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CN103906685A - 具有热融合双重接缝或卷边接缝金属端头的蒸煮容器 - Google Patents

具有热融合双重接缝或卷边接缝金属端头的蒸煮容器 Download PDF

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CN103906685A
CN103906685A CN201280053353.7A CN201280053353A CN103906685A CN 103906685 A CN103906685 A CN 103906685A CN 201280053353 A CN201280053353 A CN 201280053353A CN 103906685 A CN103906685 A CN 103906685A
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Abstract

一种蒸煮容器，该蒸煮容器包括通过卷边接缝或双重接缝操作而被施加并密封至全热塑性塑料容器本体(22)的金属端头(30)。该金属端头具有外卷边(36)，其结合至从该卷边向下延伸的卡盘壁(38)。容器侧壁(24)的内表面和卡盘壁的外表面中的一者或二者上具有可热密封材料(44)。该金属端头被卷边接缝或双重接缝至容器本体，并且可热密封材料被加热至软化或熔化，从而卡盘壁和侧壁之间的界面被融合。所述界面相对于施加在金属端头上的内部压力沿一方向取向，使得由内部压力在所述界面上引起的应力主要是剪切应力。

Description

具有热融合双重接缝或卷边接缝金属端头的蒸煮容器
发明背景
本公开涉及容器，具体地说涉及具有施加至容器本体的一端或两端并卷边接缝或双重接缝到该容器本体上的一个或两个金属端头的容器，更具体地说涉及用于蒸煮处理的这种容器，其中所述容器本体基本由热塑性塑料形成。
传统上，蒸煮容器基本上由金属构成。几十年以来，标准的蒸煮食品容器是三件式或两件式金属罐。在三件式金属罐中，金属罐本体由通常以双重接缝接到罐本体端部的一对金属端头封闭。两件式金属罐省除了其中一个金属端头，这是因为罐本体是具有一体底壁的深拉本体。这种典型的蒸煮容器的金属端头具有形成“卷边”的外周部，该卷边接收罐本体的端部，在施加端部之后，将罐本体的卷边和壁滚压在一起而形成双重接缝。这种构造具有很大的优点，即其容易承受蒸煮处理而不会危及接缝，这是因为罐本体的位于接缝区域中的塑性变形的金属倾向于保持其变形形状，而不管蒸煮过程中的高压和温度如何。
最近，已经期望构造使用较少金属的蒸煮容器，这是受到潜在成本降低以及这种构造能够提供的改进美学所促进的。在本公开中描述的改进至少在一些方面是为了解决该期望。
发明内容
具体地说，本公开描述了一种蒸煮容器，该蒸煮容器具有一个或两个金属端头，所述一个或两个金属端头附装至基本热塑性塑料的容器本体，使得由于某些原因(例如在蒸煮处理过程中，或由于容器海拔高度的改变，诸如当在水平面处填充和密封容器而随后被运输到高海拔区域时)当容器内部相对于外部环境加压时具有改进的抗放气性。
根据本发明，在一个实施方式中，一种蒸煮容器，包括：
容器本体，该容器本体基本由热塑性塑料构成并具有围绕容器本体轴线延伸的侧壁，所述侧壁具有下端部和上端部，所述上端部限定围绕所述容器本体的顶部开口延伸的上边缘，所述侧壁具有内表面和外表面；
金属端头，该金属端头封闭所述容器本体的顶部开口，所述金属端头至少具有金属层并包括中央部和从该中央大体径向向外延伸并围绕该中央部周向地延伸的外周部，所述外周部具有径向外部和径向内部，第一可热密封材料存在于(a)所述金属端头的至少所述外周部的下表面和(b)所述侧壁的与该侧壁的上端部相邻的内表面中的一者上，所述外周部的径向外部限定卷边，所述外周部的径向内部限定卡盘壁，该卡盘壁从所述卷边大体向下延伸并具有与所述容器本体的侧壁的内表面形成界面的径向外表面；
将所述金属端头连接至所述侧壁的上端部的接缝，所述接缝使所述金属端头的卷边和所述侧壁的上端部互锁；以及
通过所述卡盘壁的径向外表面和所述侧壁的内表面之间的第一可热密封材料的加热密封而将所述卡盘壁和所述侧壁之间的界面融合，所述界面沿着一方向取向，使得由所述容器内的施加在所述金属端头上的内部压力引起的所述界面上的应力主要是剪切应力。
根据进一步实施方式的蒸煮容器可以包括：存在于(a)所述金属端头的至少所述外周部的下表面和(b)所述侧壁的与该侧壁的上端部相邻的内表面中的另一者上的第二可热密封材料。在该实施方式中，所述第二可热密封材料和所述第一可热密封材料彼此接触并且被热融合在一起，从而将所述卡盘壁和所述侧壁之间的界面融合。有利地但不是必不可少地，所述第二可热密封材料和所述第一可热密封材料还在所述接缝中被热融合在一起。
在本发明的实践中有用的可热密封材料可以包括任何已知的可热密封材料。所述金属端头可以具有内部涂层，并且任选地也可具有外部涂层。
所述金属端头和所述侧壁之间的接缝可以是卷边接缝或双重接缝。在双重接缝的情况下，所述侧壁的上端部形成了本体钩，而所述金属端头的卷边形成了与该本体钩互锁的端头钩。
