NO890442L - Sveising av termoplastisk materiale. - Google Patents

Description

Vamtgass-sveising av termoplastmateriale og tverrgående sveis fremstilt ved fremgangsmåten.

Denne oppfinnelse angår sveising av termoplastfilmer og ark, som eksempelvis orienterte plaststropper som er ringkoplet. Denne oppfinnelse er også nyttig ved sveising av lokk på beholdere og sveising av et bredt spekter av andre produkter fremstilt av slike filmer og ark.

Vanligvis er orienterte plastringkoplinger fremstilt av polypropylen eller poly(etylentereftalat) som er en krystalliser-bar polyester vanlig kjent som "PET". Slike koplinger har funnet bred anvendelse for mange pakkeformål. Dette området strekker seg fra anvendelser med små påkjenninger, så som bunting av små konvolutt-stabler, til anvendelser med store påkjenninger, så som emballering av komprimerte fibere. Man begynner også å ta i bruk slike ringkoplinger i nye tungt påkjente anvendelser, så som ved snøgjerder og jordgittere som blir brukt for å stabili-sere veier og jordvoller.

Selv om det er kommersielt tilgjengelig plastringkoplinger som innehar høy strekkstyrke og liten forlengelse, er deres nytteverdi ved svært påkjente anvendelser begrenset hovedsakelig ved mangelen på innretninger for å sammenføye de overlappende endene til en slik ringkobling, så som ved bunteanvendelser, eller for å sammenføye kryssede deler av slike stropper i et knutepunkt, så som ved jordgitter-fremstilling.

Da ringkoplede plaststropper først ble tatt i kommersielt bruk til buntingsformå1, ble metall-låsekapslinger brukt, hovedsakelig fordi metall-låsene var blitt brukt i forbindelse med ringkoplede stålstropper. Siden plaststropper er sårbare for innskjæringer og skår og metall-låser har en tendens til å skjære skår i stroppen som de er brukt på, er slike låser ikke full-stendig tilfredsstillende for plastringkoplinger, spesielt når det gjelder sterkt påkjente anvendelser. Bruk av slike låsekapslinger i forbindelse med plastringkoplinger har for mange anvendelser blitt erstattet med forskjellige sveiseteknikker.

Tidligere sveiseteknikker anvendte oppvarmede blader for å smelte lokaliserte områder av de overlappende endene til plast-stroppene. Senere sveiseteknikker, som har erstattet disse tidligere teknikker i mange anvendelser, anvendte vibrasjons- innretninger for å påføre en hurtig bevegelse og friksjonskontakt mellom lokaliserte områder av stroppen som skulle sveises. Et stort antall ringkoplingsmaskiner og bærbare ringkoplingsverktøy som for tiden er i bruk anvender slike tidligere eller senere sveiseteknikker.

Med en sveiseteknikk av en av typene nevnt ovenfor, blir det dannet en hovedsakelig plan sveis. En slik sveis har en tendens til å feile, ikke ved at stropp-materialet brytes bort fra sveisen, men ved avskrelling eller delaminering når den blir utsatt for strekkspenninger som ligger langt under bruddstyrken til stropp-materialet. Selv om slike teknikker fremdeles kan forbedres, er det vanskelig å oppnå skjøtstyrker som overskrider 50 til 60 % av bruddstyrken til stroppmaterialet ved hjelp av konvensjonelle stroppsveiseteknikker.

Denne oppfinnelse imøtekommer et lenge følt behov for en forbedret sveiseteknikk som tilveiebringer skjøtstykker som innehar en vesentlig del av bruddstyrken til det grunnleggende termoplastmaterialet, og som kan oppnås gjentagne ganger.

Denne oppfinnelse gir vesentlige fordeler når den benyttes på ringkoplede stopper av orientert plast.

I tillegg synes oppfinnelsen å ha et bredt spekter av andre viktige anvendelser. En potensiell bruksmåte er å sammenføye lokk på beholdere på en oppbrytnings-sikret måte for emballering av matvarer, medisiner og medisinske instrumenter. En annen slik anvendelse er å sveise termoplastfilmer. Denne oppfinnelse kan også anvendes til å forsegle foldede kartonger, konvolutter eller andre pakker så som foldede konvolutter for disketter.

I denne beskrivelse er alle referanser til ark av termo-plastmaterialer ment å referere seg til arkformede materialer som har en tykkelse på omtrent 250 ym eller mer, i motsetning til tynnere filmer.

