CN115803174A - 来自气流成网坯件的折叠的3d成形包装产品 - Google Patents

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Abstract

折叠的3D成形包装产品(30)在通过对气流成网坯件(10)热压所形成的3D成形产品(20)中在至少一个构成折叠线的折痕(22A,22B,22C,22D,22E)处折叠,该气流成网坯件(10)包含浓度为按气流成网坯件(10)的重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按气流成网坯件(10)的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。折叠的3D成形包装产品(30)可用于包装货物的缓冲和/或热绝缘,并且可保护包装货物的多个侧面。

Description

来自气流成网坯件的折叠的3D成形包装产品
技术领域
本发明的实施方案一般地涉及三维(3D)成形包装产品,并且特别是用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品。
背景技术
随着对环境和人为诱发的气候变化的意识不断增长,一次性使用塑料物品和产品的使用已经越来越受到质疑。然而,尽管有这种担忧,随着过去十年的生活方式和消费者习惯的新趋势,这些物品和产品的使用已经大幅增长。对此的原因之一是越来越多的货物运输到世界各地,并且这些货物需要抵御冲击或震动和/或极端温度。保护货物的常见方式是包括缓冲和/或隔离元件或产品,如包装中合适形式的插入物(inserts,嵌件)。这些可由不同的材料制成,但典型地由发泡聚合物制成,其中膨胀聚苯乙烯(EPS)是迄今为止最便宜且最常见的。在一些情况下,整个包装可由EPS制成。一个实例是用于必须在规定温度区间内保存的食品(如冷食,例如鱼,或热食,例如即食餐)的运输箱。然而,EPS是最受质疑的塑料材料之一,并且许多品牌所有者正在为这些包装应用寻求更加可持续的解决方案。许多国家也已经开始针对一次性使用的塑料物品和产品采取立法行为,这增加了寻求替代解决方案的压力。
现今存在聚合物产品的更为可持续的替代品,如通过称为浆(pulp,纸浆)模塑的工艺所制造的插入物,其中将纤维悬浮液通过真空抽吸到丝网模具(wire mold)上。用于形成这样的插入物的另一种技术在美国专利申请No.2010/0190020、欧洲专利No.1 446 286和国际申请No.2014/142714中有所描述,该技术涉及将通过称作气流成网的工艺所生产的多孔纤维垫采用匹配的刚性模具或者通过膜模塑热压成3D结构。
仍然需要改进的3D成形包装产品,并且特别是可围绕包装货物折叠以免受震动冲击和/或最终绝缘的这种3D成形包装产品。
发明内容
一个目的是提供用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品。
一个特定目的是提供可由天然纤维制造的这种折叠的3D成形包装产品。
这些和其它目的通过本发明的实施方案得到满足。
本发明在独立权利要求中进行限定。本发明的其他实施方案在从属权利要求中进行限定。
本发明的一个方面涉及一种气流成网坯件,该气流成网坯件包含浓度为按气流成网坯件的重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按气流成网坯件的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。气流成网坯件包含至少一个折痕,所述折痕构成折叠线,以用于将3D成形产品折叠成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品。3D成形产品通过对包含所述至少一个折痕的气流成网坯件热压而形成。替代地,所述至少一个折痕构成折叠线,用于热压和折叠气流成网坯件,以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品。
本发明的另一方面涉及一种用于制造气流成网坯件的方法,该气流成网坯件包含浓度为按气流成网坯件的重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按气流成网坯件的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。该方法包括将具有至少一个杆的模具压到气流成网坯件中以形成至少一个折痕,所述折痕构成折叠线,以用于将3D成形产品折叠成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品。3D成形产品通过对包含所述至少一个折痕的气流成网坯件热压而形成。替代地,所述至少一个折痕构成折叠线,用于热压和折叠包含所述至少一个折痕的气流成网坯件,以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品。
本发明的另一方面涉及一种用于制造气流成网坯件的方法,该气流成网坯件包含浓度为按气流成网坯件的重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按气流成网坯件的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。该方法包括在气流成网坯件中锯切或切割至少一个折痕。所述至少一个折痕构成折叠线,以用于将3D成形产品折叠成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品。3D成形产品通过对包含所述至少一个折痕的气流成网坯件热压而形成。替代地,所述至少一个折痕构成折叠线,用于热压和折叠包含所述至少一个折痕的气流成网坯件,以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品。
本发明的又一方面涉及一种用于制造折叠的3D成形包装产品的方法。该方法包括制造根据以上的气流成网坯件。该方法还包括将阳模工具(male tool)热压到包含至少一个折痕的气流成网坯件中,以形成包含至少一个折痕且具有至少部分地由阳模工具限定的3D形状的3D成形产品,以及在所述至少一个折痕处折叠3D成形产品,以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品。替代地,该方法包括将阳模工具热压到包含至少一个折痕且定位在阴模工具(female tool)上的气流成网坯件中,在所述至少一个折痕处折叠气流成网坯件,以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品,其中折叠的3D成形包装产品具有至少部分地由阳模工具和阴模工具限定的3D形状。
本发明的另一方面涉及一种用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品。折叠的3D成形包装产品在通过对气流成网坯件热压所形成的3D成形产品中在构成折叠线的至少一个折痕处折叠,该气流成网坯件包含浓度为按气流成网坯件的重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按气流成网坯件的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。
本发明的另一方面涉及一种3D成形产品。3D成形产品通过对气流成网坯件热压而形成,该气流成网坯件包含浓度为按气流成网坯件的重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按气流成网坯件的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。3D成形产品包含至少一个折痕,所述折痕构成折叠线,以用于将3D成形产品折叠成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品。
本发明的又一方面涉及一种用于制造3D成形产品的方法。该方法包括将阳模工具热压到气流成网坯件中,该气流成网坯件包含浓度为按气流成网坯件的重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按气流成网坯件的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂,以形成具有至少部分地由阳模工具限定的3D形状的3D成形产品。该方法还包括在阳模工具的热压的同时,将至少一个杆压到气流成网坯件中,以形成至少一个折痕,所述折痕构成折叠线,以用于将3D成形产品折叠成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品。
本发明涉及折叠的3D成形包装产品,其高度适于包装货物的缓冲,提供优异的减震和阻尼特性。折叠的3D成形包装产品还具有热绝缘特性,因此可用于储存和/或运输调温的(如冷或热的)货物,如供应品(provisions,供给品)和食料(foodstuff)。适于缓冲和/或热保护的折叠的3D成形包装产品额外地由环境友好的天然纤维制成,与由聚苯乙烯和其它聚合物制成的现有技术发泡插入物形成鲜明对比。
附图说明
通过结合附图参考以下描述,可以最好地理解实施方案及其其他目的和优点,其中:
图1是在压到气流成网坯件之前的可用于制造具有至少一个折痕的气流成网坯件的模具的例示性实施方案;
图2是压到气流成网坯件中的图1中的模具的例示性实施方案;
图3是在压到气流成网坯件中之前的可用于在同时切割的情况下制造具有至少一个折痕的气流成网坯件的另一模具的例示性实施方案;
图4是压到气流成网坯件中的图3中的模具的例示性实施方案;
图5和6示意性地示出了气流成网坯件在折痕处的折叠;
图7是折叠的3D成形包装产品的例示性实施方案的剖视图;
图8是在将阳模工具热压到气流成网坯件中之前的阳模工具和阴模工具的例示性实施方案,该阳模工具和阴模工具可用于生产折叠的3D成形包装产品;
图9是阳模工具热压到气流成网坯件中的图8中的阳模工具和阴模工具的例示性实施方案;
图10是在将阳模工具热压到气流成网坯件中之前的阳模工具的例示性实施方案,该阳模工具可用于生产3D成形产品;
图11是阳模工具热压到气流成网坯件中的图10中的阳模工具的例示性实施方案;
图12是3D成形产品的例示性实施方案的剖视图;
图13和14示意性地示出了3D成形产品在折痕处的折叠;
图15是示出根据一个实施方案的用于制造气流成网坯件的方法的流程图;
图16是示出根据另一个实施方案的用于制造气流成网坯件的方法的流程图;
图17是示出根据一个实施方案的用于制造折叠的3D成形包装产品的方法的流程图;
图18是示出根据另一个实施方案的用于制造折叠的3D成形包装产品的方法的流程图;以及
图19是示出用于制造3D成形产品的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的实施方案一般地涉及3D成形包装产品,并且特别是用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品。
