DE1254856B

DE1254856B - Verfahren zum Giessen von Kunststoffolienbahnen

Info

Publication number: DE1254856B
Application number: DEP27097A
Authority: DE
Inventors: John Edward Owens; Randolph Vieth
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1960-05-03
Filing date: 1961-05-03
Publication date: 1967-11-23
Also published as: US3223757A; FR1289782A; GB911528A; NL264253A; NL125745C

Description

Verfahren zum Gießen von Kunststoffolienbahnen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von Kunststoffohlienbahnen, bei dem ein geschmolzenes thermoplastisches filmbildendes Polymerisat in dünner Schicht auf eine sich bewegende Gießunterlage aufgebracht, gegen diese angedrückt und auf dieser abgeschreckt wird.
Bei diesem Verfahren, bei dem ein heißer Film aus der Austrittsöffnung eines Schlitzgießers auf eine kühle Abschreckfläche als Gießunterlage austritt, treten jedoch viele Schwierigkeiten auf. Einige Folien neigen dazu, von der Gießunterlage abzugleiten. In einigen Fällen neigen die Folien, wenn kein Abgleiten eintritt, zu einer Einschnürung, d. h. einer ausgeprägten Breitenverringerung, wenn sie auf der Gießunterlage abgeschreckt werden. Zusammenfassend ergeben die Kräfte, die während der Abschreckung auf eine plastische Folie wirken, die Tendenz zur Entstehung einer mangelhaften Folie unregelmäßiger Breite.
Man hat bereits versucht, den Abschreckvorgang dadurch zu verbessern, daß man die Polymerisatschicht mit Hilfe von Luftströmen gegen die Gießunterlage andrückt Dabei hat sich jedoch gezeigt, daß die Luftstrahlwirkung nicht ausreicht, um die Schicht an der Gießunterlage sicher zu halten.
Die vorausgehend erwähnten Schwierigkeiten werden durch das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt, das es ermöglicht, eine geschmolzene Polymerisatfolie auf einem sich bewegenden Abschreckorgan mit Erfolg so abzuschrecken, daß die Eigenschaften der Folie nicht nachteilig beeinRußt werden und eine im wesentlichen homogene Folie gleichmäßiger Breite erhalten wird.
Im Gegensatz zum bekannten Verfahren, für dessen Durchführung ein Drucklufterzeuger erforderlich ist, kommt die Vorrichtung zur erfindungsgemäßcn Verbesserung der Haftung der Folie ohne bewegliche Teile aus.
Das erfindungsgernäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gießunterlage elektrisch geerdet und auf die Oberfläche der Schicht eine elektrostatische Ladung aufgebracht wird, die ausreicht, ein festes Haften der Schicht an der Gießunterlage zu bewirken.
Vorzugsweise wird die elektrische Ladung auf die obere Seite der Schicht mindestens in der Nähe ihrer Kanten kontinuierlich und gleichmäßig aufgebracht.
Die der Schichtseite zugeführte elektrische Ladung sQll ausreichen, ein festes Haften der Schicht an der AbschreckSiche zu ergeben, aber zu schwach sein, um zu einem Durchschlagen des Materials zu führen. Vorzugsweise wird die Schicht von ihrer Berührung mit der Abschreckfläche elektrostatisch aufgeladen.
Die elektrisch geerdete, sich bewegende Abschreckflache kann auch von einer mit Polyäthylen oder einem anderen Kunststoff überzogenen Trommel oder einer Trommel, deren Oberfläche mit einem nichtleitenden Aluminiumoxyd behandelt ist, oder einer mit einem anderen Oxyd überzogenen Trommel gebildet werden.
In diesen Fällen könnte man den oberzug auf der Metalltrommel und die über ihn laufende Polymerisatschicht als einen einzigen Isolator betrachten. Die Gesamtdicke eines solchen Isolators (Überzug zuzüglich Folie) soll zur Erzielung einer wirksamen Arbeitsweise nicht mehr als etwa 3,8 mm betragen.
