DE69131906T2

DE69131906T2 - Verfahren zur herstellung von schicht-verbundwerkstoffen

Info

Publication number: DE69131906T2
Application number: DE69131906T
Authority: DE
Inventors: Michael Colin Anderson; Horst-Ditmar Groene; John Heap
Original assignee: Linpac Plastics International Ltd
Current assignee: Linpac Packaging Ltd
Priority date: 1990-11-20
Filing date: 1991-10-28
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2011-10-29
Also published as: WO1992008610A1; CA2061658A1; ATE188646T1; EP0558620A4; KR100231110B1; DE69131906D1; CA2061658C; EP0558620A1; KR930007636A; JPH06507124A; EP0558620B1; DE4037018A1

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON SCHICHT-VERBUNDWERKSTOFFEN

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schicht-Verbundwerkstoffen, insbesondere laminierten Schicht-Werkstoffen, die aus Schichten aus Kunststoffschaum, wie expandiertem Polystyrol (EPS), gebildet sind. Die Erfindung betrifft auch Schicht-Werkstoffe, die durch ein solches Verfahren gebildet wurden.
Kunststoffe, und insbesondere geschäumte Kunststoffe, werden in großen Mengen für Verpackungszwecke verwendet. Zieht man die Umweltfrage in Betracht, so werden immer mehr Anstrengungen unternommen, um diese Werkstoffe wiederzuverwenden, das heißt, sie wiederzuverwerten. Kunststoffe sind besonders gut für die Wiederverwendung im allgemeinen geeignet, aber die Verwendung von wiederverwerteten Kunststoffen oder Kunststoffschaum beim Verpacken wird durch eine Reihe von Problemen behindert.
Auf der anderen Seite kann man die Farbe von wiederverwertetem Kunststoffmaterial nur sehr schwer verändern, und in vielen Fällen wird sie den Anforderungen nicht genügen. Dann bestehen die offensichtlichen psychologischen und hygienischen Überlegungen, die insbesondere auf das Verpacken von Lebensmitteln Anwendung finden, insbesondere dort, wo die Lebensmittel mit dem wiederverwerteten Kunststoffmaterial in Kontakt kommen könnten.
Um jede Möglichkeit dieses Kontakts auszuschließen und dennoch wiederverwertetes Material einzusetzen, wird im Verpackungsbereich seit langer Zeit vorgeschlagen, daß ein Laminat gebildet wird, bei dem eine Schicht oder eine Lage aus wiederverwertetem Material auf mindestens einer Seite vollständig mit einer Schicht aus vorher unbenutztem oder "neuem" bzw. "jungfräulichem" Material bedeckt ist. Häufiger wird, um jede Möglichkeit einer Verunreini gung oder den Anschein einer Verunreinigung zu vermeiden, das wiederverwertete Material in neuem Material verkapselt, oder es wird im Fall einer Schicht, Folie oder eines Films ein "Sandwich" aus einer Innenschicht aus wiederverwertetem Material gebildet, die zwischen zwei Schichten aus neuem Material eingeschlossen wird.
Eine EPS-Schicht wird herkömmlicherweise durch Extrusion gebildet, wie durch kontinuierliches Extrudieren eines Zylinders oder eines Schlauches aus EPS-Folie, Expandieren des Schlauches unter Innenluftdruck, und Aufschlitzen des expandierten Schlauches oder "Ballons" auf einer Seite, sowie dadurch, daß sie ausgerollt wird, um eine einzige Schicht zu bilden, oder daß sie an gegenüberliegenden Seiten aufgeschlitzt wird, um zwei Schichten zu bilden.
Es ist auch bekannt, ein Laminat aus EPS zu bilden, indem der extrudierte Schlauch einfach zwischen ein Paar Walzen eingeführt wird, um ihn flach zu drücken, und dann die seitlichen Kanten des abgeflachten Schlauches kontinuierlich zurechtgeschnitten werden. Genau so ein Verfahren wird in der Deutschen Patentspezifikation Nr. 2.946.867, veröffentlicht am 27. Oktober 1983 im Namen von Komori et al., beschrieben. In der WO-A-9113750 wird ein Schaumkern beschrieben, der mit Mehrfach-Harzschichten bedeckt ist, der wiederaufbereitetes oder wiederverwertetes Material umfassen kann. Diese Mehrfach-Harzschichten sind nicht expandiert.
Mit diesen Überlegungen als Ausgangspunkt spricht die Erfindung das Problem der Erzeugung von Schichtwerkstoffen mittels eines einfachen Verfahrens an, welche den Anforderungen für Verpackungen entsprechen und dennoch von wiederverwertetem Kunststoff Gebrauch machen.
Im weiteren Sinne stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Schicht- Verbundwerkstoffes durch Extrudieren einer ersten Schicht aus vorher unbenutztem expandiertem Polystyrol aus einem ersten Extruder bereit, wobei gleichzeitig eine zweite Schicht aus expandiertem, wiederverwertetem expandiertem Polystyrol aus einem zweiten Extruder extrudiert wird und die frisch extrudierten Schichten unverzüglich miteinander verbunden werden.
Die Laminat-Zusammensetzung des so gebildeten Schicht-Werkstoffes macht es für die wiederverwertete Schicht oder Schichtlage möglich, auf mindestens einer Seite mit einer Deckschicht aus frischem oder neuem Material abgedeckt zu werden, und der Schicht-Werkstoff auf dieser Seite hat das Aussehen und die Eigenschaften von Schicht-Werkstoff, der vollständig aus neuem Kunststoff gebildet ist.
Verbessertes Verbinden kann durch Anwenden von Wärme auf eine oder beide der Schichten über deren gesamte Breite unmittelbar vor der Durchführung des Verbindungsschritts erleichtert werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Schicht- Verbundwerkstoffes bereit, das die Schritte des Bildens eines Paares Deckschichten aus vorher unbenutztem expandiertem Polystyrol aus einem ersten Extruder umfaßt, wobei gleichzeitig mindestens eine weitere Schicht aus expandiertem, wiederverwertetem expandiertem Polystyrol aus einem zweiten Extruder gebildet wird, und unverzüglich die frisch extrudierte wiederverwertete Schicht zwischen den frisch extrudierten Deckschichten eingeschlossen wird und die Deckschichten sofort mit der wiederverwerteten Schicht verbunden werden.
