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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Folienbahnen mit gleichmäßiger
Dicke aus filmbildenden Kunststoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Herstellung von Folienbahnen mit gleichmäßiger Dicke aus filmbildenden
Kunststoffen, bei dem ein flacher, Dickenunterschiede aufweisender Kunststoffstrang
in ein Flüssigkeitsbad extrudiert wird, Teilbereiche des Stranges mit einer größeren
Geschwindigkeit als der übrige Teil des Stranges bewegt und dadurch gereckt werden
und der in dem Bad gehärtete Strang als Folienbahn weiterbewegt wird.
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Zweck der Erfindung ist es, die verschiedenfachen Nachteile auszuschalten,
die sich aus der Ungleichmäßigkeit der Foliendicke bei der Herstellung ergeben.
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Flache, endlose Folienbahnen, die nach bekannten, üblichen Extrusionsverfahren
hergestellt werden, haben in Breitenrichtung keine gleichmäßige Dicke, sondern diese
ist an den Seitenkanten gewöhnlich stärker als im mittleren Bahnbereich.
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Diese ungleichmäßige Dicke ist an sich unerwünscht und führt auch
zu weiteren Nachteilen: Bei einem meist üblichen Aufspulen der endlosen Bahn auf
Walzen verursacht die ungleichmäßige Dicke eine Kräuselung der Bahn und Faltenbildungen
an den Kanten, wodurch, wenn die Kanten sich umlegen, die ganze Bahn vielfach für
ihre weitere Verwendung völlig unbrauchbar wird. Ein deshalb gewählter Ausweg, vor
Weiterverarbeitung die dickeren Kantenbereiche zu beschneiden, ist wegen des nicht
geringen Materialverlustes unwirtschaftlich.
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Werden ferner Folienbahnen aus organischen Polymeren nach der Herstellung
durch übliche Extrusionsverfahren einer Querreckung oder biaxialen Reckung unterworfen,
so nehmen die dünneren Mittelbereiche der Bahn bei der erforderlichen Wärmebehandlung
schneller die Temperatur auf und geben unter der angelegten - Reckungskraft rascher
nach, woraus eine Verzerrung der gereckten Folie entsteht und die Orientierung der
Kettenmoleküle ungleichmäßig ausfällt.
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Schließlich treten Schwierigkeiten durch ungleichmäßige Dicke und
dadurch auf, daß beim Abschrecken oder bei der Koagulation, wie sich gezeigt hat,
durch das Entstehen von Turbulenzen längs und/oder innerhalb der Bäder eine Dickenänderung
der Folienbahn in der Längsrichtung die Folge sein kann. Auch diese Ungleichförmigkeit
der Foliendicke macht das Material für viele Anwendungen ungeeignet, und im Fall
thermoplastischer Folien läßt sich dann ein Recken nicht oder nur unter Schwierigkeiten
durchführen.
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Zur kontinuierlichen Herstellung von gestreckten
Folien aus thermoplastischen
organischen Polymeren ist es bereits bekannt, Dickenunterschiede der Folienbahn
dadurch auszugleichen, daß man die dickeren Bereiche der Folienbahn reckt.
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Nach einem anderen bekannten Verfahren zur stetigen Herstellung von
Kunststoffolien wird der durch Extrudieren gewonnene Strang in einem Flüssigkeitsbad
zu einer Folienbahn gehärtet und durch das Bad sowie außerhalb des Bades weiterbewegt.
Die einzelnen Bereiche des frisch extrudierten Stranges werden dabei gezwungen,
einen größeren Teil zurückzulegen als der übrige Teil des Stranges. Indem man dazu
die Folienbahn über gekrümmte, mit der Krümmung senkrecht zu ihrer Bewegungsbahn
verlaufende Stäbe leitet, werden die betreffenden Bereiche der Folienbahn gezwungen,
sich mit einer größeren Geschwindigkeit als der übrige Teil der in Längsrichtung
zu dehnenden Bahn zu bewegen.
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Während es sich im Fall des oben zuerst erwähnten bekannten Verfahrens
darum handelt, durch die Reckvorgänge hervorgerufene bzw. noch verstärkte, zum Teil
bereits durch ungleichmäß;ge Masseverteilung
verursachte Dickenunterschiede
durch eine unterschiedlich eingestellte Kühlung beim Breitrecken vor dem Querrecken
entsprechend mehr oder weniger dehnungsfähig zu machen und damit eine gute Dickenkonstanz
zu erhalten, zielt das zweitgenannte, bekannte Verfahren nicht auf einen Ausgleich
der Dickenabmessungen einer Folienbalm ab, sondern dient dazu, die ungleichmäßige
Beschaffenheit, z. B. die sich in großen Festigkeitsunterschieden in der Längs-
und Querrichtung äußernden Ungleichmäßigkeiten auszugleichen, wie sie als Folge
des auf die Folienbahn ausgeübten Maschinenzuges auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im extrudierten Kunststoffstrang
vorhandenen, in Querrichtung verlaufenden Dickenunterschiede weitgehend auszugleichen.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist demzufolge dadurch gekennzeichnet,
daß die dickeren Bereiche des Stranges mit einer größeren Geschwindgikeit als der
übrige Teil des Stranges bewegt und dadurch gereckt werden.
