DE2102902C3 - Vorrichtung zur Herstellung einer Faserbahn aus einer Monoaxial orientierten Polymerfolie - Google Patents

Description

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Gegenstand des Hauptpatents 19 22 419 ist u. a. eine Vorrichtung zur Herstellung einer Faserbahn aus einer monoaxial orientierten Polymerfolie, die gekennzeichnet ist durch ein Walzenpaar, welches aus einer mit Zähnen versehenen Re^:ßwalze und mit Aussparungen versehener Gegendruckwalze mit glatter Oberfläche besteht, einer Vorrichtung zur Folienzufuhr zum Spalt zwischen den beiden Walzen in solchem Winkel, daß die Folie, ehe sie in Berührung mit der gezahnten Walze gelangt, die Umfangsfläche der Gegendruckwalze berührt und von dieser Fläche getragen wird, Mittel zum Rotieren von gezahnter Walze und Gegendruckwalze mit Umfangsgeschwindigkeiten, die etwa 1,5- bis 20mal so groß sind wie die Foliengeschwindigkeit, eine solche gegenseitige Anordnung von Zahnreihen und Aussparungen, daß beim Rotieren, von gezahnter Walze und Gegendruckwalze der Abstand zwischen den Kanten der Aussparungen, welche die nichtgeschlitzte Folie tragen, und den Zahnspitzen in den Aussparungen geringer ist als der seitlich versetzte Abstand zwischen den Spitzen benachbarter Zähne innerhalb einer Reihe, und eine Vorrichtung zum Abziehen der Folie aus dem Walzenspalt in solchem Winkel, daß die Folie in Berührung mit der Umfangsflächc der Gegendruckwalze bleibt, bis die Ziihne sich von ihr lösen.

Beim industriellen Einsatz der Vorrichtung gemäß dem Hauptpatent zum Zerfasern monoaxial orientierter Folien jedoch ergaben sich im Dauerbetrieb zwei wesentliche Probleme. Erstens werden die Zähne der Reißwalze, welche auf dieser vorzugsweise in schraubenlinienförmigen Reihen angeordnet sind, im Gebrauch etwas stumpf und drücken die Folie immer mehr in die Aussparungen der Gegendruckwalze anstatt sie aufzuschlitzen. Diese üblicherweise an den Rändern der geschlitzten Folie auftretende Erscheinung bezeichnet man als »edge skipping« (Randverwurf). Mit fortlaufender Abnutzung der Elemente tritt eine zunehmende Unregelmäßigkeit auf. Zweitens ergibt sich dieses »edge skipping« bei dem Bestreben,, durch immer näheres Zusammenrücken der Zähne den Denierwert des Produktes zu verbessern, auch ohne wesentliche Abnutzung der Zähne. Diese Unregelmäßigkeiten wirken sich auf die Güte des Textil-Endproduktes aus.

In weiterer Ausbildung der Vorrichtung gemäß dem Hauptpatent wurde nun gefunden, daß diese Nachteile überwunden werden, wenn man in dieser eine Gegendruckwalze verwendet, deren Aussparungen mit einem elastischen Feststoff gefüllt sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit, die Betriebszeiten zwischen dem Schärfen der Zähne der Reißwalze erheblich zu verlängern und außerdem enger aneinander angeordnete Zähne einzusetzen. Letzteres führt zu Faserbahnen, die äußerst gleichmäßig sind und einen viel feineren Denierwert als bei Verwendung dieser bekannten Vorrichtung besitzen.

Aus der US-PS 31 47 658 wurde eine Vorrichtung zur Perforierung von Blättern aus Papier, Karton u. dgl. bekannt, welche eine drehbare, mit zumindest auf einem Teil ihres Umfanges mit Zähnen versehene zylindrische Druckwalze einer üblichen lithographen Rotationspresse umfaßt, wobei die gegenüberliegende übliche Walze völlig mit einem elastisch deformierbaren Material aus Gummi od. dgl. überzogen ist. Durch diese Vorrichtung soll vermieden werden, daß bei der Perforierung entstehende Papierfasern in den Druckfilz einer Druckmaschinenwalze gelangen und dort Klümpchen bilden, und daß die Brücken zwischen den Perforationen sich nicht in der Vorrichtung festklemmen.

