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Verfahren zum Herstellen von Verpackungen
Eines der neueren Verfahren zum Herstellen von Verpackungen, das sogenannte Skin-Packaging (Haut-Verpackungs-Verfahren), besteht darin, dass man die zu verpackenden Gegenstände zwischen einer luftdurchlässigen Unterlage und einer Folie aus thermoplastischem Kunststoff einschliesst. Man saugt bei dem Verfahren die auf geeignete Temperatur erwärmte thermoplastische Folie durch Anwendung von
Unterdruck auf die luftdurchlässige Unterlage, wobei die Folie über die zwischen ihr und der Unterlage befindlichen Gegenstände nach Art des Vakuum-Tiefziehverfahrens den Konturen der Gegenstände entsprechend verformt wird. Um Haftung zwischen Kunststoff-Folie und luftdurchlässiger Unterlage zu erzielen, bringt man zwischen beide eine Klebeschicht an.
Beispielsweise verwendet man als luftdurchlässige Unterlage perforierten Karton, der mit heissklebendem Lack überzogen ist. Beim Aufpressen der erwärmten Folie durch das Vakuum bildet der Lack eine genügend feste Verbindung zwischen KunststoffFolie und Karton aus. Man hat für das Skin-Packaging beispielsweise Folien aus Celluloseacetat, Polystyrol oder Polyvinylchlorid verwendet. Auch die Verwendung von Folien aus Polyäthylen, Polyamiden oder Polyterephthalsäureglykolestern ist in Betracht gezogen worden. Doch haben sich letztere aus verschiedenen Gründen nicht durchsetzen können.
Bei Polyäthylen-Folien erweisen sich Heissklebelacke, die praktisch für das Skin-Packaging als einzige Klebelacke in Betracht kommen, als wirkungslos, und ohne Klebelack kommt es ebenfalls zu keiner nennenswerten Haftung zwischen Polyäthylen-Folie und poröser Unterlage.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, mit dem es gelingt, den vorstehend geschilderten Nachteil auch hinsichtlich der Polyolefinfolien zu beseitigen. Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht darin, dass die in der beim Skin-Packaging an sich üblichen Weise erhitzte und auf die Unterlage gesaugte Polyolefin-Folie bei Vorliegen eines Folie und Unterlage zusammenpressenden Druckunterschiedes zusätzlich erwärmt wird. Unter einem Folie und Unterlage zusammenpressenden Druckunterschied ist im vorliegenden ein solcher Druckunterschied zu verstehen, bei welchem der auf die aussenliegende Seite der Kunststoff-Folie wirkende Druck grösser ist als der Druck, der an der mit der luftdurchlässigen Unterlage in Verbindung stehenden Seite der Folie wirkt.
Das Verfahren wird vorteilhaft in der Weise durchgeführt, dass man, ohne den Sog aufzuheben, die Erwärmung der Folien fortsetzt, wenn sie verformt und an die Unterlage gesaugt worden sind. Man lässt zu diesem Zweck die Wärmequelle, durch welche die Polyolefin-Folie auf die zur Verformung notwendige Temperatur gebracht wurde, und gleichzeitig das Vakuum, durch dessen Wirkung die Verformung erzielt wurde, nach der Verformung noch eine Zeit lang auf die Polyolefin-Folie einwirken.
Die Dauer der weiteren Einwirkung derWärme und des Folie und Unterlage zusammenpressenden Druckunterschiedes auf die Polyolefin-Folie nach ihrer Vereinigung mit der Unterlage richtet sich nach den gegebenen Umständen, wie Dicke und Farbstoff- oder Füllstoffgehalt der Folie, ihr Abstand von der Wärmequelle und deren Intensität, ferner nach der Wärmeaufnahme seitens der Unterlage.
Während es bisher, wie schon weiter oben angegeben ist, bei Verwendung von Polyäthylenfolien beim Skin-Packaging sehr häufig Versager gab, weil sich bei der üblicherweise angewandten Arbeitsweise keine hinreichend haltbare Verbindung zwischen Folie und Unterlage ausbildete, erhält man beim Arbeiten nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung Packungen von grosser Haltbarkeit. Die Mitverwendung eines besonderen Klebemittels erübrigt sich dabei. Vorteile bietet die Arbeitsweise besonders bei Folien, deren Dicke 0, 100 mm oder mehr beträgt. Bei ihnen tritt die fortschrittliche Wirkung des Verfahrens deutlich hervor. Es empfiehlt sich, darauf zu achten, dass bei diesen Folien die Dauer der zu-
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sätzlichen Erwärmung wenigstens 5 Sekunden beträgt.
