用于形成模制制品的系统和方法与流程

1.本发明涉及一种用于形成模制制品的系统和方法。特别地，本发明涉及由纤维悬浮物(例如纸浆)形成容器。制品/容器可以是用于容纳液体的消费品包装(consumer packaging)。


背景技术：

2.期望减少可消耗物品(特别是包装)中的塑料使用。托盘和一些简单的形状通常由纸浆制成，但是更复杂的物体和容纳液体所需的物体更难以设计。
3.公开的专利文献ep1081285a1、ep1195466a1、ep2198088a1和wo2018020219a1各自描述了在模具中由纸浆形成制品。模具具有穿过其的开口或者是多孔的，使得可以通过施加抽吸来移除引入到模具中的悬浮液，纸浆与该悬浮液混合。除去液体后留下的纸浆符合模具的形状。在第二步骤中，将处于收缩状态的可膨胀构件引入模具中并膨胀以对正在形成的制品的内壁施加压力，从而将纸浆分配到更均匀的壁厚并从制品和模具中排出额外的悬浮液。将形成的制品从模具中取出并干燥以除去剩余的液体。


技术实现要素：

4.本发明涉及上述技术的演变，以改进所形成的所得制品的规格或至少为公众提供替代方案。本发明特别适合于生产用于容纳诸如清洁产品和饮料的液体的可封闭瓶。
5.在实现本发明的广泛方面，根据权利要求1限定了一种方法。在权利要求24中限定了根据本发明的装置和系统。其他有用的方法步骤和特征在从属权利要求中概述。
6.可以设想，本发明最终将生产一种改进的纸浆瓶结构，其制成一体。因此，可通过该方法获得的新型瓶在本发明的范围内。通过该方法生产的制品是3d挖空形式，例如杯、瓶或罐；与板这样的主体较浅的形状相反。
7.在特定形式中，本发明的方法包括在悬浮液中制备纤维悬浮物。制备可涉及纸浆性质精制机(pulp property refiner)，例如瓦利打浆机和用于用剪切或桨式混合器水合的罐。该步骤可以与该方法连续进行或分批进行。可以制备浓缩形式的悬浮液用于在模制之前稀释。输送到模具中最有效的浓度是约0.5-1％纤维。
8.当连续地供入到封闭的两部分多孔模具(例如，配置有期望的模制制品(例如瓶子)的负3d图像)至预定体积时，悬浮液经由多孔模具的孔例如通过真空压力/泵被移除。可以通过称重从模具中取出的悬浮液来监测预定体积。举例来说，10升工艺用水可能已经被收集在多孔模具外部的罐中，在模具表面上留下纸浆纤维。
9.在该系统的一种形式中，在除去基本上所有悬浮液之后，将不可渗透的表面(例如，处于收缩状态的可膨胀囊)插入湿模制制品中，以向制品的内壁施加压力(例如，通过用气动或液压、空气、水或油膨胀)，从而通过多孔模具的孔排出额外的悬浮液。然后可以移除模制制品，以进行进一步的干燥步骤。
10.根据本发明，模塑制品还经受无孔模具，例如转移到第二或另外的无孔模具。因
此，可以进一步向制品的内壁施加压力，例如通过不可渗透的表面(例如，相同的可膨胀囊、第二囊或一些其他形式的按压装置-无论严格地“不可渗透”或不是)，以便将无孔模具的形状赋予制品的外壁。该步骤优选被加热以“热成型”并驱除剩余的悬浮液，并通过压缩和干燥增强模制制品的壁。
11.优选在移除制品之后清洁多孔模具的壁，例如通过将排出的悬浮液反向通过模具和/或对模具的壁使用水射流。清洁从多孔表面去除残留的纤维并重新调节模具，以重复使用。
12.该方法/系统的干燥阶段可以利用微波能量，例如在连续或分批输送系统中。制品可以在无孔模具之前或之后或两者的阶段干燥。
13.涂覆阶段可以将保护层施加到模制制品的表面。例如，涂覆步骤可以包括在内部和/或外部喷涂模制制品的基底和侧面。涂层可以是不可热封的水性屏障，其能够在使用后与瓶子一起再循环。
14.封闭元件可以应用于模制制品的开口(例如，在涂覆/干燥之后)。封闭元件可以包括颈部配件，该颈部配件具有环形特征以密封开口。在一种形式中，颈部配件包括箔密封件、软木和/或帽。
