СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСТРУДИРОВАНИЯ И ЭТИКЕТИРОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ
METHOD AND APPARATUS FOR EXTRUDING AND LABELLING CYLINDRICAL PRODUCT

Ссылка на связанную заявку
Датой приоритета для данной заявки является 13.09.2016 (дата подачи заявителем европейской заявки ЕР 16188491.1, содержание которой полностью включено в данное описание посредством ссылки).
Область техники
Изобретение относится к области туб или цилиндров, а более конкретно - к области изготовления упаковочных туб для жидких или вязких продуктов (таких как зубные пасты и крема), юбка у которых сформирована посредством экструзии.
Гибкие упаковочные тубы обычно состоят из двух отдельных частей, а именно из так называемой юбки в виде гибкого цилиндрического тела и присоединенной к ней головки, которая имеет горловину и закрывается колпачком. Юбку тубы получают, экструдируя трубчатое тело или сваривая соответствующим образом многослойный лист, который скатывают край с краем или с нахлестом, чтобы сформировать нужное трубчатое тело перед сваркой.
Известны многочисленные способы присоединения головки тубы к концу предварительно экструдированной юбки. Данную головку можно сформовать путем прессования или литья под давлением, а затем соединить с юбкой посредством переформования. Другой способ включает предварительное изготовление головки тубы посредством прессования или литья под давлением с последующим закреплением на юбке с помощью сварки.
После этого сформированная таким образом туба декорируется по периметру юбки, как правило, конечным пользователем тубы, причем для добавления требуемых декоративных элементов обычно применяются методы печати. Если юбку получают экструдированием трубчатого тела, операцию печати выполняют перед или после сборки юбки и головки тубы. Такая операция имеет несколько недостатков, связанных с тем, что она проводится не на плоскости, а на юбке, имеющей трубчатую форму. Обычно для этого требуются более сложный способ и, соответственно, более дорогое оборудование, пониженная производительность и уменьшение технологической гибкости. Для сложных декоративных оформлений, таких как трафаретная печать или термическое декорирование, ограниченная производственная гибкость печатных машин проявляется, например, в требовании повторения операций.
Известен альтернативный способ, согласно которому, чтобы избежать затруднений, связанных с декорированием, предусмотрено нанесение на тубу предварительно напечатанных клейких этикеток. Этикетку сопрягают с пленкой-носителем, обычно изготовленной из полиэтилентерефталата (ПЭТ), от которой этикетку отделяют в процессе ее нанесения на наружную поверхность тубы. Предварительно этикетку покрывают вязким адгезивом, связывающим ее с поверхностью тубы. До нанесения этикетки на тубу слой адгезива защищен пленкой-носителем.
Например, способ, описанный в патентной заявке WO 2007/092652, включает нанесение тонкой этикетки, которая до своего применения по назначению не приклеена к пленке-носителю. Согласно данному способу срабатывание пленки, т.е. активирование слоя адгезива, происходит одновременно с наложением этикетки на поверхность тубы. Вариант этого способа включает нанесение слоя адгезива на этикетку во время такого наложения. В другом варианте предусмотрено нанесение слоя адгезива на поверхность тубы до наложения этикетки. Однако способ, описанный в WO 2007/092652, имеет несколько недостатков. Добавление слоя адгезива посредством распределения его по площади одновременно с наложением этикетки или добавление операции его активирования приводит к усложнению производственного процесса, особенно когда этикетку накладывают в случае использования непрерывной линии экструдирования туб (см. фиг. 2 в WO 2007/092652). Другой недостаток связан с тем, что для данного способа необходимы очень короткие периоды активирования слоя адгезива, а это может ограничить выбор адгезивов, сведя его к дорогим вариантам. Следующий недостаток относится непосредственно к упаковке. Поскольку этикетка, наложенная на поверхность тубы, не является интегральной частью стенки упаковки, иногда кромки этикетки видны или прощупываются, что отрицательно сказывается на декоративных и эстетических свойствах упаковки.
В патентной заявке ЕР 0457561 описаны способ и устройство для изготовления экструдированных трубчатых тел, поверхность которых ламинирована пленкой. Данный способ включает формирование первого трубчатого тела из пленки, внутри которого экструдируют подстилающий компонент (материал), вытягивают этот материал в радиальном направлении и запрессовывают его на трубчатом теле. Данный способ также имеет несколько недостатков. Первый из них связан с тем, что трубчатое тело, внутри которого приходится экструдировать подстилающий материал, сформировано из пленки. Для этой операции требуется достаточно большой диаметр тубы, чтобы в процессе ее изготовления в нее можно было вставить инструменты, необходимые для экструдирования подстилающего материала и вытягивания его в радиальном направлении. Известный способ, предложенный в данном документе, не позволяет изготовить тубы маленького диаметра, конкретно, тубы с диаметром менее 35 мм. Кроме того, в ЕР 0457561 предлагается внутренняя калибровка диаметра тубы. В дополнение к этим размерным ограничениям, данный способ имеет недостаток, проявляющийся в виде небольших отклонений наружного диаметра тубы. Эти отклонения, зависящие от степени постоянства производительности экструдера, могут приводить к дефектам декоративного оформления. Конкретно, чтобы это оформление было высококачественным, необходимо на наружной поверхности трубчатого тела точно состыковать кромки декоративной пленки. Однако упомянутые колебания скорости экструзии приводят к изменениям наружного диаметра трубчатого тела, увеличивающим или уменьшающим расстояние между кромками декоративной пленки, и, соответственно, к появлению дефектов, различимых визуально и находящихся у стыка между этими кромками.
Подобные недостатки выявлены также в способах и устройствах, описанных, например, в патентных заявках DE 1504918 и DE 102006006993.
Патент US 4261777 описывает способ и устройство для производства полой синтетической конструктивной секции, по меньшей мере одна сторона которой, покрытая однослойной пленкой, имеет плоскую поверхность. Пленка может быть выполнена из бумаги, металла или из синтетического материала. Таким образом, в устройстве пленка накладывается на плоскую поверхность конструктивной секции, и к сформированной конструктивной секции предпочтительно прикладывается вакуум, тогда как в самой секции поддерживается атмосферное давление, чтобы прижать ее к пленке. Формируемые при этом профили являются не цилиндрическими, а прямоугольными и имеющими указанную однослойную пленку по меньшей мере на одной плоской стороне. Поэтому пленка не должна соответствовать какой-то особой форме, так что достаточно просто размотать ее и наложить на нужную плоскую поверхность. Если желательно нанести пленку на две плоские поверхности конструктивной секции, разматывают две пленки и по отдельности наносят на соответствующие поверхности этой секции.
В заявке ЕР 0182763 описаны способ и система для производства тубы из экструдируемого материала, окруженного металлической пленкой. Согласно этому способу сначала формируют тубу, которую затем вводят в модуль, где ее окружают металлической пленкой. Данная пленка содержит слой адгезива, и для получения готового продукта сборку туба-пленка ламинируют.
В заявке JP 2001226476 описаны изделия, изготовленные из полиэстерных композиций.
Заявка DE 3920854 описывает экструдированные профили из пластика, в частности поверхности рам для стекол или дверей с деревянными декоративными деталями. Экструдированную конструктивную секцию прикрепляют к пленке и к деревянной поверхности с определенной зернистостью. Конструктивная секция имеет Т-образную форму, а ее поверхности, на которые накладывают пленку, являются плоскими. В используемой для этого машине пленку наносят на требуемые плоские поверхности после того, как будет экструдирована соответствующая секция, а затем сборку секция-пленка калибруют и охлаждают, чтобы получить конечный продукт. Поскольку поверхности, на которые наносится пленка, являются плоскими, нет необходимости в формовании пленки; достаточно размотать ее и нанести на соответствующую поверхность.
В международной заявке WO 2015/159234, поданной заявителем настоящего изобретения, описаны способ и устройство для экструдирования и этикетирования упаковочной тубы, полученной экструдированием. Эта публикация полностью включена в данное описание посредством ссылки.
