DE102021131316A1

DE102021131316A1 - Verfahren zum Erzeugen einer Kunststofffolie mit unterschiedlicher Transparenz

Info

Publication number: DE102021131316A1
Application number: DE102021131316.3A
Authority: DE
Inventors: Ralf Düchting; Waldemar Epp; René Hartmann
Original assignee: Battenfeld Cincinnati Germany GmbH
Current assignee: Battenfeld Cincinnati Germany GmbH
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2023-06-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststofffolie mittels eines Extrusionsprozesses bei dem in einem Extruder (1) aufgeschmolzene Kunststoffmasse einem Glättwerk (2) zugeführt wird, wobei die Kunststoffmasse im Glättwerk (2) zu einer Folie (4) geformt und mittels eines Kalibrierspaltes (8), der durch beabstandete Walzen (6) erzeugt wird, auf eine vorbestimmte Foliendicke gepresst wird, wobei nachgeschaltet Kühlwalzen (5) die Folie (4) auf eine Temperatur abkühlen, die ein Aufwickeln der erzeugten Folie ermöglicht. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die aufgeschmolzene Kunststoffmasse mit Treibmittel versetzt ist und dadurch aufschäumt, wodurch das geschäumte und/oder noch schäumende Extrudat intransparent wird, wobei die Breite des Kalibrierspaltes (8) so gewählt ist, dass diese Intransparenz teilweise oder komplett zu einem höheren Transparenzgrad zurückgeführt wird.Weiterhin umfasst die Erfindung eine nach dem Verfahren hergestellte Klappverpackung sowie eine Vorrichtung, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststofffolie mittels eines Extrusionsprozesses bei dem in einem Extruder aufgeschmolzene Kunststoffmasse einem Glättwerk zugeführt wird, wobei die Kunststoffmasse im Glättwerk zu einer Folie geformt und mittels eines Kalibrierspaltes, der durch beabstandete Walzen erzeugt wird, auf eine vorbestimmte Foliendicke gepresst wird, wobei nachgeschaltet Kühlwalzen die Folie auf eine Temperatur abkühlen, die ein Aufwickeln der erzeugten Folie ermöglicht. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Klappverpackung und ein diesbezügliche Vorrichtung.
Kunststofffolien und Platten für Tiefziehprodukte und technische Artikel werden oft mit Hilfe von sogenannten Glättwerken hergestellt.
Tiefziehfolien und technische Folien haben typischer Weise eine Foliendicke im Bereich von 150-2500µm, Platten liegen zwischen 1500µm bis 70mm. Als Materialien sind alle Massenkunststoffe (PS, PVC, PP, PET, ...) aber auch Sonderwerkstoffe wie ABS, ASA, PA, PMMA, PC, ... anzutreffen. Der Toleranzbereich der Foliendicke liegt üblicher-weise bei +/- 2% und kann sich bis zu +/- 5% erstrecken, was bedeutet, dass eine 300µm Folie ein Toleranzband von +/- 6 bis +/- 15µm haben kann.
In der Regel wird eine Kunststoffschmelze über einer Breitschlitzdüse zugeführt. Das Glättwerk selbst nimmt diese Schmelze auf und kalibriert das Material aus der Düse. Zudem wird die Schmelze gekühlt und der kalibrierte Zustand (Oberfläche, etc.) eingefroren. Dabei bildet sich von einer Walze eines Glättwerks zur nächsten Walze ein Walzenspalt, der in Abhängigkeit der zu erzielenden Materialstärke entsprechend einzustellen ist. Glättwerke sind oft als 3-Walzenglättwerke ausgeführt, so dass sich zwischen den drei Walzen zwei Walzenspalte ergeben. Bekannt sind aber auch Varianten mit nur zwei Walzen oder einem Mehrwalzen-Glättwerk mit mehr als 3-Glättwerkswalzen.
