WO1999006155A1 - Verfahren und vorrichtung zur kunststoffbeschichtung von metallband mittels direkt-extrusion - Google Patents

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WO1999006155A1
WO1999006155A1 PCT/DE1998/002041 DE9802041W WO9906155A1 WO 1999006155 A1 WO1999006155 A1 WO 1999006155A1 DE 9802041 W DE9802041 W DE 9802041W WO 9906155 A1 WO9906155 A1 WO 9906155A1
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laminator
plastic film
roll
plastic
metal strip
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PCT/DE1998/002041
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Inventor
Reiner Sauer
Eberhard Picker
Original Assignee
Rasselstein Hoesch Gmbh
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    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05D1/265—Extrusion coatings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/005—Curtain coaters

Definitions

  • the invention relates to a method for plastic coating of metal strip by means of direct extrusion, in which the metal strip is moved and heated in its longitudinal direction, a film of molten, thermoplastic plastic is applied directly to one side of the moving strip by means of a slot die, this plastic film pressed onto the metal strip by passing it through a gap between two rollers, of which the roller (laminator roller) lying against the plastic film is held below the melting temperature of the plastic, possibly the other side of the metal strip in a similar manner with a plastic film is coated and in a final aftertreatment the 5 coated metal strip is heated to a temperature in the region of the melting temperature and is finally rapidly cooled to a temperature below ⁇ 0 ° C.
  • the invention also relates to a device for D plastic coating of metal strip by means of direct extrusion.
  • the one lying on the uncoated side of the aluminum strip Roll is a rubber-coated roll and has a surface temperature of 2D5 ° C to keep the aluminum strip at temperature.
  • the layer thickness of the applied plastic film should be approximately ⁇ a B - 20 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m. After that coated on one side
  • Alumi ⁇ iumba ⁇ d has left the first pair of rollers, the coating is carried out on the other side by means of a second wide slot nozzle and a second identical pair of rollers.
  • the adhesion of both plastic films to the aluminum strip is initially low and just large enough that the plastic films do not detach from the aluminum strip in the course of the further process, which is referred to as "green peel wear".
  • the aluminum strip is also coated on the second side in this way, it is passed through an induction heater, and it is heated to about 215 ° C. This heating is intended to complete the connection between the plastic films and the aluminum strip. Then the composite system is first sprayed onto a spray nozzle
  • Cooled down temperature which allows the semi-cooled, coated aluminum strip to be passed over a deflection roller into a water bath, ⁇ o it is then cooled to a temperature below ° C.
  • the roller on the liquid plastic film and the plastic are only touched or touched over a relatively narrow contact surface.
  • the cooled roll is therefore only in contact with the plastic film for a very short time.
  • the roll surface can only be detached from the plastic film when at least the surface layer of the plastic film is firm, since otherwise the plastic adheres to the roll and dirty it.
  • the invention is therefore based on the object of demonstrating a method of the type mentioned at the outset which, under economic conditions, i.e. with sufficiently high band speeds, is feasible and results in excellent adhesion between the steel band and the plastic film, which is retained even during deep drawing, but especially during sterilization.
  • the invention also has for its object to provide a device for plastic coating of Metallba ⁇ d by means of direct extrusion, ⁇ elches the coating of metal strips at high Bandgesch ⁇ i ⁇ digkei th and with excellent adhesion z ⁇ ische ⁇ metal strip and plastic film.
  • the method according to the invention is characterized in that when a steel strip is coated, it is heated to such a temperature that it is area of the liquid plastic film has a temperature above the melting point of the respective plastic,
  • Lami- ⁇ at ⁇ rband over a contact time bz ⁇ . Contact length is maintained which is sufficient to cool at least the surface layer of the plastic film at a cooling rate of at most 400 W / m 2 ° C. to a temperature which is at least around 30 ° C. at a belt speed of at least 50 m / min is below the melting point of the respective plastic before the contact between the plastic film and the laminator roll or. Lami ⁇ at ⁇ r- band is released.
  • the liquid plastic film is extruded directly onto the steel strip. Then the plastic film is pressed onto the steel belt by the laminator roll or the laminator belt. The laminator roll or the laminator belt then takes over the task of cooling the plastic film in order to convert it from the liquid phase into the solid phase.
  • the laminator roll or the laminator tape the following for the sake of simplicity are only referred to as laminators can also serve to design the surface of the plastic film due to their surface structure. When the plastic film cools, it undergoes a transverse shrinkage, which without taking special measures
  • the laminate may only be detached from the plastic film if at least the surface layer of the
  • Plastic film is converted into a solid state by cooling.
  • the adhesion of the plastic film to the steel strip must be greater than that to the laminator. Otherwise there is an adhesion of plastic particles to the laminator, which not only leads to contamination of the laminate, but also to a brief detachment of the plastic film from the steel strip and to an irreversible loss of adhesion and possible cross-shrinkage.
  • the invention provides that the plastic film is further used to the steel belt by contact with the surface and laminator material the time required for cooling is kept in contact with the laminator for a sufficient length of time and at the same time pressed against the steel strip.
  • a longer contact time and a longer contact length (in tape direction) is particularly necessary in order to achieve at least the surface layer of the plastic layer adjacent to the laminator with larger film thicknesses of, for example, 200 ⁇ m and a lower thermal conductivity compared to aluminum and a higher thermal capacity of the steel strip. to convert st ⁇ ffilmes into a solid state by cooling.
  • the cooling rate should not be higher than 400 W / m 2 0 0, since otherwise, especially in the case of the thick film thicknesses, the plastic shrinkage of the plastic film, which is too rapid, detaches it from the steel strip and reduces adhesion. lust occurs.
  • the temperature of the steel strip in the application area of the plastic should be at least 10 ° C, preferably each by 20 ° C and more, above the melting point of the respective plastic.
  • a sufficiently long contact time between plastic film and laminator can be achieved by guiding the steel strip with the plastic film applied to a laminator roll with tension over part of the circumference of the laminator roll.
  • An endless laminator tape is also passed around the part of the circumference of a roll with tension together with the coated steel tape, the plastic film lying on the laminator tape to be cooled being held on the laminator tape until at least its surface layer is transferred to the solid state.
  • the cooling takes place on the one hand through the laminator belt, which can expediently consist of steel, and on the other hand through the partially wrapped roll.
  • This method is particularly suitable for the two-sided coating of steel strips, the wrapping roll being designed as a cooled laminator roll, which presses the first plastic film against one side of the steel strip, while the second plastic film on the other side of the steel strip is pressed on and cooled by the laminator strip .
  • the cooling rate (heat transfer number) should not be greater than 400 W / m 2D C in order to ensure the desired high adhesion.
  • the cooling rate is not sufficient to reduce the crystallite or ⁇ , particularly in the case of PP. Keep spharoli th growth small. Exceeding a critical Spharoli t diameter leads to a clouding of the plastic film with PP and to so-called whitening when the coated steel strip is formed into packaging. This also applies to a lesser extent to PET, whose ärpha ⁇ alite growth rate is, however, significantly lower than that of PP.
  • PET is also striving for an amorphous plastic film with as few crystallites as possible in order to ensure high deformability.
  • the finished coated steel strip after the laminator is heated to a temperature above the melting point of the j ⁇ ilig ⁇ n plastic, for example with PP over
  • the cooling rate should be at least 200 ° C / s, for a Ra ⁇ d ⁇ m-PP at least 100 ° C / s.
  • heat transfer numbers to the coated steel strip must be at least 3000 W / m 2 ° C or ⁇ in water. at least 1800 W / m 2D C are generated. This means that high speed ratios between the coated metal strip and the water must be present (30 - 100 m / min) in order to achieve a turbulent material or. Ensure ditchtra ⁇ sp ⁇ rt.
  • the steel strip has the highest temperature. If the first applied plastic film, e.g. PET, which has been pressed onto the steel strip by a first laminator and has been cooled, the steel strip is also simultaneously cooled to a lower temperature. However, as long as the temperature of the steel strip is above the melting point of the second plastic film, e.g. PP, the PP plastic film is extruded onto the now cooler steel strip.
  • the band temperature difference for the two coatings of PET and PP is approximately 100 ° C.
  • the liquid plastic is applied to the steel strip by means of a wide slit nozzle, expediently in a width which is greater than the width of the steel strip.
  • the thickness of the emerging plastic film ⁇ is determined by adjusting the gap of the nozzle. Since the steel strip has a higher strip speed compared to the nozzle outlet speed, the length of the plastic film is drawn and thinner. There is also a reduction in width, which leads to an uneven thickness distribution of the film over its width.