所述容器本体可以以各种方式制造和构成。例如，所述容器本体可以是吹塑成型、热成型或注射成型的容器本体，该容器本体具有一体结合至所述侧壁的底壁。另选地，所述容器本体可以是具有敞开下端部的挤出容器本体，在这种情况下，所述下端部由与封闭顶端部的金属端头类似的第二金属端头密封。
在一些实施方式中，所述金属端头是具有由金属层中的刻线限定的可切断面板的易开端头。另选地，所述金属端头可以是卫生端头，或者所述金属端头可以包括密封至环状金属环的膜。
本公开还描述了一种用于制作容器的方法。在一个实施方式中，用于制作容器的方法包括如下步骤：
提供容器本体，该容器本体基本由热塑性塑料构成并具有围绕容器本体轴线延伸的侧壁，所述侧壁具有下端部和上端部，所述上端部限定围绕所述容器本体的顶部开口延伸的上边缘，所述侧壁具有内表面和外表面；
提供金属端头，该金属端头封闭所述容器本体的顶部开口，所述金属端头至少具有金属层并包括中央部和从该中央部大体径向向外延伸并围绕该中央部周向地延伸的外周部，所述外周部具有径向外部和径向内部，第一可热密封材料存在于(a)所述金属端头的至少所述外周部的下表面和(b)所述侧壁的与该侧壁的上端部相邻的内表面中的一者上，所述外周部的径向外部限定卷边，所述外周部的径向内部限定卡盘壁，该卡盘壁从所述卷边大体向下延伸并具有径向外表面；
将所述金属端头施加至所述容器本体，使得所述金属端头封闭所述顶部开口，并且所述卡盘壁的径向外表面和所述侧壁的内表面之间具有紧密接触的界面；
形成将所述金属端头连接至所述侧壁的上端部的接缝，该接缝是通过将所述金属端头的卷边与所述侧壁的上端部互锁形成的；
在所述接缝的形成完成之后，将所述第一可热密封材料加热到足以致使所述第一可热密封材料软化或熔化并润湿所述卡盘壁的径向外表面和所述侧壁的内表面的温度；以及
允许所述第一可热密封材料冷却并硬化，使得所述卡盘壁和所述侧壁之间的界面被融合，所述界面沿着一方向取向，使得由所述容器内的施加在所述金属端头上的内部压力引起的所述界面上的应力主要是剪切应力。
形成接缝的步骤可以包括形成卷边接缝，或者其可以包括通过将所述金属端头的卷边和所述侧壁的上端部滚压在一起而将所述侧壁的上端部形成为本体钩并将所述卷边形成为端头钩并且将所述本体钩和所述端部钩互锁而形成双重接缝。
所述加热步骤可以以各种方式中的任一种执行，包括传导加热、感应加热、摩擦加热等。
在一些实施方式中，该方法进一步包括提供第二可热密封材料，该第二可热密封材料存在于(a)所述金属端头的至少所述外周部的下表面和(b)所述侧壁的与该侧壁的上端部相邻的内表面中的另一者上。因而，所述金属端头和所述侧壁上都具有各自的可热密封材料。所述方法使得将所述第二可热密封材料和所述第一可热密封材料彼此接触地放置在所述卡盘壁和所述侧壁之间的界面处，并将所述第一和第二可热密封材料加热至足以致使所述第一和第二可热密封材料软化或熔化并流动到一起的温度，之后允许所述第一和第二可热密封材料发生冷却从而将所述卡盘壁融合到所述侧壁的内表面。
所述第二可热密封材料和所述第一可热密封材料可以还在所述接缝中被热融合在一起。
所述容器本体可以通过各种过程制成，例如包括吹塑成型、热成型或挤出。在吹塑成型或热成型的容器本体的情况下，所述容器本体包括一体地结合至所述侧壁的底壁。在挤出容器本体的情况下，所述容器本体具有敞开的下端部，因此，第二金属端头被附装至该下端部。该第二金属端头及其至容器本体的附装可以与第一金属端头及其至容器本体的附装基本相同。
该方法可以进一步包括在将所述金属端头施加至所述容器本体的步骤之前用食品填充所述容器；以及在所述卡盘壁和所述侧壁之间的界面融合之后，蒸煮所述容器。在蒸煮步骤过程中，所述容器本体是径向不受约束的，从而在内部压力施加至所述侧壁上时允许所述容器本体径向膨胀。特别地，所述容器本体没有任何特殊膨胀的面板，由此所述容器本体的径向膨胀围绕所述容器本体的周向基本均匀地发生。
在一些实施方式中，所述卡盘壁相对于所述容器本体的纵向轴线以非零的锐角延伸，并且被构造成使得所述卡盘壁的下端部的直径小于所述侧壁的内表面的直径，而所述卡盘壁的上端部的直径大于所述侧壁的内表面的直径。将所述金属端头施加至所述容器本体的步骤致使所述容器本体的侧壁从所述卡盘壁的下端部向上相对移动至所述卡盘壁的上端部，从而在所述卡盘比和所述侧壁之间产生过盈配合，由此在所述卡盘壁和所述侧壁之间形成所述紧密接触的界面。
在加热步骤中，基本没有外部压力施加在所述卡盘壁和侧壁上，所述卡盘壁和所述侧壁之间的压力而是来自于在所述端部被施加并接缝至所述侧壁时就已经存在的所述过盈配合。因此，在加热步骤中无需为了在金属端头和容器本体之间形成牢固的热结合而利用密封夹钳产生压力。实际上，在一些实施方式中，加热步骤可以利用感应加热执行，其中感应工具和金属端头之间可以没有接触。
本公开还描述了一种用于对食品进行包装和杀菌的包装和蒸煮处理。在一个实施方式中，一种用于包装和蒸煮处理食品的方法包括如下步骤：
提供容器组件，该容器组件包括具有侧壁的基本热塑性塑料容器本体，并进一步包括封闭所述容器本体的下端部的端部壁，所述容器本体的相对的上端部是敞开的；
提供金属端头，所述金属端头至少具有金属层并包括中央部和从该中央部大体径向向外延伸并围绕该中央部周向地延伸的外周部，所述外周部具有卷边和从该卷边大体向下并径向向内延伸的卡盘壁；
