DE2118362A1

DE2118362A1 - Schneidverfahren

Info

Publication number: DE2118362A1
Application number: DE19712118362
Authority: DE
Inventors: William Wallar Wilmington Del.; Buskirk Robert Eiden Pennsville N.J.; Bunting jun. (V.StA.)
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1970-04-15
Filing date: 1971-04-15
Publication date: 1971-10-28
Also published as: AR193201A1; US3630114A; GB1335420A; FR2089660A5; BE765767A; LU62993A1; CA938214A; BR7102208D0; NL7104865A

Description

Patentanwälte I5, April I97I

Dr. Ing. Waiter Abitz ED-255

Dr. Dis'cr F. Morf
Pr. Hans-A. Brauns

München 86, Pieis«i«erstr.28

E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Del. I9898, V.St.A.

Senneidverfahren

Das Schneiden flächenhafter Materialien wird herkömmlicherweise nach drei Grtmdmechanismen bewirkt, d. h. mit Kreisscheren, Ritzschneidern und Rasierklingen. Das Vermögen ^jedes der herkömmlichen Schneidwerkzeuge zur Erzeugung einer glatten Schnittkante in einer rasch laufenden Folie oder Bahn ist stark durch den raschen Yerschleiss der eingesetzten Metallklingen begrenzt, der die Rauhigkeit der Schnittfläche erhöht, wobei sich Spannungspunkte für die Einleitung eines Risses ergeben oder die Kante in anderer Weise geschädigt wird. Besonders in Erscheinung tritt die Notwendigkeit einer perfekten Schnittkante bein. Schneiden von Polymerfolien, wie aus Polyestern, zu z. B. Magnetbandprodukten. Hier kann jegliche Abweichung von Rechteckform oder Glattheit zu einer nicht exakten Aufzeichnung oder Tonwiedergabe oder Störung anderer Informationsverbreitung führen. Darüberhinaus ist bei der Erzeugung flächenhafter Produkte der Austausch der Metallschneide sowohl Ursache einer überlangen Stillstandszeit als auch unbequem wie auch kostspielig. Ferner geht dem allmählichen Stumpfwerden der Schneide gewöhnlich eine genü-

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gende Schneidenrauhigkeit voraus, um einen Anfall von f launenhaftem Material geringer Schnittgüte zu ergeben, was nachfolgend zum störenden Eeissen führt.

Das Grundziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Erzielung rechteckiger, sauberer Schnittkanten bzw. -ränder bei einer breiten Vielfalt von Materialien, vorzugsweise solchen polymerer Hatür, wie bei Poromer-, Elastomer- und Regeneriertcellulose-Materialien in flächenhafter Form und Faden- bzw. Faservliesstoffen (Nonwovens).

Gemäss der Erfindung wird zum Schneiden bzw. Schlitzen das Material mit einem laufenden Polymerfaden in Berührung gebracht, wie das Material gegen einen durch es hindurchgezogenen Polymerfaden vorwärtsgeführt. Vorzugsweise setzt man Polymerfäden mit einem Titer im Bereich von etwa 5 bis 1100 den (etwa 1/40 bis 3/8 nua bzw. etwa 1 bis 14 Mil äquivalent) ein; Polyamid-, Polyester- wie auch Polyolefinmassen haben sich als ausserordentlich wirkungsvoll erwiesen. Als Laufgeschwindigkeit des Polymerfadens bevorzugt werden etwa 7 1/2 m bis 2 3/4 km pro Minute (etwa 25 bis 9000 FussAün. , genau 7i6 bis 2743 m pro Minute). Als Geschwindigkeit des Vorschubs des Flächenmaterials gegen den Faden bevorzugt werden etwa 1/2 m bis 1 1/3 km pro Minute (etwa 2 bis 4500 Fuss/Min., genau 0,6 bis 1372 m pro Minute).

