DE1944045A1

DE1944045A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Giessen und Orientieren von Schlauchfolien

Info

Publication number: DE1944045A1
Application number: DE19691944045
Authority: DE
Inventors: Lyon John Bennet; Yang Hung Han
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1968-08-30
Filing date: 1969-08-29
Publication date: 1970-03-05
Also published as: GB1270865A; BE738194A; FR2016662A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Giessen und Orientieren von Schlauchfolien

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Thermoplast-Schlauchmaterial und insbesondere auf das Abschrecken von extrudierten Schlauchfolien aus solchen Polymeren»

Die Herstellung von Thermoplast-Sehlauchmaterial aus Polymeren wie Polyäthylen und Polypropylen ist an sich bekannt und beispielsweise in dem USA-Patent 3.231.642 beschrieben» In den Anfangsphasen geschieht bei diesem Verfahren die Extrusion des Polymeren durch eine Kingdüse zur Bildung einer geschmolzenen Schlauchfolie» die dann Ober einen Absehreck-Innendom gezogen

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wird, um das Polymere'auf eine Temperatur unterhalb seines bildsamen Zustandes, d.h. auf mindestens etwa 20⁰C unter den Orientierungstemperaturbereich abzukühlen. Ein geeigneter Abschreekdorn ist in dem vorgenannten Patent beschrieben und weist innere Windungen auf, durch welche ein flüssiges Kühlmittel umlauft.

Ein Problem, das häufig bei der Anwendung eines »Lehen Verfahrens auftritt, wird durch die flüchtigen Bestandteile verursacht, die im Polymeren vorhanden sind, ,z.B. Antioxydantien, Gleitmittel u. dgl.ο Wenn das geschmolzene Polymere aus der Ringdüse austritt, wandern diese flüchtigen Stoffe zur Oberfläche des Polymeren und verflüchtigen in die die geschmolzene Schlauchfolie unmittelbar umgebende Luft. Bei der Weiterbewegung der Folie zum Abschreckdorn kondensiert etwas von den flüchtigen Bestandteilen an der kritischen Kante des Abschreckdorns« Wenn die geschmolzene Folie über den Born gezogen wird, werden die Kondensattröpfchen aufgenommen und zwischen der EiLie und der Dornoberflache eingeschlossen. Durch die Wärme der Folie wird das eingeschlossene Kondensat verflüchtigt, was OberflächenunregelmSssigkeiten auf der Folie zur Folge hat, die als "ApfelsinenechaTeneffekt",-"Pickel"' oder. "Nuten" bekannt sind, die zu entsprechendenFehlern in der fertigen biaxial gereckten Folie führen.

Zusammenfassung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Schlauchfolien-Gieß- und Orientierungsverfahren, bei welehe/n ein geschmolzenes thermoplastisches Polymeres durch eine Kingdüse, extrudiert wird, die Schmelze der Schlauchfolie über einen hint^Fschnittenen Abschreckinnendorn gezogen wird, wobei die Erfindung im wesentlichen darin besteht, daß ein Heliumstrom längs des hinterschnittenen Teils des Doms und benachbart der Schlauchfolie in die Zone zwischen der Düse und der Ebene der anfängliche^ Abschreckung eingeleitet wird, wobei

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die Temperatur des Heliums wesentlich unterhalb der Folientemperatur in der erwähnten Zone liegte Der Heliumdruck innerhalb der erwähnten Zone ist vorzugsweise ausreichend, um einer Breitenverringerung der Folie entgegenzuwirken.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die einzige Figur zeigt eine Schnittansicht in schematischer Darstellung und im Aufriß von Teilen der für die Zwecke der Erfindung verwendeten Extrusionsdüsen-Abschreckdornzoneo

Einzelbeschreibung der Erfindung -

Für die Zwecke der Erfindung ist unter der Bezeichnung "hinterschnittener Abschreek-Innendorn" ein Abschreckinnendorn von der in dem vorgenannten Patent beschriebenen Art, bei welchem er der Ringdüse am nächsten gelegene Teil im Durchmesser konzentrisch so verringert ist, daß die aus der Düse extrudierte und über den Abschreckdorn gezogene Schlauchfolie den Dorn erst berührt, nachdem sie sich am Ende vorbeibewegt hat und sich um einen gewissen Betrag über dessen Länge vorbewegt hat» Ein solcher Dorn ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt.

