CN104708805B - 超声波接合方法和超声波接合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于连接纸材料(5)特别是纸、纸板或卡纸的超声波接合方法，其包括下述步骤：将纸材料(5)放入超声波发生器(2)和砧件(3)之间的间隙(4)中，使超声波发生器(2)进行超声波振动以便超声波焊接所述纸材料(5)，其中，优选地在接合位置的内侧在超声波焊接之前和/或期间用去矿质的水(9)润湿所述纸材料(5)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于连接纸材料特别是纸、纸板或卡纸的超声波接合方法。
背景技术
WO03/043807描述了一种用于借助于超声波连接多层材料幅面的装置。在此，实现了大面积地和连续地连接材料幅面的各层。在此例如制造瓦楞纸。
EP 0 340 334 A2描述了一种装置，所述装置适用于借助于超声波连接两层或多层的纸制品。在此，所使用的纸设置有热塑涂层。在此，借助超声波发生器产生纵向波，从而超声波发生器在超声波振动时运动至砧件并且又从砧件离开。通过相应的超声波频率和相应的压紧力，在此产生纸层的充分压实。同时，导致热塑涂层的微区域中的高放热并且因此导致纸层的粘接。
附图7以示意性的简图示出根据现有技术的用于连接热塑涂层纸材料的超声波接合装置100。所述装置100包括根据现有技术的超声波发生器102并且根据现有技术的砧件103。待接合的纸材料5位于在所述超声波发生器102和砧件103之间。在发生器102和砧件103之间的间隙中将接合力106施加给纸材料5。超声波发生器102实施具有振动方向107的超声波振动。在根据现有技术的装置100中，振动方向107和接合力106的方向相对彼此平行地取向。也就是说，在此对于接合过程使用超声波发生器102的纵向运动方向。
发明内容
根据本发明，为了超声波接合纸材料，使用去矿质的水来润湿接合位置。不同于传统的水地，在使用去矿质的水的情况下具有的决定性优点在于，明显地减小了湿润剂的表面张力。这导致，可以更好地和均匀地润湿接合位置并且可以让水更快地进入。这尤其在时间紧急的处理过程中是决定性的优点。这个优点通过根据本发明的用于连接纸材料特别是纸、纸板或卡纸的超声波接合方法实现，所述方法包括其包括下述步骤：(i)将纸材料放入超声波发生器和砧件之间的间隙中，(ii)使超声波发生器进行超声波振动以便超声波焊接纸材料。在此，所述纸材料优选在接合位置的内侧在超声波焊接之前和/或期间用去矿质的水润湿。认为，通过接合位置上的超声波焊接容易破坏纸结构并且因此形成局部的纸糊。这种纸糊基于超声波和接合力压力的作用允许纸纤维的缠结并且由此允许纸纤维的胶合，类似于造纸。接合面的压实导致构成氢键。这经常也称为缠结。通过润湿可以主动地支持氢键的局部形成。通过以去矿质的水润湿极大地降低了纸聚合物的玻璃临界温度并且因此防止接合位置上的燃烧现象。纤维复合物中的水分提高了阻尼性能，因此提高了超声波的作用。
从属权利要求示出本发明的优选的进一步方案。
优选地设置，纸材料被用水蒸汽润湿。通过将水加热产生去矿质的水蒸汽。所述水蒸汽优选地用于润湿纸材料。因此确保了，湿润剂的表面张力显著小于纸材料的表面张力，以便因此可以确保良好的使用。与液态水相比，水蒸汽具有较高的能级和较低的表面张力。通常，水的表面张力在20℃下为大约73mN/m，然而具有80℃的水蒸汽仅仅还具有大约63mN/m的表面张力。对于液体性能来说，表面张力是形成具有尽可能小的表面且能量方面有利的、类似于球状的液滴的原因。这具有的结果是，在使用水蒸汽的情况下，与用海绵或类似辅助方式涂覆相比，水份的分配显著更准确和更均匀。
因此，此外有利地设置，对于该方法使用具有至少80℃温度的水蒸汽。
当对于超声波接合方法使用液态水替代水蒸汽时，则优选地设置，所述水在润湿纸材料时具有至少50℃的温度。
此外，优选地设置，为了润湿使用具有最大100μS/cm(微西门子每厘米)、优选地最大50μS/cm、特别优选地最大20μS/cm的电导率的水。所述电导率给出水的去矿质程度。水去矿质越多，则电导率越低并且所述水越好地适合于润湿接合位置。