Das Schneiden gemäss der Erfindung kann in drei Formen ablaufen, nämlich 1. als "!Teilung", 2. als "Einschnitt" und 3· als Übergangs form, und zwar in Abhängigkeit von den relativen Geschwindigkeiten der Schneidfäden und des dem Schneiden unterworfenen Materials. So liegt bei einer über der Geschwindigkeit des Flächenmaterials liegenden Lineargeschwindigkeit des Schneidfadens gewöhnlich die Einschnitt-Form vor, wie in Fig. 2D erläutert, wobei bei diesen Bedingungen Material körperlich vom Flächenmaterial abgenommen und von

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dem Faden auf seinem Weg durch dieses abgeführt wird. Bewegt sich das Flächenmaterial mit höherer Geschwindigkeit als der Schneidfaden, wird gewöhnlich das Teilen erhalten, wie in Fig. 2E erläutert, wobei bei diesen Bedingungen das Flächenmaterial unmittelbar vor dem Schneidfaden sich zu trennen oder aufzureissen scheint und nur eine geringe oder keine wahrnehmbare Flächenmaterialabnahme durch den Faden erfolgt. Die Ubergangsfona liegt zwischen den Teilungs- und Einschnitt-Formen und stellt sich ein, wenn die Lineargeschwindigkeiten von Fläclienmaterial und Faden etwa gleich sind. Alle drei Formen des Schneidens liefern eine durchweg genaue, hochwertige Rechteckkante, aber die Teilungs-Arbeitsweise wird bevorzugt.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 in zum Teil schematischer, perspektivischer Ansicht eine bevorzugte Vorrichtung zum Schneiden von Flächenmaterial gemäss der Erfindung,

Fig. 2 in zum Teil schematischer SchnittSeitenansicht eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung, die gut für das Schneiden in der Einschnitt-Form geeignet ist,

Fig. 2A im Schnitt nach Linie 2A-2A von Fig. 2B eine dritte Ausführungsform der Polymerfaden-Schneidvorrichtung,

Fig. 2B die Vorrichtung nach Fig. 2A in Vorderansicht, wobei eine der Führungswalzen im Längsschnitt dargestellt ist,

Fig. 2C in zum Teil schematischer Seitenansicht eine vierte Ausführungsform der Polymerfaden-Schneidvorrichtung, die sich besonders zum Schneiden von Vliesstoffbahnen auf dem Wickel eignet,

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Fig. 2Ds in schematischer Drauf-sieht ein Flächenmaterial mit Schnitt der Einschnitt-Form und

Fig. 2E in schematischer Draufsicht ein Flächenmaterial mit Schnitt der Teilungs-Form.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird die Folie 10 von einem Vorratswickel 11 abgerollt, über eine Spannwalze 12 geführt und, das geschnittene Produkt einer nicht eingezeichneten Vorrichtung zur Viederaufwicklung zugeleitet. Am Spalt 16, durch den das Flächenmaterial von der Vorrichtung zur Viederauf- ^ wicklung mit verhältnismässig hoher Geschwindigkeit hindurchgezogen wird, wird das Flächenmaterial von Vinkeleisen 14, 15 gehalten, die zur Bildung eines Durchlasses 17» durch den die Schneidfäden 18 laufen, geschlitzt sind. Auf den Winkeleisen sind herkömmliche Sauschwänzchen-Fadenführungen 19 befestigt. Die Schneidfäden werden, wie hier gezeigt, von Vorratsspulen 20 abgezogen und über die mit entsprechenden öffnungen versehene Führungsplatte 21, durch die Schlitze 17 und die Folie 10 geleitet und hierauf auf einem gemeinsamen' Paar von Abführwalzen 22, 23 aufgenommen, die sie zu irgendeinem zweckbequemen Sammelpunkt abführen.

Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausfuhrungsform der Vorrichtung, P die sich besonders gut für die Einschnitt-Form eignet, wobei die Schneidfaden-Zuführung mit derjenigen nach Fig. 1 identisch ist. Der laufende Schneidfaden 18' wird in Längsrichtung durch ein kleines Rohr 28 geführt, dessen Tragekopf mit 29 bezeichnet ist. Mit der Nadel 28 fluchtend ist'auf der anderen Seite der Folie 10' eine Führung 30 mit Austragerohr 31 vorgesehen, durch welches der Schneidfaden mittels Vakuum und eines Quetschwalzenpaars 32, 32' abgezogen wird, wobei das Vakuum gleichzeitig allen Abfall, Staub oder andere Teilchen entfernt, die in dem Folienschnittbereich vorliegen.

