热塑塑料覆盖包装材料密封设备的制作方法

专利名称:热塑塑料覆盖包装材料密封设备的制作方法
本发明有关一种密封热塑塑料覆盖包装材料的设备，材料中至少有一层金属箔，最好用铝箔，该设备有一个感应器可和一个高频电源连接，其中有两个平行的感应器，互相间有一距离，本发明还涉及设备按本发明的方法应用，产生包装材料的密封。
在包装技术中，使用有热塑外层的包装材料，已是长期熟知的了。这些外层可以在加热和加压下熔化而互相密封，从而取得紧密且耐久的密封接头。当包装材料通过折叠或其他方式成形后，便可以保持给定的形状，这样包装材料的外层可互相贴靠放置并焊接。已经广泛应用的一种形式的包装容器的制造方法，包括把包装材料的卷筒条，用卷边接头，并把并筒材料边缘互相密封，使卷筒材料的纵向边缘连接。在这样形成的管形中，灌入包装物，例如一种液体，然后通过沿管形的一个窄区横向密封，把充注液体的管形分成单个的容器，各窄区之间有相等的距离。密封管形部分可以在作横向密封前，或在横向密封时，通过把材料折叠，作成耐久的平行六面形体等形状。然后把封闭的管形部分和管形的其余部分分开，形成供用户使用的单个包装产品。
据发现，假如包装材料至少在密封接头的范围中有一层金属箔，那么对包装材料的密封就有相当大的便利。有这种金属箔层可便利密封过程的理由，是在所谓的感应器或线圈的协助下，比较容易在包装材料的铝箔层中产生感应电流，感应器或线圈在原则上有需要形状的导电体，形成一个或多个绕组，和一个电源连接，向绕组供给高频交流电流，(习惯上电压在2MHz和100KHz之间选择)。当把高频电流从线圈或感应器中通过时，产生围绕线圈或感应器的高频磁场，假如把线圈放在有金属层的材料附近，便在这金属层里产生感应电流，在导入电流的部分中产生热。在金属箔层中产生的这个热，立刻传入相邻的热塑层中，热塑层举例如聚乙烯，从而使聚乙烯软化或熔化，假如把里面产生热的材料层，和有热塑包层的另一种类似材料压在一起，热塑塑料层的加热区便熔结在一起，形成紧密耐久的接头。为了集中磁场，取得窄加热区，最好将金属箔层尽可能靠近感应器，也就是应该把感应器压在待密封的材料上，在感应器的绕组之间安排一个铁氧材料铁芯，还有助于进一步集中磁场。在密封管形件时，在大多数情况下最好使每一个密封有两个平行窄密封区，互相相对邻近，密封后的管件在该窄密封区之间的无密封区切断。
同时属于已知的是为了取得一个较好的密封接头，感应器可以有特殊的设计，在原则上是在感应器朝向包装材料的部分表面上，沿表面的一部分设有一条突脊，其意义是包装材料沿密封区的一部分，接受相当多的密封压力。因为在这一区域里的包装材料受到了通过感应器的突出部分的压力。然而这密封压力可能变为很高而产生“切割效应”，也就是沿突脊边缘的内塑料层受到压力，把全部塑料挤出，实际上在连续的内塑料包层上形成一条“切缝”。通常来讲，这是无关紧要的。因为这种“切割效应”发生在密封接头内，因此一般不会带来泄漏的危险。但是据发现，在某些情况下，尤其在使用现代化高频发生器，借助闸流晶体管和晶体管变换频率时。必须保持输入频率低于用电子管变换频率的发生器。假若使用的输入频率比过去使用的频率低相当多，例如不用通常所用的1.8MHz而用200KHz的话，那么产生的一个效果，是围绕感应器的磁场，从而在包装材料边缘部分里的金属箔层里取得的电路，也就是说沿金属箔包层边缘端的边缘区，就变为更加圆的形状，也就等于沿密封接头端缘略为弯曲。这又等于沿感应器的插入部分取得的该切割效应，将产生内塑料层的一个强度减弱点，由于密封接头变为圆形，结果密封接头的有效宽度减小很多，在最坏的情况下，因为密封接头在切割线或薄弱线的“后面”向里弯，边缘区里的密封可能完全消失。切割线或薄弱线是由感应器的该突脊造成。
但是，假如密封设备的设计有本发明的特征，那么上述现象便可通过本发明弥补。
下文中将参照所附简图，对本发明作叙述，附图内容如下图1，为本发明的密封颚板。
图2，为图1所示密封颚板沿A-A线的剖视。
图3，为包装材料用本发明密封颚板密封的方法。
图4，为用本发明类型的密封颚板取得的加热区的形象。
图4A，为图4的放大部分。
