DE102015113464A1

DE102015113464A1 - Verfahren zum Verbinden zweier Folienbahnen und derart erhältliche Folienbahn

Info

Publication number: DE102015113464A1
Application number: DE102015113464.0A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Schindler; Jean Francois Chavériat
Original assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Current assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2035-08-15
Also published as: DE102015113464B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Folienbahnen, welche jeweils eine Trägerlage und eine Transferlage aufweisen, wobei die Transferlagen jeweils eine Mehrzahl von insbesondere in einem periodischen Raster angeordnete Motivbereiche umfassen, mit den Schritten: a) Anordnen der Folienbahnen, so dass jeweilige quer zur Haupterstreckungsrichtung der Folienbahnen verlaufende Endkanten im Stumpfstoß aneinander anliegen; b) zumindest partielles Aufbringen eines Klebstoffs auf einen Verbindungsbereich der Folienbahnen, der sich auf beiden Folienbahnen jeweils von der Endkante um einen vorgegebenen Abstand B in Haupterstreckungsrichtung der Folienbahn erstreckt, wobei der Verbindungsbereich zumindest einen Motivbereich der Folienbahn überdeckt.; c) Aufbringen einer Verbindungsfolie auf den Verbindungsbereich; d) Aushärten des Klebstoffs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Folienbahnen, eine derart erhältliche Folienbahn und deren Verwendung.
Bei der Verarbeitung und Anwendung von Transferfolien und Laminierfolien müssen oftmals mehrere Folienbahnen miteinander verbunden werden, damit man eine entsprechend längere Gesamtlänge („Lauflänge“) erhält. Die Folienbahn liegt dann vorzugsweise aufgerollt auf einer Rolle ohne Unterbrechungen in der gewünschten Lauflänge vor.
Je länger die so erzielte Folienbahn ist, in desto höherem Maße kann bei ihrem Einsatz eine hohe Produktivität erzielt werden. Auch werden Rüst- oder Standzeiten, die etwa mit einem Rollenwechsel einhergehen, verringert. Ein bekanntes Verfahren zum Verbinden von Folienbahnen ist das so genannte „Spleißen“, bei dem handelsübliche selbstklebende Klebebänder manuell angebracht werden, um zwei Folienbahnen zusammenzukleben.
Das Spleißen mit Klebeband ist kostengünstig, kann mit einer relativ hohen Passergenauigkeit der Folienbahnen zueinander folgen, und der Spleiß (die Verbindungsstelle oder Verbindungsnaht) verfügt über hohe Festigkeiten, insbesondere Zugfestigkeit in Laufrichtung der Folienbahn. Die Zugfestigkeit in Laufrichtung der Folienbahn ist entscheidend, da während der Verarbeitung von Folienbahnen z.B. in Druckmaschinen, Kaschiermaschinen, Laminiermaschinen, Heißprägemaschinen die auftretenden Kräfte, insbesondere zum schnellen Transport der Folienbahn, in Laufrichtung auftreten.
Unter Registergenauigkeit oder Passergenauigkeit ist eine Lagegenauigkeit zweier oder mehr Elemente und/oder Schichten zueinander zu verstehen. Dabei soll sich die Registergenauigkeit innerhalb einer vorgegebenen Toleranz (Registertoleranz) bewegen und dabei möglichst gering sein. Gleichzeitig ist die Registergenauigkeit von mehreren Elementen und/oder Schichten zueinander ein wichtiges Merkmal, um die Fälschungssicherheit zu erhöhen. Die lagegenaue Positionierung kann dabei insbesondere mittels optisch detektierbarer Passermarken oder Registermarken erfolgen. Diese Passermarken oder Registermarken können dabei entweder spezielle separate Elemente oder Bereiche oder Schichten darstellen oder selbst Teil der zu positionierenden Elemente oder Bereiche oder Schichten sein.
Die Dekorelemente der Transferlage einer solchen Folie sind oft in Form von in einem regelmäßigen Raster angeordneten Motivbereichen vorgesehen. Die zu prägenden Motivbereiche liegen dabei in der Regel so nahe beieinander, dass das typischerweise verwendete Klebeband im Bereich der Prägezone liegen würde, also auch im Bereich des zu prägenden, d.h. des auf das Substrat zu transferierenden Motivbereichs. Die von dem Klebeband überdeckten Motivbereiche sind daher nicht prägbar bzw. transferierbar und gehen verloren. Um Fehlprägungen und/oder Verschmutzungen der Prägestempel durch das Klebeband bzw. durch am Rand des Klebebands austretenden Klebstoff des Klebebandes zu vermeiden, wird der Spleiß deswegen detektiert, und es wird ein Folienvorschub durchgeführt, wodurch ein Materialverlust eintritt und die Produktivität vermindert wird. Um den Spleiß, insbesondere mit optischen Sensoren detektierbar zu machen, wird häufig ein farbiges und meist opakes (undurchsichtiges) Klebeband verwendet.