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Die Fig. 2A und 2B zeigen eine andere Ausf uhrungsform der Vorrichtung, die sich zum Schneiden eines einlagigen, laufenden Flächenmaterials in allen Schneidformen eignet. Diese Vorrichtung weist ein Paar freilaufende, freitragende Walzen 40 auf, die über Lager 41 auf feststehenden Achsen angeordnet sind und deren jede mit ihr verkeilte oder auf sie aufgeschrumpfte Aussenhülsen 44, 45 und 46 aufweist, die in Walzenlängsrichtung in Abständen voneinander vorgesehen sind, um zwischen sich Umfangsführungsbahnen 48 für die laufenden Monofile 52 zu bilden. Die-Bahnen 48 der als Paar angeordneten Walzen liegen in übereinstimmenden Vertikalebenen, so dass eine Geradlauf-Führung der Monofile durch die Vorrichtung bewirkt wird. Die Monofile treiben die Walzen durch Reibungsberührung mit diesen an, und das zu schneidende Flächenmaterial 50 wird zwischen den Walzen vorwärtsgeführt und durch seine Berührung mit diesen von einer Flatterbewegung oder übermässigen vertikalen Verlagerung abgehalten. In typischer Weise können die Bahnen 48 eine Breite von 0,1.3 ™& ¹¹¹¹CL Tiefe von Oj79 mm haben und kann die Spaltweite zwischen den Walzen 2,39 mm betragen (0,005, 0,031 bzw. 0,094 Zoll).

Die Fig. 2C zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Schneiden von in Rollenform aufgewickeltem Flächenmaterial, wobei hier als Schneidmittel vorzugsweise ein Paar Monofile 55a, 55b dient, die aneinander angrenzend laufen. Die Vorrichtung ist mit einer starren, am einen Ende um den Stift 57 drehbar angeordneten Stange 56 versehen, die ein Paar Fadenführungsträger 58, 59 trägt, die vorzugsweise sowohl in ihrer Länge senkrecht zur Stange als auch ihrer Lage in Stablängsrichtung verstellbar ausgebildet und die weitgenug voneinander entfernt sind, um zwischen sich den Wickel 61 des Flächenmaterials aufzunehmen, der geschnitten v/erden soll. Der Wickel 61 sitzt auf der angetriebenen Welle 62, die ihn mit 1 bis 100 U/Min., vorzugsweise entgegen der Laufrichtung der durch die Fadenführungen 58a, 59a in Fig. 2G

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von links nach rechts laufenden Monofile, in Umlauf versetzt. Das ablaufende Honofil wird durch eine Richtunp^ührung 65 geleitet und zwischen einem Paar Quetschwalzen 64-, 64' zu einem geeigneten Sammelpunkt abgezogen. Typische Fadenlaufgeschwindigkeiten sind 90 bis 2750 m/liin. (3OO bis 9000 Puss/ Min.).

Im Betrieb wird die Stange 56 von Hand oder mit einem angehängten Gewicht während des Umlaufs des Wickels 61 nach unten gedrückt und hierdurch ein voranschreitender, voller Umfangsschnitt in dem in V/ickelform befindliche i'lächenmaterial bewirkt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, zum Schneiden von in Vickelform vorliegendem Material ein Paar nebeneinander laufender Monofile einzusetzen, da hierdurch eine bessere Herausführung von Schneidabfall aus dem geschnittenen Schlitz· bzw. Säuberung desselben erhalten wird.

Es ist wichtig, den Schneidfaden genau durch das Flächenmaterial hindurch zu führen, was mit Führungspaaren bewirkt wird, deren eines über und anderes unter dem laufenden E¹Iachenmaterial angeordnet ist, wobei derart geringe Führungsabstände wie 3 ^¹⁰- ^UI1cL derart grosse wie 1/2 dm angewandt worden sind. Beim Schneiden von Wickelmaterialien hängt naturgemäss, wie in Verbindung mit Fig. 2C beschrieben, der Führungsabstand von dem Wickeldurchmesser ab.