Wenn gemäß der Erfindung gebildeter Schicht-Werkstoff eine wiederverwertete Schicht einschließt, die auf beiden Seiten auf diese Weise abgedeckt ist, wird sie in neues Material eingebettet. Es ist offensichtlich, daß ein solcher Schicht-Werkstoff dahingehend besonders gut für das Verpacken von Lebensmitteln geeignet ist, als daß die Deckschicht auf der Innenseite der Schicht das Lebensmittel davor bewahrt, mit der wiederverwerteten Schicht in Kontakt zu kommen. Die andere oder äußere Deckschicht versieht die Verpackung mit einem Äußeren, das mit einer Verpackung vergleichbar ist, die vollständig aus neuem EPS hergestellt ist, und sie ist unter anderem besonders gut zum Bedrucken geeignet.
Beim Erreichen des Ziels, einen größtmöglichen Anteil an wiederverwertetem Material einzusetzen, ist die Dicke der wiederverwerteten Schicht oder Schichten vorzugsweise größer als die Dicke jeder Deckschicht und stärker vorzugsweise größer als die Gesamtdicke beider Deckschichten. Der Anteil an neuem Material liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 40 Prozent des gesamten Materials für die Schicht.
Durch den Einsatz von mehr als einem Extruder ist es möglich, die wiederverwertete Schicht oder Schichten und die Deckschicht oder Deckschichten kontinuierlich und gleichzeitig herzustellen, wobei der Schicht-Werkstoff gemäß der Erfindung gebildet wird, indem beide oder alle Schichten aus den entsprechenden Extrudern einfach frisch miteinander verschmolzen werden. Die Kosten für den Einsatz mehrerer Extruder werden durch die vervielfachte Herstellungskapazität ausgeglichen.
Man hat darüber hinaus herausgefunden, daß, wenn das Verschmelzen und Verbinden mit frisch extrudierten Schichten durchgeführt wird, nicht nur eine bessere Verbindung erreicht wird als dann, wenn eine oder mehrere der Schichten nicht frisch aus dem Extruder sind, sondern auch, daß der resultierende Schicht-Verbundwerkstoff viel geeigneter für anschließende Bildungsvorgänge ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner noch ein Verfahren zur Herstellung eines Schicht- Verbundwerkstoffes bereit, das die Schritte umfaßt: kontinuierliches Extrudieren eines ersten Schlauchs aus vorher unbenutztem, expandiertem Polystyrol aus einem ersten Extruder, Aufschlitzen des ersten Schlauchs an gegenüberliegenden Seiten hiervon, um ein unterteiltes Paar aus frisch extrudierten Deckschichten zu bilden, kontinuierliches Extrudieren eines zweiten Schlauchs aus expandiertem, wiederverwertetem expandiertem Polystyrol aus einem zweiten Extruder, Aufschlitzen des zweiten Schlauchs an mindestens einer Seite hiervon, um mindestens eine weitere frisch extrudierte Schicht aus wiederverwertetem expandiertem Polystyrol zu bilden, Einführen der wiederverwerteten Schicht, die einer Oberfläche einer der Deckschich ten gegenüberliegt, um zwei Paare sich gegenüberliegender Oberflächen vorzusehen, zwischen die unterteilten Deckschichten, Leiten der wiederverwerteten Schicht, die einer Oberfläche einer der Deckschichten gegenüberliegt, um zwei Paare sich gegenüberliegender Oberflächen vorzusehen, unverzügliches Einrücken der frisch extrudierten Deckschicht, und sofortiges Miteinanderverbinden der sich gegenüberliegenden Oberflächen jedes Paares hiervon.
Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur mittels Beispiel unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
die Fig. 1 eine vergrößerte teilweise Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform von gemäß der Erfindung gebildetem Schicht-Werkstoff ist;
die Fig. 2 eine Ansicht ähnlich der Fig. 1 ist, jedoch eine zweite Ausführungsform von gemäß der Erfindung gebildetem Schicht-Werkstoff ist;
die Fig. 3 eine Ansicht ähnlich den Fig. 1 und 2 ist, jedoch eine dritte Ausführungsform von gemäß der Erfindung gebildetem Schicht-Werkstoff ist;
die Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens ist, das so angepaßt ist, daß es den Schicht-Werkstoff von Fig. 2 bildet;
die Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung ist, das speziell daran angepaßt ist, den Schicht-Werkstoff von Fig. 3 zu bilden;
die Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung ist, die teilweise entlang der Linie 6-6 von Fig. 5 genommen ist und die Schichtführung vor dem Verschmelzen zeigt, um den Schicht-Werkstoff zu bilden;
die Fig. 7 eine schematische Darstellung, ähnlich der Fig. 4 und entlang der Linie 7-7 von Fig. 8 genommen, einer bevorzugten Modifikation des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung ist;
die Fig. 8 eine teilweise Draufsicht entsprechend der schematischen Darstellung von Fig. 7 ist;
die Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Form einer Ablenkungswalze ist, die bei der Durchführung der Verfahren von Fig. 5 bis 8 eingesetzt wird, und
die Fig. 10 eine planare Projektion der Oberfläche der Ablenkungswalze von Fig. 10 ist.
