DE3887913T2

DE3887913T2 - Blasenformende und stabilisierende Vorrichtung zum Gebrauch im kontinuierlichen Extrusionsverfahren zur Herstellung von Blasfolien.

Info

Publication number: DE3887913T2
Application number: DE3887913T
Authority: DE
Inventors: Robert J Cole
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1988-03-29
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2008-03-30
Also published as: CA1274366A; EP0285368A3; EP0285368B1; EP0285368A2; ATE101820T1; CA1274366C; JPS63315219A; DE3887913D1; US4846645A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine neue Vorrichtung, welche als eine blasenformende und -stabilisierende Einrichtung bei einem kontinuierlichen Extrusionsverfahren zur Herstellung einer Blasfolie eingesetzt werden kann, sowie auf eine Verfahrensweise zur Anwendung derselben. Kunststoffolien können gemäß mehreren Verfahrensweisen hergestellt werden, und eine Verfahrensweise wird im allgemeinen als ein kontinuierliches Blasextrusionsverfahren bezeichnet. Die Erfindung gibt eine Innenluft-Leiteinrichtung bzw. Ablenkeinrichtung und einen blasenbildenden und -stabilisierenden Dorn an, welche zum inneren Kühlen und Stabilisieren einer Blase der Blasfolie während des Extrusionsverfahrens genutzt werden. Die Vorrichtung ermöglicht größere Herstellungsgeschwindigkeiten, eine verbesserte Stabilität und verbesserte physikalische Eigenschaften der sich bildenden Blase, indem in effektiver Weise die Blase auf einem inneren Dorn ausgebildet wird, wobei ermöglicht wird, daß ein Kühlluftstrom mit einer hohen Geschwindigkeit zwischen die unteren Flächen und die äußeren Flächen des Dorns und der inneren Fläche der sich bildenden Blase gelenkt wird, welche üblicherweise von einem Polymer gebildet wird. Die Erfindung ermöglicht einen effizienteren Wärmeübergang von dem extrudierten Polymer zu dem Kühlluftstrom, wodurch verursacht wird, daß das schmelzflüssige Polymer schneller bei Blasverfahren einem Temperaturabfall ausgesetzt wird, wodurch folglich die Stabilität des Verfahrens verbessert wird und ferner ermöglicht wird, daß auch höhere innere und äußere Luftgeschwindigkeiten eingesetzt werden könne, wodurch sich andererseits die Produktivität steigern läßt und sich die Produktqualität infolge der verbesserten Stabilität verbessern läßt. Die Vorrichtung stellt auch eine Abstützung für das schmelzflüssige Polymer im stabilsten Zustand bereit.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist insbesondere zur Verwendung bei einem kontinuierlichen Verfahren zur Herstellung einer Blasfolie einsetzbar. In vielen Fällen wird die Blasfolie aus einem Harzpolymer ausgebildet, obgleich auch andere Materialien eingesetzt werden können, um eine Blase zu erzeugen. Aus Gründen vereinfachter Bezugnahme und nicht zu Beschränkungszwecken erfolgt die nachstehende Beschreibung im Zusammenhang mit einer aus einem Polymer ausgebildeten Blase. Nach einem typischen Verfahren wird eine heiße Polymerschmelze einer Matrize zugeführt, von der aus sie in Form eines Schlauches extrudiert wird, welcher an einer gewünschten Stelle nach dem Kühlen zur Bildung einer Blase zusammengeführt wird. Das extrudierte Polymer wird im allgemeinen durch den Einsatz eines inneren Luftdrucks expandiert, um das Polymer zu einer Blase zu blasen, und die Blase sollte nach der Erstarrungsgrenze eine gleichmäßige und konstante Dicke haben. Der aus der Matrize selbst austretende Schlauch jedoch ist im allgemeinen aufgrund der geringen Schmelzenfestigkeit instabil, bis seine Temperatur in ausreichendem Maße herabgesetzt wurde, um die Schmelzenfestigkeit zu verbessern und gegebenenfalls das Polymer zu verfestigen, d.h. an der Erstarrungsgrenze.
Um die Rate bzw. Geschwindigkeit zu vergrößern, mit der die schmelzflüssige Blase den Erstarrungspunkt an der Erstarrungsgrenze erreicht, wird die Temperatur der sich bildenden Blase so schnell als möglich herabgesetzt und zugleich die gewünschte Stabilität hierbei aufrechterhalten. Dies kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Eine von mehreren bekannten Verfahrensweisen ist darin zu sehen, daß ein externer Luftring eingesetzt wird, welcher Kühlluft auf die äußere Fläche der sich bildenden Blase lenkt wenn diese aus der Matrize austritt. Eine zusätzliche Kühlung kann dadurch erzielt werden, daß das Innere der Blase gekühlt wird, wie dies in US-A-4,236,884 angegeben ist, welche am 2. Dez. 1980 für Gloucester Engineering Co., Inc., erteilt ist. Die Stärke der Kühlung ist im allgemeinen durch die Temperatur der Kühlluft, die Schmelzenfestigkeit des Extrusionspolymers, das Ausblasverhältnis, die Blasengröße zu der Matrizengröße und das Volumen und die Geschwindigkeit der Kühlluft begrenzt, welche auf die inneren und äußeren Flächen der sich bildenden Blase gerichtet werden kann, ohne die Stabilität der sich bildenden Blase zu vernichten. Diese Begrenzungen beeinflussen direkt die Herstellungsstraßengeschwindigkeit und die Produktqualität beim Extrusionsverfahren.
