DE2710467A1

DE2710467A1 - Verfahren und vorrichtung zum erhitzen von polymerfolienbahnen vor dem ausrecken in querrichtung

Info

Publication number: DE2710467A1
Application number: DE19772710467
Authority: DE
Inventors: William Drake Garlington; Stanley Burton Levy
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1976-03-12
Filing date: 1977-03-10
Publication date: 1977-09-15
Also published as: FR2343585A1; LU76932A1; CA1096128A; JPS6036933B2; BE852325A; NL7702652A; DE2710467C2; FR2343585B1; JPS52111969A; IT1076631B; GB1554350A; US4104769A

Description

Patentanwälte

Dr. Dieter F. Mort "

Dipl.-Phys. M. Gritschnedef
8 München 86, Pienzenauerstr. 23

10. März 1977 FD-2559

E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 1Oth and Market Streets, Wilmington, Delaware 19 898, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen von Polymerfolienbahnen vor dem Ausrecken in Querrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrecken von Polymerfolien, wobei eine Folienbahn in einem Spannrahmen durch eine dicht bei der Bahn angeordnete Kombination aus einem Luftkanal und einer Mehrzahl von Erhitzern derart erhitzt wird, dass eine bevorzugte Erhitzung in einem ausgewählten Streifen erfolgt, um verbesserte Folieneigenschaften zu erzielen.

Verfahren zum selektiven und bevorzugten Erhitzen von Polymerfolien vor dem Ausrecken sind bekannt.

Ein Beispiel dafür ist die US-PS 3 161 711, gemäss der eine Reihe von Strahlungserhitzern über der Folie unmittelbar vor der Ausreckvorrichtung, wie einem Spannrahmen, angeordnet ist. Diese Erhitzer sind vorzugsweise so angeordnet, dass sie die vollständige Breite der Folienbahn erhitzen, und stehen parallel zueinander in der Förderrichtung der Bahn auf Ab-

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stand. Die Erhitzer können einzeln so gesteuert werden, dass die Bahn in praktisch spannungsfreiem Zustande längs mindestens eines ausgewählten Längsstreifens bevorzugt erhitzt wird.

In der US-PS 3 649 726 ist eine Methode zum Steuern der Dicke von Polymerfolien beschrieben, bei der Erhitzer von der in der US-PS 3 161 711 beschriebenen Art verwendet werden, um eine Sahn vor dem Ausrecken bevorzugt zu erhitzen. Diese Methode besteht darin, dass man die Foliendicke an einer Stelle quer über die Breite der Bahn hinweg vor dem Ausrecken bestimmt, die Foliendicke an einer Stelle über die Breite der Bahn hinweg nach dem Ausrecken bestimmt, die kumulativen Massenwerte der Folie über die Breite der Bahn hinweg vor und nach dem Ausrecken berechnet und die Dicke der Folie an jedem Punkt über die Breite hinweg vor dem Ausrecken in Abhängigkeit von der Abweichung von einem vorgegebenen Dickenwert der Folie nach dem Ausrecken entsprechend dem kumulativen Massenwert der Folie vor und nach dem Ausrecken steuert. Ebenso wie bei der bevorzugten Erhitzungsmethode der US-PS 3 161 711, hängt der Wirkungsgrad des Erhitzens vom Wirkungsgrad des verwendeten Erhitzers ab.

Andere Erhitzer als Strahlungserhitzer zum Erhitzen der Folienbahn vor dem Ausrecken sind in der US-PS 2 339 451 beschrieben, die das Erhitzen durch eine Anzahl von Gasbrennern während des Ausreckens in Querrichtung offenbart. Die Brenner sind zickzackweise angeordnet, damit die einzelnen Streifen nicht überhitzt werden.

Die US-PS 2 412 187 beschreibt die Steuerung der Wärmezufuhr durch von innen durch Dampf erhitzte Heizkörper zu gesonderten Teilen der Bahn während des Ausreckens in Maschinenrich-

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tung und vor dem Ausrecken in Querrichtung, und die US-PS 3 304 205 beschreibt das Erhitzen abwechselnder Ränder der Bahn in einer Spannungs-Vorerhitzungszone, um die Geometrie des Ausreckens in Querrichtung unter Kontrolle zu halten. Als Mittel zum Erhitzen werden Strahlungserhitzer oder Luft beschrieben.

Eine Schwierigkeit des Standes der Technik ist die, dass keine Möglichkeit aufgezeigt wird, um das Erhitzen einer Bahn in einem Spannrahmen vor dem Ausrecken innerhalb sehr enger Grenzen zu steuern, und dies beruht in erster Linie auf dem Abstand der Bahn von dem Strahlungserhitzer oder auf der Unmöglichkeit, die auf die Bahn auftreffende erhitzte Luft wirksam zu isolieren.

Es sind auch zahlreiche weitere Versuche unternommen worden, um die Dickengleichmässigkeit stranggepresster Folien zu verbessern; so sind z.B. Vorrichtungen und Verfahren entwickelt worden, um die Dickenabweichungen abzufühlen und die Foliendicke an bestimmten Stellen, gewöhnlich an oder nahe der Stelle, an der das Polymere bei der Herstellung der Folie stranggepresst wird, zu regeln.

So beschreibt z.B. die US-PS 3 122 782 eine maschinelle Anordnung zum Einregeln der Dicke ausgewählter hypothetischer Streifen quer über die Folie hinweg, die dickeren oder dünneren Teilen der Folie entsprechen. Gemäss dieser Patentschrift sind zwischen einem Organ zum Messen der Foliendicke und einem Regelorgan zwei durch eine Vielzahl von Verbindungsstellen miteinander verbundene Endplatten zum Ändern der Dicke der Strangpressöffnung vorgesehen, aus der die Folie austritt. Der Foliendickenmesser misst die Dicke der Folie und Überträgt durch geeignete Relais ein Signal zur Betätigung von Motoren,

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die so gebaut und angeordnet sind, dass sie die Öffnung in der Strangpresse je nach der Dickenabweichung der Folie, die von dem Messorgan für die Foliendicke abgefühlt wird, öffnen oder schliessen.