Denne oppfinnelse tilveiebringer en forbedret fremgangsmåte for å sveise i det minste to lag av termoplastmateriale til hverandre. Lagene kan være overlappende ender av en orientert plaststropp som er blitt formet til et endeløst bånd, som kan være under høy strekkspenning. Denne oppfinnelse representerer en radikal fjerning fra konvensjonelle stroppsveiseteknikker.

Denne oppfinnelse tilveiebringer også en forbedret fremgangsmåte for å sveise et lokk og en beholder til hverandre, som for forpakning av mat, medisiner eller medisinske instrumenter, eller for å sveise ethvert annet arrangement av to eller flere arkfilmer av termoplastmateriale til hverandre.

Ved den forbedrede fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen blir en tverrgående sveis tildannet med en unik form, som er langt mindre utsatt for å feile ved avskrelling eller delaminering, i motsetning til det som er tilfelle med hovedsakelig plane sveiser frambrakt ved hjelp av en konvensjonell stropp-sveise-teknikk.

Den tverrgående sveisen nevnt ovenfor er tildannet i sin helhet av materialet til lagene og strekker seg hovedsakelig gjennom hvert lag. Sveisen har en søyleform med et forstørret hode i sin ene ende. Sveisen er fortrinnsvis kaldstuket slik at den ligger utflatet mot den ytre overflaten til det tilliggende arket. Den andre enden av sveisen er i nivå med eller litt nedtrykket i forhold til den ytre overflaten av det tilliggende laget.

Dersom materialet til arkene i hovedsak er amorft, men krystalliserbart, kan sveisen være mer krystallinsk enn det generelt amorfe materialet utenfor sveisen. Bruddstyrken til sveisen blir økt ved at den er mer krystallinsk. Den økte bruddstyrken til sveisen er spesielt fordelaktig når man har orienterte termoplastringkoplinger.

En rekke slike sveiser kan frembringe en skjøt eller sammenføyning som har en bruddstyrke med en vesentlig del av bruddstyrken til basismaterialet, samtidig som den er mindre utsatt for å feile ved avskrelling eller delaminering i motsetning til en hovedsakelig plan sveis. Bruddstyrken til hver sveis kan nå bruddstyrken til basismaterialet. En slik sammen-føyning er spesielt fordelaktig i tungt påkjente anvendelser av orienterte termoplastringkoplinger.

I store trekk anvender den forbedrede fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen en stråle av varm gass som blir sendt en begrenset tid suksessivt gjennom et hull i en innløpsmaske, lagene, og et hull i en utløpsmaske. Innløpsmasken, lagene og utløpsmasken er klemt sammen slik at det er intim kontakt mellom dem. Utløpsmasken avleder varme hurtig slik at den tverrgående sveisen beskrevet ovenfor danner seg.

Disse og andre formål, egenskaper og fordeler med den foreliggende oppfinnelse vil bli ytterligere forklart i den følgende beskrivelse av en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen, under henvisning til de medfølgende tegninger. Fig. 1 er et forstørret, oppdelt, aksialt tverrsnitt av et munnstykke, en sammenklemt stabel som består av en innløpsmaske, to lag eller ark av termoplastmateriale, en utløpsmaske og et kaldstukeverktøy i et starttrinn av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, før en tverrgående sveis har begynt å danne seg. Fig. 2 er et lignende riss av munnstykket, den sammenklemte stabelen, og kaldstukeverktøyet, i et senere trinn av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, etter at en tverrgående sveis har dannet seg, men før sveisen er blitt kaldstuket. Fig. 3 er et lignende riss av munnstykket, den sammenklemte stabelen og kaldstukeverktøyet, i et enda senere trinn i fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, etter at sveisen er blitt kaldstuket. Fig. 4 er et lignende riss av det sveisede arket og slutt-sveisen.

Den forbedrede fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen kan på effektiv måte utføres med minimalt utstyr, som vist på figurene 1 til 3.

Et munnstykke 10 som har en aksial boring 12 er forbundet med en luftkilde (ikke vist) som blir oppvarmet til en høy temperatur og som er anordnet for å levere luften i et begrenset tidsrom med en høy strømningshastighet. Lufttemperaturen bør være tilstrekkelig høy til å smelte materialet som skal sveises, men ikke fordampe materialet. Som et eksempel er en temperatur på 393° C egnet for å smelte, men ikke fordampe polypropylen. Munnstykket 10 er fortrinnsvis laget av et rør av rustfritt stål. For å sveise de to lagene av termoplaststropper, som beskrevet ovenfor, kan boringen 12 ha en diameter på omtrent 380jjm.

