DE3621205A1 - Verfahren zum herstellen von biaxial gestreckten flachfolien und vorrichtung hierfuer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von biaxial gestreckten Flachfolien aus Polymeren, unter Verwendung von drehbaren, zur Folienlaufrichtung schrägstehenden Scheiben, über deren Ränder die Folienränder unter Beseitigung von Lufteinschlüssen zwischen den Folien und Scheiben angepreßt geführt sind, wobei die Folien vor jeder Streckung auf Strecktemperatur aufgeheizt werden, und eine Vorrichtung zum Verstrecken von Folien.

Ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung hierfür sind aus der DE-AS 20 24 308 bekannt, in der ein Verfahren zum Strecken, insbesondere zum Breitstrecken einer Folienbahn aus thermoplastischem Kunststoff unter Einsatz von drehbaren, zur Folienlaufrichtung schrägstehenden Scheiben beschrieben ist, auf deren Umfangsflächen die Folienbahnränder durch den äußeren Luftdruck angepreßt geführt werden, wobei zum Erzielen der Anpreßkraft die Folienbahnränder beim Auflaufen auf die Umfangsflächen der Scheiben an den Auflaufstellen unter Erwärmen und unter Beseitigung jeglicher Lufteinschlüsse zwischen Folie und Scheibe kurzzeitig angepreßt werden.

Bei dem bekannten Flachstreckverfahren wird eine in Flachform mittels Kalander, Extruder und Breitschlitzdüse hergestellte Vorfolie an den Rändern mit formschlüssigen Elementen, beispielsweise Kluppen, erfaßt, die im Breitstreckrahmen auf divergierenden Bahnen auseinanderlaufen. Es erfolgt neben der Breitstreckung auch eine Längsstreckung, die im allgemeinen in zwei oder mehr Stufen vorgenommen wird.

Teilkristalline Folien werden weitgehend als Flachfolien nach einem Längs-Querstreck-, Quer-Längsstreck- oder Längs-Querstreckverfahren hergestellt, wobei jeweils durch die Prozeßschritte Extrusion, Ausformen und Walzenkühlung eine Vorfolie erzeugt wird, die bei Polypropylen-Folien teilkristallin und bei Polyethylenterephthalat- Folien (PET-Folien) amorph sein kann.

Bei einem Längs-Querstreckverfahren wird im allgemeinen die Vorfolie über einen Satz langsamlaufender beheizbarer Walzen aufgeheizt. Die Längsstreckung erfolgt zwischen der letzten beheizten Walze und einem Satz schnellaufender Kühlwalzen, die die längsgestreckte Folie auf Umgebungstemperatur abkühlen. Die Heiz-, Kühl- und Streckwalzen können freilaufend oder angetrieben sein. Zum Erzielen einer gewünschten Orientierung ist es erforderlich, Streckverhältnisse von 3,0 bis 6,0 bei Strecktemperaturen zwischen 90 und 150°C einzustellen. Nach der Längsstreckung wird die monoaxial gestreckte Folie in Querrichtung gestreckt und anschließend thermofixiert. Die Querstreckung erfolgt in einem Querstreckrahmen, in welchem die Folie an den Rändern durch umlaufende Kluppen gehalten wird, die an Kettengliedern befestigt sind, die sich auf einer Führungsbahn abstützen. Das Querstreckverhältnis wird durch die Schrägstellung bzw. Divergenz der Kettenbahnen zu der Folienlaufrichtung erreicht. Die Kluppen laufen dabei innerhalb von Heizöfen und die Folie wird durch Heißluft, die aus Schlitzdüsen austritt, bis auf die erforderliche Querstrecktemperatur aufgeheizt.

Im letzten Abschnitt des Rahmens wird die Folie unter gleichzeitigem Festhalten der Ränder durch die Kluppen thermofixiert und im Anschluß daran abgekühlt. Querstreckverhältnisse liegen im allgemeinen zwischen 3,0 bis 10,0 bei Strecktemperaturen von 90 bis 170°C, während die Thermofixierung bei einer Temperatur von 150 bis 230°C durchgeführt wird. Es werden weitgehend gestreckte Folien mit ausgeglichenem Eigenschaftsbild erhalten.

Beim Quer-Längsstreckverfahren erfolgen die einzelnen Streckstufen in der umgekehrten Reihenfolge, wie voranstehend beschrieben wurde. Die Thermofixierung geschieht in einem separaten Fixierrahmen. Die gestreckten Folien bei diesem Verfahren weisen eine bevorzugte Längsorientierung auf.

Bei einem dreistufigen Längs-Quer-Längsstreckverfahren wird dem Längs-Querstreckverfahren noch ein weiterer Längsstreckvorgang nachgeschaltet. Es werden dadurch Folien mit einem variablen Eigenschaftsbild, d. h. sowohl isotrope als auch anisotrope Folien, hergestellt.

