-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur
Flammperforierung von Folien.
-
HINTERGRUND
-
Verschiedene
Verfahren zur Herstellung perforierter Polymerfolien sind bekannt.
US-A-3,012,918 und
GB-A-851,053 und
GB-A-854,473 beschreiben zum
Beispiel alle im Allgemeinen Verfahren und Vorrichtungen zur Verbesserung
der Heißsiegelfähigkeit
von Polymerfolien durch Leiten der Folie über einen gekühlten, hohlen,
rotierenden Metallzylinder oder eine Trägerwalze mit einem gewünschten
Perforierungsmuster, während ein
Strahl gaserwärmter
Luft derartig auf die Fläche
der Folie gerichtet wird, dass spezielle Gebiete der Folie geschmolzen
werden, wobei ein Perforierungsmuster gebildet wird.
-
US-A-3,394,211 erörtert die
Flammperforierung von wärmeschrumpfenden,
biaxial orientierten Polypropylenfolien.
GB-A-1,012,963 , die den Oberbegriff
von Anspruch 1 bildet, und
GB-A-1,073,605 offenbaren Verfahren
und Vorrichtungen zur Flammperforierung geeigneter thermoplastischer
Folien, die in der Lage sind, durch Wärme weich gemacht und geschmolzen
zu werden.
-
Sauerstoffangereicherte
Flammen sind verwendet worden, um die Benetzbarkeit oder Haftungseigenschaften
der Polymerfolien zu verbessern. Derartige Verwendungen sind in
der Patentliteratur offenbart, die
US-A-3,153,683 ;
US-A-3,255,034 ;
US-A-3,347,697 ;
US-A-3,361,607 ;
US-A-3,375,126 ;
US-A-3,431,135 ;
US-A-3,783,062 ;
US-A-4,622,237 und
US-A-5,891,967 umfasst.
Diese Patentschriften beschreiben die Verwendung von sauerstoffangereicherten
Flammen zur Oberflächenmodifikation
von Polymeren.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Ein
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung
und Verfahren zur Perforierung einer Folie mit einer sauerstoffangereicherten
Flamme nach Anspruch 1 bzw. 10 bereit. Die abhängigen Ansprüche betreffen
einzelne Ausführungsformen
der Erfindung.
-
In
einer Ausführungsform
der obigen Vorrichtung weist die Vorrichtung ferner eine Gegendruckwalze auf,
die an dem Rahmen befestigt ist, wobei die Gegendruckwalze die Trägerfläche aufweist,
und wobei die Folie um mindestens einen Teil der Trägerfläche der
Gegendruckwalze gewickelt ist. In einem Gesichtspunkt dieser Ausführungsform
weist die Vorrichtung ferner eine Vorwärmwalze auf, die an dem Rahmen
neben der Trägerfläche befestigt
ist, wobei die Vorwärmwalze
eine äußere Fläche aufweist,
und wobei die äußere Fläche der
Vorwärmwalze
zum Vorwärmen
der Folie vor Erreichen des Brenners erwärmt ist. In noch einem weiteren Gesichtspunkt
dieser Ausführungsform
ist die äußere Fläche der
Vorwärmwalze
mehr als 74°C
(165°F)
zum Vorwärmen
der Folie vor Erreichen des Brenners erwärmt. In noch einer weiteren
Ausführungsform
ist die Vorwärmwalze
eine Andruckwalze, die an dem Rahmen neben der Gegendruckwalze befestigt
ist, wobei sich die Folie zwischen der Andruckwalze und der Gegendruckwalze
befindet. In noch einem weiteren Gesichtspunkt dieser Ausführungsform
ist der Brenner derartig positioniert, dass der Winkel, der zwischen
dem Brenner und der Andruckwalze gemessen ist, weniger als 45° beträgt, wobei
ein Scheitelpunkt des Winkels an einer Achse der Gegendruckwalze
positioniert ist.
-
In
noch einer weiteren Ausführungsform
weist die Vorrichtung ferner eine temperaturgeregelte Abschirmung
auf, die an dem Rahmen neben der Gegendruckwalze befestigt ist,
wobei die temperaturgeregelte Abschirmung zwischen dem Brenner und
der Andruckwalze positioniert ist.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
weist die Vorrichtung ferner einen Applikator auf, der an dem Rahmen
neben der Trägerfläche befestigt
ist, zum Auftragen von entweder Luft oder einer Flüssigkeit
auf die Trägerfläche.
-
In
einem Gesichtspunkt des oben erwähnten
Verfahrens perforiert der Perforierungsschritt die Folie mit einem
Muster, das den mehreren abgesenkten Teilen der Trägerfläche entspricht.
-
In
einer Ausführungsform
des obigen Verfahrens weist der Anreicherungsschritt ferner das
Anreichern eines Oxidationsmittels mit Sauerstoff und das Kombinieren
des sauerstoffangereicherten Oxidationsmittels mit einem gasförmigen Kohlenwasserstoff-Brennstoff,
um eine brennbare Mischung bereitzustellen, auf. In einem weiteren
Gesichtspunkt des obigen Verfahrens stellt der Sauerstoffanreicherungsschritt
ein Oxidationsmittel mit einem Sauerstoffverhältnis von mehr als 0,21 und
gleich oder weniger als 0,35 bereit.
-
In
einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist das
Verfahren ferner das Kühlen der
Trägerfläche auf
eine Temperatur unter 49°C
(120°F)
auf. In einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens wird eine vorgewärmte
Andruckwalze zum Kontaktieren der ersten Seite der Folie verwendet,
wobei die Andruckwalze an dem Rahmen neben der Gegendruckwalze befestigt
ist, und wobei sich die Folie zwischen der Andruckwalze und der
Gegendruckwalze befindet.
-
In
noch einer weiteren Ausführungsform
des obigen Verfahrens ist der Brenner derartig positioniert, dass
der Winkel, der zwischen dem Brenner und der Andruckwalze gemessen
ist, weniger als 45° beträgt, wobei
ein Scheitelpunkt des Winkels an einer Achse der Gegendruckwalze
positioniert ist.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens der Flammperforierung einer Folie weist das Verfahren
die weiteren Schritte auf: Bereitstellen einer Gegendruckwalze mit
der Trägerfläche, wobei
die Trägerfläche mehrere
abgesenkte Teile aufweist; Bereitstellen einer Andruckwalze, wobei
die Andruckwalze eine äußere Fläche aufweist,
und wobei die äußere Fläche der
Andruckwalze erwärmt
ist; Pressen der Folie zwischen der Andruckwalze und der Trägerfläche der
Gegendruckwalze, um die Folie vorzuwärmen; und danach Perforieren
der Folie mit einer Flamme des Brenners, wobei der Brenner derartig
positioniert ist, dass der Winkel, der zwischen dem Brenner und
der Andruckwalze gemessen ist, weniger als 45° beträgt, wobei der Scheitelpunkt
des Winkels an der Achse der Gegendruckwalze positioniert ist.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
vorliegende Erfindung wird weiterführend unter Bezugnahme auf
die angehängten
Figuren erklärt, wobei
sich in allen der verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen
auf die gleiche Struktur beziehen, und wobei:
-
1 eine
Seitenansicht einer Flammperforierungsvorrichtung der vorliegenden
Erfindung ist;
-
2 eine
Teilvorderansicht der Vorrichtung von 1 ist, wobei
zwei der mitlaufenden Walzen und der Motor zur Übersichtlichkeit entfernt wurden
und die Gegendruckwalze durch die gestrichelte Kontur gezeigt ist;
-
3 eine
Seitenansicht der Vorrichtung von 1 ist, die
eine Folie aufweist, die sich entlang des Folienweges in der Vorrichtung
bewegt;
-
4 eine
Draufsicht eines Musters der Perforierungen in der Folie ist, nachdem
die Folie mit der Flammperforierungsvorrichtung von 1 perforiert
worden ist; und
-
5 eine
Querschnittsansicht eines Bandes ist, das die Folie von 4 aufweist.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Die
vorliegende Erfindung stellt Ausführungsformen einer Vorrichtung
zur Flammperforierung von Folien und Verfahren zur Flammperforierung
von Folien bereit, die ein Sauerstoffanreicherungssystem für die brennbare
Mischung aufweisen. Sauerstoffangereicherte Flammen, die zur Perforierung
verwendet werden, tragen zur Erhöhung
der Bahngeschwindigkeit der Folien, die flammperforiert werden,
bei, während
eine akzeptable Folienqualität
beibehalten wird. Eine akzeptable Folienqualität beinhaltet vollständig und
gleichmäßig offene,
durchweg gebildete Perforierungen in den Folien, ohne Falten oder
andere Fehler, wie Risse, thermische Schädigung oder die Bildung teilweise
gebildeter Perforierungen. Diese Qualitäten einer perforierten elastomeren
oder polymeren Folie sind sehr wichtig für bestimmte Endanwendungen,
wie das kostengünstige Bereitstellen
eines Klebebandträgers
mit hoher Zugfestigkeit und ausgezeichneter Formanpassungsfähigkeit, der
leichte, gerade Handreißbarkeit
in sowohl der Längs-
als auch der Querrichtung ohne unerwünschte Dehnung des Bandes während des
Handreißens
aufweist.
