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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kalandriervorrichtung, ausgebildet und eingerichtet zum Verarbeiten eines klebrig gemachten oder eigenklebrigen Fluids, wobei das Verarbeiten das Ausformen des Fluids zu einem Film definierter Schichtdicke, das Auftragen des Fluids auf ein Trägermaterial, das Nachkalandrieren oder eine Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Prozesse umfasst, umfassend eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des Fluids, ein Mehrwalzenwerk mit mindestens zwei Kalandrierwalzen und mindestens einem Kalandrierwalzenspalt zum Verarbeiten des Fluids. Die Erfindung betrifft ferner ein Kalandrierverfahren zum Verarbeiten eines klebrig gemachten oder eigenklebrigen Fluids, wobei das Verarbeiten das Ausformen des Fluids zu einem Film definierter Schichtdicke, das Auftragen des Fluids auf ein Trägermaterial, das Nachkalandrieren oder eine Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Prozesse umfasst, sowie ein Klebeband mit einer nach diesem Verfahren erhaltenen Klebemasse.
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Stand der Technik
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Der Walzenauftrag umfasst eine Fülle von Technologien, mit denen Polymere mittels zweier oder mehrerer Walzen ausgeformt und aufgewickelt oder aber auf einen Träger aufgetragen werden. So dienen z.B. Beschichtungskalander in der Gummiindustrie der Ausformung und Beschichtung von Polymeren auf bahnförmige Materialien, z.B. auf Gewebe oder Vliese. Hierbei sind die Walzen in der Regel beheizbar ausgeführt, um Temperatur in das Polymer einzutragen. Damit wird typischerweise das Polymer niederviskoser und leichter formbar. Dies ermöglicht eine einfachere Ausführung der Walzen und reduziert die Investitions- und Betriebskosten.
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Um geringe Auftragsgewichte erzielen zu können, werden bei hochviskosen Polymeren bevorzugt Mehrwalzenkalander eingesetzt. Hier wird, ausgehend von einem größeren Spalt zwischen den Auftragswalzen, das Auftragsgewicht durch zunehmende Differenzgeschwindigkeiten (Friktion) der Folgewalzen stufenweise bis zum Zielgewicht reduziert. Schwierigkeiten können auftreten, wenn die Polymere bei Verarbeitungstemperatur klebrig sind und zum Verkleben auf den Walzen neigen. Beispiele hierfür sind bestimmte Gummi- oder PVC-Mischungen und insbesondere auch Klebstoffe. Die in dieser Hinsicht störende Klebrigkeit kann in gewissen Grenzen durch eine gezielte Einstellung der Temperaturen und Friktionen und ggf. weiterer Prozessparameter vermieden werden.
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Bei stark klebrigen Systemen, z.B. bei Acrylatsystemen oder harzabgemischten Kautschukrezepten, EVA- oder synthesekautschukbasierten Klebstoffen, stößt man hier aber an Prozessgrenzen.
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Für die Verarbeitung stark klebender Rezepturen werden deshalb bevorzugt antiadhäsiv ausgerüstete Walzen eingesetzt. Beispiele hierzu werden z.B. in der
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41, genannt. Diese Walzen haben aber in der Regel den Nachteil, dass ihre Standzeiten begrenzt sind, da ihre antiadhäsive Wirkung mit der Zeit nachlässt und die antiadhäsiv wirkenden Komponenten mit der Zeit abnutzen oder ausgelaugt werden. Weiterhin ist die Auswahl einer im Produktionsprozess stabil funktionierenden Variante sehr komplex, da derart ausgerüstet Beschichtungswalzen den vorgeformten Film zunächst von der vorhergehenden Walze gut und vollständig übernehmen sollen und dann wieder komplett rückstandsfrei an die nächstfolgende Walze übergeben müssen. Das Prozessfenster ist also eng begrenzt und gilt nur rezeptur- und prozessspezifisch.
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Alternative Systeme wie fluormodifizierte Beschichtungen sind erheblich standfester, weisen aber gegenüber stark klebenden Systemen eine zu geringe antiadhäsive Wirkung auf. Hier kann das zu kalandrierende Polymer zwar hinreichend gut von der betrachteten Walzenoberfläche übernommen werden, eine vollständige Übergabe auf die Folgewalze ist hingegen nicht realisierbar.
