DE102010011864A1

DE102010011864A1 - Verfahren zur Online-Ermittlung mechanischer und/oder optischer Eigenschaften einer Kunststofffolie

Info

Publication number: DE102010011864A1
Application number: DE102010011864A
Authority: DE
Inventors: Alois Körber
Original assignee: Brueckner Maschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Brueckner Maschinenbau De GmbH
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2011-09-22
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: DE102010011864B4

Abstract

Ein verbessertes Verfahren zur Online-Ermittlung mechanischer und/oder optischer Eigenschaften einer Kunststofffolie (1), insbesondere zur Ansteuerung einer Kunststofffolien-Produktionsanlage zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus – die Kunststofffolie (1) wird online an verschiedenen quer zur Längs- und/oder Abzugsrichtung (MD, 7) der Kunststofffolie (1) liegenden Messstellen berührungslos vermessen, – mittels einer Mess- oder Auswertstufe werden die messstellenabhängigen Slow-Axis-Richtungswerte oder damit korrelierende Werte an mehreren quer zur Kunststofffolie (1) liegenden Messwerten ermitteln, und – die gemessenen und ermittelten messstellenabhängigen Richtungswerte der Brechungsindizes und/oder für die Slow-Axis (S. A.) und/oder die Fast-Axis (F. A.) werden als direkte oder mittelbare Steuerungsgröße neben anderen Steuerungsgrößen zur Steuerung einer Kunststofffolien-Produktionsanlage verwendet, insbesondere zur Veränderung der Temperatursteuerung und/oder der Reckbedingungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Online-Ermittlung mechanischer und/oder optischer Eigenschaften einer Kunststofffolie, insbesondere zur Ansteuerung einer Kunststofffolien-Produktionsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine entsprechende Folien-Produktionsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 14.
Bei einem Folienherstellungsprozess wird bekanntermaßen das Grundmaterial aus Granulat und Additiven in einem Hauptextrusions- und/oder Koextrusions-Schritt z. B. in einer Ring- oder Breitschlitzdüse zu einem Vorfilm extrudiert. Dieser Vorfilm wird dann aus der Düse abgezogen und abgekühlt. Bereits in diesem frühen Verfahrensschritt erfolgt eine erste Beeinflussung der Morphologie des Films bezüglich seiner Kristallstruktur und einer eventuellen Vororientierung.
Anschließend wird bei der Folienproduktion üblicherweise ein derartiger Vorfilm in Längsrichtung oder Querrichtung oder in zwei aufeinander folgenden Schritten sowohl in Längs- als auch in Querrichtung (oder umgekehrt) zu einem dünnen Kunststofffilm gereckt. Dabei kann der Reckprozess auch in einer Simultan-Reckanlage gleichzeitig in Längs- und Querrichtung erfolgen. Ebenso kann der Reckprozess aus Kombinationen von mehr als zwei Reckschritten bestehen, wobei jeder einzelne Reckschritt wiederum in Längs- oder Querrichtung bzw. in gleichzeitiger Längs- und Querrichtung erfolgen kann. Es wird insoweit auf bekannte Folienreckanlagen verwiesen.
Aber auch bei diesen Reckschritten unterliegt der Kunststofffilm einer weiteren Veränderung seiner Kristallstruktur, d. h. vor allem einer Veränderung bezüglich der Orientierung der Polymerketten, und zwar unabhängig davon, ob (wie vorstehend ausgeführt wurde) es sich dabei um eine uniaxiale, biaxial-sequentielle biaxial-simultane Reckung oder um Kombinationen daraus handelt.
Das Gleiche gilt grundsätzlich auch für einen Annealingschritt beim Folienproduktionsprozess, bei dem in der Folie vorhandene Spannungen durch Aufheizung auf eine Temperatur knapp unterhalb der Schmelztemperatur abgebaut werden. So wird erreicht, dass die Folie im Anschluss die gewünschte Dimensionsstabilität innerhalb eines spezifizierten Temperaturbereichs und damit einen geringstmöglichen Schrumpf aufweist.
Bei der Herstellung von Schrumpffolien dagegen wird bei der Folienproduktion auf den Annealingschritt bewusst verzichtet. Die meist nur in Querrichtung gereckten Schrumpffolien werden unter anderem in der Lebensmittelindustrie z. B. zur Verpackung von Flaschen, Dosen oder Kartons verwendet. Dabei werden die zu verpackenden Objekte auf Trägern platziert, mit Schrumpffolie umwickelt und anschließend durch einen Schrumpfofen geführt, wobei die Folie auf die zu verpackenden Objekte passgenau schrumpft. Dabei wird die Bedruckung der Schrumpffolie – z. B. mit Herstellerlogos etc – in der Regel vor dem Schrumpfprozess durchgeführt.
Deshalb ist bei dieser Art von Folie in der Regel ein genau spezifiziertes Schrumpfverhalten notwendig, um z. B. ein Verzerren des Druckbildes während der Folienschrumpfung zu vermeiden.
Dabei wäre es wünschenswert möglich exakte Erkenntnisse zu erhalten, wie eine herzustellende Kunststofffolie während des Produktionsprozesses gegebenenfalls in Abhängigkeit der einzelnen Reckschritte einer Veränderung unterliegt, d. h. wie sich insbesondere die Orientierung der Polymerketten und/oder des E-Moduls etc. verändert.
Bezüglich des Schrumpfungsprozesses einer Folie nach Abschluss der Reckschritte ist bereits gemäß der EP 0 917 945 B1 vorgeschlagen worden, ein kontinuierliches Verfahren zur Regelung des Schrumpfes während des Abziehens der Folie von einem Kalander durchzuführen, wozu der Schrumpf über die Folienbreite und -länge anhand des Dichroismus oder der Doppelbrechung der Folie gemessen wird. Dazu wird vorgeschlagen, dass der Schrumpf der Folie laufend in der Mitte und am Rand der Folie gemessen wird, um aus einem gemittelten Schrumpf für die Mitte und den Rand aus einer Anzahl von laufend gemessenen Schrumpfwerten einen Schrumpfunterschied zu bilden und in Abhängigkeit davon einen Parameter, wie beispielsweise die Friktion und die Umlaufgeschwindigkeit zwischen der letzten Kalanderwalze und der ersten Abzugswalze, die Temperatur- und Umlaufgeschwindigkeit der Kalander- und Abzugswalzen zu ändern. Dadurch soll der Schrumpfunterschied innerhalb einer minimalen Abweichung gehalten werden.
Ein weiteres Kriterium zur Beurteilung der Folienqualität ist das sogenannte Bowing. Es handelt sich dabei um die Ermittlung des Krümmungswertes eines vorher aufgebrachten Linienmusters einer orientierten Polymerfolie.
Dabei wird als sogenanntes ”geometrisches Bowing” jener Effekt bei der Folienproduktion verstanden, bei dem sich eine vor dem Längs- und/oder Breitreckschritt senkrecht zur Folienlaufrichtung aufgebrachte Linie während der Breitreckung im sequentiellen Reckprozess bzw. während der Längs- und Breitreckung in einem simultanen Reckprozess in eine bogenförmige Linie verformt. Bei Folien mit einem zusätzlich zur Verstreckung stattfindenden Schritt des Annealings eilen dabei die Ränder der Folienmitte voraus. Meist wird der Wert des geometrischen Bowings dabei in Prozent angegeben, und zwar in dem Verhältnis bezüglich der maximalen Auslenkung der bogenförmigen Linie in Millimetern bezogen auf die Arbeitsbreite der Folienbahn (ebenfalls in Millimetern).
Bei gegenüber der Folienmitte in Abzugsrichtung vorauseilenden Folienrändern spricht man von einem positiven Bowing. Grundsätzlich gibt es aber auch Situationen, in denen die Folienränder der Folienmitte nacheilen können, wobei man in diesem Fall von einem negativen Bowing spricht (ein negatives Bowing kann beispielsweise während des Annealings in der Schrumpfphase der Folie auftreten.
Um dieses geometrische Bowing zu erfassen, wird beispielsweise gemäß der EP 1 980 387 B1 vorgeschlagen, dass vor einer sequentiellen oder simultanen Reckung einer Folie vor dem Einlauf in die Reckanlage die Oberfläche der Polymer-Folie markiert wird, üblicherweise unter Verwendung eines regelmäßigen Musters, meist in Form eines Schachbrettmusters (zumindest aber in Form von quer zur Abzugsrichtung versetzt zueinander verlaufenden Linien), um dann nach der Reckung am Auslauf der Reckanlage die meist auftretende bogenförmige Verzerrung (also das geometrische Bowing) des Musters festzuhalten. Aus der prozentualen Abweichung von der Durchbiegung des Musters gegenüber der ursprünglich aufgebrachten geraden Linie (quer zur Abzugsrichtung der Folie) können dann Rückschlüsse auf die Orientierung des Polymerfilms gezogen werden.
In Abhängigkeit der so bestimmten Eigenschaften der Folie kann dann in einem nachfolgenden Schritt die Anlage entsprechend abweichend eingestellt werden, um zu besseren Folienqualitäten zu gelangen.
Eine ausführliche Analyse des Bowing-Phänomens kann unter anderem auch in der Vorveröffentlichung Park, O. O.; Kim, W. S.; Park, C. I.; Yang, S.-M.: Analysis of the Bowing Phenomenon in the Tenter Process of Biaxially Oriented Polypropylene Film. (2001) In: Korean Journal of Chemical Engineering. (2001) Vol. 18, Nr. 3, S. 317–321 nachgelesen werden.
Im Übrigen ist die Bestimmung des E-Moduls ebenfalls zur Analyse der Folienqualität häufig in einem der Herstellung der Folie nachfolgenden Analyseschritt durchgeführt worden, um nach Ermittlung der entsprechenden Daten eine entsprechende Folienreckanlage neu zu justieren, um die Folienqualität zu verbessern.
