专利名称：塑料卷材半硬瓶式成组液体包装工艺及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体包装工艺及其设备，特别是采用热塑性塑料卷材为基础材料两片方式经超声热熔焊接真空辅助吹塑成组成型的半硬性液体瓶式包容空间后进行液体灌装并进行封装的工艺及设备。
传统的液体瓶式灌装方式采用制瓶和灌装分离的方式实现。先由制瓶机等设备吹制包装容器，再由灌装机等设备完成液体灌装操作。这种方式造成巨大的空瓶运输，储存空间投资浪费和液体包装容器资金占用；并且由于制瓶和灌装工序分离，容易产生灌装前容器内污染。由于制瓶和灌装工序分离，液体包装容器单个进入灌装机，使灌装机的输瓶机构和装箱机构相对复杂。本发明采用塑料卷材作为液体包装基材，利用塑料卷材作为制瓶和灌装的连续输送载体，采用超声热熔焊接真空辅助吹塑成组而非单一的成型，完成液体包容空间成型后在设备上成组完成液体灌装封盖，然后分切贴标实现液体包装从制瓶到灌装封盖的一体化高效率连续生产。本发明的液体包装工艺及其设备除了上述特点之外，更由于其特殊生产工艺和特殊的瓶型结构将大大地改进目前的口服液，洗浴液等一次性使用的小容量液体包装方式，取代现有的玻璃管制注射液包装用曲颈易折安瓿瓶的高能耗，易破碎的包装方式，实现医用注射液包装的革命。在较大容量的液体包装领域，本发明的特殊的瓶型结构特别适合与车用润滑油，化学清洗剂等一次性使用的液体包装，避免了回收包装容器灌装假冒产品的可能。由于本发明使制瓶，灌装和封装生产作业在一条全自动生产线同时完成，制瓶模具和制瓶生产都在被包装的液体产品生产者控制之下，将使假冒其产品的困难增加。因此，本发明也具有一定的社会效益。
美国专利(US5338800)涉及了一种复合热成型液体包装用的合成树脂材料和应用，但没有涉及其制瓶工艺，瓶型结构和本专利论述制瓶灌装一体化设备。在本发明专利中，多数热塑型合成树脂塑料材料(如PE,PVC,PET等)的卷材及其铝-塑复合材料都可得到令人满意的使用结果。中国实用新型专利ZL91219358.1涉及了柔性塑料薄膜材料的单片方式单个而非成组的柔性袋式液体包装设备。
本发明采用较厚的热塑型合成树脂塑料半硬性材料(如PE,PVC,PET等)的卷材为包装基材，利用这种卷材作为包装作业的连续输送载体和其长度方向上的无限制性实现高效的成组制瓶，液体灌装，封装等生产操作。
本发明专利采用附
图1及其第一方案左视图附图2，第二方案左视图附图3；附图4及其左视图附图5所示的两种瓶型结构实现中小容积(一般100ml以下)的液体包装。附图6及其左视图附图7和俯视图附图8；附图9及其左视图附图10，俯视图附图11和局部放大视图附图12所示的瓶型结构实现较大容积(一般2000ml以下)的液体包装。
附图1，附图2和附图3所示的瓶型结构中，由(11)和(12-1)或(12-2)两片热塑型合成树脂塑料卷材构成液体包容空间，(12-2)形式的底层卷材上可预先印制要求的精细图案和文字；(11)和(12-1)的卷材上只能在其成型变形较小的区域一般的图案和文字。(11),(12-1)或(12-2)在由附图14中所示的步进输送机构(129)的牵引下经附图14中所示的带有恒张力控制的放卷机构(121)步进式向包装线输送，经紫外线照射灭菌(122)后送至预热段(123)，由远红外电加热器升温至略低于基材软化点的温度。