DE2257089C3

DE2257089C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen einer Folienbahn auf Recktemperatur

Info

Publication number: DE2257089C3
Application number: DE2257089A
Authority: DE
Inventors: Sidney J. Encino Baum; Anton J. Canoga Park Mayr
Original assignee: Foster Grant Products Corp Leominster Mass (vsta)
Current assignee: Foster Grant Co Inc
Priority date: 1971-11-23
Filing date: 1972-11-21
Publication date: 1979-01-11
Also published as: IT974843B; JPS5240342B2; JPS4875675A; DE2257089A1; CA997515A; US3744106A; DE2257089B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen einer Folienbahn auf Recktemperätur bei der Herstellung von in Längsrichtung molekular orientierten Folien aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die molekulare Orientierung durch Recken zwischen einem Walzenspalt eines Einlaufwalzenpaars und Abzugswalzen erfolgt und die Folienbahn in einer Heizzone auf die Recktemperatur erwärmt wird, die sich an der ■\iisl.iiifseite des Wal/ensoaltcs mier über die Breite der Folienbahn und mit ihrem größeren Tei! innerhalb des Bereiches zwischen der Auslaufseite des Walzenspaltes und einer Tangentialfläche an die Einlaufwalzen erstreckt.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens mit einem durcli ein Einlaufwalzenpaar gebildeten Walzenspalt, Abzugswalzen hinter der Reckzone und mit einer Heizvorrichtung zum Erwärmen der Folienbahn auf die Recktetiperatur,

in die an der Auslaufseite des Walzenspaltes in dessen unmittelbarer Nähe quer über die Breite der Folienbahn angeordnet ist.

Das einachsige bzw. monoaxiale Recken thermoplastischer Folienbahnen ist als Verfahren zum Verändern der physikalischen und optischen Eigenschaften solcher Folienbahnen bekannt Für das einachsige Recken bzw. Orientieren solcher Folienbahnen sind zahlreiche Vorrichtungen entwickelt worden. In diesen wird die Folienbahn meistens durch ein Paar als Klemmwalzen ausgebildete Einlaufwalzen geleitet, die mit einer festgelegten Geschwindigkeit umlaufen, und anschließend zum Recken in axialer Richtung zwischen einem Paar Abzugswalzen hindurchgeführt werden, die mit einer höheren Geschwindigkeit umlaufen. Anstelle eines oder der beiden Walzenpaare kann eine einzelne Walze vorgesehen sein, wobei die Folienbahn unter Spannung um einen Teil des Umfangs dieser einzelnen Walze herumgeführt ist. Vor oder während des Reckvorgangs wird die Folie erwärmt, nach dem Recken wird sie

ifl abgekühlt und auf eine Aufwickelrolle aufgewickelt

Mit bekannten Vorrichtungen gereckte Folienbahnen befriedigen aus verschiedenen Gründen nicht vollständig. Beispielsweise besteht eine Neigung zu übermäßiger Verkleinerung der Breite der Folienbahn und zu

H einem ungleichmäßigen Recken der Folienbahn in den randnahen Bereichen, woraus sich für verschiedene Verwendungszwecke der Folienbahn übermäßig große Abfallverluste ergeben. Zu den Versuchen, die unternommen wurden, um diese Nach'eile zu überwinden.

•in insbesondere um eine übermäßige Breitenverkleinerung zu vermeiden, zählen u. a. folgende Maßnahmen:

Verringerung des Abstandes zwischen den Einlaufund den Abzugswalzen (US 25 47 763), Erhöhung des Reckverhältnisses durch schnelles Erwärmen nur eines sehr schmalen, quer verlaufenden Streifens im Bereich zwischen den Einlauf- und den Abzugswalzen (US 28 54 697), S-förmig verschlungene Führung der Folienbahn um eine Abzugswalze und eine in geringem Abstand daneben oder darüber angeordnete beheizte

ίο Einlaufwalze (US 32 14 503), Erwärmen der Folienbahn während des Reckvorgangs nur in ihrem mittleren Bereich und Nichtbeheizen der Randzonen (US ^8 04 652) sowie Erwärmen der Folienbahn sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite und Verwendung verschiedener Wärmequellen, wie beispielsweise Heißluft, elektrische Widerstandsheizelemente, Beheizung der Walzen oder eine Kombination davon.

