ЧЕТЫРЕХСЛОЙНОЕ ПОЛИМЕРНОЕ ПОЛОТНО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УПАКОВОК

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к упаковочным материалам, а именно четырехслойному полимерному ячеистому полотну, применяемому для изготовления упаковок.
Уровень техники
2
2
Из уровня техники (см., например, патент РФ №2384414) известно ячеистое полотно. Полотно, полученное в патенте РФ №2384414, состоит из трех слоев, образованных тремя пленками, одна из которых имеет сотовую структуру. Данное полотно относится к полотну из пропилена с сотовой структурой, которое может иметь базовую массу, т.е. массу 1 м, изменяющуюся приблизительно от 300 до 3000 г/м. Данное полотно изготавливается согласно методу, который включает в себя следующие этапы: экструзия нижней, средней и верхней пленок из соответствующих гранул; термоформование средней пленки, имеющей сотовую структуру; калибрование и частичное охлаждение нижней и верхней пленок для их соединения со средней пленкой и последующее соединение этих пленок. Одним из недостатков такого полотна являются его недостаточная прочность и устойчивость к деформации и иным внешним воздействиям.
Кроме того, известен полимерный лист для контейнера (патент на полезную модель RU 98406 U1, МПК B65D88/00, опубл. 20.10.2010), выполненный из плоских внешних листов, отличающийся тем, что между плоскими листами размещены связанные между собой ячеистые профилированные листы с периодической решеткой полых выступов, при этом каждый из внутренних профилированных листов связан со смежным посредством склеивания или сварки, продольные оси выступов профилированных листов расположены рядами на одинаковом расстоянии между выступами в каждом ряду.
Данное техническое решение может рассматриваться как наиболее близкое к заявленной полезной модели, однако оно обладает следующими недостатками: 1) лист согласно данной полезной модели не позволяет предоставлять пленки с разными физико-химическими свойствами слоев; 2) не обеспечивает зеркальную структуру внутренних слоев, что приводит к увеличению внутренних напряженностей в материалах; 3) лист предназначен для изготовления жесткой тары и изготовлен из полипропилена, что приводит к не возможности использования данного технического решения для изготовления эластичных или деформируемых упаковочных материалов.
Сущность полезной модели
Задачей заявляемой полезной модели является получение ячеистого полотна разной плотности, имеющего улучшенные физико-механические свойства, в первую очередь, прочность и жесткость.
Вышеуказанная задача решается с помощью четырехслойного полимерного полотна, выполненного из двух плоских внешних пленок и формованных ячеистых средних пленок, причем число формованных средних пленок равно двум, причем первая и вторая средние пленки выполнены с образованием выступов, так что первая средняя пленка и вторая средняя пленка после формования обладают структурой, имеющей зеркальную симметрию по отношению друг к другу, первая и вторая пленки сварены между собой посредством термической диффузии за счет нагрева пленок и последующего прижима, причем две сваренные средние пленки образуют двойной средний слой, верхняя и нижняя пленки образуют, соответственно, верхний и нижний слой и сварены с двойным средним слоем за счет нагрева нижней поверхности верхнего слоя, верхней поверхности нижнего слоя, нижней и верхней поверхностей двойного среднего слоя, и последующего прижима прижимными валами, причем пленки могут быть выполнены из разных материалов, отличающихся физико-механическими свойствами, кроме того толщина стенок выступов средних пленок по существу одинакова на всей протяженности выступа.
Ячеистое полотно, состоящее из четырех слоев, причем средний слой которого образуют две пленки, имеющие выступы, которые при сваривании друг с другом позволяют создать внутренний двойной слой, имеющий ячеистую структуру и являющийся более прочным нежели средний слой, образованный одной пленкой, как, например, описано в патенте РФ №2384414.
Важным отличием предлагаемого технического решения является то, что средние пленки обладают структурой, имеющей зеркальную симметрию по отношению друг к другу. Подобная симметричность пленок способствует минимизации анизотропии полотна, вызванной процессом вытяжения пленок во время вакуум-формования.
В ближайшем аналоге из-за различного вытяжения листа по высоте термоформующего стакана толщина стенки пузырька (соты) изменяется от большего к меньшему по мере приближения к вершине пузырька. В полученном по заявленной полезной модели полотне обе пленки, образующие двойной средний слой, имея по существу одинаковую толщину стенок выступов на всей протяженности выступа, при сваривании образуют ячеистую структуру, имеющую зеркальную симметрию, в результате чего полностью исключается возникновение дифференциала внутренних напряжений между слоями при остывании, а также в ходе дальнейшей эксплуатации полотна, особенно в условиях изменяющихся внешних температур.