-
Die
Verwendung sauerstoffangereicherter Flammen erhöht die Geschwindigkeit des
Perforierungsverfahrens und verbessert häufig die physikalische Einheitlichkeit
der Perforierungen. Die Perforierungsgeschwindigkeit, die unter
Verwendung der vorliegenden Erfindung erhalten wird, kann viel größer sein
als die Geschwindigkeiten, wobei Sauerstoffanreicherung nicht eingesetzt
wird. Darüber
hinaus kann auch eine erhebliche Verbesserung der Einheitlichkeit
der Perforierungen erreicht werden.
-
Flammen
können
im Hinblick auf zwei Charakteristiken beschrieben werden: die Flammenleistung
und das Molverhältnis
von Oxidationsmittel zu Brennstoff. Die Flammenleistung ist das
Produkt des Brennstoffvolumens, das pro Zeiteinheit verbrannt wird,
und des Wärmeinhalts
des Brennstoffs. Typische Einheiten für die Flammenleistung sind
Watt (W) oder Btu/h. Die Flammenleistung kann normiert werden, um
die Abmaße
des Brenners zu berücksichtigen,
was zu Einheiten wie W/cm2 oder Btu/h-in
führt.
-
Das
genaue Verhältnis
von Oxidationsmittel zu Brennstoff, das zur vollständigen Verbrennung
benötigt wird,
ist als das stöchiometrische
Verhältnis
bekannt. Zum Beispiel beträgt
die genaue Menge an trockener Luft, die zur vollständigen Verbrennung
von Methan benötigt
wird, 9,55 Volumen an trockener Luft pro Volumen an Methan, das
stöchiometrische
Verhältnis
für eine
Luft:Methan-Flamme beträgt
daher 9,55:1 oder alternativ ausgedrückt nur 9,55. Das Äquivalenzverhältnis ist
als das stöchiometrische
Oxidationsmittel:Brennstoff-Verhältnis,
geteilt durch das tatsächliche
Oxidationsmittel:Brennstoff-Verhältnis
definiert. Für
brennstoffarme oder oxidierende Flammen ist mehr als die stöchiometrische
Menge an Oxidationsmittel vorhanden und das Äquivalenzverhältnis beträgt daher
weniger als 1,00. Für
Oxidationsmittel:Brennstoff-Mischungen im stöchiometrischen Verhältnis beträgt das Äquivalenzverhältnis gleich
1,00. Für
brennstoffreiche Systeme ist das Äquivalenzverhältnis größer als
1,00.
-
Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst die Sauerstoffanreicherung
die Zugabe von Sauerstoff zu der brennbaren Mischung, die verwendet
wird, um die laminare, vorgemischte Kohlenwasserstoffflamme, die
zur Perforierung verwendet wird, zu unterhalten. Die Sauerstoffanreicherung
der brennbaren Mischung führt
zu mehreren Veränderungen
bei der Flamme, die eine erhöhte
Flammentemperatur, eine erhöhte
laminare Flammengeschwindigkeit und eine Abnahme des Gesamtdurchflusses
der brennbaren Mischung, der durch den Brenner strömt, umfassen.
Der Anstieg der Flammentemperatur tritt auf, da weniger inerter
Stickstoff vorliegt, der durch die Verbrennungsreaktion zu erhitzen
ist. Der Anstieg der Flammengeschwindigkeit führt zu den leuchtenden Flammenkegeln,
die auf dem Bandbrenner stabilisiert werden, um für eine gegebene Flammenleistung
an Größe abzunehmen.
In anderen Worten, bei einer gegebenen Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs
nimmt die Höhe
des leuchtenden Flammenkegels mit zunehmender Sauerstoffkonzentration in
der Mischung bei einem konstanten Äquivalenzverhältnis ab.
Die Abnahme des Durchflusses der brennbaren Mischung wird durch
die abnehmende Menge an Stickstoff in dem Oxidationsmittel verursacht.
-
Die 1 und 2 sind
Veranschaulichungen einer Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Herstellung von flammperforierten Folien der
vorliegenden Erfindung. 1 veranschaulicht eine Seitenansicht
der Vorrichtung 10 und zeigt eine Ausführungsform des Sauerstoffanreicherungssystems 45. 2 veranschaulicht
eine Vorderansicht eines Teils der Vorrichtung 10, wobei
die Gegendruckwalze 14 durch eine gestrichelte Kontur gezeigt
ist, und wobei die mitlaufenden Walzen 55, 58 und
der Motor 16 zur Übersichtlichkeit
entfernt wurden.
-
Die
Vorrichtung
10 weist einen Rahmen
12 auf. Der
Rahmen
12 weist einen oberen Teil
12a und einen unteren
Teil
12b auf. Die Vorrichtung
10 weist eine Gegendruckwalze
14 mit
einer äußeren Trägerfläche
15 auf.
Die Trägerfläche
15 weist
vorzugsweise ein Muster abgesenkter Teile
90 auf. Diese
abgesenkten Teile
90 und die Teile der Trägerfläche
15 zwischen
den abgesenkten Teilen machen gemeinsam die Trägerfläche
15 der Gegendruckwalze
14 aus.
Die abgesenkten Teile
90 bilden ein Muster von Vertiefungen
in der Trägerfläche
15.
Die abgesenkten Teile
90 können mehrere gesenkte oder
ausgesparte Teile oder mehrere Vertiefungen entlang der Trägerfläche
15 sein.
Diese abgesenkten Teile
90 werden vorzugsweise in die Trägerfläche
15 geätzt. Alternativ
kann das Muster der abgesenkten Teile
90 in die Trägerfläche
15 gebohrt,
durch Abdampfen eingebracht oder eingraviert werden. Die abgesenkten
Teile
90 sind vorzugsweise in der Form von Ovalen und weisen
vorzugsweise jeweils eine ungefähre
Länge von
0,1778 cm (70 mil) oder weniger, eine ungefähre Breite von 0,0762 mm (30
mil) oder weniger und eine ungefähre
Tiefe von 0,02032 cm (8 mil) oder mehr auf. Ein Beispiel eines Perforierungsmusters
wird in
WO-A-02/11978 gelehrt.
