开口装置及其制造方法和用于所述方法的包装材料与流程

本发明涉及一种开口装置以及用于制造所述开口装置的方法。

背景技术：

众所周知，许多可倾倒食品(例如果汁、UHT(超高温处理的)牛奶、葡萄酒、番茄酱等)以无菌包装材料制成的包装销售。

这种类型的包装的典型实例是被称为Tetra Brik Aseptic(注册商标)的用于液体或可倾倒食品的平行六面体形包装，其通过折叠和密封层压的条状包装材料制成。

包装材料具有基本上包括用于刚度和强度的基层的多层结构，其可以包括纤维材料(例如，纸、或矿物填充的聚丙烯材料)层，和覆盖基层的两侧的多个热封塑料材料的层压层(例如，聚乙烯膜)。在用于长期储存产品的无菌包装的情况下，包装材料还可以包括阻气材料层(例如，铝箔或乙基乙烯醇(EVOH)膜)，其叠加在热密封塑料材料层上，并且又被另一层热封塑料材料覆盖，该另一层热封塑料材料形成包装的最终接触食品的内表面。这样的层也可以作为光阻挡层。

这种包装通常在全自动包装机上生产，在该包装机上由卷材进给的包装材料形成连续管；例如，通过施用化学杀菌剂(例如过氧化氢溶液)，包装材料卷材在包装机器上灭菌，在灭菌完成后，例如通过加热蒸发从包装材料的表面去除该化学杀菌剂；并且如此灭菌的包装材料卷材保持在封闭的无菌环境中，并且被纵向折叠和密封以形成垂直管。管填充有灭菌的或无菌加工的食品，并且被密封并且随后沿着等间隔的横截面切割以形成枕形包装，枕形包装然后被机械地折叠以形成相应的完成的(例如，基本上平行六面体形状的)包装。

为了打开上述包装，已经提出了各种解决方案，包括可重新闭合的开口装置，该开口装置由塑料材料制成并且基本上包括喷口(例如，限定安装到包装的壁中的孔的通孔的管状结构)，以及安装到喷口的可移除的(例如，螺旋或铰接地布置的)盖。

在本申请人的专利申请WO2009000927中，提出了一种替代的开口装置。在该申请中，喷口和相应的膜在相同的模制步骤中被直接注射模制到包装材料片材上。

还存在由本申请人提供的其它类型的包装，例如Tetra Fino(TFA)。TFA包装以枕形包装的形式提供，并且开口装置通常以吸管孔的形式提供或简单地作为切割指示器提供，切割指示器通过使用相当薄且因此可撕开的包装材料来实现。使用上述应用的相当复杂的开口装置或根据在该特定应用中呈现的背景技术的开口装置在大多数情况下将完全起作用。然而，后一类型的包装是高容量(就每单位时间的包装而言)且低成本的包装(由于包装材料的性质)，并且这种开口装置可能妨碍生产速度并且对于包装的成本是不利的。

为此，需要一种在所使用的材料的量和生产每个开口装置所需的时间方面具有高效率的开口装置。应当强调的是，即使本发明被开发以解决特定问题，但是结果可以应用于一般意义上的包装，并且在这方面它不应限于特定类型的包装。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，一种制造开口装置的方法包括以下步骤：

在纤维基包装层压材料的第一侧上布置包括第一模具腔的第一半模具，在所述纤维基包装层压材料的相对侧上布置包括第二模具腔的第二半模具，其中所述第一模具腔与所述第二模具腔在一个或多个重叠区域中部分地重叠，以及将熔体注入至少所述第一模具腔中，其中由于在所述腔中积聚的压力，所述熔体在重叠区域中穿透所述纤维基包装层压材料，并且也填充至少所述第二模具腔，以形成延伸穿过所述包装层压材料的开口装置。

本发明的制造方法实现了施加到包装材料上的开口装置的时间有效和材料有效的生产。由于所述注入的熔体穿透所述包装层压材料，因此没有将所述半模具与例如所述包装材料上的孔图案对准布置的迫切需求，将所述半模具与例如所述包装材料上的孔图案对准布置是现有技术的开口装置的情况。通常，所述开口装置的定位必须考虑到被印刷到所述包装材料上的装饰或被提供以便于材料折叠的折痕线，但是需要将所述开口装置与孔图案对准来进一步减小公差。这可以使用本发明来避免。