  • the marginal teeth are thicker than the middle. This creates a plastic film whose width is greater than that of the steel strip, so that the thicker edge zones on the steel strip protrude approximately 2D - 30 mm.
  • endless Teflon tapes are carried along both longitudinal edges of the steel strip in the application area and then carried along synchronously with the steel strip until the sections of the plastic film protruding laterally over the steel strip have cooled sufficiently below the melting point .
  • the trimming of the plastic films protruding from the steel strip takes place in a stiff manner. If the plastic parts are different on both sides of the steel strip, they are suctioned off separately in order to be recycled.
  • the heating device, the device for imacharming the coated steel strip and the cooling device are the same, which is why they are only explained in more detail in the exemplary embodiment shown in FIG.
  • the metal strip is preferably a steel strip, which can also be surface-treated by tinning, chromium plating or conversion coating.
  • other devices can also be used with the devices according to the invention
  • Coating metal strips for example aluminum strips.
  • the metal strip can have a thickness of 0.05-0.5 mm.
  • Thermoplastic materials such as PET, Homo-PP, Block-PP, Random-PP and PE can be used for coating.
  • the film thickness can be 5 to 200 ⁇ m on one side and 3 to 10 ⁇ m or more on the other side. Both sides of the metal strip can be coated with the same or different plastics, depending on the application. Belt speeds of 50 - 400 m / min can be used.
  • the metal strip M is first passed through a heating device 1. This is followed by a first coating station. This ⁇ eist a first slot die 2 for direct application of the melted thermoplastic plastic in the form of a first liquid plastic film 3 on the first side of the heated Metallba ⁇ des M on.
  • the plastic film can consist of two layers in a known manner. The layer oriented towards the metal strip can ensure the adhesion of the plastic to the steel strip, in particular in the case of a steel strip.
  • the outer layer is to be selected for the filling integrity of the packaging produced from the coated metal strip or its resistance to external loads.
  • rollers 4, 5 are provided, for example.
  • the metal strip 1 with the still liquid plastic film 3 is passed through a gap 6 between the two rollers 4, 5 and is pressed against the metal strip M by the laminator roller 5.
  • the pressing of the liquid plastic film 3 onto the metal strip M should take place with a force of at least 60 N / mm, based on the width of the steel strip.
  • the cooling speed of the laminator roll 5 is to be set so that a cooling rate of at most 400 W / m 2o C is achieved. While the plastic film 3 is in contact with the laminator roll 5, at least its surface layer must be converted into the solid state by cooling before the surface of the laminator roll 1 is detached from the plastic film.
  • a second cooled laminator roll 7 and a second pressing roll 8 are arranged in such a way that the metal strip M geh ⁇ d ⁇ first laminator roll 5 wraps around part of its circumference and the metal strip with the still liquid plastic film lying against the laminator roll 5 is held in contact with the first gap 6 over part of the circumference of the laminator roll 5 in contact with the latter.
  • a second slot die 9 In front of the second laminator roll 7 there is a second slot die 9 with which a second liquid plastic film 10 can be extruded onto the second side of the metal strip. This is then pressed in the previously described manner by means of the cooled laminator roll 7 onto the z side of the metal strip.
  • a deflection roller 19 which can also be designed as a cooling roll, is in turn so arranged that the metal band M wraps around the previous laminator roll 7 on part of its circumference and the metal band with the still liquid roll on the laminator 7 plastic film 10 adjoining the second gap 11 via a part of the circumference of the second laminator roll is held in contact with the latter until at least the surface layer adjacent to the laminator roll 7 of the supplying plastic film 10 has been cooled to the solid state.
  • the length of the wrapping of each laminator roll 5, 7 or also the contact length depends on the belt speed, the thickness and type of the metal belt, the thickness of the plastic film and the temperature of the laminator rollers.
  • the contact time at the laminator roll 60 ms and the contact length with which the plastic film must be kept at the contact in the plant, 200 mm must be carried out at a belt speed of 200 m / min. If the temperature of the laminator roll is 60 °, the contact time must be 80 ms and the corresponding contact length must be 270 mm.
  • the pressure roller 8 can expediently have a jacket 8a made of rubber-elastic material, which is concentrically surrounded by a thin outer steel jacket 8b which is flexible in the radial direction.
  • the use of a steel sheath 8b prevents the pressure roller B on the first plastic film 3 from leaving an undesirable pattern which can occur if the sheath made of rubber-elastic material were applied directly to the plastic film.
  • the width of the slot die 2 is larger than the width of the metal strip M.
  • the liquid plastic film would adhere to the pressure roller 4.
  • endless teflon baths are provided on both sides of the steel strip M, which are guided over the pressure roller 4 and two deflection rollers 13, 14.
  • the Urnl ⁇ kroll ⁇ 14 is also so arranged that the protruding plastic film is pressed onto the laminator roll 5 until it has been converted into a solid state by cooling.
  • the separation of the first plastic film from the Teflon tapes 12 therefore also only takes place after the plastic has cooled and solidified.
  • the protruding part of the plastic films is later cut off by means of trimming rollers 15, which are arranged on both sides of the coated metal strip, and supplied for reuse.
  • trimming rollers 15 are arranged on both sides of the coated metal strip, and supplied for reuse.
  • post-treatment of the coated metal strip by heating and subsequent rapid cooling in a water bath are required. This is done by means of the heating device 16 shown only in FIG. 1 and the subsequent cooling device 17 consisting of a water bath.
  • FIG. 2 speaks in the exemplary embodiment described above in the essential embodiment. Devices and parts with the same function are therefore identified by the same reference numerals. For the avoidance of repetitions, reference is made to the explanations given for FIG. 1.
  • the second laminator roll 7 is arranged such that it faces the first laminator roll 5 and can be pressed against it.
  • the second laminator roll 7 can have a jacket 7a made of rubber-elastic material, which is concentrically surrounded by a thin, flexible, outer, steel material 7b in the radial direction.
  • Laminator roll with respect to the second laminate roll 7 takes over their function.
  • a first slot slot nozzle 21 is arranged on the first side of the metal strip M and a second slot slot nozzle 22 is arranged on the opposite side of the same.
  • the first laminator roller 24 is followed by a deflection roller 23, which ensures that in this case the metal band wraps around the laminator roller 1 by 180 ° following the gap 26 formed between the two mutually pressed laminator rollers 24, 25.
  • the deflection roller 29 is arranged such that the laminator belt wraps around the first laminator roll 24 in the area in which the laminator roll 24 is also wrapped in the metal belt M. In this way, the second plastic film 31 extruded through the second wide slot die 22 can be pressed against the metal strip by the second laminator roll 25 with the interposition of the laminator tape 28 in the gap 26.
  • the second plastic film 31 is then further pressed onto the metal strip M during the partial wrapping of the first laminator roll 24 until the second plastic film has cooled to a solid state.
  • the cooling takes place by means of the laminator belt 28, which is cooled by means of the cooling rollers 29, 30 and the second laminator roller 25. Additional cooling is carried out by the first laminator roller 24.
  • This working method is chosen if the same plastics with the same melting points are applied to both sides of the metal belt should, for example PET on both sides or PP on both sides.
  • the first laminator roller 24 is also assigned a pressure roller 32, which has a jacket made of rubber-elastic material for the purpose.
  • the laminator roll 32 is arranged in the circumferential direction of the first laminator roll at a greater distance from the gap 26 formed between the two laminator rolls 24, 25.
  • the first slot die 21 can be adjusted from its first casting position, which is fully extended in FIG. 3, to a second casting position, shown in dash-dotted lines in FIG. If plastic with different melting points is to be applied to both sides of the metal strip M, for example to the first side PET and to the second side PP, then the first slurry nozzle is brought into its second, dash-dotted, casting position.
  • the steel strip is then, as is also shown in broken lines in FIG. 3, passed around the pressure roller 32 and through the gap 33 formed between pressure roller 32 and the first laminator roller 24.
  • the plastic with the higher melting point for example PET (melting temperature 280 ° C.)
  • PET melting temperature 280 ° C.
  • the still liquid plastic film 27a is pressed against the first side of the metal strip by the laminator roll 24.
  • the first plastic film 27a is held in contact with the laminator roll 24 by the metal tape and cooled.
  • the metal strip also cools down.