15.本发明可以通过一种用于形成模制制品的系统来实施，该系统包括：悬浮液中的纤维悬浮物源；输送管线，用于将纤维悬浮物输送到第一多孔模具；抽吸泵，所述抽吸泵用于经由所述多孔模具的孔移除所述悬浮液；可选地，可膨胀加压构件可以以收缩状态插入模具中，然后膨胀以向制品的内壁施加压力。提供了用于使模制制品经受无孔模具的装置。无孔模具可以是第二或另外的模具，但原则上可以是转换成第二无孔状态的第一模具。在无孔模具处，例如经由可膨胀按压构件或第二可膨胀按压构件向制品的内壁施加压力。提供传送装置，以从模具中移除模制制品。
16.根据本发明的容器由纤维悬浮物模制而成，并且包括：基本上单件/整体结构；颈部配件或在所述颈部的口部处的模制螺纹。
17.在一种形式中，可以提供一种用于由纤维悬浮物制成的容器的颈部配件，该颈部配件包括：管状主体；以及围绕管状主体的表面的基本上连续的凸缘，用于结合和/或抵靠由纤维悬浮物制成的容器的开口。管状主体可以是圆柱形的，并且凸缘可以是环形的。可以在主体的表面上形成螺纹或接收螺纹。可以提供用作管状主体的开口的封闭件的帽或塞。
附图说明
18.图1示出了实现根据本发明的方法的系统/过程；
19.图2示出了根据本发明的3d多孔模具；
20.图3示出了从3d多孔模具移除时的模制制品；
21.图4示出了瓶子开口和配件的剖视图；
22.图5示出了图4的配件的示意图；
23.图6示出了开瓶配件的替代视图；以及
24.图7示出了图6的开瓶结构的剖视图。
具体实施方式
25.以下说明书呈现了示例性实施例，并且与附图一起用于解释本发明的原理。然而，本发明的范围不旨在限于实施例的精确细节或对所有步骤的精确遵守，因为变化对于技术人员而言将是显而易见的，并且被认为也被说明书覆盖。本文中所使用的部件的术语应被给予还涵盖等效功能和特征的广泛解释。在一些情况下，已经提供了结构特征的若干替代术语(同义词)，但是这些术语并不旨在穷举。
26.描述性术语也应给予尽可能广泛的解释；例如，本说明书中使用的术语“包括”意指“至少部分地由
……
组成”，使得解释本说明书中包括术语“包括”的每个陈述，也可以存在除该术语开头的那个或那些之外的特征。诸如“包括”和“包含”的相关术语将以相同的方式解释。诸如“竖直”、“水平”、“上”、“下”、“上部”和“下部”的方向术语通常是为了便于参考图示说明而使用的，并且如果可以用替代尺寸和/或方向实现等效功能，则并不旨在最终进行限制。
27.本文的说明书是指具有步骤或特征的特定组合的实施例，然而，设想实施例之间的兼容步骤或特征的进一步组合和交叉组合将是可能的。实际上，隔离的特征可以独立于其他特征而作为发明起作用，并且不一定需要实现为完整的组合。
28.图1概述了并入本发明的方法的实例，即包括以下步骤：制备纸浆悬浮液，将其引入多孔模具，从其中排出悬浮液以产生未完成的模制制品，并使未完成的物品经受无孔模具。制品可以随后或在中间阶段在有或没有内部保护涂层的情况下干燥。下面描述实施例的更多细节。
29.在纸浆加工和储存的第一阶段，原纸浆纤维直接从供应商以片材输送，再水合并在彼此相对运动的瓦利打浆机(valley beater)11的板之间通过。在纤维精制期间发生的事情之一是原纤化(fibrillation)，即细胞壁的部分分层，导致润湿纤维表面的毛状外观。所得的“毛状”(也称为原纤化)增加了干燥产品中纤维之间的结合的相对强度。
30.在该过程中，使用所需的添加剂来改变瓶的结构、强度和模制性能并潜在地降低成本。可以根据需要评估胶料、填料和缓冲添加剂。
31.浓缩形式的已处理纸浆可以储存在桶12中直至需要，这减少了储存空间的总量。
32.在模制之前在混合站13处进行稀释，例如0.5％至5％固体纤维的水基悬浮液。在该步骤中的混合确保浆料均质化而不改变纸浆的特性。如图所示，气泡上升到顶部，使浆料在其上方移位并向上拉动底层液体。
