DE2656804A1 - Verfahren zum t- oder stumpfschweissen von laminiertem vollsynthetischem material - Google Patents

Verfahren zum t- oder stumpfschweissen von laminiertem vollsynthetischem material

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DE2656804A1 DE19762656804 DE2656804A DE2656804A1 DE 2656804 A1 DE2656804 A1 DE 2656804A1 DE 19762656804 DE19762656804 DE 19762656804 DE 2656804 A DE2656804 A DE 2656804A DE 2656804 A1 DE2656804 A1 DE 2656804A1
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Description

τρ 450
As/F
Patentanwälte ψ *
Dipl. Ing. Hans-Jürgen Mttlier
Dr. rer. nat. Thomas Berendt
D6 Mönche« 80 LvcHs-Grahit-Slrai· 38
AB Ziristor, Postfack, S-221 01 Lund 1 (Schweden)
Verfahren zum T- oder Stumpfschweißen von laminiertem vollsynthetischem Material
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum T- oder Stumpfschweißen von laminiertem Thermoplastmaterial, bestehend aus einer Trägerschicht aus porösem Kunststoff und Außenschichten aus kompaktem Kunststoff, bei dem zur Erhöhung der Festigkeit der Schweißung die Kantenfläche, an der die Schweißung durchgeführt werden soll, wärmebehandelt wird.
Flüssigkeitsdichte Verpackungen, z.B. für flüssige Nahrungsmittel werden u.a. aus laminiertem, vollsynthetischem Material, bestehend aus einer zentralen Schicht aus geschäumtem, porösem Kunststoff mit beiderseitiger, auflaminierter Beschichtung aus kompaktem Kunststoff hergestellt. Die Zentral- oder Kernschicht ist wesentlich dicker als die Außenschichten und kann z.Bo eine Dicke von 0,8 mm haben, während jede der beiden Außenschichten eine Dicke von ca. 0,1 mm hat. Dieses laminierte Material kanu außerdem weitere Schichten
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aus Kunststoff oder beispielsweise aus Aluminiumfolie enthalten, jedoch ist das Hauptprinzip des Materials die Konstruktion hohen Widerstandsmoments mit einer verhältnismäßig dicken Kernschicht und beiderseits auflaminierten Schichten, die dem Material eine besonders gute Steifigkeit verleihen. Dieses Material hat sich in letzter Zeit zunehmend durchgesetzt, und dies ist in erster Linie darauf zurückzuführen, daß das Material außerordentlich leicht und in der Herstellung zudem billiger ist als die früher verwendeten Verρackungslaminate mit einer Kernschicht aus Pappe·
Die verschiedenen bekannten Verpackungstypen, die aus dem beschriebenen laminierten Kunststoffmaterial hergestellt werden, sind von mannigfaltiger unterschiedlicher Ausbildung und haben daher auch Fugen oder Nähte von mannigfaltigen unterschiedlichen Ausbildungen. Den verschiedenen bekannten Typen ist jedoch gemeinsam, daß bein Zusammenfügen und Verschweißen des Materials die thermoplastischen Eigenschaften des Materials genutzt werden, d.ho, das bereinigen im allgemeinen derart durchgeführt wird, daß der für die Verbindung vorgesehene Bereich auf eine solche Temperatur erhitzt wird, daß das Thermoplastmaterial erweicht wird, und anschließend die zu verbindenden Teile dir jkt zur Berührung gebracht und gegeneinandergepreßt werden. Bei überlappten Nähten oder auch bei Nähten an gegeneinandergelegten Innenseiten hat sich dieses Verfahren bewährt, denn es führt zu sehr dauerhaften Schweißnähten, weil verhältnismäßig große Flächenteile der Oberflächenschicht en des Materials zusammengefügt werden. Zur Schaffung mannigfaltigerer Möglichkeiten des Formensund Ausbildens der Yerpackungstypen ist es auch erwünscht, fein Schweißen des laminierten Materials in der Form von T- und Stumpfnähten zu ermöglichen, d.h. von Nähten, bei denen die betreffenden Materialbahnen oder -stücke in T—Form oder auch Kante an Kante zusammengefügt werden. Bei Fugen oder Nähten dieses Typs kann, mindestens bei dem einen der betreffenden
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Materialstücke,für die Naht nur die Kantenfläche des Materialstückes verwendet werden. Da die Kernschicht aus geschäumtem Kunststoff an sich eine nur sehr geringe Festigkeit aufweiset, werden in der Tat nur die Kantenflächen der beiden homogenen Kunststoffschichten bei der Schweißung verwendet, und dies hat zur Folge, daß diese Art von Nähten schwierig einerseits wasserdicht und andererseits mit befriedigender Festigkeit herzustellen ist.