本发明的实施方案的折叠的3D成形包装产品可用作由或从发泡聚合物(例如膨胀聚苯乙烯(EPS))制成的相应3D成形包装产品的更加环境友好的替换品。美国专利申请No.2010/0190020、欧洲专利No.1 446 286No.2010/0190020、欧洲专利No.1 446 286中已经提出了聚合物产品的更可持续的替代品,并且其涉及将通过称作气流成网的工艺所生产的多孔纤维垫采用匹配的刚性模具或者通过膜模塑热压成3D结构。然而,在以上所提及的文献中生产的3D成形产品是致密的,具有薄横截面,并因此具有有限的减震或阻尼能力和相对较差的热绝缘。此外,这些现有技术的3D成形产品具有有限的保护货物的多个侧面以用于减震或阻尼和/或热绝缘的能力。因此,可能需要多个3D成形产品来完全封装和保护给定的货物。
本发明的实施方案的折叠的3D成形包装产品通过对包含天然纤维和粘合剂的气流成网坯件热压而形成。气流成网坯件(有时也称为干法成网坯件、气流成网垫、干法成网垫、气流成网幅材或干法成网幅材)通过称为气流成网的工艺形成,其中天然纤维和粘合剂与空气混合,以形成沉积到载体上并通过加热或热成形固结或粘结的多孔纤维混合物。该气流成网坯件的特征在于是多孔的,具有开孔泡沫的特征,且以所谓的干法成形方法生产,即通常不添加水。气流成网工艺最初描述于美国专利No.3,575,749中。气流成网坯件可为如气流成网工艺中所生产的形式。替代地,气流成网坯件可为至少部分加工的形式,如通过在热压之前切成给定的形式。
根据本发明的实施方案,在气流成网坯件中或者在通过对气流成网坯件热压所形成的3D成形产品中形成折叠线。这意味着3D成形产品可以折叠形成折叠的3D成形产品,该折叠的3D成形产品可保护包装货物的多个侧面并甚至完全包封这样的包装货物。因此,与仅可保护包装货物的一部分从而需要多个3D成形产品来完全保护包装货物的传统3D成形产品相比,包装货物更有效地抵御了震动以及高温或低温。此外,通过围绕包装货物折叠3D成形产品,可以保护较大的包装货物,所述较大的包装货物太大而无法安装到压到3D成形产品中的腔体中或者可通过深拉伸的3D成形产品保护。因此,与现有技术的不可折叠的3D成形产品相比,本发明的折叠的3D成形产品具有改进的减震和阻尼效应和/或改进的热绝缘。
本发明的一个方面涉及一种气流成网坯件10,参见图1至6。气流成网坯件10包含浓度为按气流成网坯件10的重量计至少70%的天然纤维。气流成网坯件10还包含浓度在按气流成网坯件10的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。根据本发明,气流成网坯件10包含至少一个折痕12A、12B、12C、12D,所述折痕构成折叠线,以用于将3D成形产品20折叠(参见图12-14)成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品30(参见图7)。3D成形产品20通过对包含至少一个折痕12A、12B、12C、12D的气流成网坯件10热压而形成。替代地,气流成网坯件10的所述至少一个折痕12A、12B、12C、12D构成折叠线,用于热压和折叠气流成网坯件10(参见图8-9),以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品30。
因此,本发明的气流成网坯件10包含至少一个折痕12A、12B、12C、12D,所述折痕构成折叠线,以折叠通过对气流成网坯件10热压所获得的3D成形产品20,从而得到折叠的3D成形包装产品30。替代地,折叠的3D成形包装产品30通过同时热压和沿至少一个折痕12A、12B、12C、12D折叠气流成网坯件10而获得。在首先热压然后折叠亦或是在同一操作中热压和折叠中的任一种情况下,结果都是适于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品30。
至少一个折痕12A、12B、12C、12D可以是气流成网坯件10中的任何形式的凹痕、凹槽或褶皱,它们能够实现气流成网坯件10沿折痕12A、12B、12C、12D折叠,或者通过对气流成网坯件10热压所形成的3D成形产品20折叠。至少一个折痕12A、12B、12C、12D可具有各种横截面形状和尺寸,这取决于用来在气流成网坯件10中形成至少一个折痕12A、12B、12C、12D的特定工具。例如,作为例示性但非限制性的实例,至少一个折痕12A、12B、12C、12D可具有V形或楔形横截面、U形横截面、或矩形横截面。如果气流成网坯件10具有多个(即,至少两个)折痕12A、12B、12C、12D,则它们可以均具有相同的横截面形状和尺寸。然而,实际上可以在单个气流成网坯件10中具有不同横截面形状和/或不同尺寸的不同折痕12A、12B、12C、12D。
至少一个折痕12A、12B、12C、12D延伸穿过气流成网坯件10的厚度的一部分,但不穿过气流成网坯件10的全厚度,使得气流成网坯件10的部分14、16A、16B、16C、16D保持在一起。
在一个实施方案中,气流成网坯件10包含至少两个构成相应折叠线的折痕12A、12B、12C、12D,参见图5-6。在这样的实施方案中,折叠的3D成形包装产品30包含至少两个侧壁36A、36B和中间区段34,参见图7。至少两个侧壁36A、36B相对于中间区段34以相应的角度成角度,该角度独立地在10°至多至170°的区间内选择。在一个具体实施方案中,至少两个侧壁36A、36B相对于中间区段34以相应的角度成角度,该角度独立地在45°至多至135°的区间内,优选地在80°至多至100°的区间内选择,并且更优选地为约90°。
图5示出了根据本发明的具有两个折痕12A、12B的气流成网坯件10的实例。气流成网坯件10则可被认为包含两个端部部分16A、16B和中间部分14。该图还指示了气流成网坯件10可如何沿着两个折痕12A、12B折叠,以在热压之后得到如图7所显示的折叠的3D成形包装产品30。在这种情况下,两个端部部分16A、16B对应于折叠的3D成形包装产品30的侧壁36A、36B,并且中间部分14对应于中间区段34。这样的折叠的3D成形包装产品30可用于包封包装货物并且保护包装货物的三个侧面。然后,折叠的3D成形包装产品30形成口袋状结构。可以将两个这样的折叠的3D成形包装产品30组合使用以包封包装货物的所有六个侧面。然而,如果包装货物部分地延伸到折叠的3D成形包装产品30的侧壁36A、36B中的腔体中,使得侧壁36A、36B至少部分地围绕包装货物延伸,则如图5所显示的由气流成网坯件10所形成的厚的折叠的3D成形包装产品30可完全保护包装货物的三个侧面,并且至少部分地保护包装货物的两个其它侧面。
图6示出了根据本发明的具有四个折痕12A、12B、12C、12D的气流成网坯件10的另一实施方案。气流成网坯件10的该实施方案则具有四个端部部分16A、16B、16C、16D以及中间或中心部分14。由这种气流成网坯件10生产的折叠的3D成形包装产品30将因此保护包装货物的五个侧面,并形成无盖的盒状结构。
在一个实施方案中,气流成网坯件10的天然纤维是木纤维。在一个具体实施方案中,天然纤维是纤维素和/或木质纤维素纤维。因此,在一个实施方案中,天然纤维含有纤维素,如呈纤维素和/或木质纤维素的形式,即纤维素和木质素的混合物。天然纤维还可含有木质素,如呈木质纤维素的形式。天然纤维可额外含有半纤维素。在一个具体实施方案中,天然纤维是通过软木和/或硬木的化学、机械和/或化学-机械制浆所生产的纤维素和/或木质纤维素浆纤维。例如,纤维素和/或木质纤维素浆纤维为选自以下的形式:硫酸盐浆、亚硫酸盐浆、热磨机械浆(TMP)、高温热磨机械浆(HTMP)、旨在用于中密度纤维板的机械纤维(MDF-纤维)、化学-热磨机械浆(CTMP)、高温化学-热磨机械浆(HTCTMP),以及它们的组合。
天然纤维也可通过其它制浆方法和/或由其它纤维素类或木质纤维素类原材料如亚麻、黄麻、汉麻(hemp)、洋麻、蔗渣、棉花、竹、秸秆或稻壳生产。
气流成网坯件10包含浓度为按气流成网坯件10的重量计至少70%的天然纤维。在一个优选的实施方案中,气流成网坯件10包含浓度为按气流成网坯件10的重量计至少72.5%,更优选地至少75%,如至少77.5%、至少80%、至少82.5%、至少85%的天然纤维。在一些应用中,可以使用甚至更高浓度的天然纤维,如按气流成网坯件10的重量计至少87.5%、至少90%、至少92.5%、至少95%或至少96%。
热塑性聚合物粘合剂作为粘合剂包括在气流成网坯件10中,以使气流成网坯件10粘合在一起,并且在处理和储存期间保持其形式和结构。热塑性聚合物粘合剂也可有助于构建气流成网坯件10的泡沫状结构。热塑性聚合物粘合剂在气流成网工艺期间与天然纤维相互缠结形成纤维混合物。热塑性聚合物粘合剂能够以粉末形式添加,但更通常以在气流成网工艺中与天然纤维相互缠结的纤维形式添加。替代地或另外,热塑性聚合物粘合剂可在气流成网工艺期间作为溶液、乳液或分散体添加到气流成网坯件10之中和之上。后一种技术最适于薄气流成网坯件10。
在一个具体实施方案中,热塑性聚合物粘合剂选自热塑性聚合物粉末、热塑性聚合物纤维以及它们的组合。
在一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂或其至少一部分具有不超过天然纤维的降解温度的软化点。因此,热塑性聚合物粘合剂或其至少一部分由此在热压期间不超过天然纤维的降解温度的加工温度下变得软化。这意味着热塑性聚合物粘合剂的至少一部分变得有延展性但优选地不熔融,这使得能够进行热压,同时使气流成网坯件10的多孔结构至少部分地在折叠的3D成形包装产品30中得以维持,并且其中热压在不使气流成网坯件10中的天然纤维降解的温度下执行。
在一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂是或者包含切成固定长度的热塑性聚合物纤维,其典型地称为短纤维。如果热塑性聚合物纤维的长度与天然纤维的长度的数量级相同或更长,则对于在气流成网工艺中混合,并从而所对于形成的气流成网坯件10的特性通常是优选的。如本文所提到的热塑性聚合物纤维和天然纤维的长度是长度加权平均纤维长度。长度加权平均纤维长度计算为单根纤维长度的平方的总和除以单根纤维长度的总和。
在一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂是或者包含长度加权平均纤维长度在天然纤维的长度加权平均纤维长度的100至多至600%,优选地125至多至500%,并且更优选地150至多至450%的区间内选择的热塑性聚合物纤维。在一个具体实施方案中,热塑性聚合物粘合剂是或者包含长度加权平均纤维长度在天然纤维的长度加权平均纤维长度的200至多至400%的区间内,优选地在250至多至350%的区间内选择的热塑性聚合物纤维。在一个具体实施方案中,热塑性聚合物纤维的长度加权平均纤维长度在1至多至12mm的区间内,如在1至多至10mm的区间内,优选地在2至多至8mm的区间内,并且更优选在2至多至6mm的区间内。
天然纤维的长度加权平均纤维长度取决于天然纤维的来源(如它们所源自的树种)以及制浆工艺。天然纤维的长度加权平均纤维长度的典型区间为约0.8mm至多至约5mm。
在一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂是或者包含单组分和/或双组分热塑性聚合物纤维,如由单组分和/或双组分热塑性聚合物纤维组成。双组分热塑性聚合物纤维(也称为bico纤维)包含芯和鞘结构,其中芯由第一聚合物、共聚物和/或聚合物混合物制成,并且鞘由第二不同的聚合物、共聚物和/或聚合物混合物制成。
在一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂是或者包含双组分聚合物纤维,如由双组分聚合物纤维组成,该双组分聚合物纤维包含由熔融温度高于在气流成网坯件10的热压期间加热气流成网坯件10的温度的材料制成的芯组分。双组分聚合物纤维还包含鞘组分,该鞘组分由熔融温度低于在气流成网坯件10的热压期间加热气流成网坯件10的温度的材料制成。
