折叠式当场扩张的纸包装材料 【技术领域】
本发明总体涉及散装的包装材料或往往称之为“卡纸板”的这些材料。传统上这些材料常常以预扩张的包装“片”例如塑料“花生”形式供应。更具体而言，本发明涉及(1)紧凑的片材初级品，它可以较经济地装运和储存以及(2)包装片，它可以在将使用包装片的地方通过当场折叠或扩张片初级品来形成。
背景技术
经验表明，一种包装材料必须具有许多重要特性包括：
1.缓冲特性：包装材料必须为包装的物品形成缓冲垫以便在装运过程中保护它们。该缓冲垫必须消耗或扩散在装运过程中施加在包装容器(一般为“箱子”)上的冲击载荷以便那些载荷不会直接作用到包装的物品上。同样重要的是，包装材料具有高的回弹特性(在其可用的范围内)以便在反复施加载荷时它可以连续地形成缓冲垫。包装用于装运的不同物品可能需要不同的刚度以便充分地保护它们。
2.楔紧和支撑特性：包装材料的“楔紧和支撑”能力指地是阻止包装的物品在容器内的运动的能力以便包装材料垫住该物品。如果允许包装的物品相对于容器壁运动，由于其间无缓冲垫，则它将直接受到邻近那个位置施加到箱子外面的任何冲击载荷的作用。
3.使用容易：包装材料必须便于使用以便尽可能减少包装物品所需要的劳动。特别是，包装材料应该具有容易而快速地围绕包装的物品定位的能力。
4.包装材料的储存：被储存的包装材料的物理形状是一重要的特性。包装材料一般分成两类：
a).“预扩张的”材料，如由制造者以最终形状供应给包装者的塑料花生或泡沫片材。
b).“当场扩张的”材料以紧密的未扩张的状态供给包装者。在包装者的现场包装材料扩张成其最终形状。现有技术的方法已利用充气、填料填塞和压皱来由扁平的材料生产扩张的包装材料。泡沫包装材料当场的成形也可以包括在当场扩张的材料的这一类中。扩张率从对于填料填塞的牛皮纸缓冲垫的约10∶1变化到对于扩张的泡沫材料的50∶1那样多。当场扩张的材料具有很大的优点，因为它们在包装者的工厂并不占用极有价值的储存空间并且具有用于装运给包装者的低得多的费用。
5.经济性：包装材料在价格上必须可与其他的提供同样水平的保护的材料竞争。劳动和装运费用(材料到达包装者手中)可以是包装产品的总成本的显著的百分数。预扩张的材料必然比当场扩张的材料要求较高的装运费用，后者在包装者处才形成其实用的体积。
6.尘埃的产生：包装材料必须不产生尘埃或其他的碎屑，它们将粘到包装的物品上并使其对接收者来说是难看的。这对于由纤维素料浆模塑的未压缩材料是一个特别的问题，它具有粗糙的表面和边缘，由其在正常装卸和使用过程中将分离出小的颗粒。
7.密度：包装材料必须尽可能是轻质的以便使包装的物品的装运费用减至最少。一般，这些装运费用取决于包装材料及其包装物的重量。
8.有利于环境：由塑料或毒性的、两部分的膨胀泡沫塑料制成的包装材料与纸基产品相比在市场上具有缺点，因为它们不能象纸基产品那样以有利于环境的方式迅速生物降解。此外，包装的物品的接收者由于塑料基材料的负面的环境形象更喜欢纸基包装材料。
9.“流动性”和相关的副作用：现今广泛采用可流动的包装材料，例如塑料“花生”，因为它们显著降低与包装相关的劳动费用。高度“可流动的”包装材料可以迅速地注入和放入装运容器中。它们也不需要象许多其他包装材料那样打包、捆扎或其他费力的操作。然而，可流动者(即松散形式的包装材料)不能形成足够的楔紧和支撑的特性。塑料花生，例如具有良好的缓冲特性，但具有如此不好的楔紧和支撑特性以致于包装的物品在容器或箱子内周围运动。当包装的物品达到容器壁时，它不再受包装材料的保护并且在包装材料受到外部的冲击时易受损坏。按定义，“可流动者”在包装过程中容易流入箱子内，但在包装以后也在箱内部流动，而使包装的物品可以运动。对此例外的是E-Cubes包装片，它描述于US专利No.5900119中。E-Cubes包装片是具有良好楔紧和支撑的特性的最早的可流动的包装材料。这是以形状与结构的组合来实现的，其在它们统一包装的物品的周围铺设以后可以联锁各个片。
