DE60316974T2

DE60316974T2 - Vorrichtung zum flammperforieren von folien

Info

Publication number: DE60316974T2
Application number: DE60316974T
Authority: DE
Inventors: Mark A. Saint Paul STROBEL; Michael J. Saint Paul Ulsh; Joel A. Saint Paul GETSCHEL
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2023-08-20
Also published as: EP1854598A2; EP1854599A3; DE60316974D1; ATE375853T1; EP1854597A2; EP1854598A3; US7686996B2; US20100140826A1; US20060127639A1; US7980849B2; EP1854597A3; EP1554091A1; US7037100B2; US20060125139A1; EP1554091B1; WO2004033169A1; AU2003259948A1; US20040070100A1; US20060127523A1; EP1854599A2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Flammperforieren von Folien.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Verschiedene Verfahren zum Herstellen perforierter Polymerfolien sind bekannt. Beispielsweise beschreiben US-A-3,012,918 , GB-A-851,053 und GB-A-854,473 alle im Allgemeinen Prozesse und Vorrichtungen zum Verbessern der Heißverschweißbarkeit von polymeren Folien, indem die Folie über einen gekühlten, hohlen, rotierenden Metallzylinder oder -trägerwalze mit einem gewünschten Perforationsmuster geführt wird, während ein Strahl von durch Gas erhitzter Luft auf die Oberfläche der Folie derart gerichtet wird, dass bestimmte Gebiete der Folie geschmolzen werden, was ein Muster von Perforationen bildet. Die bevorzugte lineare Geschwindigkeit der Folie/Bahn während des Prozesses beträgt zwischen 4 und 33 Yard pro Minute. Die Vorrichtung in US-A-3,012,918 schließt auch einen kühlenden Luftstrahl ein, der auf die Oberfläche des Zylinders gerichtet ist, welcher derart betrieben wird, dass die Oberflächentemperatur des Zylinders zwischen 55 bis 70°C gehalten wird.
US-A-3,394,211 erörtert die Flammperforation von wärmeschrumpfbaren, biaxial gereckten Polypropylenfolien unter Verwendung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die US-A-3,012,918 ähnlich ist, mit der Verbesserung, dass die Ränder der Folie durch entweder klebende oder Friktionshaltemittel zurückgehalten werden, was also transversale und/oder longitudinale Schrumpfung während des Perforationsprozesses verhindert. US-A-3,394,211 nutzt auch eine Abluftöffnung für erhitzte Luft und einen Strom von kühlender Luft, um die Oberfläche der Trägerwalze zu kühlen. Das Rückhaltesystem in Kombination mit dem Abluft- und Kühlluftsystem beseitigt die Notwendigkeit für ein komplexes Kühlsystem für die/den Trägerwalze/zylinder.
GB-A-1,012,963 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Flammperforieren jeder geeigneten thermoplastischen Folie, die durch Hitze erweicht und geschmolzen werden kann. In GB-A-1,012,963 trifft die Spitze der Flamme genau auf die äußere Oberfläche der Kunststofffolie, wenn die Folie geringfügig gestreckt wird und über einen mit flüssigem Kühlmittel gekühlten, rotierenden Zylinder geführt wird, während sich die Folie mit einer linearen Geschwindigkeit von ungefähr 9,144 m (10 Yard) pro Minute bewegt. Der rotierende Zylinder weist ein Muster von Einkerbungen auf, welche zusammen mit der Flamme die Perforation der Folie mittels der geringen Wärmeleitfähigkeit der Luft fördern, die hinter der Folie in den Einkerbungen des Zylinders eingeschlossen ist. Die Flamme und der Brenner in GB-A-1,012,963 sind an etwa der Mitte des Abschnitts des Kontakts zwischen der Folie und der Zylinderoberfläche angeordnet.
GB-A-1,083,847 lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer netzartigen Struktur der Polymerfolie, indem zuerst Vorsprünge in der Folie unter Verwendung erhitzter Zapfen auf einer Anpresswalzmaschine erzeugt werden, dann die Folie biaxial gereckt wird, die vorstehenden Anteile der Folie flammperforiert werden, wenn sie über einen gekühlten Zylinder geführt wird, wobei ein Prozess verwendet wird, der GB-A-1,012,963 ähnlich ist, und schließlich die Folie ein zweites Mal biaxial gereckt wird.
Außerdem berichtet die technische Literatur, dass die Effektivität der Flammbehandlung zunimmt, wenn der Abstand Flamme-zu-Folie abnimmt, bis die Spitze des leuchtenden Kegels der Flamme die Oberfläche der Poly(olefin)folie erreicht, siehe beispielsweise Flame Surface Modification of Polypropylene Film, Strobel et. al., J. Adhesion Sci. Technology, Bd. 10, Nr. 6, Seite 529 (1996).
US-A-5,891,967 (Strobel et. al.) erörtert ein Flammbehandlungsverfahren zum Modifizieren eines polymeren Substrats, wobei der optimale Abstand der Flamme zu der Folienoberfläche im Allgemeinen weniger als 30 mm beträgt und so gering wie –2 mm sein kann, was bedeutet, dass ungefähr 2 mm der Spitze der leuchtenden Flamme tatsächlich auf die Folienoberfläche treffen. Jedoch offenbart US-A-5,891,967 auch, dass der Abstand vorzugsweise zwischen 0 mm und 10 mm und stärker bevorzugt zwischen 0 mm und 2 mm beträgt.
EP-A-0 000 387 offenbarte einen Prozess zum Prägen und Perforieren thermoplastischer Folien, wobei die Folie zuerst erhitzt und zwischen eine Prägewalze und eine Kautschukwalze gezogen wird. Die Prägewalze schließt erhabene Anteile ein und die Kautschukwalze presst die Polymerfolie gegen die Prägewalze, so dass Anteile der Folie angehoben werden. Die erhabenen Anteile werden unter Verwendung eines Messers, einer erhitzten Walze oder einer Flammenvorrichtung abgeschnitten.
Weiterhin ist aus GB-A-1,031,040 eine weitere Vorrichtung zur Flammperforation gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Flammperforieren von Folien bereit, wie in Anspruch 1 definiert. Die Vorrichtung zum Flammperforieren von Folien weist auf: ein Gestell; eine Trägerfläche, die an dem Gestell befestigt ist, wobei die Trägerfläche mehrere vertiefte Abschnitte aufweist; einen Brenner, der an dem Gestell gegenüber der Trägerfläche befestigt ist, wobei der Brenner eine Flamme unterhält und wobei die Flamme eine Flammenspitze gegenüber dem Brenner aufweist; und eine Folie, die mit der Trägerfläche in Kontakt steht, wobei die Flamme des Brenners mit der Folie in Kontakt ist, wobei der Brenner derart angeordnet ist, dass der Abstand zwischen einer nicht auftreffenden Flammenspitze der Flamme und dem Brenner um mindestens ein Drittel größer ist als der Abstand zwischen der Folie und dem Brenner. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorstehenden Vorrichtung schließt die Vorrichtung ferner eine Gegenwalze ein, die an dem Gestell befestigt ist, wobei die Gegenwalze die Trägerfläche einschließt und wobei die Folie um mindestens einen Abschnitt der Trägerfläche der Gegenwalze gewickelt ist. Gemäß der Erfindung schließt die Vorrichtung ferner eine Anpresswalze ein, die an dem Gestell angrenzend an die Gegenwalze befestigt ist, wobei sich die Folie zwischen der Anpresswalze und der Gegenwalze befindet. Darüber hinaus schließt die Vorrichtung gemäß der Erfindung ferner eine Abschirmung mit Temperatursteuerung ein, die an dem Gestell angrenzend an die Gegenwalze befestigt ist, wobei die Abschirmung mit Temperatursteuerung zwischen dem Brenner und der Anpresswalze angeordnet ist. In noch einem weiteren Gesichtspunkt dieser Ausführungsform schließt die Anpresswalze eine äußere Oberfläche ein, und wobei die äußere Oberfläche der Anpresswalze eine Temperatursteuerung aufweist. In noch einem weiteren Gesichtspunkt dieser Ausführungsform wird die äußere Oberfläche der Anpresswalze auf mehr als 74°C (165°F) erhitzt, um die Folie vor dem Brenner zu vorerwärmen. In einem weiteren Gesichtspunkt dieser Ausführungsform wird die äußere Oberfläche der Anpresswalze auf mehr als oder gleich 82°C (180°F) erhitzt, um die Folie vor dem Brenner zu vorerwärmen. In noch einem weiteren Gesichtspunkt dieser Ausführungsform beträgt der Winkel, der zwischen dem Brenner und der Anpresswalze gemessen wird, weniger als 45°, wobei ein Scheitel des Winkels an der Achse der Gegenwalze angeordnet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorstehenden Vorrichtung bewegt sich die Trägerfläche relativ zum Brenner. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorstehenden Vorrichtung ist der Abstand zwischen der nicht auftreffenden Flammenspitze der Flamme und dem Brenner um mindestens 2 mm größer als der Abstand zwischen der Folie und dem Brenner. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorstehenden Vorrichtung schließt die Vorrichtung ferner einen Luft-Applikator ein, der an dem Gestell angrenzend an die Trägerfläche befestigt ist, um Luft auf die Trägerfläche zu blasen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorstehenden Vorrichtung schließt die Vorrichtung ferner ein Flüssigkeits-Zuführungsgerät ein, das an dem Gestell befestigt ist, um Flüssigkeit auf die Trägerfläche aufzubringen. Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt eine flammperforierte Folie bereit, die mit der vorstehenden Vorrichtung hergestellt wurde.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird weiter unter Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert, wobei in allen einzelnen Ansichten gleiche Strukturen durch gleiche Ziffern bezeichnet werden und wobei:
1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Flammperforieren der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Vorderansicht der Vorrichtung aus 1 ist, wobei zwei der Spannwalzen und der Motor aus Gründen der Klarheit entfernt sind und die Gegenwalze gestrichelt gezeigt wird;
2a eine vergrößerte Ansicht der Langschlitze des Brenners der Vorrichtung aus 1 ist;
3 eine Seitenansicht der Vorrichtung aus 1 einschließlich der Folie ist, die sich entlang der Folienbahn innerhalb der Vorrichtung bewegt;
4 eine vergrößerte Querschnittsansicht von Abschnitten des Brenners, der Folie und Gegenwalze mit einer Flamme des Brenners ist, die derart entfernt von der Folie angeordnet ist, dass die Flamme eine nicht auftreffende Flamme ist;
5 eine Ansicht wie 4 ist, wobei die Flamme des Brenners auf die Folie trifft;
6 eine Draufsicht auf ein Muster von Perforationen in einer Folie ist, nachdem die Folie mit der Vorrichtung zum Flammperforieren aus 1 perforiert wurde; und
7 eine Querschnittsansicht eines Bands ist, das die Folie aus 6 einschließt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt unterschiedliche Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Flammperforieren von Folien bereit und stellt unterschiedliche Ausführungsformen von Verfahren zum Flammperforieren von Folien bereit. Jede Ausführungsform der Vorrichtung enthält unterschiedliche Gesichtspunkte der Vorrichtung, die beim Flammperforieren von Folien bei hohen Geschwindigkeiten mitarbeiten, während eine annehmbare Folienqualität erhalten bleibt. Annehmbare Folienqualität schließt vollständig und einheitlich offene, gleichmäßig erzeugte Perforationen in Folien ohne Falten oder andere Schadstellen ein, wie Risse, thermische Schäden oder Bildung von teilweise erzeugten Perforationen. Diese Qualitäten in perforierten elastomeren oder polymeren Folien sind für spezielle Endanwendungen sehr wichtig, wie Bereitstellen einer Verstärkung für ein Klebeband bei geringen Kosten mit hoher Zugfestigkeit, ausgezeichneter Anpassungsfähigkeit, welche eine einfache, gerade Einreißbarkeit von Hand in sowohl longitudinaler als auch transversaler Richtung aufweist, ohne ungewollte Dehnung des Bands beim Einreißen von Hand.
Die 1 und 2 sind Veranschaulichungen einer bevorzugten Vorrichtung zum Herstellen von flammperforierten Folien der vorliegenden Erfindung, welche viele unterschiedliche erfindungsgemäße Gesichtspunkte miteinander kombiniert enthält. 1 veranschaulicht eine Seitenansicht der Vorrichtung 10. 2 veranschaulicht eine Vorderansicht der Vorrichtung, wobei die Gegenwalze 14 gestrichelt gezeigt wird und wobei die Spannwalzen 55, 58 und der Motor 16 aus Gründen der Klarheit entfernt sind.
Die Vorrichtung 10 schließt ein Gestell 12 ein. Das Gestelle 12 schließt einen oberen Abschnitt 12a und einen unteren Abschnitt 12b ein. Die Vorrichtung 10 schließt eine Gegenwalze 14 mit einer äußeren Trägerfläche 15 ein. Die Trägerfläche 15 schließt vorzugsweise ein Muster von vertieften Abschnitten 90 ein, das gestrichelt gezeigt ist. Diese vertieften Abschnitte 90 und die Abschnitte der Trägerfläche 15 zwischen den vertieften Abschnitten 90 bilden gemeinsam die Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14. Die vertieften Abschnitte 90 erzeugen ein Muster von Einkerbungen in der Trägerfläche 15. Die vertieften Abschnitte 90 können viele eingedrückte oder eingesenkte Abschnitte oder viele Einkerbungen entlang der Trägerfläche 15 sein. Diese vertieften Abschnitte 90 werden vorzugsweise in die Trägerfläche 15 geätzt. Alternativ kann das Muster der vertieften Abschnitte 90 in die Trägerfläche 15 gebohrt, abgetragen oder graviert werden. Die vertieften Abschnitte 90 sind vorzugsweise in der Form von Ovalen und weisen vorzugsweise jeweils eine ungefähre Länge von 0,1778 cm (70 mil) oder weniger, eine ungefähre Breite von 30 mil (0,0762 mm) oder weniger und eine ungefähre Tiefe von 0,02032 cm (8 mil) oder mehr. Ein bevorzugtes Beispiel für ein Muster der Perforationen wird in WO-A-02/11978 gelehrt.
Vorzugsweise ist die Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 in Relation zur Raumtemperatur um die Vorrichtung 10 herum temperaturgesteuert. Die Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 kann mit beliebigen Mitteln, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, temperaturgesteuert werden. Vorzugsweise wird die Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 gekühlt, indem gekühltes Wasser in den Einlassabschnitt 56a der hohlen Welle 56, in die Gegenwalze 14 und aus dem Auslassabschnitt 56b der hohlen Welle 56 bereitgestellt wird. Die Gegenwalze 14 dreht sich um ihre Achse 13. Die Vorrichtung 10 schließt einen Motor 16 ein, der an dem unteren Abschnitt 12b des Gestells befestigt ist. Der Motor treibt einen Riemen 18 an, welcher wiederum die Welle 56 dreht, die an der Gegenwalze 14 befestigt ist, wodurch also die Gegenwalze 14 um ihre Achse 13 angetrieben wird.
Die Vorrichtung 10 schließt einen Brenner 36 und dessen damit verbundene Rohrleitungen 38 ein. Der Brenner 36 und die Brennerrohrleitungen 38 sind am oberen Abschnitt 12a des Gestells 12 mit den Brennerhaltern 35 befestigt. Die Brennerhalter 35 können sich um die Drehlagerpunkte 37 mittels des Stellglieds 48 drehen, wodurch der Brenner 36 relativ zu der Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 bewegt wird. Die Halter 35 können mittels des Stellglieds 48 um ihre Achse gedreht werden, wodurch der Brenner 36 in einem gewünschten Abstand entweder angrenzend an die oder entfernt von der Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 angeordnet wird, wie nachstehend ausführlicher unter Bezug auf die 4 und 5 erläutert. Der Brenner 36 schließt eine Gasleitung 38 an jedem Ende ein, um den Brenner 36 mit Gas zu versorgen. Die Vorrichtung 10 kann eine optionale Abgasabsaugvorrichtung (nicht gezeigt) einschließen, die über der Vorrichtung 10 angebracht ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt die Vorrichtung 10 eine Vorerwärmwalze 20 ein, die am unteren Abschnitt 12b des Gestells 12 befestigt ist. Die Vorerwärmwalze 20 schließt eine äußere Walzenschicht 22 ein. Die äußere Walzenschicht 22 schließt eine äußere Oberfläche 24 ein. Vorzugsweise besteht die äußere Walzenschicht aus einem Elastomer, vorzugsweise einem Elastomer für eine hohe Gebrauchstemperatur. Die Vorerwärmwalze 20 ist eine Anpresswalze, die gegenüber der Gegenwalze 14 angebracht sein kann, dass sie die Folie zwischen der Anpresswalze 20 und Gegenwalze 14 einklemmt. Jedoch kann die Vorerwärmanpresswalze entfernt von der Gegenwalze 14 angebracht sein, so dass sie nicht in Kontakt mit der Gegenwalze 14 ist. Die Anpresswalze 20 dreht sich frei um ihre Welle 60 und ist an den Walzenhaltern 62 befestigt. Das Koppelgelenk 46 ist an den Walzenhaltern 62 befestigt. Die Anpresswalze 20 kann unter Verwendung des Stellglieds 44 gegenüber der Gegenwalze 14 angeordnet werden. Wenn das Stellglied 44 ausgestreckt wird (wie in 3 gezeigt), dreht sich das Koppelgelenk 46 im Gegenuhrzeigersinn und die Walzenhalter 62 drehen sich wiederum im Gegenuhrzeigersinn, bis die Anpresswalze 20 mit der Gegenwalze 14 in Kontakt ist. Das Stellglied 44 kann die Bewegung zwischen der Anpresswalze 20 und der Gegenwalze 14 steuern und kann somit den Druck zwischen der Anpresswalze 20 und der Gegenwalze 14 steuern. Ein Anschlag 64 ist am unteren Gestell 12b befestigt, um die Bewegung des Koppelgelenks 46 über das untere Gestell 12b hinaus zu hemmen, was dabei hilft, den Druck zu begrenzen, der von der Anpresswalze 20 gegen die Gegenwalze 14 ausgeübt wird.
In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt die Vorrichtung 10 eine Abschirmung mit Temperatursteuerung 26 ein, die an der Anpresswalze 20 mit Klammern 66 befestigt ist, dass sie eine Baueinheit bilden. Demgemäß bewegt sich, wenn das Stellglied 44 die Anpresswalze 20 dreht, wie vorstehend erläutert, die Abschirmung 26 mit der Anpresswalze. Die Abschirmung 26 kann relativ zu der Anpresswalze 20 mit den Schrauben 32 und Schlitzen 34 angeordnet werden, die an den Klammern 66 befestigt sind. Die Abschirmung mit Temperatursteuerung 26 schließt vorzugsweise mehrere wassergekühlte Rohre 28 ein. Jedoch können andere Mittel zum Bereitstellen einer Abschirmung mit Temperatursteuerung verwendet werden, wie wassergekühlte Platte, luftgekühlte Platte oder andere Mittel auf dem Fachgebiet. Die Abschirmung mit Temperatursteuerung 26 ist zwischen dem Brenner 36 und der Anpresswalze 20 angeordnet. In dieser Position schützt die Abschirmung 26 die Anpresswalze 20 vor einigem der Hitze, die vom Brenner 36 erzeugt wird, und kann somit verwendet werden, um die Temperatur der äußeren Oberfläche 24 der Anpresswalze 20 zu steuern, was die Vorteile der Verringerung von Falten oder anderen Schadstellen in der Folie beim Flammperforierschritt, der vom Brenner 36 durchgeführt wird, aufweist, während hohe Foliengeschwindigkeiten erhalten bleiben.
