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Verfahren zum Verformen von synthetischen, olefinischen
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Polymerharzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Formen von rohrförmigen Filmen bzw. Schlauchfolien aus olefinischen, synthetischen
Polymerharzen mit überlegenen mechanischen Eigenschaften. Die Erfindung betrifft
insbesondere ein Verfahren zum Formen von rohrförmigen Filmen bzw. Schlauchfolien
durch Extrudierung eines geschmolzenen, synthetischen, olefinischen Polymerharzes
nach dem Luftkühlungs-Aufblasverfahren mit einer Aufnahmegeschwindigkeit von etwa
5 bis 50 m/min. Bei diesem Verfahren wird eine sich nach unten verjüngende Einrichtung
(mit einem nach oben vergrößerten Durchmesser), die auf die Oberseite einer ringförmigen
Strangpreßform aufgelegt worden ist, als Einrichtung für die Stabilisierung der
Harzblasen verwendet.
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Zum Formen eines rohrförmigen Films durch Schmelzextrudieren eines
synthetischen, olefinischen Polymerharzes zu trichterartiger Gestalt nach dem Luftkühlungs-Aufblasverfahren
(wobei die Gestalt durch Extrudierung eines rohrförmigen Films zu einem Durchmesser,
der gleich ist wie der Durchmesser der öffnung der ringförmigen Strangpreßform,
und sodann zu einem rohrförmigen Film mit einem größeren Durchmesser als derjenige
der Öffnung der Strangpreßform gemäß der beigefügten Figur aufgeblasen wird, wobei
die Gestalt als trichterartig bezeichnet wird) ist bereits ein Verfahren bekannt,
um rohrförmige Filme mit gut ausgewogenen mechanischen Festigkeiten sowohl in Längs-
als auch in Querrichtung und überlegener Schlagfestigkeit zu formen. Bei dieser
Verformungsmethode tritt jedoch, insbesondere wenn die Verformung mit einem hohen
Aufblasverhältnis von 3,0 oder mehr durchgeführt wird, das Problem auf, daß eine
Harzblase mit trichterartiger Gestalt, die auf der Oberseite einer ringförmigen
Strangpreßform gebildet wird, sich verändert, und daß eine gleichförmige Abkühlung
nicht durchgeführt werden kann. Deswegen werden Abweichungen der Dicke, Falten und
schlaffe Stellen gebildet. Die Faltbreite wird ungleichförmig und die Ausgewogenheit
der
mechanischen Festigkeiten in Längs-und Querrichtungen wird schlechter. Um dieses
Problem zu lösen, ist bereits ein Verfahren bekannt, um die Fluktuation der Harzblasen
zu verhindern, bei dem man auf die Oberseite einer ringförmigen Strangpreßform einen
Innendorn aufbringt und bewirkt, daß sich das Innere eines rohrförmigen Films, der
durch Druckluft aufgeblasen worden ist, entlang der Umfangswand dieses Innendorns
bewegt. Bei diesem Verfahren ist jedoch der Nachteil vorhanden, daß sich die Innenwand
des Innendorns an der Innenseite des rohrförmigen Films reibt,wodurch auf der Innenoberfläche
des rohrförmigen Films zahllose Fehlstellen gebildet werden und die mechanische
Festigkeit der resultierenden rohrförmigen Filme vermindert wird.
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Es ist auch schon ein Verfahren zur Verhinderung der Fluktuation von
aufgeblasenen Blasen bekannt, bei dem man eine zylindrische Blasenstabilisierungseinrichtung
mit einem Durchmesser, der nicht größer ist als der Innendurchmesser der Strangpreßformöffnung,
auf die Oberseite einer ringförmigen Preßform aufbringt und den rohrförmigen Film
mit der äußeren Umfangsoberfläche dieser Stabilisierungseinrichtung für die Harzblasen
beim Aufblasen in Kontakt kommen läßt oder in die Nähe davon kommen läßt. Wenn die
Aufnahmegeschwindigkeit des rohrförmigen Films etwa 50 m/min oder mehr ist, dann
können die Harzblasen zwar im stabilisierten Zustand gehalten werden, doch wenn
die Aufnahmegeschwindigkeit des rohrförmigen Films relativ niedrig wie 50 m/min
oder weniger wird, dann tritt der Nachteil auf, daß der Teil des rohrförmigen Films
vor dem Beginn des Aufblasens die äußere Umfangsoberfläche der Stabilisierungseinrichtung
für die Harzblasen verläßt, und daß die Fluktuation der Harzblasen nicht verhindert
werden kann.