Ein Nachteil des Spleißens besteht auch darin, dass wegen des verwendeten herkömmlichen Klebebandes der zu diesem gehörige Kaltkleber bei höherem Druck, etwa auch innerhalb einer gespleißten Folienrolle, insbesondere dem innerhalb der Folienrolle vorhandenen Wickeldruck zwischen den einzelnen Folienlagen bzw. Windungen herausgedrückt werden kann, sodass benachbarte Windungen der Rolle miteinander verklebt werden und die Folienbahn von der Rolle nicht mehr abwickelbar ist. Der innerhalb der Rolle so verteilte Kaltkleber verschmutzt außerdem eine Vielzahl von Stellen der Folienbahn, die dadurch eventuell nicht mehr verwendbar sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die bisher zur Anwendung kommenden relativ dicken Klebebänder zu unerwünschten Markierungen und Abdrücken in den Folienrollen, insbesondere durch mehrere Folienlagen hindurch, z.B. bei besonders straffer Wickelung und dadurch hervorgerufenem hohen Wickeldruck, führen, so dass zusätzlich Material der Folienbahn in der Nähe der Spleiße für die weitere Verarbeitung unbrauchbar werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren sowie eine damit erhältliche Folienbahn anzugeben, durch die die genannten Nachteile verringert oder vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Folienbahn nach Anspruch 18 gelöst.
Ein solches Verfahren zum Verbinden zweier Folienbahnen, welche jeweils eine Trägerlage und eine Transferlage aufweisen, wobei die Transferlagen jeweils eine Mehrzahl von insbesondere in einem periodischen Raster angeordnete Motivbereiche umfassen, umfasst die Schritte:

a) Anordnen der Folienbahnen, so dass jeweilige quer zur Haupterstreckungsrichtung der Folienbahnen verlaufende Endkanten im Stumpfstoß aneinander anliegen;
b) zumindest partielles Aufbringen eines Klebstoffs auf einen Verbindungsbereich der Folienbahnen, der sich auf beiden Folienbahnen jeweils von der Endkante um einen vorgegebenen Abstand B in Haupterstreckungsrichtung der Folienbahn erstreckt, wobei der Verbindungsbereich zumindest einen Motivbereich der Folienbahn einschließt.
c) Aufbringen einer Verbindungsfolie auf den Verbindungsbereich;
d) Aushärten des Klebstoffs.

Man erhält so eine Folienbahn, die aus zumindest zwei Teilfolienbahnen zusammengesetzt ist und die Verwendung als Prägefolie, insbesondere als Heißprägefolie, oder Laminierfolie finden kann.
Unter der Haupterstreckungsrichtung wird dabei die Richtung der längsten Erstreckung der Folienbahn verstanden. Dabei handelt es sich also bei der Verarbeitung der Folienbahn um die Maschinenrichtung und, gegebenenfalls bei gewickelten Folien, um die Wickelrichtung.
Unter Motivbereichen werden dabei Bereiche verstanden, die für sich genommen jeweils ein vollständiges Motiv, insbesondere eine optisch wahrnehmbare Information ausbilden. Vorzugsweise sind die Motive und Motivbereiche identisch und in einem regelmäßigen Raster angeordnet, also translationssymmetrisch aufeinander abbildbar. Bevorzugt werden bei der späteren Verarbeitung der Folie die Motivbereiche auf separate Substrate abgeprägt, jeder Motivbereich stellt also eine vollständige, in sich geschlossene Einheit dar, wie beispielsweise ein Sicherheitselement für ein Wertdokument oder dergleichen. Die Motivbereiche sind dabei bevorzugt durch motivfreie Bereiche, also durch Bereiche, in denen keine optische Information vorliegt, voneinander getrennt.
Als Verbindungsbereich wird dabei derjenige Bereich definiert, der sich über die gesamte Breite der Folienbahnen zwischen den von den jeweiligen Endkanten der Folienbahnen in Erstreckungsrichtung der Folienbahnen am weitesten entfernten Punkten, die noch mit Klebstoff überdeckt sind, erstreckt.
Da die Verbindungsfolie zumindest einen Motivbereich jeder der verbundenen Folienbahnen überdeckt – bzw. bei in einem Raster angeordneten Motivbereichen, zumindest eine Reihe von quer zur Erstreckungsrichtung angeordneten Motivbereichen – liegt innerhalb dieser Motivbereiche kein durch die Verbindungsfolie verursachter Dickensprung der Trägerlage vor. Die so überdeckten Motivbereiche bleiben also weitgehend ohne Defekte prägbar. Ein Verlust von Motivbereichen wird so vermieden und der Ausschuss minimiert. Auch eine aufwändige Erkennung der Verbindungsbereiche bzw. Spleißbereiche ist nicht notwendig, so dass die Weiterverarbeitung der Folienbahn vereinfacht wird und der apparative Aufwand verringert wird.
Gleichzeitig ist es so möglich, auch bei eng zueinander angeordneten Motivbereichen einen breiten Verbindungsbereich bereitzustellen, der eine sichere Verbindung der beiden Folienbahnen ermöglicht und insbesondere die für die Weiterverarbeitung notwendige Zugfestigkeit der Folienbahnen garantiert.
Es ist dabei bevorzugt, wenn der vorgegebene Abstand B der Gleichung (n – 1)X + M ≤ 2B ≤ nX + Z genügt, wobei n eine ganze Zahl ≥ 2, M eine Breite der Motivbereiche in Haupterstreckungsrichtung der Folienbahn, X einen Raportabstand der Motivbereiche in Haupterstreckungsrichtung der Folienbahn und Z eine Breite von in Haupterstreckungsrichtung der Folienbahn zwischen den Motivbereichen angeordneten motivfreien Bereichen bezeichnet.