Glättwerkswalzen können als Vollwalzen oder Doppelmantelwalzen ausgeführt sein. Mittels speziellen Herstellungsverfahren bei der Walzenfertigung oder durch Sonderkonstruktionen bezüglich dem „Innenleben“ (konstruktive Ausführung der Kühlung, der Materialübergänge etc.) der Walzen ist man bemüht technische Toleranzen wie Rundlauf, Zylindrizität, Parallelität, etc. im µm-Bereich zu halten.
Aus der EP 2 644 367 A1 ist ein Luftreifen bekannt der einen Streifen einschließlich. Der bandförmige Streifen hat keine herkömmliche flache rechteckige Querschnittsform, sondern die überlappenden Abschnitte an den gegenüberliegenden Enden des Streifens sind dicker gemacht. Ein erster Zweck besteht darin, die Ungleichmäßigkeit der Dicke eines Innenliners zu verringern, indem Ohrabschnitte für einen bandförmigen Streifen vorgesehen werden. Hierbei werden aber nur sehr schmale Ab-schnitte im Auenbereich des Streifens mit geänderte Dicke erzeugt.
Die WO 2009/022715 A1 beschreibt ein Herstellverfahren und eine Vorrichtung für unebene dicke Kunststofffolie mit ungleichmäßiger Dicke für den Einsatz als Lichtleitplatte einer Hintergrundbeleuchtung für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung und ein benutztes Lichtleiterplatte für verschiedene große Displays wie dekorative Displays, Schilderdisplays, Beleuchtungsdisplays und dergleichen. Hierbei ist vorgesehen die eine der Gegenwalzen konkav auszuführen und so eine Folie mit einem dickeren Bereich im Mittelteil zu erzeugen.
Die DE 10 2019 116 007 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Kunststoffbahn mittels eines Glättwerkes mit mindestens zwei Walzen. Dabei ist vorgesehen, dass die Oberflächen einer oder mehrerer Walzen mit einer Kontur beaufschlagt sind, die es ermöglicht die Kunststoffbahn mit mindestens zwei unterschiedlichen Dickenprofilen zu erzeugen, wobei die Kontur der Walze mit Stufen bestimmter Breite versehen ist, wobei die Breite der jeweiligen nebeneinander angeordneten Stufen weitgehend gleich sind.
Solche bekannten Anlagen werden auch eingesetzt, um mit Treibmittel versehene Kunststoffmassen zu Folien zu verarbeiten. Das eingebrachte Treibmittel hat zur Folge, dass das Extrudat aufschäumt. Diese sich beim Schäumen bilden Bläschen, haben die Wirkung, dass sich der Transparenzgrad verändert und die Folie milchig wird. Hierbei hat die Anzahl und die Größe der sich bildenden Bläschen einen Einfluss darauf wie stark sich die Durchsichtigkeit, also der Transparenzgrad, verändert. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es von Vorteil sein, wenn in einem erzeugten Folienstrang Bereiche unterschiedlicher Transparenzen vorherrschen. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn dies weitgehend in einem Arbeitsschritt erfolgt, beispielsweise bei der Erzeugung von Klapp-Verpackungen im Tiefziehverfahren bei denen der Transparenzgrad von Unterteil und Oberteil unterschiedlich sein soll.
Die bekannten Verfahren bieten dafür keine Möglichkeit.
Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Verfahren zum Erzeugen von Folien mittels eines Glättwerkes so weiter zu entwickeln, dass beim Herstellen von mit Treibmittel versetzten Folien die erzeugte Folien unterschiedliche Transparenzgrade aufweisen. Weiterhin soll dafür eine Vorrichtung bereitgestellt werden und mittels des Verfahrens eine Klappverpackung hergestellt werden.
Die Lösung der Aufgabe ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeschmolzene Kunststoffmasse mit Treibmittel versetzt ist und dadurch aufschäumt, wodurch das geschäumte und/oder noch schäumende Extrudat intransparent wird, wobei die Breite des Kalibrierspaltes so gewählt ist, dass diese Intransparenz teilweise oder komplett zu einem höheren Transparenzgrad zurückgeführt wird.