Alle Versuche, durch Anwendung der genannten Mittel eine gleichmäßig orientierte Folie von hoher Qualität bei minimalem Verlust an Felienbreite zu erzeugen, haben keine zufriedenstellenden Ergebnisse gebracht.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der

ii5 US 25 47 763 beispielsweise, die unter die eingangs genannten Gattungen fallen, erfolgt die Erwärmung der Folienbahn durch je eine Heißluftdüse, die an der OberiiikI I Interseite der aus dem Walzenspalt der Finlaiifwal-

7.en austretenden Folienbahn angeordnet sind. Die mit dieser Vorrichtung erzeugte, einachsig orientierte thermoplastische Folie weist hinsichtlich ihrer Dicke statistisch verteilte Ungleichmäßigkeiten auf, die wohl auf die Beheizung mittels Warmluft zurückzuführen sind. Eine solche Beheizung führt niemals zu einer über einen Flächenbereich gleichbleibend konstanten Erwärmung, so daß sich die Folienbahn entsprechend ihrer unterschiedlichen Erwärmung unterschiedlich reckt und somit unterschiedliche Dicke und unterschiedlichen Orientierungszustand erhält Damit eine unzulässig starke Breiteneinschnürung der Folienbahn beim Recken vermindert wird, erfordert die Vorrichtung gemäß der US 25 47 763 einen kleinen Abstand zwischen dem Paar Einlaufwalzen und dem Paar Abzugswalzen.

Auch die Verwendung eines elektrischen Widerstands-Heizstabes von kleinem Durchmesser, beispielsweise etwa 4,8 mm, zum Erwärmen nur eines schmalen, willkürlich im Bereich zwischen den Abzugs- und den Klemmwalzen angeordneten Folienitreifens brachte als Ergebnis große Breiteneinschnürung der Folienbahn und starke Inhomogenitäten der Orientierung insbesondere im Randbereich. Auch war die erzielte Reckung ungleichmäßig, was offensichtlich auf die verhältnismäßig intensive Wärme, die aufgebracht werden muß, um in der von dem dünnen Heizstab erzeugten schmalen Wärmezone die geforderte Erweichung des Kunststoffes herbeizuführen, zurückzuführen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Folienbahn bei der Herstellung von in Längsrichtung molekular orientierten Folien aus thermoplastischerr Kunststoff derart auf Recktemperatur zu erwärmen, daß das Recken zu einer homogen orientierten Folienbahn mit geringer Breiteneinschnürung führt.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Erwärmung der Folienbahn im wesentlichen durch Strahlung und Wärmeleitung erfolgt

Erfindungsgemäß wird die Folienbahn also unter möglichst weitgehender Vermeidung einer Erwärmung der Folienbahn infolge von Konvektionsströmungen erwärmt. Solche Konvektionsströmungen, die umso stärker sind, je heißer die Wärmequelle ist, führen zu ungleichmäßigen Erwärmungen, c!a Konvektionsströmungen fast nie vollständig laminar sind. Die erfindungsgemäße Erwärmung der Folienbahn führt zu einer homogenen Erwärmung der Folienbahn innerhalb der Heizzone, die größtenf^ils innerhalb der Auslaufseite des Walzenspaltes der Einlaufwalzen liegt Dadurch wird die Folie homogen gereckt, wobei nur eine geringe Breiteneinschnürung der Folie erfolgt, da das Recken in der Nähe der Einspannstelle der Folie zwischen den Einlaufwalzen erfolgt Aus dem Stand der Technik sind zwar Erwärmungsverfahren der Folienbahn bekannt, bei denen die Folie ebenfalls teilweise durch Strahlung und/oder Wärmeleitung aufgeheizt wird, erst die Erfindung lehrt jedoch, daß es für das homogene Recken der Folienbahn von ausschlaggebender Bedeutung ist, Könvektionsströfflungen zu vermeiden und die Folienbahn möglichst nahe an ihrer EinspannsteÜe zwischen den Einlaufwalzen zu erwärmen,

Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Heizvorrichtung einen länglichen Heizstab aufweist, der zur Folienbahn hirs mit einer in geringem Abstand über der Folicnbrthn angeordneten Bodenflikhe .liisgebildet ist, deren größerer Teil innerhalb des durch eine Tangentialfläche an die Einlaufwalzen begrenzten Bereiches des Walzenspaltes angeordnet ist

Mit dieser Ausbildung und Anordnung des Heizstabes wird erreicht, daß sich zwischen der Bodenfläche und der Folienbahn ein relativ stillstehendes Luftpolster bildet, d. h. Konvektionsströmungen weitgehend vermieden sind, und daß die Folienbahn unmittelbar in der Auslaufseite des Walzenspaltes homogen auf Recktemperatur erwärmt wird. Durch die flächige Ausbildung des Heizstabes, d.h. die Bodenfläche des Heizstabes, wird erreicht daß die Bodenfläche eine nur wenig über der Recktemperatur der Folienbahn liegende Temperatur aufweisen muß, was bezüglich der Unterdrückung von Konvektionsströmungen und der homogenen Aufheizung der Folienbahn vorteilhaft ist

Mit Vorteil ist die Lage der Abzugswalzen relativ zu den Einlaufwalzen einstellbar, um den Winkel zwischen der Bodenfläche und der Folienbahn zu verändern.