Es ist vorgeschlagen worden, dieses Problem dadurch zu lösen, daß bei dem Zusammenfügen nicht die thermoplastischen Eigenschaften des Materials genutzt werden, sondern anstatt dessen auf den Nahtbereich für das Zusammenfügen einen heißschmelzenden Kleber, ein sogenanntes Hot-Melt, aufzubringen. Diese Lösung ist jedoch mit schwerwiegenden Nachteilen behaftet, weil das Anbringen des Hot-Melt einen zusätzlichen Arbeitsgang erfordert, der die Maschinen für die Herstellung der Verpackungen kompliziert·
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, thermoplastisches Materials des genannten Typs in der Form von T- oder Stumpfnähten dennoch unter Nutzung der thermoplastischen Eigenschaften und ohne Anbringen eines Klebers oder Haftmittels zusammenzufügen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Erzielung dichter und fester T-förmiger oder stumpfer Schweißungen des+thermoplastischen Materials beseitigt die obengenannten Nachteile.
Dies wird dadurch erzielt, und andere Vorteile werden dadurch erreicht, daß gemäß der Erfindung ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kantenfläche vor dem Schweißen mittels eines Heißluftstrahles erhitzt wird, dessen Hauptstrom eine etwas größere Dicke hat + laminierten
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als die Kernschicht des Materials und der im wesentlichen unter rechtem ¥inkel gegen die Kantenfläche gerichtet ist, so daß vor dem Schweißen die Kantenfläche derart zum Schmelzen gebracht wird, daß sich die Kernschicht zurückzieht und die beiden Außenschichten gegeneinanderschmelzen und einander im wesentlichen in der Mittelebene des Materials treffen.
Merkmale besonderer Weiterbildungen des Verfahrens gemäß der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Durch das Verfahren gemäß der Erfindung erfährt das Problem des Zusammenfügens von laminiertem thermoplastischem Material in T- oder Stumpfnähten eine vorteilhafte neue Lösung. Gemäß der Erfindung braucht keinerlei zusätzliches Material verwendet zu werden., sondern es erfolgt anstatt dessen eine Umformung der Materialkante in solcher Weise, daß sie eine erhöhte Eignung zum Schweißen erhält. Die aufgezeigte Lösung kann in Verbindung mit dem normalen erforderlichen Erhitzen der Kante für das eigentliche Schweißen erfolgen und erfordert keinerlei zusätzliche komplizierte Hilfsgeräte, sondern lediglich ein genaueres und speziell gezieltes Erhitzen der zusammenzufügenden Materialkanten.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben, die den Verfahrensablauf schematisch veranschaulicht.
Fig. 1a bis 1c zeigen teilweise im Schnitt und·in vergrößertem Maßstab das fortschreitende Erhitzen einer Materialkante bei der Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung und
Fig. 2 zeigt im Schnitt und in noch größerem Maßstab zwei Materialstücke nach dem Erhitzen entsprechend dem
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Verfahren gemäß der Erfindung und nach anschließendem Zusammenfügen.
In Fig. 1 ist ein Teil eines Materialstückes mit einer Kernschicht 2 aus porösem Kunststoff, z.B. geschäumtem Polystyrol, dargestellt. Die Kern- oder Trägerschicht 2 hat ieine Dicke von 0,8 mm und ist mit beiderseits auflaminierten kompakten Schichten 3» ^ aus thermoplastischem Material, z.B. Polystyrol oder Polyäthylen, beschichtet. Die Schichten 3, 4 sind je ca. 0,1 mm dicke Die auf der rechten Seite in der Figur dargestellte Kante 5 des Materialstückes ist im wesentlichen rechtwinklig zur Ebene des MaterialStückes 1 abgeschnitten. Rechts von dieser Kante 5 des MaterialStückes befindet sich eine Düse 6, die mit einer Anzahl von Luftaustrittslöchern ausgestattet ist, die von zylindrischer oder länglicher Form und eng nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind, deren Länge der Breite des Materialstückes oder der -bahn bzw. der Länge der Kanteilfläche 5 entspricht, die mittels eines durch die Kanäle 7 der Düse 6 austretenden Heißluftstrahles werden solle Der Kanal 7 hat eine lichte Höhe, die etwa der
2 1- bis 3-fachen Dicke der Trägerschicht entspricht.
Figo 1a zeigt das Materialstück vor dem Erhitzen der Materialkante 5 durch Heißlüfte Fig. 1b zeigt das Materialsttick während des Erhitzens der Kante 5» und. Fig. 1c zeigt das Materialstück unmittelbar vor Unterbrechung des Erhitzens.
Fig. 2 das Materialstück 1 nach dem Zusammenfügen desselben mit einem zweiten Materialstück 8; das vom gleichen Typ und Aufbau wie das Materialstück 1 sein kann, unter Bildung einer T-Naht.