Bedingt durch das Treibmittel entstehen Schaumblasen unterschiedlicher Größe wodurch das Extrudat intransparent wird. Beim Kalibrieren im Walzenspalt, dem Kalibrierspalt, werden diese Schaumblasen in Abhängigkeit der Spaltweite wieder zerstört, wodurch der Transparenzgrad wieder erhöht wird. Es wird damit theoretisch sogar möglich alle erzeugten Blasen zu zerstören, um wieder eine vollständige Transparenz herzustellen.
Weiterbildungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kalibrierspalt über seine Länge unterschiedliche Breiten aufweist, wodurch das Extrudat unterschiedlich stark gequetscht wird und somit eine Folie mit Bereichen unterschiedlicher Transparenz erzeugt wird.
Durch die Ausgestaltung der Walzendurchmesser werden unterschiedliche Breiten des Kalibrierspaltes abgebildet. Gemäß dieser Weiterbildung weißt die Walze über ihre Breite unterschiedliche Durchmesser auf, was zu unterschiedlichen Breites das Spaltes führt.
Üblicherweise entsteht aus der Kunststoffmassen vor dem Kalibriespalt ein Wulst der als Knet bezeichnet wird, die Größe des Knetes hat einen Einfluss auf den Transparenzgrad, da sich die Schaumblasen unterschiedlich stark ausbilden können.
Das Verfahren ist besonders zur Herstellung von Klappverpackungen, bestehen aus einem Ober- und einem Unterteil geeignet, wobei diese Klappverpackungen vorteilhafterweise im Tiefziehverfahren hergestellt werden. Durch die unterschiedliche Transparenz der Folie kann zum Beispiel Ware in der Verpackung, bedingt durch einen transparenten Deckel, in Augenschein genommen werden. Das Verpackungsunterteil kann aber intransparent ausgeführt werden.
Je nach Verwendung ist vorgesehen den Bereich der Folie mit höherer Transparenz für das Ober- oder Unterteil zu verwenden oder umgekehrt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Kunststofffolie, nach dem vorgeschlagen Verfahren, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser eines Walzenkörpers, über die Breite gesehen, unterschiedlich ist, wodurch Absätze entstehen die wiederum eine unterschiedliche Breite des Kalibierspaltes erzeugen und somit ein unterschiedlich starkes Quetschen der Folie ermöglicht.
Wie bereits weiter oben beschrieben, wird die Breite des Kalibrierspates, durch unterschiedliche Durchmesser des Walzenkörpers, über seine Breite bestimmt. Je nach gewünschter Verwendung, können dies mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmesser sein oder es wiederholen sich z.B. zwei unterschiedliche Durchmesser mehrfach über die Breite des Walzenkörpers.
Es wird aber auch in einer Weiterbildung vorgeschlagen die unterschiedlichen Durchmesser des Walzenkörpers mittels einer Grundwalze und mindestens einem auf dieser Grundwalze angeordnetem Ringelement zu erzeugen, wobei das Ringelement mit der Grundwalze in Wirkverbindung steht.
Dies hat den Vorteil, dass bei einer erforderlichen Änderung des Kalibrierspaltes nicht eine komplette Walze ausgetauscht werden muss, sondern nur das oder die Ringelemente.
Es ist also möglich zwei oder mehrere Ringelemente auf einer Grundwalze anzuordnen. Vorteilhafterweise sind die Ringelemente austauschbar und sind somit auf der Grundwalze verschiebbar. Damit auch unterschiedliche Durchmesser abgebildet werden können, weisen die Ringelemente unterschiedlich Außendurchmesser auf.
Es wird somit möglich eine Kunststoffbahn mit mindestens zwei unterschiedlichen Dickenprofilen zu erzeugen indem ein Ringelement auf einer Grundwalze ausgetauscht wird, wodurch mindesten zwei unterschiedliche Durchmesser über die Breites des Walzenkörpers entstehen, wodurch ein Walzenspalt abbildbar ist der unterschiedliche Breiten aufweist und somit eine Kunststoffbahn mit unterschiedlichem Dickenprofil oder bei Folien mit Treibmittel, unterschiedliche Transparenzgrade, erzeugbar ist.
