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Vorrichtung zum Strangpressen von geschmolzenen Polymeren in der Form
eines Folienschlauches Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Strangpressen
von geschmolzenen Polymeren in der Form eines schlauchförmigen Filmes und zum Kühlen
desselben beim Strangpressen.
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Es sind zahlreiche Verfahren zum Herstellen von Filmen aus organischen,
thermoplastischen Polymeren bekannt, bei denen ein Film des geschmolzenen Polymers
in Schlauchform stranggepreßt und der Schlauch anschließend zum Herbeiführen einer
Orientierung der Polymermoleküle durch im Inneren zur Wirkung gebrachten Gasdruck
aufgeweitet wird.
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Bei gewissen Polymeren muß der Film vor dem Aufweiten gekühlt werden,
und das Kühlen des Filmes bildet also einen in das Verfahren eingeschalteten Verfahrensschritt.
Ein Beispiel eines solchen Verfahrens findet sich in der USA.-Patentschrift 2862234(Gerber).
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Es sind verschiedene Arten von Vorrichtungen zum Kühlen des stranggepreßten
Filmes in dem erwähnten Verfahren vorgeschlagen worden. Die Mehrzahl solcher Vorrichtungen
kühlt den Film von außen, beispielsweise indem die Außenfläche des Schlauches mit
einer Kühlflüssigkeit besprüht oder auf andere Weise zur Berührung gebracht wird.
Eine derartige Vorrichtung ist in der USA.-Patentschrift 2 863 172 beschrieben und
besteht aus einer Einrichtung, die einen Durchtrittsweg für den Schlauch begrenzt,
im Verein mit einer Einrichtung zum Herbeiführen eines Kühlflüssigkeitsstromes zwischen
der Außenfläche des Schlauches und den Wänden des Durchtrittsweges.
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Eine Kühlvorrichtung von der beschriebenen Art ist im allgemeinen
befriedigend, hat jedoch bekanntermaßen eine Einschränkung. Diese besteht darin,
daß die Vorrichtung den Schlauch nicht gegen Gasdruck abdichtet. Es ist also bei
Verwendung einer solchen Vorrichtung erforderlich, den Schlauch nach dem Kühlen
und vor dem Aufweiten durch Gasdruck im Inneren des Schlauches abzudichten. Herkömmlicherweise
wird dabei der Schlauch beim Verlassen der Kühlvorrichtung beim Durchtritt zwischen
zwei Quetschwalzen plattgedrückt, zu einer Blase aufgeblasen und anschließend zwischen
zwei weiteren Quetschwalzen abermals plattgedrückt.
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Da es erforderlich ist, den Schlauch beim Verlassen der Kühlvorrichtung
plattzudrücken, bestehen wiederum Beschränkungen hinsichtlich der Dicke des Filmes
an dieser Stelle, da ein zu dicker Film an den Faltlinien knickt. Diese Einschränkung
besteht natürlich nicht mehr, wenn der Schlauch zwischen den beiden zweiten Quetschwalzen
plattgedrückt wird, da zu diesem Zeitpunkt durch das Aufweiten des Schlauches seine
Dicke bereits vermindert ist.
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Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Strangpressen und Kühlen
eines schlauchförmigen Filmes unter Vermeidung der Notwendigkeit, den Schlauch vor
dem anschließenden Aufweiten plattzudrücken.
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Es wurde gefunden, daß eine Vorrichtung zum Strangpressen von geschmolzenen
Polymeren in Form eines Folienschlauches mit einem Extruder, einer Ringschlitzdüse
mit senkrecht nach unten gerichtetem Austrittsschlitz, einem unterhalb des Austrittsschlitzes
koaxial zu diesem angeordneten und an der Düse befestigten zylindrischen Dorn von
annähernd dem gleichen Durchmesser wie der Ringschlitz und einer Einrichtung zum
Abwärtsziehen des Schlauches über den Dorn vorteilhaft ist, bei der erfindungsgemäß
der Dorn am oberen Ende eine Aussparung besitzt, der über ein Rohr und einen Ringkanal
Kühlflüssigkeit zuführbar ist, die über eine tiefer gelegene, nach unten durch einen
elastischen Dichtring begrenzte Aussparung und über ein Kanalsystem rückführbar
ist und bei der ferner unterhalb des Dichtringes eine über ein Rohr an eine Vakuumquelle
anschließbare Aussparung angeordnet ist und der Dorn von einem Rohr durchsetzt ist,
durch das dem Folienschlauch in bekannter Weise ein Druckgas zuführbar ist.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
dargestellt.
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Fig. 1 ist ein Hauptschnitt durch den Extruder und den Dorn, in dem
der Extruder nur schematisch
dargestellt ist, da jede bekannte Ausbildung
eines Extruders gemäß der Erfindung anwendbar ist und der den Dorn im einzelnen
zeigt; Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1 zur Veranschaulichung
der Anordnung verschiedener, im hohlen Kern des Extruders und des Dornes angeordneten
Rohre; F i g. 3 ist ein Hauptschnitt durch die gleiche Vorrichtung unter Weglassung
von Einzelheiten des Dornes nach F i g. 1 im Interesse der tSbersichtlichkeit, zur
Veranschaulichung der Verwendung der Vorrichtung bei dem Verfahren zur Herstellung
eines Filmes.
