DE2110625B2

DE2110625B2 - Verfahren zum Breitstrecken von Kunststoff-Folienbahnen

Info

Publication number: DE2110625B2
Application number: DE2110625A
Authority: DE
Inventors: Willi Johann 6204 Taunusstein Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-03-05
Filing date: 1971-03-05
Publication date: 1980-01-10
Also published as: FR2128572A1; DE2110625C3; DE2110625A1; CA999710A; FR2128572B1; GB1390273A; US3816584A; NL7202444A; IT952094B; BE780144A; LU64900A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Breitstrekken einer Kunststoff-Folienbahn gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Bei der Herstellung von Flachfolien ist es nicht möglich, die bei der Extrusion infolge des unterschiedlichen Fließverhaltens der Schmelze auftretende Dickenunterschiede weder bei den Vorfolien noch bei gestreckten Folien zu beseitigen. Bei den Endprodukten machen sich solche, immer an der gleichen Stelle auftretenden, Dickenunterschiede, insbesondere beim Aufwickeln von dünnen Folienbahnen, beispielsweise unter 50 μπι, unangenehm bemerkbar. So treten bei aufgewickelten, gestreckten oder ungestreckten Folienbahnen starke Wulststellen auf dem Wickel hervor, die von den übereinanderliegenden Dickstellen herrühren.

An den Wulststellen kommt es dabei, insbesondere beim Wickeln und/oder Lagern, zu Verdehnungen der Folienbahn, wodurch die Planlage erheblich verschlechtert wird. Auch bei der Weiterverarbeitung der Folien, beispielsweise beim Bedrucken oder Kaschieren, sind solche sich in Längsrichtung der Bahn erstreckenden positive oder negative Dickenunterschiede sehr störend.

Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, die

Schmelze bei der Extrusion so zu beeinflussen, daß die

ίο Dickendifferenzen vermindert und eine Verteilung der Dickenunterschiede in Querrrichtung zur Extrusionsrichtung erreicht wird. Wie die Versuche ergeben haben, lassen sich die Unterschiede in der Dicke der Bahn durch bestimmte Maßnahmen, beispielsweise durch zonenweises Verstellen der Düse, zwar verringern, jedoch nicht völlig beseitigen. Bevorzugtes Ziel aller Arbeiten war es deshalb, eine bessere Verteilung der Dickenunterschiede quer zur Bahnlaufrichtung zu erreichen.

Es wurde schon vorgeschlagen, die Breitschlitzdüse bzw. Folgeaggregate, wie beispielsweise die Folienaufwicklung, quer zur Laufrichtung um gewisse Beträge zu changieren. Hieraus resultiert neben dem zusätzlichen technischen Aufwand ein erhöhter Abfall durch vermehrten Randverschnitt da man zur Erzielung gerader Kanten auf jeder Seite mindestens den Längenbetrag der changierenden Bewegung absäumen muß.

Das Breitstrecken von Kunststoffbahnen ist hinreichend bekannt Hierbei werden die Ränder der extrudierten Vorfolie von Haltemitteln, in den meisten Fällen von Kluppen, gefaßt und ab einer bestimmten Stelle nach beiden Seiten um den gleichen Betrag divergierend auseinandergeführt. Die Divergenz des

r> Breitstreckrahmens ergibt das gewünschte Breitstreckverhältnis, da je nach Material und/oder Verwendungszweck des Endproduktes verschieden eingestellt wird. Beim Breitstreckvorgang wird sowohl die Bahn dünner als auch die Dickenunterschied'- im Verhältnis der Strecke verändert, jedoch bleiben insgesamt gesehen die Dickenunterschiede — wenn auch in verringerter Form — erhalten und werden so beim Aufwickeln übereinandergeschichtet, was zu den obengenannten Nachteilen führt.

Neben der Breitstreckung wird vielfach noch eine Längsstreckung durchgeführt, wobei sowohl Verfahren der heute ungebräuchlichen Simultanstreckung als auch zur Längs-Quer- und Quer-Längs-Streckung bekannt sind. Auch die Mehrstufenstreckung gehört zum Stand

-,n der Technik. Obwohl die vorliegende Erfindung in der Breitstreckung durchgeführt wird, sind auch die weiter angegebenen Streckprozesse in dem erfindungsgemä-Ben Verfahren eingeschlossen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu

Vi schaffen, bei dem innerhalb des Breitstreckprozesses vor allem die Fließlinien und damit die Dickenunterschiede soweit verschoben werden, daß sie beim anschließenden Aufwickelvorgang nicht mehr alle übereinanderliegen und somit die Wulstbildung und die

ho damit verbundenen Nachteile unterbunden werden. Hierbei soll gleichzeitig dar absolute Betrag der positiven und negativen Dickenabweichungen von der mittleren Bahndicke verringert werden, d. h. das Profil der Folie gleichmäßiger gestaltet werden, was insbeson-

h5 dere für die Weiterverarbeitung von Wichtigkeit ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dargelegten Merkmale gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 dargelegt

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt, wie auch die später beschriebenen Beispiele ausweisen, sowohl eine erhebliche Verbesserung hinsichtlich der Verschiebung der Fließlinien und somit eine günstigere Wickelcharakteristik als auch in bezug auf die absolute Verminderung der Dickenanterschiede. Die nach dem Verfahren hergestellten Folien zeigen auch bei der normalerweise sich anschließenden Lagerung der fertigen Wickel erhebliche Verbesserungen. Folienbahnen, die nach einem Breitstreckprozeß mit gleichmäßiger Divergenz nach dem Stand der Technik hergestellt werden, weisen bei der Wicklung und/oder Lagerung einerseits sehr schnell Verdehnungen durch die übereinanderliegenden Dickstellen und andererseits Falten und Knickstellen an den dünnen Stellen auf. Die optische Begutachtung der Wickel zeigt schon nach kurzer Lagerzeit eine runzelige Struktur des Wickels, wodurch für den Weiterverarbeiter bereits Hinweise auf sine Minderqualität gegeben sind. Folien wickel, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren breitgestreckt werden, zeigen auch nach längerer Lagerreit ein glattes Aussehen, so daß bereits rein optisch auf die Verbesserung in der Qualität geschlossen werden kann.

Praktische Durchmessungen der Wickelrolle ergeben, daß eine effektive Reduzierung der Wickelrollenfehler, bezogen auf die meßbare Wulst- und Einschniubildung, auf etwa 40%, bei einzelnen Materialien und Foliendikken bis zu 10% gegenüber solchen nach dem Stand der Technik erzielt wurde.

Ferner wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäß breitgestreckten Folien wesentlich härter gewickelt werden können gegenüber herkömmlichen Bahnen, was an sich erstrebenswert ist ohne daß die geschilderten Unzulänglichkeiten in dem Wickel auftreten. Als absoluter Wert ist eine Wickeldichte von 1.00 anzusehen, was bedeutet, daß die Schichten völlig ohne zwischenliegende Luftschichten im Wickel übereinanderliege^¹. Als unterste Grenze wird bei den bisherigen Breitstreckverfahren beim Aufwickeln der Folienbahnen ein Wert von etwa 0.93 festgestellt. Unter diesem Wert verschiebt sich der Wickel teleskopartig. Der durchschnittliche Bereich, der mit besonderen Wickeltechniken zu erzielen ist, liegt bei siner Wickeld^hte vor. 0.94 bis 0.97. Oberhalb von 0.97 können die bisherigen Folienbahnen überhaupt nicht gewickelt werden, da es hierbei insbesondere zu Verdehnungen an den Dickstellen kommt. Folien, die erfindungsgemäß hergestellt werden, können hingegen mit einer Wickeldichte von 0.98 bis 0.99 gewickelt werden, was als erheblicher technischer Fortschritt anzusehen ist, da man bestrebt ist, möglichst hart zu wickeln, um die Luftschichten zwischen den Folienlagen so gering wie möglich zu halten, da die im Laufe der Zeit entweichenden Luftschichten zu Störungen im Wickelaufbau führen.

Neben der einfachen zeitlich versetzten erfindungsgemäßen Breitstreckung wird das Verfahren bevorzugt so betrieben, daß man die Breitstreckung mehrmals hintereinander in zeitlichem Abstand durchführt

Wenn es auch nicht unbedingt erforderlich ist, so hat es sich gezeigt, daß besonders gute Werte erhalten werden, wenn man die zeitlich versetzte divergente Bahnführung mit geometrisch gleicher Divergenz durchführt.

