袋中袋式复合衬垫充气袋 本专利申请与1996年5月28日申请的、题为“可充气的复合货物包装袋”、申请号为08／654，307的美国专利申请相关。
本发明涉及卡车、火车、飞机、轮船等运输货物用的衬垫袋，具体地说，涉及一种改进的复合衬垫袋，它包括一个可充气内袋和一个多层纸外袋，该复合衬垫袋的抗裂性能得到改善，并且可以用自动化机械制造或组装。
可充气、便于处理的衬垫袋是一种廉价、易使用，用来稳定飞机、卡车、火车、轮船等运输工具的货舱、集装箱、棚车或拖车中的货物的装置，可有效地防止对货物的损坏，如果在货舱或类似物中货物不被固定或栓紧，那么在装运或运输中，由于特定运输工具的运动，货舱中的货物会被移动，从而可能受到损坏。正如众所周知及常规实践的一样，将放气后的可充气衬垫袋放置在相邻的货物之间，或放置在货物和运输工具的形成货舱地侧壁之间，随后用压缩空气将衬垫袋充气到一个预定的压强值，当然该值低于衬垫袋的爆裂压强极限值。常规使用的绝大多数衬垫袋都是专门制造的，以便能够抵抗表压0．84-2．11公斤／厘米2(12-30磅／英寸2)的爆裂压强值。
常规的可充气衬垫袋一般包括一个由，例如聚乙烯，制得的密封的内塑料气囊，和一个保护内部可充气气囊，并增大抗裂强度的外多层纸袋。可充气气囊上有一阀门，它穿过多层纸袋的最外纸层延伸出去，需要时，例如固定货物时，从外部压缩空气源用压缩空气使衬垫袋充气膨胀并展开。
这种常规的可充气衬垫袋的制造一般包括将多层牛皮纸的预定长度绕其纵轴折叠到其自身上，多层牛皮纸的边缘能够形成沿衬垫袋的中心线伸展的搭接纵向接缝，其结果是形成一个具有相对开口端的多层纸管。随后将密封的塑料气囊放入该纸管中，再折叠纸管的端部，粘结或缝合封闭端部，从而形成成品衬垫袋。
由此可知前述常规衬垫袋在生产上存在几个问题。首先在单个剪切操作中要能够剪切大量的纸层。另外，衬垫袋的制造依赖于或受限于把构成外纸袋的多层纸缝合到一起的能力，以及有效地折叠并把衬垫袋的折叠端部粘结到衬垫袋的主体部分，使折叠粘结后的结合处不会失效或松开的能力。制造这种多层袋的劳动量相当大，纸层的数目越大，制造单个袋需要的劳动成本也越大。所以，尽管希望以多层结构制造抗负载能力较高，即抗裂强度较大的可充气衬垫袋，但是这种衬垫袋的成本高于纸层数目较少的常规衬垫袋。
鉴于上述问题，前述相关的1996年5月28日申请的、题为“可充气的复合货物包装袋”、申请号为08／654，307的美国专利申请的目的是提供一种改进的可充气衬垫袋，该衬垫袋具有较高的抗裂强度或压强值，由于不再必须把构成衬垫袋的多层纸管的所有纸层缝合到一起，而且必须粘结到一起的纸层的数目也减少了，因此该衬垫袋的制造较为容易。根据该发明，改进的可充气衬垫袋包括一个“袋中袋”，其中一个置于两层纸袋内的可充气的聚乙烯气囊第一内袋被放在一个由2、4或6层纸层组成的第二外袋中。尽管构成成品衬垫袋的纸层数目还是一样，可是只有构成第一内袋的那些纸层需要缝合，而且为了完成衬垫袋的制造需要折叠并粘结的纸层的数目，即构成第二外袋的纸层数目有效地减少了。
附图1具体地示出了可充气内袋或第一袋，用符号30标示。可充气内袋30包括第一端部32及与之相对的第二端部34，从图2中可看出，图2中只示出了第一端部32，在将端部32及34与粘结材料15缝合在一起之前，先用粘结材料15把每个端部32及34封闭，以便闭合并密封内袋30的端部32及34。通过搭接内袋30的纵向边缘部分37和39形成内袋30的纵向接缝36，一旦形成接缝36，即被端部32及34闭合和密封，内袋30形成了一个能够用适当的压缩气体，例如空气，充气膨胀的闭合的密封内腔。
