CN101229855A - 一次性带槽纹的纸板盘及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种一次性带槽纹的纸板盘，例如纸盘，包括大体平坦的底部、向上并向外延伸的带槽纹的侧壁，其中侧壁部分包括基本上沿盘的外周边布置的多个侧壁槽纹以限定出带槽纹的周边。槽纹以每英寸周边少于约3.5个的形式存在；盘具有带单个过渡部的幅射状轮廓；并且盘直径/槽纹长度比大于约6。这种盘由多个纸板幅材层在穿通模切割和成型工具中成型，且生产率比传统的热压成型高；及其制造方法。

Description

一次性带槽纹的纸板盘及其制造方法
本申请是2006年7月17日提交的申请号为60/807533的美国临时专利申请的非临时申请，该临时申请全文通过引用包括于此。
技术领域
本发明涉及一种纸板盘，并且尤其涉及一种在穿通模成型工具中同时成型多层纸板的一次性纸板盘。使用本发明的方法和纸板幅材一个循环可以成型每摞多于5个并高达约20个或更多的独立盘。
背景技术
挤压成型的纸板容器(特别是盘)在本领域是已知的。主要参见Littlejohn等人的美国专利US6715630，其公开的内容通过引用全文包括于此。通常，通过将纸板在加热匹配的金属模具组中挤压而形成这种盘。模具表面温度通常为300的量级或者更高，盘在高压下成型，以使通常在侧壁和边沿上包含褶皱的产品具有固定的形状和强度。褶皱包括由多层纸板在热和压力下形成的一体纤维结构，从而当盘在使用时这种褶皱通常不会分离成它们的组成层。这类压制板盘的例子由本发明的受让人以DIXIE和DIXIE ULTRA为商标出售。
其它类型的一次性纸盘可由纸浆制成。这种纸浆被浇铸成纸板盘。Huhtamaki公司出售商标为CHINET的这种纸浆浇铸产品。
压制板和纸浆浇铸的纸盘已经被市场广泛接受。然而，这些类型的纸盘被认为是“高级”产品并通常被那些渴望高端产品的人们使用。确切地，这些盘的价格通常是所谓“经济型盘”的几倍。
另一种类型的一次性盘通常被那些需要低价一次性纸板盘的人们使用。这种盘是带槽纹的“经济型”盘，也被称作“白色无印刷”盘(“WNP盘”)。WNP盘通过一次同时压制2到5层纸板形成。现有技术中的WNP盘在它们的边沿区域带有槽纹图案，其在成型期间占用额外的材料，原因是由于材料聚集造成盘周边的缩小至最终产品。
同前述的所谓“高级”产品相比，现有技术中的WNP盘具有明显较低的成本，因此目前在纸盘市场上占据着重要的份额。特别是这一市场份额据估计达到一次性纸盘市场的60％。现有技术的WNP盘一般采用每令100磅的非涂覆纸板或者每令大约150至大约170磅的涂白土纸板制成。
图1示出了一种现有技术WNP盘(即，一种采用现有技术的压制方法制成的WNP盘)。在此图中，盘10包括底部12、中央过渡部14、下部侧壁过渡部16、带槽纹的侧壁18、上部侧壁过渡部20、外部褶皱架22。这些盘通常由一摞预切的纸板坯料在匹配的金属模具组里压制而成。然而，由于成型过程采用高的温度和压力，因而现有技术的WNP盘一般难以分开，特别是当压制过程中发生层间褶皱或折叠时。任何使用过这种盘的人都会意识到这一问题，由于各个盘互相粘在一起，因而经常很难把单个盘从一摞盘中分开。这样由于在只需要一个盘时使用多个盘而导致浪费。因此，即使就单个盘来说比所谓的“高级”盘要便宜，但如果不能将盘分开单独使用而使得每次要使用2个或者3个或者更多的盘时，现有技术中的WNP盘的成本也就接近较贵的盘了。
本发明人在此处发明了一种穿通模成型方法，其能够提供一种改进的制备WNP盘的方法，以使得盘粘在一起的可能性很小。本发明的方法也提供一种更有效的生产方法，在生产本发明的WNP盘时能节省时间、材料和能源。为使生产出来的盘能抗水、抗油脂、抗油，在本发明中也可以对纸板进行处理。通过本发明的方法可以形成一种新型的WNP盘及WNP盘摞。
发明内容
本发明的WNP盘由多个纸板幅材在穿通模切割和成型工具成型。本发明的方法比现有的WNP盘压制成型制备方法的生产率要高。本发明的WNP盘仅具有单个辐射状轮廓过渡并提供足够的强度以用作盘。本发明的WNP盘包括大体平坦的底部、向上并向外延伸的带槽纹的侧壁，其中该侧壁包括基本上跨越盘的外周边的多个槽纹，由此限定出带槽纹的周边。适当地，每英寸的槽纹少于约3.5且直径/槽纹长度比大于约6。本发明的WNP盘也可以利用处理过的纸板制成，从而与现有的WNP盘相比具有改善的阻隔特性。本发明也提供WNP盘摞。
通过阅读下面的详细说明，本发明的其他优点将变得显而易见。
附图说明
参考附图可以更好地理解本发明，附图中的相似的数字代表相似的部件，其中：
图1是通过匹配压制模具组制成的现有技术的经济型一次性WNP盘的透视图；
图2是现有技术的穿通成型的咖啡滤纸的透视图；
图3是现有技术的蛋糕衬垫的透视图；
图4是现有技术的热狗托盘的透视图；
图5是从装置的模具侧看到的穿通模切割和成型工具100的分解透视图；
图6是从装置冲头侧看到的工具100的分解透视图；
图7是图5和6的穿通切割和成型工具的透视截面图；
图8是本发明成型方法的示意图，其中切割和成型工具100处于打开位置；
