Nano Mikro Laser elektrostatik Technologie zur Materialbehandlung

hardy55 — 2007-07-26T09:19:19+01:00

Nano, Mikro Oberflächenbehandlung und Perforation von Substraten und Warenbahnen

Für unterschiedlichste Applikationsbereiche werden Materialbahnen wie Zigaretten-, Mundstückbelag-, Filter-, beschichtete Spezial-, Kraft-, Sack- oder Verpackungspapiere, Vliesstoffe, spun bonded nonwoven, technische Textilien, Fabrics, Laminate usw. mit Flächengewichten von 20 g/m2 bis zu 140 g/m2 elektrostatisch ESP Nano, Mikro oder Laser- oder mechanisch Mikro oder Makro perforiert.

Unter elektrostatischer ESP NANO, MIKRO PERFORATION sind statistisch unregelmäßig verteilte, in der Größe um ca. 40 % variierende und analog hierzu unter LASER oder Mikro/Makro mechanische PERFORATION, gleichmäßig angeordnete und im Durchmesser etwa gleichgroße, nach Möglichkeit runde, gradfreie Löcher und Lochreihen verschiedenster Anordnung zu verstehen.

Die mit dem menschlichen Auge unsichtbaren, elektrostatischen ESP Nano oder Mikroperforationen können flächen- wie auch zonenförmig in bestimmten Abständen innerhalb der Bahnen verteilt sein, wobei erzielbare Lochgrößen sich im Bereich von 0.1 - 80 µm Durchmesser und Lochsequenzen von 1.5 – 16 Million Poren pro Sekunde bewegen. Zonen Anordnungen sind in der Regel in Breiten von 2 bis 6 mm und mit Porendichten von 120 - 250 Poren pro cm2 ausgeführt, wobei Flächenperforationen Lochdichten bis zu 2 Million Poren pro m2 generieren. ESP Perforationen ermöglichen Porositätsbereiche von 80 – 2500 C.U. ( Coresta Units ml/2cm2/min ), Bahnbreiten von 100 bis 2000 mm bei Bahngeschwindigkeiten bis zu 500 m/min, abhängig von der Porosität und Materialkonsistenz zur Perforierbarkeit.

Eine wesentliche Kardinalforderung, die für viele Applikationsbereiche und Produkte mit Vliesstoffen, Sack- oder Verpackungsbahnen, non-woven usw. mit einer Gas- oder Wasserdampfdurch- ABER Wasserundurchlässigkeit verbunden ist, finden sich im Anwendungsbereich der ELEKTROSTATISCHEN NANO, MIKRO PERFORATIONSTECHNIK wieder, da Wasser aufgrund der höheren Oberflächenspannung die relativ kleinen Nano- oder Mikroporen von z.B. < 0.5 - 5 µm Durchmesser nicht durchdringen kann. Diese und weitere physikalische Vorteile der relativ kleinen Poren fordern regelrecht den Einsatz der ESP Perforationsmethode heraus, da die Applikationserfüllungen wie Atmungsforderung und Wasserdampfdurchlässigkeit z.B. nach der ASTM E96-80 oder E96-84 Messmethode mit 100 – 800 g/m2/Tag mit anderen Perforations- oder Prozessverfahren nur äußert schwierig machbar, zu teuer, zu unwirtschaftlich oder mit derart hohen Lochdichten technologisch nicht erreichbar sind.

Produktanwendungen für elektrostatische Perforationsbehandlungen

Elektrostatisch mikro perforierte Packmittel und Folienverbunde der verschiedensten Art lassen sich nach den Erfahrungen für folgende Applikationen und Produkte verwenden bzw. nur durch deren Veredelung realisieren

atmungsaktive Wanddekorationen aus PVC Verbunden
Wandtapeten wie z.B. Venyl Tapeten oder anderen PE coating mit Feuchtigkeitsaustausch des aufgetragenen Klebers
Papiere zum Verkleben von Gipsplatten für den Haus Innenausbau und Blasenauflösung der Klebemittel
Vliesverbunde mit PE-Schichten zum Außenschutz und Gasaustausch von Holzhäusern
Unterdachspannbahnen aus Verbundmaterialien mit Gasaustausch und zur Vermeidung von Kondenswasserbildung
atmungsaktive Overalls aus spun-bonded PE Vliese
coatierte Papiere als Füllgutsäcke, Zementsäcke oder andere Verpackungseinheiten, die einen Luft Auslass zur Befüllung benötigen
Bekleidungs inlets mit gewünschtem Gasaustausch
Seifenverpackungen mit gezieltem Aromaaustritt
Trage-, Gemüse- oder Blumenverpackungen aus Papier mit Gasaustausch
Brot- oder Brötchenverpackungen aus Papierverbunden zur Erhaltung des Frischheitgrades
technische Industriefolien und Verbundbahnen für Filtrationszwecke

