CN1469802A - 纸板制造方法及其装置和纸板产品 - Google Patents

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Abstract

公开一种制造多层纸板产品的方法和适于实现该方法的装置及根据该方法制造的纸板，这样，该纸板由彼此粘合的至少两层并有利地为三层(4，5，6)制成，中间层(5)的材料在干燥状态下经过机械加工，以便在粘合前通过在其表面上压出凸出于卷材(5)表面上的理想图案来使材料变形。这些层(4，5，6)在单个步骤(7)中彼此粘合。该方法能够提供一种于具有相同的厚度和强度的现有技术纸板相比使用更少纤维的强力纸板。

Description

纸板制造方法及其装置和纸板产品
技术领域
本发明涉及如权利要求1前序所述的制造多层纸板的方法。
本发明也涉及适于实施该方法的装置以及根据本发明制造的纸板产品。
背景技术
纸板被用于印刷并且其最常见的应用场合是在各类包装中。包装纸板等级所需的重要材料性能是高强度和刚性，如果文字或图像要被印刷在该包装上，则还需要质量足够高的印刷基层。如果纸板被用来如包装液体或含有挥发性成分的产品如咖啡或其它食品，则它们也经常配备有阻隔层。印刷基层的表面质量由对产品包装印刷质量的设定要求来决定，这样，豪华产品显然必须被装在与那些被用于船运和散料消费品包装的材料不同的材料中。
为了使纸板变得足够坚硬，该纸板必须被制得相当厚，这样，需要许多纤维原材料来制造纸板。另一方面，对印刷基层性能的设定要求越高，越贵的原材料被必须被用来给产品提供高品质如足够高的亮度。因为纸板刚性主要由它的厚度决定，所以材料消耗率及原材料成本几乎以产品厚度和基重的线性函数的方式增长。因而，在中间层具有低密度的情况下，用具有高密度和良好印刷性的坚硬材料制造纸板表面会是有利的。过去，纸板卷的密度在其整个横截面范围内是基本不变的，因为普通生产技术不能制造出在厚度方向上有相差很大的密度的纸板卷。尽管折叠纸板确实在表面层具有与中间层不同的密度，但甚至在这些等级品中，密度变化太小，以至不能象具有带槽中间层的瓦楞纸板那样有效地减少厚纸板的材料消耗。因此，由于人们对坚硬包装材料的需求的日益增长，在制造包装时仍然优选瓦楞纸板。
瓦楞纸板是包括两个所谓衬层的外层和一个被称为槽板的在它们之间的瓦楞中间层的多层产品。在多层瓦楞纸板中，带槽中间层的数量可以大于1，并且这些中间层通过与构成衬层层的那些层相似的平面纸板层相互分隔开。当槽的形状、内顶间距和高度可能变化时，在与原材料卷加工方向垂直的方向上不变地制造所述槽纹。因为不损坏卷侧面的光面连续性地给中间层所用的整个卷材形成槽，所以槽顶部在要进行粘合的表面上形成了线性连续粘结图案。结果，中间层的刚性在横向和纵向上变得不同。在纸板卷中，这些纤维本身在卷材制造过程中主要定向在加工方向，即卷材纵向上。结果，卷材强度性能在垂直于加工的横向和加工方向上变得不同。在瓦楞纸板中，这种不同通过中间层在槽方向上有较高刚性被消除。在这里，术语“槽方向”被用来表示槽顶和槽底的纵向。
虽然瓦楞纸板是一种有利的包装材料，但它有一些缺点。瓦楞纸板的抗压强度根据压力是被施加到槽顶还是槽底有很大的不同。另外，衬层层不必在所有点上都是平面的，而是它们可能具有由象粘合后的小收缩这样的因素造成的变形。当然，瓦楞纸板的表面层特性取决于衬层的厚度和质量，但尽管如此，瓦楞纸板通常不被考虑用作可通过接触印刷法来印刷的可选材料，这减少了它在一流质量包装中的使用。尽管瓦楞纸板产品一般也趋向于比较厚，但近年来在商业上已经引入了有较小基重的更薄的瓦楞纸板。这种材料的过大厚度限制了它在印刷产品以及因其外部尺寸而受限制的小型零售包装中的使用。因此，瓦楞纸板通常至少在一流包装中不用作纸板的替换方式。
瓦楞纸板的另一个缺点是其复杂的制造过程。三层瓦楞纸板是这样制造的，首先给中间层卷材形成槽，然后给槽顶涂胶，于是，通过压制，带槽中间层与第一平面衬层粘接。在一个独立步骤中，第二平面衬层被粘接到由此形成的双层基板上。只给槽顶涂胶就允许涂胶能只借助一个硬面涂敷装置如辊来进行。这种涂敷法不能保证均匀粘接。两步制造技术是昂贵的并且瓦楞纸板生产线变得长而且笨拙，因此需要大型基础设施并且涉及较高投资成本。在多层瓦楞纸板的制造中，生产步骤数与产品层数成比例地增加。
