专利名称：改进的储存包装材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于容纳和保护各种货品，以及保存易腐物质如食品的片状材料。本发明还涉及适于直接接触上述货品形成单一包装，以及适于使半封闭容器形成封闭状态的上述材料。
适用于容纳和保护各种货品，以及保存易腐物质如食品的片状材料在本技术领域中是公知的。这种材料可用来单个包装货品和/或可用来使半封闭的容器形成封闭状态。
目前常用的一种上述材料是那种将聚合物形成的薄而有适应性的带材，通常缠绕成卷供应。这种材料的常见实例是聚氯乙烯(PVC)、聚二氯乙烯(PVDC)和聚乙烯(PE)片材。这些材料，由于所用聚合物和/或添加剂如增塑剂、增粘剂等的性质，其至少一个表面上具有缠着性(clinging character)，因而它们可以围绕货品折叠或打包而缠着在货品和/或其自身上。这种材料的缠着性也可使其与半封闭、半刚性、或挠性的容器一起使用而形成完全封闭的容器结构。这种材料的阻挡性质，特别是阻挡氧气、水份/水汽和气味的性质为易腐货品如食品和/或连续暴露于环境状态下会氧化变质的货品提供了理想的保护特征。
虽然在一定程度上这种材料已被认可接受，但是当材料是以连续卷的形式在分配纸板盒或分配设备中提供时，住住难于找到并隔离缠卷的带材的当时端部，以便开始分配操作。为了克服这个问题已经研究出许多识别和/或隔离卷绕的带材的当时端部的方法(阻力片(tab)、颜色、持端分配器特征等等)，并已取得不同程度上的成功。不管卷绕带材端部的处置问题，材料缠着于自身的倾向也增加了展开带材及切向分离被分配的部分所需要的分配力，甚至可能导致展开卷的分配力过大的所谓“卷阻塞(roll blocking)”现象。卷阻塞也可能引起过大的分配力，这种过大的分配力可导致带材在卷绕方向上的纵向撕裂、使用户得到卷绕带材的一个较窄的不平整的撕开部分。另外，用户还常常遇到材料过早地缠着于自身的情形(即，在接触需要粘合的表面之前)，因此需要手工解开缠着部分和/或舍弃材料以利用新的部分。
另一个可能遇到的难点在于，从一开始或在搬运容器或包装的货品一段时间后，材料不能适当地粘附于自身和/或需要的目标表面以形成气密密封。如果这种材料不能形成至少带有材料本身那样大的阻挡性质的密封，那么，由于密封变成集装方面的最薄弱的环节，用作储存包装的这种材料不能实现其完全的潜力。因此，一些用户采用了另外的固定特征如橡皮带等。材料在其缠着于自身或目标平面处的皱纹在材料和相对的平面之间的区域可能留下小的通道，因而不能达到保存易腐货品的理想密封质量。一些用户企图双重或三重包裹货品，形成加长的曲折迷宫式密封路径来解决密封质量上的缺陷。
另外，由于材料缠着于自身或其它表面，即，具有对材料的吸引或亲合力而不是粘合，因而它们对互补表面的亲合力高度地依赖于材料的化学成分、导电性、表面能量、表面光洁度等特性。因此，这种材料在使用方便性及形成保存易腐货品的充分密封能力方面都留有改进的余地。在许多情形中，增塑剂、增粘剂及其它用来形成这种材料的缠着性的缠着添加剂也可能为成品带材带来如气味等不理想属性和/或可能引起环保问题。
目前常用的另一类材料为各种成份的薄而有适应性的带材，通常以单张或卷形式供应。这种材料的常见实例包括铅箔、有涂层(蜡等)纸等。这种材料在两表面都没有粘着性或缠着性，而是依赖于所用材料的死折(dead fold)特性，因而它们可以围绕货品折叠或包裹并保持其折叠和包裹的形状。这种材料保持其折叠或包裹形状的能力也可使其与半封闭、半刚性或挠性容器一起使用而形成完全封闭的容器结构。许多这种材料的阻挡特性，特别是其阻挡氧气、水份/水汽和气味的性质为易腐货品如食品和/或连续暴露于环境条件下会氧化或变质的货品提供理想的保存特性。
虽然这些材料已经在一定程度上被接受认可，但是用户还会常常遇到材料未能折叠并与其自身和/或半封闭容器接合以完好地封闭和保存货品的情形(即，经过一定时间或受到机械扰动后折叠易散开)，因此，再次折叠并从外部固定折叠的部分和/或舍弃材料以利用新的部分并再次完成折叠过程。在某些情形中，这种材料也可以构制得很薄以实现需要的适应性能。这可能引起抗拉性能不足的问题，使得在卷方向上带材纵向撕裂，使用户得到卷绕带材的一个变窄、不平整的撕裂部分。
另一个常常遇到的难题是从一开始或对容器或包装货品进行一段时间的处置后，材料在折叠处不能形成充分的密封。如果这种材料不能形成带有至少象材料自身那么大的阻挡性质的密封，那么，由于密封变成了集装方面的最薄弱环节，因而材料就不能实现用作储存包装时的充分潜力。因此，一些用户会采用另外的固定特征如橡皮带或带子等。材料在其接触自身或目标表面处的皱纹可能在材料和相对表面之间的区域留下小的通道，因而不能为易腐货品达到理想的密封质量。某些用户企图通过双重或三重包裹货品，形成增长的曲折迷宫通路的方式来解决密封质量缺陷。
当一些材料(纸基材料等)的折叠半径由材料纤维长度等性质决定时，这些材料的有效折叠半径也是决定其形成有效密封适宜性的一个因素。太大的折叠半径一般会使这种材料不适于形成有效的密封。另外，由于大多数这种死折型材料是不透明的，因而包装在这种包装系统中的货品的状态和/或类型也不能被观察到，需要开包并再次包装才能进行检查。
当半封闭容器未提供物理或机械接合特性(如普通的碗)，使材料不能绕其折叠而形成材料和容器间的机械迷宫式密封时，上述材料由于没有任何粘着性，因而也难于与半封闭容器一起有效地用于保存易腐货品。因此，这种材料在使用的方便性及为易腐货品形成充分密封方面都有改进的余地。
因此，需要提供一种改进的储存包装材料，用户可通过易于找到的端部和相对较小的展卷力就可以方便、有效地进行分配。
也需要提供这样一种材料，在包封过程中用户可方便地进行处置和操作并形成充分的密封，以种类广泛的材料和表面有效地保存易腐货品。
也需要提供这样一种材料，它能够根据用户的需要进行各种类型的货品装纳和保存，如独立使用和/或与半封闭容器一起使用，无需或显著降低双重包裹和/或附加固定特征就可以达到满意的效果。
还需要提供这样一种材料，它能方便地制造、储存并能够经济地而且有利于环保地再次使用。
本发明提供一种改进的储存包装材料，它由具有第一侧面和第二侧面的片材构成，第一侧面是活性侧面，它由用户活化后具有的粘着剥离力大于由用户活化前的粘着剥离力。
储存包装材料可以通过不同的方式来活化，但是，在一推荐实施例中，活性侧面是通过在片材上施加外力而活化的。这个力可以是沿基本垂直于片材的方向上施加的压力，也可以是沿基本平行于片材方向的施加的拉力。
储存包装材料的活性侧面在用户活化后宜于具有每线性英寸上至少约1英两的粘着剥离力，更好地是具有每线性英寸上大约1至大约2.5英两的粘着剥离力。按照本发明，储存包装材料可以由用户在不连续的区域内有选择地活化，以便在需要的部位和需要的时候形成粘着性。在材料的表面上使用粘合剂或粘合剂那样的物质在活化后可提供粘着剥离力，这足以至少在材料那样大的目标表面上和在这种目标表面上形成阻挡密封，从而可以有效地保存易腐货品如食品。
本发明的储存包装材料可以通过各种使用方法用来包封和保护种类繁多的货品，使用方法包括直接施加于货品、包封货品并固定于自身和/或与半封闭容器一起使用。
本发明的这种储存包装材料可有利地用于下述容器系统，这种系统组合地包括储存包装材料和一个半封闭容器，该容器带有至少一个由周缘包围的开口。储存包装材料在被用户活化后粘附在开口的周缘上，将半封闭容器变为一个封闭的容器。
虽然说明书后的权利要求书具体指出本发明及独特地对本发明提出专利保护的要求，但是，据信通过结合附图所作的下述说明将更好地理解本发明，在以下附图中相同的标号代表相同的零件。
图1是以卷的形式提供的本发明的储存包装材料的立体图；图2的平面图表示适于用作按照本发明的储存包装材料的三维防嵌置(nesting-resistant)板材的一个推荐实施例；图3是图2所示板材的局部剖视图，其中在板的三维结构中包括一种物质；图4是三维成形结构的平面图，该结构适用于成形图3所示那种三维防嵌置板材；图5是图4所示三维成形结构的局部剖视图；图6是适用于成形按照本发明的储存包装材料的典形设备的示意图；图7的立体图表示本发明的储存包装材料通过围绕货品的在自身上的粘合而形成一个包围货品的单件包装；图8的立体图表示本发明的储存包装材料与一半封闭容器一起使用而形成一封闭的容器；图9的立体图表示本发明的储存包装材料通过在货品上的材料自身的重叠部分的粘合而形成包围货品的单件包装。
