DE2022886A1

DE2022886A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kuehlen von Folien durch elektrostatisches Anheften aneine kuehlende Oberflaeche

Info

Publication number: DE2022886A1
Application number: DE19702022886
Authority: DE
Inventors: Meggs Samuel Eddy; Denton Melton Orlander
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1969-05-12
Filing date: 1970-05-11
Publication date: 1970-11-19
Also published as: NL7006768A; LU60906A1; DE2022886B2; BE750212A; JPS5125451B1; US3571853A; CA976503A; NL168164C; FR2047670A5; NL168164B; GB1304439A; DE2022886C3; DE7017571U

Description

E.I. DU PONT DE NEMOUHS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19 898, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Folien durch elektrostatisches Anheften an eine kühlende Oberfläche

Beim Giessen von geschmolzenen, kristallisierbaren, thermoplastischen Bahnen muss die geschmolzene Bahn schnell unter ihre Einfriertemperatur gekühlt werden, um die Kristallisation nach Möglichkeit zu unterdrücken. Man nimmt an, dass eine übermässige Kristallisation in der Folienbahn die Orientierung beeinträchtigt, wodurch sich trübe Stellen und Ungleichmässigkeiten in der Dicke des orientierten Erzeugnisses ausbilden. Die stranggepresste Bahn wird im allgemeinen gekühlt, indem das geschmolzene thermoplastische Material auf eine gekühlte, in Bewegung befindliche Oberfläche, gewöhnlich eine rotierende Trommel, vergossen wird. Versuche, die Geschwindigkeit dieses Verfahrens zur Erzielung einer wirksameren und wirtschaftlicheren Arbeitsweise zu erhöhen, haben zu einer schlechten Gleichmässigkeit in der Dicke und zur Ausbildung sich regelmässig wiederholender Trübungsmuster ge-

— 1 —
009847/1818

F-2051 * ^!'

führt, die in der Technik ale "Jalousietrübung" bezeichnet _s werden. Ferner führt die erhöhte Geschwindigkeit oft zum "Einschnüren", einer seitlichen Schrumpfung der gekühlten Folie'. Um diese Schwierigkeiten zu beheben, hat man sich verschiedener Methoden bedient, die darauf abzielen, die Bahn in engeren Kontakt mit der Kühltrommel zu bringen.

Eine der besten Methoden zum Anheften der geschmolzenen Bahn an die kühlende Oberfläche besteht darin, dass man die Folie über ihre ganze Breite hinweg elektrostatisch auflädt. Diese Methode ist in der USA-Patentschrift 3 223 757 beschrieben. Wenn man allerdings noch höhere Giessgesehwindigkeiten anwendet, führt¹ dies zu einer Verminderung der Fähigkeit einer gegebenen elektrostatischen Kraft, die Bahn an die kühlende Oberfläche anzuheften, weil dann grössere luftmengen zwischen die Folienbahn und die Kühltrommel eingeführt werden. Die zwischen der Bahn und der Trommel eingeschlossene Luftschicht verhindert den wirksamen Wärmeübergang zur Trommel und vermindert dadurch den Wirkungsgrad des Kühlvorganges. Ferner führt das Auftreten von "Anheftblasen" an der Grenzfläche zwischen Folienbahn und Trommel zu unerwünschten Oberflächenunregelmässigkeiten in der fertigen Folie.

Man hat bereits versucht, die von dem Anheftdraht erzeugte elektrostatische Kraft durch Steigerung der Spannung zu erhöhen. Diese Versuche haben aber nicht zum Erfolg geführt, v/eil es bei Erhöhung der Spannung im allgemeinen zum elektrischen Durchschlagen zwischen der Elektrode und der Trommel kommt, bevor eine ausreichende ladung auf die Bahn zur Einwirkung gebracht werden kann, um eine wesentliche Erhöhung der Anheftkraft zu bewerkstelligen. Durch die Funkenbildung wird nämlich das elektrostatische Feld der zu der Anheftkraft beitragenden Elektrode zeitweilig unterbrochen.

Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zum elektrostatischen Anheften einer Kunststoffbahn ihrer ganzen Breite nach an eine kühlende Oberfläche zur Verfügung, bei der einerseits er-

- 2 009847/1818

GOPY

F-2051 ° ■

höhte Spannungen angewandt werden können, um eine höhere Anlief tkraft zu erzielen, und die andererseits in bezug auf die Breite des erzeugten elektrostatischen Feldes einstellbar ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Kühlen von Folien durch elektrostatisches Anheften an eine kühlende Oberfläche mittels einer in der Nähe der Auftreffstelle der Folie auf die kühlende Oberfläche angeordneten Drahtelektrode, welches darin besteht, dass man die Elektrode durch Befestigung an unbiegsamen-, leitenden Trägern, die keine scharfen Spitzen oder Flächen von kleinem Krümmungsradius aufweisen, in gespanntem Zustande hält und alle Teile dieser Träger sowie alle Teile der Drahtelektrode, die sich in der Nähe der kühlenden Oberfläche befinden und über die Folie hinausragen, durch einen axial verschiebbaren, dielektrischen Werkstoff isoliert, wobei die Einstellung dieses Isoliermaterials durch seitliche Verschiebung je nach Bedarf während des Kühlens vorgenommen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum elektrostatischen Anheften von Folien an eine kühlende Oberfläche, bestehend aus einer an eine Hochspannungsquelle angeschlossenen und zwischen seitlichen Trägern ungefähr über der Auftreffstelle der Folienbahn auf die kühlende Oberfläche gespannten Drahtelektrode, wobei die Folienbahn eine geringere Breite aufweist als die kühlende Oberfläche, die seitlichen Träger mit elektrisch isolierten, leitenden Stäben ausgestattet sind, die sich nach der kühlenden Oberfläche hin erstrecken, einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt habeii, d.h. keine Funkte oder Flächen von geringem Krümmungeradius aufweisen, an denen Funkenbildung stattfinden könnte, und in je einem nach innen und parallel zur kühlenden Fläche gerichteten Abschnitt enden, die Drahtelektrode mit den Enden der parallel zur Kühlfläche verlaufenden Abschnitte der Trägerstäbe verbunden ist, und die Verbindungsstellen zwischen der Drahtelektrode und den Trägerstäben von axial verschiebbaren Manschetten aus dielektrischem Werkstoff umgeben sind, die sich von den Rändern der Folienbahn längs der Drahtelektrode und der Stäbe nach aussen erstrecken.

- 3 009847/1818 copy

2Ü22886

P-2051 H

Pig. 1 sseigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Elektrodenträgeranordnung gemäss der Erfindung.

Pig. 2 zeigt eine Vorrichtung genäse der Erfindung in Verbindung mit einer Giess- und Kühlvorrichtung.

Pig. 3 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäss Pig. 2.

In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. .

Die Begriffe "nach innen", und "nach aussen" beziehen sich auf Richtungen längs einer zu der Ebene der kühlenden Oberfläche parallelen und zu ihrem Rand senkrechten Linie und geben die Richtung zur Mitte bzw. zu den Rändern dieser Oberfläche hin an.

Der Elektrodenträger ist in seiner Grundform in Pig. 1 dargestellt. Der mit der Isolierschicht 11 versehene Stab 10 weist an seinem Innenende Löcher 12 auf, durch die der Elektrodendraht 13 in Sohlingenform hindurchgezogen und befestigt ist. Der Stab kann aus beliebigem leitendem Werkstoff, wie Messing, Kupfer, rostfreiem Stahl und dergleichen, gefertigt sein und soll dick genug sein, um den Elektrodendraht unter der gewünschten Spannung zu halten. Ein 3-4 mm dicker Messingstab hat sich als besondere zweckmässig f Ur_x .viele Anwendungszwecke genäse der Erfindung erwiesen.

