AT13622U1 - Verfahren zur Herstellung einer festen, homogenen Schweißverbindung mittels Mikrowellenerwärmungstechnik - Google Patents

Abstract

Punktförmige oder flächenhafte Verschweißung von thermoplastischen Materialien mittelsMikrowellen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zu verbindenden thermoplastischenLagen (a), (b) gemäß Fig.1 aus unpolarem Polymer, ein Füllstoff(e), bestehend ausbeispielsweise thermoplastischem Polymer + 25 Gewichtsprozent Kohle und oderGraphitpulver als Erhitzungsmedium = Schmelzkleber (c) dient und die Lagen oberhalbdes Kristallitschmelzpunktes bei leichtem Anpreßdruck homogen verbindet.

Description

österreichisches Patentamt AT13 622U1 2014-05-15

Beschreibung VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER FESTEN HOMOGENEN SCHWEIßVERBINDUNG MITTELS DER MIKROWELLENERWÄRMUNGSTECHNIK.

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung fester homogener Schweißverbindungen, insbesondere aus unpolaren thermoplastischen Polymeren, unter Zuhilfenahme eines Füllstoffes, in flächenförmiger oder partieller Form.

[0002] Die Mikrowellenerwärmungstechnik für den industriellen Einsatz ist seit 50 Jahren bekannt und Stand der Technik.Nieder- und Hochtemperatur-Mikrowellen werden zur Trocknung -bzw. Erwärmungsprozessen eingesetzt.

[0003] Im Bereich Mikrowellentechnik stehen im Wesentlichen 4 ISM -Frequenzen zur Verfügung, die höchste Frequenz ist 28 000 bzw. 30 000 Mhz, die niedrigen Frequenzen von 915 MHz, und 2450 ±50 Mhz für die kostengünstigste Haushaltmikrowelle [0004] Aus Polypropylen bestehende vorgeformte flächige Formkörper, insbesondere profilierte Polypropylen -Platten werden wegen ihrer chemischen Resistenz in zunehmenden Maße unter anderem als korrosionsbeständige Füllkörper, beispielsweise in Absorptionskolonnen zur Abgasreinigung oder in Destillations- und Extraktionsanlagen eingesetzt.

[0005] Die Herstellung: Flachfolien werden in einem Temperaturbereich um den Kristallit-schmelzpunkt auf ein Profil geformt, was im allgemeinen durch Tiefziehen oder Prägen geschieht. Anschließend werden die Profilplatten abgelängt und zu einer Packung aufgebaut, durchbohrt und mit einem Gestänge in Form gehalten. Auch Schweißungen im Randbereich sind für eine Fixierung der Lagen denkbar.

[0006] Derartige Packungen besitzen den Nachteil, dass die so hergestellten profilierten Polypropylen-Bahnen im aufgebauten Zustand keinen festen Verbund einnehmen, die aufgebauten Plattenlagen verrutschen leicht und bei einem zu hohen Verschraubungsdruck durch das Gestänge, wird das Profil verdrückt. Wünschenswert wäre daher ein Verbund der im Innenbereich der Packung eine Verbindung der Plattenlagen gewährleistet, denn nur dadurch kann eine hohe Stabilität und Belastbarkeit garantiert werden [0007] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer mit profilierten Platten aufgebauten Packung zu schaffen, welche ihre Formstruktur d.h. ihren profilierten Aufbau durch einen festen verschweißten Verbund, nicht nur im Außenbereich, sondern an jeder Berührungsstelle der Lagen gewährleistet.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum Verschweißen der profiliert aufgebauten Lagen, Mikrowellen verwendet werden, die ein Gemisch aus unpolarem thermoplastischen Polymer + einem heterogenen Füllstoff, zu einem Schmelzkleber werden lassen, der plaziert an den Berührungsstellen der z.B. wellenförmig spitzwinkelig und trapezförmig gestalteten Profile, partiell oder flächenartig, die Lagen verschweißt [0009] Als Füllstoff kommt u.a. Graphit oder Kohle infrage. Der Anteil im Polymer sollte bei 25 bis 30 Gewichts % betragen, aber auch andere Füllstoffe und Anteile sind denkbar, vorausgesetzt der Füllstoff bringt das Polymer in Schmelze.