至今在商业上所利用的包装材料没有一种已满足所有这些特性。总之，理想的包装产品应该：
1.是一种可流动的以便可迅速而经济地包装；
2.具有良好的缓冲、楔紧和支撑的特性；
3.是一种采用简单可靠的工具当场扩张的材料；
4.由回收的纸制成并可再回收以保护环境；
5.尽可能降低向包装者和向包装的物品的接收者的装运费用；以及
6.是清洁的以便在使用过程中不产生尘埃或其他的碎屑并且不转移到被装运的物品上。
【发明内容】
已发明一种新的包装材料，它具有所有的这些特性。该包装材料是可流动的并且由通常称为“粗纸板”的材料制成。粗纸板在全世界由造纸厂生产并且常常包含100％的可收回的成分。粗纸板通过将折线、切口、穿孔和/或贯穿线添加到扁平的粗纸板上而改变成当场扩张的包装材料。粘合介质，例如一种粘合剂也可以预涂敷到当场扩张的材料的合适的部分上。改变的粗纸板可以经过堆叠、绕卷或扇形折叠以便装运给包装者。这大大降低运输费用和顾客储存空间/费用的需要。
当包装者想要使用该当场扩张的材料时，可从储存中取出适当数量的片初级品，将该级品折叠或扩张成包装材料的形状并以该形状固定之。这些步骤可以由手工或机械来完成。在任一方法中将当场扩张的初级品的适当部分从另一中间部分中分离开并使其形成包装材料的最终形状。在每一片的拼合部分上的粘合剂使材料保持其最终形状。组装可以在实际的包装站或其附近进行，在该站包装材料将围绕在装运容器内待装运的物品上铺设。各片也可以以预扩张的和准备好使用的形式供给包装者。
本文所述发明涉及一种改进的、以其中间的(即初级品)和最终的(即扩张的)形式的当场扩张的包装材料和制作当场扩张和扩张的材料的方法。
【附图说明】
图1为以适合于供给包装者的形式的优选的中间纸板包括包装片初级品的实例；
图2为在图1所示的中间纸板上的一个单片初级品的特征的实例；
图3为完成的包装材料的实例，即在由包装者从图1中所示的中间件中扩张后的情况；图3中所示的片具有三角形形状的优选的横截面；
图4示出图1中的中间件中的双排片在变成图3中所示型式的几个片的过程中的外形；
图5为本发明的另一实施方案的透视图，其中完成的包装材料具有圆形横截面，图5A和5B示出同样的包装片材的端视图。图5和5A中该片由一对接接头固定。图5B中该片由一搭接接头固定；
图6示出一优选的中间件外形，由其制备图5的圆形包装片。
【具体实施方式】
尤其是，本发明包括一种包装片，它由一扁平的中间纸板形成并包括两个或更多个片初级品，其中该片包括：构成各侧面以使包装片具有选自包括三角形、圆形或多边形之类的横截面，并且包括固定装置用以将该片的各侧面固定成其最终的形状。
本发明还包括一种两个或更多个包装片初级品的中间纸板，它能够被形成为扩张的包装片，每一片初级品可分离式连接于至少一个邻接的片初级品并且包括：一个或多个分段，每一分段可折叠式固定于至少另一个分段上，它们折叠时形成扩张的包装片的各侧面；并且还包括选自包括粘合剂或连接件之类的固定装置用以将扩张的包装片的各侧面固定于其扩张的形状。此外，本发明包括一种用于形成两个或更多个包装片初级品的中间纸板的方法，它包括：形成各分离线以便在中间纸板上将每一片可分离式连接于各邻接的片上；通过在各分段之间产生折线从而在每一片上形成至少三个分段；以及添加一个或多个选自包括粘合剂和连接件之类的固定装置以便将各侧面在扩张后固定于它们的最终形状。
