DE2801406A1

DE2801406A1 - Vorrichtung zur herstellung einer schlauchfoermigen folie aus thermoplastischem kunststoff

Info

Publication number: DE2801406A1
Application number: DE19782801406
Authority: DE
Inventors: Fox John Herrington
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1977-02-09
Filing date: 1978-01-13
Publication date: 1978-08-10
Also published as: GB1546048A; AU3080377A; FR2380115A1; JPS6134974B2; CA1097862A; NL7713179A; NL185710C; CH627401A5; NL185710B; JPS53102965A; IT1089321B; AU509794B2; ES465679A1; FR2380115B1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von nahtlosen, geblasenen Schlauchfolien aus thermoplastischem Kunststoff durch Schmelzextrudieren.
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Schlauchfolien aus thermoplastischem Harz können durch Schmelzextrudieren von thermoplastischem Harz durch eine Ringdüse unter Anwendung eines inneren Gasdruckes auf den extrudierten Schlauch zu dessen Expansion und Verringerung der Wandstärke, wobei das Harz abkühlt und sich verfestigt, hergestellt werden. Der Schlauch wird dann durch Abnahmewalzen zu einer Bahn mit doppelter Dicke flachgedrückt. Die flache Bahn mit doppelter Dicke kann zur Lagerung und zum nachfolgenden Gebrauch des Schlauches zylinderförmig aufgerollt werden, der Schlauch kann unter Bildung einer Bahn mit einfacher Dicke und doppelter Breite geschnitten und walzenförmig aufgerollt werden oder zwei Bahnen einfacher Dicke können getrennt aufgerollt werden.

Eines der Hauptprobleme ist das Abkühlen der extrudierten Blase aus thermoplastischem Material. Die Herstellungsgeschwindigkeit für eine gegebene Schlauchgröße (Blasengröße) ist durch die Art der extrudierten BIase limitiert. Unter gegebenen Arbeitsbedingungen führt die Erhöhung des Ausstosses des Extruders dazu, daß der Schlauch aus dem thermoplastischen Material schneller gebildet wird, da jedoch die Eigenschaften des Systems bezüglich des Wärmeaustausches unverändert bleiben, führt dies auch zu einem Ansteigen der Erstarrungslinie, d.h. der Linie, bei der sich der extrudierte Schlauch vom geschmolzenen in den festen Zustand ändert.

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Dies wiederum führt zu einer Erhöhung der Instabilität der extrudierten Blase, da der nicht unterstützte Bereich aus geschmolzenem Material zu lang wird. Eine Unterstützung der Folienblase erlaubt im allgemeinen ein erhöhtes Beaufschlagen mit Kühlluft und folglich eine erhöhte Extrudiergeschwindigkeit.

In der US-PS 3 867 083 ist ein Verfahren zum Extrudieren einer schlauchförmigen Folie mit hoher Geschwindigkeit beschrieben. Dieses Verfahren erlaubt die Herstellung einer Folie mit außerordentlich guter, gleichförmiger Dicke bei außerordentlich hohen Geschwindigkeiten. Bei diesem Verfahren wird eine Anzahl von Kühlringen mit zahlreichen Öffnungen zur Formung und Abkühlung der extrudierten Folie angewandt. Eine Weiterentwicklung dieser Vorrichtung ist in der DE-OS 2 510 804 beschrieben, bei der verschiebbare Einsätze in den Luftringkammern verwendet werden.

Der wichtigste geschwindigkeitsbestimmende Faktor in jedem Folienblassystem ist die Zeitdauer, die zur Abkühlung und Verfestigung der extrudierten Folienblase vor dem Zusammendrücken des Schlauches erforderlich ist.

Es wurde nun ein Weg zur Erhöhung der Kühlgeschwindigkeit gefunden, der eine Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit möglich macht. Gemäß der Erfindung wird die extrudierte, schlauchförmige Folie aus thermoplastischem Material mit Hilfe von perforierten Kühlringen gekühlt und zusätzlich durch einen nach innen gerichteten und nach oben geführten kontinuierlichen Luftstrom, d.h. dieser wird nicht durch diskrete Öffnungen sondern

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durch einen kontinuierlichen um den extrudierten Schlauch angeordneten Ringraum zugeführt. Die Schläuche können mit Produktionsgeschwindigkeiten hergestellt werden, die in der Größenordnung von 10 bis 50 % höher liegen als jene, die bei üblichen Blasverfahren zur Herstellung von schlauchförmigen Folien durch Extrudieren und Abkühlen erzielt wurden.