此外，本发明将机械地将包装材料的一侧(例如，将是包装容器的内侧)与另一侧(例如，将是包装容器的外侧)连接。以这种方式，通过布置在所述内侧的所述开口装置的所述部分，在所述外侧施加到所述开口装置的拉力可以转变成从所述内侧施加到所述包装层压材料的推力。很容易理解，通过从一侧推进到层压材料的所有层上而不是单独从另一侧对顶层施加拉力，提高了提供包装层压材料的良好限定的开口的机会。后一种选择增加了分层的风险，即顶层脱离相邻层。

当所述熔体在所述重叠区域中穿透所述包装层压材料时(由于没有反作用力)，所述熔体可以覆盖所述包装层压材料的因此暴露的部分。它还可以被焊接到所述层压材料的内层。这导致几个有益的特征。将形成的包装容器的内侧将由连续层形成，这将减少(进入容器或离开所述容器的)泄漏的风险。此外，(例如所述纤维基芯的)暴露部分的覆盖将降低所述纤维基芯吸收水分的风险，这可能危及包装容器的完整性。

甚至进一步地，本发明的方法提供了制造没有任何过多部件的开口装置的可能性。

根据一个或多个实施方式，所述第一和第二模具腔之间的所述重叠可以根据所述纤维基包装层压材料上的标记来定位。在上文中强调，通过使用本发明，不需要相对于所述包装材料上或内的孔图案布置所述半模具，而为了改进所述半模具的所述定位，它们仍然可以根据所述纤维基包装材料上的控制标记来定位。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述熔体的注射被布置成使得所述熔体对所述纤维基包装层压材料的穿透被从所述纤维基包装层压材料的内侧朝向其外侧引导。这种操作模式的益处将从下面的详细描述中显而易见。通常，这通过将塑料熔体仅注入布置在所述包装材料的所述内侧上的所述腔来确保，但是在不脱离本发明的情况下，也可以在布置在包装材料的外侧上的腔中布置额外的注射点。

在一个或多个实施方式中，所述注入的熔体被直接引向重叠区域。以这种方式，不仅所述注入的熔体产生的所述压力将有助于对所述包装材料的穿透，而且直接指向所述重叠区域上的所述注入的熔体的惯性也有助于对所述包装材料的渗透。

本发明还涉及一种用本发明的方法制造的开口装置。这种开口装置包括在纤维基包装层压材料的一侧上的第一部分和在所述纤维基包装层压材料的相对侧上的第二部分，所述第一和第二部分形成在同一件中，并且通过延伸穿过所述包装层压材料的至少一个材料桥接件连接。本发明的该方面使得施加在所述第一部分上的力能够直接传递到所述第二部分。在实际示例中，这将导致施加在所述包装外侧上的第一部分上的拉力将被传递到第二部分，这将从内侧推压包装层压材料。这种推力将使包装材料破裂，而没有分层(在层压材料中结合的层的分离)的危险，这已经在上面描述。

根据一个或多个实施方式，所述开口装置可以包括两个材料桥接件，这增加了开口装置可能的设计的数量。使用两个材料桥接件，即其中开口装置的材料将穿透包装材料的两个位置，提供了利用直接的发明技术获得功能上复杂的解决方案以及视觉上吸引人的解决方案的可能性。

根据本发明的一个或多个实施方式，所述材料桥接件和/或其相邻部分可以高度嵌入所述包装层压材料的暴露边缘，特别是其纤维基芯的暴露边缘。然而关键是没有纤维暴露在包装容器的内侧，本实施方式能够防止暴露的纤维从外侧吸收水分，在包装容器的外侧的覆盖绝对不是关键的，在任何情况下它将改善开口装置的视觉外观。

在一个或多个实施方式中，所述第一部分被分成不同的操作部分，使得它可以包括突片部分和框架部分，两者均各自通过至少一个材料桥接件连接到所述第二部分。这种布置在所述包装材料的外侧上提供不同的操作部分，而所述操作部分不必在所述包装材料的外侧上彼此直接连接。这使得可以优化视觉外观而不妨碍所述开口装置的功能，反之亦然。所述突片部分可以优选地焊接到所述包装材料的外侧。

