-
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von thermoplastischen Kunstharzfilmen
Die Erdindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von thermoplastischen
Kunstharzfilmen.
-
Bei den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Filmen durch Extrudieren
den geschmolzenen th.rmoplastischen Harzes durch ein an einem Extruder hefestigtes
Werk#eug in eine filmartige Form und Berühren des geschmolzenen Harzes mit einer
Kilhirolle hat sich die KUhlung des geschmolzenen Harzes als unzureichend erwiesen.
Dies ist darauf zurückzuführen,
daß zwischen dem geschmolzenen Harz
und der Kllhlrolle Luft vorhanden war. Es entstand ein Spiel, so daß ein einwandfreier
Film nicht erhalten werden konnte, da die Oberfläche des Films uneben war.
-
Um das Auftreten von Luftpolstern zwischen dem geschmolzenen Harz
in der Filmform und der Kühirolle zu verhindern, wurde vorgeschlagen, auf die Seite
Luft zu blasen, die der Oberfläche entgegengesetzt ist, die mit der Kühirolle in
Berührung kommt.
-
Bei der Herstellung von Filmen mit hoher Geschwindigkeit nach dem
obigen Verfahren war es jedoch immer noch nicht möglich, das Auftreten von Luftpolstern
zwischen dem geschmolzenen Harz und der Ktthlrolle vollständig zu verhindern. Dieser
Nachteil trat dann auf, wenn soviel Luft gegen die Harzoberfläche geblasen wurde,
daß die optischen und mechanischen Eigenschaften des Harzfilmes nicht beeinträchtigt
wurden. Aus diesem Grunde war es unvermeidbar, daß Filme produziert wurden, die
infolge schlechter Kühlung und vom Schlaffwerden Unebenheiten aufwiesen.
-
Wurde versucht, das Luftpolster zwischen dem geschmolzenen Harz und
der Kühlrolle durch Erhöhen der gegen die Unterseite geblasenen Luft zu vermindern,
so wurde die Oberfläche des Harzfilmes aufgerauht. Als Folge davon wurden optische
Eigenschaften, z. B. der Glanz des gebildeten Filmes, beträchtlich beeinträchtigt.
Weiterhin war eine Verminderung der mechanischen Eigenschaften zu beobachten. So
nahm die longitudinale Reißfestigkeit ab und die Ungleichheit der Filmdicke zu.
Eine gleichmäßige Bildung des Filmes war also nicht zu erwarten.
-
Werden die Filme nach obigem Verfahren mit hoher Extrusi(msgeschwindigkeit
hergestellt, so treten ernsthafte Nachteile auf, z. B. das sogenannte ~Film-Einschneiden".
Unter "Film-Einßchneiden" wird die Tatsache verstanden, daß Einschneiden der Endoberfläche
des Harzfilmes eintreten kann.
-
Aus dem Obigen geht hervor, daß es sehr schwierig ist, einen Film
mit hervorragenden Eigenschaften nach dem obengenannten Verfahren herzustellen,
bei dem versucht wird, das Auftreten von Luftpolstern zwischen dem geschmolzenen
Harz und der Kühlrolle durch Blasen von Luft auf den geschmolzenen Harzfilm zu verhindern.
-
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Vorrichtungen zur Herstellung
von Filmen, Bändern oder Bahnen aus thermoplastischen Kunstharzen in Vorschlag zu
bringen, wobei die erhaltenen Produkte hervorragende Eigenschaften haben, so daß
Ungleichheiten im Film durch Kühlung und Schlaffwerden nicht auftreten, die optischen
und mechanischen Eigenschaften hervorragend sind und die Produkte einheitliche Dicke
haben.
-
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Vorrichtungen
in Vorschlag zu bringen, die eine beständige Formbarkeit des Harzes bei der Herstellung
von Filmen, Bändern oder Bahnen gewährleisten, wobei das geschmolzene Harz in eine
flache Tafelform durch Extrudieren durch ein Werkzeug gebracht wird , das sich auf
einem Extruder befindet und wobei das geschmolzene Harz mit einer Kühlrolle in Berührung
gebracht wird.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, die Produktivität
durch Extrudieren des geschmolzenen thermoplastischen Kunstharzes in eine flache
Tafelform durch ein auf einem Extruder befindliches Werkzeug zu verbessern, so daß
ein hängender Film entsteht, wobei zuerst das Kühlgas von beiden Seiten des geschmolzenen
Harzes gegen beide Oberflächen des geschmolzenen Harzes geblasen wird und zur gleichen
Zeit das geschmolzene Harz in der Nachbarschaft der beiden Oberflächen des geschmolzenen
Harzes unter vermindertem Druck gehalten wird, indem die angeblasene Luft aus der
Nachbarschaft der beiden Oberflächen des geschmolzenen Harzes abgeführt wird, so
daß das geschmolzene Harz in
die Form einer flachen Tafel gekühlt,
das geschmolzene Harz als hängender Film stabilisiert und danach der Hauptkuhlung
unterworfen wird, indem es mit der Kühlrolle in Berührung gebracht wird, wodurch
die Hochgeschwindlgkeitsherstellung des Filmes o. dgl. möglich ist.