最后，本发明包括一种方法用以由包括两个或更多个片初级品的中间件形成一当场扩张的包装片，包括：将初级品折叠成至少三个分段以形成扩张的包装片的各侧面；连接扩张的包装片的各侧面；以及从邻接的片或各片中分离扩张的片。
参照示出由粗纸板制成的一当场扩张的中间材料的图1和2以及示出由中间件生产的扩张形式的包装片的图3可以最好地理解本发明。
如以上指出的，“粗纸板”由许多纸制造厂制成，例如美国堪萨斯州，Hutchinson，Republic Paperboard Company。粗纸板为由回收的纸制成的薄的光滑修整的材料并且一般以连续成卷的形式供应。粗纸板一般意思就是一种低品级的刚性纸或卡纸板并且常常用作为纸垫的背衬、邮件的加强板或照片的框架以及用于其他类似的应用。然而，就本申请人所知“粗纸板”以前并没有用于成形包装片，并且其名称不应被认作可建议与这种应用相关的优选的那种材料。本申请人现在已发现这种粗纸板是生产包装片的良好的原料，因为其具有低的成本、强度和刚度。至今使用的具体材料包括Republic Paperboard的“24点芯板标准”(24-Pointcore standard)、“20点棕黄色弯曲坯料”(20-point tan bendingstock)和“18点褐色弯曲粗纸板”(18-point brown bendingchipboard)。可以采用其他厚度和类型的粗纸板以及符合这些要求的其他材料。例如，牛皮纸。也可以采用合成材料或塑料，尤其是在要求防水的、防火的或耐化学性的包装材料的场合。
图1示出本发明的一个优选的实施方案，其中连续的粗纸板1加工成当场扩张的片中间件或初级品的连续的纸板2。如图1中所示，纸板2包括两排这样的片—一排包括片5A、6A和7A，它们均邻接一相邻排的片5B、6B和7B。然而，根据粗纸板1的宽度，在纸板2上可以并排地形成一单排这样的片或任何数目的相邻排的片。与排数无关，优选成形在粗纸板上的片初级品在由包装者扩张和分离以前全部保持相互连接。
一般，粗纸板1由工厂以成卷的或扇形折叠的形式供应。该纸板由一中间“转变器”连续展开和加工，该转变器具有制作穿孔或薄弱线的工位用以按需要折叠或分离，并且用于在片初级品中制作孔或其他的开口。此外，转变器可以在适当的位置添加粘合介质，例如粘合剂或连接件。完成这些步骤的顺序可以根据片初级品的设计和它们在纸板2上的设置加以改变。可以预料在模板或邮件箱的制造厂中通常使用的机械以及用于制作饮料纸板箱的机械可以用来生产本文所述的中间纸板2。由转变器完成的各步骤的全部或一部分可以在制造粗纸板的场所和/或在中间制造厂的场所来完成。它们也可以在最终的包装者的场所完成，只要由包装者使用的大量片材证明投资费用是合算的即可。在本文所述的优选的实施方案中，预制中间件的全部的结构上的特征，并且将中间件送交包装者以准备好最终扩张和分离成各个包装片。
在图2中所示的优选的实施方案中，片5A包括分段12、13和14，它们以锯齿形折线20和30为界。折线20例如由转变器以对粗纸板的充分的穿透制成以便于折叠和在由扩张机扩张的过程中除共同的肩部21外部分地分离分段12和13，而肩部21处该两邻接分段被折叠但保持连接。(见图3)同样地，折线30除在肩部31处外能使分段13和14最后部分地分离(见图3)。此外，在分段12的一部分上形成的折线10用以在边缘15与分段12之间形成接头片11。粘合剂17可以涂敷到接头片11和/或拼合粘合部位19上用以将扩张的片固定于其最终的形状，如图3中所示。
