专利名称：用于汽酒或类似物的瓶子的手动开启的合成瓶塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽酒或类似物瓶子的手动开启(manualuncorking)的合成瓶塞(synthetic stopper)，这种类型的瓶子包括大体上圆柱形的入口，并且这种类型的合成瓶塞模仿传统的软木塞，其包括一能被插入所述入口的下部，和一被设计为能为瓶子提供外部支撑的上部，该上部能被抓住以将所述下部从所述入口中拔出。
背景技术：
众所周知，目前的汽酒、香槟及其类似物装在用软木塞封口的玻璃瓶中。
上面提到的饮料在起变化时会在瓶中产生的二氧化碳，进而产生高内压，所述瓶塞即被设计为抵抗上述瓶内的高内压。
瓶子内部的压力约为3巴(300千帕[kPa])，并且可达到6巴。
根据公知的技术，瓶塞被挤压并插入瓶中，从而瓶塞上产生的反弹力阻止其本身掉出。
仍然根据公知的技术，汽酒或类似物的瓶塞是手动拔出的并且一部分留在瓶外，依靠铁丝网罩或粘贴在瓶子外部的类似物被进一步紧固。
拔出瓶塞时，用手除去铁丝网罩，接着螺旋扭转，然后用手抓住瓶塞留在瓶外的部分将瓶塞拔出。
这一手动拔出瓶塞的过程特别适合用于宴会，开幕式及各种活动的汽酒或类似物。
为了保持传统习惯，也出于实际操作的原因，所述快速简单的手动拔出瓶塞是有利的。
所述瓶塞需要具有更进一步的特征，特别是在装瓶过程中易于插入，气体和液体的密封性，较低的透气和透液性，不能改变内装饮料的感观特性，并且不会吸收饮料的香气。
为达到上述要求，通常使用软木塞，该软木塞在使用之前通常被制成圆柱体形状。
所述软木塞的直径大约为30至32毫米，长度大约为40至48毫米，并且通常被做成两部分由一大块材料制成的上部；和由总厚度约为10毫米的两块软木垫圈构成的下部。
塞住软木塞的过程中，由于其直径被夹紧至界于14至16毫米之间(大约为原始直径的一半)，软木塞产生很强的径向压力，软木塞按要求的长度被塞入瓶中，从而使垫圈被置于瓶内并保持大约一半的长度于瓶颈之外。
传统蘑菇形状的软木塞可通过仅在其下部产生径向压力而得到。软木塞与瓶颈内部之间的粘结靠高弹性的垫圈来实现，该垫圈提供了良好的气体和液体的密封性，以及用于抵抗瓶内高压对软木塞产生的向外冲击力所需的径向压力。
由于插入瓶内的大块软木部分的弹性非常低，这一部分在软木塞和瓶子之间的界面处不起任何特别的密封作用，但其主要起连接下部垫圈和留在瓶外的那一部分的作用。
事实上，尽管由大块软木制成的部分更加坚硬，但其具有较低的弹性和较高的粘性。因此上部经历半永久性变形，该变形在瓶颈上产生适当的弹性冲击力。
由于上述机械特征，所述由大块软木制成的部分使允许用手拔出瓶塞，事实上，如果这一部分太软的话，则在扭转时会导致软木塞主体产生过度的变形，结果带来损坏的危险。
由于所述瓶塞的操作过程可以在自动工厂中以产业化水平执行，其对于快速和经济地装瓶作业也具有重要的影响。所述操作过程包括几个步骤，比如通过光学或机械定位机将软木塞定位，将软木塞置于夹子中以便施加径向压力，将软木塞插入到瓶内，然后装上铁丝网罩。上面指出的公知技术存在一些重要的缺陷。其中一个主要的缺陷在于使用这些软木塞时，会由于制造所述软木塞本身的材料是植物的，特别是包含在软木塞中的植物发霉时很可能会导致饮料的口味发生改变。
更进一步地，传统软木塞不能保证稳定的机械特征，由于不同的瓶子具有不同的径向密封，因此对于其内装酒的变化的具有不同的影响。