Damit vurd eine besonders gute Anpaßbarkeit de: Vorrichtung an die jeweils verwe . iete Foüenbahn und die erforderliche Reckung erzielt.

Bevorzugt weist der Heizstab im wesentlichen dreieckigen Querschnitt mit einer Spitze in Richtung auf den Walzenspalt auf. Durch diese Ausbildung kann der Heiz: iab weitgehend innerhalb des Walzenspaltes angeordnet werden, wobei eine Umströmung des Heizstabes mit Luft, d. h. insbesondere Konvektionsströmungen, vermieden sind.

m Die Wärmezufuhr zum Heizstab erfolgt vorteilhafterweise mit einem Heizelement, das den aus Metall bestehenden Heizstab in Längsrichtung durchdringt. Damit kann innerhalb der Bodenfläche des Heizstabes zwischen der zum Walzenspalt zeigenden Spitze und

)■> dem abgewandten Ende der Bodenfläche ein Temperaturgradient aufrechterhalten werden, der ein gleichmäßiges Aufheizen der Foüenbahn unterstützt

Mit Vorteil ist die Bodenfläche unter einem kleinen Winkel zur Oberseite der Foüenbahn geneigt. Dieser

ic Neigungswinkel wirkt ebenfalls dem Entstehen von Konvektionsströmungen entgegen und unterstützt die homogene Aufheizung der Folien.

Vorteilhafterweise ist eine Vorrichtung zum Kühlen wenigstens einer der Einlaufwalzen vorgesehen. Damit

4-1 bleiben mögliche Inhomogenitäten auf den Oberflächen der Einlaufwalzen ohne Einfluß auf die direkte Foüenbahn.

Mit der Erfindung ist die Herstellung von durch Strecken einachsig orientierter thermoplastischer Folie

■>n in optischer Qualität möglich, wie sie beispielsweise für lichtfilternde Linsen verwendet wird.

Die Erfindung ist auf im wesentlichen jedes Kunststoff-Polymer oder von natürlich vorkommenden Su'l stanzen abstammendes Polymer anwendbar, das

γ, sich gießen, kalandrieren, vom Block schälen, extrudieren oder in andeier Weise zu einer Foüenbahn oder zu einer Tafel verarbeiten und nachfolgend einachsig recken läßt. Die Erfindung ist jedoch besonders gut geeignet für die Verarbeitung bzw. Behandlung

mi bestimmter thermoplastischer organischer Polymere, wie z- B. Polyvinylfluorid und Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polypropylen, Ionomere, Polyamide, .sins'chließlich z.B. Nylon 6, Nylon 11 und Nylon 12, Polyäthylen, sowohl niederer als auch mittlerer und hoher Dichte,

»> Äthylen-Vinylace'at Kopolymere, Äthylen-Acrylester Kopolymere, Vinylchlorid-Vinylacetat Kopolymere, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat und teilweise hydroü siertes PolyvinylactMal. Vinylchlcir'ul \irvlfst. ι ( <v"lv

mere, Polymethylmetracrylat, plastifiziertes Polyvinylchlorid, Celluloseacetat, Cellulosepropionat und Celluloseazelobutyrat. Bei einigen dieser Stoffe läßt sich eine ausreichende molekulare Orientierung durch das einachsige bzw. monoaxiale Reckverfahren erzielen, wodurch das Material für die Herstellung optischer Teile, wie z. B. polarisierter Linsen o. ä. besonders gut geeignet wird. Es wurde festgestellt, daß das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft bei der Behandlung von für optische Teile vorgesehenen Folien i anwendbar ist, da die orientierte Folie eine in hohem Maße gleichmäßige Qualität aufweist. Da orientierte bzw. gereckte Folien aus Polyvinylalkohol und teilweise hydrolisicrlcm Polyvinylacetat mit besonderem Vorteil bei der Herstellung optischer Linsen und Polarisaloren verwendet werden können, wird bei der speziellen Beschreibung der Erfindung auf diese Ausgangsmaterialien besonders Bezug genommen.

