Walzenelektrode und Vorrichtung zur Oberflächenvorbehandlung von Folienbahnen mittels elektrischer Koronaentladung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Walzenelektrode zur Oberflächenbehandlung von Folienbahnen mittels einer elektrischen Koronaentladung, die eine Elektrodenanordnung und zumindest eine darauf aufgebrachte dielektrische Isolierschicht aufweist, wobei die dielektrische Isolierschichtfaser verstärkt ist

[0002] Auf dem Gebiet der Veredelung von Kunststoffolien und der Verbundfolien zählt die Oberflächenbehandlung mittels elektrischer Koronaentladung zur Bedruckbarmachung bzw. Steigerung der Verbundfestigkeit von mehreren Schichten zum Stand der Technik. Hierbei wird die zu behandelnde Kunststoffolie bzw. der zu behandelnde Film über eine elektrisch geerdete Stützfläche, üblicherweise eine Walze, geführt und die der Stützfläche abgewandte Seite des Films einer elektrischen Koronaentladung ausgesetzt, die durch das Anlegen eines hochfrequenten Wechselstromes hoher Spannung an eine im- Abstand zur Stützfläche angeordnete Elektrode erzeugt wird. Im wesentlichen unterscheiden sich die nach diesem Grundprinzip arbeitenden, bekannten Vorrichtungen mehr oder weniger nur in der Ausgestaltung und den Materialien der als Gegenelektrode dienenden Stützfläche, wie z.B. einer einzelnen Zentralwalze mit peripher angeordneten Elektroden gegenüber mehreren Elektrodenwalzen mit zugehörigen Elektroden, den zur Isolierung der Gegenelektrode verwendeten dielektrischen Materialien, der konstruktiven Gestaltung der benutzten Elektrode sowie der Bauart des jeweiligen Generators.

[0003] Bezüglich des Aufbaus der Walzenelektrode haben sich als einfachste und damit bevorzugte Ausführung metallische Trägerwalzen aus vollem Material, insbesondere solche aus Stahl oder Aluminium, mit darauf aufgebrachten Schichten aus Isolationswerkstoffen. wie z.B. Glas, Keramik, Email, Gummi, oder glasfaserverstärkten Kunststoffen, durchgesetzt. Die Nachteile dieses Konstruktionsprinzips bestehen einerseits darin, daß infolge der Bereitstellung teurer Stahlwalzen die Anlagekosten sich erheblich erhöhen und andererseits durch Gewichtsprobleme, speziell bei Großanlagen. technische Schwierigkeiten bei der Lagerung, Durchbiegung. dem Rundlauf und dem Antrieb der Walzen auftreten. Zur Überwindung dieser Probleme werden in den EP-PS 0 002 453 und EP-PS 0 086 977 Koronavorrichtungen beschrieben, die hohle Walzenkörper in Form faserverstärkter Kunstharzrohre verwenden. Diese faserverstärkten Rohrkörper erfüllen, bei einem Bruchteil des Gewichts von Stahlwalzen, nicht nur die gestellten mechanischen Anforderungen, sondern durch die eingelagerte Drahtwicklung in der Kunstharzmatrix selbstverständlich auch die Elektrodenfunktion. Die Fertigung dieser glasfaserverstärkten Walzenköper wird voll beherrscht, es zeigt sich jedoch, daß beim Einlagern eines Drahtwickels oder einer Drahtwendel in die Kunststoffmatrix, um diese elektrisch leitfähig zu machen, die interlaminare Scherfestigkeit, das ist die Hafteigenschaft zwi schen der Kunststoffmatrix und dem Metalldraht, zu wünschen übrig läßt.

