DE2914820C2 - Verfahren zum Aufschmelzen von pulver- oder blattförmigem, thermoplastischem Kunststoffmaterial mittels Impulsbelichtung auf einer Unterlage - Google Patents

Verfahren zum Aufschmelzen von pulver- oder blattförmigem, thermoplastischem Kunststoffmaterial mittels Impulsbelichtung auf einer Unterlage

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Description

4000 2 Jl
(D
a 380,
IS
worin / die für einen Belichtungsimpuls der Strahlungsquelle für die Impulsbelichtung zugeführte elektrische Energie (Joule), N die während eines Belichtnngsimpulses bestrahlte Fläche (cm2), G das Gesamtgewicht (g) der Kunststoffmaterialschicht auf der bestrahlten Fläche während eines Belichtungsimpulses und Y1S die Gesamtfläche (cm3) der Kunststoffmaterialschicht auf der bestrahlten Fläche während eines Belichtungsimpulses bedeuten, eingehalten wird.
30
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschmelzen einer a^." einer Unterlage angeordneten Schicht eines pulverförmigen cder bU 'iförmigen, thermoplastischen Kunststoffmaterie's mittels Impulsbelichtung auf dieser Unterlage, wobei das {"anststoffmaterial eine Lichtdurchlässigkeit von weniger als 20% und einen Schmelzpunkt zwischen 40 und 2500C aufweist
Zum Aufschmelzen einer Schicht aus einem teilchenförmigen, thermoplastischen Kunststoffmaterial auf einer Unterlage werden üblicherweise zwei verschiedene Verfahren angewandt Bei dem ersten Verfahren wird der schichtförmig angeordnete, thermoplastische Kunststoff mit einer Wärmequelle in Berührung gebracht, während bei dem anderen Verfahren ein berührungsfreies Aufschmelzen des thermoplastischen Kunstsioffmaterials erfolgt, indem dieses durch Strahlungsenergie erwärmt wird. Das erstgenannte Verfahren hat den Vorteil, daß die zur Durchführung erforderliche Vorrichtung relativ klein ist und eine einfache Konstruktion aufweist, wobei jedoch der Nachteil vorliegt, daß aufgrund der Berührung mit der Wärmequelle eins Verunreinigung auftreten kann. Bei dem 2:weitgenannten Verfahren ist es von Vorteil, daß das thermoplastische Kunststoffmaterial nicht berührt und somit auch keine Verschmutzung auftreten kann, während aber der Nachteil in Kauf genommen werden muß, daß die Heizeinrichtung welche die Wärmeenergie, beispielsweise Ultraschallwellen oder Hochfrequenzenergie abgibt, groß ist und schwer zu warten ist.
Beim Aufschmelzen des thermoplastischen Kunst-Jtoffmaterials ist es von Bedeutung, daß auf das thermoplastische Künststöffmaterial, welches sich auf der Unterlage befindet, eine ausreichend große Wärmemenge aufgebracht wird, damit diese schmilzt Andererseits ist darauf zu achten, daß die Wärmemenge nicht zu groß ist, da sonst eine Gefährdung der Unterlage, auf der sich das Künststöffmaterial befindet, auftreten kann.
In der US-PS 28 07 703 wird ein Verfahren zum Aufschmelzen einer Schicht aus pulverförmigem, thermoplastischem Toner auf einer Unterlage beschrieben, wobei der Schmelzpunkt des dort angegebenen Toners bei etwa 120 bis 1500C liegt Zum Aufschmelzen wird eine Gasentladungslampe verwandt, welche im Impulsbetrieb gesteuert wird. Nähere Angaben darüber, welche elektrische Energie der Gasentladungslampe zugeführt werden muß, damit bei einer vc-fgegebenen Dicke der Tonerschicht der Toner so auf die Unterlage aufgeschmolzen wird, daß er an dieser gut haftet und daß die Unterlage selbst bei der Impulsbelichtung nicht beeinträchtigt wird, enthält diese Patentschrift nicht
Aus der DE-OS 27 30 379 ist ein druckfixierbares Tonerpulver bekannt Ein aus diesem Tonerpulver bestehendes Tonerbild kann lediglich durch Druckeinwirkung auf einer Unterlage fixiert werden, ohne daß eine besondere Wärmezufuhr erforderlich ist Dieses Tonerpulver wird aus einer Mischung aus Polyäthylen und Ruß hergestellt, die im erwärmten Zustand durchgearbeitet wird, woraufhin die erhaltene Masse abgekühlt und anschließend vermählen und nach Teilchengröße getrennt wird.