Eine besonders gut rrbeitende Variante des Verfahrens ist dadurch gegeben, daß man die divergente Bahnführung periodisch verschiebt, wobei sowohl eine periodische Verschiebung in Richtung der Längsachse (Abb.4) als auch eine solche in Querrichtung hierzu (Abb.5) durchgeführt wird. Dabei wird die in dem Streckbereich eintretende Materialbahn zusätzlich einer sich stetigen Änderungen unterworfenen Kräfteverteilung der Längs- und Querkräfte ausgesetzt

Unter periodischer Verschiebung in Richtung der Längsachse wird verstanden, daß der Beginn der

ίο jeweiligen divergenten Bahnführung in Bahnführungsrichtung hin- und hergeschoben wird (Abb.4). Bei einer zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeigneten Vorrichtung werden die divergent geführten Haltemittel, z. B. freilaufende Kluppen, im Bereich der Divergenz und speziell im Bereich der Überlappung in Doppelschienen geführt und jeweils eine Schiene periodisch verschoben. Dabei sind die Führvingsschienen in den genannten Bereichen in der Längsrichtung beispielsweise in der Ebene der Matcrialbahn halbiert und zueinander mittels unabhängig ar jeordneter Befesti- erunoan die ihrerseits wieder ϊΐν* Längsführungen verbunden sind, beweglich, während die Kluppen auf zwei Führungsrollen laufen, von denen eine jeweils im Eingriff mit einer halbierten Führungsschiene steht,

2Ί wobei beim Herausbewegen einer halbierten Führungsschiene aus einer rückwärtigen Stellung in eine vorgeschobene Position die Kluppen von einer Führungsrolle geführt werden. Geeignete Mittel zur Verschiebung sind z. B. pneumatisch oder hydraulisch

jo arbeitende Schubstangen, von Motoren betriebene Zugketten u. a. bekannte Einrichtungsteile.

Unter periodischer Verschiebung in Querrichtung zur Längsachse der Bahn wird verstanden, daß die divergente Bahnführung um einen vorgegebenen

π Bereich hin- und hergeknickt wird (Abb.5). Bei einer hierfür geeigneten Vorrichtung sind an den Haltemitteln, z. B. den Kluppenschienen, Knickpunkte angeordnet, die es gestatten, die Bahnführung periodisch quer zur Laufrichtung der Bahn zu ändern. Die Knickung

4(i wird dabei ebenfalls von an sich bekannten Mitteln wie Schubstangen, Motoren usw. durchgeführt.

Bei den zuletzt geschilderten Verfahrensweisen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die periodische Verschiebung beidseitig vorzunehmen um besonders gute

■π Effekte zu erzielen.

Wenn auch die Bahn in beliebiger Linienführung und mit zueinander unterschiedlichen Divergenz-Winkeln geführt werden kann, solange die Forderung der zeitlich versetzten Divergenz erfüllt ist, so hat es sich u. a. aus

ίο maschinentechnischen Gründen als besonders gut erwiesen, die divergierende Bahnführung auf geraden Strecken vorzunehmen, d. h. die Haltemittel geradlinig an den Folienrändern angreifen zu lassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf alle die

Γ) Flachfolien anwendbar, bei denen es au^f die Vermeidung von Verdehnungen und besonders hohe Dickengleichmäßigkeit ankommt. Vor allem Kunststoffolien aus Polyolefinen und Polyestern und diese wiederum zur Herstellung in sehr geringen Dicken von 2 μπι bis etwa

wi 50 μιτι werden bevorzugt nach den vorliegenden Verfahren breitgestreckt. Solche Folien, bei denen es besonders stark auf gute Gleichmäßigkeit ankommt, finden hauptsächlich als Elektroisolier-, Tonband- und Computerfolien Verwendung.

fv> Die folgende Tabelle zeigt am Beispiel von Polyesterfolien die Verbesserungen, die durch das erfindungsgemaße Verfahren erreicht werden, ohne daß jedoch eine Beschränkung auf die dargestellte Auswahl besteht.

A. Verfahrensparameter
1. Material

2. Bahnstärke [μπι]

3. Transportgeschwindigkeit [m/min]

4. Bahnbreite vor Streckung [mm]

5. Bahnbreite nach Streckung [mm]

6. Wickelrollenbreite [mm]

7. Wickelrollenlänge [m]

8. Wickellagenanzahl

9. Bahnzug beim Wickeln [kp]

10. Breitstreckverhältnis

11. Amplitude des Divergenzversatzes [mm]

12. Periode des Divergenzversatzes [see]

13. Phasenverschiebung der Divergenz [■):"]

B. Folienparameter

14. Längsstreifen in positiver Abweicnung von
der mittleren Dicke ( + ) [mm]

1 5. Längsstreifen in negativer Abweichung
von der mittleren Dicke (-) [mm]

16. Gesamtdifferenz ( + ) + (-) [mm]

17. Wulsthöhe auf einer Dickstelle [mm]
!8. Einschnürung an einer Dünnstelle [mm]

19. + Differenz vom mittleren Durchmesser der
Wickelrolle [mm]