Der Raportabstand entspricht dabei dem Abstand, um den ein Motivbereich in Haupterstreckungsrichtung verschoben werden müsste, um in Überdeckung mit dem nächsten folgenden Motivbereich zu kommen.
Die Breite der motivfreien Bereiche entspricht dem kürzesten Abstand zwischen zwei in Haupterstreckungsrichtung benachbarten Motivbereichen.
Die Verbindungsfolie überdeckt also n – 1 Motivbereiche, bzw. Reihen von Motivbereichen, jeder Folienbahn vollständig. Die Endkanten der Verbindungsfolie kommen somit in jeweiligen motivfreien Bereichen der beiden zu verbindenden Folienbahnen zu liegen. Damit liegt in keinem Motivbereich ein Dickensprung vor, der das Prägen beeinträchtigen könnte und somit zu Prägefehlstellen führen könnte. Die resultierende Folienbahn kann somit ohne jeglichen Materialverlust weiterverarbeitet werden.
Bevorzugt erfolgt dabei der Auftrag des Klebstoffs durch Tintenstrahldruck. Damit kann ein besonders gleichmäßiger und kontrollierter Klebstoffauftrag sichergestellt werden, so dass vermieden wird, dass während des Verklebens der Folien Klebstoff austritt und die Qualität der resultierenden Folienbahn beeinträchtigt.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn der Auftrag des Klebstoffs mit einer Tropfenzahl von 4 Tropfen/cm², bis 250000 Tropfen/cm², bevorzugt von 100 Tropfen/cm², bis 500 Tropfen/cm², und/oder einem Tropfenvolumen von 0,5 nl bis 500 nl, bevorzugt von 1 nl bis 5 nl erfolgt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Auftrag des Klebstoffs mit einem Flächengewicht von 10 µg/cm² bis 1000 µg/cm², bevorzugt von 200 µg/cm² bis 500 µg/cm² erfolgt.
Durch eine derartige Auftragsmenge und Auftragsart kann sichergestellt werden, dass der Klebstoff einerseits die notwendigen Haftkräfte bereitstellt, andererseits aber nicht aus dem Verbindungsbereich austritt. Auch eine übermäßige Dickenzunahme im Verbindungsbereich wird so vermieden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Auftrag des Klebstoffs bei einer Auftragstemperatur von 10°C bi s 60°C, bevorzugt von 20°C bis 25°C
Vorzugsweise wird ein Klebstoff mit einer Viskosität von 5 mPas bis 15000 mPas, bevorzugt von 10 mPas bis 100 mPas verwendet.
Die Viskosität und die Auftragstemperatur bestimmen das Fließverhalten des Klebstoffs beim Auftrag. So kann beispielsweise durch eine erhöhte Auftragstemperatur sichergestellt werden, dass der Klebstoff dünnflüssig genug ist, um mit einem Tintenstrahldruckkopf verarbeitet zu werden, gleichzeitig aber beim Kontakt mit der Folie so weit abkühlt, dass er nicht unerwünscht verfließt.
Bevorzugt wird dabei ein UV-Klebstoff, ausgewählt aus der Gruppe der reaktiven Acrylate und/oder der reaktiven Epoxide und/oder der reaktiven Enolether und/oder der reaktiven cyclischen Amine und/oder ungesättigten Polyesterharze verwendet.
Hierbei finden bevorzugt strahlungshärtbare, insbesondere UV-härtbare Klebstoffe Anwendung, um eine besonders kontrollierte Aushärtung zu ermöglichen.
Es ist weiter bevorzugt, wenn der Klebstoff lediglich in den motivfreien Bereichen des Verbindungsbereichs aufgebracht wird.
Die Motivbereiche bleiben bei dieser Ausführung also klebstofffrei. Damit wird eine konstante Schichtdicke über die Motivbereiche sichergestellt, so dass sich beim Prägen der Folie kein Auftragsmuster des Klebstoffs in den Motivbereichen abprägen kann. Der notwendige Halt der Verbindungsfolie wird durch den Klebstoff in den motivfreien Bereichen dennoch sichergestellt.
Bevorzugt werden der Klebstoff und die Verbindungsfolie auf Seiten der Trägerlage auf den Verbindungsbereich aufgebracht.
Damit bleibt die Transferlage von der Verbindungsfolie unbeeinträchtigt und vollständig prägbar.
Der Klebstoff kann einschichtig oder mehrschichtig aufgebracht werden.
Der Klebstoff kann entweder vollflächig in einer zusammenhängenden Schicht aufgebracht werden oder auch als Raster-Schicht, wobei die Klebstoffschicht aus einer Vielzahl von einzelnen, voneinander beabstandeten Rasterelementen wie Punkte oder Linien besteht.
Je nach Aufbringungsverfahren für den Klebstoff, beispielsweise mittels Druckverfahren wie Siebdruck, Flexodruck, Offsetdruck oder Tintenstrahldruck und je nach Viskosität des Klebstoffs sowie je nach Oberflächenenergie des Untergrundes wird beeinflusst, wie schnell und wie stark der Klebstoff nach dem Aufbringen auf dem Untergrund verläuft. Je nach Art des Verlaufens kann damit beeinflusst werden, ob die entstehende Klebstoffschicht vollflächig zusammenhängend oder als Raster-Schicht entsteht. Ein vollflächiger Auftrag kann ferner auch durch Auftragen mit einer Walze oder durch Rakeln erzielt werden.
