SE516159C2 - Sätt att reducera påkänningar vid vikning av material - Google Patents

Description

25 30 35 516 159 s : | c o II 2 anligger mot den materialyta de är förbundna med. Såsom tidigare nämnts invikes de flatpressade hörnflikarna och förbindes med angränsande behållarväggar. De båda vid förpackningsbehållarens undre ände befintliga hörnflikarna invikes vanligen mot förpackningsbehållarens bottenände, vilket emellertid försvåras av den över såväl bottenänden som de båda hörnflikarna löpande förseglingsfenan. Vid invikning av en hörnflik till anliggning mot förpackningsbehållarens bottenände måste således icke blott de båda materialskikt som bildar den egentliga hörnfliken utan även den av två materialskikt bildade förseglingsfenan omvikas 180°, vilket medför att de materialskikt, som efter vikn_ingen är belägna på vikningens "utsida" (d.v.s. de utanför det uppkommande neutrala planet belägna materialskikten), kommer att utsättas för mycket kraftiga dragpåkänningar med åtföljande töjningar och risk för sprickbildning. Dessa dragpåkänningar kan bli så stora att de i laminatet ingående skikten av termoplast riskerar att spricka med påföljd att läckage uppkommer. Då laminatet, såsom ofta är fallet, även innehåller skikt av aluminiumfolie ökar risken för sprickbildning ytterligare, eftersom aluminiumfolien har avsevärt sämre töjningsegenskaper än termoplastmaterialet.

För att undanröja ovan beskrivna olägenheter har man hittills bl.a. försökt att vid tillverkningen av laminatet välja materialtyper med så gynnsam elasticitetsmodul som möjligt, vilket gett förhållandevis goda resultat vad beträffar de ingående termoplastskikten, men ej helt löst problemet med eventuella, i lamintet ingående skikt av t.ex. aluminium. Det har även gjorts försök att i samband med tillverkningen av laminatet bearbeta de blivande vikningsområdena på olika sätt, tex. genom att tjockleksreducera eller helt avlägsna delar av fiberskiktet i vikningsområdet för att härigenom reducera laminatets totaltjocklek i det kritiska området så att töjningspåkänningarna i samband med vikningen reduceras (europeiskt patent nr. 374).

Ett annat, tidigare försök att reducera ovannämnda problem beskrives i svenskt patent nr. 424.177. Enligt denna lösning uppmjukas materialet i det kritiska vlkningsområdet genom att ett flertal viknings- eller biglinjer vid materialtillverkningen placeras i ett särskilt mönster inom det kritiska vikningsområdet. Laminatet och i synnerhet dess fiberskikt kommer härvid att uppmjukas eller uppbrytas i sådan utsträckning, att vikningen kan ske utan att de ingående laminatskikten utsättes för sådana sträckningspåkänningar att sprickbildning uppkommer. Även svenskt patent nr. 432.918 beskriver en liknande lösning på problemet.

Samtliga kända metoder att undanröja det aktuella problemet avser emellertid åtgärder som tillgripes i samband med tillverkningen av 10 15 20 25 30 35 516 159 ø n ø 4 I' 3 förpackningslaminatet. Eftersom senare försök visat att även om den grundläggande orsaken till uppkommande sprickbildning är svårigheten att dubbelvika ett förhållandevis tjockt, av flera skikt bestående förpackningslaminat kommer risken för sprickbildning även i hög grad att påverkas av Iaminatets kondition i det ögonblick det omformas till enskilda förpackningsbehällare.

Sålunda kommer t.ex. de betingelser under vilka det färdigtillverkade förpackningslaminatet lagrats och hanterats från tillverkningsögonblicket till det ögonblick det placeras i en förpackningsmaskin för omvandling till förpackningsbehällare att ha stor betydelse för det slutliga resultatet. Även sådana parametrar som varierande råvaror, särskild varierande råvara till det ingående fiberskiktet samt adhesionen mellan de olika ingående materialskikten i det ögonblick då materialet omformas till förpackningsbehällare är av stor betydelse. Eftersom många av dessa faktorer påverkas av t.ex. lagringstid och lagringsförhållanden (fuktighetsgrad, temperatur etc.) kommer de metoder som i samband med tillverkningen av materialet företages för att reducera risken för sprickbildning att ge ett synnerligen varierande resultat den dag då materialet efter kanske månader av lagring skall omformas till förpackningsbehällare.

