DE19730893C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kunststoffbeschichtung von Metallband mittels Direkt-Extrusion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kunststoffbe­ schichtung von Metallband mittels Direkt-Extrusion bei dem das Metallband in seiner Längsrichtung bewegt und erhitzt wird, mittels einer Breitschlitzdüse ein Film aus geschmolzenem, thermoplastischen Kunststoff unmittelbar auf die eine Seite des bewegten Bandes aufgebracht wird, dieser Kunststoffilm an das Metall­ band angedrückt wird, indem es durch einen Spalt zwischen zwei Rollen hindurchgeführt wird, von denen die am Kunst­ stoffilm anliegende Rolle (Laminatorrolle) unter der Schmelztemperatur des Kunststoffes gehalten wird, gegebenenfalls die andere Seite des Metallbandes in gleichartiger Weise mit einem Kunststoffilm beschichtet wird und in einer abschließenden Nachbehandlung das beschichtete Metallband auf eine Temperatur im Bereich der Schmelztemperatur erhitzt und schließlich rasch auf eine Temperatur unter 40°C abgekühlt wird.

Ferner betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Kunststoffbeschichtung von Metallband mittels Direkt- Extrusion.

Bei einem bekannten Verfahren der oben genannten Art (US 5 407 702, Fig. 3) wird ein Aluminiumband vor der Beschichtung mit PET (Polyäthylenterephthalat) auf eine Temperatur im Bereich von 204-260°C, vorzugs­ weise 215-246°C, erhitzt und durch den Spalt zwischen zwei Rollen hindurchgeführt. Vor dem Eintritt in den Spalt wird der flüssige Kunststoffilm auf eine Seite des Aluminiumbandes aufgebracht. Die auf den Kunststoffilm drückende Rolle ist eine Chromstahl-Rolle und wird auf einer Temperatur von 150-200°C gehalten. Die an der unbeschichteten Seite des Aluminiumbandes anliegende Rolle ist eine gummiummantelte Rolle und hat eine Ober­ flächentemperatur von 205°C, um das Aluminiumband auf Temperatur zu halten. Die Schichtdicke des aufgetragenen Kunststoffilmes soll etwa 8-20 µm, vorzugszugsweise 10 µm, betragen. Nachdem das einseitig beschichtete Aluminiumband das erste Rollenpaar verlassen hat, er­ folgt mittels einer zweiten Breitschlitzdüse und einem zweiten, identischen Rollenpaar die Beschichtung auf der anderen Seite. Bei dieser Verfahrensweise ist zu­ nächst die Haftung beider Kunststoffilme an dem Aluminium­ band gering und gerade so groß, daß sich die Kunststoffilme im Laufe des weiteren Verfahrens nicht von dem Aluminiumband lösen, was mit "green peel strength" bezeichnet wird. Nachdem auf diese Weise das Aluminium­ band auch auf der zweiten Seite beschichtet ist, wird es durch einen Induktions-Erhitzer geleitet, wo es auf etwa 215°C erhitzt wird. Durch diese Erhitzung soll die Verbindung zwischen den Kunststoffilmen und dem Aluminiumband vollendet werden. Anschließend wird das Verbundsystem durch Sprühdüsen zunächst auf eine Temperatur heruntergekühlt, die es erlaubt, das halb­ gekühlte, beschichtete Aluminiumband über eine Umlenk­ rolle in ein Wasserbad zu leiten, wo es dann auf eine Temperatur unter 40°C abgekühlt wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird zwischen der am flüssigen Kunststoffilm anliegenden Rolle und dem Kunststoff nur Linienberührung oder Berührung über eine verhält­ nismäßig schmale Kontaktfläche erzielt. Die gekühlte Rolle ist also nur sehr kurze Zeit mit dem Kunststoffilm in Kontakt. Das Ablösen der Rollenoberfläche von dem Kunststoffilm darf aber erst erfolgen, wenn zu­ mindest die Oberflächenschicht des Kunststoffilmes fest ist, da sonst der Kunststoff an der Rolle anhaftet und diese verschmutzt. Damit sich der Kunststoff im Spaltbereich ausreichend abkühlen kann, muß mit sehr geringer Bandgeschwindigkeit gearbeitet werden, die keine wirtschaftliche Produktion ermöglicht. Bei Beschichtung von einem Stahlband anstelle eines Aluminium­ bandes und bei größeren Schichtdicken des Kunststoffilmes mit beispielsweise 200 µm wäre dieses Verfahren überhaupt nicht einsetzbar, da wegen der höheren Wärmekapazität und geringeren Wärmeleitfähigkeit des Stahlbandes und wegen der größeren Schichtdicke des Kunststoffilmes die Wärme durch die nur mit Linienberührung anliegende Rolle nicht rasch genug abgeführt werden könnte. Außerdem wäre die Haftung zwischen dem Kunststoffilm und einem Stahlband nach dem Verlassen der Rollen nicht ausreichend, um bei größeren Filmdicken, bei denen bei Abkühlung große Schrumpf­ kräfte auftreten, ein Ablosen desselben vom Stahlband zu verhindern.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art aufzuzeigen, welches unter wirtschaftlichen Bedingungen, d. h. mit ausreichend hohen Bandgeschwindigkeiten, durchführbar ist und dabei eine ausgezeichnete Haftung zwischen Stahlband und Kunst­ stoffilm ergibt, die auch beim Tiefziehen, insbesondere aber auch beim Sterilisieren, erhalten bleibt. Der Erfin­ dung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Kunststoffbeschichtung von Metallband mittels Direkt-Extrusion zu schaffen, welches die Beschichtung von Metallbändern bei hohen Bandgeschwindigkeiten und mit ausgezeichneter Haftung zwischen Metallband und Kunststoffilm ermöglicht.

