NO845182L - Fremgangsmaate til behandling av kantene av kartong- eller papir-laminater. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte til behandling

av i det minste én av de rå kanter på en kartongbeholder frem-stilt av et laminat-produkt, idet laminat-produktet innbefatter minst ett lag kartong og minst to omgivende lag av en termo-

plast såsom polyetylen. Laminatet kan innbefatte ytterligere lag såsom lag av aluminiumfolie eller lignende. Slike laminater viser seg nyttige ved oppbygging av beholdere såsom beholdere for matvarer. Formålet med de termoplastiske og folie-lag i laminatet er å forhindre at kartongen (sistnevnte er hoved-underlaget) kommer i kontakt med fluider, gasser eller andre eventuelt forurensende materialer, innbefattende støv. Eksempler på beholdere som dannes på denne måte, er melkekartonger med gavl-topp, aseptisk emballasje av forskjellig slag, såsom kartongbegre.

Innenfor teknikkens stand er man klar over fremgangsmåter til fjerning av et indre lag hos et laminat. For eksempel be-skriver US-patenter nr. 3 563 843 utstedt til Wagers, et al og 3 788 920 utstedt til Frappier fremgangsmåter til fjerning av en strimmel eller en del av en eksponert kant av korrugert papir i et korrugert kartong-laminat. Det korrugerte lag i laminatet kan deformeres, komprimeres eller kappes slik at det derved blir tilbake to fremspringende deler, idet disse er delene i den flate kartong som ligger lagdelt med den korrugerte kartong. Deretter deformeres og sammenføyes de overlappede deler på en passende måte såsom ved at de presses sammen. En annen fremgangsmåte til å sikre at den eksponerte rå kant hos kartonglaget i et lignende laminat beskyttes, er illustrert i US-patent 3 654 842 utstedt til Schwenk. Ved denne fremgangsmåte fjernes en topp-del av kanten, såsom ved stiving, idet den gjenværende del bøyes tilbake på den selv, slik at den ellers eksponerte rå kant på kartongen derved forsegles eller innkapsles.

Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot en fremgangsmåte og et apparat for tilveiebringelse av beskyttelse av den rå kant på kanten av et papir-laminat såsom et polyetylen-papir-polyetylen-aluminiumfolie-polyetylen-laminat. Slike laminater er egnet til dannelse av kartongbeholdere for mat-

varer eller andre produkter som skal beskyttes mot inntrengning

av fuktighet, bakterier eller andre forurensninger. I henhold til fremgangsmåten og apparatet ifølge denne oppfinnelse anvendes det en laser-stråle til å kappe vekk eller kjerne den eksponerte kant på kartong-laget hos et kartong-polyetylen-laminat av den type hvor kartongen er ett av de mellomliggende lag. Slik anvendelse av en laser muliggjør økede hastigheter, det vil si økede lineære fot pr. sekund, for kontinuerlige baner eller for en serie emner. Etter fjerning av en strimmel av kartongen fra en kant av laminatet presses de gjenværende områder på laminatet ved kanten sammen og forsegles, såsom ved tilbakeholdelse og/eller påføring av varme, under dannelse av beholder-legemer. Det resulterende kant-behandlede laminat er motstandsdyktig overfor inntrengning av forurensninger til kartong-laget hos laminatet. Ved fremstilling av beholdere på denne måte får man som resultat en rå kant i kartongens indre, som hvis den forblir ubeskyttet, gjør at ethvert fluid som rommes inne i beholderen, suges inn i kartongen ved veke-virkning, hvorved beholderen svekkes slik at den kan revne under påkjenninger. Således beskyttes det innvendige hos en beholder som er dannet av et slikt kartong-laminat, behandlet som beskrevet i de tilfeller hvor det er til stede en innvendig søm, mot forurensninger og urenheter i kartongen og mot uønskede reaksjoner mellom innholdet i den beholder som er dannet på denne måte, og den ellers rå eller eksponerte kant på kartong-laget hos laminatet, det vil si oppsugning ved veke-virkning. Det vil forståes at både rå kanter på en bane eller en hvilken som helst eller alle de rå kanter på et emne kan behandles i henhold til utøvelsen av denne oppfinnelse.

Ved én utførelsesform av oppfinnelsen anvendes den latente eller residual-varmen i den behandlede rå kant, dannet ved inn-virkning av laser-strålen ved bortbrenning av kartong-kanten, til oppvarmning av de motstående, fremspringende deler av polyetylen-belegget, hvoretter disse fremspringende kanter presses sammen under dannelse av forseglingen. Ved en annen utførelses-form får den behandlede kant avkjøles, mens de fremspringende kanter deretter oppvarmes, såsom ved hjelp av en mekanisk valse eller et hvilket som helst annet passende hjelpemiddel, hvoretter forseglingen utføres.

