Verfahren zur llerstellung von blasenfreien Bahnen aus thermoplastischem Kunststoff und Vorrichtung zu seiner Durchführung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von blasenfreien Bahnen aus thermoplastischem Kunststoff und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Erfindung dient vorteilhaft der Herstellung von Bahnen, deren Dicke einen gewissen Mindestwert, etwa 0,6 mm, überschreitet. Unter thermoplastischen Massen sind Kunststoffe aller Art zu verstehen, die in einen plastischen Zustand versetzt werden können, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polyamide und dgl. In gleicher Weise lassen sich auch beispielsweise Melamine mit dem erfindungsgemässen Verfahren verarbeiten.
Unter Bahnen werden in diesem Zusammenhang vorzugsweise flächige Erzeugnisse von beliebig grosser Länge verstanden, doch sollen unter diesen Begriff auch kürzere Erzeugnisse, etwa Tafeln oder Platten beschränkter Länge, fallen.
Es ist bekannt, dass auf den üblichen Drei- oder Vierwalzenkalandern, wie sie in der Gummi- oder Kunststoffindustrie zur Herstellung von Folien verwendet werden, Folien über einer Stärke von 0,6 bis 0,8 mm in brauchbarer Qualität und mit entsprechender Oberfläche nur sehr schwierig herstellbar sind. Bei Bahnen ab dieser Stärke treten Bläschenbildungen im Inneren und Sinkstellen sowie ruppige Stellen und Gasdurchbrüche an der Oberfläche auf, die beispielsweise unter dem Namen Krähenfüsse bekannt sind. Bei manchen Stoffen, beispielsweise Polyäthylen, wird überhaupt keine glatte Oberfläche erreicht. Die Folie hat vielmehr eine kreppartige Oberfläche. Andere Stoffe wieder sind auf Kalandern in herkömmlicher Weise nicht verarbeitbar, z. B. schlagfestes Polystyrol oder Polypropylen.
Zur Herstellung stärkerer Folien kann zwar ein Extruder mit Breitschlitzdüse verwendet werden; doch ist die Leistung derartiger Maschinen in der Zeiteinheit relativ gering.
Die Verwendung von Extrudern mit Breitschlitzdüse erfordert eine sehr sorgfältige Materialaufbereitung, teure Stabilisierung, sehr zeitraubende Stärkeeinstellung und Reinigung und begrenzte Musterungsmöglichkeit mit mässigem Ausstoss. Um unter Verwendung eines Kalanders in herkömmlicher Weise dickere Bahnen herstellen zu können, musste man bisher mehrere Folien erzeugen und diese nachträglich aufeinander doublieren oder unter Hitzeeinwirkung zusammenpressen. So werden z. B.
Bodenbeläge in Stärken von 2 bis 4 mm aus 3 bis 10 Schichten aufgebaut. Dieser Vorgang ist umständlich und wirtschaftlich gesehen aufwendig.
Andere bekannte Verfahren zur Herstellung von dickeren bahnförmigen Gebilden, Bändern oder Profilen nützen den Nachlieferdruck des Spaltes eines bewegten Walzenpaares über die gesamte Breite aus, um das von einer Rakel abgenommene und sich zwischen zwei Düsenlippen stauende Material auszupressen. Das pulverförmige Material wird in beiden Fällen direkt in den Walzenspalt aufgegeben, so dass die gesamte Erhitzungs-, Plastifizierungs- und Entgasungsarbeit samt Nachlieferdruckerzeugung in einem Walzenspalt vollzogen werden muss. Das Zusammenfassen aller Prozesse in einem Walzenspalt begrenzt die Einsatzfähigkeit der Vorrichtung auf Produkte, die nicht homogen und blasenfrei sein müssen (z. B. Bremsbeläge), oder senkt den Ausstoss so weit, dass die Vorrichtung keine wirtschaftliche Fertigung erlaubt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Mängeln und Unzuträglichkeiten abzuhelfen. Das erfindungsgemässe Verfahren kennzeichnet sich dadurch, dass der Kunststoff dem Spalt der Walzen in plastischem oder geschmolzenem Zustand in Form einer maximal 0,4 mm dicken, homogenen, einseitig frei zugänglichen Schicht auf einer bewegten Unterlage zugeführt und zu einer im Vergleich zur Schicht dickeren Bahn ausgepresst wird.