在(a)所述金属端头的所述外周部的下表面和(b)所述容器本体的与该容器本体的上端部相邻的内表面中的至少一者上提供至少一个可热密封材料；
通过所述容器本体的敞开端部将食品放置在所述容器组件内；
在所述金属端头和所述容器本体之间形成卷边接缝以封闭所述容器的敞开端部，形成步骤使得所述容器本体的侧壁被压缩在位于所述侧壁的内侧的卡盘壁与在所述侧壁的外侧所述金属端头的通过使所述卷边变形而形成的永久变形部分之间；
通过在所述金属端头压缩所述侧壁之处使所述可热密封材料熔化然后允许熔化的可热密封材料冷却并硬化，从而将所述金属端头热融合至所述容器本体，由此完成填充了的容器；以及
对该填充了的容器进行蒸煮处理以对所述食品和所述容器的内部进行杀菌。
附图说明
以上概述了本发明，下面将参照附图，这些图未必按比例绘制，在附图中：
图1是用于制作根据本发明的一个实施方式的容器的过程的若干步骤的示意图；
图2是根据本发明的一个实施方式的在金属端头与容器本体的接缝的区域中剖切容器的显微照片；
图3是根据本发明的一个实施方式的用于制作容器的过程的进一步步骤的示意图，其中接缝金属端头被感应密封至容器本体；
图4是根据本发明的一个实施方式在感应密封步骤之后穿过金属端头与容器本体的接缝的区域的剖视图；
图5是根据本发明的另一个实施方式在感应密封步骤之后穿过金属端头与容器本体的接缝的区域的剖视图；
图6是根据本发明的进一步实施方式在感应密封步骤之后穿过金属端头与容器本体的接缝的区域的剖视图；
图7是用于测试根据本发明的实施方式制作的容器的测试蒸煮设备的示意图；
图8是差压(＝罐压力-蒸煮压力)和蒸煮温度对时间的曲线图，示出了针对传统金属罐和根据本发明的一个实施方式的容器的测试结果；
图9是用于根据本发明的一个实施方式的容器的有限元分析结果的图表，示出了作为蒸煮温度的函数的临界压力(该临界压力被定义为超过时容器本体会发生永久变形的压力)；
图10是差压和蒸煮温度对时间的曲线图，示出了针对根据本发明的一个实施方式的容器的测试结果，其中允许差压增加直到容器发生失效；以及
图11是根据本发明的另一个实施方式的具有双重接缝和密封端头的容器的剖视图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更完全地描述本发明，附图示出了本发明的一些实施方式，但不是全部实施方式。实际上，这些发明可以以许多不同形式实施，并且不应该解释为限于这里阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了使得该公开满足适用的法律要求。在全文中相同的附图标记表示相同的元件。附图不必按照比例，因而由附图显示的各种元件的相对比例(例如多层结构中的层厚度)并非必然表示实际的相对比例。
参照图1，示意性地描绘了用于制作根据本发明的一个实施方式的容器的过程的若干步骤。在第一步骤中，采用挤出机10挤出作为连续挤出件的基本热塑性塑料管12。挤出机10包括螺杆14等，该螺杆14在压力作用下馈送熔融的基本热塑性材料穿过模16，使得通过环状模孔18挤出连续管12。挤出管12可以具有单层或多层构造。作为多层构造的示例，管壁可以具有(从内径到外径)的结构：可热密封层/连接层/阻挡层/连接层/可热密封层。
连续挤出管12(通过已知冷却手段，未示出)充分冷却，然后被切割成方便长度的母管20。通常，每个母管20都具有足够长度，以提供所示的从母管切割出的多个容器本体22。每个容器本体22然后与一对金属端头20配合。
在一些实施方式中，金属端头30和容器本体22可以被构造成如在申请人的2011年6月16日提交的共同未决申请No.13/161,713中描述的那样彼此配合，这里通过援引将该申请的全部公开内容结合于此。
金属端头30包括中央部32和外周部34，外周部34从中央部32大体径向向外延伸并围绕中央部32周向延伸。外周部34具有径向外部和径向内部。径向外部限定具有下表面的卷边36，该卷边在金属端头的轴向方向上大体向下凹入。径向内部限定从卷边36大体向下并径向向内延伸的卡盘壁38。如在上面提到的No.13/161,713申请中描述的，该卡盘壁38可以是复合角卡盘壁，该复合角卡盘壁具有与卷边36相邻的上部和结合至该上部并位于该上部下方的下部。卡盘壁的上部基本是线性的，并且相对于所述轴向方向以相对较小的非零角度取向，卡盘壁的下部基本是线性的，并且相对于所述轴向方向以相比于卡盘壁的上部相对较大的角度取向。
金属端头30被构造成使得至少卡盘壁的下部的底部边缘具有比位于其上部边缘的容器本体侧壁24的内径小的外径。另外，卡盘壁38被构造成使得在金属端头30和容器本体22的配合过程中随着侧壁的顶部边缘朝向卷边36向上前进，该卡盘壁38变成直径比容器本体侧壁24的内径略大。换言之，相对于与卷边相邻的卡盘壁的外径，侧壁的内径尺寸较小。这具有在配合过程中利用金属端头“擦拭”侧壁24的内表面的作用，从而具有在接缝之前清洁内表面的益处。这还致使卡盘壁38和侧壁24之间进行过盈配合。
