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Verfahren und Vorrschtunz zur Herstellunz von Schlauchfolien
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur
Herstellung von Schlauchfolien aus einem Folien bildenden Thermoplasten. Insbesondere
betrifft die Erfindung änderungen an der Düsenlippe, am Schlitz für das K#h1medium
im Dorn, wodurch die Kühlgasgeschwindigkeit beeinflusst wird, sowie tnderungen an
der Kontrolle des Drucks in der oberen Kalotte.
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Schlauchherstellungsverfahren mit einem Wasserbad werden in den US-PS
3 400 184, 3 450 806 und 3 622 657 beschrieben.
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Das in diesen Patenten beschriebene Schlauchherstellungsverfahren
mit
einem Wasserbad ist eine wirksame Technik zur Herstellung von hochwertigen Schlauchfolien
aus einem Folien bildenden Thermoplasten.
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Im allgemeinen wird der Thermoplast aus einer Düse in Form eines schlauchtormigen
geschmolzenen Extrudats in im wesentlich senkrechter Richtung von oben extrudiert,
Das gesohmolzene schlauchformige Extrudat wird zuletzt durch eine Kombination aus
einem Wasserbad auf der einen Seite und einem KShldorn auf der anderen Seite schnell
gekühlt, wobei das Wasserbad an seiner unteren Begrenzung mit einem Verschluss ausgerüstet
ist, der gegen den Dorn wirkt.
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Auf Grund des äusseren Wasserdrucks muss die Folie schliesslich die
Oberfläche des Dorns berühren, und es ist daher sehr wichtig, dass das heisse, klebrige
Extrudat vor dem Kontakt mit dem Dorn so bearbeitet und behandelt wird, dass es
nicht am Dorn haften bleibt oder vom Dorn beschädigt wird.
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Das Haften am Dorn hat mehrere ausserst unangenehme Auswirkungen zur
Folge. Dazu gehortn z.B., dass sich die Folie festsetzt und das Verfahren insgesamt
unterbrochen wird, dass das Verfahren wegen der Schwierigkeit, die Folie über den
Dorn zu bewegten, verlangsamt werden kann und dass die Folie beschadigt werden oder
andere Fehler auf ihre Oberflache bekommen Aufgabe der Erfindung war es, diese unangenehmen
Wirkungen durch eine Kombination von Merkmalen zu verhindern. Diese Aufgabe wird
durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelost0 Die erfindungsgemässen Merkmale
beinhalten die Technik, einen Strahl Kühlluft mit hoher Geschwindigkeit auf einen
kleinen Bereich der inneren Oberflache des Extrudats zu richten.
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Dieser Luftstrahl verursacht eine vorlaufige Kühlung eines kleinen
Innenteils des Extrudats. Anschliessend wird das Extrudat in das Wasserbad geleitet.
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Die innere Oberfläche des Extrudats wird durch ein Luftpolster, das
sich aus einem Teil des mit hoher Geschwindigkeit geführten Luftstrahls bildet,
vom Dorn ferngehalten, wahrend die aussere Oberflache des Extrudats durch das Wasserbad
gekühlt wird.
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Wenn die innere Oberfläche des Extrudats schliesslich den Dorn berührt,
ist der den Dorn berührende Oberflächenteil zuvor ausreichend durch den Luftstrom
und das Wasserbad abgekühlt worden, so dass er verfestigt und gehärtet ist, und
beim Berühren des Dorns kein Kleben, Haften oder Festsetzen auftritt. Dies ermoglicht
die Herstellung hochwertiger Folien bei relativ hohen Produktionsmengen, d.h. etwa
181 kg je Stunde für #roduktionsstrasse#,die einen 178 cm breiten flachen thermoplastischen
Schlauch produziertu.
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Es konnewesentlich hohere Produktionsmengen für schwer zu verarbeitende
Kunststoffe wie z.B. Polypropylen erreicht werden, ohne dass andererseits die Qualität
der entstandenen Folie negativ beeinträchtigt wird, wenn folgende Verbesserungen
angewandt werden: die Oeffnungen, die den Druck des äusseren Luftrings reduzieren,
der FR-PS 7 o46 058, wodurch die Ausdehnung der Schmelze kontrolliert und die Schmelze
beim Abziehen stabilisiert wird; die verbesserte Ausführungsform des Wasserbads
der US-PS 3 685 576, die ein viel gleichma"ssigeres Abschrecken des Extrudats und
gleichzeitig ein verbessertes Dichten am Boden des äusseren Wasserbads ermoglicht;
die Verbesserung der US-PS 3 702 224, die eine verbesserte Ausführungsform des inneren
Teils des Dorns vorsieht.
