DE2134108A1

DE2134108A1 - Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Formung von Folien thermoplastischer Harze

Info

Publication number: DE2134108A1
Application number: DE19712134108
Authority: DE
Inventors: Kozo Tokio; Sato Yoshiro Yokohama Kanagawa; Iijima Hiroshi Tokio; Aoyama (Japan). P
Original assignee: Asahi Dow Ltd
Current assignee: Asahi Dow Ltd
Priority date: 1970-07-08
Filing date: 1971-07-08
Publication date: 1972-03-09
Also published as: JPS4947907B1; FR2100875A1; GB1338324A; FR2100875B1; CA953867A

Description

Priorität: 8. Juli 197o Nr. 59 118/7Ο - Japan

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Formung von Folien thermoplastischer Harze, insbesondere von gestreckten Folien.

Bekanntlich haben gestreckte Folien thermoplastischer Harze die Eigenschaft, daß sie schnell schrumpfen, wenn sie auf über ihren Erweichungspunkten liegend« Temperaturen erhitzt werden.

Die bekannten Verfahren werden anhand der nachstehenden Figuren näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen der Heiztemperatur und der Wärmeschrumpfung einer biaxial gestreckten Polystyrolfolie.

Fig. 2 zeigt schematised eine Folie mit nicht gleichförmig erhitzten Folienbereichen. *

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm den Temperaturanstieg zweier Polienbereiche über der Heizzeit-.

Wenn beispielsweise zwei biaxial gestreckte Polystyrolfolien von ο, 25 mm bzw/ o,4 mm Starke eine Minute lang in flüssige Paraffine eingetaucht werden, die auf verschiedene Temperaturen erhitzt sind, so zeigen sie unabhängig von ihren Stärken eine starke Wärmeschrumpfung in extrem kurzen Zeiträumen, wenn die Temperaturen loo C oder mehr betragen. Dieses Schrumpfverhalten ist in Fig. 1 gezeigt.

In der nachstehenden Tabelle 1 sind die WärmeSchrumpfungen von im Handel erhältlichen biaxial gestreckten hochpolymeren Folien aufgeführt.

TABELLE 1

Polymerisat Wärmeschrumpfung in % (loo C / min)

Vernetztes Polyäthylen 2o bis 60

Polypropylen 1 bis 8

Polyvinylchlorid 3° bis 5°

Vinylidenchlorid-Mischpolymerisat 2o

Polystyrol Io bis 5o

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Wie aus der Tabelle hervorgeht, sind gestreckte Folien thermoplastischer Harze einer schnellen Wärmeschrumpfung ausgesetzt, wenn sie über ihre Erweichungspunkte erhitzt werden. Andererseits ist es ideal, daß die Forniungstemperntüren für die thermische Formung dieser Folien die gleichen sind wie die Temperaturen^bei welchen die Folien ihre maximale Dehnung haben. In der Praxis verwendet man jedoch in Anbetracht der Dehnung beim Verformen und der Pormreproduzierbarkeit Formungstemperaturen, die um 2o bis 3o C höher sind als die oben genannten Temperaturen. Bei einer biaxial gestreckten Polystyrolfolie liegt die Temperatur für den Beginn der Schrumpfung bei loo C. Die optimale Verformun^s- hz,::. Formungstemperatur liegt zwischen 115 ^c und 135 C. Da die Erscheinung der Wärmeschrumpfuiig dex~ Folien im Verlauf der thermischen Fox-mung der gestreckten Folien erfolgt, besteht das Hauptproblem darin, wie man diese Erscheinung bei der thermischen Formung von gestreckten Folien ausschließen kann.

Verfahren ztir thermischen Verformung bzw. Wärme formung von gestreckten Folien sind ein Strahlungsheizverfahren und ein Kontaktheizverfahren. Bei dem ersteren Verfahren hat man getrennt voneinander eine Heizzone und eine Verformungszone. Die Folie wird dabei," während sie fest an beiden Seiten gehalten ist, auf die optimale Verformungstemperatur durch Wärmestrahlung erhitzt, die mit Hilfe einer Heizeinrichtung erzeugt wird. Unmittelbar danach wird die Folie weiterbefördert und in der Verformungszone geformt". Bei dem letzteren Verfahren, dem Kontaktheizverfahren, werden im allgemeinen das Erhitzen und das Verformen in einer einzigen Zone ausgeführt. Dabei wird die Folie in Berührung mit einer erhitzten Platte gedrückt, so daß die Folie auf die optimale Verformungstemperatur in einem äußerst kurzen Zeitraum aufgeheizt und sofort in der gleichen Zone verformt wird. Dabei ist der Umfang der überhitzten Folie fest zwischen dem Formrahmen und der Heizplatte eingeklemmt. Bei der Wärmeformung einer gestreckten

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Folie hat man also den Umfangsteil dei~ Folie Test eingespannt, um die Wärmeschrumpfung der Folie zu verhindern, wobei dor zu veri'ormende Teil so gleichmäßig wie möglich erhitzt wird.

