專利名稱：制造緊固波狀物的蓋子封口結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造容易打開的緊固波狀物盒/蓋封口系統(tǒng)容器的方法，以及用于制造的設(shè)備和所得到的產(chǎn)品。
Gossedge等人的美國專利4061513提出了在容器凸邊的內(nèi)外邊緣的有卷邊的形式，但是當(dāng)從容器上去除蓋子時(shí)形成的破壞面成為貫通蓋子材料和容器凸邊材料的復(fù)雜形式。其成功與否取決于從容器凸邊材料外伸凸耳“厚薄”的Gossedge復(fù)雜破壞面，顯然導(dǎo)致完全“不可接受”的(Gossedge圖5)破壞面變異，從而“……HDPE層12將撕裂，之后，在B點(diǎn)開始與薄片14分離，在這種情況下，不可能做到滿意地將封口從邊緣上撕下來”(Gossedge第4欄第17-48行)。更為重要的是，Gossedge的說明書中沒有提到與封口頭組合起來使用加壓頭，或也沒有只在容器的內(nèi)邊緣處制成卷邊以減小初始撕開力。
在本發(fā)明主要應(yīng)用場(chǎng)合的食品包裝中，密閉的容器在通過各種運(yùn)輸路線分配到最后的消費(fèi)者手中的過程中，重要之點(diǎn)在于應(yīng)保持蓋子固定在容器上。為了使確定密封容器耐久性的工作標(biāo)準(zhǔn)化，U.S.D.A給“有限破損試驗(yàn)”下了一個(gè)定義，稱之為是一種測(cè)量保持包裝完整性能力的方法。有限破損試驗(yàn)包括用壓縮空氣在作為試驗(yàn)對(duì)象的容器內(nèi)加壓。密封的容器必須在內(nèi)至少為35KPa時(shí)，至少能維持60秒。
當(dāng)通過增加容器和蓋子之間密封面寬度和強(qiáng)度，以增加包裝的破壞強(qiáng)度時(shí)(例如能抗70KPa壓力差)，令人遺憾的是，在按先有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，其撕開強(qiáng)度亦按線性關(guān)系隨之增加，從而使包裝好的食物容器的買主，很難將其蓋子打開。因此，食物容器的設(shè)計(jì)者，面臨著Hobson選擇，即是一種在運(yùn)輸階段保持完好但隨后的買主也許打不開蓋的容器;或是一種“易開”的然而經(jīng)不住運(yùn)輸過程的容器，要在這兩者之間作出選擇。
大多數(shù)食品包裝商，要求最低的為70KPa的破損壓力，甚至希望100KPa。采用常規(guī)的蓋子封口，100KPa的破損強(qiáng)度使封口的撕開強(qiáng)度約為190kg/m，這就非常難以撕開了。
如本申請(qǐng)人的申請(qǐng)?zhí)?40291歐洲專利中所公開的，發(fā)展了一種簡單結(jié)構(gòu)的“互鎖波狀物”封口結(jié)構(gòu)，它給于密封容器以高的破損壓力，還可以做到，一旦開始撕蓋，便可將蓋子容易地從容器上撕下來。換句話說，連續(xù)地從容器上將蓋子撕下來所需要的“平均”撕開力，減小到低于在常規(guī)蓋/盒粘結(jié)封口系統(tǒng)中所遇到的。(參見此專利說明書中的圖3A、3B、3C和5，它們用插圖和曲線描述了簡單結(jié)構(gòu)波狀物封口結(jié)構(gòu))。將蓋子從容器上“開始撕開”所需要的力(初始撕開力)，在某些情況下趨向于比常規(guī)的蓋/盒粘結(jié)封口系統(tǒng)在“初始撕開”階段所遭遇到的要略大一些，然而平均撕開力要低得多。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，通過取消設(shè)在盒/蓋連接部分外邊緣附近的互鎖波狀物，修改了EPA440291的簡單結(jié)構(gòu)“互鎖波狀物”封口系統(tǒng)，以減小初始撕開力。為了取消此在外部的互鎖波狀物，用兩個(gè)構(gòu)件來替代EPA440291中只用一個(gè)封口頭，即在容器內(nèi)邊緣附近形成互鎖波狀物的熱封口頭，以及設(shè)在熱封口頭外面的加壓頭，加壓頭用來在一開始將蓋子緊壓在容器凸邊上，并防止有任何熔化的蓋子或容器材料向外流動(dòng)，流到或流向容器的外邊緣。
按本發(fā)明最終制成的“緊固波狀物”封口結(jié)構(gòu)，其初始撕開力比以前的簡單結(jié)構(gòu)波狀物封口系統(tǒng)的要低得多，并甚至低于其平均撕開力。抵抗內(nèi)部破損壓力的能力并未因改善和減小了初始撕開力和平均撕開力而受到任何形式的損失。
緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)表示在圖2中。為了比較，將早先的簡單結(jié)構(gòu)“互鎖波狀物”封口結(jié)構(gòu)表示在圖5B中。本發(fā)明中的加壓頭有效地防止了任何受熱封口頭加熱熔化的材料流向容器外邊緣，從而防止在外邊緣附近形成卷邊，因此得到一個(gè)比較平的蓋/盒連接面。
熱封口頭與緊鄰的較冷加壓頭的相互配合，在蓋子和容器凸邊的連接區(qū)中，形成了蓋子高度變化區(qū)。與早先的簡單結(jié)構(gòu)波狀物相比，蓋子高度變化區(qū)只需要施加一個(gè)低得多的初始撕開力。在簡單結(jié)構(gòu)波狀物設(shè)計(jì)中，互鎖波狀物出現(xiàn)在容器凸邊的外邊緣處。