Ved en alternativ fremgangsmåte forsegles den nye kant

på kartongen, avgrenset etter fjerning av strimmelen, ved at det anbringes smeltet polyetylen på den.

Oppfinnelsens fullstendige beskaffenhet vil forståes ut

fra de medfølgende tegninger og den følgende beskrivelse og krav. Det bør imidlertid være klart at henvisninger i den følgende beskrivelse til for-, bak- eller side-kanter er fore-tatt av hensyn til bekvemmelighet ved beskrivelsen, og slike betegnelser er ikke ment å være anvendt i begrensende mening.

Det henvises nå til tegningene.

Fig. 1 er et delvis tverrsnitts-projeksjon på tvers av

et typisk kartong-laminat av en kontinuerlig bane eller et enkelt emne som skal behandles ved utøvelsen av denne oppfinnelse.

Fig. 2 illustrerer apparatet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen til påføring av en stråle med laser-energi på

den eksponerte kant hos den kontinuerlige bane eller det enkelte emne på fig. 1.

Fig. 3 er et riss som illustrerer den endelige form hos

den behandlede kant ifølge utøvelsen av denne oppfinnelse.

Fig.4 illustrerer forholdet mellom laser-kraft og lineær-banehastighet for tre forskjellige kjerningsdybder. Fig. 5 er et delvis skjematisk riss som viser en annen fremgangsmåte til forsegling av den kjernede kant hos en kontinuerlig kartong-bane eller et enkelt emne av den type som er vist på fig. 1.

Under referanse til tegningene betegner tallet 10 generelt en laminert bane hos hvilken én av kantene er betegnet 12. Laminatet er typisk avgrenset ved et polyetylen-lag 14, et kartong-lag 16, et andre polyetylen-lag 18, lag 20 av metallisk folie såsom aluminiumfolie (en opsjon men ikke en nødvendighet)

og et endelig eller under-polyetylen-lag 22. Det vil forståes at oppfinnelsen er ikke begrenset til polyetylen men kan ut-

føres med et hvilket som helst termoplastisk materiale. Tykkelses-området for polyetylen-laget er typisk mellom 0,000254 og 0,0127 cm, og foliens tykkelse er i området mellom 0,000254 og 0,0127 cm, mens kartong-laget 16 typisk har en tykkelse på 0,03048-0,06096 cm og er dannet av bleket-sulfat-kartong. Banen

som er illustrert på fig. 1, kan være en del av et enkelt emne eller den kan være en del av en kontinuerlig bane.

Under referanse til fig. 2 betegner tallene 30 og 32 henholdsvis øvre og nedre støtte for føring av kanten 12 på banen. En kilde til laser-energi såsom en laser som er angitt ved tallet 38, retter en laser-stråle mot en stråledreier 52

og deretter gjennom en fokuseringslinse 56 og derfra til den eksponerte kant på kartong-laget 16. En del av dette lag brennes bort og fjernes effektivt, hvorved de fremspringende eller utragende kanter 40 og 42 av henholdsvis polyetylen-lag 14 og 18 avgrenses. Fjerningen av den rå kant fra kartong-lag 16 ved hjelp av laser-strålene begrenser en ny kant 44 på kartongen, idet den nye kant er under eller innenfor kanten 12 på banen 10, idet de fremdeles inntakte kanter på de andre laminat-lag rager utover den nye kant 44.

Karbondioksyd-laseren 38, som opererer ved en bølgelengde på 10,6 ym, kan anvendes for fjerning av en del av kartong-kjernen eller laget 16 fra laminat-kanten 12. Strålingen på 10,6 ym absorberes kraftig av papirprodukter. Lasersystemets kraft og størrelse vil avhenge av den ønskede prosesshastighet for fremstillingsdrift. Forsøk har vist at belagte kartong-laminater 10 kan kjernes til en dybde på 0,0508-0,07 62 cm med 50 800 cm pr. minutt med ca. 1 kilowatt laser-kraft.

Som angitt på fig. 2 innbefatter fjerningen at man retter den ufokuserte laser-stråle (i forsøk kjørt på belagte kartong-produkter var den ufokuserte stråle 1,27 cm i diameter) gjennom en linse og fokuserer strålen på et punkt med en diameter som er mindre enn tykkelsen på laminatet 10. Den bane hvis kant skal kjernes, transporteres hurtig under strålen, idet banens bevegelse er betegnet med pil V, og kartong-kjernematerialet fordampes ved hjelp av den fokuserte laser-stråle.