图9是本发明成型方法的示意图，其中切割和成型工具100处于闭合位置且产品进入带槽纹的成型模具中；
图10是部分地示出冲头和模具的几何形状的示意图；
图11是示出产品几何形状的示意图；
图12是本发明的带槽纹的盘的透视图；和
图13是示出图12的带槽纹的盘的辐射状轮廓的示意图。
具体实施方式
下面通过参考几个方面和多个例子对本发明进行详细描述。此论述仅供说明之用。在本发明所列出的附属权利要求的精神和范围之内对特定实施例的修改对本领域普通技术人员是显而易见的。这里使用的术语是表示其一般的含义，其与随后给出的示例性定义含义一致，密耳指一英寸的千分之一，基重指磅/令等。
从围绕产品或部件在大约4个或者更多等间距的位置取样，产品或者装置的尺寸基于平均尺寸。
本发明的截头圆锥形WNP盘的直径指该产品的最大直径，从盘的相应外边沿的一端至另一端测量得到。对于除了精确的截头圆锥形盘之外的形状，利用通过盘中心到边沿的平均直径来计算直径/槽纹长度比。产品直径也用于描述每英寸圆周上的槽纹数目。
“令”是指3000平方英尺的纸板。
本发明的一种典型产品是由大约9.375英寸直径的纸板坯料制成，制得的产品直径为9英寸且具有约50个槽纹，槽纹长度为1 3/8英寸。这种盘的直径/槽纹长度之比约为7.2，每英寸圆周上约有6.5个槽纹。
“每英寸槽纹数”是以上述产品直径为基础，每英寸盘圆周上的槽纹数。
术语“具有单个过渡部的辐射状轮廓”是指：从中心到外缘，产品轮廓从盘底水平平面开始、到该水平平面或者穿过该水平平面在这一距离上仅有一个实质过渡部。此术语排除例如如图1所示的包括外水平搁部的那些几何形状以及其中侧壁过渡通过水平平面至边缘处向外下转部的那些几何形状。从随后的论述中应认识到，带槽纹产品的轮廓根据截取轮廓的槽纹截面会略有变化。然而，所有的轮廓基本上相同之处在于轮廓上的单个过渡部出现在侧壁基部处。单个过渡部限定了槽纹部分开始的位置。由于纸板的处理，侧壁槽纹部分可能包括弯曲或变形，但这种弯曲或变形不影响WNP盘具有此处定义的单个过渡部。
“侧壁角”是指盘侧壁与同盘底平行或共同延伸的水平面形成的角度。为了详细说明侧壁角，使用槽纹谷部(即最低的部分)处的轮廓并且将侧壁轮廓当成直线从其最外面的部分起测量。
肋间的“无槽纹”部分是指冲头或者模具侧壁位于肋之间的部分，其遵循没有肋的部分的总体尺寸。因此，用于制造标称直径为9英寸的盘的大约6.6英寸直径的冲头的无槽纹部分具有大约3.3的曲率半径。冲头和模具的带槽纹部分与无槽纹部分上的总“周长”等于使用的纸板坯料的圆周。例如，用于将大约9.375英寸的坯料制成为标称直径为9英寸的盘的大约6.625英寸的带槽纹的冲头沿其圆周具有总共大约29.45英寸的带槽纹的周边。
本发明的盘成型方法在这里称为“穿通模”成型方法，与上述的匹配金属压制方法形成对比。
此处为方便而使用“盘”一词，因为本发明可直接应用于提供和制造除了盘之外的容器及其制造方法中。然而，本领域技术人员将认识到，本发明的物品和方法会广泛用于盘或能适当使用本发明特征的其他物品。
尽管这里的盘是指“白色无印刷”盘，也即表示盘是白色并且没有印刷，但应了解，盘也可以是纸板幅材所能制备的任何颜色。例如，在纸板生产过程中可以增加模具或其他着色剂以生产出具有颜色的盘。尽管盘通常都没有印刷，但是应了解，盘也可利用此处详述的处理过的纸板制造。纸板的这些处理可以包括设计或图案，其可以被认为是包括印刷。
本发明主要涉及WNP盘、WNP盘摞和穿通模制造方法。如上所述，这种盘的成本比高级纸盘低并且在本领域中公知为“经济型”盘。
在生产本发明的WNP盘时，多个纸板幅材被供给至分层构型的模具，一穿通成型系统用于生产本发明的带槽纹的盘。纸板幅材彼此组合、交叉布置，然后供给至成型模具和穿通系统。在此过程中，多个纸板幅材基本上同时保持在一起、切成坯料并通过带槽纹的阳模穿通成型到带槽纹的阴模中。此过程中产生的幅材废料在随后的机器循环中排出模具组外并通过真空废料斜槽系统移走。穿通模成型的多个WNP盘由从多于5个至大约20或大约25个构成一摞，并继续运动通过带槽纹的阴模具，通常运动到随后的堆叠/分类工位和移走输送带。
当纸板幅材一起运动通过穿通模时，当穿过阴模时，WNP盘的侧壁被定向成与盘底大体垂直。在幅材从阴模离开时，布置成摞的各个盘的侧壁基本上松弛，以提供最终产品，其与现有技术的WNP盘看起来类似。然而，本发明的WNP盘展现出与现有技术的WNP盘明显不同的特征。
本发明提供比以前所用的现有技术中的WNP盘成本更低的WNP盘，原因在于明显更多的纸板幅材能同时转换成单个盘。此外，因为本发明容易达到的很高的产出率，使得机器、原材料和能源成本都降低。
通过背景技术可知，利用穿通模成型方法生产的现有产品通常是轻重量的产品，例如咖啡滤纸、纸托蛋糕杯、蛋糕盘垫或者热狗托盘等。如从图2-4可以看到的，至少通过这些现有技术的产品的较低的基重、相对陡的侧壁角度、深的槽纹和每英寸圆周上的槽纹数，这些产品可以容易地与本发明的产品区别开来。
