专利名称：用于改善复合材料各层的粘附性的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于改善由涂覆有塑料的纸板制造的复合材料的各层粘附性的方法和装置，特别是用于制造饮料/食品复合包装件的复合材料，其中，复合材料在需要时有一层金属层，并且复合材料在后面的包装件的打开的区域被重新加热，本发明还涉及一种按照这种方法制造的带状复合材料及由复合材料制造的复合包装件。
背景技术：
这种多层复合包装件以多种供货方式已知，例如用作平顶复合包装件。它主要与冷、冷-无菌、热和无菌灌注一起被应用于液体复合包装件的领域内。
为了改进以前详细地描述的复合包装件的操作性，特别是为了使它能重新关闭，人们越来越多地转向设有能重新关闭的倒出部件的复合包装件。这种倒出部件可以被设计成一件的或多件的，并且通常具有一个打开部件以及一个盖子。今天在市场上能购买倒的几乎毫无例外地都是这种具有能重新关闭的倒出部件的包装件。
例如由EP 0 580 593 B1已知一种设有倒出部件的多层复合包装件，倒出部件用于第一次打开包装并且为了能够重新关闭设有一个相应的关闭部件。在包装件复合材料的纸板层和外面的聚乙烯层区域内有一道用于削弱侧壁材料的刻痕，为了打开包装件，一个与倒出部件连成一体的打开部件在刻痕处被压进包装材料。
在DE 197 27 996 C2中描述了另一种已知的具有倒出部件的多层复合包装件。这种已知的倒出部件具有一个同时用作为冲破包装件壁的打开部件的倒出管。此外，还已知设有用螺纹封闭的倒出部件的包装件。
不管为此目的使用的倒出部件是用螺纹封闭还是用翻盖关闭，倒出器的打开部件必须首先冲破包装件壁。为了容易地做到这一点，在具有材料弱化部的开口区域内设有所讨论的包装件，其中，在复合层的部分、即纸板层和外面的聚乙烯层通过打孔或冲压在希望的开口轮廓区域内被破坏。
为了冲破包装件壁，倒出器的打开部件只需要冲破剩余的层，通常是一层隔氧层(例如铝箔)和(产品一侧的)聚乙烯内层。布置在其中间的增附层用于使纸板层与铝箔全面地结合。尽管铝箔在打开时相对迅速地被撕破，但是聚乙烯内层在其达到希望的破坏之前部分地并不明显地伸长。因为所使用的倒出器的打开部件只有一个一定的插入深度，所以人们试图这样来解决这个问题，即，通过使用带有切割刃或类似物的打开部件，使得能够更好地冲破包装材料。
此外还发现，在以后的包装件的开口区域内重新加热能改进聚乙烯内层和纸板层或铝薄膜层之间的粘附性。这种重新加热在现有技术中是将热空气施加在相应的区域。这种热空气流只从上方或多或少地吹到包装件上，因此达不到有规律的和一定的激活。
为了更好地理解，在图7A中示意地画出了一个包装件的开口区域。其中，画出了在待安装倒出部件的区域内通过机械地破坏聚乙烯外层和基体材料的一条削弱线20。为了改进粘附性，在这个区域内逐点地用热空气加热材料，如由图7B所能看到的，其中，热空气束21在削弱线20附近用热空气加热开口区域。
由于各种不同的原因，用这种方式得不到可重复的好的活化效果。在同样的前提条件下活化效果太强或太弱，面积太大、或在错误的区域等等。这导致，在没有激活或激活不够的区域内聚乙烯内层在与纸板层或铝箔层的分离区域内鼓起，并且在打开过程中可能相对强烈地被拉伸，并没有确定地被撕破。
发明内容
因此本发明的任务是，这样设计和继续形成开头提到的方法和开头提到的装置，使极大地改善在以后的包装件的开口区域内各层之间的粘附性，使得通过应用所使用的倒出器在冲破包装件壁时发生确定的破裂。
这个任务在方法方面这样解决，通过一定的能量输入和随后的压紧至少在以后的倒出器区域内压缩复合材料。压缩的程度这样确定，保证在打开时聚乙烯内层没有过度的伸长，包装件壁被整齐地冲破。可以比“撕破”更多地谈论材料的“破裂”。
在装置技术方面本发明任务的解决方案是，在含有铝箔的复合体中用一高频线圈或作为选择用一红外线单元重新加热，以及在不含铝箔的复合体中也与一个相应的压紧单元结合用超声波焊接单元重新加热。
