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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gereckten Folien aus
thermoplastischen organischen Polymeren Es ist bekannt, daß Folien aus gewissen
thermoplastischen organischen Polymeren beim mechanischen Ausdehnen (Reckung in
zwei Dimensionen) auf ein Vielfaches ihrer ursprünglichen Fläche eine Orientierung
ihrer zunächst ungeordneten Kettenmoleküle (Knäuelform) und damit gleichzeitig eine
wesentliche Verlesserung ihrer Festigkeitseigenschaften erfahren.
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13beispiele für derartige Materialien sind Polyamide (Polymerisate
oder Polykondensate), Polyurethane (Polyadditionsprodukte), Polyäthylen und Polyvinylverbindungen
(Polymerisate) sowie deren Derivate und Mischpolymerisate.
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Das Recken der Folie erfolgt im kontinuierlichen Arbeitsgang im allgemeinen
unmittelbar nach dem Spritzen, Kalandrieren oder Gießen, wobei zum Erreichen optimaler
mechanischer Kennziffern vor allem bestimmte Temperaturen in gewissen Grenzen einzuhalten
sind. Die heiß aus der Maschine kommende Folie muß - besonders heim Spritzen aus
einer Schneckellpresse mit Breitschlitzdüse gewöhnlich auf die optimale Temperatur
gekühlt werden bevor der Reckprozeß beginnt. In manchen Fällen kann die erforderliche
Temperatur ohne weitere Hilfsmittel erreicht werden, weiln die Folie eine bestimmte
Wegstrecke im freien Luftraum durchläuft. In anderen Fällen ist eine zusätzliche
Kühlung durch Luft oder andere Kühlmittel erforderlich. Nian findet aber auch eine
Arbeitsweise, bei der die Folie zunächst unter die zum Recken erforderliche Temperatur
gekühlt und bis zu dem gewünschlen Wert wieder aufgeheizt wird.
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Das Recken wird entweder nacheinander in Längs-und Querrichtung,
gelegentlich auch in umgekehrter Reihenfolge, oder aber in beiden Richtungen gleichzeitig
durchgeführt. Die Querreckung ist der weitaus schwierigere Teil dieses Prozesses.
insbesondere wegen der gleichmäßigen Erfassung der Folienränder durch Greifwerkzeuge
od. dgl. Aber selbst bei gleichmäßiger Seitwärtsbewegung der Folienränder ist noch
keineswegs die Gewähr dafür gegeben. daß die gereckte Folie in allen Teilen die
gleiche Beschaffenheit aufweist. Praktisch werden meist erhebliche Unregelmäßigkeiten
in Querrichtung der Folie festgestellt.
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Besonders auffallend ist, daß die Dicke der gereckten Folie oft in
den einzelnen Teilen ihres Querschnittes sehr unterschiedlich ist. Diese Unterschiede
imlerhall) eines Querschnittes sind in gewissem Maße schon in der ungereckten Folie
zu beobachten. Sie haben ihre Ursache in der unterschiedlichen Verteilung der thermoplastischen
Masse sowohl vor dem Erreichen des formgebenden Werkzeuges (Spritzdüse, Kalanderwalzen,
Streichmesser usw.) als auch in dem Werkzeug selbst. Die Dickenunterschieide werden
jedoch durch die Breitreckung ganz erheblich - unter Umständen bis zur Bildung von
Rissen im Längsverlauf
der Folie - verstärkt, da die Querreekung der den einzelnen
Querschnittelementen entsprechenden Längsstreifen der Folie bei gleicher Materialternperatur
in reziprokem Verhältnis zu ihrer ursprünglichen Dicke steht. Die natürliche Abkühlung,
welche ebenfalls in einer reziproken Beziehung zu der Dicke der einzelnen Streifen
steht, reicht im allgemeinen nicht aus, um diesen Effekt aufzuheben. Nach dem Verfahren
gemäß der Erfindung können die Dicke unterschiede im Querschnitt der Folie auf einen
sehr engen Toleranzbereich dadurch reduziert werden, daß die heiße Folie vor dem
Breitrecken einer Kühlung unterworfen wird. welche für die den einzelnen Quersehnittelemeuten
entsprechenden Längsstreifen unterschiedlich ist und von diesen selbsttätig nach
Maßgahe ihrer Dicke in dem Sinne gesteuert wird, daß Streifen größerer Dicke eine
schwächere und solche geringerer Dicke eine stärkere Kühlung erfahren.
