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Vorrichtung zur Herstellung von Filmen Die Erfindung bezieht sich
auf die Herstellung von künstlichen Filmen und insbeson,dere auf d.ie Herstellung
von solchen aus hochpolymeren synthetischen linearen Verbiiidungeni, einschließ
ii ch linearen Kondensationssuperpolymeren und insbesondere linearen Superpolyesternfi
und linearen Superpolyamiden, welche zu Gespinsten und durch Kaltzienen zu Fasern
von hoher Zähigkeit verarbeitet werden können.
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Bekannt ist einerseits die Herstellung von Filmen un.ter Verwendung
einer Walzvorrichtung. Danach wird die Gelluloselösuing in Form verschiedener Streifen
oder Blättchen im Fällbad mit Hilfe von DruQ-zylindern zu Häutchen und diese weiter
zu einem einzigen Film vereinigt.
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Andererseits ist die Kaltstreckung von bereits erhaltenden Folien
aus Mischpolyamiden in der Weise bekannt, daß die Folien über zwei Walzen laufen,
welche sich im entgegengesetzten Sinne Imit verschiedenen Geschwindigkeiten drehen
und so nahe aneinandergerückt sind, daß ihr Abstand nur wenig mehr als die Folienstärke
beträgt.
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Weiter ist es bekannt, daß Filme aus der obengenannten Stoffklasse
durch rasches Abkühlen einer dünnen Schicht des geschmolzenen Materials hergestellt
werden können. So gibt es z. B. ein Verfahren zum Herstellen hauchfeiner Folien
aus Cetlulosehydrat in der Weise, daß der aus dem Gießer austretende Flor aus Kupferoxydammoniakcelluloselösung
durch eine kurze, etwa 1 bis 10 mm betragende freie Luftstrecke sowie im Anschluß
an diese durch eine 10 bis 20 cm betragende freie Bads,trecke h:indurchgeführt und
dann innerhalb des Bades auf eine im Umfang verhältnismäßig große Trommel geleitet
wird, die den sich zu einem Film verfestigenden Flor durch Adhäsion an einer Querschrumpfung
hindert, worauf er zur weiteren Behandlung an die folgenden Förderwlalzen abgegeben
wird. Demgegenüber betrifft nun die Erfindung eine wesentlich verbesserte Arbeitsweise
zur Durchführung dieser Abkühlungsbehandlung von ausgepreßten Filmen.
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Gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung zur Herstellung von Filmen,
bei dem ein aus einer Schmelze ausgepreßter Film aus einer hochpolymeren synthetischen
linearen Verbindung nach unten durch den Spalt zwischen zwei in entgegengesetzter
Richtung, und zwar in .der Vorschubrichtung des Films, mit gleicher Umlaufgeschwindigkeit
umlaufenden Walzen geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des zwischen
den beiden Walzen gebildeten Spaltes eine Kühlfliissigkeit aufrechterhalten wird.
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Die Flüssigkeitsmenge kann iin dem Spalt zwischen den Walzen auf
verschiedene Weise aufrechterhalten werden. Bei einer bevorzugten Arbeitsweise tauchen
die den Spalt bildenden Walzen in einer Tiefe in ein
Flüssíigkeitsbad.ein, die geringer
ist als der Durchmesser der Walzen. Durch die Umlaufbewegung der Walzen wird ein
Film der Flüssigkeit in den Spalt mitgenommen und bildet dort eine gewisse Flüssigkeitsmenge.
Einie geringe Menge eines Netzmittels kann der Flüssigkeit zugesetzt werden., um
zu erreichen, daß eine geniigen,de Flüssigkeitsmenge in den Spalt mitgenommen wird.
Eine andere geeignete Arbeitsweise besteht darin, daß die Flüssigkeit auf die Walzen
oder auf den geschmolzenen Film gespritzt wird, bevor der Film in den Spalt eintritt.
Wenn, wie zuletzt angegeben, gearbeitet wird, muß verhindert werden, daß Markierunlgen
auf dem Film durch die plötzliche Berührung des Films mit dem Flüssigkeitstropfen
gebildet werden. Die Tiefe der Flüssigkeitsmenge, welche in dem Spalt gebildet wird,
kann veränderlich sein, und sie kann so hoch sein wie der Radius der Walzen Sie
muß jedoch immer ausreichend sein, um eine genügende Flüssigkeitsmenge zu liefern,
damit der Film ausreichend abgekühlt wird.