传统软木塞缺乏物理-机械特性的一致性还会导致在拔出瓶塞时会偶尔导致软木塞的损坏，或者相反，难于拔出瓶塞。
最后，但并非不重要，还存在下述缺陷，即制造上述瓶塞的成本较高，并且原材料昂贵，这特别是由于越来越难于找到软木供应地。
为解决上述问题，已经找到了一个方案，即用热塑性材料来制造坚硬的合成的蘑菇形瓶塞。相比于天然软木塞，上述瓶塞的粘性和密封性较差，并且它们具有相当的不同和视觉上的差异。事实上，这些瓶塞只能用于低质量的汽酒或类似物。
更进一步地，上述合成瓶塞与传统软木塞的形状和大小都不相同，因此不允许在传统的自动装瓶厂以产业化的水平使用。
在这种情况下，本发明的技术功能是提出一种能够克服上述缺陷的用于汽酒及类似物的瓶子的靠手动拔出的合成瓶塞。
如上文中所述的技术功能，本发明一个重要的目的在于提供一种与传统软木塞大体上类似并且大体上以相同方法使用的合成瓶塞。
本发明的另一重要目的在于提供一种合成瓶塞，其能够保证对容纳于瓶内的气体和液体的良好密封性，并能经受住拔出瓶塞时瓶内的汽酒产生的压力。
本发明更进一步的目的在于获得一种合成瓶塞，它能够确保通过传统的手动开瓶方法容易地拔出该瓶塞，同时，在所述拔出过程中可保持高度的物理结构完整性。
最后，但并非不重要，本发明进一步的目的在于制造一种廉价的合成瓶塞，其容易制造并且可容易地用于传统的自动装瓶工厂，而不需对传统自动装瓶厂进行相当程度的改进。
发明内容
通过一用于汽酒或类似物瓶子的手动开瓶的的合成瓶塞而实现特定的技术功能和目的，所述瓶子包括一大体上圆柱形的入口，所述合成瓶塞包括一能被插入到所述入口的下部，和一被设计为能为所述瓶子提供外部支撑并能被抓住以将所述下部从所述入口中拔出的上部，所述合成瓶塞完全由一聚合材料制成，该聚合材料的弹性系数介于5至20MPa之间，并且所述下部具有一纵轴和一侧面，该侧面相对于所述侧面至少大体上偏离7°至19°角(α)。
本发明的进一步特征和优点将在下面参照附图并通过需要手动开塞的合成瓶塞的详细说明而得到更好的阐明，其中附图为图1a显示了插入到瓶颈的传统软木塞；图1b是一图表，示出了由图1a中软木塞的各个横截面所施加的径向压力[σr]，单位为兆帕MPa；图1c是一图表，其中Y轴表示拔出与图1a类似的软木塞所需要的拔出方向的力，X轴表示所述软木塞被拔出的总长度。
图2是一轴测图，示出了根据本发明的合成瓶塞和瓶颈的一部分；图3重点示出了根据本发明的瓶塞的中部剖面；图4是一图表，其中Y轴表示拔出根据本发明的示于图2和图3中软木塞所需要的拔出方向的力，X轴表示所述软木塞被拔出的总长度。
具体实施例方式
参照附图，根据本发明的合成瓶塞在图2和3中整个由数字1表示，其具有一个下部2，该底部被设计为用于插入汽酒、香槟及类似物的瓶10中。
特别的，当下部2就位时其阻断了瓶10的瓶口11。从瓶口11到入口12这一段构成了瓶10的颈部，同时限定了展开部13的轴。
众所周知，瓶10的颈部具有一个平行于轴12的圆形断面。该圆形断面在瓶口11附近具有最小的直径，并且其直径随着它远离瓶口11而增大。
在包括入口12的口附近的部分中，其直径的增大非常小。事实上，在距口10毫米的位置处，12入口的直径从大约18毫米开始，仅以平均约0.3毫米的速度增长，在距瓶口20毫米处，入口的直径仅增长了大约0.6毫米。
为简化计算，入口12被比作一大体上的圆柱形。
下面，入口将被限定为大体上的圆柱形，这意味着入口具有空间特征。
