DE2426677C2

DE2426677C2 - Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Folien nach dem Folienschlauchblasverfahren

Info

Publication number: DE2426677C2
Application number: DE2426677A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Pannenbecker; Rudolf 5300 Bonn Plate
Original assignee: Individual
Current assignee: PANNENBECKER, HEINRICH, 5300 BONN, DE
Priority date: 1973-06-05
Filing date: 1974-06-01
Publication date: 1982-09-02
Also published as: AT334076B; ATA489573A; DE2426677A1

Description

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nicht wesentlich überschreitet, wobei A: die Wärmeleitfähigkeit in cal/cm sec°C, e die spezifische Wärme in cal/g°C und γ die Dichte in g/cm³ des zu verarbeitenden thermoplastischen Kunststoffs sind,

b) der Folienschlauchhals vor seiner Aufweitung

so weit und gerade so weit gekühlt wird, daß er sich zwischen Ringdüse und Schlauchaufweitung zu einem Durchmesser einschnürt, der kleiner als der Durchmesser der Ringdüse ist,

c) man mit einem Aufblasverhältnis nicht über

1 : 4, vorzugsweise 1 : 1,5 bis 1 : 2,5 arbeitet,

d) man den Querschnitt des Folienschlauches vor der Aufweitung nach Verlassen der Ringdüse nicht stärker als auf etwa V|₀ des Ursprungsquerschnitts verringert.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Folien mit papierähnlichem Charakter aus thermoplastischem Kunststoff, wie es mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen beschrieben ist.

Seit einigen Jahren wird versucht, aus billigen Thermoplasten Folien mit papierähnlichem Charakter herzustellen. Diese Ähnlichkeit bezieht sich dabei nicht auf alle Eigenschaften. Die Folien verbinden vielmehr die typische Eisenschaft von Kunststoff-Folien, wie Dichtigkeit gegen Wasser und Gase, Naßfestigkeit und Schweißbarkeit, mit Papiereigenschaften, wie matte Oberfläche, gute Falzbarkeit und Bedruckbarkeit und vorzugsweise hoher Steifigkeit. Zur wirtschaftlichen Herstellung hat sich insbesondere das bekannte Folienschlauchblasverfahren als geeignet erwiesen. Hier wie auch bei allen anderen kontinuierlichen großtechnisehen Verfahren müssen alle Anlagenteile so aufeinander abgestimmt sein, daß aus dem vorgegebenen Rohstoff das gewünschte Endprodukt wirtschaftlich erzeugt werden kann und der kontinuierliche Ablauf des Prozesses möglichst stabil bleibt. Die bisherigen Vorschlage beschränken sich daher im wesentlichen darauf, wirtschaftliche Blasanlagen für die gewünschten Endprodukte mit insbesondere hohen Ausstoßleistungen

der Extruderzubauen. Besondere Qualitätsanforderungen an das Endprodukt wurden als Forderungen an den Ausgangsrohstoff weitergegeben. Als besonders geeignet wurden hier vergleichsweise steife Polyolefinfolien befunden. Vor allem die Polyäthylen-Hart-Typen mit mittlerem oder höherem Molekulargewichtsbereich (M= etwa 50 000-120 000) sind heute unter den Bezeichnungen MM-Folien bzw. HM-Folien auf dem Markt, Anlaß für ihre besondere Eignung ist die hohe natürliche Steifigkeit dieses Materials, die auf beson- Q dere Kristallordnungszustände zurückzuführen ist, im einzelnen vergleiche hierzu die Veröffentlichung Hagen/Domininghaus, »Polyäthylen und andere Polyolefine«, Verlag Brunke Garreis, Hamburg, 2. Auflage 1961, insbesondere Seiten 69-79 und 116-130 und die dort angeführte Literatur.

Für die Herstellung von Folien mit größtmöglicher Papierähnlichkeit aus solchen Rohstoffen mit hoher Steifigkeit ist vorgeschlagen worden, mit vergleichsweise hohen Aufblasverhältnissen (1 :4 bis 1 : 10) zu arbeiten, um insbesondere ausgewogene mechanische Eigenschaften der Folien in beiden Richtungen zu erzielen. Hierdurch soll beispielsweise einer einseitig ausgebildeten Spleißneigung der fertigen Folie vorgebeugt werden. Man hat auch schon vorgeschlagen, bei niedrigst möglichen Extrusions- und Blaskopftemperaturen zu arbeiten, um das die Steifigkeit des Materials bedingende Kristallitsystem möglichst wenig zu beeinflussen. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß zur Einstellung optimaler papierähnlicher Eigenschaften im Fertigprodukt die allgemeine Anweisung der schonenden Plastifizierung unzureichend ist. Es bedarf vielmehr der Beachtung weiterer wichtiger Verfahrensparameter bei der Verarbeitung. Auch die vom Stand der Technik auf dem hier betroffenen Gebiet vorgeschlagenen großen Aufweitverhältnisse von beispielsweise 1 : 6 bis 1 : 10 sind nach den der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnissen keineswegs als besonders günstig für die Herstellung von Folien mit papierähnlichem Charakter anzusehen.