In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt die Vorrichtung 10 einen optionalen Applikator 50 ein, der am unteren Abschnitt 12b des Gestells 12 befestigt ist. Die Vorrichtung 10 schließt viele Düsen 52 ein. In einer Ausführungsform ist der Applikator 50 ein Luft-Applikator, um Luft auf die Gegenwalze 14 aufzubringen. In einer anderen Ausführungsform ist der Applikator 50 ein Flüssigkeits- Zuführungsgerät, um Flüssigkeit auf die Gegenwalze 14 aufzubringen. Vorzugsweise ist die Flüssigkeit Wasser, jedoch können stattdessen andere Flüssigkeiten verwendet werden. Wenn die Flüssigkeit von dem Applikator 50 aufgebracht wird, dann wird vorzugsweise den einzelnen Düsen auch Luft zugeführt, um die Flüssigkeit vor dem Aufbringen auf die Gegenwalze zu zerstäuben. Die Weise, auf welche die Luft oder das Wasser auf die Gegenwalze 14 aufgebracht werden können, kann von einem Fachmann in Abhängigkeit von Druck, Rate oder Geschwindigkeit der Luft oder des Wassers, das durch die Düsen 52 gepumpt wird, variiert werden. Wie nachstehend erläutert, wird, ohne an irgendeine Theorie gebunden sein zu wollen, angenommen, dass, wenn Luft oder Wasser auf die Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 aufgebracht wird, bevor die Folie mit der Trägerfläche 15 in Kontakt kommt, dann dieses Aufbringen von Luft oder Wasser entweder dabei hilft, einiges der Kondensation zu entfernen, die sich auf der Trägerfläche 15 aufgebaut hat, oder zusätzliches Wasser aufbringt, wodurch die Menge an Wasser zwischen der Folie und der Trägerfläche aktiv gesteuert wird, und dadurch beim Beseitigen von Falten oder anderen Schadstellen hilft, die sich in der Folie beim Flammperforierschritt gebildet haben, der mit dem Brenner 36 durchgeführt wird.
Die Vorrichtung 10 schließt eine erste Spannwalze 54, eine zweite Spannwalze 55 und eine dritte Spannwalze 58 ein, die am unteren Abschnitt 12b des Gestells 12 befestigt sind. Jede Spannwalze 54, 55, 58 schließt ihre eigene Welle ein, und die Spannwalzen können sich frei um ihre Wellen drehen.
2a veranschaulicht eine vergrößerte Ansicht des Brenners 36, der mit der Vorrichtung 10 aus 1 verwendbar ist. Viele Brenner 36 sind im Handel erhältlich, beispielsweise von Flynn Burner Corporation, New Rochelle, NY; Aerogen Company, Ltd., Alton, Vereinigtes Königreich, und Sherman Treaters Ltd., Thame, Vereinigtes Königreich. Ein bevorzugter Brenner ist im Handel von Flynn Burner Corporation als Series 850 erhältlich, welcher eine tatsächliche Länge mit acht Mündungen von 81,28 cm (32 Zoll) aufweist, die auf 68,58 cm (27 Zoll) Länge begrenzt war, Edelstahl, gekürztes Band, das in einem gusseisernen Gehäuse montiert ist. Ein Bandbrenner wird für die Flammperforation von Polymerfolien am stärksten bevorzugt, aber andere Arten von Brennern können auch verwendet werden, wie Brenner in Bohrloch- oder Schlitzausführung. Vorzugsweise schließt die Vorrichtung einen Mischer ein, um das Oxidationsmittel und den Brennstoff zu vereinigen, bevor er die Flamme speist, die beim Flammperforierprozess der Erfindung verwendet wird.
3 veranschaulicht den Weg, auf dem sich die Folie durch die Vorrichtung 10 bewegt, und ein bevorzugtes Verfahren zum Flammperforieren von Folien. Die Folie 70 schließt eine erste Seite 72 und eine zweite Seite 74 ein, die der ersten Seite 72 gegenüber liegt. Die Folie bewegt sich in die Vorrichtung 10 und um die erste Spannwalze 54 herum. Von dort wird die Folie von der motorgetriebenen Gegenwalze 14 gezogen. In dieser Position ist die Folie zwischen der Anpresswalze 20 und der Gegenwalze 14 angeordnet. In diesem Schritt des Prozesses wird die zweite Seite 74 der Folie 70 von der wassergekühlten Gegenwalze 14 gekühlt und die erste Seite 72 der Folie 70 wird gleichzeitig von der äußeren Oberfläche 24 der Vorerwärm- oder Anpresswalze 20 erwärmt. Dieser Schritt des Vorerwärmens der Folie 70 mit der Anpresswalzenoberfläche 22 der Anpresswalze 20 vor dem Flammperforieren der Folie mit dem Brenner 36 stellte unerwartet die Vorteile des Verringerns von Faltenbildung oder anderen Schadstellen in der Folie bereit, nachdem der Flammperforierschritt mit dem Brenner 36 durchgeführt worden war. Diese unerwarteten Ergebnisse werden nachstehend unter Bezug auf die Beispiele 13 bis 27 veranschaulicht.
Die Temperatur der äußeren Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 kann durch die Temperatur des Wassers gesteuert werden, das durch die Gegenwalze 14 durch Welle 56 fließt. Die Temperatur der äußeren Trägerfläche 15 kann in Abhängigkeit von seiner Nähe zum Brenner 36 variieren, der eine große Menge an Hitze aus seinen Flammen erzeugt. Außerdem hängt die Temperatur der Trägerfläche 15 von dem Material der Trägerfläche 15 ab.
Die Temperatur der äußeren Oberfläche 24 der äußeren Schicht 22 der Anpresswalze 20 wird von einer Anzahl von Faktoren gesteuert. Zuerst beeinflusst die Temperatur der Flammen des Brenners die äußere Oberfläche 24 der Anpresswalze 20. Zweitens beeinflusst der Abstand zwischen dem Brenner 36 und der Anpresswalze 20 die Temperatur der äußeren Oberfläche 24. Beispielsweise erhöht dichteres Anordnen der Anpresswalze 20 zum Brenner 36 die Temperatur der äußeren Oberfläche 24 der Anpresswalze 20. Umgekehrt erniedrigt entfernteres Anordnen der Anpresswalze 20 vom Brenner 36 die Temperatur der äußeren Oberfläche 24 der Anpresswalze 20. Der Abstand zwischen der Achse der Anpresswalze 20 und der Mitte der Brennerfläche 40 des Brenners 36 wird durch den Winkel α angegeben, wobei die Achse 13 der Gegenwalze 14 als der Scheitel des Winkel verwendet wird. Der Winkel α stellt den Abschnitt des Umfangs der Gegenwalze oder den Abschnitt des Bogens der Gegenwalze zwischen den Anpresswalze 20 und dem Brenner 36 dar. Es wird bevorzugt, den Winkel α so klein wie möglich zu machen, ohne die Anpresswalze einer solchen Hitze vom Brenner auszusetzen, dass sich das Material auf der äußeren Oberfläche der Anpresswalze zu zersetzen beginnt. Beispielsweise ist der Winkel α vorzugsweise kleiner als oder gleich 45°. Drittens kann die Temperatur der äußeren Oberfläche 24 der Anpresswalze 20 auch gesteuert werden, indem die Lage der Abschirmung mit Temperatursteuerung 26 zwischen der Anpresswalze 20 und dem Brenner 36 eingestellt wird, wobei die Schrauben 32 und Schlitze 34 der Klammern 66 verwendet werden. Viertens kann die Anpresswalze 20 gekühltes Wasser aufweisen, das durch die Anpresswalze fließt, gleich wie bei der vorstehend beschriebenen Gegenwalze 14. In dieser Ausführungsform kann die Temperatur des Wassers, das durch die Anpresswalze fließt, die Oberflächentemperatur der äußeren Oberfläche 24 der Anpresswalze 20 beeinflussen. Fünftens kann die Oberflächentemperatur der Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 die Oberflächentemperatur der äußeren Oberfläche 24 der Anpresswalze 20 beeinflussen. Zuletzt kann die Temperatur der äußeren Oberfläche 24 der Anpresswalze 20 auch von der Raumtemperatur der Luft, welche die Anpresswalze 20 umgibt, beeinflusst werden.
Bevorzugte Temperaturen für die Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 liegen im Bereich von 7,2°C bis 54,4°C (45°F bis 130°F) und liegen stärker bevorzugt im Bereich von 10°C bis 41°C (50°F bis 105°F). Bevorzugte Temperaturen für die Anpresswalzenoberfläche 24 der Anpresswalze 20 liegen im Bereich von 74°C bis 204°C (165°F bis 400°F) und liegen stärker bevorzugt im Bereich von 82°C bis 121°C (180°F bis 250°F). Jedoch sollte die Anpresswalzenoberfläche 24 nicht über die Temperatur steigen, bei der das Material der Anpresswalzenoberfläche zu schmelzen oder sich zu zersetzen beginnen kann. Auch wenn die bevorzugten Temperaturen für die Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 und die bevorzugten Temperaturen für die Anpresswalzenoberfläche 24 der Anpresswalze 20 vorstehend aufgeführt sind, kann ein Fachmann, basierend auf den Vorteilen der Lehren dieser Anmeldung bevorzugte Temperaturen der Trägerfläche 15 und Anpresswalzenoberfläche 24 in Abhängigkeit vom Folienmaterial und der Umdrehungsgeschwindigkeit der Gegenwalze 14 wählen, um Folien mit verminderten Zahlen von Falten oder Schadstellen zu flammperforieren.
Unter Rückkehr zum Prozessschritt erwärmt bei dieser Lage zwischen der Vorerwärmwalze 20 und Gegenwalze 14 die Vorerwärmwalze die erste Seite 72 der Folie 70, bevor die Folie mit der Flamme des Brenners in Kontakt kommt. Unerwarteterweise ist die Temperatur der Vorerwärmwalze entscheidend bei der Unterstützung des Beseitigens von Falten oder anderen Schadstellen in der Folie beim Flammperforierschritt, wie nachstehend in den Beispielen 13 bis 27 veranschaulicht.