发明内容
本发明的一个目的是提供适于制造纸板的方法，该纸板有良好的刚性并提供小于现有技术纸板产品的材料消耗率与纸板刚性之比。
本发明的目的是通过由至少两层并最好是三层这样制造纸板来实现，即用粘合并且在粘合之前在干燥状态下加工中间层卷材，从而获得了其图案按照理想且可自由变化的方式映衬在中间层材料表面上的永久变形。
本发明的另一个目的是提供一种适于在一个步骤中使纸板层相互粘合的方法。
尤其是，本发明方法的特征如权利要求1的特征部分所述。
另外，在权利要求10的特征部分中描述了本发明装置的特征，在权利要求12的特征部分中描述了本发明纸板的特征。
本发明带来重大利益。
本发明使制造高质量可印刷包装级纸板产品成为可能，其中刚性与原料且尤其是纤维原料的消耗率之比基本上比传统纸板等级要有利得多。纸板性能容易变化并且也可以被生产成非常轻的产品。就基重而言，产品体积大并且其强度和抗弯性高。实际上，产品刚性甚至可能超过瓦楞纸板。相反，与有相等刚性和强度的产品相比，可以使用较少纤维原料制造出根据本发明制成的纸板。因此，新型纸板的生产费效比更高并且它给环境带来的负担要比其中所有板层都是坚硬层的传统纸板更低。该产品可以完全且容易地回收，假定产品的所有层都由纤维素纤维材料制成。如果该产品需要隔湿层或阻气层，则可以用传统的箔/薄膜材料来实现。在此，产品的回收性取决于所用的箔/薄膜材料的类型，由此，为了获得高回收性，有利地选择可与纤维原料一起回收的箔/薄膜材料。
可以通过多种方式改变纸板性能。通过改变在中间层内形成的图案的形状和尺寸，可以控制终产品的厚度以及在不同方向上的强度特性，同时，可以改变衬层质量以获得理想的纸板印刷性能。纸板衬层例如可以是涂覆呀砑光级产品，从而给产品提供良好的印刷性。因为纸板的厚度剖面形状按照均匀厚度被标准并且纸板在与其表面垂直的方向上的抗压强度不均匀，所以可使用传统的接触型印刷技术设备如胶印机、苯胺印刷机和数字印刷机来高质量地印刷新型纸板。
可以在一个辊缝中制造纸板，并且因为可以使用许多不同技术来实现涂胶，其中一项技术是喷涂，所以实际卷材层相互粘合并给其涂胶是简单操作。在最优选的形式中，产品马上就能用，这意味着，它不需要干燥或存放，而可以直接被送去进一步转变。由于不加热地机械压力加工中间层卷材，所以中间层形成方法可以非常简单。因为本发明可以适用于不同类型的材料，所以纸板可以由在某个时刻能获得的费效比最高的原材料制成。例如，当不要求产品有高亮度时，可以利用这一个特点，由此一来，可通过使用漂白少的纤维或完全没有经过漂白的再生纤维来有利地降低材料成本。也可通过使用不同种类的胶来改变产品强度。例如，可使用填充产品孔腔并由此明显提高产品刚性的发泡胶来进行粘合。产品的一层以上可以由聚合物或金属箔构成，另外，其中一层可以涂有形成所需薄膜类型或阻隔层的材料。例如，液体包装或不透或略透湿气和气体的包装及热封产品包装需要这些等级的纸板。当然，可以在单个产品中层叠这些不同的箔/薄膜。
附图说明
以下，参考其中示意性表示本发明的一个实施例的附图来详细说明本发明。
具体实施方式
图中所示的示范例适于制造三层产品。为制造这样的三层产品，需要三个卷材4、5、6，它们作为材料卷1、2、3地被送入加工过程。因为该加工需要，从材料卷1、2、3中放出卷并且进入在两个相对辊之间形成的粘合/定尺辊缝7。这些卷在辊缝7中粘合在一起。首先，使中间层卷5穿过压花辊8的辊缝，压花辊8通过在干燥状态下压花卷材5而在其上压出凸起图案，从而使卷材表面永久变形。在本文中，干燥卷必须被理解为具有正从存储卷或加工辊2中放出的卷的正常含水率，即交货卷材的含水率，一般小于10％且通常为3％-12％。另外，在不使卷材经受加热或蒸汽的情况下进行压花操作。最有利的是，卷表面被压制出三维图形如蜂巢图案，这样一来，压花后的卷材在纤维定向及加工横向的方向上的强度一样好，例如在瓦楞纸板的两维带槽材料中，情况就不是这样的。衬层卷4、6在粘合辊9-12上经过。这些辊的功能是，当胶在涂胶辊11、12的外周面上被分别涂在衬层卷4、6内面上时，分别在衬层卷4、6外面上运转的辊9、10起到支承辊作用。涂胶衬层卷4、6接着与压花中间层卷材5一起经过粘合辊缝，在那里，卷材相互粘合，同时，通过在这些辊之间压迫卷材而使纸板厚度达到标准。通过这种方式，可以在一个步骤中与纸板定厚一起地完成产品制造及卷材粘合。粘合辊缝7也用作卷材牵引辊缝。在粘合后，如果需要，可根据所用胶的固化要求用干燥器13来干燥产品。当然，可以利用由涂到卷材上的胶规定的其它类型的反应来固化胶。