Det har således hittills inte varit möjligt att finna någon metod eller teknik som med säkerhet garanterar att ett tidigare tillverkat förpackningslaminat kan omformas till den önskade typen av förpackningsbehällare utan att man riskerar sprickbildning vid de mest kritiska vikningsområdena i förpackningsbehållarens boüendel Det är således ett önskemål inom teknikområdet att ombesörja en metod som gör det möjligt att på ett tillförlitligt sätt reducera materialpåkånningarna vid dubbelvikning av laminerat papper/plastmaterial i sådan utsträckning att skadlig sprickbildning med säkerhet ej uppkommer vid dubbelvikning av materialet.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är således att ombesörja ett sätt att reducera materialpåkänningar vid dubbelvikning av laminerat papper/plastmaterial i sådan utsträckning, att materialet i samband med omformning till en förpackningsbehällare kan utsättas för dubbelvikning utan risk för att skadlig sprickbildning uppkommer.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att ombesörja ett sätt att reducera materialpåkänningar vid dubbelvikning av laminerat papper/plastmaterial, vilket sätt gör det möjligt att vid omvandling av en känd typ av förpackningsbehällare från kuddform till huvudsakligen parallellepipedisk form ombesörja invikning av hörnflikar och över hörnflikarna sig sträckande förseglingsfenor (d.v.s. två 180 graders vikningar utmed varandra korsande eller 10 15 20 25 30 35 516 159 4 mötande vikningslinjer) utan att någon som helst risk för sprickbildning i förpackningslaminatets materialskikt uppkommer. _ Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att ombesörja ett sätt att reducera materialpåkänningar vid dubbelvikning av laminerat papper/plastmaterial, vilket sätt kan genomföras i samband med det aktuella vikningsförloppet oberoende av tidigare bearbetning och hantering av förpackningslaminatet.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är slutligen att ombesörja ett sätt att reducera materialpåkänningar vid dubbelvikning av laminerat papper/plastmaterial, vilket sätt är enkelt och föga kostnadskrävande att genomföra samt väl anpassat till kända metoder och anordningar för tillverkning av parallellepipediska förpackningsbehållare.

Ovannämnda och andra ändamål har enligt uppfinningen uppnåtts genom att ett sätt av den inledningsvis nämnda typen getts de av bifogade huvudpatentkrav framgående kännetecknen.

Föredragna utföringsformer av sättet enligt uppfinningen har vidare getts de av bifogade underkrav framgående kännetecknen.

En föredragen utföringsform av sättet enligt uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare under särskild hänvisning till bifogade, schematiska ritningar.

Fig. 1 visar i perspektiv en förpackningsbehållare av känd typ underifrån.

Fig. 2 visar en del av bottenytan i förpackningsbehållaren enligt fig. 1 före invikningen av en hörnflik.

F ig. 3 visar den i fig. 2 visade delen av förpackningsbehållaren efter invikningen av en hörnflik.

Fig. 4 är ett snitt genom en del av ett laminerat förpackningsmaterial av den typ som användes för tillverkning av förpackningsbehållare enligt fig. 1.

Sättet enligt uppfinningen kommer nu att beskrivas såsom tillämpat på en förpackningsbehållare av huvudsakligen parallellepipedisk form, t.ex. en förpackningsbehållare av den typ som beskrives i det svenska patentet nr. 406.177, men givetvis är uppfinningen användbar vid vilken typ av förpackningsbehållare som helst som uppvisar de inledningsvis nämnda särdragen.

Den ifig. 1 visade, kända förpackningsbehållaren är av parallellepipedisk typ och innefattar fyra huvudsakligen rektangulära sidoväggar 1 (av vilka blott en är synlig i figuren) samt två likaså huvudsakligen rektangulära ändväggar 2 (av vilka blott den ena, nämligen bottenvåggen, är synlig i figuren).

Förpackningsbehållaren år tillverkad av ett flexibelt, relativt formstyvt laminatmaterial (beskrives närmare nedan med hänvisning till fig. 4) som formats 10 15 20 25 30 35 n . ~ | nu 516 159 5 till en tub, vilken genom flatpressning och tvärförsegling med jämna mellanrum tillslutits i transversella, smala zoner. Efter likaså transversell avklippning i nämnda zoner uppkommer kuddformiga förpackningsbehållare, vilka vid sina övre och undre ändar uppvisar förseglingsfenor 3, som efter omformningen av förpackningsbehållaren tili huvudsakligen parallellepipedisk form sträcker sig tvärs över förpackningsbehållarens båda ändväggar 2. Förseglingsfenorna 3 har vid den i fig. 1 visade förpackningsbehållaren till hela sin längd nedvikits till anliggning mot en av de underliggande materialytor (ändväggen 2), med vilken de är förbundna.