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Durch diese erfindungsgemäße Bewegung der dickeren Bereiche des Stranges
mit einer größeren Geschwindigkeit als der übrige Strangteil wird eine Reckung erreicht
und eine Dickenvergleichmäßigung der hergestellten Folienbahn, wozu der Stand der
Technik keine Hinweise enthielt, den Dickenausgleich im Härtungsbad an dem frisch
extrudierten, noch teilweise plastischen Strang vorzunehmen. Dickenänderungen in
Richtung der Breite des extrudierten Stranges aus einem filmbildenden Material vor
der endgültigen Aushärtung zu einer Folie werden damit auf ein Minimum verringert,
und durch eine geeignete Spannung und Straffung des extrudierten Strangabschnitts,
der im Flüssigkeitsbad gehärtet wird, werden auch Einflüsse etwaiger Turbulenzen
im Bad auf diesen Strang, insbesondere Ausbiegungen, weitgehend verhindert.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung als schwenkbar in seiner
Stellung feststellbarer Spannrahmen ausgebildet ist, durch dessen beide einen Abstand
voneinander aufweisende Rollen der Strang S-förmig führbar ist, und daß die Rollen
aus Hülsen gleichen oder verschiedenen Durchmessers zusammengesetzt sind. Die Rollen
sind zweckmäßig antreibbar.
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Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsformen einer Vorrichtung nach
der Erfindung. Es zeigt F i g. 1 die schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform
im Schnitt, Fig. 2 die Teilansicht einer Einzelheit der in F i g. 1 dargestellten
Vorrichtung in vergrößertem Maßstab, F ig. 3 die Seitenansicht einer Führungsstange,
wie sie in der Vorrichtung nach den F i g. 1 und 2 verwendet wird, teilweise im
Schnitt und F i g. 4 den Teilschnitt durch ein Führungselement einer zweiten Ausführungsform.
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Nach F i g. 1 wird aus einer üblichen Extruderdüse 11 ein endloser
und flacher Strang 13 eines filmbildenden Materials, z. B. geschmolzenes Polyäthylen
oder Polypropylen, von der oberhalb eines Behälters 17 angeordneten Extruderdüse
in das Abschreck- oder Gerinnungsbad 15, z. B. kaltes Wasser, im Behälter 17 extrudiert.
Im Behälter 17 befindet sich eine Umlenicrolle 21 für die abgeschreckte Folie oder
Bahn
19, welche zunächst über eine weitere Rolle 23 aus dem Bad herausgeführt und
zu einer nicht dargestellten Aufspulvorrichtung transportiert wird; dabei kann die
Rolle 23 die Vorschubbewegung der Folie 19 unterstützen. Das Flüssigkeitsbad 15
wird vorzugsweise durch nicht dargestellte Mittel kontinuierlich umgewälzt, wobei
der stetige Überlauf durch das Abflußrohr 25 erfolgt.
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Innerhalb des Flüssigkeitsbades ist ein in F i g. 2 näher dargestellter
Spannrahmen 27 drehbar mittels eines Trägers 29 an der Innenseite der Behältenvand
17 befestigt, und zwar in geringem Abstand unter dem Flüssigkeitsspiegel. Der Spannrahmen27
weist wenigstens eine, vorzugsweise jedoch zwei Führungsrollen 31 auf, welche auf
Zapfen 33 gelagert sind. Mit Hilfe einer Feststellschraube 35 kann der ganze Spannrahmen
in seiner Stellung relativ zur Behälterwand fixiert werden.
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Die beiden Rollen 31 gestatten Änderungen der Strangdicke in Richtung
seiner Breite zu erreichen.
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Die Rollen bestehen, wie Fig.3 zeigt, aus je einer langen Hülse 37,
einer Anzahl kurzer, als Abstandsringe dienender Hülsen 39 und je zwei konischen
Endhülsen 41 sowie aus je einer alle erwähnten Hülsen tragenden Welle 43. Diese
Hülsen sind untereinander durch einen Keil45 gegen Rotation und außerdem durch Schrauben
47, welche wenigstens die äußeren konischen Hülsen 41 mit der Welle 43 verbinden,
gegen eine Längsverschiebung auf derWelle gesichert. Die konischen Endhülsen 41
bewirken, daß die dickeren Kantenbereiche der Folie 19, welche straff auf diesen
Hülsen abrollen, eine höhere Geschwindigkeit als der übrige Folienteil erhalten,
wodurch auf die dehnbaren und plastischen Kantenbereiche des nachfolgenden Stranges
13 eine Längsspannung ausgeübt wird, so daß diese Strangbereiche eine Dehnung erfahren.