图1表示按照本发明的储存包装材料10的一个推荐实施例。如图1所示，储存包装材料10最好以卷在芯子上形成卷20的挠性材料卷的形成提供，它适于在分配器或容器如纸板盒30中使用。如果需要可设置穿孔，以便在分配器、支座或容器未设适当的切断装置的情形中分配预定尺寸的材料。也可以利用锐利的工具如刀、剪完成手工切断，以利使用无穿孔的连续形式的材料。在一种替代储存和分配结构中，储存包装材料可以分离的一致或非一致尺寸的预先度量的板片形式提供，这些板片可以需要的顺序和/或方向相互叠置并从纸板盒、袋或任何其它适当分配装置分配。在另一种替代储存和分配结构中，储存包装材料可以连续形式提供，其Z形折叠并放置在分配纸板盒中。
按照本发明，储存包装材料10表现出极小的，最好是没有粘着性质，直至用户启动为止。这种特性使储存包装材料10能够以任何需要的方式储存和分配而不会遇到过早自身粘着的难题，也无需另外的分离片、衬层、隔层等。同时，当在需要的部位及在需要的时间被活化时，储存包装材料表现出足够的粘合性质，以便在最常用的材料上形成粘着，其有足够的强度以承受搬运而不会损坏。储存包装材料和目标表面之间的粘着也足以形成防止氧气、水份/水汽、气味等传送的阻挡密封，从而使易腐货品可被满意地包封并在材料本身阻挡性质的范围内得到保护。
虽然储存包装材料可设有两个活性表面，但是按照本发明对于特定场合却使储存包装材料只设有一个活性表面，以及一个非活性即惰性表面。
用户可以有选择地启动储存包装材料的活性表面以形成被活化区域，在该区域需要形成材料对目标表面的选定粘合。目标表面可以包括分离的表面或材料如一个容器或一个或多个待包装的货品，或者也可包括储存包装材料本身的另一部分。有选择的活化只是按照需要产生带有粘合性质的活性区域，即，储存包装材料的所有其余区域仍保持非活性即惰性。因此，储存包装材料除了具有活性侧面和非活性侧面的性能以外还可以在材料的同一侧面形成分离的非活性和活性区域。
各种活化手段都在本发明的范围以内，如压缩、伸展、热活化等。但是，为了使用户对活化过程有理想的控制度，推荐采用压缩活化法。
与活化方式无关，本发明的储存包装材料，与只具有缠着或亲合性相反，还具有粘着、粘附即粘性。因此，这种储存包装材料当与自身或其它目标表面接触时不只是吸住这些表面而将形成粘结或密封。为了提供理想的粘合性，虽然可以采用许多方法如采用选择性粘着材料，但是推荐的方法是利用压敏粘合剂。当设计按照本发明的储存包装材料时，可以按需要特定地具体选择粘合剂以便为具体的应用场合提供永久粘结或可分离的粘合。当需要永久粘合时，要打开储存包装或密封的容器取到其中的货品就需要破坏储存包装和/或容器。另一方面，对可分离的粘合来说，在粘合处使包装材料与自身或容器分离无需破坏就可以取到被包装的货品。另外，取决于在设计储存包装材料中采用的活化机制，如果在最初活化/粘合/分离循环之后仍有足够的粘性，那么，可分离粘合还可以再次固定。
在按照本发明设计和构制适当储存包装材料时，若干物理特性或性质据信是很重要的。
为了使被包裹/包装的货品的尺寸和形状范围更宽，以及为了在与半封闭容器一起使用时使容器形状的范围更宽，储存包装材料最好具有足够的挠性，以便容易地符合任何需要的形状。同时，材料的记忆性和弹性必须足够小，使其不会施加不宜的恢复力，而恢复力会使材料破坏与容器/货品/目标表面的接触，从而一段时间后过早地变得不牢固或不密封。虽然对于预期的应用储存包装材料需要各种物理性质的平衡，但是，作为一项基本建议，对于广泛的应用场合推荐选择塑性大于弹性的材料。
在设计按照本发明的储存包装材料时已发现是很重要的另一种性质是在由用户活化后材料表现出的粘着程度。更具体来说，本发明的储存包装材料具有的粘着性足以耐受在使用中被包装的货品或封闭的容器可能遇到的处置程度，同时保持与货品、与自身或与一起使用的半封闭容器的密封接合的需要水平，从而保证了易腐货品的储存。
测定和表示上述粘着性的一种方式是根据粘着剥离力的值，该值最好是通过压敏带联合会法PSTC-1测定的。12英寸(30.5cm)长1英寸(2.54cm)宽的胶带使4.5磅(2.04kg)的辊以每分钟12英寸(30.5cm)的速度一次性滚压在光滑的不锈钢表面上，然后测定，带宽的峰值粘着剥离力值从大约1至大约50英两/英寸(0.012至0.600kg/cm)，最好从大约1至大约2.5英两/英寸(0.012至0.027kg/cm)。一般来说，对于储存包装来说，需要保持密封的最小粘着，从而使包装易于剥开以取到储存的货品。
在一个推荐实施例中，本发明的改进储存包装材料与市售的储存包装材料不同基本是无缠着(clingless)包装材料。如上所述，这种材料在一种不变的基础上表现“缠着(cling)”性，因而当靠近时它们就缠着于自身或其它表面而无论是否需要。这样的材料往往含有树脂、添加剂、增粘剂或其它物质以实现预期的缠着水平。测量及表示这种缠着性的适当方法在ASTM试验法D5458-95和D3354-89中有所描述。试验法D5458-95可用来测定在伸展或未伸展状态中两薄膜之间的缠着，它利用1英寸宽的薄膜带粘附于一个倾斜表面上的平薄膜并测量将薄膜带从平薄膜取下所需要的力。试验法D3354-89用来测定在重叠的塑料膜之间存在的闭锁度(不需要的附着)。薄膜对薄膜的附着表示为使100平方厘米的两层聚乙烯膜分离的闭锁负荷(克)。
按照本发明的基本无缠着的包装材料可以适当选择材料来生产，所选材料避免显著含有包括上述种类的本专业中称为“缠着添加剂(clingaddilives)”的物质。另外，添加的物质或添加剂可根据需要加入以进一步减小或消除这种材料缠着于自身或其它表面的倾向。这样的物质可包括防静电剂等。
本发明的改进的储存包装材料可以呈多种形式，并可通过多种不同的方式制造。可提供需要的性质的一种设计包括采用间隙装置(standoffs)以便在这样做之前防止粘合剂层与外表面接触。通过用户的活化，间隙装置可以变形、除去、复位或变碎，以便在需要时使粘合剂暴露于目标表面。在这种设计中的一种具体的，也是这里推荐的方式是形成一种三维聚合物膜结构，它带有一层压敏粘合剂，由整体形成的可变形凸起即间隙装置保护而防止与其它表面接触。为了活化这种材料，将这种材料放在需要的目标表面上(可以是本身的另一部分)时，用户在材料的需要部位上施加压力以压塌上述凸起，使粘合剂接触目标表面以形成需要的粘合。这种材料在以W.Hamilton和Kenneth S.McGuire的名义1996年1月10日提交的题为“加压时可分离地密封于目标表面的复合材料”的共同转让、共同未审定的美国专利申请第08/584,638号中有着详细的描述，其技术内容在本说明书中用作参考。
如果这种三维结构用作按照本发明的储存包装材料，其外接触表面可以是可屈让的或刚性的，可以是平面的或非平面的。如果这种物质是粘合剂，目的是在结构变形后可分离地粘附于目标表面，那么，粘附程度是很重要的，凸起，特别是高密度聚乙烯(HDPE)制成的凸起的倒置(inversion)减小了凸起的弹回，因而不需较高的粘附以防止较弱密封的失效。在本实施例中，凸起最好保持“静态(dead)”，即，在被倒置或被压坏后无弹性；但是，也可以使用弹性的凸起，例如，当用于永久粘合时强力的粘合克服了弹回现象。另外，当想重复使用材料时也需用弹性凸起。
图2-3表示按照前述Hamilton等人的申请构制的典型储存包装材料10，它适于用作本发明的储存包装材料。在一个推荐实施例中，图2-3所示的三维结构可以形成二维几何形状的无定形图案，因而使材料片可防止例如在产品卷中的那种重叠层的嵌置。这种三维的、防嵌置的材料和图案在以Kenneth S.McGuire，Richard Twedell，III和Peter W.Hamilton名义1996年11月8日提交的题为“三维防嵌置片材及其制造方法和设备”的共同转让、共同未审定的同时提交的美国专利申请第745339号、代理人档案6356号中有着详细的描述，其技术内容在本说明书中用作参考。
当材料制成长带状，以便在芯轴或绕自身(无芯轴卷)卷绕以紧凑地储存时，按照本发明带材至少在卷绕方向上具有非均匀图案，最好在卷绕方向和卷绕的横向上都具有非均匀图案。虽然对于某些应用场合也许需要无限非重复图案，但是，本发明的材料在至少相当于产品卷的最大的卷圆周的带材距离上至少表现出非均匀图案的性质。