Bei den nachfolgend berichteten, speziellen Versuchen ist als "Nylon" Nylon-66-Polyamid verwendet worden, während der "Polyester" in allen Fällen Polyäthylenterephthalat war.

Beispiel 1

Es wurde eine Reihe von Schneidversuchen bei den in Tabelle I genannten Monofil- und Foliengeschwindigkeiten unter Verwendung eines halbmatten 30-den-Nylon-Monofils mit einer Spannung von 30 bis 80 g, gemessen von Hand mit einem Spannungs-

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messer am Monofil nach dem Austritt aus der Folie, durchgeführt.

Tabelle I

Ver such	Folie Folien dicke, mm	Folien- ge- schwindig- keit, m/Min.	FoIiens- spannung, km/cm	Monofil- Geschwin- digkeit, m/Min.	-
1	Polyester 0,025 15,2 cm breit	305	0,18	914
2	Polyester 0,025 15,2 cm breit	610	0,18	2743
	Polyester, 0,038 15,2 cm breit	152	0,18	2743
4	Polyester- 0,038 Magnetband, grund material, 5,1 cm breit	152	0,54	2743
5	Polyester- 0,038 Magnet- bandgrund- material, 5,1 cm breit	610	0,54	2743
Bei	s "D i e 1 2

In weiteren Versuchen wurden die Auswirkungen des Fadentiters wie auch der relativen Schneidfaden- und Foli'enlaufgeschwindigkeit en untersucht, wobei eine mit einer Spannung von 0,45 kg/cm vorwärtsgeführte, 0,025 mm dicke Polyesterfolie mit einem halbmatten, mit 0,3 Gew.% TiO₂ mattierten Nylon-Monofil geschnitten wurde.

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Ver such	Folienge schwindig keit, m/Min.	Faden- titer, den	Faden geschwin digkeit , m/Min.
1	. 30	10	2286
2	61	10	2286
3	152	10	2286
4	61	30	274-3
5	122	30	27'+3
6	152	30	274-3
7	152	20	274-3

Tabelle II

Fadenspannung, g (gemessen mit Spannungsmesser von Hand)

25 25 25 70 70 70 50

Die Versuche nach Tabelle H verliefen alle in der Einschnitt-Form. Die Kantengüte war gleichmässig gut. Die Versuche 3 und 7 zeigten eine besonders gute Schnittglätte ohne jeglichen Grat.

Beispiel 3

Proben ungebundenen Materials aus Polyesterfaden-Vliesen mit einem Flächengewicht von I36 g/m und einer Dicke (unverpresst) von etwa 0,9 na wurden zum Schneiden von Hand mit 15,2 m/Min, durch ein mattes, mit einer Geschwindigkeit von 274-3 m/Min, laufendes 15-den-Nylon-Monofil geführt. Dabei ergaben sich saubere Schnitte der einzelnen Fäden ohne Herausziehung von Schnittenden aus den Flachenmaterialrändern und ebensowenig waren irgendwelche nur teilweise zertrennte Fäden zu beobachten. Auch war kein lokales Sichzusammen- oder Vorschieben von Fäden vor dem laufenden Monofil zu beobachten.

Beispiel 4-

Es wurde ein halbmattes, mit einer Geschwindigkeit von

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274-3 m/Min, und einer Anfangs spannung von ungefähr 35 S laufendes 15-den-Fylon-Monofil zum Schneiden von spinngebundenem Polyester-Flächenmaterial mit einem Flächengewicht von 51 g/m und einer Dicke von etwa 0,23 ^mm eingesetzt, das mit Geschwindigkeiten von bis zu 15 m/Min, vorwärtsgeführt wurde. Auf Grund der Bindung hatte die Schneidkante eher das Aussehen eines scherenartigen Schnittes bei Papier, wobei sie aber ganz rechteckig und von dem Presseffekt eines mit der Schere bewirkten Schnittes, frei war.

