DE4228115C2 - Verfahren zum Verschweißen und Trennschweißen von Polyolefinfolien - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Verschweißen und Trennschweißen von Polyolefinfolien mit niede­ rem dielektrischem Verlustfaktor mittels Hochfrequenzschweiß­ anlagen.

Hochfrequenzschweißanlagen zum Verschweißen und Trennschweißen von Kunststoffolien mit hohem dielektrischem Verlustfaktor, insbesondere von PVC, sind seit langem bekannt. Wegen der be­ sonderen technologischen und wirtschaftlichen Vorteile wird dieses Verfahren beim Verbinden von PVC-Folien allen anderen Verfahren wie Kleben, Heißkleben oder direkter Wärmeverschwei­ ßung, vorgezogen. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die­ ses Verfahren auch zum Verbinden von anderen Kunststoffolien zu verwenden. Polyolefinfolien beispielsweise aus Polyethylen oder Polypropylen, welche anstelle von PVC in zunehmendem Maße ein­ gesetzt werden, besitzen jedoch nur einen sehr geringen dielek­ trischen Verlustfaktor, so daß sie durch Hochfrequenz praktisch nicht angeregt und erwärmt werden können und die HF-Technik nicht in Frage kam. Für die Verbindung solcher Folien wurden deshalb in der Vergangenheit außer den Klebetechniken vor allen Dingen Wärmeimpuls, Ultraschall, Heizelement und Heißgasver­ bindungen eingesetzt (vergl. G. F. Abele, Hochfrequenzschweiß­ technik 1973, Seite 14).

Aus der DE 38 07 164 A1 ist ein Verfahren bekannt geworden Poly­ olefinfolien zwischen einer eine entsprechende Profilierung insbesondere eine Schneidkante aufweisenden erhitzten Schweiß­ vorrichtung und einem vorzugsweise erwärmten Gegenwerkzeug unter Druck miteinander zu verschweißen, indem man zwischen das heiße Schweißwerkzeug und die zu verschweißende Folie eine wärmeleitende Trennfolie legt, welche nach dem Schweißvorgang wieder entfernt wird. Die Trennfolie muß dabei einerseits hoch hitzebeständig sein, damit sie auch bei mehrfachem Gebrauch durch die heiße Schweißvorrichtung nicht zerstört wird, ande­ rerseits muß sie aus einem Material bestehen, welches weder mit dem Schweißwerkzeug noch mit der zu verschweißenden Folie verklebt, so daß sie rückstandsfrei wieder abgezogen werden kann. Polyimidfolien, PTFE-Glasgewebefolien oder metallische Folien mit Anti-Haftbeschichtung werden als brauchbar be­ zeichnet. Aufgrund der Wärmekapazität der Schweißvorrichtung erlaubt diese Kontaktschweißvorrichtung jedoch keine schnellen Aufwärm- und Abkühlungszeiten, so daß es nicht möglich ist, die unter Druck verklebten Nähte in der Schweißvorrichtung unter Druck auskühlen und aushärten zu lassen.

In der US 3126307 wird daher vorgeschlagen, thermoplastische Materialien wie Polyethylen, Polypropylen, Polyamid etc. unter Verwendung eines Puffermaterials, welches einen Erweichungs­ punkt hat, der unter oder nicht wesentlich über der Ver­ schweißtemperatur der thermoplastischen Materialien liegt, zu verschweißen. Als Puffermaterial wird ein Kunststoff mit einem hohen dielektrischen Verlustfaktor von mindestens 0,1, vorzugs­ weise 0,5, insbesondere Polyvinylchlorid verwendet, welches in einen gewebten Träger aus einer hochschmelzenden organischen Faser imprägniert ist, die verhindert, daß das Puffermaterial während des Schweißvorganges wegfließt. Bei diesem Verfahren werden die zu verschweißenden Folien zwischen die Hoch­ frequenzelektroden gepreßt, wobei zwischen der kalten Gegen­ elektrode und der Folie ein thermisch isolierendes Material mit niederem Dielektrizitätsfaktor und zwischen den Folien und der Elektrode das vorgenannte Puffermaterial eingefügt ist. Die durch den hohen dielektrischen Verlustfaktor im Puffermaterial erzeugte Wärme wird an die Folie abgeleitet und erwärmt diese bis zur Verschweißungstemperatur, während das Isoliermaterial einen Abfluß der Wärme an die Gegenelektrode verringert. Puf­ fermaterial und Isoliermaterial dürfen unter diesen Bedingungen mit der zu verschweißenden Folie nicht verkleben und müssen über viele Heizzyklen beständig sein, was ihre Auswahl außer­ ordentlich einschränkt. Darüber hinaus ist das Mitführen zweier zusätzlicher Schichten apparativ schwierig und verhindert ein Trennschweißen, das heißt, eine asymmetrische Druckverteilung während des Schweißvorganges durch die Vertiefungen in die Folie gedrückt werden, so daß an diesen Stellen anschließend eine Auftrennung möglich ist.