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Es kann jede nicht flüchtige Flüssigkeit zur Abkühlung des Films
verwendet werden, vorausgesetzt,
daß diese während der Abkühlung
den Film nicht sichtbar angreift oder in nachteiliger Weise mit dem Filmmaterial
reagiert.
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Wegen der hohen Schmelzpunkte der angewandten Polymere kann eine
Tendenz bestehen, daß die Flüssigkeit, wenn sie mit dem frisch ausgepreßten Film
in Berührung kommt, örtlich siedet, insbesondere wenn der Film in einer Stärke von
mehr als etwa 0,07 mm ausgepreßt wird oder wenn geringe Auspreßgeschwinfdigkeiten
angewandt werden. Ein solches Sieden führt zu Schädigungen auf der Filmoberfläche,
beispielsweise zur Rippenbildung, zu Oberflächenstreifen und zu Blattern, welche
auf den Filmoberflächen auftreten können, und sollte daher vorzugsweise vermieden
werden, erforderlichenfalls dadurch, daß Kühlmittel für die Schichten der Flüssigkeit
vorgesehen werden, welche mit den Filmoberflächen in Berührung treten. Die Kühlung
kann beispielsweise durch eines oder mehrere Kühlrohre erfolgen, welche eine abgekühlte
umlaufende Flüssigkeit enthalten, beispfelsweise Methanol, und die auf jeder Saite
des Films dicht an der Oberfläche desselben angeorrdnet sind und die sich quer durch
die Spaltflüssigkeit über die ganze Breite des Films erstrecken. Es können aber
auch die den Spalt bindenden Walzen selbst gekühlt werden, indem in ihnen eine gekühlte
Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser oder Methanol, umläuft, oder es können Saugrohre
vorgesehen sein, die die erwärmte Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsmenge an jeder
Seite des Films an den Teilen des FlüssiglSeitsbehälters abführen, die sich direkt
zwischen dem Film und den Walzen befindet, und zwar vorzugsweise an mehreren Punkten,
die quer über die ganze Breite des Films verteilt sind, und zwar an Stellen, die
so dicht wie möglich an dem Film liegen.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß die Vorrichtung derart ausgebildet
ist, daß Flüssigkeit dem Spalt mit einer Geschwindigkeit zugeführt werden kann,
die ausreichend hoch ist, daß in dem Spalt eine gewisse Flüssig.keitsmenge gehalten
wird. und zwar vorzugsweise eine Flüssigkeitsmenge von genügender Tiefe.
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Ausgenommen in dem Fall, wo die Flüssigkeit zwecks Kühlung ausreichend
schnell aus der Flüssigkeitsmenge an den Stellen, die direkt zwischen dem Film und
den Walzen liegen, abgezogen wird, läßt man die Flüssigkeit aus den Enden des Spaltes
mit einer geregelten Geschwindigkeit abfließen, so daß ein.e Menge von ausreichender
Tiefe in dem Spalt gebildet wird.
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Die Ablaufgeschwindig3<eit kann geregelt werden, beispielsweise
indem Platten quer an den Enden des Spaltes angeordnet sind und der Abstand zwischen
den Enden der Warzen un!d der Platten einstellbar ist.
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Der Radius der den Spalt bilden'den Walzen kann innerhalb weiter
Grenzen verändert werden. Es ist lediglich notwendig, daß der Radius derselben derart
ist, daß eine entsprechende Flüssigkeitsmenge in den Spalt eingebracht wird, jedoch
nicht so viel. daß unerwünschte Strömungen in der Spaltflüssigkeit gebildet werden.
Im allgemeinen wird der optimale Radius größer mit der Geschwindigkeit, mit der
der Film aus der Auspreßöffnung abgezogen wird, d. h. mit der Umfangsgescllwindi.gkeit
der Walzen. Ebenfalls wächst der optimale Radius bei ein.er sich steigeraden Viskosität
der Flüssigkeit. Es ist im allgemeinen zweckmäßig, Walzen von einem Radius zu verwenden,
der nicht größer als 23 cm ist, da es bei einem größeren Radius gewöhnlich schwierig
wird, die Auspreßdüse für die Filmmasse genügend dicht an den Spalt heranzubringen.