33.初始模制步骤14的特征在于多孔模具，例如3d打印工具15，其中使用液压油缸将两个半部夹紧在一起。在本发明的所示形式中，与将模具浸入浆料中的模制过程相反，浆料被顶部填充到工具15中。此后，在真空下经由管线16通过多孔工具15抽出纸浆浆料，多孔工具15类似于注塑机。可以通过测量(例如称重)吸入罐17中的水的质量/体积来控制喷射质量。一旦达到所需质量，就将工具向环境空气打开。支撑罐17的重量秤平台在图1中可见。
34.在管线16中与纤维悬浮物一起抽出的悬浮液是水。在真空下通过管线18抽吸到罐17中的水基本上不含纤维，因为这些纤维留在多孔工具15的壁上。举例来说，经模具15对悬浮液18的抽吸是连续的，直到预定体积(例如10升)的水已经被收集在罐17中。
35.在该阶段，工具15内的“制品”是保持抵靠模具内壁的成形但湿的形状。
36.在一种形式中，为了移除额外的悬浮液(水)并固结3d物品形状，将不可渗透的膨
胀元件(例如，可折叠囊19)插入模具15中，以用作工具的内部高压芯结构。如上所述，该过程强化了湿“胚(embryo)”瓶，使得其可以在干燥之前被处理(或通过机械化装置传送)并置换纤维素纤维之间的水，从而提高干燥过程的效率。使用具有缸的液压泵20来致动/调节囊19，所述泵将管线21中的流体转移到囊19中以使其径向膨胀并贴合工具的腔。管线21内的流体优选地是不可压缩的，诸如水。水还具有以下优点：囊的任何泄漏或破裂都不会将新物质引入系统(因为悬浮液已经是水)。
37.在一种形式中，来自罐17的正液压可以用于在模制已经发生之后对抗来自内部囊的力。
38.图2和图3图示了容纳多孔模具15的两件式模块14的外观(无孔模具25将具有如下面进一步描述的类似外观)。通过模块14的通道与多孔模具15连通，以提供用于让悬浮液被抽吸通过模具的路径，并且还提供在清洁步骤(下面描述)期间的反向流动。
39.脱模发生在模具15打开以移除自支撑制品22的步骤(并在图4中示出)。优选随后进行清洁步骤23以去除小纤维并保持工具孔隙率。在所示的形式中，当工具打开时，将径向喷射的高压射流插入模腔中。这将移除表面上的纤维。可替代地或另外地，来自罐17的水通过工具15的后部被加压，以移除截留的纤维。排出水以再循环回到系统的上游步骤。值得注意的是，清洁是调节工具以供重复使用的重要步骤。在移除制品之后，工具可能看起来是明显清洁的，但是在没有清洁步骤的情况下，其性能将受到损害。
40.根据图1，成形但未完成的制品22随后被传送到第二或额外的模制步骤24，其中在无孔(例如铝)工具25中施加压力和/或热量以热成形所需的颈部和表面光洁度。在工具25的两个半部(可选地包括用于凹陷/压花等的负表面特征)已经围绕物品22闭合之后，接合加压装置，例如插入物品22中的第二囊26(或与该过程中先前步骤中相同的囊19)。囊26经由管线27由具有加热器的泵28膨胀，以供应加压流体，例如水或油。外部模具24的模块和工具25也可以或可替代地被加热。
41.与从多孔模具15脱模时的状态相比，在热成型之后，模制制品22的状态明显更刚性，具有更多压缩的侧壁。
42.在所示形式中，微波台29用作不会损坏瓶子的快速且有效的干燥方法。举例来说，用25kw微波处理具有200g水的100g瓶可以干燥1m/年；1.8kw的微波功率施加于每个瓶7分钟-使用740kj。该系统与微波功率和水质量成线性比例关系。替代的干燥系统可以与本发明的方法结合。
43.改进的提取系统将进一步提高干燥速度，并且可以针对不同的瓶形状进行优化。
44.如图所示，干燥阶段29(微波或其他)可以施加在无孔模制的下游，或在其上游作为预模制步骤。然而，在无孔模具25中的模制需要一些水含量，以便在压缩过程中帮助粘合。在一些形式中，可以在该过程的多个阶段应用微波或其他干燥选项。
45.图1示出了另一个干燥阶段30，其可以利用在涂覆阶段之前循环到瓶上的热空气，例如在“热箱”中，在涂覆阶段中，例如插入瓶22中的喷枪31将表面涂层施加到其内壁。在实践中，涂层提供保护层以防止液体内容物流出到瓶壁中，液体内容物可能渗透和/或削弱瓶壁。涂层将根据瓶22的预期内容物(例如饮料、洗涤剂等)来选择。