So kann, wenn die elektrisch geerdete, sich bewegende Schicht von einer nicht überzogenen Metallabschreckwalze gebildet wird, die Dicke der Polymerisatschicht bis zu etwa 3,8 mm betragen. Für die meisten Schichten jedoch, deren Dicke an der Abschreckwalze nicht mehr als etwa 0,64 mm beträgt, kann die Walze ein geerdeter elektrischer Leiter mit einem dünnen, nichtleitenden Überzug von bis zu etwa 3,2 mm sein. Je dünner der Isolator ist, desto wirksamer ist das Haften der Schicht an der Abschreckiläche. Die Minimalstarke einer Schicht, die gemäß der Erfindung behandelt werden kann, ist begrenzt. Die Abschreckung von Schichten gemäß der Erfindung wird schwierig, wenn die Schicht weniger als 0,006 mm beträgt.
Abgesehen von der Möglichkeit, die Abschreckung auf der Trommel ohne jegliche wesentliche Verminderung der Folienbreite zu bewirken, ergibt das Verfahren noch andere überraschende Vorteile. Bei Abschreckverfahren des Standes der Technik neigt die Schichtoberfläche, die der Abschreckoberfläche am nächsten liegt, dazu, sich vor dem Rest der Schicht zu verfestigen. Auf Grund der innigen Berührung zwischen Schicht und Abschreckfläche, die gemma3 der Erfindung erzielt wird, wird der Wärmeübergang von der Schicht über ihre gesamte Dicke auf die Abschreck-oder Kühlfläche wesentlich verbessert. Im Ergebnis wird auf der gesamten Dicke der Schicht eine im wesentlichen gleichzeitige Verfestigung erhalten. Der gemäß der Erfindung erzielte wirksame Wärmeübergang ermöglicht es auch, bei niedrigeren Abschrecktemperaturen zu arbeiten, als sie bisher angewandt werden konnten. Hierdurch wird die Wirksamkeit des Abschreckprozesses noch weiter-erhöht.
Außer dem wirksameren Wärmeübergang führt das Verfahren gemäß der Erfindung auch zur Vermeidung der Jalousien-Trübung der entstehenden Folie. Diese Art von Trübung kennzeichnet sich durch längs der Folie auftretende abwechselnde klare und trübe Linien. Man hat angenommen, daß diese abwechselnden Linien sich aus einem Lufteinschluß zwischen der Folie und der Abschreckfläche ergeben. Durch Anwendung der elektrostatischen Ladung gemäß der Erfindung wird eine sehr innige Berührung zwischen der plastischen Schicht und der Abschreckfläche erhalten. Im Ergebnis wird keine Luft eingeschlossen oder werden, wenn Lufteinschlüsse auftreten, solche Einschlüsse Fherausgequetschte, bevor die Abschreckkung in irgendeinem wesentlichen Grade fortgeschritten ist.
Bei der Zuführung der elektrischen Ladung zur Folie (d. h. von mindestens 0,17 Mikrocoulomblom$, vorzugsweise nicht mehr als 0,61 Mikrocoulomb/cm, für Polyäthylenterephthalatfolie [wenn die Folie erhöhte Temperaturen hat, kann dieser Wert infolge eines Stromabflusses von der Folie überschritten werden ; die Leitfähigkeit der Folie ist eine Funktion der Temperatur]) muß verschiedenen kritischen Anforderungen genügt werden.
1. Man muß mit einem positiven oder einem negativen Strom, nicht mit beiden, arbeiten. Im allgemeinen wird hierzu eine Gleichspannungsquelle eingesetzt. Man kann auch mit einer Gleichspannung arbeiten, der eine schwankende Spannung überlagert ist, wenn die Polarität des entstehenden Stroms keine Änderung zeigt, d. h. der Strom positiv oder negativ bleibt.
2. Zwischen der Elektrode und der geerdeten Trommel, über welche die Schicht läuft, muß ein ungleichmäßiger Gradient des elektrostatischen Feldes derart erzielt werden, daß das Feld unmittelbar an der Elektrode wesentlich stärker als unmittelbar an der Schicht auf der Trommel ist. Speziell muß der Gradient des elektrostatischen Feldes in der Umgebung der Elektrode ausreichen, um das Medium (gewöhnlich Luft) in diesem Bereich zu ionisieren, d. h. für Luft mindestens 30000 V/cm betragen. In der Umgebung der Schicht muß das elektrostatische Feld weniger als 30000 V/cm betragen, damit eine Ionisation der Luft verhindert wird. Durch eine Ionisation der Luft in dem Bereich nahe der Schicht wird nämlich die Schicht leicht nachteilig beeinflußt, unter Umständen sogar verkohlt 3. Die Stromstärke und die Foliengeschwindigkeit müssen so aufeinander abgestimmt sein, daß der Schicht eine Ladung von mindestens 28,7 Mikroampere/m'Min. zugeführt wird.