  • the distance between the pressure roller 32 and the gap 26 is chosen so that the Metallba ⁇ d. in the gap 26 is still ⁇ ine above the melting temperature of the second plastic film, for example PP (melting temperature 140-160 ° C.).
  • the second side of the metal strip M is then coated with the second liquid plastic film 31 made of PP in the manner previously described.

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Abstract

Bei diesem Verfahren zur Kunststoffbeschichtung von Metallband mittels Direkt-Extrusion wird das Metallband in seiner Längsrichtung bewegt und erhitzt, mittels einer Breitschlitzdüse ein Film aus geschmolzenem, thermoplastischem Kunststoff unmittelbar auf die eine Seite des bewegten Metallbandes aufgebracht und dieser Kunststoffilm an das Metallband angedrückt, indem es durch einen Spalt zwichen zwei Rollen hindurchgeführt wird, von denen die am Kunststoffilm anliegende Rolle (Laminatorrolle) unter der Schmelztemperatur des Kunststoffes gehalten wird. Gegebenenfalls wird dann die andere Seite des Metallbandes in gleichartiger Weise mit einem Kunststoffilm beschichtet. Bei Beschichtung eines Stahlbandes wird dieses auf eine solche Temperatur erhitzt, daß es im Auftragsbereich des flüssigen Kunststoffilmes eine über dem Schmelzpunkt des jeweiligen Kunststoffes liegende Temperatur aufweist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Kunststoffbeschichtuπg von Metallbaπd mittels Direkt-Extrusion.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kunststoff eschichtuπg von Metallband mittels Direkt-Extrusiαπ , bei dem das Metallband in seiner Längsrichtung bewegt und erhitzt ωird, mittels einer Breitschlitzdüse ein Film aus geschmolzenem, thermoplastischen Kunststoff unmittelbar auf die eine Seite des bewegten Bandes aufgebracht wird, dieser Kunststoffilm an das Metallbaπd angedrückt ωird, indem es durch einen Spalt zwischen zωei Rollen hindurchgeführt ωird, von denen die am Kunst- D stoffilm anliegende Rolle (Laminatorrolle) unter der Schmelztemperatur des Kunststoffes gehalten ωird, gegebenenfalls die andere Seite des Metallbaπdes in gleichartiger Lüeise mit einem Kunststoffilm beschichtet ωird und in einer abschließenden Nachbehandlung das 5 beschichtete Metallbaπd auf eine Temperatur im Bereich der Schmelztemperatur erhitzt und schließlich rasch auf eine Temperatur unter ^0°C abgekühlt ωird.
Ferner betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur D Kunststoff beschichtung von Metallbaπd mittels Direkt- Extrusion .
Bei einem bekannten Verfahren der Dbeπ genannten Art (US 5 ^+D7 7D2 , Fig. 3) ωird ein Aluminiumband vor der 5 Beschichtuπg mit PET ( Pαly äthy leπterephthal at ) auf eine Temperatur im Bereich von 20Λ - 26D°C, vorzugseise 215 - 2^6°C, erhitzt und durch den Spalt zωischeπ z εi Rollen hindurchgeführt. Vor dem Eintritt in den Spalt ωird der flüssige Kunststoffilm auf eine Seite D des Aluminiumbandes aufgebracht. Die auf den Kunststoff- film drückende Rolle ist eine Chromstahl-Rolle und ωird auf einer Temperatur von 15D - 2Q0°C gehalten. Die an der unbeschichteteπ Seite des Aluminiumbandes anliegende Rolle ist eine gummiummantelte Rolle und hat eine Ober- f lächeπtemperatur von 2D5°C, um das Aluminiumbaπd auf Temperatur zu halten. Die Schichtdicke des aufgetragenen Kunststoffilmes soll etωa B - 20 μm, vorzugszugsωeise 10 μm, betragen. Nachdem das einseitig beschichtete
Alumiπiumbaπd das erste Rollenpaar verlassen hat, erfolgt mittels einer zωeiten Breitschli tzdüse und einem zωeiten, identischen Rollenpaar die Beschichtuπg auf der anderen Seite. Bei dieser Verfahreπsωeise ist zu- nächst die Haftung beider Kunststoff ilme an dem Alumiπiumbaπd gering und gerade so groß, daß sich die Kuπststαff- filme im Laufe des weiteren Verfahrens nicht von dem Aluminiumband lösen, ωas mit "green peel streπgth" bezeichnet ωird. Nachdem auf diese Weise das Alumiπium- band auch auf der zωeiten Seite beschichtet ist, ωird es durch einen Iπduktions-Erhitzer geleitet, ωo es auf etωa 215°C erhitzt ωird. Durch diese Erhitzung soll die Verbindung zωischen den Kunststoffilmen und dem Alumiπiumbaπd vollendet werden. Anschließend ωird das Verbundsystem durch Sprühdüsen zunächst auf eine
Temperatur heruntergekühlt, die es erlaubt, das halbgekühlte, beschichtete Alumiπiumbaπd über eine Umlenkrolle in ein üJasserbad zu leiten, ωo es dann auf eine Temperatur unter ü ° C abgekühlt wird. Bei diesem bekannten Verfahren ωird zωischen der am flüssigen Kunststoffilm anliegenden Rolle und dem Kunststoff nur Liπienberührung oder Berührung über eine verhältnismäßig schmale Kontaktfläche erzielt. Die gekühlte Rolle ist also nur sehr kurze Zeit mit dem Kuπststoff- film in Kontakt. Das Ablösen der Rollenαberf l che von dem Kunststoffilm darf aber erst erfolgen, wenn zumindest die Oberf lächenschicht des Kunststoff i lmes fest ist, da sonst der Kunststoff an der Rolle anhaftet und diese verschmutzt. Damit sich der Kunststoff im Spaltbεreich ausreichend abkühlen kann, muß mit sehr geringer Bandgeschwindigkeit gearbeitet werden, die keine ωirtschaf tliche Produktion ermöglicht. Bei Beschichtung von einem Stahlband anstelle eines Aluminiumbandes und bei größeren Schichtdicken des Kunststoff i lmes mit beispielsωeise 200 μm wäre dieses .Verfahren überhaupt nicht eiπsεtzbar, da wegen der höheren Wärmekapazität und geringeren üJärmel ei tf ähi gkei t des Stahlbandes und wegen der größeren Schichtdicke des Kunststoff ilmes die Lüärme durch die nur mit Linienberühruπg anliegende Rolle nicht rasch genug abgeführt werden könnte. Außerdem wäre die Haftung zwischen dem Kunststoffilm und einem Stahlband nach dem Verlassen der Rollen nicht ausreichend, um bei größeren Filmdicken, bei denen bei Abkühlung große Ξchru pf- kräfte auftreten, ein Ablösen desselben vom Stahlband zu verhindern .
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art aufzuzeigen, welches unter wirtschaftlichen Bedingungen, d.h. mit ausreichend hohen Bandgeschwiπdi gkei ten , durchführbar ist und dabei eine ausgezeichnete Haftung zwischen Stahlband und Kunststoffilm ergibt, die auch beim Tiefziehen, insbesondere aber auch beim Sterilisieren, erhalten bleibt. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kunststoff beschichtung von Metallbaπd mittels Direkt-Extrusion zu schaffen, ωelches die Beschichtung von Metallbändern bei hohen Bandgeschωiπdigkei ten und mit ausgezeichneter Haftung zωischeπ Metallband und Kunststoffilm ermöglicht.
Das Verfahren ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß bei der Beschichtung eines Stahlbandes dieses auf eine solche Temperatur erhitzt ωird, daß es im Auftrags- bereich des flüssigen Kunststoff ilmes eine über dem Schmelzpunkt des jeweiligen Kunststoffes liegende Temperatur aufweist,
daß zwischen der an den Kunststoffilm angedrückten Rolle (Laminatorrolle) oder einem an den Kunststoffilm angedrückten, endlosen Band (Lamiπatorband) Flächenkαπtakt herbeigeführt ωird und dieser Flächenkoπtakt durch synchrone üJei terbeωegung der sich kontaktierenden Ober- flächen von Kunststoffilm und Laminatorrolle bzω. Lami- πatαrband über eine Kontaktzeit bzω. Koπtaktlänge aufrechterhalten ωird, die ausreicht, um bei einer Band- geschωindigkei t von mindestens 50 m/min zumindest die Oberflächenschicht des Kunststoffilmes mit einer Kühl- rate von höchstens 400 W/m2°C auf eine Temperatur abzukühlen, die mindestens um 30°C unter dem Schmelzpunkt des jeωeiligen Kunststoffes liegt, bevor der Kontakt zωischen Kunststoffilm und Laminatorrolle bzω. Lamiπatαr- band gelöst wird .