Um eine gleichmäßige Aufheizung im Falle der Strahlungsheizung zu erreichen, t.eilt man die Heizeinrichtung in viele Teile, wobei die Temperatur eines jeden dieser Teile genau gesteuert wird. Man verwendet auch das sogenannte Abdeck- bzw. Maskenverfahren, bei welchem Drahtnetze an geeigneten Stellen zwisehen der Heizeinrichtung und der Folie mit festgelegtem Erhitzungsgrad eingesetzt sind, wodurch die Folie vor der Strahlung geschü·* ^t wird. Bei der Kontakterhitzung werden in die aus Metall bestehende Heizplatte viele Heizpatronen eingesetzt, deren Wärmeabgabe in jedem unterteilten Abschnitt gesteuert werden, um so die Temperatiirvertei lung über der Oberfläche der Heizplatte gleichförmig zu gestalten.

Wenn die Folie im Laufe des Aufheizens nicht gleichförmig erhitzt wird, werden Folienteile, die auf eine höhere Temperatur erhitzt wurden, dünn, während Teile, die erst auf eine niedrigere Temperatur aufgeheizt sind, dick werden. Diese Erscheinung ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Dabei wird davon ausgegangen, daß eine Folie S durch Strahlung auf die Verformungstemperatur erhitzt wird, während sie an beiden Enden 2 und 2' in einem festgelegten Abstand festgehalten ist. Der Bereich a soll auf eine höhere Temperatur erhitzt sein als der angrenzende Bereich b. Bei einer Temperatur über der Temperatur des Schrumpfbeginne tritt dann in den Bereichen a und b eine Schrumpfspannung ein. Das Ausmaß dieser Spannung für verschiedene hochpolymere Folien ist näherungsweise in der nachstehenden Tabelle 2 aufgeführt.

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TABELLE 2

Maximale
Schrumpfung
in %

Schrumpfspannungρ kg/cm

Schrumpftemperatür

Polyäthylen

Polypropylen Polyvinylchlorid Polystyrol

15 bis 4ο

7o bis 8o
5o bis 7o
4o bis 6ο

weniger als Io5 bis 12o 3,6 .

21,5 bis 43 Io5 bis I65

lo,7 bis 21,5 65 bis I50

4,3 bis 7,2 loo bis I30

Da die Wärmeformungstemperatur beträchtlich höher ist als die oben angeführte Schrumpfbeginnteraperatur, wird die Folie verformt, d. h. hinsichtlich ihrer Stärke verändert, und zwar infolge des Unterschieds zwischen der Schrumpfspannung und der Zugfestigkeit. Wenn die Wärmeformungstemperatür über die Erweichungstemperatur der Folie hinausgeht, nimmt die Zugfestigkeit schnell mit zunehmender Temperatur ab und wird niedriger als die in Tabelle 2 genannte Schrumpf sj^annung, während die Schrumpfspannung mit zunehmender Temperatur zunimmt. Wenn die Zugfestigkeiten im Hochtemperaturbereich a und im Niedertemperatui'beroich b durch (f bzw. 6"f dargestellt

a ο

werden, sind die Schrumpfspannungen in diesen Bereichen L

bzw. £", . Dabei gelten Beziehungen wie 6" < 6T und Γ b a b a

Weiterhin kann auch die Beziehung aufgestellt werden ?

ρ a Demzufolge wird der Bereich a dünn und der Bereich b dick. Auf diese Weise ruft eine nicht gleichförmige Erhitzung sofort eine Stärkenänderung der Folie hervor, was für die Herstellung von Artikeln guter Qualität der größte Nachteil ist. Aus diesen Gründen hat man bei der herkömmlichen Wärmeformung von gestreckten Folien Verfahren gesucht, die hauptsächlich darauf abzielen, die Folien gleichförmig zu erhitzen,um zu verhindern, daß die Folien unzulässigen Dickenänderungen unterworfen sind.

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Bei den vorstehend beschriebenen liärmeforraungsverfahren, daß hauptsächlich auf die gleichmäßige Erhitzung der gestreckten Folien gerichtet sind, ist es erforderlich, daß die zu verformenden Folien grundsätzlich ungleichmäßige Stärken in nur geringem Ausmaße bzw. keine großen Stärkeänderungen haben. Handelsübliche Folien sind jedoch hinsichtlich ihrer Stärke im großen Ausmaß ungleichförmig. Wenn also der Bereich a dünner ist als der Bereich b und die in Fig. 2 gezeigte Folie beispielsweise durch Wärmestrahlung gleicher Strahlungsdichte W erhitzt wird, wird der Bereich a schneller erhitzt als der Bereich b. Wenn die einzelnen Bereiche auf Temperaturen innerhalb des Bereichs der optimalen Forniungs temperatur en erhitzt werden, beobachtet man dann die in Fig. 3 gezeigten, über der Heizzeit aufgetragenen Kurven für den Temperaturanstieg der Bereiche a und b. Die Bereiche a und b werden vorzugsweise in einer Vorerhitzungszone auf eine Temperatur von T C gleichförmig vorerhitzt und dann sofort in die Wärmeformungszone befördert. Wenn der Bereich a dünner ist als der Bereich b, ist der erstere kleiner als letzterer bezogen auf die Wärmekapazität. Wenn die in den Beieichen a und b auftreffende Strahlungsdichte gleich ist, steigt die Temperatur des Be-