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Es wurden daher umfangreiche Untersuchungen hinsichtlich der Gestalt
einer solchen Stabilisierungseinrichtung für Harzblasen durchgeführt. Diese Untersuchungen
liegen der vorliegenden Erfindung zugrunde.
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Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zum Verformen von
synthetischen, olefinischen Polymerharzen zu rohrförmigen Filmen bzw. Schlauchfolien
durch Schmelzextrudierung in eine nach oben geöffnete, trichterförmige Gestalt nach
dem Luftkühlungs-Aufblasverfahren mit einer Aufnahmegeschwindigkeit von etwa 5 bis
50 mlmin, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen rohrförmigen, geschmolzenen
Film aus einer ringförmigen Strangpreßform so extrudiert, daß er entlang der sich
nach oben erweiternden, äußeren Oberfläche, die nach unten verjüngt ist, des oberen
Teils einer länglichen Stabilisierungseinrichtung für Harzblasen gezogen wird, welche
auf die Oberseite der ringförmigen Strangpreßform koaxial damit aufgebracht und
damit verbunden worden ist, ohne daß die äußere Oberfläche berührt wird, wobei ein
Abstand von dem Teil des Extrudats vor dem Beginn des Aufblasens zu der äußeren
Oberfläche gehalten wird, der so eng wie möglich ist, wobei die Stabilisierungseinrichtung
aus einem Grundteil, einem aufsteigenden Teil und einem oberen Teil oder einem Grundteil
und einem oberen Teil besteht, wobei das Grundteil einen Außendurchmesser hat, der
kleiner ist als der Innendurchmesser der Austrittsöffnung der Strangpresse, wobei
das aufsteigende Teil einen gleichförmigen Außendurchmesser hat, der nahezu der
gleiche ist wie der Innendurchmesser der Austrittsöffnung der Strangpresse, und
wobei das obere Teil einen nach oben vergrößerten Durchmesser und eine öffnung am
oberen Ende hat und wobei das Grundteil mit Löchern in der Nachbarschaft der Umfangswand
versehen ist, damit diese mit der oberen Öffnung der Stabilisierungseinrichtung
in Verbindung stehen können, und daß man den rohrförmigen Film bzw. die Schlauchfolie
mit Luft aufbläst.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Stabilisierungseinrichtung
für die Harzblasen, die erfindungsgemäß verwendet wird. Auch Fig. 2 ist eine schematische
Querschnittsansicht einer Stabilisierungseinrichtung für Harzblasen,
die
jedoch kein aufsteigendes Teil hat.
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Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung expandiert ein rohrförmiger
Film 2, der aus einer ringförmigen Strangpreßform 1 in geschmolzenem Zustand extrudiert
wird, leicht durch die Druckluft im Inneren des rohrförmigen Films 2 unmittelbar
nach dem Austreten aus der Austrittsöffnung 9 der Strangpreßform. Während der Film
durch die Kühlluft abgekühlt wird, die von einem Luftkühlring 10 eingeblasen wird,
steigt er entlang des aufsteigenden Teils 6 einer Stabilisierungseinrichtung 3 für
die Harzblasen, ohne daß er damit in Kontakt kommt, auf. Während dieser aufsteigenden
Bewegung schreitet das Dünnerwerden und die Kristallorientierung des rohrförmigen
Films 2 fort. Durch die Kühlluft wird der dünner gewordene, rohrförmige Film einmal
eng an die verjüngte Oberfläche der Oberseite 5 der Stabilisierungseinrichtung 3
für die Harzblasen so weit wie möglich eng nahegebracht.