例如，图2示出了一种典型的商用尺寸的穿通成型的咖啡滤纸30，其具有直径32和多个槽纹(大约每英寸一个槽纹)。该产品的基重约为每令大约30至大约40磅的范围。图2中制得的咖啡滤纸的直径32为大约7.5至大约8英寸，槽纹长度34约为2.5英寸，从而直径/槽纹长度比小于3.5。此外，咖啡滤纸的侧壁角36大于60°。由于其强度低，单个滤纸不能支撑侧壁区域中的重量。也就是说，如果重量置于咖啡滤纸的侧壁区域，则在使用过程中壁会塌掉。
图3表示一种蛋糕衬垫40。其基重小于大约30磅每3000平方英尺(令)。图3中制得的蛋糕衬垫具有大约9英寸的直径42、相对陡的侧壁角36。槽纹长度34约为1.5英寸，圆周上具有约120个槽纹或者说每英寸圆周上约有4.2个槽纹。
图4是一热狗托盘50的透视图，具有带槽纹的端部52和54，带槽纹的热狗托盘通常用在运动场所或者为街头小贩所用，通常制成为每令大约50磅至大约60磅。该产品似乎是由基重达到约每令60磅的纸板制成，其侧壁角56约为45°。此外，应注意的是，热狗托盘的槽纹深度相对较深，槽纹深度58大约为1/4英寸。
这些带槽纹的咖啡滤纸、蛋糕盘和杯形蛋糕垫一般制成为每令大约25至大约30磅。这些现有技术的穿通产品的槽纹数通常非常多(对于蛋糕垫，约为120个)或者槽纹相当深(咖啡滤纸和热狗托盘)。这些产品的侧壁制造成具有相对陡的侧壁角用来容纳物品。
与其它穿通模产品(例如蛋糕垫，热狗托盘之类)相比，本发明的WNP盘产品利用基重约为每令70磅或者更高的纸板制成。每令90磅或者更高的纸板基重可用于赋予产品更高的强度。更进一步，纸板可以具有从每令大约75磅至大约160磅的基重。再进一步，纸板可以具有至少每令约75、85、95、100、110、120、130、140、150或者160磅的基重，适当地，其中的任何值可形成上端点或下端点。
在本发明的方法中，一个或多个模具可以设在穿通成型冲床设备上。本发明的制造方法可以采用例如横跨穿通成型冲床布置一个或者两个或者三个或者更多个模具来进行。这有别于现有技术的利用加热模具组制备典型的WNP盘的匹配模具组成型方法。
特别地，现有技术的方法有约5个模具跨越成型冲床，一次最多可以冲压5层纸板，另一方面，高级的压制板盘一次成型一层。
现有技术的WNP盘用大约2至5层的纸板成型，横跨冲床/滚筒宽度以4到5的嵌套坯料图形并以每分钟从大约40至60(最大)循环的速度成型。现有技术的WNP盘的生产率为每个成形冲床每分钟生产大约320至大约1500个盘。在本发明的生产方法中，大于5至大约20或者25个由大约每令100磅的纸板构成的幅材(层)被供送进穿通模成型工位并利用该工位以每分钟约40-70次循环的速度成型。因此，本发明使用3跨冲床(3across press)的盘产量数倍于现有技术中用于生产标准WNP盘的热压成型工具的产量。在一个例子中，本发明采用3跨配置(3across setup)，达到每冲床每分钟生产大约4200个盘(3宽×20幅材×70循环每分钟)，与此相对，具有5跨配置(5across setup)的传统的匹配装置每冲床每分钟生产大约1500个盘(5宽×5幅材×60循环每分钟)。
本发明与用于制备现有技术WNP盘的匹配金属模压制成型相比的优势在于，本发明可以以与传统压制成型WNP盘相等或者更高的压制速度成型约20或者25层纸板幅材。特别是，本发明的WNP盘能够采用大于5或者约8或者约12或者约16或者约20或者约25层纸板幅材成型。更进一步，本发明的WNP盘能够采用约6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、25层纸板幅材成型，其中只要合适任何数值可以作为上端点或者下端点。完成一次压制循环，一次压制的纸板摞的数量限定出一摞单个盘，这将在下面进行更详细地描述。
盘沿其圆周可具有大约40到80个槽纹。更进一步，盘绕其圆周具有约50到60个槽纹。再进一步，盘绕其圆周可以有约30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85或90个槽纹，其中只要合适任何数值都可以构成上端点或者下端点。
本发明的WNP盘具有与现有技术的压制纸板盘和现有技术的WNP盘不同的槽纹形状。再进一步，本发明的WNP盘的槽纹沿盘圆周基本均匀地布置。这和例如图4所示的热狗托盘形成对比，热狗托盘在其圆周很大长度上没有槽纹。
更进一步，本发明WNP盘的侧壁从竖向充分松弛下来。从水平方向(也就是0度)测量，该侧壁角小于大约60度。更进一步，侧壁角相对于水平方向可以小于大约55°、50°、45°、40°或35°。因为在刚成型之后WNP盘可能具有大于60度的侧壁角，因此，适当地，本发明的WNP盘的侧壁角在盘稍微松驰之后测量。同样地，当一摞20个盘将通常平坦的底部放置在平面上，当大约24小时内看到的角度的变化小于5％时，测量该角度。角度测量前，该摞所处的湿度和温度分别是20％和室温。
本发明的WNP盘的角度与在侧壁上具有更大的角度的传统的穿通方法成型的典型产品形成对比。然而，为了达到现有技术WNP盘的外观和感觉，侧壁角度应当至少为大约15°，或至少为大约20°或至少为大约25°。