» reiches a von T. auf T , während die Temperatur des Bereiches la

b von T auf T- steigt, was in Fig. 3 zu sehen ist. Der Bereich a wird somit schneller erhitzt als der Bereich b. Die untere Grenze der optimalen Forniungs temperatur liegt bei T_x ,

während die obere Grenze bei T_TT liegt. Die Temperaturen T

υ a

und T, liegen in dem Bereich zwischen T_T und T_TT. Nach £ t b Lu

Sekunden vom Beginn des Heizens an ist der Bereich a auf eine Temperatur aufgeheizt, die um Δ T C höher ist als die im Bereich b. Dieses Stadium ist vollkommen identisch zu dem Fall, wo die Bereiche a und b nicht gleichförmig, wie in Fig. 2 gezeigt, erhitzt sind und der Bereich a immer dünner wird, während der Bereich b immer dicker wird. Man kommt deshalb zu einem Verfahren, bei welchem der Bereich a durch Blenden bzw. Masken von der Strahlung abgeschirmt wird, um die Kurve für

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don Temperaturanstieg des Bereichs a der des Bereichs b anzugjeichen. Die ungleichförmige Stärke der" Folie ist vielen Faktoren zuzuschreiben, beispielsweise unzureichender Regulierung der Trommel- und Formtemperaturen, schlechter Konstruktion und ungenauer Temperatursteuerung der Schnecke und des Schneclveneinsatzes, unzureichender Regulierung der Hilfseinrichtungen, schlechtem Kneten in der Schnecke usw.

Bei der kontinuierlichen Wärmeformung einer Folie ist es deshalb im bestimmten Maße möglich, das oben erwähnte Abschirmen so durchzuführen, daß eine Anpassung an die ungleichförmige Stärke der Folie erreicht wird, wenn man die «allgemeine Tendenz für die ungleichmäßige Stärke in Betracht zieht. Da jedoch das Auftreten der ungleichförmigen Stärke vielen Faktoren, wie sie oben erwähnt sind, zuzuschreiben ist, ist es äußerst schwierig, das Auftreten der ungleichförmigen Stärke quantitativ zu steuern. Weiterhin ist es unmöglich, die Lagen genau zu regulieren, wo die Ungleichförmigkeit bezüglich der Stärke auftritt. Bei der kontinuierlichen Wärmeformung einer Folie kann deshalb die Steuerung der Temperaturanstiegskurve nicht völlig in Übereinstimmung mit der Stärkemingleichförmigkeit der Folie gebracht werden. Versuche haben gezeigt, daß ein Becher mit einem Verhältnis von Höhe H zu Durchmesser W von 1,1 durch kontinuierliche Wärmefox'inung einer handelsüblichen biaxial gestreckten Polystyrolfolie, die gewöhnlich eine Stärkenungleichmäßigkeit von etwa + 6 % bis + 15 % hat, nur dann erreicht werden kann, wenn die Stärkenungleichniaßigkext geringer als + Io % ist. Wenn sie + 13 % oder mehr beträgt, haben etwa k5 % der hergestellten Becher eine schlechte Qualität.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu sclraffen, mit welcher Gegenstände hervorragender Qualität mit hohem Wirkungsgrad auch in dem Fall herstellbar sind, bei welchem

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Folien mit großen Stärkenungleichmäßigkeiten, beispielsweise zwischen + Io % und + 2o % eingesetzt werden.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß wenigstens eine Seite der Folie bis in die Nähe der Formungstemperatur erhitzt wird, so daß viele kleine eng beieinander liegende Bereicheauf der Folie gebildet werden, wobei jeder Bereich einen Mittelteil und einen darum herum liegenden Umfangsteil hat und der Mittelteil schneller erhitzt wird als der Umfangsteil, und daß danach die Wärmeformung ausgeführt wird.

Die zur Durchführung dieses Verfahrens erforderliche Vorrichtung hat eine Heizeinrichtung mit Lochplatten, die gegenüber wenigstens einer Seite der zu behandelnden thermoplastischen Folie angeordnet ist und durch die ein Heizmedium hindurchtritt, wodurch viele kleine, auf der Folie nahe beieinander liegende Bereiche gebildet werden, wie sie vorstehend beschrieben sind.