Diese Dehnung hat eine Verringerung der Dicke der Kantenbereiche des Stranges 13
zur Folge, wodurch die Dickenunterschiede zwischen den Kantenbereichen und dem nicht
oder nur geringfügig gedehnten Mittelbereich des Stranges ausgeglichen oder zumindest
wesentlich herabgesetzt werden, noch bevor die endgültige Abschreckung oder Aushärtung
des Strangs und die Bildung der Folie stattgefunden hat.
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Die Geschwindigkeit, mit welcher ein Breitenbereich der Folie 13
weiterbewegt wird, ist direkt proportional zum Durchmesser derjenigen Hülse bzw.
desjenigen Hülsenbereichs, mit der bzw. mit dem dieser Folienbereich in Berührung
steht. Indem man also die konischen Endhülsen 41 auf den Führungsstangen in Querrichtung
zur Folie durch Einfügung von Abstandsringen 39 mehr oder weniger großer Länge verschiebt,
werden die Seitenkanten der Folie auf Silsenbereichen mehr oder weniger großen Durchmesser
abgerollt und damit auf die bestimmte Vorschubgeschwindigkeit eingestellt, welche
zum Ausgleich der Strang- bzw. Foliendicke durch entsprechend starke Dehnung erforderlich
ist.
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Die Rollen 31 haben vorzugsweise die Gestalt von Walzen, die relativ
zu den Zapfen 33 drehbar sind; Antriebsrollen 49, die von nicht dargestellten Antriebseinrichtungen
angetrieben werden, gestatten, die Antriebsgeschwindigkeit der Rollen 31 genau der
Extrusionsgeschwindigkeit des Stranges 13 anzupassen oder durch größere Geschwindigkeit
den extrudierten Strang wie beim Durchlauf durch Abzugswalzen gleichzeitig etwas
in Längsrichtung zu dehnen, wodurch
eine Molekülorientierung des
extrudierten Materials erreichbar ist.
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Nach Fig.3 haben die Rollen 31 eine doppelt konkave Form, da die
konischen Endhülsen 41 an den Enden der Stangen angeordnet sind, um die dickeren
Kantenbereiche des extrudierten Stranges in Längsrichtung entsprechend zu dehnen.
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Die Arbeitsweise mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende:
Der Spannrahmen 27 ist horizontal eingestellt, so daß der Anfang des extrudierten
Stranges 13 des filmbildenden Materials zwischen beiden Zellen 31 und Führungsstangen
senkrecht hindurch in das Flüssigkeitsbad gleiten kann, in dem er eine Abschreckung
oder Härtung unter Bildung einer endlosen Folie oder Bahn erfährt. Dann wird der
Spannrahmen 27 so weit gedreht, daß der zwischen den Rollen befindliche und schon
weitgehend zu einer Folie gehärtete Strang straff und unter satter Auflage auf den
Rollen zunächst mit seiner einen Seite über die erste und anschließend mit seiner
anderen Seite über die zweite Führungsstange, d. h. also etwa S-förmig gespannt
wird und ständig in straffem Zustand gehalten wird, wenn der Anfang der ausgehärteten
Folie über weitere Führungsstangen oder Rollen teils noch im Flüssigkeitsbad und
teils außerhalb desselben zu einer Aufspulvorrichtung geleitet wird. Gleichzeitig
erfährt durch diese Spannung auch der frisch extrudierte, in der Härtung begriffene
Strang zwischen Extruderdüse und erstel Führungsstange eine ständige Straffung,
die verhindert, daß etwaige Turbulenzen im Flüssigkeitsbad oder auf der Flüssigkeitsoberfläche
eine Durchbiegung oder Ablenkung des bewegten Strangs von seiner stationären Vorschubbahn
bewirken können, welche die Gleichförmigkeit der Dicke der entstehenden Folie beeinträchtigen
könnte. In der justierten Stellung wird der Spannrahmen fixiert.
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Wenn der Strang des filmbildenden Materials einen mittleren Bereich
aufweist, der dicker als die Kantenbereiche ist, dann verwendet man ein Führungshülsenprofil51,
wie es in Fig.4 dargestellt ist; diese Führungsstange besteht dann aus einer doppelt
koni-
schen Hülse, die sich in Richtung der Enden verjüngt und eventuell mit zylindrischen
Hülsen 39 nach F i g. 3 kombiniert werden kann.