下部2与一上部3邻近，该上部3在就位时保持在瓶10外，并且其可被手抓住从而将瓶塞1拔出。
有利地，合成瓶塞1与传统的瓶塞1a具有大体上相同的整个尺寸大小。
在被塞进瓶口之前，本发明的合成瓶塞为基本上圆柱形，并且其整个平均长度为约40-48毫米，平均直径为约30-32毫米。
在被塞进瓶口之后，传统木塞1a具有嵌入到瓶颈或入口12的下部1b和留在瓶10外的可被手抓住的上部1c。
上部1c具有的平均长度为约20-25毫米。由于根据本发明的瓶塞1保持了传统瓶塞的尺寸，因此可以使用现有的自动装瓶厂来生产，并且也不需要改变用于汽酒的软木塞的传统公知外形。
本申请人进行的研究进一步赋予了传统木塞1a的更重要的物理特征，例如其受到的径向压力以及拔出时需要的力量。
特别地，本申请人的研究是关于使用最广泛的类型的软木塞的，如图1a所示。这些传统软木塞1a具有一位于大块软木塞中的上部1c和一具有由两个软木制成的垫圈1d的下部1b。
关于施加在颈部或入口12上的径向压力，使用适当的测力传感器在数个样品上执行测量，其中模仿入口12内装有软木塞1a的情形，并且允许由软木塞1a施加的径向压力的估计值被计算为在整个插入长度上所分配的平均值。
所述测试测出的平均值为3.8MPa，与标准值相差了1.2MPa。
在去除了垫圈1d的软木塞上进行类似的测量，测出的径向压力的平均值为1.5MPa，与标准值相差了0.6MPa。
现在假设在垫圈1d的整个厚度上施加的压力为一个恒量，并且在瓶内的大块材料的一部分上也存在相同的情形，可以估计受衬垫1d影响的区域附近的压力为约8.5MPa，因此大大超过了由大块部分施加的压力，这部分的平均压力大约为1.5MPa。图1a表示了传统的软木塞1a插入到瓶中，其旁边的图1b用图表精确地显示了上述情形。
图1b中的图表显示了由软木塞的每一个单独横截面施加的以MPa为单位表示的径向压力σr的发展趋向。从压力曲线1e中可以看出，由软木塞施加的径向压力实际上集中在软木垫圈的位置。
图1c中着重显示了为拔出软木塞所需要的拉力，Y轴表示移除类似于图1a的传统软木塞1a时，在拔出方向上需要的拉力，X轴表示所述软木塞被拔出的总长度。
正如所述的那样，传统软木塞不能保证不变的特征，并且由于这种原因，相应于三种一般情形，分别有三条压力曲线1e，1f和1g。
在所有情况下，记录下的最大压力初始峰值必须能克服大小在50到60kgW(千克力，1kgW＝9.81N)之间的初始摩擦力或静摩擦力，随后是动摩擦力，该动摩擦力保持在静摩擦力之下并且在迅速降低之前具有一个相对稳定的过程和大小。
拔出软木塞时需要的拉力由在拔出方向上的牵引力和软木塞的机械平移来确定，上述方向也就是平行于入口12的伸长轴13的方向。
显然，在拔出软木塞的过程中，手的运动更复杂手动拔塞不仅包括软木塞的轴向运动，还包括旋转运动。
因此不仅需要轴向的牵引力，还需要施加扭转力。但是，图1c中显示的拉力可充分地表示在拔出软木塞时需要的所有力量。
通常的经验表明，之所以传统软木塞能很好地经受上述压力，是由于这样一个事实，即它们的上部3a由具有低弹性和高粘性的大块材料制成，这样的材料使变形非常平缓。
因此，手动施加在软木塞的上部1c上的力量可被传递，而不需受嵌入在入口12中的下部2a的影响，特别是受施加最大密封压力的软木垫圈1d的影响。
这些拔出力最大界于50到60kgW之间，适合每一位使用者的能力。
