制造紧固波状物的盖子封口结构的制作方法

专利名称：制造紧固波状物的盖子封口结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造容易打开的紧固波状物盒/盖封口系统容器的方法，以及用于制造的设备和所得到的产品。
Gossedge等人的美国专利4061513提出了在容器凸边的内外边缘的有卷边的形式，但是当从容器上去除盖子时形成的破坏面成为贯通盖子材料和容器凸边材料的复杂形式。其成功与否取决于从容器凸边材料外伸凸耳“厚薄”的Gossedge复杂破坏面，显然导致完全“不可接受”的(Gossedge图5)破坏面变异，从而“……HDPE层12将撕裂，之后，在B点开始与薄片14分离，在这种情况下，不可能做到满意地将封口从边缘上撕下来”(Gossedge第4栏第17-48行)。更为重要的是，Gossedge的说明书中没有提到与封口头组合起来使用加压头，或也没有只在容器的内边缘处制成卷边以减小初始撕开力。
在本发明主要应用场合的食品包装中，密闭的容器在通过各种运输路线分配到最后的消费者手中的过程中，重要之点在于应保持盖子固定在容器上。为了使确定密封容器耐久性的工作标准化，U.S.D.A给“有限破损试验”下了一个定义，称之为是一种测量保持包装完整性能力的方法。有限破损试验包括用压缩空气在作为试验对象的容器内加压。密封的容器必须在内至少为35KPa时，至少能维持60秒。
当通过增加容器和盖子之间密封面宽度和强度，以增加包装的破坏强度时(例如能抗70KPa压力差)，令人遗憾的是，在按先有技术的结构中，其撕开强度亦按线性关系随之增加，从而使包装好的食物容器的买主，很难将其盖子打开。因此，食物容器的设计者，面临着Hobson选择，即是一种在运输阶段保持完好但随后的买主也许打不开盖的容器;或是一种“易开”的然而经不住运输过程的容器，要在这两者之间作出选择。
大多数食品包装商，要求最低的为70KPa的破损压力，甚至希望100KPa。采用常规的盖子封口，100KPa的破损强度使封口的撕开强度约为190kg/m，这就非常难以撕开了。
如本申请人的申请号440291欧洲专利中所公开的，发展了一种简单结构的“互锁波状物”封口结构，它给于密封容器以高的破损压力，还可以做到，一旦开始撕盖，便可将盖子容易地从容器上撕下来。换句话说，连续地从容器上将盖子撕下来所需要的“平均”撕开力，减小到低于在常规盖/盒粘结封口系统中所遇到的。(参见此专利说明书中的图3A、3B、3C和5，它们用插图和曲线描述了简单结构波状物封口结构)。将盖子从容器上“开始撕开”所需要的力(初始撕开力)，在某些情况下趋向于比常规的盖/盒粘结封口系统在“初始撕开”阶段所遭遇到的要略大一些，然而平均撕开力要低得多。
在本发明的最佳实施例中，通过取消设在盒/盖连接部分外边缘附近的互锁波状物，修改了EPA440291的简单结构“互锁波状物”封口系统，以减小初始撕开力。为了取消此在外部的互锁波状物，用两个构件来替代EPA440291中只用一个封口头，即在容器内边缘附近形成互锁波状物的热封口头，以及设在热封口头外面的加压头，加压头用来在一开始将盖子紧压在容器凸边上，并防止有任何熔化的盖子或容器材料向外流动，流到或流向容器的外边缘。
按本发明最终制成的“紧固波状物”封口结构，其初始撕开力比以前的简单结构波状物封口系统的要低得多，并甚至低于其平均撕开力。抵抗内部破损压力的能力并未因改善和减小了初始撕开力和平均撕开力而受到任何形式的损失。
紧固波状物封口结构表示在图2中。为了比较，将早先的简单结构“互锁波状物”封口结构表示在图5B中。本发明中的加压头有效地防止了任何受热封口头加热熔化的材料流向容器外边缘，从而防止在外边缘附近形成卷边，因此得到一个比较平的盖/盒连接面。