-
In
einer Ausführungsform
ist die Trägerfläche 15 der
Gegendruckwalze 14 im Verhältnis zu der Umgebungstemperatur
um die Vorrichtung 10 temperaturgeregelt. Die Trägerfläche 15 der
Gegendruckwalze 14 kann auf eine beliebige Weise, die im
Gebiet bekannt ist, temperaturgeregelt sein. Die Trägerfläche 15 der
Gegendruckwalze 14 wird vorzugsweise durch Speisen von
gekühltem
Wasser in den Einlassteil 56a der hohlen Welle 56,
in die Gegendruckwalze 14, und heraus aus dem Auslassteil 56b der
hohlen Welle 56 gekühlt.
Die Gegendruckwalze 14 rotiert um ihre Achse 13.
Die Vorrichtung 10 weist einen Motor 16 auf, der
an dem unteren Teil 12b des Rahmens befestigt ist. Der
Motor treibt einen Riemen 18 an, der wiederum die Welle 56 rotiert, die
an der Gegendruckwalze 14 befestigt ist, wobei dadurch
die Gegendruckwalze 14 um ihre Achse 13 angetrieben
wird.
-
Die
Vorrichtung 10 weist einen Brenner 36 und eine
Brennerleitung 38 auf. Die Vorrichtung 10 kann eine
wahlweise Abgashaube (nicht gezeigt) aufweisen, die über der
Vorrichtung 10 montiert ist. Der Brenner 36 und
die Brennerleitung 38 sind an dem oberen Teil 12a des
Rahmens 12 durch Brennerhalterungen 35 befestigt.
Die Brennerhalterungen 35 können um die Drehpunkte 37 durch
Bewegung des Stellglieds 48 schwenken, um den Brenner 36 relativ
zu der Trägerfläche 15 der
Gegendruckwalze 14 zu bewegen. Die Halterungen 35 können durch
das Stellglied 48 geschwenkt werden, um den Brenner 36 in
einem gewünschten
Abstand entweder neben oder von der Trägerfläche 15 der Gegendruckwalze 14 entfernt
zu positionieren. Die brennbare Mischung wird in den Brenner 36 über Brennerrohrleitungen 38 eingespeist.
Die Brennerrohrleitung 38 spaltet sich in Brennerrohrleitung 38a und
Brennerrohrleitung 38b, die jeweils mit einem Ende des
Brenners 36 verbunden sind. Die Vorrichtung 10 weist
ein Sauerstoffanreicherungssystem 45 auf, das mit dem gegenüberliegenden
Ende der Brennerrohrleitung 38, das von dem Brenner 36 entfernt
ist, verbunden ist. Ein Bestandteil des Sauerstoffanreicherungssystems 45 ist
die Luftleitung 41, die über einen Venturi-Mischer 39 mit der
Brennerrohrleitung 38 verbunden ist. Der Luftstrom durch
die Luftleitung 41 wird durch den Luftstromregler 41a reguliert.
Die Sauerstoffleitung 43 wird durch den Sauerstoffstromregler 43a reguliert
und speist in die Luftleitung 41 an der Sauerstoffeinlassöffnung 43b ein.
Der sauerstoffangereicherte Luftstrom wird zu dem Venturi-Mischer 39 über Luftleitung 41 zur
Einlassöffnung
des Oxidationsmittels 41b befördert. Der Brennstoffbestandteil
der brennbaren Mischung ist typischerweise ein gasförmiger Kohlenwasserstoff-Brennstoff und wird durch
den Brennstoffstromregler 47a durch die Brennstoffleitung 47 in
den Venturi-Mischer 39 an der Brennstoffeinlassöffnung 47b reguliert.
Entsprechende Volumen des gasförmigen
Brennstoffs und der sauerstoffangereicherten Luft werden in den Venturi-Mischer 39 reguliert,
um eine brennbare Mischung zu erzeugen. In einer Ausführungsform
ist der Brennstoff Erdgas.
-
Das
Sauerstoffverhältnis
ist das Verhältnis
des in dem Oxidationsmittel vorliegenden Gesamtstroms an molekularem
Sauerstoff zu dem Gesamtstrom aller Bestandteile in dem Oxidationsmittel.
Das Sauerstoffverhältnis
in dem Oxidationsmittel wird nach dem folgenden Ausdruck berechnet,
wenn das Oxidationsmittel aus Luft und Sauerstoff besteht: Sauerstoffverhältnis = (FO2 +
0,21FLUFT)/(FO2 +
FLUFT)wobei FO2 die
Strömungsgeschwindigkeit
von Sauerstoff (in lpm oder cfh) und FLUFT die
Strömungsgeschwindigkeit
von Luft (in lpm oder cfh) ist. Es sollte angemerkt werden, dass
das Sauerstoffverhältnis
von Luft ungefähr
0,21 beträgt.
Ein Anstieg der Möglichkeit
von Schaden am Brenner aufgrund von Überhitzen und von gefährlichem
Flammenrückschlag
kann mit zunehmendem Sauerstoffverhältnis auftreten. Die meisten
im Handel erhältlichen
Bandbrenner können
daher nur bei Sauerstoffverhältnissen
unter 0,35 sicher betrieben werden. Theoretisch könnte eine
neue Brennerausführung,
die zum Beispiel eine modifizierte Brenneröffnungsgröße und Brenneröffnungsverteilung
sowie alternative Materialien für
das Brennerband und das Brennergehäuse enthalten könnte, den
Betrieb bei höheren
Sauerstoffverhältnissen
möglich
machen.
-
In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung 10 eine
Vorwärmwalze 20 auf,
die an dem unteren Teil 12b des Rahmens 12 befestigt
ist. Die Vorwärmwalze 20 weist
eine äußere Walzenschicht 22 auf.
Die äußere Walzenschicht 22 weist
eine äußere Fläche 24 auf.
Die äußere Walzenschicht kann
zum Beispiel aus einem Elastomer, zum Beispiel einem Elastomer für hohe Betriebstemperatur,
hergestellt sein. Die Vorwärmwalze 20 kann
zum Beispiel eine Andruckwalze sein, die gegen die Gegendruckwalze 14 positioniert
sein kann, um die Folie zwischen der Andruckwalze 20 und
der Gegendruckwalze 14 zu pressen. Es ist jedoch nicht
nötig,
dass die Vorwärmwalze 20 eine
Andruckwalze ist, und die Vorwärmwalze
kann stattdessen von der Gegendruckwalze 14 entfernt positioniert
werden, sodass sie die Gegendruckwalze 14 nicht kontaktiert.
Die Andruckwalze 20 rotiert frei um ihre Welle 60 und
ist an den Walzenhalterungen 62 montiert. Das Verbindungsstück 46 ist
an den Walzenhalterungen 62 befestigt. Die Andruckwalze 20 kann
gegen die Gegendruckwalze 14 unter Verwendung von Stellglied 44 positioniert
werden. Wenn das Stellglied 44 ausgefahren ist (wie in 3 gezeigt),
rotiert das Verbindungsstück 46 entgegen
dem Uhrzeigersinn und die Walzenhalterungen 62 werden wiederum
entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert, bis die Andruckwalze 20 die
Gegendruckwalze 14 kontaktiert. Das Stellglied 44 kann
die Bewegung zwischen der Andruckwalze 20 und der Gegendruckwalze 14 steuern,
und kann somit den Druck zwischen der Andruckwalze 20 und
der Gegendruckwalze 14 steuern. Ein Anschlagstück 64 ist
an dem unteren Rahmen 12b befestigt, um die Bewegung des
Verbindungsstücks 46 über den
unteren Rahmen 12b hinaus zu verhindern, was den Druck,
der von der Andruckwalze 20 gegen die Gegendruckwalze 14 ausgeübt wird,
beschränkt.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung 10 eine
temperaturgeregelte Abschirmung 26 auf, die an der Halterung 62 durch
Haltewinkel 66 befestigt ist, um eine Baugruppe zu bilden.
