DE1704728B2 - Vorrichtung zum waermefixieren einer molekularorientierten folienbahn - Google Patents
Vorrichtung zum waermefixieren einer molekularorientierten folienbahnInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wärmefixieren einer molekularorientierten Folienbahn
aus einem organischen thermoplastischen kristallisierbaren oder kristallinen polymeren Material mi:
mindestens einer umlaufenden Wärmefixierungswalze, deren Oberfläche eine Temperatur unterhalb
des Schmelzpunktes des Folienmaterials aufweist, um eine Schrumpfung der Folienbahn herbeizuführen,
sowie mit Einrichtungen zum Zuführen der Folienbahn auf die Walze, Vorrichtungen zum gleichmäßigen
Ausbreiten der Folienbahn auf der Walze und Vorrichtungen zum Andrücken der Folienbahn an die
Walze und zum Abziehen derselben von der Walze.
Wenn eine Folie aus einem organischen thermoplastischen
kristallisierbaren polymeren Materia!, wie z. B. Polypropylen, zur molekularen Orientierung und
somit zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften gereckt wird, so weist die entstehende Folie
eine für viele Anwendungszwecke unerwünscht hohe Schrumpffähigkeit bei erhöhten Temperaturen auf. Es
ist bereits vorgeschlagen worden, bei solchen Folien die Formbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen
durch sogenannte Wärmefixierverfahren zu verbessern. Wenn ferner die Folie zur zweiachsigen Orientierung nach einem Schlauchverfahren gereckt wird,
weisen die gereckten Folien häufig eine ungleichmäßige Form auf, d. h. die Längsabmessungen der Folie
sind unterschiedlich, was vermutlich auf geometrische Faktoren und thermische Ungleichmäßigkeit beim
Recken zurückzuführen ist. Eine solche ungleichmäßige Folie kann nicht auf einer flachen Fläche ohne
Faltenbildung ausgebreitet werden. Beim Wärmefixieren solcher Folien auf einem Trockenrahmen kann
durch die seitliche Einspannung der Folie durch die Rahmenklammern eine Abflachung der Folie eintreten,
so daß die Ungleichmäßigkeit der Folie verringert oder sogar beseitigt wird. Die auf diese Weise wärmefixicrte
Folie wird aber an einer Längszusammenziehung verhindert, wenn die Ränder einmal von den
Rahrnenklammerneiiaßisind. Dadurch können :nehrere
unerwünschte Folgen entstehen. Soll die Folie z. B. geschweißt werden, so kann sie dabei wellig werden.
Ferner können bei der Trocknung eines auf die Folie aufgetragenen Überzugs auf einem Trockenrahmen
Folienbrüche entstehen, und zwar wegen der
'5 Längsspannungen, die in der Folie hervorgerufen
werden.
Es sind Vorrichtungen zum Verstrecken \on nicht-orientierten Polyäthylcnfolien bekannt, bei denen
die Folie in der Längsrichtung in zwei aufeinanderfolgenden Stufen bei nach und nach höher werdenden
Temperaturen verstreckt wird, wobei sie auf einer Reihe von Heizwalzen wärmebehandelt wird, um auf
diese Weise die Schrumpfung der Folie herbeizuführen.
Es ist weiterhin bekannt, bei der Bearbeitung von Cellulosehydratfo'ien diese über Walzen zu leiten,
welche mit einem besonderen Oberflächenbelag versehen sind, um hierdurch die Haftung zwischen der
Walzoberfläche und der Folie zu vergrößern, so daß auf diese Weise eine Querschrumpfung der Folie vermieden
wird.
Es sind auch Vorrichtungen bekannt, die Wärmefixierungswalzen enthalten, über die Kunststoffolien
geleitet werden, wobei die Folien fest auf die Wärmefixierungswalzen angepreßt werden, so daß diese auf
der Walze während der Wärmebehandlung gut haften, um auf diese Weise eine Schrumpfung der Folie in
der Querrichtung zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schrumpfung einer molekularorientierlen Folienbahn
bei einer Wärmefixierung mittels mindestens einer Wärmefixierungswalze auf der Wärmefixierungswalze
gleichmäßig und kontrollierbar zu gestalten.