Описанный в данной публикации способ позволяет обеспечить экономичное и гибкое декорирование юбок экструдированных туб. Он состоит в объединении операций экструдирования и этикетирования и завершается получением декорированного трубчатого тела. Этикетка формируется декоративной пленкой, содержащей по меньшей мере два слоя. Эта пленка интегрируется в упаковку в процессе экструзии трубчатого тела в расплавленном состоянии, так что наружная поверхность декорированной упаковки формирует непрерывную поверхность без каких-либо резких границ. Благодаря способу, раскрытому в указанной публикации, декоративная пленка, в отличие от этикетки обычного типа, добавляемой к уже сформированной упаковке, образует интегральную часть упаковки.
Согласно WO 2015/159234 декоративная пленка, которая формирует всю или часть наружной поверхности трубчатого тела, предпочтительно приваривается к трубчатому телу благодаря теплу, выделяемому экструдированной смолой. В одном варианте декоративная пленка вступает в контакт с расплавленным экструдатом до начала фазы охлаждения и до операции калибровки.
Способ согласно WO 2015/159234, представляющий собой результат комбинирования процессов экструдирования и этикетирования, состоит из приведения этикетки, окружающей трубчатое тело в расплавленном состоянии, в контакт с этим телом, предпочтительно после операции придания пленке трубчатой геометрии. Чтобы получить декорированную экструдированную тубу, результирующую многослойную трубчатую структуру соответствующим образом калибруют и охлаждают.
В одном варианте способ по WO 2015/159234 включает первую операцию придания пленке частично или полностью трубчатой геометрии, за которой следует вторая операция экструдирования трубчатого тела в расплавленном состоянии, а за ней третья операция, которая состоит в приведении наружной поверхности трубчатого тела, находящегося в расплавленном состоянии, в контакт с (вогнутой) внутренней поверхностью этикетки. Завершающая четвертая операция (операция калибровки) состоит в наложении наружной поверхности этикетки, предназначенной для формирования наружной поверхности тубы, на внутреннюю поверхность калибровочного элемента. Третью операцию проводят, используя перепад давления между внутренней и наружной поверхностями трубчатого тела, а четвертую - используя перепад давления между внутренней и наружной поверхностями тубы.
Следовательно, способ согласно WO 2015/159234 предусматривает изготовление экструдированного трубчатого тела, снабженного декоративной пленочной этикеткой, которая может образовывать всю его наружную поверхность. Таким образом, трубчатое тело при прохождении через калибровочный элемент и, далее, через последовательные охлаждающие емкости полностью заключено в этикетку. В результате расплавленный материал не соприкасается с холодными компонентами, что способствует улучшению эстетических характеристик внешнего вида готовой упаковки и ее стойкости по отношению к ударным нагрузкам и растрескиванию под действием напряжений.
Согласно WO 2015/159234 первый перепад давления используют для приведения в контакт трубчатого тела и этикетки. Этот первый перепад давления проявляет свое воздействие по меньшей мере между экструдатом, выходящим из сопла экструдирующего устройства, и зоной контакта, образующейся между внутренней поверхностью пленки и наружной поверхностью экструдата. Первый перепад давления помогает предотвратить захват воздушных пузырьков между этикеткой и наружной поверхностью трубчатого тела. Согласно одному из вариантов изобретения перепад давления создается положительным давлением воздуха внутри тубы. Альтернативный вариант создания этого перепада давления включает образование камеры пониженного давления, находящейся между экструдером и калибровочным элементом. Согласно одному из вариантов трубчатое тело и этикетку приводят во взаимный контакт сразу же после придания пленке трубчатой геометрии.
Согласно варианту предлагаемого способа пленке придают трубчатую форму одновременно с раздуванием материала трубчатого тела до его контактирования с внутренней поверхностью пленки. В этом варианте плоскость контакта (плоскость, образованная зоной контакта) пленки с трубчатым телом наклонена относительно оси тубы в отличие от известного способа, согласно которому данная плоскость всегда перпендикулярна оси тубы.
Второй перепад давления эффективно используется, чтобы прижать наружную поверхность тубы к внутренней поверхности калибровочного элемента и, тем самым, предотвратить уменьшение размеров тубы во время охлаждения. Данная операция, т.е. калибровка, позволяет точно задать наружный диаметр тубы. В способе согласно WO 2015/159234 наружная поверхность тубы формируется этикеткой, перемещающейся со скольжением по внутренней поверхности калибровочного элемента. Затем тубу охлаждают и отрезают, используя для этого обычные способы.
Тем не менее, было установлено, что известные способы могут быть улучшены, чтобы повысить качество получаемых изделий и уменьшить производственные дефекты.
Определения
В данном тексте термин "нанесение этикетки/этикетирование" будет означать прикрепление к тубе пленки, причем пленка именуется также "декоративной пленкой" или "этикеткой". Термин "декоративное оформление" означает присутствие на пленке элемента, который различим визуально и используется для информативных и/или эстетических целей.
Термин "трубчатое тело" используется для обозначения экструдированного материала в расплавленном состоянии, который прижимают к декоративной пленке.
Термин "туба" используется для обозначения изделия, сформированного декоративной пленкой и экструдированным материалом. Данный термин применим с момента, когда экструдированное тело оказывается прижатым к декоративной пленке.
Раскрытие изобретения
Соответственно, одна из задач, на решение которой направлено изобретение, состоит в усовершенствовании способов получения туб, снабженных этикеткой.
Другая задача состоит в разработке способа (усовершенствованного по сравнению со способом, известным из WO 2015/159234) изготовления тубы путем экструзии, внутри этикетки, тела трубчатой формы, позволяющего получить улучшенные изделия по сравнению с изделиями, изготовленными этим известным способом.
Теория, положенная в основу способа по изобретению, сходна с описанной в публикации WO 2015/159234, содержание которой включено в данное описание посредством ссылки; однако, как будет описано далее, в предлагаемый способ внесены важные модификации.
В одном своем аспекте изобретение предлагает способ экструдирования и этикетирования упаковочной тубы, включающий следующие операции, выполняемые последовательно на экструзионной/этикетировочной линии:
a) формируют из пленки в формующем входном компоненте этикетку, имеющую частично или полностью трубчатую форму;
b) вводят этикетку в калибровочный элемент;
c) экструдируют, посредством экструзионной головки, трубчатое тело со стороны вогнутой поверхности этикетки и
d) приводят наружную поверхность трубчатого тела в контакт с вогнутой поверхностью этикетки.
При этом этикетка содержит по меньшей мере один слой, который имеет точку плавления, по меньшей мере на 20°С превышающую точку плавления экструдированного трубчатого тела.
В одном варианте операцию d) осуществляют посредством струи воздуха.
Согласно одному варианту на операции d) используют также первый перепад (ΔР1) давления, который создают между внутренней и наружной сторонами трубчатого тела. Принимая, что наружная поверхность трубчатого тела находится при атмосферном давлении, этот первый перепад давления создают путем повышения давления в трубчатом теле, т.е. путем создания в трубчатом теле давления, превышающего атмосферное.
Согласно варианту изобретения созданию первого перепада (ΔР1) давления способствует первая пробка, находящаяся по направлению струи воздуха за формующим входным компонентом и по меньшей мере частично препятствующая выходу воздуха через внутренний объем трубчатого тела.
В одном варианте первый перепад давления обеспечивается также путем управления выходом воздуха через экструзионную головку перед формующим входным компонентом.
В другом варианте первая пробка удерживается внутри тубы магнитными силами.
Еще в одном варианте первая пробка установлена за средствами для приложения к тубе тянущего усилия.
В следующем варианте во время стартовой фазы способа к экструзионной головке присоединена вторая пробка.
В одном варианте по завершении стартовой фазы вторую пробку отсоединяют от экструзионной головки и транспортируют, посредством движущейся тубы, до ее упора в первую пробку или в иное подходящее для этого средство.
При этом первый перепад (ΔР1) давления облегчает перемещение тубы средствами для приложения тянущего усилия.
В одном варианте между внутренней и наружной сторонами тубы создают второй перепад (ΔР2) давления.
В конкретном варианте второй перепад (ΔР2) давления создают путем уменьшения давления в вакуумирующей емкости таким образом, что внешнее давление становится ниже, чем давление в тубе.