Wegen der tiefgehenden Auswirkung der jeweils vorliegenden kristallinen Ordnungszustände in der Folie und insbesondere in den einzelnen Folienbereichen und des besonderen Zusammenhangs zwischen kristallinem Ordnungszustand und thermischer Vorgeschichte der Folie ist besonderes Augenmerk darauf zu legen, daß in vorbestimmbarer um! wiederholbarer Weise alle Folienbereiche einer gezielten thermischmechanischen Belastung unterworfen werden. Bei der heute durchgeführten Folienherstellung nach dem Folienschlauchblasvei^fahren ist man kaum in der Lage, derart auf den Ordnungszustand des kristallinen Materials Einfluß zu nehmen, daß wirklich einheitliche kristalline Ordnungszustände über das gesamte Foliengebiet ausgebildet sind. Die einzelnen Verfahrensschritte - Fördern des Rohstoffs, Verdichten und Erwärmen, Aufschmelzen und Homogenisieren, Formen und Auspressen des schmelzenden Schläuche, Ausformen der Schlauchblase und Einstellen der gewünschten Schlauchabmessung des Fertigproduktes, Flachlegen und Aufwickeln - stehen in einer Wechselwirkung fei zueinander, die nach dem bis heute durchgeführten I Verfahren keine oder nur geringe verfahrenstechnische Einflußmöglichkeiten zuläßt, wenn die Stabilität des Prozesses nicht gefährdet werden soll.

Diese verfahrenstechnischen Probleme verbinden sich mit der zusätzlichen Schwierigkeit, daß bis heute nur sehr beschränkte Kenntnisse über übermolckulare

kristalline Ordnungszustände, über ihre Entstehung und Abhängigkeit von der Temperatur, der Zeit und den Verarbeitungsbedingungen vorliegen. Gerade diese kristallinen Überstrukturen dürften aber von entscheidender Bedeutung für wichtige Folieneigenschaften im Sinne hoher Papierähnlichkeit sein.

Polyäthylene sind, wie manche anderen Hochpolymeren auch, bekanntlich teilkristallin. Die submikroskopischen Kristalle bilden dabei eine von der thermischen Vorgeschichte stark abhängige spärolithiscbe Überstruktur. Bausteine dieser Überstruktur scheinen Kristallite in Form von Faltkristallen mit Abmessungen im Bereich von 100 x 300 Ä zu sein. Diese Bausteine lagern sich aneinander und bilden größere Bereiche. Durchlaufende, d. h. in mehrere Kristallite eingebaute Kettenmoleküle, stellen einen Verbund der verschiedenen Kristallbereiche dar, die nicht eingebauten Kettenenden lagern sich an den gefalteten Stirnflächen der Kristallitblöcke an und bilden hier ungeordnete Grenzschichten. Unter besonderen Bedingungen bilden sich auch gestrecktkettige Kristallite, die sich zu Lamellen aneinanderlagern, wobei die Dicke solcher Lamellen ca. 2 μ betragen kann. Derartige Kristallitbildungen werden beim Kristallisieren unter hohen Drucken und bei gleichzeitiger Kristallisation und Polymerisation beobachtet. Bei einem möglichst geringen Antul an ungeordneten Grenzschichten und einem möglichst großen Anteil an durchlaufenden Ketten ohne Vorzugsrichtung liegt ein steifes und nach allen Richtungen festes Material vor. Als Ausgangsmaterial zur Herstellung entsprechender Folien bieten sich daher lineare Polyäthylene hoher Dichte besonders an, die vorzugsweise noch nicht durch mehrmaliges Schmelzen und Kristallisieren ihre gewünschte kristalline Überstruktur auf Basis gestrecktkettiger Kristallite verloren haben.

Die Erfindung geht davon aus, solche kristallinen Ordnungszustände bei der Verarbeitung des Ausgangsmaterials zur Folie so wenig wie möglich zu stören und insbesondere sicherzustellen, daß beim Verarbeiten des plastifizierten Materials zur Folie und beim Erstarren der Folie sich die gewünschten vorteilhaften Kristallüberstrukturen wieder optimal ausbilden können.