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Auch der Einsatz typischer, für die Acrylatbeschichtung geeigneter Metall-Rasterwalzen mit ca. 140L/cm und ca. 10µm Stegbreite (vgl.
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46), kommt bei stark klebrigen Systemen nicht in Frage, da die Klebmassen von diesen Walzen nicht vollständig übernommen werden können. Es verbleiben Rückstände auf der vorhergehenden Walze, was einen instabilen und nicht produktionstauglichen Prozess zur Folge hat.
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Dies führt dazu, dass eine Vielzahl von Rezepturvarianten mit dem Walzenauftragswerk gar nicht oder nicht mit den gewünschten Bahngeschwindigkeiten und/oder Auftragsgewichten beschichtet werden können.
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Als weiteres Problem taucht die Verankerungsfestigkeit des Polymers auf dem Trägermaterial auf. Hier möchte man aus ökonomischen Gründen auf die Ausrüstung der zu beschichtenden Bahnen mit Haftvermittlern verzichten. Bei Vliesen und Geweben führt eine kosteneffiziente Vorbehandlung mit Corona-, Plasma- oder Flammvorbehandlung oftmals nicht zum gewünschten Ergebnis.
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Die Behandlung des mit klebrigem Polymer beschichteten Materials im Prozess („inline“) oder in einem weiteren Arbeitsgang („offline“) mittels Druck und/oder Temperatur („nachkalandrieren“) im Walzenspalt zur Verbesserung der Klebstoffhaftung am Trägermaterial ist stark limitiert. Insbesondere Haftklebemassen, aber auch andere Polymere wie Polyethylene oder Ethylenvinylacetate weisen bei zweckmäßigen Verarbeitungstemperaturen eine Klebrigkeit auf, die zu starkem Anhaften auf den berührten Walzenoberflächen und letztlich zu einem instabilen Prozess führt. Der Einsatz antiadhäsiver Walzenoberflächen ist auch hier wegen der oben bereits beschriebenen Schwierigkeiten im Hinblick auf Werkstoffauswahl und Standzeit limitiert. Polymere Walzen mit antiadhäsiven Oberflächen können aufgrund limitierter Härten nicht die benötigten Kräfte im Walzenspalt übertragen.
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Aus diesen Gründen kommen obige bekannte Walzentypen für ein effizientes, flexibles Walzenauftragsverfahren zur Beschichtung sowie beim Nachkalandrieren zur Verankerungsverbesserung stark klebriger Polymere nicht in Frage.
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Aufgabenstellung
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Verarbeitbarkeit von stark klebrigen Polymeren sowie deren ausreichende Verbundfestigkeiten auf Vliesen und Geweben im Walzenverfahren zu ermöglichen.
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Dies betrifft zum einen insbesondere die Ausformung der Polymeren zu einem Film definierter Schichtdicke durch Vorformung im Walzenspalt und die Übergabe an eine oder mehrere Folgewalzen mit abgestuften Umdrehungsgeschwindigkeiten. Die bekannten, bereits genannten Stellgrößen zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit reichen hier oftmals nicht aus.
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Weiterhin wird der Übertrag des ausgeformten Schmelzefilms von der letzten Kalanderwalze auf das bahnförmige Trägermaterial betrachtet. Hier kann mit den bekannten Verfahren, insbesondere bei offenen oder strukturierten Trägermaterialien, z.B. bei Gewebe- und Vliesmaterialien mit geringen Porengrößen, keine ausreichende Verbundfestigkeit erzielt werden, da prozessbedingt nur eine begrenzte Linienpressung aufgebracht werden kann. Ist diese zu gering und die Viskosität der Polymerschmelze zu hoch sowie der hydraulische Durchmesser der Poren zu klein, dann kann die Schmelze nicht ausreichend in die Trägeröffnungen eindringen.
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Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird bei einer Kalandriervorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine der mindestens zwei Kalandrierwalzen eine gemittelte Rautiefe Rz zwischen 5 µm und 15 µm, insbesondere zwischen 9 µm und 13 µm, aufweist.