Den bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß die Folien in den einzelnen Streckstufen aufgeheizt und anschließend wieder auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden müssen. Die hierfür erforderlichen Anlagen und Vorrichtungen sind sehr aufwendig und haben einen großen Platzbedarf, ebenso einen hohen Energieverbrauch aufgrund des mehrfachen Aufheizens und Abkühlens.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Strecken von Flachfolien unter Verwendung von drehbaren, zur Folienlaufrichtung schrägstehenden Scheiben zu schaffen, das Energie einspart, geringeren konstruktiven Aufwand als bekannte Verfahren erfordert und die physikalischen Eigenschaften der Flachfolien stärker vergleichmäßigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den einzelnen Streckungen die Folien, ohne vorangehende Abkühlung auf Umgebungstemperatur, proportional zu dem vorgegebenen Streckverhältnis aufgeheizt werden.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird zumindest eine zweistufige Verstreckung, beginnend mit einer Längsstreckung, gefolgt von einer Querstreckung und einer anschließenden Thermofixierung der Folie vorgenommen. Der zweistufigen Verstreckung aus Längs- und Querstreckung wird in Ausgestaltung des Verfahrens eine weitere Längsstreckung mit anschließender Thermofixierung nachgeschaltet. Die einzelne Längs- und Querstreckung erfolgt zweckmäßigerweise in mehreren Streckschritten.

In Ausgestaltung des Verfahrens schließen die schrägstehenden Scheiben für die Querstreckung einen Winkel zwischen 20° und 30° mit der Folienlaufrichtung ein und betragen die Strecktemperaturen im ersten Querstreckschritt für Polyethylenterephthalat-Folien 95°C bis 150°C und für Polypropylen-Folien 150°C bis 170°C. Dabei wird die Strecktemperatur nach dem ersten Querstreckschritt für Polyethylenterephthalat-Folien um 2°C bis 5°C erhöht, während sich die Strecktemperaturen von einem zu dem nächsten Querstreckschritt um 3°C bis 10°C für Polypropylen-Folien unterscheiden und im allgemeinen um diesen Temperaturbetrag von einem Schritt zu dem nächsten Schritt abgesenkt werden.

Die Vorrichtung zum Verstrecken von Folien, mit zumindest einem beheizten Eingangswalzenpaar, einem Satz von Walzenpaaren zur Längsstreckung der Folien, die zwischen den Walzenpaaren auf die Strecktemperatur erwärmt werden, mit drehbaren, zur Folienlaufrichtung schrägstehenden, beheizbaren Scheiben, auf welche die Folienränder zur Querstreckung auflaufen, mit Einrichtungen zum Anpressen der auf die Scheibe auflaufenden Folienränder auf die Scheibenränder und mit zumindest einem Abzugswalzenpaar, zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen der ersten Längsstreckzone aus den Walzenpaaren und dem ersten Paar von Scheiben der ersten Querstreckstufe der Querstreckzone eine angetriebene Walze angeordnet ist, die über einen gemeinsamen Heizkreis mit der letzten Streckwalze der Längsstreckzone auf die gleiche Temperatur wie die Streckwalze aufgeheizt ist, daß in der Querstreckzone zwischen den einzelnen Querstreckstufen jeweils eine beheizte Walze vorhanden ist und daß eine Walze zwischen der Querstreckzone und einer zweiten Längsstreckzone angeordnet ist.

Die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 9 bis 15.

Durch den Wegfall der Abkühlung und somit des Aufheizens der Folien nach jeder Streckung von der Umgebungstemperatur auf die jeweilige erforderliche Strecktemperatur wird eine erhebliche Energieeinsparung und eine Vergleichmäßigung der physikalischen Eigenschaften der Folien erzielt, da während aller Streckvorgänge die Temperatur der Folien in einem engen Temperaturbereich, ohne große Temperatursprünge, gehalten wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Ansicht die Heiz- und Streckaggregate einer Vorrichtung zur Streckung von Flachfolien nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht des Antriebsaggregats für die Scheiben der Querstreckzone der Vorrichtung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Verstellmechanismus zum Schrägstellen der Scheiben der Querstreckzone,

Fig. 5a bis 5c Einrichtungen zum Anpressen der Folienränder an die Umfangsflächen der Scheiben, und

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht im Schnitt eines Scheibenpaares mit dazwischenliegender Stützfläche für die Folie.