Das Verfahren ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß bei der Beschichtung eines Stahlbandes dieses auf eine solche Temperatur erhitzt wird, daß es im Auftrags­ bereich des flüssigen Kunststoffilmes eine über dem Schmelzpunkt des jeweiligen Kunststoffes liegende Temperatur aufweist,
daß zwischen der an den Kunststoffilm angedrückten Rolle (Laminatorrolle) oder einem an den Kunststoffilm ange­ drückten, endlosen Band (Laminatorband) Flächenkontakt herbeigeführt wird und dieser Flächenkontakt durch synchrone Weiterbewegung der sich kontaktierenden Ober­ flächen von Kunststoffilm und Laminatorrolle bzw. Lami­ natorband über eine Kontaktzeit bzw. Kontaktlänge auf­ rechterhalten wird, die ausreicht, um bei einer Band­ geschwindigkeit von mindestens 50 m/min zumindest die Oberflächenschicht des Kunststoffilmes mit einer Kühl­ rate von höchstens 400 W/m²°C auf eine Temperatur abzu­ kühlen, die mindestens um 30°C unter dem Schmelzpunkt des jeweiligen Kunststoffes liegt, bevor der Kontakt zwischen Kunststoffilm und Laminatorrolle bzw. Laminator­ band gelöst wird.

Vorteilhafte Verfahrensmaßnahmen sind in den Unteran­ sprüchen 2-13 angegeben.

Erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Kunststoffbeschichtung von Metallband mittels Direkt-Extrusion sind in den Ansprüchen 14-24 gekennzeichnet.

Beim Beschichten wird der flüssige Kunststoffilm direkt auf das Stahlband extrudiert. Dann erfolgt ein Andrücken des Kunststoffilmes auf das Stahlband durch die Laminator­ rolle bzw. das Laminatorband. Die Laminatorrolle bzw. das Laminatorband übernimmt dann die Aufgabe der Abkühlung des Kunststoffilmes, um ihn aus der flüssigen Phase in die feste Phase zu überführen. Die Laminatorrolle bzw. das Laminatorband, die im folgenden der Einfachheit halber nur als Laminator bezeichnet sind, können durch ihre Oberflächenstruktur außerdem zur Gestaltung der Ober­ fläche des Kunststoffilmes dienen. Beim Abkühlen des Kunststoffilmes erfährt dieser eine Querschrumpfung, die ohne das Ergreifen von besonderen Maßnahmen zum Ablösen des Kunststoffilmes vom Stahlband führen würde. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Kunst­ stoffilm eine größere Dicke von bis zu 200 µm aufweist. Es muß sichergestellt werden, daß die Haftungskräfte im Verbund von Stahlband und Kunststoffilm beim Abkühlen schneller wachsen als die Schrumpfkräfte im Kunststoffilm. Hierzu sind besondere Maßnahmen erforderlich, nämlich Aufheizen des Stahlbandes, so daß im Auftrags­ bereich des flüssigen Kunststoffilmes Temperaturen oberhalb des Kunststoffschmelzpunktes vorliegen (z. B. für PP(Polypropylen): 190°C, für PET (Polyäthylenterephtha­ lat): 290°C und für PE (Polyäthylen): 130°C), Anpressen des flüssigen Kunststoffilmes an das Stahlband mit aus­ reichender Kontaktzeit bzw. Kontaktlänge und ausreichen­ der Anpreßkraft sowie einer durch den Laminator bewirkten Abkühlgeschwindigkeit, die nicht mehr als 400 W/m²°C beträgt.

Das Ablösen des Laminators vom Kunststoffilm darf erst erfolgen, wenn zumindest die Oberflächenschicht des Kunststoffilmes durch Abkühlung in festem Zustand über­ führt ist. Die Haftung des Kunststoffilmes zum Stahl­ band muß großer sein als die zum Laminator. Andernfalls kommt es zu einer Anhaftung von Kunststoffpartikeln am Laminator, was nicht nur zu einer Verschmutzung des Laminators, sondern zu einem kurzzeitigen Ablösen des Kunststoffilmes vom Stahlband und zu einem irreversiblen Haftungsverlust, sowie eventueller Querschrumpfung führt.

Um bei Bandgeschwindigkeiten von über 50 m/min und vor­ zugsweise mehr, die eine rationelle Produktion erlauben, eine genügende Abkühlung des Kunststoffilmes zu erzielen, sieht die Erfindung vor, daß der Kunststoffilm während das Stahlband weiterbewegt wird, durch Flächenberührung zwischen Kunststoffilm und Laminator während der zur Abkühlung benötigten Zeit über eine ausreichende Kontakt­ länge in Anlage am Laminator gehalten und gleichzeitig an das Stahlband angedrückt wird. Eine längere Kontakt­ zeit und größere Kontaktlänge (in Bandbewegungsrichtung) ist insbesondere erforderlich, um bei größeren Film­ dicken von beispielsweise 200 µm und einer gegenüber Aluminium wesentlich geringeren Wärmeleitfähigkeit sowie einer höheren Wärmekapazität des Stahlbandes zumindest die am Laminator anliegende Oberflächenschicht des Kunst­ stoffilmes durch Abkühlung in festen Zustand zu überfüh­ ren.

Bei der Abkühlung des Kunststoffilmes durch den Laminator sollte die Kühlrate nicht höher sein als 400 W/m²°C, da sonst insbesondere bei den genannten großen Filmdicken durch zu rasche Querschrumpfung des Kunststoffilmes sich dieser teilweise vom Stahlband löst und ein Haftungsver­ lust eintritt.

Damit der flüssige Kunststoffilm in ausreichendem Maße an das Stahlband durch den Laminator angedrückt wird, sollte dies mit einer Kraft von mindestens 60 N/mm Stahlbandbreite erfolgen.