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen drei Beispiele einer Vielzahl von Schicht-Verbundwerkstoffen, die gemäß der Erfindung gebildet werden können und die für die Verwendung beim Verpacken, Drucken oder sonstwie, insbesondere das Verpacken von Lebensmitteln, geeignet sind. Die Schichten des Schicht-Werkstoffes in jedem Beispiel umfassen geschäumten Kunststoff, insbesondere expandiertes Polystyrol.
Die Fig. 1 zeigt einen Schicht-Werkstoff (10), der ein Laminat umfaßt, das aus zwei Schichten unterschiedlicher Dicken gebildet ist. Die dickere Schicht umfaßt wiederverwertetes oder aufbereitetes EPS. Altes Verpackungsmaterial wird für die Wiederaufbereitung dieses Kunststoffes bevorzugt, aber es ist auch vorstellbar, daß EPS-Abfall oder -Ausschuß oder altes EPS- Material, das von anderen Quellen erhalten wurde, oder eine Mischung aus EPS-Ausschuß und benutztem EPS-Verpackungsmaterial verwendet werden könnte, um die wiederverwertete Schicht (11) vorzusehen.
Die dünnere Schicht des Schicht-Werkstoffes (10) ist eine Deckschicht (12). Diese ist ständig an einer Seite der wiederverwerteten Schicht (11) über die gesamte Breite beider Schichten angebracht oder mit ihr verbunden. Die Deckschicht (12) umfaßt vorzugsweise neues Material, d. h. EPS, das vorher nicht verwendet und wiederverwertet wurde, wobei die mit der Deckschicht (12) versehenen Seite des Schicht-Werkstoffes (10) die Eigenschaften des Schicht-Werkstoffes aufweist, der vollständig aus neuem EPS hergestellt ist. Die Deckschicht (12) kann mit jeder gewünschten Farbe versehen sein, und sie kann einen Druck tragen. Weil sie aus neuem Material besteht, kann sie hinsichtlich hygienischer Überlegungen ohne Vorbehalt mit Lebensmitteln in Kontakt gebracht werden.
In dem in der Fig. 1 gezeigten Beispiel beträgt das Dickenverhältnis zwischen der dünneren Deckschicht (12) und der dickeren wiederverwerteten Schicht etwa 1 : 2,5. Allerdings kann das Dickenverhältnis so gewählt werden, um das wiederverwertete EPS noch deutlicher zu begünstigen, zum Beispiel im Verhältnis 1 : 5.
Die Fig. 2 betrifft einen Dreifachschicht-Werkstoff (13). In diesem Fall ist die wiederverwertete Schicht (14) mit zwei dünneren Deckschichten (15 und 1b) versehen, um das Laminat zu bilden. Die Deckschichten sind aus neuem geschäumtem Kunststoff gebildet, während die im wesentlichen dickere wiederverwertete Schicht (14) aus wiederverwertetem geschäumtem Kunststoff besteht. Das Merkmal, daß die wiederverwertete Schicht (14) auf beiden Seiten durch die Deckschichten (15 und 16) abgedeckt ist, verleiht dem Schicht-Werkstoff (13) Eigenschaften, insbesondere visuelle und hygienische Eigenschaften, die vergleichbar sind mit Schicht-Werkstoffen, die vollständig aus neuem Material hergestellt sind, trotz der Verwendung von wiederverwertetem EPS in seinem Kern. Auch hier kann die obere oder "äußere" Deckschicht (15) in jeder gewünschten Farbe hergestellt sein, und sie kann bedruckt werden, während die untere oder "innere" Deckschicht (16) ohne Vorbehalte hinsichtlich der Hygiene in Kontakt mit den Lebensmitteln gebracht werden kann.
Die Deckschichten (15 und 16) des Schicht-Werkstoffes (13) weisen die gleiche Dicke auf und sind mit der wiederverwerteten Schicht (14) über deren gesamt Breite verbunden. Jede Deckschicht (15, 16) beträgt bis zu etwa einem Fünftel der Dicke der wiederverwerteten Schicht (14). Diese Dickenverhältnisse können, wie gewünscht, erhöht oder verringert werden.
Die Fig. 3 zeigt einen Vierschicht-Werkstoff oder -Laminat (17), der/das aus zwei Deckschichten (20 und 21) gebildet ist, zwischen denen zwei benachbarte wiederverwertete Schichten (18 und 19) eingebettet sind. Jede der Oberflächen der beiden wiederverwerteten Schichten ist permanent mit der angrenzenden Oberfläche über deren gesamte Breite verbunden, und die wiederverwerteten Schichten sind über deren gesamte Breite miteinander verbunden.
Dank ihrer Vierschicht-Bildung weist der Schicht-Werkstoff (17) ein Dickenverhältnis von 1 : 2,5 zwischen den dickeren wiederverwerteten Schichten (18 und 19) auf der einen Seite und den dünneren Deckschichten (20 und 21) auf der anderen auf. Wie in den Beispielen, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, kann der Schicht-Werkstoff (17) auch mit anderen Dicke- Verhältnissen, die für spezielle Zwecke geeignet sind, versehen sein.
Im weitesten Sinne ist es nicht wesentlich in einem der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Beispiele, daß entweder zwei oder mehr der Schichten die gleiche Dicke aufweisen.
Die Fig. 4 zeigt ein Herstellungsverfahren des Schicht-Werkstoffes (13) der Fig. 2. Die zwei Deckschichten (15 und 16) werden durch Extrusion kontinuierlich und gleichzeitig gebildet. Spezieller wird ein Folienballon (23) aus einem Extruder (22) erzeugt, der auf eine Kühlspindel (24) geleitet wird, und er wird dann an gegenüberliegenden Seiten aufgeschlitzt, um in zwei Hälften geteilt zu werden. Jede dieser Hälften, die anfänglich noch gerundet oder gewölbt in der Ballonkonfiguration vorliegt, wird ausgerollt oder abgeflacht, um die zwei flachen Deckschichten (15 und 16) zu bilden. Das Verfahren ist soweit herkömmlich.