Vid den formningsbearbetníng som erfordras för att omforma den kuddformiga förpackningsbehållaren till den visade, parallellepipediska formen bildas vidare fyra huvudsakligen triangulära, dubbelväggiga hörnflikar 4 (av vilka blott de två vid förpackningsbehållarens bottenvägg belägna hörnflikarna visas i figuren). Hörnflikarna omvikes kring de raka väggkanter 8 utmed vilka de är förbundna med den egentliga, parallellepipediska delen av förpackningsbehållaren, och fixeras medelst värmeförsegling till förpackningsbehållarens ändvägg. lfigur 1 visas för åskådlighets skull blott den ena hörnfliken i sitt slutliga, nedvikta läge. Den vid motsatt ände av ändväggen 2 belägna hörnfliken visas i ett delvis vikt läge, varvid det tydligt framgår hur den över ändväggen 2 löpande förseglingsfenan 2 sträcker sig utöver hörnflikens 4 ena sida för att avslutas vid hörnflikens fria, från ändväggen 2 vända hörn. lfig. 1 visas också en del av en längdskarv 5, som uppkommer vid förseglingen av materialbanans längsgående kanter efter omformningen av materialbanan till tubform. Längdskarven 5 sträcker sig över förpackningsbehållarens ena sidovägg 1 och över delar av angränsande ändväggar 2, där längdskarven 5 korsar en fotlinje 6 (som avgränsar förseglingsfenan 3 från ändväggen 2) samt avslutas vid förseglingsfenans 3 fria kantlinje 7.

Den över förpackningsbehållarens bottenvägg 2 sig sträckande förseglingsfenan 3 består såsom tidigare nämnts av delar av de förpackningsbehållaren bildande materialskikten, vilka sammanlagts mot varandra samt förseglats till varandra insida mot insida genom värmeförsegling.

Den sålunda uppkomna förseglingsfenan 3 måste för att ej vara till hinder invikas mot underliggande materialskikt, såsom visas i fig. 1. Vid den efterföljande invikningen av hörnflikarna 4 kommer icke blott de hörnflikarna bildande materialskikten att vikas utan även den ut över hörnfliken löpande delen av förseglingsfenan 3. Den under de invikta hörnflikarna 4 belägna, dubbelvikta förseglingsfenan 3 medför således att det parti av förpackningsmaterialet, som ono- u 10 15 20 25 30 35 6 vikes 180° utmed kantlinjen 8, får en sammanlagd tjocklek som är tre gånger så stor som den egentliga materialtjockleken. Detta försvårar givetvis, såsom redan nämnts, själva vikningen men medför dessutom att materialskikten i övergångsområdet mellan detta förtjockade parti och bredvidliggande parti med normal tjocklek, d.v.s. huvudsakligen i skårningspunkten mellan fotlinjen 6 och kantlinjen 8, utsättes för kraftiga påkänningar. Dessa påkänningar uppkommer särskilt i de materialskikt, som vid vikningen kommer att ligga utanför det neutrala vikningsplanet, och dessa materialskikt utsättes härvid för en dragpåkänning som ofta icke blott deformerar materialet utan även sträcker materialskikten utöver deras brottgräns, vilket medför att sprickor uppkommer.

Det är, såsom tidigare nämnts, särskilt kritiskt då förpackningslaminatet 9 (fig. 4), förutom ett centralt bärarskikt 10 av fibermaterial och utvändiga skikt 11, 12 av termoplastiskt material, även innefattar ett vid bärarskiktets 10 ena sida beläget skikt 13 av aluminiumfolie, eftersom aluminiumfoliens töjningsegenskaper är avsevärt sämre än termoplastskiktens 11, 12 töjningsegenskaper.

Fig. 2 och 3 illustrerar i större skala ett med punktstreckade linjer markerat område 14 av den i fig. 1 visade förpackningsbehållarens ändvägg 2, varvid det tydligt framgår hur (fig. 2) förseglingsfenan 3 först nedvikes till anliggning mot ändväggen 2 utmed fotlinjen 6, varefter den nedvikta förseglingsfenan jämte den aktuella hörnfliken vikes 180° utmed den blivande väggkantlinjen 8. lfigur 3 illustreras med pilen 15 det särskilt kritiska område, i vilket de två vikningarna korsar eller möter varandra. Inom detta område är materialpåkänningarna särskilt höga och risken för sprickbildning därmed störst.