本發(fā)明提供的制品包括一個(gè)容器蓋以及一個(gè)容器凸邊，凸邊與蓋子相嚙合是通過僅在容器蓋與容器凸邊連接的內(nèi)邊緣處形成的互鎖波狀物進(jìn)行的。蓋子和凸邊通過從互鎖波狀物到盒/蓋系統(tǒng)外邊緣的整個(gè)密封面互相連接。蓋子高度變化區(qū)也是從互鎖波狀物起向上朝著外邊緣延伸，蓋子高度變化區(qū)是通過加壓頭與緊密相鄰的熱封口頭相互配合形成的。
根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的特征，緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)采用了一種包括下列內(nèi)容的方法形成的，即向下移動(dòng)加壓頭使之與蓋子的一部分接觸，并將蓋子緊壓在容器凸邊上;此后，驅(qū)動(dòng)一個(gè)熱封口頭向下與蓋子接觸，熔化或軟化蓋子材料的一部分和容器凸邊材料的一部分，從而在容器內(nèi)邊緣附近形成互鎖波狀物;在容器/蓋子系統(tǒng)上保持加壓頭壓緊力，以防止任何熔化了的容器/蓋子材料流到或流向外邊緣。
本發(fā)明的進(jìn)一步特征涉及用于制成緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)的設(shè)備，此設(shè)備包括一個(gè)加壓頭和一個(gè)熱封口頭。
附圖進(jìn)一步詳細(xì)表示了本發(fā)明，其中

圖1 加壓頭和封口頭的側(cè)向局部剖面示意圖，說明容器凸邊的連接情況;
圖2 緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)側(cè)向剖面示意圖;
圖3A 位于與承壓模相鄰處的加壓頭和熱封口頭剖面示意圖;
圖3B 用曲線的方式表示熱封口頭應(yīng)有的工作參數(shù)，具體而言為熱封口頭的溫度和壓力;
圖4A 在加壓頭與蓋子接觸后，蓋子材料從封口頭接觸區(qū)下方開始流動(dòng)的側(cè)向局部剖面示意圖;
圖4B 互鎖的第一薄片波狀物和第二薄片波狀物側(cè)向剖面示意圖;
圖4C 表示蓋子從容器上撕開的側(cè)向剖面示意圖;
圖5A 緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)、簡單結(jié)構(gòu)波狀物封口結(jié)構(gòu)和常規(guī)粘結(jié)封口系統(tǒng)的破損壓力與平均撕開力之間的關(guān)系曲線;
圖5B 為了進(jìn)行比較，表示了EPA440291中簡單結(jié)構(gòu)波狀物封口結(jié)構(gòu)側(cè)向剖面示意圖;
圖5C 緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)、簡單結(jié)構(gòu)波狀物封口結(jié)構(gòu)和常規(guī)粘結(jié)封口系統(tǒng)的破損壓力與初始撕開力之間的關(guān)系曲線;
圖6A和6B 緊固波狀物封口系統(tǒng)在各種破損壓力下破壞機(jī)理的側(cè)向剖面示意圖;
圖7 在容器內(nèi)邊緣處形成的典型互鎖波狀物系統(tǒng)的側(cè)向剖面示意圖;
圖8 表示兩種不同封蓋系統(tǒng)的破損壓力與聚丙烯波狀物截面尺寸(平方英寸)之間關(guān)系的曲線。
圖1、2和3表示設(shè)備10，用于制造一種在蓋子12的第一種材料和容器凸邊14的第二種材料之間可撕開的緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)。緊固波狀物亦可以制在一種無凸邊的軟容器上，例如制在用于給病人注入鹽水溶液的滴袋上。當(dāng)然，設(shè)備10要在蓋子12放在凸邊14上面時(shí)才進(jìn)行操作。蓋子與容器在內(nèi)部的連接處稱為內(nèi)邊緣12(圖2)(當(dāng)蓋子安放在容器的凸邊上時(shí))，蓋子與容器在外部的連接處則稱為外邊緣18(圖2)。
設(shè)備10中有一個(gè)熱封口頭20，它有一個(gè)其尺寸與蓋子相配的型面22(圖3A)。熱封口頭20中有一個(gè)加熱器24，它嵌入熱封口頭中，以加熱此封口頭。
此設(shè)備中還有一個(gè)加壓頭26，它有一個(gè)型面28(圖3A)，型面尺寸根據(jù)將蓋子放在凸邊上后與蓋子配合工作來決定。加壓頭26的位置在圖示之實(shí)施例中是在熱封口頭20外面，亦即處于朝著容器外邊緣18(圖2)的位置。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，當(dāng)需要滿足不同的設(shè)計(jì)和針對(duì)不同的加工對(duì)象時(shí)，熱封口頭20和加壓頭26的位置是可以改變的。