F.-J. Köhler und J. M. Krause beschrieben in Kunststoffe, Bd. 61 (1971), Seite 731 ff. papierähnliche Folien aus Niederdruck-Polyäthylen. Sie beschreiben, daß man mit möglichst hohen Aufblasverhältnissen 1:4 bis 1 : 10 arbeiten muß, um matte, feine und rauhe Oberflächen und ausgewogene Eigenschaften der Folien in beiden Richtungen zu erzielen. Sie teilen weiterhin mit, daß die Verarbeitung von Niederdruckpolyäthylen, speziell von hochmolekularen Typen, Schwierigkeiten mit sich bringt und hohe Anforderungen an die Verfahrenstechnik stellt. Hochmolekulares Niederdruckpolyäthylen kann nur schwierig ohne örtliche Überhitzung und übermäßige Scherung zu einer homogenen Masse aufgeschmolzen werden. Außerdem neigt das Niederdruckpolyäthylen wegen des linearen unverzweigten Molekülaufbaues zu einer erhöhten Fließorientierung in der Schmelze. Da die Blastemperaturen sehr niedrig sind, fallt die Orientierungsanfälligkeit der Schmelze bei der hohen Viskosität und dem hohen Extrusionsdruck besonders ins Gewicht. Nur bei der Verarbeitung von mittelmolekularem Niederdruckpolyäthylen für Anwendungsgebiete, bei denen eine Längsspleißneigung nicht stört, kann mit Aufblasverhältnissen zwischen 1 : 1,8 und 1,3 gearbeitet werden. Bei Herstellung von Folien mit ausgeglichenen Eigenschaften in Längsund Querrichtung wirft jedoch das hohe Aufblasverhältnis und bei hochmolekularen Rohstoffen zusätzlich noch die hohe Steifigkeit des Rohstoffes besondere Probleme auf.
Diece Ansicht wird bestätigt durch die Aussagen der DE-OS 19 08 170, welche ein Verfahren zur Herstellung einer papierähnlichen Folie aus makromolekularen Stoffen beschreibt und dabei veriangt, daß der Schlauch anschließend im Verhältnis 1 :4 bis 1:10 aufgeblasen wird. Hierbei wird in Analogie zur Verstreckung von Kunststoff-Fäden zunächst im plastischen Bereich gedehnt und anschließend verstreckt, wodurch es zu einer Orientierung der kristallinen Bereiche kommt.

Vorläufer dieser Technologie finden sich in der DE-PS 11 08 420 und der DE-PS 12 62 568. Bei all diesen Technologien, die mit hohem Aufweitungsverhältnis arbeiten, besteht eine unvermeidliche Schwierigkeit darin, daß sie sich nur sehr schwer über längere Zeit störungsfrei durchführen lassen. Außerdem wird bei dieser Technologie zunächst der Kunststoff völlig aufgeschmolzen, bis er dann nachträglich wieder in die kristalline Phase übergeht, um erst dann verstreckt zu werden.

In der DE-OS 20 06 798 ist eine angebliche weitere Verbesserung dieses Verfahrens beschrieben, mit dem sich angeblich die Mißerfolge des Verfahrens gemäß DE-OS 19 08 170 beheben lassen. Hier wird das Prinzip des Folitnschlauchblasverfahrens mit seiner Aufweitung bei Temperaturen oberhalb des kristallinen Schmelzpunktes wieder verlassen und statt dessen eine Verstreckung des auf Temperaturen von 30 bis 10⁰C unterhalb des Kristallitschmelztemperatur abgekühlten Schlauches vorgesehen. Hierbei handelt es sich um eine theoretische Forderung, die sich praktisch nicht durchführen läßt und daher auch durch kein tatsächliches Ausführungsbeispiel belegt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, Kunststoffolien mit papierähnlichem Charakter aus thermoplastischen Kunststoffen mit kristallinen Anteilen so herzustellen, daß optimale mechanische Eigenschäften erzielt werden und gleichzeitig das Verfahren in der Praxis leicht und kontinuierlich durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Auf dem Gebiet der Herstellung von Folien mit papierähnlichem Charakter ist es bekannt, im Folienschlauchblasverfahren derart zu arbeiten, daß die aufweitende Gasblase nicht bis an die Ringdüse reicht, sondern daß zunächst der Folienschlauch unter keiner oder nur geringfügiger Aufweitung eine gewisse Strecke geführt wird, die beispielsweise 10 bis 120 cm, vorzugsweise 40 bis 100 cm, ausmachen kann. Durch dieses Arbeiten mit hoher Frostlinie, dem sogenannten »langen Hals«, soll in Verbindung mit den erwähnten hohen Aufblasverhältnissen die Spleißneigung der Folie in einer Richtung unterdrückt werden.