同样也是根据通常的经验，传统软木塞在密封时施加在入口12上的压力平均约为3.8MPa，正常情况下足以防止从软木塞中的泄露。
与包括有弹性材料的基本上刚性材料的传统软木塞相反，，本发明的合成瓶塞1仅用一种聚合材料制成，即合成橡胶。
使用单一材料具有重要的优点，比如可降低成本，相对简单并可快速生产，例如可只使用一个模子。
当使用更便宜和可更广泛得到的合成瓶塞代替传统软木塞时，一种材料是优选的技术方案，同时能尽可能保持与传统软木塞相似地特征。但是，要仍保持传统软木塞1a的形状以便使用常规的制塞机，在瓶塞1的整个长度上使用单一材料会产生许多问题。
必须有可能插入瓶塞直到它有一个横截面直径接近原始直径的一半，并且在这种情况下它必须在瓶子入口12的内部保持足够的弹性反应。
弹性密封反应随后受嵌入在瓶子中的整个下部的影响并且不仅仅是受例如传统软木塞衬垫的端部的影响。在这种情况下，在合成瓶塞的下部2和上部3之间可能会出现不兼容和对抗。
事实上，用于制成合成瓶塞的聚合材料其根本的目的是必须能像传统软木塞那样在瓶内保证完全的压力。压力过低会导致瓶塞不稳定，压力过高会导致拔出瓶塞时的困难和不舒服，这是由于此时需要比通常更大的手动拉力。
可观的变形需要以及合成瓶塞的整个下部2施加在入口12上的压力意味着，仅仅依靠足够软以及容易变形的材料就可以达到与传统软木塞相似的总压力。如果注意到传统软木塞施加给它们的密封压力主要依靠的是用易变形的软木制成的断面垫圈，这一点就很容易理解了。
上部3使用类似的软材料是不能被接受的，因为那样不容易抓取，最重要的是由于其良好的变形，并且其很容易损坏和裂开，即使是使用前面描述的正常大小的拉力来拔出塞子。
相反，适于接触在上部3上的足够硬的材料在下部2中确定了很强的弹性反应，从而导致很高的拔出力以及与传统用手拔出塞子不兼容的情况。
本申请人以独创的方式解决了上述冲突。一方面，已经确定整个合成塞子1a采用硬质材料是合适的，该刚性材料足以经受住与传统软木塞类似的拔出力，而不会弯曲和损坏，并因此满足了对上部3的要求。这种材料部分地再现了具有低弹性和高粘性的传统大块材料的表面特性，该材料趋向于缓慢地变形。
另一方面，为了使下部2施加在瓶颈或入口12上的压力达到传统的水平，该下部2的形状被适当修改了。有利的是，该形状的修改是这种类型，即其被设计成可保持上部3和下部2之间的连续性，从而允许由传统的机器自动加塞。
更具体地，对制成合成瓶塞1的材料的弹性模量进行了测试。
被设计为插入到入口12的下部2被永久性地卡住，并且在留在瓶10外的上部3上施加大小在50至60kgW之间的轴向牵引力，也就是类似图1c中显示的拔出传统软木塞时需要的拔出力的大小。如已经说过的，用于拔出传统软木塞的轴向牵引力并不是与在拔塞过程中手的运动精确地对应。后者更为复杂并且还包括旋转动作。因此，不仅需要轴向牵引力，还需要施加扭转力。但是，轴向牵引力可被认为足以表示在拔出过程中施加在塞子上的力。
这些测试表明合成橡胶具有大约5MPa或更高的弹性模量，特别是基本上界于5至20MPa之间，最好界于5至8MPa之间。
事实上，合成瓶塞1具有所述的机械特征，当经受所述轴向牵引力时，其上部3在拔出过程中将呈现足够降低的变形。
更进一步地，不会出现材料损坏或裂开的情况。
具有所述类型弹性模量的用于制造合成瓶塞1的优选聚合材料可以是具有非常低的密度的分枝聚烯烃，如果可能的话，以不超过30％的百分比添加以苯乙烯为基础的热塑性合成橡胶，例如SEBS，SEPS，SEEPS。所述材料的密度在0.75至0.92kg/dm3之间，而且优选地通过使用公知膨胀剂的注塑工艺来制造，其中该膨胀剂具有化学和物理特性；因此得到的成品的密度界于0.25至0.7kg/dm3之间。