In der US-PS 3 455 175 ist eine Strangpressvorrichtung mit einstellbaren Strangpressöffnungslippen beschrieben, die längs des Öffnungsschlitzes eine Mehrzahl von Stellschrauben aufweisen. Die Stellschrauben sind in Abständen von etwa 20 mm voneinander in die Lippen der Strangpressöffnung eingeschraubt, welche letzteren so abgeändert sind, dass sie in der Nähe ihrer äussersten Enden örtlich abgeschwächte Querschnitte aufweisen. Durch Drehen der einen geringen Durchmesser aufweisenden Stellschrauben von Hand werden die Strangpresslippen verstellt, und dadurch wird die die Dicke der Bahn bestimmende Schlitzöffnung geändert. Wegen der Wechselwirkung zwischen benachbarten Stellschrauben ist aber die Beschränkung der Verschiebung einer Strangpresslippe auf einen schmalen Bereich von etwa der Breite einer einzelnen Stellschraube schwer zu bewerkstelligen. Jedesmal, wenn die Einstellung einer Schraube geändert wird, kommt es zu einer entsprechenden unvermeidbaren Störung der Einstellung benachbarter Schrauben, und dies führt zu einer nicht voraussagbaren Verschiebung der Strangpresslippen. Um dieser unerwünschten Verschiebung entgegenzuwirken, müssen die Einstellungen der benachbarten Stellschrauben ebenfalls korrigiert werden. Infolgedessen lassen sich schmale band- oder streifenförmige Ungleichmässigkeiten nicht leicht beseitigen, ohne die Grundeinstellung der Lippen zu stören. Einstellorgane dieser Art erfordern also eine ständige persönliche Bedienung und Betätigung durch Ausprobieren seitens geübter Arbeitskräfte.

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Andererseits werden die Schwierigkeiten der Abhängigkeit von eingeübtem Personal und von der Steuerung durch Ausprobieren durch ein automatisches Messorgansteuersystem, wie es in der US-PS 3 122 784 beschrieben ist, zu einem gewissen Ausmaß vermieden. Diese Patentschrift beschreibt eine Anzahl von geschwindigkeitsgesteuerten Einstellmotoren, die maschinell mit verschiebbaren Strangpresslippenabschnitten einer Bahnstrangpressvorrichtung verbunden sind. Die Motoren reagieren auf Signale, die von einem über die Bahn hinweglaufenden Dickenfühler erzeugt werden, welcher in einem gewissen Abstand unter der Strangpressvorrichtung angeordnet ist und die endgültige Dicke der Bahn von genormten Bezugsabweichungen misst. Auf diese Weise werden elektrische Signale erzeugt, in Dickenkorrekturen umgesetzt und auf dem Weg über Schaltelemente nacheinander auf die Eingangsseiten der Motoren verteilt. Dieses System ist Jedoch nicht imstande, schmale streifen- und bandförmige Uhgleichmässigkeiten zu beseitigen, weil die einzelnen Regelorgane verhältnismässig breite Abschnitte des Strangpresschlitzes steuern. Ferner ist die Art der Ungleichmässigkeiten oft zu delikat und kompliziert, um sich durch maschinelle Verschiebung der Strangpresslippen ausgleichen zu lassen.

Eine andere Methode zum Verbessern der Dickengleichmässigkeit von Folien ist aus der US-PS 3 819 755 bekannt, die eine Anordnung zum selektiven Steuern (durch Erhitzen oder Kühlen) der Temperatur isolierter Teile der Formlippen einer Strangpressform beschreibt, um die Dickengleichmässigkeit zu verbessern. Dabei wird die Bahn unmittelbar vor dem Ausrecken nicht erhitzt.

Schliesslich beschreibt die US-PS 3 341 *388 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Strangpressen von thermoplastischer Folie, wobei in dem Körper der Strangpressform Erhitzer vorge-

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sehen sind, um die betreffenden Bereiche der Strangpressform zu erhitzen und dadurch die Dicke der Folie im wesentlichen konstant zu halten.

Diese und andere Patentschriften offenbaren zwar Vorrichtungen zum Steuern der Dicke von Polymerfolien; sie beschreiben Jedoch nicht die Steuerung der Dicke einer Folienbahn in verbesserter Weise durch positive Steuerung eines ausgewählten Bahnstreifens in einem Spannrahmen mit Hilfe von Luft und zusätzlich einem in einer thermisch isolierten Zone angeordneten Erhitzer, um zu gewährleisten, dass nur ein vorgegebener Bereich der Folie bevorzugt erhitzt wird, wie es gemäss der Erfindung vorgeschlagen wird.

Das zufällige oder unbeabsichtigte Erhitzen von Streifen, die dem für das Erhitzen ausgewählten Streifen benachbart sind, stellt eine bedeutende Schwierigkeit dar. Die Erfindung löst dieses Problem, indem sie das Entweichen von Wärme zu benachbarten Streifen durch Verwendung einer mit einem Heissluftkanal und Erhitzern arbeitenden Vorrichtung praktisch unterbindet. Durch eine solche Steuerung des Erhitzens wird es möglich, in einem gegebenen Bahnstreifen einen wesentlichen Temperaturanstieg herbeizuführen und dabei die Temperatur benachbarter Streifen nur um einen unbedeutenden Betrag steigen zu lassen. Hierdurch werden die Folieneigenschaften verbessert.

Kurz zusammengefasst, betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausrecken von Folien, das aus den folgenden Verfahrensstufen besteht:

Bevorzugtes Vorerhitzen der Folie vor dem Ausrecken in einem Spannrahmen durch erhitzte Luft mit Hilfe eines Luftkanals,

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der zwischen den inneren Rändern und dicht angrenzend an diese inneren Ränder der die Folie tragenden Spannrahmenklenunen angeordnet ist, wobei die Unterwand des Kanals mindestens eine sich Über die Folie erstreckende öffnung aufweist, die in einem geringen Abstand von vorzugsweise nicht mehr als 2,5 cm von der oberen Folienoberfläche angeordnet ist, und nachfolgendes Ausrecken der Folie in dem Spannrahmen.

