DE2642685A1

DE2642685A1 - Verfahren und vorrichtung zum vorbereiten eines dielektrischen substrates fuer ein beguenstigtes anhaften von kunststoff

Info

Publication number: DE2642685A1
Application number: DE19762642685
Authority: DE
Inventors: Kenneth P Thompson
Original assignee: Champion International Corp
Current assignee: Champion International Corp
Priority date: 1975-10-17
Filing date: 1976-09-22
Publication date: 1977-04-21
Also published as: FR2327863B3; GB1546206A; FI762776A; CA1062199A; FI62434B; US4028551A; JPS5250378A; FI62434C; FR2327863A1

Description

MÜLLER-BORE · DEUlTEI, SCHÖN · HERTEL 264268 5

PATENTANWÄLTE

SEP. 1976

C 2973/Hl

DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE

(PATENTANWAUTvoN 1927-197S)

DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN, D1PL.-CHEM. WERNER HERTEL, D1PL.-PHYS.

CHAMPION INTERNATIONAL CORPORATION Stamford, Connecticut o6921, USA

Verfahren und Vorrichtung zum Vorbereiten eines dielektrischen Substrates für ein begünstigtes Anhaften von Kunststoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorbereiten eines dielektrischen Substrates für ein begünstigtes Anhaften von Kunststoff. Die Erfindung betrifft insbesondere eine derartige Vorbereitung mittels Koronaentladung, um das Anhaften einer Beschichtung von Polyäthylen oder dergleichen zu begünstigen.

Bei der Herstellung von Karton zur Erzeugung von Behältern für Milch oder dergleichen wird ein Pappesubstrat mit Polyäthylen beschichtet. Die Arbeitsstraßen zur Herstellung der beschichteten Ware arbeiten mit linearen Geschwindigkeiten von mehr als 3oo m/min (I000 ft/min). Solche Geschwindigkeiten werden bisher dadurch erreicht, daß das bekannte Flammvorbereitungsverfahren zum Behandeln des Substrates verwendet wird. Durch die Energiekrise braucht man Alternativen zu diesem Verfahren.

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MÜNCHEN 86 · STEBEItTSTR. 4 · POSTFACH 86O7ao · KABEL: MTTEDOPAT · TEL. (089) 474005 · TELEX 5-24283

Es ist bekannt, daß ein Substrat für das Anhaften von Kunststoff dadurch vorbereitet werden kann, daß das Substrat der Wirkung einer Koronaentladung ausgesetzt wird. Gegenwärtig verfügbare Vorrichtungen zur Erzielung einer solchen Koronaentladungsvorbereitung benutzen stangen- oder plattenförmige Elektroden, die in der Nähe im Abstand von einer Stützwalze angeordnet sind. Die Stützwalze ist im allgemeinen mit einer isolierten Oberfläche oder einem Mantel versehen, während die Stangen- oder Plattenelektrode eine metallische Oberfläche hat.

Der normale Spalt oder der freie Raum zwischen der Stangenelektrode und der Stützrolle liegt für eine ausreichende Koronaentladungsbehandlung in der Größenordnung von etwa 1,5 mm (0,60"). Die normale Pappebahn kann eine Stärke im Bereich zwischen etwa o,4 und 0,66 mm (o,o155 und o,o26") aufweisen, während ihr Gewicht etwa 14o kg pro Ries (3oo lbs/ream) bei einer 193 cm breiten Bahn (76") liegt. Wenn die Bahn mit einer Geschwindigkeit von 3oo m/min (I000 fpm) läuft, speichert sie in beträchtlichem Maße kinetische Energie, so daß im Falle eines Auftreffens auf die Stangenelektrode diese zerstört wird oder die Bahn unterbrochen wird. Bei dem sehr kleinen zulässigen Spalt können Einschnitte oder Risse in der Bahn angehobene Bereiche erzeugen, die größer sind als der freie Raum oder der Spalt, was zu einem zerstörenden Zusammenstoß mit der Stangenelektrode führt. Außerdem werden die Bahnen periodisch miteinander verbunden, wodurch das Material in doppelter Stärke eingeführt wird, welches, wenn die Vorderkante sich anhebt, zu einem Kontakt mit der Stangenelektrode führen kann. Wie die vorstehenden Ausführungen zeigen, ist die ortsfeste Stangenelektrode für eine Behandlung einer Pappenbahnware durch Koronaentladung mit hoher Geschwindigkeit nicht vorteilhaft.