Im nächsten Schritt des Prozesses dreht sich die Gegenwalze 14 weiter, wobei sie die Folie 70 zwischen dem Brenner 36 und der Gegenwalze 14 bewegt. Dieser spezielle Schritt wird auch sowohl in 5 als auch in 3 veranschaulicht. Wenn die Folie mit den Flammen des Brenners 36 in Kontakt kommt, werden die Abschnitte der Folie, die direkt von der gekühlten Metallträgerfläche getragen werden, nicht perforiert, da die Hitze der Flamme durch das Folienmaterial durchtritt und auf Grund der ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit des Metalls unmittelbar durch das kalte Metall der Gegenwalze 14 von der Folie weg geleitet wird. Jedoch ist hinter denjenigen Abschnitten des Folienmaterials, welche die geätzten Einkerbungen oder vertieften Abschnitte 90 des gekühlten Trägermaterials bedecken, eine Luftblase eingeschlossen. Die Wärmeleitfähigkeit der Luft, die in den Einkerbungen eingeschlossen ist, ist viel kleiner als diejenige des umgebenden Metalls und folglich wird die Wärme nicht von der Folie weg geleitet. Die Abschnitte der Folie, die über den Einkerbungen liegen, schmelzen dann und werden perforiert. Als Folge entsprechen die Perforationen, die in der Folie 70 erzeugt werden, im Allgemeinen der Form der vertieften Abschnitte 90. Zu etwa derselben Zeit, zu der das Folienmaterial in den Gebieten der vertieften Abschnitte 90 geschmolzen wird, bildet sich ein erhabener Wulst oder Kante 120 um jede Perforation herum, welcher aus dem Folienmaterial aus dem Inneren der Perforation besteht, das sich beim Erhitzen zusammen gezogen hat.
Nachdem der Brenner 36 die Folie flammperforiert hat, dreht sich die Gegenwalze 14 weiter, bis die Folie 70 schließlich von der Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 durch die Spannwalze 55 abgehoben wird. Von dort wird die flammperforierte Folie 70 von einer anderen angetriebenen Walze (nicht gezeigt) um Spannwalze 58 herum gezogen. Die flammperforierte Folie kann mit der Vorrichtung 10 in langen, breiten Bahnen hergestellt werden, die als Rollen zur bequemen Lagerung und Versendung aufgewickelt werden können. Alternativ kann die Folie 70 mit einer Schicht aus Haftkleber oder anderen Folien vereinigt werden, wodurch ein Band bereitgestellt wird, wie unter Bezug auf 7 erläutert.
Wie vorstehend erwähnt, kann die Vorrichtung 10 den optionalen Applikator 50 einschließen, um entweder Luft oder Wasser auf die Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 aufzubringen, bevor die Folie 70 zwischen der Gegenwalze 14 und der Anpresswalze 20 mit der Trägerfläche in Kontakt kommt. Ohne an irgendeine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die Steuerung der Menge an Wasser zwischen der Folie 70 und der Trägerfläche 15 dabei hilft, die Menge an Falten oder anderen Schadstellen in der flammperforierten Folie zu verringern. Es gibt zwei Arten, die Menge an Wasser zwischen der Folie 70 und der Trägerfläche 15 zu steuern. Zuerst hilft, wenn der Applikator 50 Luft auf die Trägerfläche bläst, diese Maßnahme dabei, die Menge an Wasserzunahme zwischen der Folie 70 und Trägerfläche 15 zu verringern. Die Wasserzunahme ist eine Folge der Kondensation, die sich auf der Oberfläche der Gegenwalze bildet, wenn die wassergekühlte Trägerfläche 15 in Kontakt mit der umliegenden Umgebung ist. Zweitens kann der Applikator 50 Wasser oder eine andere Flüssigkeit auf die Trägerfläche 15 aufbringen, um die Menge an Flüssigkeit zwischen der Folie 70 und der Trägerfläche zu erhöhen. So oder so wird angenommen, dass eine gewisse Menge an Flüssigkeit zwischen der Folie 70 und der Trägerfläche 15 dabei helfen kann, den Kraftschluss zwischen der Folie 70 und der Trägerfläche 15 zu erhöhen, was wiederum dabei hilft, die Menge an Falten oder anderen Schadstellen in der flammperforierten Folie zu verringern. Die Position der Düsen 52 des Applikators 50 relativ zur Mittellinie des Brenners 36 wird durch den Winkel β wiedergegeben, wobei sich der Scheitel des Winkels an der Achse der Gegenwalze 14 befindet. Vorzugsweise befindet sich der Applikator 50 bei einem Winkel α, der größer als der Winkel α ist, so dass die Luft oder das Wasser vor der Anpresswalze 20 auf die Gegenwalze 14 aufgebracht wird. Tabelle 2 in den nachstehenden Beispielen zeigt, dass das Beibehalten einer gewissen Menge an Wasser zwischen der Gegenwalze und der Folie die Gesamtqualität der perforierten Folie verbesserte. Jedoch wurde auch beobachtet, dass bei einem Überschuss an Wasser, der auf das Muster der Einkerbungen der Gegenwalze aufgebracht wurde, auch eine schlechte Perforationsqualität resultiert, da Wasser, das die Einkerbungen entweder zum Teil oder vollständig füllt, eine derart gute Wärmeleitfähigkeit bereitstellt, dass die BOPP-Folie über den Einkerbungen nicht ausreichender Hitze ausgesetzt wird, um Perforationen in der Folie zu erzeugen.
Die 4 und 5 veranschaulichen schematisch noch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung. Die 4 und 5 veranschaulichen das Entscheidende bei der Anordnung der Flamme 124 relativ zu der Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 während des Flammperforierschritts. In 4 befindet sich der Brenner 36 in einem gewissen Abstand relativ zu der Gegenwalze 14, und in 5 ist der Brenner 36, relativ zu 4, näher an der Gegenwalze 14 angeordnet. Der relative Abstand zwischen dem Brenner 36 und Gegenwalze 14 kann mittels der Brennerhalter 35 und dem Stellglied 48 eingestellt werden, wie vorstehend unter Bezug auf 1 erläutert.
Es gibt mehrere Abstände, die durch Bezugsbuchstaben in den 4 und 5 wiedergegeben sind. Der Ursprung „O" wird an einer tangentialen Linie relativ zu der ersten Seite 72 der Folie, die um die Gegenwalze 14 herum gewickelt ist, gemessen. Der Abstand „A" stellt den Abstand zwischen den Langschlitzen 42 des Brenners 40 und der ersten Seite 72 der Folie 70 dar. Der Abstand „B" stellt die Länge der Flamme dar, gemessen von den Langschlitzen 42 des Brenners 36, von wo die Flamme entsteht, bis zur Spitze 126 der Flamme. Die Flamme ist ein leuchtender Kegel, der vom Brenner unterhalten wird, welcher vom Ursprung bis zur Spitze mit auf dem Fachgebiet bekannten Mitteln gemessen werden kann. Tatsächlich weist der Bandbrenner 36 viele Flammen auf und vorzugsweise befinden sich alle Spitzen in derselben Position relativ zum Brennergehäuse, vorzugsweise einheitlich in der Länge. Jedoch können die Flammenspitzen variieren, beispielsweise in Abhängigkeit von ungleichmäßigem Langschlitzkonfigurationen oder ungleichmäßigem Gasstrom in die Langschlitze. Zu Veranschaulichungszwecken werden die vielen Flammen durch die eine Flamme 124 wiedergegeben. Der Abstand „D" stellt den Abstand zwischen der Fläche 40 des Brenners 36 und der ersten Seite 72 der Folie 70 dar. Der Abstand „E" stellt den Abstand zwischen den Langschlitzen 42 des Brenners 36 und der Fläche 40 des Brenners 36 dar.
In 4 steht der Abstand „C1" für den relativen Abstand zwischen Abstand A und Abstand B, wenn sie voneinander abgezogen werden A–B. Dieser Abstand C1 ist ein positiver Abstand, da die Flamme 124 entfernt von der Gegenwalze 14 angeordnet ist und somit nicht auf die Folie 70 auf der Gegenwalze 14 auftrifft und wird als eine „nicht auftreffende Flamme" definiert. In dieser Position kann die Flamme leicht im freien Raum von einem Fachmann abgemessen werden und ist eine nicht unterbrochene Flamme. Im Gegensatz dazu veranschaulicht 5 den Brenner, der viel näher an der Folie 70 auf der Gegenwalze 14 angeordnet ist, so dass die Spitze 126 der Flamme 124 tatsächlich auf die Folie 70 auf der Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 auftrifft. In dieser Position steht „C2" für Abstand A abgezogen von Abstand B und ist notwendigerweise eine negative Zahl. Vorzugsweise ist Abstand A abgezogen von Abstand B größer als negative 2 mm. Unerwarteterweise wurde festgestellt, dass perforierte Folien bei einem Abstand C2 von großen negativen Zahlen mit höheren Geschwindigkeiten hergestellt werden können, während die Folienqualität immer noch erhalten bleibt. Dies war im Lichte des Stands der Technik unerwartet, welcher lehrt, dass optimale Flammenbedingungen bei einem positiven oder null Abstand C1 erzielt werden. Diese unerwarteten Ergebnisse werden nachstehend in den Beispielen 1 bis 9 veranschaulicht.
Vorzugsweise ist die Folie 70 ein polymeres Substrat. Das polymere Substrat kann jede Form aufweisen, die Perforieren mittels Flammen ermöglicht und schließt beispielsweise Folien, Bögen, poröse Materialien und Schäume ein. Solche polymeren Substrate schließen beispielsweise Polyolefine, wie Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Polymethylpenten; Gemische von Polyolefinpolymeren und Copolymeren von Olefinen; Polyolefincopolymere, die Olefinsegmente enthalten, wie Poly(ethylenvinylacetat), Poly(ethylenmethacrylat) und Poly(ethylenacrylsäure); Polyester, wie Poly(ethylenterephthalat), Poly(butylenphthalat) und Poly(ethylennaphthalat); Polystyrole; Vinylharze, wie Poly(vinylchlorid), Poly(vinylidendichlorid); Poly(vinylalkohol) und Poly(vinylbutyral); Etheroxidpolymere, wie Poly(ethylenoxid) und Poly(methylenoxid); Ketonpolymere, wie Polyetheretherketon; Polyimide; Gemische davon oder Copolymere davon ein. Vorzugsweise besteht die Folie aus gereckten Polymeren, und stärker bevorzugt besteht die Folie aus biaxial gereckten Polymeren. Biaxial gerecktes Polypropylen (BOPP) ist im Handel von mehreren Lieferanten erhältlich, einschließlich: Exxon-Mobil Chemical Company, Houston, TX; Continental Polymers, Swindon, UK; Kaisers International Corporation, Taipei City, Taiwan, und PT Indopoly Swakarsa Industry (ISI), Jakarta, Indonesien. Weitere Beispiele für geeignetes Folienmaterial werden in WO-A-02/11978 gelehrt.