Die Folie wird vorzugsweise einer Vorerhitzung unterworfen und dabei auf eine Temperatur in der Nähe der Temperatur des Schrumpfbeginns erhitzt, um somit keine Dickenänderungen der Folie infolge Wärmeschrumpfung zu erzeugen. Danach wird die vorerhitzte Folie sofort in die darauffolgende Erhitzungsstufe übergeführt und auf eine Temperatur im Bereich der optimalen Formungstemperatür erhitzt. Dabei wird erfindungsgemäß die Folie so erhitzt, daß auf einer oder auf beiden Seiten der Folie kleine Bereiche ausgebildet werden, die aus zwei Teilbereichen mit unterschiedlichen Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten zusammengesetzt sind und in angepaßter bzw. eingestellter Dichte über die ganze Folienfläche verteilt sind. Die kleinön Bereiche haben dabei Flächen innerhalb eines regulierten Umfangs.

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Dabei wird die Lochplatte gegenüber einez· bzw. die Lochplatten gegenüber beiden Seiten der Folie so angeordnet, daß die Folieiiflnche entweder teilweise oder über der ganzen Breite überdeckt ist. Auf der gegenüberliegenden Seite wird die Wärmequelle angeordnet, so daß die Folie durch die Lochplatte hindurch erhitzt wird, wobei die Teile der Folie, die den kleinen Löchern der Lochplatte gegenüberliegen, schneller erhitzt werden als die Teile der Folie, die den lochfreien Teilen der Platte gegenüberliegen. Durch den lokal verschiedenen Unterschied des Temperaturanstiegs wird die Folie von der ungleichmäßigen Stärke befreit. Dies hat den Vorteil, daß man Gegenstände du^o'i Tiefziehen auch aus Kunstharzfolien ungleichmäßiger Stärke mit hohem Wirkungsgrad herstellen, kann, d. h. die Ausschußquote ist äußerst gering.

Anhand der nachstehenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert .

Fig. 4 zeigt eine Folie ungleichmäßiger Stärke, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird.

Fig. 5 veranschaulicht den Aufhexzmechanxsmus des Mittelteils und des Umfangsteils eines'jeden kleinen Bereiches.

Fig. 6 zeigt schematisch das Stadium, in welchem die durch Erhitzen der Folie gebildeten kleinen Bereiche und die Umfängst eiIe der kleinen Bereiche geschrumpft sind und eine Dickenänderuiig also Teile ungleichmäßiger Stärke bilden.

Fig. 7 zeigt schematisch im Schnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erhitzen einer Folie.

Fig. B zeigt die Ariordaurig von Durchblas löchern in einer in Fig. 7 verwendeten Platte.

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- Io -

Fig. 9 ist ein Längsschnitt durch eine Aus Γührimgsform einer Formungsmaschine.

Fig. Io ist eine Draufsicht auf die Forrichtung von Fig. 9.

Fig. 11 zeigt in einer Draufsicht die kleinen Löcher für das Durchblasen von Heißluft bei der Vorrichtung von Fig. Io.

Fig. 12 zeigt im Schnitt einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gegenstand.

Die in Fig. 4 gezti^¹ l Folie S ist vorzugsweise auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur erhitzt, bei uelcher die Wärmeschrumpfung beginnt. Die Folie ist an beiden Seiten 2 und 2¹ festgehalten und in die Erhiizujigszone gebracht. Die Folie soll eine gleichförmige Stärke haben, nämlich eine dünne Fläche A und eine dicke Fläche B, die gestrichelt angedeutet sind. Dabei soll davon ausgegangen werden, daß die beiden Flächen A und B aus einer V^rielzahl kleiner Bereiche a. , a , a ... a zusammengesetzt sind. Ein Teil, beispiels-

X c-t Jt Xl

weise der Mittelteil, eines jeden kleinen Bereichs und der übrige Teil, beispielsweise der UniFangsteil, des kleinen Bereichs werden auf die¹ optimale Foraungsteraperatur so erhitzt, daß die Aufheizung der beiden Teile unterschiedlichen Tornperaturanstiegskurven folgt. Der Aufhaxzaaechanisnius ist schematisch in Fig. 5 näher erläutert. Dia Folie wird so erhitzt, daß die Mittelteile b., b_o, b , ... b der kleinen Bereiche a , a_o, a ... a einen schnelleren Temperaturanstieg haben als die Unifangsteile c. , c_o, c ... c dieser Bereiche. Wenn die Folie derart erhitzt wird, werden die Mittelteile b. , b„

b ... b dünn, während die Umfangsteile c ₃ c_o, c ... c , j η j. - ίί j η

wie vorstehend erwähnt, dick werden. Das bedeutet, daß die Teile b , die auf eine höhere Temperatur erhitzt werden, dünner werden als die Umfangsteile c , so daß feine ungleichförmige Teile in der* Folie, wie in Fig. 6 gaacigt,, gebildet

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BAD OFUGINAt

Auf diese Weise werden sowohl die dünne Fläche A als auch die dicke Fläche B mit kleinen Bereichen a., a , a ... a gefüllt,