在用于制备现有技术WNP盘的传统匹配模具组工艺中，纸板幅材被供给至压制区，在压制区被压制成坯料，接着被转运至坯料转运槽送进匹配金属(阳和阴)模具组，然后被排上取走台，并排出到堆叠罐并在其中堆叠。该匹配金属模具组形成期望的形状，且通常在热、湿度和压力下赋予纸板坯料摞槽纹。典型地，匹配金属加热模具组的表面温度可以是300或者更高。如前所述，所形成的盘摞通常会因为交叉褶皱或者在成型过程中经受的热处理而粘在一起。消费者需要额外的努力才能把各个盘互相分开。
与传统压制经济盘相比，根据本发明通过穿通模成型生产出来的WNP盘的主要优势在于，他们在成型过程中不会粘在一起而且能容易地互相分开。特有地，在穿通模盘成型方法中使用较少的热，使得盘粘在一起的可能性非常小。
特别地，本发明的发明者在此发现穿通成型模具的槽纹图案不会造成层间交叉褶皱，因为模具不会造成打褶，该术语为本领域技术人员所知。已经发现，使用穿通模WNP盘实际上几乎不会粘在一起。
纸板幅材制造中通常使用的化学药品或添加剂也可适当地用在本发明的纸板中。内部的化学添加剂能在纸板生产过程施用，以改善利用这种纸板生产出来的WNP盘的阻隔性。更进一步，在制造盘之前，可以对纸板进行外部化学处理，以使生产出来的盘具有阻隔特性。
可以利用涂层或者其他能提供盘阻隔特性的外部或内部化学药剂进行处理。这样的处理能充分增强本发明的WNP盘的阻隔性能。可以预见，这样的处理能大大提高本发明的WNP盘的可接受性。
可以预见，外部涂层可以通过将聚合物材料挤压到幅材上来施加。可以在纸板的上侧或者底侧或者两侧同时涂覆(由成品盘的定向决定)以改善本发明的WNP盘的阻隔性能。这种聚合材料涂层可包括：聚烯烃，例如聚丙烯、聚乙烯；或者聚酯或者其他合适材料或者这些材料的混合。期望的是，应该施加这种涂层以提供一层薄的涂层，厚度范围在约0.1至约2mil，以便能保持盘的低成本并能保持现有技术WNP盘的通常外观和感觉。
挤压聚合物薄膜可以单独制备并在生产本发明的WNP盘之前层压至纸板幅材上。该挤压薄膜可以是聚丙烯、聚乙烯、或者其他合适的聚合物，该挤压薄膜能通过施加热使得薄膜粘在幅材上而层压到纸板幅材上。更进一步，薄膜也可以通过粘合剂材料粘在纸板幅材上。
更进一步，涂层可以以液体形式施加，例如通过喷涂或者铺设。能够应用的聚合物材料的类型可以通过合理的实验来确定。可以应用这种方法施加的涂层的一个例子是乳胶，例如苯乙烯丁二烯橡胶或者丙烯酸乳胶。也可以使用环境友好型的含氟化学物质。
该涂层包括现有技术中已知的任何合适的乳胶。例如，合适的乳胶包括苯乙烯-丙烯酸共聚物(styrene-acrylic copolymer)、丙烯腈苯乙烯-丙烯酸共聚物(acrylonitrile styrene-acrylic copolymer)、聚乙烯醇聚合物(polyvinyl alcoholpolymer)、丙烯酸聚合物(acrylic acid polymer)、乙烯乙烯醇共聚物(ethylene vinylalcohol copolymer)、乙烯醋酸氯乙烯共聚物(ethylene-vinyl chloride copolymer)、乙烯醋酸乙烯共聚物(ethylene vinyl acetate copolymer)，醋酸乙烯丙烯酸共聚物(vinyl acetate acrylic copolymer)、苯乙烯-丁二烯共聚物(styrene-butadienecopolymer)和醋酸乙烯共聚物(vinyl acetate-acylic copolymer)。合适的，乳胶包括苯乙烯丙烯酸共聚物(styrene-acrylic copolymer)、苯乙烯-丁二烯共聚物(styrene-butadiene copolymer)或者醋酸乙烯-丙烯酸共聚物(vinyl acetate-acryliccopolymer)。一种商业可利用的乙烯基醋酸乙烯共聚物(vinyl acetate ethylenecopolymer)是“AIRFLEX100HS”牌乳胶(“AIRFLEX100HS是AIR产品和化学公司的注册商标)。乳胶可以包括颜料。合适的颜料或填料包括高岭土、分层土、结构土、煅烧粘土、矾土、硅土、铝矽酸盐、滑石、硫酸钙、重质碳酸钙和沉淀碳酸钙。其他合适的颜料例如Kirk-Othmer，化学技术百科全书，第三版，17卷，798，799，815，831-836页中公开。可用的分层涂层粘土是“HYDRAPRINT”浆，作为具有大约68％浆固体的分散体供应。“HYDRAPRINT”浆是Huber的商标。
乳胶中也可包含现有技术已知的的添加剂以增强带涂层的纸板性能。例如，合适的添加剂包括：分散剂、润滑剂、消泡剂、薄膜形成器、防泡沫剂和交联剂。例如，“DISPEX N-40”是一种合适的有机分散剂，其包括40％的羧酸钠固体分散剂。“DISPEX N-40”是Allied Colloids公司的商标。例如，“BERCHEM4095”是一种合适的润滑剂包括基于改良甘油酯的100％活性涂层润滑剂。“BERCHEM4095”是Bercen的商标。例如，“Foamaster DF-177NS”是一种合适的消泡剂。“Foamaster DF-122NS”是Henkel的商标。