Damit die Haftung zwischen dem Kunststoffilm und dem Stahl­ band verbessert wird, muß eine ausreichende Reaktionszeit zwischen dem flüssigen Kunststoff und der Oberfläche des erhitzten Stahlbandes vorhanden sein. Um dies zu erreichen, sollte die Temperatur des Stahlbandes im Auftragsbereich des Kunststoffilmes mindestens um 10°C, vorzugsweise je­ doch um 20°C und mehr, über dem Schmelzpunkt des jewei­ ligen Kunststoffes liegen.

Eine genügend lange Kontaktzeit zwischen Kunststoffilm und Laminator kann dadurch erreicht werden, daß man das Stahlband mit dem an einer Laminatorrolle anliegenden Kunststoffilm mit Spannung über einen Teil des Umfanges der Laminatorrolle herumführt.

Ein endloses Laminatorband wird ebenfalls mit Spannung zusammen mit dem beschichteten Stahlband um einen Teil des Umfanges einer Rolle herumgeführt, wobei der am Laminatorband anliegende, abzukühlende Kunststoffilm so lange am Laminatorband gehalten wird, bis zumindest seine Oberflächenschicht in den festen Zustand überführt ist. Die Abkühlung erfolgt in diesem Fall einerseits durch das Laminatorband, welches zweckmäßig aus Stahl bestehen kann, und andererseits durch die teilweise umschlungene Rolle.

Diese Methode eignet sich besonders für die zweiseitige Beschichtung von Stahlbändern, wobei die umschlungene Rolle als gekühlte Laminatorrolle ausgebildet ist, welche den ersten Kunststoffilm an eine Seite des Stahlbandes andrückt, während der zweite Kunststoffilm an der anderen Seite des Stahlbandes durch das Laminator­ band angedrückt und abgekühlt wird.

Aus den oben genannten Gründen soll beim Abkühlen des Kunststoffilmes mittels der Laminatoren die Kühlrate (Wärmeübergangszahl) nicht größer sein als 400 W/m²°C, um die gewünschte hohe Haftung zu gewährleisten. Diese Kühlrate reicht jedoch nicht aus, um insbesondere bei PP das Kristallit- bzw. Sphärolith-Wachstum klein zu halten. Das Überschreiten eines kritischen Sphärolit-Durchmessers führt bei PP zu einer Trübung des Kunststoffilmes und zu sogenanntem Weißbruch bei der Umformung des beschichteten Stahlbandes zu einer Verpackung. Dies gilt in geringerem Maße auch für PET, dessen Sphärolit-Wachstumsgeschwindig­ keit jedoch wesentlich geringer ist als die des PP. Trotz­ dem wird auch bei PET ein Kunststoffilm in amorpher Form mit möglichst wenigen Kristalliten angestrebt, um eine hohe Verformbarkeit zu gewährleisten. Um eine Verkleine­ rung der Sphärolithe bzw. eine amorphe Struktur zu er­ zielen, wird das fertig beschichtete Stahlband nach dem Laminator auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des jeweiligen Kunststoffes erhitzt, z. B. bei PP über 200°C, bei PET über 300°C. Anschließend muß eine schnelle Abkühlung durch Abschrecken in Wasser auf Raumtemperatur erfolgen, damit bei Unterschreitung der Kristallisations­ temperatur, die dicht unter dem Erweichungspunkt liegt, kein erneutes Kristallwachstum (Sphärolithwachstum) auf­ tritt. Für Homo-PP sollte die Kühlrate mindestens 200°C/s, für ein Random-PP mindestens 100°C/s betragen. Um dies zu erreichen, müssen im Wasser Wärmeübergangszahlen zum beschichteten Stahlband von mindestens 3000 W/m²°C bzw. mindestens 1800 W/m²°C erzeugt werden. Dies bedeutet, daß hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen dem beschich­ teten Metallband und dem Wasser vorliegen müssen (30-100 m/min), um einen turbulenten Stoff- bzw. Wärmetransport sicherzustellen.

Beim beidseitigen Beschichten mit Kunststoffen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten ist darauf zu achten, daß der Kunststoff, der zuerst aufgetragen wird, den höheren Schmelzpunkt besitzt, da am Anfang das Stahlband die höchste Temperatur hat. Wenn der zuerst aufgebrachte Kunststoffilm, z. B. PET, durch einen ersten Laminator an das Stahlband angedrückt und dabei abgekühlt wurde, wird dabei gleichzeitig auch das Stahlband auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt. Solange jedoch die Temperatur des Stahlbandes über dem Schmelzpunkt des zweiten Kunststoffilmes, z. B. PP, liegt, wird der PP-Kunststoffilm auf das nunmehr kühlere Stahlband extrudiert. Die Bandtemperaturdifferenz für die beiden Beschichtungen von PET und PP beträgt ca. 100°C.