在一个或多个实施方式中，所述第二部分的外周边缘和所述第一部分的内周边缘，特别是所述框架部分的内边缘，至少沿着其一段彼此平行地延伸。当将所述开口装置应用到坚韧的包装材料时，这个特征可能是非常重要的，因为不同部分之间的协作将提供剪断所述坚韧材料的剪刀动作。

在一个或多个实施方式中，所述第二部分的所述外周边缘和所述框架部分的所述内周边缘之间的距离d在间隔0.1t-0.75t内，其中t是所述包装材料的厚度。通过在该间隔内选择距离，打开所述开口装置所需的力可以最小化，并且所述开口装置中使用的聚合物材料的量可以保持非常少。在关于第一实施方式的说明中将描述所述间隔背后的推理。

在本发明的大多数可预见的实施方式中，所述开口装置的材料可以焊接到所述包装层压材料的层压塑料层上。该特征改善了所述开口装置和所述包装层压材料之间的粘附性，这导致了几个优点。从生产开始，可以在塑料完全冷冻之前打开模具。这减少了循环时间，并且还减少了在该过程中使用的模制工具所需的冷却。然而，在塑料已经冻结之前打开模具带来所述开口装置变形的风险。然而，增加的粘附力将有助于在塑料冻结之前定位所述开口装置，因为其基部体积将牢固地锚定到所述包装材料。另一个优点是所述开口装置将有效地焊接到所述包装层压材料的一或多个外层，形成液密密封。这将确保容器本身的适当密封，并且还将确保所述包装材料的所述纤维基芯被包封，这在其中所述开口装置的所述材料已经穿透所述包装材料的开口中是特别重要的。

根据本发明的另一方面，本发明涉及一种用于本发明方法的包装层压材料，或者涉及本发明的开口装置可设置在其上的包装层压材料。

在任何实施方式中，所述包装材料可以包括指示所述开口装置的正确位置的可见或不可见的标记。该标记在所述开口装置的所述材料桥接件的位置(即，所述第一和第二半模具之间的重叠的位置应当与装饰或印刷图案对准)的情况下可能更重要。

当所述包装层压材料的外层由聚乙烯(PE)制成时，用于所述开口装置的典型材料可以使用PE，而当所述外层由聚丙烯(PP)制成时，用于所述开口装置的典型材料可以使用PP。在所述包装层压材料的外层由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成的情况下，所述开口装置也可以由PET制成。从下面的详细描述中将显而易见的是，在本发明的几个实施方式中，本发明从由可焊接到所述包装材料的材料制成而获益，所述材料施加到所述包装材料上。这对于所得到的包装容器的内侧尤其如此，其中可焊性改善了无菌的维持。对于外侧，并且在特定实施方式中，可以有目的地选择不可焊接的组合，例如，以防止所述开口装置的部分(例如突片部分)粘附到所述包装层压材料的所述外层。

附图说明

将参考所附示意图更详细地描述本发明，所述附图示出了本发明的当前优选实施方式的示例。

图1是根据本发明第一实施方式的开口装置的平面图，示出了开口装置的设置在包装容器外侧上的部分。

图2是图1的开口装置的视图，示出了开口装置的设置在包装容器内侧上的部分。

图3a是结合图1和图2的视图的视图。

图3b是沿着图3a的线V-V的横截面。

图3c是对于剪刀动作的曲线图。

图4是图1-3a-c所示的开口装置在打开之后的平面图。

图5是根据本发明的第二实施方式的开口装置的平面图。

图6是沿图5的线VI-VI的横截面。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的第一实施方式的开口装置101。该图示出了从包装容器(包装材料102)的第一侧观察的开口装置101的平面图。对于所有可预见的目的，该第一侧对应于包装容器102的外侧，开口装置可以布置在该外侧上。包装容器102由包装材料层压制成。该材料具有用于刚度和强度的包括纤维材料(例如，纸、或矿物填充的聚丙烯材料)层的基层，和覆盖基层的两侧的多个热封塑料材料层压层(例如，聚乙烯膜)。在用于长期储存产品的无菌包装的情况下，包装材料还可以包括阻气材料层，例如，铝箔或乙基乙烯醇(EVOH)膜，所述阻气材料层叠加在热密封塑料材料层上，并且又被另一层热封塑料材料覆盖，所述另一层热封塑料材料形成包装的最终接触食品的内表面。这样的层也可以作为光阻挡层。