X <2 3 I^

die zwei Arten von Teile, d. h. dünne Teile b , b , b_ ... b

X <£ y Tl

und dicke Teile c. , c $ c_o ... c haben. Dadurch werden viele feine, ungleichförmige Teile in den Flächen A und B ausgebildet. Diese ungleichförmigen Teile entwickeln eine Pufferwirkung gegenüber der Dickenänderung der Folie, die von dem Unterschied zwischen der Schrumpfspannung und der Zugfestigkeit infolge ungleichmäßiger Folienstärke herrührt. Dementsprechend ist es möglich, die vorstehend erwähnte Erscheinung völlig auszuschalten, nämlich daß die ganze dünne Fläche A immer dünner wird τύ die ganze starke Fläche B immer dicker wird. Das bedeutet, daß kleine und viele Verformungen infolge der kleinen Sehrumpfspannungen in kleinen Bereichen der Flächen A und B ausgeführt werden, so daß die Schrumpfspannungen der Flächen A und B als ganzes in den vielen Verformungen völlig absorbiert werden. Dies führt dazu, daß die ganze Spannung in einer Fläche, beispielsweise A, die andere Fläche, beispielsweise B, nicht beeinflußt . Deshalb wird die dünne Fläche A insgesamt nicht dünner.

Weiterhin werden die vielen ungleichförmigen, in den Flächen A und B ausgebildeten Teile gestreckt und bei der Wärmeverformung zu dem Gegenstand gemittelt, wodurch das Produkt keine Fehler aufweist.

Anhand von Fig. 7 wird das Verfahren zur Durchführung des Erhitzens einer Folie erläutert. Die Folie S, die vorzugsweise vorerhitzt bzw. vorgewärmt ist, wird in eine Heizzone übergeführt, in welcher sie mit Heißluft erhitzt wird, die genau auf die Optimaltemperatur einreguliert ist. Die Heißluft wird in gesteuertem Durchsatz von einer oberen Leitung 3 und. einer unteren Leitung 3* durch viele kleine Löcher 5 bzw. 5* ausgeblasen, die in Platten, k bzw. k' für das Durchblasen von Luft gebohrt sind. Dadurch werden beide Seiten der FoIi^e erhitzt.

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Die Platten 4 und 4' sind symmetrisch zur Folie in einem eingestellten Abstand dazu angeordnet. Die kleinen Löcher 5 und 5¹ in· den Platten 4 bzw. 4' können einen festgelegten Durchmesser haben oder eine gleichmäßige Durchmesseränderung aufweisen. Infolge der aus diesen kleinen Löchern ausgeblasenen Heißluft'werden Teile der Folie, die den kleinen Löchern 5 bzw. 5¹ gegenüberliegen, schneller erhitzt als die Teile der Folie, welche den Platten 4 bzw. 4' gegenüberliegen. Dies führt dazu, daß in der Folie kleine Teile entsprechend den Teilen b., b_Q, b ... b und kleine Teile entsprechend

X £-* j Tl

den Teilen C₁, c_o, c„ ... c , wie in Fig. 5 gezeigt, ausge-

-L Cd J 11.

bildet werden..

Erfindungsgemäß wird bei dem Erhitzungsvorgang das oben beschriebene spezielle Erhitzen bewirkt. Erfindungsgemäß hat sich für ΔΤ, das anhand von Fig. 3 erläutert wurde, ein bevorzugter Wert herausgestellt, der zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wirksam beiträgt, d. h. der Bereich für Δ Τ liegt zwischen 5 und 15 C. Weiterhin liegen die Querschnittsflächen der kleinen Löcher, die in die Platten für das Ausblasen von Luft gebohrt sind und zur Bildung der kleinen Teile dienen, die auf eine höhere Temperatur erhitzt werden als die Umfangsteile, vorzugsweise in einem Bereich zwischen o,o7 und ο,8 cm Bezüglich der Anteile, in welchen die kleinen, in die Platten für das Ausblasen von Luft gebohrten Löcher zur Bildung der Teile, die auf höhere Temperatur zu erhitzen sind, verteilt werden, haben sich folgende Werte als günstig erwiesen: Bei

2 einer Querschnittsfläche der kleinen Löcher von o,o7 cm

2 ergibt sich für 1 bis Io kleine Löcher pro cm die untere Grenze der Fläche von kleinen Löchern und der Bereich der Anzahl zu dieser Zeit. Bei einer Querschnittsfläche von

2 2

o, 8 cm und o,25 bis o,7 Löcher pro cm liegt die obere Grenze der Flächen der kleinen Löcher sowie der Bereich ihrer Anzahl in diesem Zeitpunkt.

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Die vorstehenden oberen und unteren Grenzen wurden anhand von vielen Versuchen festgestellt. Wenn di.e Flächen der kleinen

2 2

Löcher in dem Bereich von o,o7 cm bis o,8 cm liegen, ändert sich die untere Grenze der Anzahl von kleinen Löchern pro cm im Bereich von 1 bis o, 2, während im wesentlichen eine lineare funktionelle Beziehung mit den Flächen der kleinen Löcher, aufrechterhalten wird. Die obere Grenze ändert sich in dem Bereich von Io bis o,7₅ während eine im wesentlichen lineare funktioneile Beziehung zu den Flächen der kleinen Locher erhalten bleibt.