設(shè)備10中還包括加壓頭移動(dòng)裝置30，例如是一個(gè)氣動(dòng)作動(dòng)筒32，它通過連接板34、帶臺(tái)肩的螺栓36、36A和彈簧38 38A，使加壓頭向下移動(dòng)并與蓋接觸，從而將蓋子緊壓在容器凸邊上。
設(shè)備10還有封口頭移動(dòng)裝置40，在圖示實(shí)施例中也是氣動(dòng)作動(dòng)筒32，它通過連接板34和支承軸42相連，以便使熱封口頭向下移動(dòng)，從而與放在凸邊14上的蓋子接觸。如下文還要詳細(xì)說明的那樣，封口頭(圖3A)的型面22和加壓頭(圖3A)的型面28適合于在容器內(nèi)邊緣附近形成互鎖波狀物和朝向容器外邊緣的蓋子高度變化區(qū)。
工作時(shí)，加壓頭26和熱封口頭20先后朝蓋子12的方向向下移動(dòng)，加壓頭大約比封口頭超前1mm。因此，加壓頭26在熱封口頭20之前先與蓋子12接觸，并在熱封口頭與蓋子接觸之前先將蓋子緊壓在容器凸邊上。在加壓頭26與蓋子接觸后，連接板34通過彈簧對(duì)加壓頭26加載，此時(shí)彈簧38、38A受壓縮，當(dāng)熱封口頭20與蓋子接觸時(shí)，彈簧壓縮量D44約為1mm。
在圖示實(shí)施例中，氣動(dòng)作動(dòng)筒32驅(qū)動(dòng)熱封口頭20和加壓頭26向下移動(dòng)，也可以用其它的機(jī)械式裝置來達(dá)到同樣的目的。使用不同的容器/蓋子材料系統(tǒng)時(shí)，除其它的過程參數(shù)以外，當(dāng)然還應(yīng)改變移動(dòng)量D44。
在形成緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)的過程中，蓋子12和容器凸邊14均放在承壓模46上。在一種實(shí)施例中，蓋子12可與容器凸邊14連接，以嚴(yán)格地密封食品客器48，這種容器通常有一個(gè)底50和由第二薄片54構(gòu)成的向上延伸的壁52，此第二薄片根據(jù)所要求的阻隔特性，采用均質(zhì)的和/或?qū)訝畈牧现瞥伞Ｉw子(圖2中是第一薄片56)可以用均質(zhì)材料制成，或是層狀結(jié)構(gòu)。
圖2進(jìn)一步詳細(xì)表示了緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)60。由圖可見，封口結(jié)構(gòu)中包括鄰近容器內(nèi)邊緣16由第一種材料64構(gòu)成的互鎖波狀物62(第一種材料通常為高密度聚乙烯/聚異丁烯層64APE層64A的上層通常是PET/PVDC/PET層66)。封口結(jié)構(gòu)60中還包括由朝向外邊緣18的互鎖波狀物62構(gòu)成的密封區(qū)68，其總體處于熱封口頭20的接觸區(qū)中。
密封區(qū)68的尺寸顯然將取決于通過熱封口頭20和加壓頭26傳給第一薄片和第二薄片54的總加熱量和/或壓力。構(gòu)成緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)一部分的蓋子高度變化區(qū)70與密封區(qū)68相鄰或包括在其中，并使受影響的材料層從較低的密封區(qū)68直至蓋子上表面72，形成大體為平直的過渡段。在蓋子高度變化區(qū)之內(nèi)和在上表面72之下的那些層當(dāng)然可包括在密封區(qū)之內(nèi)。例如密封區(qū)68可以向外延伸，并包括連接面80的部分在內(nèi)。
在最佳實(shí)施例中，加壓頭26的溫度保持為足夠低，以避免在加壓區(qū)中熔化，密封區(qū)通常如圖2所示。
容器的第二薄片54可包括第二種材料74，它由聚丙烯層74A、相鄰的粘結(jié)層26、EVOH78層、另一個(gè)粘結(jié)層76和另一個(gè)聚丙烯層74B所組成。第二薄片54的這種分層結(jié)構(gòu)制成通常具有凸邊14的容器48，凸邊14是指容器的上部外周邊。
與容器外邊緣18鄰接的容器凸邊14中還包括凸邊連接面80，連接面80是指第一種材料64與容器凸邊的第二種材料74粘結(jié)或未粘結(jié)的接觸部分。
參見圖3A所示的具體實(shí)施例，加壓頭型面28的尺寸A82為0.6mm，熱封口頭20的型面22的尺寸C84為1mm，型面在該處與蓋子接觸。加壓頭26與熱封口頭20相隔距離B86為0.13mm。角γ88通常約為50°，它可以從30°至55°。熱封口頭壓入蓋子中的最大深度為0.15mm此壓入深度在加壓頭型面28之下約0.2mm。承壓模46包括一個(gè)承壓模臺(tái)肩90，此臺(tái)肩在加壓頭型面和熱封口頭型面22的正下方。
上述各種尺寸可以根據(jù)所要連接的容器/蓋子的材料配置進(jìn)行改變，但對(duì)這里所述適合于構(gòu)成封口結(jié)構(gòu)的材料而言，這些尺寸具有代表性。
圖3B表示形成圖2所示結(jié)構(gòu)時(shí)適用的熱封口頭壓力范圍和溫度范圍。對(duì)此圖線中的各符號(hào)可以說明如下符號(hào)1此區(qū)域?yàn)椴豢山邮艿牡推茡p壓力(小于70KPa)。