两片热塑型合成树脂塑料卷材在带有滑动口模和电加热板以及超声焊头的制瓶机(124)的模头内最高达12个为一组的成组热合焊接，在超声焊头的高温高压和超声波震动作用下，使热封合区(14)的上下塑料片材的结合面之间的树脂塑料高分子材料剧烈摩擦，产生远高于该树脂塑料高分子材料融化温度的局部高温，瞬时融合焊接在一起；同时由口模模头(81)向两层基材内吹入高压热空气，使模腔内的上下塑料片材瞬时升高至该树脂塑料高分子材料的软化温度以上。在模腔内高压热空气的压力和模头辅助真空的吸力作用下，模腔内的上下塑料片材按模腔的形状吹制成瓶，形成液体包容空间(15)。已完成制瓶工序的卷材在步进输送机构(129)的牵引下经冷却段(125)降温后进入装瓶机(126)由一组长管灌装头完成液体等压或常压容积定量灌装。灌装系统(126)由液体调和装置，供液泵，高位等压贮罐，容积定量灌装阀系，长管灌装头，等压比例调节阀，尾料回流贮箱和回流泵组成，灌装系统为现有技术，不属于本发明范畴。完成液体灌装的一组瓶体随卷材输送至瓶口封合机(127)热压封口，然后进入模切分切机(128)按需要的数量成组切出分瓶线(13)，开口凹槽(16)和开口撕裂凹槽(17)，实现液体的全自动连续成组包装过程。这种全自动连续成组包装工艺和瓶型结构特别适合于口服液，洗浴液等一次性使用的小容量液体包装。如进一步提高设备的卫生安全标准，选用达到医用注射液包装卫生安全标准的卷材基材并改进封口工艺和设备，在封口机工位前增加易折玻璃管插入机构，将易折玻璃管(28)插入封口区(27)中，上端黏结固定于封口区侧壁，再进行热封合，使用时沿开口撕裂凹槽(26)折断玻璃管即可用注射器抽取瓶内液体，而封合在上下基材中间的玻璃管不会刺伤使用者手部。这种取代现有的玻璃管制注射液包装用曲颈易折安瓿瓶的瓶型结构如说明书附图4和附图5所示。本发明的瓶型结构和液体包装工艺将取代现有的玻璃管制注射液包装用曲颈易折安瓿瓶的高能耗，易破碎的包装方式，实现医用注射液包装的革命。
附图6，附图7，附图8以及附图9，附图10，附图11和附图12所示的瓶型结构中因包装液体容量较大，瓶体强度要求高，采用较厚的卷材为包装基材，一般为0.25-0.40mm的热塑型合成树脂塑料材料(如PE,PVC,PET等)的卷材。为了减少成形过程中基材变形减薄而导致瓶体强度下降，采用了附图8和附图11所示的对角热合成型的瓶型结构。而这种瓶型结构也使得热封合区(36)不超出瓶壁的外尺寸延长线，便于液体灌装封口后的瓶体装入外包装纸盒内。针对车用润滑油，化学清洗剂等一次性使用为主的液体产品，附图6所示瓶型结构设计了可以同时开启的双孔式椭圆形瓶口结构。其中大口为液体出口(35)，小口为空气进口(34)。并利用本发明生产工艺的特殊性，在不增加容器外包装尺寸的前提下，利用塑料卷材未经吹拉成型时的可卷曲性，加长瓶口长度，方便容器内液体不用漏斗等辅助工具向外准确倾倒。由于附图9所示瓶型结构的大容积包装液体有可能开口后不能一次立即用完，本发明设计了可以手工反复开启和封闭的特殊瓶盖组件(45)。如附图12所示这种特殊的瓶盖组件带有多个按锥度排列的密封环与瓶口部分相配合，实现包装容器的封合；瓶盖组件上部内沿带有止退齿环，与模切后的瓶口热合凸沿配合，实现瓶盖的锁紧止退，保证容器封口的可靠性。采用这种封口方式时，附图14所示的包装生产线设备将进行调整。在冷却段(125)后增加瓶口模切工序，并将瓶口封合机(126)改为压盖机。压盖机为特殊设计。在进行压盖生产作业时，压盖机定位夹持块先夹住瓶口模切工序预先切出的瓶口夹持凸沿(44)，将瓶口定位，然后进行压盖作业。避免了因瓶体刚性不足而导致的封盖失败。