Im einzelnen besteht das Verfahren aus den folgenden Stufen:

Fördern einer ungereckten Folienbahn in bezug auf ein Heizaggregat, bestehend aus einem Kanal mit einer Oberwand, einer Unterwand, Seitenwänden und einer Anzahl von Zwischenwänden, die sich zwischen den Seitenwänden von der Oberseite zur Unterseite des Kanals dessen Länge nach in der Förderrichtung der Folie erstrecken, wobei der Kanal mindestens eine Öffnung in einer seiner Wände aufweist, die sich nahe der Oberfläche der Folienbahn befindet;

selektives Erhitzen von durch den Kanal strömender Luft durch Erhitzer, die sich zwischen benachbarten Seiten- und Zwischenwänden befinden, wodurch die durch eine von diesen Wänden begrenzte , ausgewählte Zone strömende Luft bevorzugt erhitzt wird, ohne die Strömungsgeschwindigkeit der durch diese Zone und durch den Kanal und die Öffnung strömenden Luft zu ändern, und

anschliessendes Ausrecken der erhitzten Folie.

Bei diesem Verfahren werden die Ränder der Bahn von Spannrahmenklemmen ergriffen, die auf einer von einem Kettenrad getragenen endlosen Kette befestigt sind, und

die Folie wird in praktisch spannungsfreiem Zustande, bevor

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sie in dem Spannrahmen in Querrichtung ausgereckt wird, längs mindestens eines ausgewählten LängsStreifens selektiv erhitzt, indem erhitzte Luft auf die Oberfläche der Bahn geleitet wird, wobei die Luft durch Variieren der Temperatur eines über der Bahn zwischen den Leitwänden eines solchen Streifens angeordneten elektrischen Erhitzers erhitzt wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum Ausrecken einer Folienbahn weist

einen Spannrahmen mit einer Mehrzahl von Spannrahmenklemmen auf, die von zwei endlosen Ketten getragen und von Leitspuren mit parallelen und divergierenden Abschnitten geführt werden, und besitzt

ein zwischen den Spannrahmenklemmen dicht an der Oberfläche der Folienbahn angeordnetes, zum bevorzugten Erhitzen einer sich an ihm vorbei bewegenden Folienbahn auf eine Ausrecktemperatur geeignetes Heizaggregat, das

einen Kanal mit einer Oberwand, einer Unterwand und Seitenwänden sowie einer Anzahl von parallel zu den Seitenwänden verlaufenden Zwischenwänden aufweist, wobei benachbarte Seiten- und Zwischenwände zusammen mit der Ober- und der Unterwand jeweils eine thermisch isolierte Zone in dem Kanal bilden,

und der Kanal ferner Organe aufweist, die eine Mehrzahl von öffnungen begrenzen und quer über die Unterwand des Kanals und senkrecht zu den Seitenwänden und Zwischenwänden verlaufen,

je einen zwischen den eine thermisch isolierte Zone bildenden benachbarten Wänden angeordneten Erhitzer und

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eine Anordnung zur Änderung der Temperatur eines jeden Erhitzers derart, dass die durch eine gegebene thermisch isolierte Zone strömende Luft und mithin die durch die öffnungen in der Unterwand strömende Luft erhitzt werden kann, so dass die Bahn bevorzugt erhitzt wird.

Vorzugsweise verlaufen die Erhitzer von der Oberwand des Kanals senkrecht zur Oberfläche der Bahn am Einlass des Kanals. Gemäss einer anderen Ausführungsform sind die Erhitzer elektrische Erhitzer und erstrecken sich über die Länge des Kanals.

Nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen befindet sich die Unterwand des Kanals in einem Abstand von weniger als 5 cm von der oberen Oberfläche der Folienbahn, und die Seitenwände des Kanals befinden sich in einem Abstand von weniger als 6,33 mm von den Innenflächen der Spannrahmenklemmen.

Die erhitzte Luft, die in den Zonen des Kanals im wesentlichen thermisch isoliert ist, strömt aus den öffnungen aus, trifft auf die Polienbahn auf und erhitzt dieselbe bevorzugt in einer neuartigen und vorteilhaften Art, wie es nachstehend beschrieben wird.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Isolierung der Heissluftströmung in dem Kanal derart, dass die Luft nur auf bestimmte Bereiche der Bahn einwirken kann. Diese durch den Kanal strömende, selektiv erhitzte Luft strömt mit konstanter . Geschwindigkeit aus den öffnungen aus. Jedoch neigt die Luft dazu, in der Nachbarschaft der Seitenwände des Kanals etwas kühler zu sein als in der Mitte des Kanals, weil die Seitenwände als Wärmereservoire wirken, und dies stellt eines der durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der Erfindung

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gelösten Probleme dar. Durch Anordnung der Lufterhitzer oder der elektrischen Erhitzer zwischen den Zwischenwänden des Kanals wird es möglich, die Erhitzer gesondert zu steuern und dadurch die Temperatur der Heissluft zwischen diesen Zwischenwänden zu erhöhen und die Temperatur der Luft in der Nähe der Seitenwände dadurch zu steuern, dass man in der von diesen Wänden begrenzten Zone einen Erhitzer anordnet. Dies wiederum bedeutet, dass die aus einem Teil der öffnung (in der ausgewählten Zone) ausströmende Luft heisser wird als die Luft in den Nachbarzonen, und durch Isolieren der durch die betreffende Zone und dann durch die öffnung strömenden Heissluft, die dann auf den betreffenden Bereich der Bahn auftrifft, wird es möglich, bisher auf diesem Gebiet unbekannte Einregelungen zu bewerkstelligen. Die Isolierung dieser Heissluft ist ein wesentliches Erfindungsmerkmal. Ohne die Wände und ohne die selektiven Erhitzer würde die Wärme durch Streuung in benachbarte Zonen gelangen und z.B. eine verminderte Streifenauflösung und erheblich zu lange Reaktionszeiten verursachen. Durch die thermische Isolierung der Luft in vorgegebenen Zonen werden wirksamere Ansprechzeiten und eine besser gesteurte Wärme in kürzerer Zeit erzielt. Auf diese Weise stellt die Erfindung eine Möglichkeit zur Steuerung der Folieneigenschaften zur Verfügung, die bisher nicht gegeben war.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäss der Erfindung zum Ausrecken einer Folienbahn in einem Spannrahmen und zeigt ein Heizaggregat über der von Spannrahmenklemmen getragenen Folie.