基层是具有约50-200μm的厚度和约40-180g/m²的重量的纸。特定容器的厚度也可以达到400μm。

开口装置的第一部分104，即图1中可见的部分，具有突片部分106和框架部分108，乍一看它们好像由单独的部件形成。然而，将显示，这不是必须的，并且对于本实施方式肯定不是这样。用户可以使用突片部分106以获得开口装置101的牢固抓握，并且下面描述框架部分108的具体功能。技术人员认识到，对于优选用于开口装置和其上布置有开口装置的包装材料的外层的材料的材料组合，突片部分106将粘附并甚至焊接到外层。这种效果的优点是在突片部分和外层之间不存在裂缝，这有助于灭菌。

图2示出了开口装置的布置在包装材料的内侧上的部分110。部分110的视图不是从包装容器的内侧，而是从与图1的视图相同的方向，但是除去了除部分110以外的所有部件。原因是为了更好地示出布置在外侧的部分和布置在内侧的部分之间的关系，这从图3的视图更加明显。

当用户拉动突片部分106时，拉力将通过连接两个部分103和110的第一材料桥接件被传递到包装容器内侧上的部分110。第一材料桥接件的位置由附图标记112指示。内侧部分110将由于这种布置而推动包装层压材料102的叠加层，以便实现包装容器的打开。在远离第一材料桥接件112的内侧部分的端部，布置有连接内侧部分110和框架部分108的第二材料桥接件114。实际上，框架部分108可以由单独的部件制成，但是将整个开口装置形成为一体可能是有利的。框架部分108对于所有实施方式可能不是必需的，但是在本实施方式中，框架部分108的内周边将与内侧部分110的外周边协作，以便实现剪刀动作。这种剪刀动作能够并且有助于干净地切割例如任何包含在包装层压材料102中的坚韧的聚合物层。此外，剪刀动作有助于打开，因为需要从用户获取的力减小，并且其使得可以将开口装置中所需的聚合物材料保持最少。

为了提供非常有效的剪刀动作，已知“剪刀刀片”(在该实施方式中“剪刀刀片”是内侧部分110和框架部分108)之间的距离d以及将要剪开的包装材料的厚度t起到重要作用，参见图3b。图3c中的曲线图示出了开启力F、内侧部分110的边缘和框架部分108的边缘之间的距离d和包装材料的厚度t之间的关系。通过模拟已经发现，在内侧部分110和框架部分108的边缘之间的距离d＝0处，包装材料在打开期间被施加高压缩力。不存在垂直于包装材料作用的剪切力。结果是，开口装置不能容易地打开。用户需要克服的力F被认为太高。此外，距离d＝0.75t(这意味着距离为包装材料厚度的75％)是在包装材料中形成折痕线时在折痕工具中使用的下限。在这里，对于用户，力F也被认为是高的，但是如果包装材料中的纸基层是薄的(纸厚度小于约200μm)，则力F不会太高。当使包装材料起折痕时，距离d选择为至少0.75t的原因是可以避免表面层中的裂纹。在小于0.75t的距离d处，容易出现裂纹，首先出现在表面层中，然后顺序地出现在其余的层中。

因此，已经发现给用户克服的最小力F的理想距离d在间隔0.1t-0.75t内，优选为0.1t-0.5t内。在这些间隔中，包装材料将由于剪切而失效，即当材料开始破裂时仅存在剪切力。如上所述，所需的小的力的原因也在于包装材料的层在这里基本上连续地破裂并断裂。

如果距离d增加到大于包装材料的厚度t的50％(d>0.5t)的值，则用户必须克服的力F将开始快速增加。

在大于t的距离d(t>d)处，断裂期间的力F将仅是包装材料的平面内的张力。如果包装材料中的纸基层是薄的(纸厚度小于约200μm)，这通常可以只由用户克服。

通过使距离d保持在0.1t-0.75t的间隔内，打开所需的力最小化，并且这继而使得可以使用较弱的开口装置，即所需的聚合物材料的量可以保持非常低。在该实施方式中，该量低至几克。