-
Diese Ziele und Aufgaben wurden durch das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung verwirklicht.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen
Kunstharzfilmen ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas auf beide Oberflächen des
geschmolzenen Harzes geblasen wird, das durch ein an einem Extruder befindliches
Werkzeug in eine flache Tafelform extrudiert wird, wodurch es vorläufig gekühlt
wird, das aufgeblasene Gas sofort von beiden Oberflächen des geschmolzenen Harzes
entfernt wird, das geschmolzene Harz unter reduzierten Druck gebracht wird, der
in der Nachbarschaft der beiden Seiten des geschmolzenen Harzes erzeugt wird, wodurch
das geschmolzene Harz im stabilen Zustand gehalten wird und das geschmolzene Harz
mit einer Kühlrolle in Berührung gebracht wird, wobei das Auftreten eines Luftpolsters
zwischen dem geschmolzenen Harz und der Kühlrolle verhindert wird.
-
Das erfindungsgemäße Verfahreh und die erfindungsgemäße Vorrichtung
werden anhand der beigegebenen Figuren 1 bis 9 erläutert.
-
Fig. 1 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung zur Herstellung von
thermoplastischen Kunstharzfilmen entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren;
Fig. 2 ist eine Aufsicht der in Fig. 1 wiedergegebenen Vorrichtung;
Fig.
3 ist eine Vorderansicht der Strömungsvorrlchtung auf der rechten Seite; Fig. 4
ist eine Schnittansicht entlang der Linie lV-W in Fig. 3; Fig. 5 ist eine Schnittansicht
entlang der Linie V-V in Fig. 3; Fig. 6 ist eine Vorderansicht der Strömungsvorrichtung
auf der linken Seite; Fig. 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie Vil-Vil in
Fig. 6; Fig. 8 ist eine Vorderansicht der Schlitzplatte und Fig. 9 ist eine Schnittansicht
entlang der Linie lX-lX in Fig. 8.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand
der beigegebenen Zeichnungen erläutert. Wie in Fig. 1 und 2 wiedergegeben, befindet
sich eine Kühlrolle 2 im unteren Teil im erforderlichen Abstand von einen T-Werkzeug
1, das fest auf einen Extruder montiert ist. Der Extruder ist in der Zeichnung nicht
wiedergegeben.
-
Die Kühlrolle 2 wird mit einem geschmolzenen Harz a in Beruhrung gebracht,
das durch das T-Werkzeug 1 extrudiert wird und nach unten hängt Durch Berührung
mit der Rolle 2 wird das geschmolzene Harz a gekühlt.
-
Zu beiden Seiten des Weges des durch das T-Werkzeug 1 extrudierten
geschmolzenen Harzes befinden sich Strömungsvorrichtungen. Die Strömungsvorrichtung
3 dient dazu, zur vorläufigen Kühlung Luft auf eine Seite des geschmolzenen Harzes
a zu blasen und verminderten Druck zu erzeugen. Sie befindet sich auf der rechten
Seite im erforderlichen Abstand vom geschmolzenen Harz. Eine weitere Strömungs-
Vorrichtung
4 befindet sich auf der linken Seite ebenfalls im erforderlichen Abstand vom geschmolzenen
Harz. Ihre Funktion ist es, zur vorläufigen Kühlung Luft auf die andere Seite des
geschmolzenen Harzes a zu leiten und verminderten Druck zu erzeugen.
-
In Fig. 3 bis 5 ist wiedergegeben, daß die Strömungsvorrich tung 3,bei
Betrachtung von vorne und dem Weg des geschmolzenen Harzes zugekehrt Luftrückstromteile
5 und 6 auf beiden Seiten aufweist. Sie hat weiterhin einen Schlitz 7 zum Blasen
der für das vorläufige Kühlen bestimmten Luft im oberen Teil zwischen den Luftrückstromteilen
5 und 6.
