Verfahren zum gesteuerten Aufblähen rohrförmiger Folien
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem das Aufblähen rohrförmiger Folien, z. B. thermoplastischer Folien, gesteuert werden kann; ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie die Anwendung des Verfahrens für die Herstellung orientierter, wärmebehandelter rohrförmiger Folien.
Es ist bekannt, orientierte, wärmebehandelte Folien herzustellen, indem man thermoplastisches Material aus der Schmelze zu einem Schlauch extrudiert, auf eine hinreichend unter dem Schmelzpunkt liegende Temperatur abschreckt, z. B. um es in den amorphen Zustand überzuführen, und durch mittels eines Fluidums von innen ausgeübten Druck verstreckt und orientiert. Danach wird der so her gestellte Schlauch durch Klemmwalzen flachgedrückt, mit niedrigerem Druck wieder aufgeblasen und zwecks Kristallisierung des thermoplastischen Materials und Festlegung der durch das Verstrecken bewirkten Orientierung der Moleküle erwärmt. Der Schlauch kann nach dem Extrudieren und vor dem Abkühlen zur Verminderung der Wandstärke gestreckt werden.
Die Wärmebehandlung der schlauch- oder rohrförmigen Folie muss bei einem niedrigeren Druck als das Verstrecken erfolgen, da in ersterem Fall höhere Temperaturen angewandt werden. Die Steuerung des beim zweiten Aufblasen erforderlichen Drucks bereitet Schwierigkeiten, die dadurch überwunden wurden, dass man den Schlauch oder das Rohr nach der Wärmebehandlungsstufe aufschlitzt, wobei das verwendete Fluidum entweichen kann.
Gelegentlich wird jedoch als Endprodukt nicht ein planes, sondern ein schlauebförmiges Gebilde, z. B. als Verpackungsmaterial und dergleichen, gewünscht.
Im schweiz. Patent Nr. 347638 ist gezeigt, dass der Druck für den der Verstreckung dienenden oder der Wärmebehandlung dienenden Abschnitt mit Hilfe einer vom Kern des Extruders ausgehenden, rohrförmigen Sonde über alle aufgeblasenen Bereiche der Folie und Führungswalzenpaare schliesslich in den speziellen Abschnitt eingeführt werden kann.
Dieses Verfahren ist sehr bequem anwendbar, wenn die Achse der gewünschten Aufblähblase übereinstimmt mit der Eintrittsrichtung der Sonde in die Folie, doch ist es üblicherweise schwierig, diese Bedingung bei der Kristallisationsstufe zu erfüllen, da dies bedeutet, dass das ganze Verfahren inklusive Extrudieren, Kühlen, Verstrecken und Wärmere handlung in einer Richtung ausgeführt werden muss.
Ausser der genannten Wärmebehandlung gibt es andere Gelegenheiten, bei welchen es erwünscht sein kann, zwei oder mehr benachbarte Abschnitte von rohrförmigen Folien, die durch einen dazwischenliegenden Teil, in welchem die Folie annähernd flach ist, getrennt sind, auf verschiedene innere Fluidumdrücke aufzublasen.