Unter der Bezeichnung "Ebene der anfänglichen Abschreckung¹¹ ist die Ebene zu verstehen, die zur Achse des Abschreckdorns senkrecht ist und durch die ümfangsauflagestelle bestimmt wird, an welcher die Schlauchfolie erstmalig tatsächlich mit dem Dorn in Berührung kommt, wenn sie über seine Länge darübergezogen wirdο In Wirklichkeit ist der Kontakt nicht voll eine "Berührung" sondern vielmehr "thermisch", <*a eine Zwischenschicht aus Helium wahrscheinlich eine tatsächliche körperliche Berührung verhindert, die zu einem Haftenbleiben der Schmelze usw. führen würde»

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Das Gesamtverfahren ssur Herstellung von Polymeren wie Polyäthylen und Polypropylen ist in dem USA-Patent 3„231„642 beschrieben, auf welches um hier Wiederholungen zu vermeiden* verwiesen wird«- "■ ."■"■".. _■■ ." ".-■ . '" " . -.""■"".■ -..

Wie in der Zeichnung gezeigt, wird eine Schlauchfolie 10 aus dem angequollenen geschmolzenen thermoplastischen Polymer-Ring 11 gezogen, der aus der Ringdüse 12 extrudiert wird. Der Absehreekinnendorn 13 ist in geeigneter Weise mit einer Innenkühlung (nicht gezeigt) von der in dem vorgenannten Patent beschriebenen Art versehene Der Dorn 13weist einen hinterschnittenen Teil W auf, welcher an der Vorderkante des Doms 15 beginnt und an der Auflagestelle 16 endet« Die Auflagestelle ist praktisch ein Umfangsring tun den Abschreckdorn herum, welcher die vorangehend beschriebene Ebene der anfänglichen Abschreckung bestimmt-*■

Die Gestaltung des hinterschnittenen Teils 1·* kann von der in der Zeichnung dargestellten Art sein, jedoch eine von einer Vielfalt anderer Formen und Gestalten haben» Beispielsweise kann ein hinterschnittener Teil £n, einfacher Weise durch einen kegel« stumpfförmigen Teil des Endes,^ des Dorns 13 gebildet werden, /. ,der sich linear von den Stellen 15 und 16 verjüngte Eine weitere geeignete Gestaltung ist derart, daß die Berühruhgsstelle 16 eine abgerundete Aus senf lache, aufweist und das obere Ende der _ Hinterschneidung 17 mit einer, nach innen abgerundeten Flache ausgebildet ist_β Verschiedene, weitere Gestaltungen sind durch den Fachmann ohne weiteres ausführbar. Der Dorn 13 ist mit der Fläche der Düse 12 durdi eine Stütze 20 verbundene

Ein mittiger Heliunieinlaßkanal 21 ist sieh durch die Düse 12, die Stütze 20 und durch den Dorn 13 erstreckend dargestellt, welcher Kanal mit Gaseintrittsbohrungea 22 verbunden ist. Das Helium kann daher über den K^nal 21 und die Bohrungen 22 sowie längs des hinterschnittenen ^iIs IH geleitet werden« Die Tem-

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peratur des Heliums soll wesentlich unterhalb der Folientemperatur benachbart dem hinterschnittenen Teil liegen. Da Helium als Wärmeübertragungsmedium verwendet wird, ist zu erwarten, daß die Heliumatmosphäre einen Temperaturgradienten in der radialen Richtung von der Innenfläche der Schmelze zur hinterschnittenen Dornoberfläche hat. Wenn Helium mit der Raumtemperatur zugeführt wird, soll dieser Temperaturgradient in der Heliumatmosphäre ausreichend sein, um einen zufriedenstellenden Wärmeübergang und damit eine Vorkühlung der Schnäze herbeizuführen« Ein ständiger Umlauf des.Heliums trägt zur Aufrechterhaltung des Temperaturgradienten bei.

Die vorerwähnten flüchtigen Stoffe diffundieren ohne weiteres durch die Heliumatmosphäre und werden auf de» hinterschnittenen Teil 11 kondensiert. Es kann eine saugfähige Packung 23 vorgesehen werden, welche das Kondensat absorbiert und festhält, das sich in ausreichender Menge am hinterschnittenen Teil 14 zum Abtropfen vom Ende des Doms bilden kann. In der Stütze sind Austrittskanäle 24 und 25 vorgesehen, damit das Helium durch die Packung 23 hindurchströmen und durch Kanäle 26 austreten kann« Die Heliumströmung kann umgekehrt werden, so dß sie aus den Bohrungen 21 und 25 hindurch und durch die Bohrungen 22 austritt, wenn gewünscht. Dift Packung 23 wird, wie gezeigt, von einer Umlenkplatte 27 getragen, wobei eine Isolierscheibe 28 vorgesehen werden kann, wie gezeigt, um die Fläche der Düse abzudecken. _.._ivY