一旦金属端头30和容器本体22配合，就进行接缝操作，以便将金属端头接缝到容器本体上。在图示实施方式中，容器本体是笔直壁(无凸缘)容器本体，并且在金属端头和容器本体之间形成卷边接缝40，其中侧壁24保持基本笔直并且被压缩在卡盘壁38与卷边36的变形部分之间。另选地，在其他实施方式中，可以形成双重接缝(例如参见图11)，在这种情况下，容器本体可以具有凸缘。卷边接缝40的优点在于，可用于无凸缘容器本体，并且即使在金属端头被热密封至容器本体上之前，也可提供金属端头30在容器本体22上的形状锁合。可以在图2中看到这一点，图2是在卷边接缝40的区域中剖切开的容器的显微图片。由卷边的“咬合”到侧壁内的折叠周边边缘形成容器本体侧壁的“结节”或互锁部。该结节和折叠边缘有效地互锁，由此将金属端头锁定到容器本体上。
当然，应当理解，能以与上述相同的形式将第二金属端头附接到容器本体22的相对端部。另选地，在容器本体具有一体底壁(对于例如吹模、热成型或注射成型的容器本体来说可能就是这种情况)的情况下，则无需第二金属端头。
然而，只有金属端头30和容器本体22的上述互锁尚不足以使得容器能够承受蒸煮过程。为了能够完好地承受蒸煮，使容器经受热密封操作以将金属端头30的一部分融合到容器本体的侧壁24上。在这方面，在卷边接缝40的区域中彼此紧密接触的金属端头和侧壁的相应表面中的至少一个表面由可热密封材料形成，并且这两个表面是这样的，即：加热卷边接缝而将该可热密封材料软化或熔化，之后使该材料冷却，致使这两个表面“热融合”至彼此。更具体地说，为了在蒸煮过程中(或在容器的其他高内压力条件下)获得足够的“抗放气性”，重要的是至少将金属端头30的卡盘壁38热融合至容器本体的侧壁24的内表面，并且优选不仅卡盘壁38应该在内径处热融合，而且卷边36的一部分(或者更精确地说，在接缝操作之前其为卷边)应该热融合至容器本体侧壁24的外径处。
图3中示意性地描绘了热融合操作，并且在图4中极大地放大示出了所得到的热融合接缝40。如图3中所示，该热融合操作可以使用感应加热器50来完成。感应加热器50包括线圈，使高频电流流过该线圈，由此产生高频交流电磁场。端头30的金属侧被暴露于该交流电磁场，该交流电磁场在金属内感应出涡电流(也被称为傅科电流)，从而因为金属的阻抗而产生焦耳热。金属的这种加热然后导致热通过传导而传递至与该金属接触的任何物体，包括端头30和/或侧壁24上的可热密封材料。
因而，举例来说，图4示出了具有金属层42和可热密封材料44的内层或涂层的金属端头30。可以使用任何合适的可热密封材料用于层44，其非限制性示例包括：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、丙烯酸(PMMA)、赛璐珞、醋酸纤维素、环烯烃共聚物(COC)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、乙烯乙基醇(EVOH)、氟塑料(除了FEP、PFA、CTFE、ECTFE、ETFE之外，还包括PTFE)、离子交联聚合物、液晶聚合物(LCP)、聚甲醛(POM或乙缩醛)、聚丙烯酸酯(丙烯酸)、聚丙烯腈(PAN或丙烯晴)、聚酰胺(PA或尼龙)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚芳基甲酮(PAEK或酮)、聚丁二烯(PBD)、聚丁烯(PB)、聚丁烯对苯二酸酯(PBT)、聚己酸内酯(PCL)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯(PCT)、聚碳酸酯(PC)、聚羟基脂肪酸(PHA)、聚酮(PK)、聚酯、聚乙烯(PE)、聚醚醚铜(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚砜(PES)、氯化聚乙烯(CPE)、聚酰亚胺(PI)、聚乳酸(PLA)、聚甲基戊烯(PMP)、聚苯醚(PPO)、聚硫醚(PPS)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚砜(PSU)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚氨酯(PU)、聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)。在要对容器进行蒸煮处理的情况下，应该选择能够承受蒸煮处理条件的适当的可热密封材料。
当通过感应加热对金属层42进行加热时，可热密封层44通过传导而被加热，这导致可热密封材料软化或熔融。因为电磁场的强度遵从平方反比定律，金属端头的焦耳热在最靠近感应加热器的线圈的端头部分中最大，并且与距线圈的距离的平方反比成比例地减小。因而，金属端头仅发生局部加热，且足够幅度的热致使可热密封层44熔融。更具体地说，可热密封层44的熔融实质上被局限于接缝40的区域。
如图4所示，接缝40被感应加热，之后冷却(该冷却在磁场终止或容器从线圈离开时立即进行)，这在金属端头30和容器本体侧壁24之间产生两个热融合区域：在侧壁24的内表面与卡盘壁38的与该侧壁平行地定位且与该侧壁紧密接触的部分之间存在内密封部Si；并且在侧壁24的外表面与接缝之前作为金属端头的卷边的部分之间具有外密封部S0。图4(以及图5和6)中的密封部Si和S0是为了举例说明之目的而描绘的，看起来好像它们都是金属端头30和侧壁24之间的不同层一样，但是应该理解，事实上，所述密封部是通过熔融金属端头的可热密封层44和侧壁24的表面上的热塑性材料形成的(或者在其中金属端头不具有可热密封层的图5的情况下，是通过将侧壁24的热塑性表面融合至金属端头而形成的)。