优选地，进行一用于连接纸材料的超声波摩擦焊接。为此，由超声波发生器产生的超声波振动具有确定的振动方向。与通过超声波发生器施加超声波振动同时地，将接合力施加给在超声波发生器和相对设置的砧件之间的间隙中的纸材料。这个接合力沿着接合力方向取向。优选地设置，振动方向和接合力方向不彼此平行地取向。在现有技术中，超声波发生器的振动方向构造为始终平行于接合力方向。因此在现有技术中，主要使用小振动部分的纵向运动方向在接合缝中产生能量。在此，热能由接合对的内分子摩擦和界面摩擦产生。在此，界面摩擦的热能由接合材料在砧件几何结构上的形变的变形能量获得。与此相对地，在本发明的范围内看到，当使用摩擦焊接方法时，能够以好得多的方式接合纸材料，在所述摩擦焊接时，主要使用界面摩擦。也就是说，优选地设置，实施超声波摩擦焊接，所述超声波摩擦焊接通过以下方式定义，即接合力方向不平行于超声波振动的振动方向。
与接合力方向平行于超声波发生器的振动方向取向的传统超声波接合方法相比，超声波摩擦焊接具有大量优点：在超声波摩擦焊接时，可以使用具有低的声阻尼的材料，这特别是在纸材料的情况下就是这样。由于接合材料的摩擦运动，不能检测例如在纵向的超声波焊接方法中通过超声波发生器的敲击运动产生的噪声辐射。接合连接的抗剪强度和抗剥强度在根据本发明的方法中明显高于在利用普通超声波接合方法产生的接合连接。本发明的方法具有的另一个决定性的优点是，将整个振动并且不只是将朝着接合位置的方向作用的振幅用于将能量输入纸材料。由于避免了在待接合的纸材料上的敲击运动，所述纸材料在实施根据本发明的超声波接合方法中受到保护或不被损伤
特别是设置，接合力方向与振动方向垂直或者成直角。在此，+/-10°的偏差仍视作垂直。通过这种取向确保了，振动的超声波发生器的振幅沿着两个方向最大程度地作用在纸材料上。同时，接合力方向垂直于振动方向的垂直取向使得在接合位置上近似仅仅使用界面摩擦。
超声波发生器的超声波振动频率处于优选地10至80kHz、特别优选地20和70kHz之间。此外，优选地设置，超声波发生器的超声波振动振幅处于优选地10和50μm之间、特别优选地20和40μm之间。特别是在超声波振荡的这些参数的情况下在接合位置上产生有利于接合纸材料的界面摩擦。
本发明的方法实现非常稳定的接合位置，从而优选地取消使用粘合材料或热塑涂层。此外，不需要的是，纸材料上的印刷油墨处于接合位置上，所述印刷油墨类似于热塑涂层有利于粘合纸材料。
此外，本发明还包括一种用于制造由纸材料特别是纸、纸板或卡纸构成的包装的方法。在用于制造包装的所述方法中，使用如上所述的超声波接合方法。在超声波接合方法的框架内所建议的从属权利要求和有利的构型可以相应有利地使用在这个用于制造包装的方法中。
特别是在包装工业中使用大量借助于分散粘合材料(冷胶)和融化粘合材料(热胶)的纸板粘接。为了合理安排、更干净地和更卫生地设计包装过程，可以使用根据本发明的方法。通过0.1至1秒范围内的短周期和0.1至1秒的保持时间，本发明的超声波接合方法特别适用于使用在高件数的批量生产中。与粘合方法相比，本发明的超声波接合方法具有下述优点：根据本发明不需要接合材料，从而可以取代热胶或冷胶。对于借助超声波的接合过程，纸材料不需要附加的热塑涂层。传统的粘合机极容易被污染。因为在本发明的方法中优选地除了使用用于润湿的水以外不使用附加材料，可以实现减少污染并且因此遵守卫生标准，所述卫生标准对于食品工业和制药工业有重要意义。由此也得出，在本发明的方法中也不存在接合剂(胶)迁移到包装物中的危险。此外，实现能量的高度节省，因为不需要持续加热热胶。仅仅在接合时间的范围内、即在毫秒范围内需要用于超声波接合方法所需的能量。
此外，本发明还包括用于连接纸材料特别是纸、纸板或卡纸的超声波接合装置。超声波接合装置包括一能进行超声波振动的超声波发生器和一砧件。通过超声波发生器的超声波振动，能够在超声波发生器和砧件之间的间隙中超声波焊接纸材料。此外，设置一用于润湿纸材料的润湿装置。所述润湿装置以去矿质的水工作并且将所述水优选地施加到接合位置的内侧上。该润湿在超声波焊接之前和/或期间进行。
根据本发明的超声波接合方法的框架内所建议的从属权利要求和有利的构型可以相应有利地使用在这个根据本发明的超声波接合装置上。
附图说明
下面参考附图详细地说明本发明的两个实施例。附图中：
图1示出用于进行根据第一实施例的根据本发明的超声波接合方法的根据本发明的超声波接合装置的示意性的简图；
图2示出图1的细节图；
图3示出根据第一实施例的根据本发明的超声波接合装置的润湿装置的示意性的简图；
图4示出通常的超声波接合方法与根据本发明的超声波接合方法的相对位置；
图5示出对于产生的接合位置的抗拉强度的曲线图；
图6示出用于进行根据第二实施例的根据本发明的超声波接合方法的根据本发明的超声波接合装置的示意性的简图；和
