DE2145080C3 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Änderung des Dickenprofils bei der Herstellung von Folienbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung der jeweils im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 angegebenen Art zur kontinuierlichen Änderung des Dickenprofils bei der Herstellung von Folienbahnen aus thermoplastischen Kunststoffen.

Bei der Herstellung von Folienbahnen, insbesondere aus thermoplastischem Material, ist es nicht möglich, eine einheitliche Foliendicke über die gesamte Bahnbreite zu erreichen.

Die Folien weisen stets zahlreiche nebeneinanderliegende schmale Bereiche auf, die dicker oder dünner als die mittlere Foliendicke sind. Diese Bereiche unterschiedlicher Dicke verlaufen streifenförmig in Längsrichtung der Folienbahn und behalten ihre Lage

. innerhalb der Herstellung über einen langen Zeitraum hin bei. Diese streifenförmigen Dick- bzw. Dünnstellen, die im folgenden der Einfachheit halber als Streifen bezeichnet werden, können von verschiedenen Ursachen herrühren, wie z. B. Viskositäts- oder Temperaturunterschiede in der extrudierten Schmelze, geringfügige Oberflächenrauhigkeiten an der Düse oder Benetzungsunterschiede beim Austritt der Schmelze aus der Düse. Bei längsgestreckten oder biaxialgestreckten

ι 5 thermoplastischen Folien können die Streifen auch noch zusätzlich durch ungleichmäßige Verstreckung entstehen. Da diese Streifen unterschiedlicher Dicke ihre Lage in der Folienbahn beibehalten, addieren sich die Dickenabweichungen beim Aufwickeln der Folienbahn.

2') Es kommt dadurch auf der Rolle zu ringförmigen Wulsten aufgrund von Dickstellen und zu ringförmigen Rillen aufgrund von Dünnstellen. Sowohl die Wulste als auch die Rillen führen zu sehr nachteiligen bleibenden Verprägungen und Verdehnungen der Folie. Des weiteren erweisen sie sich als sehr nachteilig beim Weiterverarbeiten, ζ. B. beim Metallisieren oder Beschichten der Folienbahn oder bei deren Verwendung in Verpackungsmaschinen.
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, das

3» Dickenprofil bei der Herstellung von Folienbahnen zu beeinflussen. Da die erwähnten Ursachen der Streifen von sehr unterschiedlicher Natur sind, bereitet es jedoch erhebliche technische Schwierigkeiten, diesen Ursachen innerhalb der Produktion entgegenzuwirken. So hat

i¹» man beispielsweise bereits versucht, das an sich stationäre Dickenprofil der Folienbahn so zu beeinflussen, daß die Dickenabweichungen im Laufe der Zeit ihre Lage verändern. Dadurch wird die additive Wirkung der Dickenabweichungen beim Aufrollen vermieden und man erhält eine Rolle ohne die nachteiligen Verprägungen der Folie. Dies erreicht man durch Changieren der Aufrollung beim Aufwickeln der Folienbahn. Diese Methode führt zwar zur Verbesserung der Folienrolle, beseitigt jedoch einmal das Problem nicht vollständig, da man die Dick- bzw. Dünnstellen nur um einige Zentimeter, bezogen auf die Bahnbreite, versetzen kann und ist zum anderen wegen der technischen Aufwendigkeit der Changierung, insbesondere bei breiten Folienbahnen, nur beschränkt einsetzbar.

Eine andere Methode besteht darin, eine zusätzliche Dickstelle auf der Folie zu erzeugen und diese periodisch über die Bahnbreite hinweg laufen zu lassen. Diese Dickstelle dient beim Wickeln ah Abstandshalter. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß man die Einzeldurchmessung bewußt verschlechtert und einen Mehrverbrauch an Material in Kauf nehmen muß.

Weitere Methoden sind, in die Längs- und Querstrekkung einzugreifen, um so künstliche Dickstellen zu erzeugen, wobei allerdings auch hier die Einzeldurchmessung bewußt in grobem Maße verschlechtert wird.