Vorteilhafte Verfahrensmaßnahmen sind in den Unteran- sprücheπ 2 - 13 angegeben.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Kunststoffbeschichtung von Metallband mittels Direkt-Extrusion sind in den Ansprüchen 1 - 2k gekennzeichnet.
Beim Beschichten wird der flüssige Kunststoffilm direkt auf das Stahlband extrudiert. Dann erfolgt ein Andrücken des Kunststoff ilmes auf das Stahlband durch die Laminatorrolle bzw. das Lamiπatorband. Die Laminatorrolle bzw. das Laminatorband übernimmt dann die Aufgabe der Abkühlung des Kunststoff ilmes , um ihn aus der flüssigen Phase in die feste Phase zu überführen. Die Laminatorrolle bzw. das Laminatorband, die im folgenden der Einfachheit halber nur als Laminator bezeichnet sind, können durch ihre Oberflächenstruktur außerdem zur Gestaltung der Oberfläche des Kunststoff ilmes dienen. Beim Abkühlen des Kunststoffilmes erfährt dieser eine Querschrumpfung , die ohne das Ergreifen von besonderen Maßnahmen zum
Abläsen des Kunststoff ilmes vom Stahlband führen ωürde. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Kunststoffilm eine größere Dicke von bis zu 200 μm aufωeist. Es muß sichergestellt ωerden, daß die Haf tuπgskräf te im Verbund von Stahlband und Kunststoffilm beim Abkühlen schneller ωachsen als die Schrumpf kräfte im Kunststoff- fil . Hierzu sind besondere Maßnahmen erforderlich, nämlich Aufheizen des Stahlbandes, so daß im Auftragsbereich des flüssigen Kunststoff ilmes Temperaturen oberhalb des Kunststoff Schmelzpunktes vorliegen (z.B. für PP (Polypropylen) : 190°0, für PET ( Polyäthy leπterephtha- lat):290°C und für PE (Polyäthylen): 130°C), Anpressen des flüssigen Kunststoff ilmes an das Stahlband mit ausreichender Kontaktzeit bzw. Kontaktlänge und ausreicheπ- der Anpreßkraft soωie einer durch den Laminator bewirkten Abkühlgeschωiπdigkei t , die nicht mehr als 400 üJ/m20C beträgt .
Das Ablösen des Laminatαrs vom Kunststoffilm darf erst erfolgen, ωenn zumindest die Oberf lächεπschicht des
Kunststoffilmes durch Abkühlung in festem Zustand überführt ist. Die Haftung des Kunststoff ilmes zum Stahlband muß größer sein als die zum Laminator. Andernfalls kommt es zu einer Anhaftung von Kunststoff partikelπ am Laminator, was nicht nur zu einer Verschmutzung des Laminatαrs, sondern zu einem kurzzeitigen Ablösen des Kunststoff ilmes vo Stahlband und zu einem irreversiblen Haftungsverlust, sowie eventueller Querschrumpfung führt. Um bεi Bandgεschωiπdigkεi tεn von übεr 50 m/min und vorzugsweise mehr, die einε rationellε Produktion erlauben, eiπε genügende Abkühlung des Kunststoff ilmes zu erzielen, sieht die Erfindung vor, daß der Kunststoffilm ωährεπd das Stahlband ωeiterbeωegt wird, durch Flächεnberührung zωischen Kunststoffilm und Laminator ωährεπd der zur Abkühlung benötigten Zeit über einε ausreichende Küπtakt- läπgε in Anlage am Laminator gehalten und gleichzeitig an das Stahlband angedrückt wird. Eine längere Kαntakt- zeit und größere Koπtaktlänge (in Bandbeωεguπgsri ch t un ) ist insbesondere erforderlich, um bei größeren Filmdicken von beispiεlsωεise 200 μm und einer gegenüber Aluminium ωeseπtlich geringeren Wärmeleitfähigkei sowie einer höheren Wärmekapazität des Stahlbandes zumindest die am Laminator anliegεndε Oberf lächeπschicht des Kuπst- stαffilmes durch Abkühlung in festen Zustand zu überführen .
Bei der Abkühlung des Kunststoff ilmes durch den Laminator sollte die Kühlrate nicht höher sein als 400 W/m2o0, da sonst insbesondere bei den geπanntεπ großεn Filmdicken durch zu rasche Quεrschrumpf ung des Kunststoff i lmes sich dieser teilωeisε vom Stahlband löst und ein Haftuπgsver- lust eintritt .
Damit der flüssige Kunststoffilm in ausreichendem Maße an das Stahlband durch den Laminator angedrückt ωird, sollte dies mit einer Kraft von mindestens 60 N/mm Ξtahlbaπdbrei te erfolgen.
Damit die Haftung zωischεn dem Kunststoffilm und dem Stahlband verbεssert ωird, muß einε ausreichende Rεaktioπszεi t zωischεπ dεm flüssigεn Kunststoff und der Oberfläche des erhitzten Stahlbandes vorhanden sein. Um dies zu erreichen sollte die Tεmpεratur dεs Stahlbandes im Auf tragsberεich des Kunststoff i lmes mindestens um 10°C, vorzugsωeise jε- dσch um 20°C und mehr, über dem Schmelzpunkt dεs jeωei- ligεn Kunststoffes liegεn.
Einε genügend lange Kontaktzeit zωischen Kunststoffilm und Laminator kann dadurch erreicht ωerdεn, daß man das Stahlband mit dem an einer Laminatorrollε anliεgendeπ Kunststoffilm mit Spannung über einen Teil des Umfanges der Laminatorrolle herumführt.
Ein endloses Lamiπatorband wird ebεnfalls mit Spannung zusammen mit dem beschichteten Stahlband um einen Teil des Umfanges einer Rolle herumgeführt, wobei der am Laminatorband aπliεgende, abzukühlende Kunststoffilm so lange am Laminatorband gehalten wird, bis zumindest seine Oberf lächenschicht in den fεsten Zustand überführt ist. Die Abkühlung erfolgt in diesem Fall einerseits durch das Lamiπatorband, welches zweckmäßig aus Stahl bestehen kann, und andererseits durch die teilweise umschlungene Rolle.
Diese Methode eignet sich besonders für die zweiseitige Beschichtung von Stahlbändern, wobei die umschluπgeπε Rolle als gekühlte Laminatorrolle ausgebildet ist, welche dεn ersten Kunststoffilm an eiπε Ξεitε des Stahlbandes andrückt, während der zweite Kunststoffilm an der anderen Seite des Stahlbandes durch das Laminatorband angedrückt und abgekühlt wird.
Aus dεn oben genannten Gründen soll beim Abkühlen des Kunststoff ilmes mittels dεr LamiπatDren die Kühlrate ( ärmeübergaπgszahl ) nicht größer sεiπ als 400 W/m2DC, um die gεwünschtε hohε Haftung zu gewährleisten. Diese Kühlrate reicht jedoch nicht aus, um insbesondere bei PP das Kristallit- bzω. Spharoli th-Wachstum klein zu halten. Das Überschreiten eines kritischen Spharoli t-Durchmessers führt bei PP zu einer Trübung des Kunststoffi lmes und zu sogenanntem Weißbruch bei der Umformung des beschichtetεπ Stahlbandes zu einer Verpackung. Dies gilt in geringerem Maße auch für PET, dessen Ξphärαlit-Wachstumsgeschωiπdig- keit jedoch wesentlich geringer ist als die des PP. Trotzdem wird auch bei PET ein Kunststoffilm in amorpher Form mit möglichst wenigen Kristalliten angestrebt, um eine hohe Verformbarkeit zu gewährleisten. Um eine Verkleinerung der Sphärolithe bzω. einε amorphe Struktur zu erzielen, ωird das fertig beschichtetε Stahlband nach dem Laminator auf eine Temperatur oberhalb dεs Schmelzpunktes des jεωεiligεn Kunststoffes erhitzt, z.B. bei PP über
200°C, bei PET über 300°C. Anschließend muß eine schnelle Abkühlung durch Abschrecken in Wasser auf Raumtemperatur erfolgen, damit bei Unterschrei tuπg der Kristallisat i oπs- tεmpεratur, diε dicht unter dem Erωeichungspuπkt liegt, kein erneutes Kristallωachstum ( Spharoli thωachstum) auftritt. Für Homo-PP sollte diε Kühlrate mindestens 200°0/s, für ein Raπdαm-PP mindestens 100°C/s betragen. Um dies zu erreichen, müssen im Wasser Wärmeübergaπgszahleπ zum beschichteten Stahlband von mindestens 3000 W/m2°C bzω. mindestens 1800 W/m2DC erzεugt werdεn. Diεs bedeutεt, daß hohe Relati vgεschwindigkei ten zωischen dem beschichteten Metallband und dem Wasser vorliegen müssen (30 - 100 m/min), um einen turbulenten Stoff- bzω. Wärmetraπspαrt sicherzustellen.