Weiterhin kann der Klebstoff in mehreren Schichten aufgebracht werden, wobei die Einzelschichten entweder vollflächig zusammenhängend oder auch gerastert sein können.
Dazu wird beispielsweise zuerst eine vollflächige, zusammenhängende dünne Klebstoffschicht aufgebracht. In einem zweiten Verfahrensschritt, ggf. nach einem zumindest teilweisen Härtungsschritt der ersten Klebstoffschicht mittels UV-Strahlung, wird anschließend auf diese erste Klebstoffschicht eine zweite Klebstoffschicht aufgebracht, die entweder ebenfalls vollflächige und zusammenhängend ist oder aus einzelnen, voneinander beabstandeten Rasterelementen aufgebaut ist.
Durch die Art der Klebstoffschichtausformung ist es möglich, Einfluss auf den Widerstand, der einer Riss-Bildung (Crack-Initiation); einer Riss-Blockierung (Crack-Arrest) als auch einer Riss-Verzweigung (Crack-Branching) entgegengesetzt wird, zu nehmen, um somit letztendlich auch die Stabilität der ausgeformten Naht zu beeinflussen, ohne dabei schädliche Wärmeeinflusszonen (Heat-Affected-Zone; HAZ) im Vergleich zu einem Ultraschallnahtverfahren im Träger auszubilden.
Vorteilhafterweise führt in diesem Zusammenhang die diskontinuierliche Klebstoffapplikation mit der Ausbildung von einzelnen nicht miteinander verbundenen Klebepunkten zu einem relativ hohen Widerstand, der einer Rissfortpflanzung entgegengesetzt wird, da immer wieder Energie aufgebracht werden muss, um einen Riss in einem neuen Bereich fortzupflanzen.
Vorteilhafterweise können hierbei maximale Zugfestigkeiten und somit Stabilitäten der Nähte um ca. 10 % gesteigert werden.
Weiter ist es bevorzugt, wenn eine Verbindungsfolie aus Polyethylen oder PET mit einer Schichtdicke von 4 µm bis 250 µm, bevorzugt von 12 µm bis 19 µm verwendet wird.
Solche Materialien finden üblicherweise auch Anwendung für die Trägerlage der Folienbahnen, so dass sich kein Unterschied in den mechanischen Eigenschaften zwischen Trägerlage und Verbindungsfolie ergibt. Insbesondere wird eine ungleichmäßige Schrumpfung beim Heißprägen vermieden, die das Prägeergebnis beeinträchtigen könnte. Die geringe Schichtdicke beugt ebenfalls Prägefehlern vor.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn in Schritt c) die Verbindungsfolie mit einem Anpressdruck von 5 N/cm² bis 200 N/cm²bevorzugt von 10 N/cm² bis 15 N/cm² an den Verbindungsbereich angepresst wird.
Damit wird eine sichere Haftung der Verbindungsfolie gewährleistet, ohne dass die Transferlage verformt oder anderweitig beschädigt wird.
Ferner ist es bevorzugt, wenn das Aushärten durch UV-Bestrahlung, insbesondere bei einer Wellenlänge von 100 nm bis 400 nm, bevorzugt von 380 nm bis 400 nm erfolgt.
In diesem Wellenlängenbereich wird eine Aktivierung des Klebstoffs sichergestellt, wobei gleichzeitig das Material der Verbindungsfolie hinreichend transparent ist.
Bevorzugt wird das Aushärten mit einer Belichtungszeit von 0,1 s bis 120 s, bevorzugt von 1 s bis 10 s, und/oder einer Belichtungsleistung von 0,005 W/cm² bis 10 W/cm², bevorzugt von 0,005 W/cm² bis 1 W/cm² durchgeführt.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Aushärten bei einer Temperatur von 10 °C bis 35°C, bevorzugt von 21°C bis 23°C durchgeführt wird.
Bei den genannten Parametern für die Aushärtung wird eine vollständige und zuverlässige Durchhärtung des Klebstoffs sichergestellt.
Es ist weiter bevorzugt, wenn die Folienbahnen nach dem Anordnen in Schritt a) auf einer Unterlage fixiert werden, insbesondere durch Klemmelemente und/oder durch Ansaugen der Folienbahnen mittels Vakuum.
Hierdurch wird ein Verrutschen der Folienbahnen nach dem Anordnen vermieden, so dass die Folienbahnen passgenau verbunden werden können.
Vorzugsweise besteht die Trägerlage der Teilfolienbahnen aus Polyethylen oder PET, insbesondere mit einer Schichtdicke von 4 µm bis 150 µm, bevorzugt von 4 µm bis 36 µm
Wie bereits anhand der Zusammensetzung der Verbindungsfolie erläutert, wird so die Materialkompatibilität zwischen Trägerlage und Verbindungsfolie sichergestellt, so dass keine Prägefehler aufgrund unterschiedlicher Materialeigenschaften auftreten.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Transferlage der Teilfolienbahnen zumindest eine Dekorlage umfasst, in welcher die Motive der Motivbereiche ausgebildet sind.