Vorteile für Produkte und Anwendungen

Reduktion der Sack- oder Beutelbefüllungszeiten um bis um 100 %, wobei die attraktiven Luftdurchlässigkeitsbereiche nach den Erfahrungen bei 200 - 350 C.U., was 6.5 bis 3.5 Guerley oder auch von 14 - 6 Guerley s/100ml entspricht.
äußerer Schutz des Verpackungsproduktes
Luft Auslass, ohne dass das verpackte Produkt und deren elementaren Eigenschaften beeinträchtigt werden
Duft Übertragung des verpackten Produktes an den Kunden
Atmungsaktivität von Wandtapeten oder anderen Wandverkleidungen
Brotpapierverpackungen zur längeren Haltbarkeit
Atmungsaktivität von Bekleidung inlets, Einweg Industriekleidung, usw.
Unterdachspannbahnen zur Luftaustausch von Innen nach Außen, kein Tropfsteinhöhleneffekt

Resumee - elektrostatische Mikroperforation
Nur die elektrostatische Perforation ermöglicht eine mikrofeine Perforierung von Packmitteln mit Barriereeigenschaften, Vliesstoffen und insbesondere Papierbahnen verschiedenster Art in großen Bahnbreiten und Geschwindigkeiten. Dieser Trend wird sich für neue Produkte und Anwendungen weiter fortsetzen.

Durch Neuentwicklungen ( Patenterteilung einer effizienten Hochfrequenz-Dual-Leistungsschaltung DE 10328937 ) in der Schaltungstopologie zur Erzeugung sehr feiner, stromgesteuerter Hochspannungsentladungsimpulse mit kurzer zeitlicher Dauer im Bereich von 0.5 - 20 µs und einzelner Ladungsenergien von 0.2 bis 1 mJ hat die Nanotechnologie zur Submikroperforation auch im diesem Bereich der Feinpapierveredelung und Verpackungsindustrie Einzug gehalten.
Traditionelle Kunststofffolien lassen sich auch zukünftig besser oder nur mit hot-needle oder anderen mechanischen oder Laser Perforationssystemen gesteuert perforieren. In diesem weiten Applikationsbereich ist es denkbar, auch dahingehend entwickelte, angepasste Laserperforationssysteme für Breitbahnen einzusetzen.

Konventionelle Laserperforationstechnik
Durch gepulste, auf geweitete sowie fokussierte Laserstrahlen sind mit im Markt angebotenen Anlagen Lochgrößen von 60 - 200 um bei Lochdichten von typischer Weise 10 – 30 Löcher pro cm, Lochsequenzen von 100.000 bis 300.000 Löcher pro Sekunde, bei maximal 16 oder 32 Laserlochreihen über die Bahnbreite verteilt, möglich. Deren Porositätsbereiche bewegen sich zwischen 100 – 3000 C.U., in der Regel mit Bahnbreiten von 100 – 500 mm bei Bahngeschwindigkeiten bis 600 m/min, abhängig von der Porosität und Materialkonsistenz zur Perforierbarkeit.