如图1中所示，转变器在片5(A、B)与片6(A、B)之间添加一贯穿线8X以使它们按需要在扩张步骤之前、其中或以后可相互完全分离开。片5B与6B之间的分离例如通过分裂肩部22来实现。同样的线8W可以添加到片5A和5B的前面，它们如所示是在纸板2上的前面的各片。同样地，一贯穿线8Y形成在片6(A、B)与片7(A、B)之间。同样，片6B与7B之间的分离也可通过分裂肩部32来实现。如图1所示，线8W、8X、8Y和8Z在外形上均为锯齿形的，从而在分离的和扩张的各片上形成的各边缘将是锯齿形的或细齿的，借此形成适当的不规则表面用以在用作包装材料时与其他完全扩张的各片联锁。线8W、8X、8Y和8Z可以以其他的可实现同样结果的外形形成。
同样地，中间转变器在A排中的各片(即片5A、6A和7A)与B排中的各片(即片5B、6B和7B)之间形成一薄弱线16。每一排中的各片可以通过分裂薄弱线16与另一排中的邻接片分离。同样，线16也具有锯齿形外形，从而分离后每一片的该边缘将是锯齿形的或细齿的，以有助于扩张的各片的联锁。
中间转变器还可以在每一片初级品上的不同部位处添加开口，例如各个孔40。通常，最好是在将中间件装运给包装者以前切开口并去掉该开口的中心部分。这降低中间件2的装运重量。或者，各孔40可以由转变器来预制，并去掉中心部分或在当场扩张的过程中正好折叠起来。图中所示的各开口或孔40是圆形的，但可以是任何形状，例如外形上是三角形的、方形的或星形的。在每一分段中可有许多孔以降低重量并增加各片的联锁。如以下所述，在各片围绕一待装运的包装物品铺设以后各孔与邻接的各片上的锯齿形的或细齿的部分联锁，借此形成在装运过程中改进的楔紧、支撑和缓冲的特性。
粘合介质17可以是一种聚合物或任何适用的粘合剂例如热固化的、微波活化的、超声波活化的、可润湿的或压力活化的类型，它们根据储存和使用的条件均是适用的。粘合剂可以直接涂敷到中间件2或以转接胶带的形式供应。粘合剂应该选择成和/或定位成使中间件2的相邻分段在绕卷或扇形折叠纸板2以便装运给包装者以后将不会相互粘合而造成“砌砖”结果。其实现的技术对于例如在制作邮件箱和模板的领域中以粘合剂涂敷到不同的部分上的那些技术人员来说是众所周知的。现今可以预料“热熔体”，即热固化的粘合剂是优选的，因为它们在要求时易于活化，而并不在中间件在使用的正常条件下绕卷或折叠时造成中间件的砌砖结果，并且在固化后形成牢固的连结而保持扩张的包装片的结构。
虽然图1中所示的粘合剂被定位在接头片11的整个部分上和在拼合部位19上，但粘合剂可以以连续线或多个点的形式定位在那些部位的一部分上以便符合上述目的而使费用减至最少。
如果采用塑料或其他的合成材料代替粗纸板，则不需要使用粘合剂。而是在组装各片的过程中可以通过施加压力和/或加热、超声波能量、溶剂或微波能量粘合完全扩张的各片。
作为粘合介质的替代物，转变器可以将各个零件添加到接头片11和部位19上以形成各连接件，以便机械式保持完全扩张的片的形状。这些连接件可以包括：燕尾槽、企口式切口、钩式凹槽和其组合。这些零件“卡扣”在一起以固定各片的分段并借此将各片保持于它们的扩张的形状。或者，可以利用例如卷边、U形钉等的连接方法来在初级品扩张以后将片保持于其最终的形状。
按本文所采用的“固定装置”总体上指的是粘合介质。连接零件和连接方法。
