DE1704179C3 - Verfahren zum Verbinden von Folien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Folien, von denen mindestens eine aus thermoplastischem Kunststoff besteht, unter Aufbringen von einem unabhängig von den Folien erhitzbaren, wärmespeichernden Material auf die Folien, wobei die Folien mit dem Materia! an einer Wärmequelle für das Material vorbeigeführt und unter Druckanwendung verschweißt werden.

Mit diesem Verfahren lassen sich wegen des zusätzlich vorgesehenen, wärmespeichernden Materials auch Folien miteinander verschweißen, die sonst bei alleiniger Anwendung von Wärme und Druck nicht verschweißbar sind.

Ein derartiges Verfahren ist durch die französische Patentschrift 1 197 154 bekannt. Dort wird das wärmespeichernde Material zwischen die beiden miteinander zu verschweißenden Folien gelegt. Die Folien werden also längs ihrer gesamten gemeinsamen Oberfläche miteinander verschweißt.

Durch die USA-Patentschrift 2 640 796 ist es bekannt, daß übereinanderliegende Kunststoffolien durch Aufdrücken eines erhitzten Materials auf die Außenfläche verschweißt werden können. Auch hier befinden sich die zu verbindenden Folien während des gesamten Verfahrens miteinander in Berührung. Das ~ Wärmemittel muß ein durchlaufendes, fadenartices Gebilde sein, um mit der bei diesem bekannten" Verfahren verwendeten Maschine zusammenarbeiten zu können. Das fadenartige Gebilde muß erwärmt werden, bevor es auf die Folien aufgebracht wird. Daher muß die Verfahrensgeschwindigkeit sehr kritisch mit der in dem Gebilde erzeugten Wärme abgestimmt werden, bevor dieses auf die Folien auf-

gebracht wird. Wird das fadenartige Gebilde gleichzeitig mit der Erhitzung auf die Folien aufgebracht, so ist die Verknüpfung der Verfahrensgeschwindigkeit mit der Temperatur noch kritischer.

Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Folien an beliebigen, genau begrenzten Bereichen kontinuierlich besonders fest verschweißt werden können, wobei der Grad der Erwärmung des wärmespeichernden Materials und die Folientransportgeschwindigkeit leicht aufeinander abstimmbar sein sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe kt die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Folien mit ihren zu verschweißenden Flächen einander gegenüberliegend unter gegenseitigem Abstand geführt werden, wobei das wärmespeichernde Material auf der von der Schweißzone abgewandten Oberfläche der Kunststoffolie in getrennten Teilen aufgebracht und beim Weitertransport der Folien in einer Ebene von einer außerhalb der Folien liegenden Wärmequelle erhitzt wird, und daß durch die aufgenommene Wärme des wärmespeichernden Materials und Aufeinanderdrücken der Folien die Folien verbunden werden.
Weil das Verschweißen der Folien durch die aufgenommene Wärme des in getrennten Teilen aufgebrauhten wärmespeichernden Materials erfolgt, werden die Folien nur an den durch diese Teile begrenzten Stellen fest miteinander verschweißt.

Das wärmespeichernde Material kann in fester Form aufgebracht werden. Eine andere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß das wärmespeichernde Material in flüssiger Form aufgebracht wird.

Die Wärme kann auch unter Einhaltung eines Abstands vom wärmespeichernden Material angewendet werden. Dadurch wird jede direkte Berührung zwischen wärmespeicherndem Material und Wärmequelle vermieden.

Das wärmespeichernde Material kann nach einer anderen Ausführungsform mit der von der Schweißzone abgewandten Oberfläche der Kunststoffolien verbunden werden.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, daß über dem wärmespeichernden Material vor dem Erhitzen eine Folie aus nicht schweißbarem Material angeordnet wird, die mit der thermoplastischen Folie beim Erhitze;, des wärmespeictiernden Materials verbunden wird. Dieser Teil aus nicht schweißbarem Material ist beispielsweise Pappe oder Papier, wodurch dann Papp- oder Papierbehälter verschweißt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeiet

Fig. I schemalisch in einer Seitenansicht eine erste Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung,

F i g. 2 eine Abänderung, wobei verschieden geformte Stücke aus wärmespeicherndem Material verwendet werden,

Fig. 3 eine weitere Abänderung, wooei die Druckrollen gleichzeitig an eine Hochfrequenzquelle angeschlossen sind,

Fig. 4 eine wiederum abgeänderte Äusfürrungsform, bei der über dem wärmespeichernden Material vor dem Erhitzen eine Folie aus nicht schweißbarem Material angeordnet ist, wie beispielsweise Pappe.