Je nach der Dicke der Folien werden die besten
Ergebnisse in der Regel durch 10 - 60 Sekunden langes, mitunter auch noch längeres zusätzliches Erwär- men erzielt, wenn es im Anschluss an das Verformen und Ansaugen der Folie an die Unterlage vorgenom- men wird.
Das zusätzliche Erwärmen der Polyolefin-Folie nach der Verformung kann man auch in einem von der Verformung zeitlich getrennten Arbeitsgang durchführen. Wegen der inzwischen erfolgten Abkühlung der Verpackung muss man dann die Folie durch die zusätzliche Erwärmung zunächst auf eine Temperatur bringen, welche der entspricht, die sie unmittelbar nach der Verformung hatte, und dann mit der zusätz- lichen Erwärmung fortfahren, bis die Verankerung zwischen Folie und Unterlage erfolgt ist. Der Folie und
Unterlage zusammenpressende Druckunterschied braucht nicht während der gesamten Dauer des zusätzli- chen Erwärmens eingehalten zu werden, es genügt, wenn er vorliegt, wenn die Verankerung zwischen Folie und Unterlage erfolgt.
Im allgemeinen wendet man zum Zusammenpressen von Folie und Unterlage während des nach der Vereinigung von Unterlage und Folie vorzunehmenden zusätzlichen Erwärmens der Folie Unterdruck in gleicher Weise wie beim Verformen an, doch kann man zum Zusammenpressen auch sonstwie die aussen liegende Seite der Folie einem höheren Druck aussetzen als die luftdurchlässige Unterlage.
Vor dem Verformen erwärmt man die Polyolefin-Folie zweckmässig bis zum Erweichungspunkt oder darüber. Der Erweichungspunkt hängt ab von der Art des Folien-Kunststoffes und liegt beispielsweise für Hochdruckpolyäthylen bei etwa 110 - 1150 C, für Niederdruckpolyäthylen bei etwa 125 - 1310 C. Der Erwärmung der Folie sind nach oben Grenzen gesetzt. Bei der Anwendung zu hoher Temperatur wird die Folie zu plastisch und neigt dann zur Blasen-oder Rissbildung, wenn sie auf die Unterlage gesaugt und über den einzupackenden Gegenstand gezogen wird. Das tritt beispielsweise ein, wenn man die Folie vor dem Verformen so hoch erhitzt, dass sie nach dem Verformen noch genügend plastisch-weich ist, um ohne Nacherhitzen mit der Unterlage fest verbunden zu werden.
Zu tiefe Temperaturen sind zu vermeiden, weil dann zum Verformen der Folie grössere Kräfte erforderlich sind und der atmosphärische Druck dazu nicht mehr ausreicht, und weil die Folie unterhalb ihres Erweichungspunktes nicht spannungsfrei und un- gleichmässig verformt wird. Bei einer gegebenen Heizvorrichtung mit einer gegebenen Heizleistung richtet sich daher auch die Dauer der Erwärmung vor dem Verformen bis zum Erreichen zweckmässiger Ver- formungstemperaturen nach dem Folienmaterial, der Foliendicke und der Absorptionsfähigkeit der Folie für Wärmestrahlung.
Als Folien, welche bei dem Verfahren gemäss der Erfindung Verwendung finden, seien beispielsweise solche aus Polyäthylen und Polypropylen genannt. Die Unterlage ist entweder aus einem Material, das von Natur aus genügend, luftdurchlässig ist, um die für das Verformen der Polyolefin-Folie erforderliche Saugwirkung zuzulassen, wie das bei Unterlagen aus vielen Papiersorten und aus dünner Pappe, dünner Holzfolie, Gewebe, Filz der Fall ist, oder sie ist durch entsprechende Bearbeitung, wie durch Perforation, luftdurchlässig gemacht.
Beispiel : Man verpackt eine Schraubenmutter nach dem Skin-Packaging, indem man sie auf einer perforierten Pappscheibe in den Formkasten eines Vakuum-Tiefziehgerätes bringt und eine 0, 15 mm starke Polyäthylen-Folie in den Spannrahmen des Formkastens einspannt. Die eingespannte Folie, die den Formkasten luftdicht abschliesst, wird dann mit einem Infrarotstrahler 25 Sekunden lang erwärmt und nach Ablauf der Heizzeit mittels Vakuum über die Mutter geformt und auf die Unterlage gepresst. Das Vakuum wirkt hiebei so, dass die Luft zwischen Folie und perforierter Unterlage weggesaugt wird. Im Anschluss daran bestrahlt man die verformte Polyäthylen-Folie noch weitere 10 Sekunden mit dem Infrarotstrahler und lässt dabei das Vakuum fortwirken.