在该实施方案中,双组分聚合物纤维的芯组分的熔融温度高于双组分聚合物纤维的鞘组分的熔融温度。此外,芯组分的熔融温度高于在热压期间加热气流成网坯件的加工温度,而鞘组分的熔融温度低于该加工温度。这意味着芯组分不会熔融,但在热压期间有利地变得有延展性,而鞘组分将熔融或至少显著地增粘。因此,鞘组分将粘附到天然纤维,而未熔融但有延展性的芯组分提供结构支撑。这种双组分聚合物纤维实现对天然纤维的良好附着,并且即使在热压期间也同时维持着气流成网坯件的多孔结构。
在一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂是或者包含单组分热塑性聚合物纤维,如由单组分热塑性聚合物纤维组成,该单组分热塑性聚合物纤维由以下项制成:i)选自聚乙烯(PE)、乙烯丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚琥珀酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚己内酯(PCL)、它们的共聚物和它们的混合物的材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。
因此,在一个实施方案中,热塑性聚合物纤维由选自以上所提及的组的材料制成。在另一个实施方案中,热塑性聚合物纤维由选自以上所提及的组的材料以及一种或多种添加剂制成。
在另一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂是或者包含双组分热塑性聚合物纤维,如由双组分热塑性聚合物纤维组成,该双组分热塑性聚合物纤维具有由以下项制成的芯和/或鞘:i)选自PE、EAA、EVA、PP、PS、PBAT、PBS、PLA、PET、PCL、它们的共聚物和它们的混合物的一种或多种材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。在另一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂是或者包含以下的组合或混合物,如由以下的组合或混合物组成:单组分热塑性聚合物纤维,该单组分热塑性聚合物纤维由以下项制成:i)选自PE、EAA、EVA、PP、PS、PBAT、PBS、PLA、PET、PCL、它们的共聚物和它们的混合物的材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂;以及双组分热塑性聚合物纤维,该双组分热塑性聚合物纤维具有由以下项制成的芯和/或鞘:i)选自PE、EAA、EVA、PP、PS、PBAT、PBS、PLA、PET、PCL、它们的共聚物和它们的混合物的一种或多种材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。
热塑性聚合物粘合剂可以由单一类型的热塑性聚合物纤维制成,即,在单组分热塑性聚合物纤维的情况下由相同的材料制成,或者在双组分热塑性聚合物纤维的情况下由相同的一种或多种材料制成。然而,还可以使用由一种或多种(即至少两种)不同的由不同材料制成的单组分热塑性聚合物纤维和/或一种或多种不同的由不同材料制成的双组分热塑性聚合物纤维制成的热塑性聚合物粘合剂。
在一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂是或者包含热塑性聚合物粉末,该热塑性聚合物粉末由以下项制成:i)选自PE、EAA、EVA、PP、PS、PBAT、PBS、PLA、PET、PCL、它们的共聚物和它们的混合物的材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。
如前所提及,还可以使用作为热塑性聚合物纤维与热塑性聚合物粉末的组合的热塑性聚合物粘合剂。
一般来讲,如果气流成网坯件和由其制成的折叠的3D成形包装产品可在用于该特定目的的开松机(opener)中崩解并且在可能添加额外粘合剂的情况下再次运行(runthrough)气流成网工艺,则气流成网坯件和由其制成的折叠的3D成形包装产品可被再循环利用。这实际上仅对于在生产设施内部再循环利用的耳边料(edge trim)和其它工艺废料是可能的。对于消费者和其它最终用户,这不是一种选项,因为在现有的再循环利用方案中不存在气流成网工艺。如果通过或由气流成网所生产的产品可以归入现有再循环利用级分(对其存在着已经运作的收集和再循环利用系统)之一,则将是更好的选项。由于大部分材料由可进入纸或纸板制造工艺的木纤维制成,这些将是气流成网坯件和3D成形包装产品所收集的天然现存的级分。在对可能导致印刷工艺中的缺陷(故障)或纸的暗色规格的杂质敏感的印刷用纸的情况下,纸板级分典型地为更好的选项。再循环利用纸板通常用于具有若干层的箱纸板中的中层片或瓦楞纸板中的瓦楞纸。这些对杂质(即使是降低再循环利用材料的强度的那些)不太敏感。
可作为纸板再循环利用的材料的先决条件在于其是可再浆化的,即,当在再制浆工艺中用水剪切时,其大部分将崩解成单独的纤维,并因此通过以下筛选以得到良好收率的可用浆。用于气流成网坯件的常规热塑性纤维粘合剂与纤维素和/或木质纤维素纤维粘附得过好。因此,这些热塑性纤维在一定程度上阻止崩解,使得再制浆工艺的收率太低而无法经济可用。
通常用于单组分纤维和双组分纤维的鞘的具有高粘着性和低熔点的热塑性聚合物粘合剂在纸板再循环利用中存在着额外的问题。这些可变成胶粘物(stickies)并使该材料分类为不适于在再制浆工艺中再循环利用。解决这两个问题的一种方式是使用在再制浆工艺的水中溶解(即,在再制浆温度下是水溶性的)的粘合剂。同时,粘合剂需要是热塑性的,且熔点不超过天然纤维的降解温度,并且在再次加热和冷却之后,它应当对天然纤维具有极好的粘附性。此外,粘合剂不应在纸板制造工艺中具有有害效应。如果它们在食品接触应用中安全使用,则其也是有利的。
纸或纸板工艺中的“可再制浆性”和“可再循环利用性”最广泛地使用来自GermanPapiertechnische Stiftung的PTS-方法PTS-RH 021/97进行测试。对于纸板产品,PTS方法分两步测试可再循环利用性,其中第一步是可再制浆性测试。在可再制浆性测试中,使50g材料在标准崩解机(disintegrator,分解机,粉碎机)中在如PTS-方法PTS-RH 021/97中所规定的条件下崩解20分钟。筛选出未分散的残余物并测定其重量。如果该未分散残余物的重量对应于初始重量(50g)的小于20%,则该材料分类为“可再循环利用的”。如果未分散残余物的重量为初始重量的20-50%,则该材料分类为“可再循环利用但值得产品设计改进”。用于纸板产品的PRS-方法PTS-RH 021/97的第二部分是对杂质(尤其是在测试中加热至130℃时变得极粘的物质)的测试。在纸板制造工艺中,这样的粘性或发粘的物质可附着到机器织物和纸板机的其它基本部件,并且导致运行性问题以及对延长的、昂贵的清洁停机的需求。在纸和纸板工业中,这种类型的杂质通常称为“胶粘物”。未筛分的崩解样品中这样的胶粘物的存在使得该材料分类为“由于胶粘物而不可再循环利用”。其它杂质的存在可限制从材料获取的再循环利用浆的可用性,但不被认为是完全有害的。
因此,在一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂或其至少一部分在选择用于再制浆气流成网坯件10的再制浆温度下是水溶性的。在这种情况下,气流成网坯件10和由其制成的折叠的3D成形包装产品30可以在如所提及的再制浆工艺中再循环利用。
如本文所用,水溶性意味着热塑性聚合物粘合剂在再制浆工艺期间溶解或分散于水中。例如,热塑性聚合物粘合剂可在再制浆工艺的再制浆温度下溶解或分散于水中,即,形成溶液或胶态分散体,其中热塑性聚合物粘合剂作为单分子存在,并且/或者形成胶态聚集体。在一个实施方案中,如本文所用,水溶性意味着大于0.5g热塑性聚合物粘合剂/100ml水,优选地至少1g热塑性聚合物粘合剂/100ml水,并且更优选地至少5g热塑性聚合物粘合剂/100ml水,如至少10g热塑性聚合物粘合剂/100ml水的溶解度。因此,在一个实施方案中,水溶性热塑性聚合物粘合剂的至少一部分优选地具有根据以上的水溶性。
这样的水溶性热塑性聚合物材料的实例是聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚(2-乙基-2-噁唑啉)(PEOX)、聚乙烯醚(PVE)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)、它们的共聚物和它们的混合物。
在一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂是或者包含单组分热塑性聚合物纤维,如由单组分热塑性聚合物纤维组成,该单组分热塑性聚合物纤维由以下项制成:i)选自PVA、PEG、PEOX、PVE、PVP、PAA、PMAA、它们的共聚物和它们的混合物的材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。在另一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂是或者包含双组分热塑性聚合物纤维,如由双组分热塑性聚合物纤维组成,该双组分热塑性聚合物纤维具有由以下项制成的鞘或鞘和芯:i)选自PVA、PEG、PEOX、PVE、PVP、PAA、PMAA、它们的共聚物和它们的混合物的一种或多种材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。在一个具体实施方案中,至少双组分热塑性聚合物纤维的鞘由以下项制成:i)选自PVA、PEG、PEOX、PVE、PVP、PAA、PMAA、它们的共聚物和它们的混合物的材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。在这样的具体实施方案中,双组分热塑性聚合物纤维的芯也可选自该组。然而,如果双组分热塑性聚合物纤维的芯在热压中未软化以变得发粘并附着到天然纤维,则芯实际上可由在再制浆温度下不一定呈水溶性的纤维制成。这意味着芯可以由此前所提及的热塑性聚合物材料制成。因此,在该具体实施方案中,双组分热塑性聚合物纤维包含芯组分,该芯组分由以下项制成:i)选自PE、EAA、EVA、PP、PS、PBAT、PBS、PLA、PET、PCL、它们的共聚物和它们的混合物的材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂;以及鞘组分,该鞘组分由以下项制成:i)选自PVA、PEG、PEOX、PVE、PVP、PAA、PMAA、它们的共聚物和它们的混合物的材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。在另一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂是或者包含以下的组合,如由以下的组合组成:单组分聚合物纤维,该单组分聚合物纤维由以下项制成:i)选自PVA、PEG、PEOX、PVE、PVP、PAA、PMAA、它们的共聚物和它们的混合物的材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂;以及双组分聚合物纤维,该双组分聚合物纤维具有由以下项制成的芯和/或鞘:i)选自PVA、PEG、PEOX、PVE、PVP、PAA、PMAA、它们的共聚物和它们的混合物的一种或多种材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。