Die zuletzt genannten Schritte sind allerdings sehr zeitintensiv, da sie entweder Offline erfolgen müssen (nachdem also zumindest eine gewisse Folienmenge hergestellt und die hergestellte Folie dann in einem separaten nachfolgenden Schritt untersucht wird, um im Ergebnis davon die Anlage für die weitere Folienproduktion neu einzustellen) oder das entsprechende Verfahren erfordern (wie in der zuletzt genannten EP 1 980 387 B1 ), dass während der Produktion der Folie zumindest bei Folienabschnitten Kennungslinien aufgebracht werden müssen, um anhand der Verzerrung der Linien Rückschlüsse bezüglich der Folienqualität für die nachfolgende weitere Folienproduktion anstellen zu können. In den nachfolgenden Herstellungsschritten, in denen keine Markierung auf die Folie aufgebracht wird, können keine weiteren Rückschlüsse bezüglich der hergestellten Folie gezogen werden.
Schließlich ist die eingangs genannte Online-Bestimmung der Doppelbrechung einer Kunststofffolie gemäß der EP 0 917 945 B1 nur für die Optimierung des Schrumpfungsprozesses nach Durchführung und Abschluss eines Reckprozesses geeignet.
Ferner ist aus der WO 2008/067938 A1 ein Verfahren zur Messung der Doppelbrechung und/oder der Retardation an zumindest teiltransparenten Folien bekannt geworden. Gemäß dieser Vorveröffentlichung soll mittels einer Messvorrichtung in Echtzeit, also online, eine Qualitäts- und Prozesskontrolle bei der Herstellung von Kunststofffolien durchgeführt werden, die transparent oder teiltransparent sind. Die gewonnenen Messwerte sollen dabei zur Kalibrierung spezifischer Folieneigenschaften und für verfahrenstechnische Eigenschaften herangezogen werden. Ein Beispiel für die Prozesskontrolle soll dabei die gezielte Beeinflussung der Endfilm-Eigenschaften mittels der Messung z. B. der Doppelbrechungswerte sein. Allgemein ausgedrückt werden Messgrößen bestimmt, die wie dem Fachmann geläufig, aus einer sog. Müller- oder Jones-Matrix ermittelt werden. Diese Messgrößen sind z. B. die Retardation, die Brechungsindizes oder die Fast Axis. Zur Ermittlung ist meist zusätzlich die Dicke der Folie notwendig, die mit einem standardmäßigen Dickenmessgerät geliefert wird.
Insbesondere soll gemäß der vorstehend gemachten Vorveröffentlichung die Retardation und die Doppelbrechungswerte bezüglich der zu untersuchenden Folien nullter und höherer Ordnung bestimmt werden, es sollen die Retardations- und Doppelbrechungswerte in allen drei Raumachsen ermittelt werden, es soll die Wellenlängenabhängigkeit der Retardations- und Doppelbrechungswerte erfasst und die wellenlängenabhängige Transmission bestimmt werden. Vor allem soll neben den Brechungswerten aber die Dicke der Folie mit Hilfe einer Standard-Messmethode bestimmt werden, die dann zur Ermittlung der Doppelbrechungswerte herangezogen werden kann.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung der Folieneigenschaften eines Kunststofffilms, insbesondere der optischen und/oder mechanischen Filmeigenschaften einer Polymer-Folie sowie eine Möglichkeit zu schaffen, eine entsprechende Folienanlage (insbesondere eine Folienreckanlage) mittels einer ”Online-Steuerung” so zu steuern, dass die Filmqualität gegenüber herkömmlichen Verfahren verbessert wird.
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens entsprechend den im Anspruch 1 und bezüglich der Vorrichtung entsprechend den im Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Rahmen der Erfindung wird erstmals ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung vorgeschlagen, mit der nicht nur die optischen Eigenschaften einer transparenten oder teiltransparenten Kunststofffolie (Polymer-Folie), sondern vor allem die mechanischen Eigenschaften der Kunststofffolie in einem Online-Verfahren bestimmt werden können. Dies eröffnet nunmehr erstmals ungeahnte Möglichkeiten zur tatsächlichen Qualitätsverbesserung eines herzustellenden Kunststofffilms. Denn es können in einem Realzeitverfahren die entsprechenden relevanten Daten ermittelt und unmittelbar in Abhängigkeit davon die Reckanlage stets so eingestellt und laufend nachjustiert werden, dass der herzustellende Kunststofffilm verbesserte Qualitätseigenschaften aufweist. Somit lässt sich also im Rahmen der Erfindung die sonst stets festzustellende Ausschuss-Produktion vermindern, eine Erhöhung der Filmmenge mit hervorragender Qualität sicherstellen, und zwar vor allem aufgrund einer besseren und schnelleren Kontrolle der tatsächlichen Folienqualität.
Diese erfindungsgemäßen Unterschiede sind umso überraschender, als es bisher nicht möglich war, aus Online gemessenen optischen Eigenschaften (wie z. B. die Brechungsindizes) Absolutwerte bezüglich mechanischer Folieneigenschaften, wie z. B. der E-Modul oder ein im laufenden Betrieb der Folienproduktion entstehendes Bowing zu ermitteln und entsprechende Ergebnisse unmittelbar als eine von mehreren Steuerungsgrößen während des laufenden Betriebs einer Folien-Produktionsanlage zu verwenden.
Wie sich aus der Schilderung des Standes der Technik ergibt, ist bisher schon das sogenannte geometrische Bowing herangezogen worden, um in Abhängigkeit davon (dann allerdings zeitlich versetzt) vor einem nachfolgenden weiteren Kunststofffolien-Herstellungsprozess eine entsprechende Justierung der Anlage vorzunehmen.
Überraschend ist die erfindungsgemäße Lösung auch, da – soweit ersichtlich – gemäß dem Stand der Technik kein Zusammenhang zwischen einem berührungslosen, Online messbaren charakteristischen Bowing und einem geometrischen Bowing hergestellt werden konnte. Im Rahmen der Erfindung wurde allerdings ein mehr oder weniger linearer Zusammenhang zwischen beiden ermittelt, der dazu verwendet werden kann, berührungslos das geometrische Bowing Online zu messen und diese Größe als eine unter mehreren zur Steuerung einer Folienproduktionsanlage zu verwenden.
Im Rahmen der Erfindung kann nunmehr mittels einer Polarimetrie-Messung an einer gereckten und insbesondere biaxial gereckten Folie unmittelbar das oben erwähnte charakteristische ”Bowing” ermittelt und abgeleitet werden, wobei dann im Rahmen der Erfindung das sogenannte geometrische Bowing unmittelbar bestimmt werden kann, und zwar aufgrund einer im Rahmen der Erfindung ermittelten direkten Proportionalität zum charakteristischen Bowing.
Im Rahmen der Erfindung ist aber nicht nur eine berührungslose Messung des charakteristischen Bowings und des geometrischen Bowings möglich, sondern auch eine berührungslose Messung der Richtung des größten und kleinsten E-Moduls in der Endfolie sowie der Anisotropie des E-Moduls in der Endfolie möglich. Darüber hinaus ist es ebenso möglich, die positionsabhängigen anisotropen E-Modulwerte quantitativ in einem Online-Messverfahren zu bestimmen. Auch diese Messungen können im Rahmen der Erfindung Online durchgeführt werden, so dass in einem derartigen Real-Time-Verfahren in Abhängigkeit der ermittelten Foliendaten unmittelbar während des Produktionsprozesses der Folie eine entsprechende Einstellung der Produktionsanlage für die Folienherstellung möglich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
1: eine schematische perspektivische Darstellung einer Folien-Reckanlage;
2: eine schematische Darstellung einer Messapparatur zur Ermittlung einer Vielzahl von über die Arbeitsbreite der Folie ermittelbaren Messergebnisse;
3: die Darstellung eines Koordinatensystems zur weiteren Beschreibung der Molekülorientierungen, der Slow-Axis sowie der Fast-Axis;
4: eine entsprechende schematische Darstellung auf einen Film unter Wiedergabe der Bruttoorientierungen in der Folie;
5: ein Diagramm zur Darstellung der S. A.-Orientierung in sequentiell biaxial orientierter PET-Folie;
6: eine entsprechende Darstellung zu 5, allerdings bezüglich einer biaxial orientierten PET-Folie, die nicht sequentiell in zwei Schritten hintereinander, sondern simultan in Längs- und Querrichtung gereckt wurde;
7: ein Diagramm zur Verdeutlichung eines geometrischen Bowings in einer biaxial orientierten PET-Folie;
8: ein Diagramm zur Darstellung der Slow-Axis-Steigung sowie eines geometrischen Bowings in einer biaxial orientierten PET-Folie;
9: eine schematische Draufsicht auf eine in Längs- und Querrichtung gereckte Folie mit aufgezeichneten Gitterlinien, und zwar zur Darstellung eines geometrischen und charakteristischen Bowings bei einer biaxial gereckten Folie;
10: eine Draufsicht auf eine Folie über die Arbeitsbreite hinweg, zur Darstellung des richtungsabhängigen Verlaufs des E-Moduls sowie der Orientierung in der Slow-Axis in einer biaxial orienterten PET-Folie (abhängig von der unterschiedlichen Lage der Messstelle bezogen auf die Arbeitsbreite AB;
11: eine Diagramm-Darstellung zur Wiedergabe der Differenz eines E-Moduls (max – min) als Produkt der Doppelbrechung;
12: ein weiteres Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen der Größe eines E-Moduls und dem Brechungsindex n für eine PET-Folie;
13: schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Beeinflussbarkeit des geometrischen Bowings in Abhängigkeit der Variationen des Reckprofils in Folienquerrichtung;
14: Darstellung zur Verdeutlichung der Einflussnahme auf das geometrische Bowing gB von sequentiell-biaxial gestreckten PET-Folien mittels der Variation der Annealingtemperatur;
15: Diagramm zur Verdeutlichung der Beeinflussung des Verlaufs der Slow Axis S. A. entlang der Arbeitsbreite AB von sequentiell-biaxial gestreckten PET-Folien in Abhängigkeit vom Längsreckverhältnis MDx;
16: Darstellung zur Verdeutlichung der Möglichkeiten zur Einflussnahme auf die Brechungsindizes BI und der E-Modulwerte der Folie in MD- und TD-Richtung der Folienebene E durch Variation des Quer-Reckverhältnisses; und
17: Darstellung zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen den Brechungsindexwerten BI quer zur Abzugsrichtung, zugehörigen E-Modulwerten bei einer Prüfrichtung quer zur Abzugsrichtung der Folie und den Annealingtemperaturen AT in °C in sequentiell-biaxial gestreckten PET-Folien.