Die wiederverwertete Schicht (14), die mit jedem geeigneten Mittel, wie Extrusion, vorher hergestellt worden ist, wird kontinuierlich von einer Walze (25) davon bei einer Rate geführt, die der Extrusionsrate des Folienballons (23) entspricht, um zwischen die von dem Ballon gebildeten Deckschichten (15 und 16) eingeführt zu werden. Das Verbinden der Deckschichten (15 und 16) mit der wiederverwerteten Schicht (14) wird durch Abdichten, Schweißen oder ein anderes ähnliches Verfahren über deren gesamte Breite durchgeführt. Ein geeigneter Spalt (27) wird zwischen einem Paar Verbindungswalzen (26) gebildet. Vorzugsweise wird das Wärmen (nicht dargestellt) von mindestens der wiederverwerteten Schicht (14), nachdem sie von der Werkstoffwalze (25) gezogen wurde, durchgeführt, bevor sie in den Bereich des Spalts (27) eintritt. Dieses Wärmen kann durch Wärmestrahler, d. h. Strahlungswärme, bereitgestellt werden oder durch Wärme-Aufspannvorrichtungen, die mit beiden Seiten der wiederverwerteten Schicht (14) in Kontakt stehen, d. h. leitende Wärme. Außerdem können, wenn die Restwärme aus dem Extrusionsverfahren ungeeignet ist, um akzeptables Schweißen oder Abdichten zwischen den Deckschichten und der wiederverwerteten Schicht vorzusehen, die Oberflächen der Deckschichten (15 und 16), die an die wiederverwertete Schicht (14) grenzen, durch Strahlungswärme oder elektrisch leitende Wärme erwärmt werden. In jedem Fall wird das Wärmen über die gesamte Breite der so behandelten Schicht vorgenommen.
Die Fig. 5 und 6 zeigen ein Verfahren gemäß der Erfindung zur Bildung des Vierschicht- Werkstoffes (17) von Fig. 3. Hier werden zwei Ballons (30 und 31) aus EPS-Folie kontinuierlich von zwei parallelen Extrudern (28 und 29) gebildet. Der Ballon (30) umfaßt neues Material; das heißt, der Extruder (28) wird aus neuem EPS bereitgestellt. Der Folienballon (31) andererseits wird aus wiederverwertetem EPS-Werkstoff hergestellt.
Wie oben in Zusammenhang mit der Fig. 4 beschrieben, wird jeder Folienballon an gegenüberliegenden Seiten auf die wohlbekannte Weise aufgeschlitzt, um in der Mitte geteilt zu werden, und die zwei so gebildeten Schichten werden flach ausgerollt. Die zwei Deckschichten (20 und 21) werden auf diese Weise von dem Folienballon (30) und die zwei wiederverwerteten Schichten (18 und 19) von dem Folienballon (31) gebildet. Die von dem Extruder (28) bereitgestellten Deckschichten (20 und 21) werden in die Extrusionsrichtung auf eine Weise direkt an ein Paar Verbindungswalzen (32) geführt, daß sie in einen Spalt (33) zwischen den Verbindungswalzen (32) eintreten, von denen jede von einer entsprechenden Verbindungswalze (32), wie in der Fig. 6 gezeigt, eingerückt wird.
Die von dem Extruder (29) bereitgestellten wiederverwerteten Schichten (18 und 19) werden durch doppeltes Ablenken in rechtem Winkel von der Extrusionsrichtung zu einer Richtung von 90º zur Extrusionsrichtung zwischen die beiden Deckschichten (20 und 21) geführt und dann wieder in eine Richtung, die parallel zu der Extrusionsrichtung verläuft und mit der Extrusionsrichtung der Deckschichten zusammenfällt.
Das doppelte Ablenken wird mit zwei Ausgleichspaaren von im Winkel stehenden Ablenkungswalzen (34) erreicht, von denen das obere Paar in der Fig. 5 sichtbar ist, wobei eine Walze jedes Paares in der Fig. 6 dargestellt ist. Auf diese Weise werden die wiederverwerteten Schichten (18 und 19) in der Extrusionsrichtung der Deckschichten (20 und 21) in den Spalt (33) eingeführt und werden in dem Verfahren, mit Bezug insbesondere auf die Fig. 6, miteinander und mit den entsprechenden Deckschichten (20 und 21) über deren gesamte Breite verbunden.
Um die wiederverwerteten Schichten (18 und 19) und die Deckschichten (20 und 21) abzudichten oder zu schweißen, werden geeignete Wärmeelemente (nicht abgebildet) vor dem Walzenspalt (33) angebracht. Diese erwärmen, durch Strahlungswärme oder elektrisch leitende Wärme, die gesamte Breite dieser Oberflächen der wiederverwerteten und miteinander zu verbindenden Deckschichten.
Der Zweischicht-Werkstoff (10) von Fig. 1 kann durch eins der beiden hier weiter oben beschriebenen Verfahren gebildet werden. Zwei parallele Walzenpaare, von denen jedes aus zwei Verbindungswalzen (26 oder 32) besteht, werden mit dem Extruder (22) oder den Extrudern (28 und 29) zu diesem Zweck verbunden und bilden Spalte (27 und 33), die sich auf unterschiedlichen Niveaus befinden. Dadurch ist es möglich, zwei Schichten (10) gleichzeitig zu bilden. Das in der Fig. 4 dargestellte Verfahren würde auch durch die Verwendung eines Walzenpaares modifiziert, das der Walze (25) entspricht, um eine wiederverwertete Schicht (11) für jedes Laminat (10) bereitzustellen, wobei das Material jeder dieser Bereitstellungswalzen an einen entsprechenden Spalt (27) geführt wird, um zwei Laminate (10) gleichzeitig zu bilden.
Kehrt man nun zu dem in der Fig. 4 dargestellten Verfahren zurück, sollte man feststellen, daß die Verwendung von sogenannten alten EPS-Schichten, wie von der Bereitstellungswalze (25), gewisse Probleme mit sich bringt. Spezieller neigt eine einzelne EPS-Schicht, die durch Extrusion, Ballonbildung, Aufschlitzen und Ausrollen, wie vorangehend beschrieben, gebildet wurde und dann für die Lagerung und spätere Verwendung zu einer Spirale gerollt wurde, fast unverzüglich dazu, eine unerwünschte Verformung anzunehmen, wodurch sie starr und spröde wird. Wenn eine solche Schicht später in einem Laminat, wie in dem Verfahren von Fig. 4, verwendet wird, neigt der resultierende Schicht-Werkstoff dazu, wellig oder anderweitig uneben zu sein, und die spröde Beschaffenheit der Schicht wird zu einem gewissen Grad auf das Laminat übertragen.