¥enn die beiden Materialstücke 1, 8 durch eine T-Naht verbunden werden sollen, ist das Vorgehen gemäß der Erfindung das folgende: Das eine Materialstück 1 (Fig. la), dessen Außen- + zeigt
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schichten 3» ^- von übereinstimmender Dicke sind, wird der Mündung des Kanals 7 der Düse 6 derart gegenübergestellt, daß die Mittellinie der Mündung mit der Mittelebene des Materialstückes 1 zusammenfällt. Der Abstand zwischen der Kantenfläche 5 des Materialstücks 1 und der Mündung des Luftkanals 7 ist annähernd derart gewählt, daß er das 1- bis 1,5-fache der Dicke des MaterialStückes 1 beträgt. Das Ausfluchten und das Einstellen des Abstandes zwischen dem Materialstück 1 und der Düse 6 können, je nach Art der Verpackungsmaschine, in der der Arbeitsvorgang durchgeführt werden soll, durch Bewegen entweder des MaterialStückes 1 oder der Düse 6 oder dieser beiden Teile erfolgen.
Nach Ausrichtung des Materialstücks 1 und der Düse 6 wird durch den Kanal 7 der Düse ein Heißluftstrahl gegen die Kantenfläche 5 des Materialstückes 1 geblasen. Dank der Ausrichtung der Düse 6 trifft der Hauptstrom des Luftstrahles, von dem vorausgesetzt werden kann, daß er fast die gleiche Dicke oder den gleichen durchmesser wie der Kanal 7 hat, die Kantenfläche 5 symmetrisch, und dies hat, wie aus Fig. Ib ersichtlich, zur Folge, daß die Trägerschicht 2 nach Erhitzen auf ihre Erweichungstemperatur sich in bezug auf die äußeren Schichten etwas zurückzieht, was einerseits auf die Tatsache, daß die Schicht 2 früher schmilzt als die äußeren Schichten, die eine erheblich höhere Wärmekapazität haben, sowie andererseits auf die Wirkung des dynamischen Druckes der austretenden Heißluft zurückzuführen ist. Zur gleichen Zeit erweichen die an der Kantenfläche 5 gelegenen äußeren Teile der beiden äußeren Schichten 3» ^ dee Materialstückes 1 unter der ¥ir kung der Wärme durch und werden gegen die Mitteleben· des Materialstückes einwärtsgebogen.
Beim fortgesetzten Erhitzen (Fig. Ic) schreitet das Einfalten der Kantenzone 5 der beiden äußeren Schichten 31 4- fort, bis die Kanten dieser Schichten geradeswegs vor der Mittelebene
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des Materialstückes 1 aufeinandertreffen und miteinander teilweise verschmelzen. Die Schichten schützen' dann das darunterliegende geschäumte Material vor weiterem Schmelzen.
Unmittelbar nach diesem Erweichen und Umformen der Kantenfläche 5 des Materialstückes 1 wird die Düse 6 zurückgezogen, und die Kantenfläche 5 des MaterialStückes 1 wird mit dem zweiten Materialstück 8 vereinigt und an diesem mittels einer T-Naht verbunden. Parallel mit dem beschriebenen Erhitzen der Kantenfläche 5 des Materialstückes 1 wird zweckmäßigerweise auch ein Erhitzen der Oberflächenschicht des anderen für die Schweißung zu verwendenden MaterialStückes durchgeführt.
Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab einen Schnitt durch die beiden zusammengefügten Materialstücke 1,8. Aus der Figur wird deutlich, daß die Naht vollständig zwischen den beiden eingefalteten Außenschichten 3» ^ des MaterialStückes 1 und der einen Außenschicht des anderen MaterialStückes 8 ausgeführt wurde, so daß eine sehr feste und dauerhafte Verbindung erre i cht wurde.
Bei dem oben, beschriebenen Fall sind nun die beiden Außenschichten des laminierten Thermoplastmaterials von gleicher Art und von gleicher Dicke, und dies bedeutet, dafi zur Gewährleistung eines regelmäßigen, symmetrischen Einfaltens der
der Außenschichten der Heißluftstrahl gegen den mittleren Teil/ an der Kante des Laminates freiliegenden Trägerschicht/gerichtet werden sollte. Mit anderen Worten, die Düse ist in der Verlängerung der Mittelebene des Materialstückes anzuordnen.
