CH361123A

CH361123A - Verfahren zum Schweissen von verstreckten Folien aus thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: CH361123A
Authority: CH
Inventors: Eberh Dipl-Ing Hildebrand Hans
Original assignee: Hoechst Ag
Priority date: 1957-07-25
Filing date: 1958-07-23
Publication date: 1962-03-31
Also published as: GB892630A

Description

Verfahren zum Schweissen von verstreckten Folien aus thermoplastischen Kunststoffen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schweissverfahren für solche Folien aus thermoplastischen Kunststoffen, die durch biaxiale Verstreckung unterhalb des Kristallitschmelzpunktes durch sogenannte biaxiale Kaltverstreckung einen hohen Grad von molekularer Orientierung erhalten haben und demzufolge eine sehr viel höhere Festigkeit in allen Richtungen aufweisen als die handelsüblichen Folien aus demselben Material. So haben beispielsweise die üblichen Blasfolien aus Niederdruck-Polyäthylen Festigkeitswerte von 200-250 kg/cm2, während biaxial kaltverstreckte Folien aus demselben Material Festigkeitswerte von 2000-3000 kg/cm2 aufweisen.

Derartige kaltverstreckte und dadurch hochverfestigte Folien lassen sich zwar mit den bisher bekannten Folienschweissverfahren, z. B. Heizkeilverfahren, Wärmeimpulsverfahren, miteinander verschweissen. Nachteilig ist hierbei, dass die hohe Festigkeit der verstreckten Folie an der Schweissnaht auf die geringe Festigkeit des unverstreckten Materials absinkt, da die Molekülorientierung, die die hohe Festigkeit der verstreckten Folie bewirkt, infolge der Schweisswärme wieder verlorengeht. Für das oben genannte Beispiel der gereckten Folie aus Niederdruck-Polyäthylen bedeutet dies, dass eine Schwei ssung mit den bisher bekannten Verfahren zwar möglich ist, sie dann aber nur eine Festigkeit von 200 kg/cm2 in der Schweissnaht aufweist.

Mit den bekannten Verfahren lässt sich die für die meisten Anwendungsfälle erhobene Forderung, dass nämlich die hohe Festigkeit der kaltverstreckten Folie auch in den Schweissnähten erhalten bleiben soll, nicht verwirklichen.

Bei der Entwicklung des erfindungsgemässen Verfahrens wurde von dem Gedanken ausgegangen, dass die Festigkeit verstreckter Folien in der Schweissnaht nur dann nicht abgebaut wird, wenn die der Folie aufgezwungene Molekülorientierung durch geeignete Massnahmen beim Schweissen erhalten werden kann.

Es wird nun ein Verfahren zum Verschweissen von verstreckten und dadurch verfestigten Folien aus thermoplastischen Kunststoffen vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die zu verschwei ssende Folie durch Halterung am Schrumpfen so weit gehindert wird, dass einerseits die Orientierung bzw. der Reckzustand und damit die Verfestigung der Folie in der erwärmten Zone erhalten bleibt und anderseits eine Schweissverbindung mit einer Festigkeit erhalten wird, die an die Festigkeit der verstreckten Folie heranreicht, und dass die Schweisstemperatur im Bereich vom Kristallitschmelzpunkt bzw. Erweichungspunkt bis 20"C darüber liegt.

Die zum Verschweissen gemäss der Erfindung angewandten verstreckten und dadurch verfestigten Folien können einen in weiten Grenzen beliebigen Grad der Verstreckung und damit auch eine in weiten Grenzen liegende Festigkeit besitzen; die Festigkeit der zur Anwendung kommenden Folien kann zwischen etwa 200 kg/cm2 und etwa 3000 kg/cm2 liegen.

Eine zweckmässige Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung besteht darin, dass während des Schweissens oder kurz danach eine zusätzliche Reckung der erwärmten, plastischelastischen Schweissnaht durchgeführt wird, die den Festigkeitsverlust durch den zum Schweissen notwendigen und zugelassenen Schrumpfbetrag wieder aufhebt.

Weiterhin kann nach dem Schweissen eine zusätzliche Kühlung der Schweisszone erfolgen.