热封口头与紧邻的较冷加压头的相互配合，在盖子和容器凸边的连接区中，形成了盖子高度变化区。与早先的简单结构波状物相比，盖子高度变化区只需要施加一个低得多的初始撕开力。在简单结构波状物设计中，互锁波状物出现在容器凸边的外边缘处。
本发明提供的制品包括一个容器盖以及一个容器凸边，凸边与盖子相啮合是通过仅在容器盖与容器凸边连接的内边缘处形成的互锁波状物进行的。盖子和凸边通过从互锁波状物到盒/盖系统外边缘的整个密封面互相连接。盖子高度变化区也是从互锁波状物起向上朝着外边缘延伸，盖子高度变化区是通过加压头与紧密相邻的热封口头相互配合形成的。
根据本发明进一步的特征，紧固波状物封口结构采用了一种包括下列内容的方法形成的，即向下移动加压头使之与盖子的一部分接触，并将盖子紧压在容器凸边上;此后，驱动一个热封口头向下与盖子接触，熔化或软化盖子材料的一部分和容器凸边材料的一部分，从而在容器内边缘附近形成互锁波状物;在容器/盖子系统上保持加压头压紧力，以防止任何熔化了的容器/盖子材料流到或流向外边缘。
本发明的进一步特征涉及用于制成紧固波状物封口结构的设备，此设备包括一个加压头和一个热封口头。
附图进一步详细表示了本发明，其中

图1 加压头和封口头的侧向局部剖面示意图，说明容器凸边的连接情况;
图2 紧固波状物封口结构侧向剖面示意图;
图3A 位于与承压模相邻处的加压头和热封口头剖面示意图;
图3B 用曲线的方式表示热封口头应有的工作参数，具体而言为热封口头的温度和压力;
图4A 在加压头与盖子接触后，盖子材料从封口头接触区下方开始流动的侧向局部剖面示意图;
图4B 互锁的第一薄片波状物和第二薄片波状物侧向剖面示意图;
图4C 表示盖子从容器上撕开的侧向剖面示意图;
图5A 紧固波状物封口结构、简单结构波状物封口结构和常规粘结封口系统的破损压力与平均撕开力之间的关系曲线;
图5B 为了进行比较，表示了EPA440291中简单结构波状物封口结构侧向剖面示意图;
图5C 紧固波状物封口结构、简单结构波状物封口结构和常规粘结封口系统的破损压力与初始撕开力之间的关系曲线;
图6A和6B 紧固波状物封口系统在各种破损压力下破坏机理的侧向剖面示意图;
图7 在容器内边缘处形成的典型互锁波状物系统的侧向剖面示意图;
图8 表示两种不同封盖系统的破损压力与聚丙烯波状物截面尺寸(平方英寸)之间关系的曲线。
图1、2和3表示设备10，用于制造一种在盖子12的第一种材料和容器凸边14的第二种材料之间可撕开的紧固波状物封口结构。紧固波状物亦可以制在一种无凸边的软容器上，例如制在用于给病人注入盐水溶液的滴袋上。当然，设备10要在盖子12放在凸边14上面时才进行操作。盖子与容器在内部的连接处称为内边缘12(图2)(当盖子安放在容器的凸边上时)，盖子与容器在外部的连接处则称为外边缘18(图2)。
设备10中有一个热封口头20，它有一个其尺寸与盖子相配的型面22(图3A)。热封口头20中有一个加热器24，它嵌入热封口头中，以加热此封口头。
此设备中还有一个加压头26，它有一个型面28(图3A)，型面尺寸根据将盖子放在凸边上后与盖子配合工作来决定。加压头26的位置在图示之实施例中是在热封口头20外面，亦即处于朝着容器外边缘18(图2)的位置。应该认识到，当需要满足不同的设计和针对不同的加工对象时，热封口头20和加压头26的位置是可以改变的。
设备10中还包括加压头移动装置30，例如是一个气动作动筒32，它通过连接板34、带台肩的螺栓36、36A和弹簧38 38A，使加压头向下移动并与盖接触，从而将盖子紧压在容器凸边上。
设备10还有封口头移动装置40，在图示实施例中也是气动作动筒32，它通过连接板34和支承轴42相连，以便使热封口头向下移动，从而与放在凸边14上的盖子接触。如下文还要详细说明的那样，封口头(图3A)的型面22和加压头(图3A)的型面28适合于在容器内边缘附近形成互锁波状物和朝向容器外边缘的盖子高度变化区。