In 1 ist in schematischer Darstellung eine Folienreckanlage wiedergegeben. Bezüglich des grundsätzlichen Aufbaus einer derartigen Folienreckanlage wird beispielsweise auf die DE 195 10 281 C1 oder weitere Vorveröffentlichungen, die sequentielle Reckanlagen zeigen, verwiesen.
Wie bereits einleitend erwähnt, wird beispielsweise über eine Breitschlitzdüse ein Vorfilm 1a extrudiert, der anschließend z. B. über eine sogenannte ChillRoll CR gekühlt und dann einem sequentiellen oder simultanen Reckprozess bzw. einer Kombination aus uniaxialen, sequentiell-biaxialen und simultan-biaxialen Reckschritten unterworfen wird, um den Film 1 dann am Ende der Folienreckanlage in einem Annealingschritt einer Temperaturstabilisierung – möglicherweise unter Durchführung einer leichten Schrumpfung – zu unterziehen. Bei der Darstellung gemäß 1 ist dabei angedeutet, dass der Kunststofffilm 1 an mehreren Messstellen M1, M2 bzw. M3 Messungen unterzogen wird, um seine Eigenschaften zu ermitteln und zu bestimmen. Dabei können die nachfolgend im Detail noch erörterten Messschritte nicht nur bei einer Reckanlage zur Herstellung von Flachfolien, sondern grundsätzlich auch bei Blasfolien-Anlagen und dergleichen angewandt werden, in denen Blasfolien in einem (Double)Bubble-Verfahren hergestellt werden.
Aus 1 ergibt sich also, dass die erste Messung an der Messstation M1 (an der Position P1) direkt nach der Folienabzugsmaschine erfolgen kann, z. B. um die Isotropie der erzeugten Vorfolie 1a zu messen. Durch Abziehen der Folie 1 nach der Düse (also aus einer Breitschlitz- oder Runddüse) kann es dann zu einer Vororientierung der amorphen und/oder kristallinen Bereiche bzw. der Molekülketten kommen, die an der Messstelle M1 gemessen werden sollen. Bei einem sogenannten sequentiellen Herstellungsprozess erfolgt bei der Flachfolienproduktion im Bereich der Position P2 in 1 eine uniaxiale Orientierung in Richtung der Abzugsrichtung der Folie, die nachfolgend auch als MD-Richtung (Machine Direction MD) bezeichnet wird. An der Position P2 kann eine zweite Messstelle M2 (wie in 1 gezeigt ist) vorgesehen sein.
Anschließend erfolgt beispielsweise bei der Ausführungsvariante gemäß 1 eine Querreckung der Folie 1, also in sogenannter TD-Richtung (Transverse Direction TD), wodurch eine weitere Orientierung der Polymerketten bedingt ist. Wie erwähnt erfolgen beim Simultanrecken der Flachfolie oder der in einem (Double)Bubble-Prozess hergestellten Folie die uniaxialen Reckungen in Längs- und Querrichtung (also in MD- und TD-Richtung) simultan, also gekoppelt. Dabei erfolgt die Messung der Endfolieneigenschaft in beiden vorstehend genannten Fällen an dem sogenannten Pull-Roll-Stand PR, also an der Position P3, an der die dritte Messstelle M3 in 1 vorgesehen ist. Am Ende der Anlage befindet sich ein sog. Winder W zum Aufwickeln der Folie.
An den betreffenden (oder auch noch anderen) Messstellen können Messeinrichtungen vorgesehen sein, die sich über die gesamte Arbeitsbreite AB der Folie erstrecken, und zwar in vorwählbaren (möglichst geringen) Abständen zueinander. Bevorzugt wird allerdings eine Messapparatur an den erwähnten Messstellen M1 bis M3 verwendet, wie sie anhand von 2 schematisch dargestellt ist.
Aus 2 ist zu ersehen, dass bezüglich der Folie 1 eine bevorzugt oberhalb und bevorzugt unterhalb der Ebene E der Folienbahn 1 eine Messapparatur MA1a bzw. MA1b vorgesehen ist, die bevorzugt traversierend über die Arbeitsbreite AB in Querrichtung TD zur Folie 1, also senkrecht zur Abzugsrichtung 3 der Folie 1 hin und her bewegt wird, um die Folieneigenschaft über ihre gesamte Breite AB zu messen. Die Ränder 5 der Folie 1 werden dabei auch als OS (Operator-Seite) bzw. als DS (Antriebs-Seite oder Drive Side) bezeichnet, je nachdem, ob der Folienrand 5 auf der sogenannten Operator-Seite, also der Service-Seite oder auf der Antriebs-Seite liegt.
Die Messapparatur MA1a und MA2a umfasst eine Einrichtung, die zur Messung der Doppelbrechungseigenschaften der Folie geeignet ist, oder allgemein ausgedrückt zur Messung der sogenannten Müller-Matrix (wie dies beispielsweise aus der WO 2008/67938 A1 vom Grundsatz her bekannt ist).
So kann der eine Teil der Messapparatur MA1b aus einer Laser-Apparatur bestehen, die einen durch die Folie hindurch strahlenden Laserstrahl erzeugt, wobei auf der anderen Seite der Folie, im gezeigten Ausführungsbeispiel also oberhalb, der zweite Teil der Messapparatur MA1a aus einem entsprechenden Polarimeter oder Slow-Axis-Sensor oder dergleichen bestehen kann.
Die Erfindung basiert z. B. auf der Messung der Fast Axis, die nachfolgend auch kurz als F. A. abgekürzt bezeichnet wird, so wie auf der Messung der Doppelbrechung bzw. der Messung der drei Brechungsindexe in 3 Raumrichtungen in der Folie.
Die Fast Axis bezeichnet dabei die Richtung des kleinsten Brechungsindex nMin in der Ebene der Folienbahn 3. Senkrecht zur Richtung des kleinsten Brechungsindex nMin in der Ebene der Folienbahn 3 liegt die Richtung des größten Brechungsindex nMax, die auch als Slow Axis, nachfolgend abkürzend auch S. A. genannt, bezeichnet wird.
Die Doppelbrechung beschreibt die Differenz zwischen dem größten Brechungsindex nMax und dem kleinsten Brechungsindex nMin in der Ebene der Folienbahn 3.
Die drei Brechungsindexe in drei Raumrichtungen bestehen aus dem maximalen Brechungsindex in der Ebene der Folienbahn 3 nMax, dem in der Ebene der Folienbahn 3 dazu senkrechten minimalen Brechungsindex nMin und dem Brechungsindex in Foliendickenrichtung nZ, der senkrecht zur Ebene der Folienbahn 3 bzw. der Ebene, die vom kleinsten Brechungsindex in der Folienebene nMin und vom größten Brechungsindex in der Ebene der Folienbahn 3 nMax aufgespannt wird, orientiert ist. Die Messung wird also in Richtung der S. A. nMax, in Richtung der F. A. nMin sowie in einer dazu senkrechten Achse nz, die senkrecht zur Ebene der Folienbahn 3 steht, durchgeführt.
Da bei nahezu allen Folientypen Retardationen auftreten, die größer als eine Wellenlänge sind, ist zudem eine Messung bei höheren Ordnungen sinnvoll.
Bevor nachfolgend anhand von 3 die weitere Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch zur Steuerung einer Filmproduktionsanlage erläutert wird, sollen nachfolgend noch mehrfach verwendete Begriffe definiert werden.
Slow-Axis-Orientierung (kurz auch S. A.-Orientierung genannt):
Die Slow-Axis-Orientierung, kurz die S. A.-Orientierung, entspricht der Richtung in der Folienebene mit dem größten Brechungsindex. In positiv doppelbrechenden Materialien entspricht diese Richtung für gewöhnlich der Richtung, in die der größte Anteil der Molekülachsen orientiert ist. In teilkristallinen, positiv doppelbrechenden Materialien entspricht die Richtung der Slow-Axis-Orientierung in der Regel der Richtung der Bruttoorientierung.
Fast-Axis-Orientierung (kurz auch F. A.-Orientierung genannt):
Die Fast-Axis-Orientierung, d. h. die F. A.-Orientierung entspricht der Richtung in der Folienebene mit dem kleinsten Brechungsindex. Die Richtung der Fast-Axis-Orientierung steht senkrecht zur Slow-Axis-Orientierung und wird von einem Polarimeter oder Fast-Axis-Sensor direkt als Messwert ausgegeben.
Bruttoorientierung:
Die Bruttoorientierung beschreibt die Gesamtorientierung in teilkristallinen Kunststoffen. Die Gesamtorientierung in teilkristallinen Materialien setzt sich aus der Orientierung der amorphen und der kristallinen Bereiche zusammen und entspricht derjenigen Richtung in die der größte Anteil aller Molekülachsen orientiert ist.
Charakteristisches Bowing:
Die Richtung der S. A.-Orientierung an einer bestimmten Position entlang der Arbeitsbreite beschreibt bei teilkristallinen, positiv doppelbrechenden Materialien die Richtung der Bruttoorientierung. Durch Integration der Richtungsvektoren der Slow-Axis-Orientierung an äquidistanten Positionen entlang der Arbeitsbreite ergibt sich ein Bogen, das sogenannte charakteristische Bowing. Umgekehrt beschreibt der Winkel (bzw. die Steigung) der Slow-Axis-Orientierung an jeder Position entlang der Arbeitsbreite die 1. Ableitung des charakteristischen Bowings.