Vorteilhaft wird mit der Kunststoffschicht eine zusätzliche Bahn in den Spalt der Walzen eingeführt und zusammen mit der Kunststoffschicht in der Düse einer Stauung unterworfen.
Zweckmässig wird mit der Kunststoffschicht eine zusätzliche Bahn als Deckschicht auf der Oberfläche der die dickere Kunststoffbahn tragenden Walze in den Spalt der Walzen eingeführt.
Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete und bestimmte Vorrichtung weist ein Walzenpaar und eine diesem nachgeschaltete, den Kunststoff stauende Breitschlitzdüse auf, deren Schlitzweite grösser ist als die Dicke der durch den Walzenspalt hindurchtretenden Kunststoffschicht. Es sind ferner eine Unterlage zur Lieferung des Kunststoffes in einer Schicht und Rakeln vorgesehen, deren Aufnahmekanten mit den Oberflächen der Walzen zusammenwirken, wobei der Walzenspalt an der Abnahmeseite der Unterlage angeordnet ist. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage bewegbar und auch beheizbar ist.
Die als Ausgang des Verfahrens dienende Schicht von höchstens 0,4 mm wird erhalten, indem man das Material in plastische oder geschmolzene Form bringt; hierbei ist es zweckmässig, die bewegte Unterlage selbst heizbar auszuführen. Die heizbare Oberfläche besitzt zweckmässig die Form einer endlosen umlaufenden Unterlage oder Walzenoberfläche, gegen deren die plastische Masse in dünner Schicht tragende Seite eine Rakel angestellt ist, die an der Kante eines Düsenkörpers befestigt ist, der mit einer Gegenfläche eine kalibrierende Breitschlitzdüse bildet.
Durch diese Zuführung des Kunststoffes wird erreicht, dass der Kunststoff ohne Gaseinschlüsse in den Stauraum gelangt, so dass auch die stärkere Bahn blasenfrei ist. Auf diese Weise lässt sich unter Verwendung von Kalanderwalzen eine blasenfreie Bahn aus Kunststoff in einer zur Verwendung als Fussbodenbelag geeigneten Stärke auf wirtschaftliche und einfache Weise herstellen. Bisher musste man entweder mehrere dünnere Schichten, die auf Kalandern hergestellt wurden, zusammenfügen oder aber sich der Extrudierung bedienen. Das erfindungsgemässe Verfahren gibt daher die Möglichkeit, Kunststoffbahnen grösserer Stärke in einer besonders wirtschaftlichen Weise blasenfrei herzustellen.
Das vorliegende Verfahren macht es auch möglich, zusätzlich zu der von der bewegten Unterlage herangeführ- ten plastischen oder geschmolzenen, homogenen Masse eine mindestens vorerst feste Bahn in das Endprodukt einzuarbeiten, um die Bahn mit einer besonderen Auflage oder mit einer besonderen Einlage auszustatten.
Die Erfindung weist somit gegenüber den bekannten Verfahren den Vorteil auf, dass ein an sich einwandfrei homogenisierter Film zu einer vornehmlich wesentlich stärkeren Folie oder Platte als bisher in einem Kalander möglich, oder zu Profilen, verformt wird, bevor noch Gelegenheit zu Luft- oder Gaseinschlüssen oder zur Bildung von anderen Inhomogenitäten besteht, wobei der Nachlieferdruck des letzten Walzenpaares eines Kalanders oder einer ähnlichen Einrichtung in bekannter Weise als Förderdruck ausgenützt wird. Bei Materialien, die bei längerem Einwirken von Hitze Zerfallserscheinungen zeigen, ist ausserdem gewährleistet, dass kein Materialteilchen länger als für die Verarbeitung erforderlich der Wärme ausgesetzt ist, weil keine sogenannten toten Stellen vorhanden sind.