Tiden for fordampning av materiale til en dybde W er

gitt ved forholdet

hvor

W = dybde av materiale fordampet

p = densitet hos materialet

C = spesifikk varme

Tv = fordampningstemperatur

TQ= start-temperatur

Hv = fordampningsvarme

n = laser-koplingseffektivitet [ Zl]

I = laser-intensitet (laser-kraft dividert med brennpunktsareal dvs. P/A)

Kjerningshastigheten V står i forbindelse med fordampningstiden t ifølge ligningen

hvor d er brennpunktsdiameteren. Forholdet mellom kjernings-hastighet V og laser-kraft P er ut fra ligningene (1) og (2) funnet å være

Omtrentlige verdier for de termofysiske egenskaper hos typisk kartongmateriale 16 er gitt nedenfor.

Forholdet mellom lineær-kjerningshastigheten V og laser-kraft er vist på fig. 4 for tilfeller hvor det anvendes en laser-stråle med diameter 0,0381 cm til kjerning av kartong til dybder på 0,0254 cm, 0,0508 cm og 0,0762 cm.

En C02-laser ble anvendt til å teste kjerning i forskjellige belagte kartong-laminater. Den korte oppholdstid forbundet med arbeidsstykkets bevegelse ved høy hastighet ble simulert ved hurtig påsetting og avslåing av laser-strålen. En laser-stråle med diameter 1,27 cm ble rettet mot kanten av kartong-laminatene ved hjelp av et stråleavbøyningsspeil 52. Strålen ble fokusert til et punkt med diameter 0,0483 cm med en sink-selenid-linse med 12,7 cm brennvidde. Det ble bestemt at laminatene kunne kjernes til en dybde på 0,0762 cm på 0,001 sekund. Laserkraften på arbeidsstykke-overflaten var 14 5 watt.

Under anvendelse av forholdet mellom oppholdstid og punktdiameter gitt ved ligning (2) forutsier de eksperimen-telle kjerningsforsøk at en 145 watt CC^-laser kan kjerne kartong med en hastighet på 28 96 cm pr. minutt. Basert på

de termofysiske egenskaper gitt i tabell I og de eksperimen-telle parametere forutsier ligning (3) en prosesshastighet på 3 485 cm pr. minutt. I betraktning av de omtrentlige verdier for de termofysiske parametere ansees overens-stemmelsen mellom teori og forsøk for å være tilfredsstillende.

Fig. 3 illustrerer den endelige form hos den behandlede kant på banen eller emnet. Fremspringende eller utragende belegg-deler 4 0 og 42 har blitt presset sammen og varme-forseglet slik at kanten 44 på kartong-laget 16 derved innkapsles .

Når man er kommet frem til den endelige form som er illustrert på fig. 3, kan residual-varmen hos de motstående overflater på fremspringende deler 40 og 42 anvendes som den varme som fordres for å gjøre dem litt bløt og klebrig og derved påvirkelig overfor varmeforsegling når de presses sammen. Alternativt kan trinnet ifølge fig. 2 følges av avkjøling, hvoretter de fremspringende deler. 40 og 4 2 gjenoppvarmes såsom ved kontakt med oppvarmede valser eller ved hjelp av en ny laser-stråle, og forsegles deretter.

En annen fremgangsmåte til forsegling av den kjernede kant 12 på banen er vist på fig. 5. Denne fremgangsmåte om-fatter smelting av polyetylen inn i den kjernede fordypning som er dannet av laser-strålen. Polyetylen-kilden kan være en tynn stav eller filament som mates inn i arbeidssonen eller en fin strøm av polyetylenpulver. Sistnevnte er illustrert på fig. 5., idet den polyetylen-pulverstrøm som er angitt med tallet 60, strømmer ut fra en dyse 62. Anvendelse av pulver viser seg å være mer attraktivt enn en polyetylen-stav som for-

brukes for noen systemer.

Polyetylenet i staven eller i strømmen kan smeltes med laser-strålen eller en alternativ varmekilde såsom varm luft. En teknikk som innebærer spaltning av en fraksjon av laser-strålen under smelting av den innfallende strøm av polyetylen-pulver er vist på fig. 5. To stråle-spaltere er angitt ved henholdsvis 3 9 og 52, et konkavt speil ved 54 og fokuserings-linsen ved 56.