在由转变器制备以后，片5(A、B)、片6(A、B)和片7(A、B)等的中间纸板2可以经过绕卷、堆叠或扇形折叠并运送给包装者，在那里将其以那种形式储存到准备好使用为止。
当包装者需要包装材料时，可将纸板2开卷或展开并且或手工将初级品扩张为最终的各个片或将纸板通入扩张机中以形成各个包装片50，如图3中所示。这可以以不同的方式来实现。在一优选的方法中，机械沿线10、20和30折叠以形成接头片11并且形成成为三角形状的侧面12、13和14。线20和30的折叠形成各背脊或突出部41，它在用于包装材料时同样有助于各片的嵌接和联锁。各背脊41通过在三角形片的弯曲角20和30处部分地切下材料而形成，从而它并不弯曲而是在通过折叠扩张片时突出于分段以外。加热以使热熔体粘合剂17在接头片11和/或在粘合表面19上活化，如图1中所示。然后将接头片11紧压分段14的边缘部分16并在冷却过程中夹紧以固化粘合剂连结。
在本发明的一优选的实施方案中，片5A的组装与片5B的组装同时进行而保持它们连接在一起。图4示出完全成形的(即扩张的)和连结的片5A和5B。然后用一“分裂”轮沿图1中所示的线8X从片6(A、B)上“分裂”出片5(A、B)。然而，片5A和5B沿分离线16保持相互连接。然后用另一旋转切刀或分裂轮来最后彼此分离片5A和5B。图3中所示完全扩张的和连结的片50然后可以用作为包装材料。
该当场扩张的包装材料的缓冲性能可部分地归因于其形状和其制造的材料的特性。通过各孔40、细齿边缘8W、8X和16以及背脊41的嵌接可提高完成的包装产品50的性能，它们相互配合而锁定和阻止各片相互相对的滑动。各片的这种联锁也阻止包装的物品在容器内的运动。
该当场扩张的包装材料的楔紧和支撑的性能可部分地归因于联锁的各开口和细齿的或锯齿形的各边缘。如果各个片具有光滑的边缘，它们将易于相互滑动并且将不相互锁定和围绕包装的物品。商业上可利用的粗纸板的表面是比较光滑的并且在各片之间并不能产生足够的摩擦。简单地将表面弄粗糙会导致暴露的纸纤维，它将造成尘埃。代之的是，当场扩张的包装材料具有预制于每一片的表面内的联锁特征(背脊、孔和细齿边缘)。例如，各背脊41与邻接的各片的细齿、孔和边缘联锁。这些特征的间距和次数可以设计成能使联锁各邻接片的可能性和该联锁关系的持久性为最大。这些特征的组合形成具有优越的楔紧和支撑的特性的片。
当由0.24英寸厚的粗纸板制造时，如图3中所示的当场扩张的包装材料平均重量为每立方英尺1.8磅。这轻于许多竞争的产品并且被确认为是适合市场销售的。通过采用较重的(较大厚度的)粗纸板也可以生产重型的当场扩张的包装材料用以装运较高密度的包装的物品。
作为一种可流动的，各片在装运容器内将采取随机定向。因此，对于这种包装材料的缓冲特性来说最好在所有的坐标轴方向是尽可能相同的。三角形横截面是优选的因为其具有结构上的刚度，提供三角形横截面的抗压强度，亦即沿垂直于横截面的轴线的缓冲尽可能接近粗纸板的断裂强度(Column Strength)。各片也可以采用其他的结构，例如圆形的和多边形的横截面，但这些片不象三角形横截面那样强壮。
例如，图5中示出本发明的另一实施方案，其中本发明的包装片具有圆形横截面。优选地，该片在一侧如图6中所示的粗纸板的扁平分段上与其他相同的片一起预制。图6示出将一连续的粗纸板101加工成当场扩张的片中间件的连续纸板102。如图6中所示，纸板102包括两排这样的片：一排包括片105A、106A和107A，它们均邻接一相邻排的片105B、106B和107B。同样，根据粗纸板101的宽度。在纸板102上可以并排地形成一单排这样的片或任何数目的相邻排的片。与排数无关。优选的是，各片成形在粗纸板的卷上，在由包装者扩张和分离以前全部保持相互连接。