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Dadurch können Produktionsmengen von 227 bis 245 kg je Stunde
erreicht
werten.
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Dies sind hohere Mengen verglichen mit denen, die mit der ursprünglichen
in der US-PS 3 400 184 beschriebenen Technik erhalten werden konnen. Die Erfordernisse
des Marktes sind jedoch so, dass die Kunststoffpreise ständig steigen, wahrend die
Folienpreise sinken; daher muss, um wettbewerbsfahig zu bleiben, eine gegebene Investition
wesentlich mehr Folie in einer bestimmten Zeitspanne produzieren konnen.
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Dies kann mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
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Produktionemengen an Schlauchfolien (vorzugsweise 152 bis 203 cm breit)
von wesentlich über 318 kg Je Stunde aus schwer zu verarbeitenden Kunststoffen,
wie z.B. Polyolefine, Polyamide, Polyester, PVC und ähnliche, konnen in einem Verfahren
erzielt werden, in dem die Düsenöffnungen53 die ausseren Lippen der Luftschlitze,
die Luftgeschwindigkeit ebenso wie der Druck der oberen Kalotte jeweils alle innerhalb
kritischer Parameter gehalten werden, um ein wesentliches Ansteigen der Prod':#tionsmenge
ohne gleichzeitige negative Beeintrachtigung der Folienqualität zu erreichen.
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Obwohl das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemasse Vorrichtung
bei Jedem Folien bildenden thermoplastischen Kunststoff verwendet werden können,
sind sie besonders gut für die Herstellung transparenter Schlauchfolien mit einheitlichen
Durchmessern aus kristallinen, thermoplastischen Kunststoffen insbesondere Polypropylen
1 geeignet. Ausserdem sind sie besonders zur Herstellung von Folien handelsublicher
Dicke mit einer Breite von 152 bis 203 cm geeignet.
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Für die folgenden Ausführungen und Erläuterungen wird Polypropylen
als bevorzugte Ausführungsform verwendet, jedoch ist die Erfindung darauf nicht
beschränkt.
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Es gibt mehrere ganz verschiedene und wichtige Betrachtungen bei der
Folienherstellung, die davon abhängig sind, ob man Schlauchfolien aus einem relativ
hochkristallinen Produkt wie Polypropylen oder einem relativ niedrigkristallinen
Produkt wie Polyäthylen niedriger Dichte herstellt.
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Im allgemeinen tonnen die hochkristallinen Thermoplaste in konventionellen
Schlauchfolienverfahren nicht verwendet werden, da, wenn sie langsam gekühlt werden
wie mit Luft, relativ grosse Sphärolithe gebildet werden, wodurch eine Weniger transparente
Folie entsteht. Ein schnelles Kühlen der Schlauchfolie kann die Bildung solcher
Sphärolithe ausschliessen. Das vorliegende Verfahren ist sehr geeignet für die Herstellung
von Folien aus Kunststoffen wie Polypropylen, bei denen die vorzeitige Kristallisation
ein Problem sein kann; es können jedoch auch andere Kunststoffe verwendet werden.
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Um die spezielle Vorrichtung des Verfahrens, die Verbesserungen und
die Merkmale der vorliegenden Erfindung zu verstehen, ist zur allgemeinen Hintergrundinformation
ein Rückblick auf das Grundverfahren nützlich.
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Im allgemeinen wird ein Folien bildender Kunststoff nach unten gerichtet
in Form eines geschmolzenen, schlauchformlgen Extrudats aus einer Runddüse extrudiert
und wird über einen Kalibrierdorn geführt, der in einem ihn umgebenden Wasserbad
angeordnet ist.
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Kühlgas aus einer normalerweise im Dorn angeordneten Luftiuse kühlt
einerseits einen Teil des Extrudats, wenn es auf das Extrudat trifft, und wird andererseits
ausgeblasen, um den im Verfahren gebildeten Schlauch aufzublasen. Vorzugsweise kann
die Schlauchfolie durch eine ringförmige Düse extrudiert werden, um eine nach unten
gerichtete Schlauchfolie zu ergeben,
die einen Innendurchmesser
von 7,6 bis 122 cm und eine Schlchtdicke (beim Austritt aus der Düse) von 254 bis
1524 #, vorzugsweise von 508 bis 1016 » hat.
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Die sich nach unten bewegende geschmolzene Folie wird zunächstmit
Luft von 700 C bis +600 c, vorzugsweise von 100 C bis 500 C. in Berührung gebracht,
um die Folie auf 1000 C bis 2800 C vorzuk~hlen.