Die Erfindung benutzt dieses Arbeiten mit dem langen Hals, schreibt aber gleichzeitig vor, daß die Wandstärke des plastifizierten Folienschlauch^ an keiner Stelle nach dem Verlassen der Ringdüse den bestimmten, sich aus Materialkonstanten ableitenden Zahlenwert

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wesentlich überschreitet, wobei als wesentliches Überschreiten insbesondere höhere Werte als dieser Zahlen-

wert +20% anzusehen sind. Hier liegt gegenüber der Praxis ein entscheidender Unterschied. Nach der heuti-.gen und speziell bei Hochdruckpolyäthylen entwickelten Verfahrenstechnik des Folicnschlauchblasverfahrens wird in der Ringdüse mit Spaltweiten von beispielsweise 0,8 bis 1,5 mm gearbeitet Durch das Aufquellen des plastifizierten Materials nach Verlassen des Düsenspaltes wird die Ausgangswandstärke des fesch gebildeten Folienschlauches noch um einen Faktor bis zu 1,5 eriöht, so daß im praktischen Arbeiten Wandstärkenwerte zwischen 1 und 2 mm am Beginn der Verformung zur Verfugung stehen. EsIi egt also zunächst ein verdickter Schlauchnng vor, aus dem dann der Folienschlauchhals mit dünnerer Wandstärke herausgezogen wird.

Im Folienschlauchblasverfahren wird bekanntlich der aus der Ringdüse austretende Schlauch des plastifizierten Materials zur Stabilisierung sofort gekühlt, wobei bevorzugt ein Kühlluftring um den ersten Abschnitt des plastifizierten Schlauches gelegt ist. Durch Kühlung an dieser Stelle wird eine so weitgehende Verfestigung des Kunststoffschlauches erreicht, daß er den beträchtlichen mechanischen Anforderungen in den anschließenden Verfahrensschritten insbesondere beim Aufweiten über der Gasblase gewachsen ist.

Bei der bisherigen Praxis ist es jedoch unmöglich, auf die Ausbildung vorbestimmbarer kristalliner Strukturen im plastifizierten Folienschlauch Einfluß zu nehmen. Die den Düsenspalt verlassende Schmelze wird infolge des Energieüberschusses der Druckentlastung auch in ihren noch mitgeführten kristalline;: Bereichen voll aufgeschmolzen, was optisch dadurch feststellbar ist, daß sie einige Millimeter oberhalb des Austrittsspaltes glasig wird. Die auftreffende Luftkühlung führt zwar zu einer gewissen Abkühlung oberflächlicher Bereiche und damit zu einer Stabilisierung des plastifizierten Materials, wegen der übermäßigen Dicke des aufquellenden Schlauchabschnittes kann die aus dem Extruder mitgebrachte Wärme jedoch nicht zuverlässig abgeführt werden. Es ist dann unmöglich, in der Schmelze einen thermodynamischen Gleichgewichtszustand auszubilden. Es treten vielmehr örtliche Rekristallisationserscheinungen und an anderen Stellen örtliche Überhitzungen auf. Die Kristallisation beim abkühlenden Schmelzenschlauch erfolgt dann in einer entsprechend unstabilen Phase. Partien mit mitgeführten Keimen oder solche, die aufgrund der Struktur der Schmelze besonders zur Keimbildung neigen, kristallisieren zuerst. Die dabei frei werdende Kristallisationswärme kann nicht abgeführt werden. Es kommt zu Viskositätsunterschieden, die - unterstützt durch das große Auf- Weitverhältnis - die Stabilität der Folienblase und damit den gesamten Fertigungsprozeß ständig gefährden. Kleine Unterschiede im Ausgaiigsniaterial, die sich von Charge zu Charge beim gleichen Polymerisat nicht vermeiden lassen oder bereits durch unterschiedliehe Lagertemperaturen entstehen, wirken sich stark aus.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Begrenzung der effektiven Ausgangswandstärke fur den Schmelzenschlauch, die auf Stoffkonstanten des verarbeitenden thermoplastischen Materials aufbaut, gestattet eine kontrollierte Kühlung des plastifizierten Schlauches, insbesondere in seiner verfahrenstechnisch heiklen Phase unmittelbar nach Bildung. Damit ist eine kontrolliert beeinflußbare Rekristallisation unter Ausbildung der gewünschten kristallinen Überstruktur im Folienschlauch schon vor seiner Aufweitung über der Gasblase möglich.

