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Verfahren und Vorrichtung zum Verstrecken von Blasfolien in Längs-
und Querrichtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Quer-und Längsorientierung
von Blasfolien, welche während ihrer Herstellung einem besonderen Reckprozeß unterworfen
werden und eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.
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Es ist bekannt, nichtorientierte Schläuche aus z. B. Hochpolymeren,
wie Polyäthylen, Polyamiden, Polyestern, Polyvinylidenchlorid u. a., durch Aufblasen
des aus einer Ringdüse austretenden Thermoplasten herzustellen, wobei Folien ohne
wesentliche innere Verstreckung gebildet werden, weil wegen der hohen Austrittstemperatur
die Viskosität zu niedrig ist, um eine für die mit einer Orientierung der Moleküle
verbundenen Verstreckung notwendige Kraft wirksam werden zu lassen. Es ist auch
bekannt, den zunächst erhaltenen Polymerschlauch nach Verlassen eines ersten Quetschwalzenpaares
im kalten Zustand erneut durch den zeitweisen Einstich einer Sonde od. dgl. so aufzublasen,
daß innerhalb des Weges bis zu einem zweiten Quetschwalzenpaar eine ausreichende
Verstreckung in der Längs- und Querachse zustande gebracht wird.
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Nach einem anderen bekannten Verfahren werden schlauchförmige Filme
aus thermoplastischen Polymeren kalt verstreckt in der Weise, daß man den gekühlten
Film kontinuierlich durch zwei Preßwalzenpaare führt, von denen das zweite Paar
mit der gleichen oder einer höheren Geschwindigkeit laufen kann als das erste. Zwischen
diesen beiden Walzenpaaren wird innerhalb des Filmschlauches ein flüchtiges Medium
gehalten. Das Verziehen des Schlauches erfolgt dadurch, daß man den Abstand der
beiden Preßwalzen vermindert, nachdem man das gasförmige Mittel eingebracht hat,
bis der gewünschte Durchmesser des aufgeblasenen Schlauches erreicht ist.
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Dieses Kaltverstrecken ist jedoch nicht mit allen Thermoplasten möglich.
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Bei den bekannten Verfahren erreicht man also direkt nur eine Verformung
des Schlauches ohne eine Orientierung der Moleküle. Um einen gekühlten Schlauch
unter Verstreckung aufzublasen, muß man die Blasluft durch einen Einstich mit einer
Sonde einführen. Dies hat aber den großen Nachteil, daß der Einstich von Zeit zu
Zeit wiederholt werden muß, weil der Druck im Lauf der Herstellung nachläßt, insbesondere
dann, wenn fehlerhafte Stellen im Schlauch auftreten. Hierdurch entstehen Verluste,
und die Gleichmäßigkeit der erzeugten Folie ist gefährdet.
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Es wurde ein neues Verfahren zum Verstrecken von Blasfolien in Längs-
und Querrichtung bei erhöhter Temperatur ohne Verwendung zusätzlicher Preßwalzen
gefunden, bei dem man einen Schlauch aus thermoplastischem Kunststoff aus einer
Ringschlitzdüse auspreßt, diesen auf den gewünschten Durchmesser aufbläst, ihn durch
Zug gleichzeitig längsverstreckt, kühlt und aufwickelt. Dies Verfahren ist erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Düse austretende Schlauch bei Temperaturen
von 5 bis 200 C unterhalb des Erweichungspunktes, jedoch oberhalb der Temperatur
der Umwandlung zweiter Ordnung (Einfriertemperatur) des Kunststoffes durch eine
erste Zone geführt wird, in der ein Druck herrscht, der dem Druck der Blasluft im
Schlauch derart entspricht, daß der Durchmesser des aus der Düse austretenden Schlauches
nur so vergrößert wird, daß der nunmehr verfestigte, im wesentlichen amorphe Schlauch
bei seinem anschließenden Durchgang durch ein auf etwa die gleiche Temperatur beheiztes
hochpoliertes Rohr fest an dessen Wand anliegt, und daß der Schlauch aus diesem
Rohr durch eine zweite beheizte Zone geführt wird, in der ein geringerer Druck herrscht
als in der ersten Zone, wo infolge des höheren Innendrucks eine Aufblähung und damit
eine Verstreckung in Querrichtung eintritt, während gleichzeitig durch den Zug der
Abzugsvorrichtung nicht nur die bekannte Verformung, sondern auch eine Verstreckung
in Längsrichtung erfolgt.