Der Auftrag des flüssigen Kunststoffes auf das Stahl­ band erfolgt mittels einer Breitschlitzdüse, zweck­ mäßig in einer Breite, die großer ist als die Breite des Stahlbandes. Die Dicke des austretenden Kunststoffilmes wird durch die Einstellung des Spaltes der Düse bestimmt. Da das Stahlband gegenüber der Düsenaus­ trittsgeschwindigkeit eine höhere Bandgeschwindigkeit besitzt, wird der Kunststoffilm in die Länge gezogen und dünner. Es findet dabei auch eine Breitenreduktion statt, die zu einer ungleichmäßigen Dickenverteilung des Filmes über dessen Breite führt. Die Randzonen sind dicker als der Mittelbereich. Deswegen wird ein Kunststoffilm erzeugt, dessen Breite großer ist als die des Stahlbandes, so daß die dickeren Randzonen am Stahlband ca. 20-30 mm überstehen. Um eine der Laminatorrolle gegenüberstehende Andrückrolle vor Verschmutzung durch überstehenden Kunststoffilm zu schützen, werden an beiden Längsrändern des Stahlbandes endlose Teflonbänder im Auftragsbereich und daran an­ schließend synchron mit dem Stahlband mitgeführt, bis die seitlich über das Stahlband überstehenden Abschnit­ te des Kunststoffilmes ausreichend unter den Schmelz­ punkt abgekühlt sind. Nach dem Festwerden des Kunst­ stoffilmes erfolgt die Besäumung der am Stahlband über­ stehenden Kunststoffilme. Sind die Kunststoffilme an beiden Stahlbandseiten unterschiedlich, so werden sie separat abgesaugt, um sie dem Recycling zuzuführen.

Erfindungsgemäße Vorrichtungen zur beidseitigen Kunst­ stoffbeschichtung eines Metallbandes mittels Direkt- Extrusion sind in folgendem, anhand von in den Fig. 1-3 der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungs­ beispiele näher erläutert.

Bei allen drei Ausführungsbeispielen sind die Erhitzungs­ einrichtung, die Einrichtung zur Nacherwärmung des be­ schichteten Stahlbandes und die Kühleinrichtung die gleiche, weshalb sie nur bei dem in Fig. 1 dargestell­ ten Ausführungsbeispiel näher erläutert sind. Das Metallband ist vorzugsweise ein Stahlband, welches durch Verzinnung, Verchromung oder Konversionsbeschichtung auch oberflächenbehandelt sein kann. Mit den erfindungs­ gemäßen Vorrichtungen lassen sich jedoch auch andere Metallbänder, beispielsweise Aluminiumbänder, beschichten. Das Metallband kann eine Dicke von 0,05-0,5 mm aufweisen. Zur Beschichtung können thermoplastische Kunststoffe, wie PET, Homo-PP, Block-PP, Random-PP und PE, verwendet werden. Die Filmdicke kann dabei auf einer Seite 5-200 µm und auf der anderen Seite 3-10 µm oder auch mehr betragen. Es können beide Seiten des Metallbandes mit gleichen oder auch unterschiedlichen Kunststoffen, je nach Ein­ satzzweck, beschichtet werden. Es kann mit Bandgeschwin­ digkeiten von 50-400 m/min gearbeitet werden.

Gemäß Fig. 1 wird das Metallband M zunächst durch eine Erhitzungseinrichtung 1 hindurchgeführt. An diese schließt sich eine erste Beschichtungsstation an. Diese weist eine erste Breitschlitzdüse 2 zum direkten Auftrag des geschmol­ zenen thermoplastischen Kunststoffes in Form eines ersten flüssigen Kunststoffilmes 3 auf die erste Seite des erhitzten Metallbandes M auf. Der Kunststoffilm kann in bekannter Weise aus zwei Schichten bestehen. Die zum Metallband orientierte Schicht kann insbesondere bei einem Stahlband die Haftung des Kunststoffilmes zum Stahlband sicherstellen. Die äußere Schicht ist für die Füllgutintegrität der aus dem beschichteten Metallband hergestellten Verpackung oder deren Resistenz gegenüber äußeren Belastungen auszuwählen. Zum Erzeugen eines Kunststoffilmes mit Zweischichtaufbau können beide Schichten gleichzeitig aus der gleichen Breitschlitz­ düse extrudiert werden, was an sich bekannt ist und daher nicht näher beschrieben wird. Hinter der Breit­ schlitzdüse 2 sind zwei aneinandergedrückte Rollen 4, 5 vorgesehen. Die Rolle 4, welche in folgendem als Andrück­ rolle bezeichnet wird, weist einen Mantel 4a aus gummi­ elastischem Material auf. Die andere Rolle 5, welche in folgendem als Laminatorrolle bezeichnet wird, wird durch gekühltes Wasser, welches das Innere der Laminatorrolle 5 durchströmt, gekühlt. Das Metallband 1 mit dem noch flüssigen Kunststoffilm 3 wird durch einen Spalt 6 zwischen den beiden Rollen 4, 5 hindurchgeführt und dabei durch die Laminatorrolle 5 an das Metallband M angedrückt. Das Anpressen des flüssigen Kunststoffilmes 3 an das Metallband M sollte mit einer auf die Breite des Stahlbandes bezogenen Kraft von mindestens 60 N/mm erfolgen. Die Abkühlgeschwindigkeit der Laminatorrolle 5 ist so einzustellen, daß eine Kühlrate von höchstens 400 W/m²°C erzielt wird. Während der Kunststoffilm 3 an der Laminatorrolle 5 anliegt, muß zumindest seine Oberflächenschicht durch Abkühlung in den festen Zustand überführt werden, bevor die Oberfläche der Laminatorrolle 1 von dem Kunststoffilm gelost wird. Deshalb ist eine zweite gekühlte Laminatorrolle 7 und eine zweite Andrück­ rolle 8 so angeordnet, daß das Metallband M die vorher­ gehende erste Laminatorrolle 5 an einem Teil ihres Umfanges umschlingt und das Metallband mit dem noch flüssigen, an der Laminatorrolle 5 anliegenden ersten Kunststoffilm im Anschluß an den ersten Spalt 6 über einen Teil des Umfanges der Laminatorrolle 5 in Anlage an dieser gehalten wird. Vor der zweiten Laminatorrolle 7 ist eine zweite Breitschlitzdüse 9 angeordnet, mit der ein zweiter flüssiger Kunststoffilm 10 auf die zweite Seite des Metallbandes extrudiert werden kann. Dieser wird dann in der vorher beschriebenen Weise mittels der gekühlten Laminatorrolle 7 an die zweite Seite des Metallbandes angedrückt. Die Breitschlitzdüse 9, die Laminatorrolle 7 und die Andrückrolle 8 bilden zusammen die zweite Beschichtungsstation. In Bandlaufrichtung hinter der zweiten Laminatorrolle 7 ist eine Umlenk­ rolle 19, die ebenfalls als Kühlrolle ausgebildet sein kann, wiederum so angeordnet, daß das Metallband M die vorhergehende zweite Laminatorrolle 7 an einem Teil ihres Umfanges umschlingt und das Metallband mit dem noch flüssigen, an der Laminatorrolle 7 anliegenden Kunststoffilm 10 im Anschluß an den zweiten Spalt 11 über einen Teil des Umfanges der zweiten Laminatorrolle in Anlage an dieser gehalten wird, bis zumindest die an der Laminatorrolle 7 anliegende Oberflächenschicht des zweiten Kunststoffilmes 10 in den festen Zustand abgekühlt wurde. Die Länge der Umschlingung jeder Laminatorrolle 5, 7 oder auch die Kontaktlänge hängt ab von der Bandgeschwindigkeit, der Dicke und Art des Metallbandes, der Dicke der Kunststoffilme und der Temperatur der Laminatorrollen. Experimente mit einem Stahlband von 0,26 mm Dicke und einem PP-Kunststoffilm von 200 µm Dicke ergaben, daß bei einer Temperatur der Laminatorrolle von 40°C die Kontaktzeit an der Laminator­ rolle 60 ms und die Kontaktlänge, mit der der Kunststoffilm an der Kontaktrolle in Anlage gehalten werden muß, 200 mm betragen muß, bei einer Bandgeschwindigkeit von 200 m/min. Liegt die Temperatur der Laminatorrolle bei 60°, dann muß die Kontaktzeit 80 ms und die entsprechende Kontaktlänge 270 mm betragen.