6 veranschaulicht eine Draufsicht auf ein Muster von Perforationen in einer Folie, nachdem sie mit der Vorrichtung zum Flammperforieren aus 1 perforiert wurde. Die Perforationen sind typischerweise längliche Ovale, Rechtecke oder andere, nicht kreisförmige oder kreisförmige Formen, die derart angeordnet sind, dass die Hauptachse jeder Perforation benachbarte Perforationen schneidet oder nahe benachbarten Perforationen verläuft. Diese perforierte polymere Folie 114 kann mit einer oder mehreren zusätzlichen Schichten oder Folien verbunden werden, wie eine Deckschicht, um Haltbarkeit oder Undurchlässigkeit bereitzustellen, oder eine Unterschicht, um Haftvermögen bereitzustellen.
Das Perforationsmuster, das in der polymeren Folie 114 erzeugt wird, hat einen großen Einfluss auf die Reiß- und Zugfestigkeitseigenschaften der perforierten Folien und Bandträgerschichten der Erfindung. In 6 wird ein Abschnitt eines vergrößerten Plans für ein typisches Perforationsmuster 128 gezeigt, wobei die Maschinenrichtung nach oben und unten ausgerichtet ist und die transversale Richtung von links nach rechts ausgerichtet ist. Das abgebildete Perforationsmuster 128 weist eine Folge von Reihen von Perforationen auf, die als eine erste Reihe mit Perforationen 1a, 1b und 1c; eine zweite Reihe mit Perforationen 2a, 2b und 2c; eine dritte Reihe mit Perforationen 3a, 3b und 3c; eine vierte Reihe mit Perforationen 4a, 4b und 4c; und eine fünfte Reihe mit Perforationen 5a, 5b und 5c identifiziert werden. Das Perforationsmuster 128 schließt weitere Reihen von Perforationen ein, die der ersten Reihe bis zu der fünften Reihe gleich sind. Jede Perforation schließt einen erhabenen Wulst oder Kante 120 ein. In spezifischen Ausführungen wurde von diesem erhabenen Wulst 120 beobachtet, dass er erhöhte Reißfestigkeitseigenschaften der perforierten Folie 114 bereitstellt. Der erhabene Wulst 120 kann auch schwache Texturen verleihen, die bewirken, dass die Folie 114 stärker einem tuchartigen Material ähnelt. Typischerweise bilden die Perforationen ein Muster, das sich entlang des größten Teils oder der gesamten Oberfläche einer Folie erstreckt, und somit ist das Muster, das in 6 gezeigt wird, lediglich ein Abschnitt eines solchen Musters.
Wie vorstehend unter Bezug auf 5 erläutert, entspricht das Perforationsmuster 128, das auf der Folie 114 erzeugt wurde, im Allgemeinen dem Muster der vertieften Abschnitte 90, die auf der Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 erzeugt wurden. Die Folie, die in 6 gezeigt wird, schließt zahlreiche Perforationen ein, wovon jede im Allgemeinen oval ist, vorzugsweise eine Länge von größer als ungefähr das Dreifache ihrer Breite einschließt. Jedoch kann ein Fachmann jedes Muster von vertieften Abschnitten 90 in Trägerfläche 15 der Gegenwalze 14 auswählen, um alternative Perforationsmuster oder -größen zu erzeugen.
Die Folien, die hier beschrieben werden, sind für viele Anwendungen als Verstärkung für ein Klebeband geeignet. Das Vorhandensein einer Deckfolie über dem Perforationsmuster kann ein Aussehen bereitstellen, das in bestimmten Ausführungsformen einer mehrfach beschichteten, auf Tuch basierenden Bandträgerschicht ähnlich ist. Dieses Aussehen, kombiniert mit den Zug- und Reißfestigkeitseigenschaften, macht die Folie als eine Trägerschicht für ein Gewebeband, Isolierband oder dergleichen verwendbar. Insbesondere bei Gewebeband trägt das Einbringen von bekannten passenden Pigmenten für eine silbergraue Färbung in die Deckfolie zu einem vertrauten Aussehen bei, was auf dem Markt erwünscht ist. Da die Trägerschicht anpassungsfähig ist, ist es auch als Trägerschicht für Abdeckband verwendbar.
7 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Bands 112, das die Folie aus 6 als eine Bandträgerschicht einschließt. Das Band 112 enthält eine perforierte Folie 114 mit einer ersten Hauptoberfläche 116 und einer zweiten Hauptoberfläche 118. Die perforierte Folie 114 enthält Perforationen 115, die sich durch ihre Dicke hindurch erstrecken. In der veranschaulichten Ausführungsform schließen die Kanten jeder Perforation 115 entlang der zweiten Hauptoberfläche 118 erhabene Abschnitte 120 ein. Die perforierte Folie 114 ist typischerweise eine gereckte Folie, stärker bevorzugt eine biaxial gereckte Folie.
Das polymere Band 112 schließt ferner eine Deckfolie 122 und eine Unterschicht 124 ein. In der veranschaulichten Ausführungsform sorgt die Deckfolie 122 für Haltbarkeit des polymeren Bands 112 und kann ferner die Festigkeit erhöhen und dem Band 112 Undurchlässigkeit für Fluide verleihen. Die Unterschicht 124 ist beispielsweise ein Klebstoff. Zusätzliche oder alternative Schichten können verwendet werden, um Band 112 zu erzeugen. Die Anordnung der Schichten kann auch verändert werden. So kann beispielsweise der Klebstoff direkt auf die Deckfolie 122 statt auf die perforierte Schicht aufgebracht werden.
Der Betrieb der vorliegenden Erfindung wird weiter im Hinblick auf die folgenden ausführlichen Beispiele beschrieben. Diese Beispiele werden angegeben, um die verschiedenen spezifischen und bevorzugten Ausführungsformen und Techniken weiter zu veranschaulichen. Es versteht sich jedoch, dass viele Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, während man innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung bleibt.
Das vorstehend beschriebene, speziell angefertigte Flammperforiersystem wurde verwendet, um die Beispiele 1 bis 9 zu erzeugen, perforierte Folien aus biaxial gerecktem Polypropylen (BOPP). Die Betriebsbedingungen waren wie folgt. Staubgefilterte Druckluft bei 25°C wurde mit einem Treibstoff aus Erdgas (mit einem spezifischen Gewicht von 0,577, einem stöchiometrischen Verhältnis von trockene Luft:Erdgas von 9,6:1 und einem Wärmeinhalt von 37,7 kJ/L) in einem Venturi-Mischer vorgemischt, der von Flynn Burner Corporation, New Rochelle, NY, erhältlich ist, wodurch ein brennbares Gemisch erzeugt wurde. Die Ströme von Luft und Erdgas wurden mit Massendurchsatzmessgeräten gemessen, die von Flow Technology Inc., Phoenix, AZ, erhältlich sind. Die Strömgeschwindigkeiten von Erdgas und Luft wurden mit Steuerventilen geregelt, die von Foxboro-Eckardt erhältlich sind. Alle Ströme wurden so eingestellt, dass ein Flammenäquivalenzverhältnis von 0,96 (Luft:Treibstoff-Verhältnis 10:1) und eine normalisierte Flammenleistung von 1385 W/cm² (12.000 Btu/hr-in) resultierte. Das brennbare Gemisch lief durch ein 3 m langes Rohr zu einem Bandbrenner, der aus einem 33 cm × 1 cm großen Langschlitz mit 6 Öffnungen aus Edelstahl-Wellblech in einem gusseisernen Gehäuse bestand, welcher von Flynn Burner Corporation, New Rochelle, NY, geliefert wurde.
Der Brenner wurde neben eine stählerne, spiralig gewickelte, doppelschalige, gekühlte Gegenwalze mit 35,5 cm Durchmesser und 46 cm Breite montiert, die von F. R. Gross Company, Inc., Stow, Ohio, erhältlich ist. Die Temperatur der Gegenwalze wurde mit einem rezirkulierenden Strom von Wasser von 240 l/min bei einer Temperatur von 21°C (70°F) reguliert. Der stählerne Kern der Gegenwalze wurde mit 0,5 mm Kupfer mit einer Vickers-Härte von 220 plattiert, dann mittels Custom Etch Rolls Inc., New Castle, PA, mit einem Perforationsmuster graviert, das in 6 gezeigt ist. Gefilterte Druckluft mit einem Druck von 69 kPa/m² (10 psi) wurde auf die gekühlte Gegenwalze geblasen, um die Menge an Wasserkondensation, die sich auf dem bemusterten Abschnitt der Gegenwalze ansammelte, kontrollierbar zu verringern.
Ein elektrischer Funken zündete das brennbare Gemisch. Stabile konische Flammen bildeten sich mit Spitzen, die ungefähr 14 mm von der Fläche des Brennergehäuses entfernt waren, was den Abstand D darstellt. Der Abstand E war gleich 3 mm. Eine thermisch extrudierte, biaxial gereckte Polypropylenhomopolymerfolie (BOPP), welche 0,03 mm (1,2 mil) dick und 30 cm breit war, wurde von Spannwalzen geführt, so dass sie sich um die gekühlte Gegenwalze wickelte, und mit einer einstellbaren Geschwindigkeit durch das System bearbeitet. Die Zugspannung der Folienbahn in Vorwärtsrichtung wurde bei ungefähr 0,83 N/cm gehalten und die Zugspannung in Rückwärtsrichtung betrug ungefähr 0,1 N/cm.
Um innigen Kontakt zwischen der BOPP-Folie und der gekühlten Gegenwalze sicher zu stellen, wurde eine einwärts gerichtete Anpresswalze mit 10 cm Durchmesser und 40 cm Breite, die von American Roller Company, Kansasville, WI, erhältlich ist und mit 6 mm VN 110 (Shore-A-Härte 80) VITON-Fluorelastomer bedeckt ist, an einer einstellbaren Position von ungefähr 45° relativ zum Brenner an der einwärts gerichteten Seite der gekühlten Gegenwalze angeordnet. Angebracht zwischen der Anpresswalze und dem Brenner eine wassergekühlte Abschirmung, die mit rezirkulierendem Wasser bei einer Temperatur von 10°C (50°F) gehalten wurde. Der Kontaktdruck Anpresswalze-zu-Gegenwalze wurde bei ungefähr 50 N/linearem cm gehalten.