I avsikt att i enlighet med uppfinningen reducera de vid dubbelvikning av materialet uppkommande materialpåkänningarna inom särskilt det med 15 markerade, kritiska området utsättes materialet för en uppvärmning i samband med vikningen. Företrädesvis uppvärmes härvid materialets pappersskikt till en temperatur av 80-250°C i vikningsområdet, vilket t.ex. kan ske genom att ett varmluftsmunstycke 16 riktas mot vikningsområdet och under upptill ca. 1 sekund utsätter vikningsområdet för en koncentrerad luftstråle med en temperatur av ca. 300°C, vilket schematiskt illustreras ifig. 1. Uppvärmningen kan ske före vikningen eller under pågående vikningsförlopp, tex. sedan förseglingsfenan 3 delvis nedvikts mot angränsande yta av ändväggen 2 och tex. har en vinkel av ca. 45° mot nämnda ändvägg, vilket gör det möjligt att ytterligare koncentrera uppvärmningen eftersom ändväggen 2 tillsammans med den delvis nedvikta förseglingsfenan ”styr” och koncentrerar uppvärmningen till det önskade området intill fotlinjen 6 där denna korsar väggkantlinjen 8, d.v.s. i området för de två varandra korsande eller mötande vikningslinjerna 6, 8. Den koncentrerade 10 15 20 25 30 35 516 159 7 uppvärmningen av det aktuella vikningsområdet medför givetvis att såväl pappers- som plastskikten uppvärmes, men det väsentliga är att pappersskiktet uppvärmes till fibermaterialets glastemperatur (Tg). Glastemperaturen för fibermaterial varierar med materialets fukthalt, men generellt har t.ex. lignin en glastemperatur av 72-128°C, hemicellulosa 54-167°C och pappersmassa ca. 240°C. Praktiska försök har visat att vid uppvärmning till en temperatur av mellan ca. 80-250°C i vikningsområdet blir fibermaterialet påtagligt mjukare och därmed segare, vilket dels underlättar vikning utan att fibermaterialet knåcks eller brister på sådant sätt att angränsande skikt av termoplast' och aluminiumfolie utsättes för förhöjda påkänningar. Eftersom samtliga polymerer som användes i förpackningslaminat också mjuknar vid förhöjd temperatur blir laminatet som helhet smidigare och lättare att vika utan att överdrivna påkänningar uppkommer. En ytterligare effekt av uppvärmningen är att förseglingen eller bindningen mellan de i materialet ingående skikten något reduceras, vilket tillåter viss "glidning" mellan skikten, något som ytterligare reducerar och fördelar de uppkommande påkänningarna så att risken för sprickbildning minskar.

Det angivna temperaturområdet för genomförande av sättet enligt uppfinningen syftar till genomsnittstemperaturen i materialet inom det aktuella vikningsområdet, d.v.s. huvudsakligen det med 15 markerade området i fig. 3.

Temperaturområdets undre gräns, 80°C, har valts därför att vid temperaturer under denna kan någon påtaglig, positiv inverkan på materialet ej noteras. Vid temperaturer över 80°C sker delvis en gradvis ökande uppmjukning av de i förpackningslaminatet ingående termoplastskikten, vilket i sig gör materialet smidigare och lättare att vika, samtidigt som det huvudsakligen centralt belägna fiberskiktet 10 successivt når glastemperaturområdena för de ingående fibertyperna och därmed övergår från ett styvare, sprödare tillstànd till ett mjukare och mera flexibelt tillstånd som ger bättre böjningsegenskaper och därmed lägre påkänningar i samband med efterföljande vikning. Härigenom blir förpackningsmaterialet som helhet mjukare och därmed minskar belastningen och risken för uppkomst av för den färdiga förpackningsbehållarens täthet skadliga sprickor.