符號(hào)2在此區(qū)域內(nèi)由于熱封口頭的溫度過高使蓋子損壞，因此應(yīng)避免在此區(qū)域內(nèi)工作。通常PET是經(jīng)常用在全塑料蓋外表上的一種材料，因?yàn)樗懈叩娜刍瘻囟?245℃)，并且比較便宜。封口溫度不能超過PET的熔點(diǎn)，在圖中標(biāo)注了這一限制。應(yīng)該指出，箔基的蓋子材料可比PET承受高得多的溫度，根據(jù)所選擇的蓋子和/或容器凸邊材料，有可能在此區(qū)域的某些部分中工作。
符號(hào)3這一區(qū)表示希望的熱封口頭工作范圍(對(duì)于圖2所示的系統(tǒng))。注意到熱封口頭的溫度高于207℃(破損壓力要求大于70KPa)，然而溫度將不過多地超過230℃，以免由于高溫而可能使蓋子損壞。
符號(hào)4一般工作條件如下構(gòu)成緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)的時(shí)間約為1秒，加壓壓力從700至4000KPa(過程對(duì)加壓壓力不太敏感)。當(dāng)制造直徑為76mm的杯子時(shí)，采用這樣的工作參數(shù)所得到的是具有初始撕開力為0.9kg、平均撕開力為0.4kg、破損壓力170KPa的緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)。上述杯子具有兩種熔化流率的表面層，即聚丙烯的第二種材料74A和低密度聚乙烯蓋子密封層的第一種材料64。高密封聚乙烯的第一種材料64所得到的初始撕開力為1.1kg，平均撕開力0.5kg，破損壓力275KPa(見圖5A和5C)。
對(duì)于其它的蓋子密封層系統(tǒng)則有其它的工作條件。在最佳實(shí)施例中，蓋子的厚度約0.1mm，而容器48第二薄片的厚度約0.76mm。高密度聚乙烯層64A的厚度約0.05mm，第一種材料64的熔化溫度從125至140℃。通常用于食品容器頂蓋結(jié)構(gòu)中的蓋子66(PET/PVDC/PET)頂層的厚度約0.06mm。當(dāng)然，頂層也可以改用鋁箔。層64A、66構(gòu)成了第一薄片56的結(jié)構(gòu)。
如上面所提到過的，第二薄片54一部分的第二種材料74，由熔化溫度約為165至175℃和厚度約0.13mm的聚丙烯層74A組成。粘結(jié)層76一般由厚度為0.075mm的聚丙烯組成。EVOH層78厚度為0.1mm，接著是具有相同厚度為0.075mm的另一個(gè)粘結(jié)層76，最后是厚度為0.13mm的聚丙烯層74B。如所周知的，約0.25mm的磨合材料層可以包括在第二薄片上。
圖4A、4B和4C表示將蓋子密封在容器上的方法，以及表示了從容器上拆下蓋子的情況。更具體地說，圖4A表示封口頭20(最好加熱到溫度為220-230℃)移動(dòng)至與第一薄片56接觸并有足夠的行程，以便將第一薄片和頂面92壓縮在一起。如前所述，可通過向下移動(dòng)封口頭20的加熱面，使第一薄片與之接觸并被加熱，或在封口頭與第一薄片接觸時(shí)和接觸前，用熟知的高頻能量加熱第一薄片。第二薄片54也可使用高頻能量進(jìn)行預(yù)加熱，或在最佳實(shí)施例中，第二薄片通過從第一薄片傳入的熱能進(jìn)行加熱，熱能傳遞到第一薄片是靠熱封口頭與第一薄片的接觸。
如上所述，在熱封口頭與第一薄片56接觸前，加壓頭26先行與蓋子12接觸，并在蓋子上加壓力。
工作時(shí)，熱封口頭下移與第一薄片接觸，并在蓋子密封過程的初始階段提供足夠的壓力和熱能，以熔化第一層材料64A，使此層的一部分從熱封口頭接觸區(qū)的下方向外流動(dòng)，從而形成了初始的第一薄片波狀物94。與圖4B進(jìn)行比較后可見，波狀物94上具有原始的第一薄片波狀物頂尖96的位置。由封口頭所加的熱能和壓力也是以開始形成第二薄片的熔化部分98，它具有如侵入層64A中的箭頭所表示的第二薄片優(yōu)先的流動(dòng)方向100。
可見，形成本發(fā)明制品中互鎖波狀物過程的初始階段，包括了在容器內(nèi)邊緣處形成初步的第一薄片波狀物94。由于在最佳實(shí)施例中所選擇的材料，初始的波狀物94的下面與第二薄片的頂面92互相嵌入，使第一種材料的物質(zhì)在封口頭下面移動(dòng)，并力圖朝容器內(nèi)邊緣16流動(dòng)。
在形成互鎖波狀物時(shí)，加壓頭繼續(xù)將蓋子緊壓在容器上，使蓋子相對(duì)于容器穩(wěn)定不動(dòng)，并維持作用在第一種材料和第二種材料上的壓力，從而避免第一種材料和/或第二種材料的熔化部分流到或流向外邊緣。加壓頭有效地阻擋軟化或熔化了的材料在加壓頭與蓋子接觸部分的下面和/或在這一部分之外流動(dòng)。
由圖4B可見，第二薄片的一部分被加熱和/或加壓到一個(gè)足夠的時(shí)間，使之熔化和/或移動(dòng)第二種材料74的一部分。此后，熔化和/或移動(dòng)的部分第二薄片材料，流入第一薄片初始波狀物94中(見圖4A)，以形成第二薄片波狀物62B，與此同時(shí)，第一薄片初始波狀物的一部分在第二薄片波狀物62B的下面移動(dòng)，使之構(gòu)成了第一薄片波狀物62A，它在容器內(nèi)邊緣附近，與第二薄片波狀物62B沿整個(gè)互鎖區(qū)102互鎖。