Um im Spalt 11 für einen elastischen Spaltausgleich zu sorgen, falls Toleranzen in der Filmdicke auftreten, kann zweckmäßig die Andrückrolle 8 einen Mantel 8a aus gummielastischem Material aufweisen, der konzentrisch von einem dünnen, in radialer Richtung nachgiebigen, äußeren Stahlmantel 8b umgeben ist. Durch die Verwendung eines Stahlmantels 8b wird verhindert, daß die Andrück­ rolle 8 auf dem ersten Kunststoffilm 3 eine unerwünschte Musterung hinterläßt, die dann auftreten kann, wenn der Mantel aus gummielastischem Material direkt am Kunst­ stoffilm anliegen würde.

Aus Gründen, die bei der Beschreibung des Verfahrens schon näher erläutert worden sind, ist die Breite der Breitschlitzdüse 2 größer als die Breite des Metall­ bandes M. Dies führt dazu, daß der Kunststoffilm 3 auf jeder Seite des Metallbandes M um 20 bis 30 mm vorsteht. Der flüssige Kunststoffilm würde an der Andrückrolle 4 anhaften. Um dies zu verhindern, sind beidseitig des Stahlbandes M endlose Teflonbänder vor­ gesehen, die über die Andrückrolle 4 und zwei Umlenk­ rollen 13, 14 geführt sind. Die Umlenkrolle 14 ist dabei ebenfalls so angeordnet, daß der überstehende Kunststoffilm an die Laminatorrolle 5 so lange ange­ drückt wird, bis er durch Abkühlung in festen Zustand überführt wurde. Die Trennung des überstehenden Kunst­ stoffilmes von den Teflonbändern 12 erfolgt also auch erst nach dem Abkühlen und Festwerden des Kunststoffes. Der überstehende Teil der Kunststoffilme wird später mittels Besäumrollen 15, die an beiden Seiten des be­ schichteten Metallbandes angeordnet sind, abgeschnitten und einer Wiederverwendung zugeführt.

Bei der Beschreibung des Verfahrens wurde ausführlich erläutert, daß eine Nachbehandlung des beschichteten Metallbandes durch Erhitzung und anschließende rasche Abkühlung in einem Wasserbad erforderlich sind. Dies erfolgt mittels der nur in Fig. 1 dargestellten Er­ hitzungseinrichtung 16 und der anschließenden, aus einem Wasserbad bestehenden Kühleinrichtung 17.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ent­ spricht im wesentlichen dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Einrichtungen und Teile gleicher Funktion sind daher mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die zu Fig. 1 gemachten Ausführungen verwiesen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Laminatorrolle 7 so angeordnet, daß sie der ersten Laminatorrolle 5 gegenübersteht und an diese andrückbar ist. Um auch hier eine gewisse Nachgiebigkeit im Spalt 11 sicherzustellen, kann die zweite Laminatorrolle 7 einen Mantel 7a aus gummi­ elastischem Material aufweisen, der konzentrisch von einem dünnen, in radialer Richtung nachgiebigen, äußeren Stahlmantel 7b umgeben ist. Bei dieser Anord­ nung entfällt die zweite Andrückrolle, da die erste Laminatorrolle bezüglich der zweiten Laminatorrolle 7 deren Funktion übernimmt.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Lösung ist eine erste Breitschlitzdüse 21 an der ersten Seite des Metallban­ des M angeordnet und eine zweite Breitschlitzdüse 22 an der gegenüberliegenden Seite desselben. Unterhalb der beiden Breitschlitzdüsen 21, 22 befinden sich neben­ einander eine erste Laminatorrolle 24 und eine zweite Laminatorrolle 25, die zweckmäßig mittels Wasser kühl­ bar sind, so daß sie auf eine Temperatur von 20-80°C einstellbar sind. Der ersten Laminatorrolle 24 ist eine Umlenkrolle 23 nachgeschaltet, die dafür sorgt, daß das Metallband in diesem Fall um 180° die Laminatorrolle im Anschluß an den zwischen den beiden aneinanderge­ drückten Laminatorrollen 24, 25 gebildeten Spalt 26 umschlingt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der mittels der ersten Breitschlitzdüse 21 zunächst im Spalt 26 durch die gegenüberstehenden Laminatorrollen 24 und 25 an das Metallband M angedrückt und dann das Metallband mit dem zunächst noch flüssigen ersten Kunststoffilm 27 im Anschluß an den Spalt 26 in Anlage an der ersten Laminatorrolle 24 gehalten wird bis der erste Kunststoffilm 27durch die Laminatorrolle 24 ab­ gekühlt und in festen Zustand überführt ist. Erst dann erfolgt die Ablösung des fest am Metallband M haftenden ersten Kunststoffilmes 27 von der Oberfläche der Laminatorrolle 24.