20. - Differenz vom mittleren Durchmesser der
Wickelrolle [mm]

21. Gesamtdifferenz von zwei nebeneinanderliegenden Dick- und Dünnstellen auf einer
Mantellinie der Wicklung [mm]

22. Gesamtdifferenz zwischen Minimum- und
MaximuTidurchmesser [mm]

Stand der Technik	IXindungsgemäß	Stand der Technik	Erfin-
mit gleichmäßig			dungs-
divergierendem			gemäß
Rahmen
I	II	III	IV
Polyethylen	PET	PET	PET
terephthalat
(PET)
12.0	12,0	6,0	b,0
90	90	90	90
575.0	575,0	575,0	575.0
2000.0	2000,0	2000,0	2000.0
1500	1500	1500	1500
7000	7000	7000	7000
8000	8000	9000	9000
12.0	12.0	8,0	8,0
1 :3.5	1 :3,5	I :3,5	I :3,5
—	2000	—	2000
_	60	—	60
—	180	—	180
0.0005	0,00015	0,0004	0.0001
0,0004	0.00015	0,0003	0.0001
0.0009	0.0003	0,0007	0.0002
4.0	1.1	3,6	0,6
3,2	0,8	2,7	0.4
- 8,0	2.2	12	1,2
■ 6.4	1.6	5.4	0.8
7.2	1.9	6,3	1.0

14,4

3.8

12,6

2,0

Die in der Tabelle aufgeführten Werte sind Mittelwerte, die an einer Reihe von Folienbahnen ermittelt wurden. Die Folien wurden dabei aus einer Breitschlitzdüse extrudiert. auf Strecktemperatur gebracht und erfindungsgemäß (II, IV) breitgestreckt, wobei, wie aus den Ziffern 11 bis 13 hervorgeht, die divergente Bahnführung in Richtung der Längsachse der Bahn periodijch verschoben wurde.

Wie weitere Versuche ergaben, können die in der Tabelle genannten Verfahrensparameter, welche sich auf die Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehen, weitgehend variiert und den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden. Zunächst kann die Amplitude der periodischen Verschiebung des Breitstreckens einen beliebigen Wert zwischen 0,1 B (B = Bahnbreite der breitgestreckten Bahn) und 4 B betragen, es empfiehlt sich jedoch eine Amplitude zu wählen, die in dem Bereich 1 bis 1,5 B liegt, um günstige Ergebnisse zu erzielen.

Die Periode des wechselseitigen Bewegungsablaufes ist in erster Linie von der Beschaffenheit, der Festigkeit (gegen die Streckung gerichtete Kräfte) und den übrigen Eigenschaften der flachen Kunststoffbahn abhängig. So ist es zweckmäßig, eine Beziehung zu der Materialbahngeschwindiekeit herzusteilen, die im allgemeinen nach den spezifischen Möglichkeiten vorgegeben wird. Die mittlere Geschwindigkeit des wechselseitigen Bewegungsablaufes (der periodischen Verschiebung der Breitstreckung) kann in dem Bereich von 0,05% bis 50% der Materialbahngeschwindigkeit liegen. Gute Ergebnisse werden beispielsweise bei Polyester-Film mit 4% bis 5% erreicht. Der im Beispiel enthaltene entsprechende Wert beträgt 4,45%. Als dritter wesentlicher Parameter des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Phasenverschiebung der Bewegungsabläufe zu erläutern. Die Phasenverschiebung kann zwischen 1° bis 180° liegen. Es ist jedoch einzusehen, daß der Wert von 180* unbestreitbare Vorteile aufweist (z. B. Nullpunkt festlegung, Einstellung, leichtere Handhabung und Schaltmöglichkeit der zum Verfahren gehörenden Vorrichtung usw.). Für die beschriebenen Beispiele wurde ebenfalls eine 180° -Verschiebung gewählt

Es ergibt sich praktisch als Selbstverständlichkeit, daß unabhängig von der Periode, der Amplitude oder der Phasenverschiebung beliebig große Stillstände zu einem beliebigen Zeitpunkt des Bewegungsablaufes vorgesehen werden können.

Wie die Tabelle weiter ausweist, sind die Folienparameter (14 bis 22) sowohl hinsichtlich der Dickenunterschiede (14 bis 16) als auch hinsichtlich der Verschiebung

(Verwischen) der FlieDlinien (17 bis 18) bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erheblich verbessert, d. h. es wurde eine wesentliche Qualitätssteigerung der Folienbahn erzielt.