为了形成最大程度的防嵌置性，本发明的三维防嵌置片材最好具有基本为非定形的二维图案的三维凸起。这里所用的术语“非定形”是指一种表现出构成元素的不易查觉的组织、规律或取向。术语“无定形(amorphous)”的定义基本按照该词的普通含义，可参阅Webster′sNinth New Collegiate Dictionary的定义。在这种图案中，一个元素相关于相邻元素的取向和布置与接下来继续的元素(一个或多个)的取向和布置有不可预见的关系。
在三维凸起的阵列图案中存在的整齐程度与带材具有可嵌置程度有着直接的关系。例如，在密集的六边形阵列中均匀尺寸和形状的中空凸起的高度整齐的阵列图案中，每个凸起部是任何其它凸起的刻板的重复。在任何一定方向上在重叠的带材或带材部分之间进行不超过一个凸起间距的对准移动，上述带材的区域或整个带材就可能发生嵌置。较小的整齐程度可表现出较小的嵌置倾向，不过任何整齐程度据信都可形成某种程度的可嵌置性。因此，非定形、无序图案的凸起可表现出最大的防嵌置性。
虽然在这里推荐，按照本发明的带材的整个表面都具有无定形图案，但是在某些情况下，也许需要在这种带材的不到整个表面上具有这种图案。例如，带材的相对较小的部分可以具有某种规律的凸起图案，或者实际上可以没有凸起而形成基本平的表面。另外，当片材准备形成相对较大的片材和/或形成长形自身折叠或卷绕的连续带材时，制造方面的限制也许要求无定形图案本身在带材范围内定期重复。虽然在带材内的任何图案重复都有出现嵌置的可能性，但是只有当重叠的带材或带材部分出现精确对准，带材或带材部分精确重复一次这种图案(或对连续卷绕或折叠的带材来说重复整数次)时才会出现上述可能性。这就与下述带材的嵌置特性不同，上述带材有一致形状的凸起在一个阵列中，其中，每个凸起都是相邻凸起的重复，因而重复的距离是一个凸起间距。在这种结构中，如果移动不超过一个凸起间距而出现带材对准，那就会出现嵌置对准。
在带有无定形图案的三维凸起的带材中，任何选定的相邻多数凸起在图案的范围内都是独特的，即使在某些情形中，一定的单个凸起也许可能在图案的范围内并非独特。采用无定形三维片材(在片材具有中空、三维凸起的情形中)，将不会发生嵌置，除非发生具有无定形图案的片材的精确重叠的情形。
具有三维凸起的基本无定形性二维图案的三维片材据信也具有“同型性(isomorphism)”。这里术语“同型性(isomorphism)”及其词根“同型的(isomorphic)”用于指那些对于一定区域来说，只要这种区域是在图案中圈定的，其几何和结构性质是基本一致的情形。术语“同型的”，其定义基本按照该术语的普通含义，可参阅Webster′s Ninth New Collegiate Dictionary中的定义。举例来说，相对整个无定形图案具有足够数目凸起的预定区域将产生关于这种带材的凸起面积、凸起的数量密度、总的凸起壁长等性质的统计学上基本当量值。这种相互关系，当在横过带材表面需要一致性时，相对于带材的物理、结构性质来说，据信是合乎要求的，相对于与带材平面垂直测定的性质如凸起的耐压性等来说尤其如此。
采用无定形图案的三维凸起也具有其它优越性。例如，已经观察到用在材料平面内最初是各向同性的材料形成的三维片材，相对于在材料平面内各方向上的带材物理性质而言，基本是各向同性的。这里术语“各向同性(isotropic)”用来指带材在材料平面内各个方向上具有相同的带材性质。术语“各向同性”的定义同样是按照该术语的普通含义，可参阅Webster′s Ninth New NinthCollegiate Dictionary中的相应定义。不想受到理论的约束，目前认为这是由于三维凸起在无定形图案中的无序、无取向布置的缘故。相反，具有被带材方向改变的带材性质的方向带材在引入带材上的无定形图案后一般以类似的方式表现出上述性质。举例来说，如果初始材料在抗拉性质上是各向同性的，那么这种带材在材料平面内在任意方向上可以具有基本均匀的抗拉性质。
这种在物理意义上的无定形图案转化成当一射线从图案中任一给定点向外沿任意给定方向划出的一条直线在单位长度上遇到的凸起的等效数。其它统计学上的等效参数可包括凸起壁数、平均凸起面积，凸起间平均总空间等。与带材平面内方向有关的结构几何特征方面的统计学上的等效据信转化成带材方向性质方面的等效。
再次考虑阵列概念以突出阵列和无定形图案之间的区别，由于根据定义阵列是物理意义上的有序，因而它表现出凸起的某些在尺寸、形状、间距和/或取向上的规律性。因此，从图案中一给定点画出的直线或射线，对于凸起壁、平均凸起面积、凸起间平均总面积等参数来说，取决于射线延伸的方向，将在统计学上产生不同的值，在带材方向性质上有相应的变化。
在推荐的无定形图案中，凸起关于其尺寸、形状、相对于带材的取向及相邻凸起中心之间的间距最好是不一致的。不想受到理论的限制，据信相邻凸起中心与中心间距的差别在减少前面与后面相互嵌套方案中出现的嵌置可能性方面会发挥重要作用。在图案中凸起的中心与中心间距的差别在物理意义上导致凸起之间的面积处于相对总体带材而言的不同空间位置上。因此，就凸起/面积位置而言，一个或多个带材的重叠部分之间出现“匹配(match)”的可能性相当低。另外，由于凸起图案的无定形性使得在重叠带材或带材部分上的多个相邻凸起/面积之间出现“匹配”的可能性更小。
在这里推荐的完全无定形图案中，至少在设计者规定的界线范围内中心与中心间距是无规律的，因而在带材平面内任意角位上对一个给定的凸起出现最近凸起具有相同的可能性。其它有形的几何特征在图案的边界条件内最好也是无规律的或至少是不一致的，如凸起的侧面数目、每个凸起内包括的角度、凸起的尺寸等。然而，虽然使相邻凸起之间的间距不一致和/或无规律是可能的，而且在某些情形中是需要的，但是，能够互锁在一起的多边形形状的选择却使相邻凸起之间的一致间距成为可能。这对于本发明的三维防嵌置片材的某些应用场合是特别有用的，这一点将在下文中详述。
在制造片材或带材时在同一片材或带材内可故意形成多个无定形区域，甚至在两个或多个这样的区域中出现相同无定形图案的重复。设计者可以有目的地用一种有规律限定的、非无定形图案或阵列，或者甚至用根本无凸起的“空白”区域，或者用其任意组合来分隔无定形区域。在非无定形区域中含有的结构可以有任意数目的密度、高度或形状。另外，非无定形区域本身的形状和尺寸可以根据需要定制。并非穷举的非无定形区域本身的形状和尺寸为从一点发散的楔形；截头楔形；多边形；圆形；曲线形或其组合。
另外，一个无定形区域可以完全包围或圈住一个或多个非无定形区域。一个实例是一个单一连续的无定形区域在片材或带材中心附近完全包封非无定形图案。这种嵌入的图案可以连通品牌、厂商、说明、材料侧面指示、其它信息或者甚至是装饰性的。
多个非无定形区域可以按照一种基本邻接的方式对接或交搭，以便基本将一个无定形区域分成多个区域，或者分隔原来并非一个较大的单一无定形区域一部分的多个无定形区域。
从上面的描述可以看出，利用三维凸起的无定形图案能够使带材的制造具有阵列图案的优点，例如，在区域/部位的基础上带材性质的统计学上的一致性，而又没有在这种应用中使用阵列的重大缺陷，即，嵌置或各向异性。
按照本发明的带材可以具有任意三维形状的凸起，因此不必都是凸的多边形形状。但是，这里推荐形成下述形状的凸起具有在材料一个表面的平面内的凸多边形底的基本等高的平截头体，其具有互锁的，相邻平行侧壁。但是，对于某些应用场合来说，凸起不必一定是多边形形状的。
这里所使用的术语“多边形(及“多边形的”)”是指带有三条或更多条边的二维几何图形，而带有一条或两条边的形状只形成一条直线。因此，三角形、四边形、五边形、六边形包括在术语“多边形”内，由于曲线形状如圆形、椭圆形等可看作具有无数条边，因而也看作“多边形”。
当设计三维结构时，所设计结构的需要的物理性质将受到尺寸、几何形状、三维、地形特征的间距，以及材料和成形技术选择的影响。例如，可变形的三维凸起一般根据其横截面形状和平均等效直径而具有可变化的可变形性，特别是可碾压性。整体带材的弯曲系数和/或挠性将取决于在三维凸起之间的二维材料的相对比例。
当描述非一致、特别是非圆形形状和非一致间距的三维结构的性质时，使用“平均”量和/或“等效”量住往是有益的。例如，就描述二维图案中三维凸起之间的线性距离的特征而言，在中心与中心的间距或个别间距的基础上，“平均”间距这个术语用来描述结构的特征是很有用的、按照平均值描述的其它量包括由凸起占据的表面积比例、凸起面积、凸起圆周、凸起直径等。对于凸起圆周或凸起直径等其它尺寸来说，通过构制假想等效直径来为非圆形的凸起取近似值，就象在液压领域中常作的那样。