-
Ein Luftsaugstromkanal 8 ist im unteren Teil der Strömungs -vorrichtung
3. In Fig. 5 ist ersichtlich, daß auf dem Luftrückstromteil 5 eine Trennungswand
12 ist, die im Hinblick auf den vorderen Wandteil 10 der äußeren Wand 9 eine Rückstromaanalöffnung
11 hat. Durch diese Trennungswand 12 entsteht ein Zustromkanal 13 für das Zuleiten
der Luft aus einem Druckgefäß zur Innenseite der Außenwand 9 auf der oberen Seite
davon und ein Rückstromkanal 14 zum Rückströmen der zugeführten Luft.
-
In Fig. 2 bzw. Fig. 15 ist gezeigt, daß der Zuführungskanal 13 mit
einem E inleitungsteil 15 verbunden ist, der wiederum mit der Quelle für die komprimierte
Luft in Verbindung steht. Die Quelle der komprimierten Luft ist nicht gezeigt. Der
Rückstromkanal 14 arbeitet so, daß die durch den Zuführungskanal 13 zugeführte Luft
gegen den vorderen Wandteil 10 geblasen wird und die Luft, die durch die Rilckstromkanalöffnung
11 geleitet wird, durch den Rückstromkanal 14 nach außen abgeleitet wird. Der Luftrückstromteil
6 entspricht dem Luftrückflußteil 5.
-
Ein Schlitz 17 befindet sich entlang der Längsrichtung des RUckstromkanals
14 in Jeder der Innenwände 15 des Luftrückstromteiles 5 und in Jeder Innenwand 16
des Luftrückstromteiles 6. Dieser Schlitz 17 erstreckt sich durch die Seitenwand
18 des Luftabsaugstromkanals 8. Der Mund davon öffnet sich im Luftabsaugstromkanal
8. Der Luftabsaugstromkanal 8 hat
das Aussehen eines quadratischen
Zylinders. Auf diese Weise wird ein Kanal gebildet, der von der Öffnung des vorderen
Teils desselben, der dem Weg des geschmolzenen extrudierten Harzes zugekehrt ist,
bis zum geschlossenen Ende des rückwärtigen Teils desselben reicht.
-
In Fig. 4 ist gezeigt, daß der Schlitz 7 durch die untere Endoberfläche
20 der oberen Schlitzplatte 19 und der oberen Endoberfläche 22 der unteren Schlitzplatte
21 entsteht. Die Gradienten der unteren Endoberfläche 20 der oberen Schlitzplatte
19 und der oberen Endoberfläche 22 der unteren Schlitzplatte 21 werden vorzugsweise
zu 00, 300, 600 u. dgl. gewählt.
-
Der Schlitz 7 steht mit dem Lufteinleitungskanal 24 zur vorläufigen
Kühlung in Verbindung. Der Lufteinleitungskanal 24 wird durch den Deckenpaneelteil
23 des Luftabsaugflußkanal 8 gebildet. Der Einleitungskanal 24 dient zum Leiten
der komprimierten Luft aus dem Einleitungsteil 15.
-
In den Fig. 6 bis 9 ist wiedergegeben, daß die Strömungsvorrichtung
4 auf der linken Seite im Hinblick auf den Weg des extrudierten geschmolzenen Harzes
einen Schlitz 25, der in Richtung dieses Weges hin geöffnet ist, und einen Abwärtsschlitz
26 aufweist, der die Luft parallel oder quer zur Richtung des extrudierten Harzes
bläst. Der Schlitz 25 wird durch die untere Endoberfläche 28 der oberen Schlitzplatte
27 und die obere Endoberfläche 30 der unteren Schlitzplatte 29 gebildet. Der Schlitz
25 ist weiterhin mit der Luftkanalkammer 32 verbunden, die von der Ummantelung 31
abgeteilt ist. Diese Luftkanalkammer 32 wiederum ist mit dem Einleitungskanal 33
verbunden, der seinerseits mit der Quelle (nicht gezeigt) für die komprimierte Luft
in Verbindung steht. Der Schlitz 26 wird durch die innere Oberfläche des unteren
Teiles der Stirnwand 34 der Ummantelung 31 und der Seitenoberfläche der L-förmigen
Schlitzplatte 36 für die Schlitzbildung gebildet, die sich am Bodenpaneelteil 35
der Ummantelung 31 befindet.
-
In der Frontoberfläche der Ummantelung 31 befindet sich eine konkave
Aussparung 37 in horizontaler Richtung um den mittleren Teil derselben.
-
Weiterhin sind Führungsrohre 39 vorhanden, von denen sich ein Ende
zur inneren Wandoberfläche 38 der konkaven Aussparung 37 hin öffnet.
-
Die anderen Enden der Führungsrohre 39 sind mit der Vorrichtung zum
Einstellen des Druckes verbunden. Auf diese Weise wird durch die konkave Aussparung
37 eine Pufferkammer 40 gebildet.