Bei dem erfindungsgemäOen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Abstand zwischen den als Klemmwalzen wirkenden Einlaufwalzen und den Abzugswalzen weitgehend unabhängig auf die Reckung der Folienbahn.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung zum Erwärmen und Recken einer Folienbahn,

F i g. 2 einen Schnitt, in vergrößertem Maßstab, längs der Linie2-2 in Fig. 1,

F i g. 3 einen weiteren Schnitt, in vergrößertem Maßstab, längs der Linie 3-3 in F i g. 2 durch einen Teil der Vorrichtung,

Γ ig.4 eine Fig. 3 ähnliche Ansicht mit einem Heizstab im Walzenspalt der Einlaufwalzen,

F i g. 5 eine Fig. 4 ähnliche Ansicht einer abgewandelten Ausbildungsform und

Fig.6 eine Fig. 5 ähnliche Ansicht einer weiteren abgewandelten Ausbildungsform.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 1 in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnet. Eine Folienbahn 11 ist beispielsweise an einer Vorratsrolle 12 aufgewickelt, von der sie über eine höhenverstellbar angeordnete lose mitlaufende bzw. Führungsrolle 14 durch den Walzenspalt eines Paares Einlaufwalzen 16, 18 hindurchführbar ist, welche von einer beispielsweise als ein Paar Druckmittelkolben 20, 22 ausgebildeten Vorrichtung gegeneinander gedruckt werden können. Die untere Einlaufwalze 16 weist vorzugsweise eine Hohlbohrung 24 auf und ist an ihrer Außenfläche verchromt und glattpoliert. Um die Oberfläche der Walze 16 auf einer zweckmäßig gewählten Temperatur zu halten, ist durch die Hohlbohrung 24 der Walze 16 über einen Eintritt 26 und einen Austritt 28 ein Kühlmittel hindurchleitbar. Die Außenfläche der Einlaufwalze 18 ist vorzugsweise mit einer Ummantelung 30 aus einem kräftigen, nachgiebigen bzw. elastischen Werkstoff, wie z. B. Silikongummi, versehen. Die Ummantelung 30 gibt bei Druckauftrag durch die Druckmittelkolben 20,22 leicht nach und liegt an der Oberfläche der Walze 18 normalerweise entlang eines verhältnismäßig schmalen Streifens an (Fig.3), wodurch die Folienbahn 11 schlupfsicher gehalten ist Wird die Vorrichtung zürn Behandeln von Foüenbahnen aus Polyvinylalkohol mit einer Dicke von etwa 0,025 mm verwendet, weisen die Walzen 16 und 18 einen Durchmesser von vorzugsweise etwa 100 mm auf.

Vorzugsweise ist auch die Walze 18 mit einer Hohlbohrung 32 versehen und durch einen Wärmemitlelkreislauf über einen Eintritt 34 und einen Austritt 36 terriperiefbaf.

^r> Von den Einlaufwalzen 16 und 18 aus geht die Folienbahn 11 durch den Walzenspalt eines Paares Abzugswalzcn 40 und 42, die in einem zweckmäßig gewählten Abstand von den Einlaufwalzen 16 und 18 angeordnet sind. Die Walze 40 kann mit der Walze 16,

in die Walze 42 mit der Walze 18 gleich ausgebildet sein. Es kann bei Bedarf die Möglichkeit geschaffen sein, ein Kühlmittel durch eine oder beide Walzen 40, 42 hindurchzuleiten, um die gereckte Folienbahn 11 abschrecken zu können. Mit einer weiteren Gruppe von Druckmittelkolben 44 und 46 läßt sich die Walze 42 in Anlage an der Walze 40 bringen, um die erforderliche Reibung zwischen der Oberfläche der Walzen 40,42 und der Folienbahn 11 zu schaffen, so daß die Folienbahn 11 ohne Schlupf von den Walzen 40,42 gereckt wird. Zum Antreiben der Einlauf- und Abzugswalzengruppen ist an einem Endr der Walze 16 ein Antriebsglied in Gestalt eines Kettenrades 47 und an der Walze 40 ein (nicht dargestelltes) ähnlich ausgebildetes Kettenrad vorgesehen. Vorzugsweise werden die Walzen 18 und 42 nur

y> durch den Reibschluß mit den Walzen 16 bzw. 40 und nur während der Behandlung der Folienbahn 11 angetriebpn. Der Abzugswalze 40 wird eine wesentlich größere Geschwindigkeit erteilt als der Einlaufwalze 16. Zum Verändern dieses Geschwindigkeitsunterschiedes zur Erzielung des gewünschten Reckverhältnisses der Folienbahn 11 zwischen den Einlaufwalzen 16 und 18 und den Abzugswalzen 40 und 42 können (nicht dargestellte) herkömmlich ausgebildete regelbare Antriebe vorgesehen sein.

r> Durch die höhenverstellbare Anordnung der Führungsrolle 14 ist der Winkel, unter dem die Folienbahn 11 in den Walzenspalt der Einlaufwalzen 16, 18 einläuft, veränderbar. Weiterhin hält die Führungsrolle 14 den Einlaufwinkel konstant, unabhängig vom Durchmesser

•hi der Vorratsrolle 12, der während eines Durchlaufes fortschreitend kleiner wird.