Beispiel 5

Eine beidseitig dünn mit Polyvinylidenchlorid beschichtete Zellglasfolie (0,04· mm dick) wurde in einer Heihe von in Tabelle III zusammengefassten Versuchen unter Verwendung eines matten 15-den-Nylon-Monofils bei einer Anfangsspannung des Monofils von 38 g und einer Spannung des Flächenmaterials von 0,18 kg/cm geschnitten.

T a b e 1 1 e III

Versuch	Monofil-Geschwmdig-	Foilen-Geschwindig-
	keit, m/Min.	keit, m/Min.
1	1829	152
2	1829	76
3	274-3	305
4	274-3	152
5	27^3	76

In allen Fällen wurde ein ausgezeichneter Schnitt erhalten. Beispiel 6

Es wurde eine warmschrumpfbare 0,025-mm-Folie aus einem ionischen Mischpolymeren der in USA-Patentschrift 3 264- 272 be-

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schri ebenen Art unter Verwendung eines mit 274-3 m/Min, und einer Anfangs spannung von J>8 g laufenden 15~den-Nylon-Monofils unter Vorschub mit bis zu 229 m/Min, geschnitten. Dabei ergaben sich zufriedenstellende Schnitte.

Eine 0,089-Hm-Polie der gleichen Stoffzusammensetzung wurde mit zwei zu einem Einzelfaden verdrehten 15-den-Nylon-Monofilen bei einer Fadengeschwindigkeit von 274-3 ία/Min, unter PoIienvorschub mit 152 m/Kin. geschnitten. Der sich ergebende Schnitt war auf Grund des unebenen Querschnittes des Fadens jedoch nicht so glatt wie beim Einsatz eines einzelnen Monofils.

Beispiel 7

Es wurden die Schiieideigenschaften anderer Polymerer als Nylon untersucht. Die folgenden Versuche bestätigen die Anwendbarkeit auch .von Polyester-, Polyäthylen- und Polypropylen-Monofilen als wirkungsvolles Schneidwerkzeug. Die Schneidarbeit verlief in der Einschnitt-Form.

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Tabelle IV

Monofil	Polyester
Titer, den	25
Appretur	keine
Monofi1-Ge- schwindig- keit, m/Min.	914
Mono fi1-Anfangs- spannung, g	35
Geschnittene Folie	Polyester
Foliendicke, mm	0,013
Folienspannung, kg/cm	0,18
Folienges chwin- digkeit, m/Min.	152

Polyäthylen Polypropylen

321 26 keine keine

914	914
135	35
Polyester	Polyester
0,025	0,013
0,36	0,18
76	76

Stereoscan-Mikroaufnahmen der Schnittkanten zeigten eine gute Glätte und Rechteckform, bei nur wenig oder ohne Beeinträchtigung durch abgenommenes Material.

Beispiel 8

Eine in Querrichtung orientierte, 0,05 bis 0,08 mm dicke Polyesterfolie wurde zur Entfernung von Graten mit einem 250-den-lTylon-Monofil als Schneidwerkzeug bei einer auf 250 g gehaltenen Anfangsspannung und einer Laufgeschwindigkeit des Monofils von 15 m/Min, beschnitten, wobei die Folienspannung 0,71 kg/cm und der Foliendurchsatz 122 m/Min, betrug.

Das Schneiden erfolgte in der Teilungsform, und das vorliegende Beispiel zeigt, dass sich das Verfahren gemäss der Erfindung zur kontinuierlichen Beschneidung bei verhältnismässig hohen Folienspannungen unter Erzielung einer guten rechteckigen Schnittkante ohne Reissen in der Orientierungsrichtung verwenden lässt.

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Beispiel 9

Es wurde ein aufgewickeltes, spinngebundenes, gleichmässiges Flächenmaterial aus miteinander verklebten Endlosfäden aus 100 % Linearpolypropylen geschnitten, das speziell als Grundlagematerial für Tufting-Teppiche und -Vorleger ausgelegt

ο war und ein Flächengewicht von 85 g/m hatte, wobei der Schnitt durch JO Lagen (ungefähr 1,3 cm) des aufgewickelten Materials mit einem mit 1372 m/Min, laufenden 250-den-Nylon-Monofil erfolgte. Die Monofil-Anfangsspannung betrug ungefähr 75 g, aber beim Einsetzen des Schnittes erhöhte sich die Austrittsspannung auf 1000 g. Die Schnittkante erwies sich als sauber und rechteckig ohne Flächenmaterial-Faden-Aneinanderbindung und ohne Verfilzung zwischen den Lagen. Der Schnitt wurde in der Einschnitt-Form erhalten, wobei von dem Monofil Material abgeführt wurde.