Eilen die Ränder der Folienmitte voraus, spricht man von positivem Bowing – den umgekehrten Fall beschreibt man als negatives Bowing.
Geometrisches Bowing:
Als geometrisches Bowing wird jener Effekt bei der Folienproduktion beschrieben, bei dem sich eine vor dem Längs- und/oder Breitreckofen senkrecht zur Folienlaufrichtung aufgebrachte Linie während der Breitreckung im sequentiellen Reckprozess bzw. während der Längs- und Breitreckung im simultanen Reckprozess in eine bogenförmige Linie verformt. Bei Folien mit einem zusätzlich zur Verstreckung stattfindenden Schritt des Annealings eilen dabei die Ränder der Folienmitte voraus. Meist wird der Wert des geometrischen Bowings in Prozent angegeben und wie folgt berechnet: Geometrisches Bowing = X / AB·100% wobei X der maximalen Auslenkung der bogenförmigen Linie (beispielsweise in mm) auf der Folie 1 und die Größe AB im Nenner der Arbeitsbreite der Folie (beispielsweise ebenfalls in mm) entspricht.
Eilen die Ränder der Folienmitte voraus, spricht man auch hier von positivem Bowing – den umgekehrten Fall beschreibt man ebenfalls als negatives Bowing.
Index-Ellipsoid, Indikatrix:
Das Index-Ellipsoid, auch Indikatrix genannt, beschreibt die Brechungsindizes in drei Raumrichtungen. Dabei entspricht die Länge der Ellipsoidachsen der Höhe der Brechungsindizes in drei orthogonale Hauptrichtungen, z. B. x, y und z. Die zugehörigen Brechungsindizes werden dann mit nx, ny und nz bezeichnet. Bei der Übertragung des Index-Ellipsoids auf gereckte Folien werden die Richtungen in der Regel so zugeordnet, dass x und y die Folienebene E aufspannen und z senkrecht zur Folienebene E bzw. parallel zur Dickenrichtung der Folie 1 liegt.
Dabei entspricht die Richtung x in der Ebene der Folienbahn 3 der Richtung des größten Brechungsindex nMax bzw. der Richtung der Slow Axis S. A., die dazu senkrechte Richtung y in der Ebene der Folienbahn 3 entspricht der Richtung des kleinsten Brechungsindex nMin bzw. der Richtung der Fast Axis F. A.
In Polymerfolienbahnen, die kein charakteristisches Bowing aufweisen entsprechen die Richtungen Slow Axis S. A. und Fast Axis F. A. je nach Reckbedingungen oder Orientierungszustand der Polymerfolie der Machine Direction (MD) bzw. der Transverse Direction (TD) oder umgekehrt.
In Polymerfolienbahnen, die charakteristisches Bowing entlang der Arbeitsbreite zeigen, weichen die Richtungen des größten Brechungsindex nMax und kleinsten Brechungsindex nMin zu den Rändern OS und DS der Folienbahn 3 hin zunehmend von den Richtungen der Machine Direction (MD) und der Transverse Direction (TD) ab.
Die Abweichung zwischen der Richtung der Slow Axis S. A. und der Transverse Direction kann mit dem Tangentenwinkel α(i) beschrieben werden.
Mechanische Anisotropie:
Die mechanische Anisotropie bezeichnet die Differenz zwischen maximalem und minimalem Wert einer richtungsabhängig vorliegenden mechanischen Eigenschaft. Für Polyethylen (Terephthalat) handelt es sich dabei z. B. um die Differenz aus dem E-Modul in Richtung der Slow-Axis-Orientierung und dem E-Modul in Richtung der Fast-Axis-Orientierung.
A: Berührungslose Messung des charakteristischen Bowings und des geometrischen Bowings:
Nachfolgend wird anhand von 3 und 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Dabei wird erfindungsgemäß davon ausgegangen, dass das charakteristische Bowing in biaxial gereckten Folien unmittelbar aus Polarimetrie-Messungen abgeleitet werden kann. Durch eine direkte Proportionalität zwischen dem geometrischem Bowing und dem charakteristischen Bowing kann aus dem charakteristischen Bowing das geometrische Bowing ermittelt werden.
Zur Beschreibung der Richtungen von Molekülorientierungen, insbesondere auch der S. A.-Orientierung und der F. A.-Orientierung, wird das anhand von 3 gezeigte Polar-Koordinatensystem festgelegt, bei welchem die Längsrichtung 7 der Folie 1 gekennzeichnet ist, die somit auch der Abzugsrichtung und der Maschinenlängsrichtung (MD-Richtung) der Anlage entspricht, und mit TD die dazu senkrecht stehende Querrichtung 9 des Kunststofffilms 1 und damit der Folienreckanlage gekennzeichnet ist. Die Querrichtung 9 entspricht dabei 0° und die Längsrichtung 90° in diesem Koordinatensystem.
Der Verlauf des charakteristischen Bowings entlang der Arbeitsbreite AB der Folie 3 wird durch die Änderung der Richtung der Bruttoorientierung BO entlang der Arbeitsbreite AB bestimmt. Die Richtung der Bruttoorientierung BO an einer bestimmten Position der Arbeitsbreite AB kann z. B. durch den Winkel α(i) ausgedrückt werden, den die Slow-Axis-Richtung (entspricht der Bruttoorientierungsrichtung) an dieser Position (i) der Arbeitsbreite AB mit der Querrichtung TD einschließt (4).
Beim Betrachten des Verlaufs der Bruttoorientierungsrichtung entlang der Arbeitsbreite AB des Films 1 von sequentiell wie aber auch simultan gereckten Kunststofffolien (beispielsweise PET-Folien) fällt auf, dass sich – unter Vernachlässigung der von Kluppenkräften unmittelbar beeinflussten Randbereiche – für diese ein linearer Verlauf ergibt. Beispiele für diesen linearen Verlauf sind aus der Darstellung gemäß 5 und 6 zu entnehmen. Bei durchgeführten Messungen wurde festgestellt, dass der Folien-Randbereich 5, in dem der Verlauf der Slow-Axis-Orientierung entlang der Arbeitsbreite AB von einer Linearität abweicht, für simultan gereckte Folien größer ist als für sequentiell gereckte Folien. Trotzdem wird auch bei simultan gereckten Folien immer ein Bereich mit linearem oder zumindest näherungsweise linearem Verlauf der S. A.-Orientierung entlang der Arbeitsbreite AB des Films 1 beobachtet. Das charakteristische Bowing, welches sich als Integral des Verlaufs der Slow-Axis-Orientierung, also der S. A.-Orientierung entlang der Arbeitsbreite AB der Folie 3 ergibt, folgt damit mit guter Näherung einer Polynomfunktion 2. Ordnung.
Dazu sind in den 5 und 6 der erwähnte zumindest näherungsweise lineare Verlauf der S. A.-Orientierung über die Position entlang der Arbeitsbreite AB in mm (also auf der X-Achse im Diagramm von 5 und 6) eingezeichnet. Dabei ist in 5 der Winkel zwischen der S. A.-Orientierung und der Folienquerrichtung TD in Graden eingezeichnet, und zwar bezüglich der S. A.-Orientierung bei sequentiell gereckten BOPET-Folien. Demgegenüber ist in 6 die entsprechende Darstellung für eine Kunststofffolie 1 aus BOPET-, die simultan gereckt wurde, wiedergegeben.
Gleiches gilt auch für den Verlauf der Fast-Axis-Orientierung, also der F. A.-Orientierung entlang der Arbeitsbreite AB der Folie 3, da sich die Fast-Axis-Orientierung nur um jeweils 90° von der Richtung der S. A.-Orientierung unterscheidet und damit den gleichen qualitativen Verlauf entlang der Arbeitsbreite AB des Films 3 besitzt.
Es wurde im Rahmen der Erfindung festgestellt, dass das geometrische Bowing sowohl bei sequentiell wie auch bei simultan biaxial gereckten Folien, insbesondere beispielsweise bei PET-Folien, einen quadratischen Verlauf aufweisen. Ein Beispiel für eine biaxial gereckte PET-Folie ist im Diagramm gemäß 7 wiedergegeben. Dabei ist in 7 auf der X-Achse die jeweilige Position entlang der Arbeitsbreite AB in mm wiedergegeben, wohingegen auf der Y-Achse entsprechende Maßzahlen für das geometrische Bowing (gB in mm) eingetragen sind, und zwar ebenfalls in mm.
Da beide Arten des Bowings dem gleichen funktionellen Verlauf entlang der Arbeitsbreite AB folgen, kann die Überführung des charakteristischen Bowings in das geometrische Bowing mittels eines einfachen Faktors erfolgen. Zu diesem Zweck wird als Messgröße für das charakteristische Bowing die Steigung der linearen Funktion der S. A.-Orientierung entlang der Arbeitsbreite AB verwendet. Ebenso gut könnte als Messgröße für das charakteristische Bowing der Ordinatenabschnitt der linearen Funktion verwendet werden. Als Kennwert für das geometrische Bowing wird direkt der Wert des geometrischen Bowings in Prozent herangezogen. Durch Auftragen der Steigung S in [Grad/mm] der S. A.-Orientierung entlang der Arbeitsbreite AB über dem geometrischen Bowing gB in Prozent [%] auf der X-Achse ergibt sich dann sowohl für simultan als auch für sequentiell biaxial gereckte Folien ein linearer Zusammenhang. Ein Beispiel hierfür ist im Diagramm gemäß 8 wiedergegeben.
Bisher durchgeführte Messungen zeigten, dass in allen simultan und sequentiell biaxial gereckten Folienmustern, bei deren Reckprozess ein Annealing-Schritt nach dem letzten Reckschritt durchgeführt wurde, ein positives geometrisches Bowing (und damit auch ein positives charakteristisches Bowing) entsteht, d. h. die Ränder 5 eilen der Folienmitte 11 voraus.