In Fig. 1 ist in schematischer Ansicht die Vorrichtung 20 dargestellt, durch die eine Folienbahn 23 hindurchtransportiert und mehrfach gestreckt wird. Auf den angetriebenen Eingangswalzen 1 und 2 und der ersten Streckwalze 3 der ersten Längsstreckenzone LS 1 wird die amorphe Folienbahn 23 in Gestalt einer Flachfolie auf eine Strecktemperatur von 110°C bis 130°C aufgeheizt. Die Eingangswalzen 1 und 2 werden von einem gemeinsamen Heizkreis HK 1 beheizt. Die erste Längsstreckung erfolgt zwischen der Streckwalze 3 und einer zweiten Streckwalze 4 der ersten Längsstreckzone LS 1 bei Temperaturen von 110°C bis 130°C und Streckverhältnissen im Bereich von 1,3 bis 2,0. Dabei wird die Folienbahn 23 von Andruckwalzen 3′ und 4′ gegen die Umfangsflächen der Streckwalzen 3 und 4 angedrückt. Die Walzenpaare 3, 3′ und 4, 4′ werden mit verschiedenen Geschwindigkeiten angetrieben.

Da amorphe Polyester-Folien (PET-Folien) bei Temperaturen über 82°C zu kleben beginnen, müssen die Streckwalzen 3 und 4 mit antiadhäsiven Oberflächen ausgerüstet werden. Hierfür haben sich für bestimmte Temperaturbereiche die folgenden Materialien bewährt:

Bei Temperaturen bis 105°C Keramik, wie Cr₂O₃, Al₂O₃ + TiO₂. Bei Temperaturen bis 120°C wird für die Walzenoberflächen Polytetrafluorethylen verwendet und bei Temperaturen bis 140°C Silikongummi.

Oberhalb der Folienbahn 23 befindet sich zwischen den Walzenpaaren 3, 3′ und 4, 4′ eine Heizeinrichtung 58, die beispielsweise aus mehreren Infrarotstrahlern besteht, welche die Folienbahn 23 auf die gewünschte Strecktemperatur aufheizen.

Die im folgenden angegebenen Strecktemperaturen und Streckverhältnisse beziehen sich auf Polyester-Folien. Nach der ersten Längsstreckung zwischen den Streckwalzen 3 und 4 ist die Folienbahn 23 aus Polyester noch wenig orientiert und ihre Kristalinität bzw. Dichte übersteigt im allgemeinen nicht einen Wert von 1,345 g/cm³.

Die erste Streckwalze 3 wird über einen Heizkreis HK 2 beheizt.

Der zweite Schritt der Längsstreckung erfolgt zwischen der zweiten Streckwalze 4 und einer angetriebenen, beheizten Walze 5. Für diese beiden Walzen 4 und 5 ist ein gemeinsamer Heizkreis HK 3 vorgesehen, der so eingestellt ist, daß die Temperatur der Walzen 4 und 5 im Bereich von 95°C bis 115°C liegt. Das Streckverhältnis zwischen den Walzen 4 und 5 beträgt 2,0 bis 3,5, so daß das gesamte Streckverhältnis 3,0 bis 5,5 beträgt. In der Praxis bewährt sich eine erste Streckwalze 3 mit einer Silikongummioberfläche und eine zweite Streckwalze 4 mit einer Keramikoberfläche, die eine vorgegebene Rauhigkeit besitzt. Die Andruckwalzen 3′ und 4′ reduzieren das Einspringen der Folienbahn 23 innerhalb der Längsstreckzone LS 1.

Die angetriebene Walze 5 ist, wie die obigen Ausführungen zeigen, im Gegensatz zu den herkömmlichen Folienstreckanlagen, nicht gekühlt, sondern über den Heizkreis HK 3 so beheizt, daß sie die gleiche Temperatur wie die zweite Streckwalze 4 aufweist. Auch die Oberfläche der Walze 5 ist mit einem der voranstehend angegebenen antiadhäsiven Materialien beschichtet.

Die Aufheizstrecke der Vorrichtung 20 umfaßt gemäß Fig. 1 nur die Eingangswalzen 1 und 2 und die erste Streckwalze 3 der ersten Längsstreckzone LS 1 mit den beiden Heizkreisen HK 1 und HK 2, jedoch können weitere Eingangswalzen und Streckwalzen vorgesehen werden, d. h. die Aufheizstrecke kann verlängert werden, wenn es die Produktionsgeschwindigkeit und die Foliendicke erfordern.