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Vorzugsweise berührt die Luft die Folie sowohl aussen als auch innen.
So kann ein Luftrlng, wie er in der FR-PS 7 046 058 beschrieben ist, für das Kühlen
von aussen angewendet werden.
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Die Luft innerhalb des Schlauchs dient dazu, die Folie zu tragen und
auf einen grõsseren Durchmesser auSzudehnen. Normalerweise wird soweit vorgekühlt,
dass eine maximale Viskosität des Polymeren und eine Härtung der Oberflache erzielt
wird, aber nicht so weit, dass eine 'Frostlinie' auf der Folie vor dem weiteren
Kühlen entsteht.
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Normalerweise wird die Polypropylenfolie an dieser Stelle vor der
weiteren Kühlung auf 1800 C bis 2890 C, vorzugsweise auf 1900 C bis 2300 C. und
die PolyEthylenfolie auf 1600 C bis 2350,, c, vorzugsweise auf 1600 C bis 1900 C
vorgekühlt.
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Das innere Vorkühlgas wird gewöhnlich innerhalb der sich nach unten
bewegenden Schlauchfolie nach oben geführt (d.h. im Gegenstrom zur Schlauchfolie).
'Nach oben' soll sich hierbei nicht auf den Winkel eines Luftschlitzes (Gas) beziehen,
sondern vielmehr die Luft (Gas) zur Richtung der Folienbewegung in Beziehung setzen.
Wenn das Gas die Innenseite der Schlauchfolie berührt, dient es ausser zur Vorkühlung
häufig dazu, die Folie auf einen Durchmesser auszudehnen, der etwas grosser ist
als derjenige des zylindrischen Dorns, der in den folgenden Schritten verwendet
wird. Das innere Kühlgas hat auch die
wichtige Aufgabe, unerwünschte
flüchtige Produkte zu entfernen.
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Anschliessend wird die vorgekühlte, sich nach unten bewegende Schlauchfolie
in gleitendem Kontakt über und um einen sich senkrecht erstreckenden Dorn geführt,
der vollständig von der Folie umgeben wird. Der im wesentlichen zylindrische Dorn
ist normalerweise aus einem Metall, durch das ein leichter Wärmeaustausch stattfindet.
Der Auæsendurchmesser des Dorns beträgt 80% bis 300%, vorzugsweise 110% bis 170
des Durchmessers der Ringdüse0 Der Aussendurchmesser des Dorns ist im wesentlichen
derselbe wie der Innendurchmesser der Folie; dadurch tritt eine Kühlung der Folie
ein, wenn die Folie über den Dorn nach unten bewegt wird. Aufgabe des Dorns ist
es, die Schlauchfolie zu kalibrieren und zu kühlen.
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Vorzugsweise kann der Dorn von innen mit Kühlflüssigkeit1 insbesondere
Wasser gekühlt werden, das mit einer Temperatur von 20 C bis 750 C, vorzugsweise
20 C bis 400 C eintritt und mit einer Temperatur von etwa 40 e bis 760 C austritt.
Der grösste Teil des sich senkrecht erstreckenden Aussenmantels des Dorns wird durch
zirkulierende Flüssigkeit, wie weiter unten beschrieben wird, gekühlt.
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Die aussere Oberfläche der sich nach unten bewegenden Schlauchfolie
wird, wenn sie über den Dorn gleitet, durch gühlflussigkeit, vorzugsweise Wasser
mit einer Temperatur von 20 C bis 900 C, die in der Kühlzelle aufrechterhalten wird,
geführt, Der hydrostatische Druck der Kühlflüssigkeit in der Zelle hilft, die Schlauchfolie
im Kontakt mit dem Dorn zu halten.
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Der Dorn enthalt einen peripheren Schlitz oder Schlitzes angeordnet
in oberen Teil des Zylinders, der Durchgänge für den intensiven Strom des Kühlmediums
enthalt. Das bevorzugte
Kühlmedium ist Gas, z.B. Luft, obwohl man
sehen wird, dass eine der erfindungsgemãssen Ausführungsformen Flüssigkeit (Wasser)
oder eine Kombination von einem Gas und einer Flüssigkeit, z.B. Luft und Wasser
verwendet. Obwohl der Ausdruck Luft in Verbindung mit dem Stand der Technik und
aus Bequemlichkeit auch in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, soll darunter
verstanden werden, dass erfindungsgemäss jedes geeignete Medium und nicht nur Gas
oder Luft verwendet werden kann.