Beispiel 10

Es wurden die folgenden Poromer-, Elastomer-, Regeneriertcellulose- und Polymermaterialien geschnitten. Wenn nicht anders gesagt, wurden als Schneidwerkzeug 250-den-Nylon-Monofile mit Geschwindigkeiten von 914- m/Min, und Spannungen von 200 g eingesetzt. Alle Proben wurden den Schneidfäden mit verhältnismässig geringer Geschwindigkeit von Hand zugeführt.

a) Poromeres Corfam ^-Kunstleder von 0,84- mm Dicke.

b) Bernsteinfarbener, reiner Gummi für Dental'dammzwecke von ü,21 mm Dicke.

c) Keopren-Gummiproben mit Dicken von 0,79, 1,6, 2,4, 3 and 4,8 mm Dicke.

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d)' 0,15 mm dicke Folie aus Polyimid (d. h. einer Diamid-Dianhydrid-Masse); Verminderung der Monofil-Laufgeschwindigkeit auf 15 m/Min.

e) Proben von 19 cm dickem, steifem wie auch flexiblem Polyurethan-Schaumstoff; mit 1100-den-Nylon-Monofilen bei 250 g Spannung und I65 bzw. 229 m/Min. Laufgeschwindigkeit in der Einschnitt-Form.

IUl

f) 0,025 ™n dickes Nord el ^-Polyäthylen auf einem Wickel mit 520-den-Fylon-Monofil bei 250 g Spannung und 165 m/Min. Laufgeschwindigkeit in Einschnitt-Form, wobei aufeinanderfolgende Lagen ohne Verschmelzen oder Abfallbildung sauber geschnitten wurden und die anfallende, ausgezeichnete Schnittkante mit ihrer Güte allen bisher erhaltenen überlegen war.

g) Trägerlose, 0,038 mm dicke Polyester-Magnetband-Grundfolie mit einer 0,010 mm dicken Magneteisenoxid-Beschichtung in der Teilungs-Form bei einer Bandzuführgeschwindigkeit von· 152 m/Min, und Bandspannung von 1,1 kg/cm mit einem mit 7,6 m/Min, laufenden 70-den-Hylon-Monofil.

h) 0,038-mm-Celluloseacetatfolie bei einer Geschwindigkeit der Folienvorwärtsiiihrung von 76 m/Min, und einer Folienspannung von ungefähr 1/4 kg/cm mit einem halbmatten, bei einer Spannung von 35 S niit 1829 m/Min, laufenden 30-den-Bylon-Monofil in der Einschnitt-Form.

i) Mehrschichtfolie aus einer polyathylenbeschichteten Polyestergrundlage von 0,127 Wi. Gesamtdicke, die mit Polyäthylen beschichtet und hierauf in 0,25 mm Dicke mit teilchenförraigem, mit einem nichtgehärteten, vernetzenden Binder gebundenem Aluminiumoxid oberflächenbeschichtet war, in der Einschnitt-Form unter Vorwärtsführung mit

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15 m/Hin, mittels eines mit 30 m/Min, bei 250 g Spannung laufenden 250-den-Nylon-Monofils.

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Claims

15. April I97I

Pat entansprüche

Verfahren zum Schneiden von Material, dadurch gekennzeichnet, dass man das Material mit einem laufenden Polymerfaden in Berührung bringt.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man flächenhaftes Material mit einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 1/2 m/Hin, bis 1 1/3 km/Min, gegen ein laufendes Polymerfaden-Schneidmittel von etwa 1/40 bis 3/8 mm Dicke vorwärtsführt, das durch das Flächenmaterial mit einer Geschwindigkeit im Bereich von etwa 7 1/2 m/Min, bis 2 3/4 km/Win, hindurchgezogen wird, und das geschnittene Produkt sammelt.

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