Die Dekorlage kann dabei selbst einschichtig oder mehrschichtig sein.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die zumindest eine Dekorlage eine Lackschicht umfasst, die insbesondere Pigmente, insbesondere bunte oder unbunte Pigmente und/oder Effektpigmente, Dünnschichtfilmsysteme, cholesterische Flüssigkristalle, Farbstoffe und/oder metallische oder nichtmetallische Nanopartikel umfasst.
Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine Dekorlage zumindest eine Replizierschicht mit einem Oberflächenrelief umfasst, welches insbesondere ein optisch variables Element, insbesondere ein Hologramm, Kinegram® oder Trustseal®, ein vorzugsweise sinusförmiges Beugungsgitter, eine asymmetrische Reliefstruktur, ein Blaze-Gitter, eine vorzugsweise isotrope oder anisotrope, Mattstruktur, oder eine lichtbeugende und/oder lichtbrechende und/oder lichtfokussierende Mikro- oder Nanostruktur, eine binäre oder kontinuierliche Fresnellinse, eine Mikroprismenstruktur oder eine Kombinationsstruktur daraus ausbildet.
Auch weitere Schichten, wie beispielsweise Metallschichten oder Schichten aus hochbrechenden Materialien (HRI, high refractive index) können vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Schichten dabei partiell ausgebildet, so dass sie das gewünschte Motiv des Motivbereichs ausformen.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 Eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Durchführen eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Verbinden von Folienbahnen;
2 Eine schematische Darstellung eines ersten Verfahrensschritts beim Verbinden zweier Folienbahnen, bei dem die Folienbahnen relativ zueinander angeordnet werden;
3 Eine schematische Darstellung eines zweiten Verfahrensschritts beim Verbinden zweier Folienbahnen, bei dem Klebstoff auf die Folienbahnen aufgetragen wird;
4 Eine schematische Darstellung eines alternativen zweiten Verfahrensschritts beim Verbinden zweier Folienbahnen, bei dem Klebstoff auf die Folienbahnen aufgetragen wird;
5 Eine schematische Darstellung eines dritten Verfahrensschritts beim Verbinden zweier Folienbahnen, bei dem eine Verbindungsfolie auf die Folienbahnen aufgebracht wird;
6 Eine schematische Darstellung eines vierten Verfahrensschritts beim Verbinden zweier Folienbahnen, bei dem der Klebstoff ausgehärtet wird;
7 Eine schematische Draufsicht auf eine resultierende gespleißte Folienbahn;
8 Eine schematische Schnittdarstellung durch die Folienbahn nach 7.
9 Eine schematische Schnittdarstellung durch eine Folienbahn mit einer kontinuierlich applizierten Klebeschicht
10 Eine schematische Draufsicht auf eine resultierende gespleißte Folienbahn nach 9 als Bruchdarstellung mit einer kontinuierlich applizierten Klebeschicht unterhalb der Verbindungsfolie
11 Eine schematische Schnittdarstellung durch eine Folienbahn mit einer einseitig kontinuierlich bzw. einseitig diskontinuierlich applizierten Klebeschicht
12 Eine schematische Draufsicht auf eine resultierende gespleißte Folienbahn nach 11 als Bruchdarstellung mit einer einseitig kontinuierlich bzw. einseitig diskontinuierlich applizierten Klebeschicht unterhalb der Verbindungsfolie
13 Eine schematische Schnittdarstellung durch eine Folienbahn mit einer diskontinuierlich applizierten Klebeschicht
14 Eine schematische Draufsicht auf eine resultierende gespleißte Folienbahn nach 13 als Bruchdarstellung mit einer diskontinuierlich applizierten Klebeschicht unterhalb der Verbindungsfolie
Eine in 1 gezeigte Vorrichtung 1 zum Verbinden zweier Folienbahnen 2 umfasst eine Auflageplatte 11 und einen Tintenstrahldruckkopf 12, der mittels nicht gezeigter Führungen, beispielsweise in Form von Führungsschienen, in zumindest zwei Dimensionen über die Auflageplatte 11 geführt werden kann.
Wie 2 zeigt, werden die Folienbahnen 2 zunächst so auf der Auflageplatte 11 angeordnet, dass jeweilige Querkanten 21 der Folienbahnen 2 im Stumpfstoß aneinanderliegen. Die Folienbahnen 2 werden dann in mittels Klemmelementen 13 auf der Auflageplatte 11 fixiert. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Vakuumansaugung möglich.
Die Folienbahnen 2 weisen eine Trägerlage 22 und eine Transferlage 23 auf und werden so angeordnet, dass die Transferlage 23 zur Auflageplatte 11 weist.
Vorzugsweise besteht die Trägerlage 22 der Folienbahnen 2 aus Polyethylen oder PET, insbesondere mit einer Schichtdicke von 4 µm bis 150 µm, bevorzugt von 4 µm bis 36 µm.
Die Transferlage 23 kann eine Dekorlageaufweisen, die Motivbereiche 24 ausbildet, die in einem regelmäßigen Raster angeordnet sind und zwischen denen motivfreie Bereiche 25 vorgesehen sind. Sie kann dabei selbst einschichtig oder mehrschichtig sein.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Dekorlage eine Lackschicht umfasst, die insbesondere Pigmente, insbesondere bunte oder unbunte Pigmente und/oder Effektpigmente, Dünnschichtfilmsysteme, cholesterische Flüssigkristalle, Farbstoffe und/oder metallische oder nichtmetallische Nanopartikel umfasst.
Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn die Dekorlage zumindest eine Replizierschicht mit einem Oberflächenrelief umfasst, welches insbesondere ein optisch variables Element, insbesondere ein Hologramm, Kinegram^® oder Trustseal^®, ein vorzugsweise sinusförmiges Beugungsgitter, eine asymmetrische Reliefstruktur, ein Blaze-Gitter, eine vorzugsweise isotrope oder anisotrope, Mattstruktur, oder eine lichtbeugende und/oder lichtbrechende und/oder lichtfokussierende Mikro- oder Nanostruktur, eine binäre oder kontinuierliche Fresnellinse, eine Mikroprismenstruktur oder eine Kombinationsstruktur daraus ausbildet.
Auch weitere Schichten, wie beispielsweise Metallschichten oder Schichten aus hochbrechenden Materialien (HRI, high refractive index) können vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Schichten dabei partiell ausgebildet, so dass sie das gewünschte Motiv des Motivbereichs 24 ausformen.
Nach dem Anordnen der Folienbahnen 2 auf der Auflageplatte wird in einem Verbindungsbereich 26 mittels des Tintenstrahldruckkopfs 12 ein Klebstoff in Form einzelner Tropfen 3 auf die Trägerlagen 22 der Folienbahnen 2 aufgebracht.
Der Verbindungsbereich 26 erstreckt sich jeweils von der Endkante 21 um einen vorgegebenen Abstand B in Haupterstreckungsrichtung der Folienbahn 2, wobei der Verbindungsbereich 26 zumindest einen Motivbereich 24 der Folienbahn 2 einschließt.
Es ist dabei bevorzugt, wenn der vorgegebene Abstand B der Gleichung (n – 1)X + M ≤ 2B ≤ nX + Z genügt, wobei n eine ganze Zahl ≥ 2, M eine Breite der Motivbereiche 24 in Haupterstreckungsrichtung der Folienbahn 2, X einen Raportabstand der Motivbereiche 24 in Haupterstreckungsrichtung der Folienbahn 2 und Z eine Breite von in Haupterstreckungsrichtung der Folienbahn 2 zwischen den Motivbereichen 24 angeordneten motivfreien Bereichen 25 bezeichnet. Die genannten Maße sind in der Draufsichtdarstellung nach 7 veranschaulicht.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn der Auftrag des Klebstoffs mit einer Tropfenzahl 4 Tropfen/cm², bis 250000 Tropfen/cm², bevorzugt von 100 Tropfen/cm², bis 500 Tropfen/cm², und/oder einem Tropfenvolumen von 0,5 nl bis 500 nl, bevorzugt von 1 nl bis 5 nl erfolgt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Auftrag des Klebstoffs mit einem Flächengewicht von 10 µg/cm² bis 1000 µg/cm², bevorzugt von 200 µg/cm² bis 500 µg/cm² erfolgt.
Durch eine derartige Auftragsmenge und Auftragsart kann sichergestellt werden, dass der Klebstoff einerseits die notwendigen Haftkräfte bereitstellt, andererseits aber nicht aus dem Verbindungsbereich 26 austritt. Auch eine übermäßige Dickenzunahme im Verbindungsbereich 26 wird so vermieden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Auftrag des Klebstoffs bei einer Auftragstemperatur von 10°C bi s 60°C, bevorzugt von 20°C bis 25°C.
Vorzugsweise wird ein Klebstoff mit einer Viskosität von 5 mPas bis 15000 mPas, bevorzugt von 10 mPas bis 100 mPas verwendet.
Die Viskosität und die Auftragstemperatur bestimmen das Fließverhalten des Klebstoffs beim Auftrag. So kann beispielsweise durch eine erhöhte Auftragstemperatur sichergestellt werden, dass der Klebstoff dünnflüssig genug ist, um mit einem Tintenstrahldruckkopf 12 verarbeitet zu werden, gleichzeitig aber beim Kontakt mit der Folie 2 so weit abkühlt, dass er nicht unerwünscht verfließt.
Bevorzugt wird dabei ein Klebstoff, ausgewählt aus der Gruppe der reaktiven Acrylate und/oder der reaktiven Epoxide und/oder der reaktiven Enolether und/oder der reaktiven cyclischen Amine und/oder ungesättigten Polyesterharze verwendet. Hierbei finden bevorzugt strahlungshärtbare, insbesondere UV-härtbare Klebstoffe Anwendung, um eine besonders kontrollierte Aushärtung zu ermöglichen.
Der Auftrag des Klebstoffs kann, wie in 3 gezeigt, über den gesamten Verbindungsbereich 26 verteilt erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, dass der Klebstoff lediglich in den motivfreien Bereichen 25 des Verbindungsbereichs 26 aufgebracht wird. Dies ist in 4 veranschaulicht. Die Motivbereiche 24 bleiben also klebstofffrei. Damit wird eine konstante Schichtdicke über die Motivbereiche 24 sichergestellt, so dass sich beim Prägen der Folie 2 kein Auftragsmuster des Klebstoffs in den Motivbereichen 24 abprägen kann.