Die Temperatur der erfindungsgemäß verwendeten Heißluft zum Aufheizen der Folie muß höher sein als die optimale Formungstemperatur und ändert sich abhängig von Art und Stärke der Folie. Günstige Ergebnisse erzielt man, wenn die Temperatur der Heißluft zwischen 15o C und 25o C liegt. Der Durchsatz der durchgeblasenen Heißluft und der Abstand zwischen der von der Luft durchblasenen Platte und der Folie spielen ebenfalls eine bedeutende Rolle bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Durchsatz der Blasluft und der Abstand ändern sich abhängig von Art und Stärke der Folie und von der Form des gewünschten herzustellenden Gegenstandes. Die vorstehend angeführten Bedingungen sind zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe bevorzugte Werte. Das bedeutet, daß, wenn die kleinen Löcher kreisförmig sind, die Durchmesser der kleinen Löcher zwischen etwa 3 und Io mm liegen, während die Geschwindigkeit der durchgeblasenen heißen Luft zwischen 6.und 2o m/s liegt. Der Abstand zwischen der von Luft durchblasenen Platte und der Folie liegt zwischen 5o und I50 nun.

Die Querschnittsformen der von Luft durchblasenen kleinen Löcher sind nicht auf Kreise beschränkt, sondern können auch anders geformt sein, beispielsweise oval, quadratisch oder leicht stabförmig. Weiterhin brauchen die kleinen Teile b. , b_o, X) ... b , die in Fig. 5 gezeigt sind und schneller

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-Ik-

erhitzt werden, nicht während der Aufheizzeit auf festgelegte Teile der Folie beschränkt zii sein. Das bedeutet, daß, selbst wenn die Folie relativ langsam in der Aufheizstufe bewegt wird, die erfinduiigsgemäße Aufgabe dann gelöst werden kann, wenn die Bedingungen so eingestellt sind, daß das in Fig· 3 gezeigte ^T erreichbar ist.

Die spezielle Erhitzung in der Heizzone kann mit Hilfe des Erhitzens von Heißluft auf wirksame Weise erzielt werden. Wenn ™ durch Verwendung einer elektrischen Heizeinrichtung durch Strahlung geheizt ward, kann die gleiche spezifische Aufheizung wie mit. Heißluft dadurch erreicht uaicon, daß eine Maske bzw. Abschirmung zwischen der Heizeinrichtung und der Folie in der Heizzone angeordnet wird, so daß ein ähnlicher Effekt wie die in den kleinen Bereichen a., a_o, a ... a ,

χ & j n

wie in Fig. 4 gezeigt, erreicht werden kann, wie er mit den kleinen Löchern 5 für das Durchblasen von Heißluft erreichbar ist, was in Fig. 8 gezeigt ist. Der Ausdruck "durchbohrte Einrichtung" soll deshalb alle diese Möglichkeiten umfassen.

Die auf die Temperatur T und T, in dem Bereich der optimalen fc Formungstemperaturen, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, infolge der speziellen Erhitzung iri der Heizzone, wie oben erwähnt, erhitzte Folie wird sofort in die Formungszone übergeführt, wo nach einem bekannten Verfahren die Verformung stattfindet.

Diese Verformung soll anhand des in den Figuren 9 und Io gezeigten Beispiels näher erläutert werden, wo zur Warmformung eine Heißluftumwälzfornnnaschine verwendet wird.

Bei der in diesen Figuren gezeigten Vorrichtung wird eine aufgewickelte, biaxial gestreckte Polystyrolfolie verwendet mit einer Breite von l4oo mm, einer Normstärke von o, 5 und einem ungleichförmigen Stärkeanteil von + l8 %. Die