图1所示类型的密封设备或感应器1，目的用于安装在一个机械组件内，该组件承受理想的密封动作，而施出理想的密封压力。换言之，该密封组件，也就是常称作密封颚板12，被驱动作相对于所谓反颚板，或支承颚板(14)的动作，支承颚板在大多数情况下也是活动的。该密封颚板12、14被相向驱动，而在它们之间，接受包装材料13，例如待密封的包装材料管。当密封颚板12、14的管件挤压时，在感应器协助下，密封区中产生热的同时，而加压材料层施加高压。图1所示的感应器标号为1，常有一个钢壳2，给感应器提供必要的稳定性。感应器的有效元件实际是感应线圈，或导体3。图中所示的是仅有一个绕组的线圈。图中所示的线圈(或感应导体)为U形，有两个直导体3，通过连接导体4连接，在图中所示位于设备的端部。在感应线圈3上，利用供电元件(图未示)供给一个高频电流，线圈的接线在端部5处。线圈中的导体3为定形杆。图2中清晰可见，截面基本为矩形，并有连续的槽道6，冷却水可被引导从里面通过，以保持导体3的适当温度。并且导体3上设有纵向隆脊7，也称为“梁”，作用将在下文中叙述。
感应线圈3嵌在非导电材料8里，在导体3之间，安排一个铁氧材料的铁芯10，借助绝缘层9和导体3绝缘，绝缘层还起粘合剂作用。在铁芯10中，可以有一条在导体3之间的槽道21，形式如图2所示，其功能将在下文中叙述。如从图1可见，铁芯10并不是完全均称的，而有一个插入部分11。铁芯的这些插入部分11应该基本上有始终相同的截面，但是最重要的是插入部分11，应由比周围的铁芯部分10的磁导性高相当多的铁器材料制造。
图3示感应器或密封件装置1在密封颚板12中的安装方法，这密封颚板向着反颚板或支承颚板14进退活动。当然密封颚板12及14还可以在垂直方向上活动。但这与衬论本发明无关故可不予考虑。当密封颚板12及14互相靠近时，在密封颚板12，14之间放入两层包装材料13，并用强力在密封颚板之间挤压。同时如上文所述，感应线圈3和一个电源连接，供给高频电流(频率在2MHz和100KHz之间)，在感应器周围产生一个强磁场。假定包装材料中有一层铝箔，和包装材料热塑塑料的里层相连，在金属箔层中感生电流，使金属箔层迅速加热，传递到相连的热塑塑料层中，使热塑塑料层熔化。和相连的包装材料的内热塑塑料粘接。这种加热可以很快而有效地取得。在原理上可以把金属箔层视为变压器中的短路绕性，感应器圈形成初级线圈。如果感应线圈3和准备在里面感生电流的铝箔层放得非常近，铝箔层里的电流便非常明显，产生的热局限在一个很窄的区域内，基本上相当于感应器导体3的宽度。如从图4中可以明确看出，图示通过感应器产生的密封区15，可以看到密封接头16在包装材料的边缘24处稍微弯曲，具体讲则在铝层的末端处，形成一个长而窄的O形区，相当于感应线圈3和包装材料铝箔层形成的一个想象变压器的该短路绕组。从图4可以明确看出，先是电路然后是密封区15，因为四路在边缘区中“短路”接通，不直线前进到达包装材料的边缘24，所以在包装材料边缘24的区域16中弯曲。据发现回路和密封区15的相继弯曲，取决于输入感应器3电流的具体输入频率。因此，如果输入电流的频率在2MHz左右，而电路相当早便弯曲，或者例如电流输入频率为200KHz，圆弧半径较大时，弯曲现象便不很明显。
具有电了管的高频发生器，频率约2MHz，典型频率为1.8MHz的，制造简单。这种发生器已经长期使用，但现在已用更现代化，价廉而可靠性更高的半导体高频发生器代替了，这些用半导体的高频发生器如果成本和复杂性不增高很多，便不能产生约高于200KHz的频率，因此需改装密封系统以适应低频率。包装材料边缘区24的密封区15的弯度，过去不成为问题，而现在已注意到问题并已在克服，尤其在采用有所谓纵向梁(图2中之7)的密封颚板时。
在许多情况，采用U形导体3上的纵向梁7，产生了相当高的密封强度。理由是没有这种梁7的密封颚板，会把熔化热塑塑料从密封区中挤出，意味着剩下的塑料层变为很薄，密封接头强度相应降低。这种粱的使用可从瑞典专利第81059602号见到。通过对梁7伸展的密封材料加重压力，便可防止密封区里的塑料材料流出。当然梁7不能太高，典型“梁高”约为0.3mm，当包装材料中有可压缩的纸层时可使用。但是，梁7不仅可以防止密封区里的塑料流出，而且可以把梁7下的区域中的塑料，有效地挤出，并起切割元件的作用，在梁的边缘处切断连续的塑料层。如前文已有述及，据发现梁7在制造更牢固更耐久的密封接头上起重要作用，但是从图4及4a中明确可见，梁7将在包装材料边缘区16处“切割”内塑料层，或把塑料挤出，因此只有一个非常窄的密封区，或者在极端情况下，形不成密封，也就是没有泄漏的危险，或者在密封阶段实际发生泄漏。