粗纸板101由一中间“转变器”连续展开和加工，该转变器具有制作穿孔或薄弱线的工位用以按需要折叠或分离并且用于在初级的当场扩张的片中制作孔或其他的开口。此外，转变器可以在适当的位置添加粘合介质或连接件。
在图5和6中所示的优选的实施方案中，片105A包括一单个圆形壁分段113，它绕卷而形成一具有圆形横截面的片。在该实施方案中，各背脊基本上相互间锁定在一起并由各背脊形成空隙。然而，也有可能同样在该实施方案中添加各个开口或孔。在壁分段113上以不同的间隔形成部分的锯齿形线，例如120和130。可以具有任何数目的折线120和130，它们由转变器以对粗纸板的充分的穿透制成，以便于在由扩张机扩张的过程中绕卷壁分段113。另一方面，采用过多的折线将削弱扩张的片的完整性并有损于它们作为包装材料的性能。在壁分段113绕卷成圆形形状时，各背脊141从部分锯齿形线120和130中露出。各背脊从壁分段113中向外突出，而该壁分段在共同的肩部121和131处保持连接。
此外，一折线110形成在壁分段113的一部分上以便在边缘115与壁分段之间形成一接头片111。粘合介质117可以涂敷到接头片111和/或拼合粘合部位119上，用以将扩张的片固定于其最终的形状，如图5中所示。
如图6中所示，转变器在片105(A、B)与片106(A、B)之间添加一贯穿线108X以使它们按需要在扩张步骤之前、其中或以后可相互完成分离开。片105B与106B之间的分离例如通过分裂肩部122来实现。同样的线108W可以添加到片105A和105B的前面，其如图所示是在纸板102上的前面的各片。同样地。一贯穿线108Y形成在片106(A、B)与片107(A、B)之间。同样，片106B与107B之间的分离也可通过分裂肩部132来实现。如图中所示，线108W、108X、108Y和108Z在外形上均为锯齿形的，从而在分离的和扩张的各片上形成的各边缘将是锯齿形的或细齿的，借此形成适当的表面用以在用作包装材料时与其他完全扩张的各片联锁。线108W、108X、108Y和108Z可以以其他的可实现同样结果的构造形成。
同样地，中间转变器在排A中的各片(即片105A、106A和107A)与排B中的各片(即105B、106B和107B)之间形成一薄弱线116。每一排中的各片可以通过分裂薄弱线116与另一排中的邻接片分离。同样，线116也具有锯齿形外形，从而分离后每一片的该边缘将是锯齿形的或细齿的以便有助于扩张的各片的联锁。
如以上指出的，中间转变器还可以在粗纸板上形成的每一片上的不同位置处添加开口或孔。通常，最好是在装运给包装者以前切孔并去掉其中心部分以减轻重重。或者，各孔可以由转变器来预制，并去掉中心部分或在由扩张机当场扩张的过程中正好折叠起来。各孔可以是任何的形状。例如外形上是圆形的、三角形的、方形的或星形的。在每一分段上可有许多孔以降低重量并增加联锁。如以下所述，在各片围绕一待装运的包装的物品铺设以后各孔与邻接的各片上的锯齿形的或细齿的部分联锁，借此形成在装运过程中改进的楔紧、支撑和缓冲的特性。
粘合介质117对于三角形形状的片如以上所述可以是任何适用的粘合剂。当卷绕壁分段113而形成扩张的片时，其末端可以利用图5A中所示的对接接头或接头片接头固定或利用图5B中所示的搭接接头固定。显然，粘合剂按合适的情况涂敷到各接头片的前面或背面以将该片固定于其最终的形状。
如上讨论的，可以使用其的包括连接件和连接方法的固定装置。