Совместное использование первого перепада (ΔР1) давления в зоне трубчатого тела и второго перепада (ΔР2) давления в зоне тубы позволяет уменьшить вариации диаметра тубы. Более конкретно, в предпочтительном варианте изобретения давлением внутри трубчатого тела (превышающим атмосферное давление) и давлением снаружи тубы (более низким, чем атмосферное давление) управляют на протяжении всего процесса изготовления тубы. Управление внутренним (более высоким) и внешним (более низким) давлениями позволяет устранить влияние вариаций атмосферного давления по ходу производственного процесса и, благодаря этому, гарантировать очень малые вариации диаметра изготавливаемых туб. В известных экструдирующих устройствах контролируется только давление снаружи тубы или внутри нее, что делает способ чувствительным к вариациям атмосферного давления. Чтобы предотвратить вариации диаметра тубы, в известные экструдирующие устройства вводят системы регулировки давления, основанные на непрерывном измерении диаметра тубы. Изобретение позволяет избавиться от этих дорогостоящих регулирующих устройств за счет прямой регулировки давления внутри и снаружи тубы.
Тубы изготавливаются способом согласно изобретению с очень высокой точностью, в частности, в отношении их диаметра. В процессе изготовления были проведены измерения вариаций диаметра туб, и было обнаружено, что эти вариации являются очень малыми. В числовом выражении эти малые вариации характеризуются стандартным отклонением менее чем 0,05 мм, предпочтительно менее чем 0,02 мм.
В одном варианте операцию с) осуществляют в калибровочном элементе.
В следующем варианте калибровочный элемент охлаждают.
Еще в одном варианте калибровочный элемент имеет контактную поверхность, обеспечивающую снижение трения для этикетки.
В другом варианте поверхность соприкосновения калибровочного элемента и этикетки не смазывают или по меньшей мере смазывают частично или выполняют текстурированной.
В одном варианте указанную поверхность соприкосновения смазывают по меньшей мере охлаждающей водой.
В одном конкретном варианте для смазывания и охлаждения используют по меньшей мере частично деминерализованную воду.
В одном своем варианте воду, используемую для смазывания и охлаждения, получают посредством осмоса.
В другом варианте осуществляют регулировку натяжения этикетки перед формующим входным компонентом.
В следующем варианте тубу подвергают обработке, например термообработке, с целью оптимизировать степень ее округлости.
В одном варианте кромки этикетки расположены с взаимным примыканием.
В другом варианте кромки этикетки расположены с взаимным наложением.
В одном своем аспекте изобретение относится к устройству (т.е. к машине) для осуществления описанного способа. Данная машина содержит: по меньшей мере одно устройство, способное формировать из пленки этикетку, имеющую частично или полностью трубчатую форму; экструдирующее устройство, содержащее экструзионное сопло для формирования трубчатого тела со стороны вогнутой поверхности этикетки, и калибровочный элемент При этом экструзионное сопло расположено внутри калибровочного элемента.
Машина содержит также по меньшей мере одно нагнетательное средство, направляющее струю сжатого воздуха в экструдированное трубчатое тело, чтобы привести его в контакт с вогнутой поверхностью сформованной этикетки.
Кроме того, машина дополнительно содержит первую пробку, которая по меньшей мере частично блокирует выход воздуха через внутренний объем трубчатого тела. Данная пробка удерживается в устройстве в фиксированном положении, несмотря на продольное движение трубчатого тела, формируемого в устройстве.
В одном своем варианте устройство содержит магнитную втулку, которая фиксирует первую пробку.
В одном конкретном варианте первая пробка содержит магнитное средство, взаимодействующее с магнитной втулкой, чтобы удерживать ее в фиксированном положении.
В другом варианте устройство содержит вторую, так называемую "стартовую", пробку, присоединенную к нагнетательному средству и по меньшей мере частично блокирующую выход сжатого воздуха, обеспечивая возможность раздувания экструдированного тела в ходе стартовой операции процесса изготовления.
В конкретном варианте вторая пробка содержит по меньшей мере одну фиксированную или отводимую шайбу.
Согласно одному предпочтительному варианту после завершения запуска производственного процесса вторая пробка отсоединяется от нагнетателя и транспортируется, посредством движущейся тубы, до ее упора в первую пробку, которая удерживается в фиксированном положении на протяжении всего процесса изготовления.
В другом варианте первая пробка, поддерживающая давление в экструдированной тубе, является плавающей пробкой, удерживаемой в машине в фиксированном положении посредством наружного средства.
В одном варианте первая пробка является магнитной пробкой, а машина содержит магнитную втулку, фиксирующую пробку, несмотря на движение тубы.
Еще в одном варианте первая пробка содержит по меньшей мере одну шайбу.
В следующем варианте машины между внутренней и наружной сторонами трубчатого тела может быть создан первый перепад (ΔР1) давления, т.е. повышенное давление, а между внутренней и наружной сторонами тубы может быть создан второй перепад (ΔР2) давления, т.е. пониженное давление.
Согласно одному варианту первым перепадом (ΔР1) и вторым перепадом (ΔР2) давления можно управлять на протяжении всего процесса изготовления тубы, чтобы уменьшить вариации диаметра изготовляемой тубы.
В одном своем аспекте изобретение относится к упаковочной тубе, полученной вышеописанным способом.
Желательно, чтобы этикетка была тонкой по сравнению с толщиной стенки экструдированного трубчатого тела.
В одном своем варианте туба, состоящая из этикетки и экструдированного тела, подвергается термообработке с целью оптимизировать степень ее округлости.
Этикетка предпочтительно представляет собой многослойную пленку с внутренним и наружным слоями. Когда она приводится в контакт с материалом экструдируемого тела, находящимся в расплавленном состоянии, поверхность пленки, т.е. граница раздела с трубчатым телом, нагревается до температуры, позволяющей трубчатому телу привариться к декоративной пленке. Согласно предпочтительному варианту все требуемое для этого тепло обеспечивается трубчатым телом. Как следствие малой толщины пленки этикетка охлаждается на выпуклой наружной поверхности тела уже во время операции сварки. Эффективность охлаждения обеспечивается контактом наружной поверхности этикетки с внутренней поверхностью калибровочного элемента или контактом с водой. Одновременность охлаждения этикетки и операции сварки помогает сохранить качество декоративного оформления, а также такие свойства поверхности этикетки, как глянец, матированный эффект, шероховатость и другие подобные качества.
Этикетка предпочтительно интегрирована в стенку упаковки и покрывает всю наружную поверхность трубчатого тела.
Согласно варианту изобретения этикетка образует только часть боковой поверхности трубчатого тела, а ее кромки заглублены в экструдированную смолу, так что наружная поверхность трубчатого тела является непрерывной.
Предусмотрена возможность посредством этикетки обеспечить для упаковки декоративное оформление. Кроме того, посредством этикетки можно придать упаковке поверхностные свойства, создающие желаемое тактильное ощущение. Другими словами, изобретение позволяет покрыть поверхность упаковки другими материалами, экструдировать которые невозможно или затруднительно, такими как бумага, ткани, мягкие на ощупь модификации смолы и другие подобные вещества. Эти свойства могут быть полезными для маркировки или для формирования защитного элемента.
Преимуществом этикетки является возможность придать ей барьерные свойства. Соответствующий вариант изобретения не применяет для получения трубчатого тела устройство, осуществляющее коэкструзию.
К другим преимуществам изобретения относится облегчение экструдирования тех сортов смолы, экструдировать которые затруднительно из-за проявляемого ими эффекта прерывистого скольжения во время калибровки или из-за дефектов поверхности, или из-за разрывов экструдата.
Изобретение можно использовать также для повышения производительности, поскольку в данном случае расплавленный материал больше не вступает в прямой контакт с поверхностью калибровочного элемента. Именно устранение имеющегося в обычном экструзионном процессе трения между расплавленным материалом и калибровочным элементом позволяет увеличить производительность.
Упаковка, полученная посредством предлагаемого способа, обеспечивает очень сильное сцепление между этикеткой и трубчатым телом. В отличие от известных упаковок, выполняемых с использованием клейкой этикетки, в данном случае риск отклеивания этикетки исключен.
Кроме того, изобретение позволяет производить декорированные тубы как маленького, так и большого диаметра и обеспечивает очень большую гибкость, так что может быть использовано в новых производственных средствах и для модификации существующего экструзионного оборудования.