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Zum Erreichen dieses Zieles dient gemäß der Erfindung eine Vorrichtung,
welche im wesentlichen aus einem quer zur Laufrichtung der Folie angeordneten und
ihre volle Breite deckenden Kühlluftverteiler mit einer durchgehenden oder in einzelne
Elemente unterteilten Breitschlitzdüse oder einer Gruppe unmittelbar nebeneinanderliegender
einzelner Düsen besteht, die der Folienol)erfläche mit Hilfe geeigneter Stellmittel
bis auf einen geringen Abstand genähert werden können. Wenn die Düsenöffnungen eine
der Folienoberfläche parallele gerade Linie bilden, wird der aus dem einzelnen Düsenelement
bzw. der einzelnen Düse austretende und in Laufrichtung der Folie oder in entgegengesetzter
Richtung abfließende Kühlluftstrom (Luftmenge pro Zeiteinheit) um so stärker sein,
je größer der Abstand zwischen dem Düsenelement bzw. der Düse und der Folie ist,
d. h. je dünner der an der Düse vorbeilaufende Streifen ist, während umgekehrt die
dickeren Flächenteile schwächer gekühlt werden.
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Bei dem unmittelbar nach Einstellung dieser Temperaturverteilung erfolgenden
Breitrecken werden dann die höher temperierten dicken Streifen sich relativ mehr
dehnen als die niedriger temperierten dünnen Streifen, so daß bei richtiger Einstellung
des Kühlluftdruckes und geeigneter Dimensionierung der Düsen im Endeffekt Folien
mit einer in Querschnittrichtung sehr guten Dickenkonstanz erhalten werden. Dabei
soll der Kühlluftbehälter zur Versorgung des Verteilers ausreichend bemessen sein,
um einen praktisch konstanten Betriebsdruck aufrechterhalten zu können.
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Die Zeichnung zeigt in schematischer Weise Ausführungsbeispiele einer
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit Walze (räumliches Schema), Fig. 2
den Kühlluftverteiler mit Düse (Querschnitt), Fig. 3 den Kühlluftverteiler mit Düsen
(Frontalansicht), Fig. 4 die Wirkungsweise der Vorrichtung (Schema), Fig. 5 die
Doppelanordnung (Seitenansicht).
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung läuft die Folie 1 über
eine Walze 2. Der Kühlluftverteiler 3 mit Düsen 4 ist parallel zu der Berührungslinie
zwischen Folie und Walze so angeordnet, daß jede einzelne Düse mit Hilfe der aus
Fig. 2 ersichtlichen Stellmutter 5 in Verbindung mit der Spindel 6 der Folie bis
auf einen geringen Abstand genähert werden kann.
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Damit die an den einzelnen Düsen vorhandenen Dickenunterschied,e der
Folie sich in der gewünschten Weise auf die einzelnen Luftströme auswirken, wird
die Folie 1 mit einem gewissen Umschlingungswinkel über die Walze 2 geführt.
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Druck und Temperatur der Kühlluft müssen in jedem Falle aufeinander
sowie auf die jeweiligen Be triebsverhältnisse (Art und Solldieke der Folie, Laufgeschwindigkeit
der Folie, Eigentemperatur der Folie vor Einlauf in die Kühlzone, geforderte Temperatur
beim Reckvorgangn Raumtemperatur usw.) abgestimmt werden. Ist die Kühlwirkung auf
die Folie zu stark für den anschließenden Reckvorgang, so besteht ohne weiteres
die Möglichkeit, an Stelle des raumtemperierten Luftstromes einen solchen zu verwenden,
dessen Temperatur zwischen der Raumtemperatur und der Folientemperatur liegt. Ebenso
ist bei der Auswahl des Walzenmaterials (Metall, Nichtmetall, Metall mit Nichtmetallmantel
usw.) die durch dieses hervorgerufene Wärmeableitung zu berücksichtigen.