Симметрия пленок, образующих двойной средний слой, достигается тождественностью вакуум-формующих валов, на которых формуются каждая из пленок, образующих двойной средний слой. В свою очередь, соединенные друг с другом, они воспринимают этапы охлаждения и технологической усадки сходным образом, т.е. во время охлаждения не возникает дополнительных напряжений из-за различной усадки одной из пленок по отношению к другой.
В заявляемом техническом решении не используется адгезивный компонент при соединении пленок между собой, т.е. для обеспечения необходимых физико-механических свойств полотна достаточно использовать только базовый полимер, в качестве которого используются полиолефины, в частности, полипропилен. Отсутствие необходимости ввода адгезивного компонента обусловлено тем, что сваривание двух пленок, образующих двойной средний слой, происходит посредством термической диффузии, являющейся достаточной для обеспечения надежности сваривания.
Согласно первому аспекту полезной модели предлагается четырехслойное полимерное полотно, выполненное из двух плоских внешних пленок и формованных ячеистых средних пленок, отличающееся тем, что число формованных средних пленок равно двум, причем первая и вторая средние пленки выполнены с образованием выступов, так что первая средняя пленка и вторая средняя пленка после формования обладают структурой, имеющей зеркальную симметрию по отношению друг к другу, первая и вторая пленки сварены между собой посредством термической диффузии за счет нагрева пленок и их последующего прижима, причем две сваренные средние пленки образуют двойной средний слой, верхняя и нижняя пленки образуют, соответственно, верхний и нижний слой и сварены с двойным средним слоем за счет нагрева нижней поверхности верхнего слоя, верхней поверхности нижнего слоя, нижней и верхней поверхностей двойного среднего слоя, и последующего прижима прижимными валами, причем пленки могут быть выполнены из разных материалов, отличающихся физико-механическими свойствами, дополнительно толщина стенок выступов первой средней пленки, второй средней пленки по существу одинакова на всей протяженности выступа.
При этом верхняя и нижняя пленки сварены с двойным средним слоем посредством нагрева с помощью нагретого воздуха, подаваемого из фильеры по меньшей мере одного воздушного греющего ножа. Нагрев при сваривании средних пленок осуществляют вблизи зоны прижима.
Согласно другим аспектам полезной модели выступы первой средней пленки и второй средней пленки имеют коническую, пирамидальную, цилиндрическую, сферическую или другую подходящую форму.
Согласно дополнительным аспектам полезной модели начальная толщина пленок до формования и сварки составляет от 0,1 до 1,0 мм. Пленки получены посредством экструзии при температуре 170-240°C. Пленки сформованы посредством вакуум-формования при температуре 50-80°C и давлении 6-20 кПа. Четырехслойное полимерное полотно, в котором средние пленки сварены при температуре 170-200°C. Торцы ячеистого полотна запаяны при помощи нагревателей П-образного, C-образного или другого профиля, подходящего для запайки торцов. Высота выступов первой средней пленки и второй средней пленки составляет от 3 до 20 мм.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной полезной модели, является предоставление ячеистого полотна с улучшенными физико-механическими свойствами, повышенной надежностью соединения слоев, а также возможность получения ячеистого полотна с различными свойствами слоев. Кроме того получаемое согласно предлагаемому способу полотно состоит из четырех слоев, что приводит к увеличению прочности, а также уменьшению механических напряжений и улучшению качества соединений. Дополнительным техническим результатом является уменьшение внутренних напряженностей в материале, за счет использования зеркально симметричной структуры внутреннего двойного среднего слоя.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена упрощенная схема четырехслойного полимерного листа.
Описание предпочтительных вариантов осуществления полезной модели
Полимерное полотно выполняется из четырех пленок (фиг. 1): двух плоских внешних пленок и двух формованных ячеистых средних пленок. Первая (1) и вторая (2) средние пленки выполнены с образованием выступов так что первая средняя пленка (1) и вторая средняя пленка (2) после формования обладают структурой, имеющей зеркальную симметрию по отношению друг к другу. Первая и вторая пленки сварены между собой посредством термической диффузии за счет нагрева пленок вблизи зоны прижима и их последующим прижимом. Верхняя (3) и нижняя (4) пленки сварены с двумя сваренным средним пленкам за счет нагрева нижней поверхности верхнего слоя, верхней поверхности нижнего слоя, нижней и верхней поверхностей двойного среднего слоя, и последующего прижима прижимными валами. Внешние пленки и средние пленки могут быть выполнены из разных материалов, отличающихся физико-механическими свойствами, что позволит получать пленки с различными свойствами. Например, пленки могут отличаться цветом для маркировки упакованных товаров или обеспечения особых режимов их хранения. Согласно другому варианту реализации один или несколько слоев могут быть предоставлены со свойством не пропускать ультрафиолетовое излучение или другой вид излучения. Согласно еще одному варианту реализации пленки могут отличаться своими механическими свойствами, например, внешние пленки могут иметь повышенную прочность, а внутренние пленки могут быть выполнены максимально упругими. В качестве, альтернативы, одна или обе внешение пленки могут быть выполнены мягкими, для исключения повреждения поверхности упакованного товара.