如图2所示，可充气内袋30还包括一个热塑性气囊10，它是用只需要热封其两相对端部的连续聚乙烯管制成的。气囊10开始处于扁平状态，它包括第一上壁10A及第二下壁10B，它们的两相对端部被封接在一起，形成密封接头12。密封接头12在气囊10的边缘部分稍微向内的位置形成，以便形成端部回折部分13A。纸层1和2包着气囊10，根据制造复合袋30的第一种模式，第一纸层1被置于第二纸层2的上面，随后将纸层1和2对折，使每个纸层1和2均具有彼此对齐的第一端部1C、2C及第二端部1D、2D，其中气囊置于纸层1和2之内，并且被纸层1和2包围着。为了密封复合内袋30的每个端部32和34，如图所示，粘结材料15被置于内袋30的端部32的周围，以便覆盖纸层1和2，以及气囊10的回折部分13A，然后用适当的缝针17穿过由纸层1和2、气囊回折部分13A及粘结材料15构成的内袋30的复合端部32。内袋端部34亦用同法处理。代替对折纸层1和2的是将分开的上和下纸层1及2简单地置于彼此之上，从而使得这四个分开的不连续的纸层1和2被简单地固定并密封在一起，而不需要对纸层进行任何折叠。
为了用适当的压缩气体，例如空气，对复合内袋30的内腔充气，在气囊10的上壁10A内热封一个充气阀20，该充气阀通过分别对应于纸层2和1，以及气囊10的上壁的小孔25a、25b及25c向外伸出。尽管复合内袋的平均抗爆裂强度约为表压0．56公斤／厘米2(8．0磅／英寸2)，对于轻的货物运输这已经足够，复合内袋30还是宜于放置在第二外袋中，该第二外袋包括一个由另外的纸层，例如2、4或6层纸层，制造的纸筒，把第一内袋30放入第二外纸袋，闭合并密封第二外纸袋的端部。这种“袋中袋”的配置具有较高的抗爆裂强度或压强值。
现在参考图4，图中公开了复合“袋中袋”的一端，需要明白的是这种复合袋的另一端具有相同的结构。具体地说，把图2中的第一内复合袋30放入两个附加的纸层3和4之间，成为或装配好的复合袋40，包括总共4个纸层，其中两个是构成第一内复合袋30的，另外两个纸层构成外复合袋35。纸层3和4分别具有第一端部3A、4A及第二端部3B、4B，第二端部3B被折叠，并用胶垫珠80将其固定到第一端部3A上，同样将第二端部4B折叠，用胶垫珠82固定到第二端部3B上。为了完成复合袋40的装配，在纸层4的外表面4C上涂覆适当的可热封塑料，例如聚乙烯，从而通过已有的热封技术，将第二端部4B热封到第一端部4A上。
把完成或装配好的，包括第一内复合袋30及第二外复合袋35的复合袋40和图3所示的常规或现有技术的四层袋相比较，可容易地看出，尽管制造完成或装配好的复合袋所需要的胶垫珠的数目相同，但是由于图4的完成的或装配好的袋40的第一内复合袋30是分开制造的，减少了需要同时剪切、折叠及粘结到一起的纸层数目，因此图4所示的四层复合袋40比图3所示的常规或现有技术的袋制造更为容易。另外，同时折叠的纸层数目的减少，降低了完成或装配好的袋的折叠端部展开或失效的可能性。另外，完成或装配好的复合袋40的抗爆裂强度大于图3所示的常规或现有技术的袋的抗爆裂强度。最后需要注意的是，尽管第一内复合袋30被置于第二外复合袋35中，并且其中如图2公开的袋30的充气阀20在图4的完成或装配好的复合袋40中没有实际表示出来，但是应明白的是为了从适当的压缩气体源(图中未示出)用压缩气体膨胀内部复合袋30的气囊，充气阀20需要通过纸层3和4上的适当小孔(图中未示出)向外伸出，以便可从外部接近充气阀。