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Eine der erfindungsgemässen Unterkombinationen ist die Verbesserung
der Ausführung des Luft schlitzes im Dorn, so dass eine bestimmte Menge Kühlgas
unter einem bevorzugten Winkel auf die Oberfläche des Extrudats gebracht werden
kann.
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Im allgemeinen ist der Luftschlitz so ausgerichtet, dass annähern
pro Minute 2,83 N m5 bis 7,08 N m31 vorzugsweise 4,25 N m3 bis 5,66 N m3 und besonders
bevorzugt 5,10 N m9 bis 6,23 N ms Kühlgas auf die Oberflache des Kunststoffextrudats
gebracht werden, wenn ein 117 cm Dorn verwendet wird.
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(N = Normzustand).
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Die Faktoren, die das Volumen bestimmen, sind eine Kombination der
Schlitzgrosse und der Luftgeschwindigkeit. Ganz allgemein sollte die Breite des
Schlitzes etwa 1270 31 bis 2540 », vorzugsweise 1524p bis 1780 » und besonders bevorzugt
1524 zu bis 1725 p betragen. Die Länge des Steges beträgt vorzugsweise Q,317 cm,
besonders bevorzugt wenigstens 0,476 cm und ganz besonders bevorzugt wenigstens
0,634 cm. Der Schlitz hat einen Winkel gegenüber der oberen horizontalen Oberfläche
des Dorns von etwa 250 bis 450, vorzugsweise 270 bis 330 und besonders bevorzugt
290 bis 310.
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Ein anderer Punkt im Verfahrensablauf, an dem eines der erz in dungsgemässen
Merkmale mit Vorteil angewendet werden kann, ist die Düsenoffnung selbst. Es ist
gefunden worden und stellt
ein erfindungsgemasses Merkmal dar,
dass es von besonders grossem Vorteil ist, die durch die Düse bewirkte Ausdehnung
(die swell) schon vor dem Punkt, an dem das geschmolzene Extrudat aus der Düsenöffnung
austritt, zu beeinflussen.
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Viele Sunststoffe einschliesslich des Polypropylens enthalten Moleküle,
die bezüglich einer elastischen Verformung sehr eng und dicht gepackt sind. Wenn
diese Moleküle unter Hitze und Druck komprimiert und durch einen engen Kanal in
einer Extrusionsduse gedrückt werden, neigen sie beim Austritt aus der Düse dazu,
aufzuspringen unazölastisch aus der sehr engen Konfiguration zu expandieren, in
die sie durch die Beg t zung der Düsenöfrnung gezwungen wurden.
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Es ist gefunden worden, dass, wenn diese Ausdehnung uneinheitlich
verläuft, dies unerwünsohterweise eine Folienbildung mit Fehlern zur Folge hat,
wie z.B. Oberflächenstrukturen und abwechselnd dünne und dicke Partien.
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Gemäss einem erfindungsgemassen Merkmal wird dieses Problem dadurch
gelõst, dass der Fliesskanal der Düseno"ffnung geändert wird. Gewohnlich verjüngt
sich der Fliesskanal allmählich bis zu einem Endspalt von etwa 0,635 mm. Dieser
Endspalt wird auf einer Länge von etwa 2,54 cm aufrechterhalten. Dies wird üblicherweise
als Kanalspalt oder als Spalt des Endkanals bezeichnet.
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Erfindungsgemäss vergrõssert sich der Kanalspalt auf den letzten 1,27
cm, in dem er sich nach aussen um etwa 20 bis 5°, vorzugsweise um 20 bis 40 und
ganz besonders bevorzugt um 3° erweitert, gemessen von den parallelen Seiten aus,
die den Fliesskanal etwa 1,27 cm vor seinem Ende begrenzen, wo die Düsenlippen angeordnet
sind. Dies wird weiter unten bei der Erläuterung der Zeichnungen näher beschrieben.
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Ein zusätzliches Merkmal dieses besonderen Teils der Erz in dung ist,
dass eine längere Verjüngung vorgesehen sein kann, um den oben beschriebenen sich
nach aussen erweiternden Ausgang zu ergänzen.
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Insgesamt soll dadurch ein allmählicher Uebergang geschaffen werden,
so dass die durch die Düse bewirkte Ausdehnung relativ langsam und innerhalb vorbestirmnter,
eng unischriebener Grenzen abläuft, wodurch sie kontrolliert erfolgt und uneinheitliohe
Folien vermieden werden.
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Ein anderes wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Kontrolle
eines konstanten Drucks in der oberen Kalotte.