Wenn das Materialstück, dessen Kantenfläche für die Schweißung verwendet werden soll, mit Außenschichten unterschiedlicher Dicke oder untersc-hiedlicher Eigenschaften beschichtet ist, kann es erforderlich sein, die Düse in bezug auf die
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Mittelebene des MaterialStückes parallel zu sich selbst zu verschieben, so daß ein symmetrisches Einfalten der Außenschichten erzielt werden kannο Dabei wird die Düse z.B. in Richtung gegen die dickere Oberflächenschicht verschoben, und die erforderliche Strecke wird am besten für jeden Einzelfall ermittelt. Eine solche Verschiebung der Düse kann auch aus anderen Gründen erforderlich werden, beispielsweise dann, wenn die Verpackungsmaschine, in der das Verfahren durchgeführt werden soll, eine ungleiche Wärmeableitung von den Außenschichten des Laminates verursacht.
Die Dicke des Heißluftstrahles wird der Dicke des zu behandelnden Materialstückes angepaßt. Der Hauptstrom des Heißluft Strahles ^dessen Dicke als im wesentlichen gleich dear lichten Breite der Düsenmündung gelten kann, wird so gewählt, daß seine Dicke das 1- bis 3-fache der Dicke der Trägerschicht des laminierten Materials beträgt. Der Heißluftstrahl hat eine Gesamtdicke, die dem 1,5- bis 4 -fachen der Gesamtdicke des Materials entspricht. Pur die für die Herstellung von Verpackungsbehältern für Getränke o.dglo praktisch gebräuchlichen Materialdicken bedeutet dies» daß der Heißluftstrahl eine Gesamtdicke von zwischen 1 und 5 nim hat. Pur Thermoplaste der genannten Typen, nämlich Polystyrol oder Polyäthylen, muß der Heißluftstrahl eine Temperatur von 350 bis 450 °C und vorzugsweise von ca. 4θΟ C und eine Geschwindigkeit von 6 bis 12 m/sec, vorzugsweise von ca. 7»5 m/sec, haben. Bei niedrigeren Temperaturen und Geschwindigkeiten wird die erforderliche Erhitzung des Materials nicht innerhalb einer vertretbaren Zeitspanne erreicht, und höhere Temperaturen sowie höhere Luftgeschwindigkeiten haben eine ziemlich unregelmäßige Verformung der Materialkante zur Folge.
Das Um- bzw, Einfalten der Außenschichten des thermoplastischen Materials kann durch das Verfahren gemäß der Erfindung
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unabhängig von einer etwaigen Orientierung im den Laminatschichten erfolgen. Der Arbeitsvorgang kann je nach der zu verwendenden Verpackungsmaschine an einer ruhenden oder an einer bewegten Materialbahn vorgenommen werden.
Patentansprüche
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zum T- oder Stumpfschweißen von laminiertem Thermoplastmaterial, bestehend aus einer Trägerschicht (2) aus porösem Kunststoff und Auiäensch^chten (3, 4) aus kompaktem Kunststoff, bei dem zur Erhöhung der Festigkeit der Schweißung die Kantenfläche (5)» an der die Schweißung durchgeführt werden soll, warmbehandelt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Kantenfläche (5) vor dem Schweißen mittels eines Heißluftstrahls erhitzt wird, dessen Hauptstrom eine etwas größere Dicke hat als die Trägerschicht des Materials (1) und der im wesentlichen unter rechtem Winkel gegen die Kantenfläche (5) gerichtet wird, so daß vor dem Schweißen die Kantenfläche derart zum Schmelzen gebracht wird, daß sich die Trägerschicht (2) zurückzieht und die beiden Außenschichten (3, ^) gegeneinanderschmelzen und einander + in der Mittelebene des Materials (i) treffen.
    2c Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Heißluftstrahl bei gleicher Dicke der beiden Außenschichten (3, 4) des Materials (1) gegen die Mittelebene des Materials gerichtet ist, im Falle unterschiedlicher Dicken der Außenschichten hingegen in Richtung gegen die dickere Außenschicht hin verschoben wird.
    3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptstrom des Heißluftstrahls eine Dicke hat, die 1- bis 3-mal größer als die Dicke der Trägerschicht des laminierten Materials ist.
    4, Yerfahresa jaacJa einem der vor st eilenden Ansprüche, "' im wesentlichen
    gekennzeichnet , daß der Heißluftstrahl eine Gesamtdicke hat, die das 1,5- bis 4,0-fache der Gesamtdicke des Materials beträgt.
    5· Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Heißluftstrahl eine Dicke von 1 bis 5 πηπι hat.
    6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Heißluftstrahl eine Temperatur von 350 bis 450 G, vorzugsweise von ca. 400 °C hat.
    Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Heißluftstrahl eine Geschwindigkeit von 6 bis 12 m/sec, vorzugsweise von cao 7,5 m/sec hat.
    7 0 Ρ 3 ^ - / ^ s ^ ß
DE2656804A 1975-12-19 1976-12-15 Verfahren zum T- oder Stumpfschweißen von Schichtkörpern mit einer Innenschicht aus thermoplastischem Schaumkunststoff Expired DE2656804C3 (de)

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