Dementsprechend bewegt sich die Abschirmung 26 mit der
Andruckwalze, wenn das Stellglied 44 die Andruckwalze 20 rotiert,
wie oben erklärt.
Die Abschirmung 26 kann relativ zu der Andruckwalze 20 durch
Bolzen 32 und Schlitze 34, die an den Haltewinkeln 66 befestigt
sind, positioniert werden. Die temperaturgeregelte Abschirmung 26 kann mehrere
wassergekühlte
Rohrleitungen 28 aufweisen. Andere Mittel des Bereitstellens
einer temperaturgeregelten Abschirmung können jedoch verwendet werden,
wie eine wassergekühlte
Platte, luftgekühlte
Platte oder andere Mittel der Technik. Die temperaturgeregelte Abschirmung 26 kann
zwischen dem Brenner 36 und der Andruckwalze 20 positioniert
sein. In dieser Position schützt
die Abschirmung 26 die Andruckwalze 20 vor einem
Teil der Hitze, die vom Brenner 36 erzeugt wird, und kann
daher verwendet werden, um die Temperatur der äußeren Fläche 24 der Andruckwalze 20 zu
regeln, was den Vorteil hat, dass Falten oder andere Fehler in der
Folie bei dem Flammperforierungsschritt, der von dem Brenner 36 ausgeführt wird,
reduziert werden, während
die hohen Foliengeschwindigkeiten beibehalten werden.
-
In
noch einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung 10 wahlweise
einen Applikator 50 auf, der an dem unteren Teil 12b des
Rahmens 12 befestigt ist. Die Vorrichtung 10 weist mehrere
Düsen 52 auf,
die mit dem Applikator 50 verbunden sind. In einer Ausführungsform
ist der Applikator 50 ein Luftapplikator zum Auftragen
von Luft auf die Gegendruckwalze 14. In einer weiteren
Ausführungsform ist
der Applikator 50 ein Flüssigkeitsapplikator zum Auftragen
von Flüssigkeit
auf die Gegendruckwalze 14. Die Flüssigkeit ist vorzugsweise Wasser,
andere Flüssigkeiten
können
jedoch stattdessen verwendet werden. Wenn die Flüssigkeit durch den Applikator 50 aufgetragen
wird, dann wird vorzugsweise ebenfalls Luft zu den einzelnen Düsen geliefert,
um die Flüssigkeit
vor der Auftragung auf die Gegendruckwalze zu zerstäuben. Die Art
und Weise, auf die die Luft oder das Wasser auf die Gegendruckwalze 14 aufgetragen
werden kann, kann vom Fachmann in Abhängigkeit von dem Druck, der
Rate oder Geschwindigkeit der Luft oder des Wasser, die bzw. das
durch die Düsen 52 gepumpt
wird, variiert werden. Wie nachstehend erklärt, wird angenommen, ohne zu
wünschen,
an eine Theorie gebunden zu sein, dass wenn Luft oder Wasser auf
die Trägerfläche 15 der
Gegendruckwalze 14 vor dem Kontaktieren der Folie mit der
Trägerfläche 15 aufgetragen
wird, dann diese Auftragung von Luft oder Wasser hilft, entweder
einen Teil der Kondensation, die sich auf der Trägerfläche 15 aufgebaut hat,
zu entfernen, oder zusätzliches
Wasser aufträgt,
um die Menge an Wasser zwischen der Folie und der Trägerfläche aktiv
zu steuern, und dadurch beim Eliminieren von Falten oder anderen
Fehlern hilft, die in der Folie bei dem Flammperforierungsschritt,
der von dem Brenner 36 ausgeführt wird, gebildet werden.
-
Die
Vorrichtung 10 weist eine erste mitlaufende Walze 54,
eine zweite mitlaufende Walze 55 und eine dritte mitlaufende
Walze 58 auf, die an dem unteren Teil 12b des
Rahmens 12 befestigt sind. Jede der mitlaufenden Walzen 54, 55 und 58 weist
ihre eigene Welle auf und die mitlaufenden Walzen können frei
um ihre Wellen rotieren.
-
Eine
Vielfalt von Brennern 36 ist im Handel erhältlich,
zum Beispiel von Flynn Burner Corporation, New Rochelle, NY; Aerogen
Company, Ltd., Alton, Vereinigtes Königreich, und Sherman Treaters
Ltd., Thame, Vereinigtes Königreich.
Ein Bandbrenner wird typischerweise zur Flammperforierung von Polymerfolien
gewünscht,
andere Arten von Brennern, wie Brenner mit gebohrten Löchern oder
Schnittbrenner, können
jedoch ebenfalls verwendet werden. In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung
einen Mischer (zum Beispiel einen Venturi-Mischer) aufweisen, um
das Oxidationsmittel und den Brennstoff zu kombinieren, bevor die
Flamme, die bei dem Flammperforierungsverfahren der Erfindung verwendet
wird, damit unterhalten wird. In der Ausführungsform, die durch die 1 und 3 dargestellt
ist, wird der Sauerstoff zuerst in den Luftstrom eingebracht, wobei
ein sauerstoffangereicher ter Oxidationsmittelstrom erzeugt wird.
Der sauerstoffangereicherte Oxidationsmittelstrom wird dann mit
dem Brennstoffstrom in einem Venturi-Mischer kombiniert, um eine
sauerstoffangereicherte brennbare Mischung zu erzeugen. Die Verwendung
eines Mischers ist jedoch nicht notwendig und die Anordnung (Reihenfolge)
der Luft-, Sauerstoff- und Brennstoffleitungen kann in fast jeglicher Konfiguration
sein, vorausgesetzt, dass die endgültige brennbare Mischung eine
erhöhte
Menge an Sauerstoff verglichen mit Luft aufweist, und vorausgesetzt,
dass die entsprechenden Volumen an Brennstoff und Oxidationsmittel
vor dem Brenner kombiniert werden, um eine gleichmäßige und
stabile Flamme zu unterhalten.
-
3 veranschaulicht
den Weg, auf dem die Folie durch die Vorrichtung 10 läuft, und
ein bevorzugtes Verfahren zur Flammperforierung von Folien. Die
Folie 70 weist eine erste Seite 72 und eine zweite
Seite 74, die der ersten Seite 72 gegenüberliegt,
auf. Die Folie läuft
in die Vorrichtung 10 ein und um die erste mitlaufende
Walze 54 herum. Von dort aus zieht die motorgetriebene
Gegendruckwalze 14 die Folie. In dieser Position ist die
Folie zwischen der Andruckwalze 20 und der Gegendruckwalze 14 positioniert.
In diesem Schritt des Verfahrens wird die zweite Seite 74 der
Folie 70 durch die wassergekühlte Gegendruckwalze 14 gekühlt und
die erste Seite 72 der Folie 70 wird gleichzeitig
von der äußeren Fläche 24 der
Vorwärm-
oder Andruckwalze 20 erwärmt. Dieser Schritt des Vorwärmens der
Folie 70 mit der äußeren Fläche 24 der
Andruckwalze 20 vor der Flammperforierung der Folie mit
dem Brenner 36 sorgte unerwartet für den Vorteil des Reduzierens der
Falten oder anderer Fehler in der perforierten Folie.