Die Aufgabe wird bei der eingangs dargelegten Vorrichtung dadurch erfindungsgemäß gelöst, daß die
Wärmefixierungswalze eine matte Oberfläche besitzt.
Durch diese matte Oberfläche wird zwischen der
Walze und dem Film eine Art Luftkissen gebildet und es hat sich gezeigt, daß mit einer derartigen Vorrichtung
verbesserte Folienprodukte hergestellt werden können.
Unter einer orientierten Folie soll eine Folie verstanden werden, die gereckt wurde, damit die Moleküle
des Werkstoffs der Folie orientiert wurden. Die Orientierung kann durch Recken der Folie in einer
Richtung bewirkt werden, damit die Moleküle in dieser Richtung orientiert werden, oder aber die Folie
kann in zwei Richtungen gereckt werden, damit eine
zweiachsige Orientierung in der Folienebene eintritt, und zwar gewöhnlich in der Längs- und Querrichtung.
Bei einer zweiachsig gereckten Folie kann das Recken in der Längsrichtung und das Recken in der Querrichtung gleichzeitig oder nacheinander erfolgen, und das
Ausmaß des Reckens kann in jeder Richtung gleich oder in der einen Richtung größer sein, wie es für
zweckmäßig gehalten wird.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist zur Behandlung von orientierten Folien aus jedem organi-
sehen thermoplastischen kristallisierbaren oder krislalliiien
polymeren Material gecignel. Als Beispiele für solche Materialien kann man folgende erwähnen:
Polymere und Copolymere von !-Olefinen, z. B.
hochdichtes Polyäthylen, Polypropylen, Äthylen/ Propylen-Copolyinere, Po'y-4-mcthylpenten-l, Polyester,
wie z. B. Po'yäthylentercphthalat und Polyäthylen- l,2-diplienoxyä!han-4,4'-dicarboxyIat und
die verschiedenen Polyamidarten.
Die normalen Wärmebehandlungstemperaturen für diese Polymere werden angewandt. Um eine im
wesentlichen schrumpfunfähige Folie aus Polypropylen herzustellen, sind also zur Wärmebehandlung der
Polypropylenfolie Betriebstemperaturen der erhitzten
Mattwalzen von 100 bis 145° C geeignet. Eine sehr 1S
geeignete Betriebstemperatur für Polypropylenfolie ist 120'= C. Wenn die Vorrichtung bzw. das Verfahren
zur Gläuung von orient ie rlcn Folien und zur Beseitigung
von ungleichmäßigen Längsabmessungen und nicht zur Wärmebehandlung zwecks Erzielung einer
im wesentlichen schrumpfunfähigen Folie angewandt wird, so können niedrigere Betriebstemperaturen benutzt
werden.
Als Mattwalzen können die verschiedensten Walzen mit matter Oberfläche verwendet werden, wie *5
z. B. mit dem Sandstrahl behandelte Walzen aus Flußstahl, Gußeisenwalzen, Aluminiumwalzen und Walzen
mit mattem Anstrich. Als Matthoitsgrad ist ein solcher mit einem arithmetischen Mittenrauhwert von
1,0 X 10 3 bis 5,1 x 10 3 mm sehr geeignet.
Die erforderliche Anpreßkraft der Folienbahn auf die Wärmefixierungswalze kann auf verschiedene Art
und Weise erzielt werden. Am einfachsten verwendet man hierzu Walzen mit verhältnismäßig geringem
Durchmesser. Bei Verwendung von solchen Walzen erzeugt die von den Zuführungs- und Abzugseinrichtungen
herrührende Spannung eine Kraft zwischen der Fo'ie und der Walze. Bei dieser Arbeitsweise sind
Walzen mit einem Durchmesser von etwa 15 cm geeignet, und diese Arbeitsweise hat den Vorteil, daß
die Walzen Leerlaufwalzcn sein können, solange die Anzahl solcher Walzen zwischen der Einführungseinrichlung
und der Abzugseinrichtung nicht zu groß ist.
Bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten muß die Folie natürlich einen \erhältnismäßig langen Behandlungsweg
durchlaufen, um eine ausreichende Behandlung zu erhalten. Hierbei kann die Vorrichtung nach der
Erfindung mit einer einzigen erhitzten Mattwalze mit großem Durchmesser ausgestattet sein. Aus wirtschaidichcn
Grünucn wird aber vorzugsweise eine so
Anzahl solcher Walzen verwendet.