Как указано в прилагаемой формуле, изобретение предлагает также экструзионную/этикетировочную машину (экструзионное/этикетировочное устройство).
Согласно предпочтительному варианту такая машина содержит:
- средство для экструдирования трубчатого тела из расплавленного материала,
- вакуумированную емкость для охлаждения и калибровки,
- средства транспортировки охлажденной тубы,
- средство для обрезки пленки или ее скатывания и средство для раскатывания пленки,
- S-образный формующий компонент, установленный между экструзионной головкой и вакуумированной калибровочной емкостью,
- средство для создания первого перепада давления между внутренней и наружной сторонами экструдированного трубчатого тела, и
- средство для создания второго перепада давления между внутренней и наружной сторонами тубы, когда она проходит через вакуумированную калибровочную емкость.
В предпочтительном варианте этикетку пропускают через S-образный формующий компонент, установленный между экструзионным соплом и калибровочным элементом. Наличие формующего компонента такого типа означает, что через экструзионные средства этикетка не проходит, чем предотвращается повреждение декоративной пленки. Согласно изобретению S-образный формующий компонент помогает расположить данные средства внутри трубчатой структуры, сформированной пленкой. Применение S-образного компонента желательно по нескольким причинам. Он предотвращает контакт между пленкой и горячими частями экструдирующего устройства, а его компактный размер позволяет уменьшить длину инструмента, который именуется соплом и находится внутри S-образного компонента. Как следствие, существенно снижаются потери напора и соответственно уменьшается давление, создаваемое потоком расплавленного материала внутри оборудования.
Согласно варианту изобретения сочетание S-образного формующего компонента с перепадом давления между внутренней и наружной сторонами трубчатого тела помогает обеспечить сопряжение трубчатого тела и декоративной пленки внутри данного компонента. Одно из преимуществ этого варианта заключается в возможности позиционировать S-образный компонент вблизи экструзионной головки, чтобы осуществить воздействие на трубчатое тело сразу после его выхода из экструдирующего устройства. Трубчатое тело приводят в контакт с пленкой, которая скользит по S-образному компоненту, перемещая при этом трубчатое тело. Главным преимуществом являются компактные размеры S-образного компонента, образующего вход, позволяющие легко поместить его между экструзионной головкой и калибровочным элементом.
Другой вариант изобретения предусматривает экструдирование трубчатого тела, содержащего смолу, включающую расширяющие (газообразующие) агенты. Назначение этих агентов состоит в обеспечении раздувания трубчатого тела в расплавленном состоянии, чтобы привести наружную поверхность тела, находящегося в расплавленном состоянии, в контакт с внутренней стороной (внутренним слоем) пленки. Таким образом, согласно этому варианту контакт между наружным слоем трубчатого тела и внутренним слоем пленки желательно создать посредством не перепада давления, а газообразующих агентов, содержащихся в смоле. Аналогично, калибровка наружного диаметра предпочтительно происходит под воздействием газообразующих агентов, хотя она и может вызываться перепадом давления между наружной поверхностью трубчатого тела и внутренней поверхностью пленки или комбинацией обоих этих факторов. Последний вариант особенно предпочтителен для уменьшения веса упаковки без отрицательного воздействия газообразующих агентов на ее внешний вид. Фактически, декоративная пленка, формирующая наружную поверхность упаковки, обеспечивает наличие надлежащих декоративных и поверхностных свойств, а применение газообразующих агентов способствует уменьшению количества смолы, используемой для формирования экструдированного трубчатого тела и внутреннего слоя упаковки.
Изобретение не ограничено осаждением пленки на материал трубчатого тела, находящийся в расплавленном состоянии. В другом варианте изобретения предлагается осаждение декоративной пленки на наружную поверхность твердого экструдированного тела, содержащего газообразующие агенты. Например, декоративную пленку осаждают на наружную поверхность экструдированного цилиндрического тела, содержащего газообразующие агенты. В результате увеличения объема цилиндрического тела у выпускного отверстия экструдирующего устройства внутренний слой пленки приходит в контакт с наружной поверхностью экструдированного тела. Одновременно с этим или последовательно, при прохождении тела через калибровочный элемент и охлаждающую емкость корректируется наружный диаметр декорированного цилиндрического тела. Этот вариант изобретения особенно предпочтителен для изготовления деталей упаковки, таких как синтетические пробки, используемые в стеклянных бутылках. Важным рынком для данного варианта является рынок вина. При этом для оптимизации пробки данного типа может потребоваться дифференциация поверхностных свойств (скольжение, герметичность, декорирование) и свойств самой пробки (особенности контакта с вином, эластичность, способность сжиматься, прочность).
Декоративная пленка может наноситься на экструдированные тела с круглым, овальным или квадратным сечением или с более сложной геометрией.
Краткое описание чертежей
Изобретение станет более понятным из нижеследующего описания его вариантов со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 представлена блок-схема варианта способа согласно изобретению.
Фиг. 2 схематично, на виде сбоку, иллюстрирует экструзионную машину (экструдер) согласно изобретению.
На фиг. 3 вариант изобретения показан на частичном виде.
На фиг. 4 показана часть варианта изобретения.
На фиг. 5 представлена, в сечении, туба, полученная с использованием изобретения.
На фиг. 6 представлена туба, которая получена с использованием способа по изобретению и у которой кромки декоративной пленки заглублены в трубчатое тело.
На фиг. 7 показана, в увеличенном масштабе, часть фиг. 6.
Фиг. 8 - это частичный вид, в сечении, тубы, на поверхности которой имеется декоративная пленка, у которой заглубленные в трубчатое тело кромки расположены очень близко одна к другой.
На фиг. 9 представлен вариант тубы, содержащей декоративную пленку, кромки которой расположены очень близко одна к другой. Согласно этому варианту кромки находятся во взаимном контакте, так что наружная поверхность тубы имеет гладкую наружную поверхность без разрывов.
Осуществление изобретения
Фиг. 1 иллюстрирует вариант способа по изобретению посредством блок-схемы, на которой отмечены операции способа.
На первой операции (1) декоративную пленку (из которой будет сформирована этикетка) разматывают (раскатывают) из рулона, что является обычным способом подготовки декоративных пленок рассматриваемого типа для туб рассматриваемого типа.
В способе согласно изобретению далее следует вторая (возможно, опционная) операция (2), на которой на декоративной пленке производится печатание. Запечатывание декоративной пленки может осуществляться любыми известными методами плоской печати, включающими, например (не ограничиваясь ими): флексографию, трафаретную печать, гелиогравирование, типографскую печать, офсетную печать, горячее и холодное тиснение фольгой или же цифровую печать в комбинации с этими печатными технологиями. Целесообразно использовать цифровую печать, обеспечивающую требуемую гибкость и быстрые изменения рисунка. Поверх печати может наноситься защитный лак.
На третьей (также опционной) операции способа согласно изобретению осуществляют термообработку декоративной пленки. Эта операция, по существу, состоит в нагреве пленки до температуры между 60 и 160°С. Конкретная температура зависит от структуры используемых пленок и смол. Используемая температура термообработки предпочтительно ниже, чем точка плавления пленки. Если пленка является многослойной, она, как правило, содержит слой, имеющий, по возможности, низкое термосопротивление, который определяет температуру обработки. Например, применительно к декоративной пленке с многослойной структурой из комбинации полиэтилентерефталата и полиэтилена (ПЭТ/ПЭ) температура термообработки составляет менее 120°С. В качестве примера, устройство для осуществления термообработки заставляет пленку проходить через валик, которому придается требуемая температура термообработки. С поверхностью горячего валика предпочтительно приводится в контакт незапечатанная поверхность пленки. За этим валиком может быть установлен второй валик, чтобы охладить пленку перед проведением операции (4). Термообработка (опционная операция (3)) используется, чтобы ослабить любые напряжения, которые могут присутствовать в пленке после операции печати и формирования декоративной пленки. Термообработка может использоваться также, чтобы уменьшить трение между пленкой и формующими средствами (на операции 7) и пленкой и средствами калибровки (на операциях 8 и 9). Действительно, термообработка может приводить к улучшению сушки или образования поперечных связей в распечатанном слое.