Daraus folgt, dass in der biaxial gereckten Folie 1 die Werte für die S. A.-Orientierung an bestimmten Positionen entlang der AB nur bestimmte Werte annehmen können. Eine biaxial gereckte Folie, welche mit Annealing hergestellt wurde und ein geometrisches und charakteristisches Bowing aufzeigt (s. 4 und insbesondere 9), kann im Bereich zwischen dem Rand OS und der Mitte 11 der Arbeitsbreite AB der Folie 1 lediglich einen Winkel α(i) für die Orientierung der S. A. zwischen 0 und –90°, im Bereich zwischen der Mitte 11 der Arbeitsbreite AB und gegenüber dem Rand DS Winkel α(i) zwischen 0 und +90° besitzen. Dies sind die Bedingungen für ein geometrisches (und charakteristisches) Bowing mit einem positiven Absolutwert, welcher beim Folienproduktionsprozess durch das Annealing immer entsteht.
Anhand von 9 sind dabei die entsprechenden Verhältnisse im größeren Detail gezeigt, wobei ein Kunststofffilm 1 angedeutet ist, der eine Arbeitsbreite AB aufweist, und dessen linker Folienrand 5 mit OS und dessen rechter Folienrand 5 zusätzlich mit DS gekennzeichnet ist. Parallel zur Folien-Querrichtung 9 (also in TD-Richtung) ist die Arbeitsbreite AB eingezeichnet und ein Koordinatensystem, dessen parallel zur Querrichtung TD verlaufende X-Achse mit einem entsprechenden Quermaß in Millimetern gekennzeichnet ist, und zwar jeweils in 100 mm Schritten. In Abzugsrichtung 3, also in Maschinen- oder Längsrichtung MD ist auf der Y-Achse des auf den Film 1 projezierten Rasters ein auftretendes Bowing B in mm eingezeichnet, und zwar einmal die Ergebnisse bezüglich des geometrischen Bowings gB (die Messpunkte sind als kleine Dreiecke dargestellt) und zum anderen die Ergebnisse bezüglich eines charakteristische Bowings cB, dessen Messpunkte als kleine Rauten dargestellt sind. Die entsprechenden Messpunkte sind mittels durchlaufender Kurven gB für das geometrische Bowing und cB für das charakteristische Bowing miteinander verbunden. Ebenfalls eingezeichnet ist in 9, dass in der Mitte der Wert für die S. A.-Orientierung, also für die Bruttoorientierungsrichtung den Winkel-Wert 0° aufweist und links und rechts in Abhängigkeit des Abstandes vom jeweiligen Rand 5 unterschiedliche Werte α(i) einmal mit positivem und einmal mit negativem Vorzeichen entstehen, entsprechend dem in 3 eingeführten Koordinatensystems. Dabei sind die Kurven in der Regel wie im gezeigten Ausführungsbeispiel symmetrisch zu einer Mittellängslinie in der Folienbahn 1.
Allgemein entsteht bei der Bestimmung von S. A.-Orientierung und F. A.-Orientierung in biaxial gereckten Folien das Problem, dass bei der Verwendung von nur einer Wellenlänge im Messgerät die Richtungen S. A. und F. A. nicht unterschieden werden können. Das führt dazu, dass entweder ein Messgerät mit mindestens zwei Wellenlängen ausgestattet werden muss, oder durch eine andere Methode die Ordnung der gemessenen Retardation bestimmt werden muss. Das führt zu einer aufwändigeren Konstruktion des Messgerätes und damit zu höheren Herstellungskosten für den Sensor zur Messung der S. A.-Orientierung.
Aus der oben genannten Bedingung der konvexen Verläufe der Bowingkurven in Folien, bei deren Herstellungsprozess ein Annealing-Schritt durchgeführt wurde, folgt zudem, dass außer den bekannten Polarimetern auch einfachere Sensoren zur F. A.-Orientierung und S. A.-Orientierung eingesetzt werden können.
Im einfachsten Fall handelt es sich dabei z. B. um einen S. A.-Sensor, dessen monochromatisches, zirkular polarisiertes Licht die Folie 1 transmittiert und die entstehende Elliptizität bzw. der Azimuthalwinkel der entstehenden Polarisationsellipse detektiert und ausgewertet wird.
Der Proportionalitätsfaktor zwischen dem geometrischem Bowing und dem charakteristischen Bowing ist materialstoffspezifisch (abhängig von Kunststofftyp, amorph oder teilkristallin, etc.) und kann unter anderem von der Viskosität oder der Dichte des Rohstoffes bzw. von zugefügten Masterbatches abhängig sein.
Wird der Zusammenhang zwischen dem Verlauf der S. A.-Orientierung entlang der Folien-Arbeitsbreite AB und dem geometrischen Bowing im Vorfeld z. B. durch Referenzmessungen bestimmt, kann in der Folge aus den online gemessenen Slow-Axis Werten entlang der Folien-Arbeitsbreite AB direkt das geometrische Bowing ermittelt werden. Damit ist eine Methode zur berührungslosen Online-Messung des geometrischen Bowings gegeben.
Das geometrische Bowing korreliert unter anderem mit Folienqualitätsmerkmalen wie Planlage, Wickelqualität, Curling, Schrumpf, etc.. Die ständige Überwachung der Messgröße ”geometrisches Bowing” und dessen Verwendung zur Optimierung der Folienproduktionsparameter während des Reckprozesses ist daher zur Sicherstellung von konstanter, hoher Produktqualität und zur Verringerung von Ausschuss und Laborzeiten von hoher Wichtigkeit.
B: Weiteres Ausführungsbeispiel des größten und kleinsten E-Moduls in einer End-Folie sowie zur Bestimmung der Anisotropie des E-Moduls ebenfalls in einer End-Folie: Messungen des richtungsabhängigen E-Moduls in biaxial gereckten Folien haben gezeigt, dass die Richtung des maximalen E-Moduls E-M mit der Richtung der S. A. und die Richtung des minimalen E-Moduls E-M mit der Richtung der F. A. übereinstimmt. Dieser Zusammenhang ist u. a. aus [Blumentritt, B. F. (1979). Anisotropy and dimensional stability of biaxially oriented poly(ethylene terephthalate) films. J. Poly. Symp. 58, 169–183.] bekannt. Ein repräsentatives Beispiel hierfür ist in 10 dargestellt, wobei bei dem ausschnittsweise gezeigten Film 1 an unterschiedlichen Stellen über die Arbeitsbreite AB hinweg jeweils die S. A.-Richtung, d. h. der entsprechende Winkelwert α(i) eingezeichnet ist, für die in 10 gezeigte linke Position –54°, für die rechts daneben liegende Position –48°, für die Mitte der Folie 0° und für die beiden rechts liegenden Bereiche einmal ein Wert von +48° und zum weiteren für den dem rechten Rand näher liegenden Bereich ein Winkel-Wert von +53°. Ebenfalls eingezeichnet ist der E-Modul E-M.
Daraus folgt, dass mit Hilfe der Bestimmung der S. A.-Orientierung und der F. A.-Orientierung in einer biaxial gereckten Folie diejenige Richtung in der Folienebene E bestimmt werden kann, in die der Maximalwert und der Minimalwert des anisotrop auftretenden E-Moduls E-M ausgerichtet ist.
Zusätzlich zur Messung der Richtungen des größten und kleinsten E-Moduls E-M in einer biaxial gereckten Folie kann durch Doppelbrechungsmessung die Höhe der Anisotropie des E-Moduls in der Folienebene bestimmt werden. Unter der Höhe der Anisotropie des E-Moduls E-M wird hier die Differenz zwischen Maximalwert und Minimalwert des E-Moduls verstanden. Diese Differenz E-M-Diff ist proportional zur Differenz aus maximalem und minimalem Brechungsindex, der Doppelbrechung in der Folienebene. Als Beispiel sind hierfür in 11 einige Ergebnisse von E-Modul- und Doppelbrechungsmessungen an sequentiell und simultan gereckten Folienproben abgebildet. Darin sieht man den aus dem spannungsoptischen Gesetz ableitbaren linearen Zusammenhang zwischen E-Modul und Doppelbrechung praktisch bestätigt.
In 11 sind dabei die Messergebnisse einmal für simultan gerechte Kunststofffolien PET-Folien unterschiedlicher Serien A, B bzw. C und D eingezeichnet, und zwar auf der Y-Achse aufgetragen die Anisotropie des E-Moduls E-M gegenüber der Differenz aus maximalem und minimalen Brechungsindizes (auf der X-Achse aufgetragen), wodurch sich die lineare Proportionalität gemäß der über die Messergebnisse gelegten Geraden 15 ergibt.
Die Online-Messung der Anisotropie des E-Moduls und der Richtung des maximalen bzw. minimalen E-Moduls ist für die nachverarbeitende Industrie einer Kunststofffolie von Bedeutung. Anisotropien im E-Modul direkt nach der Verstreckung könnten sich u. a. auf Nachkristallisationsprozesse bei der Lagerung auswirken und die Veränderung der Folieneigenschaften während der Lagerung beeinflussen (z. B. bei BOPET). Außerdem könnten durch die bisher üblichen Labormessungen des E-Moduls in MD und TD die tatsächlichen maximalen und minimalen E-Modulwerte in der Folienebene nun onlnie ermittelt werden.
Der Proportionalitätsfaktor zwischen E-Moduldifferenz und Doppelbrechung ist materialstoffspezifisch (abhängig von Kunststofftyp, amorph oder teilkristallin, etc.) und kann u. a. von der Viskosität oder der Dichte des Rohstoffes bzw. zugefügten Masterbatches abhängig sein.
C: Weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel zur Durchführung einer berührungslosen Messung der Absolutwerte eines E-Moduls in einer Endfolie:
Durch Messung der Brechungsindizes können die E-Modulwerte in der Endfolie quantitativ bestimmt werden.