图7示出根据现有技术的超声波接合装置。
具体实施方式
图1示出根据第一实施例的超声波接合装置1的非常示意性的简化视图。利用这个超声波接合装置1可以实施本发明的超声波接合方法。
超声波接合装置1包括超声波发生器2和铁毡或砧件3。在超声波发生器2和砧件3之间构成一间隙4。待接合的纸材料5位于这个间隙4中。示出两个接合对，所述接合对在所述间隙4内部搭接。这两个接合对借助于超声波接合装置1彼此连接。
通过砧件3将接合力作用于所述间隙4中的纸材料5。这个接合力沿着接合力方向6取向。
超声波发生器2被激励，以实施沿着振动方向7的超声波振动。这个振动方向7相应于超声波振动的振幅的延伸方向。
从图1中可良好地看出，接合力方向6与振动方向7垂直(也称为：成直角)。因此，在此涉及超声波摩擦焊接方法。
图2同样示意地简化示出图1的细节图。根据图2，通过一缸杆8加载所述砧件3，从而砧件3可将接合力施加到所述间隙4中的纸材料5上。相应地，缸杆8也平行于接合力方向6布置。
此外，图2示意性地简化示出用水9润湿所述纸材料5的可能性。如已经描述地，所述润湿有利于接合过程。
图3示出纸材料5中的一个下料19。由这个下料19可以在相应的包装机中成型一包装、例如盒子。例如超声波接合装置1集成在这个包装机中，从而在包装机中可以实施根据本发明的方法。
下料19具有多个接片20。在折叠所述下料19时，所述接片20中每两个搭接并且因此构成接合位置。在超声波焊接之前和/或期间，借助于所述的润湿装置18润湿所述接片20。润湿装置18将去矿质的水要么以液态形式要么以蒸汽形式施加到所述接合位置上。
图3中的视图可以理解为纯示意性的。
图4在左侧示出传统的纵向超声波焊接的原理，例如利用图7中的根据现有技术的装置100可以进行该超声波焊接。为了说明工作原理，超声波振动的振幅不是按比例示出的。所述振幅例如在20和40μm之间。图4中在右侧示出优选的超声波接合装置1的原理。在这个视图中看出，在现有技术中仅仅下部的正振幅可以朝着纸材料5的方向发挥作用。与此相反，在超声波焊接的优选的原理中，如图1和2所示，实现了将纸材料5侧向地压到超声波发生器上。因此，两个振幅方向——也就是说沿着正振幅方向的膨胀和沿着负振幅方向的收缩或收回，都可以有效地用于接合过程。
图5以曲线图示出实验结果，其中测试了在根据现有技术的装置100的装置100中以及在本发明的超声波接合装置1中的具有300g/m2的纸板。在水平轴上以单位[N]示出所施加的接合力。竖直轴以单位[N/15mm]示出接合位置的产生的抗拉强度。上方的曲线10示出本发明的超声波接合方法的结果。下方的曲线101示出在使用根据现有技术的装置100时的结果。
在本发明的范围内并且根据实验的研究表明，当根据本发明以去矿质的水润湿接合位置并且优选地将超声波焊接用作接合方法时，纸、纸板或卡纸可以更好地彼此连接。在此，不同于传统的超声波焊接地，振动方向7不平行于接合力方向6，而是优选地与所述接合力方向垂直(也可以说：成直角)。连接的强度值关于抗剪强度和抗剥强度与纵向超声波焊接方法相比明显地被提高。此外，如图5所示，在低的接合力的区域中也实现了相对高的抗拉强度。
基于所实施的实验认为，对于具有相对高的抗拉强度的连接来说，不仅纤维的微接合而且新的氢键是起决定作用的。这些结果对于纤维属聚合物、天然或人工合成粘合剂以及聚合类添加剂的塑化加工和固化是有利的。可以认为，在接合过程中，被塑化加工的区域处于相互接触的表面上。传统的纵向超声波接合过程以增高的深度作用对接合对施加载荷。为了改善连接质量，目的明显的是，使机械负荷平行于接合平面作用，就像在本发明的框架内示出的那样。另一个重要的、对于将超声波发生器2侧面地压在纸材料5上有利的优点是，充分利用沿着两个振幅方向的超声波发生器振动。在优选的超声波焊接中，对于在振动结构中产生的驻波不仅使用扩张运动而且使用收缩运动。如果超声波发生器在传统的纵向超声波焊接时压向接合对，则仅仅所述扩张作用于焊接过程，在收缩时，超声波发生器失去与纸材料5的接触。因此，在所述优选的超声波焊接中可以实现有效振幅的加倍，在30kHz下从24μm到48μm。
图6以非常示意性的简化视图示出根据第二实施例的超声波接合装置1。利用该超声波接合装置1可以实施根据本发明的超声波接合方法。相同的或功能相同的构件在两个实施例中设有相同的附图标记。
在该第二实施例中，超声波发生器2水平地并且平行于接合面振动。因此，振动方向7也水平地取向。接合力方向6竖直地1取向并且因此与振动方向7成直角。在此也使用根据图3的润湿装置18。