再进一步，该纸板能用粘土涂层涂覆。这种涂层在现有技术中广泛被应用。此类粘土涂层所使用的材料为本领域技术人员所熟知，此处不再详细讨论。
通常是可以预见将聚合物涂层应用至用来生产WNP盘的纸板会使盘更有可能粘在一起，这是因为高温会使聚合物变软并且凉下来时就会凝固。然而，本发明者已经发现用于生产本发明的WNP盘的纸板可以采用聚合物涂层。因为在本发明的盘生产过程中，可以将热在温度低于任何聚合物涂层的熔点的情况下施加，所以已经发现聚合物涂层的存在不会增加成品盘互相粘在一起或者盘和金属成型工具粘在一起的倾向。已经被发现这会使本发明的WNP盘的阻隔性能达到或者超过现有技术的WNP盘。
一方面，在本发明WNP盘的制备过程中，热可以在低于约180的温度下施加。更进一步，在本发明WNP盘的制备过程中，热可以在低于大约170、160或者150的情况下施加。在一些方面，已经发现适当加热有益于盘的槽纹部分的成型，特别是使用具有预涂覆的聚合物涂层的纸板时。
适用于本发明的一种成型设备可Snyder Machine(Saugus，MA)获得。此类槽纹切割设备通常应用于形成带槽纹的产品，例如咖啡滤纸、蛋糕盘垫，纸托蛋糕垫和热狗托盘。WWW.SNYDERMACHINE.COM上有Snyder设备更详细的介绍。
在用于制备现有技术WNP纸盘的现有压制系统中，多卷纸板幅材布置在与压制成型冲床对齐的多组架子上。当任何一个卷纸板用完时，成形冲床必须停机，以便使得每个包装中的盘个数正确。此时，残余的“剩余卷”将可能都被移掉，一新的满卷被装上每个退卷的架子上。这些剩余卷可能废掉，从而导致成本损耗，或者一次一个地从退卷的架子上供给至冲床，以便纸板不被浪费。供送小卷至冲床会导致设备频繁停机以更换纸板卷，这增加了生产成本。
本发明的显著优势在于设备的停机时间可以减少。特别地，一组退卷卷架保持组合且交叉排列并供给至穿通模具组的纸板。停机时间最少，因为不需停机即可将新纸层从另外的退卷的架子供送至成型工具。在一卷刚要用完之前，另外一层被供送至成型工具，因此在一个短的压制时间内供给消费者的每一包装中都会有一额外的产品。供给这些卷纸板的卷轴牵通常不断旋转并供给纸板幅材摞。这消除了顺序供给和停止所有卷筒的需要(和惯性问题)。一积聚系统(例如气动滚筒/推杆或者是气动滚筒/夹紧杆)可用于在成型循环期间停止纸板供送至穿通模具组。纸板幅材在穿通模具成型循环期间不能供送至模具组，这就是为什么本发明的方法中要采用积聚系统。穿通模具组的不同元件将在下面加以详细描述。
适合于本发明使用的穿通模成型工具通常要增强强度以适应增加的纸板摞的重量和厚度，该增加的重量和厚度是由本发明的方法通过增加的特征(如在成型环和压板中的销和衬套，以提供可靠的槽纹排列)而呈现出来的。另外，在制造过程开始之前，模具和冲头元件通常与框架对齐，如下面将会讨论的。
从下面的论述中将了解，穿通模成型循环发生在纸供送至模具之间三个不同阶段(基本上同时发生)。在第一阶段，冲压成型锤向前移动，直至成型环/压板接触到堆叠的纸板并且切割环切透纸板层，以形成一摞坯料。在第二阶段，冲压侧冲压锤向前移动，推动带槽纹的阳冲压头和纸板坯料摞进入带槽纹的阴成型模，因而在产品上形成槽纹图案。在第三阶段，成型锤和冲头缩回，以便下一堆叠的纸板长度能供送进模具并且废料排出模具。废料由一真空切碎机系统处理。
在随后的成型循环中，形成的带槽纹的WNP盘摞继续在带槽纹的阴成型模里被冲压。成型模的距离因而赋予一停留时间，以将纸板形成为其带槽纹的形状。为了进一步固定形状，可以给成型模具添加热量，特别是在纸板幅材上有聚合物涂层时。正如所述，如果施加热量，则这种热量必须在低于聚合物涂层的熔点下施加，以防止盘之间互相粘连或者纸板幅材与成型模具粘在一起。
在成型为产品之前，可以给纸板卷增加蒸汽/湿气，这样有助于成型工艺并减少撕裂和进一步限定槽纹产品的形状(如果需要)。更进一步发现，润滑剂(例如蜡或者可可油)可以应用在成型过程中。在纸板盘成型之前施加在纸板上的很少量的润滑剂可以减少所生产的WNP盘在通过成型工具时在盘中心部分和槽纹区域撕裂或者形成折痕的可能性。
该摞产品(也就是多个WNP盘，这里的多个由单次冲压时同时冲压的纸板幅材的数量决定)退出带槽纹的成型阴模并受到另一组导向件或者轨道的限制以便进一步的限定、定尺寸或保持期望的WNP盘的形状。该区域可以加热也可以不加热。
也可以使用标记系统来标记一定数量的堆叠产品，以有助于包装等等。包装当然可以是自动的或者是人工的。
穿通模成型方法中使用的纸板卷可能比现有技术WNP盘制造过程中使用的直径稍微要小一点。使用较小的卷是因为可以在不停机的情况下进行单个纸卷的替换和启动其它卷。当一个卷快要用完时，在额外的退卷的架子上开始新的卷。暂时的，虽然额外产品的成型并在包装中出售，从而在短期内提供了额外的盘，但这也远比每次纸卷用完时就停机然后再开机更经济。在纸卷彻底用完的时候会产生正确的成型/包装数量。纸卷尽量用至接近核心也将废料造成的浪费减至最少。