上述方法可能牵涉到许多不同步骤，以下根据不同生产线替换方案及其步骤来考察这些步骤。
本发明的目的用于资源需求小的消费包装的纸板的制造，因此，这样，本发明的目的是降低包装所用原材料的消耗率。为此，本发明的纸板被指定为一般有100g/m2-500g/m2基重的多层包装纸板。产品厚度一般为0.5mm-1.5mm，这使得产品能与多种不同的印刷技术兼容。通过其中干燥纤维卷通过涂胶相互粘合而获得两层或多层层叠材料的方法，进行纸板制造。本发明基于对干燥中间层卷进行机械加工，从而在该卷材上形成永久的凸起变形。就在中间层卷的一面或两面被粘到一顶衬层、一底衬层或中间层卷之前，有利地实施该变形步骤。胶作为均匀层被涂到一个未变形卷材的表面上，由此一来，顶衬层表面定尺同时进行，由此进一步提高产品强度。卷材相互粘合在单个辊缝中进行，该辊缝也控制并确定产品的最终厚度。
产品所用的卷材可以是基重为30g/m2-200g/m2的未完工卷材或转换卷材。这种卷可以是通过涂覆和/或砑光而制成的等级产品以及通过各种不同方式进行表面加工的多层卷材或层叠箔/薄膜。中间层卷材甚至可以是可以满足预期强度的薄纸。产品的一个或多个纤维卷可以用聚合物或金属箔层来代替。
在粘合前，可以在相同的加工线上如通过成图来处理衬层卷4、6。在上述实施例中，通过在辊缝14中进行的表面粗糙化技术来机械加工衬层卷4。另外，卷材可以被涂上如阻隔层材料。在示范实施例中，在辊缝15中对其中一个衬层卷进行这种处理。使用功能阻隔层处理剂或漆或者通过在卷材表面上粘上一个具有理想性能的箔/薄膜，可以进行该处理。在本文的上下文中，术语“阻隔层涂覆”指使产品不透水或不透气的处理。把这样的处理剂涂覆并固定到卷材上在现有技术中是众所周知的并且几种方法可以被用于完成任务。
本发明的基本特征在于，它允许产品容易地加装上加强条和信息技术元件如磁条、印刷电路膜和带共振识别芯片/电路的磁盘或其它数据处理技术的无源/有源件，在这些元件的基础上，可以识别由本发明纸板制成的包装并且可以控制这样的包装的制造/使用。加强条或磁条可以从一个卷16中放出并进入粘合辊缝7，而其它类型的附件可以通过适当的给料机构17被送入粘合辊缝或被加到卷材涂胶面上。
纸板的这些衬层卷可以预先印刷，由此，通常要使印在相对衬层卷上的图案彼此对齐。这可借助印在衬层卷上的如定位标记来完成。标记的对准可以通过照相机或光电元件来控制。本发明使这种卷的定位变得容易，因为这些卷在一个辊缝7中彼此粘合，由此一来，定位只需要简单控制这些卷的相对速度。这些定位标记也可被用来把上述数据处理件送到卷材的理想位置中，从而这些元件在切断纸板中的适当位置上精确对准，于是，它们正确位于一包装内以便进行读或写。
胶被涂在可以是衬层卷或中间层卷的未加工卷材的整个表面上。通过这种方式，可以保证加工过的中间层卷的所有部位都被粘到未加工卷材上，这样，胶的固化也加强了产品。作为固体胶，所涂敷的胶的量约为1g/m2-3g/m2，这意味着可使用如膜转移涂覆技术来涂胶。实际上，可以通过现有技术中的任何已知方法来涂胶，其中的例子就是喷涂、幕帘式层涂、凹版辊涂及喷嘴涂覆。胶可以作为液体或在液基溶液中的固体的泡沫或弥散体进行涂覆。胶也可以如图中箭头18所示地直接被送到粘合辊缝7中，尤其是在使用发泡胶或喷涂方法时。但必须注意，一层均匀的胶必须被涂在未加工卷材的表面上，以便制成坚硬产品并保证中间层完全粘合。有利的是，胶的固体成分应该高到能避免进行产品的猛烈干燥。也可以通过适当选择胶来影响产品质量，从而粘合步骤可以赋予产品如可控ESD(静电放电)保护这样的性能。如果胶作为发泡成分的形式进行涂覆，则它填充产品空洞，由此尤其增强了它的抗压强度。挑选基于淀粉的胶的有利的一面在于，用这些制剂粘合的产品易于回收。
在干燥卷上，通过使卷材经受压力以产生永久变形来进行中间层5的压花。有利的是，卷材表面不被撕裂以保持其最大强度。在干燥状态下，卷被压花，因为在潮湿状态下压花卷需要进行干燥，而干燥会耗能，因而需要有效的干燥装置的高成本作业和进而卷材干燥会影响压花图案及卷材本身的尺寸，这是因为，湿润的纤维卷材在干燥时承受急剧的收缩。