在一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂是或者包含热塑性聚合物粉末,该热塑性聚合物粉末由以下项制成:i)选自PVA、PEG、PEOX、PVE、PVP、PAA、PMAA、它们的共聚物和它们的混合物的材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。
在一个具体实施方案中,气流成网坯件10并优选地折叠的3D成形包装产品30是可再浆化或可再循环利用的,优选地如根据来自German Papiertechnische Stiftung的PTS-方法PTS-RH 021/97所定义。因此,在一个具体实施方案中,在如PTS-方法PTS-RH 021/97中所规定的条件下,在将50g气流成网坯件10或折叠的3D成形包装产品30在标准崩解机中崩解20分钟之后,气流成网坯件10并优选地折叠的3D成形包装产品30导致小于50%(重量/重量),优选地小于20%(重量/重量)的未分散残余物。
在再制浆工艺中使用的再制浆温度典型地在20℃至100℃的范围内,如在30℃至90℃的范围内,并典型地在30℃至70℃的范围内。因此,在一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂的至少一部分在选自20℃至100℃的区间内,优选地在30℃至90℃的区间内,并且更优选地在30℃至70℃的区间内的温度下是水溶性的。在一个具体实施方案中,根据PTS-方法PTS-RH 021/97,在再制浆工艺中使用的水的温度为约40℃。因此,在一个实施方案中,热塑性聚合物粘合剂的至少一部分在40℃下是水溶性的。
简而言之,PTS-方法PTS-RH 021/97包括按照DIN EN ISO5263-1:2004-12使试样崩解,但使用40℃的自来水。将稀释水倾注在样品材料上,该样品材料置于崩解机(DIN ENISO 5263-1:2004-12的标准崩解机)中而未预溶胀。样品材料以2.5%o.d.的稠度崩解,所述稠度对应于50g o.d.的称入量和2L的浆料体积。崩解时段为20分钟(60,000转)。在崩解后,将浆(总原液)完全转移到标准分配器(ZELLCHEMING Technical Information SheetZM V/6/61的标准分配器)中,并用自来水稀释至10L总体积,这对应于0.5%的稠度。筛选按照ZELLCHEMING Technical Information Sheet ZM V/18/62,使用0.7mm孔径的穿孔板进行。将测试装置设定为“低冲程”模式。将对应于2g o.d.的浆料的测试部分(400ml)从分配器中取出并稀释至1000ml的总体积,将其在30秒期间填充到筛分仪中并在0.3巴的洗涤水压力下筛分5分钟。在5分钟后,切断供水和膜位移马达。打开扣环上的阀,以排出聚集在测试室下方的水。松开锁紧螺钉,并且测试室向上倾斜。后喷嘴用一只手覆盖,以防止水滴落到其上具有残余物的未保护穿孔板上。将来自穿孔板的残余物洗涤到2L罐中,并通过插入布氏漏斗中的过滤器脱水。将过滤器折叠一次,并置于干燥器中以在105℃下干燥最多至重量恒常。如果崩解残余物相对于输入不超过20%,则产品评定为“可再循环利用的”,但是如果崩解残余物为输入的20%至50%,则评定为“可再循环利用但值得产品设计改进”。
在一个实施方案中,气流成网坯件10包含浓度在按气流成网坯件10的重量计10至多至30%,如15至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。在一个具体实施方案中,气流成网坯件10包含大于15重量%但不超过30重量%的热塑性聚合物粘合剂。例如,气流成网坯件10包含浓度在按气流成网坯件10的重量计15或17.5至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。在一个具体实施方案中,气流成网坯件10包含浓度在按气流成网坯件10的重量计15或17.5至多至25%,如20至多至25%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。
在一些应用中,可能有利的是具有相对较高浓度的热塑性聚合物粘合剂,如按气流成网坯件10的重量计大于15%,以便即使在较低压力下压制气流成网坯件10以得到多孔3D成形产品20时也保持气流成网坯件10的完整性和泡沫状结构。因此,如果包括浓度过低的热塑性聚合物粘合剂,即,按气流成网坯件10的重量计低于4%,则所形成的3D成形产品20可能无意地崩解或破碎,因为热塑性聚合物粘合剂的过低浓度和气流成网坯件10的“软”热压的组合不足以保持3D成形产品20的结构。
在一些实施方案中,气流成网坯件10包含浓度在按气流成网坯件10的重量计4至多至15%的区间内,优选地在按气流成网坯件10的重量计5至多至15%的区间内,如在按气流成网坯件10的重量计7.5至多至15%的区间内,并且更优选地在按气流成网坯件10的重量计10至多至15%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。
在一个实施方案中,折叠的3D成形包装产品30和3D成形产品20的密度等于或小于气流成网坯件10的密度的四倍。在一个具体实施方案中,折叠的3D成形包装产品30和3D成形产品20的密度等于或小于气流成网坯件10的密度的三倍,优选地等于或小于气流成网坯件10的密度的两倍。
在一个具体实施方案中,如本文所提到的气流成网坯件10的密度优选地为在气流成网坯件10中形成至少一个折痕12A、12B、12C、12D之前气流成网坯件10的密度。
在一个实施方案中,折叠的3D成形包装产品30在热压工艺中由气流成网坯件10生产,其保持着气流成网坯件10的孔隙度的至少一些。因此,折叠的3D成形包装产品30的密度小于气流成网坯件10的密度的四倍。生产具有薄横截面的致密3D成形包装产品的现有技术热压工艺典型地将3D成形包装产品的密度增加到气流成网坯件的密度的几十倍,如10至50倍。现有技术3D成形包装产品的密度的显著增加意味着气流成网坯件的大部分孔隙度损失,导致致密和紧密的纤维结构。形成鲜明对比的根据该实施方案的相对较低的密度增加还在折叠的3D成形包装产品30中保持着气流成网坯件10的多孔结构。
如本文所用,折叠的3D成形包装产品30的密度是折叠的3D成形包装产品30的平均或平均值密度。这意味着折叠的3D成形包装产品30可以含有具有不同孔隙度并由此不同密度的部分或部件。这是由于在热压中采用的阳模工具60的形状所致的以不同水平或量对气流成网坯件10的不同部分进行热压的缘故,参见图8-11。然而,折叠的3D成形包装产品30的密度是平均或平均值密度而非其不同部分的密度,并且表示折叠的3D成形包装产品30的总质量除以3D成形包装产品30的体积(不包括通过阳模工具60和/或阴模工具70在热压期间(参见图8-9)和/或在3D成形产品20的折叠期间(参见图12)所形成的折叠的3D成形包装产品30中的任何腔体)。
在一个具体实施方案中,与气流成网坯件10的密度相比,气流成网坯件10的热压优选地导致折叠的3D成形包装产品30的密度增加不超过300%,优选地不超过250%,并且更优选地不超过200%、150%或最优选不超过100%。
然而,由于阳模工具60或者阳模工具60和阴模工具70热压到气流成网坯件10中,与气流成网坯件10的密度相比,热压优选地导致3D成形产品20的密度增加。热压所致的密度增加优选地为至少5%,如至少7.5%、至少10%、至少12.5%、至少15%、至少17.5%、至少20%、至少22.5%、至少25%、或甚至更高,如至少30%、至少40%、至少50%、至少60%、至少70%、至少80%、至少90%或至少100%。
在各种实施方案中,热压所致的密度增加为至少12.5%,但不超过300%,如至少15%但不超过275%、至少17.5%但不超过250%、至少20%但不超过225%,如至少22.5%但不超过200%。
在一个具体实施方案中,通过对气流成网坯件10热压所形成的3D成形产品20的任何部分都不具有高密度。因此,对于3D成形产品20的所有部分,优选地实现了缓冲和/或热绝缘特性。在一个实施方案中,3D成形产品20的任何部分的密度都不大于气流成网坯件10的平均密度的十倍,优选地大于九倍,如大于八倍、七倍、六倍、或五倍,并且更优选地大于四倍,如三倍、或两倍。
如本文所用,热压指示将气流成网坯件10暴露于通过将阳模工具60或者阳模工具60与阴模工具70压到气流成网坯件10中,或者压制在其间放置有气流成网坯件10的阳模工具60和阴模工具70所施加的压力,同时将气流成网坯件10加热或暴露于热。因此,热压意味着压制在高于室温的温度下,优选地在热塑性聚合物粘合剂或其至少一部分有延展性的温度下进行。本文结合图17至19进一步描述了使用加热的工具60、70和/或加热的气流成网坯件10进行热压。
在一个实施方案中,气流成网坯件10的密度选择在10至60kg/m3的区间内。
在一个实施方案中,3D成形产品20和折叠的3D成形包装产品30的密度选择在15至240kg/m3的区间内。在一个优选的实施方案中,3D成形产品20和折叠的3D成形包装产品30的密度选择在15至200kg/m3的区间内,优选地在15至150kg/m3的区间内,并且更优选地在15至100kg/m3的区间内。在一个具体实施方案中,3D成形产品20和折叠的3D成形包装产品30的密度选择在20至75kg/m3的区间内,优选地在25至70kg/m3的区间内,并且更优选地在25至65kg/m3的区间内。
在一个实施方案中,气流成网坯件10的厚度为至少10mm,优选地至少20mm,并且更优选地至少30mm,如至少40mm、或甚至更厚,如至少50mm、至少60mm、至少70mm、至少80mm或至少90mm。在一个具体实施方案中,气流成网坯件10的厚度为至少100mm,如至少150mm、至少200mm、或至少250mm。还可以具有厚度为至少300mm的非常厚的气流成网坯件10。因此,在一个这样的实施方案中,使用相当厚的气流成网坯件10来获得适于缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品30,即使是在热压之后。气流成网坯件10的厚度可基于所得的折叠的3D成形包装产品30的特定用途进行选择,如基于折叠的3D成形包装产品30的缓冲和/或隔离要求并且/或者基于待由折叠的3D成形包装产品30保护的包装货物的几何形状。
相应地,折叠的3D成形包装产品30和/或3D成形产品20的壁厚可为至少10mm,优选地至少15mm,如至少20mm或至少25mm,并且更优选地至少30mm,如至少35mm、或至少40mm、或甚至更厚,如至少45mm或至少50mm。在一个实施方案中,当气流成网坯件10热压成3D成形产品20或折叠的3D成形包装产品30时,使用优选地等于或低于200kPa的低平均压力。该低平均压力保持气流成网坯件10的大部分厚度。如本文进一步所描述,气流成网坯件10的热压可以不同地硬地(hard)压气流成网坯件10的不同部分。因此,3D成形产品20或折叠的3D成形包装产品30的一些部分的厚度可以与气流成网坯件10的厚度基本上相同或者仅略微小于气流成网坯件10的厚度。在一个具体实施方案中,折叠的3D成形包装产品30的与待保护货物接触的至少那些部分优选地具有以上所提及的厚度。