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse eines Experiments, bei dem der Abstand zwischen der Oberfläche der Brennerlangschlitze und der gekühlten Gegenwalze eingestellt wurde, um die Wirkung des Abstands Flamme-zu-Folie auf die Qualität der Perforation zu bewerten. Die maximale Foliengeschwindigkeit, die weiterhin 100% offene Perforationen über die gesamte Breite der Folie bereitstellte, wurde bestimmt. Die Länge der nicht auftreffenden Flamme, die in 4 als Abstand „B" wiedergegeben wird, betrug 17 mm. Es sollte angemerkt werden, dass, wenn der Abstand Brenner-zu-Folie, der in den 4 und 5 als Abstand „A" bezeichnet wird, vermindert wurde, die Flamme schließlich instabil wurde und typischerweise beim Abstand Brenner-zu-Folie von 6 mm verlöschte. Der Abstand Flamme-zu-Folie wird in 4 als Abstand „C₁" und in 5 als Abstand „C₂" wiedergegeben. Sobald der Brenner auf den passenden Abstand von der Folie, die auf der Gegenwalze getragen wird, eingestellt ist, wird der Prozentsatz der Gesamtflamme, die auftrifft oder unterbrochen ist, als „C₂" geteilt durch die gesamte Länge der Flamme (17 mm) berechnet. Tabelle 1