现在参考图5，图中表示了前述相关专利申请中公开的发明的另一个实施例，根据该实施例，可看出完成或装配好的复合袋40包括总共6个纸层，其中2个纸层构成或包括可充气气囊10的第一内复合袋30的一部分，而剩余的4个纸层构成第二外复合袋35。4个纸层3-6的每一个均分别具有被独特折叠的第一及第二端部3A-6A及3B-6B，和图7所示的常规的6层袋相比，减少了折叠的纸层端部的数目及固定这些纸层端部所需的胶垫珠的数目。具体地说，根据图5所示的发明实施例可看出，端部6A和6B被热封在一起，而端部5B、4B和5A被用胶垫珠50粘结在一起。端部3B被折叠以便插入第一内复合袋30和端部3A之间，而端部4A自由地插入端部3A和5A之间。将这一结构和图7所示的结构相比，可看出在各种端部被粘结及热封在一起之前，所有6个纸层1-6都被同时弯折到它们自身上面成为一个集合组。如前所述，由于折叠端部展开和彼此分开的内在可能性，因此折叠的纸层的数目越大，实际上实现纸层端部的这种折叠，用胶粘结折叠的纸层，并将折叠的和粘结后的纸层保持在折叠和粘结状态就越困难。
图6示出了根据前述相关专利申请的发明的原理，以类似的方式制造的一种8层复合袋40，该8层复合袋包括第一内复合袋30和第二外复合袋35，第一内复合袋30包括开始的2个纸层和可充气气囊，而第二外复合袋35包括纸层3-8。纸层3-8分别具有也被独特折叠、粘结及热封的第一和第二端部3A-8A及3B-8B，和图8所示的常规的8层衬垫袋相比，有效地减少了需要粘结和热封的纸层数目。为了粘结和密封图8的常规衬垫袋，需要7个胶垫珠和一个热封，而对于图6的复合袋，只需要3个胶垫珠和一个热封。具体地说，用胶垫珠60把端部7A和7B粘结在一起，而用胶垫珠70把端部5B和端部4B，及端部4B和端部5A粘结在一起。端部8A和8B被热封在一起，而端部6A和6B自由地插入到端部7A和5B之间，端部4A、3B及3A自由地插入到端部5A和第一内复合袋30之间。
如上所述，先前提出的专利申请的复合“袋中袋”40在一定程度上解决了常规衬垫袋生产上的一些问题，并随之实现了其初始的目的，即在保持构成衬垫袋的纸层数目相同的同时，增大衬垫袋的抗爆裂强度或抗爆裂压强值，通过减少需要同时处理、折叠、粘结及热封的纸层折叠部的数目，在增强可靠性或结构完整性的同时，简化了衬垫袋的制造，不再存在或需要解决制造上的其它问题或缺陷。例如，为了简单地折叠并密封在图4-6中所示的各种实施例中公开的完成或装配好的复合衬垫袋40的各种实施例，需要将特定纸层的特定端部插入或交织到其它特定纸层的其它端部之间。纸层的这种交织或交叉只能由人工完成，不允许利用自动化机械以批量生产的方式完成。从生产的观点来看，这种处理也是非常乏味，缓慢，消耗时间的，并且成本也不很低。因此需要一种制造简单，抗爆裂强度或压缩值得到提高，可靠性及结构完整性得到增强，并且能够用自动化机械生产的多层衬垫袋。
为此本发明的目的是提供一种改进的新型多层可充气复合衬垫袋。
本发明的另一个目的是提供一种改进的新型多层可充气复合衬垫袋，这种衬垫袋克服了现有的衬垫袋的各种缺陷，以及按照前述相关专利申请的方法和原理制造衬垫袋的那些生产缺陷。
本发明的再一个目的是提供一种改进的新型多层可充气复合衬垫袋，这种衬垫袋的抗爆裂强度或抗爆裂压强值得到提高，制造相当简单，成本低，结构完整性和可靠性高，并且能够用自动化设备进行生产制造。