Die Vorrichtung zur Herstellung der Folien umfaßt einen Extruder und eine ringförmige Extruderdüse sowie Einrichtungen zur Zuführung von Luft oder eines anderen Mediums unter Druck in den extrudierten Schlauch. In ausreichendem Abstand von der Ringdüse sind Abnahmewalzen angeordnet, so daß der durch diese geführte Schlauch ausreichend abgekühlt und im wesentlichen fest und nicht-klebrig ist. Der aus der Düse extrudierte Schlauch wird zuerst durch ein Kühlgehäuse geführt, das für eine intensive Kühlung sorgt, so daß das geschmolzene thermoplastische Material schnell zu einem viskoseren, selbsttragenden Zustand ab-.

gekühlt wird. Das Kühlgehäuse ist ähnlich jenem, das in der US-PS 3 867 083 beschrieben ist, und ist im wesentlichen zylindrisch oder divergierend ausgebildet, über dem ersten Kühlgehäuse ist ein zweites Kühlgehäuse angeordnet. Dieses zusätzliche Kühlgehäuse umfaßt ein kreisförmiges Gehäuse, das den Schlauch umgibt, und das einen peripheren kontinuierlichen Kühlluftstrom auf den Schlauch führt. Dieser Luftstrom ist nach außen und oben gerichtet.

Gemäß der Erfindung wird ein Hochgeschwindigkeitskühlsystem, das jenem in der US-PS 3 867 083 beschrieben ähnlich ist, mit einem Luftringkühlsystem kombiniert.

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Der Teil der geschmolzenen Folie in der Nähe des Werkzeugs wird durch Kühlringe mit zahlreichen öffnungen gekühlt und der Teil in der Nähe der Frostlinie durch einen Luftring. Auf diese Weise wird eine erhebliche Erhöhung der Kühlgeschwindigkeit im Gegensatz zu üblichen Kühlsystemen erzielt. Dieses System ist gegenüber dem ursprünglichen Hochgeschwindigkeitssystem bedeutend variabler, da die Endfoliendicke durch Änderung der Luftmenge in der Blase wie bei der üblichen Kühlung eingestellt werden kann. Änderungen der Folienbreite bei dem ursprünglichen Hochgeschwindigkeitskühlsystem erforderten die Änderung wenigstens eines Teils des umgebenden Kühlgehäuses. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ferner für das Bedienungspersonal leichter zu regeln als das ursprüngliche Hochgeschwindigkeitssystem, da kein kontrollierter Luftdruck in der Blase erforderlich ist, und dieses System ist bezüglich der Betriebsweise der üblichen Kühlung ähnlich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich für thermoplastische Materialien wie: Polyolefine, beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Polybuten-1, Copolymere aus zwei oder mehr der vorgenannten mit oder ohne weiteren Olefinen, Polyvinylchlorid oder Polyvinylidenchlorid, Vinylchlorid- oder Vinylidenchloridcopolymere mit Acrylaten, Acrylonitril, olefinen oder anderen Comonomeren, acrylische Homopolymere und Copolymere, Styrolhomopolymere und -copolymere.

Das erste Kühlgehäuse umfaßt mehrere paarweise angeordnete Reihen von Kühlöffnungen, die zu dem extrudierten Schlauch gerichtet sind. Jede Reihe von öffnungen liegt in einer Ebene, die im allgemeinen senk-

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recht auf die Achse des Extruderwerkzeuges ist. Jede Reihe von Öffnungen ist mit einer benachbarten Reihe von Öffnungen paarweise assoziiert. Die Öffnungen jedes Paares liegen in einem weiten Winkel auseinander, um divergierende Luftstrahlen (oder Strahlen aus einem anderen Kühlmedium) zu bilden. Wie in der US-PS 3 867 083 ausgeführt, wird auf diese Weise ein Vakuum erhalten, das den extrudierten Schlauch nach außen zur Innenseite des Gehäuses zieht, während gleichzeitig das geschmolzene Harz gekühlt wird. Die Kanäle, die zu den einzelnen Öffnungen führen, sind so ausgebildet, daß deren Achsen in einem spitzen Winkel bezüglich der Oberfläche des thermoplastischen Schlauches verlaufen. Die Kanäle müssen keine zylindrische Form aufweisen, sondern können beispielsweise konvergierend oder düsenförmig ausgestaltet sein.