Anordnet i en stabel 14 er en innløpsmaske 16, et første lag eller ark 18 av termoplastmaterialet, et andre lag eller ark 20 av termoplastmaterialet, og en utløpsmaske 22 klemt sammen (som indikert med piler) for intim kontakt dem imellom (d.v.s. mellom innløpsmasken 14 og det første arket 18, mellom det første arket 18 og det andre arket 20, og mellom det andre arket 20 og utløpsmasken 22). Selv om det ikke er nødvendig med et minimums klemmetrykk, er det viktig å tilveiebringe intim kontakt mellom delene for å forhindre spredning av varm luft mellom disse, hvilket kunne forhindre at det dannes en akseptabel sveis. Enhver egnet klemmeinnretning (ikke vist) kan anvendes.

Innløpsmasken 16, som styrer hvor den varme luften støter mot arkene, har et sirkulært hull 24 som er innrettet aksialt med boringen 12 til munnstykket 10. Innløpsmasken 16 er fortrinnsvis laget av et ark av rustfritt stål. For sveising av to lag av termoplaststropper, som beskrevet ovenfor, kan innløpsmasken 16 ha en tykkelse på omtrent 2 00 jjm med hullet 2 4 med en diameter på omtrent 380 ym.

Utløpsmasken 22 har et sirkulært hull 26 som er innrettet aksialt med boringen 12 til munnstykket 10 og således også med hullet 24 i innløpsmasken 22. Utløpsmasken 22 er fortrinnsvis laget av en rustfri stålplate. For sveising av to lag av termoplaststropper, som beskrevet ovenfor, kan utløpsmasken 22 ha en minimal tykkelse på omtrent 1,6 mm og med hullet 2 6 med en diameter på omtrent 3,2 mm. Utløpsmasken 22 må ha en stor masse for å tjene som en varmeavleder for formål som er beskrevet i det etterfølgende.

Munnstykket 10 er forskjøvet en egnet avstand fra innløps-masken 16, som for en innløpsmaske som har dimensjonene indikert ovenfor, kan være omtrent fra 1,3 til 6,4 mm. For stor avstand har en tendens til å tillate luften å avkjøles vesentlig. For liten avstand har en tendens til å tillate luften å støte mot med for mye kraft.

Strømmen av varm luft fra munnstykket 10 blir styrt av en egnet ventil eller annen innretning (ikke vist) for å bringe luften til å passere gjennom hullet 24 i innløpsmasken 16 i bare et begrenset tidsrom.

Når varm luft fra munnstykket 10 passerer gjennom hullet 2 4 i innløpsmasken 16 for å støte mot arket 18, begynner arkene 18, 20 å smelte i lokaliserte områder. Luften blåser en liten mengde av materialet til arkene 18, 2 0 i flytende tilstand gjennom hullet 26 i utløpsmasken 22. Ikke noe fordampet materiale blir frembrakt. Siden luften strømmer bare et begrenset tidsrom som beskrevet ovenfor, virker utløpsmasken 22 som en varmeavleder og avleder varmen hurtig for å gjøre det mulig for en tverrgående sveis 30 som har en unik form å dannes. Siden ikke noe fyll-materiale blir brukt, danner sveisen 30 seg i sin helhet av materialet til arkene 18, 20.

Som vist i tverrsnitt på tegningene, danner sveisen 30 seg med en søyleform som har en rotasjonssymmetri og som strekker seg hovedsakelig gjennom hvert av arkene 18 og 20, i motsetning til en hovedsakelig plan sveis. Til å begynne med har sveisen 30 en hevet ende 3 2 som strekker seg fra det andre arket 20 inn i hullet 26 i utløpsmasken 16, som vist på figur 2. Sveisen 30 blir fortrinnsvis kaldstuket i sin hevede ende 32, som ved hjelp av et kaldstukeverktøy 34, som blir forskjøvet aksialt gjennom hullet 2 6 i utløpsmasken 16 mot den hevede enden 32 mens sveisen er plastisk. Det som var den hevede enden 32 av sveisen 30 ligger således utflatet mot den ytre overflaten 36 til det andre arket 20, slik at sveisen 3 0 er utstyrt med et forstørret hode 32'. Det forstørrede hodet 32', som synes å låse sveisen 30 til marginaldeler av det andre arket 20, øker motstanden til sveisen 30 overfor feiling ved avskrelling eller delaminering, spesielt siden en vesentlig del av materialet til sveisen synes å være bidratt til av det første arket 18, til hvilket sveisen 30 synes å være festet integrert i sin motstående ende 38.