Neue Laserperforationstechniken von IPM

Mit Entwicklung eines Dual CO2 10.6 µm Hochleistungslasermultiplexers und optischen Eingangsleistungen von 2*4KW ( Patenterteilung DE102004001327 ) ist es IPM erstmalig gelungen, bis zu 200 einzelne optische Laserstrahlausgänge zu realisieren mit denen nunmehr Papierperforationen in breiten Bahnen bis zu 2000 mm möglich sind. Dies jetzt mit Lochsequenzen bis zu 2 Millionen pro Sekunde, Lochgrößen von 60 - 100 µm, Lochdichten von typisch 10 – 30 Löcher pro cm, Porositäten im Bereich von 100 bis 1000 C.U., Bahngeschwindigkeiten bis zu 400 m/min und non stopp 25.000 Meter Jumbo Rollenbetrieb auf der Ab- und Aufwicklung, was eine jährliche Ausbringung von 1000 – 2000 Tonnen von laserperforierten Feinpapieren an nur einer dieser high-automation LPM-1 Produktionsmaschine bei einem exorbitant geringen Papierausschuss ermöglicht. Hierbei ist das optische online Porositätsmesssystem OPSS-1 zur präzisen Positionskontrolle aller Laserperforationslinien sowie deren Porositätsprofile ein integraler Bestandteil der kontinuierlichen Qualitätskontrolle und Datenauswertung.

Eine weitere Entwicklung in der Micro-Laser-Line Perforation MLL-1 generiert einen nicht geradlinigen Lochreihenanordnung auf den Produkten, was IPM mit der Patentanmeldung zum Verfahrens-, Vorrichtungs- und Produktschutz der DE102004012081 initiierte.

Z.B. sind auf Tipping Blättchen der Zigarettenfilter, jetzt losgelöst von den seit 20 Jahren traditionell koaxial verlaufenden Perforationen, wellenförmige, Zick Zack, Rechteck, Dreieck, gewundene Lochreihenlinien oder Paare, Firmenlogos, Kryptogramme, anti-counterfeiting Merkmalen oder andere Perforationsausführungsformen mit zeitlich sehr schnell, präzise aus gelenkten Laserstrahlen möglich. Alles dies bei Lochgrößen von 60 - 120 µm, Lochdichten von typisch 10 – 30 Mikrolöcher pro cm in einer jeder Lochreihe, Lochsequenzen von 100.000 bis 300.000 Löcher pro Sekunde bei Porositätsbereichen von 100 – 800 C.U.
Verpackungs- und Kunststofffolienprodukte verschiedenster Art lassen sich mit dem neuen Micro-Laser-Line Perforationsverfahren MLL-1 veredeln.

Perforation von Mundstückbelag- oder Zigarettenpapierbahnen zur Ventilation von Filterzigaretten
Die ESP Perforation ist seit mehr als 25 Jahren zur Ventilation von Nichtfilter - oder Filterzigaretten eingesetzt, um einen gezielten und gesteuerten Luft Bypass, zu erzeugen. Hierzu wird das Zigarettenpapier für wenige Nichtfilter- oder bei fast allen Filterzigaretten das Mundstückbelagpapier elektrostatisch ESP offline Zonen, oder gleichermaßen offline mit Laserstrahlen zu Lochreihen oder mit Laser online direkt an der Filteransetzmaschine perforiert, um Schadstoffanteile wie Nikotin und Kondensate für die Raucher auf vorgegebene Werte zu reduzieren und den Ventilationsgrad der Zigaretten gesteuert zu beeinflussen.
Vor vielen Jahren hat IPM auch zur online Perforation an der Zigarettenherstellungsmaschine ein Verfahren entwickelt und seinerzeit unter der EP 0460369 sowie DE 4018209 zum Patent angemeldet, was das Einbringen von Perforationsprofilen über die Zigarettenlänge sowie in deren Umfang und an beliebigen Stellen des Zigarettenpapiers erlaubt.

Optische online Permeabilitäts- oder Porositätsmessung
Da die naturporösen oder zu perforierenden Bahnmaterialien sich mit Bahngeschwindigkeiten bis zu 600 m/min und in Bahnbreiten bis zu 2000 mm bewegen, gestaltet sich eine pneumatische, also bahn berührende Porositätsmessung, exorbitant schwierig. Hinzukommend sind diese Messmethoden mit Nachteilen der Bahnzugserhöhung, des Materialabriebs, Faltenbildung, Undichtigkeit im Messkopfbereich, starken Verschmutzungen, Nichtlinearitäten und Schwierigkeiten stets verbunden. Daher bieten sich optische Messverfahren zur Transmissionsmessung als Funktion der pneumatisch, statischen Gasdurchlässigkeit für naturporöse oder Nano, Mikro bzw. Makro perforierte Bahnen an. Dabei sind die gestellten Anforderungen aufgrund der eingangs genannten Produktverarbeitung und online Kontrolle, extrem kleinen geometrischen Porenabmessungen, relativ hohen Bahngeschwindigkeiten und guter Messwertreproduktion mit der optischen Porositätsmesstechnik in idealer Weise zu lösen.