Alle diese bisher praktizierten Verfahren führen nur dann zu einer Verbesserung des Rollenaufbaues, wenn die künstlich erzeugten, diskreten Dickstellen, sehr dicht gelegt werden können, d. h. wenn sie nur einen geringen gegenseitigen Abstand aufweisen. Da diese Dickstellen meist sehr stark ausgeprägt sind, bringen sie eine deutliche und unerwünschte Verschlechterung des Dickenprofils der Folie mit sich. Außerdem muß die

Oszillation der Dickstellen über die Bahnbreite bei den erwünschten hohen Produktionsgeschwindigkeiten mit !hoher Frequenz erfolgen, was zu ungelösten technischen Problemen bei der Ausführung dieser Verfahren iührL

Aus der DE-AS 12 54 856 ist außerdem ein spezielles Verfahren zum Anlegen von Schmelzen aus thermoplastischen Kunststoffen an Kühlwalzen bekannt, bei dem lediglich die Ränder der Schmelze mit elektrischen Ladungen beaufschlagt werden. Hierbei wird zwar der Schmelzefilm ungleichmäßig mit elektrischen Ladungen quer zur Bahnlaufrichtung beaufschlagt, jedoch ist mit diesem Verfahren ein Changieren der Dick- und Dünnstellen quer zur Bahnlaufrichtung und über die gesamte Bahnbreite nicht gegeben. Dies ist auch nur ein ι·> Sonderfall, da man das Verfahren normalerweise mit Draht-, Band- oder Spitzenelektroden betreibt und somit gleichmäßig Ladungen auf die Folie gebracht werden. Auch im Falle der Spitzenelektroden wird eine gleichmäßige Ladungsverteilung erreicht, da die Spitzenelektroden immer eine gewisse Streubreite in der Ladungserzeugung besitzen. Die Spitzen müssen dabei derart angeordnet sein, daß die Schmelze gleichmäßig mit Ladungen beaufschlagt werden, damit ein gleichmäßiger Anlegeeffekt und hierdurch eine gleichmäßige Folie erzielt wird.

Es stellte sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem das Dickenprofil der Folienbahn quer zur Bahnlaufrichtung kontinuierlich während der Herstellung derart changierend verschoben wird, daß beim Aufwickeln der Folie keine Verprägungon oder Verdehnungen mehr auftreten und wobei gleichzeitig das Dickenprofil an sich nicht oder nur unwesentlich verschlechtert wird.

Gelöst wird die vorstehend genannte Aufgabe durch η ein Verfahren zur kontinuierlichen Änderung des Dickenprofils bei der Herstellung von Folienbahnen aus thermoplastischen Kunststoffen, bei dem die Schmelze aus einer Düse extrudierl, kontinuierlich abgezogen und anschließend zu einer Folienbahn abgekühlt wird und w die Schmelze unmittelbar nach dem Austritt aus den Düsen ungleichmäßig mit elektrostatischen Ladungen quer zur Laufrichtung beaufschlagt wird, dessen kennzeichnendes Merkmal darin besteht, daß die ungleichmäßige Verteilung der Ladungen in zeitlicher Aufeinanderfolge und/oder ladungsdichiemäßig erfolgt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Schmelze quer zu ihrer Abzugsrichtung ungleichmäßig aufgeladen, was in zeitlicher Aufeinanderfolge von Ladungen und/oder durch unterschiedliche Ladungsdichte erzielt wird. Hierdurch wird sowohl eine unterschiedliche Anlegung der Schmelze an die Kühloberfläche als auch eine differenzierte Benetzung der Schmelze an der Düse erreicht, was zu statistischen Dickenschwankungen in der Folie führt. v>

Der Grund für diesen überraschenden Effekt liegt möglicherweise in der Coulombwechselwirkung mit der elektrisch geerdeten Düse, wobei die aufgegebenen Ladungen eine Kraft auf die Schmelze in Richtung der zu der Düse hin verlaufenden elektrischen Feldlinien ausüben.

Eine Änderung in >,., /.v-uiichen Ladungsverteilung und/oder der Ladungsdichte hat selbstverständlich auch Änderungen in der Benetzung der Schmelze an der Düse und in der Anlegung der Schmelze an der Kühloberfläche, insbesondere Kühlwalzen, zur Folge, so daß hierdurch das Verfahren im Hinblick auf die statistischen Dickenschwankungen variiert werden

Für viele Fälle isi es bereits ausreichend, wenn man nur Teile der Schmelze quer zur Laufrichtung mit den unterschiedlichen Ladungen beeinflußt, jedoch hat es sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn man die gesamte Breite der Schmelze mit den ungleichmäßigen Ladungen beaufschlagt.