在一个实施方案中,折叠的3D成形包装产品30被配置成保护包装的货物免受静电放电(ESD)。在这样的实施方案中,气流成网坯件10是导电或半导电的。例如,气流成网坯件10可包含导电聚合物或导电纤维以使气流成网坯件10,并从而使通过对气流成网坯件10热压所形成的折叠的3D成形包装产品30导电或半导电。在这种情况下,气流成网坯件10优选地包含浓度为按气流成网坯件10的重量计不超过10%,并且更优选地按气流成网坯件10的重量计不超过5%的导电聚合物或纤维。在一个实施方案中,天然纤维的一部分可以用导电聚合物或纤维代替。在另一个实施方案中,粘合剂由导电聚合物制成或者包含导电聚合物。在另一个实施方案中,将这两个实施方案组合。在一个具体实施方案中,导电聚合物或纤维是碳纤维。代替或作为具有导电聚合物或纤维的补充,气流成网坯件10可包含导电或半导电填料,如炭黑,它例如可为向粘合剂的添加剂的形式。
因此,除了天然纤维和热塑性聚合物粘合剂之外,气流成网坯件10还可包含一种或多种添加剂。可将一种或多种添加剂添加到热塑性聚合物粘合剂并且/或者在生产热塑性聚合物粘合剂时添加。替代地或另外,可将一种或多种添加剂添加到天然纤维。替代地或另外,可将一种或多种添加剂添加到天然纤维和热塑性聚合物粘合剂,如在气流成网工艺期间。
这样的添加剂的例示性但非限制性实例包括导电或半导电填料、偶联剂、阻燃剂、染料、抗冲改性剂等。
实施方案的另一方面涉及一种用于制造气流成网坯件10的方法,参见图1-4和15。气流成网坯件10包含浓度为按气流成网坯件10的重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按气流成网坯件10的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。该方法包括在步骤S1中将具有至少一个杆42的模具40压到气流成网坯件10中以形成至少一个折痕12A、12B、12C、12D。至少一个折痕12A、12B、12C、12D构成折叠线,以用于将3D成形产品20折叠成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品30。3D成形产品20通过对包含至少一个折痕12A、12B、12C、12D的气流成网坯件10热压而形成。替代地,至少一个折痕12A、12B、12C、12D构成折叠线,用于热压和折叠包含至少一个折痕12A、12B、12C、12D的气流成网坯件10,以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品30。
如上所提及,模具40的至少一个杆42的形状限定了气流成网坯件10中的至少一个折痕12A、12B、12C、12D的横截面形状和尺寸。例如,作为例示性但非限制性实例,至少一个杆42可具有尖角(pointed)横截面、V形或楔形横截面、U形横截面、或矩形横截面。在一个实施方案中,至少一个杆42的尖端44是圆形尖端44。这样的圆形尖端44向下压到而非切穿气流成网坯件10的厚度的一部分,从而导致与具有尖锐尖端相比更适于折叠的至少一个折痕12A、12B、12C、12D。
在步骤S1中,将具有至少一个杆42的模具40压到气流成网坯件10中,以形成至少一个折痕12A、12B、12C、12D。在该操作步骤S1中,所述至少一个杆42优选地压到但不穿过气流成网坯件10,从而减小使气流成网坯件10无意切成两半而非形成至少一条折叠线的风险。
模具40可包含单个杆42或多个杆42。在一个优选的实施方案中,模具40针对每个待在气流成网坯件10中形成的折痕12A、12B、12C、12D包含一个杆42。
在一个实施方案中,步骤S1包括将具有至少一个杆42的加热的模具40压到气流成网坯件10中。加热模具40或更确切地至少一个杆42导致由至少一个杆42接合的气流成网坯件10的一个或多个部分中的热塑性聚合物粘合剂软化。热塑性聚合物粘合剂的这种软化意味着在冷却之后,甚至在直至热压之前和之后处理气流成网坯件10时,所形成的至少一个折痕12A、12B、12C、12D仍然在气流成网坯件10中保持凹入(indented)。
在一个实施方案中,模具40包含加热元件46,这些加热元件优选地是可控的加热元件46,以将模具40或更确切地至少一个模具42加热至期望的温度。模具40的温度典型地取决于气流成网坯件10中的天然纤维和热塑性聚合物粘合剂的类型以及步骤S1中的压制循环时间。在一个具体实施方案中,加热的模具40优选地加热到在120℃至多至210℃的区间内,优选地在120℃至多至190℃的区间内选择的温度。在这些温度下,许多热塑性聚合物粘合剂处于有延展性但未熔融的状态。
当将模具40的至少一个杆42压到气流成网坯件10中时,气流成网坯件10优选地定位在基础压板50上,如图1至4中所显示。在一个实施方案中,基础压板50处于环境温度。在另一个实施方案中,将基础压板50或其至少一部分加热。例如,基础压板50可被划分为不同的部分或区域,其中将至少一者加热,而剩余的部分或区域不加热,或者可以将基础压板50的不同部分或区域在不同的温度下加热。在一个具体实施方案中,与模具40的至少一个杆42对齐的基础压板50的一个或多个部分或区域优选地被加热,或者优选地加热到比基础压板50的剩余部分或区域更高的温度。
在图1和2中,气流成网坯件10可为预切割形式,即,已经如通过锯、切割器、或冲压模具切割成期望的形状。替代地,任何这样的切割操作可以在步骤S1中的压操作之后执行。
图3和4示出了可替代的实施方案。在该实施方案中,模具40包含至少一个切割器41,该切割器被配置成切割气流成网坯件10的至少一部分,优选地与将至少一个杆42压到气流成网坯件10中同时发生。因此,在该实施方案中,气流成网坯件10的切割和至少一个折痕12A、12B、12C、12D的形成优选地在步骤S1中的相同压操作中,并且使用相同的工具(即,包含至少一个杆42和至少一个切割器41两者的模具40)执行。
图16是示出用于制造气流成网坯件10的方法的另一个实施方案的流程图,该气流成网坯件包含浓度为按气流成网坯件10的重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按气流成网坯件10的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。该方法包括在步骤S10中在气流成网坯件10中锯切或切割至少一个折痕12A、12B、12C、12D。至少一个折痕12A、12B、12C、12D构成折叠线,以用于将3D成形产品20折叠成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品30。3D成形产品20通过对包含至少一个折痕12A、12B、12C、12D的气流成网坯件10热压而形成。替代地,至少一个折痕12A、12B、12C、12D构成折叠线,用于热压和折叠包含至少一个折痕12A、12B、12C、12D的气流成网坯件10,以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品30。
因此,在该实施方案中,至少一个折痕12A、12B、12C、12D通过锯切或切穿气流成网坯件10的厚度的一部分而非整个厚度而在气流成网坯件10中形成。至少一个折痕12A、12B、12C、12D的形状和尺寸则由步骤S10中使用的工具(例如锯或切割器)限定。
步骤S10中使用的工具(如锯或切割器)可处于环境温度或者可被加热,如加热到在120℃至多至210℃的区间内,优选地在120℃至多至190℃的区间内的温度。
本发明的另一方面涉及一种用于制造折叠的3D成形包装产品30的方法,参见图8、9、17和18。该方法包括在步骤S20中制造根据本发明的气流成网坯件10,如以上结合图15或16所描述。在一个实施方案中,该方法包括如图17所显示的两个额外步骤S21和S22。步骤S21包括将阳模工具60热压到包含至少一个折痕12A、12B、12C、12D的气流成网坯件10中,以形成包含至少一个折痕22A、22B、22C、22D、22E且具有至少部分地由阳模工具60限定的3D形状的3D成形产品20。该方法还包括在步骤S22中,在至少一个折痕22A、22B、22C、22D、22E处折叠3D成形产品20,以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品30。在另一个实施方案中,该方法包括如图18所显示的额外步骤S23,还参见图8和9。步骤S23包括将阳模工具60热压到包含至少一个折痕12A、12B、12C、12D且定位在阴模工具70上的气流成网坯件10中,在至少一个折痕12A、12B、12C、12D处折叠气流成网坯件10,以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品30。在该实施方案中,折叠的3D成形包装产品30具有至少部分地由阳模工具60和阴模工具70限定的3D形状。
在图17中所显示的实施方案中,热压和折叠作为两个单独的操作或方法步骤执行。在第一步骤S21中,将阳模工具60热压到包含至少一个折痕12A、12B、12C、12D的气流成网坯件10中,以形成包含至少一个折痕22A、22B、22C、22D、22E的3D成形产品20,如在图12的剖视图中示意性地显示。在该剖视图中,3D成形产品20包含两个构成折叠线的折痕22A、22B,两个端部部分26A、26B以及中间部分24。当压到气流成网坯件10中时,阳模工具60产生3D结构21。因此,3D成形产品20具有至少部分地由阳模工具60限定的如21所指示的3D形状。
在步骤S21中的热压期间,气流成网坯件10优选地定位在基础压板50上。
然后,在步骤S22中且如图12中的箭头所指示,如图17中的步骤S21中所形成的3D成形产品20沿着折痕22A、22B折叠,以形成折叠的3D成形包装产品30。在图7的剖视图中,折叠的3D成形包装产品30具有口袋状结构,该口袋状结构具有对应于3D成形产品20的端部部分26A、26B的两个侧壁36A、36B,以及对应于3D成形产品20的中间部分24的中间区段34。折叠的3D成形包装产品30限定腔体35,并且折叠的3D成形包装产品30的内表面的至少一部分31具有由阳模工具60限定的并且适于待由折叠的3D成形包装产品30保护的包装货物的形状的3D形状。如图7所显示的折叠的3D成形包装产品30可以具有多于两个侧壁36A、36B,如两个、三个或四个侧壁,其中在图7中仅显示出两个。
在图18所显示的实施方案中,热压和折叠至少部分地同时执行。然后,将具有至少一个折痕12A、12B、12C、12D的气流成网坯件10定位在阴模工具70上而非基础压板50上。然后,将阳模工具60热压到气流成网坯件10中,以在气流成网坯件10的至少一部分中产生3D形状。因此,阳模工具60包含待热压到气流成网坯件10中的至少一个结构62,以在气流成网坯件10和所得的折叠的3D成形包装产品30中产生3D结构31。将阳模工具60热压到气流成网坯件10中不仅在气流成网坯件10中产生3D结构,而且还将气流成网坯件10推入阴模工具70中,如图8所显示。然后沿至少一个折痕12A、12B、12C、12D折叠气流成网坯件10。在步骤S23中,所得的折叠的3D成形包装产品30的内部形状和几何形状由阳模工具60限定,而折叠的3D成形包装产品30的外部形状和几何形状由阴模工具70限定。在该操作中,气流成网坯件10的端部部分16A、16B折叠起来并压靠在阳模工具60的侧面上,以限定腔体35的侧壁36A、36B。腔体35的底部(即,图7中的中间区段34)同时由阳模工具60的向下压制动作限定。