Ein endloses Laminatorband 28, welches zweckmäßig aus Stahl besteht, ist über die zweite Laminatorrolle 25, die zweckmäßig einen gummielastischen Mantel 25a auf­ weist, geführt. Ferner sind zur Führung des Laminator­ bandes 28 zwei Umlenkrollen 29, 30 vorgesehen, die zweckmäßig als Kühlrollen ausgebildet sind. Die Umlenk­ rolle 29 ist so angeordnet, daß das Laminatorband die erste Laminatorrolle 24 in demjenigen Bereich umschlingt, in dem die Laminatorrolle 24 auch von dem Metallband M umschlungen wird. Auf diese Weise kann der durch die zweite Breitschlitzdüse 22 extrudierte zweite Kunst­ stoffilm 31 durch die zweite Laminatorrolle 25 unter Zwischenschaltung des Laminatorbandes 28 im Spalt 26 an das Metallband angedrückt werden. Im Anschluß an den Spalt 26 wird dann der zweite Kunststoffilm 31 weiterhin während der teilweisen Umschlingung der ersten Laminatorrolle 24 an das Metallband M angedrückt bis der zweite Kunststoffilm in einen festen Zustand abgekühlt ist. Die Abkühlung erfolgt dabei durch das mittels der Kühlrollen 29, 30 und der zweiten Laminator­ rolle 25 gekühlte Laminatorband 28. Zusätzliche Kühlung erfolgt durch die erste Laminatorrolle 24. Diese Arbeits­ weise wird gewählt, wenn auf beide Seiten des Metall­ bandes gleiche Kunststoffe mit gleichen Schmelzpunkten aufgetragen werden sollen, z. B. beidseitig PET oder beidseitig PP.

Wie aus Fig. 3 erkennbar ist, ist der ersten Laminator­ rolle 24 auch eine Andrückrolle 32 zugeordnet, die zweckmäßig einen Mantel aus gummielastischem Material besitzt. Die Laminatorrolle 32 ist in Umfangs­ richtung der ersten Laminatorrolle in größerem Abstand von dem zwischen den beiden Laminatorrollen 24, 25 ge­ bildeten Spalt 26 angeordnet. Die erste Breitschlitz­ düse 21 ist aus ihrer ersten, in Fig. 3 voll ausge­ zogenen Gießposition in eine zweite, in Fig. 3 strich­ punktiert dargestellte Gießposition verstellbar. Wenn auf die beiden Seiten des Metallbandes M Kunststoff mit unterschiedlichen Schmelzpunkten aufgetragen werden sollen, z. B. auf die erste Seite PET und auf die zweite Seite PP, dann wird die erste Breitschlitzdüse in ihre zweite, strichpunktiert dargestellte, Gießposition gebracht. Das Stahlband wird dann, wie es in Fig. 3 ebenfalls strichpunktiert dargestellt ist, um die Andrückrolle 32 und durch den zwischen Andrückrolle 32 und der ersten Laminatorrolle 24 gebildeten Spalt 33 geführt. Mittels der ersten Breitschlitzdüse 21 wird der Kunststoff mit dem höheren Schmelzpunkt, z. B. PET (Schmelztemperatur 280°C), im Bereich der Andrückrolle 32 auf das Stahlband M extrudiert. Im Spalt 33 wird der noch flüssige Kunststoffilm 27a durch die Laminator­ rolle 24 an die erste Seite des Metallbandes angedrückt.

Ähnlich wie bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen wird nach dem Spalt 33 der erste Kunststoffilm 27a durch das Metallband weiterhin in Anlage an der Laminatorrolle 24 gehalten und abgekühlt. Dabei kühlt sich auch das Metallband ab. Der Abstand zwischen der Andrückrolle 32 und dem Spalt 26 ist so gewählt, daß das Metallband im Spalt 26 noch immer eine über der Schmelztemperatur des zweiten Kunststoffilmes, z. B. PP (Schmelztemperatur 140-160°C) liegt. Mittels der zweiten Breitschlitzdüse 22 erfolgt dann die Beschichtung der zweiten Seite des Metallban­ des M mit dem aus PP bestehenden zweiten flüssigen Kunst­ stoffilm 31 in der vorher beschriebenen Weise.

Um eine Verschmutzung der Andrückrolle 32 zu vermeiden, sind auch hier im Bereich der Andrückrolle 32 endlose Teflonbänder 12 vorgesehen, die in Aufbau und Funktion den in Fig. 1 dargestellten Teflonbändern 12 ent­ sprechen. Die hierzu in Verbindung mit Fig. 1 gegebene Beschreibung ist sinngemäß auch auf Fig. 3 anzuwenden. Das gleiche gilt bezüglich der in Fig. 3 nicht darge­ stellten Nacherhitzungseinrichtung und Kühleinrichtung.