按照本发明，以后的包装件的开口区域的有针对性和确定的激活导致，在纸板、增附剂(HV)、铝箔和聚乙烯内层之间在开口区域内形成一加强的连接。在接触位置通过加热产生了又一次的熔化并从而形成更好的粘附性。通过压紧装置-被增塑的-聚乙烯内层被压缩，在开口轮廓的区域内形成一个较小的剩余厚度。聚乙烯层的“撕裂厚度”按照本发明被减小到一个最小尺寸。由于聚乙烯层能够伸展的这个被缩短的厚度，使这一层能较为迅速地(确定地)被撕断。
本发明也认识到，复合材料在以后的包装件的开口区域内通过一定的能量输入和随后的压紧至少在以后的倒出器区域内被强烈地压缩(＝塑性变形)，使得能够保证，包装件壁整齐地被冲破，而聚乙烯内层没有过度的伸长。
按照本发明的另外一个教导，在涂覆盖(粘合)聚乙烯内层之前，对还是带状的复合材料进行重新加热。这对于毛坯在复合材料带上横向排列并且在以后的包装件的开口区域内的加热是条形地进行的情况是适用的。这对下面的情况特别适用，如果对整个带加热，聚乙烯的较高温度的恒温处理会对位于复合包装件内的产品的味道产生不利的影响。
本发明的另外一个教导规定，在以后的包装件的开口区域内打孔/削弱以后对还是带状的复合材料进行重新加热。在这种情况下，如果只是在打孔/削弱线轮廓的区域内在以后的包装件的开口区域内压紧，是特别有利的。
按照本发明还可以连续地或只是分段地进行加热。为此在加热时的能量输入-根据板的速度和加热的长度-按节拍地进行。
在本发明的另外一种构造中也有可能，在制造出包装件毛坯或甚至在包装件成形之后才重新加热。在后一种情况下，加热也可以在充填机内进行，或在包装件成形期间在充填机的心轴轮上进行或用一个单独的激活装置直接在充填机的杀菌单元之前进行。
按照本发明的另外一个教导，复合材料被升高温度ΔT从40℃到140℃ ，这不会导致由以后的包装件的开口区域限定的范围对产品味道产生不利的影响。实际施加的温度的高低取决于许多不同因素，例如相应的加热位置、复合体的层顺序的类型和厚度、复合材料待加热区域的实际温度、带速度、环境温度等等。例如，在含有铝箔的复合体中，如果基体材料之间的增附层也由聚乙烯(PE)组成，那么在对以后的开口区域加热时必须达到至少PE的熔点，大约为110℃ ，以便能使这些层软化。只有这样才能在随后的加压时实现塑性变形。
根据所使用的复合材料是否含有金属层，为了加热可选择使用高频线圈(只是在含有金属的复合体时)或超声波焊接单元以及红外线单元(在没有金属或含有金属的复合体时)。如果在制造复合材料或复合包装件时不使用任何工具来压紧这些层，本发明的另外一个教导规定，一个单独的处理装置不仅设有用于重新加热的装置也设有用于压紧的装置。然而也有可能，把与以后的包装件的开口轮廓匹配的相应加压装置装到诸如划痕工具或旋转式冲头这样的现有的旋转转式工具中。
如果对复合材料的加热和压紧在充填机内才进行、亦即间歇性地，为此在需要时可以使用在心轴轮内的自由工位或者直接在杀菌单元之前设置一个单独的处理装置。
下面借助仅仅表示一个优选实施例的附图对本发明进行详细地解释。附图中图1本发明的第一实施例的横截面示意图，图2图1的实施例的示意俯视图，图3本发明的第二实施例的横截面示意图，图4A本发明的另一个实施例的横截面示意图，
图4B图4的实施例的功能视图，图5A传统的复合材料在以后的包装件开口区域内的横截面，图5B在打开状态下的图5A的传统复合材料，图6A按照本发明的复合材料在以后的包装件开口区域内的横截面，图6B在打开状态下的图6A的按照本发明的复合材料，图7A以后的包装开口区域的位置的透视图；以及图7B以后的开口区域的传统熔化的示意横截面图。
具体实施例方式
在图1中示出的本发明第一个实施例中，复合材料带1的重新加热还在通过挤出机3涂上聚乙烯(PE)内层2之前进行。复合材料带1由作为基体材料的纸板层4构成，在纸板层4上已经涂覆上了聚乙烯外层5和与增附层6结合的一层铝箔7。复合物1借助一个附加的激活装置，在本图中及在到目前为止优选的实施例中是一个高频线圈8，被加热到一个较高的温度水平。这首先使位于纸板层4和铝箔7之间的增附层6软化，同时还有以下的优点，在被加热的铝上在随后粘上聚乙烯内层2时凝聚较少的水蒸气A。不能完全避免在仍然是液态的聚乙烯薄膜2的两面上形成凝聚的水蒸气A、B。由于通过高频线圈8的预加热和因此造成的较少的水蒸气A凝聚使“制造好”的复合材料9有较好的粘附性。