Der ungleichmäßige Gradient des elektrostatischen Feldes kann durch eine spezielle Bauart der Elektrode erhalten werden. Die Elektrode soll so gobaut sein, daß der Schicht eine gleichmäßige Oberfläche gegenübersteht, wobei die Oberfläche nicht mehr als 1,0cm aje Zentimeter Elektrodenlänge, vorzugsweise nicht mehr als 0, o382 je Zentimeter Elektrodenlänge beträgt. Die maximale bevorzugte Oberfläche kann erhalten werden, indem man mit einer im wesentlichen zylindrischen Elektrode, wie einem feinen Draht von bis zu 3,18 mm Durchmesser oder einer Messerschneide mit einem Krümmungsradius von bis zu 0,13 mm arbeitet. Diese Elektrodenflache kann andererseits auch unter Anwendung einer Reihe im seitlichen Abstand voneinander angeordneter Nadelsonden erhalten werden. Bei Nadeln, die man an der der Schicht gegenüberstehenden Obernäche (ihren Spitzen) als Halbkugeln betrachten kann, kann man mit einem Durchmesser von bis zu 3,18 mm arbeiten.
Theoretisch existiert keine genaue Minimaloberflache für die Elektrode, unterhalb deren sich der ungleichmäßige Gradient des elektrostatischen Feldes nicht erzielen ließe. Eine Oberflache von weniger als 0,004 cm je Zentimeter Elektrodenlänge ist bei einer Drahtelektrode jedoch nicht genügend dauerhaft, um bei der Durchführung der Erfindung der Praxis gerecht zu werden. Eine messerschneidenartige Elektrode kann dagegen unter Beibehaltung einer angemessenen Festigkeit noch sschärfere sein. Die wirksamste Elektrode bildet ein feiner Draht von 0,025 bis 0,508 mm Durchmesser.
Die Gleichspannungsquelle muß einen sehr schwachen Strom, in der Großenordnung von 6 bis 299 Mikroampere/m2 Min., bei einer Spannung von 2 bis 30 kV zu liefern vermögen. Es hat sich gezeigt, daß zur Erzielung des entsprechenden Gradienten des elektrostatischen Feldes von mindestens 30000 V/cm in Luft an der Oberfläche der kritischen Elektrode minimal 2 kV benötigt werden, wenn die Entfernung zwischen Elektrode und Folie 1,52 mm und die Foliengeschwindigkeit 0,6 m/Min. beträgt. Die in einem gegebenen Falle benötigte Spannung ist gleich dem Wert, der benötigt wird, um zu Anfang eine Ladung zuzuführen, die mindestens ausreicht, damit die Schicht fest an der Abschreckfläche haftet, aber unter dem Wert liegt, der zu einem Durchschlagen des Materials führen würde. Bei idealen Bedingungen, d. h. ohne Stromabfluß in der Schicht zur Abschrecktrommel durch Stromleitung, würde der zum Durchschlagen von Polyäthylenterephthalatfolie führende Wert 0,61 Mikrocoulomb/cm2 betragen. Die notwendige Spannung hängt von der Foliengeschwindigkeit beim Passieren der Elektrode, dem Abstand der Elektrode von der Folienoberfläche und dem Wirkungsgrad der jeweiligen Elektrodenform ab. Im allgemeinen kann die Foliengeschwindigkeit einen Wert von weniger als 0,3 bis zu 457 m/Min. oder mehr und der Abstand zwischen der Elektrode und der Folie einen Wert zwischen 0,820 mm und 12,7 cm, vorzugsweise 1,588 mm und 3,8 cm, haben. Es hat sich gezeigt, daß zwischen dem Gesamtstrom, der zur Festhaltung einer Poiyäthylenterephthatatschicht bei einer Abschrecktemperatur von 45°C notwendig ist (Festhalte-Wirkstrom zuzuglich Stromleckverlust) und der je Minute behandelten Folienfläche folgende Beziehung besteht : Gesamtstrom (Mikroampere) = 22,3 Folienfläche (m3/Min.) + 96.
Die Stärke der elektrostatischen Ladung, die zum Durchschlagen eines dielektrischen Materials, wie den gemäß der Erfindung eingesetzten Folien aus thermoplastischen, organischen Polymerisaten führt, läßt sich aus der Formel Maximale Ladungsstärke (Mikrocoulomb/cm') = cr, Ke E errechnen, worin ao eine Konstante mit der Dimension Mikrocoulomb5Newton cmS ist, durch welche die Gleichung hinsichtlich ihrer Dimensionen erfüllt wird, Ke die Dielektrizitätskonstante des Materials, E die dielektrische Festigkeit in Newton/Mikrocoulomb bedeutet und normalerweise von der Materialdicke abhängt.