Die Ladungen werden über die später beschriebenen Elektroden erzeugt, die an im Handel erhältliche Hochspannungsgeneratoren angeschlossen werden, wobei sowohl Gleichspannung als auch Wechselspannung eingesetzt werden kann.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einer mittels eines Extruders gespeisten Breitschlitzdüse und einer im Abstand zu der Düse angeordneten Kühloberfläche, insbesondere Kühlwalze, wobei zwischen der Düse und der Kühloberfläche in sehr dichtem Abstand an dem Düsenschlitz wenigstens einseitig nahe der Oberfläche der austretenden Schmelze wenigstens eine Elektrode über die Breite der Schmelze angeordnet ist, deren kennzeichnendes Merkmal darin besteht, daß die Elektrode eine unregelmäßige Oberfläche aufweist und/oder kontinuierlich Ladungen unterschiedlicher Stärke abgibt.

Eine Änderung der Lage der Unregelmäßigkeiten der Elektrode bezüglich des Schmelzfilmes hat eine entsprechende Änderung der Ladungsyerteilung auf dem Schmelzfilm und damit eine Änderung der Düsenbenetzung zur Folge. Durch zusätzliches kontinuierliches oder diskontinuierliches Verschieben oder Drehen der Drahtelektrode läßt sich weiterhin das Dickenprofil der Folie in einfacher Weise wirksam beeinflussen.

Die alternative Möglichkeit, um zu willkürlichen Beladungsänderungen der Oberfläche der Schmelze und damit zu statistischen Dickenungleichmäßigkeiten der Folienbahn zu gelangen, ist die zeitliche Änderung der elektrischen Hochspannung. Eine solche Änderung läßt sich auf einfache Weise, z. B. dadurch herbeiführen, daß der gegebenen konstanten Hochspannung eine veränderliche Spannungsfunktion überlagert wird.

Die dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegende Drahtelektrode hat nichts mit der Drahtelektrode der DE-AS 12 54 856 zu tun, die häufig angewandt wird, um die Schmelze nach dem Austritt aus der Extrusionsdüse durch Belegen mit elektrostatischen Ladungen rasch und blasenfrei an eine gekühlte Walze anzulegen. Die Drahtelektrode zum elektrostatischen Anlegen der Schmelze kann selbstverständlich zusätzlich zu der erfindungsgemäßen, der Beeinflussung des Dickenprofils dienenden Drahtelektrode eingesetzt werden.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die statistische Beeinflussung des Dickenprofils eines frisch extrudierten Schmelzfilmes ist darauf zu achten, daß sich die mit einer unregelmäßigen Oberfläche versehene Elektrode möglichst nahe der Austrittsöffnung der Schmelze aus der Extrusionsdüse befindet. Vorzugsweise wird die Elektrode hinter dem frisch extrudierten Schmelzfilm angeordnet, obwohl eine Beeinflussung des Dickenprofils der Folie auch erreicht wird, wenn sich die Elektrode vor dem Schmelzfilm befindet. Die räumlichen Bezeichnungen »vor« und »hinter« beziehen sich dabei auf die Abzugsrichtung der Schmelze.

Die Drahtelektrode wird mittels eines üblichen Hochspannungsnetzgerätes auf negatives, vorzugswei-

se jedoch positives Potential gegenüber Erde gelegt. Der Betrag der angelegten Hochspannung ist mindestens so zu wählen, daß in der Umgebung des Drahtes eine Ionisation der Gasmoleküle stattfindet.

Die Spannungen bewegen sich hierbei zwischen 100 Volt und der Durchschlagsspannung, vorzugsweise zwischen 4000 und 20 000VoIt. Die Elektrodendurchmesser betragen zwischen 0,01 mm und 20 mm.

Das Verfahren zur statistischen Beeinflussung des Dickenprofils läßt sich auf alle aus einer Düse extrudierbaren, thermoplastischen, dielektrischen Folien anwenden. Insbesondere eignet es sich für Folien aus Polyester, wie Polyethylenterephthalat oder Polyolefinen, wie Polypropylen oder Polyäthylen. Die hergestellten Folien können anschließend weiterbehandelt werden. Günstigere Werte ergeben sich dabei vor allem bei mono- oder biaxialgetreckten Folien, die auch thermostabilisiert werden können.

Das Verfahren und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung werden nochmals anhand der folgenden Figurenbeschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.

F i g. 1 zeigt eine teilweise im Querschnitt ausgeführte Seitenansicht einer Vorrichtung, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann.