为了获得足够的抗放气性，重要的是卡盘壁38包括这样的部分，该部分与侧壁24的内表面平行并紧密接触，并且该部分如上所述被热融合。这导致卡盘壁38和侧壁24之间的界面沿着基本平行于容器轴线的方向取向，使得由容器内部的施加在金属端头30上的内部压力在界面上引起的应力主要是位于界面的平面内的剪切应力(与倾向于将一个部件从另一个部件剥离的平面外应力截然不同)。
本发明还有一个特征是，在用于将端头30热融合到侧壁24的加热步骤过程中，实质上没有外部压力施加至卡盘壁38和侧壁24。相反，卡盘壁和侧壁之间的压力来自于它们之间存在的过盈配合，如以上所述。实际上，当采用感应加热器50时，在加热元件和金属端头之间可以没有任何接触(不过，提供与容器的一些类型的接触可能是有利的或期望的，诸如在连续传送器类型的处理中执行加热步骤时，为了沿着感应加热元件下面的路径传送该容器)。
在本发明的实践中可以采用各种构造的金属端头30和容器本体侧壁24。如关于图4指出的，在一个实施方式中，金属端头30可以具有内部可热密封层44。在这种情况下，容器本体侧壁24可以是如图所示的单层构造，基本热塑性侧壁24可热密封到金属端头的可热密封层44。
另选地，在其他实施方式中，侧壁24可以是多层构造。例如，侧壁24可以包括至少两个层，所述至少两个层包括内部可热密封层和为容器本体提供湿气和气体阻挡特性的阻挡层。此外，金属端头30并非必须具有内部可热密封层，只要该内表面可融合至侧壁24的可热密封层即可。图5示出了遵从这些方针的可能实施方式。金属端头30不包括内部可热密封层，而是在其内侧上具有裸露金属表面。附图示出了具有均匀构造的金属层42，但是该金属端头也可以是例如由一层钢构成的ETP(电解镀锡钢板)，例如在内部产品面向表面上向该层钢电解沉积超薄锡涂层。容器本体侧壁24由五层构成，以从内径至外径的顺序：内部可热密封层25、连接层26、阻挡层27、连接层28和外部可热密封层29。可以使用之前描述的可热密封材料中的任何一种用于可热密封层25和29。阻挡层27可以包括为该容器的具体应用提供必要阻挡特性的任何合适材料。这种阻挡材料的非限制性示例包括：乙烯乙基醇(EVOH)、聚乙烯醇(PVOH)、聚偏二氯乙烯共聚物(PVDC)、聚丙烯晴(PAN)、聚对苯二己酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、液晶聚合物(LCP)、非晶态尼龙、尼龙6、尼龙66、尼龙-MXD6等。连接层26和28可以是用于将可热密封层25和29粘结至阻挡层27的任何合适的粘结材料。
当金属端头30不包括可热密封层时，该可热密封层25和29可以被设计成热融合至裸露金属表面，从而形成密封部Si和S0。例如，离子交联聚合物(例如，
Figure BDA0000498322680000101
等)将热融合至诸如ETP之类的裸露金属。
图5中所示的密封结构的优点在于，内部密封部Si和外部密封部S0一起用于将侧壁的阻挡层27与从容器内部或容器外部迁移的湿气隔离，防止其接触阻挡层27。当阻挡层的材料的阻挡特性会由于暴露于湿气而降低时，这十分重要。例如，EVOH具有优良的氧阻挡性能，但是公知的是EVOH受到湿气的有害影响。通常的解决方案是将EVOH层埋设在具有良好湿气阻挡性能的两个层(例如聚丙烯)之间。然而，在本发明的容器中，因为EVOH层在容器本体侧壁的端部表面处暴露，这可能不会完全保护EVOH层。如果湿气能够迁移到接缝区域中，则其随后会通过端部表面迁移到EVOH层中。如图5中所示的密封结构防止了阻挡层27的端部表面暴露于湿气。
图6示出了又一个实施方式，其中金属端头30具有金属层42、内部涂层44和外部涂层46。侧壁24具有类似于图5的构造。内部涂层44包括可热密封材料，该可热密封材料与侧壁24的内层25相容(即可热密封至该内层25)以形成密封部Si，并与外层29相容以形成密封部S0。设置外部涂层46主要是为了抗腐蚀，使得金属端头30的可见侧在美学上保持令人愉悦，不产生腐蚀，而在打开容器时腐蚀可能会成为污染源。可以在金属端头上使用各种涂层中的任何一种，例如聚酯、乙烯基、丙烯酸、醇酸树脂、油性树脂、酚醛塑料等。
图4至图6中的上述实施方式在金属端头30和侧壁24的具体构造方面不受限制。本发明可应用于和包括金属端头和侧壁构造的任何组合，其中它们在接缝40的区域中彼此紧密接触的相应表面中的至少一个由可热密封材料形成，并且这两个表面是这样的，即：加热接缝将该可热密封材料软化或熔化，之后冷却该材料，致使这两个表面“热融合”至彼此。另外，如之前指出的，重要的是卡盘壁38的至少一部分与侧壁24平行并紧密接触该侧壁24，从而产生内部密封部Si，该内部密封部在例如蒸煮期间在容器中的内部压力作用下而主要被置于剪力下。