Beim beidseitigeπ Beschichten mit Kunststoffen mit unterschiedlichen Ξchmεlzpunktεπ ist darauf zu achten, daß der Kunststoff, dεr zuerst aufgetragen wird, den höheren Schmelzpunkt besitzt, da am Anfang das Stahlband - 3 -
die höchstε Tεmpεratur hat. Wεnπ dεr zuerst aufgεbrachte Kunststoffilm, z.B. PET, durch εinen ersten Laminator an das Stahlband angedrückt und dabei abgekühlt wurde, wird dabei gleichzeitig auch das Stahlband auf eine niedrigεre Temperatur abgekühlt. Solange jedoch die Temperatur des Stahlbandes über dem Schmelzpunkt des zweiten Kunststoff ilmes , z.B. PP, liegt, wird der PP-Kunststαff ilm auf das nunmehr kühlerε Stahlband extrudiert. Die Bandtemperaturdifferenz für die bεiden Beschichtuπgeπ von PET und PP bεträgt ca. 100°C.
Der Auftrag des flüssigen Kunststoffes auf das Stahlband erfolgt mittels einer Brei t schl i t z düse , zweckmäßig in einer Breite, die größer ist als die Breite des Ξtahlbaπdεs. Die Dicke dεs austretenden Kuπststoff- filmes ωird durch die Einstellung des Spaltes der Düse bestimmt. Da das Stahlband gegenübεr dεr Düsenaus- tri ttsgeschωiπdigkei t εine höhere Bandgeschωindi gkei t besitzt, ωird dεr Kunststoffilm in diε Länge gezogen und dünner. Es findet dabei auch eine Brei teπredukt i on statt, die zu einer ungleichmäßigen Dickenverteilung des Filmes über dessen Breite führt. Die Randzαnen sind dickεr als dεr Mi ttεlbεrεich . Dεsωεgen ωird ein Kunststoffilm erzeugt, dessen Breite größer ist als die des Stahlbandes, so daß die dickerεn Randzonen am Stahlband ca. 2D - 30 mm überstehen. Um eine der Laminatorrolle gεgenüberstεhendε Aπdrückrollε vor Verschmutzung durch überstεhenden Kunststoffilm zu schützen, ωεrdεn an beiden Längsränderπ des Stahlbandes endlose Teflonbänder im Auftragsbereich und daran anschließend synchron mit dem Stahlband mitgeführt, bis die sεitlich über das Stahlband überstehenden Abschnitte des Kunststoff ilmes ausreichend unter den Schmelzpunkt abgekühlt sind. Nach dem Festωerdεn des Kunst- stαffilmεs erfolgt die Besäumung der am Stahlband überstehenden Kunststoffilme . Sind die Kunststoff i lme an beiden Stahlbandseiten unterschiedlich, so werdεn sie sεparat abgesaugt, um sie dem Recycling zuzuführen.
Erf indungsgemäße Vorrichtungen zur bεidseitigen Kunststoff beschichtuπg eines Metallbaπdes -mittels Direkt- Extrusion sind in folgendem, anhand von in den Figuren 1 - 3 der Zeichnung sche atisch dargestεlltεn Ausführungs- beispiele πähεr erläutert.
Bei allen drei Ausführungsbeispielen sind die Erhitzungseinrichtung, die Einrichtung zur IMachεrwärmuπg des beschichteten Stahlbandes und die Kühleinrichtuπg die gleiche, weshalb siε nur bεi dεm in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispi el näher εrläutεrt sind. Das Mεtallband ist vσrzugsωeisε ein Stahlband, welches durch Verzinnung, Verchromuπg oder Konversionsbeschichtuπg auch oberf lächεnbehaπdel t sein kann. Mit den erfiπdungs- gemäßen Vorrichtungen lassen sich jedoch auch andere
Metallbäπdεr , beispielsωeise Aluminiumbäπder , beschichten. Das Metallband kann eine Dicke von 0,05 - 0,5 mm aufweisen. Zur Beschichtung können thermoplastische Kunststoffe, wie PET, Homo-PP, Block-PP, Random-PP und PE, verwendet werden. Die Filmdicke kann dabei auf einer Seite 5 - 200 μm und auf dεr anderen Seite 3 - 10 μm oder auch mehr betragen. Es können beide Seiten des Metallbandes mit glεichen oder auch unterschiedlichen Kunststoffen, je nach Ein- satzzwεck, beschichtet werden. Es kann mit Bandgeschwi n- digkeiten von 50 - 400 m/min gearbeitet werden.
Gemäß Figur 1 ωird das Metallband M zunächst durch eine Erhitzungseiπrichtuπg 1 hindurchgeführt. An diese schließt sich eine erste Beschichtuπgsstation an. Diese ωeist eine erste Breitschlitzdüse 2 zum direkten Auftrag dεs geschmolzenen thεrmDplastischεπ Kunststoffεs in Form eines ersten flüssigen Kunststoffilmes 3 auf die erste Seite des erhitzten Metallbaπdes M auf. Der Kunststoffilm kann in bekannter Weise aus zwei Schichten bestehen. Die zum Metallband orientierte Schicht kann insbesondere bei einem Stahlband die Haftung des Kunststoff i lmεs zum Stahlband sicherstellen. Die äußere Schicht ist für die Füllgutiπtegri tat der aus dem beschichtetεπ Metallband hergestellten Verpackung oder deren Resistenz gegenüber äußeren Belastungen auszuwählen. Zum Erzeugen eines Kunststoff ilmes mit Zωeischichtauf bau können beidε Schichten glεichzeitig aus dεr glεichεn Brei tschli tz- düse extrudiert werden, was an sich bekannt ist und daher nicht näher beschrieben ωird. Hinter der Breit- schlitzdüsε 2 sind zωei aπeinaπdergεdrücktε Rollen 4, 5 vorgesehen. Die Rolle 4, welche in folgendem als Andrück- rolle bezeichnet wird, weist einen Mantel 4a aus gummi- εlastischεm Material auf. Diε andere Rolle 5, welche in folgendem als Laminatorrolle bezeichnet wird, wird durch gekühltes Wasser, welches das Innere der Laminatorrolle 5 durchströmt, gekühlt. Das Metallband 1 mit dem noch flüssigen Kunststoffilm 3 wird durch einen Spalt 6 zwischen den beiden Rollen 4, 5 hiπdurchgeführt und dabei durch die Laminatorrolle 5 an das Metallband M angedrückt. Das Anpressen des flüssigen Kunststoff i lmes 3 an das Metallbaπd M sollte mit einer auf die Breite des Stahlbandes bezogenen Kraft von mindestens 60 N/mm erfolgen. Die Abkühlgeschwiπdigkei t der Laminatorrolle 5 ist so einzustellen, daß eine Kühlrate von höchstens 400 W/m2oC erzielt wird. Während der Kunststoffilm 3 an der Laminatorrolle 5 anliegt, muß zumindest seine Oberf lachenschicht durch Abkühlung in den festen Zustand überführt werden, bevor die Oberfläche der Laminatorrolle 1 von dem Kunststoffilm gelöst wird. Deshalb ist eine zweite gekühlte Laminatorrolle 7 und eine zweite Aπdrück- rollε 8 so angeordnet, daß das Metallband M die vorher- geheπdε erste Laminatorrolle 5 an einem Teil ihres Umfanges umschlingt und das Metallband mit dem noch flüssigen, an der Laminatorrolle 5 anliegεndεπ ersten Kunststoffilm im Anschluß an den ersten Spalt 6 über einen Teil des Umfanges der Laminatorrolle 5 in Anlage an dieser gehaltεπ wird. Vor dεr zwεitεπ Laminatorrolle 7 ist eine zwεitε Brεitschlitzdüse 9 angeordnet, mit der ein zweiter flüssiger Kunststoffilm 10 auf die zωeite Ξεite des Metallbandes extrudiεrt werden kann. Dieser ωird dann in der vorher beschriebenen Weise mittels der gekühltεπ Laminatorrolle 7 an diε zωεitε Sεite des Mεtallbaπdes angedrückt. Die Breitschli tzdüse 9, die Laminatorrolle 7 und die Andrückrolle 8 bilden zusammen die zωeite Beschichtungsstation . In Bandlaufrichtung hinter der zωeiteπ Laminatorrolle 7 ist eine Umlenkrolle 19, die ebenfalls als Kühlrolle ausgebildet sein kann, wiederum so aπgeordπεt, daß das Mεtallbaπd M die vorhergehεπdε zωεitε Laminatorrollε 7 an einem Teil ihres Umfanges umschlingt und das Mεtallbaπd mit dem noch flüssigεπ, an der Laminatorrolle 7 anliegenden Kunststoffilm 10 im Anschluß an den zωeiten Spalt 11 über eiπεn Tεil dεs Umfaπgεs dεr zωeiten Laminatorrolle in Anlage an dieser gehalten ωird, bis zumindest die an der Laminatorrolle 7 anliegεndε Oberflächεnschicht dεs zuleiten Kunststoffilmes 10 in den festen Zustand abgekühlt ωurde. Die Länge dεr Umschlinguπg jeder Laminatorrolle 5, 7 oder auch die Koπtaktlänge hängt ab von der Bandgεschwindigkεit , dεr Dickε und Art des Metallbandes , der Dicke der Kunststoff ilme und der Tempεratur dεr Laminatorrαllεn . Experimeπtε mit einem Stahlband von 0,26 mm Dicke und einem PP-Kuπststoff i Im von 200 μm Dicke εrgabεπ, daß bεi einer Temperatur der Laminatorrolle von 40°C die Koπtaktzeit an der Laminatorrolle 60 ms und die Kontaktläπge , mit der der Kunststoff- film an dεr Kontaktrαllε in Anlagε gehalten werden muß, 200 mm bεtragεn muß, bεi einer Bandgeschwindigkeit von 200 m/min. Liegt die Temperatur der Lamiπatorrollε bei 60°, dann muß die Kontaktzeit 80 ms und die entsprechende Koπtaktlänge 270 mm bεtragεn.