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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, die vorstehenden Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ortsfeste Stangen- oder Plattenelektrode durch eine Rollenelektrode ersetzt wird, die einen direkten Rollkontankt mit der Oberfläche der Bahn hat.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vorbereiten eines dielektrischen Bahnsubstrates mittels Koronaentladung für das Haften von Kunststoffmaterial hat somit eine erste und eine zweite Rolle, die für eine Rotation auf parallelen Achsen angeordnet sind, wobei wenigstens eine der Rollen für eine vorgespannte Bewegung zu der anderen Rolle hin installiert ist. Dabei sind Einrichtungen vorgesehen, um die Bahn dazwischen in Rolleingriff mit den beiden Rollen hindurchzuziehen. Bei einer der beiden Rollen besteht die radiale Außenfläche, also die ganze, mit der Bahn in Eingriff kommende Oberfläche, aus einer dünnen Schicht eines dielektrischen Materials. Weiterhin sind Einrichtungen vorgesehen, um einen elektrisch leitenden Kontakt mit im wesentlichen der gesamten radialen Innenfläche dieses dielektrischen Materials zu bewirken. Bei der anderen Rolle besteht die gesamte, mit der Bahn in Eingriff kommende Oberfläche aus einem elektrisch leitenden Material. Zusätzlich sind Einrichtungen vorgesehen, um eine eine Korona erzeugende Spannung zwischen dem leitenden Material und der Einrichtung zur Bewirkung des leitenden Kontaktes anzulegen.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein dielektrisches Bahnsubstrat, das für das Anhaften einer Kunststoffbeschichtung dadurch vorbereitet wird, daß es zwischen zwei Rollen in Rollkontakt mit diesen Rollen hindurchgeführt wird. Die eine Rolle hat einen leitenden Kern und einen isolierenden Mantel, während die andere Rolle eine leitende Oberfläche aufweist. Die leitenden Abschnitte der beiden Rollen werden mit einer

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Wechselstromhochspannungsquelle verbunden, um eine Koronaentladung zwischen den Abschnitten zu erreichen, wodurch die Vorbereitung bzw. Aufladung bewirkt wird. Parallel zu der ersten Rolle können zusätzliche Rollen mit leitenden Oberflächen angeschlossen werden.

Anhand der beiliegenden Zeichnung, in welcher schematisch eine Ausfuhrungsform einer Vorrichtung gezeigt ist, wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Bei dieser Vorrichtung wird die Bahn 1o über eine Stützrolle

11 mitgenommen und steht mit einer Andrückrolle oder einer Spannrolle 12 in Eingriff. Die Rolle 12 ist am freien Ende einer Schwenkhalte rung 13 angebracht, die von einem Abschnitt eines Rahmens 14 getragen wird. Die Stützrolle 11 ist für eine Rotation um eine ortsfeste Achse 15 installiert, die in nicht gezeigten Rahmenteilen gehalten ist. Die Rolle

12 kann aus Aluminium oder einem anderen geeigneten leitenden Metall bestehen, mit welchem die elektrisch leitende Verbindung über die Halterung 13 hergestellt werden kann. Die Rolle 12 kann massiv oder hohl sein, muß aber mit einer leitenden Außenoberfläche mit der Halterung 13 verbunden sein. Die Halterung 13 ist gegenüber dem Rahmenabschnitt 14 in geeigneter Weise isoliert.

Die Rolle 11 kann einen metallischen Kern 16 haben, der mit einer dünnen Schicht eines isolierenden oder dielektrischen Materials 17 ummantelt ist. Beispielsweise kann die Schicht 17 eine Stärke von etwa 4,8 mm (3/16") haben. Der metallische Kern 16 sollte mit Masse oder mit einer Stelle eines Bezugspotentials verbunden sein. Dies kann zweckmäßigerweise über die Rollenwelle 18 oder auf irgendeine andere geeignete Weise erreicht werden.

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Die Spannung zur Erzeugung der Koronaentladung wird von einer Wechselstromhochspannungsquelle 19 zugeführt, die einen Transformator 2o speist, dessen Sekundärwicklung zwischen Erde oder den Bezugspotentialpunkt und den leitenden Träger 13 für die Rolle 12 geschaltet ist.

Bei einer Versuchanordnung wird eine Rolle 12 mit einem Durchmesser von 7,6 cm (3") von einer Hochspannungsquelle 19 gespeist, die aus einer Säulenkoronaentladungs-Behandlungseinrichtung besteht, die eine Nennleistung von 8,4 kVA und eine gesteuerte Spannungsabgabe mit einer Frequenz in der Größenordnung von 1oooo Hz hat.

Die gezeigte Vorrichtung soll einem Kunststoffolienextruder und den üblichen Zuführungs- und Aufwickelrollen zugeordnet werden, um eine kontinuierliche Behandlung und Beschichtung des Substrates zu bewirken.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde experimentell geprüft und hat zufriedenstellende Resultate ergeben. Dabei wird eine Pappebahn, deren Breite etwas unter 61 cm (24") liegt, mit Polyäthylen unter verschiedenen Bedingungen beschichtet, um die Vorrichtung zu prüfen. Verwendet wird ein 11,4 cm-Extruder (4,5" Egan-Extruder), der ein 66 cm Strangpreßwerkzeug (26 "-Johnson Flex-Lip) beschickt. Benutzt wird eine Extrusionsschmelztemperatur von 343 C (65o F) bei einer Kühlrollentemperatur von 21⁰C (7o°F), um die Pappeware mit einer Polyäthylenschicht zu überziehen, die eine Stärke von etwa o,o25 mm (1/1000 ") hat.