带槽纹的成型阴模和阳冲头被设计成有足够的间隙以满足所有的纸板层(厚度)在成型步骤中可安装在冲模和冲头之间。比纸板层多大约20mils的额外间隙是理想的。阴模和阳模的槽纹的总周长应当和坯料的外周长几乎相等，以便坯料在圆周上受到压缩和通过带槽纹的阴模时不会产生撕裂和多余的皱褶。成型环/压板被典型地设计具有槽纹图案以和带槽纹的阴成型模相匹配来控制进入槽纹成型模的牵伸。销和衬套可被用来保持成型环/压板槽纹和带槽纹的成型模精确对齐。成型模上方的切割环的高度可以通过垫片调节，以便和要切的纸板总厚度近似相等。
一种典型的穿通模盘是由直径约9.375的坯料成型，其底部部分大约为6-5/8英寸，槽纹侧壁大约为1英寸且高度大约为3/4英寸，这样使得盘的直径大约为9英寸(即为标准9英寸盘)。最终的WNP盘的直径和高度根据侧壁的松弛程度会略有变化，这种松弛在盘通过带槽纹的阴成型模后发生。以水平方向测量产品的侧壁角度典型地小于60°或者如前所述的其他值。盘的槽纹侧壁在通过阴成型模后发生松弛，在阴成型模里槽纹侧壁和产品的底部基本垂直。
这种松弛不同于这类机器生产出来的其也产品。也就是说，咖啡滤纸、蛋糕衬垫、纸托蛋糕垫和热狗托盘的成型方式能让他们保持相当的高度和从水平面算通常大于60°的侧壁角度。此外，这样的产品的槽纹在数量上或者高度上通常大于本发明的产品。
只要维持此处描述的特征，本发明的WNP盘能具有任何特定的尺寸。盘、碗、“深碟”都可以通过该穿通模工具和成型方法制造。
因此，根据本发明提供了一种WNP盘，包括通常平坦的底部、向上并向外延伸的带槽纹的侧壁，其中侧壁包括多个基本上沿盘外圆周布置的槽纹，以限定带槽纹的周边，每英寸圆周上的槽纹数少于大约3.5个；具有单个过渡部的辐射状轮廓；并且直径/槽纹长度比大于大约6，其中采用穿通模成型工具制备盘。合适地，制造盘的纸板的基重为至少每令大约75磅，例如对于非涂层或者微涂层产品，从每令大约75磅至大约160磅或者从每令大约95磅至大约125磅。在许多情况下，基重为每令大约85磅至大约115磅是特别合适的。
本发明中辐射状轮廓的单个过渡部可以具有大约0.25英寸或者更小的曲率半径，其可在大约0.1英寸至大约0.15英寸的范围内。在许多情况下，盘典型地具有大于约6或者大于约7的特征直径/槽纹长度比。特征直径/槽纹长度比从大约6.5至大约9.5适合于许多产品。更进一步，特征直径/槽纹长度比从6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0或9.5，只要合适，任何数值都可以构成上端点和下端点。
同样地，本发明的产品在每英寸圆周上的槽纹数通常为大约小于3，典型地，盘每英寸圆周上的槽纹数大约从1.5至2.25。大体上，本发明的圆形WNP盘可以具有大约40至大约80个槽纹，典型地，具有大约45至大约60个槽纹。
在本发明的另一方面中，同时生产多个穿通模成型的WNP盘的方法包括：将多个纸板幅材供给至穿通模切割和成型工具，其中该切割和成型工具包括切割部分和成型部分，该成型部分包括具有槽纹冲头侧壁的槽纹冲头和限定出成型通道的具有侧壁的槽纹模具，该冲头和模具在两者之间限定成型间隙。每个基重独立地至少为大约75磅每令的纸板幅材被切断部分切割以提供一摞适于成型为盘的坯料。紧接着，该坯料前进通过成型间隙以成型多个WNP盘。该切割和成型工具的槽纹冲头的冲头侧壁具有多个轴向延伸且被冲头侧壁上的无槽纹部分隔开的成型肋，槽纹模具侧壁具有多个轴向延伸且被模具侧壁上的无槽纹部分隔开的成型肋，以获得期望的几何图案。由于成型过程中可以使用最少的热，因此盘可以用带有聚合物涂层的纸板生产并且纸板上的聚合物涂层可以包含熔点低于300的树脂。
冲头的肋和模具通道中心到中心的间距为大约0.25英寸到大约0.75英寸，在一些情形下大约为1/2英寸。对9英寸的盘来说，这些肋也可类似地具有大体三角形轮廓，其基部与相邻肋之间间隔大约为0.10英寸至大约0.4英寸。典型地，对标称9英寸WNP盘来说，基部至基部间隔为大约0.2英寸至大约0.3英寸。典型地，从侧壁算起，这些肋的高度小于大约3/16英寸以便槽纹不是太深。肋高从大约0.15英寸至大约0.2英寸是合理的，从而为本发明的WNP盘提供可接受的槽纹尺寸。
模具的成型角为90°减去外部模具环相对于工具轴线的倾斜，并且通常小于80°。从大约65度到大约75度能够采用，采用大约70度适合于一次成型大约10到大约20个或者更多的WNP盘。
在本发明的又一方面中，提供一种生产一摞WNP盘的方法。该摞能包含大于5个到大约20个或者更多单个盘。更进一步，该摞能包含从大约6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19或者20或者达到大约25个单个盘。