In der DE-OS 15 97 898 wird ein Verfahren zum Aufschmelzen von pulverförmigem Toner auf einer Unterlage mittels Impulsbelichtung beschrieben. Es wird dort auch .besonders darauf hingewiesen, daß die Dauer des Lichtimpulses von besonderer Bedeutung ist um eine selektive Fixierung zu erhalten. Angaben jedoch darüber fehlen, auf welche Weise die Impulsbelichtung in Abhängigkeit von der vorhandenen Tonermenge durchgeführt werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Verfahren der eingangs genannten Art Bedingungen anzugeben, deren Einhaltung eine sichere Verbindung zwischen der Unterlage und dem aufgeschmolzenen Kunststoffmaterial gewährleistet, ohne die Unterlage zu beeinträchtigen.
Erfindungsgemäß wird diese ^yfgabe dadurch gelöst, daß die Bedingung
worin /die für einen Belichtungsimpuls der Strahlungsquelle für die Impulsbelichtung zugeführte elektrische Energie (Joule), /V die während eines Belichtungsimpulses bestrahlte Fläche (cm2), G das Gesamtgewicht (g) der Kunststoffrnaterialschicht auf der bestrahlten Fläche während eines Belichtungsimpulses und £Sdie Gesamtfläche (cm?) der Kunststoffmaterialschicht auf der bestrahlten Fläche während eines Belichtungsimpulses bedeuten, eingehalten wird.
Aufgrund der Erfindung wird eine Bedingung angegeben, welche einen Zusammenhang zwischen der der Strahlungsquelle zugeführten Energie, der bestrahlten Fläche, der bestrahlten Kunststoffrnaterialschicht und dem Gewicht des Kunststoffmaterials darstellt, wobei bei Erfüllung dieser Bedingung stets eine zuverlässige Schmelzfixierung erhalten wird. Ohne Schwierigkeiten ist es möglich, die verschiedenen, genannten Größen aufeinander abzustimmen, ohne längere Versuchsreihen durchführen zu müssen. Keiner der vorhergehend genannten Druckschriften läßt sich ein Hinweis dafür entnehmen, die in der für das erfiridüngsgemäße Verfahren angegebenen Bedingung enthaltenen Größen miteinander zu verknüpfen und eine allgemeine Aussage dahingehend zu erhalten, daß
wenn diese Bedingung erfüllt ist, ein zuverlässiges Aufschmelzen des Kunststoffmaterials auf der Unterlage erreicht wird. Weder die US-PS 28 07 703 noch die PE-OS 15 97 898 erwähnen, daß die Kunststoffmaterialmenge bzw. deren Gewicht von Bedeutung ist
Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine Skizze, die das Verfahren veranschaulicht, mit dem em Kunststoff durch Blitze einer Blitzentladungslampe auf ein Papier aufgeschmolzen wird,
F i g. 2 eine schematische Ansicht die eine Blitzentladungslampe und eine Schaltung für die Energiezufuhr zeigt
F i g. 1 veranschaulicht das Stadium, wenn eine Kunststoffschicht 2 auf ein Papier 1 aufgeschmolzen wird unter Verwendung einer Blitzentladungslampe 4 und eines nächst der Lampe angeordneten Spiegels 3. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die Konstruktion der Blitzentladungslampe 4 und deren StromversorgungsschaJtung. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, sind beide Enden eines Glaskolbens 5 mit Metallklappe' 6 luftdicht verschlossen. 7 und 8 stellen eine Kathode bzw. Anode dar und mit L und D ist die Blitzentladungsstrecke bzw. der Innendurchmesser des Kolbens 5 bezeichnet Die Stromversorgungsschaltung zur Auslösung der Ausstrahlung in der Blitzentladungslampe 4 umfaßt einen Ladewiderstand R, einen Entladekondensator C, einen Hochspannungsgenerator HV, einen Zündschalter SW und eine Zündelektrode 9, die mit dem Hochspannungsgenerator f/Kverbunden ist
Die Emission wird in der Blitzentladungslampe 4 ajf folgende Weise ausgelöst:
Der Zündschalter SW wird geschlossen, um an die Blitzentladungslampe 4 ein hohes elektrisches Feld anzulegen und das zwischen der Kathode und Anode enthaltene Füllgas zu ionisieren. Dadurch wird die Ladung des Entladungskondensators C zwischen Kathode und Anode entladen und bewirkt eine Emission in der Blitzentladungslampe 4.
