DE1910066A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschweissen von Butylkautschuk-Folien - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verschweissen von Butylkautschuk-Folien

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DE1910066A1
DE1910066A1 DE19691910066 DE1910066A DE1910066A1 DE 1910066 A1 DE1910066 A1 DE 1910066A1 DE 19691910066 DE19691910066 DE 19691910066 DE 1910066 A DE1910066 A DE 1910066A DE 1910066 A1 DE1910066 A1 DE 1910066A1
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welding
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welded
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Albert Bouteville
Michel Laurentie
H Roger Pennanec
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Compagnie Francaise de Raffinage SA
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Description

Verfahren und Torrichtung zum
"Verschweißen von Butylkautschuk-Follen
Bekanntlich können Gemische auf Butylkautschukbasis in verschiedenen Formen gegossen oder extrudiert und zu Folien geringer Stärke sowie mit einer Breite zwischen 1 und 1,5 m kalandrlert werden. Diese Folien liegen in 'der Regel als Bahnen von 20 m Länge vor. Sie werden hauptsächlich zur Bedeckung solcher Flächen verwendet, die abgedichtet werden sollen, wie beispielsweise Terrassen und Bassins. Dabei spielt naturgemäß die dichte Verbindung äneinandergrenzender Folienbahnen eine entscheidende Rolle.
Man hat sich dazu bereits verschiedener Verfahren bedient. Beispielsweise hat man die aheinanderliegenden Flächen benachbarter Folien mittels eines Heizwiderstandes auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher der Butylkautschuk erweicht, so daß eine Verschweißung erfolgen, kann. Der Hauptnachteil dieses Schweißverfahrens rührt von der heterogenen Temperaturverteilung zwischen den zu verschweißenden Flächen und dem Äußeren der Folien, d.h. dem Bereich, wo der Heizwiderstand aufgebracht ist, her. Diese äußere Oberfläche muß auf eine so hohe Temperatur erhitzt werden, daß durch Wärmeleitung an der Berührungsstelle der beiden zu vereinigenden Folien die erforderliche Temperatur erreicht ist.
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Weiterhin ist es neben einer derartigen Verschweißung "auch bekannt, benachbarte Folien durch Verkleben miteinander • zu vereinigen,"und zwar mittels eines selbstklebenden Bandes, durch Klebestoffe oder mit Hilfe von !lösungsmitteln, wie beispielsweise das unter der Bezeichnung "Dissolution" bekannte G-emischi In diesem Fall muß-also ein zusätzliches, dem Butylkautschuk fremdes Hilfsmittel verwendet werden, was nachteiligerweise keine homogene Struktur der-Verbindungsstelle zustande kommen läßt, welche außerdem mechanischen und chemie sehen Beanspruchungen, ausgesetzt ist. Darüber hinaus ist sowohl das erwähnte Schweißverfahren mit einem Heizwiderstand als auch die in Rede stehende Verbindung mittels eines selbstklebenden Bandes, durch Anwendung von "Dissolution" oder mit Hilfe ähnlicher Erzeugnisse langsam, da lediglich eine Vereinigungsgesehwindigkeit in der Größenordnung von 1 m 3e . Minute möglich ist. .