Bei Verwendung von Walzen größeren Durchmessers kanu die Temperatur und Laufgeschwindigkeit
der Walzen beliebig eingestellt werden. Um die Spannungen in der Folie, die nach der Behandlung verbleiben,
auf ein Mindestmaß herabzusetzen, ist es zweckmäßig, wenn man die Folie bei der Behandlung
mindestens in der Orienticrungsriehlung zusammenziehen läßt. Wenn mehrere Walzen verwendet werden, so können die relativen Umfangsgeschwindigkei-
ten benachbarter Walzen so geregelt werden, daß die Folie in der Längsrichtung schrumpfen kann. Die
matte Oberfläche der Walzen erlaubt eine Zusammenziehung der Folie auf den Walzen. Die Zusammenziehung in der Querrichtung wird durch die Tem-
peratur der Walze, den Orientierungsgrad der Folie in der Querriehtr ,% und die Größe der Kraft, die die
Folie auf die Walze aufzwingt, bestimmt.
Die Erfindung wird an Hand von zwei Ausführungsformen in der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Walzenanordnung zum Wärmefixieren in schematischer Darstellung
und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform
zum Wärmefixieren, ebenfalls in schematischer Darstellung.
Nach Fig. 1 läuft die Folienbahn durch ein Walzenpaar 1, über eine Leitrolle 2 und um eine erhitzte
Wärmefixierungswaize 3 herum, wobei ein an sieh bekannter elektrisch geladener Draht 4 im Bereich des
Anfangsberührungspimkts zwischen Folie und
VValic 3 angeordnet sein kann und eine die Folie gegen
die Walze 3 andrückende, mit Schaumstoff beschichtete Walze 5 unmittelbar hinter dem Draht 4
angebracht is!. Die Folie läuft dann über Leilrollen 6, 7, unter eine mit Schaumstoff beschichtete Walze 8,
um eine erhitzte weitere W imestabilisierungswalze 9
herum, über Leitrollen 10,11, unter eine mit Schaumstoff
beschichtete Walze 12, um noch eine erhitzte Wärmestabilisierungswalze 13 herum, über eine Leitrolle
14 und dann über eine Kühlwalze 15, die mit einem Walzenpaar 16 eine Abzugseinrichtung bildet.
Die Umfangsgeschwindigkeit des Walzenpaars 1, der Wärmestabilisierungswalzen 3, 9 und 13 (jeweils mit
matter Oberfläche) und der Abzugseinrichtung 15, 16 ist der Reihe nach immer kleinei, so daß sich die Folie
auf den erhitzten Wärmestabilisierungswalzen 3 und 13 und einigermaßen in den Luftspalten zwischen diesen
Walzen und der Kühlwalze 15 zusammenziehen kann. Die Zusammenziehung der Folie in der Querrichtung
erfolgt hauptsächlich auf der Oberfläche der erhitzten Wärmestabilisierungswalzen 3, 9 und 13.
Die mit dieser Vorrichtung und nach diesem Verfahren behandelte Folie kann eine hochwertige glatte Folie
sein, die gewünschienfalls eine niedrige Schrumpffähigkeit aufweist. Das Ausmaß der Zusammenziehung
ist abhängig von der Temperatur der Wärmestabilisierungswalzen 3, 9 und 13 und in der Längsrichtung
von den unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen und in der Querrichtung von
der elektrostatischen Kraft, die die Folie gegen die Walzen 3, 9 und 13 vom Draht 4 her andrückt.