In der vorliegenden Erfindung wird der so erzeugte Blitz als Heizenergie verwendet. Da Papier oder Kunststoff ein besonderes Verhalten gegenüber dem Licht hat, wird, selbst wenn der Blitz gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren ausgestrahlt wird, die Kunststoffschicht nicht immer jut auf dem Papier festgeschmolzen. Genauer gesagt, hat ein Kunststoff gewöhnlich eine gute Durchlässigkeit für UV-Strahlen, sichtbare Strahlen und IR-Strahlen und daher kann, auch wenn der Kunststoff mit einem Blitz bestrahlt wird, die Temperatur nicht so weit erhöht werden, daß der Kunststoff festgeschmo!zen wird.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung ist es wichtig, daß ein Wärmeabsorptionsmittel, das die Fähigkeit besitzt, Wärme zu absorbieren, im voraus in den aufzuschmelzenden Kunststoff eingemischt wird oder daß der Kunststoff im voraus mit dem Wärmeabsorptionsmittel überzogen wird.
Proben von Kunststoff und Papier, die bei den zur vorliegenden Erfindung führenden Grundversuchen verwendet wurden, wurden beispielsweise folgendermaßen hergestellt;
Eine Pulvermischung, hergestellt durch homogenes Mischen von 80 mg eines Polyäthylenpulvers mit einer Korngröße Von etwa 1 μιτι, wurde in der Form einer gleichmäßigen Scnicht auf einen Strahlungsbereich mit einer Fläche von 100 cm2 auf einem handelsüblichen Blaupauspapier aufgebracht. Die Ergebnisse verschiedener Versuche bestätigten, daß die Lichtdurchlässigkeit einer solchen Schicht kleiner als 20% sein muß.
Bei Verwendung einer solchen Probe kann der Kunststoff durch die Emissionsenergie der Blitzentladungslampe 4 auf das Blaupauspapier aufgeschmolzen werden. So kann beispielsweise der Kunststoff auf dem Blaupapier in einem guten Zustand festgeschmolzen werden, wenn die Emission unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß die Entladungsstrecke L 26 cm,
ίο der innendurchmesser D des Kolbens 8 mm, der Druck der Xenongasfüllung 287 mbar und die zugeführte elektrische Energie / 500 Joule beträgt Es wurden verschiedene Blitzlampen hergestellt durch Einfüllen von Edelgasen, wie etwa Xenon, und Gasgemischen, in Glaskolben mit einem Innendurchmesser von mehr als 3 mm und einer Entladungsstrecke von mehr als 4 cm und unter Verwendung dieser Blitzlampen wurden Aufschmelzversuche mit verschiedenen Emissionsenergiewerten / (Joule) durchgeführt Als Ergebnis wurde gefunden, daß, wenn der Wert ' höher als 640 Joule oder niedriger als 60 Joule war, keine gute Bindung durch Aufschmelzen erreicht wurde.