-
Die
Temperatur der äußeren Trägerfläche 15 der
Gegendruckwalze 14 kann durch die Temperatur des Wassers,
das durch die Gegendruckwalze 14 durch die Welle 56 fließt, geregelt
werden. Die Temperatur der äußeren Trägerfläche 15 kann
in Abhängigkeit
von ihrer Nähe
zu dem Brenner 36, der eine große Menge an Hitze von den Flammen
erzeugt, variieren. Darüber
hinaus hängt
die Temperatur der Trägerfläche 15 von
dem Material der Trägerfläche 15 ab.
-
Die
Temperatur der äußeren Fläche 24 der äußeren Schicht 22 der
Andruckwalze 20 wird durch eine Reihe von Faktoren geregelt.
Erstens beeinflussen die Flammenleistung und die Temperatur der
Flammen die Temperatur der äußeren Fläche 24 der
Andruckwalze 20. Zweitens beeinflusst der Abstand zwischen
dem Brenner 36 und der Andruckwalze 20 die Temperatur
der äußeren Fläche 24.
Zum Beispiel erhöht
das Positionieren der Andruckwalze 20 näher an dem Brenner 36 die
Temperatur der äußeren Fläche 24 der
Andruckwalze 20. Umgekehrt reduziert das Positionieren
der Andruckwalze weiter von dem Brenner 36 entfernt die Temperatur
der äußeren Fläche 24 der
Andruckwalze 20. Der Abstand zwischen der Achse der Andruckwalze 20 und
dem Mittelpunkt der Brennerstirnseite 40 des Brenners 36 unter
Verwendung der Achse 13 der Gegendruckwalze 14 als
der Scheitelpunkt des Winkels ist durch den Winkel α dargestellt.
Der Winkel α stellt
den Teil des Umfangs der Gegendruckwalze oder den Teil des Bogens
der Gegendruckwalze zwischen der Andruckwalze 20 und dem
Brenner 36 dar. Es wird bevorzugt, den Winkel so klein
wie möglich
zu machen, ohne die Andruckwalze einer derartigen Hitze von dem
Brenner auszusetzen, dass das Material auf der äußeren Fläche der Andruckwalze beginnt
sich zu zersetzen. Der Winkel α beträgt zum Beispiel
vorzugsweise weniger als oder gleich 45°. Drittens kann die Temperatur
der äußeren Fläche 24 der
Andruckwalze 20 auch durch Einstellen der Position der
temperaturgeregelten Abschirmung 26 zwischen der Andruckwalze 20 und
dem Brenner 36 unter Verwendung der Bolzen 32 und
Schlitze 34 der Haltewinkel 66 geregelt werden.
Viertens kann Kühlwasser
durch die Andruckwalze 20 fließen, ähnlich wie bei der oben beschriebenen Gegendruckwalze 14.
In dieser Ausführungsform
kann die Temperatur des Wassers, das durch die Andruckwalze fließt, die
Oberflächentemperatur
der äußeren Fläche 24 der
Andruckwalze 20 beeinflussen. Fünftens kann die Oberflächentemperatur der
Trägerfläche 15 der
Gegendruckwalze 14 die Oberflächentemperatur der äußeren Fläche 24 der
Andruckwalze 20 beeinflussen. Letztlich kann auch die Umgebungstemperatur
der Luft, die die Andruckwalze 20 umgibt, die Temperatur
der äußeren Fläche 24 der
Andruckwalze 20 beeinflussen.
-
Die
Temperatur der Trägerfläche 15 der
Gegendruckwalze 14 kann im Bereich von 7°C bis 54°C (45°F bis 130°F) liegen,
in anderen Ausführungsformen
kann diese Temperatur im Bereich von 10°C bis 41°C (50°F bis 105°F) liegen. Die Temperatur der
Andruckwalzenfläche 24 der
Andruckwalze 20 kann im Bereich von 74°C bis 204°C (165°F bis 400°F) liegen, in anderen Ausführungsformen
kann diese Temperatur im Bereich von 82°C bis 121°C (180°F bis 250°F) liegen. Die Andruckwalzenfläche 24 sollte
jedoch nicht über
die Temperatur steigen, bei der das Material der Andruckwalzenfläche anfängt, zu
schmelzen oder sich zu zersetzen. Obwohl die Temperatur der Trägerfläche 15 der
Gegendruckwalze 14 und die Temperatur der Andruckwalzenfläche 24 der
Andruckwalze 20 oben aufgelistet sind, kann der Fachmann
basierend auf den Vorteilen der Lehre dieser Anmeldung Temperaturen
der Trägerfläche 15 und
der Andruckwalzenfläche 24 in
Abhängigkeit
von dem Folienmaterial und der Rotationsgeschwindigkeit der Gegendruckwalze 14 auswählen, um
die Folie bei reduzierter Anzahl von Falten oder Fehlern flammzuperforieren.
-
Zu
dem Verfahrensschritt zurückkehrend,
wärmt die
Vorwärmwalze
an dieser Stelle zwischen der Vorwärmwalze 20 und der
Gegendruckwalze 14 die erste Seite 72 der Folie 70 vor
dem Kontaktieren der Folie mit der Flamme des Brenners vor. Die
Temperatur der Vorwärmwalze
ist unerwarteterweise entscheidend, um zu helfen, Falten oder andere
Fehler in der Folie bei dem Flammperforierungsschritt zu eliminieren.
-
Im
nächsten
Schritt des Verfahrens rotiert die Gegendruckwalze 14 weiter,
wobei die Folie 70 zwischen dem Brenner 36 und
der Gegendruckwalze 14 bewegt wird. Dieser spezielle Schritt
ist in 3 veranschaulicht. Wenn die Folie in Kontakt mit
den Flammen des Brenners 36 kommt, werden die Teile der
Folie, die direkt von der gekühlten
Metallträgerfläche getragen
werden, nicht perforiert, da die Wärme der Flamme durch das Folienmaterial
hindurchgeht und aufgrund der ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit des Metalls sofort
durch das kalte Metall der Gegendruckwalze 14 von der Folie
weggeleitet wird. Eine Luftblase wird jedoch hinter den Teilen des
Folienmaterials eingeschlossen, die die geätzten Vertiefungen der abgesenkten
Teile 90 des gekühlten
Trägermaterials
bedecken. Die Wärmeleitfähigkeit
der Luft, die in den Vertiefungen eingeschlossen ist, ist viel geringer
als die des umliegenden Metalls und infolgedessen wird die Wärme nicht
von der Folie weggeleitet. Die Teile der Folie, die über den
Vertiefungen liegen, schmelzen dann und werden perforiert. Als Ergebnis
korrelieren die Perforierungen, die in der Folie 70 gebildet
werden, im Allgemeinen mit der Form der abgesenkten Teile 90.
Etwa zur gleichen Zeit, zu der das Folienmaterial in den Gebieten
der abgesenkten Teile 90 geschmolzen wird, wird eine erhöhte Kante
oder ein erhöhter
Rand 120 (nur in den 4 und 5 gezeigt)
um jede Perforierung gebildet, der aus dem Folienmaterial aus dem
inneren der Perforierung besteht, das sich beim Erwärmen zusammengezogen
hat.
-
Nachdem
der Brenner 36 die Folie flammperforiert hat, rotiert die
Gegendruckwalze 14 weiter, bis die Folie 70 schließlich von
der Trägerfläche 15 der
Gegendruckwalze 14 von der mitlaufenden Walze 55 weggezogen
wird. Von dort wird die flammperforierte Folie 70 um die
mitlaufende Walze 58 von einer weiteren angetriebenen Walze
(nicht gezeigt) gezogen. Die flammperforierte Folie kann von der
Vorrichtung 10 in langen, breiten Bahnen produziert werden,
die als Rollen zur günstigen
Lagerung und Versendung aufgewickelt werden können. Alternativ kann die Folie 70 mit
einer Schicht Haftklebemittel oder anderen Folien kombiniert werden,
um ein Band bereitzustellen, wie mit Bezug auf 5 erörtert.