据信各凸起的三维形状在决定各凸起的物理性质和带材整体性质方面都起着重要作用。对于某些应用场合特别值得关注的是凸起的抗碾压性(即，其抵抗碾压变形和/或在基本垂直于材料平面的方向上逆转的能力)。不想受到理论的限制，据信一给定凸起的抗碾压性取决于限定每个沿凸起周边的小表面的各个板段分的抗碾压强度。具有最小抗压强度的板段限制了凸起的凸起的抗压强度，很大程度是由于最弱链节限定链长度的强度的缘故。
各个板的抗弯强度可通过在垂直于碾压方向的平面内对板引入曲率而增强，抗弯强度随着曲率半径的减小而增加。各板的抗弯强度也可以通过对于一定高度来说减小板宽(即，减小纵横尺寸比)而增加。在非曲线形凸起的情形中，其具有无数个基本呈平面形状的侧面，上述原理的应用提示当侧面长度相等时凸起将具有较大的抗压强度，通过减小“最弱链节”效应使夹角增大。因此，一侧面显著长于其它侧面的凸起的抗压强度将受到最长侧面抗弯性能的限制。因此，如周长和壁厚一定，抗压强度对于具有较多数量的较小侧面的凸起来说将较大，并且通过设置基本相同尺寸的侧面以减小最弱链节效应来增加抗碾压性。
应该注意的是，前面的描述假定三维结构的重复，这种重复来自正确几何形状的成形结构。关于最终具有的物理性质，应该考虑到“真实世界”效应如曲率、可塑性、角部半径等。
平截头体的互锁网络的采用对整个带材结构提供了某些一致性，这有助于控制和设计整个带材的性质如带材拉伸性、抗拉强度、卷形状及厚度等，同时保持在图案中的无定形程度。另外，当象上面提到的、共同转让、共同未审定的美国专利第08/584,638号所述，用作涂布粘合剂或其它活性物质的基底结构时，凸起采用互锁多边形基底图案可以提供凸起间谷形的可控宽度和间距，因而可以定制活性剂与目标表面接触的区域。采用外部多边形基底，平截头体的侧面从其向上伸展，这也增加了在压力下凸起塌陷的可预定性和一致性，也改善了用相应成形结构的形成的材料的分离性质。
采用以互锁关系布置的，具有无定形图案中的有限数目侧面的多边形，这也可提供超过采用圆形或近似圆形的结构的优点。采用密集圆形的阵列等图案按照圆形相对于相邻圆形之间非圆形区域可占据面积的大小而受到限制。更具体来说，甚至在相邻圆形以切点相接触的图案中，仍存在一定量面积围困在相接续的切点之间的角部。因此，基至圆形形状的无定形图案，在能够将多么小的非圆形面积设计在结构中的方面，也会受到限制。相反，带有有限数目侧面的互锁多边形形状(即，不带弯曲侧面的形状)可以设计得密集在一起，并且可以在有限的意义上填塞，以致不存在角部之间的被围困的自由区域。因此，这种图案将多边形区域的可能范围开拓为从几乎0％至接近100％。对于自由空间的下限变得对于功能很重要的某些场合来说，这一点是特别理想的。
可以采用任何适当的方法来设计中空平截头体的互锁多边形布置，这提供了在需要的凸起尺寸、形状、锥度、间距、重复距离等方面的适度的设计容量。基至可以采用手工设计。这种图案可以按照任何方式包括手工方法和分别非标准成形凸起的方法来施加在原始的带材上。
但是，按照本发明，已经研究出一种设计和形成这种凸起的方便的方法，从而可以在自动过程中精确地定制在无定形图案中的需要的凸起尺寸、形状、锥度和间距，无定形图案的重复距离等等，以及含有这种凸起的带材的连续结构。
从理论上说，在带材中的三维中空凸起的总体无规律图案，由于每个平截头体的形状和对准都是独特的，因而不会存在前面对后面的嵌置。但是，这种总体无规律图案的设计是很费时、复杂的，而且制造一个适当的成形结构的方法也是这样。按照本发明，不嵌置属性可以通过下述方式获得，即，设计图案或结构，规定相邻凹部(cells)或结构相互间的关系，并规定凹部或结构的总体几何特性，但是，凹部或结构的精确尺寸、形状和取向是不一致和非重复的。这里使用的术语“非重复(non-repeating)”是指在有关限定面积内在任意两位置上不存在相同结构或形状的图案或结构。虽然在有关的图案或区域内可以有多于一个的给定尺寸和形状的凸起，但是，围绕它们存在不一致尺寸和形状的其它凸起，这实际上消除了在多个部位存在相同凸起组合的可能性。在有关区域上凸起图案有如此不同的不一致性，因而在整个图案内没有凸起组合与其它凸起组合相同。甚至当一凸起重叠在一个相匹配的凹坑时，三维片材的弯曲强度也可防止包围该凸起的任何材料区域发生明显的嵌置，这是由于围绕一个有关凸起的凸起在尺寸、形状，以及中心与中心间距方面都与围绕其它凸起/凹坑的那些凸起不同的缘故。
曼彻斯特大学的戴维斯教授已经研究了多孔网络陶瓷薄膜，更具体来说，已经作出上述薄膜的解析模型，因而可作数学模型来模拟“真实世界”的性能。这项工作详述于J.Broughton和G.A.Davies撰写的题为“多孔网络陶瓷薄膜描述阳极氧化薄膜结构的随机模型”的出版物中，该文刊载在Journal of MembraneScience，Vol.106(1995)，上(第89-101页)，其内容在本说明书中用作参考。其它有关的数学模型技术详述于D.F.Watson撰写的“Computing the n-dimentional Delaunary tessellationwith application to Voronoi polytopes”一文中，该文刊载于TheComputer Journal，Vol.24，No.2(1981)(第167-172页)，以及J.F.F.Lim，X.Jia，R.Jafferali，G.A.Davies撰写的“StatisticalMethods to Describe the Structure of Porous CeramicMembrances”，该文刊载于Separation Science and Technology，28(1-3)(1993)(第821-845页)，上述两篇文章的内容在本说明书中用作参考。
作为这项工作的一部分，戴维斯教授在二空间强制沃氏嵌花(constrained Voronoi tessellation of 2-space)的基础上研制了一种二维多边形图案。在这样的方法中，再次参阅上述出版物，成核点(nucleation points)在界定(预定)平面内设置在无规律位置上，其数目等于完成的图案中需要的多边形的数目。一个计算机程序从每个成核点以相等的速率，同时且径向地将每个点生长为一个圆形。当相邻成核点的生长前部相遇时，生长停止并形成界线。每条界线构成一多边形的边缘，界线的交点形成角顶。
虽然在理解这种图案的产生和这种图案的性质时上述理论背影是有用的，但是，仍然存在逐步进行上述数字重复以便在有关的场地上使成核点向外扩展直至完成的问题。因此，为了快捷地进行上述过程，编写计算机程序时最好给出适当的边界条件和输入参数，并提供需要的输出值。
为制成三维成形结构，产生图案的第一个步骤是建立需要的成形结构的尺寸，例如，如果需要构制一个8英寸(20.32cm)宽10英寸(25.4cm)长的成形结构以便选择性地形成一个鼓或带及板，那么就建立一个X-Y坐标系，最大X尺寸(Xmax)是8英寸(20.32cm)，最大Y尺寸(Ymax)是10英寸(25.4cm)(反之亦可)。
当规定好坐标系和最大尺寸之后，下一个步骤是确定将变成多边形的“成核点”的数目，这些成核点的数目相应于在成形结构规定边界内需要的凸起的数目。该数目是一个0至无穷大的整数，其选择应与在完成的图案中需要的多边形的平均尺寸和间距有关。较大的数目相应于较小的多边形，反之亦然。确定成核点或多边形数目的有用方法是计算填满成形结构所需要的人造、假想、均匀尺寸和形状的多边形的数目。假定公共度量单位，成形结构面积(长×宽)除以多边形直径和多边形间距之和的平方就得到需要的数值N(取最接近的整数)。上述公式为
下一个步骤需要一个随机数字产生器，可以使用本专业技术人员公知的任何适当的随机数字产生器，包括需要“种子数字(seednumber)”的或利用目标确定初始值如按照年月顺序的时间的那些。许多随机数字产生器用于提供零和壹(0-1)之间的数字，下面的讨论假定就使用这种产生器。如果结果被转换成某些零和壹之间的数字，或者如果使用适当的转换系数，那么也可以使用带有不同输出的产生器。
计算机程序编写得可运转随机数字产生器，使重述的需要数字产生为许多随机数字，这需要等于上面计算的需要的“成核点”数目的两倍。当数字产生时，交替的数字乘以最大X尺寸或最大Y尺寸以产生X和Y坐标的随机对，它们都具有零和最大X尺寸之间的X值，以及零和最大Y尺寸之间Y值。这些值然后被作为(X，Y)坐标对储存起来，其数目等于“成核点”的数目。