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Dabei ist die gemittelte Rautiefe Rz definiert als:
Rz=1/n·(Rz1+Rz2+Rz3+...Rzn), d.h. der Mittelwert der einzelnen, an verschiedenen Punkten gemessenen Rautiefen der jeweiligen Walze, wobei n die Anzahl der Messwerte ist. Die Messung erfolgt nach den Festlegungen aus DIN EN ISO 3274.
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Durch diese geeignete Auswahl und Anpassung der Walzenoberflächen an die Prozessbedingungen kann auf wenig belastbare Walzenmaterialien mit reduzierter Standzeit oder unzureichender Festigkeit, die den hohen Ansprüchen, die der Produktionsalltag an Langlebigkeit und Robustheit stellt, nicht genügen und darüber hinaus noch hohe Beschaffungskosten aufweisen, verzichtet werden. Stattdessen wird durch geeignete Auswahl der Walzenrauigkeit von gut verfügbaren und in der Breite eingesetzten Walzenmaterialien ein ausreichendes Prozessfenster für die stabile, robuste Verarbeitung klebriger Materialien ermittelt.
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Die gezielte Walzenauswahl mit geeigneten Rauigkeitswerten lässt auch bei stark klebenden Kautschuk- und Synthesekautschuken sowie Gemischen daraus eine Verarbeitung im Walzenauftragsverfahren zu. Aber auch PU-, EVA- und weitere, klebrig gemachte oder eigenklebrige Polymere und Polymermischungen können damit verarbeitet und nachkalandriert werden.
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Vorzugsweise weisen alle Kalandrierwalzen, und zwar unabhängig voneinander, eine gemittelte Rautiefe Rz zwischen 5 µm und 15 µm, insbesondere zwischen 9 µm und 13 µm, auf, d.h. alle Kalandrierwalzen sind vorzugsweise erfindungsgemäß ausgebildet.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass bei der Kalandriervorrichtung mindestens zwei der mindestens zwei Kalandrierwalzen Nachkalandrierwalzen sind.
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Als Material für die Walzengrundkörper kommt typischerweise Stahl zum Einsatz. Als Oberfläche der Kalandrierwalzen sind metallische Oberflächen besonders geeignet, so dass bei der erfindungsgemäßen Kalandriervorrichtung mindestens eine der mindestens zwei Kalandrierwalzen eine metallische Oberfläche aufweist. Als metallische Oberflächen kommen insbesondere Stahl oder Chrom in Frage. Hartstoffwalzen, insbesondere solche mit einer Oberfläche aus Metallcarbid sind dabei besonders geeignet wie auch Walzen mit einer Chromoberfläche.
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Diese metallischen Oberflächen sorgen bei den erfindungsgemäßen Walzenprozessen für die typischen hohen Festigkeiten und langen Standzeiten im Prozess. Als Walzen kommen erfindungsgemäß also bevorzugt Stahlwalzen, verchromte Stahlwalzen sowie Hartstoffwalzen mit festigkeitsgebenden Metallcarbiden zum Einsatz. Hier seien insbesondere Wolframcarbid-Oberflächen genannt.
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Eine besonders gute Prozessführung beim Kalandrieren lässt sich erreichen, wenn mindestens eine der mindestens zwei Kalandrierwalzen beheizbar ausgebildet ist. Mit einer variablen Walzentemperatur ist ein weiterer Parameter gegeben, mit dem auf den Kalandrierprozess und damit auf das entstehende Produkt Einfluss genommen werden kann. Die Walzentemperaturen der beheizbar ausgebildeten Kalandrierwalzen werden dabei vorzugsweise unabhängig voneinander im Bereich von 50 bis 150°C, insbesondere im Bereich von 80 bis 120°C, gewählt.
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Vorzugsweise umfasst die Kalandriervorrichtung weiterhin mindestens eine Polymergegenwalze. Diese dient als weiterer Walzennipp und zudem insbesondere zur Führung eines Trägermaterials, auf das das Polymer aufgebracht wird.