Nahe der Oberseite der Folienbahn 11 ist ein Heizstab 48 so nahe wie möglich am Walzenspalt der Einlaufwalzen 16 und 18 angeordnet. Wie am deutlich-

■»5 sten aus Fig.4 bis 6 erkennbar, ist der Heizstab 48 vorzugsweise mit im wesentlichen dreieckigem Querschnitt ausgebildet und liegt mit einer im wesentlichen flachen und verhältnismäßig breiten Bodenfläche 50 in geringem Abstand und mit einem kleinen Neigungswinkel α (F i g. 4 und 6) über der Oberseite der Folienh>hn 11. Eine Anlaufseite bzw. Spitze 52 des dreieckigen Heizstabes 48 ist soweit unter den vorspringenden Teil der Walze IC geschoben, daß die geneigte obere Seite 54 des Dreiecks sehr nahe an der Außenfläche der

v- Walze 18 liegt, um durch Abschirmen der Wärmezone die nach oben um die Spitze 52 herum gerichtete Warmluftströmung auf ein Geringstmaß herabzusetzen. Die Beheizung des Heizstabes 48 erfolgt mit einem elektrischen Widerstands-Heizelement 56, das in einer

·><> im wesentlichen U-förmigen Ausnehmung bzw. Nut 58 untergebracht und darin von zwei Abstandsstangen 60 gehalten ist. welche ihrerseits in der Nut 58 von Halterungen 62 und Schrauben 64 festgehalten sind. Kleinere Temperaturunterschiede über der Länge der

■ Heizelemente 56 werden durch die verhältnismäßig größere Masse des Heizstabes 48 ausgeglichen.

Bei Bedarf können die Einlaufwalzen 16 und 18 durch Umwälzen eines Kühlmittels, z.B. Wasser, durch die

Hohlbohrungen 24 und 32 über die Eintritte 26 und 34 und Austritte 28 und 36 gekühlt werden- Aufgrund der verhältnismäßig geringen Dicke von normalerweise etwa 0,025 mm der Folieribahh 11 kann eine ausreichende Temperaturkontrolle normalerweise dadurch aufrechterhalten werden, daß man nur die Walze 16 kühlt, da d'.^ Walze 18 normalerweise eine ausreichende Kühlung durch Berührung mit der Folienbahn 11 erfährt, die ihrerseits unter Druck an der gekühlten Oberfläche der Walze 16 anliegt. Es kann unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise beim Behandeln dickerer Folienbahnen, zweckmäßig sein, beide Walzen 16 und 18 zu kühlen. Durch Kühlung der Einlaufwalzen 16 und 18 läßt sich eine bessere Kontrolle der Folienerwärmung in der Heizzone aufrechterhalten. Auch ist das Problem der Vorreckung damit gelöst.

Die Halterungen 62 stützen sich am freien Ende jeweils eines von zwei schwenkbar gelagerten Tragarmen 66 ab, deren Lagerenden über Stifte 68 mit senkrechten Stützen 70 verbunden sind, die einen Teil des Gestells der Vorrichtung 10 bilden. An den Stützen 70 sind verstellbare Anschlaghalter 72 angebracht, die die Schwenkbewegung der Tragarme 66 und damit die Größe der Bewegung des Heizstabes 48 in den Walzenspalt der Einlaufwalzen 16, 18 begrenzen. Die schwenkbare Anordnung des Heizstabes 48 schafft gleichzeitig die Möglichkeit, den Heizstab 48, wenn erforderlich oder gewünscht, bequem aus der Nachbarschaft zum Walzenspalt herauszubewegen.