Nach der ersten Längsstreckung wird die Folienbahn 23, die eine sehr gute Temperaturgleichmäßigkeit hat, da die Temperaturschwankungen innerhalb der Einlauf- und der Längsstreckzone LS 1 wegen der Vermeidung einer Abkühlung der Folienbahn auf Umgebungstemperatur, klein sind, einer an und für sich bekannten Querstreckvorrichtung in der Querstreckzone QS, die zwei oder mehr Querstreckstufen umfaßt, zugeführt. Die Querstreckvorrichtung ist beispielsweise in der DE-PS 20 24 308 beschrieben und umfaßt jeweils in der Querstreckstufe 1 und der Querstreckstufe 2 ein Paar von Scheiben 19 bzw. 19′, die angetrieben sind und sich gegenüberstehen. Das gewünschte Querstreckverhältnis wird durch Schrägstellung der Scheiben zu der Folienlaufrichtung erzielt. Die Oberflächen der Scheiben 19 und 19′ sind beispielsweise hartverchromt. Die Schrägstellung bzw. der mit der Folienlaufrichtung eingeschlossene Divergenzwinkel der Scheiben 19 und 19′ liegt zwischen 20 und 30° und richtet sich zusammen mit dem Durchmesser der Scheiben nach dem gewünschten Querstreckverhältnis. Bei Querstreckverhältnissen für Polyester-Folien λ _q =3,0 bis 4,0 erfolgt die Querstreckung in zwei Querstreckstufen, wobei die Breite der einlaufenden Folienbahn 23 beispielsweise 800 mm, der Durchmesser der Scheiben 19, 19′ 1500 mm und der maximale Divergenzwinkel a=30°C betragen. Die gestreckte Folienbahn ist dann im algemeinen 3 bis 5 m breit. Sind größere Breiten erwünscht, so sind mehr als zwei Stufen in der Querstreckzone QS erforderlich, um aus Platzgründen die Durchmesser der Scheiben 19 und 19′ nicht zu groß werden zu lassen.

An jeder Scheibe 19 liegt eine Andruckrolle 6 an, die ein Pneumatikzylinder 17 anpreßt, und die sicherstellt, daß Lufteinschlüsse zwischen der Folienbahn 23 und dem Rand der Scheibe 19 vermieden werden. Wie später noch beschrieben werden wird, sind auch andere Einrichtungen zum Anpressen der auf die Scheiben 19 und 19′ auflaufenden Folienränder vorgesehen.

Das Scheibenpaar 19 der ersten Querstreckstufe wird von einem Heizkreis HK 4 beheizt, während das Scheibenpaar 19′ der zweiten Querstreckstufe an einen Heizkreis HK 6 angeschlossen ist. Zwischen den Scheiben 19 und 19′ ist jeweils eine Stützeinrichtung 22 bzw. 22′ für die Folienbahn 23 angeordnet, die in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet sind.

Zwischen den beiden Querstreckstufen ist eine separat beheizbare, angetriebene Walze 7 angeordnet, die an einem Heizkreis HK 5 angeschlossen ist und nach der ersten Querstreckung eine Vergleichsmäßigung der Temperatur der Folienbahn 23 bewirkt. Die Folienbahn 23 wird beim Anlaufen auf das zweite Scheibenpaar 19′ jeweils von Andruckrollen 8 gegen die Scheibenränder gepreßt, wobei die Anpreßkraft der Andruckrollen 8 von einem Pneumatikzylinder 18 aufgebracht wird.

In der zweiten Querstreckstufe liegt die Temperatur der Polyester-Folien um 2 bis 5°C höher als in der ersten Querstreckstufe.

Nach der Querstreckung der Folienbahn 23 auf den Scheiben 19 und 19′ der Querstreckeinrichtung in der Querstreckzone QS wird die biaxial gestreckte Folienbahn 23 in einer zweiten Längsstreckzone LS 2 nachlängsgestreckt. Die von den Scheiben 19′ ablaufende Folienbahn 23 wird über eine angetriebene, beheizte Walze 9 einem Walzenpaar 10, 10′ zugeführt, das aus der Streckwalze 10 und der Andruckwalze 10′ besteht. Die Oberflächen der Walzen 9 und 10 sind beispielsweise verchromt, und die beiden Walzen werden von einem gemeinsamen Heizkreis HK 7 auf die erforderliche Strecktemperatur gebracht. Bei einer einstufigen Nachlängsstreckung erfolgt die Streckung zwischen den Walzen 10 und 11 und bei einer mehrstufigen Streckung zwischen den Walzen 10 bis 14. Die Streckwalzen 11 bis 14 haben einen kleineren Durchmesser als die Streckwalze 10 und laufen mit größerer Geschwindigkeit als diese um.

Die Abkühlung der Folienbahn 23 nach der zweiten Längsstreckung erfolgt auf den Abzugswalzen 15 und 16, die von einem gemeinsamen Kühlkreis KK auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden. An der Abzugswalze 16 liegt eine Andruckwalze 16′ an, die den Haltepunkt für die nachfolgende Thermofixierung der Folienbahn 23 in der Thermofixierzone FZ, die nicht dargestellt ist, markiert.

Die dreistufig gestreckte Folienbahn 23 wird in der Thermofixierzone FZ beispielsweise in einem Kluppenrahmen bei Temperaturen von 180 bis 230°C thermisch behandelt, wobei die Kluppen die Folienbahn 23 an den Rändern festhalten.