[0004] Aus der Druckschrift GB-A 2.065.982 ist eine Walzenelektrode zur Oberflächenbehandlung von Folienbahnen mittels einer elektrischen Koronaentladung bekannt, die aus einer elektrisch leitfähigen Tragerwalze und zumindest einer darauf aufgebrachten dielektrischen Schicht besteht. Die Walzenelektrode weist eine Welle und als dielektrische Schicht ein Gehäuse auf. Der Hohlraum zwischen der Welle und dem Gehäuse ist mit einer gießfähigen Gipsmasse voll ausgefüllt, wobei in dieser Gipsmasse Kohlenstoffpartikel dispergiert sind, welche die Leitfähigkeit der Gipsmasse bewirken. Zur Armierung der Gipsmasse ist in diese ein Drahtgeflecht eingebracht. Die Isolierschicht dieser Walzenelektrode besteht aus Glasfiber, Keramik, Hartgummi oder dergleichen Material. Diese Walzenelektrode hat ein ähnlich hohes Gewicht wie eine Walzenelektrode, die aus vollem Stahlmaterial gearbeitet ist. Durch dieses hohe Gewicht ergeben sich technische Schwierigkeiten bei der Lagerung, Durchbiegung, dem Rundlauf und dem Antrieb der Walzenelektrode. Gegenüber der Walzenelektrode aus vollem Stahlmaterial ergibt sich einzig und allein der Vorteil einer kostengünstigeren Herstellung.

[0005] Aus der Druckschrift EP-A 0 086 977 ist eine Walzenelektrode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Sie besteht aus zwei dielektrischen Rohren, die durch ein Wickelverfahren hergestellt werden. Das dielektrische Material der Rohre besteht aus Glasfasern, glasfaserverstärkten Harzen,

[0006] Polyester oder Polycarbonaten, die alle nicht elektrisch leitfähig sind. Zwischen den beiden Rohren befinden sich Drahtelektroden, die mit hochfrequenter Wechselspannung als Elektroden einer Koronavorrichtung beaufschlagt werden.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs beschriebene Walzenelektrode so zu verbessern, daß die Hafteigenschaften des in der Kunststoffmatrix eingelagerten Elektrodenmaterials und somit die interlaminare Scherfestigkeit verstärkt und die mechanische Festigkeit des Verbundkörpers aus Isolierschicht und Kunststoffmatrix mit eingelagertem Elektrodenmaterial der Walzenelektrode erhöht ist.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrodenanordnung eine Elektrodenschicht aus Kunstharz ist, das eine geschlossen Matrix bildet, in die metallisierte Fasern zur Verbundfestigkeitserhöhung und als Elektrodenmaterial eingebettet sind und daß die Matrix der Schicht und die Isolierschicht das gleiche Kunstharz enthalten.

[0009] Ferner können die Fasern der elektrisch leitenden Schicht durch Metallisierung elektrisch leitfähige Glas-,
Aramid- oder Kohlenstoffasern sein. Zweckmäßigerweise sind in die Isolierschicht Glasfasern eingelagert. Ferner ist die elektrisch leitende Schicht zwischen zwei Isolierschichten eingebettet.

[0010] Die Kunstharze für die Elektrodenschicht und die Isolierschichten sind bevorzugt ungesättigte Polyester-, Epoxid-, Polyimid- oder Silikonharze.

[0011] Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüchen 6 bis 8. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9, mit einer erfindungsgemäßen Walzenelektrode, wobei der erste Teil des Anspruchs 9 aus der EP-A-0086977 bekannt ist.

[0012] Das Metallisieren von verschiedenen Fasern mit Hilfe eines stromlosen oder chemogalvanischen Verfahrens ist bekannt, wobei durch diese Verfahren ein metallischer Überzug aus Nickel, Kobalt, Legierungen dieser Metalle untereinander, auch mit Eisen, z.B. Nickel-Eisen, auf die Fasern aufgebracht wird. Auch Gold, Silber, Kupfer und andere chemisch abscheidbare Metalle können nach entsprechender Aktivierung auf der Oberfläche von Kunststoffasern oder deren Halbfabrikaten oder textilen Flächengebilden chemisch abgeschieden werden. Diese Metallisierung elektrischer Nichtleiter, aber auch von leitenden Kohlenstoffasern, kann nach verschiedenen, im Stand der Technik bekannten Methoden vorgenommen werden, wobei diese Metallisierung nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Die Faseroberfläche wird im allgemeinen bei diesen Methoden mit Schwermetallkatalysatoren aktiviert, und nach der Aktivierung wird das Fasermaterial in eine Metallsalzlösung gegeben und mit tels eines chemischen Reduktionsmittels das elementare Metall in möglichst reiner Form auf der Faseroberfläche niedergeschlagen (DE-OS 27 43 768).