工作时，加压头26和热封口头20先后朝盖子12的方向向下移动，加压头大约比封口头超前1mm。因此，加压头26在热封口头20之前先与盖子12接触，并在热封口头与盖子接触之前先将盖子紧压在容器凸边上。在加压头26与盖子接触后，连接板34通过弹簧对加压头26加载，此时弹簧38、38A受压缩，当热封口头20与盖子接触时，弹簧压缩量D44约为1mm。
在图示实施例中，气动作动筒32驱动热封口头20和加压头26向下移动，也可以用其它的机械式装置来达到同样的目的。使用不同的容器/盖子材料系统时，除其它的过程参数以外，当然还应改变移动量D44。
在形成紧固波状物封口结构的过程中，盖子12和容器凸边14均放在承压模46上。在一种实施例中，盖子12可与容器凸边14连接，以严格地密封食品客器48，这种容器通常有一个底50和由第二薄片54构成的向上延伸的壁52，此第二薄片根据所要求的阻隔特性，采用均质的和/或层状材料制成。盖子(图2中是第一薄片56)可以用均质材料制成，或是层状结构。
图2进一步详细表示了紧固波状物封口结构60。由图可见，封口结构中包括邻近容器内边缘16由第一种材料64构成的互锁波状物62(第一种材料通常为高密度聚乙烯/聚异丁烯层64APE层64A的上层通常是PET/PVDC/PET层66)。封口结构60中还包括由朝向外边缘18的互锁波状物62构成的密封区68，其总体处于热封口头20的接触区中。
密封区68的尺寸显然将取决于通过热封口头20和加压头26传给第一薄片和第二薄片54的总加热量和/或压力。构成紧固波状物封口结构一部分的盖子高度变化区70与密封区68相邻或包括在其中，并使受影响的材料层从较低的密封区68直至盖子上表面72，形成大体为平直的过渡段。在盖子高度变化区之内和在上表面72之下的那些层当然可包括在密封区之内。例如密封区68可以向外延伸，并包括连接面80的部分在内。
在最佳实施例中，加压头26的温度保持为足够低，以避免在加压区中熔化，密封区通常如图2所示。
容器的第二薄片54可包括第二种材料74，它由聚丙烯层74A、相邻的粘结层26、EVOH78层、另一个粘结层76和另一个聚丙烯层74B所组成。第二薄片54的这种分层结构制成通常具有凸边14的容器48，凸边14是指容器的上部外周边。
与容器外边缘18邻接的容器凸边14中还包括凸边连接面80，连接面80是指第一种材料64与容器凸边的第二种材料74粘结或未粘结的接触部分。
参见图3A所示的具体实施例，加压头型面28的尺寸A82为0.6mm，热封口头20的型面22的尺寸C84为1mm，型面在该处与盖子接触。加压头26与热封口头20相隔距离B86为0.13mm。角γ88通常约为50°，它可以从30°至55°。热封口头压入盖子中的最大深度为0.15mm此压入深度在加压头型面28之下约0.2mm。承压模46包括一个承压模台肩90，此台肩在加压头型面和热封口头型面22的正下方。
上述各种尺寸可以根据所要连接的容器/盖子的材料配置进行改变，但对这里所述适合于构成封口结构的材料而言，这些尺寸具有代表性。
图3B表示形成图2所示结构时适用的热封口头压力范围和温度范围。对此图线中的各符号可以说明如下符号1此区域为不可接受的低破损压力(小于70KPa)。
符号2在此区域内由于热封口头的温度过高使盖子损坏，因此应避免在此区域内工作。通常PET是经常用在全塑料盖外表上的一种材料，因为它有高的熔化温度(245℃)，并且比较便宜。封口温度不能超过PET的熔点，在图中标注了这一限制。应该指出，箔基的盖子材料可比PET承受高得多的温度，根据所选择的盖子和/或容器凸边材料，有可能在此区域的某些部分中工作。
符号3这一区表示希望的热封口头工作范围(对于图2所示的系统)。注意到热封口头的温度高于207℃(破损压力要求大于70KPa)，然而温度将不过多地超过230℃，以免由于高温而可能使盖子损坏。