Der Infrarotstrahler hat etwa 3,5 KW Leistungsaufnahme und wird in 18 - 20 cm Entfernung angewandt, wobei die von ihm bestrahlte Fläche 1200 cm ? beträgt.
Die Folie ist danach so fest mit der Pappscheibe verbunden, dass sie sich nur unter teilweisem Aufreissen der Pappunterlage davon abziehen lässt. Die Mutter ist von der Folie eng überzogen und sitzt fest auf der Pappunterlage.
Unterlässt man das Nacherhitzen nach dem Verformen, dann lässt sich die Folie leicht von der Pappunterlage lösen ; gegebenenfalls löst sie sich schon durch das Gewicht der Mutter, wenn die Packung bewegt wird.
Verwendet man im vorstehend beschriebenen Beispiel unter sonst gleichen Voraussetzungen statt der 0, 150 mm starken Polyäthylen-Folie eine solche von 0, 400 mm Stärke, so erwärmt man sie ungefähr 35 Sekunden mit dem Infrarotstrahler, ehe man sie durch die Vakuumwirkung über die Mutter formt und gegen die Pappscheibe saugt, und lässt danach unter Fortwirken des Vakuums den Infrarotstrahler noch etwa weitere 35 Sekunden auf die Folie einwirken. Man erhält dann wiederum eine Verpackung, bei der
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die Folie eng um die Mutter gezogen und fest mit der Pappunterlage verbunden ist. Unterbleibt die Nacherhitzung nach dem Verformen, so ist auch hier der Verbund zwischen Polyäthylenfolie und Pappunterlage nur sehr schlecht.
Erhitzt man unter sonst gleichen Voraussetzungen die 0, 400 mm starke Polyäthylen-Folie vor dem Verformen 50 Sekunden oder gar 70 Sekunden, so wirft sie beim Aufpressen auf die Pappunterlage Blasen und reisst beim Verformen über die Mutter ein.
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Process for the manufacture of packaging
One of the newer methods of manufacturing packaging, the so-called skin packaging (skin packaging method), consists in enclosing the objects to be packaged between an air-permeable base and a film made of thermoplastic material. In the process, the thermoplastic film heated to a suitable temperature is sucked by using
Negative pressure on the air-permeable base, the film being deformed according to the contours of the objects over the objects located between it and the base in the manner of the vacuum deep-drawing process. In order to achieve adhesion between the plastic film and the air-permeable base, an adhesive layer is applied between the two.
For example, perforated cardboard covered with hot-melt adhesive paint is used as the air-permeable base. When the heated film is pressed on by the vacuum, the lacquer forms a sufficiently strong bond between the plastic film and the cardboard box. For skin packaging, for example, films made of cellulose acetate, polystyrene or polyvinyl chloride have been used. The use of films made of polyethylene, polyamides or polyterephthalic acid glycol esters has also been considered. However, for various reasons, the latter did not succeed.
In the case of polyethylene films, hot-melt adhesive lacquers, which are practically the only adhesive lacquers for skin packaging, prove to be ineffective, and without adhesive lacquer there is also no significant adhesion between the polyethylene film and the porous substrate.
The present invention relates to a method with which it is possible to eliminate the disadvantage described above with regard to the polyolefin films as well. The method according to the invention consists in that the polyolefin film, which is heated in the manner customary in skin packaging and sucked onto the base, is additionally heated when there is a pressure difference compressing the film and base. In the present case, a pressure difference compressing film and base is understood to mean a pressure difference at which the pressure acting on the outer side of the plastic film is greater than the pressure acting on the side of the film connected to the air-permeable base.
The method is advantageously carried out in such a way that, without releasing the suction, the heating of the films continues when they have been deformed and sucked onto the substrate. For this purpose, the heat source, by which the polyolefin film was brought to the temperature necessary for deformation, and at the same time the vacuum, through whose action the deformation was achieved, act on the polyolefin film for a while after the deformation.
The duration of the further action of the heat and the pressure difference compressing the film and the base on the polyolefin film after it has been combined with the base depends on the given circumstances, such as the thickness and dye or filler content of the film, its distance from the heat source and its intensity, also after the heat absorption on the part of the base.