B<m der in Fig.5 dargestellten abgewandelten Ausbildungsform ist der Heizstab 48 durch Verändern der Höhenlage der Einlaufwalzen 16,18 gegenüber den Abzugswalzen mit etwas geringerem Abstand zum Walzenspalt zwischen den Walzen 16 und 18 angeordnet Somit läuft die Folienbahn 11 aus dem Walzenspalt unter einem kleinen Winkel nach unten aus. Um diese Anordnung zu ermöglichen, sind Lager 74 und 76 an entgegengesetzten Enden der Einlaufwalze 16 und Lager 78 und 80 an entgegengesetzten Enden der ■Einlaufwalze 18 in senkrechten Schlitzen 82 der jeweiligen Stützen 70 höhenverstellbar aufgenommen. Es ist jedoch wichtig, daß der nach unten gehende Auslaufwinkel der Folienbahn 11 nicht so groß ist, daß die Folienbahn 11 mit der Oberfläche der Einlaufwalze 16 Berührung noch jenseits eines Punktes hat, an dem eine wesentliche Erweichung der Folienbahn 11 eintritt, da eine Reckung der Folienbahn bei Anlage an der Oberfläche der unteren Walze 16 Unregelmäßigkeiten in der Folienbahn 11 erzeugen würde und zu übermäßigem Bruch bzw. Reißen der Folienbahn 11 führen kann. Bei der Behandlung sehr dünner Folienbahnen würde der nach unten gehende Auslaufwinkel notwendigerweise recht klein sein, da auf die Folienbahn 11 übertragene Wärme in dem Bereich, in dem die Folienbahn 11 an der kalten Oberfläche der Walze 16 anliegt, absorbiert würde. Somit kann sich unter bestimmten Bedingungen als eigentliche Auswirkung dieser Anordnung, bei der die Folienbahn 11 nach unten geführt wird, um den Abstand zwischen dem Heizstab 48 und dem Walzenspalt verringern zu können, eine kleinere Breite des Wärmestreifens ergeben, während bei Vergrößern des Abstandes des Heizstabes 48 vom Walzenspalt ein Qualitäts- und/oder Mengenverlust an der behandelten Folienbahn 11 die Folge ist

Die im wesentlichen dreieckige Gestalt des Heizstabes 48 erfüllt eine doppelte Aufgabe. Sie ermöglicht einmal, die keilförmige Anlaufseite bzw. Spitze 52 zwischen Folienbahn 11 und der oberen Einlaufwalze 18 sehr nahe an den Walzenspalt vorzuschieben. Zum anderen wird die Erzielung eines Temperaturgradienten von der vorderen oder Anlaufseite des Heizstabes 48 zur hinteren oder Ablaufseite begünstigt. Der Heizstab 48 ist vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff, beispielsweise aus Kupfer o. ä., hergestellt.

Man hat festgestellt, daß Könvektiorisströrhurigen in der den Heizstab 48 umgebenden Luft in großem Umfang reduziert werden können, wenn die im wesentlichen flach ausgebildete Unterseite 50 des Heizstabes 48 unter einem kleinen Winkel λ gegenüber der Oberseite der Folienbahn 11 geneigt und die obere Seite 54 so nahe wie möglich an die Oberfläche der Walze 18 angestellt wird, um eine in der Wirkung einer Labyrinthdichtung gleichende Abdichtung zwischen diesen Bauteilen zu erzielen. Indem man die Ablaufseite des Heizstabes 48 dicht über der Oberseite der Folienbahn 11 hält, wird unter dem Heizstab 48 eine verhältnismäßig stabile Warmluftmasse eingeschlossen Der Heizstab 48 hat zusammen mit der geneigt angeordneten Bodenfläche 50 das Bestreben, Wärme in den Walzenspalt der Einlaufwalzen 16, 18 zu richten. Daraus ergibt sich eine allmählichere, gleichmäßige Wärmebeaufschlagung der Folienbahn 11 im gesamten Bereich der schmalen Heizzone zwischen dem Walzenspalt der Einlaufwalzen 16, 18 und der Ablaufseite des Heizstabes 48 und somit eine wesentlich höhere Gleichmäßigkeit der gereckten Folienbahn 11. Ein Winkel λ von etwa 5 Grad hat sich als sehr geeignet für eine Herabsetzung der Konvektionsströmungen auf ein Mindestmaß erwiesen.

Die Bodenoberfläche 50 des Heizstabes 48 wird als verhältnismäßig breit bezeichnet, um den Gegensatz zu handelsüblichen Widerstands-Heizelementen oder -stäben hervorzuheben, wie z. B. der im Durchmesser etwa 4,8 mm messende zum Stand der Technik genannte Heizstab. Deutliche Reduzierungen der Randstreifen mit durch Schwankungen des Reckverhältnisses bedingter unregelmäßiger Molekülausrichtung sind bei Ver wendung eines Heizstabes erzielbar, dessen im wesentlichen flache, der Folienbahn zugewandte Fläche eine Breite zwischen etwa 16 und etwa 32 mm aufweist Eine zu breite Wärmezone führt zu einer deutlich stärkeren Verkleinerung der Folienbreite und zu höherem Randabfall. Beim Recken von Folienbahnen aus Polyvinylalkohol liegt die bevorzugte Breite der Bodenfläche 50 zwischen etwa 19 und 28,5 mm.