Allerdings ist noch spezieller das Schweißen oder Verbinden von diesem alten EPS mit frisch extrudierten Schichten unvollständig oder minderwertiger als das, welches zwischen sozusagen frisch extrudierten Schichten, die von demselben Schlauch oder Ballon gebildet wurden, erreicht werden kann. Obwohl dieses Problem dadurch etwas erleichtert werden kann, daß die zu verbindenden Oberflächen erwärmt werden, kurz bevor sie in dem Spalt zwischen den Bildungswalzen zusammengebracht werden, neigen die Ergebnisse dazu, uneben zu sein, und es scheint, daß die obere Bindung zwischen frisch extrudierten Schichten nicht realisiert werden kann, wenn in jedem Fall altes EPS verwendet wird.
Mit diesen Überlegungen im Sinn wird nun Bezug auf die Fig. 7 und 8 genommen, in denen die bevorzugte Form des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt wird. (In diesen Figuren sind Bezugsziffern, die Merkmale bezeichnen, welche Merkmalen entsprechen, die in der Fig. 4 gezeigt sind, um 100 erhöht.)
Das Verfahren der Fig. 7 und 8 ist ähnlich dem Verfahren der Fig. 4 mit der Ausnahme, daß die Walze (25) aus alter EPS-Schicht durch eine Quelle frischer extrudierter Schicht ersetzt ist. Spezieller wird ein zweiter Extruder (129) bereitgestellt und parallel zu dem ersten Extruder (122) angeordnet. Letzterer ist mit neuem EPS, wie vorher, versehen, wohingegen der zweite Extruder (129) mit wiederverwendetem EPS ausgestattet ist. Der aus dem Extrudat des zweiten Extruders gebildete Folienballon (123a) wird nur an einer Seite aufgeschlitzt und flach ausgerollt, um eine einzelne Bahn oder eine Schicht (114) aus wiederverwertetem EPS zu bilden, dessen Dicke und Breite vorher durch Steuern der Wanddicke und des Durchmessers des Ballons (123a) auf bestens bekannte Weise bestimmt sind.
Die wiederverwertete Schicht (114) wird durch doppeltes Ablenken auf eine Weise, die ähnlich ist wie die in den Fig. 5 und 6 dargestellte, mit Bezug auf jede der beiden wiederverwerteten Schichten (18 und 19) zwischen die beiden Deckschichten (115 und 116) geführt, wobei ein einzelnes Paar im Winkel stehender Ablenkungswalzen (125 und 125a) verwendet werden. Auf diese Weise wird die wiederverwertete Schicht (114) in den Spalt (127) zwischen die Bildungswalzen (126) in die Extrusionsrichtung der Deckschichten (115 und 116) eingeführt.
Um allerdings das Verbinden zu verbessern, kurz bevor die drei Schichten in den Spalt (127) eintreten, werden die miteinander zu verbindenden Schichtoberflächen Wärme von zwei sich gegenüberliegenden Reihen von Wärmevorrichtungen (135, 135a) ausgesetzt. Diese Heizgeräte sind vorzugsweise des Typs, bei dem kontinuierlich erwärmte Gase direkt auf die zu erwärmenden Oberflächen entladen werden, wobei die Wärmequelle elektrische Wärmeelemente sind oder per Gasverbrennung erfolgt (beides nicht abgebildet), je nach Bevorzugung. Darüber hinaus werden vorzugsweise Wärmeregulierungen bereitgestellt und bequem von einem Techniker für die manuelle Einstellung angebracht, um die Temperatur der erwärmten Oberflächen zu regulieren, wenn sie in den Spalt (127) eintreten. Zur Vereinfachung ist nur eine dieser Steuerungen (136) in der Fig. 7 dargestellt, obwohl in Wirklichkeit jede Reihe von Wärmevorrichtungen (135, 135a) mit individuellen Steuerungen versehen ist.
Auch hier wird das Verbinden wieder über die gesamte Breite angrenzender Schichten durchgeführt. Es ist auch wichtig hervorzuheben, daß die Anwendung von Wärme auf Schichten direkt vor dem Verbinden, ein bevorzugter Schritt in sämtlichen hierin veranschaulichten und be schriebenen Verfahren, in jedem Fall über die gesamte Breite jeder so behandelten Schicht vorgenommen wird.
Schicht-Werkstoff (113), der gemäß dem in den Fig. 7 und 8 dargestellten veränderten und bevorzugten Verfahren hergestellt wurde, entspricht dem allgemeinen Typ, der bei (13) in der Fig. 2 dargestellt ist. Man wird eingestehen, daß ein solches Verfahren weniger Geräte erfordert als das in den Fig. 5 und 6 dargestellte Vierschicht-Verfahren, und natürlich gibt es eine Schnittfläche weniger zwischen den Schichten zum Erwärmen und Verbinden.
Wie weiter oben erwähnt wurde, wird ein höherwertiger Schicht-Verbundwerkstoff erreicht, indem die Verfahren gemäß der Erfindung durchgeführt werden, die hier weiter oben mit Bezug auf die Fig. 5 und 6 beziehungsweise die Fig. 7 und 8 beschrieben werden, und die höherwertigen Eigenschaften sind zu einem Großteil auf eine verbesserte Bindung zurückzuführen, die dadurch zwischen angrenzenden Schichten des Werkstoffes bewirkt wurde. Die genaue physikalische Beschaffenheit der verbesserten Bindung ist derzeit nicht bekannt, aber die Verbesserung ist einfach unterscheidbar, indem man das Aussehen und die Leistung von Schicht- Werkstoff, der mit Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde, mit dem Aussehen und der Leistung von Schicht-Verbundwerkstoff vergleicht, der mit bisher bekannten Verfahren hergestellt wurde.