Wenn die Walzen teil-
weise in die Flüssigkeit eintauchen und mit sehr hohen Geschwindigkeiten
umlaufen, wird es vorgezogen, daß sie in einer Tiefe eintauchen, die nicht größer
ist als drei Viertel des Durchmessers derselben. Durch diese Vorkehrung wird verhindert,
daß die Flüssigkeit in solchen N 1 engen in den Spalt übergeführt wird, daß hierdurch
Wellen auf der Oberfläche der Spaltflüssigkeit entstehen. Wenn die übrigen Bedingungen
nicht geändert werden, wird die optimale Eintauchtiefe der Walzen bei sich steigernder
N"iskosität der angewandten Flüssigkeit geringer.
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Es ist einleuchtend, daß diese optimale Tiefe die größte Tiefe ist,
mit der die Rollen in die Flüssigkeit eintauchen können (und demgemäß die Tiefe,
welche die größte Zufuhrgeschwindigkeit ergibt), olme daß eine unerwünschte Turbulenz
in der Flüssigkeit entsteht, wodurch die Oberflächeneigenschaften des Films verschlechtert
werden.
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In der Zeichnung sind schematisch verschiedene Ausführungsformen
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar wird hierbei Wasser
als Kühlflüssigkeit verwendet.
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Fig. 1 zeigt einen Grun!driß einer solchen Vorrichtung, und die Fig.
2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen im senlrechten Schnitt.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird ein frisch ausgepreßter geschmolzener
Film 1 dem zwischen zwei Sta-hlwalzen 2 gebildeten Spalt zugeführt, wobei diese
Stahlwalzen mit einer Tiefe von. etwa drei Viertel ihres Durchmessers in einen Behälter
3 eintauchen, der mit Wasser gefüllt ist. Diesem Behälter 3 wird Wasser durch ein
Zulaufrohr 4 zugeführt, und das Wasser fließt durch einen einstellbaren überlauf
5 ab. Das Wasser wird Idurch die Oberfläche der umlaufenden Walzen mitgenommen,
und hierdurch wird der Wasserstallld in dem Spalt 6 gehoben, und zwar über den Wasserstand
in dem Behälter 3. Diese Flüssigkeitshöhe in dem Spalt 6 wird durch an jedem Ende
des Spaltes vorgesehene Platten 7 gehalten. An jeder Seite des Films ist dicht an
ihm ein Saugrohr 8 vorgesehen, und dieses besitzt eine Reihe von Löchern, die nach
unten und etwas gegen die Filmoberfläche gerichtet sind und durch die Wasser aus
der Nähe der Filmoberfläche alogezogen wird. Jedes Rohr 8 ist vorzugsweise derart
angeordnet, daß die Löcher auf einem Durchmesser des Rohres liegen, der einen Winkel
von nicht über 450 mit der Senkrechten bildet.
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Die Endplatten 7 sind einstellbar, um zu ermöglichen, daß ein Wasserüberschuß
an jedem Ende des Spaltes mit einer solchen Geschwindigkeit abläuft, daß die Höhe
der Wassermeilge 6 in dem Spalt im wesentlichen konstant bleibt. Es sind weiterhin
Leerlaufrollen oder Umlenkrollen 9 vorgesehen, um die der Film herumläuft und dann
s-chließlicll aus dem Bad einer ndcht dargestellten Aufwickelwalze zugeleitet wird.
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Gemäß der Erfindung liönllell verschiedene Ahänderungen an der \orrichtullg
vorgesehen werden.
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Beispielsweise können die Rohre 8 mit einem ununterbrochenen Schlitz
an Stelle einer Reihe Löcher verselien sein, um das Wasser aus der Nähe der Oberfläche
des Film abzuziehen, oder es kann eine Reihe von offenen Saugrohren verwendet werden,
die quer über die Breite de', Films verteilt sind und die mit ihren offenen Enden
dicht an der Filmoberfläche liegen. Es können auch andere WIittel angewandt werden,
um Wasser dem zwischen den Walzen gebildeten Spalt zuzuführen und es kühl zu halten.