Mechanische Zugprüfungen und Brechungsindex-Messungen an biaxial gereckten Folienproben haben gezeigt, dass zwischen den E-Modulwerten E-M und den Brechungsindizes BI n in der Folienebene E ein linearer Zusammenhang besteht (s. 12).
Der Proportionalitätsfaktor zwischen E-Modul E-M und Brechungsindex n ist materialstoffspezifisch (abhängig von Kunststofftyp, amorph oder teilkristallin, etc.) und kann unter anderem von der Viskosität oder der Dichte des Rohstoffes bzw. zugefügten Masterbatches abhängig sein.
Die Online-Messung des E-Moduls kann dazu genutzt werden, Laborzeiten zu verringern, Anlageneinstellungen in kürzerer Zeit zu optimieren und durch eine Verringerung des Ausschusses die Produktivität zu erhöhen.
D: Weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel bezüglich einer berührungslosen Schrumpfmessung in amorphen Materialien:
Da der Schrumpf in nichtkristallinen thermoplastischen Kunststoffen unmittelbar vom Orientierungszustand der Kunststoffprobe abhängt, kann die Brechungsindexmessung n auch zur quantitativen Bestimmung des Schrumpfs in amorphen Materialien verwendet werden. Dabei wird der lineare Zusammenhang zwischen Brechungsindex und thermischem Schrumpfwert ausgenutzt.
E. Korrelation mit der Verfahrensführung:
Die gemessenen Größen des Bowings, des E-Moduls und des Schrumpfes können z. B. über die Temperaturführung und die Reckbedingungen in geeigneter Weise so korreliert werden, dass optimale Verfahrensbedingungen erreicht werden. So kann mit der Temperaturführung, beispielsweise über eine entsprechende unmittelbar oberhalb oder unterhalb der Folie über die Arbeitsbreite der Folie verlaufend angeordnete Belüftungsdüse und/oder andere Einrichtungen in der Wärmebehandlungszone z. B. über die AB das Temperaturprofil derart beeinflusst werden, dass ein minimales geometrisches Bowing erreicht werden kann. Ein derart über die AB steuerbares Temperaturprofil ist z. B. aus der DE 10 2009 060 753 bekannt. Ebenso können über die Reckbedingungen, wie die Anordnung der Reckprofile in MD und TD, die Reckgeschwindigkeiten, usw. die Endfolieneigenschaften in der Rückkopplung über die genannten Messwerte optimiert werden.
Beispiele für die Möglichkeiten der Einflussnahme über die Variation von Prozessparametern auf das geometrische Bowing (gB), das charakteristische Bowing (cB), die Brechungsindexe nMin und nMax, die mechanischen Eigenschaften sowie auf den Folienschrumpf sollen im folgenden anhand 13–18 erläutert werden.
Die Beeinflussbarkeit des geometrischen Bowings über die Variation des TD-Reckprofils bei einer sequentiell-biaxialen Verstreckung von Poly(ethylenterephthalat) wird in
13 gezeigt. Es werden dabei die TD-Reckprofile ”konkav in 2 Zonen” (KK-2Z), ”linear in 2 Zonen” (l-2Z), ”konvex in 2 Zonen” (kv-2Z) und ”linear in 1 Zone” (l-1Z) gegenübergestellt und ihre Auswirkung auf das geometrische Bowing (gB) gezeigt (eingetragen auf der Y-Achse). Die Einstellung des TD-Reckprofils geschieht dabei mittels einer Spindelverstellung, mit der die Breite der Folienbahn in einzelnen Querreckzonen angepasst werden kann. Alle übrigen Prozessparameter bleiben währenddessen konstant. Um die unmittelbare Auswirkung des Querreckprofils auf das geometrische Bowing beobachten zu können, werden die Folien nach der Verstreckung unverzüglich auf 70°C abgekühlt und anschließend aufgewickelt.
Beim TD-Reckprofil ”konvex in 2 Zonen” (kv-2Z) wird dabei in der ersten Reckzone bis zu einem Querreckverhältnis von 2.8 gestreckt und am Ende der zweiten Reckzone wird das TD-Endreckverhältnis von 3.4 erreicht. Es wird also in der ersten Zone der TD-Streckung mit einer größeren TD-Reckgeschwindigkeit gestreckt als in der zweiten Querreckzone.
Beim Querreckprofil ”linear in 2 Zonen” (l-2Z) wird in der ersten Reckzone auf ein Querreckverhältnis von 2.2 gestreckt, in der zweiten Reckzone wird auf das TD-Endreckverhältnis von 3.4 gestreckt. Es wird also in der ersten und zweiten Reckzone mit der gleichen Reckgeschwindigkeit in TD gestreckt.
Beim Querreckprofil ”konkav in 2 Zonen” (kk-2Z) wird in der ersten Reckzone quer zur Abzugsrichtung von 1.0 auf 1.6 gestreckt, während in der zweiten Reckzone auf das TD-Endreckverhältnis von 3.4 gestreckt wird. Es wird also in der ersten Quereckzone mit einer langsameren Geschwindigkeit gestreckt als in der zweiten Reckzone.
Beim Querreckprofil ”linear in 1 Zone” (l-1Z) wird bereits am Ende der ersten Reckzone das TD-Endreckverhältnis von 3.4 erreicht. In der zweiten Reckzone findet keine Streckung quer zur Abzugsrichtung mehr statt.
Bei sequentiell-biaxial gestreckten Folien entsteht während des Annealingschritts positives geometrisches Bowing. Erreicht man wie bei der TD-Verstreckung mit dem TD-Reckprofil ”konkav in 2 Zonen” (kk-2Z) ein stark negatives geometrisches Bowing direkt nach der Reckzone, dann kann man das nach dem Annealingschritt entstandene positive geometrische Bowing auf ein Minimum reduzieren. Aus 13 wird ersichtlich, dass zur Minimierung des geometrischen Bowings (gB) und damit auch zur Minimierung des charakteristischen Bowings (cB) nach dem Annealingschritt das TD-Reckprofil ”konkav in 2 Zonen” (kk-2Z) die beste Bedingung für das TD-Reckprofil für ein niedriges geometrisches Bowing (gB) in der Endfolie bietet. Der damit bekannte Zusammenhang zwischen dem Querreckprofil und dem geometrischen Bowing kann zur Steuerung der Folienproduktionsanlage verwendet werden. Aus 8 ist bereits der Zusammenhang zwischen geometrischem Bowing und charakteristischem Bowing bekannt. Durch Anwendung der berührungslosen Online-Messung des charakteristischen Bowings und des geometrischen Bowings, z. B. mit einem Fast Axis Sensor, kann der Folienproduktionsprozess einer Online-Qualitätsüberwachung unterzogen werden und bei Beobachtung einer Veränderung der Qualitätseigenschaften während der Folienproduktion korrigierend, z. B. durch Anpassung des Querreckprofils entsprechend 13, eingegriffen werden.
Die Möglichkeiten der Einflussnahme auf das geometrische Bowing (gB) von sequentiell-biaxial gestreckten Poly(ethylenterephthalat) Folien mittels der Variation der Annealingtemperatur wird in 14 gezeigt. Das Diagramm zeigt den exakten Verlauf des geometrischen Bowings (gB) in Millimetern als Funktion der Arbeitsbreite (AB) in Millimetern. Während die Annealingtemperatur von 90°C in 30°-Schritten auf 180°C erhöht wird bleiben alle restlichen Prozessparameter konstant. Die Folien wurden 3.0-fach in Abzugsrichtung MD und 3.4-fach in Transverse Direction TD sequentiell gestreckt und anschließend durch die Annealingzone geführt. Der Einfluss der Annealingtemperatur auf das geometrische Bowing (gB) wird aus 14 ersichtlich. Das geometrische Bowing (gB) kann dabei sowohl negative Werte (bei Annealingtemperatur = 90°C) als auch positive Werte (bei Annealingtemperaturen ∻ 120°C) annehmen.
Die Minimierung der Annealingtemperatur führt demnach zur Minimierung des geometrischen Bowings (gB) und damit auch des charakteristischen Bowings (cB). Da die Minimierung der Annealingtemperatur allerdings negative Auswirkungen auf andere Folieneigenschaften – wie z. B. Schrumpf oder mechanische Eigenschaften – mit sich bringt, muss dabei ein geeigneter Mittelweg gefunden werden. Durch Anwendung der berührungslosen Online-Messung des charakteristischen Bowings und des geometrischen Bowings, z. B. mit einem Fast Axis Sensor, kann der Folienproduktionsprozess einer Online-Qualitätsüberwachung unterzogen werden und bei Beobachtung einer Veränderung der Qualitätseigenschaften während der Folienproduktion korrigierend, z. B. durch Anpassung der Annealingtemperatur entsprechend 14, eingegriffen werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung des geometrischen Bowings (gB) und des charakteristischen Bowings (cB) von sequentiell-biaxial gestreckten Poly (ethylenterephthalat) Folien findet sich in der Variation des MD-Reckverhältnisses MDx. Der Verlauf der Slow Axis S. A. in [Grad] entlang der Arbeitsbreite AB in [Millimetern] ist in 15 abgebildet.