Wie in 5 gezeigt, wird anschließend eine Verbindungsfolie 4 auf den Verbindungsbereich 26 aufgelegt und mit einem Anpressdruck p an den Verbindungsbereich angepresst.
Die Verbindungsfolie 4 besteht bevorzugt aus Polyethylen oder PET mit einer Schichtdicke von 4 µm bis 250 µm, bevorzugt von 12 µm bis 19 µm.
Solche Materialien finden üblicherweise auch Anwendung für die Trägerlage 22 der Folienbahnen 2, so dass sich kein Unterschied in den mechanischen Eigenschaften zwischen Trägerlage 22 und Verbindungsfolie 4 ergibt.
Insbesondere wird eine ungleichmäßige Schrumpfung beim Heißprägen vermieden, die das Prägeergebnis beeinträchtigen könnte. Die geringe Schichtdicke beugt ebenfalls Prägefehlern vor.
Anschließend wird, wie in 6 dargestellt, der Klebstoff durch UV-Bestrahlung ausgehärtet, was vorzugsweise bei einer Wellenlänge von 100 nm bis 400 nm, bevorzugt von 380 nm bis 400 nm erfolgt.
Bevorzugt wird das Aushärten mit einer Belichtungszeit von 0,1 s bis 120 s, bevorzugt von 1 s bis 10 s,, und/oder einer Belichtungsleistung von 0,005 W/cm² bis 10 W/cm², bevorzugt von 0,005 W/cm² bis 1 W/cm² und/oder bei einer Temperatur von 10°C bis 35°C, bevorzugt von 2 1°C bis 23°C durchgeführt wird.
In diesem Wellenlängenbereich wird eine Aktivierung des Klebstoffs sichergestellt, wobei gleichzeitig das Material der Verbindungsfolie 4 hinreichend transparent ist. Bei den genannten Parametern für die Aushärtung wird eine vollständige und zuverlässige Durchhärtung des Klebstoffs sichergestellt.
Die resultierende gespleißte Folienbahn ist in den 7 und 8 nochmals in Draufsicht und Schnittdarstellung gezeigt.
Der Klebstoff kann über dessen Viskosität in Verbindung mit dem Auftragsverfahren, ggf. einem mehrstufigen Prozess mit ggf. einer Zwischen-/Anhärtung so appliziert werden, dass sich nicht – wie oben beschrieben – eine diskontinuierliche, durch einzelne Klebepunkte aufgebaute, Klebeschicht ausbildet, sondern als Zwischenstufe eine einseitig kontinuierliche bzw. einseitig diskontinuierliche sowie eine kontinuierliche Klebeschicht. Diese drei Möglichkeiten sind in diesem Zusammenhang in den 9 und 10; 11 und 12 als auch 13 und 14 schematisch dargestellt und zeigen jeweils als Schnittdarstellung als auch als Draufsichtdarstellung mit einem entsprechenden Ausbruch den Fall der kontinuierlich applizierten Kleberschicht; der einseitig kontinuierlich bzw. einseitig diskontinuierlich applizierten Kleberschicht als auch der diskontinuierlich applizierten Kleberschicht.
Durch die Art der Kleberschichtausformung ist es möglich, Einfluss auf den Widerstand, der einer Riss-Bildung (Crack-Initiation); einer Riss-Blockierung (Crack-Arrest) als auch einer Riss-Verzweigung (Crack-Branching) entgegengesetzt wird, zu nehmen, um somit letztendlich auch die Stabilität der ausgeformten Naht zu beeinflussen, ohne dabei schädliche Wärmeeinflusszonen (Heat-Affected-Zone; HAZ) im Vergleich zu einem Ultraschallnahtverfahren im Träger auszubilden.
Vorteilhafterweise führt in diesem Zusammenhang die diskontinuierliche Klebstoffapplikation mit der Ausbildung von einzelnen nicht miteinander verbundenen Klebepunkten zu einem relativ hohen Widerstand, der einer Rissfortpflanzung entgegengesetzt wird, da immer wieder Energie aufgebracht werden muss, um einen Riss in einem neuen Bereich fortzupflanzen.