除上述实施例外，本发明可以具有替换实施例。
纸板层数可以改变并且卷材料可以是除纤维卷外的材料。但是，至少一个卷材应该主要由纤维素纤维制成。最优选的中间层卷材是由纤维素纤维材料制成的卷，因为它们本身能进行很好的机械加工。另一方面，如果寻找费效比最高的解决方案，则卷材可由磨碎木料浆制成。例如，一种不渗透的包装级纸板可以有一个或多个由聚合物或薄金属箔或甚至是经过处理的半渗透聚合物膜制成的卷材。尽管根据本发明的制造方法和装置在一个辊缝中有利地使这些卷材彼此粘合，但也可以通过如首先制成一个三层纸板并接着将所需数量的中间层和衬层粘到该纸板上来制造出多层产品。
在根据本发明的装置中，可以用如带式压力机等来代替辊缝。

Claims (16)

1、制造一个包括至少两层的纸板产品的方法，其中形成该产品层的纸板原料卷(4，5，6)通过胶而彼此粘合在一起，其特征在于，如此机械加工其中的至少一个卷材，即在该卷材表面上压出一个凸起图案，从而使该卷材表面永久变形。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待机械加工的卷材(5)接受三维变形加工。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述待机械加工的卷材(5)在干燥状态下进行加工，由此一来，所述卷材的含水率有利地不大于12％。
4、如先前权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述胶被涂在未加工卷材(4，5)的要面对加工卷材(5)的那些面的整个表面上。
5、如先前权利要求之一所述的方法，其特征在于，在涂胶后，在粘合辊缝(7)中使这些卷材(4，5，6)相互粘合，其中正在制造的所述纸板产品的原材料卷(4，5，6)相互压合，从而使粘合卷材的厚度达到标准。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述粘合辊缝(7)中，同时进行至少三个卷材(4，5，6)的彼此粘合。
7、如先前权利要求之一所述的方法，其特征在于，其中的至少一个卷材别处理成使该卷材不透水和/或气。
8、如权利要求5所述的方法，其特征在于，能帮助识别所述纸板产品或由该纸板产品制成的包装的识别件被送入粘合辊缝(7)中。
9、如先前权利要求之一所述的方法，其特征在于，给所述卷材制作定位标记并且在压制步骤中，这些卷材借助所述标记相互对齐。
10、制造一个包括至少两层的纸板产品的装置，它包括：
-使至少两个卷材(4，5，6)进入该装置的装置(1，2，3)，
-通过胶水来处理至少其中一个卷材的一个表面以便将该表面粘接到另一卷材(5)上的装置(9)，其特征在于，
-用于机械加工至少其中一个卷材(5)以便在该卷材的表面上形成永久变形的装置(8)，
-一个用于在涂胶后使所述卷材(4，5)相互压合并确定由此获得的产品的厚度的辊缝(7)。
11、如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述卷材(4，5，6)的所述输入辊缝装置(1，2，3)至少是三个，所述卷材适于同时进入粘合辊缝(7)中。
12、包括至少两个彼此粘合的层(4，5)的纸板产品，其中一层(4)为平面卷材，其特征在于，所述层中的至少一层(5)经过机械加工，从而在所述层的表面上有一个由永久变形构成的三维图案。
13、如权利要求12所述的纸板产品，其特征在于，胶被涂在至少其中一个平面卷材(4)的要面对经过机加工的卷材的那一面的整个表面上。
14、如权利要求13所述的纸板产品，其特征在于，所述产品包括三层，所述经过加工的层被粘合在所述平面卷材之间。
15、如权利要求12所述的纸板产品，其特征在于，所述产品的这些层中的至少一层是不透水或不透气的。
16、如权利要求12所述的纸板产品，其特征在于，所述产品包括能帮助识别所述产品或由所述产品制成的包装的识别件。
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