CN103504928B - 带点状凸起的纸浆模塑容器盖及其加工方法和热压模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带点状凸起的纸浆模塑容器盖，将湿纸胚直接在热压模具的凸、凹模之间热压定型。本发明特别改进了热压模具，具体说，凸模上间隔方式设置排汽孔；其中，用于形成凸起的排汽孔直径为0.55-4mm；相邻用于形成凸起的排汽孔的间距为1-20mm。利用本发明方法可制成带点状凸起的纸浆模塑容器盖，容器盖的内表面设有光滑点状凸起，内外表面为光滑平面。产品不但内外为光面，美观、实用，而且适宜用作集水功能的容器盖。本发明简化了生产结构，提高产品性能。

Description

带点状凸起的纸浆模塑容器盖及其加工方法和热压模具

技术领域

本发明涉及纸浆模塑产品的制造领域，更具体地说，涉及纸浆模塑容器盖表面结构的改进，以及改进的制造方法及制造模具。

背景技术

现有技术的纸浆模塑产品的加工方法，主要将湿纸胚在热压模具的凸、凹模之间实现热压定型。问题在于：

1、本发明涉及纸浆模塑产品主要是盛放食物尤其是液体的纸浆模塑容器、容器盖。现有技术的纸浆模塑容器，容器盖的体壁均为等厚设置，不具有大于等于0.1mm的明显凸起。由于不具有明显凸起，因此不具有集水等功能性。当使用纸浆模塑的容器盖时，饮料或水蒸气在容器盖内表面吸附而无法聚集滴落回容器，在打开容器盖时，盖上吸附的水滴容易到处散落，而且容器盖长时间被浸泡也会影响到防水效果。

2、加工时，在热压定型过程中需要在凸、凹模的下置模具上覆盖一层40-60目的金属网，以利于水蒸气的疏导，避免气爆无法做出合格产品。此时，由于金属网的存在，使得产品与下置模具接触的表面带有粗糙的网痕。

纸浆模塑用于餐具领域，一般而言是光滑的，一面用于盛装食物，带网痕的一面由于表面粗糙，纸浆纤维毛刺外露，非常容易掉渣，如果将其作为内表面，一是容易在食物中混有杂质，是消费者不能接受，也是食品法所不允许的；二是表面粗糙，食物黏附其上不易脱落，极不美观，三是纸浆模塑用于餐具上时，需要添加防水、防油剂，而粗糙表面的细小纸浆纤维，极易脱离容器表面，造成纸浆表面出现微小空洞，在盛装热汤或热饮料时，内表面出现渗水、洇湿现象，降低防水防油效果。

当纸浆模塑作容器盖使用时，特别是杯盖如咖啡杯盖，人会接触到，所以外表面为光面较佳。而内表面是网面的话，咖啡在手持移动以及喝的过程中，势必要与杯盖内表面反复接触，杯盖的纸浆纤维就会融入咖啡中，影响咖啡品质，不卫生；而且在水汽熏蒸和咖啡的浸泡下，杯盖上的大面积的洇渍也是极不美观。

所以，纸浆模塑行业所生产出的餐饮器具，只能是光滑表面向内，盛装食品、饮料；而粗糙的带网痕的表面冲外，而这又会影响到纸浆容器的整体美观，所以纸浆模塑的产品一直处于低档水平，无法得到大规模的推广使用。

为做到产品的外观美观、两面光滑，现有技术一种实现方式为：先让湿纸胚经烘干机烘干或自然晾干，然后再在30吨甚至更高压力下加压整形，使其两面平整。但是这种方法做出的产品厚、松，表面易于压的皲裂，产品不能做到精美。

另一种方法将铜球烧结工艺应用于纸浆模塑成型网模及定型网模，采用球形粉末加工热压下模，但是只能加工简单平缓结构，对于复杂异型结构则烧制不易，而且烧制后根本不能研磨，无法作尺寸上的微调，否则研磨的细末会阻塞孔眼，影响透气效果，而且由于铜球间孔隙的存在，只能是近似平整，仍能看到痕迹，关键是因铜球间孔隙太小，使用中有大量蒸汽夹杂纤维碎屑通过，极容易堵塞，因此无法在大规模的工业生产中使用。

此外，现有技术的纸浆模塑产品的生产加工过程中，常规方式是把浓度在0.5-1%左右的纸浆，在金属网上真空成形后形成湿纸胚，此时的湿纸胚含有70±10%的水分，这种湿纸胚还需要在热定型模具上热压烘干。热定型模具的凹凸模具的温度一般在150-250℃左右，含70±10%左右水分的湿纸胚被热定型模具上、下闭合加压烘干的过程中，会产生大量的水蒸气，所以纸浆模塑行业必须在热压下模上均匀地开有一些透气孔，下模上设置金属网，实现热定型加工。常规方式的生产加工中，气缸压力在2-8大气压，气缸增压后可达到2-30吨的压力。在此条件下，上、下热模合拢，首先会挤压排出20%左右的液态水，其余水分是以汽态形式通过网模由热压模上的排汽孔排出。