While so far, as already stated above, when using polyethylene foils in skin packaging, there have been very frequent failures because the conventionally used method of working did not produce a sufficiently durable connection between the foil and the base, when working according to the method of the present invention Invention packs of great durability. There is no need to use a special adhesive. The method of operation offers advantages especially with foils whose thickness is 0.100 mm or more. With them, the progressive effect of the process is clearly evident. It is advisable to ensure that with these slides the duration of the
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additional heating is at least 5 seconds.
Depending on the thickness of the foils, the best will be
Results are usually achieved with additional heating for 10 - 60 seconds, sometimes even longer, if this is done after the film has been deformed and sucked onto the surface.
The additional heating of the polyolefin film after the deformation can also be carried out in a separate operation from the deformation. Because the packaging has cooled down in the meantime, the additional heating must first bring the film to a temperature that corresponds to that which it had immediately after the deformation, and then continue with the additional heating until the anchoring between the film and Document has been made. The slide and
The pressure difference that compresses the base need not be maintained for the entire duration of the additional heating; it is sufficient if it is present when the anchoring takes place between the foil and the base.
In general, a vacuum is used to press the film and the substrate together during the additional heating of the film to be carried out after the substrate and the film have been combined, in the same way as when shaping, but the outer side of the film can also be subjected to a higher pressure to compress it as the air-permeable base.
Before shaping, the polyolefin film is expediently heated to the softening point or above. The softening point depends on the type of plastic film and is, for example, around 110 - 1150 C for high pressure polyethylene and around 125 - 1310 C for low pressure polyethylene. The temperature of the film is subject to an upper limit. If the temperature is too high, the film becomes too plastic and then tends to form bubbles or cracks when it is sucked onto the substrate and pulled over the object to be packed. This occurs, for example, if the film is heated to such an extent before deforming that it is still sufficiently plastic-soft after deforming to be firmly connected to the base without reheating.
Temperatures that are too low should be avoided because greater forces are then required to deform the film and the atmospheric pressure is no longer sufficient, and because the film is not deformed without tension and unevenly below its softening point. In the case of a given heating device with a given heating power, the duration of the heating before deforming until appropriate deformation temperatures are reached depends on the film material, the film thickness and the ability of the film to absorb thermal radiation.
Films made of polyethylene and polypropylene may be mentioned, for example, as films which are used in the method according to the invention. The underlay is either made of a material that is naturally sufficiently air-permeable to allow the suction effect required for deforming the polyolefin film, as is the case with underlays made of many types of paper and thin cardboard, thin wood foil, fabric, felt or it is made air-permeable by appropriate processing, such as perforation.
Example: A screw nut is packaged using skin packaging by placing it on a perforated cardboard disc in the molding box of a vacuum deep-drawing device and clamping a 0.15 mm thick polyethylene film in the clamping frame of the molding box. The clamped-in film, which seals the molding box airtight, is then heated for 25 seconds with an infrared heater and, after the heating time has elapsed, molded over the nut using a vacuum and pressed onto the base. The vacuum works in such a way that the air between the film and the perforated surface is sucked away. Then the deformed polyethylene film is irradiated with the infrared heater for a further 10 seconds and the vacuum is allowed to continue to act.
The infrared heater has a power consumption of about 3.5 KW and is used at a distance of 18-20 cm, whereby the area irradiated by it is 1200 cm? amounts.
The film is then so firmly connected to the cardboard pane that it can only be pulled off by partially tearing open the cardboard base. The mother is tightly covered by the foil and sits firmly on the cardboard pad.
If the post-heating is omitted after shaping, the film can easily be removed from the cardboard base; if necessary, it is already loosened by the weight of the mother when the pack is moved.
If, in the example described above, under otherwise identical conditions, instead of the 0.150 mm thick polyethylene film, a 0.400 mm thick polyethylene film is used, it is heated for about 35 seconds with the infrared heater before it is formed over the nut by the vacuum effect and sucks against the cardboard pane, and then allows the infrared heater to act on the film for about another 35 seconds while the vacuum continues. You then get a packaging in which
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the foil is pulled tightly around the nut and firmly attached to the cardboard base. If post-heating does not take place after deformation, the bond between the polyethylene film and the cardboard base is also very poor.
If, all other things being equal, the 0.400 mm thick polyethylene film is heated for 50 seconds or even 70 seconds before deforming, it will bubble when pressed onto the cardboard base and tear over the nut when it is deformed.