In Fig. 1 sind zwei schweißbare, thermoplastische Folien 11 und 12 gezeigt, die von links nach rechts vorwärtsbewegt und in einem kontinuierlichen Verfahren gemäß der Erfindung verschweißt werden. Sie bestehen beispielsweise aus Polyäthylen, welches beim Schweißen mittels Strahlung oder Hochfrequenz Probleme aufwirft, weil es durchsichtig oder durchscheinend ist und einen niedrigen dielektrischen Verlustfaktor aufweist. Diese Eigenschaften machen es im allgemeinen undurchführbar, solche Folien mit Hilfe von Strahlungsheizung, dielektrischer Heizung ohne zusätzliche Hilfsmittel zu verschweißen. Deshalb ist es üblich, solche Folien durch Kontakt zu schweißen, z. B. durch das Heißdrahtimpulsverfahren. Solche Schweißverfahren ergeben bei der Anwendung in kontinuierlichen Arbeitsgängen oft Schwierigkeiten. Auch ergeben sich Schwierigkeiten bei der Steuerung der Wärmeübertragung auf die Folie.

Im linken Bereich der Fig. 1 ist auf der Folie 11 ein wärmespeicherndes Material 14 aufgetragen oder bildet einen Teil davon. Das Material 14 ist so ausgewählt, daß es durch eine geeignete Energiequelle erhitzbar und dann als Wärmequelle für das Schweißen dient. Das Material 14 bildet einen Teil der Folie 11 oder ist darauf aufgebracht, beispielsweise durch verschiedene Druckverfahren, inklusive Offsetdruck, Gravüre, Gummidruck, Siebdruck, magnetischer Druck, Xerographie od. dgl., oder es ist durch ein anderes Auftragsverfahren aufgebracht, wie beispielsweise Aufstreichen, Strangpressen, pneumatisches oder elektrisches Aufsprühen. Da« Material 14 braucht nicht fest auf der Folie 11 haften, solange es in der Stellung verbleibt, bis die Schweißung durchgeführt ist. Das Aufbringen des Materials 14 auf die Folie 11 kann als Teil eines kontinuierlichen oder unterbrochenen Verfahrens erreicht werden, wie es schon in einer bestehenden Fertigungsstraße für das Bedrucken, Perforieren, Aufschneiden, Behandeln, Abwickeln oder Falten der Folie 11 angewendet wird.

Das Material 14 ist in F i g. 1 auf nur einen Film 11 aufgetragen dargestellt. Wenn sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten erwünscht sind, kann es nötig oder erwünscht sein, wärmespeicherndes Material auf beiden Folien zu verwenden, etwa an gegenüberliegenden Stellen, wie in F i g. 2 die wärmespeichernden Materialien 14 a, 14 ft und die thermoplastischen Folien Ha und 12a dargestellt sind. Aus Fig. 2 geht noch hervor, daß die wärm-.speichernden Materialien verschiedene Größen und Formen haben können.

Eine Zurückgewinnung des wärmespeichernden Materials kann erfolgen. Wenn das wärmespeichernde Material nur leicht auf den Folien haftet, z. B. durch elektrostatische Kräfte, kann es nach dem Schweißvorgang durch Abstreifer oder durch Aufnahmerollen, die auch mit einem Lösungsmittel versehen sein können, wieder gewonnen werden. Das wärmespeichernde Material kann einen hohen dielektrischen Verlustfaktor aufweisen und beispielsweise in Polytetrafluorethylen als Träger eingefügt sein.