In der DE 39 36 324 C1 ist ein weiteres Verfahren zum Verschwei­ ßen von Polyolefin beschrieben, bei dem eine durch Hochfrequenz erwärmbare Zwischenschicht aus Polyethylenterephthalat (PETP) als "Transportband" mit den zu verschweißenden Folien mitge­ führt wird, welches gegen die Gegenelektrode noch durch eine zusätzliche isolierende Schicht, die gegebenenfalls ebenfalls aus PETP besteht, thermisch abgeschirmt ist. Bei einer entspre­ chenden Vorheizung des Schweißwerkzeuges und der Gegenelektrode reicht die Wärmeentwicklung in dieser PETP-Schicht offensicht­ lich aus, um die Folien auf Schweißtemperatur zu bringen, ohne daß die der HF-Elektrode zugewandte Folie an ihrer Oberseite soweit erhitzt wird, daß sie mit dieser verklebt. Diese Anord­ nung erlaubt es, an der Schweißelektrode eine Schneidkante anzubringen, durch die eine Trennschweißung erfolgen kann. Die Mitführung und anschließende Entfernung der Trägerfolie bedeutet jedoch einen zusätzlichen Aufwand, wobei insbesondere beim Entfernen der Trägerfolie leicht eine Beschädigung der Folienoberfläche eintreten kann.

Gemäß der GB 21 54 934 werden Polyamidfilme durch Hochfrequenzschweißen miteinander verklebt, wobei im Normalfall ganz aus Polyamid bestehende Filme zunächst einer Coronaentladung unterzogen werden. Polyethylenfilme, welche auf beiden Seiten mit Polyamidschicht versehen sind (PA666/LDPE/PA666), können ebenfalls verarbeitet werden. In jedem Fall wird eine Polyamidschicht mit einer anderen Polyamidschicht verschweißt.

Aus der DE 28 25 662 A1 ist ferner bekannt Polyethylenfilme mit einem Papierband zu kaschieren und durch Hochfrequenzinduktion die unter dem Papierband liegende Polyethylenzone mit einer entsprechenden Folie zu verschweißen. Die Papierschicht stört jedoch im entstehenden Verbund sowohl die Durchsichtigkeit als auch auf Grund ihrer Dicke die Handhabung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher ein Verfahren zum Verschweißen von Polyolefinfolien mittels Hochfrequenz­ schweißtechnik zu finden, bei dem die Folien direkt ohne Isolier- und Zwischenschichten miteinander verschweißt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst und durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale gefördert.

Es erscheint überraschend, daß relativ dünne Kaschierungs­ schichten aus einem Kunststoff mit hohem dielektrischem Ver­ lustfaktor, insbesondere Polyamid, welche fest mit der Poly­ olefinfolie verbunden sind, ausreichen, um unter dem Einfluß des Hochfrequenzfeldes die Polyolefinschicht so weit zu erwär­ men, daß sie mit einer dagegengepreßten zweiten Polyolefin­ schicht verschweißt. Im Gegensatz zu den Verfahren gemäß dem Stand der Technik, bei denen die Erwärmung nur einseitig er­ folgt und lediglich dünne Folien mit etwa 0,1 mm Dicke ver­ schweißt werden konnten, wird durch die Verwendung von zwei Folien, die jeweils auf der Außenseite mit einem Material mit hohem dielektrischen Verlustfaktor beschichtet sind, erreicht, daß die Wärme von beiden Seiten auf die Schweißnaht geleitet wird, so daß diese Zone besonders rasch und zuverlässig auf die Schweißtemperatur aufgeheizt wird. Da die äußeren Schichten einen Schmelzpunkt besitzen, welcher wesentlich höher liegt als die Schweißtemperatur, wird die Außenseite des Schichtverbundes nicht soweit erhitzt, daß sie mit den Schweißelektroden ver­ klebt oder in sonstiger Weise verletzt wird. Weiterhin ist es als besonders vorteilhaft anzusehen, daß man durch eine ent­ sprechende Variation der Dicke der Kaschierungsschicht den Er­ wärmungsfaktor an die Dicke und die Schmelzeigenschaften der Polyolefinschicht anpassen kann, so daß es auch möglich ist, dünne mit dicken Polyolefinschichten zu verkleben bzw. höher schmelzende Polypropylenschichten mit niedriger schmelzenden Polyethylenschichten zuverlässig zu verbinden.