Beispielsweise kann der erste Abschnitt auf einen verhältnismässig hohen Druck aufgeblasen und zum Verstrecken der Folie entweder in dem durch Wärmeeinwirkung erweichten Zustand oder nach dem Abkühlen verwendet werden, während der zweite Abschnitt, der auf einen niedrigeren inneren Druck aufgeblasen ist, zur Bildung von Falten in der rohrförmigen Folie verwendet werden kann, die durch Einknicken von Teilen der Folie in Gegenrichtung zum inneren Fluidum druck entstehen; dieses Verfahren kann verwendet werden, um rohrförmige Folien in orientierter oder im wesentlichen unorientierter Form zu falten.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch welche zwei derartige Abschnitte durch eine im wesentlichen flache Zone voneinander getrennt und auf verschiedene innere Fluidumdrücke aufgeblasen werden können, wobei der niedrigere Druck regelbar ist. Ein weiterer Zweck ist die Anwendung dieses Verfahrens für die vorstehend beschriebene Herstellung orientierter, wärmebehandelter rohrförmiger Folien.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum gesteuerten Aufblähen einer rohrförmigen Folie ist dadurch gekennzeichnet, dass man zwei benachbarte, unter verschiedenem Innendruck befindliche Abschnitte eines sich kontinuierlich vorwärts bewegenden Rohres durch eine im wesentlichen abgeflachte Zone trennt, durch deren einstellbaren Querschnitt ein Fluidum steuerbar aus dem Abschnitt mit höherem Druck in den Abschnitt mit niedrigerem Druck eindringt.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch Klemmwalzen, die die beiden Abschnitte der rohrförmigen Folie in Form einer im wesentlichen abgeflachten Zone trennen, wobei eine der Klemmwalzen einen Bereich aufweist, dessen Abstand von der anderen Walze verstellbar ist, um durch den Zwischenraum das Eindringen des Fluidums zu steuern. Dieser Bereich kann an beliebiger Stelle in bezug auf die Folienbreite liegen; vorzugsweise befindet er sich jedoch in der Mitte oder nahe dem Falz der abgeflachten Folie.
Im letzteren Fall werden vorzugsweise ähnliche Bereiche an der Stelle der beiden Falze der abgeflachten Folie vorgesehen.
Vorliegende Erfindung betrifft ferner die Anwendung des obigen Verfahrens auf die Orientierung und Wärmebehandlung von Folien in Form von Rohren.
Einzelheiten von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt, in welcher
Fig. 1 eine Walze darstellt, welche in ihrer Mitte einen Bereich aufweist, der geeignet ist, einen ver änderlichen Druck auf die durch den Walzenzwischenraum hindurchtretende rohrförmige Folie auszuüben, wobei diese Walze, die eine Seite eines Führungswalzensystems darstellt.
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform zeigt, in welcher eine Seite des Walzenzwischenraumes durch ein Walzenpaar gebildet wird, welches durch Mittel, die zur Ausübung eines veränderlichen Druckes eingerichtet sind getrennt ist und
Fig. 3 die Stellung solcher Führungswalzen in einem kompletten Verfahren für das Pressen, Kühlen, Orientieren, Kristallisieren und Aufwinden einer Schlauchfolie darstellt.
In Fig. 1 besteht eine Walze von 10,16 cm Durchmesser und 60,96 cm Länge aus zwei Abschnitten von Stahlrohr 1 von 7,46 cm äusserem Durchmesser, die an ein inneres Stück Stahlrohr 2 geschweisst sind. Die Enden der äusseren Rohrstücke besitzen einen Abstand von 3,81 cm voneinander und das innere Rohrstück ist mit zwei Reihen mit je 8 Löchern von 3,17 mm Durchmesser versehen, die gleichmässig auf dem Umfang des Rohr stücks verteilt sind, und die Verbindung zwischen der Mitte des Rohrstücks 3 und dem Raum 4 nvi- schen den äusseren Rohrstücken darstellen. Die äusseren Rohrstücke und der Raum 4 sind von einem
12,7 mm dicken, durchgehenden Gummiüberzug 5 bedeckt, welcher die äusseren Rohrstücke dicht um schliesst und bei 6 den Raum 4 überdeckt.
Die Walze ist mit Abschlüssen 7 versehen, die an die Enden der äusseren Rohrstücke angeschweisst sind, sowie mit Wellen 8, von denen eine bei 9 eine Bohrung aufweist zwecks Verbindung durch einen Zweiweghahn mit einer Vakuumpumpe und einer Druckluftleitung.