Von der Walze der bekannten Vorrichtung, der eine andere Aufgabenstellung zugrunde liegt, unterscheidet sich die Gegendruckwalze der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der ein Aufschlitzen einer Kunststoffolie, jedoch keine Perforierung oder Stanzung erfolgt, dadurch, daß auf ihr abwechselnd Teile aus Gummi u. dgl. und Metall angeordnet sind, wobei das elastomere Material in im Metall befindliche Aussparungen eingebettet ist, so daß die Teile aus elastomerem Material im Laufe des Gebrauchs nicht in Stücke geschnitten werden, was bei der bekannten Walze der Fall ist und was zur Unbrauchbarkeit der Walze führt.

Das zur Füllung der Aussparungen der Gegendruckwalze in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete elastische Material muß gut an dem Material, aus dem die Druckwalze hereestelit ist

haften, eins dauernde Einstechen der auf der Reißwalze in Reihen angeordneten Zähne aushalten, ohne zu zerbröckeln und verschleißfest sein. Elastisches Material, das sich gut für diesen Zweck eignet, ist natürlicher und synthetischer Gummi sowie Gcmische beider. Hierfür geeignete synthetische Gummisorten sind Gummi vom Butadien-Typ wie Butadien/ Styrol-Mischpolymere, Polyisopren und Polybutadien, die Urethan-Gummi, die Silikon-Gummi und die Butyl-Gummiartcn. Diese gummiartigen Stoffe sind allgemein bekannt und im Handel erhältlich. Sowohl wegen ihrer Vcrschleißeigenschaften als auch wegen der leichten Aufbringung gibt man dem Gummi vom Silikontyp den Vorzug.

Die Aussparungen in der Gegendruckwalze können auf verschiedene Weise mit dem elastischen Material gefüllt werden. Naturgummi und thermoplastische Gummi können durch Erhitzen erweicht und dann unter Druck in die Aussparungen gepreßt werden. Urethan- und Silikongummi werden im allgcmeinen in situ hergestellt. Bei dieser Methode werden ein flüssiges Grund-Harz und ein Katalysator (Härtemittel) nach dem »Zwei-Gefäß-System« (twoput system) in getrennten Gefäßen bis zum Zeitpunkt der Aufbringung aufbewahrt, wo sie dann gut ver- _a5 mischt werden. Nach dem Mischen wird das dickflüssige Material in die Aussparungen gepreßt und dann zum endgültigen gummiartigen Produkt aushärten gelassen. Die Zeit für das vollständige Aushärten hängt von Art und Menge des Katalysators und von der Temperatur ab, liegt aber normalerweise bei 12 bis 48 Stunden. Diese Variablen sind in der Technik des Härtens von Kunstharz allgemein bekannt.

Manchmal empfiehlt sich ein mehrstündiges Erhitzen der gummigefüllte Aussparungen aufweisenden Druckwalze auf erhöhte Temperaturen, etwa 100⁰C, zum Nachhärten des synthetischen Gummis. Die ebenfalls bekannten »Ein-Gefäß-Harze« (»Onepot-resins«), die nach Aussetzen der Atmosphäre zu einem gummiartigen Produkt härten, können auch zum Füllen der Aussparungen der Gegendruckwalze verwendet werden.

Die Aussparungen werden praktisch vollständig mit dem elastischen Material aufgefüllt. Der Füllstoff soll mit der Außenfläche der Walze abschließen. Überstehendes Material muß entfernt werden, bevor man mit dem Schlitzen der Folie beginnt.