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Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Heizaggregats zum bevorzugten Erhitzen einer an ihm vorbeigeförderten Folienbahn, wobei sich das Heizaggregat zwischen den Innenrändern von Spannrahmenklemmen befindet, die die Bahn in einem Spannrahmen (der aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt ist) tragen.

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Vorrichtung gemäss Fig. 1 quer zu der Bahn und zeigt Erhitzer, die in parallel zur Förderrichtung der Hahn verlaufenden, thermisch isolierten Zonen eines Kanals angeordnet sind.

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die Vorrichtung gemäss Fig. 1 quer zu der Bahn und zeigt Erhitzer, die am Einlass des Kanals angeordnet sind und von der Oberwand des Kanals ausgehen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Ausrecken von Polymerfolie und umfasst Stufen und Mittel zum selektiven Erhitzen von Streifen der Folie vor dem Ausrecken derselben in einem Spannrahmen.

Im weitesten Sinne betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erhitzen einer Polymerfolienbahn vor dem Ausrecken in Querrichtung, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man

die Folie selektiv in Streifen mit KTe iss luft erhitzt, die gegen eine Oberfläche der Bahn gerichtet und durch eine Hehr zahl von Erhitzern erhitzt wird, wobei die Temperatur der Luft in einem ausgewählten Streifen durch den elektrischen Erhitzer in dem betreffenden Streifen gesteuert wird und der Erhitzer zwischen LuftfUhningswänden des Kanals angeordnet ist, aus dem die Luft an einer vorgewählten Stelle auf die Bahn gerichtet wird.

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Nachstehend werden die einzelnen Stufen dieses Verfahrens an Hand der Zeichnungen erläutert.

Wie die Zeichnungen zeigen, besteht das Verfahren zum Ausrecken einer Folienbahn gemäss der Erfindung aus den folgenden Stufen:

Erfassen der Ränder einer Polymerfolienbahn F in einer allgemein mit 10 bezeichneten Vorrichtung gemäss der Erfindung in einem Spannrahmen 11 durch Spannrahmenklemmen 12, die auf einer endlosen Kette 13 angeordnet sind, welche von einem Kettenrad 14 getragen wird;

selektives Erhitzen der Folie F in im wesentlichen spannungsfreiem Zustande vor dem Ausrecken derselben in Querrichtung in dem Spannrahmen längs mindestens eines ausgewählten Längsstreifens durch Auftreffenlassen von erhitzter Luft zwischen Luftleitwänden auf diesen Streifen der Oberfläche S der Bahn, wobei die Luft durch Variieren der Temperatur eines elektrischen Erhitzers erhitzt wird, der sich unmittelbar über der Bahn befindet.

Die Vorrichtung 10 zum Ausrecken der Bahn der Folie F umfasst

einen Spannrahmen 11 mit einer Anzahl von Spannrahmenklemmen, die von zwei endlosen Ketten getragen und in Leitspuren geführt werden und, wie die Zeichnung zeigt, parallele und divergierende Abschnitte 15 bzw. -16 aufweisen;

ein zwischen den Spannrahmenklemmen 12 dicht bei der Oberfläche S der Folienbahn angeordnetes Heizaggregat 20 zum bevorzugten Erhitzen der sich an dem Heizaggregat vorbeibewegenden Folienbahn 11, wobei das Heizaggregat

einen Kanal 21 mit einer Oberwand 22, einer Unterwand 23, Sei-

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tenwänden 24, 25, einer Einlassöffnung 26 und einem geschlossenen Ende 27 aufweist, der eine Anzahl von Zwischenwänden 28 hat, welche sich derart parallel zu den Seitenwänden 24, 25 erstrecken, dass benachbarte Seiten- und Zwischenwände jeweils mit den Ober- und Unterwänden eine thermisch isolierte Zone Z-1, Z-2, Z-3 bzw. Z-4 in dem Kanal 21 bilden;

der Kanal 21 ferner Organe aufweist, die eine Mehrzahl von öffnungen 29 begrenzen und quer zur Unterwand 23 des Kanals sowie senkrecht zu den Seiten- und Zwischenwänden 24, 25 und 28 verlaufen;

zwischen allen, eine thermisch isolierte Zone bildenden benachbarten Wänden Je ein elektrischer Erhitzer 30 angeordnet ist, und

eine Anordnung 31 zum Variieren der Temperatur eines jeden Erhitzers 30 derart vorgesehen ist, dass die durch eine gegebene thermisch isolierte Zone strömende Luft und mithin die durch die Öffnungen 29 in der Unterwand 23 strömende Heissluft erhitzt werden kann und die Folienbahn F bevorzugt erhitzt.

Vorzugsweise erstrecken sich die elektrischen Erhitzer 30 von der Oberwand 22 des Kanals senkrecht zur Oberfläche der Bahn an der Einlassöffnung 26 des Kanals. Gemäss einer anderen bevorzugten AusfUhrungsform sind die elektrischen Erhitzer 30 röhrenförmig ausgebildet und über die ganze Länge des Kanals hinweg angeordnet, wie es am besten in Fig. 2 und 3 zu erkennen ist.