Das Helium dient ferner während des Extrusions-Abschreek-Vorgangs als Druckmedium ο Die "Breiten^verringerung" der Schmelze beim Breitschiitzdüeenverfahren.ist ein allgemein bekanntes Phänomen. Beim Schlauchgießverfahren findet die Breitenverringerung der Schmelze in Form einer diametralen Kontraktion infolge einer Umfangespannung statt, welche durch das Herunterziehen der Schmelze in der Maschinenrichtung induziert wird. Die diametrale

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Kontraktion ist gering» verändert sich jedoch mit dem Durchsatz, der Dicke der Schmelze, der Temperatur der Schmelze, den Harzeigenschaften usWoo Obwohl die Düsen-Dorn-Geometrie so gestaltet werden kann, daß der größte Teil der Breitenverringerung aufgenommen wird, soll wegen der Veränderlichkeit der Breitenverringerung eine flexible Korrektur aufrechterhalten werden ₀ Dies geschieht dadurch, daß ein leichter Heliumdruck aufrechterhalten wird. Der Heliumdruck regelt den Betrag der Breitenverringerung derart, daß die Schmelze auf dem Abschreckdorn mit einem geringstmöglichen normalen Druck zur " Auflage kommen kann. Der Auflage-Mindestdruck ist unerlässlich, um den Reibungswiderstand und Fehler in der Schmelze so gering wie möglich zu halten.

Der Schmelze-Auf lagedruck ist Null, wenn der Heliumdruck gleich dem normalen Druck in der Schmelze ist, der durch die Herunterzieh-Umfangsspannung induziert wird. Aus der Spannungeanalyse ist der normale Druck Cp) in .der Schmelze gegeben durch:

wobei G = Viskosität der Schmelze

M = Durchsatsvolumen der Schmelze h s Höhe der anfänglichen Auflage oberhalb der Düse d» Düsendurchmesser "'-Ε_χ s Schmelzedehnung .

Beispielsweise ist bei« Arbeiten mit Polypropylen bei 226,8 kg/h

G * 10 000 Poise J
M s 65,5 cm /see
h = 6,25 ca
d s 52,1 cm
Ε_χ s 1,33 d.h. 33 % herunterziehen.

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durch Substitution in der Gleichung wird eine Lösung wie folgt erhalten:

P s 66 Dyn/cm s 0,0485 mn Hg.

Dies zeigt die Grosse des Heliüadruckes, der ohne unkontrollierte Ausdehnung der geschmolzenen Schlauchfolie ausgeübt werden kann.

Die übrigen Teile der Vorrichtung, die zur Herstellung von biaxial orientierter thermoplastischer polymerer Folie notwendig sind, sind in dem USA-Patent 3.231.642 gezeigt, auf dessen Einzelheiten verwiesen, wird.

Nachfolgend wird die Erfindung in VErbindung mit besonderen Beispielen beschrieben.

Beispiel 1

Polyäthylen mit einer Dichte von 0,925 und einem Schmelzeindex von 1,5 g/10 Min wird mit 226,8 kg/h durch eine Ringdüse mit einem Nenndurchmesser von 38*1 cm und einer Lippenöffnung von 0,89 mm extrudiert. Es werden die folgenden Bedingungen aufrechterhalten:

Düsentemperatur: 19S°C Schmelzetemperatur: 200⁰C Gießschlauchgeschwindigkeit: 10,67 m/Min Abschreckdorntemperatur: 20⁰C Dornoberflächenverjüngung: 90 Mikron/cm Dornoberflachenzustand: 0,51 - 0,76 Mikron quadratischer Mittelwert

+) hier wie auch in Beispiel 2 bestimmt nach ASTM-Prüfnorm D-1238. ■■'■'" τ»'

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Die Schmelze wird über einen Abschreckdorn gezogen, der so angeordnet und ausgebildet ist, daß die Auflagestelle oder Ebene der anfänglichen Abschreckung 10,2 cm oberhalb der Düsenlippen ist« Der hinterschnittene Teil am Dorn hat eine Tiefe von etwa 2*5 mm und erstreckt sieh etwa 6,35 cm von dem der Düse am nächsten gelegenen Ende des Doms in Richtung zur Auf lagestelle« Ein Heliuadruck von etwa 0,037 mm Hg wird zur Steuerung der Auflagestelle der Schmelze aufrecht erhalten«. Es kann gesehen werden, daß sich flüchtige Stoffe aus der Schmelze am hinterschnittenen Teil des Dorne kondensieren» Die Messung der Aussenflächetemperatur der Schmelze zeigt typisch eineVorkühlungvon etwa 7 - 8⁰C₀ Hierbei läßt sich feststellen, daß die Vorkühlung an der Innenfläche wesentlich stärker als der angegebene Wert ist und etwa 20 - 50⁰G beträgt«

