DE2914821A1 - Verfahren zum aufschmelzen von kunststoffen - Google Patents

Verfahren zum aufschmelzen von kunststoffen

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Description

—3—
Beschreibung
Verfahren zum Aufschmelzen von Kunststoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschmelzen eines Kunststoffes auf Papier.
Als Erwärmungsverfahren zum thermischen Aufweichen oder zum. Festschmelzen von Kunststoffen wird gewöhnlich entweder ein i'/ärmeübertragungsverfahren verwendet, bei dem ein Kunststoff mit einerWärmequelle in Kontakt gebracht wird, oder ein kon— taktfreies Verfahren, bei dem der Kunststoff nicht mit der Wärmequelle in Berührung kommt, sondern beispielsweise durch Ultraschall oder Hochfrequenz erwärmt wird. Diese Verfahren haben Vor— und Nachteile und die geeignete Methode ist Je nach der beabsichtigten Verv/endung und dem Objekt zu wählen.
Wenn beispielsweise selbst eine geringe Verunreinigung unerwünscht ist, ist das Kontaktverfahren nicht zweckmäßig; doch hat dieses Verfahren den Vorzug, daß die benötigte Ausrüstung verhältnismäßig klein und von einfacher Konstruktion ist- Die kontaktfreie Ultraschall- oder Hochfrequenzerhitzung hat den Vorteil, daß der Kunststoff überhaupt nicht verunreinigt wird, aber den Nachteil, daß die Heizeinrichtung groß ist und ihre Wartung beschwerlich ist.
Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren zum Aufschmelzen von Kunststoffen zu schaffen, bei dem ein Kunststoff in Pulverform oder als Folie mit Hilfe einer neuartigen, von den herkömmlichen Verfahren ganz verschiedenen Erwärmungsmethode erhitzt und weichgemacht wird und der erweichte Kunststoff auf einem Papier oder einer Kunststoffplatte aufgeschmolzen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeich—
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' net, daß als Wärmequelle eine Blitz entladungslampe mit kleiner Wärmekapazität, die in der Lage ist, bei Bedarf augenblicklich Wärme zu erzeugen, verwendet wird und die Energieemission, die durch die folgende Formel gegeben ist:
Q = J/(| D2Lt) ,
worin Q die Energieemissionsdichte (Joule/cnrmsec), J die für die Bestrahlung einer zu erhitzenden Material— schicht notwendige zugeführte elektrische Energie (Joule) , D der Innendurchmesser (cm) des Kolbens der Blitzentla— dungslampe, L die Entladungsstrecke (cm), t-die Impulslänge (msec), die 1/3 des Scheitelwertes der tfellenform des elektrischen Stromes entspricht, und P das Umfangsverhältnis bedeutet,
derart gesteuert wird, daß der Kunststoff auf das als Substrat dienende Papier genügend festgeschmolzen wird ohne Beschädigung der Papierunterlage, indem die der Järmequelle in der Zeiteinheit pro V ο Ium en einheit zugeführte elektrische Energie verändert wird.
V/eitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:
Pig. 1 eine Skizze, die das Verfahren veranschaulicht, mit dem ein Kunststoff durch Blitze einer Blitζentladungslampe auf ein Papier aufgeschmolzen wird,
Fig. 2 eine schematische Ansicht, die eine Blitzentladungslampe und eine Schaltung fürdie Energiezufuhr zeigt,
Fig. 3 eine Kurve, die die Lichtabsorption von */eißem Papier zeigt.
Fig. 1 zeigt das Stadium, wenn eine Kunststoffolie 2 auf ein Papier 1 aufgeschmolzen wird unter Verwendung einer Blitzent-
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ladungslampe 4- und eines nächst der Lampe angeordneten Spiegels 3· Fig· 2 zeigt ein Beispiel für die Konstruktion der Blitz ent ladungslampe 4- und die Stromversorgungsschaltung für die Lampe. Wie aus Pig. 2 ersichtlich, sind beide Enden eines Glaskolbens 5 niit Metallkappen 6 luftdicht verschlossen. 7 und 8 stellen eine Kathode bzw. Anode dar; mit L ist die Ent— ladungsstrecke und mit D der Innendurchmesser des Kolbens 5 bezeichnet. Die Stromversorgungsschaltung zur Auslösung der Entladung in der Blitzentladungslainpe 4- umfaßt einen Ladewider— stand R, einen Entladekondensator C, einen Hochspannungsgenerator HV, einen Zündschalter SvI und eine Zündelektrode 9, die an den Hochspannungsgenerator HV angeschlossen ist.
Die Emission wird in der Blitz entladungslampe 4- auf folgende Weise ausgelöst:
Der Zündschalter Si·/ wird geschlossen, um an die Blitzentladungslampe M- ein hohes elektrisches Feld anzulegen und das zwischen der Kathode und der Anode enthaltene Füllgas zu ionisieren. Dadurch wird die Ladung des Entladekondensators C zwischen Kathode und Anode entladen und bewirkt eine Emission in der Blitzentladungslampe 4·.
In der vorliegenden Erfindung wird der auf diese Weise erzeugte Blitz als Heizenergie verwendet. Da Papier oder Kunststoff ein besonderes Verhalten zu Licht hat, wird, selbst wenn der Blitz nach dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren ausgestrahlt wird, die Kunststoffolie nicht immer auf dem Papier in gutem Zustand festgeschmolzen. Genauer gesagt hat ein Kunststoff gewöhnlich eine gute Durchlässigkeit für UV-Strahlen, sichtbare Strahlen und IR-Strahlen; daher kann, selbst wenn ein Kunststoff mit einem Blitz angestrahlt wird, die Temperatur nicht auf eine ausreichende Höhe gesteigert werden, um den Kunststoff festzuschmelzen.
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■"*
Gemäß dem Verfahren der Erfindung ist es wichtig, daß ein iärmeabsorptionsmittel, das die Fähigkeit hat, -iärme zu absorbieren, im voraus in den aufzuschmelzenden Kunststoff eingemischt wird oder der Kunststoff im voraus mit einem Wärmeabsorptionsmittel überzogen wird.
Proben von Kunststoff und Papier, die in den zur vorliegenden Erfindung führenden grundlegenden Versuchen verwendet wurden, wurden beispielsweise auf folgendeWeise hergestellt:
Eine Pulvermischung, hergestellt durch homogenes Mischen eines Polyäthylenpulvers mit einer Korngröße von etwa 3 Mikron, mit einem Kohlepulver mit einer Korngröße von etwa 1 Mikron in einem Volumenverhältnis von etwa 0,8 : 1, wurde in Form einer Schicht mit einerDicke von etwa 10 bis 50 Mikron auf ein handelsübliches Blaupauspapier aufgebracht. Wenn die Korngröße klein ist, ist die Ungleichmäßigkeit in der Dicke der ■Kunststoffschicht natürlich gering; wenn aber das Korn eine Größe von etwa 100 Mikron hat, ist die Schichtdicke mehr oder weniger ungleichmäßig. In diesem Fall entsteht, wenn der Kunststoff auf eine breite Fläche aufgeschmolzen wird, ein Defekt durch ungleichmäßige Dicke; wenn jedoch die Aufschmelzfläche etwa 50 cm χ 50 cm groß ist, wird der Effekt der vorliegenden Erfindung selbst in diesem Fall nicht wesentlich beeinflußt.
v/enn eine solche Probe verwendet wird, kann der Kunststoff auf das Blaupauspapier durch die Emissionsenergie der Blitzentladungslampe 4 aufgeschmolzen werden. Beispielsv/eise kann der Kunststoff auf dem Blaupauspapier in gutem Zustand schmelzfixiert werden, wenn die Emission unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß die Entladungsstrecke L 26 cm beträgt, der Innendurchmesser D des Kolbens 8 mm ist, der Druck des Füllgases Xenon 200 mm Hg (266 mbar) ist, die Energieemissionsdichte 20,4 beträgt, die zugeführte elektri—
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sehe Energie J SOO Joule und der '.vert t 3 msec beträgt;. Es wurden verschiedene Blitzlampen hergestellt, indem Edelgase, beispielsweise Xenon, und Gasgemische, in Glaskolben eingefüllt v/urden, die einen Innendurchmesser von mehr als 3 mm und eineEntladungsstrecke von mehr als 5 cm hatten, und diese Blitzlampen wurden verwendet, tun Aufschmelzversuche mit verschiedenen Werten Q der Energieemissionsdichte im Bereich von 0,1 bis 1000 durchzuführen· Als Ergebnis v/urde gefunden, daß das Blaupauspapier oft verschmor— te oder sich verfärbte und daß diese unerwünschte Erscheinung auftrat, wenn die Energieemissionsdichte der Blitzent— ladungslampe zu hoch oder zu niedrig war. Daherv/urden v/eitere Untersuchungen In diesem Punkt angestellt. Es stellt sich heraus, daß, wenn der t/ert Q kleiner als 1 war, eine lange Zeit zur Vollendung des Aufschmelzens erforderlich war, und daß, wenn das Blitzen oft wiederholt v/urde, bis das Eestschmelzen fertig war, weiße Teile des Pauspapiers sich verfärbten. Es wurde ferner gefunden, daß, wenn der Wert Q größer als 600 war, das Aufschmelzen in einer kurzen Zeit beendet war, aber zugleich weiße Teile des Pauspapiers verfärbt waren. Damit bestätigte sich, daß zum Aufschmelzen eines Kunststoffes auf Papier mittels eines Blitzes von einer Blitz entladungslampe ohne "Verfärbung des Papiers es notwendig ist, den Wert Q der Blitzlampenemission so zu steuern, daß er im Bereich von 1 bis 600 liegt (1 £ Q < 600).
Bei einer Prüfung der Lichtabsorption von weißem Papier sieht man, daß, wie in Fig. 3 gezeigt, bei Wellenlängen unter 0,4- Mikron die Lichtabsorption steil ansteigt und bei Wellenlängen über 0,8 Mikron allmählich zunimmt. Wenn also bei einer Blitzausstrahlung der Anteil an UV-Strahlen oder der Anteil an XR-Strahlen zu hoch ist., absorbiert das Papier selbst den Blitz sehr gut und seine Temperatur steigt an; vermutlich verfärbt sich deshalb das Papier in diesem Pail leicht durch Verschmoren.
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Bei einer Untersuchung des Spektralverhaltens für die Fälle Q < Λ ; Λ <= Q < 600 und Q > 600 wird deutlich, daß im Fall von Q < 1 die Strahlungsenergie des Wellenlängenbereiches über 0,8 Mikron mehr als etwa 28?^ der gesamten Strahlungsenergie ausmacht und im Fall von Q > 600 die Strahlungsenergie des Wellenlängenbereiches unter 0,4· Mikron mehr als 33$ der gesamten Strahlungsenergie beträgt. Auch im Hinblick auf diese Tatsache ist leicht einzusehen, daß der Fall von Q<i oder Q * 600 nicht zweckmäßig ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also ein neuartiges Erwärmung s verfahr en herangezogen, nämlich die Verwendung der Einissionsenergie einer Blitz entladungslampe, das ganz verschieden von den herkömmlichen Erwärmungsverfahren ist, und ein pulverförmiger oder folienartiger Kunststoff wird mit Hilfe dieses neuartigen Erwärmungsverfahrens auf ein Papier aufgeschmolzen, wobei unter Berücksichtigung der besonderen Eigenschaften des Papiers und des Kunststoffs die Energieeniissionsdichte Q der Blitsemission der Blitzentladungslampe im Bereich von 1 < Q< 600 gesteuert wird; dadurch kann das Aufschmelzen wirksam und vorteilhaft durchgeführt werden.
Es ist zv/eckmäßig, v/enn der Schmelzpunkt des im Rahmen der Erfindung verwendeten Kunststoffes im Bereich von 4O°C bis 300°C liegt. Der hervorstechende Vorteil der kontaktfreien Erwärmungsmethode, nämlich, daß der Kunststoff nicht verunreinigt wird, kann mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
Außerdem kann, da die in der Erfindung verwendete Wärmequelle eine Blitzentladungslampe, einen nahe daran angebrachten Spiegel und eine Energieversorgungsschaltung umfaßt, die Wärmequelle auf sehr einfache V/eise gewartet, gehandhabt und gesteuert v/erden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat daher einen hohen praktischen Wert.
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Das epfinduncsgemäße Verfahren kann vorteilhaft für die Herstellung von .Schichtpapieren verwendet werden, die aus einem Papier mit einem Kunststoffbelag bestehen, oder zum Schmelzfixieren von Toner auf Kopieblättern in einer elektrophotographischen Kopiermaschine.
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Claims (3)