Ausserdem kann man die zu verschweissenden Folienstellen vor dem Schweissen erwärmen, und zwar in dem Ausmasse, dass Schädigungen vermieden wer den, so dass zum Schweissen eine geringere Aufwärmzeit benötigt wird.

Im einzelnen ist für die praktische Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung folgendes zu sagen:
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren ist die Einhaltung eines bestimmten Temperaturbereiches erforderlich. Schweisstemperaturen, die mehr als 200 C über dem Kristallitschmelzpunkt liegen, zerstören die Orientierung.

Bei den üblichen Schweissverfahren für Kunststoffe und Kunststoffolien werden allgemein Schweisstemperaturen angewandt, die etwa 100" oberhalb des Kristallitschmelzpunktes bzw. der Erweichungstemperatur liegen (vgl. Kunststoff-Taschenbuch, 12. Ausgabe, Seite 73). So wird z. B. Niederdruck-Poly äthylen, dessen Kristallitschmelzpunkt bei 127-130" liegt, bei 200" geschweisst (vgl. Dr. E. Rottner: Praktische Methoden zur Verarbeitung von Halbzeugen aus Niederdruck-Polyäthylen, Kunststoffe 1957, Seite P 39). Die Schweissungen von Polyvinylchlorid, dessen Erweichungspunkt bei 800 liegt, werden allgemein bei etwa 200" durchgeführt (vgl. Kunststoff-Taschenbuch, 12. Ausgabe, Seite 73).

Diese Schweisstemperaturen sind für das erfindungsgemässe Verfahren zu hoch; die Folie wird dermassen plastisch, dass die in ihr vorhandenen eingefrorenen Spannungen zu Rissen führen. Es ist daher erforderlich, das Schweissen bei Temperaturen nicht mehr als 20O C über dem Kristallitschmelzpunkt bzw.

Erweichungspunkt durchzuführen. Bei Niederdruck Polyäthylen beispielsweise liegt dieser Temperaturbereich zwischen 128 und 1456 C.

Allein durch die Einhaltung dieser niedrigen Temperatur ist jedoch noch keine hochwertige Schwei ssung möglich. Werden nämlich die beiden miteinander zu verschweissenden Folienränder aufeinandergelegt, erhitzt, z. B. mittels Heizbacken, und zusammengedrückt, so erfolgt zwar keine Zerstörung der Folie mehr; es tritt jedoch ein Schrumpfen der Folie nach der Envärmungszone hin ein, die gleichbedeutend ist mit Orientierungs- bzw. Festigkeitsverlust.

Gemäss der Erfindung kann trotzdem eine Schweissverbindung von kaltverstreckten Folien ohne grossen Festigkeits- bzw. Orientierungsverlust in der Schweissnaht erzielt werden, wenn ausser der Temperatur bei der praktischen Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung z. B. die folgenden Vorkehrungen getroffen werden:
Die beiden zu verschweissenden Folienränder werden aufeinandergelegt und je nach Art der gewählten Schweissnahtform ein- oder beidseitig gehalten. Die Schweissung erfolgt unter Druck, beispielsweise mit Hilfe von zwei beheizten Stempeln in dem oben angegebenen Temperaturbereich. Die Halterung verhindert, dass die Folie in der erwärmten Zone schrumpft und dadurch ihre Festigkeit verliert.

Es hat sich gezeigt, dass bei einer vollkommen starren beidseitigen Ein spannung beider Folienstücke keine Schweissverbindung entsteht. Dies erklärt sich dadurch, dass wegen des vollständigen Festhaltens des Orientierungszustandes keine Verbindung zwischen den Molekülen der beiden Oberflächen möglich ist.

Um ein Verschweissen zu ermöglichen, ist es daher erforderlich, einen geringen Schrumpfbetrag zuzulassen. Da praktisch jedes Folienstück nur jeweils an einer Seite festgehalten wird (Fig. 1 und 2), kann das in der Überdeckung unter dem Stempeldruck liegende freie Ende dabei um das erforderliche kleine Mass schrumpfen.

