AT208065B

AT208065B - Verfahren zum Verschweißen von gereckten, insbesondere biaxial gereckten Folien aus schweißbaren thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: AT208065B
Application number: AT788357A
Authority: AT
Original assignee: Hoechst Ag
Priority date: 1956-12-07
Filing date: 1957-12-05
Publication date: 1960-03-25

Description

Verfahren zum Verschweissen von gereckten, insbesondere biaxial gereckten Folien aus schweissbaren thermoplastischen Kunststoffen
Schweisst man Folien aus thermoplastischen Kunststoffen, die durch ein-oder zweiachsige Reckung verfestigt worden sind, mit den Schweissverfahren, die für ungereckte Folien dieser Art bekannt sind, so zeigt sich als Nachteil, dass die durch die Reckung erzielte hohe Festigkeit der Folie an der Schweissnaht praktisch vollkommen verloren geht. Dieser Festigkeitsverlust ist auf die im folgenden näher erläuterten Ursachen zurückzuführen.

Ein- oder zweiachsig gereckte Folien werden in der Weise hergestellt, dass Folien, die eine grössere Dicke haben als das gewünschte Endprodukt, in ein oder zwei Richtungen entweder gleichzeitig oder nacheinander gedehnt werden. Die Temperatur, bei der dieser Reckprozess durchgeführt wird, liegt meist über Raumtemperatur und unterhalb des Kristallitschmelzpunktes bzw. Erweichungspunktes. Durch die Reckung wird in der Folie eine molekulare Orientierung erzeugt, die die Festigkeit gegenüber der ungereckten Ausgangsfolie ausserordentlich erhöht. Es gibt auch Verfahren, bei denen die Reckung nicht in der Ebene. sondern durch Aufblasen von Rohren in Umfangs- und Längsrichtung erzeugt wird. Solche gereckte Folien sind beispielsweise beschrieben in der Zeitschrift Kunststoffe 12 [1956], S. 101-102 (Dr.

Herrmann, Hostaphan, Folie aus Polyterephthalsäureester).

Werden solchermassen gereckte und dadurch verfestigte Folien mit den bekannten Schweissverfahren geschweisst, so muss die Folie auf Schweisstemperatur erhitzt werden. Die Schweisstemperatur liegt bei al- len, auch bei den ungereckten Folien über dem Kristallitschmelzpunkt oder Erweichungspunkt ; d. h. um eine Schweissung zu erzielen, muss die Folie mindestens auf den Kristallitschmelzpunkt erhitzt werden. In der Praxis geht man meist höher, da dann das Material leichter fliesst und der notwendige Schweissdruck geringer wird. So Ist z. B. bei Niederdruckpolyäthylen der Kristallitschmelzpunkt 127 C, und geschweisst wird meist bei 180-2000 C. Es lässt sich aber auch schon bei 1270 C eine Schweissverbindung erzeugen, allerdings ist dazu ein höherer Druck notwendig.

Durch die Erhitzung einer gereckten Folie auf oder über den Kristallitschmelzpunkt geht aber die durch die Reckung erzeugte molekulare Orientierung in der Folie verloren und damit auch die durch die Orientierung bedingte erhöhte Festigkeit.

Es wurde nun ein Verfahren zum Schweissen von gereckten, insbesondere biaxial gereckten Folien aus schweissbaren thermoplastischen Kunststoffen gefunden, nach welchem es gelingt, Schweissnähte zu erhal- ten, bei denen die Festigkeit des verfestigten Folienmaterials in einem erheblichen Ausmass aufrechterhalten ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man die miteinander zu verschwei- ssendenFolieninan sich bekannterweise im Bereich der Schweissnaht lediglich an ihren Oberflächen. vorzugsweise auf etwa ein Zehntel bis etwa zur Hälfte der Dicke der Folien, durch Wärmeeinwirkung eiweicht und miteinander verbindet, wobei die Folien zweckmässig an ihrer der Verschweissung abgewendeten Seite gekühlt werden. Durch die Kühlung wird erreicht, dass die Temperatur auf dieser Seite der Fo-

lien möglichst niedrig gehalten wird, um die durch die Reckung erzeugte Orientierung des Folienmaterials nicht zu gefährden.