Die Erfindung soll nun ergänzend anhand der folgenden Abbildung erläutert werden, ohne daß auch hier eine Einschränkung auf die gezeigten Ausführungsbeispicfp. besteht.

Die Abb. 1 bis 5 stellen Draufsichten auf die Bahnführung, z. B. mittels freilaufender oder mit einer Kette verbundener Kluppen, dar.

A b b. 1 zeigt wie die Folienbahn F in Richtung der Längsachse L (Pfeile) zwischen den Punkten A und A\ am rechten Bahnrand über die Strecke 5 divergent geführt wird, während der linke Bahnrand eine nicht divergierende Führung aufweist. Ab Punkt A\ wird danach der rechte Bahnrand ohne Divergenz geführt, während zwischen den Punkten A\ und Α-ϊ nunmehr der linke Bahnrand über die Strecke S' divergent geführt wird. Die Pfeile quer zur Transportrichtung deuten die Breitstreckkräfte an.

A b b. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier wird der rechte Bahnrtnd zwischen den Punkten A und A\ über die Strecke Sdivergent geführt, während der linke Bahnrand nur einen Teil dieser 2> Strecke divergent geführt wird. Zwischen den Punkten Bund B\ wird auch der linke Bahnrand über die Strecke Si geführt, jedoch ist auch hier die erfindungsgemäße zeitliche Versetzung der divergenten Bahn-Bahndführung zu erkennen.

A ίι b. 3 zeigt die mehrfache Hintereinanderschaltung

der erfindungsgemäßen Breitstreckung zwischen den Punkten

A — A\, A2 — A3, A\ —A2, Aj' — A4'.

Abb.4 zeigt die erfindungsgemäße Breitstreckung jedoch mit periodischer Verschiebung in Richtung der Längsachse L der transportierten Folienbahn F. Hierbei wird die Führung der Bahn periodisch in Richtung der Pfeile β und a' am rechten Bahnrand zwischen den Punkten A, A\ und C, am linken Bahnrand zwischen den Punkten A', A\ und C verschoben, wobei in bevorzugter Ausführung die periodische Verschiebung gleichzeitig beidseitig in der Richtung phasenverschoben durchgeführt wird.

A b b. 5 zeigt die andere Ausführungsform der periodischen Verschiebung, nämlich in Querrichtung zur Längsachse L der transportierten Folienbahn F. Hierbei wird die Bahnführung in Richtung der Pfeile b und b' geknickt, wobei sich am rechten Bahnranci Funki A\ zu Punkt Αι, und am linken Bahnrand Punkt A'zu Punkt A\y verlagert. Da bei der Knickung eine Längendifferenz eingeht, wird gleichzeitig eine Bewegung A-D und A'—D'durchgeführt, wobei selbstverständlich diese auch an den Punkten Ai oder Αϊ ausgeführt werden kann.

Wie die Abbildungen zeigen, sind verschiedene Variationsmöglichkeiten der Verfahrens gegeben, wobei, wie bereits erwähnt, auch die Mehrfachstreckung und eine gleichzeitige Längsstreckung mit inbegriffen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Breitstrecken einer Kunststoff-Folienbahn, bei dem man kontinuierlich die Folienbahn in Längsrichtung bewegt und die Bahnränder zueinander divergierend führt, wobei man den einen Bahnrand ab einem bestimmten Punkt (A) bezogen auf die Längsachse der Folienbahn divergierend zur Längsrichtung während einer Strecke (S) führt, dadurch gekennzeichnet, daß man den anderen Bahnrand während der Strecke (S) in Längsrichtung oder ab einem Punkt (B), der zu Punkt (A) bezogen auf die Längsachse versetzt liegt, innerhalb einer Strecke (Si) divergierend zur Längsrichtung führt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Breitstreckung mehrfach hintereiiiijider in zeitlichem Abstand durchführt

3. Verfahren nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß man die zur Längsrichtung divergierenden Bahnränder mit zueinander gleicher Divergenz führt

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß man die divergente Führung der Bahnränder periodisch verschoben vornimmt

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die divergente Führung Λιτ Bahnränder in Längsrichtung der Foüenbahn periodisch verschoben vornimmt

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die divergente Führung der Bahnränder i.i Querrichtung der Folienbahn periodisch verschoben vornimmt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die divergente Führung der Bahnrärider beidseitig periodisch verschoben vornimmt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die divergente Führung der Bahnränder geradlinig vornimmt.