С процессом разматывания пленки связана четвертая операция (4) (возможно, также опционная), в ходе которой производится обрезка одной или обеих продольных кромок неразмотанной пленки. Эта операция обеспечивает прецизионное согласование размеров пленки с размерами изготовляемой тубы, например, с целью сформировать на пленке по меньшей мере одну референтную кромку или, напротив, удалить одну кромку (или обе кромки), которые могли бы быть повреждены, и, тем самым, устранить риск, связанный с транспортированием и обращением с рулонами пленки.
На следующей операции (5) осуществляют точное позиционирование пленки и регулировку ее натяжения с учетом того, что ей потребуется придать на следующей операции (6) трубчатую геометрию (см. фиг. 1). Натяжение является важным параметром для того, чтобы получить требуемую трубчатую геометрию при отсутствии внутренних напряжений в декоративной пленке 12 и, соответственно, без последующей деформации пленки, когда ей будет придана геометрия этикетки.
Параллельно с этим, на операции (7), формируют трубчатое тело 13 путем его экструдирования внутрь декоративной пленки 12, которой была придана трубчатая геометрия (см. фиг. 3).
Согласно изобретению трубчатое тело 13 экструдируют непосредственно в пленку 12, которая уже имеет трубчатую форму; соответственно, операция (8) предусматривает приведение наружной поверхности экструдируемого тела 13 в контакт с внутренней поверхностью (с внутренним слоем) пленки 12 в форме трубки.
На следующей операции (9) производят калибровку пленки 12 и экструдированного трубчатого тела 13, образующего тубу 14, в калибровочном элементе 22, чтобы зафиксировать окончательный диаметр изделия и провести его охлаждение внутри калибровочного элемента.
Следующая операция (10) состоит в продолжении охлаждения сформированной и прокалиброванной тубы 14. На этой операции может оказаться полезным использовать дополнительные корректирующие элементы, чтобы добиться оптимально круглого сечения тубы. Эти корректирующие элементы изменяют форму тубы в процессе операции охлаждения. Более конкретно, трубчатое тело охлаждают в течение контролируемого периода времени, если геометрия тела не является точно круглой. Это позволяет противодействовать любым влияниям на круглую форму со стороны разрыва непрерывности этикетки, пока ее кромки не соединены.
На опционной операции (11) туба 14 проходит термообработку, которая способствует оптимизации ее круглой формы. Эту обработку осуществляют при температуре, которая зависит от природы экструдированной смолы. При использовании полиэтилена температура термообработки обычно составляет 60-100°С. Температура обработки зависит также от толщины тубы и от времени прохождения тубы через обрабатывающее устройство. Эту термообработку обычно осуществляют путем проведения тубы через ванну с горячей водой.
На следующей операции (12) тубу транспортируют в продольном направлении.
Операции (8)-(12) осуществляют с использованием перепадов давления (повышенного и/или пониженного давлений), чтобы придать тубе 14 ее окончательную конфигурацию, как это будет пояснено далее.
Наконец, когда все названные операции будут выполнены, сформованную тубу, в зависимости от операций, которые были выполнены, и от того, в каком виде требуется получить готовые изделия (индивидуальные или неиндивидуальные тубы, в форме рулона и т.д.) тубу 14 отрезают (операция 13) с приданием ей нужной длины или скатывают.
На фиг. 2 показана, на виде сбоку, производственная машина согласно изобретению, обеспечивающая осуществление способа по изобретению. Теория функционирования данной машины аналогична соответствующей теории, описанной в заявке WO 2015/159234, содержание которой, касающееся общих характеристик данной машины и принципа ее работы, включено в данное описание посредством ссылки.
В машину подают, с одной стороны, декоративную пленку 12, которая, например, первоначально скатана в рулон 19. Разумеется, эта пленка может поступать в какой-то другой подходящей форме. Декоративная пленка 12 проходит через серию валиков, один из которых является приводным валиком 15, обеспечивающим активное сматывание пленки с оптимальным натяжением. За приводным валиком 15 находится создающая натяжение ветвь 16, которая позволяет поддерживать в декоративной пленке 12 перед тем, как она войдет в машину через S-образный формующий вход 20, постоянное натяжение. Чтобы уменьшить силы, действующие на декоративную пленку, ее натяжение у формующего входа является регулируемым. Более конкретно, скорость вращения приводного валика 15 регулируется положением создающей натяжение ветви 16, находящейся между этим валиком и входом 20. Масса данной ветви 16 настраивается в зависимости от требуемого натяжения декоративной пленки 12.
Названные компоненты экструзионной/этикетировочной машины осуществляют описанные операции 1-6 способа (см. фиг. 1).
На входе машины имеется также экструдер с экструзионной головкой 24 и экструзионным соплом 27, через которое на операции 7 способа по изобретению (см. фиг. 1) выводится материал, используемый для изготовления тубы.
В охлаждающей и вакуумирующей емкости 21 находится калибровочный элемент 22, сквозь который проходят декоративная пленка 12, которой придана трубчатая геометрия, и находящееся внутри пленки экструдированное тело (операции 8 и 9 способа). Полученную в результате тубу 14 охлаждают и транспортируют в направлении 38. За пределами емкости 21 тубу перемещают посредством конвейера 17 или другого эквивалентного средства, обеспечивающего продвижение полученной тубы 14 с требуемой скоростью.
Следующая рабочая станция по ходу рабочего цикла машины содержит магнитную втулку 39, которая охватывает тубу 14, и первую, магнитную пробку 26, которая оказывается внутри тубы 14. Как будет пояснено далее, эта пробка используется для поддержания давления внутри тубы 14 в процессе ее изготовления. Когда туба перемещается по ходу рабочего цикла машины, пробка 26 удерживается зафиксированной внутри втулки 39 под действием магнитных сил. Через 33 обозначен круговой резак, который используется для нарезания индивидуальных туб с размерами, требуемыми для производственного цикла. Через 34 обозначены готовые тубы, имеющие требуемую длину и декоративную пленку на своей наружной поверхности.
На фиг. 3 иллюстрируются конструктивные детали в зоне экструзионного сопла 27, установленного на входе экструзионной/этикетировочной машины. В левой части этого чертежа показано, как декоративная пленка 12, которой придана трубчатая геометрия, вводится в калибровочный элемент 22. В калибровочном элементе находится экструзионное сопло 27, на выходе из которого, внутри декоративной пленки 12, имеющей трубчатую геометрию, формируется трубчатое экструдированное тело 13. Внутри сопла 27 находится нагнетатель 28, обеспечивающий создание струи 36 воздуха. Эта струя приводит в контакт наружную поверхность экструдированного трубчатого тела 13 с внутренней поверхностью декоративной пленки 12. Интенсивность струи воздуха оптимизируется заданием расхода воздуха и геометрией нагнетательной щели 30. Если интенсивность струи воздуха недостаточна, контакт между экструдированным трубчатым телом 13 и декоративной пленкой 12 становится нерегулярным - между экструдированным телом и декоративной пленкой оказываются захваченными небольшие пузырьки воздуха. Эти пузырьки ухудшают конечные эстетические характеристики тубы, так что рассматриваются как дефекты: Поэтому их появление следует, по возможности, предотвращать. Следовательно, чтобы предотвратить возникновение таких пузырьков воздуха, производится оптимизация интенсивности струи воздуха, в основном, с учетом реологии экструдированного тела, толщины его стенки и линейной скорости этикетировочного процесса.
У нагнетателя 28 имеются по меньшей мере одна нагнетательная щель 30 и вторая пробка 29, именуемая стартовой пробкой. Шайбы 31 стартовой пробки 29 уменьшают проходное сечение для воздуха, движущегося в направлении 38, и обеспечивают раздувание экструдированного тела при запуске производственного процесса. Диаметр шайб 31 задан немного меньшим, чем внутренний диаметр трубчатого тела 13, чтобы предотвратить контакт этих шайб с материалом трубчатого тела 13, находящегося на этой стадии в расплавленном состоянии. В альтернативном варианте у стартовой пробки 29 имеется устройство для втягивания шайб 31. В момент запуска процесса шайбы 31 блокируют внутреннюю полость трубчатого тела 13, чтобы раздуть его. По завершении процесса запуска шайбы 31 деформируют или втягивают, или смещают, чтобы уменьшить их эффективный размер в радиальном направлении и предотвратить их контакт с материалом трубчатого тела 13 в расплавленном состоянии.
Как это проиллюстрировано на фиг. 4, чтобы поддерживать требуемое давление в сформованной тубе за второй (стартовой) пробкой 29, используют первую, магнитную пробку 26. Эта магнитная пробка находится внутри трубчатого тела 13, стенка которого уже затвердела (как показано на фиг. 2, пробка 26 расположена ближе к выходу машины). Целесообразно поместить магнитную пробку 26 внутрь трубчатого тела 13 за охлаждающей и вакуумирующей емкостью 21. Согласно предпочтительному варианту изобретения магнитная пробка 26 находится внутри трубчатого тела за приводным конвейером 17 и перед круговым резаком 33. Разумеется, возможны и другие функционально эквивалентные варианты ее позиционирования.
Магнитная пробка 26 содержит по меньшей мере один магнит и одну шайбу, предпочтительно группу магнитов 37 и группу шайб 31, чтобы ограничить и/или предотвратить утечку сжатого воздуха, присутствующего внутри тубы, в направлении экструдирования. В предпочтительном варианте магнитная пробка 26 блокирует утечку воздуха в направлении 38 движения тубы. С этой целью эта пробка взаимодействует с магнитной втулкой 39, также содержащей магниты 37, чтобы удерживаться в стабильном и фиксированном положении относительно втулки 39. В этом предпочтительном варианте изобретения магниты 37 магнитной пробки 26 и магнитной втулки 39 размещены таким образом, чтобы создать силу отталкивания, действующую между магнитной пробкой 26 и втулкой 39. Параметры пробки 26 и втулки 39 оптимизированы в отношении создания необходимого осевого усилия отталкивания. Магнитная пробка 26 и магнитная втулка 39 могут содержать по нескольку рядов магнитов 37, чтобы увеличить осевую силу. Один вариант изобретения предусматривает применение электромагнитов, чтобы удерживать пробку 26 в требуемом положении во втулке 39, несмотря на линейное движение тубы 14.
Совместное действие струи 36 воздуха, подаваемой нагнетателем 28, и магнитной пробки 26 создает первый перепад ΔР1 давления между внутренней и наружной сторонами трубчатого тела 13. Этот первый перепад давления существует от места формирования экструдированного тела 13 (фиг. 3) вплоть до положения магнитной пробки 26, расположенной перед круговым резаком 33 (фиг. 4). Согласно изобретению указанный перепад ΔР1 давления обеспечивается магнитной пробкой 26, расположенной за формующим входом, который по меньшей мере частично блокирует выход воздуха, чтобы поддерживать этот перепад давления. Данный перепад давления соответствует повышенному давлению по сравнению с давлением снаружи трубчатого тела 13, предпочтительно равным атмосферному давлению. Согласно одному предпочтительному варианту магнитная пробка 26 полностью блокирует тубу и предотвращает выход воздуха с ее задней (по ходу цикла) стороны.
Согласно изобретению перепад ΔР1 давления обеспечивается также благодаря контролируемому выходу воздуха за переднюю сторону формующего входного компонента через экструзионную головку. Поток воздуха, подаваемый нагнетателем 28, предпочтительно выходит через выходной канал 32, расположенный между экструзионным соплом 27 и декоративной пленкой 12.
В одном варианте вторая (стартовая) пробка 29 может быть отделена от нагнетателя 28 по завершении операции запуска, чтобы не создавать риска какого-либо влияния на экструдированную тубу, еще не пришедшую в затвердевшее (и следовательно, стабильное) состояние. Таким образом, после того, как начнется производственный процесс и на тубу, благодаря первой магнитной пробке 26, будет действовать давление, вторая пробка может быть отсоединена, так что она будет переноситься движущейся тубой до тех пор, пока не упрется в первую пробку, которая занимает неизменное положение на протяжении всего дальнейшего производственного цикла. Это устраняет риск появления дефектов в экструдированной тубе на выходе из экструзионного сопла 27. Для крепления и освобождения пробки 29 можно использовать средство любого типа: магнитное, механическое (такое как расцепляемое соединение) и др.
Согласно изобретению второй перепад ΔР2 давления создается в охлаждающей и вакуумирующей емкости 21, причем этот перепад давления обеспечивается понижением давления, т.е. давление снаружи тубы 14 ниже, чем давление внутри нее. Этот перепад ΔР2 давления, который добавляется к перепаду ЛР1 давления, прикладывается в калибровочном элементе 22 после того, как экструдированное тело 13 будет приведено в контакт с декоративной пленкой 12.
Калибровочный элемент 22 охлаждается водой. В предпочтительном варианте этот элемент погружен в созданную в емкости 21 водяную ванну с регулируемой температурой воды. Альтернативный вариант состоит в охлаждении калибровочного элемента 22 путем его опрыскивания. Важным условием стабильности процесса и предотвращения ухудшения качества печати является уменьшение трения между декоративной пленкой 12 и внутренней поверхностью калибровочного элемента 22. Нанесение на поверхность калибровочного элемента 22 "скользких" покрытий, например типа покрытий из политетрафторэтилена (ПТФЭ), позволяет значительно уменьшить силы трения. Дополнительный или альтернативный подход состоит в уменьшении площади контакта за счет применения в качестве внутренней контактной поверхности калибровочного элемента текстурированной поверхности или пропескоструенной поверхности. Важную роль в уменьшении силы трения в калибровочном элементе 22 играет также смазка. Например, для эффективного смазывания интерфейса (по меньшей мере частичного) может эффективно использоваться деминерализованная вода, хотя, разумеется, для этого может быть подобрано и другое эквивалентное вещество. Калибровочный элемент 22 может иметь коническую часть, за которой следует цилиндрическая часть. Коническая форма используется для подстройки геометрии тубы после высыхания этикетки под действием тепла. Применимы и другие варианты геометрии калибровочного элемента, создающие эквивалентный эффект.
Способ и машина согласно изобретению способствуют получению точно круглого сечения тубы 14 (см. фиг. 5), изготавливаемой экструзионным/ этикетировочным методом.
Более конкретно, изобретение позволяет изготавливать тубы типа представленной на фиг. 6.
Изобретение делает возможным получение туб с очень точным выдерживанием диаметра благодаря совместному использованию первого перепада ΔР1 и второго перепада ΔР2 давления. Согласно изобретению в случае первого перепада давления давление внутри трубчатого тела 13 предпочтительно выше, чем атмосферное давление, а в случае второго перепада давления давление снаружи тубы 14 предпочтительно ниже, чем атмосферное давление. Результирующий перепад давления между внутренней и наружной сторонами тубы равен сумме ΔР1 и ΔР2.
Управление внутренним и наружным давлениями позволяет игнорировать колебания атмосферного давления в ходе процесса изготовления и, как следствие, гарантировать очень малые вариации диаметра изготовляемой тубы. Так, для тубы диаметром 35 мм наблюдались очень малые колебания диаметра, соответствующие стандартному отклонению менее 0,02 мм. Этот результат невозможно получить с обычным экструдирующим устройством, в котором, как следствие колебаний атмосферного давления, вариации диаметра могут составлять порядка 0,1 мм. Как было отмечено выше, в известных экструдирующих устройствах контролируется только давление снаружи или внутри тубы, что делает процесс зависящим от колебаний атмосферного давления. Чтобы предотвратить эти вариации диаметра, к обычным экструдирующим устройствам добавляются системы регулировки давления, основанные на непрерывном измерении диаметра тубы. Изобретение позволяет отказаться от этих дорогостоящих регулировочных устройств.
Благодаря изобретению, тубы, изготовленные предложенным способом, являются очень точными; более конкретно, вариации диаметра тубы составляют менее 0,05 мм (предпочтительно менее 0,02 мм) независимо от колебаний атмосферного давления.