Derselbe Nachteil ist auch bei einem weiterhin bekannt gewordenen Verfahren zur Verbindung von Folien aus vulkanisiertem Kautschuk gegeben, wobei zur Vereinigung der Folien miteinander eine verbindende chemische Reaktion zwischen den !Makromolekülen der aneinanderliegenden Folienflächen zustande gebracht wird. Um dies zu erreichen, wird auf die besagten Kontaktflächen eine zur verbindenden Reaktion mit den Kautschukmakromolekülen fähige Substanz aufgebracht, worauf die so behandelten Flächen der zu vereinigenden Folien miteinander:in Berührung gebracht und einer Erwärmung, beispielsweise durch Hochfrequenzströme (25 MHz, 1 kW), ausgesetzt werden. Bei der erwähnten Substanz handelt es sich um eine Lösung eines Ge-: misches, welches das Kautschukmonömere (d.h. eines der Mono- meren, aus denen der Kautschuk hergestellt ist) sowie einen ■ Initiator enthält, oder um eine Lösung eines Vulkanisations- ■ \ mittels für den Kautschuk. Bei Butylkautschuk wird auf die Kontaktflächen beispielsweise eine Lösung von Schwefel in . Schwefelkohlenstoff oder eine Lösung eines Peroxyds, Hydro- /
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peroxyds oder einer Stickstoffverbindung in Styrol oder Vinyltoluol aufgebracht. V
Aufgabe der Erfindung ist es, eine dichte, feste und dauerhafte Verbindung zwischen aneinander angrenzenden Butylkautschuk-IOlien zu vermitteln, welche außerdem einfachj d.h. ohne irgendwelche Zusatzstoffe, und söhneil herzustellen ist. Dies ist mit einem Verfahren zum Verschweißen von Butylkautschuk-Polien miteinander erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die unbehandelten,, aneinanderliegenden Folien der Einwirkung elektromagnetischer Wellen ultra-hoher Frequenz, vorzugsweise oberhalb. 900 MHz, unterworfen werden, wobei man die Folien bis.zum Ende, der Vereinigung gegeneinander gepreßt hält. Es werden hierbei nicht nur keinerlei Zusatzmittel benötigt, sondern es wird mit dem erfindungsgejnäßen Schweißverfahren auch eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der gesamten Kautschukmasse während der Erwärmung erzielt.
Es konnte überraschenderweise festgestellt werden, daß Butylkautschuk sich ausgezeichnet durch Erwärmung, mittels ultra-hochfreq.uenter elektromagnetischer Wellen- versehweißen läßt, obwohl bei anderen Kautschuken, wie beispielsweise Neopren und Äthylen/Propylen-TerpOlymerisat, welche beim Aufbringen derselben Energie eine höhere Temperatur annehmen' als Butylkautschuk, keine Verschweißung stattfindet.
Die gute Verschweißbarkeit von Butylkautschuk nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist insofern noch überraschender, als unter verschiedenen elastomeren und plastischen Stoffen roher Butylkautschuk zu denjenigen Produkten gehört, welche sich unter der Einwirkung i5von ultra-hochfrequenten elektromagnetischen Wellen*, am wenigsten leicht erwärmen. -
Die Durchfuhrung des arfindungsgemäßen Verfahrens kann vorteilhafterweise mittels einer Vorrichtung erfolgen,
909840/ 1 41.1 ^
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welche durch einen Generator ultra-hochfrequenter elektromagnetischer Wellen, Leitungselemente für das Heranbringen ; der Wellen zu der Schweißstelle der zu vereinigenden Folien und Pressen zum Aneinanderdrücken dieser Folien gekennzeichnet ist.
Dabei können alle bekannten Arten von Generatoren-', ultra-hoehfrequenter elektromagnetischer Wellen eingesetzt, werden, vorzugsweise jedoch elektromagnetische Induktionsspulen und Magnetron-Oszillatoren. Die zu verwendenden Ge- ".-■■ neratoren müssen elektromagnetische /fellen mit einer Frequenz oberhalb 900 MHz liefern können. Die zur Erzeugung derartiger Wellen erforderliche elektrische Leistung hängt von den Kenngrößen des Gerätes, den Abmessungen und Kenngrößen , der zu verschweißenden Flächen, der Stärke der zu vereinigenden Butylkautschuk-Folien und der Natur des Butylkautschuk^ Gemisches der Folien ab. In der Regel soll·.sie zwischen 800 und 1000 W liegen. .
Die vom Generator erzeugten ultra-hOchfrequenten·__" elektromagnetischen Weilen werden vorzugsweise mittels eines Koaxialkabels oder eines biegsamen Wellenleiters auf eine ; daran angeschlossene Antenne übertragen, mit deren Hilfe die ultra-hochfrequente Energie in die Butylkautschuk-Folien eingestrahlt wird, so daß diese homogen, d.h. gleichmäßig, auf Schweißtemperatur gebracht werden.