In der folgenden Tabelle sind für einige typische Stoffe die Ladungsstärken zusammengestellt, die vor dem Durchschlagen maximal statthaft sind.

Dielektrische Dielektrizitats-Maximale

Material Dicke Festigkeit konstante bei Maximale

100 Hz und Tdrke

Newton/Mikro-100 Mikrocoutomb/cm'

mm coloumb

Polyäthylenterephthalat........ 0, 025 217 3, 16 0,606

Polyäthylen....... 0, 025 158 2, 20 0,307

Polyvinylchlorid............ 0, 025 120 3, 95 0,419

Polyvinylchlorid/Vinylchlorid....... 0,025 158 5, 16 0,721

Polystyrol.................... 0, 025 195 2, 41 0,415

Vinylchlorid/Vinylacetat.. 0,025 158 2, 89 0,403

Kautschukhydrochlorid................. 0, 020 96 4, 85 0,411

Mischpolymerisat von Tetrafluoräthylen

und Hexafluorpropylen................. 0, 025 158 2, 1 0,293

Mischpolymerisat von Äthylenterephthalat

und Neopentylterephthalat............ 0, 091 128 3, 38 0,39

Außer auf die in der vorstehend genannten Tabelle genannten Stoffe kann die vorliegende Erfindung auf alle polymeren Materialien Anwendung finden, die als Schmelzfilme auf Gieß-oder Abschreckflächen ausgepreßt werden bzw. sich so auspressen lassen.