Für eine ausreichende Erwärmung sollte die äußere Schicht etwa 20 bis 100% der Dicke der Polyolefinschicht, vorzugsweise etwa 20 bis 50% ausmachen. Bei höher schmelzenden Polyolefinen ist dabei eine etwas dickere Außenschicht bei niedriger schmelzen­ den Polyolefinen eine dünnere Außenschicht zu wählen. Bei zu verschmelzenden Folien eine Dicke von etwa 100 bis 500 µm haben sich beispielsweise Außenschichten aus Polyamid in einer Dicke von 30 bis 100 µm als ausreichend erwiesen, um in konventio­ nellen HF-Schweißvorrichtungen bei Kontaktzeiten zwischen 1 und 10, vorzugsweise 3 bis 6 sec eine feste Schweißverbindung zu bewirken.

Es ist unter diesen Umständen möglich nicht nur Polyolefin­ folien ohne zusätzlich mitgeführten Hilfsfolien direkt einer Hochfrequenzverschweißung zu unterwerfen, sondern auch möglich Polyolefine verschiedener Zusammensetzung oder verschiedenen Schmelzpunktes miteinander zu verschweißen.

Als äußere Schicht der Verbundfolien kommen neben Polyamid auch thermoplastisches Polyurethan oder Polyester in Frage. Ihr Schmelzpunkt sollte mindestens 10°C, vorzugsweise 30-100°C über der Verschweißtemperatur der Polyolefine liegen, damit ein Anhaften an den Schweißvorrichtungen vermieden wird. Der dielektrische Verlustfaktor dieser äußeren Schicht sollte mindestens 0,05 bzw. 0,1-0,5 betragen.

In den folgenden Beispielen wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

Beispiel 1 Verschweißung von Polyolefinfolien

Die folgenden Versuche wurden mit einer Kiefer-Hochfrequenz­ laborschweißvorrichtung Typ Fixus G 1000 SB durchgeführt, wobei die Leistungen in allen Fällen gleichmäßig war und mit Stufe III (220 V) bei Stellung 6 (13 V) und 220 mA gearbeitet wurde.

Verwendet wurden Polyolefinverbundfolien der in der folgenden Tabelle angegebenen Schichten, wobei PP als Abkürzung für Poly­ propylen, P als Abkürzung für Polyethylen und PO-WS als Abkür­ zung für ein Polypropylen-Polyethylen-Gemisch stehen. Als äußere Folie wurde jeweils Polyamid benutzt, welches mit dem Polyolefin zusammen coextrudiert eine einheitliche Verbundfolie ergibt. Die Ergebnisse der Tabelle zeigen, daß es mit solchen Folien möglich ist, eine einwandfreie Verschweißung auch unterschiedlicher Folienmaterialien zu erreichen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verschweißen und Trennschweißen von Polyolefinfolien mit niederem dielektrischem Ver­ lustfaktor mittels Hochfrequenzschweißanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß man Polyolefinfolien einsetzt, die auf der der Schweißverbindung abgewandten, äußeren Seite mit einer Polymerschicht aus Polyamid, thermoplastischem Polymethan oder Polyester mit hohem dielektrischen Verlustfaktor und einem Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes der Polyolefine als Verbundfolie untrennbar verbunden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Polyethylen- mit einer Polypropylenfolie verbunden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundfolie durch Coextrusion der Polymeren hergestellt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der äußeren Schicht 20-100, vorzugsweise 20-50%, der Dicke der Polyolefinschicht ausmacht.