在以俯视图示意地表示图1的布置的图2中可以看到不带位于其上的挤出单元的压辊10和冷却辊11。由图2可以清楚地看出，不是整个复合材料带1，而只是条状的部分1′、1″、1都被在所示实施例中的三个高频线圈8加热。未示出的以后的包装件的毛坯在复合材料带1上横向排列，并且高频线圈8位于以后的开口区域内是合适的。
在图3中表示另外一种可能的按照本发明的构造。在这个构造中高频线圈8’被布置在以后的包装件的开口区域内打孔/削弱处之后复合材料带9的下边。例如，可以用激光12做出削弱线。在这个可选择的构造中，重新加热的条状部分通过设在纵向切割装置15和横向切割装置16之前的划痕工具14中的相应加压部件13被压缩。加压部件13可以具有与以后的开口轮廓精确匹配的形状。
尽管前面描述了用于重新加热的连续方法，但是本发明所涉及的是间歇式方法。在图4A和图4B中表示一种激活工艺，其中，重新加热在形成包装件之后，也就是在充填机内直接在杀菌单元之前进行。
图4A表示一个压钳17，在它的基体18内有一个示意地表示为高频线圈8’的激活装置。一个能摆动的挤压弓形件19这样与以后的开口轮廓匹配，即，轮廓准确地在削弱线20的区域内进行一定的重新加热和随后的压缩。相应构成的横条21在嵌合时这样特别是压缩聚乙烯内层2，使得在以后的打开过程中可靠地排除了过度伸长。
在图4B中还示意地描绘了压钳17的功能。此压钳从上边或从侧面盖在一个包装件P的开口区域上，接着用这里未再画出的高频线圈对这个区域进行激活，并且挤压弓形件19从它的用点划线表示的静止位置转到所示的压紧位置。
为了更清楚地说明本发明，在图5和6示出了按照本发明的复合材料和传统的复合材料的比较。
首先，图5A示意地表示传统的复合材料在以后的包装件的开口区域内的横截面，如在削弱线20处所能看到的。传统的打开过程表示在图5B中。在削弱线20的区域内在向箭头O的方向压紧复合材料时，虽然铝层7毫无疑问被破坏，但是聚乙烯内层2在其破裂之前显著地伸长了。铝箔7和聚乙烯内层2之间的不完美的粘附性导致了在打开过程中两层在靠近削弱线20处分离，如通过箭头L所示。在极端的情况下可能导致，未画出的倒出器的打开部件不能开出一个足够大的倒出口。
在图6A中显示出了在包装件开口区域内按照本发明的方法预处理过的复合材料9。其中能够清楚地看出，聚乙烯内层2在削弱线20下面的区域内已经如此强烈地变形，使得已形成两个变厚部分22。在图6B中最后表示，在按照本发明的复合材料中在施加打开力O之后在削弱线20下面的所有层都确定地断裂了。聚乙烯内层2的过度伸长因此被可靠地排除了。
权利要求
1.一种用于改善一种复合材料各层的粘附性的方法，该复合材料由涂覆有塑料的纸板制成，特别是用于制造饮料/食品复合包装件，其中，所述复合材料在需要时具有一层金属层，并且所述复合材料在以后的包装件的开口区域内被重新加热，其特征在于，所述复合材料通过一定的能量输入和随后的压紧至少在以后的包装件的开口区域内被压缩。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在涂覆(粘覆)聚乙烯内层之前对还是带状的复合材料进行重新加热。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，在复合材料带上横向地排列毛坯，并且在以后的包装件的开口区域内条形地进行加热。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，毛坯在复合材料带上纵向排列并且在以后的包装件的开口区域内的加热分段地进行。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在以后的包装件的开口区域内打孔/削弱之后对还是带状的复合材料进行重新加热。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，只在以后的包装件的开口区域内在打孔/削弱线轮廓的区域内实施所述压紧。