Als mechanische Vorrichtung zum Aneinanderdrücken der beiden: zu vereinigenden Butylkautschuk-Folien hat sich die Kombination eines oder mehrerer Elektromagnet©..mit-einem Metallband vorteilhaft bewährt, wobei die Butylkautschuk-Folien zwischen dem Metallband und dem öder den Elektromagneten verlaufen und eingeklemmt sind*
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_ C _ s
Die Schweißvorrichtung,..'kann vorteilhäfterweise mit Elementen zu ihrer "führung auf den zu Verschweißenden Butyl^- kautschuk-Folien "versehen sein. Vorzugsweise kann dazu ein Leitrollensystem vorgesehen sein, welches eine zur überlappenden Kante der der erwähnten Antenne benachbarten Butyl-. kautschuk-Folie parallele Bewegung der Schweißvorrichtung bewirkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei Butyl*- kautschuk-Folien bis zu einer Stärke von 2 cm durchführen. Besonders geeignet sind 0,5 cm starke Folien. ■
Gute Verschweißungen werden bei Überlappungen von 1 bis 3 cm erzielt. Bevorzugt ist' eine Überlappungsbreite von 1,5 cm. Dagegen müssen bei dem bekannten Klebverfahren Überlappungen zwischen 5 und 6 cm vorgesehen werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen die aufeinanderliegenden., miteinander zu verschweißenden Polie'n an der Schweißstelle durch die ultra-hochfrequenten elektromagnetischen Wellen bis auf eine Temperatur zwischen 150 und 2500G, vorzugsweise zwischen 180 und 22O0C, erwärmt werden. Es ist festgestellt worden, daß bei einer Erwärmung des Butylkautschuks mittels ultra-hochfrequenter elektromagnetischer Wellen bis auf eine Temperatur von 1800O die Schweißgeschwindigkeit das Vierfache der Schweißgeschwindigkeit bei 160 C betragen kann, während bei einer Temperatur oberhalb 210 G, trotz der theoretischen Vorteile einer Temperatursteigerung, die Gefahr einer thermischen Zersetzung des Butylkautschuks und des Hervorrufens einer unterschiedlichen Zusammensetzung des vulkanisierten Gemisches besteht, beispielsweise durch Verdampfung von Stabilisatoren oder anderen Zusätzen. Es 3ind dies dieselben Nachteile, welche bei der Erwärmung von Butylktiutschule mittels eines Heizwiderstandes zu beobachten sind, wobei nämlich der äußere,,mit dem Widerstand
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in-Berührung, stehende Teil der Folien eine ■beträchtlich höhere Temperatur aufweist, als die Berührungsfläche der Folien.
Die Schweißzeit hängt von der Natur des zu verschweissenden Materials, d.h. von der besonderen Qualität des-Butyl-"" kautschuks, und von der Ge samt stärke der Folien ab. Sie ist auch eine Funktion der Geschwindigkeit, mit welcher man die Schweißtemperatur im Inneren des Butylkautschuks erreicht, d. h. sie ist eine Funktion der von der Antenne ausgestrahlten Energie.
Es ist nicht möglich, für jeden. Verschweißungsfall '"-'■■;. die zur Verschweißung erforderliche Erwärmungszeit von vornherein festzulegen. Desgleichen kann diejenige Zeitdauer auch nur experimentell ermittelt werden, während der die beiden Butylkautschuk-Folien aneinandergepreßt gehaltenWerden müssen. Wenn diese Zeitintervalle jedoch einmal festgelegt worden" sind, dann können sie bei den eigentlichen Verschweißungen·' durch Schaltuhren automatisch eingehalten werden. :r ; '
Nachstehend ist die Erfindung anhand rder beigefügten Zeichnung beispielsweise beschrieben. In dieser zeigt
Fig. T in schematischer Wiedergabe die Ansicht eines ■-Längsschnitts durch eine erfindungsgemäße Schweißvor- ;·■ richtung bei Beginn einer ersten Schweißperiode j : ; -
Fig. 2 gibt ebenfalls in schematischer Y/iedergabe die ■ · Ansicht des Längsschnitts'durch die Vorrichtung nach Fig. 1 bei Beginn der folgenden Schweißperiode wieder;
Fig. 2 stellt, ebenfalls in schematischer Y/iedergabe, ;">--: die perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen . Schweißvorrichtung nach Fig. T und 2 dar.