In den Zeichnungen wird schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt:

1 zeigt eine typische Anordnung mit einem Glättwerk
2 eine Ansicht von zwei Glättwalzen
3 eine Klappverpackung
4 a/b zwei Varianten einer Folie
5a/b/c drei Ausführungen einer Glättwalze
6a/b zwei alternative Ausführungen eine Glättwalze

1 zeigt schematisch eine typische Anordnung einer Extrusionlinie zum Erzeugen von Kunststofffolie. Vom Extruder 1 wird die darin auf geschmolzene Kunststoffmasse einem Klettwerk 2 zugeführt. Üblicherweise geschieht das mit einer Breitschlitzdüse die das Extrudat dem Glättwerk 2 zuführt. Üblicherweise bildet sich ein Wulst in Form eines Knets 7 der sich vor dem Kalibrierspalt 8 zwischen zwei Glättwalzen 6 ausprägt. Zwischen den beiden Glättwalzen 6 wird das Extrudat in einen Kalibrierspalt 8 eingezogen und über die weiteren Walzen 6 auf seine gewünschte Folienkontur gebracht. Mittels der sich anschließenden Kühlwalzen 5 wird die erzeugte Kunststofffolie 4 abgekühlt und kann anschließend direkt eine Tiefziehmaschine 3 oder eine Aufwickelstation 3 zugeführt werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung zweier Glättwalzen 6 in Laufrichtung der Folie gesehen. Die beiden Walzen sind so ausgeführt, dass der zwischen den Walzen entstehende Kalibrierspalt 8 unterschiedliche Breiten aufweist. So gibt es hier beispielsweise im Außenbereich einen breiteren Kalibrierspalt 8a und im mittleren Bereich einen schmaleren Kalibrierspalt 8b. Infolgedessen wird das durchgeführte Extrudat mehr oder weniger gequetscht, was zur Folge hat, dass die sich durch das Treibmittel gebildeten Bläschen mehr oder weniger zerstört werden. Der Abstand zwischen den Walzen und damit die Breite des Kalibrierspaltes 8 kann noch so gering eingestellt werden, dass die gebildeten Bläschen vollständig zerstört werden und somit die erzeugte Folie 4 einen Transparenzgrad von weitgehend 100 % erreicht und damit die Folie quasi wieder durchsichtig ist.
3 zeigt eine typische Klappverpackung mit einem Oberteil 11 und einem Unterteil 12. Da sie aus einer Folie 4 hergestellt wurde, gibt es eine Verbindung 13 zwischen dem Oberteil und dem Unterteil. Die Verbindung 13 wirkt somit wie ein Scharnier.
Die 4a und 4b zeigen beispielhaft zwei Varianten einer erzeugten Folie 4. In 4a ist eine Folie 4 dargestellt die zwei Bereiche aufweist, wobei der Bereich 14 eine hohe Transparenz und der Bereich 15 eine geringere Transparenz aufweist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 4b hat die Folie 4 vier Bereiche mit unterschiedlichen Transparenzgraden. Auch hier sind wieder der Bereich mit hoher Transparenz mit der Bezugsziffer 14 und der Bereich mit geringerer Transparenz mit der Bezugsziffer 15 dargestellt. Selbstverständlich ist es auch möglich die Anordnung der Bereiche mit den unterschiedlichen Transparenzgraden anders anzuordnen. Beim Einsatz des in 2 dargestellten Walzenpaares hätte die Folie in der Mitte einen breiten Bereich mit hohem Transparenzgrad und jeweils außen einen Bereich mit geringem Transparenzgrad.
Die 5a, 5b und 5c zeigen mögliche Ausführungen der Glättwalze 6. Die dargestellten Walzen weisen jeweils eine erste Stufe 9 und eine zweite Stufe 10 auf mittels denen unterschiedliche Spaltenbreiten abgebildet werden können.