然而，应当指出，本发明不限于距离d＝0.1t-0.75t。如果开口装置施加在薄的包装材料上，例如，如果包装材料中的纸基层是薄的(纸厚度小于约200μm)，则对于高于0.75t的距离d，可打开性仍然是令人满意的。然而，为了承受较高的力F，开口装置可能必须由更多的聚合物材料制成。

此外，为了提高剪刀动作的效率，开口装置应优选地形成为具有朝向包装材料的锋利边缘。开口装置的材料也是参数。可以通过选择具有高结晶度的材料或处于其玻璃化转变温度Tg以下的材料来使剪刀动作“锋利”。材料的实例可以在聚酰胺、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、液晶聚合物、聚乙烯(线性低密度聚乙烯，低密度聚乙烯，高密度聚乙烯)的组中找到。

框架部分108的对剪刀动作没有贡献的部分，即框架部分108的在突片部分106的径向外部的部分，通常不会有助于开口装置101的关于打开动作的功能，但是它可以用于保护突片部分106不被无意地致动的目的。它还可以确保在打开期间可能发生的最外面的塑料层的分层被限制在框架部分108的约束内。其还可以有助于开口装置101的视觉外观，并且便于用户理解开口装置的功能。

图4示出了处于打开状态的开口装置101。用户已经提起突片部分并且将其向上(远离包装层压材料)和向右拉，从而实现包装容器的打开。在这一点上，用户可以继续拉动，移动并去除开口装置的松散部分。用户还可以使用部分松散的部分，以便部分地重新闭合开口。在不期望去除突片部分和开口装置的相关开口部分的情况下，可以在第一部分的远离突片部分的“铰接”端处加强开口装置，其可以根据如图4所示的实施方式(其中铰接端连接到包装容器的内侧，从而提供锚定功能)实现。对于本实施方式，不能预期在重新关闭的状态下完全液密封闭，然而在本发明的范围内，可以设计可重新闭合的开口装置。

开口装置可以仅使用两个模具腔制造。第一半模具有成形为开口装置的第一部分的模具腔，而第二半模具有成形为开口装置的第二部分的模具腔。两个半模具在包装层压材料的相对侧上对齐地布置，并且熔体在至少一个位置被注射到第二模具腔中。熔体将快速填充模具腔，并且在第一和第二模具腔重叠的位置，缺乏支撑将导致包装材料破裂，使得熔体也可以填充第二模具腔，从而完成开口装置的制造。如果对于特定设计期望或需要，可以使用两个以上模具腔。

在注射过程中，流速将基本上恒定，并且注射的塑料量将对应于模具腔的体积。然而，在短注射过程中，熔体中的压力将显著变化。在注入熔体的腔填充之前，将没有显著的压力增加。当所述腔已经被填充时，将产生快速的压力积聚直到包装材料破裂。压力将在破裂之前达到峰值，并且其减小的速率将取决于例如产生的开口的尺寸。合理的是，如果注射流速高，则断裂将比在注射流速较低时更剧烈，并且较高的流速将导致更大的开口。较大的开口可导致整个模具腔更快地填充，这可能是有益的。最佳流速可以随着开口装置的设计、包装材料的性质、所使用的塑料的性质等而变化，然而在当前可操作的实施方式中，循环时间小于约300ms，即，通过使用本发明技术的单个模具每秒可以制造约三个开口装置。