Auch die Erfindung arbeitet also mit einer unmittelbaren Kühlung des plastifizierten Folienschlauches, wobei vorzugsweise ein KüMluftring Verwendung findet Die Zuführung von plastifiziertem Material, die Ringspaltweite und die Abzugsgeschwindigkeit werden nun aber so aufeinander abgestimmt, daß der Folienschlauch nach dem Austritt aus der Ringdüse nicht mehr zu unkontrollierter Wandstärke aufquillt, sondern ein materialabhängiger vorbestimmter Höchstwert nicht überschritten wird. Aus der Ringdüse austretendes plastifiziertes Material wird damit sofort dem Einfluß thermischer Energie des aus dem Formwerkzeug austretenden nachdrückenden Materials entzogen. Unkontrolliertes Erschmelzen noch vorhandener Kristallüberstrukturen durch solche nachdrängenden Wärmebeträge ist damit unmöglich geworden. Die Wandstärke ist weiterhin so begrenzt, daß eine gezielte wirkungsvolle Einflußnahme auf die thermische Geschichte des entstehenden plastifizierten Folienschlauches möglich wird. Mit dieser Steuerbarkeit der thermischen Geschichte des Folienschlauches wird eine Steuerbarkeit der sich bildenden kristallinen Überstruktur möglich. Durch die Luftkühlung wird unmittelbar nach dem Austritt aus der Ringdüse die Oberfläche der Schmelze zur Rekristallisation angeregt. Es festigt sich eine netzartige Überstruktur, die nicht mehr durch Energieüberschüsse der nachfolgenden oder der darunterliegenden Schichten aufgeschmolzen werden kann, da jederzeit die vom Material aus der Schneckenpresse mitgeführte Wärme durch Wärmeleitung durch das Material transportiert und an der Oberfläche abgeführt werden kann. Die Fixierung der dreidimensionalen netzartigen Überstruktur kann damit sofort unbeeinflußt von dem weiteren thermodynamischen Geschehen erfolgen.

Daß es im erfindungsgemäßen Verfahren tatsächlich zur Ausbildung solcher netzartiger Überstrukturen kommt, zeigt sich daran, daß der Folienschlauchhals vor seiner Aufweitung so weit gekühlt wird, daß er sich zwischen Ringdüse und der Stelle der Schlauchaufweitung zu einem Durchmesser einschnürt, der kleiner als der Durchmesser der Ringdüse ist. Tatsächlich gelingt es, durch Regulierung der Kühlluft diese Erscheinung der Querschnittseinschnürung des langen Halses vorherbestimmbar einzustellen. Ein solches Einschnüren ist aber charakteristisch für netzartige Strukturen. Wenn man beispielsweise ein textiles, strumpfartiges Netzgebilde zwischen zwei ringförmigen Halterungen spannt, dann ist hier stets dieser Einschnürungseffekt zu beobachten. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird durch gezielte Kühlung am Folienschlauchhals die kristalline Überstruktur des Thermoplasten soweit zurückgebildet, daß ein entsprechender Einschnürungseffekt am Folienschlauchhals auftritt. Interessanterweise ist es dabei so, daß meist ein bestimmter und im einzelnen leicht zu ermittelnder Grenzwert für das Ausmaß des Kühlens vorliegt, von dem an dieser Einschnürungseffekt auftritt. Während bei unzureichender Kühlung der Hals des Folienschlauches zylindrisch oder sich gai schwach erweiternd von der Ringdüse wegläuft, wird bei zunehmender Verstärkung der Kühlwirkung plötzlich ein Punkt erreicht, bei dem im Betrieb der Folienblasanlage ein Umspringen der Form des Schlauchhalses eintritt. Beim Erreichen dieses Wertes tritt nahezu augenblicklich der Einschnürungseffekt auf, d. h., der Hals des Folienschlauches verengt sich zunächst auf einen kleinsten Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser der Rinedüse. um dann nnsohlifiRp.nrf in

die Stufe der Schlauchausweitung über der Gasblase überzugehen. Erfindungsgemäß wird die Kühlung des Folienschlauchhalses gerade so weit vorgenommen, daß dieser Effekt der Einschnürung auftritt. Stark darüber hinausgehende Kühleffekte können zu einer unerwünscht starken Rekristallisation des Schlauches vor seiner Aufweitung führen.

Die gewünschte Einschränkung in der maximalen Wandstärke des Folienschlauches kann durch die Anpassung der Spaltweite des Formwerkzeuges mitbestimmt werden. Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, bei der Herstellung von einschichtigen Schmelzenschläuchen mit einer Weite des Ringspaltes S zu arbeiten, deren Zahlenwert in cm gemessen nicht mehr als dem folgenden Wert entspricht:

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Die Wärmeleitfähigkeit k, die spezifische Wärme e und Dichte y sind dabei wieder die Stoffkonstanten des verarbeiteten Thermoplasten und besitzen die zuvor genannten Dimensionen.