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Früher, bevor dieses erfindungsgemässe Merkmal entwickelt worden war,
wurde angenommen, dass die Schlauchfolie in der oberen Kalotte eine bestimmte Kalottenform
annehmen musste. Dementsprechend wurden an verschiedenen Stellen rund um die Kalotte
photoelektrische Zellen angeordnet, so dass jede Veränderung in der Kalottenform
in einen Instrumentenstromkreis reflektiert wurde und Kühlgas zudosiert oder entzogen
wurde, um die Liderungen des Schlauchdurchmessers und der Schlauchform auszugleichen,
so dass diese auf einem konstanten Wert gehalten wurden; zur genauen Beschreibung
dieses komplizierten Kontrollsystems siehe US-PS 3 400 184, Spalte 6, Zeile 11 -
38.
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Gemäss einem merkmal der vorliegenden Erfindung kann diese Kontrollar4,die
darauf basiert, eine vorbestimmte Kalottenform aufrechtzuerhalten, vollständig weggelassen
werden. Das bestimmende Kriterium dieses Erfindungsteils ist der Druck in der#oberen
Kalotte0 Es ist also gefunden worden, dass ein gewisser, vorherbestimmter und definierter
Druck für einen guten Betrieb kritisch ist und dass dieser spezielle Druck konstant
gehalten werden muss, um die wünschenswerten Resultate zu erzielen0
Ganz
allgemein sollte dieser Druck auf einem bestimmten Wert von etwa 0,254 bis 2,54
cm Wassersäule in der Kalotte gehalten werden, vorzugsweise 0,381 bis 0,813 cm Wassersäule
und ganz besonders bevorzugt etwa 0,635 cm Wassersäule.
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Dieser Druck wird während des Betriebs eingestellt bis zu Beginn des
Produktionslaufs ein stabiler Betrieb erreicht ist. Danach wird der Druck auf diesem
Wert gehalten und braucht nicht kontinuierlich als Reaktion auf andere Bedingungen,
wie man früher abnahm;, geändert zu werden. Dies liefert eine viel leichtere und
wirkungsvollere Kontrollmethode als alles bisher Bekannte.
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Das im Stand der Technik bekannte und in der US-PS 3 400 184 beschriebene
Schlauchherstellungsverfahren mit einem Wasserbad wird für die Herstellung von relativ
schmalen Polyolefinschläuchen kommerziell verwendet.
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Wenn diese zum Stand der Technik gehörende Technik jedoch tur Herstellung
breiter Polypropylenfolien verwendet wird, konnen nur mit Materialien mit relativ
grossen Dicken d.h. etwa 63,5 bis 254 p zufriedenstellende Produktionen insbesondere
im Hinblick auf den Durchsatz erzielt werden.
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Wenn dies dicke Material auf die handelsübliche Dicke von etwa 25,4
X bis 50,8 P gestreckt wird, stosst man auf ernste Schwierigkeiten, wenn man bei
wirtschaftlich vertretbaren Geschwindigkeiten arbeitet.
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Grundsätzlich bedeuten diese Schwierigkeiten, dass bei hohen Geschwindigkeiten
wegen der Oberflächenfehler Folien minderer Qualität hergestellt werden und wenn
eine folie von handelsüblich annehmbarer Qualität hergestellt wird, dies bei so
niedrigen Durchsätzen erfolgen muss, dass die Produktion vollig konkurrenzunfähig
wird.
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Die Verbesserungen der FR-PS 7 046 058, der US-PS 3 685 576 und der
US-PS 3 702 224 helfen alle bis zu einem gewissen @rad, die Schwierigkeiten zu überwinden;
dennoch wurde die Schwierigkeit selbst mit diesen Neuerungen nicht vollständig überwunden,
da der Durchsatz noch unzureichend d.h. nicht mit wirtschaftlicher Geschwindigkeit
war.
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Nur wenn die Techniken der oben erwähnten Patente mit den Techniken
der vorliegenden Erfindung kombiniert werden, werden Produktionsmengen von über
318 kg Je Stunde ohne Obèrflachenfehler erreichet.
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Es sollte erwähnt werden , dass die Extrudatschmelze, wenn sie aus
der Düse austritt, anfänglich eine Dicke von 889 P hat im Unterschied zur am Ende
gewunschten Foliendicke von 25,4. µ bis 50,8 µ. Daher muss die Folie selbstverständlich
nicht nur bei hohen Geschwindigkeiten durch die Vorrichtung extrudiert werden, sondern
gleichzeitig muss ein sehr hoher Verstreckungsgrad erreicht werden. Dies ist äusserttt
schwer zu erreichen.