Inom temperaturområdet kan man också iakttaga viss "uppluckring" av materialet, d.v.s. bindningen mellan såväl de i fibermaterialet ingående, enskilda cellulosafibrerna som mellan cellulosafibrerna och angränsande skikt av termoplastiskt material reduceras något, vilket även det är positivt ur vikningssynpunkt. Då man närmar sig den övre av de för temperaturområdet angivna gränserna (250°C) reduceras de positiva effekterna något samtidigt som materialets utsida i samband med uppvärmningen påverkas negativt. Närmare 10 15 20 25 30 35 n > a n u II 516 159 8 bestämt kommer det område av vikningsområdet som är direkt utsatt för den varma luftstrålen från munstycket 16 att missfärgas eftersom fiberskiktet utsättes för så hög temperatur att det får en gul eller brun nyans. Även det utanpå fiberskiket belägna skiktet 11 av termoplastmaterial kommer att skadas (brännas eller smältas) vid temperaturer över den övre temperaturgränsen eller vid uppvärmning under längre tid än ca. 1 sekund. Eftersom emellertid önskad effekt uppnås även vid temperaturer under den övre gränsen har detta i praktiken ej visat sig vara någon större nackdel, särskilt inte som det ”brända” området vid förpackningens färdigställande kommer att döljas av den mot förpackningsbehållarens ändvägg 2 nedvikta hörnfliken 4 och således bli osynligt för konsumenten.

Den erforderliga uppvärmningen kan givetvis också företagas med hjälp av andra värmekällor än varmluft. Prov har visat att t.ex. infravärme (IR- strålning), laser eller dielektrisk uppvärmning kan användas med gott resultat. Även andra uppvärmningsmetoder eller kombinationer av uppvärmningsmetoder är tänkbara, och det slutliga valet av uppvärmningskälla är beroende av de väsentliga parametrar som är aktuella i det enskilda fallet, t.ex. materialtyper, tidsåtgång, utformning av uppvärmningsstället (åtkomlighet) etc.

Sättet enligt uppfinningen kan såsom tidigare nämnts genomföras såsom en naturlig del av den normala tillverkningsprocessen för förpackningsbehållare av känd typ. Eftersom uppvärmningen sker i slutfasen av förpackningstillverkningen, d.v.s. något före eller under hörnflikarnas invikning, kommer den kritiska framställningen, fyllningen och förseglingen av de enskilda förpackningsbehållarna ej att beröras, utan utrustningen för att genomföra sättet enligt uppfinningen kan enkelt monteras vid den del av förpackningsmaskinen där den s.k. slutvikningen av förpackningsbehållaren äger rum, d.v.s. slutformningen från kuddform till parallellepipedisk form. Hittills gjorda försök har visat att metoden har god effekt och skadlig sprickbildning har i praktiken visat sig helt kunna reduceras vid förpackningsbehállare som tillverkats på konventionellt sätt men utsatts för en uppvärmning i enlighet med sättet enligt uppfinningen. Sättet enligt uppfinningen har även visat sig ha god effekt vid tillverkning av förpackningsbehàllare från förpackningslaminat som avsiktligt lagrats under för materialet mindre lämpliga förhållanden och därför fått en fukthalt som normalt ofelbart skulle medföra allvarlig sprickbildning vid omformning till förpackningsbehållare.

Claims (10)

10 15 20 25 30 516 159 PATENTKRAV

1. Sätt att reducera materialpåkänningar vid dubbelvikning av laminerat papper/plastmaterial, kännetecknat därav, att materialets (9) pappersskikt (10) uppvärmes till en temperatur av 80-250°C i vikningsområdet.

2. Sätt enligt patenkravet 1, kännetecknat därav, att uppvärmningen sker före vikningen.

3. Sätt enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att uppvärmningen sker under pågående vikningsförlopp.

4. Sätt enligt patentkravet 3, kännetecknat därav, att uppvärmningen sker i området för två varandra korsande eller mötande vikningslinjer (6, 8).

5. Sätt enligt patentkravet 4, kännetecknat därav, att uppvärmningen sker före vikningen utmed den andra vikningslinjen (8).

6. Sätt enligt ett eller flera av föregående patentkrav, kännetecknat därav, att såväl pappers (10)- som plastskiktet (11, 12) uppvärmes.

7. Sätt enligt ett eller flera av föregående patentkrav, kännetecknat därav, att pappersskiktet (10) uppvärmes till fibermaterialets glastemperatur.

8. Sätt enligt ett eller flera av föregående patentkrav, kännetecknat därav, att uppvärmningen sker under begränsad tidrymd, maximalt ca. 1 sekund.

9. Sätt enligt ett eller flera av föregående patentkrav, kännetecknat därav, att uppvärmningen sker medelst varmluft.

10. Sätt enligt patentkravet 9, kännetecknat därav, att varmluften tillföres i form av ett koncentrerat flöde, vilket riktas mot förpackningsmaterialets (9) utsida.