本发明的液体包装基本生产工艺如附图13所示。由放卷，灭菌，预热，成型，冷却，灌装，封口，分切工序组成，沿放卷方向直线排列。根据不同的瓶型要求，工序排列可适当调整或增加贴标，喷码设备和自动检验，自动装箱设备构成更完整的液体包装生产线。
本发明的液体包装基本型生产设备如附图14所示。为了更清楚的表达本发明的主要设备结构，附图14中撤除了支撑部件和围护部件。(60)和(61)为磁粉张力控制离合器，与一对放卷张力补偿压辊(68)分别控制作用在卷材(66)和(67)上的放卷张力。本设备以卷材上沿为高度方向的动作基准，高度调节机构(62)可上下调节卷材托盘(63)的高度，使其上沿对准高度基准。放卷轴(64)下部带有锥度，与活动压锥(65)将卷材(66),(67)分别固定在卷轴(64)上。卷材(66),(67)在步进牵引机构(129)的牵引下向上生产线输送塑料带状基材。步进牵引机构(129)为双汽缸结构，牵引汽缸(113)实现夹钳(109)沿导柱(108)的往复运动；加紧汽缸(111)通过曲柄(110)推动夹钳(109)完成加紧动作。塑料带状基材在导辊(70)的引导下以适当的张力和间距进入灭菌区(122)和预热区(123)。灭菌区内(122)，短波紫外线(275nm)灯管组(71)对带状基材进行灭菌操作。带状基材进入预热区(123)后，由电加热远红外线辐射管组(72)将其加热到略低于其软化点的温度(120-140℃)。被预热后的塑料基材步进输送到热合成型机(124)中。口模模头(81)在汽缸(80)的推动下沿导柱(82)下行插入两片塑料基材中间，热合模头架(73)在汽缸(75)的推动下沿导柱(76)将两片塑料基材压紧。热合模(83),(84)的超声波焊头在超声波焊机(74)的作用下瞬时将两片塑料基材的热封合区焊为一体。高压热空气(160-180℃,0.4-0.6MPa)由口模支板(84)上的进气口(78)通过口模模头(81)进入两片塑料基材中间，按热合成型模(83),(84)的瓶型内腔将塑料基材吹制成型。根据瓶型的大小，热合成型模(83),(84)上可装有多达3-12个模腔，一次完成3-12个瓶体吹制。热合成型模(83),(84)上开有真空辅助成型的小孔，经热合模头架(73)上的真空管口(77)接至真空系统。在吹制成型时使热合成型模(83),(84)的瓶型内腔内保持负压，帮助塑料基材更好的吹制成型。热合模头架(73)上装有电加热装置，使热合成型模(83),(84)保持均匀温度。热合成型模(83),(84)上装有耐高温的硅橡胶密封圈，保持热合成型时模腔内的真空度。成型结束后热合模头架(73)和由口模支板(84)复位，成型后的瓶体随卷材基材步进输送至冷却段(85)。在托辊(86)的支撑下，成型后的瓶体冷却至室温然后进入灌装系统(126)。灌装系统(126)由液体调和装置(96)，供液泵(94)，高位等压贮罐(92)，容积定量灌装阀系，长管灌装头(93)，等压比例调节阀，尾料回流贮箱(95)和回流泵(97)组成，灌装系统为现有技术，不属于本发明范畴。灌装后的瓶体随卷材带基继续输送至封口机(127)。封口机(127)的封口模架(99)和(100)带有与热合成型机相似的电加热装置和超声波焊头。封口模架在汽缸(98)的推动下沿导柱(101)往复运动，带动封口模头(102)完成封口工序。完成封口操作的装有被包装液体的瓶体送入分切模切机(128)，按所需的个数成排切出分瓶线(13)，开口凹槽(16)和开口撕裂凹槽(17)，分切后的包装瓶成组沿分切模切机的落料滑出槽进入成品存放箱，实现液体的全自动连续成组包装过程。