Bei großen Austrittsgeschwindigkeiten und entsprechend erhöhten Abzugsgeschwindigkeiten kann die Spaltweite noch geringfügig erhöht werden, jedoch müssen dann auch kleinere Wandstärken des Endprodukts in Kauf genommen werden bzw. erwünscht sein.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, durch geeignete Ausgestaltung der Kühlvorrichtung in der Umgebung des plastifizierten Folienschlauches unmittelbar nach dem Austritt aus dem Ringdüsenspalt einen beschränkten Unterdruck zu erzeugen. Möglich ist das beispielsweise durch geeignete Führung der Kühlluft in einem Gehäuse, das diesen ersten Abschnitt des plastifizierten Folienschlauches umfaßt. Durch einen solchen Unterdruck weitet sich dann der Schmelzenschlauch zunächst in beschränktem Umfange auf. Dadurch wird die Wandstärke des Folienschlauches in diesem Bereich herabgesetzt. Man kann also in diese Ausfuhrungsform zunächst mit einer etwas stärkeren Wandstärke des Foiienschlauchs arbeiten, die dann aber sofort durch die Sogwirkung des Unterdrucks und die dadurch hervorgerufene Ausweitung des Foiienschlauchs verringert wird. Allerdings wird auch bei diesem Arbeiten die Wandstärke des Foiienschlauchs unmittelbar nach dem Verlassen der Ringdüse der Zahlenwert von

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+20% nicht überschritten.

Im Rahmen der Erfindung kann es bevorzugt sein, mit Wandstärken des abgezogenen Folienschlauches zu arbeiten, die nach dem Verlassen der Ringdüse gerade im Bereich des zulässigen oberen Grenzwertes

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liegen. Auf diese Weise wird ein maximaler Durchsatz von thermoplastischem Material durch die Blasvorrichtung unter Einhaltung der erfindungsgemäßen Grenzwerte erreicht Im Bereich des sogenannten langen Haises findet dann durch Längsverstreckung eine kontinuierliche Wandstärkenverringerung statt. Der Abschnitt der stärksten Einschnürung des Folienschlauchhalses bildet sich unmittelbar vor der Aufweitung des Folienschlauches aus.

Jm Rahmen der Erfindung ist es nun weiterhin notwendig, diese Aufweitung mit einem Aufblasverhältnis nicht über 1 : 4 vorzunehmen, wobei das Arbeiten mit' Aufweitverhältnissen im Bereich von 1:1,5 bis 1: 2,5 bevorzugt ist. Als besonders zweckmäßig hat sich das Arbeiten mit einem Aufweitverhältnis von etwa 1:2 gezeigt. Hier liegt eine klare Abweichung gerade von den bisherigen Vorschlägen für die Herstellung von Folien mit papierähnlichem Charakter vor. Trotz so geringer Aufweitverhältnissc werden nach der erfindungsgemäßen Lehre Folien erhalten, die eine hervorragende Festigkeit sowohl in Längsrichtung als in Querrichtung besitzen.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es notwendig, vor der Aufweitung den Querschnitt des Folienschlauches nach seinem Austritt aus der Ringdüse nicht stärker als auf etwa ^l/_w des Ursprungsquerschnitts zu verringern. Das thermoplastische Material behält dabei sein »Gedächtnis« an seine Vorgeschichte, d. h., seine sich aus der speziellen Kristallüberstruktur ableitenden Stoffeigenschaften bleiben optimal erhalten.

Eine Temperstrecke kann gleichzeitig dazu benutzt werden, die Ausweitung der Schlauchblase einschränkend zu steuern und damit die Produktqualität des abgekühlten Schlauchmaterials noch weitgehend zu regulieren. Dabei wird der Innendurchmesser der Temperstrecke kleiner gewählt, als sich der maximale Durchmesser der Schlauchblase beim freien Aufblasen ausbilden würde. Die Temperstrecke schnürt also die sich ausbildende Schlauchblase ein. Beim Durchlaufen der Temperstrecke friert der Folienschlauch im vorgegebenen Durchmesser ein und weitet sich dann auch nach dem Verlassen der Temperstrecke nicht mehr weiter aus. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch optimale Produkteigenschaften besonders zuverlässig steuerbar und reproduzierbar sind. Es wird dabei bevorzugt, den Innendurchmesser der Temperstrecke und damit den tatsächlichen Durchmesser des ausgeweiteten Folienschlauches innerhalb eines Bereiches zu wählen, der 60 bis 90%, insbesondere 75 bis 80% des maximalen Durchmessers des Folienschlauches beträgt, der sich beim freien Aufblasen, d. h. also in Abwesenheit der Temperstrecke unter den gegebenen Verfahrensbedingungen ausbildet. Der Innendurchmesser der Temperstrecke und damit der Durchmesser des Folienschlauches beträgt damit zweckmäßigerweise 60 bis 90% von D_max, wobei £)„„. der vorher definierte maximale Schlauchdurchmesser beim freien Aufblasen ist. Besonders geeignete Werte für die Einschnürung des sich ausweitenden Folienschlauches in der Temperstrecke können bei 70 bis 85%, insbesondere 75 bis 80% D_max liegen.