Aus der Draufsicht der Vorrichtung 20 in Fig. 2 gehen die geometrischen Verhältnisse in der Querstreckzone hervor und ist ersichtlich, daß die Folienbahn 23 in Richtung des Pfeils A durch die Vorrichtung 20 hindurchläuft. Die Scheiben 19 und 19′ schließen jeweils einen Winkel α zwischen 20° und 30° mit einer Parallelen zu der Mittellinie der Folienbahn 23 ein, wobei diese Parallele durch den Mittelpunkt der jeweiligen Scheibe verläuft. Der Durchmesser der einzelnen Scheiben 19, 19′ ist durch D gegeben, die halbe Bahnbreite der Folienbahn 23 vor der ersten Querstreckstufe durch b₀/2 und die halbe Bahnbreite der Folienbahn 23 nach der ersten Querstreckstufe durch B/2. Der Querabstand zwischen den Enden der Scheiben 19 bzw. 19′ beträgt b₁.

Mit diesen geometrischen Abmessungen folgt:

und b₁=D sin α.

Desweiteren gilt

B/2=b₀/2+b₁ und somit B=b₀+2b₁=b₀+2D sin α.

Das Querstreckverhältnis λ _q ergibt sich aus der Breite B der Folienbahn 23 nach der Querstreckung zu der Breite b₀ der Folienbahn 23 vor der Querstreckung und lautet somit

Für einen Durchmesser D der Scheibe 19, 19′ von 1500 mm, einer Folienbreite b₀ von 800 mm vor der Streckung und einem Divergenzwinkel α von 20° errechnet sich beispielsweise eine Querstreckverhältnis in der ersten Querstreckstufe von

und in der zweiten Querstreckstufe

Daraus ergibt sich ein Gesamtquerstreckverhältnis

λ _{q ges}=λ _{q 1}×λ _{q 2}=2,28×1,68=3,83.

Wie schon erwähnt wurde, wird die Folienbahn 23, ohne vorher auf Umgebungstemperatur abgekühlt zu werden, über Walzen 7 und 9 auf die für die Nachlängsstreckung erforderliche Strecktemperatur gebracht. Die Strecktemperatur richtet sich nach dem Folienmaterial und den gewünschten Folieneigenschaften. Werden isotrope oder nur leicht anisotrope Folieneigenschaften gewünscht, so betragen die Strecktemperaturen 60°C bis 100°C, bei Streckverhältnissen von 1,02 bis 1,2 in der zweiten Längsstreckzone LS 2 für die Nachlängsstreckung.

Werden höhere Festigkeitseigenschaften in Maschinenrichtung der Folienbahn 23 gewünscht, so erfolgt die Nachlängsstreckung bei Strecktemperaturen von 110 °C bis 160°C und bei Streckverhältnissen im Bereich von 1,6 bis 2,0.

Biaxial orientierte Polypropylen-Folien werden grundsätzlich nach dem gleichen Verfahren wie Polyester- Folien hergestellt. Bedingt durch das geänderte Materialverhalten infolge eines unterschiedlichen Molekulargewichts und der Molekularverteilung, der Molekülstruktur, Viskosität, Kristallinität im Vergleich zu Poyester-Folien treten größere Unterschiede in den Verfahrensparametern auf.

Polypropylen liegt nach der Walzenkühlung im nicht-verstreckten Zustand als teilkristallines Material vor. Bis auf die in den Sphärolithen auftretende Nachkristallisation ist die Kristallisation abgeschlossen. Die teilkristalline Folie wird der ersten Längsstreckzone LS 1 zugeführt und auf eine Strecktemperatur von 130°C bis 150°C aufgeheizt. Dies kann über eine Reihe von Heizwalzen, wie bei Polyester-Folien, geschehen. Günstiger ist es jedoch, wegen der relativ großen Dicke der Vorfolie von 0,5 bis 3 mm, die Aufheizung in einem Luftheizkasten vorzunehmen. Das Längsstreckverhältnis in der ersten Längsstreckzone LS 1 liegt bei 4,0 bis 6,0 und wird üblicherweise in einem einzelnen Streckspalt realisiert, jedoch ist auch eine Mehrspaltstreckung anwendbar. Zur Übertragung der Streckkräfte werden die Streckwalze 4 und die beheizte Walze 5 angetrieben, wobei der Umschlingungswinkel der Folienbahn 23 auf der Walze 5 möglichst groß sein soll. Die Längsstreckzone LS 1 ist in Richtung des Doppelpfeils B gegenüber der Querstreckzone QS verschiebbar.

Nach der Längsstreckzone LS 1 gelangt die Folienbahn 23, ohne Zwischenabkühlung auf Umgebungstemperatur, in die Querstreckzone QS. Da durch die fehlende Abkühlung die Relaxation der Folienbahn 23 verhindert wird, ergeben sich gleichmäßigere Festigkeitseigenschaften als bei bekannten Verfahren.