第二薄片波狀物62B向上流動(dòng)，或換句話說為“噴射”到第一薄片初始波狀物94中，使初始波狀物94分成上部和下部，下部標(biāo)為第一薄片波狀物62A。波狀物62A有一個(gè)沿波狀物外周邊的第一薄片波狀物峰面104，還有一個(gè)位于峰面104末端的第一薄片波狀物頂尖96，頂尖同時(shí)也位于第一薄片波狀物62A的下側(cè)面108(見圖4C)的末端。
類似地，第二薄片波狀物62B包含一個(gè)處于第二薄片波狀物峰面112和第二薄片波狀物下側(cè)面114末端的第二薄片波狀物頂尖110。更具體地說，波狀物62A、62B可以在第一薄片波狀物頂尖和第二薄片波狀物頂尖之間的搭接部分構(gòu)成互鎖區(qū)102。第一薄片波狀物頂尖在第二薄片波狀物頂尖之下。
分布內(nèi)壓122用垂直于第一薄片波狀物峰面104的一系列小箭頭來表示。這些分布內(nèi)壓可以用箭頭124所示的集中壓力來代表，它代表在此整個(gè)分布?jí)毫ψ饔脜^(qū)內(nèi)分布內(nèi)壓122的總量。剪力偶A-A116平衡此集中壓力124，這里用了繪圖的方式表示了容器與蓋子連接的破損強(qiáng)度。由于設(shè)計(jì)成具有厚根133(圖4C)的互鎖波狀物而使破損強(qiáng)度得以提高。
眾所周知，分布內(nèi)壓122產(chǎn)生遍及整個(gè)容器/蓋結(jié)構(gòu)的周向應(yīng)力，這些周向應(yīng)力被第二個(gè)波狀物材料上的橫向剪力所平衡。容器/蓋的連接結(jié)構(gòu)，利用大體上垂直于分布內(nèi)壓122的互鎖波狀物62A、62B，有效地承受最高約可達(dá)275KPa的內(nèi)壓力而不破損(見圖5A、5B)。常規(guī)的容器/蓋連接結(jié)構(gòu)僅僅依靠蓋與容器凸邊的粘結(jié)，沒有設(shè)在容器/蓋破損面上互鎖波狀物的支持。
為了用圖來表示，圖4B上還畫有頂尖壓力向量126，它垂直于第一薄片波狀物峰面104，并和第二薄片波狀物頂尖110橫切。
壓力和溫度以及容器/蓋連接的材料應(yīng)這樣選擇，即在運(yùn)用了加壓頭和熱封口頭之后，使第一薄片波狀物頂尖和第二薄片波狀物頂尖，應(yīng)位于所定義的集中壓力124的兩側(cè)，集中壓力代表在密封的蓋和容器內(nèi)，作用于第一薄片波狀物頂尖和頂尖向量126之間第一薄片波狀物峰面上的分布內(nèi)壓力122。第一薄片波狀物頂尖處在這一位置，增加了連接的有效互鎖區(qū)，減少了平行于波狀物62A、62B下側(cè)邊的剪應(yīng)力水平。
在圖示最佳實(shí)施例中，封口頭加熱至約220℃至230℃，在保持從2750至3800KPa之間的壓力不變時(shí)，壓在容器/蓋結(jié)構(gòu)上約1秒鐘。
應(yīng)該提出，在本發(fā)明的產(chǎn)品中，第一薄片波狀物頂尖96至少伸展到集中壓力箭頭124的左方，而在另一種實(shí)施例中，第一薄片波狀物頂尖至少伸展到頂尖壓力向量126的左方，當(dāng)然這取決于所選擇用于連接的材料。
參看圖4C，當(dāng)消費(fèi)者想要將蓋子從容器上取下時(shí)，箭頭118表示的撕開力作用在第一薄片的邊緣，蓋被向上提起，并與第二薄片材料分開，使至少到斷裂點(diǎn)132的連接面80露出。因此，可以想象，將蓋子從容器上除去所需的初始撕開力只要能足以克服第一種材料在第二種材料處所受到的任何粘結(jié)，亦即從容器外邊緣18(見圖2)起，經(jīng)蓋子高度變化區(qū)70A，直至斷裂點(diǎn)132，當(dāng)然，此力同時(shí)還須在破裂點(diǎn)132處拉斷第一種材料。撕開力只需要在開始時(shí)克服粘結(jié)阻力;若要使容器破損，則內(nèi)壓力至少必須能足以破壞第二薄片波狀物，并在波狀物根133的區(qū)域內(nèi)，沿A-A線受剪切。
如前所述，與EPA440291所介紹的和在本文圖5B中所表示的簡單結(jié)構(gòu)波狀物封口結(jié)構(gòu)相比，采用圖2中表示的緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)，取消了容器外邊緣18A處的互鎖波狀物62C、62D(圖5B)后，可以使初始撕開力顯著減少，這種新型的緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)，在原先的互鎖波狀物62C、62D所在處，有一個(gè)非粘結(jié)的連接面80。
現(xiàn)在來進(jìn)一步詳細(xì)研究圖4C。當(dāng)組合使用加壓頭26和熱封口頭20時(shí)，可形成一個(gè)獨(dú)特的緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)。加壓頭26起初在具有上表面72和蓋子高度變化區(qū)70的蓋子第二部分136與蓋子12接觸，高度變化區(qū)70是蓋子第二部分中向下彎曲的部分，它是通過熱封口頭20與蓋子第一部分140接觸面造成的，蓋子第一部分140在靠近容器內(nèi)邊緣的地方。
