NO141924B - Fremgangsmaate og apparat til varmforsegling av gjenstander av polyolefinmaterialer - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

til varmforsegling av to gjenstander av polyolefinmaterialer som har forskjellige smelteindekser, hvor overflaten på gjenstandene som skal varmforsegles holdes i berøring med en varm varmeflate i et visst tidsrom og under trykk og polyolefinen oppvarmes til i det minste dens smeltetemperatur, hvoretter de oppvarmete polyolefinflater trykkes an mot hverandre og avkjøles.

Oppfinnelsen vedrører også et apparat for utførelse av fremgangsmåten, til varmforsegling av to gjenstander av polyolef inmaterialer som har forskjellige smelteindekser, omfattende . innbyrdes bevegelige organer til fastholdelse og sentrering av de to gjenstander, og en oppvarmingsanordning for oppvarming av de polyolefinoverflater som skal varmforsegles i et visst tidsrom.

En kjent slik fremgangsmåte har den ulempe at den dannete skjøt ikke er god nok når flater på gjenstander som består av polyolefiner med forskjellige smelteindekser skal varmforsegles. For smelting av polyolefinflåtene som skal forbindes med hverandre anvendes det et varmeelement med jevn temperatur, idet dette anvendes for å oppvarme begge flater, slik at når flatene av polyolefinene med forskjellig smelteindeks skal sveises har flatene helt forskjellige flyteegenskaper.

Polyolefiner med forskjellige egenskaper kan defineres

ved hjelp av deres smelteindeks som bestemmes ved å måle den mengde væskeformet polymer i gram som pr. 10 minutter flyter gjennom et munnstykke med spesielle dimensjoner under et spesielt trykk og ved en spesiell temperatur. Når trykket økes,

øker hastigheten, men det er ingen rettlinjet forbindelse mellom mengden av uflyt polymer pr. 10 minutter og trykket.

Som følge av den komplekse forbindelse mellom temperatur, viskositet, smelteindeks og trykk er det umulig å oppnå en full-god skjøt ved utøvelse av de kjente fremgangsmåter når flater av gjenstander av polyolefinmaterialer med forskjellig smelteindeks skal varmforsegles.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en fremgangsmåte og et apparat av ovennevnte type hvorved det uten vanskelighet kan oppnås en skjøt med utmerket kvalitet.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen for fremgangsmåtens vedkommende ved at oppvarmingen av de flater som skal forsegles skjer ved at overflaten på den ene gjenstand holdes i berøring med en første varmeflate i samme tidsrom og under samme trykk som den annen gjenstands overflate holdes i berøring med en andre varmeflate, idet varmeflåtenes temperatur reguleres slik at materialene i de to overflater som skal forsegles får i det vesentlige like flyteegenskaper i smeltet tilstand.

Apparatet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at oppvarmingsanordningen omfatter to individuelt styrbare oppvarmingsdeler som er innrettet til å frembringe stort sett like store smeltede volumer av polyolefinoverflåtene i løpet av nevnte tidsrom, idet de er utstyrt med proporsjonalt styrte varmeelementer for innstilling på den ønskete temperatur.

Ved utøvelse av denne fremgangsmåte oppnås det en perfekt sammensmelting av flatene av de to forskjellige polyolefinmaterialer, og det dannes en skjøt som tilfredsstiller betingel-sene til tross for at det anvendes polyolefinmaterialer med forskjellige egenskaper. v

Denne fremgangsmåte er meget godt egnet for buttsveising av rør som er fremstilt av polyolefinmaterialer, idet det anvendes et rør med en meget høy smelteindeks og et rør med en lavere eller sogar meget lav smelteindeks.

Blant polyolefinene skal det særlig nevnes polyetylen og polypropylen, men i det etterfølgende nevnes det særlig poly-etylenrør uten at dette betyr noen begrensning når det gjelder materialvalg.

Med flyteagenskap forstås den mengde polyolefin som flyter bort i et visst tidsrom og under en viss belastning når flaten som skal varmforsegles holdes i berøring med en oppvarmet flate som har en viss temperatur.