Da in den vorstehenden Proben mit den Werten S=N=IOO cm2 und G= 160 χ 10"3g gearbekot wurde, gilt
„(£§)= 4000
und
Jl (τ!) = 380 Fur J = 60 Joule-
Es bestätigt sich also, daßt wenn der Wert von
höher als 4000 oder niedriger als 380 ist keine guten Resultate erzielt werden. Genauer gesagt, wird, wenn dieser Wert höher als 4000 ist, das Substrat verschmort oder verfärbt und wenn der Wert niedriger als 380 ist, ist die Bindung durch Aufschmelzen unvollständig. Um also eine pulverförmige Kunststoffschicht ausreichend und ohne Verschmoren oder Verfärben des Papier oder sonstigen Substrats auf dieses Papier od. dgl. aufzuschmelzen, ist es wichtig, daß die Emissionsenergie / (Joule) so gesteuert wird, daß die folgende Beziehung zum Gewicht der Kunststoffschicht hergestellt wird:
4000 a Jl
'H \
380.
vVie aus vorstehende Beschreibung deutlich wird, sieht die Erfindung ein neues Erwärmungsverfahren unter Verwendung der Emissionsenergie einer Blitzentladungslampe vor, das ganz verschieden ist zu den herkömmlichen Erwärmungsverfahren; ein pulverförmiger oder folienartiger Kunststoff wird mit Hilfe dieses neuen Verfahrens auf ein Papier aufgeschmolzen und unter Berücksichtigung der besonderen Eigenschaften des Papiers und des Kunststoffs gegenüber dem Licht wird die Emissionsenergie /(Joule) so gesteuert, daß für das Gewicht der Kunststoffschicht die Bedingung erfüllt ist:
4000S://(-^)S: 380.
Auf diese Weise kann das Aufschmelzen effektiv und vorteilhaft ausgeführt werden.
Es ist zweckmäßig, daß im Rahmen der Erfindung ein Kunststoff verwendet wird, dessen Schmelzpunkt im Bereich von 40° C bis 2500G liegt.
Der hervorstehendste Vorzug des kontaktfreien Holzverfahrens, nämlich, daß der Kunststoff nicht verunreinigt wird, kann mit der Erfindung erzielt werden. Da außerdem die Wärmequelle, die im Rahmen der Erfindung verwendet wird, eine Blilzentladungslampe, einen nahe dabei angeordneten Spiegel und eine Stromversorgungsschaltung umfaßt, kann die Wärmequelle sehr bequem gewartet, gehandhabt und gesteuert
werden. Daher hat das erfindungsgemäße Verfahren einen hohen praktischen Wert.
Da außerdem die Emission der Blitzentladungslampe eine momentane Emission ist, kann eine übermäßige Temperatursteigerung in einem unnötigen Bereich verhindert werden und die Erhitzung und Aufsehmelzung der Kunststoffschicht kann bei Bedarf augenblicklich vorgenommen werden. Das erfinduhgsgemäße Verfahren kann demgemäß vorteilhaft für die Herstellung von Schichtpapieren oder für die Schmelzfixierung von Tonern auf Kopieblättern in einer eleklrophotographischen Kopiermaschine angewendet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zum Aufschmelzen einer auf einer Unterlage angeordneten Schicht eines pulverförmigen oder blattförmigen, thermoplastischen Kunststoffmaterials mittels Impulsbelichtung auf dieser Unterlage, wobei das Kunststoffmaterial eine Lichtdurchlässigkeit von weniger als 20% und einen Schmelzpunkt zwischen 40 und 2500C aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung
DE2914820A 1979-04-05 1979-04-11 Verfahren zum Aufschmelzen von pulver- oder blattförmigem, thermoplastischem Kunststoffmaterial mittels Impulsbelichtung auf einer Unterlage Expired DE2914820C2 (de)

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US06/027,170 US4214935A (en) 1979-04-05 1979-04-05 Process for fusion-bonding of resins

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DE2914820A1 DE2914820A1 (de) 1980-10-16
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