下面特别举例说明同时生产多个冲压纸板盘的方法，包括：(a)供给多个纸板幅材至穿通模切割和成型工具，纸板的基重从大约75磅每平方英尺令至大约160磅每令，该穿通模切割和成型工具包括：(i)槽纹模具，具有(A)外部模具槽纹环，其过渡到(B)相对于外部模具槽纹环向内配置的弯曲槽纹模具入口，其过渡到(C)沿轴向离开弯曲槽纹模具入口的槽纹模具成型通道，槽纹模具的成型通道具有沿整个圆周配置的多个周向隔开的轴向肋；(ii)成型锤，安装有(A)外部冲头槽纹环和(B)槽纹伸缩冲头，槽纹冲头具有沿整个圆周配置的多个周向隔开的轴向肋，和(iii)切割环和(iv)切割砧；(b)使成型锤向着槽纹模具前进，穿通模成型工位的元件设置和安排成使得一旦冲头前进，(i)多个纸板幅材在切割环和切割砧的配合下切割成多个纸板盘坯料，(ii)纸板盘坯料的外周边在外部模具槽纹环和外部冲头槽纹环所限定的倾斜槽纹环形空间中刻上槽纹，(iii)纸板盘坯料通过槽纹冲头前进至槽纹模具成型通道，槽纹冲头和模具相配合形成沿生产方向延伸的槽纹环状成型间隙，当坯料前进至成型模通道时，成型间隙和坯料的尺寸使得纸板坯料的周边被迫从坯料的中心部分以大约90度的角度向上形成WNP盘的侧壁；和(c)将成型的WNP盘从冲压模具取出，于是盘侧壁松弛以使得侧壁的角度适度地小于成型模具的大约90度。一般地，成型间隙范围比纸板摞的厚度大至少供给到卡钳上的一层纸板的卡钳厚度，典型地，成型间隙比纸板摞的厚度大至少供给到卡钳上的两层纸板的卡钳厚度。在如图5-10所示的装置和下面的描述中，槽纹冲头和槽纹模具通道被设置和安排成使得在WNP盘成型过程中，它们各自的轴向肋在成型间隙中交错排列。
穿通模切割和成型工具100包括多个模具侧元件112和多个冲头侧元件114。模具侧元件112包括槽纹模具116，其具有外部模具槽纹环118，其过渡至弯曲的槽纹模具入口120，该入口又过渡至沿轴向延伸远离入口120的模具成型通道122。槽纹模具通道122包括多个周向间隔的轴向成型肋124。还有一模具垫板126和切割环128及一些用来间隔开切割环128的切割环垫片130。
冲头侧元件114包括伸缩成型锤132，其具有成型锤外部部分134和成型锤内部部分136。进一步具有冲头垫板138，冲头垫140以及冲头轴142，槽纹伸缩冲头144装配到冲头轴上。
冲头侧元件进一步包括外部冲头槽纹环146、保持器环148和切割砧150。
模具侧元件112和冲头侧元件114利用多个螺纹杆152、调节螺母156和压紧螺母158装配。
为了成型本发明的高基重产品，期望的是通过衬套和销将外部冲头槽纹环146和冲头垫140连接在一起，以便环146相对于模具116不发生旋转。在制造本发明的盘之前，模具侧元件112和冲头侧元件114优选地对齐，为此，对齐卡具用在切割砧150的外部直径和切割环128的外部直径上以在WNP盘生产之前对齐工具。
通过参考图8和9可以理解切割和成型工位的运行。
从图8和9可见，穿通模切割和成型工具100分别处于打开位置和闭合位置。图8中工具100处于打开位置，其中槽纹冲头和成型槽纹模具相互间隔离开。多个纸板幅材160在冲头和槽纹模具之间前进。成型锤132使冲头侧元件114朝向模具侧元件112前进。多个纸板幅材160在切割环128和切割砧150的配合下被切割。一旦切割，多个纸板被保持在一起并在倾斜槽纹环部162上形成槽纹，该环部162由外部模具槽纹环118和外部冲头槽纹环146限定。倾斜槽纹环部162有大于约10度且合适为大约20°的倾斜角164。槽纹环部的倾斜角指环部和与冲锤的轴线垂直线形成的角，换句话说，相对于图中所示的工具100的轴线的垂直线的倾斜度。成型锤部分136前移，使槽纹冲头144压着纸板幅材进入槽纹模具成型通道122，特别的是进入槽纹环形成型间隙166。特别从图9可了解，当WNP盘在间隙166中成型时，盘侧壁部分168和盘底部170大体上垂直。参考图10和11进一步了解该成型间隙的几何形状和本发明盘的几何形状。
图10是一示意图，示出了成型间隙166和一摞纸板坯料160。成型间隙166是由槽纹模具116的成型通道122的内表面180和冲头144的外表面181构成。注意到，周向间隔的肋124相对于成型通道内表面180的无槽纹区域182向内突出。同样地，槽纹冲头144包括多个向外突出的肋186，其在圆周上被冲头的无槽纹部分188间隔开。肋186和通道122上的肋124交错排列，也就是说，肋186间隔地面对模具通道上的无槽纹部分182，而肋124间隔地面对槽纹冲头144上的无槽纹部分188。一般来说，成型间隙166具有跨度190，其与要冲压成型为多个纸盘的纸板摞的厚度加上20mils的间隙相对应；例如大约220mils的成型间隙适合于成型20个大约10mil厚的WNP盘。冲头肋186可具有约5/32英寸的高度192且在其顶点处的曲率半径大约为30mils，也就是，肋相当陡峭。槽纹模具肋124可以具有约为1/8英寸的高度193且在其顶点处的曲率半径大约为30mils。对于大约为10mils的纸板，成型半径因此基本上在一摞大约10个纸板上改变。合适的槽纹模具肋124之间中心至中心的距离194可以是大约7/16英寸左右，其基部至基部间距196大约为9/32英寸是合适的。冲头144上肋186之间中心至中心的合适距离大约为7/16英寸，这些肋基部至基部的间距197大约为7/32英寸。一般地，许多情况下盘的槽纹在外周边上的槽纹深度从大约0.1英寸至大约0.18英寸。
再次参考附图10，可以看出，模具和冲头上的相应肋124，186分别交错排列以便它们置于成型的WNP盘侧壁的槽纹顶部和谷部，如可从附图11-13了解到的那样。