[0013] Nach dem Schritt der Metallisierung lassen sich die Elektrodenmaterialien mit den in der Fertigung von Verbundwerkstoffen eingeführten Maschinen und Herstellungsverfahren. wie z.B. der Filament-winding-Technologie, problemlos verarbeiten. Neben diesem Vorteil resultiert aus der Einarbeitung hochfester Fasern, die beispielsweise mit demselben Kunstharz imprägniert werden, das zur Herstellung der Kunststoffmatrix des Basiswalzenkörpers benutzt wird, ein homogenerer Verbundaufbau des fertigen Walzenkörpers, der erhöhte mechanische Festigkeitseigenschaften aufweist, die denen von Metallen vergleichbar sind. Dabei wirken sich die auf den Fasern abgeschiedenen Metallschichten haftvermittelnd auf das System Faser Harzkomponente aus, was zur Steigerung der interlaminaren Scherfestigkeit und letztendlich zu verbesserter Verbundfestigkeit des Formkörpers führt.

[0014] Die bekannten Wickelverfahren ermöglichen auch die Einlagerung einer vollflächig geschlossenen Elektrodenschicht in die Kunstharzmatrix. Derartige Bemühungen, z.B. eine vollflächig leitfähige Schicht durch Zwischenwickeln von Metallbandagen, beispielsweise aus Aluminiumfolie, auszuformen, scheiterten bisher daran, daß die Metallfolie als eine die Verbundfestigkeit störende Trennschicht gegenüber den inneren und äußeren Wickellagen des glasfaserverstärkten Walzenkörpers wirkte. Die Imprägnierung der für den Aufbau der Elektrodenschicht vorgesehen metallisierten Faserrovings mit dem Matrixharz überwindet diesen Nachteil.

[0015] Die erfindungsgemäße Walzenelektrode wird anhand der Figuren näher erläutert.

[0016] Es zeigen:

Figuren 1 und 2 schematisch im Schnitt eine erste und zweite Ausführungsform einer Koronavorrichtung mit einer Walzenelektrode als Gegenelektrode,

Figuren 3, 4 und 5 in perspektivischer Darstellung verschiedene Elektrodenformen, die in der Kunststoffmatrix der Walzenelektrode eingelagert sind.

[0017] Gemäß Figur 1 besteht die Vorrichtung zur Koronavorbehandlung von Folienbahnen aus einer erfindungsgemäßen Walzenelektrode 1, oberhalb von der eine metallische Entladungselektrode 2 angeordnet ist, die mit einem Hochspannungsgenerator 3 in Verbindung steht. Durch Beaufschlagung der Entladungselektrode 2 mit einem hochfrequenten Wechselstrom mittlerer bis hoher Spannung wird der Luftspalt zwischen der Walzenelektrode 1 und der Entladungselektrode 2 ionisiert, und es bildet sich eine Koronaentladung aus. Eine über die Walzenelektrode 1 geführte Folienbahn 7 erfährt beim Passieren der Entladungszone entsprechende physikalisch-chemische Veränderungen auf ihrer Oberfläche, die ihre Bedruckbarkeit bzw. Verbundfestigkeit mit Schichtmaterialien steigern.