Das Kühlmedium, wie Luft, kühlt den extrudierten Schlauch ab und verfestigt diesen solchermaßen, daß er nicht-klebrig und dimensionsstabil wird. Unter dieser Wirkung würde.

das extrudierte thermoplastische Material aufgrund des Druckes, der durch das innen aufgegebene Medium erzeugt wird, und in Abhängigkeit von der externen Kühlgeschwindigkeit und der inhärenten Festigkeit des thermoplastischen Materials frei expandieren. In diesem Fall jedoch führt die Konfiguration der Kühlöffnungen dazu, daß das aus diesem austretende Medium ein Teilvakuum bildet, das den extrudierten thermoplastischen Schlauch zur Innenseite des Kühlgehäuses zieht, wodurch die extrudierte Blase die Form des sie umgebenden Gehäuses annimmt.

Eine Pumpe oder ein Gebläse ist vorgesehen, um Luft oder ein anderes geeignetes Kühlmedium durch die Öffnungen

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gegen den extrudierten thermoplastischen Schlauch zu führen. Zwischen den Paaren von Öffnungsreihen sind zum Austritt der Luft oder eines anderen Mediums Auslässe vorgesehen. Das Kühlmedium wird also von außen gegen den extrudierten Schlauch und über diesen und dann zurück nach außen geführt. Bei Verwendung von Luft ist die Atmosphäre ein geeignetes Reservoir. Bei Verwendung eines anderen Mediums kann ein geeignetes Reservoir und ein geschlossenes System vorgesehen werden oder das Medium kann einfach durch die Austrittsöffnung in die Atmosphäre abgegeben werden.

Das erste Kühlgehäuse kann einstückig ausgebildet sein oder kann aus einer Reihe von aufeinander gestapelten Ringen bestehen, wie dies in der DE-OS 2 510 804 beschrieben ist. In jedem Fall sollten die Reihen von paarweisen Öffnungen in einem Abstand von 12 bis 100 mm angeordnet sein, wobei die beiden Reihen jedes Paares in einem Abstand zwischen etwa 2 und 20 mm vorliegen sollten. Die Öffnungen selbst sollten vorzugsweise in einem Abstand von 2 bis 6 Öffnungsdurchmessern in jeder Reihe angeordnet sein und die Kanäle, die zu den Öffnungen führen, sollten in einem Winkel zwischen etwa 50 und 160°, vorzugsweise 100 und 150°, divergieren. Die Auslässe zwischen den Reihenpaaren sollten etwa 3 bis 12 mm breit sein, so daß der Rückfluß der Luft vom extrudierten Schlauch leicht vonstatten geht. Die Geschwindigkeit und/oder die Temperatur der externen Luft können bei allen Öffnungsanordnungen konstant gehalten werden oder können je nach Verfahrensbedingungen variiert werden.

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Das thermoplastische Harz wird im allgemeinen durch eine Ringdüse mit einem Durchmesser von etwa 12 bis 400 mm und einer Spaltbreite zwischen etwa 0,25 und 2,5 mm extrudiert. Die Extrudiergeschwindigkeit ist selbstverständlich vom verwendeten Extruder abhängig, es können jedoch Fließgeschwindigkeiten zwischen etwa 0,2 und 2, vorzugsweise 0,7 und 1,4 kg/h/cm Umfang der fertigen Blase aufrechterhalten werden. Blasverhältnisse, das ist das Verhältnis des endgültigen Foliendurchmessers zum Düsendurchmesser in der Größenordnung von etwa 1,5 bis 5 sind geeignet. Die endgültige Foliendicke kann zwischen etwa 10 und 250 μ liegen. Das bevorzugte Medium, um den Innendruck vorzusehen, sowie das bevorzugte externe Kühlmedium sind Luft, es können jedoch auch andere Gase verwendet werden. Das externe Medium, das den Kühlöffnungen zugeführt wird, sollte vorzugsweise bei Temperaturen zwischen -20 und +90⁰C gehalten werden und mit einer Geschwindigkeit von etwa 23 bis 183 m³/min je m² Oberfläche des geschmolzenen Schlauches, der gekühlt wird, zugeführt werden. Ein Teil oder die ganze in den extrudierten Schlauch eingebrachte Luft kann durch den Innenteil des Werkzeuges abgezogen werden, so daß ein fließendes Luftsystem erhalten wird.

Es wurde gefunden, daß wenn ein üblicher Kühlring auf den obersten mit öffnungen versehenen Ring aufgebracht wird, der Ausstoß bzw. die Produktion erheblich erhöht werden kann, ohne daß die Qualität der erhaltenen Folie beeinträchtigt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die mit Öffnungen versehene Seite des ersten Kühlgehäuses zunehmend nach aaßen geneigt sein, so daß diese eine verbreiternde Form bezüglich des extrudierten halbgeschmolzenen Schlauches aufweist.