-
Die Schlitzplatten 19, 21, 27, 29 und 36 sind mit der nötigen Anzahl
verlängerter Löcher 41 zur Befestigung von Schrauben versehen. Die Schlitzbildungsbedingungen
werden mit Hilfe der Schrauben 42 eingestellt.
-
Die Ziffer 43 bedeutet in der Zeichnung eine Bettung, die rittlings
auf einer Kühlrolle 2 sitzt, wobei erstere die Öffnung zwischen der Strömungsvorrichtung
3 und der Kühirolle 2 schließt und welche die Rotation der Kühlrolle 2 nicht stört.
Die Ziffer 44 bedeutet eine rotierende Welle zur Befestigi'ng der Kühlrolle 2. 45
kennzeichnet eine gekrümmte Platte zur Luftrektifizierung und 46 eine Stanzplatte.
Die nachfolgende Beschreibung betrifft den Fall, wo ein Film durch Extrudieren eines
geschmolzenen Harzes ein Werkzeug 1 mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtungen in
eine filmartige Form extrudiert wird.
-
Werden die Strömungsvorrichtungen 3 und 4 betrieben, so wird aus dem
Schlitz 7 der Strömungsvorrichtung 3 Luft zur vorläufigen Kühlung und zur gleichen
Zeit aus dem Schlitz 25 der Strömungsvorrichtung 4 Luft zur vorläufigen Kühlung
des extrudierten, geschmolzenen Harzes a geblasen. Die Luft wird zum entsprechenden
Zuführungskanal 13 der Luftrückstromteile 5 und 6 der Strömungsvorrichtungen 3 und
4 geleitet. Die auf diese Weise zugeführte Luft wird gegen den vorderen Wandteile
lo geblasen, wodurch ein Rückfluß im Rückflußstromkanal 14 durch die Rückflußkanalöffnung
11
entsteht. Durch diesen Rückstrom der Luft wird die Luft im Luftabsaug-5
tromkanal 8 durch den Schlitz 17 entsprechend dem sogenannten Venturieffekt in die
Rilckstromrichtung geleitet. Wird die Luft im Luftabsaugstromkanal 8 kontinuierlich
durch den Rückstromkanal 14 vom Seitenteil des Luftabsaugkanals 8 nach außen befördert,
so wird die Luft von der Vorderteilöffnung des Luftabsaugstromkanals 8 abgesaugt,
wodurch in dieser Gegend Unterdruck erzeugt wird und der Unterdruck zur rechten
Seite des geschmolzenen Harzes entsteht. In der Strömungsvorrichtung 4 wird durch
den Schlitz 25 Luft zur vorläufigen Kühlung auf das geschmolzene Harz geblasen.
Zur gleichen Zeit wird, wenn die Luft nach unten durch den Schlitz 26 zum Ausströmen
gebracht wird, die Luft zur linken Seite des geschmolzenen Harzes durch diesen Luftstrom
erfaßt. Als Folge davon wird in dieser Gegend Unterdruck erzeugt. Durch die Bildung
von Pufferbereichen durch den Unterdruck zur rechten und linken Seite des geschmolzenen
Harzes a wird der Zustand des geschmolzenen Harzes a stabilisiert, bis das geschmolzene
Harz a in Berührung mit der Kühlrolle 2 gebracht wird. In diesem stabilisierten
Zustand wird schließlich das geschmolzene Harz a mit der Kühlrolle 2 in Berührung
gebracht.
-
Es besteht daher keine Möglichkeit, daß Luft zwischen das geschmolzene
Harz a und die Kühlrolle 2 gelangt, wenn das geschmolzene Harz a mit der Kühlrolle
2 in Berührung gebracht wird. Die Luft, die durch den Schlitz 26 der Strömungs-Bedienungsvorrichtung
4 auf der linken Seite ausgeblasen wird, kühlt die linke Seite des geschmolzenen
Harzes a.
-
Der Luftstrom, der in den Rückstromkanal 14 durch den Luftabsaugstromkanal
8 gesaugt wird, enthält in sehr geringer Menge Gas, das durch das geschmolzene Harz
entsteht.