Um im Spalt 11 für εineπ elastischen Ξpaltausgleich zu sorgen, falls Toleranzen in der Filmd cke auftreten, kann zweckmäßig die Aπdrückrαllε 8 einen Mantel 8a aus gummielastischεm Material aufωeisen, dεr konzentrisch von einεm dünnen, in radialεr Richtung nachgiebigen, äußeren Ξtahlmantel 8b umgeben ist. Durch die Verωεndung εines Ξtahlmantels 8b ωird vεrhindert, daß die Aπdrück- rαllε B auf dem ersten Kunststoffilm 3 eine unerwünschte Musterung hinterläßt, die dann auftreten kann, wenn der Mantel aus gumrnielastischem Material direkt am Kunststoffilm anliεgen würde.
Aus Gründen, die bei der Beschreibung des Verfahrens schon näher erläutεrt morden sind, ist die Brεitε dεr Breitschlitzdüse 2 größer als die Breitε dεs Mεtall- baπdes M. Dies führt dazu, daß der Kunststoffilm 3 auf jeder Seite des Metallbaπdes M um 20 bis 30 mm vorsteht. Der flüssige Kunststoffilm würde an dεr Aπdrückrolle 4 anhaften. Um dies zu verhindern, sind beidseitig des Stahlbandes M endlosε Tεflonbäπder vorgesehen, die über die Andrückrolle 4 und zwei Umlεnk- rollen 13, 14 geführt sind. Diε Urnlεπkrollε 14 ist dabei ebenfalls so aπgeordnεt, daß der überstehende Kunststoffilm an diε Laminatorrolle 5 so lange ange- drückt wird, bis er durch Abkühlung in festen Zustand überführt wurde. Die Trennung des übεrstεhεπdeπ Kunst- stoffilmes von den Teflonbäπdεrn 12 εrfolgt also auch erst nach dem Abkühlen und Festwerden des Kunststoffes. Der übεrstehende Tεil der Kunststoffilme wird später mittels Besäumrollεn 15, die an beidεn Seiten des beschichteten Metallbaπdes angeordnet sind, abgeschnitten und einer Wiederverwendung zugeführt. Bei der Beschreibung des Verfahrens wurde ausführlich erläutert, daß eine Nachbehandlung des beschichtεtεn Metallbandes durch Erhitzung und anschließende rasche Abkühlung in einem Wasserbad erfordεrlich sind. Diεs erfolgt mittels der nur in Figur 1 dargεstellten Er- hitzungsεinrichtung 16 und der anschließenden, aus einem Wasserbad bestehεπdεπ Kühleinrichtung 17.
Das in Figur 2 dargestellte Ausf ühruπgsbeispi el eπt- spricht im wεsεntlichεn dεm vorhergehend beschriebenen Ausf ühruπgsbeispiel . Einrichtungen und Teile gleichεr Funktion sind dahεr mit dεn glεichεn Bezugszeichen bezεichπεt. Zur Vεrmeiduπg von Wiederholungen wird auf die zu Figur 1 gemachten Ausführungen verwiesen.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausf ührungsbεi spiεl ist die zωeite Laminatorrolle 7 so angeordnet, daß sie der ersten Laminatorrolle 5 gegenüberstεht und an diεsε aπdrückbar ist. Um auch hiεr εine geωissε Nachgiebigkeit im Spalt 11 sichεrzustεllεn , kann die zωeitε Laminatorrolle 7 einen Mantel 7a aus gummi- εlastischεm Material aufweisen, der konzεntrisch von einem dünnen, in radialer Richtung nachgiebigεπ , äußeren Ξtahlmaπtel 7b umgeben ist. Bei dieser Anαrd- nung entfällt die zweite Andrückrαlle , da die erste
Laminatorrolle bezüglich der zweitεπ Laminatαrrollε 7 deren Funktion übernimmt.
Bei der in Figur 3 dargestelltεn Lösung ist εine erste Brεitschlitzdüse 21 an der ersten Seitε dεs Mεtallban- dεs M angeordnet und eine zwεite Breitschlitzdüsε 22 an dεr gegenübεrliegeπdεπ Sεitε desselben. Unterhalb der bεidεπ Breitschlitzdüsen 21, 22 befinden sich nebeneinander εinε erste Lamiπatorrollε 24 und eine zweite Laminatorrolle 25, diε zweckmäßig mittels Wasser kühl- bar sind, so daß sie auf eiπε Tεmpεratur von 20 - 80°C einstellbar sind. Der ersten Laminatorrolle 24 ist einε Umlenkrolle 23 nachgeschaltet, diε dafür sorgt, daß das Metallband in diesem Fall um 180° die Laminatorrolle 1 im Anschluß an den zwischen den beiden aπeinaπderge- drückteπ Laminatorrollen 24, 25 gebildeten Spalt 26 umschlingt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der mittels der ersten Breitschlitzdüse 21 zunächst im Spalt 26 durch die gegenüberstehenden Laminatorrollen 24 und 25 an das Metallbaπd M angedrückt und dann das Metallband mit dem zunächst noch flüssigen ersten Kunststoffilm 27 im Anschluß an den Spalt 26 in Anlage an der ersten Laminatorrolle 24 gehalten wird bis der erste Kunststoffilm 27 durch die Laminatorrolle 24 abgekühlt und in festen Zustand überführt ist. Erst dann erfolgt die Ablösung des fest am Metallbaπd M haftenden ersten Kunststoffilmes 27 von der Oberfläche der Laminatorrolle 24.