[0018] Die in Fig. 1 dargestellte Walzenelektrode besteht aus einer inneren, elektrisch leitfähigen. vollflächigen Schicht 4 als Elektrodenschicht, einer darüber liegenden Isolierschicht 5 aus glasfaserverstärktem Material sowie einer äußeren Schutzschicht 6 auf Basis eines Silikonlackes. Zur Bildung der elektrisch leitfähigen Elektrodenschicht 4 eignen sich metallisierte Glas-, Aramid-oder Kohlenstoffasern, die in eine Matrix aus Epoxid-, Silikon-, ungesättigten Polyester-oder Polyimidharzen eingelagert sind. Erfahrungsgemäß erfüllen metallische Schichtdicken kleiner als 1 mm. bevorzugterweise um 0.5 mm, voll die Anforderungen an die elektrische Leitfähigkeit der metallisierten Fasern.

[0019] Bei der Isolierschicht 5 handelt es sich um eine etwa 2,5 bis 3,5 mm dicke Lage aus Glasfasern, die vergleichbar der Elektrodenschicht 4 in eine Matrix aus Epoxid-, Silikon-, ungesättigten Polyester-oder Polyimidharzen eingelagert sind.

[0020] Die nur einige wenige um betragende Schutzschicht 6 auf Basis eines Silikonlackes verhindert die Abrasion und somit die Zerstörung der Isolierschicht 5 durch die Koronaentladung.

[0021] Im Vergleich zur Figur 1 unterscheidet sich die Ausführungsform der Walzenelektrode 1 nach Figur 2 dadurch, daß die Elektrodenschicht 4 zwischen zwei Isolierschichten 5, einer inneren Trägerschicht und einer äußeren dielektrischen Schicht eingebettet ist. Diese Ausführungsform läßt verschiedene Ausgestaltungen der Elektrodenschicht 4 zu, wie sie anhand der Figuren 3, 4 und 5 noch erläutert werden. Dabei erfüllt die innere Isolierschicht 5 ausschließlich die Trägerfunktion für die Elektrodenschicht 4. Ein Vorzug dieser Walzenkonstruktion liegt darin, daß die aus teurem Werkstoff geformte Elektrodenschicht 4 unter Vernachlässigung ihrer mechanischen Festigkeitseigenschaften nur so dünn gewickelt werden muß, wie es die elektische Anforderung notwendig macht, während die innere Trägerschicht generell nur nach Festigkeitskriterien ausgelegt wird. Da die Harzkomponenten sowohl der beiden Isolierschichten 5,5 als auch der Elektrodenschicht 4 identisch sind, gibt es hinsichtlich der interlaminaren Verbundhaftung zwischen den Einzelschichten keine Schwierigkeiten.

[0022] In Figur 3 ist die elektrisch leitende Schicht 4 als Rohr ausgebildet, das eine achsparallel ausgerichtete Faseranordnung 10 in der Kunstharzmatrix aufweist. Die elektrisch leitende Schicht 4 bildet dabei eine homogene geschlossene Schicht in Rohrform, die auf jeder Seite von einer Isolierschicht 5 eingeschlossen ist.

[0023] Bei der Ausführungsform nach Figur 4 sind die Fasern als eine ein-oder mehrgängige Helix 8 in der elektrisch leitenden Schicht 4 eingebettet, die, wie bei Figur 3, als homogenes geschlossenes Rohr ausgebildet ist.

[0024] Figur 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der elektrisch leitenden Schicht 4, bei der die Fasern ein Netzwerk 9 in der Kunstharzmatrix der leitenden Schicht 4 bilden, die als homogenes geschlossenes Rohr geformt ist.

[0025] Es ist selbstverständlich, daß die metallisierten Fasern in der elektrisch leitenden Schicht 4, sowie Halbfabrikate oder Flächengebilde dieser Fasern in jeglicher Gestalt als Gelege, Gewebe, Gestricke, Gewirke, Vliese oder in sonstiger Form in die Kunstharzmatrix eingebunden sein können. Die in den Figuren 3 bis 5 dargestellten Aus führungsformen sind exemplarisch für die Vielzahl von möglichen Faseranordnungen in der Kunstharzmatrix.