根据本发明的方法和原理，通过提供一种可充气的衬垫袋实现了前述的和其它的目的，这种可充气衬垫袋包括一个第一内复合袋和一个第二外复合袋，第一内复合袋包括一个包围在一对纸层中的可充气气囊，第二外复合袋包括两组6个附加的纸层，在第一内复合袋的每个相对的侧面上分别放置一组这样的6个附加纸层。每组纸层的最内纸层和同组纸层中与之紧邻的外侧纸层被粘结在一起，类似地每组纸层的最外纸层和同组纸层中与之紧邻的内侧纸层被粘结在一起，从而使得每组纸层实际上形成一个纸层组，该纸层组易于被一同操作，以便封闭衬垫袋的端部，该纸层组具有应力吸收性能，这种应力吸收在不需要把中间的2层纸层，或者把中间的纸层和它们邻近的纸层粘结在一起的情况下，可保证结构完整性和抗爆裂强度性能。
另外，由每组纸层形成的纸层单元的各层最外端彼此纵向偏移，从而使这些纸层单元的最外端彼此参差不齐，彼此间和与第一内复合袋形成纵向外伸的悬垂折边。鉴于这样的折边是各纸层单元的简单的纵向伸展，这些外伸的悬垂折边实际上形成了单元的悬垂折边，出现这种情况可将各外伸的悬垂折边作为一个整体向上或向下简单地折叠，从而使每个纵向突出的折边可以很容易地固定到另一组纸层的相对端部或非折边端部。这样，就不需要对构成第二外复合袋的各个纸层进行交织或交叉，另外，折边的这种折叠，和将其固定到另一组纸层的相对端部可以容易地用自动化机械设备来实现。
根据下面的详细说明并结合附图能更全面地理解本发明的各种其它目的、特征及附带的优点，附图中对相同的部件或对应的部件用同样符号标记表示。
图1是前述相关专利申请中所述发明的第一内复合袋的平面图；
图2是图1中沿2-2线的第一内复合袋的横截面图；
图3是现有技术的4层衬垫袋的局部横截面示意图；
图4是类似于图3的横截面图，但是其中包括一个具有图1中的第一内复合袋的4层复合衬垫袋；
图5类似于图4，但是其中包括一个具有图1中的第一内复合袋的6层复合衬垫袋；
图6类似于图4和图5，但是其中包括一个具有图1中的第一内复合袋的8层复合衬垫袋；
图7类似于图3，但是表示的是现有技术的6层衬垫袋；
图8类似于图3和图7，但是表示的是现有技术的8层衬垫袋；
图9类似于图1，但是图中表示的是本发明的改进的新型可充气衬垫袋，衬垫袋处于端部折边完成闭合和密封之前的状态。
图10是沿图9中10-10线的改进的新型衬垫袋的横截面图，示出了第一内复合袋和第二外复合袋，它们共同构成本发明的全新的改进的可充气衬垫袋，其中端部折边还没有折叠和密封；
图11是用于放在第二外复合袋中，如图10所示，共同构成本发明的改进的新型可充气衬垫袋的第一内复合袋的局部放大横截面示意图；
图12类似于图10，只是折边已被折叠和密封；
图13是图10左端部分的放大分解图，示出了折叠和密封端部折边之前的第一内复合袋和形成第二外复合袋的两组纸层；
图14类似于图13，但是它是图12的左端部分的放大分解图，其中折边已处于折叠密封状态。
参考附图，尤其是附图9-11和13，图中示出了根据本发明的原理和方法制造的改进的新型可充气衬垫袋110。衬垫袋110大致类似于图4-6的可充气衬垫袋40，同样也包括一个第一内复合袋120，如图11所示，和一个第二外复合袋130，第一内复合袋120被封装在第二外复合袋130中，但是如同后文将更充分说明的一样，衬垫袋110的闭合和密封结构和图4-6的衬垫袋40的完全不同。