7.按照权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，连续地进行加热。
8.按照权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，分段地进行加热。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在制成包装件毛坯之后进行重新加热。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在充填机内进行重新加热。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，在充填机的心轴轮上进行重新加热。
12.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，在充填机的杀菌单元之前进行重新加热。
13.按照权利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，所述复合材料在以后的包装件的开口区域内被加热升温ΔT从40℃到140℃。
14.一种用于实施按照权利要求1至13之一所述方法的装置，其中，复合材料具有一层金属层，其特征在于，设置有一高频线圈(8，8’，8”)，用于重新加热。
15.一种用于实施按照权利要求1至13之一所述方法的装置，其中，复合材料具有一层金属层，其特征在于，设置有一红外线单元，用于重新加热。
16.一种用于实施按照权利要求1至13之一所述方法的装置，其中，复合材料具有一层金属层，其特征在于，设置有一超声波焊接单元，用于重新加热。
17.按照权利要求14至16之一所述的装置，其特征在于，为了压紧而设有一单独的处理装置。
18.按照权利要求17所述的装置，其特征在于，单独的处理装置不仅具有用于重新加热的装置而且具有用于压紧的装置。
19.按照权利要求14至16之一所述的装置，其特征在于，为了压紧而设有一用于包装件制造的现有的工具，必要时修改其构造。
20.按照权利要求19所述的装置，其特征在于，现有的旋转式工具装备有特殊构成的区域，用于轮廓准确地压紧。
21.按照权利要求19所述的装置，其特征在于，为了在以后的包装件的开口区域内对复合材料进行间歇式的重新加热和压紧，在充填机的心轴轮的区域内设置一个工位。
22.按照权利要求19所述的装置，其特征在于，为了在以后的包装件的开口区域内对复合材料进行间歇式的重新加热和压紧，设置一个激活和压钳(17)。
23.一种带状复合材料，特别是用于制造饮料/食品包装件，依据按权利要求1至7之一所述方法和/或使用按照权利要求14至20之一所述的装置进行加工。
24.一种复合包装件，特别是用于制造饮料/食品包装件，按照权利要求1至13之一和/或使用按照权利要求14至22之一所述的装置进行制造。
全文摘要
描绘和说明了一种用于改善由涂覆有塑料的纸板制成的复合材料，特别是用于制造饮料/食品复合包装件的复合材料的各层的粘附性的方法和装置，其中，复合材料在需要时有一层金属层，并且复合材料在以后的包装件的开口区域内被重新加热，以及，本发明还涉及一种按照这个方法制造的带状复合材料(9)和用带状复合材料(9)制造的复合包装件(P)。借此极大地改善在以后的包装件的开口区域内的各层之间的粘附性，使得能够通过应用所使用的倒出器在冲破包装件壁时产生确定的破裂，复合材料通过一定的能量输入和随后的压紧至少在以后的包装件的开口区域内被压缩。其中，能量输入可以借助高频线圈(8，8’，8”)、红外线单元或超声波焊接单元实现。
文档编号B32B15/20GK1628056SQ03803344
公开日2005年6月15日 申请日期2003年1月29日 优先权日2002年2月5日
发明者汉斯-维利·迈因茨 申请人:Sig孔比布劳克系统有限公司