符号4一般工作条件如下构成紧固波状物封口结构的时间约为1秒，加压压力从700至4000KPa(过程对加压压力不太敏感)。当制造直径为76mm的杯子时，采用这样的工作参数所得到的是具有初始撕开力为0.9kg、平均撕开力为0.4kg、破损压力170KPa的紧固波状物封口结构。上述杯子具有两种熔化流率的表面层，即聚丙烯的第二种材料74A和低密度聚乙烯盖子密封层的第一种材料64。高密封聚乙烯的第一种材料64所得到的初始撕开力为1.1kg，平均撕开力0.5kg，破损压力275KPa(见图5A和5C)。
对于其它的盖子密封层系统则有其它的工作条件。在最佳实施例中，盖子的厚度约0.1mm，而容器48第二薄片的厚度约0.76mm。高密度聚乙烯层64A的厚度约0.05mm，第一种材料64的熔化温度从125至140℃。通常用于食品容器顶盖结构中的盖子66(PET/PVDC/PET)顶层的厚度约0.06mm。当然，顶层也可以改用铝箔。层64A、66构成了第一薄片56的结构。
如上面所提到过的，第二薄片54一部分的第二种材料74，由熔化温度约为165至175℃和厚度约0.13mm的聚丙烯层74A组成。粘结层76一般由厚度为0.075mm的聚丙烯组成。EVOH层78厚度为0.1mm，接着是具有相同厚度为0.075mm的另一个粘结层76，最后是厚度为0.13mm的聚丙烯层74B。如所周知的，约0.25mm的磨合材料层可以包括在第二薄片上。
图4A、4B和4C表示将盖子密封在容器上的方法，以及表示了从容器上拆下盖子的情况。更具体地说，图4A表示封口头20(最好加热到温度为220-230℃)移动至与第一薄片56接触并有足够的行程，以便将第一薄片和顶面92压缩在一起。如前所述，可通过向下移动封口头20的加热面，使第一薄片与之接触并被加热，或在封口头与第一薄片接触时和接触前，用熟知的高频能量加热第一薄片。第二薄片54也可使用高频能量进行预加热，或在最佳实施例中，第二薄片通过从第一薄片传入的热能进行加热，热能传递到第一薄片是靠热封口头与第一薄片的接触。
如上所述，在热封口头与第一薄片56接触前，加压头26先行与盖子12接触，并在盖子上加压力。
工作时，热封口头下移与第一薄片接触，并在盖子密封过程的初始阶段提供足够的压力和热能，以熔化第一层材料64A，使此层的一部分从热封口头接触区的下方向外流动，从而形成了初始的第一薄片波状物94。与图4B进行比较后可见，波状物94上具有原始的第一薄片波状物顶尖96的位置。由封口头所加的热能和压力也是以开始形成第二薄片的熔化部分98，它具有如侵入层64A中的箭头所表示的第二薄片优先的流动方向100。
可见，形成本发明制品中互锁波状物过程的初始阶段，包括了在容器内边缘处形成初步的第一薄片波状物94。由于在最佳实施例中所选择的材料，初始的波状物94的下面与第二薄片的顶面92互相嵌入，使第一种材料的物质在封口头下面移动，并力图朝容器内边缘16流动。
在形成互锁波状物时，加压头继续将盖子紧压在容器上，使盖子相对于容器稳定不动，并维持作用在第一种材料和第二种材料上的压力，从而避免第一种材料和/或第二种材料的熔化部分流到或流向外边缘。加压头有效地阻挡软化或熔化了的材料在加压头与盖子接触部分的下面和/或在这一部分之外流动。
由图4B可见，第二薄片的一部分被加热和/或加压到一个足够的时间，使之熔化和/或移动第二种材料74的一部分。此后，熔化和/或移动的部分第二薄片材料，流入第一薄片初始波状物94中(见图4A)，以形成第二薄片波状物62B，与此同时，第一薄片初始波状物的一部分在第二薄片波状物62B的下面移动，使之构成了第一薄片波状物62A，它在容器内边缘附近，与第二薄片波状物62B沿整个互锁区102互锁。
第二薄片波状物62B向上流动，或换句话说为“喷射”到第一薄片初始波状物94中，使初始波状物94分成上部和下部，下部标为第一薄片波状物62A。波状物62A有一个沿波状物外周边的第一薄片波状物峰面104，还有一个位于峰面104末端的第一薄片波状物顶尖96，顶尖同时也位于第一薄片波状物62A的下侧面108(见图4C)的末端。