-
Wie
oben erwähnt,
kann die Vorrichtung 10 den wahlweisen Applikator 50 zum
Auftragen von entweder Luft oder Wasser auf die Trägerfläche 15 der
Gegendruckwalze 14, bevor die Folie 70 die Trägerfläche zwischen
der Gegendruckwalze 14 und der Andruckwalze 20 kontaktiert,
aufweisen. Ohne zu wünschen,
an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass das Steuern
der Menge an Wasser zwischen der Folie 70 und der Trägerfläche 15 hilft,
die Menge der Falten oder anderer Fehler in der flammperforierten
Folie zu reduzieren. Es gibt zwei Art und Weisen, die Menge an Wasser
zwischen der Folie 70 und der Trägerfläche 15 zu steuern.
Erstens, wenn der Applikator 50 Luft auf die Trägerfläche bläst, dann
hilft dieser Vorgang, die Menge an Wasseraufbau zwischen der Folie 70 und
der Trägerfläche 15 zu
reduzieren. Der Wasseraufbau ist ein Ergebnis der Kondensation,
die auf der Oberfläche
der Gegendruckwalze gebildet wird, wenn sich die wassergekühlte Trägerfläche 15 in
Kontakt mit der umliegenden Umgebung befindet. Zweitens kann der
Applikator 50 Wasser oder eine andere Flüssigkeit
auf die Trägerfläche 15 auftragen,
um die Menge an Flüssigkeit
zwischen der Folie 70 und der Trägerfläche zu erhöhen. Es wird angenommen, dass
so oder so eine gewisse Menge an Flüssigkeit zwischen der Folie 70 und
der Trägerfläche 15 dabei
helfen kann, die Traktion zwischen der Folie 70 und der
Trägerfläche 15 zu erhöhen, was
wiederum dabei hilft, die Menge an Falten oder anderen Fehlern in
der flammperforierten Folie zu reduzieren. Die Position der Düsen 52 des
Applikators 50 relativ zu der Mittellinie des Brenners 36 wird
durch den Winkel β dargestellt,
wobei sich der Scheitelpunkt des Winkels an der Achse 13 der
Gegendruckwalze 14 befindet. In einer Ausführungsform
ist der Applikator 50 in einem Winkel β, der größer ist als Winkel α, sodass
die Luft oder das Wasser vor der Andruckwalze 20 auf die
Gegendruckwalze 14 aufgetragen wird.
-
Die
Brennerhalterungen 35 und das Stellglied 48 können, wie
oben mit Bezug auf 1 erklärt, den relativen Abstand zwischen
dem Brenner 36 und der Gegendruckwalze 14 einstellen.
Die Flamme ist ein leuchtender Kegel, der von dem Brenner unterhalten
wird, dessen Höhe
von der Stirnseite des Brennergehäuses zu der Spitze der Flamme
mit in der Technik bekannten Mitteln gemessen werden kann. Tatsächlich weist
der Bandbrenner 36 mehrere Flammen auf, und alle Flammenspitzen
sind vorzugsweise in der gleichen Position relativ zu dem Brennergehäuse, wobei
sie vorzugsweise eine einheitliche Länge aufweisen. Die Flammenspitzen
können
jedoch zum Beispiel in Abhängigkeit
von nicht einheitlichen Bandkonfigurationen oder nicht einheitlicher
Gasströmung
in die Bänder
variieren. Der Einfachheit halber werden mehrere Flammen als eine Flamme
bezeichnet. Der Abstand zwischen der Stirnseite 40 des
Brenners 36 und der ersten Seite 72 der Folie 70 wird
als der Brenner-zu-Folie-Trennungsabstand bezeichnet.
-
Die
Folie
70 ist vorzugsweise ein polymeres Substrat. Das polymere
Substrat kann eine beliebige Form aufweisen, die die Perforierung
durch eine Flamme gestattet, zum Beispiel Feinfolien, Folien, poröse Materialien
und Schäume.
Derartige polymere Substrate umfassen zum Beispiel Polyolefine,
wie Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Polymethylpenten; Mischungen
von Polyolefinpolymeren und Copolymeren von Olefinen; Polyolefincopolymere,
die Olefinsegmente enthalten, wie Polyethylenvinylacetat, Polyethylenmethacrylat
und Polyethylenacrylsäure;
Polyester, wie Polyethylenterephthalat, Polybutylenphthalat und
Polyethylennaphthalat; Polystyrole; Vinylverbindungen, wie Polyvinylchlorid,
Polyvinylidendichlorid, Polyvinylalkohol und Polyvinylbutyral; Etheroxidpolymere,
wie Polyethylenoxid und Polymethylenoxid; Ketonpolymere, wie Polyetheretherketon;
Polyimide; Mischungen davon oder Copolymere davon. Die Folie ist
vorzugsweise aus orientierten Polymeren hergestellt und insbesondere
ist die Folie aus biaxial orientierten Polymeren hergestellt. Biaxial
orientiertes Polypropylen (BOPP) ist im Handel von verschiedenen
Anbietern erhältlich,
die umfassen: ExxonMobil Chemical Company aus Houston, TX; Continental
Polymers aus Swindon, Vereinigtes Königreich; Kaisers International
Corporation aus Taipei, Taiwan und PT Indopoly Swakarsa Industry
(ISI) aus Jakarta, Indonesien. Andere Beispiele für geeignetes
Folienmaterial werden in
WO
02/11978 , betitelt "Cloth-like
Polymeric Films" (Jackson
et al.), gelehrt.
-
4 veranschaulicht
eine Draufsicht eines Musters von Perforierungen in einer Folie,
nachdem sie mit der Flammperforierungsvorrichtung von 1 perforiert
worden ist. Die Perforierungen sind typischerweise gestreckte Ovale,
Rechtecke oder andere nicht kreisförmige oder kreisförmige Formen,
die in einer Art und Weise angeordnet sind, dass die Hauptachse
jeder Perforierung sich mit benachbarten Perforierungen kreuzt oder
in der Nähe
benachbarter Perforierungen vorbeiläuft. Wie in 5 gezeigt,
kann diese perforierte Polymerfolie 114 mit einer oder
mehreren zusätzlichen
Schichten oder Folien vereinigt werden, wie einer Deckschicht, um
Dauerhaftigkeit oder Undurchdringlichkeit bereitzustellen, oder
einer Unterschicht, um Adhäsionsvermögen bereitzustellen.
-
Das
Perforierungsmuster, das in der Polymerfolie 114 gebildet
wird, hat einen starken Einfluss auf die Reiß- und zugfestigkeitseigenschaften der
perforierten Folien und Klebebandträger der Erfindung. In 4 ist ein
Teil eines vergrößerten Aufbaus
eines typischen Perforierungsmusters 128 gezeigt, wobei
die Maschinenrichtung nach oben und unten orientiert ist und die
Querrichtung von links nach rechts orientiert ist. Das dargestellte
Perforierungsmuster 128 weist eine Reihe von Perforierungsreihen
auf, die als eine erste Reihe mit den Perforierungen 1a, 1b und 1c,
eine zweite Reihe mit den Perforierungen 2a, 2b und 2c,
eine dritte Reihe mit den Perforierungen 3a, 3b und 3c,
eine vierte Reihe mit den Perforierungen 4a, 4b und 4c und
eine fünfte Reihe
mit den Perforierungen 5a, 5b und 5c gekennzeichnet
sind. Das Perforierungsmuster 128 weist andere Perforierungsreihen
auf, die ähnlich
der ersten bis fünften
Reihe sind. Jede Perforierung weist eine erhöhte Kante oder einen erhöhten Rand 120 auf.