图11示出了根据本发明成型的WNP盘200的期望形状。WNP盘200通常包括中心部分202和侧壁部分204。注意到，盘有单个辐射状过渡部206，其具有非常陡的半径210，以及侧壁角α，其表示水平面215和上升线212之间的夹角。本发明WNP盘的形状比图11所示的略微复杂。
通过参考图12更进一步了解通过本发明方法成型的WNP盘，图12示出了标称9英寸的WNP盘200，其由基重为大约85至大约115磅每令的纸板制成，盘周边225上具有大约50个槽纹220。槽纹220从过渡部206延伸至盘200的周边225。槽纹220在盘200的周边上的槽纹深度222从大约0.1英寸至大约0.18英寸，远比例如咖啡滤纸的小。
从图12和13可以了解，沿槽纹220的顶部230的辐射状轮廓有一侧壁角232，其比沿槽纹220的谷部240形成的相应侧壁角稍高。为了描述侧壁的特征，角度测量沿着谷部进行，也就是说将下述角度测量作为特性角；该角度是在槽纹的圆周跨度上最小的侧壁角。典型地，在一标准9英寸的盘中，槽纹长度250大约为1 3/8英寸，对于直径255为9英寸的盘，槽纹深度222略微小于1/8英寸或者更小。从图12和13中可见，由于本发明的方法，盘200的侧壁204有一略微的弯曲226。该特征不是从水平面、至水平面或者通过水平面的过渡，也不是在轮廓方向包含明显变化的实质侧壁特征；相反，该弯曲是在成型过程中施加在纸板上的压力以及随后侧壁区域松弛的结果。
尽管本发明已经被详细描述，但落在本发明精神和范围之内的更改对本领域技术人员是显而易见的。鉴于上述讨论、相关的背景知识以及参考背景技术和具体实施方式中所述的待决申请，无需进一步的描述。

Claims (19)

1.一种纸板盘，包括：
a)大体平坦的底部；
b)向上并向外延伸的带槽纹的侧壁部分，其中侧壁部分包括基本上沿盘的外周边布置的多个侧壁槽纹以限定出带槽纹的周边，其中槽纹以每英寸周边少于约3.5个的形式存在，并且从水平方向测量，侧壁部分具有小于约60°的角度；
c)带有单个过渡部的幅射状轮廓；和
d)大于约6的盘直径/槽纹长度比，
其中，盘具有大于每令75磅的基重。
2.如权利要求1所述的纸板盘，其特征在于，相对于水平方向，侧壁部分具有大于约15°的角度。
3.如权利要求1所述的纸板盘，该纸板盘绕其圆周具有约40到约80个槽纹。
4.如权利要求1所述的纸板盘，进一步包括适于在使用中向盘提供油脂、水或油阻隔性能的处理。
5.如权利要求4所述的纸板盘，其特征在于，所述处理包括聚合物涂层。
6.如权利要求5所述的纸板盘，其特征在于，在盘的上侧和底侧中任一个或两者上具有约0.1至约2mil的聚合物涂层。
7.如权要求1所述的纸板盘，其特征在于，盘具有约6.5至约9.5的直径/槽纹长度比。
8.如权要求1所述的纸板盘，其特征在于，每个盘在每英寸周边上具有约1.5至约2.25个槽纹。
9.一种生产一摞纸板盘的方法，包括：
a)提供至少为5的多个纸板幅材，其中将所述多个纸板幅材组合且方向交错排列，并且每个纸板幅材独立地具有至少约每令75磅的基重；
b)供给所述多个纸板幅材至包括切割部分和成型部分的切割和成型工具；
c)切割纸板幅材，从而提供为5个或者更多个的一摞纸板坯料；
d)将该摞坯料成型为侧壁部分和大体平坦的底部，在成型步骤期间，每个坯料的侧壁部分独立地大体垂直于大体平坦的底部；和
e)从切割和成型工具中移出所成型的该摞坯料，从而提供为5个或者更多个的一摞纸板盘，每个盘单独地具有小于60°的侧壁角。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述切割和成型工具包括加热处理。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，每个纸板幅材独立地包括适于在使用中向纸板盘提供油脂、水或者油阻隔特性的处理。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述处理包括聚合物涂层。。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在盘的上侧和底侧中任一个或两者上具有约0.1至约2mil的聚合物涂层。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在成型步骤之前向纸板幅材增加蒸汽或者湿气。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在成型步骤之前向纸板幅材施加润滑剂。
16.如权利要求9所述的方法，其特征在于，每个盘具有约6.5至约9.5的直径/槽纹长度比。
17.如权利要求9所述的方法，其特征在于，每个盘在每英寸周边上具有约1.5至约2.25个槽纹。
18.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述摞中的每个盘基本上不包括交叉褶皱。
19.如权利要求9所述的方法，其特征在于，每个盘绕其圆周具有约40到约80个槽纹。
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