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Hierauf erfolgt ein plötzliches Aufblasen durch Druckluft unter Bildung
einer trichterförmigen Harzblase 4 und der Film wird sodann aufgenommen, indem er
durch (nicht gezeigte) Klemmrollen festgeklemmt wird, welche oberhalb der ringförmigen
Strangpreßform 1 vorgesehen sind. Beim Aufblasen eines durch Schmelzextrudierung
gebildeten, rohrförmigen Films zu einer trichterartigen Gestalt, wie in Fig. 1 gezeigt,
ist es naturgemäß leicht möglich. die Verformungsbedingungen, z.B. die Aufnahmegeschwindigkeit,
die Extruderabgabe, das Aufblasverhältnis, die Fließmenge der Abkühlungsluft, die
Temperatur der ringförmigen Strangpreßform je nach den physikalischen Eigenschaften
des Schmelzzustandes des verwendeten olefinischen, synthetischen Polymerharzes einzustellen.
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Die Aufnahmegeschwindigkeit eines rohrförmigen Films beträgt etwa
5 bis 50 m/min gemäß der Erfindung. Dies ist der Bereich von Werten, der oftmals
bei der Verformung von Filmen mit großer Dicke oder großer Faltbreite und auch bei
einer kleinen Kapazität eines Extruders angewendet wird. Eine Aufnahmegeschwindigkeit
von
weniger als etwa 5 m/min ist im Hinblick auf die Produktionsleistung der rohrförmigen
Filme nicht vorzuziehen.Eine Aufnahmegeschwindigkeit von mehr als etwa 50 m/min
ist ebenfalls nicht vorzuziehen, da in diesem Fall die schmelzextrudierten rohrförmigen
Filme dazu neigen, an der verjüngten äu-Beren Oberfläche des oberen Teils der Stabilisierungseinrichtung
für die Harzblasen zu haften.
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Nachstehend werden Funktion und Wirksamkeit der er£indungsgemäßen
Stabilisierungseinrichtung für die Harzblasen beschrieben. Da, wie in Fig. 1 gezeigt,
da Grundteil 7 der Einrichtung einen Außendurchmesser hat, der weit geringer ist
als der Innendurchmesser der Austrittsöffnung 9 der Strangpreßform, haftet der rohrförmige
Film 2 unmittelbar nach dem Schmelzextrudieren nicht an dem Grundteil 7. Da weiterhin
eine Vielzahl von Löchern 8, die mit der Öffnung des oberen Teils 5 in Verbindung
stehen, in der Nachbarschaft der Umfangswand der Grundlage 7 vorhanden sind, wird
eine Art Saugeffekt zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Löcher 8 zum Zeitpunkt
erzeugt,wenn der rohrförmige Film aufgenommen wird. Deswegen wird ein abwärts strömender
Fluß von Druckluft gebildet, der von der oberen Offnungsseite zu den Löchern 8 im
Inneren der Stabilisierungseinrichtung 3 für die Harzblasen gerichtet ist. Zur gleichen
Zeit bildet die Druckluft, die die Löcher 8 verläßt, einen aufwärts strömenden Fluß
entlang der äußeren Umfangsoberfläche der Stabilisierungseinrichtung 3 für die Harzblasen,
der den aufwärts strömenden, rohrförmigen Film begleitet. Es wird beobachtet, daß
der aufwärts strömende Strom der Druckluft verhindert, daß der rohrförmige Film
mit der äußeren Umfangsoberfläche der Stabilisierungseinrichtung für die Harzblasen
in Berührung kommt.
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Da weiterhin das obere Teil bzw. Spitzenteil 5 der Stabilisierungseinrichtung
eine längsförmige, umgekehrte, kegelstumpfartige Gestalt mit einer Öffnung am oberen
Ende hat, kann selbst im Fall einer relativ niedrigen Aufnahmegeschwindigkeit des
rohrförmigen Films die Fluktuation der Harzblase verhindert
werden.