In speziellen Ausführungen
ist beobachtet worden, dass diese erhöhte Kante 120 verbesserte
Reißeigenschaften
der perforierten Folie 114 bereitstellt. Die erhöhte Kante 120 kann
ebenfalls leichte Texturen verleihen, die dazu führen, dass die Folie 114 stärker einem
gewebeartigen Material ähnelt.
Die Perforierungen bilden typischerweise ein Muster, das sich entlang
des größten Teils
oder der gesamten Fläche
einer Folie erstreckt, und daher ist das Muster, das in 4 gezeigt
ist, nur ein Teil eines derartigen Musters.
-
Wie
oben mit Bezug auf 4 erklärt, korreliert das Perforierungsmuster 128,
das in Folie 114 gebildet ist, im Allgemeinen mit dem Muster
der abgesenkten Teile 90, die in der Trägerfläche 15 der Gegendruckwalze 14 gebildet
ist. Die in 4 gezeigte Folie weist zahlreiche
Perforierungen auf, die jeweils im Allgemeinen eine ovale Form aufweisen
und vorzugsweise eine Länge
besitzen, die dreimal größer ist
als die Breite. Der Fachmann könnte
jedoch ein beliebiges Muster abgesenkter Teile 90 in der
Trägerfläche 15 der
Gegendruckwalze 14 wählen,
um alternative Perforierungsmuster oder -größen zu erzeugen.
-
Die
hierin beschriebenen Folien sind für viele Klebebandträgeranwendungen
geeignet. Die Gegenwart einer Deckfolie über dem Perforierungsmuster
kann ein Aussehen bereitstellen, das einem mehrfach beschichteten,
gewebebasierenden Klebebandträger
in bestimmten Ausführungsformen ähnelt. Dieses
Aussehen, kombiniert mit den Zugfestigkeits- und Reißeigenschaften,
macht die Folie als ein Träger
für Gewebe-Klebeband,
Gaffer-Band oder desgleichen nützlich.
Insbesondere bei Gewebe-Klebeband trägt die Inkorporierung bekannter
geeigneter Pigmente in die Deckfolie für eine silbergraue Färbung zu
einem vertrauten Aussehen bei, das auf dem Markt erwünscht ist.
Da der Klebebandträger
anpassungsfähig
ist, ist er auch als ein Abdeckklebebandträger nützlich.
-
5 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Bandes 112,
das die Folie von 4 als ein Klebebandträger aufweist.
Das Band 112 enthält
eine perforierte Folie 114 mit einer ersten Hauptfläche 116 und
einer zweiten Hauptfläche 118.
Die perforierte Folie 114 enthält die Perforierungen 115, die
sich über
ihre gesamte Dicke erstrecken. In der veranschaulichten Ausführungsform
weisen die Ränder jeder
Perforierung 115 entlang der zweiten Hauptfläche 118 erhöhte Teile 120 auf.
Die perforierte Folie 114 ist typischerweise eine orientierte
Folie, zum Beispiel eine biaxial orientierte Folie.
-
Das
Polymerband 112 weist ferner eine Deckfolie 122 und
eine Unterschicht 124 auf. In der veranschaulichten Ausführungsform
verleiht die Deckfolie 122 dem Polymerband 112 Dauerhaftigkeit
und kann ferner die Festigkeit erhöhen und dem Band 112 Flüssigkeitsundurchlässigkeit
verleihen. Die Unterschicht 124 ist zum Beispiel eine Klebstoffzusammensetzung.
Zusätzliche
oder alternative Schichten können
verwendet werden, um das Band 112 zu erzeugen. Die Anordnung
der Schichten kann ebenfalls verändert
werden. Demnach kann der Klebstoff zum Beispiel direkt auf die Deckfolie 122 aufgetragen
werden, anstatt auf die perforierte Schicht.
-
Die
Funktion der vorliegenden Erfindung wird weiterführend mit Bezug auf die folgenden
ausführlichen Beispiele
beschrieben. Diese Beispiele werden angeführt, um die verschiedenen speziellen
und bevorzugten Ausführungsformen
und Verfahren weiter zu veranschaulichen. Es versteht sich jedoch,
dass viele Variationen und Modifikationen gemacht werden können, ohne
den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
BEISPIELE
-
Ein
individuell ausgeführtes
Flammperforierungssystem, das in
US-B-7,037,100 beschrieben ist, wurde durch
Hinzufügen
eines Sauerstoffanreicherungssystems modifiziert. Gerätetechnik
zur Durchflusssteuerung wurde verwendet, um die Einspeisung von
Sauerstoff in den Luftstrom zu ermöglichen, wobei ein Oxidationsmittelstrom
direkt vor dem Venturi-Mischer, wo der Oxidationsmittelstrom und
Erdgasbrennstoff kombiniert wurden, um eine brennbare Mischung zu
bilden, gebildet wurde. Der Strom des hochreinen Sauerstoffs (Reinheit > 99,99%), erhältlich von
Oxygen Service Co. aus St. Paul, MN, bei einem Manometerdruck von
276 kPa (40 psi) wurde unter Verwendung eines Millipore Tylan FC-2921V-J
Massendurchflussreglers gemessen. Das Sauerstoffverhältnis in
dem Oxidationsmittelstrom wurde wie oben beschrieben berechnet.
-
Beispiele
für perforierte
Folien aus biaxial orientiertem Polypropylen (BOPP) wurden unter
den folgenden Betriebsbedingungen produziert. In staubgefilterte,
25°C Druckluft
wurde Sauerstoff eingespeist, wie oben dargelegt, und dann wurde
sie mit einem Erdgasbrennstoff (mit einer relativen Dichte von 0,577,
einem stöchiometrischen
Verhältnis
von trockener Luft zu Erdgas von 9,6:1 und einem Wärmeinhalt
von 37,7 kJ/L) in einem Venturi-Mischer, erhältlich von Flynn Burner Corporation
aus New Rochelle, NY, gemischt, um eine brennbare Mischung zu bilden.
Die Durchflussmengen des Erdgases und der Luft wurden mit Steuerventilen,
erhältlich von
Foxboro-Eckardt GmbH aus Stuttgart, Deutschland, gesteuert und mit
Massendurchflussmetern, erhältlich von
Flow Technology Inc. aus Phoenix, AZ, gemessen. Alle Durchflüsse wurden
so eingestellt, dass ein Flammenäquivalenzverhältnis von
0,96 und eine normierte Flammenleistung von 1.600 W/cm2 (15.000
Btu/h-in) resultierte. Die brennbare Mischung durchströmte eine
3 Meter lange Rohrleitung zu einem Bandbrenner, der aus einem 33
cm × 1
cm großen,
gewellten Edelstahlband mit 6 Brenneröffnungen, das in einem Messinggehäuse montiert
war, bestand, Reihe 850, geliefert von Flynn Burner Corporation,
New Rochelle, NY.
-
Der
Brenner wurde neben einer spiralförmigen, gekühlten Stahlgegendruckwalze
mit Doppelmantel, die 35,5 cm im Durchmesser war, eine Stirnseitenbreite
von 46 cm aufwies und von F. R. Gross Company, Inc., Stow, Ohio,
erhältlich
ist, montiert. Die Temperatur der Gegendruckwalze wurde durch einen
227 l/min (60 gal/min), im Kreislauf geführten Wasserstrom mit einer
Temperatur von 7,2°C
(45°F) gesteuert.