Die 6a und 6b zeigen eine weitere Ausführung einer Glättwalze 6. Die dargestellten Walzen weisen auch jeweils eine erste Stufe 9 und eine zweite Stufe 10 auf mittels den unterschiedliche Spaltenbreiten abgebildet werden können. Die erhöhte Stufe wird hier jedoch mit einem auf einer Grundwalze 17 aufgeschobenen Ringelement 16 ausgeführt. Diese Hülse kann beispielsweise aus Nickel sein. Das Ringelement steht mit der Grundwalze 17 in Wirkverbindung, was über bekannte technische Hilfsmittel erreicht wird. Das kann zum Beispiel durch eine Narben/Nutverbindung oder mittels Verstiften der beiden Teile erfolgen. Wichtig ist nur, dass bei Drehung der Grundwalze 17 das Ringelement 16 sich nicht relativ zu dieser verdreht. Die Verbindung darf allerdings auch nicht so fest sein, dass ein Wechsel des Ringelementes 16 auf der Grundwalze 17 nur mit erheblichem Demontageaufwand erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

1: Extruder
2: Glättwerk
3: Tiefziehmaschine oder Aufwickelstation
4: Folie
5: Kühlwalzen
6: Glättwalzen
7: Knet
8: Kalibrierspalt
8a: breiter Kalibrierspalt 8
8b: schmaler Kalibrierspalt 8
9: erste Stufe in 6
10: zweite Stufe in 6
11: Oberteil
12: Unterteil
13: Verbindung von 11 zu 12
14: Bereich von 4 mit hoher Transparenz
15: Bereich von 4 mit geringer Transparenz
16: Ringelement auf 6
17: Grundwalze

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2644367 A1 [0006]
WO 2009/022715 A1 [0007]
DE 102019116007 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Kunststofffolie mittels eines Extrusionsprozesses bei dem in einem Extruder (1) aufgeschmolzene Kunststoffmasse einem Glättwerk (2) zugeführt wird, wobei die Kunststoffmasse im Glättwerk (2) zu einer Folie (4) geformt und mittels eines Kalibrierspaltes (8), der durch beabstandete Walzen (6) erzeugt wird, auf eine vorbestimmte Foliendicke gepresst wird, wobei nachgeschaltet Kühlwalzen (5) die Folie (4) auf eine Temperatur abkühlen, die ein Aufwickeln der erzeugten Folie ermöglicht dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeschmolzene Kunststoffmasse mit Treibmittel versetzt ist und dadurch aufschäumt, wodurch das geschäumte und/oder noch schäumende Extrudat intransparent wird, wobei die Breite des Kalibrierspaltes (8) so gewählt ist, dass diese Intransparenz teilweise oder komplett zu einem höheren Transparenzgrad zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierspalt (8) über seine Länge unterschiedliche Breiten aufweist, wodurch das Extrudat unterschiedlich stark gequetscht wird und somit eine Folie (4) mit Bereichen unterschiedlicher Transparenz erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich vor dem Kalibrierspalt (8) ein Knet (7) bildet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Knetes (7) einen Einfluss auf den Transparenzgrad hat.
Verwendung einer Kunststofffolie, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, zur Herstellung von Klappverpackungen bestehen aus einem Ober- und einem Unterteil (11, 12).
Klappverpackung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappverpackung im Tiefziehverfahren hergestellt wird.
Klappverpackung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Folie mit höherer Transparenz für das Ober- oder Unterteil (11, 12) verwendet wird.
Klappverpackung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Folie (4) mit geringer Transparenz für das Unter- oder Oberteil (11, 12) verwendet wird.
Vorrichtung zur Herstellung von Kunststofffolie nach dem Verfahren von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser eines Walzenkörpers über die Breite gesehen unterschiedlich ist, wodurch Absätze entstehen die wiederum eine unterschiedliche Breite des Kalibierspaltes (8) erzeugen und somit einen unterschiedlich starkes Quetschen der Folie (4) ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Durchmesser des Walzenkörpers mittels einer Grundwalze (17) und mindestens einem auf dieser Grundwalze (17) angeordnetem Ringelement (16) erzeugt wird, wobei das Ringelement (16) mit der Grundwalze (17) in Wirkverbindung steht.