Das Verfahren gemäss der Erfindung kann zum Schweissen von Folien beliebiger Dicke verwendet werden. Vorzugsweise kommt es für Folien von 0,01 bis 0,15 mm Dicke in Betracht. Die obere Grenze der Dicke ist nicht begrenzt; praktisch wird bei sehr hohen Dicken eine Beschränkung dadurch eintreten, dass eine längere Zeit erforderlich ist, die Folie durchgehend zu erwärmen.

Das Verfahren ist für kaltverstreckte Folien aus allen thermoplastischen Kunststoffen geeignet. Vorzugsweise geeignet ist es für biaxial verstreckte bzw. verfestigte Folien aus Niederdruck-Polyäthylen und Polypropylen, ferner aus Mischpolymerisaten Athy- len-Propylen und Polymergemischen aus Polyäthylen Polypropylen.

Die Fig. 1 und 2 der Zeichnung zeigen beispielsweise Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine beispielsweise Ausführung der Verschweissung zweier Folien 1 und 2. Die Halterungen sind mit 3 und 4 und die beheizten Stempel mit 5 und 6 bezeichnet. Bei einer gereckten Folie aus Niederdruckpolyäthylen mit einer Festigkeit von 1800 kg/cm2 in beiden Richtungen ergibt die Schwei ssung gemäss dem Verfahren Festigkeitswerte von etwa
1700 kg/cm2, bezogen auf den Folienquerschnitt.

Fig. 2 zeigt eine andere Schweissnahtform für die zu verschweissenden Folien 7 und 8. Die Halterung 9 ist hier einseitig. 10 und 11 sind die beheizten Stempel. Bei dieser Nahtform, die besonders als Verschlussnaht für Beutel geeignet ist, ergeben sich bei der gleichen gereckten Niederdruck - Polyäthylen - Folie bei Schweissung nach dem erfindungsgemässen Verfahren Festigkeitswerte der Schweissung von etwa
1300 kg/cm2.

Fig. 3 zeigt eine Naht zum Verschliessen von Beuteln, wobei die zu verschweissenden Folien 12 und
13 von einem Zusatzband 14 überdeckt werden. Die Halterungen sind mit 15 und 16, die beheizten Stempel mit 17 und 18 bezeichnet. Für die Niederdruck Polyäthylen-Folie liegen die Festigkeitswerte bei etwa
1300 kg/cm2, die nach dem Schweissen erhalten bleiben.

Beispiel
Eine verfestigte Polypropylen-Folie mit einer Festigkeit von 1350 kg/cm2 wird nach dem Verfahren gemäss der Erfindung sowohl mit einer Naht nach Fig. 1 als auch mit einer solchen nach Fig. 2 geschweisst. In beiden Fällen hat die Schweissung eine Festigkeit, die grösser als 1350 kg/cm2 ist, das heisst, die Proben reissen nicht in der geschweissten Verbindung, sondern im Grundmaterial.

Claims

PATENTANSPRUCH Verfahren zum Verschweissen von verstreckten und dadurch verfestigten Folien aus thermoplastischen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verschweissende Folie durch Halterung am Schrumpfen so weit gehindert wird, dass einerseits die Orientierung bzw. der Reckzustand und damit die Verfestigung der Folie in der erwärmten Zone erhalten bleibt und anderseits eine Schweissverbindung mit einer Festigkeit erhalten wird, die an die Festigkeit der verstreckten Folie heranreicht, und dass die Schweisstemperatur im Bereich vom Kristallitschmelzpunkt bzw. Erweichungspunkt bis 200 C darüberliegt.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schweissens oder kurz danach eine zusätzliche Reckung der erwärmten, plastisch-elastischen Schweissnaht durchgeführt wird, die den Festigkeitsverlust durch den zum Schweissen notwendigen und zugelassenen Schrumpfbetrag wieder aufhebt.

2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schweissen eine zusätzliche Kühlung der Schweisszone erfolgt.

3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verschweissenden Folienstellen vor dem Schweissen in dem Ausmasse erwärmt werden, dassSchädigungen vermieden werden, so dass zum Schweissen eine geringere Aufwärmezeit benötigt wird.