Einige Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens sind nachstehend anhand der Zeichnung noch etwas ausführlicher erläutert. In der Zeichnung zeigen in rein schematischer Weise:
Fig. 1 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge mässen Verfahrens,
Fig. 2 bis 7 zwei weitere praktische Verwirklichungsformen der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
In Fig. 1 sind mit 1 und 2 Walzen bezeichnet, über welche eine Unterlage, beispielsweise in Form eines be heizten, endlosen Stahlbandes 3 geführt ist und auf wel- ches mittels eines pulverförmigen Kunststoffes enthaltenden Behälters 4 eine dünne Schicht 5 dieses Kunststoffes aufgetragen wird. Die geschmolzene Schicht 5, welche während der Verweilzeit auf dem erhitzten Stahlband 3 flüchtige Bestandteile abgibt und sich entlüftet, wird mittels eines als Rakel wirkenden Schabers 6 von dem Stahlband 3 abgenommen, wobei ein Barren 7 zusammen mit dem Schaber 6 eine Breitschlitzdüse bildet.
Mit 8 ist eine Gegenwalze bezeichnet, welche mit der Walze 2 den das Material nachliefemden Spalt bildet.
Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist die folgende:
Die von dem Stahlband 3 zur Breitschlitzdüse transportierte und durch den zwischen den beiden Walzen 2 und 8 liegenden Spalt nachgelieferte plastische Masse wird durch die Reibungskräfte von der Breitschlitzdüse gestaut, wodurch sich zunächst der Spalt der Breitschlitzdüse mit Masse füllt. Als Folge des Spaltes zwischen den Walzen 2 und 8 setzt sich dieser Stau nicht nach vorne, das heisst in Richtung des Behälters 4 fort; der Druck des nachkommenden Materials verursacht vielmehr ein Austreten der Bahn aus der Breitschlitzdüse.
Dabei ist es zweckmässig, die Temperatur des Materials in der Breitschlitzdüse entsprechend einzuregeln, wozu es bei Beginn der Arbeit angebracht ist, die Breitschlitzdüse zu beheizen und sie dann später, wenn sie von der durch Reibungswärme erhitzten Masse genügend heiss geworden ist, zu kühlen.
Die Fig. 2 zeigt eine kalanderartige Vorrichtung zur Herstellung von PVC-Folien in einer Stärke von über 0,6 mm. Auf einem Kalander bekannter Bauart, beispielsweise Vierwalzen-F-Kalander mit den Walzen 9 bis 12 wird in bekannter Weise eine Folie hergestellt, die nach dem letzten Walzenspalt von einer Rakel von der Walze 11 abgenommen wird. Diese Rakel sitzt an einem kreisbogenförmigen Düsenkörper 13, der gemeinsam mit der Walze 12 eine Art Schlitzdüse bildet, durch welche die Bahn in ihrer Endstärke ausgepresst wird und mittels einer Abziehwalze 14 von der Walze 12 abgenommen wird.
Diese Walze 12 ist in dem gleichen Masse langsamer angetrieben als dem Unterschied in der Stärke des Films auf der Walze 11 und der Endstärke der Bahn entspricht; der Nachlieferdruck wird hier also durch eine gleichgerichtete Abzugskraft, die von der Walze 12 aufgebracht wird, in seiner Wirkung vergrössert. Auch in diesem Falle kann die Rakel an den Düsenkörper 13 gegenüber der Walze 11 mit einem geringen Schutzspalt eingestellt sein. Die Lippe des Düsenkörpers 13 ist gegenüber der Walze 12 mit Schrauben justierbar. Der Düsenkörper 13 hat ausserdem Kanäle zum Heizen oder Kühlen, die der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Es kann in Stellungen gebracht werden, in welchen die Innenfläche desselben nicht zentrisch zur Mitte der Walze 12 ist.
Hierdurch kann der Querschnitt des Stauraumes verändert werden, um beispielsweise eine zusätzliche Kompression des verarbeiteten Materials zu erreichen.
Die Verwendung einer Walzenanordnung in der Art eines Ziehkalanders zur Durchführung des Verfahrens erlaubt es, namentlich zähe Materialien, also Werkstoffe mit einem weiten Erweichungsbereich, zu verarbeiten.