Gemäss einer wichtigen AusfUhrungsform der Erfindung befindet sich die Unterwand 23 des Kanals in einem Abstand von weniger als 5 cm von der Oberfläche S der Folienbahn F, und gemäss einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Unterwand

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23 des Kanals in einem Abstand von weniger als 12,7 mm von der Oberfläche der Bahn. Ferner befinden sich gemäss einer bevorzugten Ausführungsform die Seitenwände 24 und 25 des Kanals in einem Abstand von weniger als 6,35 mm von den inneren Oberflächen 12* der Spannrahmenklemmen 12.

Diese Anordnung des Kanals in bezug auf die Oberfläche der zu erhitzenden Bahn und in bezug auf die inneren Oberflächen der Spannrahmenklemmen - mit anderen Worten die Lage des Kanals zwischen den Spannrahmenklemmen und dicht an der Oberfläche der Bahn - ist ein wesentliches Merkmal zur Erzielung verbesserter Folieneigenschaften gemäss der Erfindung, wie nachstehend im einzelnen erläutert wird.

Es ist bekannt, einen Spannrahmen zum Ausrecken von Bahnen aus Kunststoffolien, Textilstoffen usw. in ihrer Breitenrichtung zu verwenden. Ein typischer Spannrahmen weist im allgemeinen eine Mehrzahl von Spannrahmenklemmen auf, die auf zwei endlosen Ketten befestigt sind und von einem Paar von divergierenden Leitspuren geführt werden. Die Klemmen sind so ausgebildet, dass sie die Ränder einer Bahn, wie einer Polyäthylenterephthalatfolie, erfassen können, wenn diese aus der Vorrichtung austrittf in der sie in Maschinenrichtung ausgereckt worden ist. Jede Leitspur besteht aus zwei Schienen, einer inneren Leitschiene und einer äusseren Leitschiene. Die Ketten sind so ausgebildet, dass sie sich um zwei oder mehr durch Motoren angetriebene Organe (gewöhnlich Kettenräder) herum bewegen können und dabei in Führungskontakt mit den Schienen der divergierenden Spuren stehen. Auf diese Weise dienen die Klemmen auf den Schienen dazu, die Bahn in Längsrichtung zu fördern und gleichzeitig in Querrichtung auszurecken.

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Bevor die Folie ausgereckt werden kann, muss sie sich jedoch auf oder über einer gewissen Temperatur befinden, die als Recktemperatur bezeichnet wird und sich nach der Zusammensetzung, Struktur, Art und Reckgeschichte der Folie (d.h. danach, ob die Folie bereits zuvor ausgereckt worden ist) richtet. Für dieses Erhitzen oder Vorerhitzen der Folie ist der Spannrahmen gewöhnlich mit Erhitzern versehen, die die Folie durch strahlende Wärme oder mit Hilfe von Heissluft erhitzen. Beim Vorerhitzen wird die Folie unter niedriger Querspannung gehalten, damit sie nicht zerreisst, bevor sie den thermoplastischen Zustand erreicht hat, und aus diesem Grunde verlaufen die Schienen in dieser Stufe parallel.

Oft ist es zweckmässig oder nötig, die Folie in verschiedenen Längsstreifen derselben stärker oder schwächer zu erhitzen und insbesondere der Folie in der Nähe der Rahmenklemmen, die als Wärmereservoire wirken und dadurch einen Temperaturunterschied zwischen dem ihnen benachbarten Teil der Folie und dem Hauptteil der Folie erzeugen, der zu Unterschieden in der Dicke und den Eigenschaften führt, mehr Wärme zuzuführen.

Das Unvermögen, strahlende Wärme selektiv zu steuern, beruht unter anderem auf dem schlechten Absorptionsvermögen der Folie infolge eines niedrigen Absorptionskoeffizienten (wie bei Polyolefinen), auf hohem Reflexionsvermögen, wie bei Folien, die mit weissen oder reflektierenden Füllstoffteilchen versehen sind, und auf der hohen Wärmeabsorption der metallischen Rahmenklemmen, durch welche diese zu heiss werden. Beim Erhitzen durch Luft, in welchem Falle die Luft an einer entfernten Stelle erhitzt und die Wärmeregelung durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Luft durch gesonderte Kanäle mit Hilfe von Dämpfern vorgenommen wird, lässt sich eine genaue Steuerung schwer durchführen, weil Schwankungen in der Strö-

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mungsgeschwindigkeit zu Druckdifferenzen führen, so dass es zum Überströmen von Heissluft von einem Streifen zum nächsten kommt.

Verfahren und Vorrichtung gemäss der Erfindung ermöglichen eine selektive Einregelung der Wärmezufuhr zu einzelnen Streifen einer Folie bei deren Eintritt in einen Spannrahmen vor dem Ausrecken in Querrichtung. Die Hauptmethode des Erhitzens ist das Auftreffenlassen von Heissluft auf die Folie. Die Erfindung ermöglicht ferner die Zerlegung der erhitzten Luft in eine Anzahl von parallel zur Förderrichtung der Folie verlaufende Zonen, wobei in jeder Zone einstellbare elektrische Hilfserhitzer vorgesehen sind, so dass die Lufttemperatur und mithin die Temperatur der Bahn in parallelen Längsstreifen geändert werden kann und Dickenschwankungen auf ein Minimum beschränkt bleiben.