Die Querstreckung erfolgt bei Temperaturen von etwa 150°C bis 170°C, so daß die Folienbahn 23 weiter erwärmt werden muß. Dies geschieht über Walzen, die entweder Keramik- oder Polytetrafluorethylen-Oberflächen besitzen. Die Querstreckverhältnisse liegen im Bereich von 8,0 bis 12,0, was nur durch mehrere Querstreckstufen realisierbar ist. In den Fig. 1 und 2 sind nur jeweils zwei Querstreckstufen dargestellt, jedoch ist es ohne weiteres möglich, auch noch weitere Querstreckstufen in der Querstreckzone QS anzuordnen. Zur Vergleichmäßigung der Dickenunterschiede werden zwischen den einzelnen Querstreckstufen beheizte Walzen angebracht, die verhindern, daß die Temperatur der Folienbahn 23 von Querstreckstufe zu Querstreckstufe um mehr als 3 bis 10°C absinkt.

Nach der Querstreckung erfolgt in der zweiten Längsstreckzone LS 2 die Nachlängsstreckung, wobei die Folienbahn 23 einer Einspalt- oder Mehrspaltstreckung ausgesetzt wird. Die Strecktemperaturen liegen zwischen 130°C und 150°C, und die Streckverhältnisse betragen bis zu 2,0. Die Längsstreckzone LS 2 ist in Richtung des Doppelpfeils C gegenüber der Querstreckzone verschiebbar.

In Fig. 3 ist das Antriebsaggregat für die Scheiben 19 in der Querstreckzone QS dargestellt. Ein gleiches Antriebsaggregat wird auch für die Scheiben 19′ eingesetzt.

Ein Motor 30, beispielsweise ein Elektromotor, treibt über kämmende Stirnzahnräder 31 ein auf einer Welle 32 lagefest aufsitzendes Stirnzahnrad 29 (vgl. Fig. 4) an. Das Antriebsaggregat ist zu beiden Seiten des Motors 30 symmetrisch aufgebaut, so daß die Beschreibung der einzelnen Bauteile auf der linken Seite vom Motor 30 ebenso für die Bauteile rechts vom Motor gilt. Die Welle 32 ist in einem Bügel 36′ gelagert, der auf einer nicht näher bezeichneten Grundplatte des Antriebsaggregats angebracht ist. Das vom Motor 30 abgewandte Ende der Welle 32 trägt ein Kegelrad 33, das über ein Kegelrad 34 mit zu der Welle 32 senkrechter Achse 28 das Drehmoment des Motors auf das außenliegende Kegelrad 35 überträgt. Die Welle 27 des außenliegenden Kegelrades 35 ist in einem Bügel 36 gelagert, der mit einem Ständer 42 verbunden ist. Die Bügel 36 und 36′ sind L-förmig ausgebildet und so angeordnet, daß sie die drei Kegelräder 33, 34, 35 umschließen. Die Welle 27, die im Bügel 36 gelagert ist, ragt über diesen Bügel hinaus und trägt an ihrem Ende eine Riemenscheibe 37, um die ein endloser Riemen 38 umläuft, der über eine weitere Riemenscheibe 39 geführt ist, welche auf einer Welle 26 der Scheibe 19 aufsitzt. Die Welle 26 ist in einem Lager 56 am oberen Ende des Ständers 42 gelagert, dessen vertikaler Oberteil in einen schräg nach unten verlaufenden Teil übergeht, der sich in einen vertikal verlaufenden, unteren Teil fortsetzt. Der Ständer 42 ist um eine Vertikalachse 25 verdrehbar.

Auf der Welle 26 der Scheibe 19 befindet sich eine Heizeinrichtung 57 zum Beheizen der Scheibe 19.

Der untere Teil des Ständers 42 ist mit einem Hebel 41 fest verbunden, an dessen freiem Ende ein Pneumatikzylinder 40 mit seiner Kolbenstange angelenkt ist.

Die Draufsicht in Fig. 4 zeigt die Lage der Scheiben 19 parallel zu den Rändern der Folienbahn mit festen Linien, während die Schrägstellung der Scheiben 19 zu der Folienlaufrichtung strichpunktiert eingezeichnet ist. In Fig. 4 sind zur besseren Übersichtlichkeit die Kegelräder 33, 34, 35 und die Bügel 36 und 36′ weggelassen. Die Vertikalachse 25 des Ständers 42 ist gestrichelt unterhalb der Scheibe 19 angedeutet. Die Pneumatikzylinder 40 sind mit einem Ende fest mit dem Rahmengestell des Antriebsaggregats verbunden. Durch Ausfahren der Kolbenstangen, die an den freien Enden der Hebel 41 angelenkt sind, werden die Ständer 42 um ihre Vertikalachsen 25 zusammen mit den Scheiben 19 gedreht, so daß der Divergenzwinkel zwischen den Scheiben 19 und der Folienlaufrichtung entsprechend dem gewünschten Querstreckverhältnis einstellt. Der Bügel 36 folgt der Drehbewegung des Ständers 42, so daß auch das in dem Bügel 36 gelagerte außenliegende Kegelrad 35 verschwenkt wird und somit auch die auf der Welle 27 aufsitzende Riemenscheibe 37. Dadurch ist sichergestellt, daß das Drehmoment des Motors 30 ohne Komplikationen über die Welle 32, die Kegelräder 33, 34, 35 auf die Riemenscheibe 37 und von dieser über den endlos umlaufenden Riemen 38 auf die Riemenscheibe 39 und damit auf die Welle 26 der Scheibe 19 übertragen werden kann.