在图4A中，梁7的接触区标号为17，是虚线18围绕的区域，虚线18划出梁7的边缘界限。密封区标号为19，包装容器从包装材料上切断所沿的切割边缘，标号为20。在边缘区16中，密封19向内对着梁7的接触表面17弯曲，缩小这区域里密封接头的宽度。由于对该发生器输入较低的频率，密封区有较大的弧度，弧度就有可能变为太大，以致密封区19不能达到包装材料的边缘，而在梁7的接触表面17上横跨，在这种情况下，在包装材料边缘区产生一个不密封部分而造成泄漏。
因此发现用低频输入的现代高频发生器，同时使用有梁7的密封板是有困难的。然而这缺点可以克服，因为在感应线圈跨过包装材料边缘的区域中，通过在感应器中设置铁氧材料铁芯11，其磁导率比铁芯材料10的磁导率大很多，那么磁场的形状改变时，在典型实例中包括用磁导率为5的材料作铁芯材料10，而插入的铁氧材料插入件11的磁导率约为25，也就是高五倍。由于该铁氧材料插入件11有高磁导率，磁场的闭合便比较靠近包装材料的边缘，意义是铝箔层中的电流，也比较靠近包装材料边缘通过。也就是说回路的偏移倾向，或弯曲倾向减少，也就是说密封区将外伸到包装材料的边缘区，以致用于密封颚板上的梁7，不会把密封区19以外的热塑塑料层切断或压断，造成泄漏。由于用有高磁导率铁气材料的插入件11，还可以取得较好的加热效果，因为磁场在区域内集中。当然从铝箔层回路中通过的电流稳定，但是，在改变磁场时，可以把回路局限在插入件11所处的地点上，因而加热效果在局部上提高。其意义是假如在沿密封接头的某个部分，需要局部作增高加热，例如在加撕条(tear-strip)等时，还可以在包装材料边缘区以外的地方安装插入件11。
从图2可以明确看出，在铁芯10上布置一条槽21，也可以在插块11上作相同的布置，其作用是便利在密封线之间，把包装材料切断，密封线用感应器1制造。从图3可以看到，支承颚板14上设有一条横向槽道22，其中有刀片23执行有控制的往复动作。在包装材料13的密封完成以后，当密封颚板12及14仍然互相接触时，刀片23向前移动，从而在密封板12及14之间的包装材料，被在密封线之间的区域中切断。为了使刀片23可以彻底切断包装材料13，在铁芯10和插块11上设槽21，使刀片可以完全通过，并略微超过被压紧的包装材料13，包装材料便被在密封接头之间切断。在密封作业和切断作业后，密封颚板12及14可以分离，而密封包装件可以被进一步成形或加工，取得最后的外观。
本发明制造的理论基础是感应线圈3的铁磁性铁氧材料铁芯10有不均匀的磁导率，而沿铁芯10的长度，有磁导率的差异。磁导常数是一种材料的磁通密度和磁场强度的比率，其量度为H(亨利)每公尺(H/m)，或伏秒每安培公尺(VS/AM)。空气的磁导率等于4π×10-7，而铁氧材料的数值可能高达一百万倍以上。在本文讨论的情况中，所用的铁氧材料都有高磁导率，但插块11的铁氧材料，比铁芯10的其余部分的铁氧材料，有高相当多的磁导率。
前文已有所述，有利的做法是在感应器的导体3之间，设放一个铁氧材料铁芯10，还在不和被密封物件边缘区吻合的感应器区域内，按照本发明设放一个有高磁导率铁氧材料制造的插块11。尤其用于薄包装材料时，感应器的导体3的包装材料铝箔层之间的距离短，因此感应器和铝箔层之间的“连接”良好，甚至在不用铁氧铁芯10，而代之以电绝缘材料时，也可以获得合理的密封效果。在另一方面。必须把磁导率比周围部分高相当多的插块11，放在感应器的和密封物件的边缘区接触的一些部分上，因为不这样做就取不到希望取得的优点。在某些情况下，要求使密封物件边缘区里的密封线“倾斜”，这样，在把包装沿密封线之间的切割线分开时，可以把上面形成的尖角切去，而不破坏密封线。直到目前为止，当用高频感应密封时，布置这种分散密封线是困难的，因为把导体3外斜，使它们在通过密封物件边缘区时分义(例如外斜45°以利作密封毛边角部的“钝化”切除)，便会造成铝箔层里感生电路不跟随外斜导体3的伸展，而通过“短路”到达材料的边缘区。这说明回路在一个较大的表面上扩散，铝箔层的电流密度下降很多，没有能产生塑料层密封所需要加热，结果便使密封不能存在或强度不够而有泄漏的可能。