Одна из особенностей изобретения состоит в том, что поверхность тубы 14, трущаяся о калибрующие части, является наружной поверхностью декоративной пленки 12, которая не находится в расплавленном состоянии. Это облегчает операцию калибровки наружного диаметра тубы. Трибологические взаимодействия между внутренней поверхностью калибровочного элемента и наружной поверхностью тубы радикально модифицируются по сравнению с известными операциями экструдирования. Таким образом, способ позволяет применять новые экструдируемые материалы или повышать скорость экструдирования.
На фиг. 6 представлена туба 14, изготовленная с применением предлагаемого способа. Ее наружная поверхность полностью или частично сформирована декоративной пленкой 12. Фрагмент на фиг. 7 иллюстрирует проникновение кромки 18 декоративной пленки в стенку трубчатого тела 13. В зоне вокруг края пленки 12 наружная поверхность тубы 14 не имеет разрывов. По сравнению с толщиной стенки трубчатого тела 13 этикетку 12 можно считать тонкой.
На фиг. 8 и 9 представлен вариант изобретения с этикеткой, охватывающей всю периферию тубы.
На фиг. 8 приведен первый пример декоративного оформления тубы с охватом 360°, причем в данном случае кромки 18 и 18' этикетки 12 расположены очень близко одна к другой, но имеют между собой небольшой зазор. Пространственное разделение кромок 18 и 18' может зависеть от точности вырезания этикетки 12. Так, иногда между кромками 18 и 18' образуются небольшие зазоры 25 менее 100 мкм, которые неразличимы невооруженным глазом. Зазор 25 заполняется смолой 23, формирующей трубчатое тело 13, в результате чего образуется гладкая наружная поверхность тубы 14, не имеющая разрывов у кромок 18 и 18'.
На фиг. 9 приведен второй пример данного оформления, в котором кромки 18 и 18' этикетки 12 не только расположены очень близко друг к другу, но и приведены в контакт. В такой конструкции декоративная пленка и наружная поверхность тубы 14 не имеют разрывов. Поскольку по сравнению с толщиной стенки трубчатого тела 13 этикетка 12 тонкая, кромки 18 и 18' неразличимы. Такой вариант обеспечивает особые преимущества в случае декорирования с охватом 360°, а также если необходимо обеспечить непрерывность барьерных свойств в том случае, когда барьерный слой создается этикеткой 12. Для данного варианта могут потребоваться средства, выполняющие обрезку этикетки 12, которые позиционированы перед S-образным компонентом 20. Этими средствами обеспечивается прецизионная регулировка ширины декоративной пленки для проиллюстрированного на фиг. 9 позиционирования с подгонкой кромок одна к другой.
Другой вариант изобретения состоит в формировании взаимного перекрывания кромок 18 и 18' декоративной пленки 12. Этот вариант является особенно полезным, когда нижняя поверхность пленки 12 может быть приварена к ее верхней поверхности. Сваривание в зоне перекрывания предпочтительно осуществляется на операции (8), соответствующей приведению этих поверхностей в контакт, и на операции (9) калибровки-охлаждения. Согласно данному предпочтительному варианту сварка перекрывающихся участков происходит за счет тепла, которое выделяется экструдированным трубчатым телом 13 в расплавленном состоянии. Альтернативный вариант дополнительно предусматривает проведение операции предварительного нагрева, выполняемой до операции (8), одновременно с ней или после нее.
С целью упрочнения трубчатого тела 13 в зоне кромок 18 и 18' декоративной пленки в другом примере изобретения предусмотрено увеличение толщины стенки трубчатого тела у стыка этих кромок. Это локальное утолщение тубы дополнительно гарантирует, что она по всей своей периферии будет иметь одинаковую прочность.
Другой пример дополнительно предусматривает наличие между декоративной пленкой 12 и трубчатым телом 13 укрепляющей полоски, которая стыкует кромки данной пленки. Желательно, чтобы эта полоска приваривалась за счет тепла, которое выделяется экструдированным трубчатым телом 13, находящимся в расплавленном состоянии. В случае необходимости, к операции закрепления укрепляющей полоски на внутренней поверхности пленки 12 может быть добавлена операция предварительного нагрева или специальная сварочная операция.
Экструдированное (или коэкструдированное) трубчатое тело 13 обычно изготавливают из термопластичной смолы, выбранной из семейства полиолефинов (включающего, например, линейный полиэтилен низкой плотности, полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, смеси модификаций полиэтилена и полипропилена); однако, изобретение данным перечнем не ограничено. В частности, для улучшения барьерных свойств упаковки обычно применяют многослойную структуру, состоящую из полиолефиновой смолы и смолы на основе этилен-винилового спирта, выполняющей функцию барьера по отношению к кислороду. На трубчатое тело 13 приходится по меньшей мере 70% толщины тубы 14, предпочтительно по меньшей мере 80% этой толщины.
Этикетка 12 формирует по меньшей мере часть наружной поверхности тубы 14. Эта декоративная пленка позволяет, например, идентифицировать упакованный продукт и его изготовителя, обеспечивает декоративное оформление и т.д. Согласно предпочтительному варианту декоративная пленка выполнена тонкой. Она предпочтительно является многослойной пленкой, причем для ее изготовления предусмотрен широкий ассортимент материалов, в который входят бумага, алюминий и пластик. Чтобы обеспечить специфические сенсорные свойства, основа пленки частично может быть изготовлена также из текстильной пленки. Декоративная пленка
12 содержит по меньшей мере один (конкретно, внутренний) слой, способный прикрепляться к экструдированному трубчатому телу 13 под воздействием тепла, выделяемого данным телом. Многослойная структура может содержать, в частности, слои полиэтилена, полипропилена, полиэтилентерефталата, полиамида, этилен-винилового спирта, бумаги, алюминия, металлизированные слои или слои оксида кремния, адгезивные слои и т.д. Предпочтительная толщина декоративной пленки составляет 5-100 мкм, желательно 10-50 мкм.
Далее будут описаны конкретные свойства декоративной пленки, необходимые для использования способа по изобретению. На операции (8) способа (см фиг. 1) экструдированное тело 13 приводят в контакт с внутренней поверхностью декоративной пленки 12. Когда такой контакт был установлен, экструдированное тело 13 в расплавленном состоянии передает часть своей тепловой энергии декоративной пленке на операции (9) калибровки. Это приводит к привариванию пленки к экструдату 13. Предпочтительным является использование многослойной декоративной пленки, чтобы предотвратить деградацию пленки под действием тепла, получаемого от экструдата. Многослойная структура пленки позволяет использовать комбинацию первого слоя, который будет по меньшей мере частично плавиться в контакте с экструдированным телом 13, и второго слоя, точка плавления которого по меньшей мере на 20°С, предпочтительно на 40°С, выше, чем у первого слоя, так что тепловая энергия экструдированного тела 13 не будет влиять на второй слой.
Тепловые свойства второго слоя, по существу, позволяют предотвратить значительное уменьшение размеров (усадку) пленки под действием тепла, передаваемого экструдатом. Действительно, уменьшение пленки в размерах негативно повлияло бы не только на декоративный эффект, но также на однородность толщины тубы. Было экспериментально установлено, что для обеспечения требуемого качества упаковки усадка пленки должна составлять менее 5%, предпочтительно менее 2%.
В процессе осуществления способа, преимущественно на операциях (6) и (8)-(12), декоративная пленка подвергается также действию силы сцепления. На операции (6) придание пленки трубчатой геометрии создает трение между пленкой и инструментами. На операциях (8) и (9) трубчатое тело, 13, которое все еще находится преимущественно в расплавленном состоянии, приводится в движение декоративной пленкой. Сила сцепления, действующая на декоративную пленку, составляет 10-100 Н, причем она зависит от трения между пленкой и инструментами и от диаметра тубы. Данная сила создает в пленке (как правило, тонкой) высокие напряжения.
Многослойными структурами для декоративной пленки, которые одновременно обладают подходящими тепловыми и механическими свойствами, являются, например, структуры, содержащие слой биаксиально ориентированного полимера типа полиэтилентерефталата (ПЭТ), полипропилена или полиамида.
Следовательно, декоративная пленка должна обладать нужными тепловыми и механическими свойствами, придающими ей размерную стабильность при ее нагреве экструдатом и при натяжении, создаваемом осевым тяговым усилием, прилагаемым к ней при реализации способа.