Im Betrieb wird die Walze gemäss Fig. 1 zusammen mit einer angetriebenen Führungswalze üblicher Art verwendet und der Druck, der auf die durch den Walzenzwischenraum laufende Folie ausgeübt wird, wird durch Regulierung des Luftdruckes innerhalb der hohlen Walze reguliert. Es ist zu beachten, dass der Kautschuk bei 6 dazu neigt, sich in den Raum 4 zu biegen und dass daher in der Walze ein grösserer Druck nötig ist als der übliche Höchstdruck in der Folie, um das Abfliessen von Luft von einer Seite des Walzenzwischenraumes zur anderen zu verhindern.
In der Vorrichtung nach Fig. 2 wird die eine Seite des Walzenzwischenraumes durch zwei Leerlauf-Walzenabschnitte 10 gebildet, welche drehbar auf einer Welle 11 angebracht und durch ein zylindrisches als Zwischenrolle ausgebildetes Durchlassorgan 12 getrennt sind, welches sich auf Kugellagern um einen auf der Welle 11 oder einen Teil derselben bildenden Exzenter dreht. 13 ist ein Hebel, mit welchem die Welle 11 gedreht werden kann, um die Lage des Exzenters in bezug auf den Walzenzwischenraum zu regulieren und damit die Grösse der Öffnung in der Mitte der flachen Folie 14, welche durch den Walzenzwischenraum läuft und die Menge des dort durchlaufenden Fluidums zu u kon- trollieren. 15 ist eine angetriebene Walze von gleichmässigem Durchmesser.
In Fig. 3 bedeutet 14 eine Schlauchfolie, welche aus einer Strangpresse und einer Kühlvorrichtung 16 stammt. 17 ist ein Paar Führungswalzen, die, wie im Patent Nr. 347638 beschrieben, derart angebracht sind, dass eine rohrförmige Sonde 18 zwischen ihnen durchtreten kann, um Fluidum für das Aufblasen des Teilstückes 19 der Folie einzuführen; 15 und 20 stellen die entsprechenden Walzen, die beispielsweise gemäss Fig. 1 ausgebildet sein können, dar.
Zwischen diesen beiden Systemen von Führungswalzen wird die rohrförmige Folie im aufgeblasenen Abschnitt 19 durch den eingeschlossenen Fluidumdruck, üblicherweise Luftdruck, gestreckt, wobei die Folie im oberen Teil dieses Abschnittes auf die gewünschte Strecktemperatur erwärmt werden kann.
Sie kann gleichzeitig in Laufrichtung der Maschine durch die Walzen 15, 20 gestreckt werden, welche mit grösserer Umlaufgeschwindigkeit angetrieben werden als die Walzen 17. 21 sind Führungswalzen, zwischen welchen die Folie zur Aufwickelvorrichtung 22 läuft. Zwischen den Walzen 15, 20 und21 wird ein zweiter aufgeblasener Abschnitt 23 gebildet, durch Einlass einer regulierten Menge Luft oder eines anderen Fluidums aus dem aufgeblasenen Abschnitt 19 durch die oben beschriebenen Mittel.
Dieser Abschnitt 23 wird auf die gewünschte Kristallisationstemperatur erwärmt, während der innere Druck derart eingestellt und aufrechterhalten wird, dass er einen niedrigeren Wert aufweist als der Streckdruck in der Folie bei 19, was durch geeignete Einstellung des oben beschriebenen Durchlassorgans der Führungswalze erreicht wird. Der Druck bei 23 genügt üblicherweise gerade, um ein Schrumpfen zu verhindern oder lediglich ein leichtes Schrumpfen der Schlauchfolie in diesem Abschnitt zu gestatten.
Freidrehende Walzen in gestaffelter Anordnung können oberhalb und unterhalb der Führungswalzen 15 und 20 und oberhalb der Führungswalzen 21 vorbesehen sein, um das allmähliche Flachdrücken oder Aufblasen der Folie zu unterstützen; Der erforderliche Fluidumdruck wird in den Abschnitt 19 der Schlauchfolie mittels einer rohrförmigen Sonde eingeführt und aufrechterhalten, welche durch den Kern der Strangpresse, durch den Kühlabschnitt der Folie und schliesslich zwischen den Führungswalzen 20 und 15 verläuft, wie beschrieben.