Nach dem Füllen der Aussparungen wird die Gegendruckwalze so montiert, daß ihre Umfangsfläche parallel und nahe benachbart zu der Umfangsfläche der Reißwalze angeordnet ist. Did Reihen der Zähne an der Reißwalze und die mit Gummi gefüllten Aussparungen werden so abgestimmt, daß entsprechende Zahnreihen und entsprechende gummigefüllte Aussparungen komplementär ineinanderpassen. Dann werden die beiden Walzen in die für den Betrieb vorgesehene Lage gedrückt, in der sie aneinanderliegen, so daß sich die Zähne ungefähr in die Mitte der gummigefüllten Aussparungen senken.

Die Zeichnungen dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung. Dabei ist

Fig. 1 eine Seiten-Teilansicht des Walzenpaares der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 eine Teildarstellung des in F i g. 1 gezeigten Walzenpaares im Querschnitt, wobei ein Zahn der Reißwalze innerhalb einer mit Gummi gefüllten Aussparung der Gegendruckwalze wiedergegeben ist, F i g. 3 eine Fotografie einer Faserbahn, die mit einer Zerfascrungsvorrichtung hergestellt wurde, bei der die Aussparungen der Gegendruckwalze nicht mit elastischem Material gefüllt waien,

Fi g. 4 die Fotografie einer Faserbahn, die mit der Vorrichtung gemäß F i g. 1 erzeugt wurde, bei der die Aussparungen der Gegendruckwalze mil Gummi gefüllt waren.

F i g. 1 zeigt eine Ansicht der bevorzugten Ausfühnmgsform der Reißwalze 11 und der Gegendruckwalze 12 in Gegenrichtung zur Laufrichtung der Folie 13, bei der die Zahnreihen, die sich aus der Umfangsfiäche der Reißwalze radial erheben, und die komplementären Aussparungen 15 in der Umfangsfiäche der Gegendruckwalze schraubenlinienförmig angeordnet sind. Die Rcißwalze 11 und die Gegendruckwalze 12 sind so zueinander angeordnet, daß ihre beiden Umfangsflächen parallel und nahe benachbart sind. Die Reißwalze 11 rotiert im Uhrzeigersinn, während sich die Gegendruckwalze 12 im Gegenuhrzeigersinn dreht, so daß die mit der Folie 13 in Berührung kommenden Flächen jeder Walze sich in der gleichen Richtung wie die Folie 13 bewegen. Wenn die in Reihen angeordneten Metallzähne 14 die Folie 13 durchstoßen, senken sie sich in komplementäre, mit Gummi gefüllte Aussparungen IS der Druckwalze. Der durch die seitliche Versetzung benachbarter Zähne einer Reihe bedingte Abstand ist mit α bezeichnet. Der Schraubenwinkel Θ der gummigefüllten Aussparungen entspricht im wesentlichen demjenigen Winkel der Schraubenlinie der Schne'delementreihen, allerdings negativ dazu.

Fig. 2 zeigt im Teilquerschnitt einen Zahn 14 innerhalb der gummigefüllten Aussparungen 15. Die Aussparung und damit such die Füllung sind rechtwinklig dargestellt, sie müssen jedoch nicht diese Form haben. Sie können beispielsweise auch trapezförmig sein oder eine abgerundete Bodenfläche aufweisen. Die Höhe der Aussparung ist mit b bezeichnet. Wie bereits erwähnt, hängt die Breite c der Aussparungen von der Breite der Zähne ab.

Im allgemeinen sollte der Zahn 14 symmetrisch in die Aussparung 15 und deren Füllung eingreifen.

Die folgenden Beispiele zeigen die bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Herstellung von Faserbahnen aus monoaxial orientierten Polymerfolien erreichbaren Vorteile.