如果上一段所述的方法用来产生一个结果图案，该图案就确实是随机的。根据其性质，这种真正随机的图案具有在某些应用场合中可能不合需要的多边形尺寸和形状的大分布。例如，多边形尺寸的大分布可能导致在带材的各区域中带材性质的大变化，而且取决于所选择的成形方法，可能在成形带材时引起困难。为了对与“成核点”位置的产生相关的随机性程度进行控制，选择一个控制系数，称为β。控制系数通过引入一个禁止距离E来限制邻近成核点位置的接近，禁止距离E代表任意两个相邻成核点之间的最小距离。禁止距离E的计算公式为E=2βλπ]]>式中λ是点数密度(单位面积的点数)，β的范围为从0至1。
为了控制随机性程度，第一个成核点是按上述方式设置的。然后选择β，并根据上式计算E。应注意的是，β，因而E在整个的成核点设置中保持不变。对于每个其后产生的成核点(X，Y)坐标来说，从该点的距离是至每隔一个已经设置的成核点而计算的。如果对任一点来说该距离小于E，那么，新产生的(X，Y)坐标就被删除，并产生新的一组。这个过程重复进行直至所有N个点成功地设置完为止。如果β＝0，那么禁止距离为零，图案将是真正随机的。如果β＝1，那么，对于一个六边形密集阵列来说，禁止距离等于最靠近的相邻距离。选择0和1之间的β就可以在这两个极限之间对随机性程度进行控制。
当成核点的完整组被计算和储存时，作为产生完成的多边形图案的前一步骤，进行德氏三角测量(Delaunay triangulation)。在这种方法中使用德氏三角测量，这构成对于上面理论模型所述的从同时作为圆形的成核点重复地“生长”多边形的一种较简单的数学等效替代。在进行三角测量背后的题目是产生形成三角形的三个成核点组，使通过这三个点的圆形不包含任何其它在圆形中的成核点。为了进行德氏三角测量，计算机程序编写得可组成每一种可能的三个成核点的组合，每个成核点被指定一个独特的号码(整数)，这只是为了进行识别。然后计算通过每组按三角形分布的三个点的圆形的半径和圆心坐标。然后，将每个不用于限定特殊三角形的成核点的坐标位置与圆形(半径和圆心)坐标进行比较以确定是否有任何其它成核点落入有关三点的圆形内。如果为这三个点构制的圆形通过了这个测验(无其它成核点落入圆形内)，那么，这三个点的号码、其X和Y坐标、圆形的半径和圆心的X和Y坐标就被储存起来。如果为这三个点构制的圆形未通过这个试验，那么就不存储结果，计算进入下一个三点组。
当完成德氏三角测量时，则进行二空间沃氏嵌花以产生完成的多边形。为了完成这种嵌花，每个存储起来作为德氏三角形(Delaunay triangle)顶点的成核点构成一个多边形的中心。多边形轮廓则通过顺序连接包括该顶点的每个德氏三角形的外接圆的圆心来构制的，上述连接顺序是以顺时针方式进行的。以重复顺序如顺时针存储的这些圆心使每个多边形的顶点的坐标能够在成核点的整个场地上顺序地被储存起来。在多边形的产生中，进行比较，根据计算略去在图案边界上的三角形顶点，这是由于它们不限定完整多边形的缘故。
当最终产生互锁多边形二维图案时，按照本发明，这种互锁形状网络用作带有下述图案的材料带的一个带表面的结构，该图案限定了从原始材料初始平带材形成的三维中空凸起的底的形状。为了完成从原始材料的初始平带材形成凸起的工作，要制成一种适当的成形结构，它包括所需要的完成的三维结构的负结构，通过施加足以使原始结构永久变形的适当的力使原始材料适应于这种负结构。
根据多边形顶点坐标的完成的数据文件，一种有形输出如直线图画可由完成的多边形图案作出。这种图案可以按照普通的方式用作金属网刻蚀工艺的输入图案以形成三维成形结构，其用于形成本发明的材料。如果多边形之同需要较大的间距，那么，计算机程序可编写得向每条多边形的侧面增加一条或多条平行线以增加其宽度，从而使多边形尺寸减小一个相应的量。
上述计算机程序最好提供一个计算机图解(.TIFF)文件作为其输出。根据这个数据文件，可以制成一个摄影负片，以便在照相蚀刻工艺中用来在基底材料上蚀刻负版，与完工的带材上需要的平截头体多边形形状相应。或者，也可以根据产生用于形成完工带材的负成形结构所需工艺来定制计算机程序的输出，以便提供多边形凹坑的坐标点等，如果准备使用机械方法，那么这将是有益的。另外，如果需要形成一个阳图案，那么计算机输出可以定制以便向成形设备提供需要的信息，这可以不同于负(阴)图案。
为进一步说明由各种β值获得的增加约束水平的效果，例如0.25的β值(即，在0至1范围的下端中)比0.75的β值(即，在0至1范围的上端中)可产生在成核点中心与中心间距以及所形成的多边形上的大得多的变化。中心与中心间距在几何意义上的这种变化程度转化成所得到的多边形边数以及多边形尺寸上相应的变化程度，其效果已在上文描述。为了在得到的多边形图案中产生需要的无定形水平，目前推荐的β值为0.75，但是，这个值当然也可以按照需要决定以适应具体的应用场合。
当约束(β)增加时，多边形面积分布减小。换言之，较小约束的图案比较大约束的图案具有更大范围的多边形尺寸。另外，对于在图案中画出的一定的试样“试验箱形(test box)”来说，试验箱形面积的变化对一定图案来说影响％多边形范围，当试验箱形面积减小时，％多边形面积的可变性增加。相反，当试验箱形面积增加时，超过一定的点％多边形面积在整个图案中保持不变。(较大β的)约束较大的材料比约束较小的材料显示范围窄得多的％多边形面积，并且在较小试验箱形收敛于不变的％多边形面积。另外，对于在整个带材上的物理性质的恒定性来说，约束较大的嵌花(tesselation)在空间密度，即，单位面积上的凸起及相应的凸起壁的局部数目上具有较小的变化。
从上述观察结果为基础可以看出，即使保持图案内的无定形性，在按照本发明推荐方法产生的图案中也可以设计出可预见水平的一致性。因此，可以形成带有从统计学上说可预见的几何和物理材料性质的三维、无定形图案的、防嵌置的材料。
现在再次参阅附图，更具体地说参阅图2，该图以平面图表示适于用作本发明的储存包装材料的典型三维、防嵌置片材10、图2表示一种无定形二维图案，它是通过上述方法，使用0.75的约束系数产生的。片材10具有多个非一致形状及尺寸、最好中空的凸起12，它们由其间的面积或谷形14包围，它们最好相互连接，形成在无定形图案中的连续谷形网络。图2也表示一个尺寸A，该尺寸表示谷形14的宽度，该宽度是在凸起的底部相邻的基本平行的壁之间的基本垂直的距离。在一个推荐实施例中，谷形14的宽度在整个凸起的图案中最好是基本不变的。
本发明的凸起12形成有非一致的尺寸和形状，因而片材10可卷绕在一个卷上，而在卷中层间不会发生嵌置现象。因为凸起的无定形图案如上所述限制了一层的前面与另一层的背面对准而使一层的凸起进入相邻层中每个凸起后形成的凹坑的能力。在凸起之间的窄的宽度一定的谷形的好处在于，当片材10层面对面放置时凸起12不能进入谷形14。
凸起14最好中心与中心间隔开一个大约两个凸起底部直径的平均距离或者更为紧密，以便减小凸起间谷形的容积，从而减小位于其间的物质含量。对于准备使凸起是可变形的应用场合来说，凸起14的高度最好小于其直径，因而当变形时它们是通过基本逆转和/或沿一根基本垂直于材料平面的轴线被压塌的。这种凸起形状和变形方式使凸起14难于沿平行于材料平面的方向上折叠，因而凸起不能阻止其间谷形中的物质与目标平面的接触。
图3表示片材10的局部横剖图，其截取位置使完整的凸起12和两个相邻的面积或谷形14可在横剖面上看到。在该图中，带材面对图2的观看者并包括凸起12的突起部分的上表面，该上表面的标号为15，在下文中称为材料的阳侧面。与此相应，带材背离图2的观看者且包括凸起12中空部分开口的下表面，其标号为17，在下文中称为材料的阴侧面。
图3表示按照1996年11月8日以Peter W.Hamilton和Kenneth S.McGuire的名义提交的题为“Material Having ASubstance Protected by Deformable Standoffs and Method ofMaking”的共同转让、共同未审定、同时提交的美国专利申请第744850号、代理人案号5922R中的技术内容的一种施加在谷形14及凸起12的中空下侧面上的物质16，上述专利申请的内容在本说明书中引作参考。物质16部分地填充谷形14，因而凸起可防止在材料阳侧面上的物质与外界表面接触。关于材料的阳侧面，物质16部分地填充中空凸起，使有关凸起之间的谷形的反面有类似的功能，防止凸起内的物质16与外界表面接触。在材料10不同侧面内和/或在材料10的一侧面内几何形状不同区域内的物质不必是相同的物质，事实上可以发挥不同功能的不同物质。