Wenn keine Vorbehandlung des Substrates erfolgt, erhält man bei einer Produktionsgeschwindigkeit von 3oo m/min (I000 fpm) keine Haftung. Zufriedenstellende Ergebnisse ergeben sich jedoch bei zwei getrennten Versuchen, bei denen die Hochspannungsquelle 19 für eine Ausgangsspannung von 39o V und einen Strom von 9 A eingestellt ist, wodurch ein'

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Behandlungspegel von 3,5 kVA erreicht wird. o,o25 mm starke Polyathylenbeschichtungen v/erden dabei mit guter Haftung bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von 3oo m/min aufgebracht.

Um die Wirkung des Äbstands der leitenden Rolle 12 von der oberen Fläche der Bahn zu untersuchen, wird diese etwas angehoben, so daß der Spalt zwischen den Rollen 11 und 12 etwa 1,6 mm (1/16") beträgt. Wenn die Spannungsquelle für eine Ausgangsspannung von 39o V eingestellt ist, beträgt der Strom etwa 7,5 A für ein Behandlungsniveau von 2,9 kVA. Es hat sich gezeigt, daß die sich ergebende Beschichtung dehnbar bzw. überbeansprucht ist.

Weiterhin wurde die Auswirkung einer zusätzlichen leitenden Rolle in Kontakt mit der Bahnfläche untersucht, wobei diese Rolle parallel zur Rolle 12 mit Energie beschickt wird. Für diesen Zweck wird eine nicht gezeigte leitende Rolle mit 5 cm (2") in gleicher Weise wie die Rolle 12 montiert und elektrisch parallel dazu geschaltet. Die nachstehende Tabelle gibt die Ergebnisse von vier getrennten Versuchen wieder:

Einstellung der Spannungsquelle 19 mit zwei leitenden Spannrollen

V A kVA Haftung

38o	14,5	5,5	gut
32o	1o	3,2	gut
36o	12,5	4,5	gut
38o	14	5,3	gut

Zusätzlich zu den faserigen Bahnen aus Papier oder Pappe wurde die Vorrichtung in Verbindung mit der Vorbehandlung von flachen Polyäthylenfolien geprüft.

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Für die großtechnische Produktion wird eine Stützrolle mit einem Durchmesser von etwa 4o_f6 cm (16") zusammen mit einer Spannrolle mit einem Durchmesser von 7,5 bis 1o cm (3 bis 4") verwendet, wobei die Spannungsquelle eine Leistung von etwa 12 kVA hat. Um zufriedenstellende Ergebnisse zu erhalten, muß die Spannungsquelle 19 für eine automatische Steuerung ihrer Leistungsabgabe ausgerüstet werden, wodurch die Abgabeleistung bei einer gegebenen Einstellung trotz Änderungen der Umgebungstemperatur, der Feuchte, der Netzspannung, der Bahnstärke oder dergleichen im wesentlichen konstant gehalten wird.

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eerseite

Claims

- 9 -ANSPRÜCHE

1.] Vorrichtung zur Behandlung eines dielektrischen Bahnsubstrates mittels Koronaentladung für das Haften an Kunststoffmaterial, gekennzeichnet durch eine erste Rolle (11) und eine zweite Rolle (12), die für eine Rotation auf parallelen Achsen angeordnet sind, wobei wenigstens eine der Rollen für eine vorgespannte Bewegung zur anderen Rolle hin installiert ist, durch eine Einrichtung zum Ziehen der Bahn zwischen den Rollen (11, 12) hindurch in Rolleingriff mit beiden Rollen, wobei eine der Rollen (12) als gesamte, mit der Bahn in Eingriff bringbare Fläche die radiale Außenfläche einer dünnen Schicht eines dielektrischen Materials (17) und Einrichtungen aufweist, um einen*elektrisch leitenden Kontakt mit im wesentlichen der ganzen radialen Innenfläche der dielektrischen Schicht (17)zu bewirken, wennend die andere Rolle (12) auf ihrer ganzen, mit der Bahn in Eingriff kommenden Fläche aus einem elektrisch leitenden Material besteht, und durch Einrichtungen (19, 2o, 13) zum Anlegen einer die Koronaentladung erzeugenden Spannung zwischen dem leitenden Material und der Einrichtung zum Bewirken des leitenden Kontaktes.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (11) mit der mit der Bahn in Eingriff kommenden Schicht aus dielektrischem Material (17) einen metallischen Kern (16) aufweist, der mit einer Büchse aus dielektrischem Material (17) ummantelt ist.

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— M —

-ι.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum
Anlegen einer Korona erzeugenden Spannung eine
Wechselstromhochspannungsquelle (19) aufweist.

4. Verfahren zum Vorbereiten eines dielektrischen Bahnsubstrates mit einer Koronaentladung zur Unterstützung des Haftens eines Kunststoffmaterials, wobei die Bahn zwischen einem Paar von eine Korona erzeugenden Elektroden hindurchgezogen wird, insbesondere mit der
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Bahn zwischen
zwei leitenden Elektrodenrollen in Rollkontakt eingeklemmt wird, wobei eine der Rollen gegenüber der Bahn durch eine dünne Ummantelungsschicht aus dielektrischem Material isoliert wird.

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