F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens in Kombination mit der zusätzlichen Anordnung einer an sich bekannten Drahtelektrode zur elektrostatischen Anheftung des Schmelzfilmes an eine gekühlte Walze.

F i g. 3 bis 6 zeigen mögliche Ausführungen der Elektrode zur Durchführung des Verfahrens, die z. B. mit Hilfe der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung in Rotation um ihre Längsachse oder mit Hilfe der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung in eine Bewegung senkrecht zur Extrusionsrichtung versetzt werden kann.

In Fig. 1 wird aus einer Düse (1) eine Schmelze (2) aus thermoplastischem Material extrudiert und mittels einer sich drehenden Kühlwalze (3) zum Erstarren gebracht. Bezogen auf die Drehrichtung der Kühlwalze (3) befindet sich hinter dem Schmelzfilm (2) quer zur Filmbahn eine draht- oder stabförmige Elektrode (4) mit einer unregelmäßigen Oberfläche In der gezeigten Ausführung besteht die Inhomogenität der Elektrodenoberfläche aus einer Vielzahl von wendelförmig auf der Elektrode angebrachten Spitzen. Die Elektrode (4) wird mittels einer Riemenübersetzung (5) von dem Motor (6) in langsame Rotation versetzt, wobei einige Umdrehungen pro Minute bevorzugt sind. Über die Zuführungsleitung (7) wird die Elektrode (4) durch den Hochspannungsgenerator (8) auf sin vorzugsweise positives Potential gegenüber Erde gebracht, dessen Höhe eine Ionisation der die Elektrode (4) umgebenden Gasmoleküle ermöglicht

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführung. Die mit Spitzen versehene Elektrode (9) wird über eine Exzenterscheibe (10) von dem Motor (6) in eine periodische Hin- und Herbewegung quer zur Folienbahn versetzt Zusätzlich ist auf der Vorderseite des Schmelzfilmes (2) eine an sich bekannte Drahtelektrode (11) quer zur Folienbahn angebracht, die durch Aufsprühen von elektrostatischen Ladungen ein rasches Anheften des Schmelzfilmes (2) auf die Kühlwalze (3) bewirkt

Die Fig.3 bis 6 zeigen einige verschiedene Ausführungen der draht- oder stabförmigen Elektrode (4, 9). Die Elektroden (4, 9) bestehen aus elektrisch leitenden Drähten, Stäben oder Rohren, die entweder in regelmäßiger oder in unregelmäßiger Anordnung mit elektrisch leitenden Spitzen besetzt oder lediglich mit einem weiteren Draht umschlungen sind (Fig.6). Die Spitzen können z. B. durch Einsetzen metallischer ϊ Spitzen, durch Behandlung mit einer Feile, durch Sandstrahlen oder durch Schweißpunkte, wie sie beim Elektroschweißen entstehen, erzeugt werden. Ebenso ist es möglich, eine dünne Drahtelektrode außen mit einer dielektrischen Schicht zu umgeben, die nur an

in einzelnen Punkten durchbrochen wird, so daß an diesen freiliegenden Stellen der Elektrode eine Gasionisation auftreten kann. Eine weitere Ausführung besteht aus mehreren elektrisch leitenden Spitzenelektroden, die quer zur Folienbahn angeordnet sind.

Eine weitere Möglichkeit bietet das Verfahren, indem man z. B. die Drehzahl der in den F i g. i und 2 gezeigten Antriebsmotoren (6) ständig variiert und/oder die Höhe des an die Elektrode angelegten Potentials schwanken läßt. Beides ist mit einfachen und herkömmlichen Mitteln zu bewerkstelligen.

Beispiele

An einer Anlage wurde eine Polyäthylenterephthalat-Schmelze aus einer 480 mm breiten Breitschlitzdüse extrudiert und mittels einer Drahtelektrode von regelmäßiger Oberfläche in bekannter Weise elektrostatisch an eine rotierende Kühltrommel angelegt. Die Folie besaß eine Stärke von 140 μ, wobei die Abweichungen von der Solldicke in Querrichtung im Durchschnitt ±5 μ betrug. Es wurden jeweils mehrere tausend Meter der hergestellten Folie in Querrichtung durchgemessen, wobei die Dick- bzw. Dünnstellen nahezu deckungsgleich, d. h. mit nur äußerst geringen seitlichen Verschiebungen übercinandcrlagen. Die aufgewickelte Folie zeigte die bekannten sogenannten Kolbenringe.