类似地，第二薄片波状物62B包含一个处于第二薄片波状物峰面112和第二薄片波状物下侧面114末端的第二薄片波状物顶尖110。更具体地说，波状物62A、62B可以在第一薄片波状物顶尖和第二薄片波状物顶尖之间的搭接部分构成互锁区102。第一薄片波状物顶尖在第二薄片波状物顶尖之下。
分布内压122用垂直于第一薄片波状物峰面104的一系列小箭头来表示。这些分布内压可以用箭头124所示的集中压力来代表，它代表在此整个分布压力作用区内分布内压122的总量。剪力偶A-A116平衡此集中压力124，这里用了绘图的方式表示了容器与盖子连接的破损强度。由于设计成具有厚根133(图4C)的互锁波状物而使破损强度得以提高。
众所周知，分布内压122产生遍及整个容器/盖结构的周向应力，这些周向应力被第二个波状物材料上的横向剪力所平衡。容器/盖的连接结构，利用大体上垂直于分布内压122的互锁波状物62A、62B，有效地承受最高约可达275KPa的内压力而不破损(见图5A、5B)。常规的容器/盖连接结构仅仅依靠盖与容器凸边的粘结，没有设在容器/盖破损面上互锁波状物的支持。
为了用图来表示，图4B上还画有顶尖压力向量126，它垂直于第一薄片波状物峰面104，并和第二薄片波状物顶尖110横切。
压力和温度以及容器/盖连接的材料应这样选择，即在运用了加压头和热封口头之后，使第一薄片波状物顶尖和第二薄片波状物顶尖，应位于所定义的集中压力124的两侧，集中压力代表在密封的盖和容器内，作用于第一薄片波状物顶尖和顶尖向量126之间第一薄片波状物峰面上的分布内压力122。第一薄片波状物顶尖处在这一位置，增加了连接的有效互锁区，减少了平行于波状物62A、62B下侧边的剪应力水平。
在图示最佳实施例中，封口头加热至约220℃至230℃，在保持从2750至3800KPa之间的压力不变时，压在容器/盖结构上约1秒钟。
应该提出，在本发明的产品中，第一薄片波状物顶尖96至少伸展到集中压力箭头124的左方，而在另一种实施例中，第一薄片波状物顶尖至少伸展到顶尖压力向量126的左方，当然这取决于所选择用于连接的材料。
参看图4C，当消费者想要将盖子从容器上取下时，箭头118表示的撕开力作用在第一薄片的边缘，盖被向上提起，并与第二薄片材料分开，使至少到断裂点132的连接面80露出。因此，可以想象，将盖子从容器上除去所需的初始撕开力只要能足以克服第一种材料在第二种材料处所受到的任何粘结，亦即从容器外边缘18(见图2)起，经盖子高度变化区70A，直至断裂点132，当然，此力同时还须在破裂点132处拉断第一种材料。撕开力只需要在开始时克服粘结阻力;若要使容器破损，则内压力至少必须能足以破坏第二薄片波状物，并在波状物根133的区域内，沿A-A线受剪切。
如前所述，与EPA440291所介绍的和在本文图5B中所表示的简单结构波状物封口结构相比，采用图2中表示的紧固波状物封口结构，取消了容器外边缘18A处的互锁波状物62C、62D(图5B)后，可以使初始撕开力显著减少，这种新型的紧固波状物封口结构，在原先的互锁波状物62C、62D所在处，有一个非粘结的连接面80。
现在来进一步详细研究图4C。当组合使用加压头26和热封口头20时，可形成一个独特的紧固波状物封口结构。加压头26起初在具有上表面72和盖子高度变化区70的盖子第二部分136与盖子12接触，高度变化区70是盖子第二部分中向下弯曲的部分，它是通过热封口头20与盖子第一部分140接触面造成的，盖子第一部分140在靠近容器内边缘的地方。