Der Stab 10 ist durch den Hochspannungsanschluss 14 (z.B. im Handel erhältlich von der Gremar Manufacturing Co. of Wakefield, Massachusetts, V.St.A., als Modell Nr. 8731) an eine (nicht dargestellte) Hochspannungsquelle angeschlossen. Dieser Anschlussleiter ist an das Ende des Stabes 10 angelötet und greift in einen dazu passenden Teil der Hochspannungsquelle ein. Der Elektrodenstab 10 passt genau in den Isolator 15 und wird in dem angrenzenden Rahmen durch eine mit Innengewinde versehene Buchse 16 an Ort und Stelle festgehalten, die in einen (nicht dargestellten) mit Aussengewinde versehenen Teil eingreift. ' '

- 4 -009847/1818

F-2051 fc

Ein wesentliches Bauelement gemäss der Erfindung ist die gleitbar angeordnete Isoliermanschette 25» die genau über den Stab 10 passt und durch ihren Pfropfen 26 über den Draht 13 gleiten kann, welcher letztere durch ein kleines Loch in dem Pfropfen hindurchgeführt ist. Diese Manschette ermöglicht die. Einregelung der effektiven Breite der Elektrode. Die Manschette kann aus federn beliebigen dielektrischen Werkstoff bestehen, der sich zu einem starren Zylinder verformen lässt, wie z.B. aus Hartgummi oder Harzen, z.B. Fluorkohlenstoffharzen, Harnstoff-Formaldenyd-Harzen, gefüllten Phenol-Formaldehyd-Harzen, Polyamiden und gegossenen Epoxyharzen. Polytetrafluoräthylen hat sich für diesen Zweck als besonders geeignet erwiesen, weil es bei den Temperaturen, die in der Nähe des Mundstücks der Strangprässe auftreten, beständig ist und ein ausgezeichnetes Isoliervermögen aufweist. Die Grosse der Manschette richtet sich nach der Grosse des Trägerstabes 10; für einen Stab mit einem Durchmesser von 3-4 mm kann man eine Manschette mit einer lichten Weite von 3-4 mm und einem Aussendurchmesser von 4-6 mm verwenden. Die Länge der Manschette richtet sich nach dem Abstand, der normalerweise zwischen dem Hand der stranggepressten Folie und dem Ende des Trägerstabes vorhanden ist, an dem der Draht befestigt ist.

Fig. 2 und 3 zeigen eine Vorrichtung gemäss der Erfindung in Verbindung mit einer Schmelzstrangpressanlage. Die geschmolzene ebene Bahn 18 wird aus dem Strangpressmundstück 17 auf die metallische Kühltrommel 19 ausgepresst. Auf dem lähmen 20 sind die Elektrodenträger 21 und 22 angeordnet, die den Draht 13 in der in Fig. 1 dargestellten Weise so tragen, dass er über der Walze 19 und der Folienbahn 18 in gespanntem Zustande gehalten wird. Die Träger 21 und 22 sind elektrisch mit der Hochspannungsquelle 23 verbunden, deren eine Seite geerdet ist, so dass die bei 24 geerdete Walze 19 mit der Hochspannungsquelle einen elektrischen Stromkreis bildet. Die Kühlwalze 19 ist breiter als die Bahn 18, so dass blankes Metall der Einwirkung des Elektrodendrahtes 13 ausgesetzt wäre, wenn nioht

009847/1818

■ . BAD

F-2051 " © .

die Isoliermanschetten 25 vorhanden wären, die die Einstellung der effektiven Länge der Elektrode ermöglichen.

Pig. 3 ist eine Draufsicht, in der die Strangpressvorrichtung zwecks klarerer Darstellung fortgelassen ist. Die effektive Länge des Elektrodendrahts 13 wird von den Manschetten 25 so begrenzt, dass sie mit der Breite der Bahn 18 übereinstimmt* und die Manschetten erstrecken sich von dieser Stelle nach aussen hin, so dass sie die Verbindungsstelle zwischen Draht und Stab bedecken.

Beispiel 1

Eine Polyäthylenterephthalatfolie wird mittels einer Vorrichtung gemäss Pig. 1 der USA-Patentschrift 3 223 757 stranggepresst und elektrostatisch an ein.e Kühl trommel angeheftet. Nach der biaxialen Orientierung beträgt die Dicke der Folie 23 μ. Die an die Anheftvorrichtung angelegte Spannung wird auf das ohne elektrisches Durchschlagen erreichbar© Maximum eingestellt, und man bestimmt die maximale Er sseugungsge sehwindig-keit in kg/Std»₉ bei der sich eine Folie von gleichbleibend hohem Gütegrad, herstellen lässt» Diese E^zeugungsgeschwinäigkeit wird mit E "bezeichnet«,