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Auch kann es zweckdienlich sein, die Walze selbst mit Heiz- oder Kühlmitteln
zu versehen.
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Ferner können statt Luft auch andere gasförmige Kühlmittel sowie
auch Gas-Flüssigkeits-Gemenge (vernebelte Flüssigkeiten) oder Gas-Festkörper-Gemenge
(zerstäubte Festkörper) verwendet werden. Bei Verwendung nicht rein gasförmiger
Stoffe sind selbstverständlich vor dem Aufwickeln der Folie entsprechende Abstreifer
od. dgl. vorzusehen. Bestimmend für die Auswahl des Kühlmittels ist neben chemischen
Gesichtspunkten (eventuell Einwirkung auf die heiße Folie) die Forderung, daß die
einzelnen Kühlluftströme im Bereich ihrer größten Wirksamkeit nicht so dureheinanderwirbeln
dürfen, daß die angestrebte Kompensation (der Dickenunterschiede durch Temperaturunterschiede)
in Frage gestellt wird.
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Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist angenommen, daß die Führung der
heißen Folie 1 über eine Walze 2 keine Schwierigkeiten bereitet. Diese Voraussetzung
wird z. B. von Polyvinylchlorid erfüllt. Dagegen
neigen andere thermoplastische Folien,
wie z. B. Pa äthylen und Polyamide, in heißem Zustand zum Ankleben an den mit ihnen
in Berührung kommenden Flächen. Für diese Materialien empfiehlt sich eine Anordnung
beispielsweise nach Fig. 5, hei der die (z. B. gespritzte) Folie zwischen zwei Kühlluftverteilern
3 und 3' mit Düsen frei hindurchgeführt wird, welche aus gemeinsamer Quelle mit
Kühlluft gespeist werden.
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Hier stellt sich die Kühlwirkung in dem einzelnen Folienstreifen nach
der Summe der Folienabstände von der unteren und oberen Düse ein.
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Eine andere Möglichkeit, das Ankleben der Folie 1 an der Walze 2
zu vermeiden. ist die Verwendung eines Walzenmantels aus TetrafluoräthD,-len (welches
unter den Handelsnamen »Teflon«, »Fluon« u. a. bekannt ist). Dieses Material ist
bis zu etwa 2500 C wärmebeständig und läßt keinerlei Fremdkörper an seiner Oberfläche
ankleben.
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Weiter besteht die Möglichkeit, den einzelnen Düsen und ebenso den
einzelnen Abschnitten einer Breitschlitzdüse eine Voreinstellung in dem Sinne zu
gehen, daß der mittlere Teil der heißen Folie, welcher bekenntlich gegenüber den
Rändern meist eine gewisse Übertemperatur aufweist, relativ stärker gekühlt wird.
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Eine solche Voreinstellung der Düsen kann sowohl an der Düsenöffnung
selbst als auch durch Variieren ihres Abstandes von der Folie bewirkt werden.
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PATENTANSPRX;CHE 1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von
gereckten Folien aus thermoplastischen organischen Polymeren, dadurch gekennzeichnet,
daß die heiße Folie, bevor sie einer Reckung in ihrer Querrichtung unterworfeii
wird, eine Kühlung erfährt, welche für die den einzelnen Onerschnittelementen entsprechenden
Längsstreifen unterschiedlich ist und von diesen selbsttätig nach Maßgabe ihrer
Dicke in dem Sinne gesteuert wird, daß Streifen größerer Dicke eine schwächere und
solche geringerer Dicke eine stärkere Kühlung erfahren.