In den Fig. 5a bis 5c sind schematisch verschiedene Einrichtungen zum Anpressen der Folienräder an die Umfangsflächen der Scheiben 19 und 19′ dargestellt. Fig. 5a und der Schnitt entlang der Linie x-y in Fig. 5a′ zeigen eine Andruckeinrichtung, die aus einem endlos über Rollen 43, 44, 45, 46 umlaufenden Seil 24 besteht, das in einer eingestochenen Nut 47 entlang des Umfangs der Scheibe 19 geführt ist. Aus dem Schnitt x-y ist der Rand der Folienbahn 23 ersichtlich, die über die Scheibe 19 hinausragt. Die gleiche Andruckeinrichtung findet auch bei den Scheiben 19′ Anwendung.

Bei der Andruckeinrichtung nach Fig. 5b werden die Folienränder jeweils von einer Kontaktrolle 48, die ein Pneumatikzylinder 49 gegen die Scheiben 19 bzw. 19′ andrückt, an den Scheibenumfang angepreßt.

Die Einrichtungen zum Anpressen der auf die Scheiben 19 bzw.19′ auflaufenden Folienränder nach Fig. 5c bestehen aus zwei nebeneinanderliegenden Kontaktrollenanordnungen 52 und 53. Die Kontaktrollen 50 bzw. 51 dieser Anordnungen liegen jeweils an einem Teilsegment des von der Folie umschlungenen Scheibenumfangs an. An den Anordnungen 52 und 53 sind Pneumatikzylinder 54 und 55 angelenkt, die die Anordnungen an den Scheibenumfang andrücken.

In Fig. 6 ist die Stützeinrichtung 22, die zwischen den beiden Scheiben 19 angeordnet ist, zusammen mit der Heizleitung 21 dargestellt. Die in Fig. 1 in der zweiten Querstreckstufe gestrichelt angedeutete Stützeinrichtung 22′ gleicht weitgehend der Stützeinrichtung 22. Beim Querstreckvorgang bildet sich aufgrund des auftretenden Längszuges in der Folienbahn ein Sattel aus, d. h. die Mitte der Folienbahn liegt unter dem Niveau der Scheiben 19 bzw. 19′, wenn keine Abstützung der Folienbahn erfolgt. Diese Sattelausbildung wird durch die Stützeinrichtungen 22 und 22′ verhindert. Die Stützeinrichtung ist elliptisch geformt und fluchtet mit den Rändern der schrägstehenden Scheiben 19 bzw. 19′. Bevorzugtes Material für die Stützeinrichtung 22 ist ein Sintermetall oder perforiertes Blech. Die Beheizung erfolgt, wie schon erwähnt wurde, durch Heißluft, die von einer nicht dargestellten Heißluftquelle über die Heizleitung 21 auf die Innenseite der Stützeinrichtung 22 aufgeblasen wird. Da die Stützeinrichtung 22 porös ist, bildet sich ein Luftpolster oberhalb der Stützeinrichtung 22 aus, durch das die Folienbahn während des Querstreckvorganges in Schwebe gehalten wird. Es ist offensichtlich, daß für unterschiedliche Querstreckverhältnisse in den einzelnen Querstreckzonen jeweils eine Stützeinrichtung 22 eingesetzt werden muß, die in ihrer Formgebung dem jeweiligen Querstreckverhältnis angepaßt ist.

Claims (15)

1. Verfahren zum Herstellen von biaxial gestreckten Flachfolien aus Polymeren, unter Verwendung von drehbaren, zur Folienlaufrichtung schrägstehenden Scheiben, über deren Ränder die Folienränder, unter Beseitigung von Lufteinschlüssen zwischen den Folien und Scheiben, angepreßt geführt sind, wobei die Folien vor jeder Streckung auf Strecktemperatur aufgeheizt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Streckungen die Folien, ohne vorangehende Abkühlung auf Umgebungstemperatur, proportional zu dem vorgegebenen Streckverhältnis aufgeheizt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zumindest zweistufige Verstreckung, beginnend mit einer Längsstreckung, gefolgt von einer Querstreckung und einer anschließenden Thermofixierung der Folie, vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweistufigen Verstreckung aus Längs- und Querstreckung eine weitere Längsstreckung mit anschließender Thermofixierung nachgeschaltet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Längs- und Querstreckung in mehreren Streckschritten erfolgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schrägstehenden Scheiben für die Querstreckung einen Winkel zwischen 20°C und 30°C mit der Folienlaufrichtung einschließen und daß die Strecktemperaturen im ersten Querstreckschritt für Polyethylenterephthalat-Folien 95°C bis 115°C und für Polypropylen-Folien 150°C bis 170°C betragen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecktemperatur nach dem ersten Querstreckschritt für Polyethylenterephthalat-Folien um 2°C bis 5°C erhöht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Strecktemperaturen von einem zu dem nächsten Querstreckschritt um 3°C bis 10°C für Polypropylen- Folien unterscheiden.