Man ersetzt nun die Anheftvorrichtung geraäss der.oben genannten USA-Patentschrift durch diejenige^gemäss der Erfindung und stellt die Spannung wiederum auf den Höchstwert ein, der ohne elektrisches Durchschlagen angelegt werden kann. Diese Vorrichtung weist Trägerstäbe aus Messung mit einem Durchmesser von 3-4 mm "und Manschetten aus Polytetrafluorethylen auf. Die höchste Erzeugungsgeschwindigkeit, bei der sich mit dieser Vorrichtung eine Folie von 23 μ Dicke und gleichbleibend hohem Gütegrad herstellen lässt, beträgt 1,23 H.

Beispiel 2

Man arbeitet nach Beispiel 1, jedoch mit-einer Folie von einer solchen anfänglichen Dick®, dass die foliendicke nach dem

009847/1810 BAD

P-2051 Ψ

Orientieren 36 μ beträgt. Die maximale Erzeugungsgeschwindigkeit einer Folie von gleichbleibend hohem Gütegrad mit der Vorrichtung gemäse der USA-Patentschrift 3 223 757 wird mit R¹ bezeichnet. Die maximale Erzeugungsgeschwindigkeit für die Herstellung einer Folie mit gleichbleibend hohem Gütegrad mit Hilfe der Vorrichtung genass der Erfindung beträgt dann 1,45 R¹. .

- 7 -009847/1818

Claims

2Ü2Z886 t

E.I. du Pont de Nemours 11. Mai 1970

and Company F-2051

Patentansprüche

^Verfahren zum Kühlen von Folien durch elektrostatisches Anheften an eine kühlende Oberfläche mittels einer in der Nähe der Auftreffstelle der Folie auf die kühlende Oberfläche angeordneten Drahtelektrode, dadurch gekennzeichnet, dass man die Elektrode durch Befestigung an unbiegsamen, leitenden Trägern» die keine scharfen Spitzen oder Flächen von kleinem Krümmungsradius aufweisen, in gespanntem Zustande hält und alle Teile dieser Träger sowie alle Teile der Drahtelektrode, die sich in der Nähe der kühlenden Oberfläche befinden und über die Folie hinausragen, durch einen axial verschiebbaren, dielektrischen Werkstoff isoliert, wobei die Einstellung dieses Isoliermaterials durch seitliche Verschiebung je nach Bedarf während des Kühlens vorgenommen wird.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an eine Hochspannungsquelle (23) angeschlossene und zwischen seitlichen Trägern (21, 22) ungefähr über der Auftreffstelle der Folienbahn (18) auf die kühlende Oberfläche (19j) gespannte Drahtelektrode (13), wobei die Folienbeha (18) eia© geringere Breite aufweist als die kühlende Oberfläche (19), die seitlichen Träger (21, 22) mit elektrisch isolierten (11), leitenden Stäben

009847/18 18 . . BAD original '

P-2051 3 '

(10) ausgestattet sind, die sich nach der kühlenden Oberfläche (19}hin erstrecken, einen im wesentlichen kreis« ν förmigen Querschnitt haben und in je einem nach innen und · parallel zur kühlenden Fläche (19) gerichteten Abschnitt enden, die Drahtelektrode (.13) mit den Enden der parallel . zur Kühlfläche verlaufenden Abschnitte der Trägerstäbe (10) verbunden sind, und die Verbindungsstellen (12) zwischen der Drahtelektrode (13 }* und ■ den Trägerstäben (10) von axial verschiebbaren Manschetten (25) aus dielektrischem Werkstoff umgeben sind, die sich von den Rändern der Folienbahn (18) längs der Drahtelektrode (13) und der Stäbe (10) nach aussen erstrecken.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschetten (25) aus einem Fluorkohlenstoffharz oder aus Hartgummi bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe (10) aus Messing bestehen, einen Durchmesser von etwa 3-4 mm aufweisen und durch eine Aussensohicht (11) aus einem Fluorkohlenstoffharz isoliert sind.

5. Folie, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 oder mit der Vorrichtung gemäss Anspruch 2 bis 4 hergestellt worden ist.

- 9 _ 009847/1818

Leerseite