盖子第一部分140包括较低的表面142，和与较低表面邻接的盖子倾斜区139。倾斜面139是由热封口头的倾斜部分在盖子上压印而成的。盖子倾斜面从较低的表面出发，向上朝着容器盖143(图1)的中心方向延伸，并与盖子顶面145相汇合，互锁波状物的一部分通常在较低表面142、盖子倾斜面和与内边缘16相邻的盖子顶面的下方构成。由于弹性变形，倾斜面139的斜角通常小于热封口头上的角γ88。
因此，封口头的型面和加压头的型面，不仅可适合于形成第一薄片波状物和第二薄片波状物62A、62B，而且可构成盖子第一部分140中的较低表面142、盖子第二部分136中的上表面72、以及在上表面72和较低表面142之间盖子高度变化区70。
盖子高度变化区70从较低面142出发，向上朝着上表面72延伸，较低面142所在的高度低于上表面，是在热封口头向下移动到一个低于加压头的停动高度时构成的。盖子高度变化区70包括与较低面142邻接的第一斜度改变点144，以及与上表面72邻接的第二斜度改变点146。根据加压头、封口头和盖子与容器凸边的材料性质之间的相互关系，在斜度改变点144、146处，盖子的斜度会发生变化，或非常平缓，或陡峭。在这两个点的这一处或那一处或两处，材料将形成圆角或轮廓分明的脊线。
因此可以看出，在内边缘和外边缘之间，盖子有一个较低面，它作为平面从互锁波状物那里开始向外，朝着外边缘方向延伸;盖子的高度变化区从比较低面出发向上，朝外边缘延伸;以及，上表面也是平的，它从盖子高度变化区出发，向外朝外边缘延伸。
类似地，从外边缘到内边缘的容器第二种材料74，也有一个上表面72A、第二斜度改变点146A、向下倾斜的盖子高度变化区70A、第一斜度改变点144A、较低面142A、以及从较低面142A起，向上朝容器中心延伸的盖子倾斜区139A。第二种材料的相对尺寸和形状，取决于平面的大小和使盖子材料进入容器材料之中的材料流动变形。
在本发明的一种实施例中，第二薄片波状物包括位于波状物最高部分的峰顶147，峰顶147的垂直高度高于较低面142A，也高于盖子的上表面72。容器上表面72A的高度，通常低于波状物峰顶147，但高于容器较低面142A。
由于承压模46(图1)位于下方，并从封口头和加压头的作用区向外延伸，所以在紧固波状物封口结构形成后，较低面142142A，高度变化区70、70A，以及上表面72、72A的一部分，全都在承压模46上方。盖子12从盖子高度变化区起，以相同的高度向外朝容器外边缘方向延伸。
加压头26有效地成为一个阻止被热封口头熔化的盖子和容器的熔化部分向外流动的堤坝，以防止它们向外流到或流向容器外边缘。阻止材料朝外边缘流动，可防止在容器外边缘附近生成互锁波状物，并避免由此而造成初始撕开力的提高。
如图4C所示，本发明的一种实施例中，热封口头的造型使盖子从容器上撕下时，第二薄片波状物62B留在容器上。撕开时，盖子沿整个破坏面完整地除下，此破坏面正好在盖子上包裹着容器材料的地方。盖撕开后，在这一位置留下了一小部分附着在容器上的第一种材料。破坏面是指随盖撕下的材料和留在容器上的材料两者之间的接合面。
将本发明开盖破坏面的位置，与Gossedge等人的美国专利4961513提出的盖子封口系统中的相比较后，应该注意到，Gossedge特别指出，撕盖过程中在容器凸边上留下耳状物是不可接受的(是Gossedge第4栏第17-48行及图5)。Gossedge撕盖系统的可操作性因而在很大程度上取决于Gossedge的两个根部(34)所控制的厚薄;相反，在本发明中不存在这种敏感性。本发明不需要Gossedge中为适用于撕盖操作所需要的复杂的多平面模具表面。显然，本发明在结构上也与Gossedge的不同，采用了在容器内边缘附近的单个互锁波状物系统以及盖子高度变化区和一个连续地朝外边缘方向延伸的上表面72，来代替两个互锁波状物。