Nach Fig. 2 läuft die Folie durch ein Walzenpaar
17, das als Einführungseinriehtung dient, und dann über eine Bogen- oder Bananenwalze 18 und erhitzte
Wärmefixierungswalzen 19, 20 mit matter Oberfläche und einem Durchmesser von jeweils 15,25 cm, wobei
eine mit Schaumstoff beschichtete Walze 21 die Folie gegen die als Leerlaufwalze ausgebildete Wärmefixierungswalze
20 im Bereich des Anfangsberührungspunkts andrückt. Dann läuft (lie Folie über eine Leerlaufkühlwalze
22, die einen Durchmesser von 15,25 cm und vorzugsweise auch eine matte Oberfläche
aufweist, und schließlich durch ein die Abzugseinrichtung bildendes Walzenpaar 23. Bei dieser Aus
führungsform ist die Zusammenziehung der Folie von der Temperatur der Wärmefixierungswalzen 19, 20
und dem Drehzahlunterschied zwischen den als Einführungs- bzw. Abzugswalzcn dienenden Walzenpaaren 17 bzw. 23 abhängig. Die Vorrichtung bzw. das
Verfahren gemäß dieser Ausführung ist wesentlich einfacher als bei Fig. 1. Die Qualität der dabei behandelten Folie reicht mindestens dann aus, wenn die
Folie beschichtet und anschließend auf einem Trokkenrahmen getrocknet werden soll.
Die folgenden Ausführungsbeispiele dienen zur
weiteren Erläuterung der Erfindung.
Eine 174 cm breite, zweiachsig orientierte Polypropylenfolie mit einer Dicke von 0,0109 mm und einer
Flächenschrumpfung von 16 %, die nach dem bekannten Schlauchvcrfahrcn hergestellt wurde, wurde
in eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 der Zeichnung eingeführt. Das Walzcnpaar 1 rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit
von 0,985 m/sec; die Walze 3 rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,935 m/sec und hatte eine Oberflächentemperatur
von 120° C; die Walze 9 rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,904 m/see und hatte eine
Obcrflächcntcmperatur von 120° C; die Walze 13 rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,930
m/see und hatte eine Oberflächentemperatur von 116° C; und die Folie wurde aus der Anlage durch
das Walzcnpaar 16 abgezogen, das eine Umfangsgeschwindigkeit von 0,914 m/see aufwies. Der Draht 4
trug eine Spannung von 13 Kilovolt.
Die so behandelte Folie hatte eine Breite von 152,4 cm, eine Dicke von 0,0127 mm und eine Flächenschrumpfung
von 2,2 % bei 120° C.
Eine 174 cm breite, zweiachsig orientierte Folie aus einem Äthylen/Propylen-Copolymer, die nach dem
bekannten Schlauchverfahren hergestellt wurde,
S wurde in eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 der Zeichnung
eingeführt. Das Walzenpaar 1 rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,50 m/sec; die Walze 3
rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,589 m/sec und hatte eine Oberflächentemperatur
von 122° C; die Walze 9 rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit
von 0,599 m/sec und hatte eine Oberflächentemperatur von 126° C; die Walze 13 rotierte
mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,584 m/see und hatte eine Oberflächentemperatur von
'5 120° C; und die Folie wurde aus der Anlage durch
die Walzen 16 abgezogen, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,584 m/sec rotierten. Der Draht 4
trug eine Spannung von 11 Kilovolt.
Die so behandelte Folie hatte eine Breite von 149,85 cm und eine Flächenschrumpfung von 2,6 %
bei 120° C.
Die Flächenschrumpfung einer Folie bei einer gewissen Temperatur ist die Summe aus den linearen
Schrumpfwerten der Folie in der Längs- und Qucr-
"5 richtung bei Erwärmung der Folie auf diese Temperatur
für 1 ivlinute.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Wärmefixieren einer molekularorientierten
Folienbahii aas einem organischen thermoplastischen kristallisierbaren oder
kristallinen polymeren Material mit mindestens einer umlaufenden Wärmefixierungswalze, deren
Oberflache eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Folienmaterials aufweist, um
eine Schrumpfung der Folienbahn herbeizuführen, sowie mit Einrichtungen zum Zuführen der
Folienbahn auf die Walze, Vorrichtungen zum iileichmäßigcn Ausbreiten der Folienbahn auf der
Walze und Vorrichtungen zum Andrücken der Folienbahn an die Walze und zum Abziehen derselben
von der Walze, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmefixierungswalze eine matte Oberfläche besitzt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmefixierungswalze aus
einer Metallwalze mit mattgeblasener Oberfläche besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmefixierungswalze aus
einer mit einem Mattanstrich versehenen Walze besteht.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmefixierungswalze einen mittleren Oberflachenrauhwert von 1,0 X 10 3 bis 5,1 X 10" 3 mm
besitzt.
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