Die Lage des Heizstabes 48 relativ zum Walzenspalt spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Vorzugsweise ist der Heizstab so nahe wie möglich am Walzenspalt angeordnet, ohne jedoch an der Oberfläche der benachbarten Einlaufwalze 18 zur Anlage zu kommen und unter Beibehaltung des Minimalabstandes zur Folienbahn 11, der ein Verbrennen der Folienbahn 11 ausschließt Um eine zu große Verkleinerung der Folienbreite und einen zu hohen Randabfall zu vermeiden, muß der Heizstab 48 so nahe wie möglich am Walzenspalt angeordnet sein, so, daß wenigstens ein überwiegender Teil der Heizzone zwischen den beiden Einlaufwalzen 16,18 liegt, & h. zwischen der Linie durch den Punkt der größten Walzenannäherung und einer Ebene, die zu beiden Einlaufwalzen 16, 18 tangential verläuft

Versuche dienten dazu, die Ergebnisse bei Wärrneauftrag durch den an der Auslaufseite des Walzenspaltes der Einlaufwalzen 16,18 angeordneten Heizstab 48 mit den Ergebnissen zu vergleichen, die mit herkömmlichen

Vorrichtungen erzielt wurden. Zuerst wurde in einer Vorrichtung des in der US 25 47 763 beschriebenen und dargestellten Typs eine Polyvinylalkohol-Folie mit einer Breite von etwa 184,2 mm und einer Dicke Von etwa 0,025 mm behandelt. Die Abzugswalzen liefen viermal schneller um als die Einlaul'walzen. Bei einer Vorschubgeschwindigkeit von etwa 0,6 m/min ergab sich ein Reckverhältnis dar Folienbahn von 300%. Durch das Recken ergab sich eitle Verschmälefüng der Folienbahn auf etwa 99,6 mm, was einer Verkleinerung um 46% entspricht. Um ein für die Herstellung von handelsüblichen Polarisatoren, Filtern, Sonnenschutzgläsern od. dgl. geeignetes vollständig gleichmäßiges Reckmuster zu erhalten, mußten von der anfänglichen Folienbreite an den Seitenrändern weitere 35% abgeschnitten werden, so daß die nutzbare Ausbeute aus der Anfangsfolie etwa 20% betrug. Obgleich für bestimmte Anwendungsfälle technisch akzeptabel, war das Endprodukt nicht ausreichend gleichmäßig, um für die Herstellung von optischen Teilen hoher Qualität verwendbar zu sein.

Zum Vergleich wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung eine gleiche Folienbahn gereckt. Der Heizstab befand sich etwa 2,54 mm von der Oberseite der Folienbahn, wobei in waagerechter Richtung seine Anlaufseite einen Abstand von etwa 22,8 mm von einer senkrechten Ebene hatte, die die Achsen der Einlaufwalzen einschloß. Das Reckverhältnis betrug 380% bei einer Vorschubgeschwindigkeit von etwa 0,6 m/min. Die Breite der gereckten Folienbahn betrug etwa 155,1 mm, was einer Gesamtverschmälerung von 16% entspricht. Die Reckung der Folienbahn war über im wesentlichen die ganze Breite gleichmäßig, so daß an den Rändern nur zehn Prozent der anfänglichen Breite getrimmt werden mußten, woraus sich eine nutzbare Ausbeute von 74% ergibt.

Die Qualität der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung behandelten Folienbahn wurde als besser beurteilt, da sie eine größere Gleichmäßigkeit und eine von Unregelmäßigkeiten freie Molekül-Ausrichtung aufwies.

Bei weiteren Versuchen, die mit gleichem Folienmaterial und, soweit wie möglich, mit nahezu gleichen Bedingungen wie oben gefahren wurden, jedoch anstelle des dreieckähnlichen Stabes mit einem im Durchmesser kleinen, kreisrunden Heizelement von etwa 4,8 mm Durchmesser, wurden Ergebnisse erzielt, die hinsichtlich Verschmälerung und Randabfall vergleichbar waren mit den unter Verwendung des dreieckförmigen Heizstabes erreichten. Bei einer Untersuchung des behandelten Folienbahn unter einem Polarisations-Mikroskop wurden jedoch zahlreiche Randstreifen mit durch Schwankungen des Reckverhältnisses bedingter unregelmäßiger Molekül-Ausrichtung erkannt. Einige dieser Randstreifen waren ausreichend stark ausgebildet, um in polarisierten optischen Teiler, die aus der behandelten Folienbahn hergestellt wurden, sofort erkannt zu werden. Wenngleich das unter Verwendung der verhältnismäßig

ro schmalen, hochintensiven Wärmezone nahe dem Walzenspalt erzielte Produkt sich als von geringerer Qualität erwies als das, welches mit dem vorbeschriebenen breiten Heizstab hergestellt wurde, so war es doch sowohl von der Qualität als auch von der Gesamtausbeute her dem nach herkömmlichen Verfahren hergestellten Produkt bedeutend überlegen.