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Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus einem
Blaskopf 2 mit einer eine zentrale Luftzuführung3 aufweisenden Ringschlitzdüse,
einer Kühlzone 10, einem Quetschwalzenpaar 11 und einer Aufwickelvorrichtung 12
und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Ringschlitzdüse
ein im Durchmesser größeres als der Ringschlitz und mit AnschlußstutzenS, 6 versehenes
Rohr 4 koaxial anschließt, das in ein beheizbares hochpoliertes im Durchmesser kleineres
Rohr 7 übergeht an das sich wiederum ein offenes,
durch eine Heizvorrichtung
9 beheizbares Rohr 8 mit größerem Durchmesser anschließt.
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Bei der Ausführung des Verfahrens wird das geschmolzene thermoplastische
Polymer mit Hilfe eines bekannten Extruders 1 durch eine nicht gezeigte ringförmige
Düse, die sich im Blaskopf 2 befindet, in die erste Zone 4 ausgepreßt, wobei der
Thermoplast zu einer amorphen Masse unter Bildung eines Schlauches 13 erstarrt,
der nach Durchgang durch das Rohr 7 und die zweite Zone 8 von dem Walzenpaar 11
abgezogen und durch die Wickelvorrichtung 12 aufgewickelt wird. Der Schlauch wird
durch die Zone 4 bei einer Temperatur von 5 bis 200 C unterhalb des Erweichungspunktes,
aber oberhalb der Temperatur der Umwandlung zweiter Ordnung ginfriertemperatur)
des Polymeren geführt, so daß die bei der Einfriertemperatur erfolgenden Eigenschaftsänderungen,
wie z. B. Übergang in den kristallinen Zustand, noch nicht eingetreten sind.
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Diese Temperatur wird dadurch erreicht, daß die den Schlauch in der
Zone 4 umspülende Luft, die bei 5 ein- und bei 6 austritt, entsprechend angewärmt
wird. Das heizbare Rohr 7 wird ebenfalls auf die gleiche oder eine etwas geringere
Temperatur gehalten wie auch die Druckluft, die durch die Leitung3 in das Innere
des Schlauches tritt. In der ersten Zone 4 wird ein unerwünschtes Aufblähen des
Schlauches 13 verhindert, indem man die Zone durch Komprimieren der bei 5 eintretenden
Luft unter einen Druck setzt, der dem Innendruck im Schlauch derart entspricht,
daß sein Durchmesser, den er beim Austritt aus der Ringschlitzdüse hat, nur so viel
vergrößert wird, daß der Schlauch beim Durchgang durch das Rohr 7 fest an dessen
Wand anliegt, damit der Überdruck in der Zone 4 nicht in die unter einem geringeren
Druck stehende zweite Zone 8 entweicht. Außerdem wird durch den Andruck des Schlauches
an die Wand von 7 eine leichte Reibung erzeugt, die als Gegenkraft zu dem durch
die Quetschwalzen 11 ausgeübten Zug erwünscht ist, um nicht nur die an sich bekannte
Längsverformung, sondern auch eine Verstreckung zu erreichen. Die erfindungsgemäß
gleichzeitige Querverstreckung und damit eine Orientierung der Moleküle in dieser
Richtung erfolgt ebenfalls in der beheizten Zone 8, weil der Schlauch sich nun aufblähen
kann, denn der Innendruck im Schlauch findet hier einen geringeren Gegendruck.
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Die für die Durchführung des Verfahrens günstige Temperatur in der
Zone 8 sowie die Drücke im Schlauch und in den Zonen 4 und 8 richten sich nach dem
Material, aus dem der Schlauch geblasen wird, dem gewünschten endgültigen Durchmesser
und der gewünschten Wandstärke. Die Werte sind für den einzelnen Fall von einem
Fachmann durch einfaches Probieren leicht zu ermitteln. Aus Gründen der Einfachheit
mit Bezug auf die Vorrichtung herrscht in der Zone 8 vorzugsweise Atmosphärendruck.
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Die Aufwicklung auf 12 erfolgt als Schlauch oder nach Aufschneiden
als flache Folie.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich alle thermoplastischen
Polymeren, die für die Blasfolienherstellung geeignet sind, wie z. B. Polyolefine,
Weich- oder Hartpolyvinylchlorid oder dessen Mischpolymerisate des Acrylnitrils
sowie Kondensationspolymerisate, z. B. Polyamide, Polyester, Polycarbonate u. a.,
verarbeiten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß in einem Arbeitsgang
biaxial orientierte Folien mit sehr hohen Festigkeiten hergestellt werden können,
die sogar wesentlich höher liegen als bei Folien, welche bisher durch Verblasen
und anschließender Kaltverstreckung erzeugt wurden.