Wenn die Arbeitsgeschwindigkeit des Verfahrens ausreichend
groß
ist, werden durch den Durchgang des Films durch die Flüssigkeit die Flüssigkeitsschichten,
welche mit den Filmoberflächen in Berührung treten, so stark in Bewegung versetzt,
daß hierdu.rch ein örtliches Sieden der Flüssigkeit verhindert wird. In diesem Fall
kann auf die Saugrohre zum Abziehen der Flüssigkeit aus dem Spalt oder auf andere
Kühlmittel für den Spalt verzichtet werden.
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Nachdem der Film zwischen den den Spalt bildenden Walzen hindurchgegangen
ist, ist er in mehr oder weniger großem Maße fest geworden, und er kann nunmehr
um eine der Walten herumgeführt oder direkt einer weiteren Arbeitsbehandlung unterworfen
oder direkt aufgewickelt werden. Es kann wünschenswert sein, insbesondere wenn der
Film stark ist, ihn durchi ein Bad einer Flüssigkeit zu leiten, in der er vollkommen
gekühlt wird, bevor er weiter bearbeitet oder aufgewickelt wird.
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Die Vorteile, welche dadurch erreicht werden, daß der geschmolzene
Film aus der hochpolymeren synthetischen linearen Verbindung in die Flüssigkeit,
die sich in dem Spalt zwischen den beiden Walzen befindet, eingeführt wird, anstatt
direkt in ein Bad der Kühlflüssigkeit eingefiihrt zu werden, wirken sich insbesondere
auf die Qualität des erzeugten Films aus.
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WennCder geschmolzene Film direkt in ein Kühlband geleitet wird, das
notwendigerweise eine ziemlich große Oberfläche besitzen muß, werden etwaige Rippen
und Störungen, welche auf der Oberfläche des Bades auftreten, eine Bewegung des
geschmolzenen Films herbeiführen, anstatt daß dieser auf einer geraden Linie von
der Auspreßdüse zu der Flüssigkeit gelangt, und dies wird Unregelmäßigkeiten in
der Stärke des Films zur Folge haben und die Oberfläche desselben beeinflussen.
Obwohl diese Filmschädigungen nicht immer sichtbar sein werden, bevor der Film weiter
behandelt, beispielsweise oder Streckbehanld.lung unterworfen wird, wird der endgültige
Film eine ungleiche Qualität besitzen. Bei Anwendung der erfindungsgemäß en Vorrichtung
besitzt der Film jedoch eine sehr gute Oberflächenqualität, eine gleichmäßige Stärke
und ein sehr gleichmäßiges Aussehen.
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Die den Gegenstand der Erfindung bildende Vorrichtung wird mit besonderem
Vorteil für die Herstellung von Filmen aus Stoffen angewandt. welche in dem geschmolzenen
Zustand besonders beweglich sind und die, wenn dab Material fest geworden ist, verhältnismäß.ig
steife Filme ergeben. Derartige Filme werden besonders leicht durch Rippen und andere
Störungen des Kühlwassers schädlich beeinflußt und insbeson(dere durch örtliches
Sieden des Wassers. Die den Gegenstand der Erfindung bildende Yorrichtung ist von
besonderer ßedeutung, wenn sie für die Herstel.lung von Filmen aus Polyäthylenterephthalat
angewandt wird. Dieses Ällaterial meldet steife Filme aus einer sehr beweglichen
Schmelze, und der Film besitzt eine außergewöhnlich hohe Klarheit und einen sehr
hohen Oberflächenglanz. Diese Eigenschaften des Films werden aber sehr leicht beeinflußt,
wenn der Film nicht un.ter besonders sorgfältig geregelten Bedinungen ausgequetscht
wird.
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Die Erfindung ist in den folgenden Beispielen erläutert.