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Folie S, die von dem Packen 6 abgewickelt wird, wird durch
eine Führungsrolle 7> eine Ausgleichsrolle 8, eine Führungsrolle 9 und eine Eins tel lroll e Io einem Kettenf örderniecluuiismus 11 zugeführt. Danach wird die Folie intermittierend in
Intorvalloii von 2,5 s, die in einem Bereich von 1,5 bis 4, ο s abhängig von der Folienstärke und den Hcizbedingungen verändert worden können, mit einem Vorschub von a cm bewegt. Die Zuführungsbreite kann zwischen 35 und 55 cm abhängig von der
Größe des gewünschten geformten Gegenstandes und der Lage der Metallform geändert werden. Dabei ist die Folie auf beiden
Seiten durch Tragbefestigungen des Kettenfördermechanismus
11 gehalten, Der Aubohni.il: I ist eine Vorwärm- bzw. Vorerhitzungszone für die Folie S. Der Abschnitt 11 ist die Heizzone, der Abschnitt TII die Verformungszone. In dem Abs-clmitt I
wird die Folie auf 7 ο C mit Heißluft erhitzt. Der Abschnitt I umfaßt einen dicht geschlossenen, aus Eisenblech hergestellten rechteckigen Behälter 12, Heißluftblasleit'ungen I3-I und 13-2, die in dem Behälter angeordnet sind, sowie eine Vielzahl von
Platten 14-1 und l4-2 für das Durchblasen von Luft, die direkt mit den Leitungen verbunden sind. An beiden Seiten des rechteckigen Behälters 12 sind Schlitzteile 15 und l6 für den Einlaß und Auslaß der Folie vorgesehen. Ferner ist das'Behälteräußere 12 mit einer Isolationsmasse 12' isoliert, um Wärmeverluste zu verhindern. In dem Abschnitt I wird die Folie, auf eine Temperatur bis in der Nähe der Temperatur, wo das
Schrumpfen beginnt, d. h. ?o C, mit Umwälzheißluft erhitzt.
Die Heißluft wix~d über Lufteinlässe I7-I und 17-2, eine Lufteinlaßleitung l8, ein Gebläse 191 eine Heizeinrichtung 2o, Abführleiiungen 21-1 und 21-2, Drosseln bzw. Befeuchter 22-1 und 22-2, obere und untere Luftblasleitungen I3-I und 13-2, obere und untere Platten l'i-1 und 14-2 für das Duixhblasen von Heißluft umgewälzt , wobei nach dem Erhitzen der beiden Seiten der Folie S die Heißluft in Lufteinlässe I7-I und 17-2 eintritt. Auf dem

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Umwälzweg der Heißluft ist ein Thermometer 23 angeordnet, mit dem die Leistung der Heizeinrichtung 2o automatisch gesteuert wird, um die Heißlufttemperatür auf 85 C einzustellen. In diesem Falle kann die Temperaturverteilung in dem Abschnitt I auf 85 C + ο,6 C einreguliert werden. Der Abschnitt I ist dreimal so lang wie die Zuführbreite der Folie. Wenn nun die Formungszeit 2,5 s beträgt, wird die Folie auf 7 ο C erwärmt, indem sie 7i5 s lang mit Heißluft beaufschlagt wix~d, die von den oberen und unteren Platten für das Aufblasen von Luft ausgeblasen und auf 85°C gehalten wird.

In dem Abschnitt II, also in der Heizzone, wird die bereits auf 7o C vorerhitzte Fo3.ie weiter auf eine Formung st emp era tür von I30 C erhitzt. Dieses Erhitzen wird durch Aufblasen von Heißluft von I60 C auf die beiden Seiten der Folie mit einer Geschwindigkeit von l6 m/s durch kleine Löcher ausgeführt, die in die obere und untere Platte für das Aufblasen von Heißluft gebohrt sind, wobei die Platten symmetrisch in einem Abstand von 5 cm von der Folie, wie in Fig. 7 gezeigt, angeordnet sind. Die kleinen Löcher haben einen Durchmesser von 6 mm und sind derart verteilt und angeordnet, daß der Abstand zwischen den Mitten der am nächsten liegenden Löcher etwa lo,6 mm in der 45 Richtung, 15 mm in der senkrechten Richtung und 15 mm in Horizontalrichtung beträgt, was aus Fig. 11 zu ersehen ist. Bei diesem Erhitzen werden viele feine durchgehende ungleichförmige Teile über der ganzen Fläche der Folie im Abschnitt II wie vorstehend näher erläutert, erzielt, wodurch die Ausbreitung einer ungleichförmigen Stärke völlig verhindert wird. Bei dem vorstehenden Beispiel überdecken die Platten für das Ausblasen von Heißluft die ganze Breite der Folie. Dies betrifft jedoch nur eine bevorzugte Ausführungsform und ist nicht immer erforderlich. Die erfindungsgemäße Wirkung kann auch dann erreicht werden, wenn nur etwa 60 % der ganzen Breite der Folie überdeckt sind.

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Der Abschnitt Il besteht aus einem dicht verschlossenen, aus Eisenblech hergestellten rechteckigen Behälter 2'i, der mit dem Abschnitt I veiijunden ist und die gleiche Heißluftumwälzeinrichtung wie der Abschnitt I aufweist. Die Außenweite des Behälters 2k ist isoliert und mit einem Schlitz für den Auslaß der Folie zum Abschnitt III, d. h. der Formungszone hin, versehen. Die Heißluft wird durch Lufteinlässe 25-1 und 25-2, eine Lufteinlaßleitung 26, ein Gebläse 27 für die Luft, eine Abführleitung 28, Heizeinrichtungen 29-1 und 29-2, Drosseln bzw. Befeuchter 3o-l und 30-2, obere und untere Blasleitungen 3I-I und 3I-2, obere und untere Platten 32-1 und 32-2 für das Durchblasen von-Heißluft umgewälzt, wobei nacn dem Erhitzen der beiden Seiten der Folie die Luft in die Lufteinlässe 25-1, 25-2 strömt. In der Umwälzung für die Heißluft ist ein Thermometer 33 eingesetzt, wodurch die Eingangsleistungen der Heizeinrichtungen 29-1 und 29-2 zur Einstellung der Heißlufttemperatur auf 160 C automatisch gesteuert werden können. Im vorliegenden Fall kann die Temperaturverteilung in dem Abschnitt II auf I60 + 0,6 C reguliert werden. Die Länge des Teils II ist zweimal so gx-oß wie die Verschiebung bzw. der Vorschub der Folie. Wenn die Formungszeit 2,5 s beträgt, wird die Temperatur der Bahn auf I30 C durch ein 5 s langes Erhitzen mit Heißluft erhöht, die von der oberen bzw. unteren Platte für das Ausblasen von Luft erhitzt wird, wobei die Lufttemperatur auf I60 C gehalten ist.