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Obwohl im allgemeinen jede konventionelle zur Folienherstellung geeignete
Thermoplastensorte im erfindungsgemässen Verfahren verwendet werden kann, wurde
gefunden, dass Polypropylen, das bestimmte Bedingungen erfüllt, optimale Ergebnisse
im erfindungsgemässen Verfahren liefert.
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Ganz allgemein werden Polypropylenkunststoffe bevorzugt mit einer
Scherspannung zwischen 18,0 und 22,0,vorzugsweise@zwischen 19,3 und 21,3 und einer
durch die Düse bedingten Ausdehnunt(die swell), d.h. einem Ausdehnungsverhältnis
(swelling ratio) zwischen 2,2 und 3,6, vorzugsweise jedoch zwischen 2,5 und 3,5.
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Der Ausdruck Scherspannung bedeutet die Messung, die bei einer konstanten
Schergeschwindigkeit von 1280 sec-1 durch eine
Kapillarduse mit
einem Durchmesser von 0,1524 cm und einer Länge von etwa 2,54 cm bei einer Temperatur
von 2040 C durchgeführt wird. Unter Ausdehnungsverhaltnis oder durch die Düse bewirkte
Ausdehnung versteht man das Verhältnis der Querschnittsfläche eines Extrudats zu
der Querschnittsfläche der Düse unter denselben Bedingungen.
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Im folgenden soll die Erfindung anhang der Zeichnungen und eines Beispiels
näher erläutert werden.
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Es zeigen: Fig. 1 den gesamten Verfahrensablauf und eine dafür bestimmte
Vorrichtung, Fig. 2 den Ausechnitt einer sich nach aussen erweiternden Dusenoffnung,
Fig. 3 den Ausschnitt einer Vorkühleinrichtung, Fig. 4 eine Ausführungsform für
die Kombination einer Luft-und Wasservorkühlung und Fig. 5 eine Ausführungsform,
in der nur mit Wasser vorgekühlt wird, d.h. eine Wasserkühlung (flüssig) zwischen
der Innenseite der Folie und dem Dorn.
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In Fig. 1 wird eine typische Ausführung der Erfindung gezeigt, in
der der Folien bildende Kunststoff durch einen Trichter 11 in den Extruder 10 eingeführt
wird, von dem das geschmolzene Extrudat durch das Rohr 12 in die Düse 13 der ringförmigen
Düsenoffnung 14 zugeführt wird, die sich zuerst verjüngt und sich schliesslich an
der Dusenlippe nach aussen erweitert.
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Fig. 2 zeigt eine genaue Vergrosserung dieses Merkmals. Sie zeigt
die letzten 2,54 cm des Fliesskanals des Extrudats vor der Extrusion.
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Im Betrieb wird der Kunststoff aus der Oeffnung 14 als schlauchtormiges
Extrudat 15 extrudiert.
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Das Extrudat 15 gleitet über den Dorn 17 während die aussere Oberfläche
des Extrudats 15 in dem Wasserbad der Elhlzelle 16 gekühlt wird. Die Folie 15 wird
in der unteren aus dem Extrudat 15 gebildeten Kalotte durch die Walzen 18 zusammengepresst
und dann einer weiteren Behandlung unterzogen, die für die einzelnen Verwendungszwecke
erforderlich sein kann.
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Das Kiih1zedi#, üblicherweise Gas d.h. Luft, wobei die Erfindung darauf
Jedoch nicht beschränkt ist, wird in das Rohr 19 eingeführt und unter Kompression
und Druck in das Innere des Dorns 17 geleitet, wo es aus dem ringförmigen, am Umfang
des Dorns angeordneten Schlitz 20 austritt.
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Das aus dem Schlitz 20 austretende Medium dient zum Vorkühlen der
inneren Oberfläche des geschmolzenen Ertrudats 15, bevor es mit dem Dorn 17 in Berührung
kommt. Wenn das Medium, das aus dem Schlitz 20 austritt, gasformflg ist, z.B. Luft,
lasst man es dann nach oben expandieren , wo es, wie oben beschrieben wurde, auf
einem konstanten, vorherbestimmten Dru¢k gehalten wird, und Jede überschüssige Luft
durch die Rohre 21 und 22 aus dem System entweichen kann. Diese können weiterhin
mit ferngesteuerten Prüfventilen reguliert werden.
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Wenn das Medium flüssig ist, z.B. Wasser, wird in die obere Kalotte
direkt Luft geleitet , um den Druck zu regulieren.
