一种纸杯及其生产工艺、设备的制作方法

1.本发明涉及一种纸杯及其生产工艺、设备。


背景技术：

2.市面上的一次性纸杯一般为单层杯或双层杯，其中单层杯存在如下缺陷：(1)杯身薄且软，握杯易变形，防烫能力差；在饮用热饮时，一方面直接握杯因隔热差易造成直接烫伤；另一方面杯体易变形，热水易撒漏造成间接烫伤；(2)杯身接缝短，易渗水；普通纸杯重叠部分长度一般为5～10mm，纸杯盛水后，水会向纸层渗透，直至渗穿重叠部位渗出，造成纸杯破裂。双层杯是在单层杯外附加粘贴外杯形成，其实质仍为单层结构，并未解决杯身刚性差、接缝短、易渗水的问题，并且虽在一定程度上解决了防烫问题，但效果有限。在双层杯生产工艺上，需要额外增加外杯成型和内外杯粘接的生产工序，工序更加复杂，生产效率降低，不利于纸杯规模化生产。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明的目的是提出一种杯身挺度高、防渗水性能强，并且隔热效果更好的纸杯；本发明的第二目的是提出该纸杯的生产工艺；本发明的第三目的是提出该纸杯的生产设备。
4.技术方案：本发明一方面提供一种纸杯，包括杯身、杯底和杯口，杯身由涂覆有淋膜层的扇形片卷叠而成，包括通过熔融淋膜层相互粘接的内层、中间层和外层，其中中间层为凹凸面层，中间层与外层间形成隔热空腔；杯口及杯底连接处均为包括内层和外层的双层结构。
5.进一步地，淋膜层为树脂材料。
6.另一方面，本发明还提供一种纸杯的生产工艺，包括如下步骤：
7.(1)对放卷的纸张对应于中间层的区域进行凹凸面压制；
8.(2)对压制好的纸张进行表面淋膜处理，冷却后形成带有淋膜层的淋膜纸；
9.(3)在淋膜纸上裁切出扇形片；
10.(4)通过纸杯成型机对扇形片进行卷叠成型，过程中加热淋膜层使其保持熔融，以便内层、中间层和外层相互粘接；
11.(5)杯口卷边和杯底粘贴成型。
12.进一步地，步骤(1)中，压制的凹凸面深度为0.1～2mm。
13.进一步地，步骤(2)中，中间层上凹面处淋膜，且淋膜层填满整个凹陷处。
14.进一步地，步骤(3)中，裁切扇形片前，将淋膜纸上对应于外层的区域非淋膜一侧作为印刷区域，进行图案印刷。
15.进一步地，步骤(4)中，对扇形片对应于中间层与外层的区域进行加热。
16.本发明还提供一种实现上述生产工艺的设备，包括：
17.纸卷，用以放卷纸张；
18.凸压制辊和真空凹压制辊，用以在放卷纸张对应于中间层的区域压制出凹凸面；
19.模头，用以在压制好的纸张表面形成一层薄薄的淋膜层；
20.冷却辊，用以对淋膜层进行冷却，形成淋膜纸；
21.裁切设备，用以在淋膜纸上裁切出扇形片；
22.纸杯成型机，用以对扇形片进行卷叠成型。
23.进一步地，纸杯成型机包括：
24.平板模具，呈扇形，用以放置扇形片；
25.加热单元，设置在平板模具底部，用以加热淋膜层使其保持熔融；
26.转臂，沿其铰接点呈扇面转动；
27.真空成型筒，转动设置在转臂端部，用以吸附扇形片对应于内层的一端，转臂和真空成型筒同步转动，制成纸杯筒。
28.进一步地，上述设备还包括印刷设备，用以在淋膜纸上对应于外层的区域非淋膜一侧进行图案印刷。
29.有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：
30.(1)杯身刚性上，纸杯的中间部分为三层结构，且中间层为凹凸面层，可形成多点连接的网状结构，较双层纸杯上下连接的结构刚性更好；杯口端和杯底端为双层纸膜结构，对比相同杯身厚度单层纸杯，双层结构(纸 膜 纸 膜)刚性要优于单层结构(纸 膜)，刚性强度更好。
31.特别地，普通双层杯增加了杯身整体厚度，会增加多纸杯叠杯的间距，造成相同空间内纸杯存放数量减少，存在空间利用率低的问题。而由于本发明的三层纸杯具有更好的刚性，其生产用纸厚度可采用单层杯的一半，使得杯身厚度明显小于双层杯杯身厚度，这样多个纸杯叠杯厚度更低，相同空间内存放纸杯数量更多。