Dabei erkennt man, dass die Steigung der Slow Axis S. A. (X-Achse) entlang der AB (Y-Achse) für höhere MD-Reckverhältnisse MDx (also in Folienlängsrichtung) zunimmt, womit ein Anstieg des geometrischen Bowings (gB) und des charakteristischen Bowings (cB) einhergeht. Das geometrische Bowing (gB) und das charakteristische Bowing (cB) kann also durch eine Minimierung des MD-Reckverhältnisses MDx optimiert werden. Wählt man das MD-Reckverhältnis MDx allerdings zu gering, dann kann dies zu nicht ausreichenden mechanischen Eigenschaften oder zu einer ungleichmäßigen Verstreckung, welche in schlechten Dickentoleranzen resultiert, führen. Es muss also bei der Minimierung des MD-Reckverhältnis mit dem Ziel der Minimierung des geometrischen Bowings (gB) und des charakteristischen Bowings (cB) ein geeigneter Mittelweg gefunden werden. Durch Anwendung der berührungslosen Online-Messung des charakteristischen Bowings und des geometrischen Bowings, z. B. mit einem Fast Axis Sensor, kann der Folienproduktionsprozess einer Online-Qualitätsüberwachung unterzogen werden und bei Beobachtung einer Veränderung der Qualitätseigenschaften während der Folienproduktion korrigierend, z. B. durch Anpassung des Reckverhältnis in Abzugsrichtung MDx entsprechend 15, eingegriffen werden.
16 zeigt die Möglichkeiten der Einflussnahme auf die Brechungsindizes BI und E-Modulwerte der Folie in MD und TD-Richtung in der Folienebene E durch die Variation des TD-Reckverhältnisses Tdx (also in Folienquerrichtung) von sequentiell-biaxial gestreckten Poly(ethylen terephthalat) Folien. Die Messung der Brechungsindexe nMax und nMin erfolgte dabei exakt in der Mitte der AB. An diesen Positionen entspricht die Richtung der Fast Axis F. A. der Abzugsrichtung MD der Folie, bzw. die Slow Axis S. A. genau der Transverse Direction TD. Aus diesem Grund entspricht in 16 der Brechungsindex nMax dem Brechungsindex in TD (nTD) bzw. entspricht der Brechungsindex nMin dem Brechungsindex in Abzugsrichtung MD (nMD). In 16 kann man erkennen, dass eine Erhöhung des Querreckverhältnis TDx von 3.2 auf 3.6 zu einer deutlichen Erhöhung des Brechungsindex BI in TD/Richtung (nMax bzw. nTD) führt, während die Abnahme des Brechungsindex in Abzugsrichtung MD (nMin bzw. nMD) vergleichsweise gering ausfällt. Der gleiche Zusammenhang gilt auf Grund der Linearität zwischen E-Modulwert und Brechungsindex auch für die Abhängigkeit der E-Modulwerte vom Querreckverhältnis TDx. Durch Anwendung der berührungslosen Online-Messung der Brechungsindexe, z. B. mit einem Polarimeter, kann der Folienproduktionsprozess einer Online-Qualitätsüberwachung unterzogen werden und bei Beobachtung einer Veränderung der Qualitätseigenschaften während der Folienproduktion korrigierend, z. B. durch Anpassung des TD-Reckverhältnis TDx entsprechend 16, eingegriffen werden.
Der Zusammenhang zwischen den Brechungsindexwerten quer zur Abzugsrichtung, zugehörigen E-Modulwerten (Prüfrichtung ebenfalls TD, also quer zur Abzugsrichtung) und den Annealingtemperaturen AT in °C in sequentiell-biaxial gestreckten Poly (ethylen terephthalat) Folien ist in 17 abgebildet. Außer den Temperaturen in der Annealingzone des Breitreckofens blieben dabei alle Prozessparameter konstant. Der somit bekannte, in dem in 17 untersuchten Bereich mit guter Näherung lineare Zusammenhang zwischen den Brechungsindexwerten und der Annealingtemperatur kann, mit Hilfe des bereits in 12 gezeigten Zusammenhangs zwischen Brechungsindex-Werten und E-Modulwerten, zur Online-Messung der mechanischen Eigenschaften durch die berührungslose Online-Messung der Brechungsindizes und damit zur unmittelbaren Steuerung des Folienproduktionsprozesses verwendet werden. Durch Anwendung der berührungslosen Online-Messung der Brechungsindexe, z. B. mit einem Polarimeter, kann der Folienproduktionsprozess einer Online-Qualitätsüberwachung unterzogen werden und bei Beobachtung einer Veränderung der Qualitätseigenschaften während der Folienproduktion korrigierend, z. B. durch Anpassung Annealingtemperatur entsprechend 17, eingegriffen werden
Die gezeigten Zusammenhänge für sequentiell-biaxial gestreckte PET-Folien wurden vergleichbar auch bei simultanbiaxial gestreckten Folien beobachtet und können auch für die Optimierung des simultan-biaxialen Reckprozesses verwendet werden.
Weitere Parameter bei der sequentiell-biaxialen und simultan-biaxialen Verstreckung bzw. dem Blasfolienverfahren zur Beeinflussung der Folieneigenschaften findet man u. a. in

– Höhe und Position der MD- und/oder TD-Relaxierung der Folie,
– MD-Recktemperaturen und/oder TD-Recktemperaturen
– Temperaturprofil bei der MD- Verstreckung und/oder der TD-Verstreckung
– Reckgeschwindigkeit bei der MD- Verstreckung und/oder der TD-Verstreckung
– Verweilzeiten der Folie in der TDO
– Abkühlbedingungen der extrudierten Schmelze
– der Länge des MD-Reckspaltes bei der MD-Verstreckung im sequentiell-biaxialen Reckprozess

Die beschriebenen qualitativen und quantitativen Einflüsse der Reckparameter auf die Folieneigenschaften sind nicht auf einen bestimmten Polymer-Rohstoff beschränkt, sondern sind neben dem beschriebenen Poly(ethylenterephthalat) für eine Vielzahl weiterer Kunststofffolien aus Rohstoffen wie z. B. Polyamid PA, Polypropylen PP, Polystyrol PS, Polyvinylalkohol PVA, Polycarbonat PC, Poly(ethylennaphthalat) PEN, etc. gültig.
Abschließend wird auch noch erwähnt, dass natürlich die entsprechende Vorrichtung zur Erzeugung eines Kunststofffilms und zur Durchführung der diversen erläuterten Verfahrensschritte eine entsprechend umfassende Steuerungseinrichtung, d. h. Steuerungselektronik umfasst, mit einer Reihe von Sensoren etc. Vor allem ist stets eine Mess- und/oder Auswertestufe vorgesehen, worüber die entsprechenden Messdaten ermittelt, d. h. gemessen und dann letztlich entsprechend ausgewertet werden können, um hierüber auch dann über eine Steuerungsvorrichtung eine entsprechende Anlagensteuerung in Abhängigkeit der online ermittelten Messwerte durchführen zu können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0917945 B1 [0009, 0018]
EP 1980387 B1 [0013, 0017]
WO 2008/067938 A1 [0019]
DE 19510281 C1 [0047]
WO 2008/67938 A1 [0053]
DE 102009060753 [0102]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Vorveröffentlichung Park, O. O.; Kim, W. S.; Park, C. I.; Yang, S.-M.: Analysis of the Bowing Phenomenon in the Tenter Process of Biaxially Oriented Polypropylene Film. (2001) In: Korean Journal of Chemical Engineering. (2001) Vol. 18, Nr. 3, S. 317–321 [0015]
Blumentritt, B. F. (1979). Anisotropy and dimensional stability of biaxially oriented poly(ethylene terephthalate) films. J. Poly. Symp. 58, 169–183. [0091]

Claims

Verfahren zur Online-Ermittlung mechanischer und/oder optischer Eigenschaften einer Kunststofffolie (1), insbesondere zur Ansteuerung einer Kunststofffolien-Produktionsanlage, mit folgenden Verfahrensschritten – die Kunststofffolie (1) wird berührungslos mittels eines die Kunststofffolie (1) transmittierenden Lichtstrahles vermessen, – auf der Lichtempfangsseite wird der die Kunststofffolie (1) durchlaufende Lichtstrahl mittels einer Messapparatur (MA1a, MA1b) vermessen, – mittels der Messapparatur (MA1a, MA1b) wird an der vom Lichtstrahl durchsetzten Messstelle auf der Kunststofffolie (1) die Brechungsindizes (BI) und/oder die Fast-Axis-Richtung und/oder die Slow-Axis-Richtung des Kunststofffilms (1) gemessen und/oder ermittelt, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale, – die Kunststofffolie (1) wird online an verschiedenen quer zur Längs- und/oder Abzugsrichtung (MD, 7) der Kunststofffolie (1) liegenden Messstellen berührungslos vermessen, – mittels einer Mess- oder Auswertstufe werden die messstellenabhängigen Slow-Axis-Richtungswerte oder damit korrelierende Werte an mehreren quer zur Kunststofffolie (1) liegenden Messwerten ermitteln, und – die gemessenen und ermittelten messstellenabhängigen Richtungswerte der Brechungsindizes und/oder für die Slow-Axis (S. A.) und/oder die Fast-Axis (F. A.) werden als direkte oder mittelbare Steuerungsgröße neben anderen Steuerungsgrößen zur Steuerung einer Kunststofffolien-Produktionsanlage verwendet, insbesondere zur Veränderung der Temperatursteuerung und/oder der Reckbedingungen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Mess- und/oder Auswertestufe über die messstellenabhängigen Slow-Axis-Richtungswerte hinweg eine Kurve gelegt wird, deren Tangentenwinkel (α(i)) gegenüber der Querrichtung (9, TD) des Kunststofffilms (1) ein Maß für die Gesamt- oder Bruttoorientierung der Molekülachsen der in dem teilkristallinen Kunststofffilm (1) vorhandenen amorphen und kristallinen Bereiche an den Messstellen entspricht, und dass die messstellenabhängigen Tangentenwinkel (α(i)) und damit korrelierte Größen als Steuerungsgröße neben anderen Steuerungsgrößen zur Steuerung der Kunststofffolien-Produktionsanlage verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststofffilm (1) während des Herstellungsverfahrens Online vermessen wird, und zwar an mehreren quer zur Abzugsrichtung (3) und insbesondere senkrecht zur Abzugsrichtung (3) des Kunststofffilms (1) versetzt liegenden diskreten Messstellen oder dass der Kunststofffilm (1) über seine Arbeitsbreite (AB) oder über eine Teilbreite kontinuierlich vermessen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung verwendet wird, die quer oder senkrecht zur Abzugsrichtung (3) oder Maschinenlängsrichtung (7, MD) angeordnet und insbesondere