-
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird also so betrieben,
daß das geschmolzene thermoplastische Kunstharz durch ein T-Werkzeug in
eine
flache Tafelform extrudiert wird, wobei es durch das aus den beidseitig angeordneten
Schlitzen ausgeblasene Gas einer vorläufigen Kühlung unterworfen wird. Läuft das
zu einer flachen Tafel geformte geschmolzene Harz durch die Pufferbereiche, die
zu beiden Seiten des geschmolzenen Harzes durch den Unterdruck erzeugt werden, so
wird das Auftreten eines Luftpolsters verhindert. Durch ein Druckgleichgewicht wird
ein stabiler Bildungs zustand erhalten. Dementsprechend werden Haften, Filmbeschneiden,
dicke Unregelmäßigkeiten und das Auftreten von Spannungßlosigkeit oder Falten ebenfalls
verhindert. Das Ausplatten wird ebenfalls vermieden, da die durch das geschmolzene
Harz erzeugten geringen Gasmengen abgeführtwerden. Da die Kühlluft tangential auf
den rückwärtigen Teil des geschmolzenen Harzes einwirkt, wird es sehr glatt zur
Hauptkühlung auf die Kühlrolle geleitet, so daß die Kühlwirkung des geschmolzenen
Harzes völlig zufriedenstellend ist. Die Kühlluftmenge kann beliebig mit Hilfe einfacher
Vorrichtungen, z. B. durch Druck, mit Ventilen oder Schlitzen, eingestellt werden.
Das Ausmaß des Unterdruckes läßt sich ebenfalls frei einstellen. Auf diese Weise
ist es möglich Filme, wie z. B. Bahnen o. dgl. aus thermoplastischen Kunstharzen
durch Hochgeßchwindigkeitsextrudiot herzustellen, die ausgezeichnete Eigenschaften
aufweisen, z. B. einheitliche Transparenz, einheitlichen Brechungsindex oder andere
optische Eigenschaften, die zur endgültigen Charakterisierung des Produktes dienen.
-
Das nachfolgende Beispiel dient zur Demonstration der Wirksamkeit
des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu Verfahren des Standes der Technik.
-
Ein Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 1, 0 und einem spezifischen
Gewicht von 0, 920 <~YUKALON", eingetragenes Warenzeichen, AF-30, hergestellt
durch Mitsubishi Petrochemical Co., Ltd.) wird mit einem Extruder extrudiert, der
eine Mischschraube, einen inneren Durchmesser
von 90 mm und ein
L/D-Verhältnis von 28 hat. Die Temperaturverteilung im Zylinderteil betrug 180 bis
2550C. Die Temperatur am Einfülltrichter war 1800C und an der Spitze des Extruders
2550C. Am Extruder befindet sich ein T-Werkzeug vom lC1eiderbügeltyp mit einer Weite
von 600 mm und einem Lippenabstand von 1 mm mit einem Adapterzwischenstück. Das
geschmolzene Polyäthylen wird bei 255°C zu einem 0, 05 mm dicken und 550 mm breiten
Film extrudiert. Der Film wird nach dem Kühlen mit einer ersten Kühlrolle aus Metall,
die einen Durchmesser von 61 cm und eine Längs von 63, 5 cm hat und deren Temperatur
an der Oberfläche 150C beträgt und einer zweiten Kühlrolle aus Metall, die die gleichen
Dimensionen wie die erste Rolle hat und deren Oberflächentemperatur 18°C beträgt,
aufgewickelt.
-
Es wurden zwei Vergleichsversuche durchgeführt. Im Falle A wurden
die Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung im Bereich zwischen dem Punkt,
wo das geschmolzene filmartige Harz extrudiert wird, bis zu dem Punkt, wo das Harz
die erste Kühlrolle berührt, nachdem das geschmolzene Harz durch ein T-Werkzeug
extrudiert wurde. Im Fall B wurden die Vorrichtungen verwendet, die es erlauben,
Luft auf das geschmolzene filmartige Harz an den Punkt zu blasen, wo das Harz die
erste Kühlrolle berührt. Die Ergebnisse der Versuche sind in der nachfolgenden Tabelle
wiedergegeben.
| Versuch A B |
| 1 2 3 4 5 |
| Umdrehungen der |
| Extruderschraube 100 170 210 100 120 |
| Extrudier- (Umdr./Min.) |
| bedingungen Ausstoß an Harz 180 300 375 180 225 |
| (kg/hr) |
| Geschwindigkeit der |
| Filmbildung 120 200 250 120 150 |
| (m/Min.) |
| Vakuum im Puffer- 5 10 25 - - |
| bereich (mmHg) |
| Formungsstabi- gut gut gut nicht be- schlecht |
| lität friedi- |
| gend |
| Extrusi ons- Filmbeschneiden gut gut gut gut schlecht |
| ergebnisse |
| Filmspannungslo- |
| sigkeit, gebildete gut gut gut nicht be- schlecht |
| Falten friedigend |
| Ungleichmäßig- gut gut gut gut schlecht |
| keiten im Glanz; |
| Trübung, |
| Ausplatten |