Согласно предпочтительному варианту изобретения структура этикетки 12 имеет по меньшей мере один слой с температурой плавления, превышающей 160°С, и по меньшей мере один слой такого же типа, что и трубчатое тело. Слой с хорошей термостойкостью может быть выполнен, например, из биаксиально ориентированного ПЭТ, полиамида (ПА), алюминия (AI) или бумаги. К характерным структурам декоративной пленки для трубчатого тела на основе полиэтилена (ПЭ) относятся комбинации ПЭТ/ПЭ, ПЭ/ПЭТ/ПЭ, ПА/ПЭ, AI/ПЭ, ПЭ/AI/ПЭ и бумага/ПЭТ/ПЭ.
Этикетка 12 может быть запечатана посредством любого известного способа плоской печати, такого как флексография, трафаретная печать, глубокая печать, типографская печать, офсетная печать, цифровая печать или комбинация перечисленных технологий печати. Для производства, требующего технологической гибкости и быстрой смены декоративного оформления, предпочтительно использовать в изобретении цифровую печать. Запечатанную поверхность обычно покрывают защитным лаком, посредством которого можно обеспечить также эффект глянца или матирования. Выбор лака является важным фактором, причем в особенности важен его коэффициент трения относительно формующих и калибровочных деталей.
Кроме того, может оказаться целесообразным использовать применительно к изобретению цифровую печать этикетки 12 в режиме онлайн. В таком варианте вместо рулона 19 декоративной пленки, представленной на фиг.2, используется цифровая печатная машина, работа которой синхронизирована с работой экструзионной/этикетировочной линии. В соответствии с вариантом этой схемы до проведения процесса экструдирования/декорирования могут быть выполнены в режиме онлайн одна или более операций ламинирования. Например, такая операция востребована, если напечатанные изображения должны находиться внутри декоративной пленки 12. Вариант структуры такого печатного слоя, заглубленного по толщине декоративной пленки, можно получить, используя следующие операции:
- раскатывание первой, еще не декорированной пленки,
- цифровую печать на первой пленке,
- ламинирование первой пленки второй пленкой, чтобы покрыть запечатанную область, в результате чего формируется декоративная пленка,
- обрезка боковых кромок декоративной пленки,
- процесс экструдирования/декорирования в соответствии с принципами изобретения.
Нанести печатные изображения можно на переднюю или заднюю сторону декоративной пленки 12, т.е. они оказываются, соответственно, на поверхности тубы 14 или в положении, заглубленном по толщине стенки тубы. Печать предпочтительна в случае сложных декоративных оформлений при условии низкой стоимости, поскольку операцию декорирования выполняют в плоском варианте на тонкой пленке.
Особенно важные преимущества изобретение обеспечивает при изготовлении туб с высококачественным декоративным оформлением при соблюдении условия низкой стоимости.
Кроме того, особенно важные преимущества изобретение обеспечивает в плане улучшения сенсорных свойств поверхности туб, предлагая декоративную пленку с поверхностным слоем, создающим специфическое "ощущение". Эти свойства создаются, в частности, матированной пленкой из биаксиально ориентированного полипропилена или текстильной пленкой.
Изобретение обеспечивает особенно важные преимущества, поскольку оно позволяет изменять функциональное предназначение упаковки путем замены декоративной пленки. К функциональным особенностям могут относиться свойства, связанные с эстетическим впечатлением (декорирование), сенсорным ощущением, техническими задачами (барьерные свойства) или информацией, нанесенной на упаковку.
В дополнение к этому, изобретение обеспечивает особенно важные преимущества в связи с тем, что декоративная пленка является интегральной частью упаковки. Она внедрена в структуру упаковки, обеспечивая свой вклад в ее свойства.
Изобретение не ограничено упомянутыми в тексте примерами многослойных структур. Для специалиста в этой области очевидно, что оно позволяет увеличить количество возможных структур и расширить номенклатуру используемых материалов (пластик, бумага, алюминий и т.д.).
Разумеется, изобретение позволяет изготавливать и недекорированные трубчатые тела, включающие в свою структуру поверхностную пленку. Более конкретно, этот вариант может быть использован для улучшения механических, барьерных или сенсорных (тактильных) свойств туб.
Изобретение может быть использовано в области, связанной с упаковками (в первую очередь, для обеспечения декоративного оформления), но также и в технических областях для улучшения механических или барьерных свойств. В предпочтительном варианте изобретение обеспечивает получение барьерных свойств и декоративного оформления с использованием пленки. Выполняющая эти функции многослойная пленка сопрягается с однослойным экструдируемым телом, что способствует упрощению экструзионного устройства.
Применительно к продукту, трудному для экструдирования, изобретение может быть использовано для уменьшения производственных затрат за счет повышения рабочих скоростей.
Первый вариант изобретения включает следующие операции, выполняемые последовательно с использованием описанных выше принципов изобретения:
- из многослойной пленки сваривают первое трубчатое тело,
- на первое трубчатое тело экструдируют, в расплавленном состоянии, второе трубчатое тело,
- одновременно, используя способ согласно изобретению, к наружной поверхности второго трубчатого тела прикрепляют этикетку.
Второй вариант изобретения включает размещение этикетки внутри стенки тубы. Для этого выполняют следующие операции:
- экструдируют, в расплавленном состоянии, первое трубчатое тело,
- одновременно, используя способ согласно изобретению, к наружной поверхности первого трубчатого тела прикрепляют этикетку,
- после этого экструдируют второе трубчатое тело и накладывают его в расплавленном состоянии на наружную поверхность этикетки.
Этикетка, используемая во втором варианте, предпочтительно содержит три слоя. Поверхностные слои пленки могут привариваться к экструдированным слоям, а находящийся между ними слой придает нужные термические и механические свойства.
Желательно накладывать, в расплавленном состоянии, второе трубчатое тело на наружную поверхность этикетки, когда первое трубчатое тело по меньшей мере частично охлаждено.
Третий вариант изобретения включает прикрепление пленки к наружной поверхности экструдированного трубчатого тела, материал которого содержит газообразующие агенты. В этом варианте используются следующие операции:
- из смолы, содержащей газообразующие агенты, экструдируют, в расплавленном состоянии, трубчатое тело,
- используя S-образный формующий компонент, размещают пленку по периметру трубчатого тела,
- в результате совместного действия газообразующих агентов и струи воздуха приводят наружную поверхность трубчатого тела в контакт с внутренней поверхностью (с внутренним слоем) пленки,
- калибруют и охлаждают трубчатое тело.
Применяемые газообразующие агенты могут иметь физическую или химическую природу. К физическим агентам такого назначения, смешиваемым с полимером, относятся, например, газообразная двуокись углерода (углекислый газ) или газообразный азот, изменение состояния из жидкого в газообразное увеличивает объем полимера, находящегося в расплавленном состоянии. Химическим газообразующим агентом может быть, например, азодикарбонамид или азобисформамид. Преимущество, обеспечиваемое изобретением при изготовлении "раздутых" цилиндрических или трубчатых тел, состоит в комбинации поверхностных свойств/декоративного оформления, обеспечиваемых пленкой, и свойств, связанных с уменьшением веса, обеспечиваемых газообразующими агентами.
Рассмотренные варианты изобретения были представлены только как иллюстративные примеры и не должны рассматриваться, как ограничивающие изобретение. Они могут комбинироваться друг с другом или, с учетом конкретных обстоятельств в контексте изобретения, использовать эквивалентные средства.
Использованные обозначения
12 Декоративная пленка или этикетка
13 Экструдированное тело
14 Туба
15 Приводной валик
16 Ветвь, создающая натяжение
17 Приводной конвейер
18 Кромки пленки
19 Рулон пленки
20 Формующий входной компонент (S-образной формы)
21 Охлаждающая и вакуумирующая емкость
22 Калибровочный элемент
23 Смола
24 Экструзионная головка
25 Зазор между кромками пленки
26 Магнитная пробка
27 Экструзионное сопло
28 Нагнетатель
29 Стартовая пробка
30 Нагнетательная щель
31 Шайба
32 Выходной канал
33 Круговой резак
34 Отрезанная декорированная туба
36 Струя воздуха
37 Магниты
38 Направление движения
39 Магнитная втулка