制造了根据本发明的容器并使该容器经受测试以确定容器是否能够经历典型的蒸煮过程而保持完好，即金属端头与侧壁的接缝没有失效，并且容器没有永久变形。容器具有如图5中所示的被卷边接缝并感应密封的端头，并且具有如下构造：
-容器本体内径＝3英寸
-容器本体长度＝4.4375英寸
-容器本体侧壁结构：PP/连接/EVOH/连接/PP
-侧壁厚度＝0.035英寸
-金属端头结构(从内到外)：40微米PP/0.0075英寸TFS无锡钢/15微米PET。
在图7中示意性示出的设备中测试该容器。该设备包括用于封装被测容器的封闭腔室C。腔室的内部经由蒸汽压力调节器SP而供应有蒸汽，并经由空气压力调节器AP而供应有空气。蒸汽和空气源被调节，从而在腔室内部维持基本恒定的250°F温度。在一些测试中使用手动操作的压力调节器MPR，以允许独立地控制放置在腔室中的测试容器内的空气压力。使用无线压力和温度换能器(数据获取/记录装置)测量腔室内的压力和温度以及被测容器内的压力。
图8示出了根据本发明的容器(基本如图5所示)以及具有类似总体尺寸和构造的传统金属罐的测试结果。这些测试的目的是为了测量在基本恒定的250°F温度进行蒸煮时容器经受的差压(＝罐内部压力-腔室内部压力)。在该测试系列中，没有使用手动压力调节器MPR，而是允许容器内的压力自然地响应于腔室内的蒸煮环境。金属容器产生了大约18.9psi的峰值差压。相比而言，根据本发明的容器产生了仅大约6.4psi的峰值差压，为金属容器的峰值差压的几乎三分之一。认为塑料本体容器的低得多的△P是由于塑料本体的由于内部压力而径向膨胀的能力，相对于相对刚性的金属罐来说，这具有降低△P的作用。
就降低△P并因此降低作用在金属端头和塑料容器本体之间的接缝上的应力来说，这种膨胀能力是有利的。然而，如果塑料本体在蒸煮过程中过多膨胀，其可能经受永久变形，该永久变形可能会致使容器部不适合于其预期用途。为了试图确定这种永久变形是否会带来问题，在从70°F温度到265°F温度的范围上针对两个壁厚(0.026英寸和0.035英寸)的容器进行了有限元分析。该分析旨在确定各温度下的临界压力，该临界压力被定义为超过时塑料本体会发生永久变形的差压。结果在图9中绘出。如所预期的，临界压力随着温度增加而降低。在典型的250°F的蒸煮温度时，计算出该临界压力对于0.026英寸的壁厚为10psi，对于0.035英寸的壁厚为14psi。通过该分析可以确信，在真实蒸煮条件(如在图8中概括的测试中的条件)下，本发明的容器的△P在临界压力作用下也很好。
在图7的设备中进行了根据本发明的具有卷边接缝的密封端头的容器的附加测试，以便确定在典型的蒸煮条件下导致容器失效需要多少△P。与之前描述的测试一样，将蒸煮腔室的温度保持在基本恒定的大约250°F。通过周期性地调节手动压力调节器MRP，在“上升”过程中与测试腔室中的压力增加同步地提高容器内的压力。一旦腔室内的温度达到受控的250°F(已经保持针对该值的最小差压)，则随后逐渐增加容器中的压力，直到发生失效，以便评估由于正差压引起的密封部的耐破性。图8示出了针对一个容器的温度和△P对时间。该容器在△P为大约21.9psi时失效，并且失效模式是塑料容器本体突然爆裂。对若干个名义上相同的其他容器进行了附加重复测试。在该测试系列中，失效时的△P在从21.8psi到22.4psi的范围内，并且失效模式总是塑料容器本体壁爆裂。金属端头保持附接至容器本体。
为了进行比较，在由相同容器本体和金属端头部件制成但是端头双重接缝到容器本体上而端头没有进行感应密封的容器上进行相同类型的测试。对于该测试系列来说，失效时的△P在从4.4psi到8.3psi的范围内，并且失效模式总是其中一个端头的双重接缝破坏(也就是说，双重接缝由于高温下塑料侧壁的软化和从内部压力施加至接缝的应力而被“展开”)。
因而，将一方面具有卷边接缝的密封端头的本发明容器的性能和另一方面具有双重接缝的未密封端头的容器的性能相比，对于本发明的容器来说，失效时的△P有近250％的增加。这种激动人心的改进是出乎意料的，并且不是能完全理解的。然而，理论认为，接缝整体性的改进大部分是由于卡盘壁热融合至容器本体侧壁的内表面，这导致形成了在高内部压力条件(例如蒸煮)下几乎纯粹经受剪切应力的界面。对于剪力来说非常稳固的该界面被认为承担了施加至金属端头上的应力的绝大部分，从而使得接缝本身不受到太大应力。
本发明的容器的另一个优点是在高内部压力条件(诸如蒸煮)下经受弹性膨胀并且随后在高内部压力被释放时基本恢复到其原始构造的能力。如所指出的，这有助于减轻内部压力，因而减轻作用在卡盘壁和/侧壁界面和接缝上的应力。当然，为了实现该优点，容器本体必须相对不受限制，从而其能够径向膨胀。
以上描述集中于具有卷边接缝的密封金属端头的容器。然而，如上所述，本发明不限于卷边接缝。另选地，所述金属端头可以双重接缝，然后通过感应加热或其他过程密封。图11示出了具有双重接缝40’的这种容器。除了该不同的接缝构造之外，该双重接缝容器类似于之前描述的卷边接缝容器。双重接缝40’的特征在于，侧壁24的上端部形成了本体钩，而金属端头的卷边形成了与该本体钩互锁的端头钩。
在典型的双重接缝容器中，经常在卷边的区域中将接缝化合物施加至金属端头。在双重接缝过程中该接缝化合物流动，从而填充接缝区域中金属端头和容器本体壁之间可能存在的任何间隙。根据本发明的容器可以利用或不利用传统的接缝化合物制造。