蓋子第一部分140包括較低的表面142，和與較低表面鄰接的蓋子傾斜區(qū)139。傾斜面139是由熱封口頭的傾斜部分在蓋子上壓印而成的。蓋子傾斜面從較低的表面出發(fā)，向上朝著容器蓋143(圖1)的中心方向延伸，并與蓋子頂面145相匯合，互鎖波狀物的一部分通常在較低表面142、蓋子傾斜面和與內(nèi)邊緣16相鄰的蓋子頂面的下方構(gòu)成。由于彈性變形，傾斜面139的斜角通常小于熱封口頭上的角γ88。
因此，封口頭的型面和加壓頭的型面，不僅可適合于形成第一薄片波狀物和第二薄片波狀物62A、62B，而且可構(gòu)成蓋子第一部分140中的較低表面142、蓋子第二部分136中的上表面72、以及在上表面72和較低表面142之間蓋子高度變化區(qū)70。
蓋子高度變化區(qū)70從較低面142出發(fā)，向上朝著上表面72延伸，較低面142所在的高度低于上表面，是在熱封口頭向下移動(dòng)到一個(gè)低于加壓頭的停動(dòng)高度時(shí)構(gòu)成的。蓋子高度變化區(qū)70包括與較低面142鄰接的第一斜度改變點(diǎn)144，以及與上表面72鄰接的第二斜度改變點(diǎn)146。根據(jù)加壓頭、封口頭和蓋子與容器凸邊的材料性質(zhì)之間的相互關(guān)系，在斜度改變點(diǎn)144、146處，蓋子的斜度會(huì)發(fā)生變化，或非常平緩，或陡峭。在這兩個(gè)點(diǎn)的這一處或那一處或兩處，材料將形成圓角或輪廓分明的脊線。
因此可以看出，在內(nèi)邊緣和外邊緣之間，蓋子有一個(gè)較低面，它作為平面從互鎖波狀物那里開始向外，朝著外邊緣方向延伸;蓋子的高度變化區(qū)從比較低面出發(fā)向上，朝外邊緣延伸;以及，上表面也是平的，它從蓋子高度變化區(qū)出發(fā)，向外朝外邊緣延伸。
類似地，從外邊緣到內(nèi)邊緣的容器第二種材料74，也有一個(gè)上表面72A、第二斜度改變點(diǎn)146A、向下傾斜的蓋子高度變化區(qū)70A、第一斜度改變點(diǎn)144A、較低面142A、以及從較低面142A起，向上朝容器中心延伸的蓋子傾斜區(qū)139A。第二種材料的相對(duì)尺寸和形狀，取決于平面的大小和使蓋子材料進(jìn)入容器材料之中的材料流動(dòng)變形。
在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，第二薄片波狀物包括位于波狀物最高部分的峰頂147，峰頂147的垂直高度高于較低面142A，也高于蓋子的上表面72。容器上表面72A的高度，通常低于波狀物峰頂147，但高于容器較低面142A。
由于承壓模46(圖1)位于下方，并從封口頭和加壓頭的作用區(qū)向外延伸，所以在緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)形成后，較低面142142A，高度變化區(qū)70、70A，以及上表面72、72A的一部分，全都在承壓模46上方。蓋子12從蓋子高度變化區(qū)起，以相同的高度向外朝容器外邊緣方向延伸。
加壓頭26有效地成為一個(gè)阻止被熱封口頭熔化的蓋子和容器的熔化部分向外流動(dòng)的堤壩，以防止它們向外流到或流向容器外邊緣。阻止材料朝外邊緣流動(dòng)，可防止在容器外邊緣附近生成互鎖波狀物，并避免由此而造成初始撕開力的提高。
如圖4C所示，本發(fā)明的一種實(shí)施例中，熱封口頭的造型使蓋子從容器上撕下時(shí)，第二薄片波狀物62B留在容器上。撕開時(shí)，蓋子沿整個(gè)破壞面完整地除下，此破壞面正好在蓋子上包裹著容器材料的地方。蓋撕開后，在這一位置留下了一小部分附著在容器上的第一種材料。破壞面是指隨蓋撕下的材料和留在容器上的材料兩者之間的接合面。
將本發(fā)明開蓋破壞面的位置，與Gossedge等人的美國專利4961513提出的蓋子封口系統(tǒng)中的相比較后，應(yīng)該注意到，Gossedge特別指出，撕蓋過程中在容器凸邊上留下耳狀物是不可接受的(是Gossedge第4欄第17-48行及圖5)。Gossedge撕蓋系統(tǒng)的可操作性因而在很大程度上取決于Gossedge的兩個(gè)根部(34)所控制的厚薄;相反，在本發(fā)明中不存在這種敏感性。本發(fā)明不需要Gossedge中為適用于撕蓋操作所需要的復(fù)雜的多平面模具表面。顯然，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上也與Gossedge的不同，采用了在容器內(nèi)邊緣附近的單個(gè)互鎖波狀物系統(tǒng)以及蓋子高度變化區(qū)和一個(gè)連續(xù)地朝外邊緣方向延伸的上表面72，來代替兩個(gè)互鎖波狀物。
緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，通過圖5A和5C很容易說明。在破損壓力275KPa處，緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)的平均撕開力只有0.54kg，而簡單結(jié)構(gòu)波狀物封口結(jié)構(gòu)的平均撕開力為0.64kg，常規(guī)粘結(jié)封口系統(tǒng)的平均撕開力約1.14kg(見圖5A)。更為重要的是，如圖5C所示，初始撕開力明顯減小，從初始值為5.5至6.8kg(此值分別對(duì)應(yīng)于常規(guī)粘結(jié)封口系統(tǒng)和簡單結(jié)構(gòu)波狀物封口結(jié)構(gòu))，而應(yīng)采用緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)時(shí)，此值減為1.4kg。因此，本發(fā)明的緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)，提供了一種既能抵抗加熱過程中的高破損壓力，又能容易打開或撕開蓋子的容器。
由圖6A和6B可以看出，包裝內(nèi)部增加壓力時(shí)，容器有兩種可能的破損型式容器材料74(聚丙烯)破損;或蓋子材料64(聚乙烯)破損。在容器為聚丙烯杯以及蓋子材料為高密度聚乙烯(HDPE)的情況下，所設(shè)計(jì)的最佳破壞模式是使破損面150發(fā)生在貫通波狀物的根部，因?yàn)樵诖颂幍钠茐牧ψ畲?。在第二種情況下(圖6B)，蓋子上的低密度聚乙烯(LDPE)64，在包裝內(nèi)壓引起的拉力作用下，在例如破壞面152處破損。出現(xiàn)這種破損型式的波狀物，其破損壓力通常比聚丙烯波狀物在其根部破損時(shí)為低。
由下列之表1可以看出，在密封條件下導(dǎo)致100%貫通破壞面150的聚丙烯破損的最高破損值達(dá)到275KPa。當(dāng)如圖6B所示發(fā)生貫通破壞面152的聚乙烯破損時(shí)，破損值低得多為80KPa到190KPa。
表176mm模制杯破損型式分析能量乘積＊破損 %PP破壞 %PE破壞貫通A-A連線 在破裂點(diǎn)132Alcoa F8087 .002 AL//.0015 LDPE+6.90 E6 79.3 0 1007.10 E6 187.5 3 409.10 E6 214.4 32 129.93 E6 175.1 0 100DuPont .002 AL//.0005 HDPE6.76 E6 90.3 0 100Alcoa A9373P1 .002 AL//.0015 HDPE++6.34 E6 227.5 72 207.86 275.8 100 0＊ 能量乘積＝時(shí)間(S)×溫度(R)×壓力(KPa)+ 極限拉伸強(qiáng)度＝13800KPa++ 極限拉伸強(qiáng)度＝41400KPa由表1可看出，蓋子材料的極限拉伸強(qiáng)度影響破損強(qiáng)度。如能看出的那樣，高密度聚乙烯蓋密封層，提供最大為275KPa的破損強(qiáng)度，而低密度聚乙烯密封層的破損強(qiáng)度，最大為215KPa。
破損強(qiáng)度隨著波狀物尺寸加大而增加。圖7表示波狀物尺寸界限的定義，例如，聚丙烯寬度154，聚乙烯寬度156，聚丙烯長度158和波狀物角度160。在最佳實(shí)施例中，聚丙烯寬度154大約從0.13至0.25mm，聚丙烯長度158為0.25至0.63mm，聚乙烯寬度0.075至0.20mm以及波狀物角度160為20至50°。聚丙烯波狀物的長度和寬度相乘，得出聚丙烯的橫截面積。
圖8表示破損壓力與聚丙烯橫截面積的關(guān)系曲線，其中連續(xù)線表示一種0.00048PET11 EVA11 0.002LDPE的蓋子系統(tǒng)，其寬度PE＝0.35mm，θ＝10.2°虛線表示0.00048 PET11 0.002 AL11 0.0015 LDPE的蓋子系統(tǒng)，寬度PE＝0.08mm，θ＝2°?？梢钥闯?，破損壓力隨聚丙烯波狀物橫截面積增加而增加。研究此圖，可以引導(dǎo)人們根據(jù)圖線預(yù)見其他常用蓋子系統(tǒng)的破損壓力。應(yīng)該指出，波狀物橫截面積增加，使破損壓力提高。
作為舉例，下列表2表示密封在橢圓碟上的各種蓋子所遭遇的預(yù)加熱破損和后加熱破損以及初始撕開力。緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)易于看出。研究初始撕開力，可使人們對(duì)這種緊固波狀物技術(shù)具有容易撕開的優(yōu)點(diǎn)，印象更為深刻。
表2各種密封在橢圓形碟上的蓋緊固波狀物 預(yù)加熱 后加熱封口結(jié)構(gòu) 破損 破損 初始撕開力 平均撕開力(KPa) (KPa) (KPa) (KPa)箔 //HDPE 206.8 193.1 2.95 1.5PET//PVDC// 184.1 142.7 2.0 0.5PET//HDPEPET//PVDC// 193.1 126.2 2.18 0.68MOD HDPE常規(guī)封口美國國家標(biāo)準(zhǔn) 179.3 131.0 5.23 2.05罐頭(PFT∥PVDC∥NY∥腐蝕性密封粘結(jié))緊固波狀物技術(shù)還可以用在各種形式的包裝上。圓的、橢圓的和矩形的都試驗(yàn)過，試驗(yàn)結(jié)果表示在圖3中。應(yīng)當(dāng)指出，圓形制品破損壓力最高，非圓形包裝的破損強(qiáng)度減小。