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In F i g. 1 und 2 ist ein Extruder 1 dargestellt, der eine Bohrung
2 aufweist und zum Strangpressen eines Folienschlauches oder Filmes 3 aus geschmolzenem
Polymer durch eine Ringdüse 4 geeignet ist. An dem Extruder ist mittels Schrauben
30, die durch eine Isolation 31 hindurchgeführt sind, ein zylindrischer Dorn 5 befestigt,
der eine zur Bohrung des Extruders 1 koaxiale Bohrung 6 aufweist. Der obere Umfang
des Dornes 9 ist zur Bildung einer über den Umfang reichenden Aussparung 7 weggeschnitten,
die von einer vertikalen Fläche 8 und einer horizontalen Fläche 9 begrenzt ist.
Bis zu einem Bruchteil der Höhe der Aussparung 7 ragt in diese ein kreisrunder Vorsprung
BB) in vertikaler Richtung hinein. Ein Rohr 11 dient als Einrichtung zum Leiten
von Kühlflüssigkeit zu einem ringförmigen Innenkanal 12, der seinerseits über einen
vertikalen Kanal 13 mit der über den Umfang reichenden Aussparung 7 an einer Stelle
in Verbindung steht, die dem Umfang des Dornes 5 näher liegt als der kreisrunde
Vorsprung 10. In dem Dorn ist ein zweiter Innenringkanal 14 zur Aufnahme der über
den Vorsprung 10 überströmenden Flüssigkeit vorgesehen. Der Ringkanal 14 ist mit
einem dritten ringförmigen Innenkanal 16 durch einen vertikalen Kanal 15 verbunden.
Der dritte Ringkanal 16 steht seinerseits über einen Kanal 17 mit einer zweiten
Aussparung 18 in der Mantelfläche des Dornes in Verbindung. Innerhalb der zweiten
Umfangsaussparung 18 ist als Dichtring ein Schwamm 19 angeordnet. Der dritte ringförmige
Innenkanal 16 steht außerdem mit dem Rohr 20 in Verbindung, das an eine nicht dargestellte
Unterdruckquelle angeschlossen ist. Tiefer unten am Dorn befindet sich eine dritte
Aussparung 21 am Umfang, die über einen Kanal 22 mit dem Rohr 23 in Verbindung steht,
das ebenfalls mit einer nicht dargestellten Unterdruckquelle verbunden ist. Durch
die Bohrungen im Extruder und im Dorn erstreckt sich ein weiteres Rohr 24 nach unten,
das geringfügig über den Dorn hinaus vorspringt und außen vom Fuß 25 des Dornes
dichtend umgeben ist und dessen oberes Ende mit einer nicht dargestellten Druckgasquelle
verbunden ist. Im oberen Teil des Dornes ist ein Kanal 26 vorgesehen, der eine Verbindung
zwischen der Aussparung 7 arm Dornumfang und der Bohrung im Dorn herstellt und zum
Druckausgleich in der Aussparung 7 dient, indem er diese mit der Atmosphäre oder,
je nach Wunsch, mit einer anderen Druckquelle verbindet.
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In F i g. 3 sind der Extruder 1, der Film 3 und der Dorn 5 aus Fig.1
nochmals dargestellt, außerdem zeigt die Figur konvergierende Reihen von Walzen
27, die Druckwalzen 28 und eine Umlenkwalze 29, deren Funktion im folgenden noch
beschrieben wird.
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Im Betrieb arbeitet die Vorrichtung gemäß der Erfindung in folgender
Weise: Durch die ringförmige
Düse 4 des Extruders 1 wird ein schlauchformiger Film
3 aus thermoplastischem, organischem Polymer nach unten zu stranggepreßt, so daß
er den Dorn 5 umhüllt. Gleichzeitig wird eine Kühlflüssigkeit, z. B.
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Wasser, durch das Rohr 11 in den Kanal 12 des Dornes befördert, von
wo die Flüssigkeit durch den Kanal 13 in die Aussparung 7 strömt. Wenn der Flüssigkeitsspiegel
in der Aussparung 7 steigt, strömt die Flüssigkeit über den Rand des Vorsprunges
10 über und gelangt in den Kanal 14, von wo sie aus der Vorrichtung durch Saugwirkung
über den Kanal 15, den Kanal 16 und das Rohr 20 beseitigt wird, während durch den
Kanal 26 Luft in die Ausspatung 7 eintritt undinnerhalb derselben den. atmosphärischen
Druck aufrechterhält. Inzwischen gelangt der Film 3, während er über den Dorn gezogen
wird, zur Berührung mit der in der Aussparung7 bereitgehaltenen Flüssigkeit.