46.步骤34的固化方法可以根据涂层进行优化，例如在环境条件下干燥24小时或通过快速干燥方法。
47.在适当的生产阶段(例如，在热成型期间，在涂覆之前或之后)，可以在制品上进行封闭或口部形成过程。
48.图4和图5示出了第一种形式的颈部配件35，其中管状主体可以胶合到纸瓶22上，以提供与其的密封。主体中的环形通道36提供邻接表面，以接收和隐藏瓶口的边缘。
49.图5示出了用于通过环形螺纹联接到配件35的帽37。然而，封闭设计可以根据最终用途要求的特定需要进行定制。
50.封闭件/开口的替代实施例由图6和图7示出，具体地由环结构38示出，环结构38可以在单独的压缩模制过程中由纸浆纤维形成。该环用作瓶子22的口部的精加工步骤，优选地提供平坦表面39，热密封膜可以施加在该平坦表面39上。
51.在所示形式中，环38包括用于接收瓶22的未完成开口边缘的环形通道40。通道40包括由平坦/密封表面39桥接的直立外壁41和直立内壁42。为了易于制造(例如通过纸浆的压缩模制)，可以将拔模角度结合到壁中，但对于操作不是必需的。
52.纸浆纤维是用于环38的优选制造材料，以与被模制制品整体的大致无塑料构造一致，然而其它材料也可以用于其构造。
53.环38优选地胶合或以其它方式固定地附接到制品22，以形成液密和气密接合。同样，应用于表面39的任何圆形箔或其它密封结构应以气密方式粘附。实现不透气构造可能需要在环38的全部或部分上(例如，至少在表面39上)的表面涂层，该表面涂层也必须没有会影响到单独密封材料(未示出)密封的缺陷。
54.为了可回收性，可以使环的一部分未涂覆，使得纸浆在回收过程中是流体可接近的；例如分解纤维。
55.环38表示用于制品22的开口的基于纸浆的终加工方案。替代结构是可行的。
56.应用于制品开口的不透气密封件/膜不仅对于单次使用体积的液体(例如单份饮料)是有利的，而且对于可以倾析到另一个容器(例如，可再填充的洗涤剂可泵送容器或玻璃酒精倾析器)或直接附接到分配装置(例如，与上翻瓶子相关联的泵或光学器件)的较大体积的液体是有利的。
57.总之，在一种形式中，本发明可以被描述为生产模制制品(例如单件式容器)的系统和方法，包括将纤维悬浮物输送到多孔模具并经由多孔模具的孔去除悬浮液(例如水)。将可膨胀囊以收缩状态插入模具中，然后膨胀以向制品的内壁施加压力以除去水含量。然后将容器的湿胚状物转移到无孔模具中，其中可膨胀囊施加内部压力以压缩壁并进一步除去水分。容器通过微波和/或空气干燥进一步干燥，并且可以涂覆有保护层。

技术特征：
1.一种形成模制制品的方法，包括：在悬浮液中制备纤维悬浮物；将所述纤维悬浮物供入到多孔模具中；经由所述多孔模具的孔去除所述悬浮液，以形成所述模制制品；将所述模制制品转移到无孔模具；向所述模制制品的内壁施加压力，以将所述模制制品的外壁压靠在所述无孔模具上；以及从所述无孔模具移除所述模制制品。2.根据权利要求1所述的方法，其中经由所述多孔模具的孔去除悬浮液包括经由不可渗透表面向所述模制制品的内壁施加压力。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述无孔模具处向所述模制制品的内壁施加压力是经由不可渗透表面实现的，以便将所述无孔模具的形状赋予所述模制制品的外壁。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述模制制品在所述无孔模具中经受加热。5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中所述不可渗透表面在所述多孔模具和所述无孔模具中的使用是相同的。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括在移除所述制品之后清洁所述多孔模具的壁。7.根据权利要求6所述的方法，其中清洁包括使排出的悬浮液反向通过所述模具和/或对所述模具的壁使用水射流。