[0026] Die Vorteile im Hinblick auf die Verbesserung der Verbundhaftung der metallisierten Faseranordnungen treffen sowohl auf die Elektrodenkonfigurationen gemäß den Figuren 3, 4 und 5 als auch auf die nicht dargestellten sonstigen Fasergebewebe und -gewirke zu, da diesen gemeinsam ist, daß sie keine homogene "Trennschicht" aufweisen. Ein weiterer Vorteil der in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellten Elektrodenformen besteht darin, daß derartig aufgebaute Walzenkörper, in Anlehnung an die in der EP-PS 0 086 977 beschriebene Koronavorrichtung, mit Bohrungen perforiert und damit in Vakuumwalzen eingesetzt werden können.

Ansprüche

1. Walzenelektrode zur Oberflächenbehandlung von Folienbahnen mittels einer elektrischen Koronaentladung, die eine Elektrodenanordnung und zumindest eine darauf aufgebrachte dielektrische Isolierschich aufweist, wobei die dielektrische Isolierschicht faserverstärkt ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung eine Elektrodenschicht (4) aus Kunstharz ist, das eine geschlossene Matrix bildet, in die metallisierte Fasern zur Verbundfestigkeitserhöhung und als Elektrodenmaterial eingebettet sind, und daß die Matrix der Elektrodeschicht (4) und die Isolierschicht (5) das gleiche Kunstharz enthalten.

2. Walzenelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Elektrodenschicht (4) durch Metallisierung elektrisch leitfähige Glas-, Aramid-oder Kohlenstoffasern sind.

3. Walzenelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Isolierschicht (5) Glasfasern eingelagert sind.

4. Walzenelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschicht (4) zwischen zwei Isolierschichten (5.5) eingebettet ist.

5. Walzenelektrode nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Kunstharze für die Elektrodenschicht (4) und zumindest eine Isolierschicht (5) ungesättigte Polyester-, Epoxid-, Polyimid-oder Silikonharze sind.

6. Walzenelektrode nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Walzenelektrode (1) zum Schutz gegen die Abrasion durch eine Koronaentladung eine Schicht (6) auf der Basis von Silikonharzen aufgetragen ist.

7. Walzenelektrode nach Ansprüch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Elektrodenschicht (4), als Halbfabrikate oder Flächengebilde in Gestalt von Gelegen, Geweben, Gestricken, Gewirken, Vliesen in die Kunstharzmatrix eingebunden sind.

8. Walzenelektrode nach den Ansprüchen 2 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschicht (4) als Rohr ausgebildet ist und, als homogen geschlossene Schicht, Fasern in Form einer ein-oder mehrgängigen Helix (8), eines Netzwerks (9) oder einer achsparallel ausgerichteten Fasernanordnung (7) in der Kunstharzmatrix aufweist.

9. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Folienbahnen mittels einer elektrischen Koronaentladung, bestehend aus einer von einem Generator mit hochfrequenter Wechselspannung beaufschlagten Elektrode und einer Gegenelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode aus einer Walzenelektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 besteht, wobei die Elektrodenschicht (4) geerdet ist.

Claims

1. Roll electrode for treating the surfaces of film webs by means of an electrical corona discharge, which roll electrode has an electrode arrangement and at least one dielectric insulating layer applied thereto, the dielectric insulating layer being fibre-reinforced, characterized in that the electrode arrangement is an electrode layer (4) of synthetic resin which forms a closed matrix in which metallized fibres are embedded for the purpose of increasing the bond strength and as the electrode material, and in that the matrix of the electrode layer (4) and the insulating layer (5) contain the same synthetic resin.

2. Roll electrode according to Claim 1, characterized in that the fibres of the electrode layer (4) are glass, aramid or carbon fibres which are electrically conductive as a result of metallization.

3. Roll electrode according to Claim 1, characterized in that the insulating layer (5) has glass fibres embedded therein.