以上所描述并在图7、8、9、17和18中所显示的方法可用于生产具有多于两个侧壁36A、36B(如三个或四个侧壁)的折叠的3D成形包装产品30。
在一个实施方案中,阴模工具70具有腔体78,该腔体的深度大于折叠的3D成形包装产品30的侧壁36A、36B的高度。因此,阴模工具70的侧壁72、74优选地高于折叠的3D成形包装产品30的侧壁36A、36B。在这样的实施方案中,气流成网坯件10将通过阳模工具60的热压动作而被完全压到充当模具的阴模工具70中,如图9所显示。与初始气流成网坯件10的部分将伸出在阴模工具70之外并因此将未在阳模工具60与阴模工具70之间压制的情况相比,由于被完全压到阴模工具70中,所得的折叠的3D成形包装产品30通常具有更明确界定的总体结构。
在一个实施方案中,阴模工具70的边缘76向外弯曲,以将包含至少一个折痕12A、12B、12C、12D的气流成网坯件10引导到阴模工具70的腔体78中,参见图8。当阳模工具60将气流成网坯件10压到阴模工具70的腔体78中时,这种弯曲边缘76简化了气流成网坯件10在至少一个折痕12A、12B、12C、12D处的折叠。
在一个实施方案中,图17中的步骤S21包括将加热的阳模工具60热压到气流成网坯件10中。在该实施方案中,加热的阳模工具60优选地加热到在120℃至多至210℃的区间内,优选地在120℃至多至190℃的区间内选择的温度。因此,在该实施方案中,气流成网坯件10的加热通过使用加热的阳模工具60来实现。阳模工具60则可包括加热元件66,这些加热元件优选地是可控的加热元件66以将阳模工具60加热至用于热压的期望的温度。阳模工具60的温度典型地取决于气流成网坯件10中的天然纤维和热塑性聚合物粘合剂的类型以及步骤S21中的热压的循环时间。然而,以上所呈现的区间适于天然纤维、热塑性聚合物粘合剂和循环时间的大多数组合。
在一个实施方案中,气流成网坯件10定位在基础压板50上。在一个实施方案中,图17中的步骤S21包括将加热的阳模工具60热压到定位在温度等于或低于环境温度的基础压板50上的气流成网坯件10中。
在该实施方案中,气流成网坯件10的加热通过阳模工具60来实现,而基础压板50处于环境温度,典型地室温,或者甚至可以被冷却。使基础压板50处于环境温度或甚至冷却可以降低在步骤S21中的热压期间将气流成网坯件10加热过多的风险,否则这可能具有降解天然纤维、熔融热塑性聚合物粘合剂以及破坏气流成网坯件10和所形成的3D成形产品20的多孔结构的负面后果。
但是,在步骤S21中的热压期间,即使与加热的阳模工具60组合,也可以将气流成网坯件10定位在加热的基础压板50上。在这种情况下,在步骤S21中的热压期间,放置在加热的基础压板50上的气流成网坯件10的表面可以被热密封。
在一个相应的实施方案中,图18中的步骤S23包括将加热的阳模工具60热压到定位在阴模工具70上的气流成网坯件10中。以上所呈现的温度区间也适于该实施方案中的加热的阳模工具60。
在一个实施方案中,步骤S23包括将加热的阳模工具60热压到定位在加热的阴模工具70上的气流成网坯件10中。在一个具体实施方案中,加热的阴模工具70优选地加热到在120℃至多至210℃的区间内,优选地在120℃至多至190℃的区间内选择的温度。在这种情况下,在步骤S23中的热压期间,面向加热的阳模工具60和加热的阴模工具70的气流成网坯件10的表面可被热密封。
在一个实施方案中,阳模工具60和阴模工具70均被加热至优选地在120℃至多至210℃的区间内,优选地在120℃至多至190℃的区间内选择的温度。阳模工具60和阴模70可被加热至相同或不同的温度。在另一个实施方案中,阳模工具60和阴模工具70之一被加热,而另一者处于环境温度或甚至被冷却。
在以上所呈现的实施方案中,在步骤S21或S23中的热压中使用的工具60、70中的至少一者被加热。在另一个实施方案中,在步骤S21或S23中,在将阳模工具60热压到气流成网坯件10中之前,对气流成网坯件10的至少一部分进行加热。
因此,优选地在热压操作之前加热气流成网坯件10,而非加热阳模工具60和/或任何阴模工具70。然后,优选地将气流成网坯件10加热至热塑性聚合物粘合剂或其至少一部分处于有延展性但未熔融状态的温度。对于大多数热塑性聚合物粘合剂而言,该温度在80℃至多至180℃,如100℃至多至180℃或120℃至多至160℃的区间内。因此,在一个实施方案中,气流成网坯件10优选地加热至80℃至多至180℃的区间内的温度。
在该实施方案中,阳模工具60和基础压板50或阴模工具70可独立地处于环境温度(如室温)或被冷却。
在一个实施方案中,气流成网坯件10的加热可以与加热的阳模工具60或者其中至少一者被加热的阳模工具60和阴模工具70的使用组合。
本发明的另一方面涉及一种用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品30。折叠的3D成形包装产品30在通过对气流成网坯件10热压所形成的3D成形产品20中在至少一个构成折叠线的折痕22A、22B、22C、22D、22E处折叠,该气流成网坯件包含浓度为按气流成网坯件10的重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按气流成网坯件10的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。
在一个实施方案中,折叠的3D成形包装产品30包含至少两个侧壁36A、36B和中间区段34。至少两个侧壁36A、36B相对于中间区段34以相应的角度成角度,该角度独立地在10°至多至170°的区间内,优选地在45°至多至135°的区间内,并且更优选地在80°至多至100°的区间内选择,如90°。
本发明的又一方面涉及一种3D成形产品20。3D成形产品20通过对气流成网坯件10热压形成,该气流成网坯件包含浓度为按气流成网坯件10的重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按气流成网坯件10的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。3D成形产品20包含至少一个折痕22A、22B、22C、22D、22E,所述折痕构成折叠线,以用于将3D成形产品20折叠成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品30。
在一个实施方案中,3D成形产品20和折叠的3D成形包装产品30各自的密度等于或小于气流成网坯件10的密度的四倍。在一个具体实施方案中,3D成形产品20和折叠的成形包装产品30各自的密度等于或小于气流成网坯件10的密度的三倍,并优选地等于或小于气流成网坯件10的密度的两倍。
关于折叠的3D成形包装产品30和3D成形产品20的密度和厚度的优选的实施方案在前面呈现。
本发明的另一方面涉及一种用于制造3D成形产品20的方法,参见图10-12和19。该方法包括步骤S30中将阳模工具60热压到气流成网坯件10中,该气流成网坯件包含浓度为按气流成网坯件10的重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按气流成网坯件10的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂,以形成具有至少部分地由阳模工具60限定的3D形状的3D成形产品20。该方法还包括在步骤S31中并且与步骤S30同时,将至少一个杆64压到气流成网坯件10中,以形成至少一个折痕22A、22B、22C、22D、22E,所述折痕构成折叠线,用于将3D成形产品20折叠成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品30。
因此,在该实施方案中,缺乏任何折痕的气流成网坯件10用作图19中的制造方法的起始材料。然后,在将至少一个杆64压到气流成网坯件10中以形成至少一个折痕22A、22B、22C、22D、22E的同时,对气流成网坯件10进行热压。
然后,可以将如在步骤S30和S31后所形成的3D成形产品20在步骤S32中沿着至少一个折痕22A、22B、22C、22D、22E折叠,以获得折叠的3D成形包装产品30。
与例如热压和折叠包含至少一个折痕12A、12B、12C、12D的气流成网坯件10以直接得到折叠的3D成形包装产品30相比,具有至少一个折痕22A、22B、22C、22D、22E并且可折叠成折叠的3D成形包装产品30的3D成形产品20具有若干优势。例如,与图8和9所显示的在相同操作中的热压和折叠相比,可以通过分开热压和折叠操作来生产更复杂的折叠的3D成形包装产品30。因此,如图19所显示的方法能够实现最终折叠的3D成形包装产品30的几何形状和形状的更大灵活性。此外,在如图19所显示的制造过程期间通常浪费较少。另一个优势在于,3D成形产品20是基本上平坦的,因此可以有效地储存和/或运输,同时占据有限的空间,并且在首次与包装货物结合时折叠成需要更多空间的折叠的3D成形包装产品30。
在一个实施方案中,步骤S30和S31作为一个方法步骤同时执行。这样的方法步骤则包括在将阳模工具60热压到气流成网坯件10中的同时,将包含至少一个杆64的阳模工具60压到气流成网坯件10中。因此,在该实施方案中,阳模工具60包括用于在气流成网坯件10中产生3D结构的至少一个结构62,以及用于在所得的3D成形产品20中产生至少一个折痕22A、22B、22C、22D、22E的至少一个杆64这两者。
也可以在图19中所显示的方法中使用两种不同的工具,即阳模工具60和具有至少一个杆的单独模具,这两种工具优选地基本上同时向下压到气流成网坯件10中。
图1至4中的模具40的至少一个杆42的以上公开内容加以必要的变更适用于阳模工具60的至少一个杆64,包括至少一个杆64的设计、至少一个杆64的尖端的设计以及至少一个杆64的加热。
阳模工具60可包含图10和11中所显示的至少一个切割器61。然后,该至少一个切割器61以与图3和4中的模具40的至少一个切割器41类似的方式操作。在另一个实施方案中,阳模工具60不包含任何切割器。
在一个实施方案中,步骤S30包括将加热的阳模工具60热压到气流成网坯件10中。然后,加热的阳模工具60优选地加热到在120℃至多至210℃的区间内,优选地在120℃至多至190℃的区间内选择的温度。
在一个实施方案中,步骤S30包括将加热的阳模工具60热压到定位在温度等于或低于环境温度的基础压板50或加热的基础压板50上的气流成网坯件10中。
在一个实施方案中,在气流成网坯件10的热加工期间使用相对低的压力,从而也在3D成形产品20和折叠的3D成形包装产品30中保持气流成网坯件10的孔隙度的至少一部分。在一个这样的实施方案中,气流成网坯件10优选地在步骤S21、S23和S30中在等于或低于200kPa,如等于或低于175kPa,或优选地等于或低于150kPa的平均压力下热压。在一个实施方案中,平均压力定义为在热压期间施加的力除以气流成网坯件10的面积。
在一些应用中,可能希望如通过加热来密封折叠的3D成形包装产品30和/或3D成形产品20的一些或全部表面,以防止从一个或多个表面向包装货物上脱绒(linting,掉毛)。在热压中经过热处理的表面将被密封,并且不需要任何额外的(热)密封。至少一个待密封的表面可以在热压操作之前或之后如通过加热来密封。因此,在一个实施方案中,折叠的3D成形包装产品30和/或3D成形产品20包含至少一个表面,该至少一个表面热密封以抑制至少一个表面脱绒。