An einer späteren Stelle in dem Verfahren in Fig. 1 läuft das Material 14 zwischen herkömmlichen dielektrischen Heizelektroden 16 hindurch, die mit einer Hochfrequenz-Spannungsquelle 17 verbunden sind, welche mit einer der üblichen Frequenzen betrieben werden könnten, beispielsweise 27.5 oder 41 MHz. In diesem Falle sind die Folien 11 und 12 und das Material 14 die Elektroden 16 nicht berührend dargestellt, es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auch mit Berührung der Elektroden durchgeführt werden kann Die Folien 11 und 12 in gegenseitigem Abstand geführt. Die Größe des in Fig. I dargestellten Raums ist zur Verdeutlichung vergrößert dargestellt.

Die Größe des zwischen den Folien 11 und 12 vorhandenen Raums kann dem Gutdünken des Bedienüng^manns überlassen werden oder der bevorzugte Abstand wird aus der Erfahrung mit verschiedenen Bedingungen und Materialien festgestellt. Die Heizung und das Anwenden von Druck können in einer Stufe vereinigt werden, so wie es im folgenden beschrieben wird.

In Fig. 1 besteht das Material 14 im wesentlichen aus einer Zusammensetzung, die leicht dielektrisch erhitzt werden kann. Beispielsweise sind halogenisiertp Polymere, solche wie Dipolymers und Copolymere von Vinylchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenchlorid und Vinyledenfluorid, und die Polycarbonate, Polyurethane, Polyazctate und Zellulosederivate für diesen Zweck geeignete Materialien. In einigen Fällen können auch bestimmte Flüssigkeiten als Energieaufnehmer dienen. Wasser wird in einem anderen Verfahren zum Schweißen von Nylon in der USA.-Patentschrift 2 992 958 dargestellt. Verschiedene Flüssigkeiten und andere organische und anorganische Materialien werden in der USA.-Patentschrift 2 859 153 gezeigt. Obwohl Flüssigkeiten in dem vorliegenden Verfahren verwendet werden können, ist die Verwendung von Flüssigkeiten zum Unterstützen des Erzeugens von Wärme nicht bevorzugt, und zwar wegen der Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Dämpfen, die in den Schweißbereich eintreten und den Schweißvorgang beeinträchtigen, weil die Flüssigkeiten verdampfen und ihre Wirksamkeit als wärmeerzeugender Wirkstoff verlieren können und um Verunreinigungen zu vermeiden und Sauberkeit aufrecht zu erhalten.

Flüssigkeiten könnten wertvoll sein, wenn sie von dem Schweißbereich isoliert werden können, wenn die zu verschweißende Folie, wie beispielsweise die Folie 11 von Fig. 1, als eine Sperre zwischen der flüssigkeit und dem Schweißbereich wirkt.

Wenn das Material 14 von Fig. 1 zwischen den dielektrischen Heizclcktroden 16 hindurchläuft, erzeugt das vorhandene elektrische Hochfrequenzfeld Wärme in dem Material 14. Die Folien 11 und 12 selbst können für dielektrische Erwärmung empfänglich sein oder auch nicht. Wenn solche Folien für dielektrische Erwärmung empfänglich sind, dient

das Material 14 zur Unterstützung der Wärmeerzeugung und hilft in jedem Fall in dem Bereich, der durch die Dimensionen des Materials bestimmt wird, die Wärmeerzeugung lokal mehr auszuprägen. Wenn das Material der Fig. 1 erhitzt wird, fließt Wärme von ihm in die ihm benachbarten Teile der Folie 11 und bewirkt an dem Bereich 20 (von der Kante aus gesehen) der Fläche 22 der Folie 11 eine Erhöhung der Temperatur auf Schweißtemperatur. Beispielsweise wird eine Schweißtemperatur von 80 bis I 20° C für verschiedene Arten von Polyäthylen bevorzugt, während etwa 150⁰C für Polypropylen bevorzugt wird.

Gleichzeitig mit der Erwärmung oder unmittelbar darauf, wie in Fig. I dargestellt, werden das Material und die Folien vorzugsweise Druck ausgesetzt, beispielsweise durch Rollen 18, um die Schweißverbindung bei 19 zu unterstützen. Wenn nötig, können die Rollen 18 mit einem Trennmittel behandelt werden, urn das Haftenbleiben zu vermeiden, aber im allgemeinen entsteht keine Haftung, wenn die Temperatur der Rollen unter der Erweichungstemperatur der Folie liegt.