Flyteegenskapen til et polyolefinrør kan bestemmes på føl-gende måte: Et polyolefinrør i form av et polyetylenrør med en

viss veggtykkelse og en viss diameter og nesten same. vekt anbringes med dets flate på en oppvarmet plate. Son følge av varmen vil de deler av polyetylenrøret som er i berøring med platen smelte, hvoretter denne smeltede del under innvirkning av rørets vekt, mens det eventuelt anvendes en tilleggsbelast-ning, kan presses bort. Denne mengde av bortpresset materiale kan beregnes ved å bestemme den grad det syntetiske rør gir etter, og den indre og den ytre diameter i røret.

Fig. 3 og 4 viser et diagram som viser forbindelsen mellom den mengde Q bortpresset materiale ved et spesielt trykk og særlig tiden i avhengighet av temperaturen for platen som poly-etylenrøret presses an mot. I fig. 3 er denne forbindelse vist for et spesielt materiale a, og i fig. 4 for et spesielt materiale b. Mengden Q er den mengde polyetylenmateriale som presses bort ved en belastning på 10,5 kg når polyetylenrøret hviler på en plate som har en temperatur T. I diagrammet representerer P det trykk hvorved flyt opptrer. '

De data som vises i fig. 3 og 4 kan tegnes inn i et diagram ifølge fig. 5 hvor forbindelsen er fremstilt mellom den temperatur av et materiale B og temperaturen for et materiale A hvor samme mengde smeltet materiale presses bort. Kurven ifølge fig. 5 er ved dens nedre ende begrenset av smeltetemperaturen for polyolefinene og i dens øvre ende av spaltetemperaturen. Det er klart at et spesielt punkt på kurven viser en temperatur T, for det andre materiale og en temperatur T cl for det første materiale hvor materialene har samme viskositeter, noe som resulterer i en utmerket forseglingsskjøt.

For fullstendighetens skyld vises det i fig. 3 og 4 noen kurver med strekete linjer som viser at belastningen som ble på-ført det syntetiske rør varierte under bestemmelsen av flyte-egenskapene. Ved trykk lavere enn P', dvs. trykkene P 4 og P 5, vil mindre materiale smelte bort, mens ved trykk høyere enn P', dvs. trykkene P 1 og P 2, vil mer materiale smelte bort.

Diagrammet ifølge fig. 5 er derfor et diagram som viser en spesiell belastning på det syntetiske rør under tidsrommet for berøring med den oppvarmete plate og når det syntetiske materiale i form av polyetylen smelter bort.

Etter fastleggelsen av et diagram slik som angitt i fig. 5 er det meget enkelt å velge de egnete temperaturer som flatene av de to forskjellige polyolefinmaterialer bør oppvarmes til for å oppnå en god forseglingsskjøt.

I den medfølgende tabell A er det angitt forbindelsen mellom temperaturene og mengden bortpresset materiale for to forskjellige polyetylener, en polyetylen med en smelteindeks på 0,3 ved en belastning på 5 kg og en temperatur på 190°C og en annen polyetylen med en smelteindeks på 1,1 ved en belastning på 5 kg og en temperatur på 190°C, idet de to smelteindekser bestemmes ifølge DIN-fremgangsmåten.

Hver av flatene som skal forbindes med hverandre oppvarmes med fordel i et like langt tidsrom først under en trykkbelast-ning ved en viss temperatur og deretter i et andre tidsrom etter at denne belastning er blitt fjernet.

En slik utførelsesform har den fordel at det oppnås en nokså betydelig mengde smeltet materiale som kan anvendes for dannelsen av forseglingsskjøten.

Flatene som skal forsegles oppvarmes fortrinnsvis 4 0-150°C over deres smeltetemperatur, og når det gjelder buttsveising oppvarmes rørflatene fortrinnsvis til en temperatur på fra 50-90°C over deres smeltepunkter. Det er i praksis funnet at det er ønskelig å oppvarme flaten av polyolefinrøret med den høyeste smelteindeks til en temperatur som er 3 0-50°C lavere enn temperaturen på flaten av polyolefinrøret som har en lavere smelteindeks og som skal forbindes med det første rør.

Med apparatet kan flaten av den ene polyolefingjenstand oppvarmes til en helt annen temperatur enn temperaturen for flaten av gjenstanden som består av et helt forskjellig polyolefinmateriale.