Als besonders einfach hat es sich erwiesen, ein Metallrohr als Temperstrecke einzusetzen, das einen Innendurchmesser der gewünschten maximalen Aufweitung des Folienschlauches besitzt. Die Folienschlauchblase gleitet dann an der Innenfläche dieses erwärmten Metallrohres entlang. Auf diese Weise ist nicht nur die absolute Temperaturkonstanz in diesem letzten Abschnitt der Folienausbildung in allen Bereichen des Folienschlauches gewährleistet, es ist gleichzeitig sichergestellt, daß die Dimension des Schlauches und damit des Endproduktes nicht mehr durch örtlich auftretende Kristallisationswärme und Viskositätsänderungen beeinflußt werden kann.

Eine getrennte Heizung oder Kühlung dieser Temper-

strecke ist im Normalfall nicht erforderlich, wenn auch nicht ausgeschlossen. Im Normalbetrieb stellt sich die geeignete Temperatur für den Tempervorgang durch die im Inneren dieser Temperstrecke befindliche heiße Gasblase ein. In der Praxis hat sich gezeigt, daß beispielsweise bei einer Abzugsgeschwindigkeit von ca. 40 m/Min, mit einem Stahlrohr von 150 bis 200 mm Länge und einer Wandstärke von 10 bis 5 mm die prozeßeigene Erwärmung des Rohres die gewünschte Rohrtemperatur sicherstellt.

Gerade mit einer gezielten Temperatureinstellung in der Temperstrecke kann allerdings im erfindungsgemäßen Verfahren in Abstimmung mit den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten eine vielseitige Ausgestaltung und Einflußnahme auf die Produkteigenschaften der Folie bewirkt werden. Das Flachlegen und Aufwikkeln des auf den gewünschten Durchmesser gebrachten Folienschlauches erfolgt nach bekannten Verfahrenstechniken. Lediglich die relativ hohe Flachlegetemperatur und die Abkühlung vor der Aufwicklung sind zu berücksichtigen, wenn faltenfreie und spannungsarme Folien hergestellt werden sollen.

Zur sicheren Ausbildung der kontrollierten Netzüberstruktur im sogenannten langen Hals des Folienschlauches wird das thermoplastische Material schon bei der Plastifizierung und bis zum Austritt aus der Ringdüse unter besonders gewählten thermischen und gegebenenfalls mechanischen Bedingungen gehalten. Es wird dabei nicht nur in an sich bekannter Weise darauf geachtet, das zu plastifizierende Material einer besonders milden Plastifizierungstemperatur zu unterwerfen. Bs wird so gearbeitet, daß das im Ausgangsmaterial vorhandene Netzwerk der kristallinen Überstruktur möglichst weitgehend erhalten bleibt bzw. nur so weit aufgehoben wird, daß die plastische Verarbeitung im Folienschlauchblasverfahren möglich ist. Die gestrecktkettigen Kristallite sollen jedoch nicht ganz aufgeschmolzen werden und die gestreckten Ketten keine freie Beweglichkeit erhalten, die es ihnen gestattet, sich beim Kristallisieren zu falten.

Die Festlegung und das Einhalten bestimmter Verarbeitungsbedingungen bezüglich Temperatur, Druck und Zeit beim Aufschließen des thermoplastischen Materials in der Schneckenpresse kann nur nach Prüfungen am Endprodukt erfolgen.

Bis zum Austrittsspalt soll die Schmelze möglichst überall gleiche Fließgeschwindigkeit aufweisen, da sonst durch unterschiedlich lange Verweilzeiten das Aufschmelzen der kristallinen Bereiche ungleichmäßig erfolgt. Durch Vorbeifließen an Begrenzungsflächen (7. B. an den Stegen der Dornhalterung) wird selbst bei konstanter Temperatur die Thermodynamik der Schmelze allein durch die größere Verweilzeit gestört. Die Rekristallisation nach Verlassen des Düsenspaltes erfolgt in diesen Materialzonen nicht spontan (die Anzahl der Keime ist geringer) und wird außerdem noch durch die freiwerdende Kristallisationswärme aus den benachbarten - nicht durch die Wandberührung beeinflußten - Zonen behindert. Die sich bildende kristalline Überstruktur wächst von beiden Seiten auf eine solche Nahtstelle zu und zeigt dann dort eine trennende Schwachstelle.

Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ganz allgemein nach diesem Verfahrenstyp zu verarbeitende Thermoplasten zu Produkten mit neuen Stoffeigenschaften umzuarbeiten. Besonders wichtig ist das Verfahren für die Verarbeitung solcher kristalliner Materialien, die heute zum engeren Kreis der Ausgangsmaterialien für Folien mit papierähnlichem Charakter zählen. Besonders sind hier die kristallinen Hartpolyäthylene (insbesondere Produkte aus dem bekannten Ziegler-Verfahren oder dem Philips-Verfahren) oder Polypropy-

s len geeignet.

Es ist möglich, hochwertige Folien mit hoher Wirtschaftlichkeit herzustellen. Die Folienstärke kann im üblichen Bereich, also beispielsweise von 10 bis 150 μ liegen, wobei insbesondere der niedrige Wandstärken-

bereich bis etwa 50 μ für den Verpackungssektor besondere Bedeutung haben kann.