Da die Folienil und 12 verhältnismäßig dünn sind, wird Wärme von dem Material 14 nicht nur zum Bereich 20 der unteren Fläche 22 der Folie 11 übertragen, sondern auch zum Bereich 21 der oberen Fläche 24 der Folie 12, wobei diese Fläche während des Arbeitsgangs dicht an der Fläche 22 liegt oder in Berührung mit ihr steht, besonders infolge des Aufbringens von Druck auf die Folien 11 und 12, wie es durch die Rollen 18 vorgesehen ist. Somit wird in den Bereichen 20 und 21 die zum Schweißen benötigte Temperatur hergestellt, wodurch die Folien 11 und 12, wie bei 23, direkt miteinander verschweißt werden, besonders mit Hilfe der Rollen 18, welche bewirken, daß die Bereiche 20 und 21 dicht aneinanderliegen, wenn sie es nicht schon vor dieser Stelle tun.

Die sich daraus ergebende, vorherbestimmte Schweißstelle 23 ist eine direkte Verschmelzung zwischen den Folien 11 und 12 und weist die hervorragende Festigkeit und Dauerhaftigkeit dieser Art der Schweißung auf. Wenn darüber hinaus das Material 14 aus einer Zusammensetzung besteht, welche bei erhöhten Temperaturen weich wird, bewirkt das Aufbringen von Druck auf die Kombination des Materials mit den Folien, wenn gewünscht, ein Glätten dieser Materialien, indem genügend Druck darauf aufgebracht wird. In Fällen, in denen eine Folie dünn und die andere dick ist, wird es bevorzugt, das Material auf die dünnere Folie aufzubringen. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Elektroden 16 und die Rollen 18 der F i g. 1 vereinigt, wie in Fig.? dargestellt wird. In Fig 3 sind die Rollen 18a mit elektrisch isolierten Achsen ausgestattet und jede Rolle wurde elektrisch mit einem Anschluß einer Hochfrequenzstromqueiie 17 a verbunden. Somit dienen die Rollen 18 ο gemeinsam als dielektrische Heizelektroden zum Erwärmen des Materials 14 b und als Vorrichtung zum Aufbringen von Druck auf die zu bearbeitenden Folien 11 b und 12 b.

Die Erfindung bietet nach F i g. 4 besondere Vorteile beim Schweißen verhältnismäßig dicker Materialien, die keine guten Wärmeleiter sind, wie beispielsweise die gebräuchliche, kunststoffbeschichtete Pappe, die in Milchverpackungen verwendet wird.

Der Vorteil liegt in der Fähigkeil, mit der vorliegenden Erfindung mit Hilfe von wärmespeichernden Materialien, die unmittelbar neben dem zu schweißenden Bereich angebracht sind, Wärme zu erzeugen, selbst wenn einige Schichten mit verschiedenen Materialien das Material von der Energiequelle trennen. Als Induktionsheizung kann eine Wirbelstromheizung, eine magnetische Hysterese-Heizung oder eine Kombination davon verwendet werden. Das

ίο wärmespeichernde Material kann aus Eisenoxydpartikeln in einem Polyäthylen- oder Nylonträger bestehen oder es kann eine elektrisch leitende Folie sein.

In Fig. 4 wird eine Schweißung an einem Stück

χ5 Pappe 31 durchgeführt. Dort ist eine die Kombination von Pappe 32 a, wärmespeicherndem Material 34 α und thermoplastischer Folie 36 α mit oder ohne Perforation und eine schweißbare Fläche 38 vorgesehen.