如图11所示，第一内复合袋120包括一个可充气气囊123，类似于内袋30的气囊10，可使用类似的合适的热塑性材料，例如聚乙烯，制造。和内袋30的气囊10一样，气囊123包括一个扁平管状件，该扁平管状件的每一端被热封形成封闭气囊123，使其具有同样的气密性并能够充气。图11中的气囊123的一个末端部分的热封端标示为124。通过与可充气气囊123相关的充气阀将适当的压缩气体，例如空气，使气囊123膨胀，为了清晰起见图中省略了充气阀。在气囊123的两个相对表面或对边上都有第一和第二纸层121和122，并且将包括可充气气囊123和该两组内部和外部纸层121、122和121、122的第一内复合袋120的每个纵向端部折叠到第一内复合袋120上，从而形成双折端部闭合126。随后借助于，例如适当的胶粘带128，将闭合126固定成折叠状态。需要注意的是，尽管第一内复合袋120的这一实施例中采用的是双折端部闭合，但是端部闭合也可采用单折端部闭合。
从图9、10和13中，可以清楚地看到第二外复合袋130的结构，及其组件的配置与第一内复合袋120的关系。具体地说，第二外复合袋130由置于第一内复合袋120两侧的两组纸层140、140形成，使第一内复合袋120介于两组纸层140、140之间。从图10和13可清楚地看到，两组纸层140、140不仅是彼此纵向离开，而且还纵向离开第一内复合袋120，从而形成沿纵向外伸的悬垂折边142，折边142的目的或用途将在后文详细说明。每个折边142沿纵向外伸，超出相邻的第一内复合袋120的表面，纵向向外伸出约10．16厘米(4英寸)。
每组纸层140包括6个纸层143-148，但是如图4和图5公开的各种实施例一样，纸层的具体数目可随意选择。实际中为了把每组纸层140制成一个纸层单元，使该纸层单元的处理简化，从而简化完成或装配好的衬垫袋110的生产制造，按照本发明独有的一种粘结技术将每组纸层140的纸层143-148粘结在一起。参考图9和图13，具体地说就是利用，冷胶垫珠150将最内层的纸层143，即每个纸层组140的与第一内复合袋120相邻并相接触的纸层和与其紧邻的外侧纸层144粘结起来，同样，用冷胶垫珠152将最外层的纸层148，即每个纸层组140的最远离第一内复合袋120的纸层和与其紧邻的内纸层147粘结起来。需要注意的是，置于不构成或形成折边142的每组纸层140的每一端上的冷胶垫珠150和152的纵向长度，小于构成或形成折边142的每组纸层140的每一端上的冷胶垫珠150和152的纵向长度，其原因仅在于每个折边142必须具有伸展长度或搭接长度，以便能够折叠到另一组不构成折边142的纸层140的对应或相关端部上，从而能够适当地、可靠地粘结到该端部。更详细地说，较短的冷胶垫珠150和152的纵向长度为15．24厘米(6英寸)，而较长的冷胶垫珠150和152的纵向长度为25．4厘米(10英寸)。因此折边142的纵向长度就约为10．16厘米(4英寸)，同样需要注意的是，冷胶垫珠150及152之间的横向间隔均为10．16厘米(4英寸)。
实际上当需要由衬垫袋110的组件，包括第一内复合袋120和构成第二外复合袋130的两组纸层140、140，形成闭合封闭的衬垫袋110时，将两组纸层140、140的折边142、142向上和向下折叠，视情况而定，即考虑图10和12-14的左侧或右侧分别用箭头U和D所标示的情况，即使折边142、142分别搭接不构成折边142、142的纸层组140、140的相关或对应端部。需要注意的是，虽然在纸层144-147之间可提供类似于胶垫珠150及152的胶垫珠，但是已发现提供这样的额外胶垫珠对端部折边142、142封闭的结构完整性或可靠性没有任何显著的或实质性作用，其原因在于折叠端部折边142、142折叠时，在端部折边142、142中产生的主要应力由最内和最外的纸层承担。另外，从结构完整性或可靠性的观点看，不需要这样的额外胶垫珠，除去或免去在纸层144-147上用额外胶垫珠会减少生产衬垫袋的成本。