Wie bereits erwähnt, ist es bekannt, eine Bahn vor dem Ausrecken in einem Spannrahmen mittels Heissluft zu erhitzen, die durch Öffnungen in einem über den Spannrahmenklemmen angeordneten Kanal strömt. Diese Maßnahme unterscheidet sich aber von dem Verfahren unl der Vorrichtung gemäss der Erfindung, da bei den bekannten Vorrichtungen die Öffnung in der Unterwand des Kanals sich in einem erheblich grösseren Abstand (mehr als 5 cm und etwa 20 bis 30 cm) über der Oberfläche der zu erhitzenden Bahn befindet. Dies führt zu zusätzlichen Schwierigkeiten oder vermindert doch wenigstens die Fähigkeit, das Erhitzen der Bahn innerhalb enger Grenzen zu steuern.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen, die von einem Kanal zum Leiten von Heissluft auf die Oberfläche der zwischen den parallelen Leitspuren des Spannrahmens vorrückenden Bahn Ge-

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brauch machen, beruhen die meisten Schwierigkeiten auf dem Abstand zwischen der Unterseite des Kanals und der Oberfläche der Bahn, aber auch darauf, dass die Spannrahme,nklemmen in der Nähe der Seitenwände des Kanals beträchtliche Wärmemengen absorbieren, so dass es, besonders in der Nähe der Ränder der Bahn, oft zu einem zu starken oder unerwünschten Erhitzen kommt. Dies hat zu Verlusten an Folie, hauptsächlich an den Rändern, geführt.

Ein erstes wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass zum erstenmal der Luftheizkanal zwischen den Spannrahmenklemmen und dicht bei (in einem Abstand von nicht mehr als 5 cm von) der Oberfläche der zwischen den Rahmenklemmen festgehaltenen Folie angeordnet ist. Infolgedessen kann die Luft, die aus den Öffnungen in der Unterwand des Kanals strömt, eine unter dem Kanal vorrückende Bahn wirksamer erhitzen, und dies führt zu bedeutenden Verbesserungen in den Folieneigenschaften.

Es bestehen aber immer noch Probleme, da die Luft in und infolge der Nähe der Seitenwände des Kanals etwas kühler ist und es daher oft zu einem ungleichmässigen Erhitzen an den Bahnrändern kommt. Ein anderes in der einschlägigen Technik bekanntes Problem, das durch diese Anordnung des Kanals zwischen den Rahmenklemmen nicht gelöst worden ist, liegt darin, dass es vielfach sehr wünschenswert ist, einige Streifen selektiv zu erhitzen und dadurch die Dickengleichmässigkeit in der ausgereckten Bahn zu verbessern. So ist es z.B. bekannt, die Eigenschaften der ausgereckten Bahn zu verbessern, indem man die Wärmezufuhr längs eines Streifens der Bahn in Übereinstimmung mit Dickenschwankungen variiert. Die Anordnung des Kanals zwischen den Spannrahmenklemmen lässt dieses Problem ungelöst.

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Das zweite wesentliche Merkmal der Erfindung besteht daher darin, dass in der isolierten Zone des Kanals zwischen den Zwischenwänden desselben Erhitzer vorgesehen sind, durch die es ermöglicht wird, die Bahn selektiv zu erhitzen und dabei die Luftströmungsgeschwindigkeit zur Bahn und nahe der Bahn konstant zu halten. Unter diesen Gesichtspunkten wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Das Heizaggregat 20 weist eine Mehrzahl von gesondert einstellbaren, langgestreckten röhrenförmigen Erhitzern 30 auf, die in den Zonen des Kanals nahe der Folienbahn an deren Oberfläche angeordnet sind. Die einzelnen Erhitzer 30 oder 30' sind in den Zonen in engen geeigneten Abständen voneinander quer über die Breite der Folienbahn hinweg und insbesondere in den Zonen Z-1 und Z-4 nahe den Spannrahmenklemmen so angeordnet, dass die Ränder der Bahn, die von diesen Klemmen gehalten werden, beim Vorerhitzen bevorzugt erhitzt werden können. Ein geeigneter Erhitzer ist der aus der US-PS 3 161 711 bekannte langgestreckte röhrenförmige Erhitzer.

Die Erhitzer 30 oder 30' (wie ^MCalrod^w-Erhitzer) arbeiten normalerweise mit 30 % ihrer Nennleistung, wobei durch Erhöhung oder Verminderung der Stromzufuhr über bzw. unter 50 % die Temperatur erhöht oder gesenkt werden kann.

Bei der bevorzugten Vorrichtung besteht der Kanal aus einer Gruppe von gleichartigen, parallelen, in Längsrichtung verlaufenden Bauteilen, so dass durch Kombination einer geeigneten Anzahl von Bauteilen die Breite des Heizaggregates so eingeregelt werden kann, dass die Folie so dicht wie möglich an den Rahmenklemmen erhitzt werden kann. Jeder der Bauteile hat seinen eigenen inneren Erhitzer, und die ganze Gruppe ist

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an ein Bedienungspult mit Spannungsreglern (einstellbaren ⁿ Variac"-Autotransformatoren), Amperemetern und Thermoelementanzeigern für die entsprechenden Bauteile angeschlossen. Diese Erhitzer 30 oder 30' können sich über die ganze Länge des Kanals parallel zur Bahnfördervorrichtung erstrecken, haben aber vorzugsweise eine röhrenartige Ausbildungsform, sind senkrecht zur Oberfläche der Bahn angeordnet und erstrecken sich von der Oberwand des Kanals bis zu einer Stelle nahe über der Unterwand in einer gegebenen Kanalzone (vgl. Fig. 4).

Eine Anordnung 31 ist vorgesehen, um die Stromzufuhr zu diesen Erhitzern so zu regeln, dass deren Temperatur nach Wunsch variiert werden kann. Durch selektive Erhöhung der Stromzufuhr zu einem elektrischen Erhitzer in einer gegebenen Kanalzone wird die Temperatur der in dem Kanal an diesem Erhitzer vorbeiströmenden Luft in der betreffenden Zone erhöht, so dass diese Luft heisser wird als die Luft in der benachbarten nächsten Zone. Die Zwischenwände 28 isolieren diese heissere Luft von der durch die Nachbarzonen strömenden Luft, und die so selektiv erhitzte Luft strömt durch die öffnungen 29 auf die Oberfläche der dicht unter dem Kanal vorrückenden Bahn, so dass die Bahn an dieser Stelle bevorzugt erhitzt wird. Eine geringe Wärmestreuung zu benachbarten Zonen findet zwar statt, ist aber unbedeutend, so dass die Erfindung eine wirksame Möglichkeit zur Steuerung des bevorzugten Erhitzens einer in einem Spannrahmen vorrückenden Bahn zur Verfügung stellt.