Ein endloses Lamiπatorband 28, welches zweckmäßig aus Stahl besteht, ist über die zweite Laminatorrolle 25, die zweckmäßig einen gummielastischen Mantel 25a aufweist, geführt. Ferner sind zur Führung des Laminator- bandεs 28 zwei Umlenkrolleπ 29, 30 vorgesehen, die zweckmäßig als Kühlrolleπ ausgebildet sind. Die Umlenk- rolle 29 ist so angeordnet, daß das Lamiπatorband die erste Laminatorrolle 24 in demjenigen Bereich umschlingt, in dem die Laminatorrolle 24 auch von dem Metallband M umschlungen wird. Auf diese Weise kann der durch die zωeite Breitschlitzdüse 22 extrudierte zωeite Kuπst- stoffilm 31 durch die zωeite Laminatorrolle 25 unter Zwischenschaltung des Laminatorbandes 28 im Spalt 26 an das Metallbaπd angedrückt werden. Im Anschluß an den Spalt 26 wird dann der zweite Kunststoffilm 31 weiterhin während dεr teilweiseπ Umschliπguπg der ersten Laminatorrolle 24 an das Metallband M angedrückt bis der zweite Kunststoffilm in einen festen Zustand abgekühlt ist. Die Abkühlung erfolgt dabei durch das mittels der Kühlrollen 29, 30 und der zweiten Laminatorrolle 25 gekühlte Laminatorband 28. Zusätzliche Kühlung erfolgt durch die erste Laminatorrolle 24. Diesε Arbeits- wεisε wird gewählt, wenn auf beide Ξeitεn des Metallbandes gleiche Kunststoffe mit gleichεn Schmelzpunkten aufgetragen werdεπ sollen, z.B. beidseitig PET oder beidseitig PP.
Wie aus Figur 3 erkennbar ist, ist der ersten Laminatorrolle 24 auch eine Aπdrückrolle 32 zugeordnet, diε zwεck äßig εineπ Mantel aus gummielastischem Material besitzt. Die Laminatorrolle 32 ist in Umfangs- richtung der ersten Laminatorrolle in größerem Abstand von dem zwischen den beiden Laminatorrollen 24, 25 gebildeten Spalt 26 angeordnet. Die erste Breitschlitzdüse 21 ist aus ihrer ersten, in Figur 3 voll ausgezogenen Gießpositioπ in eine zweite, in Figur 3 strich- punktiert dargestellte Gießposition verstellbar. Wenn auf die beidεn Seiten des Metallbandes M Kunststoff mit uπterschiεdlichεn Schmelzpunkten aufgetragen werdεn sollen, z.B. auf die erste Seite PET und auf die zweite Seite PP, dann wird die erste Brei schlitzdüse in ihre zweite, strichpunktiert dargestellte, Gießposition gebracht. Das Stahlband wird dann, wie es in Figur 3 ebenfalls strichpunktiert dargestellt ist, um diε Andrückrolle 32 und durch den zwischen Andrückrollε 32 und der ersten Laminatorrolle 24 gebildeten Spalt 33 geführt. Mittels der ersten Brei tschli tzdüsε 21 ωird dεr Kunststoff mit dεm höheren Schmelzpunkt, z.B. PET (Schmelztemperatur 280°C), im Bereich der Andrückrolle 32 auf das Stahlband M extrudiεrt. Im Spalt 33 ωird der noch flüssige Kunststoffilm 27a durch die Laminator- rolle 24 an die erste Seite des Metallbandes angedrückt. Ähnlich ωie bei den in Figur 1 und 2 dargεstεll tεπ und beschriebenen Ausführungsbeispielεπ ωird nach dεm Spalt 33 der erste Kunststoffilm 27a durch das Metallbaπd ωεiterhin in Anlage an der Laminatorrolle 24 gehalten und abgekühlt. Dabei kühlt sich auch das Metallband ab. Der Abstand zwischen der Andrückrolle 32 und dem Spalt 26 ist so gewählt, daß das Metallbaπd. im Spalt 26 noch immer εine über der Schmelztemperatur des zweiten Kunststoff ilmes, z.B. PP ( Schmelztεmperatur 140 - 160°C) liegt. Mittels der zwεitεπ Breitschlitzdüse 22 erfolgt dann die Beschichtuπg der zweiten Seitε des Metallbandes M mit dεm aus PP bestehenden zweiten flüssigen Kunststoffilm 31 in der vorher beschriebenen Weise.
Um eine Verschmutzung der Aπdrückrαlle 32 zu vermeiden, sind auch hier im Bereich der Aπdrückrollε 32 επdlose Teflonbänder 12 vorgesehen, die in Aufbau und Funktion den in Figur 1 dargestellten Tef loπbäπdern 12 entsprechen. Die hierzu in Verbindung mit Figur 1 gegebεπε Bεschreibuπg ist sinπgε äß auch auf Figur 3 anzuwenden. Das gleiche gilt bezüglich der in Figur 3 nicht dargestellten Nacherhitzungseinrichtung und Kühleiπrichtuπ .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahrεn zur Kunststoffbeschichtung von Metallband mittels Direkt-Extrusion, bei dem das Metallband in seiner Längsrichtung bewegt und erhitzt ωird, mittels einer Breitschlitzdüsε ein Film aus geschmolzenem, thermoplastischem Kunststoff unmittelbar auf die εiπe Seite des beωegtεπ Metallbandes aufgebracht wird, diεsεr Kunststoffilm an das Mεtallband angedrückt wird, indem εs durch einen Spalt zwischen zwei Rollen hindurchgeführt wird, von denen die am Kunststoffilm aπliεgεπdε Rolle (Laminatorrolle) unter der Schmelztemperatur des Kunststαffεs gehalten ωird, gegebenenfalls die andere Seite des Metallbandes in gleichartiger Weise mit einem Kunststoffilm beschichtεt wird und in einer abschließendεn Nachbε- handluπg das beschichtete Metallband auf eine Tempεratur im Bereich der Ξchmelztεmpεratur εrhitzt und schliεßlich rasch auf eine Temperatur unter 40°C abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Beschichtuπg eines Stahlbandes dieses auf eine solche Temperatur erhitzt wird, daß es im Auf tragsbereich des flüssigen Kunststoff ilmes eine über dεm Schmelzpunkt des jεωeiligen Kunststoffes liegendε Tεmperatur aufweist,
daß zwischen der an den Kunststoffilm angedrückten Rolle (Laminatorrollε ) oder einem an den Kuπststoff- fil angedrückten, endlosen Band (Laminatorband) Flächenkontakt herbeigeführt wird und diesεr Flächεn- kontakt durch synchrone Wεiterbewegung der sich kαn- taktiεrendeπ Oberflächen von Kunststoffilm und Laminatorrolle bzw. Lamiπatorband über eine Kontaktzeit bzw. Kαntaktläπge aufrechterhalten wird, diε ausreicht, um bei einer Bandgeschwindigkeit von mindestens 50 m/min zumindest die Oberflächenschicht des Kunststoff ilmes mit einer Kühlrate von höchstens 400 W/m2oC auf eine Temperatur abzukühlen, die inde- stεns um 30°C untεr dεm Schmεlzpunkt dεs jeweiligεn
Kunststoffes liegt, bevor der Kontakt zwischen Kunststoffilm und Laminatorrolle bzw. Laminatorband gelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband auf eine solche Temperatur erhitzt wird, daß es im Auftragsbεreich des Kunststoff ilmes eiπε um mindεstεns 10°C übεr den Schmεlzpunkt des Kunststoffes liegεπdε Tεmpεratur aufweist.
3. Verfahrεn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Andrücken des flüssigen Kuπststoff- filmεs an das Stahlband mittels der Laminatorrolle bzw. dεs Lamiπatorbaπdεs mit einer Kraft von minde- steπs 60 N/mm, bezogen auf die Breite des Stahlbandεs, εrf olgt .
4. Vεrfahrεn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband mit dem an dεr Lamiπatorrαllε anliεgeπden Kunststoffilm unter
Spannung über einen Teil des Umfanges dεr Laminator- rollε hεrumgeführt und an der Laminatorrolle in Anlage gehalten wird.
5. Verfahrεπ nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein endloses Laminatorband mit Spannung zusammen mit dεm beschichteten Stahlband um einen Teil des Umfanges einer Rolle hεrumgεführt wird, wobei dεr abzukühlende Kunststoffilm am Laminatorband anliegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laminatorband aus Stahl verwendεt ωird.
7. Vεrfahrεπ nach einεm dεr Ansprüchε 1 bis 4, dadurch c gekennzeichnet, daß die Kühlung der Laminatorrolle durch Wasser erfolgt, ωelches durch diε Rolle hin- durchgεlεi tεt ωird.
8. Vεrfahrεn nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
^Q daß die Laminatorrollen durch Kühlung auf einer Tempεratur im Bereich von 20 bis 80°0 gehalten wεrdεn .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis B, dadurch 15 gekennzeichnet, daß bei der Nachbehandlung das
Stahlband auf eiπε Tεmpεratur oberhalb des Schmεlz- punktεs des jeweiligen Kunststoffes erhitzt wird und der Kunststoffilm durch unmittelbares Einleiten des Stahlbandes in ein Wasserbad mit hoher Kühlratε 20 auf Raumtemperatur abgeschreckt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das rasche Abkühlen bεi Ho o-PP mit einer Kühlrate von mindestens 3000 W/m2αC auf einε Tεmperatur unter 20°C erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das rasche Abkühlen bei Raπdom-PP mit einer Kühlrate von mindestεπs 1800 W/m2°C auf eiπε Tεmperatur unter 20°C erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei beidsεitigεr Bεschichtung des Stahlbaπdεs der Kunststoffilm mit dem höheren Schmεlzpunkt zuerst auf das Stahlband aufgebracht wird .