Claims (24)

1. Verfahren zur Kunststoffbeschichtung von Metallband mittels Direkt-Extrusion, bei dem das Metallband in seiner Längsrichtung bewegt und erhitzt wird, mittels einer Breitschlitzdüse ein Film aus geschmolzenem, thermoplastischem Kunststoff unmittelbar auf die eine Seite des bewegten Metallbandes aufgebracht wird, dieser Kunststoffilm an das Metallband ange­ drückt wird, indem es durch einen Spalt zwischen zwei Rollen hindurchgeführt wird, von denen die am Kunststoffilm anliegende Rolle, die Laminatorrolle, unter der Schmelztemperatur des Kunststoffes gehal­ ten wird, gegebenenfalls die andere Seite des Metall­ bandes in gleichartiger Weise mit einem Kunststoffilm beschichtet wird und in einer abschließenden Nachbe­ handlung das beschichtete Metallband auf eine Tempe­ ratur im Bereich der Schmelztemperatur erhitzt und schließlich rasch auf eine Temperatur unter 40°C abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Beschichtung eines Stahlbandes dieses auf eine solche Temperatur erhitzt wird, daß es im Auftragsbereich des flüssigen Kunststoffilmes eine über dem Schmelzpunkt des jeweiligen Kunststoffes liegende Temperatur aufweist,
daß zwischen der an den Kunststoffilm angedrückten Laminatorrolle oder einem an den Kunststoffilm angedrückten, endlosen Laminatorband Flächenkontakt herbeigeführt wird und dieser Flächen­ kontakt durch synchrone Weiterbewegung der sich kon­ taktierenden Oberflächen von Kunststoffilm und Laminatorrolle oder Laminatorband über eine Kontakt­ zeit oder Kontaktlänge aufrechterhalten wird, die ausreicht, um bei einer Bandgeschwindigkeit von mindestens 50 m/min zumindest die Oberflächenschicht des Kunststoffilmes mit einer Kühlrate von höchstens 400 W/m²°C auf eine Temperatur abzukühlen, die minde­ stens um 30°C unter dem Schmelzpunkt des jeweiligen Kunststoffes liegt, bevor der Kontakt zwischen Kunst­ stoffilm und Laminatorrolle oder Laminatorband gelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband auf eine solche Temperatur erhitzt wird, daß es im Auftragsbereich des Kunststoffilmes eine um mindestens 10°C über den Schmelzpunkt des Kunststoffes liegende Temperatur aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Andrücken des flüssigen Kunststoffilmes an das Stahlband mittels der Laminatorrolle oder des Laminatorbandes mit einer Kraft von minde­ stens 60 N/mm, bezogen auf die Breite des Stahlbandes, erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband mit dem an der Laminatorrolle anliegenden Kunststoffilm unter Spannung über einen Teil des Umfanges der Laminator­ rolle herumgeführt und an der Laminatorrolle in Anlage gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein endloses Laminatorband mit Spannung zusammen mit dem beschichteten Stahlband um einen Teil des Umfanges einer Rolle herumgeführt wird, wobei der abzukühlende Kunststoffilm am Laminatorband anliegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laminatorband aus Stahl verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Laminatorrolle durch Wasser erfolgt, welches durch die Rolle hin­ durchgeleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laminatorrollen durch Kühlung auf einer Temperatur im Bereich von 20 bis 80°C gehalten werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Nachbehandlung das Stahlband auf eine Temperatur oberhalb des Schmelz­ punktes des jeweiligen Kunststoffes erhitzt wird und der Kunststoffilm durch unmittelbares Einleiten des Stahlbandes in ein Wasserbad mit hoher Kühlrate auf Raumtemperatur abgeschreckt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das rasche Abkühlen bei Homo-PP mit einer Kühl­ rate von mindestens 3000 W/m²°C auf eine Temperatur unter 20°C erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das rasche Abkühlen bei Random-PP mit einer Kühl­ rate von mindestens 1800 W/m²°C auf eine Temperatur unter 20°C erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei beidseitiger Beschichtung des Stahlbandes der Kunststoffilm mit dem höheren Schmelzpunkt zuerst auf das Stahlband aufgebracht wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrusion des Kunststoffes aus der Breitschlitzdüse in einer Breite erfolgt, die größer ist als die Breite des Stahlbandes, und daß an beiden Längsrändern des Stahlbandes endlose Teflonbänder im Auftragsbereich und daran anschlie­ ßend synchron mit dem Stahlband mitgeführt werden, bis die seitlich über das Stahlband überstehenden Abschnitte des Kunststoffilmes ausreichend unter den Schmelzpunkt abgekühlt sind.

14. Vorrichtung zur beidseitigen Kunststoffbeschichtung eines Metallbandes mittels Direkt-Extrusion, mit einer Erhitzungseinrichtung, durch die das Metall­ band hindurchgeführt ist, mit einer ersten Beschich­ tungsstation, an welcher eine Breitschlitzdüse zum direkten Auftrag des geschmolzenen thermoplastischen Kunststoffes in Form eines Filmes auf die erste Seite des erhitzten Metallbandes und hinter der Breit­ schlitzdüse zwei aneinandergedrückte Rollen, zwischen denen das beschichtete Metallband durch einen zwischen beiden Rollen gebildeten Spalt hindurchführbar ist, vorgesehen sind, wobei zumindest die am Kunststoffilm anliegende und den Kunststoffilm an das Metallband andrückende Rolle, die Laminatorrolle, kühlbar ist, und mit einer nachgeschalteten, gleichartigen Beschich­ tungsstation zur Beschichtung der zweiten Seite des Metallbandes, sowie mit einer nachgeschalteten Kühl­ einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in Band­ laufrichtung jeder Laminatorrolle (5, 7) eine Rolle (7, 19) nachgeschaltet ist, die gegenüber der vorher­ gehenden Laminatorrolle so angeordnet ist, daß das Metallband (M) die vorhergehende Laminatorrolle an einem Teil ihres Umfanges umschlingt und das Metall­ band mit dem zunächst noch flüssigen, an der Lamina­ torrolle anliegenden Kunststoffilm im Anschluß an den Spalt (6, 11) über einen Teil des Umfanges der Laminatorrolle in Anlage an diesem gehalten wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die der ersten Laminatorrolle (5) nachgeschal­ tete Rolle durch die zweite Laminatorrolle (7) ge­ bildet ist, wobei die zweite Laminatorrolle (7) an die erste Laminatorrolle (5) andrückbar ist und der zweite Spalt (11) zwischen den beiden Laminator­ rollen (5, 7) gebildet ist. (Fig. 2)