Например, верхний слой может быть изготовлен из пленки обладающей высокой прочностью для предохранения упакованных объектов от повреждения, двойной средний слой - высокой упругостью для ослабления влияния внешних усилий и для плотного прилегания упаковочного материала, а нижний слой - высокой эластичностью для обеспечения плотного прилегания и защиты поверхности упакованных объектов от повреждений. Пленки могут быть изготовлены различных цветов для обеспечения маркировки объектов. Пленки могут быть изготовлены из материалов с различной способностью пропускать электромагнитные волны (включая свет) для предотвращения разрушающего или портящего воздействия на упакованный объект.
Толщина стенок выступов первой средней пленки, второй средней пленки одинакова на всей протяженности выступа.
Выступы первой средней пленки и второй средней пленки имеют коническую, пирамидальную, цилиндрическую, сферическую или другую подходящую форму.
Согласно дополнительным вариантам реализации полезной модели начальная толщина пленок до формования и сварки составляет от 0,1 до 1,0 мм. Пленки получены посредством экструзии при температуре 170-240°C. Пленки сформованы посредством вакуум-формования при температуре 50-80°C и давлении 6-20 кПа. Четырехслойное полимерное полотно, в котором средние пленки сварены при температуре 170-200°C. Торцы ячеистого полотна запаяны при помощи нагревателей П-образного, C-образного или другого профиля, подходящего для запайки торцов. Высота выступов первой средней пленки и второй средней пленки составляет от 3 до 20 мм.
Четырехслойное полимерное полотно изготавливается согласно следующей последовательности действий.
Экструзия пленок
Предварительно гранулированный термопластичный материал подвергается взвешиванию, дозированию и перемешиванию. Полимер предпочтительно представляет собой полипропилен.
Далее подготовленный материал поступает в четыре экструдера, где гранулы по мере продвижения вдоль цилиндра расплавляются, гомогенизируются, расплавленный материал уплотняется.
Полученный расплав в виде вязкой однородной массы продавливается через пакет сетчатых фильтров, где происходит фильтрация непроплавленных частиц полимеров, а также возможных однородных включений, для получения однородного материала, который поступает в шестеренчатый насос расплава.
Шестеренчатый насос расплава обеспечивает равномерную подачу расплава в фильеры экструдеров, где материал распределяется по всей ширине головки и продавливается через зазор между пластинами фильер, благодаря чему формируются пленки (процесс экструзии).
Выходящий из фильер вязкотекучий расплав полимера представляет собой пленку толщиной от 0,1 до 1,0 мм.
Таким образом, экструдируют первую среднюю пленку, вторую среднюю пленку, верхнюю пленку и нижнюю пленку.
Температура пленки в вязкотекучем состоянии составляет 170-240°C (температура экструзии).
Вакуум-формование
После экструдирования первой средней пленки и второй средней пленки их направляют на вакуум-формование. Вакуум-формование первой средней пленки и второй средней пленки происходит на двух горизонтально расположенных вакуум-формующих металлических валах, установленных соосно в одной вертикальной плоскости. Вакуум-формующие валы вращаются в направлении навстречу друг к другу с одинаковым модулем скорости. Например, вакуум-формующие валы могут представлять собой металлические цилиндры с вакуумными отверстиями и выступами, имеющими форму усеченных конусов, пирамидальную форму, цилиндрическую форму, сферическую форму или другую подходящую форму. Вакуум-формование первой средней пленки и второй средней пленки с образованием выступов осуществляется посредством воздействия вакуума на полимерную пленку, находящуюся в вязкотекучем состоянии, подаваемую непрерывно на формующую часть вакуум-формующих валов.
Первая средняя пленка и вторая средняя пленка после вакуум-формования обладают структурой, имеющей зеркальную симметрию по отношению друг к другу, при этом толщина стенок выступов первой средней пленки, второй средней пленки по существу одинакова на всей протяженности выступа.
Процесс вакуум-формования проводят при давлении 6-20 кПа и температуре вакуум-формующих валов 50-80°C, при этом разрежение воздуха для вакуум-формования создается компрессорной установкой. Нагрев валов обеспечивается горячим агентом, подаваемым со станции термостатирования.
Высота выступов первой средней пленки и второй средней пленки после вакуум-формования составляет от 3 до 20 мм.
Зазор между вершинами формующих частей (усеченных конусов, цилиндров и т.д.) составляет 0,5-0,8 мм.
Формирование двойного среднего слоя
Двойной средний слой формируется на вакуум-формующих валах из двух средних пленок: первой средней пленки и второй средней пленки.