8 MÜNCHEN 22 MAXIMILIANSTRASSE *3 Kazuyoshi Nagai 11. April 1979 No. 17-6, Kuraisawa-Cho, Totsuka-Ku, Yokohama City, Kanagawa Pref., Japan Pat entansprüche
1. Verfahren zum Aufschmelzen von Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet , daß ein pulverförmiger oder folienartiger thermoplastischer Kunststoff, der einen Schmelzpunkt zwischen 40° und 300° C hat, auf ein Papier aufgebracht wird und der Kunststoff auf das Papier mit Hilfe der Emissionsenergie einer Blitzentladungslampe aufgeschmolzen wird, die einen mit einem Edelgas als Hauptkomponente gefüllten Glaskolben aufweist, wobei die Energieemission der Blitzontla— dungslampe, die durch die folgende Formel gegeben ist: Q = J/(|D2Lt ),
wobei Q die Energieemissionsdichte (Joule/cm^msec), J die für die Bestrahlung einer zu erhitzenden Material— schicht notwendige zugeführte Energie (Joule), D der Innendurchmesser (cm) des Blitzentladungslampenkolbens, L die Entladungsstrecke (cm), t die Impulslänge (msec), die 1/3 des Scheitelwertes der Wellenform des elektrischen Stromes entspricht, und P das Umfangs verhältnis bedeutet,
derart gesteuert wird, daß sie in einem Bereich von 1 < Q < liegt.
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2. Verfahren nach Anspruch Λ , dadurch gekennzeichnet , daß in den thermoplastischen Kunststoff ein .värmeabsorptionsmittel eingemischt v/ird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der thermoplastische Kunststoff mit einem V/ärmeabsorptionsmittel überzogen wird.
030042/0504
DE2914821A 1979-04-05 1979-04-11 Verfahren zum Aufschmelzen von pulver- oder blattförmigem,thermoplastischem Kunststoffmaterial mittels Impulsbelichtung auf einer Unterlage Expired DE2914821C2 (de)

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