Die Folie wurde anschließend mit Streckverhältnissen zwischen 1 :2 bis 1:5 biaxial zu einer Folie von etwa 12 μ und einer Breite von 1260 mm verstreckt. Die Abweichungen von der Solldicke der verstreckten Folie betrugen in Querrichtung etwa zwischen ±0,6 μ bis ±0,4 μ. Bei einer Gesamtlänge der Folienbahn von 2500 m wurde in jeweils 100 m Abstand das Dickenprofil der Folie quer zur Bahn gemessen. Die einzelnen Dickenprofile waren nahezu deckungsgleich, d. h, daß Dick- und Dünnstellen ihre Lage auf der Folienbahn auch bei der Verstreckung konstant beibehielten. Anschließend wurde die gleiche Vorrichtung eingesetzt und unter den gleichen Bedingungen gearbeitet, jedoch mit dem Unterschied, daß zusätzlich zu der Anlegeelektrode auf der Rückseite der Schmelze eine rotierende Elektrode von der in Abb.6 dargestellten Form angebracht wurde. Der Durchmesser des Trägerdrahtes betrug 03 mm, der Durchmesser des zur Umschlingung verwendeten Drahtes 0,1 mm.

Die Elektrode wurde senkrecht unter dem Austrittsspalt der Düse in 10 mm Abstand von der Düse angebracht Der Abstand der Elektrode zur Kühlwalze betrug 15 mm. An die Elektrode wurde eine positive Gleichspannung von 8500 Volt angelegt wobei sich ein Entladungsstrom von 0,45 mA einstellte. Die Elektrode rotierte mit 4 Umdrehungen/Min. Das Querprofil der Vorfolie und der biaxialgestreckten Folie wurde wiederum in Abständen von 100 m gemessen. Die einzelnen Dickenprofile zeigten in Querrichtung gemessen Dickenschwankungen von ±0,6 μ bis ±0,5 μ und waren übereinandergelegt keineswegs mehr deckungsgleich. Vielmehr unterschieden sich alle Einzeldurch-

messungen voneinander in statistischer Weise. Bei der aufgewickelten Folie waren keine Kolbenringe mehr festzustellen, auch nach einer längeren Lagerzeit zeigten sich bei den gemäß der Erfindung hergestellten Folien keine Verprägungen oder Verdehnungen mehr.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Änderung des Dickenprofils bei der Herstellung von Folienbahnen aus thermoplastischen Kunststoffen, bei dem die Schmelze aus einer Düse extrudiert, kontinuierlich abgezogen und anschließend zu einer Folienbahn abgekühlt wird und die Schmelze unmittelbar nach dem Austritt aus der Düse ungleichmäßig mit elektrostatischen Ladungen quer zur Laufrichtung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleichmäßige Verteilung der Ladungen in zeitlicher Aufeinanderfolge und/oder ladungsdichtemäßig erfolgt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer mittels eines Extruders gespeisten Breitschlitzdüse und einer im Abstand zu der Düse angeordneten Kühloberfläche, insbesondere Kühlwalze, wobei zwischen der Düse und der Kühloberfläche in sehr dichtem Abstand an dem Düsenschlitz wenigstens einseitig nahe der Oberfläche der austretenden Schmelze wenigstens eine Elektrode über die Breite der Schmelze angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (4, 9) eine unregelmäßige Oberfläche aufweist und/oder kontinuierlich Ladungen unterschiedlicher Stärke abgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (4, 9) mit Einrichtungen (5, 6, 10) verbunden ist, die ihr eine rotierende, oscillierende oder changierende Bewegung oder eine Kombination dieser Bewegungen erteilt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Elektrodenoberfläche unregelmäßige und/oder in ihrer Anordnung unregelmäßig verteilte Spitzen angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Elektrodenoberfläche wendelförmig wenigstens ein Draht, bevorzugt in durchgehender Form, angebracht ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (4,9) mit einem Hochspannungsgenerator (8) verbunden ist, der kontinuierlich unterschiedliche Spannungen erzeugt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der unterschiedlichen Aufladungen erzeugenden Elektrode (4, 9) in bekannter Weise wenigstens eine gleichmäßige Aufladungen erzeugende Anlegeelektrode (11) zwischen Düse (1) und Kühloberfläche (3) angeordnet ist.