Hierzu hat IPM eine Reihe neuer, patenangemeldeter optischer Messverfahren und Systeme in stationärer oder traversierender Ausführung als OPSS-1 und OPRL-1, entwickelt, weltweit im Markt eingeführt und mit der DE10251610 sowie auch in China zur Patentanmeldung geführt.
Porositätsmessbereiche von 80 C.U. bis 5000 C.U. mit Multicolour Sensoren, Perforationslochreihenerfassungen mit Auflösungen < 0.1 mm mit Präzisionslinienlaser, Scanning Speeds von 20 bis zum 300 mm/Sek., intelligente Multicontroller Elektronik im Sensorkopf, high-speed RS-232 Link sowie Auswerteeinheiten sichern die qualitative, quantitative online Kontrolle nach ISO 9001/9002 an verschiedenen Produktionsmaschinen.

IPM – International Perforation Management – hat verschiedene laser- und elektrostatische Perforationsverfahren, insbesondere auch für neue Produkteigenschaften, entwickelt, deren Systeme und Produktionsmaschinen weltweit im Einsatz sind.

Zukunftsperspektiven
Die elektrostatische ESP Nano- oder Mikroperforation findet vorzugsweise ihre Anwendung in Bereichen der Veredelung von Feinpapieren, Verpackungsbahnen, Vliesstoffen, Non-Woven, Filter-, Sack- oder Kraft- sowie Spezialpapiere verschiedenster Art, insbesondere bei der zusätzlichen Behandlung von Bahnmaterialien zur Erzielung besonderer Eigenschaften, welche aus physikalischen oder prozesstechnischen Gründen NICHT mit anderen Verfahrenstechniken erreichbar sind.

Die state-of-the-art, industrietaugliche und im Dreischichtbetrieb zuverlässig arbeitende ESP Perforationstechnik, deren Integrationsmöglichkeit in vorhandene Umroller- oder sonstige Bahnlaufanlagen sowie auch als völlig eigenständig arbeitende Perforationsmaschinen möglich sind, wird zukünftig neue Anwendungsbereiche erschließen und Produkte mit besonderen Eigenschaften entstehen lassen.

Cooperation, contacts in China, Indonesia, USA, France, Spain, Germany, Russia, Georgia, Saudi Arabia, Yemen, Sudan, Syria, Jordan, Nigeria, Cambodia, Vietnam, Pakistan, India, Iraq, Iran, Korea, Japan, Argentina, Chile, Cuba, Venezuela, Mexico, Brazil, Thailand, Ukraine, South Africa. Several honoraries for excellent cooperation and technology transfer from Chinese and other governments.

Specific information by below website links and patent resources.

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press release http://www.flexo.de/download/fga/1-2008/Inhalt_FGA_1_2008.pdf

Own patents

MLL-1 – Micro Laser Line Perforation for hole pattern, perforation design, waves, zigzag lines, packages lines, cryptograms, company logos, holograms, anti counterfeiting, product indicators. Patent pending for process, device and product properties. DE102004012081.

LPM-1 – micro laser perforation at wide web material with high power Co2 dual laser beam multiplexers, 200 optical channels, patent grand for process and device DE102004001327.

ESP electrostatic nano micro perforation machines for cigarette, tipping, filter, packaging, plug-wrap, sack, bag, food and other paper products, patent grand for process and device DE10328937.

Optical online OPSS-1 porovision scanning control system for electrostatic or LASER perforation machines.

Patent pending for process and device DE10251610 - China patent grand 200310104764.

Optical dyne control at fast moving substrates ODSTM-1. Previous patent application DE19542289.

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Links to patent references

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http://www.wikipatents.com/gb/2149092.html

http://www.wikipatents.com/de/3332886.html

http://www.wikipatents.com/de/2918283.html

http://www.freepatentsonline.com/EP0460369.html

http://www.freepatentsonline.com/7224447.html

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