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Alternativ kann das Gehäuse eine senkrechte Innenfläche aufweisen, d.h. in einer Ebene liegen, die im wesentlichen parallel zum Weg des extrudierten Schlauches ist, so daß wenn der Schlauch aufeinanderfolgende Rinqsegmente passiert, keine Expansion des Schlauches auftritt. Die Wahl dieses oder jenes Systems bezüglich der Anordnung der Kühlsegmente hängt vom gewünschten Blasverhältnis ab.

Der Luftringteil des Kühlsystems ist in Nachbarschaft zum obersten Kühlringsegment angeordnet. Der Luftring kann übliche Ausgestaltung aufweisen, beispielsweise können Luftkühlringe eingesetzt werden, wie sie für die Schlauchextrusion zur Verwendung als Luftring beim Werkzeug im Handel erhältlich sind.

Der Luftring ist nicht mit zahlreichen Öffnungen versehen, sondern hat vielmehr eine kontinuierliche kreisförmige Öffnung längs der Innenseite des Rings. Diese Öffnung weist vorzugsweise Abmessungen zwischen etwa 3 und 12 mm auf und ist vorzugsweise so angeordnet, daß der Luftstrom entweder nach innen und oben oder gerade nach innen oder gei*ade nach oben auf den extrudierten Schlauch gerichtet wird. Es wird vorgezogen, Luftdrücke im Bereich zwischen 25 und 300 mm, vorzugsweise etwa 100 mm Wasser, für den obersten Luftring anzuwenden.

Vorzugsweise wird zwischen dem Extrudierwerkzeug und der Unterseite des mit Öffnungen versehenen Rings ein Abstand in der Größenordnung von 6 mm eingehalten, damit die Luft aus dem Segment austreten kann. Es kann auch vorteilhaft sein, die Oberseite des Werkzeuges

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zu isolieren, um zu vermeiden, daß dieses durch austretende Luft, die über dessen Oberfläche geführt wird, abgekühlt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht im Schnitt eines typischen Schlauchextruders, 10

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Kühlringanordnung der Vorrichtung der Fig. 1,

Fig. 3 eine Frontansicht im Schnitt einer anderen Ausführungsform eines Schlauchextru

ders , und

Fig. 4 teilweise Querschnittsansichten von Teilen der mit zahlreichen Öffnungen versehenen Kühlringe gemäß Fig. 1, 2 und 3.

Das thermoplastische Harz wird durch einen Schraubenextruder (nicht gezeigt) zugeführt und durch die Ringdüse 18 unter Bildung eines Schlauches 16 aus geschmolzenem thermoplastischem Material extrudiert. Die Leitung 22 im Innenteil 20 der Ringdüse 18 ist vorgesehen, um ein Medium, vorzugsweise Luft, in den extrudierten Schlauch 26 aus thermoplastischem Material einzubringen. Beim Entfernen des Schlauches von der Düse kühlt sich dieser ab, bis er sich an der Erstarrungslinie 24 zu einem dimensionsstabilen Schlauch 26 verfestigt. Dieser feste Schlauch 26 wird durch ein Paar Zusammen-

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drückbleche zusammengedrückt und dann durch ein Paar Abnahmewalzen (nicht gezeigt) geführt, von wo es zu anderen Bearbeitungsstationen (nicht gezeigt, Z.B. Beutelherstellungsvorrichtung) geführt wird oder in Form eines fachgelegten Schlauches aufgerollt wird.

Mehrere untere Ringe 32a, 32b und 32c, die als getrennte Teile in einem Gehäuse ausgebildet sein können oder die eine einstückige Struktur bilden können, sind oberhalb des Werkzeugs angeordnet und bilden das erste Kühlgehäuse. Durch eine Pumpe 36 wird ein Medium, vorzugsweise Luft, über eine Leitung 38 in das Innere 40 der Ringe 32 geführt. Dieses Medium trifft dann durch die Verteilerkanäle 42a über öffnungen 43 auf den extrudierten Schlauch 16, wie dies aus Fig. 4 deutlich wird. Dies führt zu einer Druckverringerung zwischen den Öffnungsreihen (in dem mit 44 bezeichneten Bereich) und bewirkt, daß das Kühlmedium aus dem System durch die Auslässe 46 zwischen benachbarten Ringen austritt. Der verringerte Druck zieht den noch in geschmolzenem Zustand befindlichen extrudierten Schlauch 16 nach außen zu den Ringen 32, jedoch bildet das austretende Medium einen Polster zwischen den Ringen und dem Schlauch, so daß ein Kontakt zwischen Schlauch und Ringen und ein Ankleben desselben, während er sich noch in geschmolzenem Zustand befindet, verhindert werden.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist ein Endkühlring 30 oberhalb der mit zahlreichen öffnungen versehenen Ringe 32a, 32b und 32c angeordnet. Dem Ring 30 wird über Pumpe 36a Luft unter Druck zugeführt. Die Luft tritt aus Ring 30 durch die kontinuierliche ringförmige