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Mit der erfindungsgemäßen Kalandriervorrichtung lassen sich beliebige fluidförmige Polymere verarbeiten. Insbesondere geeignet ist die Kalandriervorrichtung für Fluide, ausgewählt aus der Gruppe, umfassend klebende oder klebrig gemachte Massen, insbesondere Haftklebemassen auf Basis von Kautschuken, Synthesekautschuken, Polyurethanen, Epoxiden, Ethylenvinylacetaten, Poly(meth)acrylaten und deren Mischungen. Gerade für besonders stark klebrige Polymere, die mit herkömmlichen Kalandriervorrichtungen nicht zufriedenstellend verarbeitet werden können, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignet.
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Was die Viskositäten der verarbeitbaren Polymere betrifft, so liegen die Polymere, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft verarbeitet werden können, in einem Viskositätsbereich von 500 bis 150.000 Pa*s bei der jeweiligen Beschichtungstemperatur und 1 rad/s.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darüber hinaus durch ein Kalandrierverfahren zum Verarbeiten eines klebrig gemachten oder eigenklebrigen Fluids, wobei das Verarbeiten das Ausformen des Fluids zu einem Film definierter Schichtdicke, das Auftragen des Fluids auf ein Trägermaterial, das Nachkalandrieren oder eine Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Prozesse umfasst, gelöst, indem das Verfahren auf einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung durchgeführt wird.
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Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitete Polymer, insbesondere Polyacrylat kann hervorragend als Haftklebemasse verwendet werden, bevorzugt als Haftklebemasse für ein Klebeband, wobei die Haftklebemasse als ein- oder doppelseitiger Film auf einer Trägerfolie vorliegt. Beispielhafte Anwendungen, ohne Anspruch auf Vollständigkeit, sind technische Klebebänder, insbesondere für den Einsatz im Bauwesen, z.B. Isolierbänder, Korrosionsschutzbänder, Aluminiumklebebänder, gewebeverstärkte Folienklebebänder (Duct-Tapes), Bauspezialklebebänder, z.B. Dampfsperren, Montageklebebänder, Kabelwickelbänder, selbstklebende Folien und/oder Papieretiketten sowie Anwendungen für die Automobilindustrie zur Fixierung von Teilen oder Ummantelung von Kabeln.
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Weiterhin kann das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitete Polymer, insbesondere Kautschuk oder Synthesekautschuk, hervorragend als Haftklebemasse verwendet werden, bevorzugt als Haftklebemasse für ein Klebeband, wobei die Haftklebemasse als ein- oder doppelseitiger Film auf einer Trägerfolie vorliegt. Beispielhafte Anwendungen, ohne Anspruch auf Vollständigkeit, sind technische Klebebänder, insbesondere für den Einsatz im Bauwesen, z.B. Gewebebänder, gewebeverstärkte Folienklebebänder (Duct-Tapes), Dampfsperren, aber auch Montageklebebänder, Kabelwickelbänder, sowie Anwendungen zur Fixierung von Teilen oder Ummantelung von Kabeln.
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Mit der erfindungsgemäßen Kalandriervorrichtung und dem erfindungsgemäßen Kalandrierverfahren wird jedoch nicht nur die Verarbeitbarkeit der Polymermasse verbessert, indem insbesondere keine Polymerbestandteile an den Walzen haften bleiben. Vielmehr kann auch eine Verbesserung der Eigenschaften der erhaltenen Produkte erreicht werden. So ist insbesondere im Falle von Klebebändern die Verankerungsfestigkeit des Polymers auf dem Trägermaterial verbessert, wenn die erfindungsgemäße Kalandriervorrichtung zum Einsatz kommt. Die vorliegende Erfindung betrifft daher des Weiteren ein Klebeband, enthaltend eine Haftklebemasse, die nach dem vorstehend beschriebenen Kalandrierverfahren hergestellt ist. Hierbei kann es sich sowohl um ein- wie auch um doppelseitige Klebebänder handeln. Solche Klebebänder enthalten mindestens ein Trägermaterial. Dabei kommen als Trägermaterial vorzugsweise Gewebe, insbesondere Baumwollgewebe, Gewirke, Vlies oder Papier in ihren unterschiedlichen Ausbildungsformen zum Einsatz.