Es ist zu beachten, dass zahlreiche Modifikationen an der beschriebenen Vorrichtung angebracht werden können, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu überschreiten. Insbesondere können andere Mittel zur Regulierung der durch den flachen Abschnitt der Folie fliessenden Fluidummenge verwendet werden. Beispielsweise kann der exzenterische Teil der Walzen in Fig. 2 ersetzt werden durch ein elastisches, aufblasbares Organ, um den erforderlichen veränderlichen Druck auf die flache Schlauchfolie auszuüben, oder es können, wie oben erwähnt, anstelle einer einzelnen Vorrichtung zur Ausübung veränderlichen Druckes in der Mitte der Folie solche Vorrichtungen an beiden Faltstellen der flachen Folie angebracht werden.
Es ist ferner zu beachten, dass, obwohl das beschriebene Verfahren in erster Linie dazu bestimmt ist, orientierte Folien von schlauchförmiger Endform herzustellen, die Folie trotzdem auf Wunsch unterhalb der Kristallisierblase aufgeschnitten und wie eine oder mehrere Längen einer flachen Folie aufgewickelt werden kann. Obwohl die Erfindung unter besonderer Berücksichtigung der Kristallisation der orientierten Folie beschrieben wurde, können ausserdem dieselben Operationsgrundlagen für andere Verfahren verwendet werden, welche das Aufblasen von zwei oder mehr Abschnitten einer kontinuierlich vorrückenden rohrförmigen Folie mittels unterschiedlichen inneren Fluidumdruckes umfasst, wie beispielsweise für das bereits erwähnte Falten.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht im allgemeinen den Fluss des Fluidums durch den annähernd flachen Abschnitt der Folie zu verhindern, wie auch zu regulieren; in gewissen Fällen kann man beobachten, dass das Entweichen von Fluidum aus dem weiteren Ende des aufgeblasenen Abschnittes so langsam erfolgen kann, dass es den Eintritt des Fluidums abschneidet und. oder Druck nur zeitweise eingestellt werden muss. Dies trifft insbesondere zu bei : dem in Fig. 3 dargestellten Ver- fahren, bei welchem es unerwünscht ist, dass Luft in der Folie unterhalb der Führungswalzen 21 verbleibt; ist daher der gewünschte Druck im Abschnitt 23 der Folie hergestellt, so wird es üblicherweise notwendig sein, jeden weiteren Luftzufluss durch das Durchlassorgan der Führungswalze 20 zu verhindern.
Zeitweise Einstellung kann jedoch erforderlich sein, um geringe Verluste nach den Führungswalzen oder durch Fehler in der Folie zu kompensieren.
In anderen Fällen, insbesondere wenn die Folie aufgeschnitten wird, wird ein Lecken am weiteren Ende genügen, um die kontinuierliche Zufuhr von Luft durch das Durchlassorgan der Führungsrollen zu erfordern.
Thermoplastische, polymere Materialien, die nach obigem Verfahren zu rohrförmigen Folien geformt oder als solche behandelt werden können, umfassen beispielsweise: lineare aromatische Polyester von hohem Molekulargewicht wie Polyäthylenterephthalat, Nylon, Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Vinylchlo ridlVinylidenchlorid-Copolymere und Chlorkautschuk.
Infolge der besonderen Eignung von Schlauchfolien aus Polyäthylenterephthalat zur Verwendung als Verpackungsmaterial und infolge der zu ihrer Herstellung angewandten Folge von Verf ahrens- schritten ist die Erfindung von besonderem Vorteil für die Herstellung von Folien aus Polyäthylenterephthalat in orientierter schlauchartiger Form.