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An Hand von zwei Beispielen soll gezeigt werden, wie das Verfahren
ausgeführt werden kann.
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Beispiel 1 Ein mit 1°/o Dibutylzinndilaurat stabilisiertes Polyvinylchlorid
vom K-Wert 60, einem Erweichungspunkt von etva 900 C und einer Temperatur der Umwandlung
zweiter Ordnung (Einfriertemperatur) von etwa 700 C wird über eine Schneckenpresse
1, einem Blaskopf 2 mit der zentralen Luftzuführung 3 durch eine im Blaskopf befindliche
Ringschlitzdüse mit dem Durchmesser 100 mm in die Zone 4 als Schlauchfolie 13 ausgepreßt.
Die Zone 4, die eine Länge von 750 mm und eine lichte Weite von 300 mm aufweist,
ist mit einer Zuleitung 5 und einer Ableitung 6 für heiße Luft ausgestattet, die
in diesem Fall auf etwa 75° C gehalten wird. Die Drücke im Schlauch und in der Zone
4 werden so eingestellt, daß sich der Durchmesser des aus der Düse austretenden
Schlauches auf etwa 200 mm vergrößert, damit er nach Verlassen der Zone 4 beim Durchgang
durch das an sie angesetzte 100mm lange polierte Rohre 7 mit einer lichten Weite
von 200 mm fest an dessen Wand anliegt. Das Rohr 7 ist ebenfalls auf etwa 750 C
einreguliert. Die Wandstärke der Folie beträgt hier etwa 450 Mikron.
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Nach dem Verlassen des Rohres 7 tritt die Schlauchfolie in eine zweite
Zone 8 ein, die unter Atmosphärendruck steht und mit radial angebrachten Infrarotstrahlern9
auf eine Temperatur von etwa 1000 C erhitzt wird. Diese Zone ist 1700 mm lang und
hat eine lichte Weite von 900 mm. Der Innendruck des Schlauches, der beim Anfahren
gering ist, wird langsam auf 50 mm Wassersäule erhöht, wodurch der Schlauch auf
den gewünschten Durchmesser, nämlich 600 mm, aufgebläht wird und nun eine Wandstärke
von 50 Mikron hat. Dabei wird gleichzeitig der Druck in der Zone 4 erhöht, damit
hier keine weitere Aufblähung des Schlauches erfolgt, und zwar wird bei dieser Einstellung
die Druckdifferenz auf etwa 10 mm Wassersäule konstant gehalten, so daß der engültige
Druck in Zone 4 bei der laufenden Produktion 40 mm beträgt.
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Beim Austritt des Schlauches aus der Zone 8 wird er gekühlt, sodann
mittels des Quetschwalzenpaares 11 weiterbefördert und aufgewickelt.
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Beispiel 2 Dieses Beispiel wurde mit der gleichen Apparatur durchgeführt,
die auch für das Beispiel 1 benutzt wurde.
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Es wurde jedoch ein anderes Material ausgepreßt und zwar ein in üblicher
Weise thermisch stabilisiertes und mit 12°/o Dioctylphthalat weichgemachtes Polyvinylchlorid
mit der Erweichungstemperatur von etwa 700 C und einem Umwandlungspunkt zweiter
Ordnung von etwa 600 C.
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Der Schlauchinnendruck war hier 90 mm, Wassersäule und der Druck
in Zone 4 80 mm. Die Temperatur in dieser Zone betrug 650 C. Der Schlauch hatte
beim Verlassen dieser Zone einen Durchmesser von etwa 200 mm und eine Wandstärke
von 125 Mikron.
Die Zone 8 wurde auf 700 C erwärmt. Der endgültige
Durchmesser des Schlauches war 750 mm und seine Wandstärke nunmehr 10 Mikron.
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Der Abzug betrug 15 m/Min.
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Die Festigkeit dieses Schlauches war in Längsrichtung 8,2 kg/mm2.
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Zum Vergleich wurde ein Schlauch aus gleichem Material nach der üblichen
Methode durch Verblasen hergestellt und anschließend aufgeschnitten und als Folie
längs und quer verstreckt. Die Festigkeiten betrugen in diesem Fall nur 4,5 kg/mm2
in Längsrichtung und 4,8 kg/mm2 in Querrichtung.