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Vorzugsweise weist ein solches Klebeband ein Flächengewicht zwischen 55 und 120 g/m2 auf. Das Flächengewicht bezieht sich dabei auf den Masseauftrag der Klebeschicht, nicht auf das gesamte Klebeband mit Träger. Solche Flächengewichte waren mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen bei den beschriebenen, besonders klebrigen Polymeren und/oder offenen oder strukturierten Trägermaterialien nicht dauerhaft prozessstabil im Kalandrierprozess erreichbar.
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Erfindungsgemäße Klebebänder, die mindestens einen Träger aufweisen, zeichnen sich durch eine hohe Verbundfestigkeit von Haftklebemasse und Trägermaterial aus. Die Verbundfestigkeit, auch als Verankerungsfestigkeit bezeichnet, beschreibt die Kraft, die erforderlich ist, um die Klebmasse vom Trägermaterial zu lösen. Die Verbundfestigkeit sollte immer höher sein als die Kohäsion der Klebmasse und die Adhäsion von Klebmasse zum Substrat. So ist gewährleistet, dass ein Ablösen des Klebebandes vom Substrat möglich ist, ohne dass dabei das Klebeband zerstört wird oder störende Rückstände auf dem Substrat verbleiben. Die Verbundfestigkeit, die mit erfindungsgemäßer Vorrichtung und erfindungsgemäßem Verfahren erhalten werden kann, beträgt vorzugsweise mindestens 17 N/cm.
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Ausführungsbeispiele
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Prüfmethoden
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Testmethode I - Rautiefe Rz
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Die Messung der Rautiefe der verwendeten Walzen erfolgt mittels Profilometer. Testgerät war das Mahr MarSurf PS1 der Mahr GmbH, Göttingen. Die Messung erfolgte nach Festlegungen aus DIN EN ISO 3274.
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Testmethode II - Abzugskraft
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Zur Charakterisierung der adhäsiven Eigenschaften der verwendeten Walzen gegenüber klebrigen Polymeren wurden die Abzugskräfte gegenüber einem definierten Klebeband bei Verarbeitungstemperaturen bestimmt. War eine Messung bei den Verarbeitungsbedingungen nicht durchführbar, so wurde bei den nächstmöglichen Temperaturen gemessen.
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Hierzu wurde ein Teststreifen des Klebebands von 19 mm auf den temperierten Walzenkörper mittels Andruckwalze (2kg) 3-fach mit einer Geschwindigkeit von 5 m/min in Maschinenlaufrichtung überrollt und fixiert. Unmittelbar im Anschluss wurde bei definierter Geschwindigkeit (0,3 - 5 m/min) in einem Abzugswinkel von 90° mittels Federwaage die Abzugskraft in g gemessen. Messwert und Bruchbild werden dokumentiert.
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Testmethode III - Viskosität
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Die Viskositätsmessung wird mit einem Rheometer des Typs ARES (Rheometric Scientific) bei 115°C und bei einer Schergeschwindigkeit von 1 s-1 mit einem Kegel-Platte-System mit einem Durchmesser von 50 mm durchgeführt.
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Testmethode IV - Verankerungskraft
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Zur Bestimmung der Verankerungskraft wird eine 10mm breite Probe des Beschichtungsmusters mit einem doppelseitigen Klebeband auf einer Stahlplatte fixiert. Auf die offene Klebstoffseite der Probe wird im Anschluss das tesa-Testband 7476 mithilfe einer Stahlrolle mit einem Gewicht von 2kg bei einer Geschwindigkeit von 10m/min insgesamt 10-fach überrollt und fixiert. Die Verankerungskraft des Testbands auf dem Verbund wird an einer Zugprüfmaschine des Typs Zwick in einem Abzugswinkel von 180°C bei 23°C/55% rh und einer Abzugsgeschwindigkeit von 500mm/min bestimmt. Die Verankerungskraft wird in N/cm bestimmt.
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Beispiele
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Eingesetzte Rohstoffe
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Tabelle 1: eingesetzte Rohstoffe
| | Name | Typ | Hersteller |
| Elastomer | V145 | Naturkautschuk | |
| | Europrene Sol T 190 | Synthesekautschuk, lineares Blockcopolymer, erhalten durch anionische Polymerisation auf Basis von Styrol und Isopren; Styrolgehalt 16 Gew.-%, Diblockanteil 25 Gew.-%. | Versalis S.p.A. |
| Klebharz | Regalite R1125 | Kohlenwasserstoffharz (MMAP 83°C; DACP 55°C, TRB 123°C) | Eastman Chemical |
| Füllstoff | Kreide MS40 | | |
| Alterungsschutzmittel | Irganox 1726 | 2,4-Bis(dodecylthiomethyl)-6-methylphenol | BASF SE |
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Beispiel 1: Walzen mit Rz von ca. 1 µm
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Es wurde eine kautschukbasierte Klebmasse mit den Komponenten:
- 15 Gew.-%
- Naturkautschuk V145
- 15 Gew.-%
- Synthesekautschuk Europrene Sol T 190
- 38 Gew.-%
- Kohlenwasserstoffharz Regalite R 1125
- 31 Gew.-%
- Kreide MS40
- 1 Gew.-%
- Antioxidanz Irganox 1726
im Walzenauftragsverfahren kalandriert.
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Die Viskosität wurde mit 17.000 Pa*s bei 115°C und 1 rad/s Schergefälle bestimmt.
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Die Klebmasse war zuvor in einem 25l-Kneter der Firma AMK hergestellt und in silikonisierte Kartons mit den Abmessungen 50*50*1000mm abgefüllt. Diese strangförmige Klebmasse wird in einen Schmelzextruder der Firma Troester (GS60 * 10D) eingespeist und mit einer Temperatur von 120°C bei 45 kg/h Durchsatz in den Dosierspalt eines 3-Walzen-L-Kalanders eingespeist.
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Der Aufbau des in den Beispielen 1 bis 4 verwendeten Kalanders ist in der 1 gezeigt:
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Die 1. Walze 1, die sog. Dosierwalze ist mit einer polierten Chrom-Oberfläche ausgestattet, die 2. Walze 2, die Übertragungswalze, sowie die 3. Walze 3, die Übergabewalze, sind mit Chrom-Oberflächen mit gemittelten Rautiefen Rz von ca. 1µm bestückt. Die Trägerbahn 6 aus 120mesh-Zellwollgewebe läuft auf einer 80° Sh A-Polymergegenwalze 4 in den Nip und soll den Klebstoff 5 von der Übergabewalze vollständig abnehmen. Die Bahngeschwindigkeit wird mit 15m/min eingestellt, das Auftragsgewicht auf dem Gewebe beträgt 100 g/m2.
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Die Dosierwalze 1 wird feststehend betrieben, die Übertragungswalze 2 hingegen mit 20% der Bahngeschwindigkeit, die Übergabewalze 3 wird im Gleichlauf mit der Bahn betrieben.
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Bei Temperaturen von W1=120°C, W2=120°C, W3=110°C, Gegenwalze=80°C gelingt eine vollflächige Klebstoffausformung auf Walze 2, jedoch kein rückstandsfreier Klebstofftransfer von Walze 2 auf 3 sowie im Beschichtungsnip von Walze 3 auf die Trägerbahn 6. Die Walzenoberflächen der Walzen 2 und 3 sind nicht geeignet.
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Beispiel 2: Walzen mit Rz von 23µm
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Es wurden der gleiche Versuchsaufbau und die gleichen Prozessparameter wie in Beispiel 1 gewählt. Lediglich die Walze 3 wurde gegen einen Typ mit einer raueren Oberfläche mit einer gemittelten Rautiefe Rz von 23µm ausgetauscht.
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Es gelingt eine vollflächige Klebstoffausformung auf Walze 2, jedoch verbleiben erhebliche Rückstände beim Klebmassetransfer von Walze 2 auf 3, sodass kein geschlossener Beschichtungsfilm auf dem Gewebe erzeugt werden kann. Die Walzenoberflächen der Walze 2 in Kombination mit Walze 3 sind nicht geeignet.
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Beispiel 3: Walzen mit Rz von ca. 10µm
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Es wurde der gleiche Versuchsaufbau und die gleichen Prozessparameter wie in Beispiel 1 gewählt. Lediglich die Walzen 2 und 3 wurden gegen Typen mit einer mittleren Rauigkeit (Rz ca.10µm) ausgetauscht.
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Überraschenderweise gelingt mit dieser Walzenanordnung eine vollflächige Klebstoffausformung auf Walze 2 und ein rückstandsfreier Klebstofftransfer von Walze 2 auf 3 sowie im Beschichtungsnip von Walze 3 auf die Trägerbahn 6.
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Beispiel 4: Verbundfestigkeit bei 150mesh-Gewebe
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Ausgehend von Beispiel 3 wurden wieder Walzen 2, 3 mit einer gemittelten Rautiefe von ca. 10µm im Kalander eingesetzt. Als Trägermaterial 6 wurde ein 150mesh-Baumwollgewebe eingesetzt, im Übrigen wurden der gleiche Versuchsaufbau und die gleichen Prozessparameter wie in Beispiel 1 gewählt.
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Die Beschichtung des Trägermaterials gelingt mit einer geschlossenen, gleichmäßigen Klebstoffschicht mit 100g/m2 Auftragsgewicht. Für die Verbundfestigkeit werden im Frischzustand Werte von 12,6 sowie 12,1 und 12,7N/cm ermittelt. Die angestrebte Verbundfestigkeit liegt bei 17N/cm.
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Beispiel 5: Verbundfestigkeit bei 150mesh-Gewebe und Walze5 mit Rz=9µm
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Der Aufbau des in den Beispielen 5 bis 7 verwendeten Kalanders und des Nachkalandrierwerks ist in der 2 gezeigt:
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Der Aufbau des Kalanders entspricht dem in 1 gezeigten. Zusätzlich umfasst die in 2 gezeigte Vorrichtung ein Nachkalandrierwerk.
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Ausgehend von Beispiel 4 wurden wieder Walzen 2, 3 mit einer gemittelten Rautiefe Rz von ca. 10µm im Kalander eingesetzt. Als Trägermaterial 6 wurde wieder ein 150mesh-Baumwollgewebe eingesetzt, und es wurden der gleiche Versuchsaufbau und die gleichen Prozessparameter wie in Beispiel 4 gewählt. Zusätzlich wird der Verbund unmittelbar nach Verlassen des Kalanderwerks in einen temperierten 2-Walzen-Spalt („Nachkalandrierwerk“) gefahren. Dieses ist mit einer Gummiwalze 7 von 90° ShA Härte zur Rückseite der Trägerbahn 6 und mit der klebenden Seite der Trägerbahn 6 zu einer Stahlwalze 8 mit einer Rz-Zahl von 9µm positioniert. Die Temperaturen betragen 80 bzw. 120°C (Walzen 7 und 8), der Liniendruck beträgt 50N/cm.
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Die Beschichtung des Trägermaterials gelingt mit einer geschlossenen, gleichmäßigen Klebstoffschicht von 100g/m2 Auftragsgewicht. Das Material verklebt nicht auf der Stahlwalze. Für die Verbundfestigkeit werden im Frischzustand Werte von 17,2 sowie 18,0 und 17,9 N/cm ermittelt. Die angestrebte Verbundfestigkeit liegt bei 17N/cm.
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Beispiel 6: Verbundfestigkeit bei 150mesh-Gewebe und Walze5 mit Rz=0,2 µm
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Ausgehend von Beispiel 5 wurden wieder Walzen 2, 3 mit einer gemittelten Rautiefe Rz von ca. 10µm im Kalander eingesetzt. Als Trägermaterial wurde erneut ein 150mesh-Baumwollgewebe eingesetzt, ansonsten wurden der gleiche Versuchsaufbau und die gleichen Prozessparameter wie in Beispiel 4 gewählt.
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Erneut wird der Verbund unmittelbar nach Verlassen des Kalanderwerks in ein Nachkalandrierwerk gefahren. Dieses ist mit einer Gummiwalze 7 von 90° ShA Härte zur Rückseite der Trägerbahn 6 und mit der klebenden Seite der Trägerbahn 6 zu einer Stahlwalze 8 mit einer Rz-Zahl von 0,2 µm positioniert. Die Temperaturen betragen 80 bzw. 120°C (Walzen 7 und 8), der Liniendruck beträgt 50N/cm.
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Die Beschichtung des Trägermaterials gelingt mit einer geschlossenen, gleichmäßigen Klebstoffschicht von 100g/m2 Auftragsgewicht. Das Material verklebt aber auf der Stahlwalze 8, eine Auswertung der Verbundfestigkeit ist nicht möglich.
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Beispiel 7: Verbundfestigkeit bei 150mesh-Gewebe und Walze 5 mit Rz=23 µm
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Ausgehend von Beispiel 5 wurden wieder Walzen 2, 3 mit einer gemittelten Rautiefe Rz von ca. 10µm im Kalander eingesetzt. Als Trägermaterial wurde erneut ein 150mesh-Baumwollgewebe eingesetzt, ansonsten wurden der gleiche Versuchsaufbau und die gleichen Prozessparameter wie in Beispiel 4 gewählt.
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Erneut wird der Verbund unmittelbar nach Verlassen des Kalanderwerks in ein Nachkalandrierwerk gefahren. Dieses ist mit einer Gummiwalze 7 von 90° ShA Härte zur Rückseite der Trägerbahn 6 und mit der klebenden Seite der Trägerbahn 6 zu einer Stahlwalze 8 mit einer Rz-Zahl von 23 µm positioniert. Die Temperaturen betragen 80 bzw. 120°C (Walzen 7 und 8), der Liniendruck beträgt 50N/cm.
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Die Beschichtung des Trägermaterials gelingt mit einer geschlossenen, gleichmäßigen Klebstoffschicht mit 100g/m2 Auftragsgewicht. Das Material verklebt nicht auf der Stahlwalze 8.
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Für die Verbundfestigkeit werden im Frischzustand Werte von 15,1 sowie 14,6 und 14,7 N/cm ermittelt. Die angestrebte Verbundfestigkeit liegt bei 17N/cm.
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Die Versuche belegen, dass zur Erzielung einer ausreichenden Verbundfestigkeit nach der Kalanderbeschichtung klebstoffberührende Metallwalzen mit Oberflächenrauigkeiten geeignet sind, die gemittelte Rautiefen von 1 < Rz <23µm aufweisen.
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Die Abzugskräfte der verwendeten Walzen in Abhängigkeit von der Temperatur und der Walzenoberfläche sind in 3 wiedergegeben. Wie aus der 3 ersichtlich, nehmen die Abzugskräfte mit zunehmender Rauigkeit sowie mit zunehmender Temperatur ab.
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Die Beispiele zeigen, dass besonders glatte Walzen mit entsprechend geringen Rauigkeiten (z.B. Rz ca. 1µm) nicht geeignet sind, klebrige Schmelzen wie z.B. PSA oder andere Polymere im Kalanderprozess vollständig zu übernehmen und an die nachfolgende Walze abzugeben. Selbst die Übergabe an gut benetzbare trägerförmige Materialien wie Papiere, Vliese oder Gewebe erfolgt nicht vollständig, so dass Walzen mit solchen Rautiefen nicht für den Produktionsprozess geeignet sind.
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Auch raue Walzen mit Rz-Werten von 15µm und größer sind im Kalanderprozess nicht geeignet, eine vollständige Übernahme und Übergabe der klebrigen Polymere sicherzustellen. Hier ist vielfach schon die vollständige Übernahme des zu verarbeitenden Polymers der Schwachpunkt, der einen Einsatz im Produktionsprozess verbietet.
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Überraschenderweise haben sich Oberflächen mit Rz-Werten von 5-15µm als besonders geeignet herausgestellt. Sie weisen gute Eigenschaften hinsichtlich vollständiger Übernahme und Übergabe der verarbeiteten Polymere auf.
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Hiermit können Viskositäten im Bereich von 500 bis 150.000 Pa*s bei 1 rad/s Schergefälle und Verarbeitungstemperatur stabil und prozesssicher kalandriert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2192148 B1 [0005, 0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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