Über dem wärmespeichernden Material kann auch eine Pappe vorgesehen sein, auf welcher in einem vorhergehenden Verfahren eine dünne thermoplastische Folie aufgetragen ist. Diese Kombination wird einer Quelle geeigneter Energie ausgesetzt, beispielsweise beim Durchlaufen eines Hochfrequenzmagnetfelds einer Induktionsheizspule 41 a. Wenn die Materialien in die Spule 41 α eintreten, wird in dem Material 34 α Wärme erzeugt und ein Teil der Wärme wird durch die Dicke der thermoplastischen Schicht 36 α oder der Pappe bei einer anderen Kombination geleitet, wodurch die obere Fläche 38 des thermoplastischen Films erweicht bzw. der Pappe erwärmt wird. Ein Teil der Wärme an der Fläche 38 wird auf die untere Fläche 44 der Pappe 31 oder der Folie bei einer anderen Kombination übertragen, besonders wenn die Materialien in die Druckrollen 46 eintreten. Wenn an der Fläche 38 der thermoplastischen Schicht oder der Pappe eine Temperatur von etwa 80 bis 120° C erreicht wird, unter der Annähme, es ist Polyäthylen, wird durch die Rollen 46 aufgebrachter Druck eine Schweißwirkung zwischen der thermoplastischen Folie 36 α oder der Pappe und der unteren Fläche 44 der Pappe 31 oder der Folie erzeugt und somit die Schweißung hergestellt.

Die Zeichnungen veranschaulichen die Verwendung von drei verschiedenen Energiequellen und etliche verschiedene Anordnungen des wärmespeichernden Materials mit Rücksicht auf die zi verbindenden Materialien. Es versteht sich, daß an· dere Kombinationen möglich sind. In F i g. 1 kanr z. B. ein InduktJonsheizverfahren oder ein Strah lungsheizverfahren verwendet werden.

Als bevorzugte Energiequelle wird eine Infrarot Strahlung emittierende Heizzone angesehen.

Zusammenfassend wird bezugnehmend auf Fig. ein Verfahren zum Verbinden vorherbestimmte Grenzbereiche 19 und 23 benachbarter schweiß barer Flächen 23 und 24 der Verpackungsmaterialiei 11 und 12 dargestellt, in weichen Material 14 ii jedem vorherbestimmten Bereich vorgesehen ist jedoch einen Abstand zu den benachbarten zu ver bindenden Flächen aufweist. Das Material für jedei vorherbestimmten Bereich, wie beispielsweise 1! und 23, weist im wesentlichen dieselbe Größe um Form auf, wie der entsprechende vorherbestimmt Bereich, der geschweißt werden soll, und paßt mi diesem zusammen. Bei der Ausführung des Verfall rens wird dann Wärme in dem energieaufnehmende

Material erzeugt, wodurch die benachbarten Flächen des Verpackungsmaterials in diesem Bereich verschweißt werden.

Wie besonders in F i g. 2 dargestellt wird, unterdurch, indem die Größe und Gestalt des Materials 14 α und 14 h verändert wird. Es ist auch zu beachten, daß das Material einen Abstand zu den benachbarten Flächen der zu verschweißenden Mate

scheidet sich der Bereich 19 in Größe und Gestalt 5 riaüen aufweist, der wenigstens so groß ist, wie die von dem anderen vorherbestimmten Bereich 23 da- Dicke des Verpackungsmaterials.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 619/51

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden von Folien, von denen mindestens eine aus thermoplastischem Kunststoff besteht, unter Aufbringen von einem unabhängig von den Folien erhitzbaren, wärmespeichernden Material auf die Folien, wobei die Folien mit dem Material an einer Wärmequelle für das Material vorbeigeführt und unter Druckanwendung verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien mit ihren zu verschweißenden Flächen einander gegenüberliegend unter gegenseitigem Abstand geführt werden, wobei das wärmespeichernde Material auf der von der Schweißzone abgewandten Oberfläche der Kunststoffolie in getrennten Teilen aufgebracht und beim Weitertransport der Folien in einer Ebene von einer außerhalb der Folien liegenden Wärmequelle erhitzt wird, und daß durch die aufgenommene Wärme des wärmespeichernden Materials und Aufeinanderdrücken der Folien die Folien verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmespeichernde Material in fester Form aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmespeichernde Material in flüssiger Form aufgebracht wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme unter Einhaltung eines Abstands vom wärmespeichernden Material angewendet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmespeichernde Material mit der von der Schweißzone abgewandten Oberfläche der Kunststoffolien verbunden wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über dem wärmespeichernden Material vor dem Erhitzen eine Folie aus nicht schweißbarem Material angeordnet wird, die mit der thermoplastischen Folie beim Erhitzen des wärmespeichernden Materials verbunden wird.