Claims (15)
1.一种用于连接纸材料(5)的超声波接合方法，包括下述步骤：
·将纸材料(5)放入超声波发生器(2)和砧件(3)之间的间隙(4)中；
·使所述超声波发生器(2)进行超声波振动，用于超声波焊接所述纸材料(5)；
其特征在于，
将所述纸材料(5)在接合位置的内侧在所述超声波焊接期间用去矿质的水(9)润湿，其中，通过所述砧件(3)给所述间隙(4)中的纸材料(5)加载沿着接合力方向(6)的接合力，其中，实施超声波摩擦焊接，在所述超声波摩擦焊接中，接合力方向(6)不平行于超声波振动的振动方向(7)。
2.根据权利要求1所述的超声波接合方法，其特征在于，将所述纸材料(5)用水蒸汽润湿。
3.根据权利要求2所述的超声波接合方法，其特征在于，所述水蒸汽在润湿所述纸材料(5)时具有至少80℃的温度。
4.根据权利要求1所述的超声波接合方法，其特征在于，将所述纸材料(5)用液态的水(9)润湿，其中，所述水在润湿所述纸材料(5)时具有至少50℃的温度。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的超声波接合方法，其特征在于，为了润湿使用具有最大100μS/cm(微西门子每厘米)的电导率的水(9)。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的超声波接合方法，其特征在于，接合力方向(6)以+/-10°的最大偏差垂直于所述振动方向(7)。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的超声波接合方法，其特征在于，为了超声波接合所述纸材料(5)不使用粘合材料并且不使用热塑材料。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的超声波接合方法，其特征在于，该方法用于连接纸、纸板或卡纸。
9.根据权利要求5所述的超声波接合方法，其特征在于，使用具有最大50μS/cm的水(9)。
10.根据权利要求5所述的超声波接合方法，其特征在于，使用具有最大20μS/cm的电导率的水(9) 。
11.根据权利要求7所述的超声波接合方法，其特征在于，为了超声波接合所述纸材料(5)也不使用印刷油墨。
12.一种用于制造由纸材料(5)构成的包装的方法，其中，使用根据前述权利要求1-11中任一项所述的超声波接合方法。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该方法用于制造由纸、纸板或卡纸构成的包装。
14.一种用于连接纸材料(5)的超声波接合装置(1)，包括
·能进行超声波振动的超声波发生器(2)；和
·砧件(3)；
·其中，在所述超声波发生器(2)和所述砧件(3)之间的间隙(4)中能够通过所述超声波发生器(2)的超声波振动超声波焊接所述纸材料(5)，
其特征在于，
设置润湿装置(18)，用于在接合位置的内侧在超声波焊接期间用去矿质的水(9)润湿所述纸材料(5)，其中，通过所述砧件(3)给所述间隙(4)中的纸材料(5)加载沿着接合力方向(6)的接合力，其中，实施超声波摩擦焊接，在所述超声波摩擦焊接中，接合力方向(6)不平行于超声波振动的振动方向(7)。
15.根据权利要求14所述的超声波接合装置(1)，其特征在于，所述纸材料(5)是纸、纸板或卡纸。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4605454A (en) * | 1982-09-01 | 1986-08-12 | Kimberly-Clark Corporation | Method of ultrasonically bonding nonwoven webs |
| CN1589200A (zh) * | 2001-11-20 | 2005-03-02 | J·格迈勒 | 多层材料带的超声复合装置 |
| CN103084728A (zh) * | 2011-11-04 | 2013-05-08 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 具有动态压力控制的超声焊接系统 |
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