4. Roll electrode according to Claim 1, characterized in that the electrode layer (4) is embedded between two insulating layers (5.5).

5. Roll electrode according to Claims 1 to 4, characterized in that the synthetic resins for the electrode layer (4) and at least one insulating layer (5) are unsaturated polyester, epoxy, polyimide or silicone resins.

6. Roll electrode according to Claims 1 to 4, characterized in that there is applied to the surface of the roll electrode (1), for the purpose of protection against abrasion due to a corona discharge, a layer (6) on the basis of silicone resins.

7. Roll electrode according to Claim 1 or 2, characterized in that the fibres of the electrode layer (4) are immobilized in the synthetic resin matrix as semi-finished products or sheets in the form of loose arrangements, woven fabrics, knitted fabrics, bonded fibre webs.

8. Roll electrode according to Claims 2 and 6, characterized in that the electrode layer (4) is constructed as a tube and, as a homogeneously closed layer, has fibres in the form of a single or multiple helix (8), a network (9) or an axially-parallel aligned fibre arrangement (7) in the synthetic resin matrix.

9. Device for treating the surfaces of film webs by means of an electrical corona discharge, comprising an electrode, to which radio-frequency alternating voltage is applied by a generator, and a counter-electrode characterized in that the counter-electrode consists of a roll electrode according to one or more of Claims 1 to 7, the electrode layer (4) being earthed.

Revendications

1. Electrode en rouleau pour le traitement de surface de bandes en forme de feuilles à l'aide d'une décharge électrique par effet couronne, qui comporte un dispositif formant électrode et au moins une couche isolante diélectrique disposée sur ce dispositif, la couche isolante diélectrique étant renforcée par des fibres, caractérisée en ce que le dispositif formant électrode est une couche formant électrode (4) en résine synthétique, qui forme une matrice fermée, dans laquelle sont noyées des fibres métallisées servant à accroître la solidité d'adhérence et utilisées comme matériau d'électrode, et que la matrice de la couche formant électrode (4) et la couche isolante (5) contiennent la même résine synthétique.

2. Electrode en rouleau selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fibres de la couche formant électrode (4) sont des fibres de Verre, d'aramide ou de carbone rendues électriquement conductrices par métallisation.

3. Electrode en rouleau selon la revendication 1, caractérisée en ce que des fibres de verre sont insérées dans la couche isolante (5).

4. Electrode en rouleau selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche formant électrode (4) est insérée entre deux couches isolantes (5, 5).

5. Electrode en rouleau selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les résines synthétiques pour la couche formant électrode (4) et au moins une couche isolante (5) sont des résines de polyester insaturées, des résines époxy, des résines de polyimide ou des résines silicone.

6. Electrode en rouleau selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'une couche (6) à base de résines silicone est déposée sur la surface de l'électrode en rouleau (1), pour réaliser la protection vis-à-vis de l'abrasion suscitée par une décharge par effet couronne.

7. Electrode en rouleau selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les fibres de la couche formant électrode (4) sont incorporées, en tant que produits semi-finis ou bandes, sous la forme de mats, de tissus, de tricots, de treillis, de nappes, dans la matrice de résine synthétique.

8. Electrode en rouleau selon les revendications 2 et 6, caractérisée en ce que la couche formant électrode (4) est réalisée sous la forme d'un tube et possède, en tant que couche homogène fermée, des fibres sous la forme d'une hélice (8) à un seul pas ou à pas multiples, d'un réseau (9) ou d'un ensemble (7) de fibres dont les axes sont parallèles, dans la matrice de résine synthétique.

9. Dispositif pour le traitement de surface de bandes en forme de feuilles à l'aide d'une décharge électrique par effet couronne, constitué par une électrode chargée avec une tension alternative à haute fréquence par un générateur, et une contre-électrode, caractérisé en ce que la contre-électrode est constituée par une électrode en rouleau selon une ou plusieurs des revendications 1 à 7, la couche formant électrode (4) étant raccordée à la terre.

Zeichnung