紧固波状物封口结构的优点，通过图5A和5C很容易说明。在破损压力275KPa处，紧固波状物封口结构的平均撕开力只有0.54kg，而简单结构波状物封口结构的平均撕开力为0.64kg，常规粘结封口系统的平均撕开力约1.14kg(见图5A)。更为重要的是，如图5C所示，初始撕开力明显减小，从初始值为5.5至6.8kg(此值分别对应于常规粘结封口系统和简单结构波状物封口结构)，而应采用紧固波状物封口结构时，此值减为1.4kg。因此，本发明的紧固波状物封口结构，提供了一种既能抵抗加热过程中的高破损压力，又能容易打开或撕开盖子的容器。
由图6A和6B可以看出，包装内部增加压力时，容器有两种可能的破损型式容器材料74(聚丙烯)破损;或盖子材料64(聚乙烯)破损。在容器为聚丙烯杯以及盖子材料为高密度聚乙烯(HDPE)的情况下，所设计的最佳破坏模式是使破损面150发生在贯通波状物的根部，因为在此处的破坏力最大。在第二种情况下(图6B)，盖子上的低密度聚乙烯(LDPE)64，在包装内压引起的拉力作用下，在例如破坏面152处破损。出现这种破损型式的波状物，其破损压力通常比聚丙烯波状物在其根部破损时为低。
由下列之表1可以看出，在密封条件下导致100%贯通破坏面150的聚丙烯破损的最高破损值达到275KPa。当如图6B所示发生贯通破坏面152的聚乙烯破损时，破损值低得多为80KPa到190KPa。
表176mm模制杯破损型式分析能量乘积＊破损 %PP破坏 %PE破坏贯通A-A连线 在破裂点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＊ 能量乘积＝时间(S)×温度(R)×压力(KPa)+ 极限拉伸强度＝13800KPa++ 极限拉伸强度＝41400KPa由表1可看出，盖子材料的极限拉伸强度影响破损强度。如能看出的那样，高密度聚乙烯盖密封层，提供最大为275KPa的破损强度，而低密度聚乙烯密封层的破损强度，最大为215KPa。
破损强度随着波状物尺寸加大而增加。图7表示波状物尺寸界限的定义，例如，聚丙烯宽度154，聚乙烯宽度156，聚丙烯长度158和波状物角度160。在最佳实施例中，聚丙烯宽度154大约从0.13至0.25mm，聚丙烯长度158为0.25至0.63mm，聚乙烯宽度0.075至0.20mm以及波状物角度160为20至50°。聚丙烯波状物的长度和宽度相乘，得出聚丙烯的横截面积。
图8表示破损压力与聚丙烯横截面积的关系曲线，其中连续线表示一种0.00048PET11 EVA11 0.002LDPE的盖子系统，其宽度PE＝0.35mm，θ＝10.2°虚线表示0.00048 PET11 0.002 AL11 0.0015 LDPE的盖子系统，宽度PE＝0.08mm，θ＝2°。可以看出，破损压力随聚丙烯波状物横截面积增加而增加。研究此图，可以引导人们根据图线预见其他常用盖子系统的破损压力。应该指出，波状物横截面积增加，使破损压力提高。
作为举例，下列表2表示密封在椭圆碟上的各种盖子所遭遇的预加热破损和后加热破损以及初始撕开力。紧固波状物封口结构的优点易于看出。研究初始撕开力，可使人们对这种紧固波状物技术具有容易撕开的优点，印象更为深刻。
表2各种密封在椭圆形碟上的盖紧固波状物 预加热 后加热封口结构 破损 破损 初始撕开力 平均撕开力(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常规封口美国国家标准 179.3 131.0 5.23 2.05罐头(PFT∥PVDC∥NY∥腐蚀性密封粘结)紧固波状物技术还可以用在各种形式的包装上。圆的、椭圆的和矩形的都试验过，试验结果表示在图3中。应当指出，圆形制品破损压力最高，非圆形包装的破损强度减小。
表3包装几何形状的变化盖子＝PET∥EVAX∥LDPE包装的形状 密封条件 破损76mm 圆形 275℃，1.4s，207KPa 207KPa4.5×6.5椭圆形 300℃，1.4s，414KPa 172KPa4.5×6.5矩形 275℃，1.2s，420KPa 117KPa紧固波状物密封技术看来能够容许在密封区有某些污染。常规封口系统对污染敏感，因而食品充填机制造者竭尽全力制止食品溅污包装的凸边。在常规封口系统中，1%-2%的密封故障率并不是罕见的。紧固波状物封口结构显然不受污染物的影响，如表4所示。