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Im ersten Teil des 2,54cm langen Endstücks des Pliesskanals 23 hat
er eine konstante Weite. In der zweiten Hälfte des 2,54cm langen Endstücks des Fliesskanals
23, wie man in Fig 2 sieht, hat sich der konstante Spalt zum Trichter 24 erweitert,
der vorzugsweise einen Winkel von etwa 30 aufweist, gemessen gegen
die
parallelen Seiten des konstant breiten Teils des Kanals.
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Fig. 3 zeigt im Querschnitt die Konstruktion des peripheren Schlitzes
20, der sich im Dorn 17 befindet und der die Gasgeschwindigkeit und Richtung bestimmt,
wenn Gas, üblicherweise Luft, als Vorkühlmedium verwendet wird. Die bevorzugte Grosse
und der bevorzugte Winkel dieses Schlitzes sind ausführlich bereits weiter oben
beschrieben.
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Fig. 4 zeigt. eine Ausführungsform, bei der ein rliIssigeu## (Wasser)
und ein gasförmiges (Luft) Vorkühlmedium zusammen verwendet werden. Mit dieser Kombination
konnen hervorragende Ergebnisse erreicht werden, da das Vorkühlen wirkungsvoller
ist und das Wasser auf der Innenseite der Folie als inneres Schmiermittel auf dem
Dorn wirkt.
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Die zusätzliche vom Wasser auf die Innenfläche der Folie gelieferte
Kuhlwirkung und -kapazität verhindert auch ein Krauseln, das bei einigen dicken,
aus Kunststoffen wie Polyathylen hoher Dichte u.s.w. hergestellten Folien beobachtet
wird.
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Dieses Kräuseln wird offensichtlich verursacht durch ungleichmassige
Kühlgeschwindigkeit zwischen der durch das Wasserbad gekühlten Aussenfläche der
Folie und der Innenflgche der Folie, -die hauptsächlich durch den Kontakt mit der
Metalloberfläche des Dorns 17 gekühlt wird.
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Beobachtungen zeigen, dass der gekühlte Netalldorn nicht mit so hoher
Geschwindigkeit kühlt wie der direkte Kontakt mit Wasser in einem Kuhlbad.
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Das Resultat ist eine ungleichmässige Kühlung, die das unerwunsohte
Kräuseln oder Verziehen bewirkt. Es wird vermieden, wenn Wasser auf dOr Innenseite
der Folie verwendet wird,
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform1 bei
der eine flüssige Vorkühlung, d.h. Wasser allein in Abwesenheit von Gas verwendet
wird. Sowohl die Vorkühlung als auch die Wasserkühlung zwischen der Innenfläche
der Folie und dem Dorn werden durch diese Anordnung durchgeführt. Die Lage des Wasseroffnungsschlitzes
25, wie sie in Fig. 4 und 5 gezeigt wird, ist so gewählt, dass ein Kontakt zwischen
Extrudat und Dorn ohne Kuhlz und Sohmierflüssigkeit, vorzugsweise Wasser ausgeschlossen
wird. Daher ist, wenn das Extrudat zum ersten Mal den Dorn 17 berührt, wenigstens
eine Grenzschicht der Flüssigkeit zwischen dem Extrudat und dem Dorn 17.
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Ein Teil des Wassers wird durch das sich bewegende Extrudat in das
Wasserbad 16 gebracht. Ein Teil des Wassers baut sich am Berührungspunkt zwischen
dem Extrudat und dem Dorn auf. Um einetfberfliessen zu verhindern, ist es erwünscht,
in der Ausführungsform von Fig. 4 und 5 Uberlaufschlitze 20 b für die Flüssigkeit
vorzusehen. In Fig. 5 wird eine Ausführungsform gezeigt, bei der der Schlitz 20
b in einer getrennten oberen Dornplatte 17 b angeordnet ist.
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Darüberhinaus ist der Luftschlitz 20 a in Fig. 4 neben dem ~berlaufschlitz
20 b für die Flüssigkeit angeordnet. Die #berlaufschlitze konnen über Rohre (in
den Zeichnungen nicht abgebildet) entweder zurück in das im Dorn angeordnete Bad
26 führen oder zu irgendeinem anderen passenden Reservoir.
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Obwohl die bisherige Technik der Schlauchherstellung mit Wasserbad
wegen der raschen Kühlung besonders geeignet war, hohe Geschwindigkeiten zu erzielen,
führt das erfindungsgemässe Verfahren, bei dem ohne eine Flüssigkeit dxhe Wasser
auf der Innenseite der Folie gearbeitet wird, zu oberen Geschwindigr keiten; das
zusätzliche erfindungsgemässe Verfahen, bei dem mit einer Flüssigkeit auf der Innenseite
der Folie gearbeitet wird, ermöglicht ausserordentlich hohe Durchsätze,
Die
Erfindung wird durch folgendes Beispiel näher erläutert.