发明内容

本发明旨在改变现有技术纸浆模塑产品的制造方式，提供一种内外表面均为光面，内表面带点状凸起，实用、具有集水功能的纸浆模塑产品——容器盖。本发明为了实现该纸浆模塑产品，还改进了生产产品所需的热压模具的结构，进而改进了生产方法，达到了简化生产结构，提高产品性能质量的要求。

本发明在容器盖的内表面提供无数的凸起作为集水点，供水滴滴落，其原理如下（参考附图5-7）：

根据界面化学的基本方程之一杨氏方程

cosθ=(γ_sv-γ_sl)/γ_lv

其中：γ_lv------液体与气体间的界面张力

γ_sv------固体与气体间的界面张力

γ_sl------液体与固体间的界面张力

θ为气、固、液三相平衡时的接触角。一般人们认为当θ＞90°时固体表面表现为疏水性质，θ＜90°时表现为亲水性质。

由此可见，θ的角度是水滴滴落的关键。经过深入的探讨、反复的研究，我们终于发现，如果人为地改变θ角，就会极大地改变其亲水性能。当采用本发明在容器盖的内表面增加无数的凸起的集水点，就可以使得θ的度数人为减小，小水滴更亲水，就更容易滴落下来。

小水珠与纸浆表面的界面张力，使得小水珠吸附在容器盖的内表面，其界面张力垂直向上，此时由于水滴自身的重力小于界面张力吸附于纸浆表面。

当水滴处于内表面上的凸起边缘处时，由于水滴不是处在水平面上，其界面张力可以分解为垂直向上的拉力和水平方向向着凸起的集水点低点方向的拉力，此时，通过集水点的凸起，可以使表面张力的θ减小，水滴向着凸起的集水点低点方向移动。有利于各个小水滴向着低点相互汇集。

当无数的小水滴汇集到凸起的集水点最低点形成大的水滴时，由于汇集而成的水滴的接触面积的增大幅度小于重力增加的幅度，所以重力克服界面张力的作用，滴落下来。

为了达到上述目的，本发明提供一种带点状凸起的纸浆模塑容器盖，容器盖的内表面设有点状凸起，容器盖内、外表面均为光滑平面，即内外表面均无网痕。需要强调的是，本发明提及的“光滑”平面只是说明这些平面为“无网痕”平面。此外，所述凸起的高度大于等于0.1mm，小于等于成型产品纸模的本体厚度，而且凸起也为光滑的点状凸起；此处“光滑”是指凸起面“无网痕”。其中，凸起高度大于等于0.1mm时，才能形成明显凸起，且具有一定的功能性。从而本发明改变了现有技术纸浆模塑产品体壁等厚的形式，为进一步的功能设置，美观设置打下基础。

优选方式下，为了制造无网痕的纸浆模塑产品，即两面均为光滑表面的纸浆模塑产品。所述凸起高度为0.1-1mm，直径为0.55-4mm；相邻所述点状凸起的间距为1-20mm。

为了提高产品的质量，使得加工更容易，最优方式下，点状凸起的直径为1-3mm；相邻所述点状的间距为5-10mm。

本发明容器盖内表面的点状凸起，用作集水点，通常直径大于0.55mm不超过3mm；高度大于0.1mm，不超过1mm。

本发明还提供了上述带点状凸起的纸浆模塑容器盖的加工方法，具体方法是：将湿纸胚直接在热压模具的凸凹模之间热压定型；其中，凸凹模上均无金属网模。所述凸模上间隔方式设置排汽孔；其中，用于形成凸起的所述排汽孔直径为0.55-4mm；用于形成凸起的相邻的所述排汽孔的间距为1-20mm。

优选方式下，用于形成凸起的所述排汽孔直径为1-3mm；相邻用于形成凸起的所述排汽孔的间距为5-10mm。

针对上述加工方法，本发明还提供了一种热压模具，包括直接夹持湿纸胚实现热压定型的凸模和凹模，所述凸模上间隔方式设置排汽孔。与现有技术区别之处在于，凸凹模上均无金属网模。其中，用于形成凸起的所述排汽孔直径为0.55-4mm；用于形成凸起的相邻的所述排汽孔的间距为1-20mm。

优选方式下，用于形成凸起的所述排汽孔直径为1-3mm；相邻用于形成凸起的所述排汽孔的间距为5-10mm。

根据上文所述，本发明提及的排汽孔主要用于排除水蒸汽的排汽孔。其中，本发明为了在产品特定位置上形成点状凸起，限定了凸模中特定区域排汽孔的尺寸。具体说，用于形成凸起的所述排汽孔直径为0.55-4mm；用于形成凸起的相邻的所述排汽孔的间距为1-20mm。