Ein durch Schmelzextrudieren gebildeter, rohrförmiger Film neigt nämlich dazu, unter
allmählicher und nach aufwärts erfolgender Bildung einer vergrößerten zylindrischen
Gestalt nach oben gezogen zu werden, wenn die Aufnahmegeschwindigkeit relativ niedriger
ist. Wenn somit ein solcher Teil eines rohrförmigen Films, der demjenigen vor dem
Beginn des Aufblasens entspricht, an die allmählich und nach oben vergrößerte äußere
Oberfläche einer Stabilisierungseinrichtung von Harzblasen angenähert wird, während
die Fließmenge der Kühlluft kontrolliert wird und sodann der rohrförmige Film zur
Bildung einer Harzblase aufgeblasen wird, kann die Fluktuation der Harzblasen verhindert
werden.
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Gemäß der Erfindung ist es üblich, das Verhältnis der Höhe der Stabilisierungseinrichtung
der Harzblasen zu der Höhe des oberen Teils der Stabilisierungseinrichtung in dem
Bereich von etwa 100:50-90 einzustellen. In Fig. 2 ist der Querschnitt einer Stabilisierungseinrichtung
für Harzblasen mit einem oben genannten-Verhältnis von etwa 90 und keinem aufsteigenden
Teil 6 dargestellt.
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Das obere Teil der Stabilisierungseinrichtung für die Harzblasen gemäß
der Erfindung hat eine längliche, umgekehrte, kegelstumpfartige Gestalt mit allmählich
erweitertem Durchmesser und einer Öffnung am oberen Ende. Hinsichtlich des Neigungswinkels
der Mantellinie der verjüngten äußeren Oberfläche zu der Mittelachse wird es bevorzugt,
diesen Winkel auf weniger als etwa 150, vorzugsweise etwa 2 bis 50, einzustellen.
Es braucht nicht extra darauf hingewiesen zu werden, daß die erfindungsgemäße Stabilisierungseinrichtung
für Harzblasen um die Mittelachse herum rotationssymmetrisch ist.
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Gemäß der Erfindung können als synthetische Harze olefinische Polymere,
wie Polyäthylen hoher Dichte, Polyäthylen niedriger Dichte, oder Polypropylen verwendet
werden. Insbesondere ist
Polyäthylen mit hoher Dichte mit niedrigem
Schmelzindex geeignet, da es leicht eine trichterartige Harzblase bildet.
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Die erfindungsgemäß erhaltenen, rohrförmigen Filme bzw. Schlauchfolien
zeigen extrem geringe Dickeabweichungen und sie weisen überlegene mechanische Eigenschaften
auf.
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Die Erfindung wird anhand der Beispiele näher erläutert.
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Beispiele 1 bis 3 Polyäthylen hoher Dichte mit einem gewichtsdurchschnittlichen
Molekulargewicht von 530.000 und einem Schmelzindex von 0,05 wurde im Schmelzzustand
unter Verwendung eines Extruders mit einem Innendurchmesser des Zylinders von 50
mm und einem L/D-Verhältnis der Schnecke von 28 durch eine spiralartige Strangpreßform
extrudiert, welche am Ende des Extruders in Aufwärtsrichtung angebracht war.
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Das Polyäthylen wurde in Trichtergestalt unter Bildung eines rohrförmigen
Films nach dem Luftabkühlungs-Aufblasprozeß extrudiert.
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Die Strangpreßform hatte einen Schlitz von 0,5 mm und einen Innendurchmesser
der Öffnung der Strangpreßform von 75 mm.