在一些应用中,折叠的3D成形包装产品30和/或3D成形产品20或其至少一部分可以用表面层如热塑性聚合物膜或非织造纺织物进行层压。这既可以防止脱绒,又可以向表面增加额外功能,如防潮、触觉特性、颜色和设计。膜或非织造材料可以通过任何常见的热塑性聚合物制成。实例包括此前所提及的用作粘合剂的热塑性聚合物材料。该层可以热层压到气流成网坯件10、折叠的3D成形包装产品30和/或3D成形产品20上,并且/或者如通过挤出直接施加到气流成网坯件10和/或3D成形产品20上。在一个实施方案中,层压到折叠的3D成形包装产品30和/或3D成形产品20的至少一个表面或其一部分上的膜是导电或半导电的,以提供包装货物的ESD保护。
因此,在一个实施方案中,折叠的3D成形包装产品30和/或3D成形产品20包含至少一个涂布有表面层的表面,该表面层选自抑绒层、防潮层、触觉层和着色层。
膜、纺织物或表面层可以借助于热熔胶的薄层,通过额外的粘合剂膜,或者通过其自身在热层压过程期间变得半熔融和粘性而附着到气流成网坯件10、折叠的3D成形包装产品30或3D成形产品20上。该操作可以在热压操作之前、之后或同时执行。如果层压在气流成网坯件10的至少一个表面上执行,该气流成网坯件随后将通过热压进行加工,则表面层压体的软化点不应超过气流成网坯件10的天然纤维的降解温度。在提供表面层后执行的任何热压操作应当优选地在表面层处于半熔融或有延展性的状态但不处于熔融阶段的温度下执行。如果热压在表面层处于熔融阶段的过高温度下进行,则表面层可能从表面剥离,并且如果温度超过天然纤维的降解温度,则天然纤维可能另外开始降解。
在一个实施方案中,表面层通过热熔胶并且/或者通过粘合剂膜附着到3D成形产品20的至少一个表面。
在另一个实施方案中,可以通过将表面层喷涂到折叠的3D成形包装产品30和/或3D成形产品20的一个或多个表面上来施加表面层。该层则可以包含可制备为溶液、乳液或分散体的任何物质,如热塑性聚合物;天然聚合物,如淀粉、琼脂、瓜尔胶或刺槐豆胶、微纤丝化或纳米纤丝化纤维素或木质纤维素或它们的混合物。此外,表面层可包含为表面层和折叠的3D成形包装产品30提供额外功能的其它物质,如乳化剂、稳定剂、导电剂等。
上述实施方案应理解为本发明的几个例示性实例。本领域的技术人员将理解,在不脱离本发明的范围的情况下,可以对实施方案进行各种修改、组合和改变。特别地,在技术上可能的情况下,不同实施方案中的不同部分解决方案可以在其他配置中组合。

Claims (40)

1.气流成网坯件(10),其包含:
浓度为按所述气流成网坯件(10)的重量计至少70%的天然纤维;以及
浓度在按所述气流成网坯件(10)的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂,其中
气流成网坯件(10)包含至少一个折痕(12A,12B,12C,12D),所述折痕构成折叠线,以用于
i)将三维(3D)成形产品(20)折叠成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品(30),其中所述3D成形产品(20)通过热压包含所述至少一个折痕(12A,12B,12C,12D)的所述气流成网坯件(10)而形成;或者
ii)热压和折叠包含所述至少一个折痕(12A,12B,12C,12D)的所述气流成网坯件(10),以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的三维(3D)成形包装产品(30)。
2.根据权利要求1所述的气流成网坯件,其中
所述气流成网坯件(10)包含至少两个折痕(12A,12B,12C,12D),所述折痕构成相应折叠线;并且
所述折叠的3D成形包装产品(30)包含至少两个侧壁(36A,36B)和中间区段(34),其中所述至少两个侧壁(36A,36B)相对于所述中间区段(34)以相应的角度成角度,所述角度独立地在10°至多至170°的区间内,优选地在45°至多至135°的区间内,并且更优选地在80°至多至100°的区间内选择,如90°。
3.根据权利要求1或2所述的气流成网坯件,其中所述天然纤维是木纤维,优选地纤维素和/或木质纤维素纤维,并且更优选地通过软木和/或硬木的化学、机械和/或化学-机械制浆生产的纤维素和/或木质纤维素浆纤维。
4.根据权利要求3所述的气流成网坯件,其中所述天然纤维是选自以下的形式的纤维素和/或木质纤维素浆纤维:硫酸盐浆、亚硫酸盐浆、热磨机械浆(TMP)、高温热磨机械浆(HTMP)、旨在用于中密度纤维板的机械纤维(MDF-纤维)、化学-热磨机械浆(CTMP)、高温化学-热磨机械浆(HTCTMP),以及它们的组合。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的气流成网坯件,其中所述气流成网坯件(10)包含浓度在按所述气流成网坯件(10)的重量计15至多至30%的区间内,优选地在按所述气流成网坯件(10)的重量计17.5至多至30%的区间内,并且更优选地在按所述气流成网坯件(10)的重量计17.5至多至25%的区间内选择的所述热塑性聚合物粘合剂。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的气流成网坯件,其中所述热塑性聚合物粘合剂或其至少一部分具有不超过所述天然纤维的降解温度的软化点。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的气流成网坯件,其中所述热塑性聚合物粘合剂是或者包含双组分聚合物纤维,所述双组分聚合物纤维包含:
芯组分,所述芯组分由熔融温度高于在所述气流成网坯件(10)的热压期间加热所述气流成网坯件(10)的温度的材料制成;以及
鞘组分,所述鞘组分由熔融温度低于在所述气流成网坯件(10)的热压期间加热所述气流成网坯件(10)的温度的材料制成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的气流成网坯件,其中所述热塑性聚合物粘合剂是或者包含单组分和/或双组分热塑性聚合物纤维,所述单组分和/或双组分热塑性聚合物纤维由以下项制成:i)选自聚乙烯(PE)、乙烯丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚琥珀酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚己内酯(PCL)、它们的共聚物和它们的混合物的一种或多种材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的气流成网坯件,其中所述热塑性聚合物粘合剂的至少一部分在选择用于再制浆所述气流成网坯件(10)的再制浆温度下是水溶性的。
10.根据权利要求1至7或9中任一项所述的气流成网坯件,其中所述热塑性聚合物粘合剂是或者包含单组分和/或双组分热塑性聚合物纤维,所述单组分和/或双组分热塑性聚合物纤维由以下项制成:i)选自聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚(2-乙基-2-噁唑啉)(PEOX)、聚乙烯醚(PVE)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)、它们的共聚物和它们的混合物的一种或多种材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。
11.根据权利要求1至7、9或10中任一项所述的气流成网坯件,其中所述热塑性聚合物粘合剂是或者包含双组分热塑性聚合物纤维,所述双组分热塑性聚合物纤维包含:
芯组分,所述芯组分由以下项制成:i)选自聚乙烯(PE)、乙烯丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚琥珀酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚己内酯(PCL)、它们的共聚物和它们的混合物的材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂;以及
鞘组分,所述鞘组分由以下项制成:i)选自聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚(2-乙基-2-噁唑啉)(PEOX)、聚乙烯醚(PVE)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)、它们的共聚物和它们的混合物的材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的气流成网坯件,其中所述气流成网坯件(10)的密度在10至60kg/m3的区间内选择。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的气流成网坯件,其中所述气流成网坯件(10)具有至少10mm,优选地至少20mm并且更优选地至少30mm的厚度。
14.用于制造气流成网坯件(10)的方法,所述气流成网坯件包含:
浓度为按所述气流成网坯件(10)的重量计至少70%的天然纤维;以及
浓度在按所述气流成网坯件(10)的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂,所述方法包括将具有至少一个杆(42)的模具(40)压(S1)到所述气流成网坯件(10)中以形成至少一个折痕(12A,12B,12C,12D),所述折痕构成折叠线,以用于
i)将三维(3D)成形产品(20)折叠成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品(30),其中所述3D成形产品(20)通过热压包含所述至少一个折痕(12A,12B,12C,12D)的所述气流成网坯件(10)而形成;或者
ii)热压和折叠包含所述至少一个折痕(12A,12B,12C,12D)的所述气流成网坯件(10),以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的三维(3D)成形包装产品(30)。
15.根据权利要求14所述的方法,其中压(S1)所述模具(40)包括将具有所述至少一个杆(42)的加热的模具(40)压(S1)到所述气流成网坯件(10)中,所述加热的模具(40)优选地加热到在120℃至多至210℃的区间内选择的温度。
16.用于制造气流成网坯件(10)的方法,所述气流成网坯件包含:
浓度为按所述气流成网坯件(10)的重量计至少70%的天然纤维;以及
浓度在按所述气流成网坯件(10)的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂,所述方法包括在所述气流成网坯件(10)中锯切或切割(S10)至少一个折痕(12A,12B,12C,12D),所述至少一个折痕(12A,12B,12C,12D)构成折叠线,以用于
i)将三维(3D)成形产品(20)折叠成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品(30),其中所述3D成形产品(20)通过热压包含所述至少一个折痕(12A,12B,12C,12D)的所述气流成网坯件(10)而形成;或者
ii)热压和折叠包含所述至少一个折痕(12A,12B,12C,12D)的所述气流成网坯件(10),以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的三维(3D)成形包装产品(30)。