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η*-'-- - BADORiGfNAL
In allen Figuren sind lediglich.die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlichen Bestandteile einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtüng schematisch wiedergegeben. Die Butylkautschuk-Folieh 1 und 2 sollen miteinander verschweißt werden» Bei Beginn einer ersten Schweißperiöde (Fig. 1) strahlt die über ein Koaxialkabel 6 mit einem nicht dargestellten Generator für elefctromagnetisbhe v/ellen der Frequenz 2000 MHz verbundene Antenne 7 diese Wellen in denjenigen Bereich 8 der Folien 1,2 ein,, über welchem sich die Antenne 7 befindet. Dabei drücken die Elektromagnete 3und 4> welche mit einem Metallband 5 zusammenwirken, die Folien 1 und 2 gegeneinander, gemäß ifeil 9 in Fig. 2.
Sobald der Bereich 8 auf eine Temperatur von bei- ■ spielsweise 1800G gebracht ist, wird die Bestrahlung abgebrochen, wobei jedoch die Elektromagnete 3, 4 weiterhin solange Drück auf die Butylkaütschuk-Folien ausüben, wie für die VerschweiSung erforderlich.
Sobald die Verschweißung des Bereichp 8 abgeschlossen ist, wird die aus den Elektromagneten 3, 4- und der An-. tenne 7 bcstehen.de Vorrichtung um eine Länge der Antenne 7 weiterbewegt iind ein neuer Schweißzyklus durchgeführt (vgl. Fig. 2). Dies wiederholt sich so lange, bis die beiden Butylkautsohul'-Folien 1, 2 Vollständig miteinander verschweißt sind. ■■..-.:.
Statt des beschriebenen häibkontinüierlichen Schweißverfahrens kann auch kontinuierlich gearbeitet werden, d.h. eine laufende Verschiebung' der aus den Elektromagneten 3, 4 und der Antenne 7 bestehenden Vorrichtung erfolgen.
Aus vorstehendem geht hervor, daß daä schnellste Arbeiten dann erzielbar ist, wenn diejenige Zeitspanne, wäh-
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— 8 — . .
rend der die Pollen 1,2 aneinandergepreßt werden müssen, und dasjenige Zeitintervall, während dessen die Antenne 7 elektromagnetische Wellen ausstrahlen muß, gleich lang sind* Es ist dann nämlich jede Totzeit zwischen den Verschweißungen aufeinanderfolgender Bereiche 8, 10 vermieden.
Gieich lange Bestrahlungs- und Druckeinwirkungsdauer kann durch'entsprechende Einstellung der von der Antenne 7'-Γ-, abgestrahlten Energie erzielt werden. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann dann leicht eine Schweißgeschwindigkeit von 10 m pro Minute erreichen. Allgemein sind mit dem erfinäungsgemäßen Verfahren Schweißgeschwindigkeiten zwischen.-2;;:und 20 m je Minute erzielbar» ' ofifi&g^j ;. \<)--- s..i; .-■·..
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Es wird mit der Erfindung eine ausgezea.chne.te Verschweißung erhalten. Die erfindungsgemäß verschweißten Butylkautschuk-Folien können nur durch Aufbringen von Zugkräften getrennt werden, die beträchtlich größer sind als diejenigen Belastungen, denen verschweißte Buiylkautschuk-Eolien Imallgemeinen ausgesetzt sind. Die Festigkeit erfindungsgemäß hergestellter Verschweißungen ist derjenigen mit bekannten Mitteln hergestellter Verbindungen, insbesondere bekannter Verschweißungen, überlegen. ■ _
Die Anzahl der Heizelemente, und/oder der. Pre.ßelernen-T te kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung von der bei . der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gegebenen abweichen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Antennen und vier Elektromagneten würde beispielsweise zweimal so schnell arbeiten, wie die erörterte Ausführungsform, ".."._ ·
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Claims (6)

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Ansprüche
\ 1.< Verfaliren zum Verschweißen von Butylkautschuk-Folien miteinander, dadurch gekennzeichnet, daß die unbehandelten aneinanderliegenden Folien- (Ij 2) der Einwirkung elektromagnetischer Wellen ultra-hoher Frequenz, vorzugsweise oberhalb1 900 ISJHz, unterworfen werden, wobei man die Folien (1; 2) bis zum Ende der Vereinigung gegeneinander gepreßt hält.
2. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet» fraß· fris aneinanderliegenden Folien (ij 2) durch die ultra-hochfrequen'*· ten elektromagnetischen fellen bis auf eine Temperatur zwischen 150 und 2500O, vorzugsweise zwischen 180 und 2200C, erwärmt, werden. - - . ·
3 ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennseiohnetj daß die zu verschweißenden Folien.(1| 2), jeweils eine Stärke von höchstens 2" cm aufw.eis.en> vorzugsweise 0,5 cm s.tark sind.
4· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis. 3,dadurch gekennzeichnet, daß die zu verschweißenden Folien-(1; 2) sich um 1 bis 3 cm, vorzugsweise um 1,5 cm überlappen.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach- einem der vorstehenden.Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Generator ultra-hochfrequenter elektromagnetischer Wellen,-Xeitungselemente (6j 7) für das Heranbringen dieser Wellen zu der Schweißstelle der zu vereinigenden Folien (1; 2) und Pressen (3; 4ϊ 5) zum Aneinanderdrücken dieser Folien (1j 2).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, da'durch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Generator ultra-hochfrequenter elektromagnetischer Wellen um eine Induktionsspule-handelt.
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- ι ο -
7« Vorrichtung nach Anspruch' 5, dadurch gek^nnmichnet, als! Generator der iil^ra-hoehfreguejite^ tlektroffif Wellen ein MagnetrQn.~Q§zillator verweMet ist»"·
8« VOrriehtung nach einem der Ansprüche 5 6iö ·??' lcennzeicnne-fe), daß die elek-ferisohe I)ei§tTmg>i:e3 der ultra-noehfrewenten elektroiaagnetisolieiivlelleii 8OQ md 1000 W liegt. -; :*■ /
9, YorriGiitung nach einem der 4n.sprlioM 5 bis S, dadurQii kennzeichnet, daß die vom Generator; 'der pLltra elektromagnetisiQhen Wellen auggehendejti^ ieitunf en aus loaxialkabel (6) und einer daran angeschlossenen Antenne (?|r TDestehenf welohe die ultra-hcjchfreqLXiente Sne3?gie in die einanderliegenden, au Yerschweißenden.folien (If 2) ein" strahlt, ; "';- · -
10, Yorrichtiwig naoh einem der Anspräohe 5 t>i§ 9, gekennzeiQhneti, daß die vom Q-enerator der ultra ten elektromagnetisohen Wellen ausgehendeiileitwnfeii aus «i« nem "biegsamen Wellenleiter (6.) vuad einer dararn angeschlosse« nen Antenne (?) fee § tönen, welche die ultra^hochfre quellte. Energie in die aneinanderliegenden, zu vfrfQhweißenden lo« lien (tr2) einatralalt. r:
11, Yorrlehtimg naQh einem der AngprüehiJ? Ms 10, daduroh gekennzeiehnet, daß als Pressen zum AneinmnderdrÜQken der zu verschweii3enden lalien (ij 2) Elektrömagnete (3j i) auf der einen Seite dep folien'..(Iy Z) dienen, welche mit einem Metallband (5) auf der anderen Seite dea?'iolieif?(1 j 2) zusain menwirken, . ■ *-_
12« Vorrichtung nach einem der AusprüQhei 5 bis 11 ? dadurch · gekennzeichnet, daß für ihre zur überlappenden Kaeite einerder zu verschweißenden. EOlien (1j Z) parallelen führung ■•führungselemente, vorzugsweise Leitrollen, vorgesehen sind·' :
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