Diese Kühlung kann beispielsweise durch Anordnung von Kühlkörpern, Kühlwalzen oder auch durch Aufblasen von kühlenden Medien, wie Luft, auf die zu kühlenden Oberflächen der Folien erfolgen. Der auf Schweisstemperatur zu erhitzende und dadurch zu erweichende Teil. der Foliendicke braucht nur so gering zu sein, dass gerade eine sichere Verschweissung gewährleistet ist. Dies wird, wie bereits oben erwähnt, bei einer Erweichung von etwa einem Zehntel bis etwa der Hälfte der Foliendicke erzielt, im allgemeinen verfährt man derart, dass man die Folie zu etwa einem Drittel bis zu etwa der Hälfte ihrer Dicke erweicht.

Es sind zwar Verfahren zum Schweissen nicht gereckter thermoplastischer Kunststoffolien bekannt, bei welchen in ähnlicher Weise vorgegangen wird. Aus diesem bekannten Stande der Technik konnten jedoch keinerlei Anhaltspunkte für die Lösung des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problems abgeleitet werden, insbesondere im Hinblick darauf, dass die Frage, ob gereckte, insbesondere biaxial ge-
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Es war daher als überraschend anzusehen, dass es im Gegensatz zu den Erwartungen gelingt, gereckte Folien ohne nennenswerten Verlust an Festigkeit in der weiter oben dargelegten Weise zu verschweissen.

Die günstigste Schweisstemperatur, auf die die zu erweichende Oberfläche erhitzt wird, ist je nach
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während die Temperatur im Materialinnern unterhalb des Kristallitschmelzpunktes bzw. Erweichungspunktes bleiben muss, damit dort die Orientierung nicht verlorengeht.

Als schweissbare thermoplastische Kunststoffe für die gemäss der Erfindung zu verschweissenden Folien kommen beispielsweise Hochdruckpolyäthylen, Niederdruckpolyäthylen, Polypropylen sowie Mischpolymerisate aus Äthylen und Propylen, wie auch Polymerisatgemische aus thermoplastischen Kunststoffen, wie z. B. Polystyrol/Acrylnitirl/Butadien, in Betracht. Es können auch Polyvinylchlorid sowie Celluloseacetobutyrat, Polyterephthalsäureester und Polyamide verwendet werden.

Das Verfahren gemäss der Erfindung kann im allgemeinen zum Schweissen von Folien beliebiger Dicke verwendet werden. Beispielsweise kommen Folien von etwa 0, 1 mm Dicke in Betracht. Die untere Grenze der Dicke der Folien liegt bei etwa 10 ti. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verfahrens für Folien mit'einer Dicke von etwa 50 .

Die Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung kann beispielsweise mittels eines an sich bekannten Folienschweissgerätes erfolgen, bei dem die Folienbahnen. an den zu verschweissenden Teilen durch einen Heizkeil. der z. B. elektrisch oder sonstwie geheizt wird, erwärmt und durch nachgeschaltete Rollen aneinandergedrückt und dadurch verbunden werden. Durch Regelung der Geschwindigkeit, mit der die Bahnen der Folien an den Heizflächen des Heizkeiles vorbeigeführt werden, hat man es dabei in der Hand einzustellen, welcher Teil der Foliendicke im Bereich der Schweissnaht erweicht wird. Diese Regelung kann man auch durch Einstellung der Temperatur des Heizkeil herbeiführen oder auch durch beide Massnahmen. Diese Regelungen zur Einstellung des zu erweichenden Teils der Schichtdicke können ohne weiteres von jedem Fachmann vorgenommen werden.

Man kann aber auch jedes andere Schweissgerät verwenden. mit dem sich eine oberflächliche Erwärmung der Folie gemäss der Erfindung durchführen lässt.