Vorteilhafterweise können hierbei maximale Zugfestigkeiten und somit Stabilitäten der Nähte um ca. 10 % gesteigert werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
11: Auflageplatte
12: Tintenstrahldruckkopf
13: Klemmvorrichtung
2: Folienbahn
21: Querkante
22: Trägerlage
23: Transferlage/n
24: Motivbereich
25: motivfreier Bereich
26: Verbindungsbereich
27: vollflächige Transferlage/n
3: Klebstoff
31: kontinuierliche Klebstoffschicht
32: einseitig kontinuierliche bzw. einseitig diskontinuierliche Klebstoffschicht
33: diskontinuierliche Klebstoffschicht
4: Verbindungsfolie

Claims

Verfahren zum Verbinden zweier Folienbahnen, welche jeweils eine Trägerlage und eine Transferlage aufweisen, wobei die Transferlagen jeweils eine Mehrzahl von insbesondere in einem periodischen Raster angeordnete Motivbereiche umfassen, mit den Schritten: a) Anordnen der Folienbahnen, so dass jeweilige quer zur Haupterstreckungsrichtung der Folienbahnen verlaufende Endkanten im Stumpfstoß aneinander anliegen; b) zumindest partielles Aufbringen eines Klebstoffs auf einen Verbindungsbereich der Folienbahnen, der sich auf beiden Folienbahnen jeweils von der Endkante um einen vorgegebenen Abstand B in Haupterstreckungsrichtung der Folienbahn erstreckt, wobei der Verbindungsbereich zumindest einen Motivbereich der Folienbahn einschließt.; c) Aufbringen einer Verbindungsfolie auf den Verbindungsbereich; d) Aushärten des Klebstoffs.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Abstand B der Gleichung (n – 1)X + M ≤ 2B ≤ nX + Z genügt, wobei n eine ganze Zahl ≥ 2, M eine Breite der Motivbereiche in Haupterstreckungsrichtung der Folienbahn, X einen Raportabstand der Motivbereiche in Haupterstreckungsrichtung der Folienbahn und Z eine Breite von in Haupterstreckungsrichtung der Folienbahn zwischen den Motivbereichen angeordneten motivfreien Bereichen bezeichnet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrag des Klebstoffs durch Tintenstrahldruck erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrag des Klebstoffs mit einer Tropfenzahl von 4 Tropfen/cm² bis 250000 Tropfen/cm², bevorzugt von 100 Tropfen/cm², bis 500 Tropfen/cm² und/oder einem Tropfenvolumen von 0,5 nl bis 500 nl, bevorzugt von 1 nl bis 5 nl erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrag des Klebstoffs mit einem Flächengewicht von 10 µg/cm² bis 1000 µg/cm², bevorzugt von 200 µg/cm² bis 500 µg/cm² erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrag des Klebstoffs bei einer Auftragstemperatur 10°C bis 60°C, bevorzugt von 20°C bis 25°C erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff mit einer Viskosität von 5 mPas bis 15000 mPas, bevorzugt von 10 mPas bis 100 mPas verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff, ausgewählt aus der Gruppe der reaktiven Acrylate und/oder der reaktiven Epoxide und/oder der reaktiven Enolether und/oder der reaktiven cyclischen Amine und/oder ungesättigten Polyesterharze verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff lediglich in den motivfreien Bereichen des Verbindungsbereichs aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff und die Verbindungsfolie auf Seiten der Trägerlage auf den Verbindungsbereich aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsfolie aus Polyethylen oder PET mit einer Schichtdicke 4 µm bis 250 µm, bevorzugt von 12 µm bis 19 µm verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die Verbindungsfolie mit einem Anpressdruck 5 N/cm² bis 200 N/cm² bevorzugt von 10 N/cm² bis 15 N/cm² an den Verbindungsbereich angepresst wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten durch UV-Bestrahlung, insbesondere bei einer Wellenlänge 100 nm bis 400 nm, bevorzugt von 380 nm bis 400 nm erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten mit einer Belichtungszeit 0,1 s bis 120 s, bevorzugt von 1 s bis 10 s, und/oder einer Belichtungsintensität Belichtungsleistung von 0,005 W/cm² bis 10 W/cm², bevorzugt von 0,005 W/cm² bis 1 W/cm² durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten bei einer Temperatur 10°C bis 35 °C, bevorzugt von 21°C bis 23°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienbahnen nach dem Anordnen in Schritt a) auf einer Unterlage fixiert werden, insbesondere durch Klemmelemente und/oder durch Vakuumapplikation.
Verfahren nach Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoffauftrag im Verbindungsbereich eine kontinuierliche und/oder einseitig kontinuierliche und/oder diskontinuierliche Ausgestaltungsform aufweist.
Folienbahn aus zumindest zwei mit einer Verbindungsfolie verbundenen Teilfolienbahnen, erhältlich durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
Folienbahn nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlage der Teilfolienbahnen aus Polyethylen oder PET, insbesondere mit einer Schichtdicke von 4 µm bis 150 µm, bevorzugt von 4 µm bis 36 µm besteht.
Folienbahn nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Transferlage der Teilfolienbahnen zumindest eine Dekorlage umfasst, in der die Motive der Motivbereiche ausgebildet sind.
Folienbahn nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Dekorlage eine Lackschicht umfasst, die insbesondere Pigmente, insbesondere bunte oder unbunte Pigmente und/oder Effektpigmente, Dünnschichtfilmsysteme, cholesterische Flüssigkristalle, Farbstoffe und/oder metallische oder nichtmetallische Nanopartikel umfasst.
Folienbahn nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Dekorlage zumindest eine Replizierschicht mit einem Oberflächenrelief umfasst, welches insbesondere ein optisch variables Element, insbesondere ein Hologramm, Kinegram^® oder Trustseal^®, ein vorzugsweise sinusförmiges Beugungsgitter, eine asymmetrische Reliefstruktur, ein Blaze-Gitter, eine vorzugsweise isotrope oder anisotrope, Mattstruktur, oder eine lichtbeugende und/oder lichtbrechende und/oder lichtfokussierende Mikro- oder Nanostruktur, eine binäre oder kontinuierliche Fresnellinse, eine Mikroprismenstruktur oder eine Kombinationsstruktur daraus ausbildet.
Verwendung einer Folienbahn nach einem der Ansprüche 18 bis 22 als Prägefolie, insbesondere als Heißprägefolie, oder als Laminierfolie.