Die entsprechenden Schicht-Werkstoffe (10, 13, 17 und 113), die von den verschiedenen hierin weiter oben beschriebenen Verfahren bereitgestellt werden, können in Walzen (nicht dargestellt) nachgeordnet aufgenommen werden, wenn ihre Dicke gering genug ist, um die notwendige Flexibilität zu gewähren, wie es normalerweise der Fall wäre, wenn der Schicht-Werkstoff für Verpackungszwecke bestimmt ist. Allerdings wird die maximal mögliche Dicke des Schicht- Werkstoffes nur durch die Beschränkungen des Extruders und andere verfügbare Zusatzgeräte bestimmt, und deshalb kann er dick genug gemacht werden, um in starre oder halbstarre Platten geschnitten zu werden, die sich für die Verwendung zum Beispiel als Isolierung beim Hausbau, bei der Kühlung und dergleichen eignen. Man hat herausgefunden, daß jede der äußeren Schich ten beim Schicht-Werkstoff mit dieser großen Dicke vorzugsweise nicht weniger als 15 Prozent der gesamten Dicke umfassen sollte, wobei die Dicke der wiederverwerteten Schicht 70 Prozent der gesamten Dicke nicht überschreiten sollte.
Die Fig. 9 und 10 veranschaulichen gemäß der Erfindung die Lösung noch eines anderen Problems. Selbst frisch extrudierter EPS-Folie oder -Schicht fehlt die Zugfestigkeit und Biegeelastizität von Bahnen aus sozusagen Kraftpackpapier oder molekular ausgerichtetem Polyethylenterephthalat. Aus diesem Grund bietet das Ablenken der wiederverwerteten Schichten, wie in den Fig. 5 und 8 dargestellt, die Möglichkeit des Brechens der Schichten durch Spalten oder Reißen, wenn gewöhnliche rotierende zylindrische Walzen als die im Winkel stehenden Ablenkungswalzen (34, 125 und 125a) eingesetzt werden, wobei diese Walzen notwendigerweise relativ große Reibungskräfte entstehen lassen, die auf die Schicht wirken.
Statt dessen wird es gemäß der Erfindung vorgezogen, daß diese Luftkissenwalzen sind, von denen eine in der Fig. 9 bei (137) gezeigt ist. Diese Walze umfaßt eine zylindrische Wand (138), die mit einem Paar Stirnwänden (138a, 138b) einen Innenhohlraum der Walze einschließt. Die zylindrische Wand (138) schließt einen Arbeitsbereich (139) ein, der eine Reihe kleiner Öffnungen (140) umfaßt.
Die Öffnungen durchbohren die Wand (138) in einem geordneten Muster, um mit dem Innenhohlraum der Walze zu kommunizieren. Eine der Stirnwände (138a) ist mit einer Einlaßöffnung (141) versehen, die mit dem Innenhohlraum der Walze (137) kommuniziert.
Der äußere Durchmesser (D) der Walze (137) wird gewählt, um einen äußeren Umfang D · π (Fig. 10) der zylindrischen Wand (138) bereitzustellen, in der das Ablenken einer Schicht (142) aus EPS mit vorher bestimmter Dicke untergebracht wird, ohne daß sie bei einer vorher festgelegten Laufrate bricht. Die Breite (B) des Arbeitsbereichs (139) (Fig. 10) wird gewählt, damit sie der Breite (B) der Schicht (142) entspricht, während die Länge, in diesem Fall D/2 · π (Fig. 10), des Arbeitsbereichs (139) so berechnet wird, daß sie dem Teil des Umfangs ent spricht, über dem die Schicht während des Betriebs liegt. Schließlich wird sowohl in der Fig. 9 als auch Fig. 10 die zylindrische Länge der Walze (137) bei (L) dargestellt.
Während des Betriebs wird Luft unter Überdruck über die Einlaßöffnung (141) aus einer geeigneten Quelle dafür (nicht dargestellt) kontinuierlich in den Innenhohlraum der Walze (137) eingeführt. Die so eingeführte Luft wird über die Öffnungen (140) abgelassen, um ein Luftkissen bereitzustellen, das die Schicht (142) während ihres Ablenkens oder ihrer Richtungsänderung unterstützt, ohne daß sie Kontakt mit der Oberfläche der zylindrischen Wand (138) und von daher mit vernachlässigbaren Reibungskräften hat, die auf die Schicht wirken.
Kehrt man noch einmal zur Fig. 4 zurück, so können bestimmte andere brauchbare Laminate bereitgestellt werden, indem eine Werkstoff-Walze (25) bereitgestellt wird, die nicht notwendigerweise EPS ist, die aber auf jeden Fall gitterartig oder perforiert ist. Dieser Werkstoff könnte zum Beispiel elektrischen Strom umfassen oder führen, und der bereitgestellte resultierende Schicht-Werkstoff könnte später geschnitten und geformt werden, um eine Isolierung für den Innenraum des Daches des Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs zu bilden. Bei einer solchen Verwendung würde der auf diese Weise in den Schicht-Werkstoff eingebettete elektrische Strom angeschlossen werden, um den Betrieb der Innenbeleuchtung zu aktivieren und zu steuern.
Der Werkstoff der Walze (25) ist in diesem Fall gitterartig oder perforiert, so daß dann, wenn er zwischen die Deckschichten (15 und 16) gebracht wird, die letzteren sich miteinander verbinden, wobei sie an den Zwischenräumen oder Perforationen des gitterartigen oder perforierten Werkstoffes in gegenseitigen Kontakt miteinander kommen.
Während die Erfindung auf besondere Weise in Verbindung mit bestimmten speziellen Ausführungsformen hiervon beschrieben worden ist, ist davon auszugehen, daß dies durch Veranschaulichung und nicht durch Einschränkung geschieht, und der Umfang der Ansprüche im Anhang sollte so breit ausgelegt werden, wie es der Stand der Technik gestattet.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Schicht-Verbundwerkstoffs (10), umfassend die Schritte des Bildens einer ersten Schicht (12) aus vorher unbenutztem, expandiertem Polystyrol aus einem ersten Extruder, gleichzeitiges Bilden einer zweiten Schicht (11) aus expandiertem, wiederverwertetem expandiertem Polystyrol aus einem zweiten Extruder, und unverzügliches Verbinden der frisch extrudierten Schichten (11, 12) miteinander.