[0010] Bevorzugt wird immer das jeweilige Polymere, das verschweißt werden soll, als Trägerpolymer für den Füllstoff.

[0011] Durch die erfinderische Maßnahme wird in vorteilhafter Art und Weise jeder Berührungspunkt durch die Mikrowellen in Sekundenschnelle erhitzt, die nicht dotierten Flächen bleiben kalt die Packung gibt nicht wegen Wärmebeaufschlagung nach, es kommt zu keiner Verschiebung der Lagen, da diese fest miteinander verschweißt sind.

[0012] Das Verfahren eignet sich wegen der hohen Stabilität und Belastbarkeit der Lagen für eine Vielzahl von Anwendungen z.B. Tropfkörper und Packungen in Absorptionskolonnen, als 1 /5 österreichisches Patentamt AT13 622U1 2014-05-15

Hitze- oder Kälteschutzplatten, Tischplatten, Stegplatten für Straßenschilder etc.

[0013] Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dann geeignet, wenn stärkere Platten zum Aufbau von Profilschichten in einem Dickenbereich von 0,1mm bis 3,0mm hergestellt werden sollen. Auch dickere Bahnen, etwa im Bereich bis 5,0mm und darüber sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders einfach herzustellen, da die Mikrowelle unmittelbar nach Einschaltung in dem zu erwärmenden Körper präsent wird und beginnt auch sofort mit der Energieumwandlung.

[0014] Da das ganze Volumen des dotierten Materials gleichzeitig erwärmt wird, baut sich im Inneren eine höhere Temperatur auf, weil die Oberfläche an die kalte Umgebung angrenzt und somit gekühlt wird. Das Innere wirkt aber wärmeisolierend, da die Nachbarmoleküle die gleiche Temperatur aufweisen.

[0015] Der Temperaturverlauf ist somit invers zu dem der konventionellen Erwärmung.

[0016] Unpolare Stoffe können keine Energie umwandeln und somit auch nicht erwärmt werden.

[0017] Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, Schmelzklebercompound aus einem Gemisch aus PFA mit Graphit oder Kohle, für die Verbindung von PTFE-Teilen ei nzu setzen.

[0018] Da insbesondere Polytetrafluorethylen als unpolarer Stoff keine Energie umwandelt und somit sich auch nicht erwärmt, kann mit einer partieller Flächendotierung aus PFA/Graphit Compound, Verschweißung stattfinden. Diese liegt im üblichen Bereich von 360 - 380 °C, bei 5-50 g/cm2Anpreßdruck.

[0019] Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die derart aufgebauten profilierten Folienlagen mit einem Steckverbindungssystem, (ähnlich dem LEGO -System) zylindrischer Stift / Loch, mit dazwischenliegendem Compoundschmelzkleber-Beilag-scheibe, zu Packungen wirtschaftlich konfektioniert werden.

[0020] Als Verbindungselement dient das Compoundmaterial in Form von Folienstücken, als Druckknopf etc. um nur einige weitere Ausführungsformen zu nennen.

[0021] Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0022] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das im Folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen: [0023] Figur 1 eine Schnittansicht zweier Lagen, mit dazwischenliegendem partiell angeord neten Schmezklebercompoundmaterial, [0024] Figur 2 zeigt die Lagenverschweißung gemäß Anordnung aus Figl.

[0025] Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform, zweier trapezartig profi lierter Platten mit Steckverbindung zylindrischer Stift / Loch [0026] In Figur 1 sind zwei Polytetrafluorethylen-Platten (a) und (b) im Schnitt dargestellt, mit dazwischenliegender Schmelzkleberscheibe (c) und Füllstoff (e) unter Belastungsdruck (P).

[0027] In Figur 2 wurde der Schmelzverbund (d) von Platte (a) und (b) durch den Schmelzkleber (c) nach der Mikrowellenbeaufschlagung dargestellt.

[0028] In Figur 3 ist ein trapezförmig profiliert geformter Polypropylenzuschnitt (1) mit zylindrischem Stift (5) in Trapezfläche (3a) mit dazwischenliegender Schmelzkleberscheibe (6) und ein um 900 versetzter ebenfalls trapezförmiger Zuschnitt (2) mit Lochungen (4) in Trapezfläche (3b) dargestellt.