13. Verfahrεn nach einem der Ansprüchε 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrusion des Kunststoffes aus dεr Brei tschli tzdüse in einer Breite erfolgt, diε größεr ist als diε Brεite des Stahlbandes, und daß an beiden Längsräπdern des Stahlbandes endlose Teflonbänder im Auftragsbereich und daran anschlies- send synchron mit dem Stahlband mi-t geführt werden, bis die seitlich über das Stahlband überstehenden Abschnitte des Kunststoff ilmes ausreichend unter dεn Schmelzpunkt abgekühlt sind.
14. Vorrichtung zur beidsεitigen Kunststoff beschichtung eines Metallbandεs mittels Direkt-Extrusion, mit einer Erhitzungseinrichtung, durch die das Metallband hindurchgeführt ist, mit einer ersten Beschich- tuπgsstation , an welchεr εiπe Brei tschli tzdüse zum dirεktεn Auftrag dεs geschmolzenen thermoplastischen Kunststoffes in Form eines Filmes auf diε erste Seite dεs εrhitztεn Metallbaπdεs und hinter der Breit- schlitzdüse zwei aneinandergedrückte Rollen, zwischen denen das beschichtetε Mεtallband durch einen zwischen beidεn Rollen gebildeten Spalt hindurchführbar ist, vorgesehen sind, wobei zumindest die am Kunststoffilm anliεgεnde und den Kunststoffilm an das Mεtallband aπdrückεnde Rolle (Laminatorrolle) kühlbar ist, und mit einer πachgeschal teten , gleichartigen Beschich- tuπgsstation zur Bεschichtuπg der zweiten Seite des Metallbaπdes , sowiε mit εiπer πachgeschalteten Kühl- eiπrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in Baπd- laufrichtung jeder Laminatorrolle (5, 7) eine Rolle (7, 19) πachgeschaltεt ist, die gegεnüber dεr vorhergehenden Laminatorrolle so angeordnet ist, daß das Metallband (M) die vorhergehende Laminatorrolle an einem Teil ihres Umfanges umschlingt und das Metallband mit dem zunächst noch flüssigen, an der Lamina- torrαllε aπliεgeπdεn Kunststoffilm im Anschluß an den Spalt (6, 11) über einen Teil des Umfanges der Laminatorrolle in Anlage an diesεm gehalten wir .
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die der ersten Laminatorrolle (5) nachgeschal- tete Rolle durch die zweite Laminatorrolle (7) gebildet ist, wobei die zweite Laminatorrolle (7) an die erste Laminatorrolle (5) aπdrückbar ist und der zwεitε Spalt (11) zwischεn dεπ bεidεn Laminatorrollen (5, 7) gεbildεt ist. (Fig. 2)
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Laminatorrolle (7) einen Mantel (7a) aus gummielastischεm Matεrial aufωεist, dεr konzentrisch von einem dünnen, in radialer Richtung nachgiebigen, äußeren Stahlmantel (7b) umgeben ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zωeite Laminatorrolle (7) in Bandlaufrichtung in Abstand von der ersten Laminatorrolle (5) angeordnet ist und der zωεitεn Laminatorrolle (7) eiπε Andrückrolle (8) zugeordnet ist. (Fig. 1)
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückrolle (B) einen Mantel aus gummielastischem Material aufweist, der konzentrisch von einem dünnen, in radialer Richtung nachgiebigen, äußerεn Ξtahlmaπtεl (8b) umgεbεπ ist.
19. Vorrichtung zur beidseitigeπ Kunststoffbeschichtung eines Metallbandes mittels Direkt-Extrusion, mit einer Erhitzuπgseinrichtuπg , durch die das Metallband hiπdurchgeführt ist, mit einer Beschichtungs- Station, an wεlchεr an jεder Seite des Metallbandes jε εiπe Breitschlitzdüse zum direkten Auftrag des geschmolzenen thermoplastischen Kunststoffes in Form je eines Filmes auf diε beiden Seiten des erhitzten Metallbandes vorgesehen ist, sowie mit einer nachgeschalteteπ Kühleinrichtuπg , dadurch gekennzeichnet, daß hinter den beiden Brei tschlitz- düsεπ (21, 22) zωεi aneinander drückbare, kühlbare Rollen (Laminatorrollen) (24, 25) aπgeordnεt sind, zωischεπ denen das beidseitig beschichtetε Metall- band (M) durch einen zωischεn bεidεπ LamiπatorrDllεn (24, 25) gebildetεπ Spalt (26) hindurchführbar ist, daß in Baπdlaufrichtung der einen ersten Laminatorrolle (24) eine Umleπkrolle (23) nachgεschaltεt ist, diε gegenübεr der ersten Laminatorrolle (24) so angεordnεt ist, daß das Metallband (M) die erste Laminatorrolle an einem Teil ihres Umfanges umschlingt und das Metallband mit dεm noch flüssigen, an der ersten Laminatorrolle (24) anliegεndεn εrsten Kunststoffilm (27) im Anschluß an den Spalt (26) übεr εinen Urnfaπgsabschnitt der ersten Laminatorrolle (24) in Anlage an diesεm gehalten ωird, und daß ein endloses Laminatorband (28) über die zωεite Laminatorrolle (25) und mehrere Umlenkrollen (29, 30) so geführt ist, daß das Laminatorband (28) die zωeite Laminatorrollε (25) tεilweise umschlingt, durch den Spalt (26) verläuft und dann die erste Laminatorrolle (24) zumindest in einem Teilbereich des vorgenannten U faπgsabschπittes umschlingt, damit es im Anschluß an dεn Spalt (26) von außen an dem zweiten Kunststoffilm (31) anliegt und den zweitεn Kunststoffilm so laπgε an das Mεtallband (M) drückt bis diεser zumindest an seiner Oberfläche in einεrn fεsteπ Zustand abgekühlt ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminatorband (28) aus Stahl bεstεht.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Umlenkrollεn (29, 30) für das Lamiπatorband (28) kühlbar sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zweitε Laminatorrollε (25) einen gummielasti- sehen Mantel (25a) aufwεist.
23. Vorrichtung nach εiπεm dεr Aπsprüchε 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Laminatorrolle (24) eiπε Andrückrolle (32) zugeordnet ist, die in Umfaπgsrichtuπg der ersten Laminatorrolle (24) in größerem Abstand von dem zwischen bεidεn Lamiπator- rollεn gεbildεten Spalt (26) angeαrdnεt ist, und daß diε erste Breitschlitzdüse (21) vor diese Aπ- drückrollε (32) in εinε zωεitε Giεßposition verstell- bar ist, so daß das Stahlband (M) wahlweisε übεr diε Andrückrolle (32) und durch den zwischen diesεr und der ersten Laminatorrolle (24) gεbildεten Spalt (33) führbar ist, damit mittels der in der zweiten Gießposition befindlichen ersten Breitschli tzdüse (21) εin Kunststoffilm (27a) auf diε εinε Seite des Mεtallbandes (M) auftragbar ist, der εinε höhεrε Schmelztemperatur aufweist als der Kunststoffilm (31), der an der Beschichtungsstation von dεr zωeiten Breitschlitzdüse (22) auf die andere Seite des Mεtallbandes (M) εxtrudiert ωird.
24. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzbrei ε dεr Breitschli tz- düsen (2, 21) größer ist als diε Breitε des Metall- baπdes (M) und daß im Auftragsbereich des Kuπststoff- filmes (3, 27a) auf das Metallband und daran an- schließend endlose Teflonbänder (12) vorgesεhen sind, die mittels Umlenkrollen (13, 14) um die Andrückrolle (4, 32) um einen Teil des Umfaπgεs dεr εrsten Laminatorrolle (5, 24) beidsεitig des Metallbandes (M) an diesεs angrenzend geführt und synchron mit diesem beωegbar sind, um sεitlich übεr das Mεtallbaπd vorstehende Teile des Kunststoff ilmεs (3, 27a) aufzunehmen .
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