verfahren wird, um den Kunststofffilm (1) an mehreren in Richtung seiner Arbeitsbreite (AB) versetzt liegenden Messstellen zu vermessen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem messstellenabhängigen Tangentenwinkel (α(i)) und dem dadurch gebildeten charakteristischen Bowing (cB) mittels der Mess- und/oder Auswertestufe ein geometrisches Bowing (gB) ermittelt wird, welches sich durch einen linearen Faktor oder zumindest näherungsweise einen linearen Faktor vom charakteristischen Bowing (cB) unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Kunststofffolien-Produktionsanlage zumindest in mittelbarer Abhängigkeit eines charakteristischen Bowings (cB) durchgeführt wird, wozu mittels einer Mess- und/oder Auswertestufe über die Arbeitsbreite (AB) der Kunststofffolie (1) hinweg die messstellenabhängigen Slow-Axis-Richtungsvektoren zur Erzeugung des charakteristischen Bowings (cB) integriert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Kunststofffolien-Produktionsanlage zumindest in mittelbarer Abhängigkeit eines geometrischen Bowings (gB) durchgeführt wird, wozu von dem charakteristischem Bowing (cB) ausgegangen und die Messgrößen für das charakteristische Bowing (cB) mittels eines linearen oder im Wesentlichen linearen Proportionalitätsfaktors multipliziert wird, der empirisch in Abhängigkeit des verwendeten Kunststofffolienmaterials ermittelbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein in dem Kunststofffilm anisotrop vorhandenes und messstellenabhängiges maximales E-Modul aus dem messstellenabhängigen Brechungsindex in Richtung der Slow-Axis bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Messung des messstellenabhängigen Brechungsindex in die Richtung der Fast Axis, d. h. in die zur Richtung der Slow-Axis senkrechten Richtung in der Ebene (E) des Kunststofffilms (1), der messstellenabhängige minimale E-Modul als zumindest eine mittelbare Steuerungsgröße für die Steuerung der Kunststofffolienproduktionsanlage bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Anisotropie des E-Moduls, d. h. die Differenz aus maximalem und minimalem E-Modul durch Messung der messstellenabhängigen Werte für die Slow-Axis sowie der Messung der messstellenabhängigen Richtungswerte für die Fast-Axis und durch anschließende Differenzbildung als zumindest eine mittelbare Steuerungsgröße für die Steuerung der Kunststofffolienproduktionsanlage ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die quantitative oder absolute Bestimmung des E-Moduls im Kunststofffilm (1) als kunststoff-material-abhängige lineare Funktion des messstellenabhängigen Brechungsindex als zumindest eine mittelbare Steuerungsgröße für die Steuerung der Kunststofffolienproduktionsanlage ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrumpf einer Kunststofffolie (1) als Funktion des gemessenen messstellenabhängigen Brechungsindex durch die Mess- oder Auswertestufe als zumindest eine mittelbare Steuerungsgröße für die Steuerung der Kunststofffolienproduktionsanlage ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der messstellenabhängigen Richtungswerte für die Fast-Axis und die Slow-Axis ein Polarimeter oder ein Slow-Axis-Sensor verwendet wird, dessen monochromatisches, zirkular polarisiertes Licht die Kunststofffolie transmittiert, und mittels dessen die entstehende Elliptizität bzw. Azimuthalwinkel der entstehenden Polarisationsellipse des Lichts detektiert und in der Messwert- und/oder Auswertestufe ausgewertet wird.
Folien-Produktionsanlage mit einer Vorrichtung zur Online-Ermittlung mechanischer und optischer Eigenschaften einer Kunststofffolie (1) insbesondere zur Ansteuerung einer Folien-Produktionsanlage, mit folgenden Merkmalen: – mit einer Einrichtung zur berührungslosen Vermessung der Kunststofffolie (1) mittels eines die Kunststofffolie (1) transmittierenden Lichtstrahles, – mittels einer Messapparatur (MA1a, MA1b), mittels der auf der Lichtempfangsseite der die Kunststofffolie (1) durchlaufende Lichtstrahl messbar ist, – mittels der Messapparatur (MA1a, MA1b) ist an der vom Lichtstrahl durchsetzten Messstelle auf der Kunststofffolie (1) der Brechungsindex und/oder die Fast-Axis-Richtung und/oder die Slow-Axis-Richtung des Kunststofffilms (1) mess- und/oder ermittelbar, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale, – die Messapparatur ist so aufgebaut, dass die Kunststofffolie (1) online an verschiedenen quer zur Längs- und/oder Abzugsrichtung (MD, 7) der Kunststofffolie (1) liegenden Messstellen berührungslos vermessbar ist, – mittels einer Mess- oder Auswertestufe sind die messstellenabhängigen Slow-Axis-Richtungswerte oder damit korrelierende Werte an mehreren quer zur Kunststofffolie (1) liegenden Messwerten ermittelbar, und – die mittels der Mess- oder Auswertestufe ermittelten Richtungswerte für die Slow-Axis und/oder die Fast-Axis sind als direkte oder mittelbare Steuerungsgröße neben anderen Steuerungsgrößen zur Steuerung einer Kunststofffolien-Produktionsanlage zuführbar, insbesondere zur Veränderung der Temperatursteuerung und/oder der Reckbedingungen zur Verringerung des geometrischen Bowings.
Folien-Produktionsanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Mess- und/oder Auswertestufe über die messstellenabhängigen Slow-Axis-Richtungswerte hinweg eine Kurve legbar ist, deren Tangentenwinkel (α(i)) gegenüber der Querrichtung (9, TD) des Kunststofffilms (1) ein Maß für die Gesamt- oder Bruttoorientierung der Molekülachsen der in dem teilkristallinen Kunststofffilm (1) vorhandenen amorphen und kristallinen Bereiche an den Messstellen entspricht, und dass die messstellenabhängigen Tangentenwinkel (α(i)) und damit korrelierte Größen als Steuerungsgröße neben anderen Steuerungsgrößen zur Steuerung der Kunststofffolien-Produktionsanlage zugeführt wird.
Folien-Produktionsanlage nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Mess- und/oder Auswertestufe der Kunststofffilm (1) während des Herstellungsverfahrens online vermessen wird, und zwar an mehreren quer zur Abzugsrichtung (3) und insbesondere senkrecht zur Abzugsrichtung (3) des Kunststofffilms (1) versetzt liegenden diskreten Messstellen oder dass eine Traverse vorgesehen ist, worüber die Messapparatur über die Arbeitsbreite (AB) des Kunststofffilms (1) hinweg verfahrbar ist, insbesondere zur konkreten oder kontiniuerlichen Vermessung des Kunststofffilms (1) an verschiedenen Messstellen.
Folien-Produktionsanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Mess- und/oder Auswertestufe aus den messstellenabhängigen Tangentenwinkel (α(i)) und dem dadurch gebildeten charakteristischen Bowing (cB) mittels der Mess- und/oder Auswertestufe ein geometrisches Bowing (gB) ermittelt wird, welches sich durch einen linearen Faktor oder zumindest näherungsweise einen linearen Faktor vom charakteristischen Bowing (cB) unterscheidet, und welches als mittelbare Steuerungsgröße zur Steuerung der Kunststofffolien-Produktionsanlage verwendet wird.
Folien-Produktionsanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Mess- und/oder Auswertestufe ein in dem Kunststofffilm (1) anisotrop vorhandenes und messstellenabhängiges maximales E-Modul aus den messstellenabhängigen Richtungswerten für die Slow-Axis bestimmt und zumindest als mittelbare Steuerungsgröße der Kunststofffolien-Produktionsanlage zugeführt wird.
Folien-Produktionsanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mess- und/oder Auswertestufe aus der Messung der messstellenabhängigen Richtung der Fast-Axis oder aus der senkrechten Richtung zur Slow-Axis in der Ebene (E) des Kunststofffilms (1) liegend der messstellenabhängige minimale E-Modul bestimmt wird und zumindest als mittelbare Steuerungsgröße der Kunststofffolien-Produktionsanlage zugeführt wird.
Folien-Produktionsanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mess- und/oder Auswertestufe die Höhe der Anisotropie des E-Moduls, d. h. die Differenz aus maximalem und minimalem E-Modul durch Messung der messstellenabhängigen Werte für die Slow-Axis sowie der Messung der messstellenabhängigen Richtungswerte für die Fast-Axis und durch anschließende Differenzbildung als zumindest eine mittelbare Steuerungsgröße für die Steuerung der Kunststofffolienproduktionsanlage ermittelt wird.
Folien-Produktionsanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mess- und/oder Auswertestufe die quantitative oder absolute Bestimmung des E-Moduls im Kunststofffilm (1) als kunststoff-material-abhängige lineare Funktion des messstellenabhängigen Brechungsindex als zumindest eine mittelbare Steuerungsgröße für die Steuerung der Kunststofffolienproduktionsanlage ermittelt wird.
Folien-Produktionsanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mess- und/oder Auswertestufe der Schrumpf einer Kunststofffolie (1) als Funktion des gemessenen messstellenabhängigen Brechungsindex durch die Mess- oder Auswertestufe erzeugt und zumindest als mittelbare Steuerungsgröße der Kunststofffolien-Produktionsanlage zugeführt wird.
Folien-Produktionsanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der messstellenabhängigen Richtungswerte für die Fast-Axis und die Slow-Axis ein Polarimeter oder ein Slow-Axis-Sensor vorgesehen ist, dessen monochromatisches, zirkular polarisiertes Licht die Kunststofffolie transmittiert, und mittels dessen die entstehende Elliptizität bzw. Azimuthalwinkel der entstehenden Polarisationsellipse des Lichts detektiert und in der Messwert- und/oder Auswertestufe ausgewertet wird.