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Öffnung 34 aus und trifft auf den Schlauch 16. Der Luftstrom wird vom Ring 30 durch eine Lippe oder einen Flansch, die am unteren Umfang der Öffnung 34 angeordnet sind, nach innen und oben gerichtet. Alternativ kann der Luftstrom nur nach innen oder nur nach oben gerichtet werden. Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform sind die Vorkühlringe 32a, 32b und 32c mit einer zylindrischen Innenseite ausgestattet, die im wesentlichen senkrecht, d.h. parallel zur Achse des austretenden Schlauches 16, angeordnet ist. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform haben die Ringe 32b und 32c eine Innenfläche, die von der Senkrechten des extrudierten Schlauches 16 nach aussen geneigt ist, so daß eine Vergrößerung des Durchmessers des Schlauches 16 bei dessen Passieren der Ringe 32b und 32c erfolgt. Der Schlauch wird aufgrund des Teilvakuums, das aufgrund der divergierenden Strahlen des Kühlmediums, das aus den Öffnungen der Kühlringe austritt, gebildet wird, nach außen gezogen bzw. expandiert.

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L e e r s e i t e

Claims

PATENTANWÄLTE DRKADOR &DR.KLUNKER K 12 095/3S 280U06 Mobil Oil Corporation 150 East 42nd Street New York, N.Y. 10017 USA Vorrichtung zur Herstellung einer schlauchförmigen Folie aus thermoplastischem Kunststoff· Patentansprüche

1.] Vorrichtung zur Herstellung einer schlauchförmigen folie aus thermoplastischem Kunststoff, bestehend aus (1) einer Ringextruderdüse, durch die ein Schlauch aus thermoplastischem Kunststoff extrudiert wird,

(2) Abnahmewalzen, die im Abstand zur Düse angeordnet sind, zum Zusammendrücken des extrudierten Schlauches und zur Aufrechterhaltung eines Mediumdrucks 0 innerhalb des Schlauches,

(3) Einrichtungen zur Einführung eines Mediums unter Druck in den extrudierten Schlauch zur Expansion desselben und zur Verringerung dessen Wandstärke,

(4) einem ersten Kühlgehäuse, das zwischen der Düse

und den Abnahmewalzen und konzentrisch zur Achse des extrudierten Schlauches angeordnet ist, wobei das Gehäuse paarweise Reihen von Öffnungen aufweist, durch die Strahlen von Kühlmedium gegen den Schlauch geführt werden, wobei die Strahlen jeder Reihe eines Reihenpaares mit den Strahlen der anderen Reihe des Paares divergieren, so daß ein Teilvakuum gebildet wird, das den extru-

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dierten Schlauch nach außen zum Gehäuse zieht, und wobei zwischen benachbarten Reihenpaaren ein Auslaß vorgesehen ist,

(5) Einrichtungen zur Zuführung von Kühlmedium zu den Öffnungen des Gehäuses, dadurch gekennzeichnet , daß ein zusätzliches Kühlgehäuse (30) auf dem ersten Kühlgehäuse (32) vorgesehen ist, das zusätzliche Kühlgehäuse (30) eine durchgehende ringförmige Öffnung (34), die den extrudierten Schlauch (16) umgibt, vorgesehen ist, durch die ein ringförmiger Strom aus Kühlmedium gegen den extrudierten Schlauch (16) geführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das zusätzliche Kühlgehäuse (30) so ausgestaltet ist, daß der kreisförmige Kühlmediumstrom nach innen gegen den extrudierten Schlauch (16) gerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zusätzliche Kühlgehäuse (30) so ausgestaltet ist, daß der kreisförmige Strahl des Kühlmediums nach oben gegen den extrudierten Schlauch (16) gerichtet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Kühlgehäuse (32) eine dem extrudierten Schlauch (16) gegenüberliegende zylindrische Innenfläche aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Kühlgehäuse (32) eine dem extrudierten Schlauch (16) gegenüberliegende konisch ausgebildete Innenseite aufweist.

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