Beispiel	Abstand Brenner-zu-Folie (mm) „A"	Abstand Flamme-zu-Folie (mm) „C₁" oder „C₂"	Prozentsatz (%) der Flamme, der auftrifft	Maximale Perforiergeschwindigkeit (m/min)	Gesamtqualität* von Perforation und Folie (1 bis 5)
1	8	C₂ = –9	53%	77	2
2	10	C₂ = –7	41%	73	2
3	12	C₂ = –5	29%	69	1
4	13	C₂ = –4	24%	69	1
5	15	C₂ = –2	12%	63	1
6	17	C₁ = 0	Nicht auftreffend	60	1
7	18	C₁ = 1	Nicht auftreffend	58	1
8	20	C₁ = 3	Nicht auftreffend	53	1
9	23	C₁ = 6	Nicht auftreffend	48	1

*Bereich der Qualität: 1 = ausgezeichnete Qualität ohne sichtbare Schadstellen, 2 = minimale Schadstellen, 3 = offen sichtbare Schadstellen, gerade noch annehmbar, 4 = nicht annehmbare Menge an Schadstellen, 5 = zahlreiche Schadstellen, die die Verarbeitung behindern.

Wie in Tabelle 1 gezeigt, können erhöhte Folienperforiergeschwindigkeiten erzielt werden, während eine annehmbare Qualität beibehalten wird, wenn der Abstand Flamme-zu-Folie „C₂" weniger als –4 mm beträgt.

Die Beispiele 10 bis 12 wurden mit den folgenden Ausnahmen wie in den Beispielen 1 bis 9 flammperforiert: die Flammenleistung beträgt 1600 W/cm² (15.000 Btu/hr-in); der Abstand Brennergehäuse-zu-Gegenwalze, der auch als Abstand Brenner-zu-Folie bekannt ist, welcher in 5 als Abstand „D" bezeichnet wird, wurde auf 7 mm eingestellt; und zusätzliche Modifikationen, wie in Tabelle 2 angegeben. Ein speziell angefertigtes Luftstoßsystem, das 3 Luftdüsen nutzte, wurde angebracht, um Druckluft mit einem Druck von 69 kPa/m² (10 psi) auf die gekühlte Gegenwalze zu blasen. Außerdem wurde für Beispiel 12 ein Wasser-Zuführungssystem, das 2 Düsen enthielt, Modellnummer 1/8 VAU-SS + SUV67A-SS H56430-1, erhältlich von Spraying System Company, Wheaton, Illinois, verwendet, um eine dünne Schicht von Wasser zu zerstäuben und dann auf die Gegenwalze mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 32 mL/min aufzubringen. Sowohl die Luftdüsen als auch das Wasser-Zuführungssystem waren ungefähr 45° vor der Anpresswalze relativ zur Achse der Gegenwalze angeordnet. Tabelle 2

Systemvariable	Beispiel 10	Beispiel 11	Beispiel 12
Filmgeschwindigkeit (m/min)	60	60	92
Walzenkühlwassertemperatur	32°C (90°F)	10°C (50°F)	41°C (105°F)
Luftdüsen	Aus	An bei 69 kPa/m² (10 psi)	Aus
Wasser auf Gegenwalze	Nein	Ja (Kondensation)	Ja (aufgebrachtes Wasser)
Ergebnisse: Gesamtqualität*	4	1	1