在本发明中“物质(substance)”的定义为能够容纳在三维结构的敞开式谷形和/或凹坑中的材料。在本发明中，术语“物质”可以意味着在送至目标表面之前基本不流动的可以流动的物质。“物质”也可以意味着根本不流动的材料如纤维状的或其它互锁的材料。“物质”可以意味着流体或固体。例如，粘着、静电、机械互锁、毛细吸引、表面吸收及摩擦可以用来将物质容纳在谷形和/或凹坑内。物质可以永久地容纳在谷形和/或凹坑内，或者物质也可以当被露出而与外界表面接触或当三维结构被变形、加热或用其它方式活化时被放出。本发明中有关的物质包括凝胶、膏、泡沫、粉末、烧结颗粒、金属颗粒、微包胶液体、蜡、悬浊液、液体或其组合。
本发明的三维结构中的空间一般是敞开的，因而需要物质滞留在位，如果没有活化步骤就不会脱离结构。本发明的活化步骤最好是三维结构的压缩变形。但是，引起物质流动的活化步骤可以是将物质加热至高于室温或将其冷却至低于室温。或者也可以包括形成超过地球重力的力，还可以包括其它变形力如拉力，以及上述活化现象的组合。
术语“可变形材料”是指箔、聚合物片、布、纺织品或无纺布、纸、纤维素纤维片、共同挤压产品、层压产品及其组合。选定的可变形材料的性质包括但并不限于多孔性、非多孔性、微多孔性、透气性或透液性、不可渗透性、亲水性、疏水性、亲油性、疏油性、高临界表面张力、低临界表面张力、表面预先构制纹理、弹性可屈让性、塑性可屈让性、导电性及非导电性的组合及程度、例如，材料可包括木材、金属、刚性聚合物材料、陶瓷、玻璃、硬化的树脂、热固化材料、交联材料、橡胶、冷冻液体、混凝土、水泥、石头、人造材料等。这种材料可以是均质的或成份的组合。
在一个具体的推荐实施例中，凸起12具有的平均底直径为大约0.015英寸(0.038cm)至大约0.030英寸(0.076cm)，最好为大约0.025(0.064cm)。它们也具有0.03英寸(0.08cm)至0.06英寸(0.15cm)的中心与中心间距，最好具有大约为0.05英寸(0.13cm)的中心与中心间距。这可形成高的凸起数量密度。单位面积上凸起越多，材料片越薄，凸起的壁有助于抵抗一定的变形力。在一个推荐的实施例中，每平方英寸上的凸起数目超过200，凸起占据材料片凸起侧面的大约30％至大约70％。凸起的高度约为0.004英寸(0.010cm)至0.012英寸(0.030cm)，最好为大约0.006英寸(0.015cm)。推荐的材料是0.0003英寸(0.0076cm)公称厚度的高密度聚乙烯(HDPE)。
为了制造具有粘合剂的、三维的、防嵌置的片材，推荐使用的一层物质16是胶乳压敏粘合剂，其厚度约为0.001英寸(0.025mm)。物质16层最好大约0.005英寸(0.013mm)至大约0.002英寸(0.051mm)厚的热熔粘合剂，由Vadnais，Mn的H.B.Fuller Co.制造的Fuller HL-2115X型。可以使用适于材料应用需要的任何粘合剂。粘合剂可以是可再次固定的、可松释的、永久的或其它性质的。凸起的形状和间距最好选择得可形成围绕凸起的连续路径，从而与目标表面可形成气密密封。
薄膜材料可用均质树脂或其搀合物制造、薄膜结构可为单层或多层，可以采用共同挤压、挤压涂覆、层压或其它已知手段的组合制成。薄膜的共同属性是，它可以形成凸起和谷形。可使用的树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯、聚二氯乙烯(PVDC)、胶乳结构、尼龙等。一般推荐使用聚烯烃，这是由于其成本低、易于成形。推荐的材料厚度为大约0.0001英寸(0.025mm)至大约0.010英寸(0.25mm)，更好为大约0.0002英寸(0.005mm)至大约0.002英寸(0.051mm)，最好为大约0.0003英寸(0.0076mm)至大约0.001英寸(0.025mm)。
使薄膜的弹性模量高的足以在使用中减小薄膜的拉伸，这有利于将片材10密封于目标表面。薄膜拉伸会导致平行于粘合剂接触平面的残留力，这会使弱的粘合剂粘接被破坏。对一定薄膜来说，凸起越密，拉伸的可能性越大。虽然据信片材10的弹性在密封容器的容器包装中并不需要，但是含有物质图案的弹性材料还有其它许多可能的应用。尽可能减小凸起间距使其从制造来说可能密集，这可能增加材料的拉伸，但是却有利于减少凸起之间物质的体积。本发明的材料的不同应用将决定凸起的理想尺寸和密度，以及随其使用的物质的选择。
上面曾提到三维片材的“抗弯强度(beam strength)”，这种性质可防止围绕一个即定凸起的任何材料区域的显著嵌置，即使该凸起恰好重叠在与其匹配或相容的较大凹坑上时也能作到这一点，这是由于包围有关一个凸起的凸起在尺寸、形状和间距方面都不同于包围其它凸起/凹坑的那些凸起的缘故。因此当选择材料类型和厚度，以及凸起的密度和图案时抗弯强度是一个重要的考虑因素。已经观察到对于一定材料类型和厚度来说，较多数目的较小凸起一般比较少数目的较大凸起提供更高的抗弯强度。换言之，通过采用具有相对较小的、数量密度较高的凸起的无定形图案，可以利用较薄、贴切性更大的材料仍可达到本发明的防嵌置优点。
据信，决定凸起强度的是凸起的尺寸、形状和间距、带材的性质如挠曲模量、材料的刚度、材料的厚度、硬度、挠曲温度及成形方法等。例如，成形方法对聚合物薄膜是重要的，这是由于“冷成形”或压花比起高温下的热成形要产生残余应力和不同的壁厚分布。对于某些应用场合来说，最好提供足够刚度以承受每平方英寸至少0.1磅的压力(0.69KPa)而不会使凸起变形至物质接触外界表面的程度。这种要求的一个实例是为了运输和/或分配需要将材料卷绕成卷。即使使用每平方英寸0.1磅(0.69KPa)的很低卷绕压力，在卷内的残余卷绕压力也可使带材凸起变形得足以使叠置的带材接触物质。需要一个“阈值”凸起刚度来防止出现上述卷绕带来的损坏。同样，当带材作为不连续的片储存或分配时，为防止由于叠置片层的重量或其它力如运输振动、不适当搬运、掉落等引起的力而造成的产品过早活化，也需要上述“阈值”刚度。
为了得到更符合需要的效果，可以借助侧壁厚度形状来影响变形方式及力。凸起的侧壁使凸起最外部分连接于邻近凸起底部周边的未成形材料。这样定义的侧壁也含有基本在最外部分内的周边区域，其显著地薄于最外部分的内部区域。为了使用户实施变形，推荐采用下述凸起，即，其侧壁的至少一部分显著薄于邻近底部周边的未变形材料。下述一种侧壁也有利于主要在侧壁结构内出现变形，即，这种侧壁的至少一部分要显著薄于凸起最外部分的材料。
在高数目密度凸起的图案中，含有较小凸起的结构中，这种较薄的侧壁厚度可能是特别有用的。
凸起12具有侧壁22，当凸起12形成时侧壁22变薄，这有助于保证凸起12根据需要变形。高密度聚乙烯优于低密度聚乙烯，这是由于对于相同的凸起变形强度来说前者可以制得更薄，而且变形时高密度聚乙烯的凸起不象低密度聚乙烯凸起那样易于弹回其未变形的初始形状。
凸起12最好具有凸形多边形底部的形状，其结构将在下文中详述。凸形多边形底部的形状的意思是凸起的底部具有多边(三条或更多条)直线侧边，任意相邻侧边在外部测量的角不小于180°。当然也可采用其它替代的底部形状。但是，据信推荐的底部形状是最容易产生的。如在嵌花中那样，多边形在下部即阴表面17的平面中最好互锁，以便在其间形成不变的宽度间距。谷形14的宽度A最好根据凸起之间需要的物质体积来选择。宽度A最好总是小于多个凸起12中任一个的最小凸起尺寸。平行于平面20测量，由多个凸起12占据的面积推荐为片材10的可用面积的大约30％至大约70％，最好为大约50％。
图4-6表示制造片材10的适当方法和设备，该方法的标号为31。方法31是典型性的，它可以修改和定制以适于片材10的具体尺寸、成份等。方法30利用一成形表面32，该成形表面最好是具有凹坑34和凹坑34之间的棱面36的三维网。这种成形结构构成阴型成形结构，它在使用中在被成形材料的与结构接触则面上的相应阳凸起。或者，成形表面32也可以是具有凸销34的三维成形结构。凸销34为所需多边形，在凸销34之间并围绕凸销34具有凹坑36。在使用中，这种成形结构将在被成形材料的与结构接触的侧面上形成相应的阴凹坑。