[0029] In Figur 3 ist eine Schmelzkleberscheibe zur Verbindung des trapezförmigen Profiles dargestellt. Dem Fachmann ist aber klar ersichtlich, dass das beschriebene Verfahren nicht nur auf die in Figur 3 gezeigte Lochscheibe (6) beschränkt sein kann. Vielmehr ist es auch möglich, 2/5 österreichisches Patentamt AT13 622U1 2014-05-15 andere Ausführungsformen wie beispielsweise schmale Längsstreifen in die Profilfläche (3a) bei der Plattenherstellung gleich zu integrieren. Denkbar ist auch Schmelzkleberfolienstreifen mittels hot-melt auf die Oberfläche zu applizieren.

[0030] Um nun eine entsprechende Verbindung einer wellenförmigen Packung herzustellen, werden die zylindrischen Zapfen (5) der einzelnen Platten mit einer Schmelzkleberscheibe (6) versehen, anschließend werden die Platten mit der Lochung (4) um 90 0 versetzt aufeinander gesteckt und in einer aus PTFE bestehenden Vorrichtung, der Mikrowellenbeaufschlagung von wenigen Minuten bei leichtem Anpreßdruck ausgesetzt. Unmittelbar danach kann der Aufbau der Vorrichtung entnommen und eingesetzt werden.

[0031] Auf diese Art und Weise wird eine Packung aus 1mm Plattenmaterial, einem Trapezprofil von 12 mm Wellenhöhe erstellt. Dem Fachmann ist natürlich klar ersichtlich, dass die vorgenannten Bedingungen nur exemplarischen Charakter besitzen. Zum Beispiel können die Schmelzklebercompound-Zufügungen stark durch Dicke und Größe variiert werden, die Schweißzeiten können in Bereichen weniger Sekunden bis zu 5 Minuten dauern, auch hängen die Verweilzeiten von der Intensität der Mikrowellen ab.

[0032] Das beschriebene Verfahren kann stationär oder kontinuierlich z. B. mittels Mikrowellen-Banddurchlaufofen erfolgen.

[0033] Abschließend ist noch auszuführen, dass der Begriff“ Polytetrafluorethylen“ im Rahmen der vorstehenden Beschreibung als Sammelbegriff für Fluorpolymere verwendet wird. Bevorzugte Fluorpolymere sind Fluopolymere wie Polytetrafluorethylen und Fluorpolymere wie PFA. Dies ist ein Copolymer aus vorzugsweise 90 bis 99,5 Gewichtsprozent Tetrafluorethylen und 0,5 bis 10 Gewichtsprozent eines Perfluoralkyl-perfluorvinylethers der Formel CF2=CF-OR, wobei R eine Perfluoralkylkette mit vorzugsweise 1 bis 10 C - Atomen bedeutet.

[0034] Bevorzugte Fluorpolymere sind auch die sogenannten modifizierten Polymere des Polytetrafluorethylens. Fluorpolymere können auch Füllstoffe wie Kohlepulver, Graphitpulver in einer Menge bis zu 30 Gewichtsprozenten enthalten. 3/5

Claims (7)

1. österreichisches Patentamt AT13 622U1 2014-05-15 Ansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer festen homogenen Schweißverbindung (d) mit Mikrowellen, flächenförmig oder partiell (c),von Formkörpern thermoplastischer Polymeren (a) + (b), dadurch gekennzeichnet, dass ein Füllstoff (e) im Schmelzkleber (c) zur Erwärmung verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstoff Kohlepulver, Graphitpulver oder deren Mischung bis zu einem Gewichteprozentsatz von 25 bis 30 verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzkörper vorzugsweise in Form flächenhafter Raumkörper als Folienstücke oder Rondenform verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzkörper vorzugsweise in Form eines Druckknopfes oder Beilagscheibe verwendet wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzkleber in Form eines hot-melt Klebers oberflächlich aufgetragen wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenmaterial schmale Schmelzkleberstreifen beim Extrusionsprozeß in Längsrichtung, mit durchgeführt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzkleber aus Fluorpolymeren vorzugsweise PFA verwendet wird. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5