Zu solchen Materialien gehören alle Arten der Vinylpolymerisate, Polyamide, einschließlich Nylon, Polyester, Polytetrafluoräthylen usw. und Mischpolymerisate derselben.
Die Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.
F i g. 1 erläutert in perspektivischer Ansicht die bevorzugte Art der Durchführung der Erfindung, F i g. 2 in perspektivischer Ansicht eine andere Art der Durchführung, F i g. 3 in perspektivischer Ansicht eine weitere Art der Durchführung, F i g. 4 in perspektivischer Ansicht eine weitere Art der Durchführung und F i g. 5 im Aufriß die Elektrode von F i g. 4.
Gemäß der Zeichnung wird ein geschmolzenes, synthetisches, thermoplastisches, filmbildendes Polymerisatgut (Polyäthylenterephthalat bei einer Temperatur von 260 bis 280°C, Polyäthylen bå einer Temperatur von 235 bis 285°C, Mischpolymerisate von Polytetrafluoräthylen und 6,75 bis 27 Gewichtsprozent Hexafluorpropylen bei einer Temperatur von 350 bis 425°C usw.) von einem SchlitzgieBer 11 herkömmlicher Bauart durch die Austrittsöffnung 12 in Form einer dünnen Schicht 4 auf die-Oberfläche einer herkömmlichen, zwangläufig angetriebenen Abschrecktrommel 6 gegossen (deren Antrieb nicht gezeigt ist). Die Ab- schrecktrommel 6 ist mit einem Einlaß 7 bzw. Auslaß 8 für ein Kühlmedium versehen. Zwischen der Austrittsöffnung 12 und dem Punkt, an dem die geschmolzene Polymerisatschicht 4 die Abschrecktrommel 6 berührt, ist eine Drahtelektrode 5 angeordnet, die einen Durchmesser von 0,025 bis 3,18 mm haben kann und aus getempertem Stahl gefertigt ist. Als Elektrode kann auch ein beliebiger anderer Metalleiter angemessener Festigkeit und Formbeständigkeit Anwendung finden. Zu solchen Stoffen gehören Wolfram, Nickel-Eisen-Legierungen, Nickellegierungen, Kupfer, Messing, rostfreier Stahl usw. Die Drahtelektrode wird von isolierten Trägern3, 13 gehalten, die auf einer Bühne 9 angeordnet sind. Eine Gleichstromquelle l und die Abschrecktrommel 6 sind bei 10 geerdet. Die Gleichstromquelle 1 führt über das Hochspannungskabel 2 der Drahtelektrode 5 eine genügende Spannung, gewöhnlich zwischen 15 und 30 kV, zu, um die obere Seite der Schicht 4 mit mindestens 0,7 Mikrocoulomb/cma zu beaufschlagen und auf diese Weise die Schicht 4 in eine innige Berührung mit der Abschrecktrommel 6 zu treiben.
Die Anordnungen nach F i g. 2 und 3 unterscheiden sich von F i g. 1 darin, daß der Drahtelektrode 5 nach F i g. 1 durch eine Klinge 14 (F i g. 2) bzw. durch eine Reihe von Spitzen 15 auf einer elektrisch leitenden Metallgrundlage, wie einem Messingstab 17 (F i g. 3) ersetzt ist.
Nach F i g. 4 werden an Stelle der obengenannten Elektroden zwei Stabelektroden 18,19 eingesetzt.
Diese werden von Stäben aus hochleitendem Metall gebildet, die auf eine scharfe Spitze zugeschliffen sind. Der Radius an den Spitzen kann einen beliebigen Wert von 0,025 bis 3,18 mm haben. In allen anderen Beziehungen ist die F i g. 4 mit den früheren Figuren identisch. Die Anordnung nach F i g. 4 eignet sich besonders für das Gießen dünner Folien (Dicke weniger als 1,9 mm).
F i g. 5 zeigt Einzelheiten der Stabelektrode. Der Metallstab 18 (oder 19) ist in ein Siliciumglasrohr 20 eingesetzt ; die Anordnung wird von nicht eingezeichneten Trägern an Ort und Stelle gehalten. Das Hochspannungskabel 2 von der Stromquelle 1 ist über eine herkömmliche Bananensteckerverbindung 21 an den Metallstab 18 (oder 19) angeschlossen.

Claims

Patentansprüche : 1. Verfahren zum Gießen von Kunststoffolienbahnen, bei dem ein geschmolzenes thermoplastisches filmbildendes Polymerisat in dünner Schicht auf eine sich bewegende Gießunterlage aufgebracht, gegen diese angedrückt und auf dieser abgeschreckt wird, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daB die Gießunterlage elektrisch geerdet und auf die Oberfläche der Schicht eine elektrostatische Ladung aufgebracht wird, die ausreicht, ein festes Haften der Schicht an der Gießunterlage zu bewirken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die obere Seite der Schicht mindestens in der Nähe ihrer Kanten kontinuierlich und gleichmäßig eine elektrostatische Ladung aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Schicht auf ihrer oberen Seite längs einer sich über die Schichtbreite erstreckenden Linie eine elektrostatische Ladung aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht vor ihrer Berührung mit der Abschreckfläche elektrostatisch aufgeladen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften : Deutsche Auslegeschrift Nr. 1019 017 ; USA.-Patentschrift Nr. 2 736 066.