Der Abschnitt III ist die eigentliche Formungszone. Wenn die in dem Abschnitt II auf 13o°C erhitzte Folie in die Formungszone gebracht wird, werden eine obere bewegliche Platte 3'± und eine untere bewegliche Platte 35 einzeln abgesenkt bzw. angehoben mit Hilfe von luftbetätigten Zylindern 36 bzw. 37 j wodurch die Folie festgeklemmt ist. Darauf betätigt ein luftbetriebener Zylinder 38 einen Kolben 39» der in eine Metallform ko eingeführt wird. Gleichzeitig wird Durckluft zugeführt,

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um die VFärtneforraung der Folie vorzunehmen. Darauf werden die beweglichen Platten 3^ bzw. 35 nach oben und unten geöffnet und das geformte Produkt freigegeben. Auf die vorstehend beschriebene Weise erhält man einen hervorragenden becherförmig ausgebildeten Gegenstand, der aus der geformten Wand S¹ besteht, welche, wie in Fig. 12 gezeigt ist, den Innetirauni kl umschließt. Der obere Offnungsdurchmesser des Bechers beträgt 71 mm, die Höhe 65 mm, der Durchmesser des Bodens kG mm.

Mit der erfindungsgemäßen Formvorrichtung können gestreckte Folien von Polyäthylen, Po3.ypropylen und Polyvinylchlorid mit den in Tabelle 2 gazeigten Eigenschaften Formungsversuchen ausgesetzt werden. Man erhält hervorx-agend ausgeformte Gegenstände, die genauso gut sind, wie die vorstehend anhand des biaxial gestreckten Polystyrols beschriebenen.

Zum Vergleich hat man mit den vorstehend genannten gestreckten Folien thermoplastischer Harze die gleichen Versuche durchgeführt, mit der Ausnahme, daß das herkömmliche Verfahren für die Strahlungsbeheizung anstelle der vorstehenden Heißluftbeheizung verwendet wurde. Es hat sich gezeigt, daß jede Folie in der Heizzone dünner war und nicht verformt werden konnte.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.j Vorfahren zur thermischen Verformung einer Folie ' GXIiUW thermoplastischen Harzes, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Seite der Folie hin in die Nähe der Vcrfi/rmungstemperatiu' erhitzt wird, so daß viele kl eint« Dereiche gebildet werden, die nahe beieinander liegen, wobei jeder der Boreiche aus einem Mittelteil und einem darum herum angeordneten Umfangstoil besteht und das Mittelteil schneller erhitzt wird als die Umfangsteile, und daß dann die thermische Verformung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hereiche über der ganzen Oberfläche der Folie ausgebildet λ< erden.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen in einer Fläche von wenigstens Go % der Oberfläche der thermoplastischen Folie erfolgt.

k. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen der schneller zu erhitzenden Mittelteile 5 bis 15 C höher sind alf5 die der Unfanpstcile.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen bei 15o bis 25o C erfolgt.

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6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (25 bis 3²), die vor der Einrichtung (III) füx~ die thermische Verformung angeoi-dnet ist, wobei die Heizeinrichtung (25 bis J2) Lochplatten (32-1, 32-2) aufweist, die gegenüber wenigstens einer Seite der zu behandelnden thermoplastischen Folie (S) angeordnet sind und durch die ein Heizmedium hindurchführbar ist, wodurch viele kleine Bereiche (a., a_o ... a ) auf der Folie (S) nahe beieinander gebildet werden, jedex" der Bereiche (a., a_o ... a ) aus einem Mittelteil (b., b„ ... b )

und einem Umfangsteil (c.,, c_o ... c ) darum herum

χ & η

gebildet wird und der Mittelteil (b., b . . . b ) schneller aufheizbar als der Umfangsteil (c_i5 c_o

... c ) ist, so daß man aus handelsüblichen Folien η

mit ungleichf öx^miger Stärke Produkte überlegener Qualität formen kann.

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadux~ch gekennzeichnet, daß die Fläche der kleinen Löcher der Lochplatten

2
zwischen o,o7 und o,8 cm liegt, wobei die Anzahl

2 der Löcher 0,25 bis Io pro cm der Oberfläche der thermoplastischen Folie beträgt.

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