Vergleichsbeispiel 1

Handelsübliches, praktisch kristallines Polypropylen wurde bei einer Geschwindigkeit von etwa 9 m je Minute zu einer endlosen Folie stranggepreßt. Die Folie wurde auf eine Breite von 25,4 cm zugeschnitten und dann durch Strecken über erhitzten Walzen bei 120 bis 138⁰C orientiert. Das endgültige Streckverhältnis betrug etwa 7:1. Dadurch entstand eine Folie von etwa 19 cm Breite und 25,4 μ Dicke. Auf die Folienunterseite wurde ein dünner Überzug aus einer wäßrigen Emulsion eines Antistatikums aufgebracht.

Die Folie wurde in 17,8 mm breite Bänder aufgeschnitten, und diese wurden in der gleichen Lage, die sie in der Folie zueinander hatten, durch einen Satz Stützwalzen und dann zwischen eine Reiß- und eine Gegendruckwalze geführt. Die Stützwalzen liefen mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 61 m/min. Zahn- und Gegendruckwalze rotierten in Gegenrichtung mit einer Umfangsgeschwindigkeit von jeweils 216 m/min. Diese beiden Walzen wurden durch einen Taktgeber

(timing belt drive system) verbunden und an eine gemeinsame Antriebswelle angeschlossen. Die Zahnwalze wurde schraubenlinienförmig mit Granatdraht (garnett wire) umwickelt, und die Gegendruckwalze wurde dementsprechend mit schraubenlinienförmigen Aussparungen versehen, so daß die Zähne des Drahtes und die Aussparungen ineinander eingreifen konnten.

Die mit Draht umwickelte Reißwalze war 38 cm lang und hatte, bis zur Spitze der Zähne gemessen, einen Durchmesser von 17,5 cm. Um diese Walze waren 16 getrennte, im wesentlichen parallellaufende Reihen Granatdraht schraubenlinienförmig in Form eines Rechtsgewindes gewickelt. Auf 25,4 mm kamen 11 in gleichem Abstand angeordnete Zahnreihen. Jede Reihe enthielt längs des Granatdrahtes 7,5 Zähne auf 25,4 mm. Die Führungskanten der Zähne erstreckten sich senkrecht zur Walzenfläche, d.h., der Arbeitswinkel der Zähne betrug 90°. Jeder Zahn war an der Spitze 0,2286 mm stark.

Die mit Aussparungen versehene Gegendruckwalze war 38,1 cm lang und hatte einen Durchmesser von 17,5 cm. 16 schraubenlinienförmige Aussparungen von 0,51 mm Breite und 1,27 mm Tiefe waren in gleichem Abstand und in einer Anzahl von 11 pro 25,4 mm in die Walzenfläche geschnitten. Die Aussparungen verliefen in Form eines Linksgewindes. Die Fläche dieser Walze hatte von der Fläche der Reißwalze (an der Basis der Zähne) einen Abstand von etwa 1,52 mm, so daß die maximale Eindringtiefe eines Zahnes in eine Aussparung etwa 0,38 mm betrug.

Die orientierte Folie kam mit der Druckwalze in einem Winkel von 7° gegenüber der Tangente in Berührung und verließ diese Walze auch in einem Winkel von 7°. Die fibrillierte Folie lief dann durch ein Paar Zugwalzen, die sich mit einer (Umfangs-) Geschwindigkeit von 61,27 m/min drehten.

Das Produkt hatte durchschnittlich 42 Fibrillen auf 1 cm Breite.

Nach einer Betriebszeit von einigen Monaten wurden die Zähne allmählich stumpf, und es kam immer häufiger zum »edge skipping« (Randverwurf). Man unterbrach den Betrieb, um die Aussparungen der Gegendruckwalze mit einem handelsüblichen Silikon-Gummi (General Electric RTV-108) zu füllen. Zu diesem Zweck wurden die Gegendruckwalzen gereinigt, um alle Fremdkörperteilchen aus den Aussparungen zu entfernen, und dann durch Waschen mit Perchloräthylen entfettet und entölt. Der thixotrope, zähflüssige Gummi wurde von Hand in die Aussparungen der Gegendruckwalze eingearbeitet, wobei das Material mit einem Spatel fest eingedrückt wurde. Alle Aussparungen wurden in dieser V/eise gefüllt. Überschüssiger Gummi wurde von der Fläche der Gegendruckwalze entfernt, dann ließ man die Walze 24 Stunden bei Raumtemperatur stehen. Das Zerfasern wurde wieder aufgenommen und konnte ohne jedes »edge skipping« mehrere Monate fortgeführt werden.