F.eks. kan man benytte temperaturer på henholdsvis 2 00

og 220°C når det gjelder en polyetylen med en høy smelteindeks og en polyetylen med en lav smelteindeks.

Generelt vil det når polyetylenrør med.en høy og en lav smelteindeks buttsveises velges en temperaturforskjell mellom flatene på fra 3 0 til 4 0°C. Dette kan f.eks. oppnås ved å oppvarme deh ene flate til en temperatur på 2i5°C og .den andre flate til én temperatur på 18 0°C.

Det .er formålstjenlig å holde hver av flatene over en temperatur på minst 160°C, fortrinnsvis over 170°C, når polyetylen-:

flater skal varmforsegles.

De to individuelt styrbare oppvarmingsdeler forbindes effektivt til dannelse av en enhet idet det anbringes et isolerende lag mellom dem.

Oppvarmingsdelene er med fordel fremstilt av aluminium med innstøpte varmeelementer.

Por å forbinde to rørender ved buttsveising anvendes det to flate varmeplater, men ved forbindelse av innersiden av en ut-videt hunrørende med en hanrørende anvendes det hylseformete varmeelementer.

Hver oppvarmingsdel er med fordel utstyrt med en tempera-turføler.

Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli nærmere forklart under henvisning til den medfølgende tegning hvor en utførelses-form er vist, idet: Fig. 1 viser en første utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen som kan anvendes for buttvarmforsegling av rørender av forskjellige polyolefinmaterialer. Fig. 2 viser en annen utførelsesform for varmforsegling av en hanrørdel og en hunrørdel av polyolefiner. Fig. 1 viser et apparat som omfatter en del 1 med spennbakker 2 og 3 hvori rør 4 som skal varmforsegles, f.eks. poly-etylenrør eller polypropylenrør, kan bringes til å flukte med hverandre mens de holdes fast. De to spennbakker 2 og 3 eller bare den ene av dem kan føres til og fra i lengderetningen.

Apparatet er dessuten utstyrt med en oppvarmingsanordning 5 som kan være plassert mellom klembakkene 2 og 3. Denne oppvarmingsanordning omfatter to oppvarmingsdeler 6 og 7 som er atskilt ved hjelp av et isolerende lag 8. De to deler 6 og 7

er utstyrt med indre varmetråder og består av aluminium. Hver del 6 og 7 er dessuten utstyrt med en temperaturføler 9 som samvirker med energikilder 10, 10a for varmetrådene 11, lia.

For rengjøring av endene av rørene 4 kan det være anordnet plater med skrapekniver. Men disse kniver er ikke vist i foreliggende tilfelle. Oppvarmingsdelene 6 og 7 oppvarmes f.eks. ved hjelp av varmetråder opptil to forskjellige temperaturer som kan bestemmes ved hjelp av tabell A.

F.eks. trykkes materialet a i 1 minutt an mot en plate

på 210°C under en total belastning på 10,5 kg. Etter 1 minutt fjernes denne belastning, og deretter er den totale belastning fremdeles 0,5 kg som også anvendes i 1 minutt mens oppvarmingen fortsettes. Flytekoeffisienten er 1,58 i dette tilfelle.

For å frembringe samme flyteegenskap for materialet b som er nevnt i tabell A bør man velge en temperatur på under 200°C.

Etter 2 minutter fjernes oppvarmingsdelen mens endene av rørene som skal varmforsegles til hverandre trykkes an mot hverandre og det anvendes en total belastning på f.eks. 8 kg.

For å hindre at polyetylenflåtene hefter til oppvarmingsdelene kan de sistnevnte være dekket med teflon 14.

Som angitt ovenfor fjernes oppvarmingsdelene etter at flatene som skal forbindes med hverandre er holdt på en viss temperatur i samme tidsrom, hvoretter endene av polyolefinrørene trykkes an mot hverandre. Det bør utøves et trykk av en spesiell størrelse for den sistnevnte operasjon i området på fra 0,7 til 0,9 kg/cm 2. For å utøve dette trykk er apparatet utstyrt med en arm 12 for forskyvning av spennbakken 2 ved hjelp av en gaffel 13 som er plassert over røret 4 i dreiepunkter. Dessuten er det anbrakt en trekkstang 15 som er utstyrt med skruegjenger og som er låst til den øvre ende av et stillas. Et reguleringshjul 17

er innrettet til å regulere den kraft som utøves på armen via trekkstangen. Det er likeledes anordnet en måler 18 hvor kraften som reguleres ved hjelp av reguleringshjulet 17 kan avleses.