Nach dem Erhitzen wird die Bahn zu einer Reckvorrichtung zum Ausrecken in Maschinenrichtung, wie auf Abstand stehenden Haltewalzen oder, wie dargestellt, einem an sich bekannten Spannrahmen', gefördert, wo die Folie ausgereckt wird. Dann wird die

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Folie im allgemeinen in an sich bekannter Weise bei verschiedenen Temperaturen wärmefixiert und anschliessend zu einer Rolle aufgewickelt und für die Verwendung gelagert.

Für die Durchführung der Erfindung typische Erhitzungstemperaturen vor dem Ausrecken sind in der US-PS 2 834 212 angegeben, während typische Spannrahmenvorrichtungen in den US-PSen .) 3 118 212 und 3 727 273 und typische Reckmethoden in den US-PSen 2 823 421 und 2 995 779 beschrieben sind.

Durch Anwendung des beschriebenen Verfahrens unter Verwendung der beschrieben?n Vorrichtung wird es möglich, einen ausgewählten Streifen oder eine Streifengruppe einer Polymerfolie unmittelbar vor der Einwirkung von Reckkräften bevorzugt unter sorgfältiger Steuerung zu erhitzen. In der kurzen Zeitspanne zwischen dem Erhitzen und dem Ausrecken kühlen sich die dickeren Teile der Folie langsamer ab als die dünneren, wodurch die Temperaturdifferenz zwischen ihnen verschärft wird und die dickeren Teile sich bei der Einwirkung der Reckkraft stärker ausrecken können, so dass die Dickengleichmässigkeit der Folie verbesse? t wird.

Bei einem typischen Verfahren zur Herstellung einer Folie, z.B. aus Polyäthylenterephthalat, wird das geschmolzene Polymere aus einer Strangpressform auf eine gekühlte Trommel stranggepresst, wo es abgeschreckt wird, und die entstehende Folie befindet sich im wesentlichen in amorphem Zustand. Die Folie gelangt dann in eine erste Reckvorrichtung. Dieses Ausrecken kann in der Längsrichtung erfolgen, indem die Folie zwischen zwei Walzenpaaren ausgereckt wird, von denen das eine mit höherer Geschwindigkeit umläuft als das andere, oder das Recken kann in Querrichtung erfolgen, wobei die Folie in

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einem Spannrahmen mit Hilfe von vorrückenden, divergierenden Spannrahmenklemmen ausgereckt wird. Im allgemeinen wird die Folie in beiden Richtungen, zuerst in der einen und dann in der anderen Richtung, ausgereckt, wobei die Reihenfolge der beiden Reckvorgänge sich nach dem jeweiligen Fall richtet.

Durch überwachen der Foliendicke ist es möglich, den (die) entsprechenden Streifenerhitzer zu betätigen, der (die) den Streifen oder die Streifengruppe der amorphen Folienbahn erhitzt (erhitzen), nachdem diese die Kühltrommel verlassen hat, und bevor sie zum Recken in Querrichtung in die Spannrahmenreckvorrichtung gelangt.

Um das jeweilige Streifenerhitzen durchzuführen, macht die Erfindung, wie oben beschrieben, von Zonenerhitzern Gebrauch, die eine Anzahl von röhrenförmigen elektrischen Erhitzern aufweisen, welche in Längsrichtung parallel zueinander angeordnet sind. Diese Erhitzer befinden sich über der Folie unmittelbar vor den langsam laufenden Reckwalzen oder unmittelbar vor dem Eintritt der Folie in die Spannrahmenreckvorrichtung, je nachdem, in welcher Reihenfolge die Reckvorgänge durchgeführt werden. Der Abstand zwischen den Erhitzern und den langsamen Reckwalzen oder dem Spannrahmen ist derart, dass unbeabsichtigterweise erhitzte dünne Teile der Folie sich vor dem Ausrecken abkühlen. Es gibt viele Variable, die diesen Abstand bestimmen, z.B. die Fördergeschwindigkeit der Folie, die Dickenabweichung der Folie und die Temperatur der Erhitzer; am besten lässt sich dieser Abstand aus den Bedingungen des jeweiligen Arbeitsvorganges bestimmen.

Vorzugsweise sind die Erhitzer über die ganze Breite der Folienbahn hinweg in Mittenabständen von 2,5 cm angeordnet.

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Die Temperatur, auf die die Folie erhitzt wird, wird durch Stromzuführung zu jedem Erhitzer geregelt. Die Spannung wird im vorhinein je nach der Dickenabweichung der Folie und ihrer Fördergeschwindigkeit eingestellt. Die Reckgeschwindigkeit von dickeren Streifen lässt sich in wirksamer Weise ändern, wenn die Temperaturdifferenz zwischen den dickeren und den dünneren Teilen der Folie nur 0,1° C beträgt. Natürlich wird an den Erhitzer für den dicksten Streifen eine höhere Spannung angelegt als an die übrigen Erhitzer. Die Spannung für die übrigen Erhitzer wird je nach dem Grad eingestellt, zu dem der betreffende Streifen dicker war als die gewünschte Folie.

Die Erfindung eignet sich für die Anwendung unmittelbar vor dem Ausrecken in Längsrichtung oder in Querrichtung. Zur Herstellung von Folien können alle kristallinen oder kristallisierbaren thermoplastischen Polymeren verwendet werden. Zu solchen Polymeren gehören Polyolefine und Gemische aus denselben, Polyäthylen-2,6-naphthalat, Polytetramethylen-1,2-dioxybenzoat, Polyäthylen-1,5-naphthalat, Polyhexamethylenadipinsäureamid, Polyhexamethylensebacinsäureamid, Polycaprolactam und Copolyester von Äthylenterephthalat und Äthylenisophthalat. Auch Folien aus im wesentlichen amorphen, nichtkristallisierbaren Polymeren, wie Polystyrol, können verwendet werden. Ein bevorzugtes Verfahren bezieht sich auf die Behandlung von im wesentlichen amorpher Polyäthylenterephthalatfolie.