2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt des Anwendens von Wärme auf mindestens eine der Schichten (11, 12) über deren gesamte Breite unmittelbar bevor das Verbinden durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt des Anwendens von Wärme auf beide der Schichten (11, 12) über deren gesamte Breiten unmittelbar bevor das Verbinden durchgeführt wird.

4. Verfahren zur Herstellung eines Schicht-Verbundwerkstoffs (13), umfassend die Schritte des Bildens eines Paars aus Deckschichten (15, 16) aus vorher unbenutztem, expandiertem Polystyrol aus einem ersten Extruder (122), gleichzeitiges Bilden mindestens einer weiteren Schicht (14) aus expandiertem, wiederverwertetem expandiertem Polystyrol aus einem zweiten Extruder (129), unverzügliches Einschließen der frisch extrudierten, wiederverwerteten Schicht (14) zwischen den frisch extrudierten Deckschichten (15, 16) und sofortiges Verbinden der Deckschichten (15, 16) mit der wiederverwerteten Schicht (14).

5. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend den Schritt des Anwendens von Wärme auf die wiederverwertete Schicht (14) über deren gesamte Breite unmittelbar vor dem Einschließen der wiederverwerteten Schicht (14) zwischen den Deckelschichten (15, 16).

6. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend den Schritt des Anwendens von Wärme auf die Deckschichten (15, 16) über deren gesamte Breite unmittelbar vor dem Einschließen der wiederverwerteten Schicht (14) zwischen den Deckschichten (15, 16).

7. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend den Schritt des Anwendens von Wärme auf die Deckschichten (15, 16) und die wiederverwertete Schicht (14) über deren gesamte Breiten unmittelbar vor dem Einschließen der wiederverwerteten Schicht (14) zwischen den Deckschichten (15, 16).

8. Verfahren zur Herstellung eines Schicht-Verbundwerkstoffs (17), umfassend die Schritte des kontinuierlichen Extrudierens eines ersten Schlauchs (30) aus vorher unbenutztem, expandiertem Polystyrol aus einem ersten Extruder (28), Aufschlitzen des ersten Schlauchs (30) an gegenüberliegenden Seiten hiervon, um ein unterteiltes Paar aus frisch extrudierten Deckschichten (20, 21) zu bilden, kontinuierliches Extrudieren eines zweiten Schlauchs (31) aus expandiertem, wiederverwertetem expandiertem Polystyrol aus einem zweiten Extruder (29), Aufschlitzen des zweiten Schlauchs (31) an mindestens einer Seite hiervon, um mindestens eine weitere frisch extrudierte Schicht (18, 19) aus wiederverwertetem expandiertem Polystyrol zu bilden, Einführen der wiederverwerteten Schicht (18, 19) zwischen die unterteilten Deckschichten (20, 21), Leiten der wiederverwerteten Schicht (18, 19) in die Laufrichtung der Deckschichten (20, 21), so daß jede der gegenüberliegenden Oberflächen der wiederverwerteten Schicht (18, 19) einer Oberfläche einer der Deckschichten (20, 21) gegenüberliegt, um zwei Paare sich gegenüberliegender Oberflächen vorzusehen, unverzügliches Einrücken der frisch extrudierten, wiederverwerteten Schicht (18, 19) zwischen die frisch extrudierten Deckschichten (20, 21), und sofortiges Miteinanderverbinden der sich gegenüberliegenden Oberflächen jedes Paares hiervon.

9. Verfahren nach Anspruch 8, umfassend den Schritt des Anwendens von Wärme auf mindestens eine der sich gegenüberliegenden Oberflächen jedes der Paare hiervon über die gesamte Breite der einen gegenüberliegenden Oberfläche unmittelbar vor dem Einrücken der wiederverwerteten Schicht (18, 19) zwischen die Deckschichten (20, 21).

10. Verfahren nach Anspruch 8, umfassend den Schritt des Anwendens von Wärme auf beide der sich gegenüberliegenden Oberflächen beider Paare hiervon über deren gesamte Breiten unmittelbar vor dem Einrücken der wiederverwerteten Schicht (18, 19) zwischen die Deckschichten (20, 21).

11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Einführens der wiederverwerteten Schicht (18, 19), zwischen die unterteilten Deckschichten (20, 21) durchge führt wird durch Leiten der wiederverwerteten Schicht (18, 19) in Richtung der unterteilten Deckschichten (20, 21) aus einer in Bezug hierzu seitlichen Richtung, und Ablenken der wiederverwerteten Schicht (18, 19) von der seitlichen Richtung zu der Laufrichtung der Deckschichten (20, 21).

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Ablenkens der wiederverwerteten Schicht (18, 19) durchgeführt wird durch Führen der wiederverwerteten Schicht (18, 19) um eine Ablenkungswalze (34), welche zwischen den unterteilten Deckschichten (20, 21) angeordnet ist, wobei die Achse der Ablenkungswalze spitze Nebenwinkel mit der seitlichen Richtung und der Laufrichtung der Deckschichten (20, 21) bildet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, umfassend den Schritt des Vorsehens eines Luftkissens zwischen der Ablenkwalze (34) und der wiederverwerteten Schicht (18, 1519), um einen direkten Kontakt dazwischen während dem Ablenkungsschritt auszuschließen.

14. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Einführens der wiederverwerteten Schicht (18, 19) zwischen die unterteilten Deckschichten (20, 21) durchgeführt wird durch Extrudieren des zweiten Schlauchs (31), wobei im wesentlichen ein paralleler Lauf der wiederverwerteten Schicht (18, 19) mit den Deckschichten (20, 21) bewirkt wird, Ablenken der wiederverwerteten Schicht (18, 19) von dem parallelen Lauf zu einer im Bezug hierzu seitlichen Richtung und gegen die Deckschichten (20, 21), und Ablenken der wiederverwerteten Schicht (18, 19) von der seitlichen Richtung in Richtung der Laufrichtung der Deckschichten (20, 21).

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schritte des Ablenkens der wiederverwerteten Schicht (18, 19) durchgeführt werden durch Führen der wiederverwerteten Schicht (18, 19) um ein Paar von Ablenkungswalzen (34), wobei eine erste des Paars der Ablenkungswalzen (34) seitlich der unterteilten Deckschichten (20, 21), eine zweite der Ablenkungswalzen (34) zwischen den unterteilten Deckschichten (20, 21) angeordnet ist, die Achse der ersten Ablenkungswalze (34) spitze Nebenwinkel mit der im wesentlichen parallelen Laufrichtung und der seitlichen Richtung bildet, die Achse der zweiten Ablenkungswalze (34) spitze Nebenwinkel mit der seitlichen Richtung und der Laufrichtung der unterteilten Deckschichten (20, 21) bildet.

16. Verfahren nach Anspruch 15 umfassend den Schritt des Vorsehens eines Luftkissens zwischen jeder der Ablenkungswalzen (34) und der wiederverwerteten Schicht (18, 19), um einen direkten Kontakt dazwischen während den Ablenkungsschritten auszuschließen.