Weitere Versuche zeigten, daß bei gröberem Höhenabstand des Heizstabes über der Folienoberfläche sich die Verschmälerung verstärkt und ein größerer Randabfall eintritt. In ähnlicher Weise wurden Versuche durchgeführt mit dem Ziel, die Auswirkungen festzustellen, die sich aus einer Vergrößerung des Abstandes des Heizstabes vom Walzenspalt bei konstanter Höhenlage des Heizstabes mit etwa 2,54 mm über der Folienbahn ergeben. Diese Versuche haben gezeigt, daß der Abstand des Heizstabes vom Walzenspalt ein wichtiger Faktor im Gesanitverfahren ist, insofern als bei Vergrößerung dieses Abstandes eine stärkere Verschmälerung und größerer Randabfall hervorgerufen

JO werden. Auch hat sich herausgestellt, daß bei zu großem Abstand zwischen Walzenspalt und Heizstab die Folienqualität sich verringert.

Es wurden auch Versuche durchgeführt, um festzustellen, welche Auswirkung, wenn überhaupt, der

M Abstand der Abzugswalzen von den Einlaufwalzen auf die Gesamtausbringung oder auf die Qualität der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gereckten Folienbahnen haben würde. Es hat sich gezeigt, daß dieser Abstand weder hinsichtlich Verschmälerung und Randabfall noch hinsichtlich der Folienqualität eine Bedeutung hat, solange der Heizstab dicht am Walzenspalt angeordnet oder die Wärme im Walzenspalt übertragen wird.
Ist der Heizstab sehr dicht an der oberen Einlaufwalze angeordnet, so nimmt diese Walze während des Betriebes der Vorrichtung einen wesentlichen Anteil an der Wärme auf. Bei mangelhafter Kühlung dieser Walze kann es vorkommen, daß das Wärmeniveau allmählich bis zu einem Punkt ansteigt, wo die Folienbahn im Walzenspalt vorerweicht wird. In diesem Fall ist eine ausreichende Kühlung der Einlaufwalzen wichtig.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J. Verfahren zum Erwärmen einer Folienbahn auf Recktemperatur bei der Herstellung von in Längsrichtung molekular orientierten Folien aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die molekulare Orientierung durch Recken zwischen einem Walzenspalt eines Einlaufwalzenpaars und Abzugswalzen erfolgt und die Folienbahn in einer Heizzone auf die Recktemperatur erwärmt wird, die sich an der Auslaufseite des Walzenspaltes quer über die Breite der Folienbahn und mit ihrem größeren Teil innerhalb des Bereiches zwischen der Auslaufseite des Walzenspaltes und einer Tangentialfläche an die Einlaufwalzen erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Folienbahn im wesentlichen durch Strahlung und Wärmeleitung erfolgt
2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem durch ein Einlaufwalzenpaar gebildeten Walzenspalt, Abzugswalzen hinter der Reckzone und mit einer Heizvorrichtung zum Erwärmen der Folienbahn auf die Recktemperatur, die an der Auslaufseite des Walzenspalies in dessen unmittelbarer Nähe quer über die Breite der Folienbahn angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung einen länglichen Heizstab (48) aufweist, der zur Folienbahn (11) hin mit einer im geringen Abstand über der Folienbahn angeordneten Bodenfläche (50) ausgebildet ist, deren größerer Teil innerhalb des durch eine Tangentialfläche an die Einlaufwalzen (16, 18) begrenzten Bereiches des Walzenjpaltes -ngeordnet ist.
3. Vorrichtung nach />n.^cpruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der A^: zugswalzen (40, 42) relativ zu den Einlaufwalzen (16, 18) einstellbar ist, um den Winkel zwischen der Bodenfläche (50) und der Folienbahn (11) zu verändern.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstab (48) im wesentlichen dreieckigen Querschnitt mit einer Spitze (52) in Richtung auf den Walzenspalt aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr zum Heizstab (48) mit einem Heizelement (56) erfolgt, das den aus Metall bestehenden Heizstab (48) in Längsrichtung durchdringt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche (50) unter einem Winkel («) zur Oberseite der Folienbahn (U) geneigt ist.

/. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (24, 26, 28) zum Kühlen wenigstens einer der Einlaufwalzen (16) vorgesehen ist.