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，可膨胀加压构件包括所述不可渗透表面，所述不可渗透表面以收缩状态插入所述模具中，然后膨胀以向所述制品的内壁施加压力。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述可膨胀构件能够通过水或油膨胀。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述纤维悬浮物的制备包括使用瓦利打浆机。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中供入至所述多孔模具的所述纤维悬浮物包含0.5％至3％的固体。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述纤维悬浮物在稀释以供入所述多孔模具之前以浓缩形式储存。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括用于所述模制制品的干燥步骤。14.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中干燥所述制品的步骤在所述无孔模具之前或之后利用微波能量，或在所述无孔模具之前以及之后利用微波能量。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述模制制品的干燥步骤利用热空气。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括用于涂覆所述模制制品的表面的步骤。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述涂覆步骤包括喷涂所述模制制品的内部基底和侧面。18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述模制制品的干燥步骤利用冷空
气。19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括将封闭元件施加到所述模制制品的开口。20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述封闭元件包括环或颈部配件，所述环或颈部配件具有环形特征以密封所述开口。21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述环或颈部配件由纸浆纤维构成。22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述模具是用于形成基本上闭合的3d整体形状的两部分模具。23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述制品是瓶形，其主体部分比颈部部分宽。24.一种用于形成模制制品的系统，包括：在悬浮液中的纤维悬浮物源；输送装置，用于将纤维悬浮物输送到第一多孔模具；抽吸泵，所述抽吸泵用于经由所述多孔模具的孔移除所述悬浮液，以形成所述模制制品；传送装置，用于将所述模制制品传送到无孔模具；用于抵靠所述无孔模具向所述制品的内壁施加压力的装置。

技术总结
一种生产模制制品(例如单件式容器)的系统和方法，包括将纤维悬浮物输送到多孔模具并经由多孔模具的孔去除悬浮液(例如水)。将可膨胀囊以收缩状态插入模具中，然后膨胀以向制品的内壁施加压力以除去水含量。然后将容器的湿胚形式转移到无孔模具中，其中可膨胀囊施加内部压力以压缩壁并进一步除去水分。容器通过微波和/或空气干燥进一步干燥，并且可以涂覆有保护层。保护层。保护层。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：蒂亚吉奥大不列颠有限公司
技术研发日：2021.11.04
技术公布日：2023/8/14