开口装置的尺寸可以被优化以仅实现包装容器的充分打开，并且可以避免材料的任何过剩使用。以这种方式，(与已知的开口装置相比)仅需要相对少量的塑料。这是有利的效果，即注射所需的时间短，但是其还具有这样的效果，即模具不必被关闭很长时间，因为塑料将立即开始凝固(或固化)。少量的塑料确保即使只有表面层已经开始冻结，这将足以保持开口装置的形状，直到其完全冻结，这又意味着注射一旦完成模具就将基本上快速打开。塑料熔体的最外表层在其接触模具腔的壁或包装材料的最外层时就会冻结。对于非复杂设计，这保证了一旦模具被填充就可以打开模具。对于更复杂的设计(例如，包含陡峭边缘或不同脊的设计)，可能需要分配更多时间地以使塑料冷冻，使得塑料在打开模具之前从表层并向内凝固。在这种情况下，应当理解，塑料将在其冻结时收缩(从外侧并向内)，并且在常规的注射成型过程中，已知在冷冻期间继续注射塑料，使得完成的细节是模具腔的精确复制品。意识到模具保持闭合的时间越长，越多的热量将从熔体传递到模具也是重要的。这导致需要安装冷却装置，例如用于引导冷却流体通过半模具的通道。对于本发明，由于固有的低循环时间，这种装置可能不是必需的。

包装材料破裂发生的区域不以任何方式预处理。“预处理”在本文中是指以任何其它方式穿孔、起折痕或弱化。不存在弱化部是有利的，因为当将半模具与包装材料对准时增加了可接受的公差，因为不必执行与弱化部的对准。不存在弱化部的结果可能是包装层压材料的非导向破裂可能产生因此形成的开口的不均匀边缘。在这种情况下，在将熔体注入第二模具腔中具有优点。优点是开口和任何所得的突出边缘部分将被向外引导，使得防止纤维基芯材料暴露在包装容器的内侧上。此外，由于开口是漏斗形的，所以在包装材料的内侧上具有足够的表面积，其中开口装置的塑料可以粘附或焊接到包装材料的最内层压层。以这种方式，包装容器内侧的污染风险被最小化。在包装材料的外侧上可以发现本发明方法的额外效果以及因此本发明装置的特征。这种效果是纤维基芯的暴露边缘将被捕获在模具腔内，因此在注射过程中它可能被熔融材料覆盖。这将消除或减轻纤维基芯吸收水分的风险，并且还改善视觉外观，因为不平坦边缘可以隐藏在开口装置的塑料内侧。

另外的实施方式可以提供一种解决方案，其中使用两个以上模具部件，并且其中在模具部件中的两个或两个以上执行熔体注射。

在开口装置的在模具腔之间没有重叠的部分中，开口装置将粘附到包装层压材料的表面层。如果温度和化学成分允许，它可以焊接到表面层，并且在其它情况下，它可以通过较弱的结合效应粘附。因此，包装层压材料之间的结合通常不会比包装层压材料的表面层和任何相邻层之间的粘附力更强。这对于仅依赖于这种粘附的开口装置可能是一个问题，因为分层可能导致包装材料在打开期间没有被完全穿透。因为本发明提供了以第一材料桥接件的形式的直接机械连接，所以拉力将转变为推力，使得能够可靠地打开包装容器。

图5和图6示出了根据本发明第二实施方式的开口装置201。已经详细描述了第一实施方式，第二实施方式需要较少的描述。第二实施方式的开口装置没有第一实施方式的开口装置复杂，因为打开通过拉带功能实现。通过拉动第一部分204的突片206，第二部分210将以拉链状方式穿透包装材料202。同样，第一部分204可以包括框架部分208，框架部分208可以布置成与第二部分210一起实现剪刀动作，如根据第一实施方式所描述的那样。然而，如果人们想要制造非常简单的其中人们不会利用剪刀动作的开口装置，则可以在没有框架208的情况下制造开口装置201。在薄包装材料中，其可以很好地起作用，并且这种开口装置可以使用非常少量(例如小于0.5克)的聚合物材料制造。这可以通过例如使第二部分210短并且使拉片206小来实现。当打开开口装置时，在包装中仅形成小孔，例如吸管孔或小倾倒孔。对于用户，这种开口装置的唯一可见部分将是拉片206。

虽然没有模具或模具腔的描绘，但是本领域技术人员认识到，模具腔的形状将与所制造的开口装置的形状相关(或者说，反之亦然)，并且由于本发明不针对模具腔的成型，这将不再进一步描述。此外，注射成型不仅仅对于一些建议的材料(PE、PP和PET)是一个成熟的技术。因此，注射成型工艺或其特征的公开对于本领域技术人员来说不被认为是应用本发明所必需的，因此省略。