Die Herstellung größerer Wandstärken kann nicht nur durch geringeres Verstrecken erfolgen. Es ist auch möglich, mit zwei oder mehr konzentrisch angeordneten

Ringspalten in dem Formwerkzeug zu arbeiten. Hier wird dann vorzugsweise jeder Ringspait von einer getrennten Schneckenpresse beliefert. Im Formwerkzeug entstehen damit konzentrisch angeordnete Schläuche, die vorzugsweise noch innerhalb des Form-

Werkzeugs miteinander vereinigt werden. Durch einen gemeinsamen Ringspalt tritt dann ein mehrlagiger Schlauch aus. Die maximale Wandstärke jeder einzelnen Lage dieses Schlauches wird erfindungsgemäß den jeweiligen Materialkonstanten gemäß der Bedingung

maximale Wandstärke

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angepaßt. Wird mit unterschiedlichen Materialien gearbeitet dann gilt also, daß die maximale Wandstärke des Materials 1 der Bedingung

und die maximale Wandstärke des Materials 2 Bedingung

ei-

unterliegt.

Auf diese Weise lassen sich z. B. für Druckträger Kombinationen von Folien mit hochfesten und stark gefüllten Folienschichten herstellen oder es läßt sich auch eine geschäumte Schicht einarbeiten. Verarbeitet man in der inneren Schicht ein niedriger schmelzendes Polyäthylen oder ein anderen Material, das bei den Flachlegetemperaturen noch Klebereigenschaften auf-

weist, so wird der flachgelegte Schlauch zu einer mehrschichten Folienbahn, die auf beiden Außenseiten gleiche Oberflächeneigenschaften zeigt und dabei besonders spannungsfrei hergestellt ist.

Beispiel

Hochmolekulares Niederdruckpolyäthylen mit den folgenden Materialkonstanten:

k = 0,00111 cal/cm sec°C
e = 0,42 cal/g°C
γ = 0,95 g/cm³

wird über einen Extruder mit einer Verarbeitungsleistung von 12 kg/Std. plastifiziert und einem Ringdüsenblaskopf mit einem konzentrisch in einem Gehäuse gehaltenen Dorn zugeführt. Der Durchmesser des Ringspaltes beträgt 50 mm, die Ringspaltbreite 0,7 mm und

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die Wandstärke des Folienschlauchmaterials nach Verlassen des Ringspaltes 0,5-0,6 mm. Unmittelbar nach Austritt aus dem Ringspalt wird der Folienschlauch durch einen Kühlluftring gekühlt und in der Folienschlauchblasanlage zu einem späteren Zeitpunkt auf- s geweitet. Im einzelnen wird unter den folgenden Bedingungen gearbeitet: Es wird mit dem sogenannten langen Hals gefahren und derart gekühlt, daß sich der Folienschlauch nach Verlassen des Ringspaltes zunächst an der engsten Stelle auf einen Durchmesser von ca. 42 mm einschnürt. Diese Stelle liegt bei etwa 400 bis 420 mm nach Verlassen des Ringspaltes. Von hier aus weitet sich der Schlauch über die im Inneren vorliegende Gasblase bis zu einer maximalen Aufweitung von 100 mm Durchmesser. Dieser Punkt der maximalen Aufwertung ist ca. 550 mm nach Verlassen der Ringdüse erreicht. Der Folienschlauch wird an dieser Stelle von einem als Temperstrecke vorgesehenen Metallrohr mit einem Innendurchmesser von 100 mm, einer Wandstärke von 14 mm und einer Länge von 150 mm umfaßt.

Die Abzugsgeschwindigkeit des fertigen Folienschlauches beträgt 40 m/Minute. Die Wandstärke des fertigen Folienschlauchs beträgt 0,0175 mm.

Die fertige Folie zeigt gleichwertige und hervorragende Eigenschaften als Papierersatzmaterial in beiden Richtungen der Folienfläche.

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Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Folien mit papierähnlichem Charakter aus thermoplastisehen Kunststoffen mit wenigstens 50%, vorzugsweise mit wenigstens 65% kristalliner Anteile enthaltenden Thermoplasten, insbesondere mit Hart-Polyäthylen oder mit Polypropylen, nach dem Folienschlauch-Blasverfahren mit dem sogenannten ίο langen Hals, wobei man den Folienschlauch unmittelbar nach Verlassen der Ringdüse mit einem Luftstrom kühlt und gegebenenfalls anschließend kalibriert und tempert, dadurch gekennzeichnet, daß, is

a) die Wandstärke des aus der Ringdüse ausgetretenen plastifizierten Folienschlauches - gemessen in cm - den Zahlenwert von

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