本发明带平滑凸起结构的纸浆模塑产品及其加工方法，摒弃了热压模具所需的金属网，代以直接在凸凹模之间直接热塑成型，从而达到纸浆模塑产品两面均为光滑表面。因为，现有技术下的所有热压模具，凸凹模的成型表面必定较设置金属网的网面光滑，因此本发明的成型产品较现有技术具有两面光滑的优点。

本发明在模具上直接开有通汽孔，无需额外再增加网模。而且凸模上开设孔，达到排水、排汽的作用。

为了使产品对应孔的位置形成光滑的凸起，本发明限定了孔的结构，从而最终使得产品上的凸起具有集水作用。特别是本发明限定了孔的间隙尺寸，在不改变现有技术工艺参数的前提下，不但能够实现凸起，而且能够保证凸起的光滑。而选择与本发明不同的孔的间隙尺寸，是无法达到所需加工效果的。具体说，当开0.3-0.5mm的孔径，是无法形成明显凸起的；而开设大于4mm孔隙时，则容易发生凸起破裂，产品出现毛刺的问题，特别是随着孔隙尺寸的增加，破裂或毛刺问题也会增加，进而产品质量逐渐降低。

湿纸胚是由纸浆纤维自由沉降形成，整体而言表面并不平整光滑，所以需要热压模具的热压烫平，当孔径小于3mm时，凸起的点相对于热压表面虽不平整光滑，但是由于表面积还小，并不明显，可以接受。但是当大于3mm时，一是表面积增大，过于粗糙明显，让人无法接受；二是孔径越大，产生的凸起越高，则纤维间结合力有限，势必断裂，凸起的表面形成纸浆的断裂痕迹。

综上，本发明整体结构不但内外为光面，美观、实用，而且具有特定功能，适宜用作集水功能的杯盖。本发明为了实现纸浆模塑产品，还改进了生产产品所需的热压模具的结构，进而改进了生产方法，达到了简化生产结构，提高产品性能质量的要求。

附图说明

图1是本发明纸浆模塑制成的容器盖盖内的正投影结构示意图；

图2是图1所示容器盖的立体结构示意图；

图3是图1所示容器盖的侧视结构示意图；

图4是制造图1所示容器盖的热压模具工作状态结构侧视示意图；

图5是平面集水的原理说明示意图；

图6是本发明容器盖上集水点的原理说明示意图；

图7是图6所示集水点水滴在最低点滴落前状态的原理说明示意图。

具体实施方式

本发明通过直接在热压模上取消金属网，并开设一定数量的孔型，通过密集的透孔做到热压定型时及时排汽，既不产生网痕，又能利用排汽孔产生光滑的点结构，起到无网痕的集水点功能。具体说，本发明带平滑凸起结构的纸浆模塑产品主要用作具有集水功能的容器盖。

本发明在容器盖上采用的点状凸起，既能达到排水排汽的目的，花纹组合漂亮，无纸屑掉渣现象，同时又可以形成集水点。

如图1和2所示，盖内形成了点状凸起3，凸起的点高度大于0.1mm，不超过1mm时，可以用于容器盖如咖啡杯盖的集水点，也就是说，杯盖内部形成的点状凸起，可以起到集水作用，即水汽在杯盖上凝结成小水滴后，可以向凸起的圆点这一低点汇集，形成大的水滴回落到杯中，并可避免杯盖表面长时间浸泡在水中，可以延长防水时间，增强防水效果。

容器盖的内表面设有点状凸起，其中，点状凸起的直径为0.55-4mm；相邻点状凸起的间距为1-20mm。优选方式下，点直径1-3mm，点间距为5-10㎜。

本发明的加工方法为：在纸浆模塑热压模具中的一个模具上，去掉普通的网模，适当加大开孔率，增加排汽孔，使得排水效果符合工艺生产需要，能够做到迅速排出水汽，不影响产品质量。模具上的透孔直径在0.55-4mm，开孔间隔不超过20mm。

如图4所示，标号4为凹模，标号5为凸模，标号6为形成点状凸起的排汽孔。

湿纸胚被转移到热压模具上时，水分应保持在70±10%左右，水分超过80%，含水量过大，凸凹热模合模时，会产生大量的水蒸气，不利于瞬间排汽，易产生气爆，另外大量的水汽也会带走大量的热量，不利于节能。水分小于60%，需要加大真空机的功率，增加真空机的工作时间，水分降低的效果却并不明显，这也是一种浪费。

纸浆模塑的实际生产加工中，湿纸胚的含水率在70±10%左右，热压凸凹模温度在150-250度之间，气缸压力在2-8大气压，气缸增压后可达到2-30吨的压力。在此条件下，凸凹热模合拢，首先会挤压排出20%左右的液态水，其余水分是以汽态形式通过网模由热压模上的排汽孔排出。