8. Vorrichtung zum Verstrecken von Folien, mit zumindest einem beheizten Eingangswalzenpaar, einem Satz von Walzenpaaren zur Längsstreckung der Folien, die zwischen den Walzenpaaren auf die Strecktemperatur erwärmt werden, mit drehbaren, zur Folienlaufrichtung schrägstehenden, beheizbaren Scheiben, auf welche die Folienränder zur Querstreckung auflaufen, mit Einrichtung zum Anpressen der auf die Scheiben auflaufenden Folienränder auf die Scheibenränder und mit zumindest einem Abzugswalzenpaar, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Längsstreckzone (LS 1) aus den Walzenpaaren (3, 3′; 4, 4′) und dem ersten Paar von Scheiben (19, 19) der ersten Querstreckstufe der Querstreckzone (QS) eine angetriebene Walze (5) angeordnet ist, die über einen gemeinsamen Heizkreis (HK 3) mit der letzten Streckwalze (4) der Längsstreckzone auf die gleiche Temperatur wie die Streckwalze (4) aufgeheizt ist, daß in der Querstreckzone (QS) zwischen den einzelnen Querstreckstufen jeweils eine beheizte Walze (7) vorhanden ist und daß eine beheizte Walze (9) zwischen der Querstreckzone (QS) und einer zweiten Längsstreckzone (LS 2) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beheizte Walze (9) über einen gemeinsamen Heizkreis (HK 7) mit der ersten Walze (10) der Querstreckzone (QS) auf die gleiche Temperatur wie diese Walze (10) aufgeheizt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Abzugswalzenpaar (15, 16), angeordnet vor der Thermofixierzone (FZ), ein Kühlkreis (KK) auf Umgebungstemperatur abkühlt und daß in der Thermofixierzone (FZ) die Folien bei Temperaturen von 190°C bis 230°C thermofixiert werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Motor (30) über kämmende Stirnzahnräder (31), von denen eines auf der Motorwelle aufsitzt, ein lagefestes Stirnzahnrad (29) auf einer Welle (32) antreibt, daß an den Enden der Welle (32) Kegelräder (33) angebracht sind, die über Kegelräder (34) mit zur Welle (32) senkrechten Achsen (28) das Drehmoment des Motors (30) auf außenliegende Kegelräder (35) übertragen, deren Wellen (27) in Bügeln (36) gelagert sind, die mit den Ständern (42) verbunden sind, in deren oberen Enden Wellen (26) der Scheiben (19) gelagert sind und daß auf den Wellen (27) der außenliegenden Kegelräder (35) Riemenscheiben (37) aufsitzen, die über Riemen (38) und weitere Riemenscheiben (39) auf den Wellen (26) die Scheiben (19) antreiben.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ständer (42) mit einem Hebel (41) fest verbunden ist, daß an die freien Enden der Hebel (41) Pneumatikzylinder (40) angelenkt sind, die die Hebel und die um eine Vertikalachse (25) schwenkbaren Ständer mit den Scheiben (19) verstellen, um so den Divergenzwinkel zwischen den Scheiben (19) und der Folienlaufrichtung entsprechend dem gewünschten Querstreckverhältnis einzustellen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Anpressen der auf die Scheiben (19) auflaufenden Folienränder aus zwei endlos über Rollen (43, 44, 45, 46) umlaufenden Seilen (24) bestehen, die in Nuten (47) entlang des Umfangs der zugehörigen Scheiben (19) geführt sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienränder von jeweils einer Kontaktrolle (48), die ein Pneumatikzylinder (49) gegen die Scheibe (19) andrückt, an den Scheibenumfang angepreßt werden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Anpressen der auf die Scheiben (19) auflaufenden Folienränder aus zwei nebeneinanderliegenden Kontaktrollenanordnungen (52, 53) bestehen, deren Kontaktrollen (50 bzw. 51) jeweils an einem Teilsegment des von der Folie umschlungenen Scheibenumfangs anliegen und daß Pneumatikzylinder (54, 55) die Kontaktrollenanordnungen (52, 53) an den Scheibenumfang andrücken.