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Beispiel 1 Hochpolyineres Polyäthylenterephthalat wurde geschmelzen
und durch einen Offnungsschlitz von 20 cm Länge und 0,38 mm Stärke ausgepreßt. Der
geschmolzene Fi'lm wurde senkrecht 5 cm durch die Luft der Oberfläcllle von einer
Wassermenge zugeführt, die in
dem Spalt von einem Paar Walzen einer Apparatur enthalten
war, die schematisch in der Zeichnung dargestellt ist. Der Film trat dabei zwischen
zwei Sangrohren hindurch, die in dem Spalt zwischen den Walzen angeordnet waren.
Diese Saugroh.re waren 20 cm lang, bestanden aus 26iger Messingrohren und besaßen
einen Außendurchmesser von 4,76 mm. Jedes dieser Rohre war mit elf gleichmäßig verteilten
Löchern von 1 mm Durchmesser versehen, und diese Bohrungen waren nach unten gerichtet
und gegen die Filmoberfläche unter einem Winkel von 200 zur Senkrechten geneigt.
Diese beiden Rohre waren mit getrennten Wasserpumpen verbunden, um eine rasche Entferring
des heißen Wassers aus der Nähe der Filmoberfläche herbeizuführen. Der Film gelangte
dann in den Spalt zwischen den Walzen, die aus polierten chromplattierten Walzen
von 10 cm Durchmesser bestanden und die in den Wasserbehälter mit einer Tiefe von
zwei Dritteln ihres Durch1nessers eingetaucht waren und mit einer Umfangsgeschwindigkeit
von 9 m pro Minute umliefen. Der Film, welcher fest geworden ist. bevor er zwischen
die Walzen gelangte, wurde um eine dieser Walzen herumgeführt, dann um zwei Umlenkwalzen
geführt und einer Auf--wickelrolle zugeführt.
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Die Höhe der Flüssiglseit in dem Spalt zwischen den Walzen wurde
auf 25 mm gehalten, indem die an den Enden des Spaltes angeordneten Platten entsprechend
eingestellt wurden, und zwar in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der das.
Wasser in den Spalt durch die Oberflächen der Walzen eingeführt und durch die Saugrohre
daraus entfernt wurde. Die Geschwindigkeit des Auspressens des Films war so mit
Bezug auf die Aufwickelgeschwindigkeit eingestellt.'daß der Film zu einer Stärke
von 0,2 mm ausgezogen wurde.
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Der so hergestellte Film besaß eine ausgezeichnete Qualität, sehr
große Klarheit und sehr hoben Glanz und war frei von Oberflächenschäden.
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Beispiel 2 Ein Film aus hochpolymerem Polyäthylenterephthalat wurde
in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise ausgepreßt und gequetscht, wobei jedoch
die Saugrolire durch zwei 20 cm lange 26iger Messingrohre von 4,76 mm Außendiurchmessler
ersetzt waren, die paral.lel an eine Uinlaufpumpe angeschlossen waren. die Methanol
mit einer Temperatur von - 200 in Um.lauf versetzte. Um ein Gefrieren des Wassers
in dem Spalt zu vermeiden, wurde das Methanol nur in Umlauf versletzt, wenn die
den Spa.lt dienenden Walzen umliefen. Die Endplatten an d.en Enden des Spaltes wurden
etwas weiter von den Enden des Spaltes entfernt, als es im Beispiel 1 der Fall war,
um die Wassermenge in dem Spalt in der gleichen Tiefe von 25 mm zu halten. Der so
erzeugte Film besaß eine ausgezeichnete Qualität, und er war frei von Oblerflächenschädigungen.
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Beispiel 3 Es wurde mit der gleichen Apparatur, wie im Beispiel 1
beschrieben gearbeitet, wobei jedoch die Sangrohre oder andere Einrichtungen zum
Kühlen des Wassers in dem Spalt fortgelassen wurden, und es wurde ein Film aus hochpolymerem
Polyä,thylee,nterephthalat mit einer Ges.chwindiglçeit von 9 m pro Minute erzeugt.
wobei die Auspreßgeschwindigkeit und die Breite des Films so eingestellt waren,
daPJ ein Film einer Stärke von 0,1 mm Stärke erzeugt wurde. Dieser Film wies Oberflächenschädigungen
auf,
welche auf örtliches Sieden des Wassers zurückzuführen waren.