Det er klart at armen 12 også kan anvendes ved smelting av en tilstrekkelig materialmengde når endene av rørene presses an mot oppvarmingsdelene. Etter et tidsrom kan lasten minskes eller helt fjernes mens oppvarmingen av endene fortsettes hvorved det frembringes en større mengde smeltet polyolefinmateriale.

For sammenføyning av en innstikks-rørende og en mufferør-ende kan det anvendes et apparat som vist i fig. 2. Dette apparat omfatter en oppvarmbar sylinder 21 som er innrettet til å samvirke med innersiden 22 av en muffe 23, mens det er anordnet en andre oppvarmingsdel 24 hvis indre, sylindriske overflate 26 er innrettet til å samvirke med den ytre overflate av en inn-stikkingsrørdel 28. Etter tilstrekkelig smelting og oppvarming av overflatene til den ønskete temperatur fjernes oppvarmingsdelene, og ved hjelp av støtteanordningene som er vist i fig. 1 føres innstikkingsrørenden innad i mufferørdelen under utøvelse av et visst trykk.

Også i dette tilfelle anvendes materialene a og b som er anført i tabell A og som sammenføyes ved varmforsegling. For materialet a velges det én temperatur på 215°C og for materialet b en temperatur på 18 0°C..

Trykket som utøves under sveising av rørene ligger på fra 0,7 til 0,9 kg/cm<2>.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte til varmforsegling av to gjenstander av ppiyoléfinmaterialer som har forskjellige smelteindekser, hvor overflaten: på gjenstandene som skal varmforsegles holdes i :'. i berøring med en varm varmeflate i et visst tidsrom og under trykk og polyolefineri' oppvarmes til"i det minste dens smeltetemperatur, hvoretter de oppvarmete polyolef inf later trykkes an mot hverandre og avkjølesj karakterisert i"- t Cc o r . -. - ' , v é d; L"at oppvarmingen av de flater som skal forsegles skjer ved at overflaten på den ene gjenstand holdes i berøring med en første varmeflate i samme tidsrom, og "under samme trykk som den annen gjenstands overflate holdes i berøring med en andre varmeflate,, idet varmeflåtenes temperatur' reguleres slik at materialene .i de to overflater som skal forsegles~får i det vesentlige like flyteegenskaper i smeltet tilstand. r

2. "' Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at hver av overflatene som skal varmforsegles til hveraridré ' først oppvarmes under et trykk på 10,5 kg/cm 2i i o 2 60 sekunder og deretter under et trykk på 0,5 kg/cm i 60 sekunder.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at dén varmeflate som holdes i be-røring med overflaten på den gjenstand som har lavest smelteindeks holdes på en høyere temperatur enn den andre varmeflate, hvorved det blir kompensert for varmetapet som finner sted etter, fjerning av yarmeflatene og før polyolefingjenstandene trykkes an mot hverandre. '

4. Apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge et av kravene 1-3, til varmforsegling av to gjenstander (4) av polyolef inmaterialer som hår forskjellige smelteindekser, omfattende innbyrdes bevegelige organer (2,3) til fastholdelse og sentrering av de to gjenstander (4), og en oppvarmingsanordning (5) for oppvarming av de polyolefinoverflater som skal varmforsegles i et visst tidsrom, karakterisert y e- d at oppvarmingsanordningen (5) omfatter to individuelt styrbare pppvarmingsdeler (6,7) som er innrettet til å frembringe stort sett like store smeltede volumer av polyolefin-overflatene i løpet av nevnte tidsrom, idet de er utstyrt med proporsjonalt styrte varmeelementer (11,11a) for innstilling på den ønskete temperatur.

5. Apparat i samsvar med krav 4, karakterisert ved at de individuelt styrbare oppvarmingsdeler (6,7) er innrettet til å forenes slik at de danner en enhet, idet det er anbrakt et isolasjonslag (8) mellom dem.