为了分别将折叠的折边142、142固定到另一组纸层140的相关非折边端部，利用本发明独有的另一种粘结方案或技术把折边142、142分别粘结到另一组纸层140的相关非折边端部。具体地说，如图14所示，利用预先安排的一系列热熔粘结剂垫珠H和冷胶垫珠C(附图标示为153)，把形成折边142一部分的纸层143的表面部分粘结到另一组纸层140的纸层148的非折边端部，热熔粘结剂垫珠H和冷胶垫珠C相对于衬垫包110的纵向呈横向布置，从而垂直于冷胶垫珠150的纵向。使用热熔粘结剂垫珠H和冷胶垫珠C的组合物是最理想的，这样不论衬垫袋110使用环境温度条件如何变化，均可保证衬垫袋110的结构完整性。合适的热熔粘结剂包括，例如HB FULLER 7268，而合适的冷胶包括，例如BIRDSONG EXP-93。为了最好地利用热熔粘结剂和冷胶的粘结性能，研究了热熔粘结剂垫珠H和冷胶垫珠C的特定型式。例如，根据本发明的热熔粘结剂和冷胶垫珠的独有组配或型式，考虑到热熔粘结剂垫珠H比冷胶垫珠C粘结或贴得更为容易，因此将热熔粘结剂垫珠H置于冷胶垫珠C的外面。于是在冷胶垫珠C凝固的同时，热熔粘结剂垫珠H保持使折边142、142粘结到纸层组140、140的非折边端部。一旦凝固后，不论温度条件如何，冷胶垫珠C均可确保折边142、142保留在纸层组140、140的非折边端部上，而温度可能会严重影响热熔粘结剂垫珠H的粘结保持能力。
为了进一步保证衬垫袋110的结构完整性，具体地说为了保证衬垫袋110的折叠的折边部分的结构完整性，从而保证折边部分不会失效和打开，可在闭合并封闭的折边142、142上放置适当的胶带154。利用热熔粘结剂垫珠H和冷胶垫珠C的适当组合物(附图标示为156)将胶带154固定在外侧的纸层148的折边端部，同样利用另一型式的热熔粘结剂垫珠H和冷胶垫珠C(附图标示为158)将胶带154固定在另一纸层组140的外侧纸层148的外表面上，折边142也固定到该表面上。利用单个热熔粘结剂垫珠H(附图标示为160)将胶带154的中间部分固定到折边142的端面上。需要注意的是，尽管端部折边142、142是按照前述公开的本发明独有的原理和技术闭合并密封的，但是由纸层组140、140形成的外复合袋130的侧边还是用普通方式密封的(图中未示出)。另外，尽管外复合袋130(它包括两个端部折边142、142)可能只有一个端部折边142，另一端以一种类似于密封外复合袋130的侧边部分的普通封闭方式封闭了，但是两个端部折边142、142的提供使得能够用自动化设备更快、效率更高地制造外复合袋130，这是因为不再需要由两个不同设备来完成两种不同类型的闭合操作或工艺，每组纸层140、140的尺寸相同，并且两个端部折边142、142均可以用单个或相同的操作来闭合和密封。
这样，根据本发明的方法和原理，研制出一种改进的新型可充气衬垫袋，这种衬垫袋不仅抗爆裂强度或压强值得到提高，而且通过利用独有的粘结型式或安排来粘结并固定闭合和密封后的折边端部，有效地防止了闭合和密封的折边端部的打开，从而提高了抗失效的结构完整性，从制造观点来看重要并且理想的是，衬垫袋的结构简化了它的制造，而且可以用自动机械设备来制造衬垫袋。代替各种纸层，例如完全装配好的衬垫袋的第二外复合袋的各种纸层的交织或交叉(这种过程对工人来说，特别乏味，时间很长并且疲劳)，本发明的衬垫袋包括端部折边，它实际上包括适于简单折叠并固定或粘结到该衬垫袋的相应辅助部分上。这样根据本发明公开的原理和方法制造的衬垫袋是在衬垫袋领域的一大进步。显然，对本发明的上述方法，可以作许多修改和变更，因此在权利要求的范围内，本发明可以在说明书所述之外实施。