本发明的液体包装生产线的主要生产动作采用气动元件实现，采用可编程控制器(PLC)集中控制。在保证高可靠性的同时使生产线具有较高的柔性，以适应多品种液体产品的包装生产。本发明的液体包装生产线可实现每分钟25组，每小时18000瓶的高速液体包装。
权利要求
1．一种塑料卷材半硬瓶式成组液体包装工艺及其设备。采用塑料卷材作为液体1包装基材，利用较厚的热塑型合成树脂塑料半硬性材料(如PE,PVC,PET等)的卷材为包装基材，利用这种卷材作为包装作业的连续输送载体和其长度方向上的无限制性实现高效的成组制瓶，液体灌装，封装等生产操作。采用两片制瓶工艺和瓶型结构超声热熔焊接真空辅助吹塑成组而非单一的成型，完成液体包容空间成型后成组完成液体灌装封盖，然后分切实现液体包装从制瓶到灌装封盖的一体化高效率连续生产。
2．根据权利要求1的制瓶生产工艺方法，其特征为采用热塑型合成树脂塑料卷材为基础材料两片法成组经超声热熔焊接真空辅助吹塑成型的液体包容空间后进行液体灌装并进行封装的一体化生产工艺方法。利用这种卷材作为包装作业的连续输送载体和其长度方向上的无限制性实现高效的成组制瓶，液体灌装，封装等生产操作。
3．根据权利要求1和权利要求2的热合成型制瓶生产设备，其特征为由汽缸(80)的推动下沿导柱(82)上下往复运动的口模支板(84)，其上装有能通入高压热空气的进气口(78)和口模模头(81)；在汽缸(75)的推动下沿导柱(76)水平往复运动的热合模头架(73)。热合模头架(73)带有超声波焊机(74)，装有超声波焊头的热合成型模(83),(84)。热合成型模(83),(84)上开有真空辅助成型的小孔并装有耐高温的硅橡胶密封圈，根据瓶型的大小，热合成型模(83),(84)上可装有多达3-12个模腔。热合模头架(73)上装有电加热装置。
4．根据权利要求1的瓶型结构设计，其特征在于由(11)和(12-1)或(12-2)两片热塑型合成树脂塑料卷材构成液体包容空间，带有分瓶线(13)，热封合区(14)，开口凹槽(16)和开口撕裂凹槽(17)。
5．根据权利要求1和权利要求4的瓶型结构设计，其特征在于将易折玻璃管(28)插入封口区(27)中，上端黏结固定于封口区侧壁，再进行热封合，使用时沿开口撕裂凹槽(26)折断封合在上下基材中间的玻璃管即可抽取瓶内液体。
6．根据权利要求1的瓶型结构设计，其特征在于由(31)和(32)两片热塑型合成树脂塑料卷材构成液体包容空间并具有可以同时开启的双孔式椭圆形瓶口结构。其中大口为液体出口(35)，小口为空气进口(34)。热封合区(36)不超出瓶壁的外尺寸延长线。
7．根据权利要求1和权利要求6的瓶型结构设计，其特征在于由(41)和(42)两片热塑型合成树脂塑料卷材构成液体包容空间并带有可以反复开启和封闭的特殊瓶盖组件(45)和预先切出的瓶口夹持凸沿(44)。
全文摘要
借助塑料卷材为制瓶和灌装作业的连续输送载体，采用成组生产方式，制瓶，灌装，封装一体化完成。将两片热塑型合成树脂塑料卷材经超声波热合焊接后真空辅助吹塑成组形成液体包容空间进行液体成组连续半硬性瓶式无菌包装。根据液体包容量的大小设计了不同的适用于这种液体包装工艺的连续成组包装的瓶型结构及其全自动包装设备。
文档编号B65B9/10GK1316367SQ01114938
公开日2001年10月10日 申请日期2001年5月8日 优先权日2001年5月8日
发明者朱仲力 申请人:朱仲力