在以上描述和所附权利要求中，对“基本热塑性塑料”等容器本体的参考是指以体积为基础热塑性塑料是容器的主要原料，此外还指任何非热塑性成分都不会削弱如前所述的容器本体热密封至金属端头的能力或在蒸煮过程中弹性膨胀的能力。例如，基本热塑性塑料容器本体可以包括非热塑性成分，诸如颜料(例如，二氧化钛)、染料、或赋予视觉特征(例如着色、透明等)或热塑性塑料本身不提供的其他特性的其他添加剂。举例来说，如果纸张或金属成分削弱容器本体热密封至金属端头和/或在蒸煮处理过程中弹性膨胀的能力，则诸如纸张/热塑性塑料或金属/热塑性塑料之类的复合结构容器本体将不是“基本热塑性塑料”(即使热塑性塑料按照体积计算是主要原料)。
相比于传统的金属蒸煮容器，根据本发明的容器能够提供不同的优点。例如，本发明使得能够选择将容器本体22制造成基本透明的，从而在购买之前消费者能够看到容器的内容物。特别是对于在视觉上吸引人的产品(例如水果和蔬菜)来说，这能够提供新鲜感。另选地，容器本体可以被染上各种颜色中的任何一种颜色，同时仍然保持基本透明，或者可以通过在热塑性塑料材料中结合合适的颜料或染料而制造成半透明的。另外，该容器可以没有双酚A(BPA)。与传统的金属罐不同，该容器可以是适合于微波炉的。
受益于在以上描述和相关附图中提供的教导，本发明所属领域的技术人员将想到这些阐述的本发明的许多修改和其他实施方式。例如，尽管已经描述了感应加热用于使金属端头和容器侧壁在接缝区域中热融合在一起，但是可以转而使用其他类型的加热和过程。因此，应该理解，本发明不限于所公开的具体实施方式，修改和其他实施方式都包含在所附权利要求的范围内。尽管这里使用了具体术语，但是它们都是以一般的描述性意义来使用的，并不是为了进行限制。

Claims (24)

1.一种蒸煮容器，该蒸煮容器包括：
容器本体，该容器本体基本由热塑性塑料构成并具有围绕容器本体轴线延伸的侧壁，所述侧壁具有下端部和上端部，所述上端部限定围绕所述容器本体的顶部开口延伸的上边缘，所述侧壁具有内表面和外表面；
金属端头，该金属端头封闭所述容器本体的顶部开口，所述金属端头至少具有金属层并包括中央部和从该中央部大体径向向外延伸并围绕该中央部周向地延伸的外周部，所述外周部具有径向外部和径向内部，第一可热密封材料存在于(a)所述金属端头的至少所述外周部的下表面和(b)所述侧壁的与该侧壁的上端部相邻的内表面中的一者上，所述外周部的径向外部限定卷边，所述外周部的径向内部限定卡盘壁，该卡盘壁从所述卷边大体向下延伸并具有与所述容器本体的所述侧壁的内表面形成界面的径向外表面；
将所述金属端头连接至所述侧壁的上端部的接缝，所述接缝使所述金属端头的卷边和所述侧壁的上端部互锁；以及
所述卡盘壁和所述侧壁之间的通过所述卡盘壁的径向外表面和所述侧壁的内表面之间的第一可热密封材料的热密封而融合的所述界面，所述界面沿着一方向取向，使得由所述容器内的施加在所述金属端头上的内部压力引起的所述界面上的应力主要是剪切应力。
2.根据权利要求1所述的蒸煮容器，该蒸煮容器进一步包括存在于(a)所述金属端头的至少所述外周部的下表面和(b)所述侧壁的与该侧壁的上端部相邻的内表面中的另一者上的第二可热密封材料；并且其中：
所述第二可热密封材料和所述第一可热密封材料彼此接触并且被热融合在一起，使得所述卡盘壁和所述侧壁之间的界面被融合。
3.根据权利要求2所述的蒸煮容器，其中所述第二可热密封材料和所述第一可热密封材料还在所述接缝中被热融合在一起。
4.根据权利要求2所述的蒸煮容器，其中所述第一可热密封材料和所述第二可热密封材料包括热塑性聚合物。
5.根据权利要求1所述的蒸煮容器，其中所述接缝包括卷边接缝，在该卷边接缝中，所述侧壁保持基本笔直，并且被压缩在所述卷边的变形部分与所述卡盘壁之间。
6.根据权利要求1所述的蒸煮容器，其中所述接缝包括双重接缝，在该双重接缝中，所述侧壁的上端部形成了本体钩，而所述金属端头的卷边形成了与该本体钩互锁的端头钩。
7.根据权利要求1所述的蒸煮容器，其中所述容器本体是具有一体地结合至所述侧壁的底壁的吹塑成型容器本体。
8.根据权利要求1所述的蒸煮容器，其中所述容器本体是具有一体地结合至所述侧壁的底壁的热成型容器本体。
9.根据权利要求1所述的蒸煮容器，其中所述容器本体是具有敞开的下端部的挤出容器本体。
10.根据权利要求9所述的蒸煮容器，该蒸煮容器进一步包括第二金属端头，该第二金属端头被接缝并热融合至所述容器本体的下端部。
11.一种制作容器的方法，该方法包括如下步骤：
提供容器本体，该容器本体基本由热塑性塑料构成并具有围绕容器本体轴线延伸的侧壁，所述侧壁具有下端部和上端部，所述上端部限定围绕所述容器本体的顶部开口延伸的上边缘，所述侧壁具有内表面和外表面；
提供金属端头，该金属端头封闭所述容器本体的顶部开口，所述金属端头至少具有金属层并包括中央部和从该中央部大体径向向外延伸并围绕该中央部周向地延伸的外周部，所述外周部具有径向外部和径向内部，第一可热密封材料存在于(a)所述金属端头的至少所述外周部的下表面和(b)所述侧壁的与该侧壁的上端部相邻的内表面中的一者上，所述外周部的径向外部限定卷边，所述外周部的径向内部限定卡盘壁，该卡盘壁从所述卷边大体向下延伸并具有径向外表面；