孔密度选择：

实现去掉网模而纸浆表面光滑，需要选择合适的孔密度，做到顺利排出水汽。

现有技术，带网模加工4克左右纸模杯盖产品，当上模温度180°C，下模温度200°C，气缸压力4大气压，热压时间为45秒左右，即可将产品烘干，制成合格产品，而此时网模下的孔径2.0mm，孔间距20mm。

在只去掉网模而其它温度压力等条件不变的情况下，以下为本发明不带网模的孔密度与热压时间关系。

孔间距mm	热压时间（秒）	说明
			20	150	时间较长
10	60	时间稍长
			5	45	时间与带网模相当

通过以上实验，说明现有技术的方法，仅去掉网模而不改变排汽排水结构，热压时间过长，较普通网模的热压时间过长，非常不利于快速生产，提高了生产成本。

当孔间距10mm时，水分可以很快排出，与带网模的热压时间就很相近了，可以接受。

孔间距5mm，与带网模的热压时间就完全一样了。

所以在现有的纸浆模塑生产工艺条件下，孔间距应不超过20mm，最佳间距是在5-10mm左右。超过20mm间距，生产需要降低热压温度、延长热压时间，降低生产效率，得不偿失。

孔的直径选择：当孔的直径太大，超过4.0mm时，在上述实际生产条件下，其纸浆表面压出的凸点，表面易于产生裂痕，而且压制的凸点疏松不紧密，没有结构强度，所以应不超过4.0mm为好。

当孔的直径太小，小于0.5mm时，所压制出的凸点，凸起太小，起不到实际的功能效果，而且由于孔径太小，加工成本高还容易堵塞，不易形成连续化生产。

所以最佳的生产条件下，孔径范围是在0.55-4mm左右。

孔的排列选择：在满足上述孔的选择前提下，孔可以排列成各种图案或花纹，以提高产品的美观度。

如图5是现有技术平面集水的原理说明。水滴的界面张力垂直向上，此时由于水滴自身的重力小于界面张力就会吸附于纸浆表面。图6是本发明容器盖上集水点的原理说明示意图；当水滴处于内表面上的凸起边缘处时，其界面张力可以分解为垂直向上的拉力和水平方向向着凸起的集水点低点方向的拉力，此时可以看到表面张力的θ减小，水滴向着凸起的集水点低点方向移动。图7是图6所示集水点水滴在最低点滴落前状态的原理说明示意图。无数的小水滴汇集到凸起的集水点最低点，可以看到界面张力的大小是由水滴与纸浆的接触面积决定的，但是由于汇集而成的水滴的接触面积的增大幅度小于重力增加的幅度，所以重力克服界面张力的作用，滴落下来。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带点状凸起的纸浆模塑容器盖，其特征在于，所述容器盖的内表面设有点状光滑凸起，所述容器盖内外表面为光滑平面；

所述凸起的高度大于等于0.1mm，小于等于成型产品纸模的本体厚度。

2.根据权利要求1所述带点状凸起的纸浆模塑容器盖，其特征在于，所述凸起高度为0.1-1mm，直径为0.55-4mm；相邻所述凸起的间距为1-20mm。

3.根据权利要求2所述带点状凸起的纸浆模塑容器盖，其特征在于，所述凸起的直径为1-3mm；相邻所述凸起的间距为5-10mm。

4.根据权利要求2所述带点状凸起的纸浆模塑容器盖，其特征在于，所述凸起，用作集水点，直径大于0.55mm，不超过3mm；高度大于0.1mm，不超过1mm。

5.一种带点状凸起的纸浆模塑容器盖的加工方法，其特征在于，将湿纸胚直接在热压模具的凸模、凹模之间热压定型；

所述凸模上间隔方式设置排汽孔；

其中，用于形成凸起的所述排汽孔直径为0.55-4mm；相邻的用于形成凸起的所述排汽孔的间距为1-20mm。

6.根据权利要求5所述带点状凸起的纸浆模塑容器盖的加工方法，其特征在于，用于形成凸起的所述排汽孔直径为1-3mm；相邻用于形成凸起的所述排汽孔的间距为5-10mm。

7.一种带点状凸起的纸浆模塑容器盖的加工用热压模具，包括直接夹持湿纸胚实现热压定型的凸模和凹模，其特征在于，

所述凸模上间隔方式设置排汽孔；

其中，用于形成凸起的所述排汽孔直径为0.55-4mm；用于形成凸起的相邻的所述排汽孔的间距为1-20mm。

8.根据权利要求7所述带点状凸起的纸浆模塑容器盖的加工用热压模具，其特征在于，用于形成凸起的所述排汽孔直径为1-3mm；相邻用于形成凸起的所述排汽孔的间距为5-10mm。