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Die verwendete Stabilisierungseinrichtung für die Harzblasen hatte
die in Fig. 1 gezeigte Gestalt. Die Höhe von der oberen Oberfläche der ringförmigen
Strangpreßform bis zum oberen Ende der Stabilisierungseinrichtung für die Harzblasen
betrug 700 mm. Die Höhe des oberen Teils der Stabilisierungseinrichtung für die
Harzblasen betrug 500 mm. Der Neigungswinkel der Mantellinie der allmählich vergrößerten
Oberfläche des oberen Teils zu der Mittelachse betrug 3°,30'. Der Außendurchmesser
des aufsteigenden Teils betrug 75 mm. Der Außendurchmesser des Grundteils, das die
obere Oberfläche der ringförmigen Strangpreßform berührte, betrug 40 mm.
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Es waren acht Löcher mit einem Durchmesser von 5 mm vorgesehen.
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Es wurde bei folgenden Verformungsbedingungen der rohrförmigen Filme
bzw. Schlauchfolien gearbeitet: Extruderabgabe 22 kg/h, Temperatur der ringförmigen
Strangpreßform 2500C; Aufblasverhältnis 4,2 Je nach der Aufnahmegeschwindigkeit
der rohrförmigen Filme von 39 m/min, 19 m/min und 13 m/min wurde die Kühlluft eingestellt.
Die Längen des rohrförmigen Films1 die dem Teil vor Beginn des Aufblasens entsprachen,
wurden auf 380 mm, 400 mm bzw.430 mm eingestellt. Der Abstand zwischen dem rohrförmigen
Film und der nach oben vergrößerten äußeren Oberfläche der Stabilisierungseinrichtung
für die Harzblasen konnte 0,2 mm gemacht werden.
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Bei den so erhaltenen rohrförmigen Filmen wurden verschiedene physikalische
Eigenschaften gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
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Tabelle 1 Beispiel 1 2 3 Aufnahmegeschwindigkeit (m/min) 39 19 13
Filmdicke (#m) 11 20 30 Abweichung der Dicke (m) +1,0 +1,5 +2,0 2 Zugfestigkeit
(kg/cm2)* Längsrichtung 347 267 256 Querrichtung 284 272 282 Elmendorf-Reißfestigkeit
(kg/cm)* Längsrichtung 4,7 6,9 10,6 Querrichtung 114 108 61,4 Schlagfestigkeit (kg.cm/cm)
2760 2650 2410 (*gemessen nach der JIS-Norm 1702-1962> Beispiele 4 und 5 Es wurde
wie in den vorstehenden Beispielen verfahren mit der Ausnahme, daß die Extruderabgabe
verändert wurde, daß das Aufblasverhältnis auf 5,5 eingestellt wurde, daß die Kühlluft
entsprechend einer Aufnahmegeschwindigkeit der rohrförmigen Filme vom 46 m/min und
27 m/min eingestellt wurde, und daß die Längen der rohrförmigen
Filme,
die dem Teil vor dem Beginn des Aufblasens entsprachen, auf 580 mm bzw.500 mm eingestellt
wurden. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
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Vergleichsbeispiel Die Verformung der rohrförmigen Filme erfolgte
wie in Beispiel 5, jedoch ohne Verwendung einer Stabilisierungseinrichtung für die
Harzblasen.
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Die Fluktuation der Harzblasen war jedoch so heftig, daß die Verformung
extrem schwierig war.
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Die Dicke der resultierenden rohrförmigen Filme betrug 11 Wm, jedoch
war die Abweichung der Dicke so groß wie + 8m, so daß die Messung der physikalischen
Eigenschaften unterlassen wurde.
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Tabelle 2 Beispiel 4 5 Vergl.
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Beisp.
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Extruderabgabe (Rg/h) 38 40 40 Aufnahmegeschwindigkeit (m/min) 46
27 27 Dicke (m) 10 10 11 Abweichung der Dicke (#m) +1,0 +1,5 +8,0 2 Zugfestigkeit
<kg/cm )* Längsrichtung. 458 305 Querrichtung 289 301 Elmendorf-Reißfestigkeit
(kg/cm)* Längsrichtung 4,5 7,0 Querrichtung 165 108 Schlagfestigkeit (kg.cm/cm)
2100 2750 (*gemessen nach der JIS-Norm 1702-1962) Ende der Beschreibung.