由弹性模量类似于或高于5MPa的合成橡胶制得的圆柱形合成瓶塞1仍然会导致瓶塞施加过高的粘附力至瓶子，即使是弹性模量是通过最小的足值加以选择的。
所述高粘性力导致用手拔不出合成瓶塞。事实上，不像传统软木塞1a仅仅大体上通过软木垫圈2a与瓶子粘结，由单一材料制成的合成瓶塞1通过其整个下部2与瓶10粘结。为补救这一严重的缺陷，本发明的合成瓶塞1的下部2至少具有适当修正的形状。优选地，下部2具有至少大体上圆锥体的形状，图3中用附图标记4表示其轴。
有利地是，下部2的上底面5邻接上部3，并且二者之间没有空间上的不连续，比如空隙，台阶，凹槽及类似情形。
圆锥形底部2的侧面6相对于纵轴4具有一倾角α，其确定了圆锥形底部2的底边7。
特别地，倾角α被发现界于7°与19°之间是足够的，因为这些大小的角度在颈部或入口12上确定了与由传统软木塞所施加的整个压力类似的整个压力，以及因此的与传统软木塞所需要的类似的最大牵引力。
在7°与19°之间选择大小由要求的最大牵引力，材料的精密弹性模量以及瓶塞的整个精确形状所决定，其中，牵引力可在50至60kgW之间变化，材料的弹性模量可在5至8MPa之间变化，瓶塞的形状根据要求也可有轻微的变化。
该技术方案包括将下部2的形状做成略微地圆锥形，并与上部圆柱形部分3很好地过渡，其优点在于降低局部渗漏的危险，并使拔出操作更快和更简单。
事实上，当瓶塞1被拔出后，由于下部2仍然插入在瓶中的直径减小了，入口12上的压力将迅速降低。这一情况在图4的图表中得到了清楚的证实。
在用弹性模量为约5MPa，倾角α为约10°的材料制造合成瓶塞时，上述图表显示了随着瓶塞拔出部分的增加拔出力如何变化。
拔出力通过与图1c的图表相同的步骤来确定，并且该曲线中的力8具有一最大力的初始峰值，其用于克服界于50至60kgW之间的静摩擦力，以及接下来的从约30kgW逐渐并且快速降低的非常低的动摩擦力。
上面显示的内容是关于合成瓶塞1的整个尺寸的，并且倾角α可平移到较低的底边空间。
下部2具有大约界于20至25毫米之间的高度并且其具有一最小的横截面尺寸，从而与大约界于24至29毫米之间的下底面7相一致。
更进一步，侧面6在平行于纵轴4的方向上具有压纹，所述压纹便于手动拔出塞子。
最后，下底面7最好具有一向内的凹面。
在下部2插入到圆柱形入口12以后并接着发生变形后，所述凹面变为平面形状。这阻止了底面7不明显的向外膨胀。
本发明的瓶塞1可用在传统的装瓶工厂，它包括压入下部2并将其插入到瓶10中，以使得纵轴4与轴13基本上配合。
本发明具有重要的优点使用聚合物材料可消除使用传统软木塞1a带来的缺陷，尤其是使具有所述瓶塞的瓶装酒可不受塞子本身感观特性的变化以及霉或其它物质的影响。
进一步的优点在于瓶塞的物理-化学特性是恒定的这一事实，并且不会因塞子而异。
这一特征使汽酒或类似物在酒瓶中能精确变化，并且可准确确定酒的质量。
进一步的优点在于，由于合成瓶塞1保证了良好的粘性，故在下部圆锥形部分2的整个轮廓上形成了良好的密封性，因此气密性也更好。
进一步地，合成瓶塞1具有与传统软木塞1a相似的外形，因此允许使用相同类型的手动拔塞器以相同的初始力来拔出塞子。