Det er tydelig at den motstående enden 38 til sveisen 30 ikke er hevet, men ligger i hovedsak i samme nivå som (dvs. i nivå med eller litt nedtrykket under) den ytre overflaten 40 til det første arket 18. Sveisen 30 er således lite iøyenfallende, spesielt på overflaten 40, som ikke har noe hevet parti som kan hefte fast i noe under håndtering. Sveisen 3 0 kan være formet med et aksialt hull 42, som har svært liten diameter, som vist på figur 4. Dersom den er formet på denne måte, er hullet 42 svært lite iøyenfallende på en av overflatene 36, 40.

En rekke tverrgående sveiser i henhold til denne oppfinnelse, kan frembringe en sammenføyning med en bruddstyrke som innehar en vesentlig del (for eksempel 80 %) av bruddstyrken til basismaterialet. Hver sveis kan ha en bruddstyrke som nærmer seg bruddstyrken til basismaterialet. En slik rekke kan dannes sekvensielt eller samtidig.

Denne oppfinnelse kan fortrinnsvis anvendes for andre formål, så som i gjerder og geogitter, hvor høye bruddstyrker er kritiske. Selv hvor høye bruddstyrker ikke er så kritiske, er den unike formen og den kompakte størrelsen til en tverrgående sveis i henhold til denne oppfinnelse svært fordelaktig for mange andre anvendelser. Som nevnt ovenfor, innbefatter disse anvendelser sveising av lag av termoplastfilm til hverandre, sveising av lokk på beholdere på en innbrudds-sikker måte, og forsegling av foldekartonger, konvolutter og pakker.

Forbrenningsprodukter kan anvendes i stedet for luft. En annen gass kan anvendes så som nitrogen eller en inert gass.

Ved de følgende patentkrav er det hensikten å dekke alle modifikasjoner og forbedringer som kommer innenfor den sanne ide og ramme for denne oppfinnelse.

Claims (10)

1. Produksj onsartikkel, karakterisert ved at den omfatter i det minste to lag av termoplastmateriale sveiset til hverandre med i det minste en tverrgående sveis som blir formet i sin helhet av materialet til lagene, og som strekker seg gjennom hvert av lagene, og som har en søyleform med et forstørret hode i en ende av sveisen, og den andre ende av sveisen er i hovedsak på samme nivå som en tilliggende overflate til et slikt lag.

2. Artikkel i henhold til krav 1, karakterisert ved at materialet i hvert lag er polypropylen.

3. Artikkel i henhold til krav 1, karakterisert ved at materialet til hvert lag er krystalliserbart og at sveisen er mer krystallinsk enn andre deler av arkene.

4. Artikkel i henhold til krav 3, karakterisert ved at materialet til hvert lag er poly(etylentereftalat).

5. Stropp av termoplastmateriale som har sine ender i et overlappende forhold til hverandre, karakterisert ved at endene er sammenføyd ved sveising til hverandre med i det minste en tverrgående sveis som er i sin helhet tildannet av materialet til stroppen og som strekker seg hovedsakelig gjennom hver av endene, og som har en søyleform med et forstørret hode i en ende, og den andre enden av sveisen er i hovedsak på samme nivå som en tilliggende overflate av en slik ende.

6. Stroppsammenføyning i henhold til krav 5, karakterisert ved at materialet er polypropylen.

7. Stroppsammenføyning i henhold til krav 5, karakterisert ved at materialet er krystalliserbart og at sveisen er mer krystallinsk enn andre deler av stroppen.

8. Stroppsammenføyning i henhold til krav 6, karakterisert ved at materialet er poly(etylen-tereptalat).

9. Fremgangsmåte for sveising av i det minste to lag av termoplastmateriale til hervandre, karakterisert ved de trinn at en innløpsmaske som har et hull, arkene, og en utløpsmaske som har et hull, sammenklemmes slik at det dannes intim kontakt mellom delene, og slik at hullene i innløps- og utløpsmaskene er innrettet med hverandre, og at en stråle av varm gass i et begrenset tidsrom, sendes suksessivt gjennom hullet i innløpsmasken, lagene, og hullet i utløpsmasken, idet utløpsmasken avleder varme hurtig for å gjøre det mulig for en tverrgående sveis å dannes som sveiser lagene til hverandre.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 9, karakterisert ved at sveisen kaldstukes for å danne et forstørret hode i en ende av sveisen.