更具体来说，图4表示一成形表面，该成形表面可用于形成如图2所示的相应的三维片材10。当在成形表面32上热成形片材10时，最好在将片材10加热至软化温度时用真空将片材拉入凹抗34，然后保持拉入凹抗34的凸起12，同时将片材10冷却至固化温度，从而形成凸起12。在这种方法中，棱面36在凸起12之间限定谷形14的底部。凸起12最好形成尽可能垂直于平面20的侧壁22，但是侧壁22一般都有某些锥度。凸起12的最外端的形状可以是拱顶的或截头的，以便形成相应多边形的平截头体。
材料10可是真空热成形、压花或液压成形的，或者是其它在本专业中用于使薄材料永久变形的成形方式。
图4表示一种推荐的成形网32，它包括围绕多边形凹坑34的相互连接的棱面36。棱面36是不锈钢制成的，涂有分模剂。成形网32最好制成一条连续的带38，如图6所示。或者，成形网32以平板状使用，或形成一个刚性的鼓。图5表示成形网32的部分横剖图，截取的位置可表示通过相继的两棱面的横剖面。棱面36的尺寸B代表棱面宽度，在基本平行的棱边之间测量，该宽度最好是恒定的，尺寸T代表网厚。
成形网的无定形图案最好是按照上述方法产生的。
生产方法可能影响侧壁厚度型面，例如在使用其平直的网壁的成形网时，直网壁限定成形网孔。这种方法形成显著较薄的侧壁厚度，这是由于凸起自由地从底部周边拉入成形网凹坑中直至与内部支承网的接触点。内部支承网的目的是防止凸起进一步受拉。这种方法在侧壁上形成更多变化的厚度型面。
在实施本发明时，已经发现，所述物质采用热熔粘合剂时，热成形情况与采用其它物质时有所不同。区别在于当热熔粘合剂已涂在成形表面上时被成形的凸起，其侧壁倾向于变得更薄。据信，热熔粘合剂当接触金属成形表面时冷却并固化，因而防止与粘合剂接触的带材被拉入凹坑，从而形成均匀厚度的谷形。使用其它物质如胶乳粘合剂时，出现较少变薄的凸起侧壁，这似乎是由于带材与成形表面的棱面或销顶上的粘合剂接触的部分在热成形中流入凹坑的缘故。
图6表示用于制造本发明的材料如片材10的一种适当的和推荐的方法，该方法的标号为180。被成形材料最好是透明或半透明的，因而在被变形前可被精确地定位。但是，透明性带来一个新，问题这就是要确定物质设在三维结构的那一个侧面上，以便知道使那一个侧面抵靠目标表面。物质侧面的识别例如可以通过下述方式解决，即，将一个标识设置在三维结构的表面上、使物质的着色与三维结构不同，或者设置不同颜色的叠层结构等。在标记的情况中，由于材料的边缘可用来适当定位，因而不必要求透明性。
例如在使材料的一侧面区别于另一侧面时，也可以在成形中使材料表面形成微纹理。三维结构的最外表面特征的微纹理在本发明中例如可以通过下述方式实现，即，将材料片拉入成形网凹坑中并抵靠一个微纹理表面，如一个带微孔的真空鼓。
成形网181套装在空转带轮182和被驱动的真空辊184上。成形网181最好为0.005英寸(0.013cm)厚，12.5英寸(31.8cm)宽，周长为6英尺(183cm)的不锈钢带，带上蚀刻凹坑形的所需凸起图案。195目的无缝镍网覆盖在真空辊184的外表面上，其直径为8.63英寸(21.9cm)，用作成形网181的多孔支承表面。
为了生产含压敏粘合剂的材料，物质186，最好是热熔粘合剂，当成形网181以大约每分钟20英尺(610cm)的速度运行时通过物质涂布器188涂在成形网181上。材料190，如高密度聚乙烯的大约0.0005英寸(0.0013cm)薄膜在材料喂入辊192上与涂有物质的成形网相接触。当材料经过真空辊184且真空经由来自一真空源(未画出)的固定真空歧管196穿过真空辊184作用在成形网181上时，热空气源194使大约600°F(316℃)的，以大约11.25SCFM(每分钟0.32立方米)的速率流动的热空气径向吹向材料190。当材料被热空气源194加热时施加大约12英寸汞柱(40.6KPa)的真空。
不锈钢成形网181制成无缝的带，它是分若干步骤制成的。凹坑图案是通过按照上述所述的方法由计算机程序形成的。最好印在透明片上以形成照相蚀刻的照相掩模。照相掩模用来形成蚀刻和非蚀刻区域。被蚀刻的材料一般是不锈钢，但也可以是黄铜、铝、铜、锰和其它材料，包括合金、通过照相蚀刻法制造金属网的方法更详细地描述于授予Radel和Thompson的美国专利第4,342,314号、授予Radel等人的美国专利第4,508,256号，以及授予Mullane，Jr的美国专利第4,509,908号，这些文献的内容本说明书引作参考。
另外，凹坑图案可以蚀刻在光敏聚合物上而不是金属上。在授予Johnson等人的共同所有的美国专利第4,514,345号、授予Smurkoski等人的美国专利第5,098,522号、授予Trokhan的美国专利第4,528,239号及授予Trokhan的美国专利第5,245,025号中描述了制造聚合物成形网的实例及方法，这些文献的内容在本说明书中用作参考。
接着通过激光或电子束焊接将成形网的端部对焊而制成一条连续带。这样产生一条几乎检测不出的焊缝，这是尽量减少凹坑图案中的裂隙所需要的。最后的步骤是用低临界表面张力(非粘着)涂层涂覆环形带，例如位于Memphis，TN的等离子涂层公司制造和涂布的Series 2000专利分离涂层。据信，这种涂层主要是一种有机硅环氧树脂。这种涂层当涂布在本发明方法中使用的不锈钢成形网上时，可提供大约为18达因/厘米的临界表面张力。其它适于提供减小的临界表面张力的材料包括链烷烃、硅氧烷、聚四氟乙烯等。这种涂层使被成形的材料可从带上取下而不会发生不适当的拉伸和撕裂。
据信，带成形网比制成平板或鼓成形网有利，这是由于带能够使网图案和网长度更易于改变，较大的图案可以使用而没有大的转动件。但是，取决于被成形材料10的需要质量和尺寸，同样适于将成形结构制成平板或刚性鼓，和/或采用本专业公知的其它成形结构和方法。
由于将物质转送至材料及形成凸起所使用的是同一共用成形网，因而物质图案可方便地与凸起对准。在推荐实施例中，成形网32的顶面除了凹坑34外是连续的；因此，在这种结构中物质的图案总体来说是相互连接的。但是，如果断续的物质图案涂在成形网32上，那么，在凸之间将形成断续的物质图案。
接照制造三维、防嵌置片材10的推荐方法，三维凸起是从可变形材料本身整体形成的，并且是中空的结构，在一个侧面带有凹坑，每个凹坑最好具有基本与有关凸起的尺寸和三维形状相应的尺寸和三维形状。但是，对于某些应用场合而言也可以利用实心凸起，这些凸起可以从片材上一体地、整体地或单独形成或施加在其上，它们可以是可变形的，也可以是不可变形的。
一般来说，本发明是一种储存包装材料，呈三维片材形式，通过施加压力可以被活化，使结构压塌以露出粘合剂与外界表面接触。但是，本发明也适用于那些靠压力以外其它手段活化的储存包装材料。例如，本发明人发现，作用在相同三维结构上的拉力也可使其纵向塑性变形，从而使其在厚度上收缩，也会露出或放出物质。据信，在足够的拉力作用下，凸起之间的材料响应于在材料平面上的力而变形，因而使凸起在相同方向上变长。当凸起变长时，其高度减小。当发生足够的变长时，凸起高度下降得使凸起之间、凸起之中或这两部位上的物质露出。
材料10由0.0003英寸(0.0076mm)厚的高密度聚乙烯制成并形成高0.006英寸(0.152mm)、直径0.030英寸(0.762mm)、间距0.045英寸(1.14mm)的凸起，对于这种材料的1英寸宽的带来说，使凸起能够露出其间谷形中0.001英寸(0.025mm)厚的粘合剂涂层所需要的拉力约为每英寸带宽0.80磅(0.36kg)。
为了使物质从三维结构中露出可以向本发明的材料共同施加压力和拉力。虽然在本发明的推荐实施例中，为使物质暴露于外界表面而使三维结构发生足够变形所需要的拉力显著大于获得相同效果所需的压力，但是，可以设计一种结构，使其在特定平面方向的拉力作用下更容易变形。例如，一种结构可以具有平行的波形以替代凸起，通过垂直于波形但又在波形平面内拉伸这种结构可以使波形容易变平。对拉力敏感的结构及其原理描述于授予Chappell等人的共同转让的美国专利第5,518,801号中，其技术内容在本说明书中作参考。
在另一实例中，可加热使可收缩薄膜制成的相同结构减小厚度，相似地放出或露出物质。
如本说明书所述，不同物质可设置在被成形材料的相反两面上。在材料的同一表面上可设置多种物质，几何上相互间隔开来或混合起来。一个实例是在材料表面上设一层粘合剂，固体颗粒粘附在粘合剂层裸露表面上。另外，对于某些应用场合也可以具有从被成形材料两侧面向外延伸的凸起，因而两个侧面都是带有可变形凸起的活性侧面。