Das Material wird durch den Durchgang durch mehrere Walzenspalte unter der Einwirkung von Hitze, Druck und Friktionsreibung sehr schnell erhitzt, komprimiert, entlüftet und geknetet und kann dabei als dünne Schicht auf den heissen Walzenoberflächen flüchtige Bestandteile abgeben.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 bilden ähnlich wie die Anordnung nach Fig. 2 zwei Walzen 15, 16 einen Austrittsspalt, aus welchem jedoch in einen aus zwei Rakeln 17, 18 gebildeten Stauraum unmittelbar gefördert wird. Aus dem Spalt der beiden letzten Walzen 15, 16, die wiederum mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben werden können, tritt eine Folie aus, die gewöhnlich auf der Walze 16 haftet und in gleichfalls bekannter Weise von dieser abgezogen werden kann. Der gebildete, abgerakelte Film staut sich zwischen den Ra keln 17 und 18, bis er den gesamten Zwischenraum zwischen denselben ausfüllt. Er wird dann durch die Wirkung des Nachlieferdruckes des Spaltes zwischen den Walzen 15, 16 als wesentlich stärkere Bahn 19 aus der Breitschlitzdüse ausgepresst, welche durch verstellbare Lippen und Schrauben 20 justiert werden kann.
Die beiden, die Hälften der Breitschlitzdüse bildenden Ra keln 17, 18 sind über Bohrungen heiz- und kühlbar und mittels Spindeln 21, 22 justierbar. Es hat sich als zweckmässig herausgestellt, die Rakeln 17, 18 nicht ganz an die betreffende Walze 15, 16 heranzuführen, sondern zur Vermeidung metallischer Berührung und erhöhten Verschleisses einen geringfügigen Spalt vorzusehen.
Es ist auch möglich, den den Walzen 15, 16 abgewandten Lippen eine profilierte Form zu geben, um damit eine in Längsrichtung profilierte Bahn herzustellen.
Auf bekannte Art können die die Hälften der Breitschlitzdüse bildenden Rakel 17, 18 auch zu geschlossenen Düsen vereinigt werden, um dadurch ein oder mehrere Profilbänder beträchtlicher Dicke zu erzeugen.
Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt es auch, zusätzlich zu den bahnbildenden, von der bewegten Unterlage herangeführten Filmen eine oder mehrere fremde Folien oder sonstige Bahnen in das Endprodukt einzuarbeiten. Beispielsweise kann man eine zur Bildung einer abriebfesten Oberfläche bestimmte Bahn 23 (Fig. 2) auf die Walze 12 mit einer der Umfangsgeschwindigkeit dieser Walze 12 entsprechenden Translationsgeschwindigkeit auflaufen lassen.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 kann man eine zusätzliche Bahn 24, die gegebenenfalls perforiert sein möge und/oder eine zusätzliche Folie 25, die auf den Umfang der Walze 16 aufläuft, in den Spalt der Walzen 15, 16 einführen. Diese zusätzliche Folie 25 kann so beschaffen sein, dass sie im Stauraum oder noch früher schmilzt und sich alsdann mit dem Bahnmaterial verbindet, beispielsweise um als Füllmaterial zu wirken; sie kann aber auch erhalten bleiben und alsdann im Stauraum gefältelt werden. Sie könnte auch aus einem Material bestehen, welches unter Hitzeeinwirkung gasabgebend ist, so dass man zu der Bahn 19 kommt, welche einen schaumstoffartigen Kern aufweist.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4 wird mit der Kunststoffschicht eine weitere Bahn 26 als Deckschicht dem Spalt der beiden Walzen 11, 12 zugeführt.
Im Unterschied zu der Ausführung nach Fig. 4 liegt bei der Anordnung gemäss den Fig. 5 und 6 der Düsenkörper 13 zwischen den Walzen 10 und 11. Dadurch, dass der Düsenkörper 13 in Verbindung mit der Walze 11 die Bahn 19 herstellt, ist es möglich, in dem Spalt der beiden Walzen 11 und 12 zu kalibrieren.
Bei dem Kalander nach Fig. 7 der Zeichnung hat der Düsenkörper 13 drei gewölbte Flächen, von welchen sich die dritte Fläche an einen Teil der Walze 12 rakelartig anschmiegt.