狀28。可以看出，在材料中形成了具有尖銳頂點的四面體形狀。
[0049]圖5示出從其夾具12中移出的最終形狀28，以及在其被摺疊之後的最終形狀38的另一圖示，其準備填充粒狀浸泡材料並被密封。
【權利要求】
1.一種用於將熱塑性材料片材成型為包括至少一個頂點的三維形狀的方法，所述方法包括以下步驟: (i)藉助於具有外形的模型成型該片材，從而在所述片材中產生第一成型形狀，隨後(?)將凸形模型置於第一成型形狀內，在第一成型形狀內的所述凸形模型具有包括至少一個頂點的外形，以及 (iii)升高第一成型形狀的溫度至高於步驟(i)中的成型溫度，由此使第一成型形狀朝向其初始片材的形式皺縮，並由此沿用凸形模型的外形。
2.根據權利要求1的方法，其中所述熱塑性材料的平均厚度小於1.0mm、優選小於0.50mm、更優選小於0.2mm、最優 選小於0.1mm。
3.根據權利要求1或2的方法，其中所述熱塑性材料為能夠滲透氣體的。
4.根據權利要求3的方法，其中所述熱塑性材料為織物的形式。
5.根據前述權利要求任一項的方法，其中所述第一成型形狀通過凸形模型在步驟(i)中成型。
6.根據前述權利要求任一項的方法，其中在步驟(ii)中，第一成型形狀的溫度被升至超過100°C，優選超過120°C。
7.根據前述權利要求任一項的方法，其中所述凸形模型為金字塔形的、優選為四面體形的。
8.根據權利要求1至6任一項的方法，其中所述凸形模型包括多個頂點。
9.根據前述權利要求任一項的方法，其中步驟(i)中的模型具有不存在與熱塑性材料相接觸的任何邊緣或頂點的外形。
10.根據前述權利要求任一項的方法，其中所述熱塑性材料包括聚乳酸。
11.根據前述權利要求任一項的方法，其後為將粒狀產品堆積至三維形狀內的步驟，所述粒狀產品優選包括諸如茶葉的浸泡物。
12.根據權利要求11的方法，其後密封所述熱成型的材料以製備密封的多孔浸泡包裝。
【文檔編號】B29C51/08GK103561938SQ201280021641
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年4月11日 優先權日:2011年5月3日
【發明者】A·M·伍德沃德 申請人:荷蘭聯合利華有限公司