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Während der Film 3 seine Abwärtsbewegung fortsetzt, wird etwaige
von ihm in den Raum zwischen der Innenfläche des Filmes und der Außenfläche des
Domes mitgenommene Flüssigkeit vom Schwamm 19 aufgenommen, und in dem Maß, in dem
die Flüssigkeitsaufnahme des Schwammes sich dem Sättigungspunkt desselben nähert,
wird die Flüssigkeit in den Kanal 16 und von dort durch das Rohr 20 aus der Vorrichtung
abgesaugt. Während der Film seinen Weg fortsetzt, wird er durch den über das Rohr
23 in der Aussparung 21 zur Wirkung gebrachten Unterdruck straff an den Dorn 5 herangezogen,
wodurch ein dichtender Abschluß zwischen dem Film und dem unteren Teil des Dornes
geschaffen wird, der einen Gasverlust beim Aufblasen des Filmes verhindert.
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Wenn der Film den Dorn verläßt, wird er von dem durch das Rohr 24
unter Druck zugeführten Gas aufgeblasen. Die durch das Aufblasen gebildete Blase
wird durch konvergierende Reihen von Walzen27 verengt und in die plattgedrückte
Form übergeführt und durch den von den Quetschwalzen 28 ausgeübten Druck abgedichtet.
Die letzteren Walzen dienen auch dazu, die zum Abwärtsziehen des Filmes über den
Dorn erforderliche Kraft zu liefern. Schließlich wird der plattgedrückte Film über
eine Umlenkwalze 29 und von dort zu einer nicht dargestellten Aufschlitz-und Wickelvorrichtung
geführt.
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Natürlich können in Verbindung mit der Vorrichtung nach der Erfindung
verschiedene andere Bauteile Verwendung finden. Ein solcher Bauteil z. B. kann eine
Einrichtung zum Erwärmen des Filmes knapp vor dem Aufblasen sein, die die Erzielung
einer für die Molekülorientierung optimalen Temperatur ermöglicht. Es kann ferner
z. B. eine zusätzliche Aufblaszone vorgesehen sein, in der der Film zur Erzielung
der Dimensionsbeständigkeit wärmebehandelt werden kann. Außerdem können Einrichtungen
zum Kühlen des Filmes an der Außenseite zusätzlich zu der von der Vorrichtung bewirkten
Kühlung von innen her vorgesehen sein. Zusätzlich können ferner Einrichtungen zum
Abfühlen des Druckes innerhalb des aufgeblähten Schlauches vorgesehen sein. Diese
und andere abwandelnde Maßnahmen liegen im Bereich des Könnens des Fachmannes.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist insbesondere von Nutzen bei
der Herstellung von Filmen aus kristallisierbaren, organischen, thermoplastischen
Polymeren, bei denen ein Abkühlen oder Abschrecken vor dem Aufblähen erforderlich
oder vorteilhaft ist. Typische Beispiele solcher Polymere sind
räumlich
regelmäßiges Polypropylen und Polyäthylenterephthalat.
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Als Beispiel der Verwendung der Vorrichtung sei angegeben, daß geschmolzenes
Polyäthylenterephthalat bei einer Temperatur von 2750 C zu einem schlauchförmigen
Film mittels einer Ringdüse von 152 mm Außen- und 150,5 mm Innendurchmesser stranggepreßt
wird und durch Berührung mit kaltem Wasser gekühlt wird, das in einer Aussparung
im oberen Teil des Mantels eines Dornes von 158, 5 mm Durchmesser zirkuliert. Der
Wasserstrom durch die Aussparung ist so eingeregelt, daß der Film bei einem Extruderausstoß
von 195 kg/Std. und einer Entnahmegeschwindigkeit von etwa 21 m/Min. bis zu einer
Temperatur von 400 C abgekühlt wird. Wenn der Film den Dorn verläßt, wird er durch
Luftdruck auf einen Durchmesser von 508 mm aufgebläht und unmittelbar vor dem Aufblähen
mittels einer kreisförmigen Anordnung von Infrarotheizkörpern erhitzt, die den Schlauch
umgeben. Anschließend wird der Schlauch plattgedrückt, in der Längsrichtung aufgeschlitzt
und aufgewickelt.
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Ein sehr wichtiger Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung besteht,
wie ersichtlich, darin, daß die Notwendigkeit von Quetschwalzen zum dichten Abschließen
des schlauchförmigen Filmes nach dem Kühlen desselben entfällt. Dies zieht eine
Reihe von sekundären Vorteilen nach sich, zu denen der Umstand zählt, daß es nunmehr
möglich ist, dickeren Film zu behandeln bzw. zu verarbeiten, und daß Kratzer an
der Oberfläche, wie sie häufig durch diese bei den bisherigen Vorrichtungen erforderlichen
Quetschwalzen an dem Film hervorgerufen werden, vermieden werden.
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Ein anderer wichtiger Vorteil besteht darin, daß die Vorrichtung
nach der Erfindung es in bequemer und einfacher Weise ermöglicht, durch einfachen
Zusatz eines Wassersprühers oder einer gleichwertigen Kühleinrichtung an der Außenseite
den Film außer von innen her auch von außen her zu kühlen.