Двойной средний слой формируется за счет сваривания посредством термической диффузии первой средней пленки и второй средней пленки. Процесс сваривания первой средней пленки и второй средней пленки происходит при попадании этих пленок в зазор между вакуум-формующими валами. В процессе сваривания каждый выступ первой средней пленки сваривается с соответствующим выступом второй средней пленки. В результате образуется ячеистая структура, имеющая зеркальную симметрию. Таким образом, после сваривания посредством термической диффузии первой средней пленки и второй средней пленки, двойной средний слой оказывается сформированным и обладает ячеистой структурой, имеющей зеркальную симметрию.
Сваривание первой средней пленки и второй средней пленки проводят при температуре пленок около 170-200°C.
Формирование верхнего слоя и нижнего слоя
После экструдирования верхней пленки и нижней пленки их направляют на формующие и калибрующие валы для формирования верхнего слоя и нижнего слоя. Формирование верхнего слоя и нижнего слоя происходит посредством пропускания верхней пленки, образующей верхний слой, и нижней пленки, образующей нижний слой, через формующие и калибрующие валы.
При пропускании пленок через формующие валы, охлаждаемые водой или другим агентом, пленки охлаждаются, полимер при этом переходит из вязко-текучего состояния в высокоэластическое.
После прохождения через формующие валы пленки попадают в зазор калибрующих валов, которые вращаются во встречном направлении с одинаковым модулем скорости, и сдавливается до требуемой толщины. Калибрование (выравнивание толщины) происходит равномерно по всей ширине пленки.
От величины зазора между калибрующими валами зависит толщина готовой пленки. Величина зазора между калибрующими валами одной пары регулируется и составляет от 0,1 до 1,2 мм.
Калибрование верхней пленки и нижней пленки проводят при температуре калибрующих валов от 13-25°C.
После прохождения через формующие и калибрующие валы верхний слой и нижний слой проходят через натяжные валы и поступают на прижимные валы для соединения с внутренним слоем.
Соединение верхнего слоя и нижнего слоя с двойным средним слоем
Все слои, по мере их изготовления, системой направляющих валов подают на прижимные валы, на которых происходит соединение всех слоев.
Поток горячего воздуха подают из фильер, по меньшей мере, двух воздушного греющих ножей в пространство между внешними слоями и двойным средним слоем.
За счет термического воздействия происходит подплавление поверхностей слоев полимерного полотна. Подплавление необходимо для обеспечения прочного соединения слоев.
При соединении слоев, нагреваются только поверхности слоев, которые соединяются между собой: нижняя поверхность верхнего слоя, верхняя поверхность нижнего слоя, нижняя и верхняя поверхности двойного среднего слоя.
Далее слои, проходя через прижимные валы, под давлением соединяются между собой, образуя прочное соединение. В результате образуется ячеистое полотно.
Прижимные валы подогреваются горячим агентом, подаваемым со станции термостатирования, и имеют температуру 90°C.
Скорость соединения нижнего и верхнего слоя с двойным средним слоем составляет 1,5-2,2 м/мин.
Описанный выше способ может дополнительно содержать этап дополнительного нагревания ячеистого полотна.
Готовое полотно захватывается валами первого протяжного устройства и поступает в печи термостабилизации.
В печах полотно подвергается дополнительному нагреву (от 80 до 250°C) для снятия внутренних напряжений в материале и ускорения процесса усадки перед нарезкой на листы заданного размера.
Кроме того после дополнительного нагревания для снятия внутренних напряжений способ может дополнительно содержать этап охлаждения ячеистого полотна.
После печей термостабилизации готовое ячеистое полотно поступает на узел охлаждения, где происходит его охлаждение.
Вентиляторы нагнетают и подают поток охлажденного воздуха, имеющего температуру от 15 до 35°C, равномерно распределяя его по всей ширине готового полотна.
Еще одним возможным дополнительным этапом способа является обрезка кромок ячеистого полотна.
После охлаждающего узла ячеистое полотно захватывается валами второго протяжного устройства с устройством продольного реза для обрезки кромок. Обрезанные кромки ячеистого полотна измельчают и подготавливают для повторного использования.
Еще одним возможным дополнительным этапом способа является запайка торцов ячеистого полотна.
После обрезки кромок ячеистое полотно поступает на устройство запайки кромок. Торцы ячеистого полотна подвергаются запайке при помощи нагревателей П-образного профиля или C-образного профиля или любого другого профиля.
Дополнительным вариантом осуществления предлагаемого способа является способ, при котором экструдирование первой средней пленки, второй средней пленки, верхней пленки и нижней пленки происходит одновременно.
Еще один дополнительный вариант осуществления способа предусматривает, что формирование двойного среднего слоя, верхнего слоя и нижнего слоя происходит одновременно.
Еще в одном варианте осуществления способа, все этапы выполняются непрерывно.