表3包裝幾何形狀的變化蓋子＝PET∥EVAX∥LDPE包裝的形狀 密封條件 破損76mm 圓形 275℃，1.4s，207KPa 207KPa4.5×6.5橢圓形 300℃，1.4s，414KPa 172KPa4.5×6.5矩形 275℃，1.2s，420KPa 117KPa緊固波狀物密封技術(shù)看來能夠容許在密封區(qū)有某些污染。常規(guī)封口系統(tǒng)對(duì)污染敏感，因而食品充填機(jī)制造者竭盡全力制止食品濺污包裝的凸邊。在常規(guī)封口系統(tǒng)中，1%-2%的密封故障率并不是罕見的。緊固波狀物封口結(jié)構(gòu)顯然不受污染物的影響，如表4所示。
表4污染 研究蓋子＝箔∥LDPE
沾染物 密封條件 ＃良好的/試驗(yàn)的智利肉汁 315℃，1.0s，275KPa 25/25雞油 290℃，1.0s，240KPa 25/25黃油調(diào)味醬 290℃，1.0s，240KPa 22/2權(quán)利要求
1.制造在蓋子和容器凸邊之間可撕開的封口的方法，包括向下移動(dòng)加壓頭使之與蓋子的一部分接觸，并將蓋子緊壓在容器凸邊上；驅(qū)動(dòng)一個(gè)熱封口頭向下與蓋子接觸，熔化或軟化蓋子材料的一部分和容器凸邊材料的一部分；在被熔化或被軟化材料上保持封口頭的壓力，使蓋子材料和容器材料在容器內(nèi)邊緣附近形成互鎖波狀物；在容器/蓋子系統(tǒng)上保持加壓壓力，以抑制熔化或軟化了的容器/蓋子材料流到或流向外邊緣。
2.按照權(quán)利要求1所述之方法，其特征為封口頭的幾何尺寸和壓力，應(yīng)能形成具有在蓋子材料上的第一薄片波狀物頂尖的第一薄片波狀物，以及形成具有在容器凸邊材料上的第二薄片波狀物頂尖的第二薄片波狀物，保持壓力，使第一薄片波狀物頂尖，移到第二薄片波狀物頂尖的下面，并在它們兩者之間構(gòu)成互鎖區(qū)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述之方法，其特征為加壓頭的幾何尺寸和壓力應(yīng)能在封口頭和壓緊頭之間形成一個(gè)蓋子高度變化區(qū)，此蓋子高度變化區(qū)從被封口頭壓住的蓋子部分起，向上朝著被加壓頭壓住的蓋子部分延伸。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述之方法，其特征為蓋子被緊壓在容器上，所施加的壓緊力從2750kg至4140kg。
5.按照上述諸權(quán)利要求中之任一項(xiàng)所述之方法，其特征為加壓頭和熱封口頭先后向下朝著蓋子移動(dòng);加壓頭的移動(dòng)先于封口頭。
6.制成一種在蓋子和容器凸邊之間可撕開的緊固波狀封口結(jié)構(gòu)的設(shè)備，此設(shè)備包括具有型面的封口頭，型面尺寸的確定要適合于與放在凸邊上的蓋子配合工作;嵌裝在封口頭中的加熱器;具有型面的加壓頭，型面尺寸的確定要適合于與放在凸邊上的蓋子配合工作，此加壓頭相對(duì)于容器的內(nèi)部而言，它裝在封口頭之外;與加壓頭連接的加壓頭連接裝置，用于移動(dòng)此加壓頭向下與蓋子接觸，以便將蓋子緊壓在容器凸邊上;與封口頭連接的封口頭移動(dòng)裝置，用于移動(dòng)此封口頭向下，與放在凸邊上面的蓋子接觸;封口頭的表面和加壓頭的表面制成某種形狀，為的是能在容器內(nèi)邊緣附近形成蓋子材料和容器材料的互鎖波狀物，并形成朝容器外邊緣方向延伸的蓋子高度變化區(qū)。
7.按照權(quán)利要求6所述之設(shè)備，其特征為封口頭的表面和加壓頭的表面制成某種形狀，為的是能形成一個(gè)在蓋子上具有第一薄片波狀物頂尖的第一薄片波狀物;一個(gè)在容器凸邊上具有第二薄片波狀物頂尖的第二薄片波狀物，此第二薄片波狀物和第一薄片波狀物，在第一薄片波狀物頂尖和第二薄片波狀物之間互相搭接，從而在它們之間構(gòu)成一個(gè)互鎖區(qū);蓋子中位置較低的這一部分表面與封口頭接觸;蓋子上較高的這一部分表面則與加壓頭接觸;在上述較高的表面和較低的表面之間，從較低的表面出發(fā)向上，朝著較高的表面延伸著蓋子高度變化區(qū)，向下移動(dòng)熱封口頭的下表面，使之低于加壓頭的下表面，從而在高度低于上述較高表面的地方，形成上述較低的表面。
8.一種通過權(quán)利要求1至5之任一項(xiàng)所述之方法或借助于權(quán)利要求6或7所述之設(shè)備所獲得的其上具有密封蓋的容器。
全文摘要
通過在容器內(nèi)邊緣附近的蓋子材料和容器材料形成互鎖波狀物，使蓋子與容器接合在一起。不加熱的加壓頭緊壓在蓋子上緊挨著熱封口頭的地方。熱封口頭用來在容器內(nèi)邊緣附近形成互鎖波狀物；加壓頭防止容器或蓋子熔化部分流到或流向容器的外邊緣。
文檔編號(hào)B67B3/02GK1066829SQ9210269
公開日1992年12月9日 申請(qǐng)日期1992年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月15日
發(fā)明者約翰·謝立丹·托馬斯 申請(qǐng)人:國際殼牌研究有限公司