沿导体3分叉部分安排高磁导率的铁氧插块，在铝箔层中产生的电路，被迫基本跟随导体的伸展，电路非常集中因而在铝箔层中产生足够的密封热。在密封作业后，每个包装可以通过密封线之间的切割线切断，形成的密封毛边的尖角部分，可以在倾斜密封线外侧切去或冲去。
据发现本发明的设备制造简单，价廉而效率高。通过把本发明应用于密封设备，便可能使用价廉而可靠的高频发生器，用比过去已知的发生器低的频率运转，而不发生使用低频时的任何缺点。在本发明书中假定感应线圈只由单绕组组成。但是，在某些情况下，可能适宜用有若干绕组的感应线圈，在这些情况下本发明也适用。
权利要求
1.一种把热塑塑料覆盖的包装材料密封的设备，材料中至少有一层金属箔，最好用铝箔，该设备中有一个感应器(1)，可和高频电源连接，感应器至少有两个主要的且平行的导体(3)，互相间有一定距离，并有电绝缘承载元件(8)，特征为感应器(1)的部分，至少在该导体(3)之间的区域里，设有局部插块(11)，其材料的磁导率，高于导体(3)之间的围绕插块的该材料部分的磁导率。
2.如权利要求
第1项中之设备，其特征为感应器有导电材料的U形环，材料最好是铜，U形环的两分股平行，相距很近，端部(5)接电源，该U形环或导体(3)至少在它们的主要平行分股之间，有一个用第一种铁氧材料制造的铁芯(10)，在该铁氧铁芯中有另一种铁氧材料的局部插块或部分(11)，这材料的磁导率比该第一种铁氧材料高相当多，该局部插块(11)，放在密封设备给密封接头需要局部提高加热的区域中。
3.如权利要求
第1项中之设备，特征为用该另一种铁氧材料制造的该插块(11)上设置一个块体，有一条或数条隆脊在上面突出，这些隆脊安排在平行的导体(3)之间的区域里，导体的下侧靠在该块体上。
4.如权利要求
第2项中之设备，特征为该另一种铁氧材料的磁导率，是感应器(1)中的铁芯(10)第一种铁氧材料的三至十倍。
5.如权利要求
第2项中之设备，特征为把U形导体(3)的平行部分，安排在密封颚板(12)中，当把需要密封的材料放在颚板(12，14)之间时，可以抵压反颚板(14)，至少该平行导体(3)主要安排在密封颚板的加压表面中。
6.如权利要求
第6项中之设备，特征为该平行导体(3)有纵向的略微高出的隆脊(7)，在包装材料(13)密封部分上加的压力，沿隆脊局部增高。
7.一种密封用一种包装材料制造的包装的方法，材料中至少有一个热塑塑料层，一个金属箔层，最好是铝箔，与塑料层相邻放置，密封用一种所谓的感应器(3)进行，感应器有一个导体(3)弯成U形，和一个高频发生器连接，利用这发生器在包装材料的金属箔层中感生高频电流，电流产生的热从箔中引导到热塑塑料层中，使它熔化，从而把相邻紧靠的包装材料层(13)熔化粘结，形成紧密而机械性耐久的接头，特征为该感应器(1)设便铁氧材料的局部插块(11)，其磁导率比感应器的铁芯(10)的围绕部分高相当多，并且在密封设备和/或待密封的包装件安放位置关系中，该铁氧材料局部插块(11)，和包装件边缘区的位置一致。
8.如权利要求
第1项中之设备，特征为平行导体(3)在该高磁导率铁氧材料插块区中基本分叉，从而导体(3)之间的距离渐增，插块(11)在设计中，随导体分叉伸展，因而在密封作业中和密封材料的边缘区一致。
专利摘要
本发明与有热塑塑料覆盖包装材料密封有关，材料中至少有一层铝箔。设备中有一个感应器(13)和高频电源连接，感应器由导电材料的U形环形成。U形的两股平行，互相邻近，感应器(13)在两股之间有一个铁氧材料的铁芯(10)。该铁氧材料铁芯中有铁氧材料的插块，后者的磁导率比前者高相当多。局部插块(11)在密封设备中，安装在需要对密封接头作局部加高热，或需要对密封形状作影响的区域中。
文档编号B29C65/14GK86105480SQ86105480
公开日1987年2月18日 申请日期1986年8月21日
发明者安德斯·希尔默森, 格特·霍姆斯特戈, 汉斯·塞尔伯路 申请人:太特国际公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan