DE1504206B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Kunststoff-Folien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststoffolien zwecks Erhöhung der Haftung von Druckfarben an mindestens einer Folienoberfläche, bei der die Folienoberfläche durch ein hohes Hochfrequenzpotential zwischen Elektroden und Folie hervorgerufenen elektrischen Entladungen ausgesetzt wird.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist aus der österreichischen Patentschrift 217 716 bekannt. Auch ist es bekannt, zur Durchführung eines solchen Verfahrens eine Vorrichtung zu verwenden, die mit einem Hochfrequenzgenerator, einem Hochleistungstransformator und mindestens einer gegen die Oberfläche der auf einer Gegenelektrode angeordneten Kunststoffolie gerichteten Elektrode arbeitet.

Mit dem bekannten Verfahren ist nur eine verhältnismäßig geringe Arbeits- oder Laufgeschwindigkeit erreichbar, die in der österreichischen Patentschrift 716 mit etwa 15 m/min über eine Elektrodenbreite von 0,14 m angegeben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung wesentlich zu steigern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Hochfrequenzpotential durch einen Schwingkreis mit einer Resonanzfrequenz zwischen 20 und 50 kHz und mit einer Leerlaufspannungsamplitude zwischen 50 und 100 kV gebildet wird, wobei die Entladüngen bei einer Spannung unterhalb der Leerlaufspannung erfolgen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens einen Schwingkreis, der die Sekundärspule des

ίο Transformators und eine von der Elektrode und der mit einer Isolierschicht versehenen Gegenelektrode gebildete Kapazität enhält.

Durch die Erfindung kann die Arbeitsgeschwindigkeit des Verfahrens um ein Vielfaches gesteigert werden. So kann z. B. bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Stromimpulsen von 0,125 A bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von 60 bis 100 m/min eine einwandfreie Behandlung einer Polyäthylen-Oberfläche über eine Elektrodenbreite von mindestens 1 m erreicht werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen schematisch veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Elektrode und eine Gegenelektrode derselben, in größerem Maßstab dargestellt,

F i g. 3 ein Diagramm zur Erkärung der Spannungsverhältnisse zwischen diesen Elektroden,

F i g. 4 den zeitlichen Verlauf einer Spannung in einem Stromkreis der Anlage,

F i g. 5 eine besondere Ausführungsform für einen Teil der Vorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 6 und 7 besondere Ausführungsformen von Elektrode und Gegenelektrode zur Verwendung bei Behandlung von Flaschen und ähnlichen Behältern aus Kunststoffolie und

F i g. 8 eine andere Ausführungsform von Elektrode und Gegenelektrode in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, vorzugsweise zur Behandlung von Folien mit großer Dicke.

In der Zeichnung ist 1 ein Hochfrequenzgenerator mit einer regelbaren Frequenz von 20 bis 50 kHz und mit einer Ausgangsspannung von etwa 25 Volt. Der Generator 1 ist an einen HF-Leistungsverstärker 2 von etwa 5 Watt angeschlossen, dessen Eingangsspannung von Hand über ein Potentiometer 3 geregelt werden kann, das über einen Umschalter 4 zwischen Erde und einer Steuerspannung ei von etwa 10 Volt eingeschaltet ist. Die Steuerspannung kann wahlweise von einem Verstärker 5 für einen Drehzahlgeber 6 entnommen werden, der die Steuerspannung in Übereinstimmung mit der Umlaufgeschwindigkeit einer nicht gezeigten Welle in der Anlage regelt, welche Welle mit einer anderen Welle 7 verbunden ist, die die Kunststoffolie 8, an der mindestens eine Oberfläche behandelt werden soll, vorschiebt. Die Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers 2 wird als Rechteckspannungen über Kondensatoren 9 einem Kraftverstärker von etwa 50 Watt zugeführt, der aus zwei in Gegentakt geschalteten Elektronenröhren 10 und 11 besteht, deren Steuergitter an eine solche Vorspannung ei gelegt sind, daß eine Ausgangsspannung mit einer stark verzerrten Kurvenform entsteht, die einen wesentlichen Teil der dritten und fünften Harmonischen enthält. Der Anodenkreis der Röhren 10 und 11 ist an einen Hochleistungstransformator 12 angeschlossen, der auf einen Ferritkern 13 gewickelt ist und der verhältnismäßig lose Kopplung zwischen

seinen Primärwicklungen 14 und 15, aber kräftige Kopplung zwischen seinen Primärwicklungen und seinen Sekundärwicklungen 16 und 17 hat. Die Sekundärwicklung des Transformators 12 ist an Steuergitter in den beiden Kraftverstärkerröhren 18 und 19 gekoppelt, die z. B. eine gesamte Ausgangsleistung von etwa 2 kW erzeugen können, und in deren Anodenkreise ein anderer Transformator 20 eingeschaltet ist, der symmetrisch auf einem Ferritkern und mit loser Kopplung zwischen den beiden Primärwicklungen 21 und 22 und sehr fester Kopplung von den Primärwicklungen zu den Sekundärwicklungen 23 und 24 des Transformators aufgebaut ist. Das Übersetzungsverhältnis, das etwa 1 :3 in dem zweiten Transformator 20 sein kann, ist auf die optimale Arbeitsimpedanz der Röhren 18 und 19 abgestimmt, und wegen des Ferritkerns und besonders niedriger Wicklungswiderstände weisen die Wicklungen ganz niedrige Hochfrequenzverluste auf. Die sekundären Wicklungen sind hintereinandergeschaltet und ihr gemeinsamer Mittelpunkt ist geerdet, während die äußeren Klemmen mit zwei Elektroden 25 und 26 verbunden sind, die gegen die Kunststoffolie 8 gerichtet sind, welche, wie in F i g. 1 gezeigt, über eine Walze 27 ausgespannt sein kann, die als eine Gegenelektrode wirkt, und die die Kunststoffolie 8 in der Pfeilrichtung vorschiebt. Die Gegenelektrode 27, die die Folie unterstützt und an derjenigen Oberfläche der Folie anliegt, welche nicht behandelt werden soll, kann wahlweise als eine Platte ausgeführt sein oder eine andere zweckmäßige Form haben, die einem vorzugsweise dünnwandigen Gegenstand aus Kunststoffmaterial angepaßt ist.

Die Elektroden 25 und 26 bilden in Verbindung mit der Platte oder Walze 27 und den Sekundärwicklungen 23 und 24 des Transformators 20 einen Schwingungskreis, der auf die Frequenz des Generators 1 abge- stimmt ist, und der infolge des niedrigen Hochfrequenzverlustes der Sekundärwicklungen ein Q hat, das größer als 50 und vorzugsweise gleich etwa 100 ist. Die Primärwicklungen 21 und 22 des Transformators sind dagegen so bemessen und an die Ausgangsimpedanz des Kraftverstärkers angepaßt, daß ein primärer Stromkreis entsteht, dessen Eigenfrequenz wesentlich von der Frequenz des Generators 1 abweicht. Wegen des zweckmäßigen Aufbaus des Transformators 20 entsteht zwischen den Elektroden 25 bzw. 26 und der Gegenelektrode 27, wenn der Schwingungskreise mit Rechteckspannungen von dem Transformator 20 gespeist wird, eine Spannung, die eine kräftigere positive Spannungsspitze hat als die negative Spannungsspitze, was unten an Hand der F i g. 4 näher erklärt wird.

Die Elektroden 25 und 26 sind vorzugsweise aus mehreren Schichten aus Stahl oder anderem Metall mit einer Dicke von 1 mm ausgeführt und hat eine Breite entsprechend der Breite der zu behandelnden Folie. Sie sind in einem Halter 26a angebracht und hauptsächlich rechtwinklig auf die zu behandelnde Folienoberfläche gerichtet, aber so, daß ein Luftspalt von 0,5 bis 1,0 mm zwischen den Spitzen der Elektroden und der Folienoberfläche vorhanden ist. Die Anlage kann, wie in F i g. 1 gezeigt, mit zwei hintereinandergeschalteten Luftstrecken aufgeführt sein, wodurch die Oberfläche zwei aufeinanderfolgenden Behandlungen unterworfen wird, was eine sehr einheitliche Bearbeitung der Folienoberfläche ergibt.

\ Die Gegenelektrode 27 ist aus einer Anzahl teils isolierender teils leitender Schichten aufgebaut, und in der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform der Gegenelektrode 27 hat die Walze ein inneres Tragrohr 28, das aus isolierendem Material ist, welches Tragrohr mit einer metallischen Oberflächenschicht 29 versehen ist. Außen auf dieser metallischen Oberflächenschicht ist eine Absorptionsschicht aus isolierendem Material angebracht, dem ein elektrisch leitendes Pulvermaterial zugesetzt ist. Außen auf der Absorptionsschicht 30 ist eine Außenschicht 31 aus elektrisch isolierendem Material mit einer verhältnismäßig großen Dielektrizitätskonstante angebracht, die wesentlich größer ist als die Dielektrizitätskonstante des Kunststoffmaterials. Diese Außenschicht kann eine Dielektrizitätskonstante haben, die zwischen etwa 8 und 10 liegt, und sie kann z. B. aus einem keramischen Material bestehen sowie auf seiner äußeren, der Folie zugekehrten Oberfläche mit einer Lackschicht 32 überzogen sein. Wie schematisch in F i g. 3 dargestellt, setzt sich die Kapazität zwischen jeder der Elektroden 25 oder 26 und der Gegenelektrode 27 hauptsächlich aus drei hintereinandergeschalteten Kapazitäten sowie der Kapazität in der Luftstrecke zusammen. Diese Kapazitäten sind, gerechnet von der metallischen Oberflächenschicht 29 auf der Platte oder dem inneren Tragrohr 28 der Walze: eine Kapazität 33, die von der Absorptionsschicht 30 herrührt, weiche eine hohe Dielektrizitätskonstante, z. B. 25, und eine niedrige Durchschlagsfestigkeit hat, eine Kapazität 34, herrührend von der Außenschicht 31, die eine verhältnismäßig hohe Dielektrizitätskonstante, z. B. etwa 10, und eine mittlere Durchschlagsfestigkeit hat, eine Kapazität 35, herrührend von der Kunststoffolie 8, die eine niedrigere Dielektrizitätskonstante von etwa 2,5 hat, ferner eine Kapazität 36, herrührend von der Luftstrekke zwischen einer der Elektroden 25 oder 26 und der Folie 8, welche Luftstrecke die Dielektrizitätskonstante 1 und eine niedrige Durchschlagsfestigkeit hat. Über den Kapazitäten 33 und 36 sind schematisch Nebenschlußwiderstände 37 bzw. 38 gezeigt, welche die elektrischen Verluste in den Schichten, und zwar der Absorptionsschicht 30 mit ihrem zugesetzten Pulvermaterial bzw. der Luftstrecke, symbolisieren. Die Schichten 30 und 31 sind in bezug auf die für die Schichten gewählten Materialien sowie die Dicke und die Dielektrizitätskonstante der Folie 8 so bemessen, daß die Kapazitäten 33, 34 und 35 in den Verhältnissen 10:5:1 abnehmen, wodurch in den Schichten und der Folie eine Spannungsverteilung erreicht wird, wie sie durch eine Kurve 39 in F i g. 9 angedeutet ist, aus welcher Kurve hervorgeht, daß der wesentliche Spannungsverlust von etwa 90% der Scheitelspannung in der Kapazität 35, die der Kunststoffolie 8 entspricht, erfolgt.

Die von dem zweiten Transformator 20 erzeugte Spannung £hat einen größten Leerlaufwert von 50 bis 100 kV, und diese hohe Spannung bewirkt umgehend eine Funkenbildung in der Luftstrecke zwischen der Elektrode und der Folie, z. B. bei etwa 25 kV, wie in F i g. 4 durch den Punkt a gezeigt. Diese Funkenbildung wirkt als ein Verlustwiderstand, der durch den Widerstand 38 in F i g. 3 symbolisiert ist, und der Schwingungskreis bekommt dadurch eine verminderte innere Impedanz und erhöhtes Q aber das Übersetzungsverhältnis des Transformators 20 ist so gewählt, daß eine optimale Kraftübertragung von den Kraftverstärkerröhren 18 und 19 auf den Schwingungskreis erreicht wird. Gleichzeitig fällt die Spannung E, wie in F i g. 4 gezeigt, auf etwa 6 kV ab, ist aber doch imstande, einen ansehnlichen Stromstoß, z. B. bis zu etwa 0,5 Ampere, durch Funkenstrecke und Folie zu treiben, wodurch Elektronen von der Folie entfernt werden und ein Unterschuß an negativen Elektronen in der Oberfläche

der Folie entsteht, was, soweit die Erscheinung technisch bekannt ist, die durch die Behandlung erreichte Erhöhung des Anhaftens der Druckfarben an der Folienoberfläche erklären dürfte. Es ist anzunehmen, daß beim Losreißen der Elektronen von den Kunststoffmolekülen einige freie Valenzen entstehen, die imstande sind, eine chemische Bindung zu geben. Wenn die Folie unmittelbar nach der Behandlung aufgewickelt wird, kann die Oberfläche sich lange Zeit, wie 1 bis 2 Jahre oder mehr, für Druckfarbe empfänglich erhalten, aber nach dem Bedrucken und der weiteren Verarbeitung verschwindet die Wirkung verhältnismäßig schnell, weil die freien Elektronen der Luft sich mit dem Oberflächenmaterial der Folie verbinden, welches wieder seine normalen Eigenschaften annimmt, während die Druckfarbe unverrückbar festsitzt, weil sie teilweise chemisch an das Material gebunden ist.

Wie es sich aus dem Obenstehenden verstehen wird, wird der Wert der Durchschlagsspannung von der Elektrode zu der Folie einigermaßen von der Form der Elektrode beeinflußt sein, und es ist möglich, durch Verwendung von scharfkantigen oder mit Spitzen versehenen Elektroden sicherzustellen, daß der Funke nur in einer bestimmten Richtung überspringt, so daß nur die Elektrode zugekehrte Oberfläche der Folie beeinflußt wird. Die entgegengesetzte Halbwelle b wird dagegen nicht geneigt sein, eine Funkenbildung hervorzurufen. Nötigenfalls kann die entgegengesetzte Halbwelle b auf bekannte Weise geschwächt werden, z. B. wie bei ein F i g. 4 gezeigt.

Wie in F i g. 5 gezeigt, können beide Oberflächen der Folie zwei aufeinanderfolgenden Behandlungen zur Effektivisierung der Farbenanhaftung an der Oberfläche unterzogen werden, da die Folie derart über zwei Gegenelektroden oder Walzen 40 und 40a mit dazwischenliegenden Leitrollen 41 und 42 geführt werden kann, daß die eine Oberfläche der Folie einer Einwirkung von zwei Elektroden 43, 44 ausgesetzt wird, die gegen die erste Oberfläche gerichtet sind und an ein Paar Sekundärwicklungen des Transformators 20 verbunden sind, während die andere Oberfläche der Folie einer Einwirkung von zwei anderen Elektroden 45, 46 ausgesetzt wird, die gegen die andere Gegenelektrode oder Walze 40a gerichtet sind und an ein zweites Paar Sekundärwicklungen des zweiten Transformators 20 angeschlossen sind.

ίο Die F i g. 6 und 7 zeigen die Ausbildung von speziellen Gegenelektroden 47 und 48, die für Einführung in teilweise geschlossene Behälter 49 und 50, beispielsweise zylindrische oder tropfenförmige Flaschen, geeignet sind und die an einem Teil des Umfangs der Behälter an deren Innenseite anliegt oder in der Nähe derselben angebracht sind, wobei Elektroden, 51 bzw. 52, in der Nähe der Außenseiten der Behälter gegenüber den Gegenelektroden 47 und 48 angebracht sind. Wenn die Behälter um ihre Längsachse gedreht werden, kann ein Teil der äußeren Oberfläche der Behälter für Bedrukken mit Farbstoffen geeignet gemacht werden.

F i g. 8 zeigt eine Ausführungsform einer Doppelelektrode, die für Behandlung von verhältnismäßig steifen Folienmaterialien, z. B. für manuellen Gebrauch, geeignet ist. Zwei Elektroden 53 und 54, die je mit Sekundärwicklungen des zweiten Transformators 20 in Verbindung gesetzt werden können, sind in einem isolierenden Tragstück 55 befestigt, das einen Handgriff hat und mit zwei Stützrollen 57 und 58 versehen ist, die bei Gebrauch über eine steife, vorzugsweise ebene und von einer Gegenelektrode 60 unterstützte Folie 59 geführt und gegen dieselbe gedrückt wird. Es versteht sich, daß sowohl die Gegenelektroden 47 und 48 in F i g. 7 und 8 als auch die Gegenelektrode 60 aus Schichten aufgebaut sein können, wie sie bei der Beschreibung der Gegenelektroden oder Walzen 27 und 40, 40a in den F i g. 1 bzw. 5 erwähnt sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststoffolien zwecks Erhöhung der Haftung von Druckfarben an mindestens einer Folienoberfläche, bei der die Folienoberfläche durch ein hohes Hochfrequenzpotential zwischen Elektroden und Folie hervorgerufenen elektrischen Entladungen ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochfrequenzpotential durch einen Schwingkreis mit einer Resonanzfrequenz zwischen 20 und 50 kHz und mit einer Leerlaufspannungsamplitude zwischen 50 und 100 kV gebildet wird, wobei die Entladungen bei einer Spannung unterhalb der Leerlaufspannung erfolgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungen bei etwa 25 kV erfolgen.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Hochfrequenzgenerator, einem Hochleistungstransformator und mindestens einer gegen die Oberfläche der auf einer Gegenelektrode angeordneten Kunststoffolie gerichteten Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis die Sekundärspule des Transformators und eine von der Elektrode und der mit einer Isolierschicht versehenen Gegenelektrode gebildete Kapazität enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrizitätskonstante der Isolierschicht höher ist als diejenige der Kunststoffolie.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierschicht ein elektrisch leitendes Pulvermaterial zugesetzt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante der Isolierschicht zwischen 8 und 30 liegt.