17.用于制造折叠的三维(3D)成形包装产品(30)的方法,所述方法包括:
制造(S20)根据权利要求1至13中任一项所述的气流成网坯件(10);
ia)将阳模工具(60)热压(S21)到包含至少一个折痕(12A,12B,12C,12D)的所述气流成网坯件(10)中,以形成包含至少一个折痕(22A,22B,22C,22D,22E)且具有至少部分地由所述阳模工具(60)限定的3D形状的3D成形产品(20);和
ib)在所述至少一个折痕(22A,22B,22C,22D,22E)处折叠(S22)所述3D成形产品(20),以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的所述折叠的3D成形包装产品(30);或者
iia)将阳模工具(60)热压(S23)到包含至少一个折痕(12A,12B,12C,12D)且定位在阴模工具(70)上的所述气流成网坯件(10)中,在所述至少一个折痕(12A,12B,12C,12D)处折叠所述气流成网坯件(10),以形成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的所述折叠的3D成形包装产品(30),其中所述折叠的3D成形包装产品(30)具有至少部分地由所述阳模工具(60)和所述阴模工具(70)限定的3D形状。
18.根据权利要求17所述的方法,其中所述阳模工具(60)的热压(S21)包括将加热的阳模工具(60)热压(S21)到所述气流成网坯件(10)中,所述加热的阳模工具(60)优选地加热到在120℃至多至210℃的区间内选择的温度。
19.根据权利要求17所述的方法,其中所述阳模工具(60)的热压(S23)包括将加热的阳模工具(60)热压(S23)到定位在所述阴模工具(70)上的所述气流成网坯件(10)中,所述加热的阳模工具(60)优选地加热到在120℃至多至210℃的区间内选择的温度。
20.根据权利要求19所述的方法,其中所述加热的阳模工具(60)的热压(S23)包括将所述加热的阳模工具(60)热压(S23)到定位在加热的阴模工具(70)上的所述气流成网坯件(10)中,所述加热的阴模工具(70)优选地加热到在120℃至多至210℃的区间内选择的温度。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法,其中所述阴模工具(70)具有腔体(78),所述腔体的深度大于所述折叠的3D成形包装产品(30)的侧壁(36A,36B)的高度。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的方法,其中所述阴模工具(70)的边缘(76)向外弯曲,以将包含至少一个折痕(12A,12B,12C,12D)的所述气流成网坯件(10)引导到所述阴模工具(70)的腔体(78)中。
23.用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的三维(3D)成形包装产品(30),其中所述折叠的3D成形包装产品(30)在通过对气流成网坯件(10)热压所形成的3D成形产品(20)中在至少一个构成折叠线的折痕(22A,22B,22C,22D,22E)处折叠,所述气流成网坯件(10)包含浓度为按所述气流成网坯件(10)的重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按所述气流成网坯件(10)的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂。
24.根据权利要求23所述的折叠的3D成形包装产品,其包含:
至少两个侧壁(36A,36B);以及
中间区段(34),其中所述至少两个侧壁(36A,36B)相对于所述中间区段(34)以相应的角度成角度,所述角度独立地在10°至多至170°的区间内,优选地在45°至多至135°的区间内,并且更优选地在80°至多至100°的区间内选择,如90°。
25.三维(3D)成形产品(20),其中
所述3D成形产品(20)通过对气流成网坯件(10)热压而形成,所述气流成网坯件(10)包含浓度为按所述气流成网坯件(10)重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按所述气流成网坯件(10)重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂;并且
所述3D成形产品(20)包含至少一个折痕(22A,22B,22C,22D,22E),所述折痕构成折叠线,以用于将所述3D成形产品(20)折叠成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品(30)。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的产品,其中所述3D成形产品(20)和所述折叠的成形包装产品(30)各自的密度等于或小于所述气流成网坯件(10)的密度的四倍,优选地等于或小于所述气流成网坯件(10)的密度的三倍,并且更优选地等于或小于所述气流成网坯件(10)的密度的两倍。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的产品,其中所述3D成形产品(20)和所述折叠的3D成形包装产品(30)各自的密度在15至240kg/m3的区间内,优选地在15至200kg/m3的区间内,更优选地在15至150kg/m3的区间内,如在15至100kg/m3的区间内选择。
28.根据权利要求23至27中任一项所述的产品,其中所述天然纤维是木纤维,优选地纤维素和/或木质纤维素纤维,并且更优选地通过软木和/或硬木的化学、机械和/或化学-机械制浆生产的纤维素和/或木质纤维素浆纤维。
29.根据权利要求28所述的产品,其中所述天然纤维是选自以下形式的纤维素和/或木质纤维素浆纤维:硫酸盐浆、亚硫酸盐浆、热磨机械浆(TMP)、高温热磨机械浆(HTMP)、旨在用于中密度纤维板的机械纤维(MDF-纤维)、化学-热磨机械浆(CTMP)、高温化学-热磨机械浆(HTCTMP),以及它们的组合。
30.根据权利要求23至29中任一项所述的产品,其中所述热塑性聚合物粘合剂或其至少一部分具有不超过所述天然纤维的降解温度的软化点。
31.根据权利要求23至30中任一项所述的产品,其中所述热塑性聚合物粘合剂是或者包含双组分聚合物纤维,所述双组分聚合物纤维包含:
芯组分,所述芯组分由熔融温度高于在所述气流成网坯件(10)的热压期间加热所述气流成网坯件(10)的温度的材料制成;以及
鞘组分,所述鞘组分由熔融温度低于在所述气流成网坯件(10)的热压期间加热所述气流成网坯件(10)的温度的材料制成。
32.根据权利要求23至31中任一项所述的产品,其中所述热塑性聚合物粘合剂是或者包含单组分和/或双组分热塑性聚合物纤维,所述单组分和/或双组分热塑性聚合物纤维由以下项制成:i)选自聚乙烯(PE)、乙烯丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚琥珀酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚己内酯(PCL)、它们的共聚物和它们的混合物的一种或多种材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。
33.根据权利要求23至31中任一项所述的产品,其中所述热塑性聚合物粘合剂的至少一部分在选择用于再制浆所述折叠的3D成形包装产品(30)的再制浆温度下是水溶性的。
34.根据权利要求23至31或33中任一项所述的产品,其中所述热塑性聚合物粘合剂是或者包含单组分和/或双组分热塑性聚合物纤维,所述单组分和/或双组分热塑性聚合物纤维由以下项制成:i)选自聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚(2-乙基-2-噁唑啉)(PEOX)、聚乙烯醚(PVE)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)、它们的共聚物和它们的混合物的一种或多种材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。
35.根据权利要求23至31、33或34中任一项所述的产品,其中所述热塑性聚合物粘合剂是或者包含双组分热塑性聚合物纤维,所述双组分热塑性聚合物纤维包含:
芯组分,所述芯组分由以下项制成:i)选自聚乙烯(PE)、乙烯丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚琥珀酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚己内酯(PCL)、它们的共聚物和它们的混合物的材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂;以及
鞘组分,所述鞘组分由以下项制成:i)选自聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚(2-乙基-2-噁唑啉)(PEOX)、聚乙烯醚(PVE)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)、它们的共聚物和它们的混合物的材料,以及ii)任选地一种或多种添加剂。
36.用于制造三维(3D)成形产品(20)的方法,所述方法包括:
将阳模工具(60)热压(S30)到气流成网坯件(10)中,所述气流成网坯件(10)包含浓度为按所述气流成网坯件(10)的重量计至少70%的天然纤维以及浓度在按所述气流成网坯件(10)的重量计4至多至30%的区间内选择的热塑性聚合物粘合剂,以形成具有至少部分地由所述阳模工具(60)限定的3D形状的所述3D成形产品(20);和
在所述阳模工具(60)热压(S30)的同时,将至少一个杆(64)压(S31)到所述气流成网坯件(10)中,以形成至少一个折痕(22A,22B,22C,22D,22E),所述折痕构成折叠线,用于将所述3D成形产品(20)折叠成用于包装货物的缓冲和/或热绝缘的折叠的3D成形包装产品(30)。
37.根据权利要求36所述的方法,其中压(S31)所述至少一个杆(64)包括在将所述阳模工具(60)热压(S30)到所述气流成网坯件(10)中的同时,将包含所述至少一个杆(64)的所述阳模工具(60)压到所述气流成网坯件(10)中。
38.根据权利要求36或37所述的方法,其中所述阳模工具(60)的热压(S30)包括将加热的阳模工具(60)热压(S30)到所述气流成网坯件(10)中,所述加热的阳模工具(60)优选地加热到在120℃至多至210℃的区间内选择的温度。
39.根据权利要求38所述的方法,其中所述加热的阳模工具(60)的热压(S30)包括将所述加热的阳模工具(60)热压(S30)到定位在温度等于或低于环境温度的基础压板(50)上的所述气流成网坯件(10)中。
40.根据权利要求17至22、或36至39中任一项所述的方法,其中热压(S21,S23,S30)包含在等于或低于200kPa,优选地等于或低于175kPa,并且更优选地等于或低于150kPa的平均压力下将所述阳模工具(60)热压(S21,S23,S30)到所述气流成网坯件(10)中。
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