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Die Um.fangsgeschlvindigkeit der den Spalt bildenden Walzen wurde
auf 21,35 m pro Minute erhöht, und die Anspreßeinrichtung wurde entsprechend eingestellt,
um einen Film der gleichen Stärke von 0,1 mm zu ergeben. Die Endplatten an d.n Enden
des Spaltes waren ebenfalls so eingestellt, daß das Wasser in dem Spalt 25 mm hoch
stand. Der unter diesen Arbeitsbedingungen erzeugte Film besaß eine ausgezeidmete
Qualität, und er war ohne Niarkierungen., die durch Kochen des Wassers erzeugt wurden.
Hierbei war nämlich die Eintrittsgeschwindigkeit der Schmelze in das Wasser so groß,
daß das Wasser in dem Spalt genügend in Umlauf versetzt wurde, um ein örtliches
Sieden zu verhindern.
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Beispiel 4 Bei dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurde das.
Wasser in dem Bad durch Mischen von 8O0/o Glycerin mit 2011/o Wasser ersetzt. Diese
Mischung in dem Bad wurde auf einer Temperatur von 400 gehalten, indem sie von dem
einen Ende des Bades abgepumpt und dem anderen über Kühlschlangen wieder zugeführt
wurde. Die Saugrohre oder andere Einrichtun.gen zum Kühlen der Flüssigkeit in dem
Spalt waren hierbei fortgelassen. Die den Spalt bildenden Walzen tauchten hierbei
nur zu einem Viertel ibres Durchmessers in die Flüssigkeit ein, und die Endplatten
wurden d!erart eingestellt, daß sie sich in einem Abstand von 12 mm von den Enden
des Spaltes befanden. Auf diese Weise wurde ein Film von 0,2 mm Stärke aus Polyäthylenterephthalat
hergestellt, und zwar mit einer Geschwindigloeit von 6 bis 30m pro Minute, und.
zwar ohne daß auf dem Film Oberflächenschäden eintraten.
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Der Film war in jedem Fall von einer ausgezeichneten Oualität..
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Beispiel 5 Vergleichsweise wurden bei der Apparatur und dem im Beispiel
1 beschriebenen Verfahren die den Spalt bildenden Walzen mit einer Tiefe von 1,6
mm mehr als ihrem Durchmesser eingetaucht, so daß die gesamte Wasseroberfläche durch
die eintretende Filmschmelze unterbrochen. wurde. Die den Spalt bildenden Walzen
wurden mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 9 m pro Nilinute gedreht, und die Arbeitswelise
der Auspreßvorrichtung wurde so eingestellt, daß ein Film von 0,2 mm Stärke hergestellt
wurde. Es zeigte sich hierbei, daß die sich: auf der Badoberfläche bildenden Rippen,
welche bei der Durchführung des Verfahrens unvermeidbar auftraten, den geschmolzenen
Film aus seiner Bahn abbogen und zuWellenbildun.gen auf dem fest gewordenen Film
führten. Dieser gewellte Film erzeugte bei dem Eintauchen in das Bad weitere Rippen
und Wellen auf der Oberfläche
des Wassers, und diese wanderten über das ganze Bad,
so daß weitere Wellen auf dem neu ausgepreßten Film entstanden. Bei diesem Verfahren
wurde ein Film erzeugt, welcher ziemlich regelmäßige tiefe Wellungen aufwies. Diese
Wellungen besaßen eine Amplitude von. etwa 38 mm und eine Tiefe voii etwa 8,5 mm..
Diese Ävellungen machten den Film für die üblichen Anwendungszwecke unbrauchbar.
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PATENTANSPRtJCHE 1. Vorrichtung zur Herstellung von Filmen, bei dem
ein aus einer Schmelze ausgepreßter Film aus einer hochpolymeren synthetischen linearen
Verbindung nach unten durch den Spalt zwischen zwei in entgegengesetzter Richtung,
und zwar in Vorschubrichtung des Films, umlaufenden Walzen geführt wird, dadurch
gekemizeichnet, daß dem zwischen den beiden Walzen gebildeten Spalt ständig eine
SühlflüssigLeit zugeführt wird und oberhalb des Spaltes während der Durchführung
des Films durch den Spalt eine gewisse Menge dieser Flüssigkeit gehalten wird.