Den kraft som fordres til oppvarmning av en strøm av polyetylenpulver til smeltetemperaturen for dette, er gitt ved

hvor x er tverrsnittsdimensjonen for strålen 6 0 av polyetylen-pulver og Tm er smeltetemperaturen for polyetylen. Koplingseffektiviteten ri vil være mindre enn én fordi polyetylen er hovedsakelig transparent ved 10,6 yra. Fraksjonen av det innfallende laser-lys som absorberes i en stråle av polyetylen-pulver med tykkelse x er gitt ved hvor a er absorps jonskoef f isienten som er omtrent lik 18 cm . Av ligningene (4) og (5) er det funnet at den laser-kraft som trenges til oppvarmning av en 0,0508 cm tykk stråle (bredde på kartong-laminat) av polyetylen-pulver, er

hvor P er i watt og v i tommer pr. minutt.

Generelt sett er den foreliggende oppfinnelse rettet mot en fremgangsmåte til behandling av et laminat hvori laminatet innbefatter minst ett indre lag av kartong og minst to lag av polyetylen, ett på hver side av kartong-laget. Laminatet kan være i form av en kontinuerlig bane eller et enkelt -emne, idet banen eller emnet har en rett kant. Denne rette kant er slik at en rå eller eksponert del av kartong-laget i laminatet løper langs kanten. Fremgangsmåten innbe fatter følgende trinn: a) en strimmel av det kartong-lag som ligger lagdelt med polyetylen-lagene fjernes, ved brenning med en laser-stråle; og b) de resulterende fremspringende kant-deler av polyetylen-lagene presses deretter sammen, hvorved den ellers rå eller eksponerte kant på kartongen sammen med banen eller emnet forsegles under og av de sammenpressede polyetylen-lag. Banen eller emnet som er behandlet på denne måte, kan så anvendes under dannelse av en beholder, idet beholderen ikke har noen eksponert eller rå innvendig kartong-kant, som ellers kunne muliggjøre oppsugning ved veke-virkning av innholdet i beholderen i kartong-laget. Ved en alternativ fremgangsmåte forsegles den nye kanten på kartongen som avgrenses etter fjerning av strimmelen ved at det anbringes smeltet polyetylen på den.

Skjønt oppfinnelsen er blitt beskrevet ovenfor under referanse til en foretrukket utførelsesform, vil det forståes at det kan uttenkes andre utførelser som ikke desto mindre er innenfor oppfinnelsens ramme og ånd og er begrenset av de krav som er tilknyttet hertil.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til behandling av et laminat i form av en kontinuerlig bane eller ett enkelt emne, hvor laminatet innbefatter minst ett indre lag av kartong og minst to lag av et termoplastisk materiale, ett på hver side av kartong-laget, idet laminatet har en rett kant og den rette kant er slik at en rå eller eksponert del av kartong-laget hos laminatet løper langs kanten, karakterisert ved de følgende trinn: det fjernes en strimmel av det kartong-lag som er lag-lagt med de termoplastiske lag ved hjelp av en laser-stråle, og deretter tilveiebringes det en forsegling over den ellers rå eller eksponerte kant på kartongen langs banen eller emnet hvorved den behandlede bane eller emne kan anvendes til ut-forming av en beholder, idet beholderen ikke oppviser en innvendig eksponert eller rå kartong-kant som ellers kan mulig-gjøre oppsugning ved veke-virkning av innholdet i beholderen inn i kartong-laget.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forseglingen tilveiebringes ved at de resulterende fremspringende deler på de termoplastiske lag presses sammen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forseglingen tilveiebringes ved at en pulverstrøm av termoplastisk materiale smeltes på den gjenværende, nye kant på det vekk-brente kartong-lag.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forseglingen tilveiebringes ved at et filament av termoplastisk materiale smeltes på den gjenværende, nye kant på det vekk-brente kartong-lag.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det termoplastiske materiale er polyetylen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den latente varme i kanten på banen eller emnet som er dannet ved virkning av laser-strålen under vekk-brenning av en strimmel av kartongen, anvendes som varmekilde til sammen-smeltning av de termoplastiske lag.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det termoplastiske materiale er polyetylen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kanten på banen eller emnet avkjøles etter at laser-strålen har virket under vekk-brenning av en del av kartong-kanten, de termoplastiske fremspringende deler oppvarmes deretter og de presses sammen slik at det derved be-virkes at den rå kant innkapsles.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at det termoplastiske materiale er polyetylen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at laser-strålen og laminatet beveges i forhold til hverandre under fjerning av kant-strimmelen på kartongen.