Die Länge des hinterschnittenen Teils kann von den vorangehend beschriebenen 6,35 cm auf etwa 10,2 cm erhöht werden unter Aufrechterhaltung einer beträchtlichen Heliumströmung längs des hinterschnittenen Flächenteils des Dornse Wenn jedoch unter diesen Umständen Luft verwendet wird, um das Helium zu ersetzen, kann die Breitenverringerung der Schmelze so stark sein, daß hohe Widerstandskräfte des Gießschläuches auf dem Abschreekdorn auftreten« _v

Polypropylen mit einem Schmei;zeindex von etwa 5,5 g/10 Min wird mit etwa 22,7; kg/h, durch eine Ringdüse von 12,7 cm Nenndurchmesser und einer Lippenöffnung von 0,89 mm extrudiert. Es werden die folgenden Bedingungen af recht erhalt en:

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Düsentemperatur: 195 C Schmelzetemperatur: 195°C Gießschlauchgeschwindigkeit: I₉83 m/Min Abschreckdorntemperatur: 15°C Dornoberflachenverjüngung: 120 Mikron/cm Dornoberfläehenzüstand: 0,51 - 0,76 Mikron quadratischer Mittelwert»

Die Polymerschmelze wird über einen Abschreckdom mit einem hinterschnittenen Teil in Form eines sich gleichmassig verjüngenden kegelstumpfförmigen Endes des Dorne gezogen. Der Abstand von der Ebene der anfanglichen Abschreckung beträgt etwa 6,35 cm oberhalb der Düsenlippen und die annähernde Lange des hinterschnittenen Teils ist etwa 5,72 cm. Es kann Helium mit den folgenden Durchsätzen und Drücken verwendet werden:

Durchsatz Druck

(m^e/h) (mm Hg)

0,283 0,187

O,«*25 0,373

0,566 0,560

Wenn bei dem obigen Beispiel Luft anstelle von Helium verwendet wird, laßt sich feststellen, daß die Schmelze gelegentlich am Dorn hangenbleibtο

Die Anwendung der Erfindung in der vorangehend beschriebenen Weise ermöglicht die Herstellung von Gieß-Schlauchfolien, die von inneren Oberflachenfehlern, wie "Apfelsinenschaleneffekt",

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"Nuten", "Pickel¹* und Verschmieren im wesentlichen frei bleibt.

Da viele sehr verschiedene AusfOhrungsS>rmen der Erfindung innerhalb des Rahmens derselben möglich sind, ist die Erfindung natürlich nicht auf die besonderen beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

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Claims

F-1426/L762 ft 29. August 1969

P a t e η t a η s ρ r fl c h e :

(1J Verfahren zum Giessen und Orientieren von Schlauchfolien, bei welchem ein geschmolzenes thermoplastisches Polymeres durch einellingdüse extrudiert wild, die Schmelze der Schlauchfolie über einen hinterschnittenen Absehreek-Innendorn gesogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heliumströmung längs des hinterschnittenen Teils des Dorne und benachbart der Schlauchfolie in der Zone zwischen der Düse und der Ebene der anfänglichen Abschreckung eingeleitet wird, wobei die Temperatur des Heliums wesentlich unterhalb der Folientemperatur in der erwähnten Zone liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polymere Polyäthylen oder Polypropylen ist.

3ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heliumstrumung ausreicht, um einen genügenden Druck in der erwähnten Zone gegen eine Breitenverringerung zu erhalten» .»;

Vorrichtung zum Giessen und Orientieren von Schlauchfolien, mit einer Ringdüse,zum. Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Polymeren und einem hinterschnittenen

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Ah8chreek-»Xnnendos»n* über welchen die Sehmeise der Schlauchfolie gesogen wird, gekennzeichnet durch Mittel zum Einleiten einer HeliumstrSarong längs des hinter schnitten«» Teils des Donii und benachbart der Schlauchfolie in der Zone zwischen d@r Düse und der Ebene der anfänglichen Abschreckung.

S_e Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dsr hinterschnittene Teil des Abschreckdorns rait Kanälen für die Str&mmg von Helium durch die erwähnte Zone versehen

ist. ■■".■■■ .^:

Vorrichtung nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß eine saugfähige Packung zwischen des Dorn und der Düse vorgesehen istο ■ ■

7_β Vorrichtung nach Anspruch 6_e dadurch gekennzeichnet, daß Mittel für die Heliumströgaung durch die erwähnte Packung und aus der erwähnten Zone heraus vorgesehen sind«.

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