Vergleichsbeispiel 2

In gleicher Weise stellte man eine andere Reißwalze her, mit der Ausnahme, daß 25 separate, im wesentlichen parallele Reihen von Granatdraht-Zähnen um eine Stahlwalze mit einer Flächenbreite von 63,5 cm und einem Durchmesser von 30,48 cm gewickelt wurden. Die Zahnreihen wurden in gleichem Abstand von 10 pro 25,4 mm angeordnet. Jede Reihe enthielt längs des Drahtes 9 Zähne pro 25,4 mm. Hie Zahnstärke an der Spitze betrug 0,0635 mm. Die mit Aussparungen versehene Druckwalze war komplementär mit der Schneidwalze. Die Aussparungen waren 0,635 mm breit und 1,27 mm tief. Die Walzen wurden so installiert, daß die Zahnfläche bis zu einer Tiefe von 0,76 mm in die Aussparung eindrang.

Gleich nach Beginn der Zerfaserung trat sehr häufig »edge skipping« auf. Eine fotografierte Probe dieses Produktes ist in F i g. 3 zu sehen. Diese Zerfascrungsvorrichtung wurde außer Betrieb gesetzt, und die Aussparungen der Druckwalze wurden, v/k im Beispiel 1 beschrieben, mit Silikon-Gummi (General Electric RTV-77) gefüllt. Nach Wiederaufnahme des Betriebes erzielte man ein zerfasertes Produkt das kein »edge skipping« zeigte. Eine Probe diese: Produktes ist in F i g. 4 abgebildet. Die durchschnitt liehe Anzahl von Fibrillen je 25,4 mm betrug 165.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Voriichtung zur Herstellung einer Faserbahn aus einer monoaxial orientierten Polymerfolie, mit einem Walzenpaar, welches aus einer mit Zähnen versehenen Reißwalze und mit Aussparungen versehenen Gegendruckwalze mit glatter Oberfläche besteht, nebst einer Vorrichtung zur Folienzufuhr zum Spalt zwischen den beiden Walzen in solchem Winkel, daß die Folie, ehe sie in Berührung mit der gezahnten Walze gelangt, die Umfangsfläche der Gegendruckwalze berührt und von dieser Fläche getragen wird, Mitteln zum Rotieren von gezahnter Walze und Gegendruckwalze mit Umfangsgeschwindigkeiten, die etwa 1,5- bis 20maI so groß sind wie die Foliengeschwindigkeiten, wobei eine solche gegenseitige Anordnung von Zahnreihen und Aussparungen vorgesehen ist, daß beim Rotieren von gezahnter Walze und Gegendruckwalze der Abstand zwischen den Kanten der Aussparungen, welche die nicht geschlitzte Folie tragen, und den Zahnspitzen in den Aussparungen geringer ist als der seitlich versetzte Abstand zwischen den Spitzen benachbarter Zähne innerhalb einer Reihe, und einer Vorrichtung zum Abziehen der Folie aus dem Walzenspalt in solchem Winkel, daß die Folie in Berührung mit der Umfangsfläche der Gegendruckwalze bleibt, bis die 2'ähne sich von ihr lösen, nach Hauptpatent 19 22 419, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen der Gegendruckwalze mit einem elastischen Feststoff gefüllt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnfit, daß der elastische Feststoff Naturgummi, synthetischer Gummi oder Gemische aus beiden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Feststoff ein Silikon-Gummi ist.