32.(2)防渗水性能上，杯身重叠粘接长度为2倍周长，是普通纸杯重叠长度的上百倍，水几乎不可能从纸张间渗出，防水性能更优；杯口端和杯底端的双层纸膜结构防渗透能力好。
33.(3)防烫性能上，由于凹凸面层还会在内部形成均匀分布的密封隔热空腔，其隔热效果优于简单粘接且只有单个不密封空穴的双层杯。
34.(4)本发明的生产工艺较双层杯，减少了外杯的成型及内外杯叠套等工序，生产效率更高，适于自动化、规模化生产。
附图说明
35.图1是纸杯的结构示意图；
36.图2是纸杯的截面图；
37.图3是扇形片的结构示意图；
38.图4是扇形片生产线的结构示意图；
39.图5是图4的俯视图；
40.图6是图4的局部放大图；
41.图7是纸杯成型机的结构示意图；
42.图8是真空成型筒截面图；
43.附图标记：1-杯身，2-杯底，3-扇形片，4-内层，5-中间层，6-外层，7-杯口，8-杯底连接处，9-隔热空腔，10-淋膜层，21-纸卷，22-凸压制辊，23-真空凹压制辊，24-模头，25-真空挡块，26-冷却辊，27-印刷设备，28-裁切设备，31-平板模具，32-转臂，33-真空成型筒，34-加热单元。
具体实施方式
44.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
45.如图1至3所示，纸杯包括杯身1和杯底2，其中杯身1由涂覆有淋膜层10的扇形片3卷叠而成，包括内层4、中间层5和外层6，淋膜层10为树脂材料，如pe或pla，内层4、中间层5和外层6三层结构之间通过熔融树脂粘接在一起。中间层5为凹凸面层，通过表面压制形成。中间层5和外层6之间形成隔热空腔9。外层6的非淋膜面可进行图案印刷。杯身1上端的杯口7，以及杯底连接处8均为包括内层4和外层6的双层结构。
46.下面介绍上述纸杯的生产工艺及设备。
47.如图4至图6所示的扇形片生产线。首先，纸卷21放卷的纸张进入压制段，利用凸压制辊22和真空凹压制辊23对纸张对应于扇形片3中间层5的区域进行凹凸面压制，形成凹凸不平的网纹。真空凹压制辊23上凹部位都设有管路与真空系统联接，利用真空将压制后的纸张保持在真空凹压制辊23上，随其运动至淋膜段。
48.接着，模头24将熔融的树脂淋覆在纸张表面，形成一层薄薄的淋膜层10，此时真空凹压制辊23与纸张自动脱离，真空凹压制辊23内部的真空挡块25关闭真空凹压制辊23上凹部位的真空。真空挡块25在真空凹压制辊23内固定不动，保证真空凹压制辊23内部的真空。涂覆淋膜层10的纸张经冷却辊27冷却后，形成淋膜纸。
49.紧接着，淋膜纸进入印刷工位，印刷设备27按照纸杯表面的要求进行图案印刷，印刷图案可由客户定制，印刷区域为淋膜纸的非淋膜一侧，对应于外层6的区域。如果是白杯，可不进行印刷，直接进入后续的模切工段。
50.随后，将淋膜纸按照纸杯成型所需的形状要求，通过裁切设备28进行裁切，形成扇形片3，并自动堆叠。
51.如图7和图8所示，堆叠后的扇形片3送入纸杯成型机上进行成型。成型时，扇形片3被放置在平板模具31上，此时平板模具31上对应于扇形片3中间层5和外层6的区域通过加热单元34进行加热，加热单元34设置在平板模具31底部，同时转臂32上的真空成型筒33与扇形片3内层4前端纸张接触并施加一定接触压力，真空成型筒33在内部真空的作用下，将部分扇形片3前端区域吸附在其表面上，然后转臂32开始旋转，同时真空成型筒33同步转动，使得扇形片3从内层4的一端开始卷成筒状。转臂32和真空成型筒33持续同步旋转，中间层5开始卷制在杯筒上，利用中间层5上加热熔融的淋膜层10将内杯筒和中间层5粘粘在一起；继续旋转，将外层6粘合到中间筒上，形成三层纸杯筒。
52.最后，移送到上杯口卷边工段、下杯底粘贴工段，进行纸杯口和纸杯底部面成型，制成纸杯成品。
53.按照上述工艺方法、设备，并采用下表的工艺参数(工艺温度和成型时间等)进行纸杯生产，同时生产的纸杯与单层纸杯及双层纸杯进行对比分析，分析结果也列在下表中。
[0054][0055]
通过该表不难发现，本发明的纸杯能够增强纸杯的隔热、刚性和防渗漏性能，且多个纸杯叠杯间距更小。