将所述金属端头施加至所述容器本体，使得所述金属端头封闭所述顶部开口，并且所述卡盘壁的径向外表面和所述侧壁的内表面之间具有紧密接触的界面；
形成将所述金属端头连接至所述侧壁的上端部的接缝，该接缝是通过将所述金属端头的卷边与所述侧壁的上端部互锁形成的；
在所述接缝的形成完成之后，将所述第一可热密封材料加热到足以致使与所述卡盘壁的径向外表面和所述侧壁的内表面接触的所述第一可热密封材料软化或熔化的温度；以及
允许所述第一可热密封材料冷却并硬化，使得所述卡盘壁和所述侧壁之间的界面被融合，所述界面沿着一方向取向，使得由所述容器内的施加在所述金属端头上的内部压力引起的所述界面上的应力主要是剪切应力。
12.根据权利要求11所述的方法，其中形成接缝的步骤包括形成卷边接缝。
13.根据权利要求11所述的方法，其中形成接缝的步骤包括通过将所述金属端头的卷边和所述侧壁的上端部滚压在一起而将所述侧壁的上端部形成为本体钩并将所述卷边形成为端头钩并且将所述本体钩和所述端部钩互锁而形成双重接缝。
14.根据权利要求13所述的方法，其中通过经过所述金属端头的金属层传导热来加热所述第一可热密封材料。
15.根据权利要求13所述的方法，其中通过对所述金属端头的金属层进行感应加热来加热所述第一可热密封材料。
16.根据权利要求11所述的方法，该方法进一步包括提供第二可热密封材料，该第二可热密封材料存在于(a)所述金属端头的至少所述外周部的下表面和(b)所述侧壁的与该侧壁的上端部相邻的内表面中的另一者上，并且其中：
所述第二可热密封材料和所述第一可热密封材料被彼此接触地放置在所述卡盘壁和所述侧壁之间的界面处，所述第一可热密封材料和所述第二可热密封材料被加热至足以致使所述第一可热密封材料和所述第二可热密封材料软化或熔化并流动到一起的温度，之后允许所述第一可热密封材料和所述第二可热密封材料发生冷却从而将所述卡盘壁融合到所述侧壁的内表面。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第二可热密封材料和所述第一可热密封材料还在所述接缝中被热融合在一起。
18.根据权利要求11所述的方法，该方法包括如下步骤：
在将所述金属端头施加至所述容器本体的步骤之前用食品填充所述容器；以及
在所述卡盘壁和所述侧壁之间的界面被融合之后，蒸煮所述容器。
19.根据权利要求18所述的方法，其中在蒸煮步骤过程中，热塑性塑料的所述容器本体是径向不受约束的，从而在内部压力施加至所述侧壁上时允许所述容器本体径向膨胀，由此降低所述容器内积累的压力，并因而降低置于所述侧壁和所述金属端头上的应力。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述容器本体没有任何特殊膨胀的面板，由此所述容器本体的径向膨胀围绕所述容器本体的周向基本均匀地发生。
21.根据权利要求11所述的方法，其中所述卡盘壁相对于所述容器本体的纵向轴线以非零的锐角延伸，并且被构造成使得所述卡盘壁的下端部的直径小于所述侧壁的内表面的直径，而所述卡盘壁的上端部的直径大于所述侧壁的内表面的直径；并且其中将所述金属端头施加至所述容器本体的步骤致使所述容器本体的侧壁从所述卡盘壁的下端部向上相对移动至所述卡盘壁的上端部，从而在所述卡盘壁和所述侧壁之间产生过盈配合，由此在所述卡盘壁和所述侧壁之间形成所述紧密接触的界面。
22.根据权利要求21所述的方法，其中在加热步骤中，基本没有外部压力施加在所述卡盘壁和所述侧壁上，所述卡盘壁和所述侧壁之间的压力而是来自于所述过盈配合。
23.一种用于包装和蒸煮处理食品的方法，该方法包括如下步骤：
提供容器组件，该容器组件包括具有侧壁的基本热塑性塑料容器本体，并进一步包括封闭所述容器本体的下端部的端部壁，所述容器本体的相对的上端部是敞开的；
提供金属端头，所述金属端头至少具有金属层并包括中央部和从该中央部大体径向向外延伸并围绕该中央部周向地延伸的外周部，所述外周部具有卷边和从该卷边大体向下并径向向内延伸的卡盘壁；
在(a)所述金属端头的所述外周部的下表面和(b)所述容器本体的与该容器本体的上端部相邻的内表面中的至少一者上提供至少一个可热密封材料；
通过所述容器本体的敞开端部将食品放置在所述容器组件内；
在所述金属端头和所述容器本体之间形成卷边接缝以封闭所述容器本体的敞开端部，形成步骤使得所述容器本体的侧壁被压缩在位于所述侧壁的内侧的卡盘壁与在所述侧壁的外侧所述金属端头的通过使所述卷边变形而形成的永久变形部分之间；
通过在所述金属端头压缩所述侧壁之处使所述可热密封材料熔化然后允许熔化的可热密封材料冷却并硬化，从而将所述金属端头热融合至所述容器本体，由此完成填充了的容器；以及
对该填充了的容器进行蒸煮处理以对所述食品和所述容器的内部进行杀菌。
24.根据权利要求23所述的方法，其中在蒸煮处理步骤中，所述容器本体是径向不受约束的，从而允许所述容器本体在内部压力施加至所述侧壁上时径向膨胀，由此降低所述容器内积累的压力，并因而降低置于所述侧壁和所述金属端头上的应力。
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