Die Erfindung eignet sich besonders für die Herstellung von füllstoffhaltigem, ausgerecktem synthetischem Papier aus Polyäthylen nach der Flachfolienmethode. Sie ist auch auf das Querrecken von anderen thermoplastischen Folien, wie solchen aus Polyäthylenterephthalat, anwendbar. Das Wesen der Erfin-

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dung liegt nicht darin, dass die Gesamtwärmezufuhr zu der Folie geändert wird, sondern darin, dass sie eine Möglichkeit schafft, die Wärmezufuhr zu einzelnen Längsstreifen der Folie selektiv einzustellen.

Die Verwendung des aus Einzelbauteilen zusammengesetzten Heizaggregats im Vorheizbereich des Spannrahmens zwischen den Spannrahmenschienen und sehr dieht an der Oberfläche der Folie ermöglicht die Steuerung der Streifentemperatur sowie ein gleichmässiges Ausrecken über die ganze Folie hinweg bis hin zu den Spannrahmenklemmen. Die Erfindung eignet sich besonders zum Vorerhitzen von füllstoffhaltigen Folien.

Kurz zusammengefasst, betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausrecken von Folien, bei dem die betreffende Folie vor dem Ausrecken in einem Spannrahmen bevorzugt durch Heissluft vermittels eines Luftkanals vorerhitzt wird, der sich zwischen und nahe an den Innenrändern der die Folie tragenden Spannrahmenklemmen befindet, wobei die Unterwand des Kanals mindestens eine sich quer über die Folie erstreckende öffnung aufweist, worauf die Folie in dem Spannrahmen ausgereckt wird.

In dem Kanal bilden Zwischenwände Kanalheizzonen, und in Jeder Zone befindet sich ein Erhitzer. Weiterhin wird bei dem Verfahren einem gesonderten Erhitzer Strom zugeführt, so dass die an diesem Erhitzer vorbeiströmende Luft in dieser ausgewählten Zone weiter erhitzt, die erhitzte Luft von der Luft in den übrigen Zonen praktisch isoliert und durch den Kanal sowie aus dem Kanal durch die öffnung in der Unterwand gefördert wird, so dass die unter der öffnung vorrückende Bahn bevorzugt in der ausgewählten Zone erhitzt wird. Die Heissluft strömt aus den öffnungen aus, trifft auf die Folienbahn auf und erhitzt diese bevorzugt.

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Le e rs e

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Claims

E.I. du Pont de Nemours

and Company FD-2559

Patentansprüche

.j Verfahren zum Erhitzen von Polymerfolienbahnen vor dem Ausrecken in Querrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass man die Folie selektiv in Streifen durch Heissluft erhitzt, die gegen eine Oberfläche der Bahn gerichtet und durch elektrische Erhitzer erhitzt wird, wobei die Temperatur der Luft in einem ausgewählten Streifen durch den elektrischen Erhitzer in dem betreffenden Streifen gesteuert wird und der Erhitzer zwischen Luftführungswänden eines Kanals angeordnet ist, aus dem die Luft an einer vorgewählten Stelle auf die Bahn gerichtet wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1, die einen Spannrahmen mit einer Mehrzahl von Spannrahmenklemmen aufweist, die von zwei endlosen Ketten getragen und von Leitspuren mit parallelen und divergierenden Abschnitten geführt werden, gekennzeichnet durch ein zwischen den Spannrahmenklemmen (12) dicht an der Oberfläche (S) der Folienbahn (F) angeordnetes, zum bevorzugten Erhitzen der sich an ihm vorbei bewegenden Folienbahn (F) auf eine Ausrecktemperatur geeignetes Heizaggregat (20), das einen Kanal (21) mit einer Oberwand (22), einer Unterwand (23) und Seitenwänden (24, 23) sowie einer Anzahl von parallel zu den Seitenwänden (24, 25) verlaufenden Zwischenwänden (28) aufweist, wobei benachbarte Seiten- und Zwischenwände zusammen mit der Ober- und der

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ORIGINAL INSPECTED

Unterwand jeweils eine thermisch isolierte Zone (Z-1, Z-2, Z-3, Z-4) in dem Kanal (21) bilden, und der Kanal (21) ferner Organe aufweist, die eine Mehrzahl von Öffnungen (29) begrenzen und quer über die Unterwand (23) des Kanals sowie senkrecht zu den Seitenwänden (24, 25) und den Zwischenwänden (28) verlaufen, je einen zwischen den eine isolierte Zone bildenden benachbarten Wänden angeordneten Erhitzer (30) und eine Anordnung (31) zur Änderung der Temperatur eines jeden Erhitzers (30) derart, dass die durch eine gegebene, thermisch isolierte Zone strömende Luft und mithin die durch die Öffnungen (29) in der Unterwand (23) strömende Luft erhitzt werden kann, so dass die Bahn (F) bevorzugt erhitzt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzer (30) elektrische Erhitzer sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektrischen Erhitzer (30) von der Oberwand (22) des Kanals (21) senkrecht abwärts zur oberen Oberfläche (S) der Bahn an der Einlassöffnung (26) des Kanals erstrecken.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Erhitzer (30) röhrenförmig ausgebildet und über die ganze Länge des Kanals (21) hinweg angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterwand (23) des Kanals (21) sich in einem Abstand von weniger als 5 cm von der Oberfläche (S) der Folienbahn (F) befindet.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterwand (23) des Kanals (21) sich in einem Abstand von weniger als 12,7 mm von der Oberfläche (S) der Folienbahn (F) befindet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 7_f dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (24, 25) des Kanals (21) sich in Abständen von weniger als 6,35 mm von den inneren Oberflächen (12¹) der Spannrahmenklemmen (12) befinden.

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