一种凸起图案可以按照相似的尺寸比例或不同的尺寸比例作为一种单一或复式“微凸起”图案叠置在其它较大凸起的顶面上。
图6所示方法的其它细节，以及关于上述三维材料的其它细节可参阅上面提到的，本说明书用作参考的，共同转让，共同未审定的，同时提交的美国专利申请第744850号，代理人案号5922R。
虽然在某些情况下，可以将储存包装材料设计成可以和自身或另一目标表面断续粘合的图案，例如，使其活性表面上具有间断或不连续的粘合剂层，但是，这里推荐将储存包装材料设计成具有与自身或与任何充分连续的目标表面形成连续密封或粘合的能力。
图7-9表示储存包装材料10的有关典型应用情况。
更具体来说，图7所示的储存包装材料10独立地用来为货品60形成封闭的包装。对于这种方式的应用来说，最好采用一侧式储存包装材料10，只有一个侧面可被活化，不过也可以使用双侧式材料。为了以这种方式利用储存包装材料10，将材料围绕货品60打包或折叠，留下一个在货品60最大尺寸外延伸的边缘。如图7所示，包装材料10的带已经围绕货品60折叠过来形成折叠边缘55，并形成围绕其余周边，在本例中是围绕货品60的三条侧边形成片状密封50。在这种布置中，储存包装材料10正面对正面地粘合于自身，其中材料的两个活性表面相互粘合。因此，当用户70使在片状密封50区域中的材料重叠部分的至少一侧或最好两侧上的粘合剂活化时，重叠的部分牢固地粘合而完成货品60的包封。或者不用较大片的材料自身折叠形成包封的方式，而是将二片或多片储存包装材料10包住货品60，使其正面对正面或正面对背面地相互密封。
图8表示储存包装材料10另一种用于包封半封闭的刚性或半刚性容器100的布置情况。在图8中表示一种组合式容器结构，其中，储存包装材料粘着在容器的边缘部分105，封住开口110以形成该开口的封盖。虽然如图8所示储存包装材料只在开口110的平面上施加在边缘部分105的表面上就可形成足够的阻挡密封，但是，储存包装材料10也可粘合在垂直于开口平面的容器壁部115上，从而在边缘部分105围绕的附加区域上形成密封。只在容器的壁部115上粘合储存包装材料也可完成有效的密封。当这样完全包封住容器100的内容物(未画出)时，内容物受到保护与容器外部环境隔绝，被包装和保护起来以免受到损失。
如容器100那样的容器，如图所示，没有与储存包装材料10配合工作的挤压结构，它们往往是用金属、玻璃、塑料或木材制成的，具有较为光滑均匀的表面。因此，按照本发明的储存包装材料可被活化，与上述不具贴切性的，刚性或半刚性的表面一起形成需要水平的粘着力，从而有效地形成这种容器的包封。另外，储存包装材料也可以同容器壁平面上的开口及基本垂直于壁面的端部上形成的开口一起使用。这种多用性是由于这种储存包装材料的粘着性，不象蜡纸或铝箔等死折包装材料那样，它可以使本发明的储存包装材料无需围绕边缘、唇边或其它邻近容器开口的结构形成一个包装角就可以形成适当的密封。
图9也表示储存包装材料10的另一种常见的应用情况。其中，需要尺寸的储存包装材料10的不连续带连续地包绕货品60，从而完全地包封货品60。储存包装材料10的边缘部分80重叠货品及重叠储存包装材料的其它部分，该边缘部分80在活化后粘合于上述其它部分，使它们以密封的关系固定。货品的这种包封方式当货品具有不规则形状时，如图9所示货品60那样时特别有用。在这种布置方式中，储存包装材料最好使其活性侧面向内朝向货品60，使储存包装材料可在货品上被活化，从而形成附加的固定，以防止材料的移动和松开。或者，如果货品不宜于粘附，那么储存包装材料10在包绕货品时可使活性侧面朝外。在任一种布置方式中，储存包装材料10的重叠部分80将被活化，以正面对背面的关系相互粘附，一个重叠部分被活化以提供粘着性，而另一重叠部分不被活化，因而是被动的目标表面。
如果在上述实例中使用两侧面可活化的储存包装材料，那么重叠部分80中的重叠的正面和背面部分中的任一个或两个可被活化以形成密封区域。
本发明的改进的储存包装材料可用来包封易腐的或不易腐的种类繁多的货品。这样的货品可包括在一个即定的容器/包装系统中的单一货品，以及相同或不同类型的多个货品。实际上被包封的货品可以是本身被包封的容器或包装，如在货盘上包在一起的一组纸盒。货品可以在容器的一个室中松散地组合在一起，或者在由储存包装材料本身或容器的其它特征形成的不同的室或腔中分隔开来。
虽然上面已经描述了本发明的具体实施例，但是本专业技术人员显然可以作出各种修改和变化而不超出本发明的范围。因此，权利要求书用于覆盖本发明范围中的所有上述修改和变化。
权利要求
1.一种改进的储存包装材料，它由片材，较好由聚合物薄膜材料，最好由基本透明的聚合物薄膜构成，它具有第一侧面和第二侧面，其特征在于所述第一侧面，以及还可选择第二侧面为活性侧面，在由用户活化后具有粘着剥离力，该粘着剥离力最好为每英寸宽度至少一英两，它比由用户活化之前的粘着剥离力大，最好大每英寸宽度至少一英两，所述活化后的粘着剥离力最好足以在目标表面上形成阻挡密封，所述密封最好具有阻挡性质，该阻挡性质至少象所述材料和所述目标表面的阻挡性质那样大，所述活性侧面最好包括压敏粘合剂。
2.根据权利要求1所述的改进的储存包装材料，其特征在于所述活性侧面通过用户在所述片材上施加外力能够被活化，最好能够可选择地在不连续的区域内被活化。
3.根据权利要求2所述的储存包装材料，其特征在于所述活性侧面可以通过沿基本垂直于所述片材的方向上施加的压力被活化，最好用至少为0.1磅/英寸2的压力才能被活化。
4.根据权利要求2所述的改进的储存包装材料，其特征在于所述活性侧面可被沿基本平行于所述片材的方向上作用的拉力活化。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的改进的储存包装材料，其特征在于所述活性侧面具有多个从所述片材向外延伸并且最好是由所述片材均匀形成的三维非粘着性凸起和包围所述非粘着性凸起的压敏粘合剂，所述粘合剂在活化前具有小于所述非粘着性凸起高度的厚度。
6.根据权利要求5所述的改进的储存包装材料，其特征在于所述第二侧面包括多个相应于所述凸起的多个间隔开来的三维中空凹坑，因而所述凸起是中空的，其特征在于所述凹坑部分地填有压敏粘合剂．
7.根据权利要求1至6中任一项所述的改进的储存包装材料，其特征在于所述片材是无衬层的，因而所述活性侧面的活化无需除去所述片材的构件。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的改进的储存包装材料，其特征在于所述片材是非缠着性的，在被用户活化前没有粘着剥离力。
9.一种容器系统，它包括(a)一个具有第一侧面和第二侧面的片材，所述第一侧面为一个活性侧面，它在被用户活化后具有粘着剥离力，它大于被用户活化之前的粘着剥离力；以及(b)一个半封闭的容器，它具有至少一个被周缘包围的开口；其特征在于在用户活化需要的区域后，所述片材粘着在所述开口的所述周缘上，从而将所述半封闭容器转变成一个封闭容器。
10.一种容器系统，它包括(a)一个具有第一侧面和第二侧面的片材，所述第一侧面为一活性侧面，它在被用户活化后具有粘着剥离力，它大于被用户活化之前的粘着剥离力；以及(b)一个被封闭的货品；其特征在于在用户活化需要的区域后，所述片材围绕所述货品粘着于自身以包封所述货品。
全文摘要
本发明涉及适于包装和保护各种货品及保存易腐物如食品的片材。更具体来说,本发明提供一种改进的储存包装材料,它由具有第一侧面和第二侧面的片材构成。第一侧面为活性侧面,它在被用户活化后具有附着剥离力,它大于被用户活化前的附着剥离力。储存包装材料可以被不同的方法活化,但是在一推荐实施例中活性侧面是由施加在片材上的外力活化的。该力可以是沿基本垂直于片材作用的压力。按照本发明,储存包装材料可以由用户在不连续的区域内有选择地活化,以便在需要的部位和时间提供粘着性。在材料表面上应用粘合剂或粘合剂类物质,因而在活化后可提供粘着剥离力,它足以在目标表面上形成阻挡密封,它至少象材料和目标表面的阻挡密封那样大,因而可以有效地保存易腐货品如食品。本发明的储存包装材料可用来通过各种应用方法包封和保护种类繁多的货品,这些方法包括直接应用在货品上、包封货品并在自身上固定,和/或与半封闭容器一起使用。
文档编号B05D1/28GK1207076SQ97191647
公开日1999年2月3日 申请日期1997年1月8日 优先权日1996年1月10日
发明者彼德·沃辛顿·哈米尔顿, 肯尼思·史蒂芬·麦圭尔 申请人:普罗克特和甘保尔公司