表4污染 研究盖子＝箔∥LDPE
沾染物 密封条件 ＃良好的/试验的智利肉汁 315℃，1.0s，275KPa 25/25鸡油 290℃，1.0s，240KPa 25/25黄油调味酱 290℃，1.0s，240KPa 22/2权利要求
1.制造在盖子和容器凸边之间可撕开的封口的方法，包括向下移动加压头使之与盖子的一部分接触，并将盖子紧压在容器凸边上；驱动一个热封口头向下与盖子接触，熔化或软化盖子材料的一部分和容器凸边材料的一部分；在被熔化或被软化材料上保持封口头的压力，使盖子材料和容器材料在容器内边缘附近形成互锁波状物；在容器/盖子系统上保持加压压力，以抑制熔化或软化了的容器/盖子材料流到或流向外边缘。
2.按照权利要求1所述之方法，其特征为封口头的几何尺寸和压力，应能形成具有在盖子材料上的第一薄片波状物顶尖的第一薄片波状物，以及形成具有在容器凸边材料上的第二薄片波状物顶尖的第二薄片波状物，保持压力，使第一薄片波状物顶尖，移到第二薄片波状物顶尖的下面，并在它们两者之间构成互锁区。
3.按照权利要求1或2所述之方法，其特征为加压头的几何尺寸和压力应能在封口头和压紧头之间形成一个盖子高度变化区，此盖子高度变化区从被封口头压住的盖子部分起，向上朝着被加压头压住的盖子部分延伸。
4.按照权利要求1、2或3所述之方法，其特征为盖子被紧压在容器上，所施加的压紧力从2750kg至4140kg。
5.按照上述诸权利要求中之任一项所述之方法，其特征为加压头和热封口头先后向下朝着盖子移动;加压头的移动先于封口头。
6.制成一种在盖子和容器凸边之间可撕开的紧固波状封口结构的设备，此设备包括具有型面的封口头，型面尺寸的确定要适合于与放在凸边上的盖子配合工作;嵌装在封口头中的加热器;具有型面的加压头，型面尺寸的确定要适合于与放在凸边上的盖子配合工作，此加压头相对于容器的内部而言，它装在封口头之外;与加压头连接的加压头连接装置，用于移动此加压头向下与盖子接触，以便将盖子紧压在容器凸边上;与封口头连接的封口头移动装置，用于移动此封口头向下，与放在凸边上面的盖子接触;封口头的表面和加压头的表面制成某种形状，为的是能在容器内边缘附近形成盖子材料和容器材料的互锁波状物，并形成朝容器外边缘方向延伸的盖子高度变化区。
7.按照权利要求6所述之设备，其特征为封口头的表面和加压头的表面制成某种形状，为的是能形成一个在盖子上具有第一薄片波状物顶尖的第一薄片波状物;一个在容器凸边上具有第二薄片波状物顶尖的第二薄片波状物，此第二薄片波状物和第一薄片波状物，在第一薄片波状物顶尖和第二薄片波状物之间互相搭接，从而在它们之间构成一个互锁区;盖子中位置较低的这一部分表面与封口头接触;盖子上较高的这一部分表面则与加压头接触;在上述较高的表面和较低的表面之间，从较低的表面出发向上，朝着较高的表面延伸着盖子高度变化区，向下移动热封口头的下表面，使之低于加压头的下表面，从而在高度低于上述较高表面的地方，形成上述较低的表面。
8.一种通过权利要求1至5之任一项所述之方法或借助于权利要求6或7所述之设备所获得的其上具有密封盖的容器。
全文摘要
通过在容器内边缘附近的盖子材料和容器材料形成互锁波状物，使盖子与容器接合在一起。不加热的加压头紧压在盖子上紧挨着热封口头的地方。热封口头用来在容器内边缘附近形成互锁波状物；加压头防止容器或盖子熔化部分流到或流向容器的外边缘。
文档编号B67B3/02GK1066829SQ9210269
公开日1992年12月9日 申请日期1992年4月13日 优先权日1991年4月15日
发明者约翰·谢立丹·托马斯 申请人:国际壳牌研究有限公司