Aus der Fig. 1 ist eine beispielsweise Ausführungsfcrm der Erfindung ersichtlich. Mit 1 und 2 sind zwei verschweisste Folien bezeichnet, die eine Dicke 3 und 4 besitzen. Die Dicke ist übertrieben gezeichnet. 5 und 6 lassen die erweichten Bereiche der Folien erkennen.

Fig. 2 zeigt zur Erläuterung des Verfahrens gemäss der Erfindung in beispielsweiser Ausführung schematisch eine Vorrichtung.

Mit 1 und 2 sind die beiden Folien bezeichnet, die miteinander zu verschweissen sind, so dass eine Verschweissung erhalten wird, wie sie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Mit 9 ist der Heizkeil bezeichnet. der so angeordnet ist, dass er gleichzeitig die beiden Folien 1 und 2 in dem entsprechenden Teil der Dicke erwärmt. 10 und 11 sind zwei Kühlkörper, die so angeordnet sind, dass sie die Folien 1 und 2 auf der der erhitzten Seite abgewendeten. Seite kühlen. 12 und 13 sind zwei Druckrollen, die die Folien 1 und 2 zur Verschweissung zusammendrücken und gleichzeitig transportieren.

Beispiel l : Zwei biaxial gereckte Folien aus Niederdruck-Polyäthylen von etwa 0, 1 mm Dicke und etwa 1500 kg/cm2 Festigkeit werden mit Hilfe eines Heizkeilgerätes gemäss Fig. 2 verschweisst, wo-
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Es wird dabei so gearbeitet, dass die Andruckrollen des Gerätes gekühlt sind, um den Restquerschnitt der Folien bei tieferen Temperaturen zu halten. Die Festigkeit der so erhaltenen Schweissnaht (Reisskraft : Fo-

lienquerschnitt) beträgt 1000 kg/cm. 2. Im Gegensatz hiezu beträgt die Festigkeit einer nach bekannten Schweissverfahren erzeugten Schweissnaht nur 200 kg/cm. 2.

Beispiel 2 : Zwei biaxial gereckte Folien aus Polypropylen von 0, 1 mm Dicke und etwa 1200 kg/cmz Festigkeit werden verschweisst, wobei etwa 1/4 der Dicke der Folien auf 1800 C erhitzt (Kristallitschmelzpunkt von Polypropylen 1550 C) wird, während der Restquerschnitt unterhalb der Temperatur des Kristallitschmelzpunktes gehalten wird. Die Festigkeit der Schweissnaht beträgt 900 kg/cm2. Im Gegensatz hiezu beträgt die Festigkeit einer normalen, durchgehend über den ganzen Querschnitt auf Schweisstemperatur erhitzten Naht etwa 220 kg/crrl-.

Beispiel 3 : Zwei biaxial gereckte Folien aus einem Äthylen-Propylen-Mischpolymerisat von 0, 08mm Dicke und etwa 800kg/cm Festigkeit werden nach dem erfindungsgemässen Verfahren verschweiss, wobei 1/3 der Foliendicke auf 150 C erhitzt wird (Kristallitschmelzpunkt 1200 C), während der Restquerschnitt unter dem Kristallitschmelzpunkt gehalten wird. Die erzielte Festigkeit der Schweissnaht, beträgt 600 kg/cm gegenüber einer normalen Schweissnaht, die eine Festigkeit von nur 150 kgk-rriz hat.

Claims

PATENTANSPRUCH : Verfahren zum Verschweissen von gereckten, insbesondere biaxial gereckten Folien aus schweissbaren thermoplastischen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, dass man die miteinander zu verschweissenden Folien in an sich bekannter Weise im Bereich der Schweissnaht lediglich an ihren Oberflächen, vorzugsweise auf etwa ein Zehntel bis etwa zur Hälfte der Dicke der Folien, durch Wärmeeinwirkung erweicht und miteinander verbindet, wobei die Folien zweckmässig an ihrer der Verschweissung abgewendeten Seite gekühlt werden.