Tabelle 2 zeigt, dass das Beibehalten einer gewissen Menge an Wasser zwischen der Gegenwalze und der BOPP-Folie die Gesamtqualität der perforierten Folie verbesserte. Jedoch wurde beobachtet, dass bei einem Überschuss an Wasser, der auf das Muster der Einkerbungen der Gegenwalze aufgebracht wurde, auch eine schlechte Perforationsqualität resultiert, da Wasser, das die Einkerbungen entweder zum Teil oder vollständig füllt, eine derart gute Wärmeleitfähigkeit bereitstellt, dass die BOPP-Folie über den Einkerbungen nicht ausreichender Hitze ausgesetzt wird, um Perforationen in der Folie zu erzeugen.
Die Beispiele 13 bis 27 wurden mit den folgenden Ausnahmen wie in den Beispielen 10 bis 12 flammperforiert. Dasselbe Perforationsmuster, wie es in den Beispielen 1 bis 12 verwendet wurde, wurde auf einer größeren gekühlten Gegenwalze mit einem Durchmesser von 61 cm und einer Breite von 76 cm eingesetzt. Das Perforationsmuster selbst war 63,5 cm breit über die Gegenwalze hinweg, und die Gegenwalze. war bei einem ungefähren Rauheitswert Ra von weniger als 8 μm auf Hochglanz poliert. Eine 76 cm breite wassergekühlte Anpresswalze mit 23 cm Außendurchmesser mit demselben Aufbau und vom selben Lieferanten, wie in den Beispielen 1 bis 9 beschrieben, wurde eingesetzt, um innigen Kontakt zwischen der BOPP-Folie und der gekühlten Gegenwalze sicher zu stellen. Eine 66 cm breite BOPP-Folie wurde in das System eingeführt, um perforiert zu werden. Die Temperatur der Gegenwalze wurde mittels eines rezirkulierenden Stroms von Wasser mit 700 l/min bei einer Temperatur von 10°C (50°F) kontrolliert. Die Zugspannung in Vorwärtsrichtung und die Zugspannung in Rückwärtsrichtung betrugen ungefähr 0,8 N/cm. Die Foliengeschwindigkeit betrug 92 m/min. Die wassergekühlte Abschirmung wurde bei ungefähr 27°C (80°F) gehalten. Ein speziell angefertigtes Luftstoßsystem, das 5 Luftdüsen nutzte, wurde angebracht, um Druckluft mit einer Fließgeschwindigkeit von 500 l/min auf die gekühlte Gegenwalze zu blasen. Der eingesetzte Brenner war ein 68 cm × 1 cm großer Bandbrenner mit 8 Öffnungen, erhältlich von Flynn Burner Corporation, New Rochelle, NY.

Experimente wurden durchgeführt, welche den Spalt bei der Abschirmung und die Brennerposition variierten, während die Temperatur der Anpresswalzenoberfläche überwacht wurde. Der Spalt bei der Abschirmung wurde als der Abstand zwischen der wassergekühlten Abschirmung und der Gegenwalze definiert. Die Brennerposition, welche in 5 als Winkel α bezeichnet wird, vorstehend beschrieben. Die Temperatur der Anpresswalzenoberfläche, welche indirekt mittels der Brennerposition und dem Spalt bei der Abschirmung reguliert wurde, wurde auf ungefähr ±6°C (±10°F) mit einem 3M Modellnummer IR-750EXB Infrarotpyrometer gemessen, das von 3M Company, St. Paul, MN, geliefert wurde. Tabelle 3

Beispiel	Brennerposition relativ zur Anpresswalze (Winkel α)	Spalt bei der Abschirmung cm	Temp. d. Anpresswalzenoberfläche °F	Temp. d. Anpresswalzenoberfläche °C	Faltenschadstellen
13	45°	0,16	70–75	21–24	Ja
14	45°	0,32	85–95	29–35	Ja
15	45°	0,16	118	48	Ja
16	60°	0,64	125	52	Ja
17	60°	0,64	140	60	Ja
18	45°	0,32	143	62	Ja
20	45°	0,48	140–160	60–71	Ja
19	45°	0,16	165	74	Ja
21	45°	0,64	180	82	Nein
22	45°	0,48	188	87	Nein
23	45°	> 0,64*	215–225	102–107	Nein
24	45°	0,64	230–250	110–121	Nein
25	45°	0,64	235–240	113–116	Nein
26	45°	0,79	245–260	118–127	Nein
27	45°	1,91	320–360	160–182	Nein

*Weiter Spalt
Die Ergebnisse in Tabelle 3 deuten an, dass Faltenschadstellen verringert sind, wenn die Temperatur der Anpresswalzenoberfläche über einer Temperatur von mindestens etwa 76°C (165°F), stärker bevorzugt über einer Temperatur von etwa 82°C (180°F) gehalten wird.
Die vorstehend beschriebenen Tests und Testergebnisse sollen lediglich veranschaulichend anstatt voraussagend sein, und von Varianten bei der Testvorgehensweise kann erwartet werden, dass sie unterschiedliche Ergebnisse ergeben.
Die vorliegende Erfindung wurde nun unter Bezug auf mehrere Ausführungsformen davon beschrieben. Die vorstehende ausführliche Beschreibung und die Beispiele wurden lediglich zur Klarheit des Verständnisses angegeben. Daraus lassen sich keine unnötigen Begrenzungen ableiten. Dem Fachmann ist klar, dass in den beschriebenen Ausführungsformen viele Änderungen gemacht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung gemäß den Ansprüchen abzuweichen.

Claims

Vorrichtung zum Flammperforieren von Folien, mit: – einem Gestell (12), – einer Trägerfläche (15), die an dem Gestell (12) befestigt ist, wobei die Trägerfläche (15) mehrere vertiefte Abschnitte (90) aufweist, – einem Brenner (36), der an dem Gerüst (12) gegenüber der Trägerfläche (15) befestigt ist, wobei der Brenner (36) eine Flamme (124) unterhält und wobei die Flamme (124) eine Flammenspitze (126) gegenüber dem Brenner (36) aufweist, und – einer Folie (70), die mit der Trägerfläche (15) in Kontakt steht, wobei die Flamme (124) des Brenners (36) mit der Folie (70) in Kontakt ist, – wobei der Brenner (36) derart angeordnet ist, dass der Abstand zwischen einer nicht auftreffenden Flammenspitze (126) der Flamme (124) und dem Brenner (36) um mindestens ein Drittel größer ist als der Abstand zwischen der Folie (70) und dem Brenner (36), dadurch gekennzeichnet, dass – eine Anpresswalze (20) am Gestell (12) angrenzend an die Trägerfläche (15) befestigt ist, wobei die Anpresswalze (20) eine äußere Fläche (24) aufweist, wobei die äußere Fläche (24) zum Vorerwärmen der Folie vor dem Brenner erhitzt ist, und – eine Abschirmung mit Temperatursteuerung (26) am Gestell (12) angrenzend an die Trägerfläche (15) befestigt ist, wobei die Abschirmung mit Temperatursteuerung (26) zwischen dem Brenner (36) und der Anpresswalze (20) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Trägerfläche (15) relativ zum Brenner (36) bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner einen Luft-Applikator (50) aufweist, der an dem Gestell (12) angrenzend an die Trägerfläche (15) befestigt ist, um Luft auf die Trägerfläche (15) zu blasen, oder ein Flüssigkeits-Zuführungsgerät aufweist, das an dem Gestell (12) befestigt ist, um Flüssigkeit auf die Trägerfläche (15) aufzubringen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abstand zwischen der nicht auftreffenden Flammenspitze (126) der Flamme (124) und dem Brenner (36) um mindestens 2 mm größer ist als der Abstand zwischen der Folie (70) und dem Brenner (36).