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Beispiel Das Arbeitsbeispiel wurde mit einer Düsenoffnung mit einem
Durchmesser von 91,4 cm und einem Dorn mit einem Durchmesser von 117 cm durchgeführt.
Andere als die in diesen Beispielen besonders beschriebenen Techniken und ihre Anwendung
als erfindungsgemässe Merkmale wurden systematisch getestet, wie z.B. verschiedene
Plattensätze von Luftringoffnungen, verschiedene Abstände zwischen Düse und Dorn,
verschiedene Aufblasdrucke für die Kalotte und Geschwindigkeiten des äusseren Luftstroms,
jedoch führte jeder Versuch bei hohen Durchsätzen zu nicht annehmbaren Folien.
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Im allgemeinen hatte der Versuch, die Produktionsgeschwindigkeit zu
erhohen, als Ergebnis, dass geschmolzener Kunststoff den oberen Teil des Dorns berührte,
was nicht annehmbare Spuren auf der Folie hinterliess.
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Nit der Technik dieses Beispiels wurden jedoch solche unangenehmen
Ergebnisse verhindert. Wenn nicht anders angegeben, wird im Beispiel im allgemeinen
das Verfahren und die Vorrichtung der Zeichnungen verwendet sowie die ausführlichen
Grundbedingungen der FR-PS 7 046 058, die den Gebrauch der äusseren Luftringe fur
die aussere Kühlung der oberen Kalotte beschreibt.
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Polypropylen mit einer Scherspannung von etwa 20 und einer durch die
Düse bewirkten Ausdehnung von etwa 3 wurde bei einer Schmelzlcemperatur von etwa
2210 C mit einer Geschwindigkeit von 322 kg / Stunde aus der Düse auf den Dorn extrudiert,
dessen oberer Luftschlitz 15,24 cm + @,635 cm senkrecht unter der Dusenoffnung für
das Extrudat angeordnet war. Luft wurde auf die ausseren Lippen mit konstanter Stromungsgeschwindigkeit
zwischen 14,2 N mt pro Minute und 42,5 N ms pro Minute geleitet; Luft wurde am oberen
Spalt an der Oberseite des
Dorns mit einer Stromungsgeschwindigkeit
von etwa 5,1 N ms pro Minute eingeleitet. Die Luft stromte aus dem Luftschlitz des
Dorns mit einer Geschwindigkeit zwischen 853,44 und 975,36 m pro Minute.
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Die Grõsse der oeffnungen im oberen Teil der Düse wurden so eingestellt,
dass sie diese Luft aus der oberen Kalotte bei einem Druck zwischen 0,406 und 0,635
cm Wassersäule entweichen lassen. Der Luftschlitz im oberen Teil des Dorns leitet
die Luft mit einem Winkel von etwa 300 gegen die Horizontale nach -oben.
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Die Folie dieses Beispiels wurde unter Verwendung der im Beispiel
der FR-PS 7 046 058 beschriebenen Luftringlippen hergestellt, die so ausgerichtet
wurden, dass die innere Lippe 3,887 cm + 0,157 cm senkrecht unter der Düse, die
mittlere 7,4625 cm t 0,3175 cm senkrecht unter der Düse und die aussere Lippe 10,16
cm + 0,635 cm senkrecht unter der Düse lag.
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Die Luftringlippen sind in dieser Erfindung nicht abgebildet, da sie
mit Ausnahme der speziellen hierin verwendeten Einstellung eine getrennte Erfindung
der genannten FR-PS darstellen.
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Obwohl die Erfindung mit besonderer Betonung an Hand des Polypropylens
beschrieben wurde, kann man aus der Verwendung der Merkmale der Erfindung arch für
den Einsatz anderer Folien bildender Kunststoffe insbesondere hochkristalliner oder
kristallisierbarer Nutzen ziehen. Beispiele für solche Kunststoffe umfassen Polyolefine
wie Polyäthylen sowohl mit hoher als auch mit niedriger Dichte, Polymethyl#uten-1,
Polymethylpenten, Polystyrol, Polyamide (Nylon), Polyester #(Dacron), PVC und ahnliche,
Weiterhin
kann ein Orientierungsschritt an das erfindungsgemasse Verfahren angeschlossen werden,
so dass die Folie, nachdem sie den Dorn passiert hat, in dem Bereich der unteren
Kalotte des Gesamtprozesses gezogen und orientiert werden kann.
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L e e r s e i t e