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Laminatorrolle (7) einen Mantel (7a) aus gummielastischem Material aufweist, der konzen­ trisch von einem dünnen, in radialer Richtung nach­ giebigen, äußeren Stahlmantel (7b) umgeben ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Laminatorrolle (7) in Bandlaufrichtung in Abstand von der ersten Laminatorrolle (5) angeord­ net ist und der zweiten Laminatorrolle (7) eine Andrückrolle (8) zugeordnet ist. (Fig. 1)

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückrolle (8) einen Mantel aus gummielasti­ schem Material aufweist, der konzentrisch von einem dünnen, in radialer Richtung nachgiebigen, äußeren Stahlmantel (8b) umgeben ist.

19. Vorrichtung zur beidseitigen Kunststoffbeschichtung eines Metallbandes mittels Direkt-Extrusion, mit einer Erhitzungseinrichtung, durch die das Metall­ band hindurchgeführt ist, mit einer Beschichtungs­ station, an welcher an jeder Seite des Metallbandes je eine Breitschlitzdüse zum direkten Auftrag des geschmolzenen thermoplastischen Kunststoffes in Form je eines Filmes auf die beiden Seiten des erhitzten Metallbandes vorgesehen ist, sowie mit einer nachgeschalteten Kühleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den beiden Breitschlitz­ düsen (21, 22) zwei aneinander drückbare, kühlbare Laminatorrollen (24, 25) angeordnet sind, zwischen denen das beidseitig beschichtete Metall­ band (M) durch einen zwischen beiden Laminatorrollen (24, 25) gebildeten Spalt (26) hindurchführbar ist, daß in Bandlaufrichtung der einen ersten Laminator­ rolle (24) eine Umlenkrolle (23) nachgeschaltet ist, die gegenüber der ersten Laminatorrolle (24) so angeordnet ist, daß das Metallband (M) die erste Laminatorrolle an einem Teil ihres Umfanges um­ schlingt und das Metallband mit dem noch flüssigen, an der ersten Laminatorrolle (24) anliegenden ersten Kunststoffilm (27) im Anschluß an den Spalt (26) über einen Umfangsabschnitt der ersten Laminator­ rolle (24) in Anlage an diesem gehalten wird, und daß ein endloses Laminatorband (28) über die zweite Laminatorrolle (25) und mehrere Umlenkrollen (29, 30) so geführt ist, daß das Laminatorband (28) die zweite Laminatorrolle (25) teilweise umschlingt, durch den Spalt (26) verläuft und dann die erste Laminator­ rolle (24) zumindest in einem Teilbereich des vor­ genannten Umfangsabschnittes umschlingt, damit es im Anschluß an den Spalt (26) von außen an dem zweiten Kunststoffilm (31) anliegt und den zweiten Kunststoffilm so lange an das Metallband (M) drückt bis dieser zumindest an seiner Oberfläche in einem festen Zustand abgekühlt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminatorband (28) aus Stahl besteht.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Umlenkrollen (29, 30) für das Laminatorband (28) kühlbar sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Laminatorrolle (25) einen gummielasti­ schen Mantel (25a) aufweist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Laminatorrolle (24) eine Andrückrolle (32) zugeordnet ist, die in Umfangsrichtung der ersten Laminatorrolle (24) in größerem Abstand von dem zwischen beiden Laminator­ rollen gebildeten Spalt (26) angeordnet ist, und daß die erste Breitschlitzdüse (21) vor diese An­ drückrolle (32) in eine zweite Gießposition verstell­ bar ist, so daß das Stahlband (M) wahlweise über die Andrückrolle (32) und durch den zwischen dieser und der ersten Laminatorrolle (24) gebildeten Spalt (33) führbar ist, damit mittels der in der zweiten Gießposition befindlichen ersten Breitschlitzdüse (21) ein Kunststoffilm (27a) auf die eine Seite des Metallbandes (M) auftragbar ist, der eine höhere Schmelztemperatur aufweist als der Kunststoffilm (31), der an der Beschichtungsstation von der zweiten Breitschlitzdüse (22) auf die andere Seite des Metallbandes (M) extrudiert wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schlitzbreite der Breitschlitz­ düsen (2, 21) größer ist als die Breite des Metall­ bandes (M) und daß im Auftragsbereich des Kunststoffilmes (3, 27a) auf das Metallband und daran an­ schließend endlose Teflonbänder (12) vorgesehen sind, die mittels Umlenkrollen (13, 14) um die Andrückrolle (4, 32) um einen Teil des Umfanges der ersten Lamina­ torrolle (5, 24) beidseitig des Metallbandes (M) an dieses angrenzend geführt und synchron mit diesem bewegbar sind, um seitlich über das Metallband vor­ stehende Teile des Kunststoffilmes (3, 27a) aufzuneh­ men.