Der Mantel der Stahlgegendruckwalze wurde mit 0,5 mm Kupfer einer
Vickerhärte
von 220 überzogen,
dann wurde von Custom Etch Rolls Inc. aus New Castle, PA, ein Perforierungsmuster,
das in 6 gezeigt ist, der US-Patentanmeldung
10/267538 eingraviert. Gefilterte Druckluft bei einem Druck von
69 kPa/m2 (10 psi) wurde auf die gekühlte Gegendruckwalze
gerichtet, um die Menge an Wasserkondensation, die sich auf dem
gemusterten Teil der Gegendruckwalze ansammelte, steuerbar zu reduzieren.
-
Ein
elektrischer Funken entzündete
die brennbare Mischung. Stabile konische Flammen wurden gebildet,
wobei sich die Spitzen in einem Abstand von ungefähr 9–20 mm von
der Stirnseite des Brennergehäuses
befanden. Für
Sauerstoffverhältnisse
von 0,21, 0,23, 0,25 und 0,27 betrugen die Größen der Flammenkegel ungefähr 20 mm,
16 mm, 12 mm bzw. 9 mm. Der Abstand zwischen den Bändern 42 und
der Stirnseite 40 des Brenners 36 betrug 3 mm.
Eine thermisch extrudierte, biaxial orientierte Polypropylen-(BOPP)-homopolymerfolie,
die 0,03 mm (1,2 mil) dick und 30 cm breit war, wurde durch mitlaufende
Walzen geführt,
um sich um die gekühlte
Gegendruckwalze zu wickeln, und bei einer einstellbaren Geschwindigkeit
durch das System zur Bearbeitung geleitet. Die Folienbahn wurde
bei einer Spannung in der Stromaufwärts- und Stromabwärtsrichtung
von ungefähr
1,5 N/laufender cm (0,8 lb/laufender Inch) gehalten.
-
Um
einen innigen Kontakt zwischen der BOPP-Folie und der gekühlten Gegendruckwalze
zu gewährleisten,
befand sich eine nach innen gerichtete Andruckwalze mit einem Durchmesser
von 10 cm und einer Stirnseitenbreite von 40 cm, erhältlich von
American Roller Company, Kansasville, WI, die mit 6 mm VN 110 (Härte Shore
A von 80) VITON-Fluorelastomer bedeckt war, in einer Position von
ungefähr
45 Grad relativ zu dem Brenner auf der nach innen gerichteten Seite
der gekühlten
Gegendruckwalze. Eine wassergekühlte
Abschirmung, die sich zwischen der Andruckwalze und dem Brenner
befand, wurde mit im Kreislauf geführtem Wasser bei einer Temperatur
von 50°F
(10°C) gehalten.
Der Andruckwalze-auf-Gegendruckwalze-Kontaktdruck wurde bei ungefähr 50 N/laufender
cm gehalten.
-
Tabelle
1 zeigt die Ergebnisse eines Experiments, wobei der Brenner-zu-Folie-Abstand
(der Abstand zwischen der Fläche
der Stirnseite 40 des Brennergehäuses und der ersten Seite 72 der
Folie 70) zwischen 5 bis 14 mm variiert wurde, während das
Sauerstoffverhältnis
in dem Oxidationsmittelstrom bei entweder 0,21, 0,23, 0,25 oder
0,27 gehalten wurde, wobei das Sauerstoffverhältnis von 0,21 im Wesentlichen
Luft ohne Sauerstoffanreicherung ist. Eine maximale Bahngeschwindigkeit
von 95 m/min wurde zum Beispiel erreicht, während eine akzeptable Lochgröße unter
den Verfahrensbedingungen eines Brenner-zu-Folie-Abstands von 5 mm
und einem Sauerstoffverhältnis
von 0,27 aufrechterhalten wurde. In Anbetracht dessen, dass die
Größe des Flammenkegels
ungefähr
9 mm jenseits des Brenners betrug, drang die Flamme ungefähr 4 mm
in die Folie ein.
-
Unter
Verwendung eines optischen Mikroskops Olympus SZH-1LLD mit einem
Okular mit 100-facher Vergrößerung wurden
die Dimensionen der Perforierungen (Löcher), die in den BOPP-Folien
erzeugt wurden, vermessen. Wie in 6 der
US-Patentanmeldung Nr. 10/267538 gezeigt, waren die perforierten
Löcher
in der Form einer Ellipse oder eines Ovals mit sowohl einer Haupt-
als auch einer Nebenachse. Beide Achsen wurden an mindestens 50
zufällig
gewählten
Löchern
oder alternativ an einer hinreichenden Anzahl zufällig gewählter Löcher gemessen,
um eine Normalverteilung der Messdaten zu erzeugen, wenn 50 Messungen nicht
bereits eine Normalverteilung definiert hatten. Die maximale Anzahl
an Löchern,
die vermessen werden musste, um die Normalverteilung zu erzeugen,
betrug 75. Eine Normalverteilung der Lochdimensionsmessungen war
wünschenswert,
damit die Daten besser statistisch analysiert werden konnten, um
die Perforierungsqualität zu
quantifizieren.
-
Für jede Kombination
von Verfahrensbedingungen (Brenner-zu-Folie-Abstand und Sauerstoffverhältnis) wurde
die maximale Foliengeschwindigkeit, die noch 100% offene Perforierungen über die
gesamte Breite der 30 cm BOPP-Folie ermöglichte, bestimmt. Perforierungen
bei jeder Verfahrensbedingung mussten ungefähr die gleiche durchschnittliche
Hauptachsendimension von 0,813 mm (32,0 mil) aufweisen. Durch Beibehaltung
der gleichen Perforierungsgröße bei allen
untersuchten Verfahrensbedingungen wurden einheitlichere Geschwindigkeits-
und Qualitätvergleiche
gemacht.
-
Um
die Auswirkung einer sauerstoffangereicherten Flamme auf die Perforierungsqualität zu bewerten, wurde
daher die maximale Foliengeschwindigkeit in Meter/min, die weiterhin
100% offene Perforierungen über die
gesamte Breite der Folie bereitstellte, für jedes Sauerstoffverhältnisniveau
und jeden Brenner-zu-Folie-Abstand
bestimmt. In anderen Worten, durch den oben beschriebenen statistischen
Messweg wurde die Perforierungslochgröße konstant gehalten, während die
Verfahrensbedingungen Sauerstoffverhältnis und Brenner-zu-Folie-Abstand
variiert wurden, um die maximale Verfahrensgeschwindigkeit zu bestimmen.
In den meisten Fällen
ist die Einheitlichkeit der Perforierungen ebenfalls verbessert
worden, verglichen mit einem Flammperforierungsverfahren, das keine
Sauerstoffanreicherung verwendet. Tabelle 1
| | Maximale
Perforierungsgeschwindigkeit (m/min) |
| Brenner-zu-Folie-Abstand (mm) | 0,21
O2 Nennluft | 0,23
O2 sauerstoffangereichert | 0,25
O2 sauerstoffangereichert | 0,27
O2 sauerstoffangereichert |
| 5 | 53 | 83 | 93 | 95 |
| 6 | 50 | 75 | 80 | 85 |
| 7 | 52 | 63 | 72 | 80 |
| 8 | 50 | 55 | 61 | 68 |
| 9 | 50 | 57 | 60 | 65 |
| 10 | 45 | 53 | 53 | 60 |
| 11 | 45 | 50 | 55 | 65 |
| 12 | 40 | 42 | 47 | 56 |
| 13 | 38 | 41 | 44 | 49 |
| 14 | 36 | 39 | 41 | 48 |
-
Absehbare
Modifikationen und Abänderungen
dieser Erfindung sind für
den Fachmann ersichtlich, ohne von dem Schutzumfang dieser Erfindung
abzuweichen, der durch die unabhängigen
Ansprüche
definiert ist.