这允许以传统方式对汽酒，香槟及类似物的瓶子开塞。另外，如图4所示，施加了初始力之后，拔出合成瓶塞1所需的力小于移出传统软木塞1a所需的力。这使手动拔出塞子更快更方便。
压纹可确保更牢固地抓住瓶塞1，从而进一步使手动拔塞更容易。
进一步的优点在于，当手动拔出合成瓶塞1时，没有损坏或过度变形的危险，这是由于用于制造瓶塞的材料的弹性模量接近或高于5MPa，并且不存在会造成损坏的空间上的不连续性。
最后，但并非不重要，合成瓶塞1由更便宜的原始材料制造，制造成本更低。
此外，合成瓶塞1与传统软木塞具有相似的形状，可允许使用相同的自动装瓶工厂。
权利要求
1.用于汽酒或类似物的瓶子的通过手动开启的合成瓶塞，-所述瓶(10)包括一大体上圆柱形入口(12)，-所述合成瓶塞(1)包括一能被插入到所述入口(12)的下部(2)，和一被设计为能为所述瓶子(10)提供外部支撑并能被抓住以将所述下部(2)从所述入口(12)中拔出的上部(3)，-其特征在于，合成瓶塞整体由一弹性模量大体上介于5至20MPa之间的聚合材料制成，-并且所述下部(2)具有一纵轴(4)和一侧面(6)，该侧面相对于所述纵轴(4)至少大体上倾斜为7°至19°之间的角度(α)。
2.根据权利要求1的合成瓶塞，所述聚合材料的弹性模量大体上为5MPa，所述侧面(6)相对于所述纵轴(4)的倾斜角(α)至少大体上为10°。
3.根据权利要求1的合成瓶塞，所述下部(2)具有一临近于上部(3)的上底面(5)，并且该上底面相对于所述上部(3)没有空间上的不连续。
4.根据权利要求1的合成瓶塞，所述聚合材料包括比重在0.25至0.92kg/dm3之间的高度分枝聚烯烃。
5.根据权利要求4的合成瓶塞，在所述聚合材料中以不超过30％的百分比加入以苯乙烯为基础的热塑性人工橡胶。
6.根据权利要求4的合成瓶塞，所述聚合材料通过膨胀剂注塑成型。
7.根据权利要求1的合成瓶塞，所述上部(3)大体上为圆柱形，其轴与下部(2)的纵轴(4)大体上重合。
8.根据权利要求7的合成瓶塞，所述上部(3)具有大体上平行于所述纵轴(4)的压纹。
9.根据权利要求1的合成瓶塞，所述下部(2)具有一临近上部(3)的上底面(5)，该上底面在与所述纵轴(4)相交的方向上具有与所述上部(3)类似的尺寸，该尺寸的长度为20至25毫米，并且下底面(7)在与所述纵轴(4)相交的方向上具有最小的24至29毫米之间的尺寸。
10.根据权利要求9的合成瓶塞，所述上部(3)大体上为圆柱形，并且其直径介于30至32毫米之间，所述下部(2)与所述上部(3)限定了总长度介于40至45毫米之间的所述瓶塞，所述瓶塞与用于汽酒的传统软木塞的尺寸相似。
11.根据权利要求9的合成瓶塞，所述下底面(7)具有一凹面。
全文摘要
本发明涉及一种用于汽酒或类似物的瓶子的通过手动开启的合成瓶塞，它是仿造传统软木塞的那种类型，该合成瓶塞整体由一弹性模量介于5至20MPa之间的聚合材料制成，其包括一能被插入到所述瓶(10)的下部(2)，和一能用手抓住以将所述下部(2)从瓶(10)中拔出的上部(3)，下部(2)具有一临近上部(3)的上底面(5)，并且二者不存在空间上的不连续，瓶塞还具有一侧面(6)，该侧面相对于下部(2)的纵轴(4)倾斜7°至19°之间的角度(α)。
文档编号B65D1/02GK1872631SQ20061009288
公开日2006年12月6日 申请日期2006年5月18日 优先权日2005年5月18日
发明者R·卡斯尼, S·比安奇 申请人:微单元股份有限公司