Verschiedene Einrichtungen wurden vorgeschlagen, mit welchen versucht wird, die Temperatur der Luft in der sich bildenden Blase herabzusetzen, um die Extrusionsrate bzw. Extrusionsgeschwindigkeit zu steigern, wodurch seinerseits die Herstellungskosten sich senken lassen.
Die Kühlung der sich bildenden Blase kann dadurch erzielt werden, daß man eine Kühlung von innen der sich bildenden Blase oder eine Kühlung von der Außenseite der sich bildenden Blase oder beides vornimmt. Ein Beispiel einer Außenkühlung ist in der US-A- 4,259,947 gezeigt welche für Robert J. Cole, erteilt ist, welcher dort als Erfinder genannt ist. In diesem Patent ist ein Doppel-Lippenluftring angegeben, wobei die Außenluft radial von der sich bildenden Blase nach außen geblasen wird, wenn diese aus der Matrize austritt. Der hierbei erhaltene Venturieffekt und die Niederdruck- bzw. Unterdruckzone bewirkt, daß die sich bildende Blase von der Mittellinie weggezogen wird, wenn sie aus der Matrize austritt, wodurch ermöglicht wird, daß ein nicht auftreffender Luftstrahl mit relativ hoher Geschwindigkeit auf die äußere Wand der sich bildenden Blase gerichtet wird, so daß diese schneller als bei einer Kühlung durch direkte Beaufschlagung gekühlt wird. Durch die schnellere Kühlung der sich bildenden Blase unter Aufrechterhaltung der Stabilität der Blase ist es möglich, die Extrusionsgeschwindigkeit der Blase zu steigern und eine gute Qualität aufrechtzuerhalten, wodurch sich die Herstellungszeit und die Herstellungskosten reduzieren lassen.
Eine zusätzliche Kühlung kann auch von der Innenseite der Blase her vorgenommen werden. Wie in US-A-4,236,884 gezeigt ist, wird dort eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der die heiße Innenluft in der sich bildenden Blase mit kühlerer Luft über Öffnungen ausgetauscht wird, welche in dem Matrizendorn selbst liegen. Luft wird einer Reihe von innenliegenden Düsen zugeführt, welche die Luft radial nach außen auf die innere Fläche der sich bildenden Blase blasen.
Diese und weitere Verfahrensweisen der üblichen Art haben deutliche Beschränkungen infolge des Auftreffeffekts der Luft und der niedrigen Schmelzfestigkeit des Polymers während des Blasverfahrens. Da ferner die sich bildende Blase selbst hinsichtlich den Abmessungen im Vergleich zu der Matrizengröße vergrößert wird, wird auch der radiale Abstand zwischen den innenliegenden Luftdüsen und der Wand der sich bildenden Blase größer, wodurch man den unerwünschten Effekt erhält, daß die Effektivität des Kühlverfahrens herabgesetzt wird.
In US-A-3,577,488 ist ein einheitlicher Formdorn 15 beschrieben, welcher sich nicht dreht.
In US-A-2,966,700 ist kein Dorn beschrieben, welcher eine Drehbewegung ausführen kann.
Die EP 00 787 738 beschreibt eine konturierte Fläche, welche einen Kühlluftstrom auf jeder Seite der thermoplastischen Folie der Blase aufnimmt.
Die DE-A-33 31 832 beschreibt keinen zweiteiligen, axial trennbaren Dorn.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung zielt darauf ab, die Nachteile abzuschwächen und eine Vorrichtung zur Verwendung bei einem kontinuierlichen Folienblasverfahren bereitzustellen, welche einen verbesserten Verfahrensablauf gestattet.
Hierzu wird gemäß einem Aspekt nach der Erfindung eine Vorrichtung zur Verwendung bei einem kontinuierlichem Extrusionsverfahren zum Herstellen einer Blasfolie, welche einen schalenförmigen Dorn und eine Matrize aufweist, welche zur Ausbildung der Blasfolie geeignet sind, wobei der Dorn eine durchgehende Unterfläche hat, welche im wesentlichen parallel zu und im Abstand vom Bewegungsweg der Blasfolie zu der Matrize verläuft, und wobei die Unterfläche derart konturiert ist, daß ein Strom der Kühlluft entlang dieser Oberfläche zwischen der Unterfläche und der Blasfolie geleitet wird, wenn die Blasfolie aus der Matrize austritt, bereitgestellt, welche sich dadurch auszeichnet, daß der Dorn drehfest mit der Matrize verbunden ist, und einen ersten Abschnitt aufweist, welcher fest mit der Matrize verbunden ist, und ein axial beweglichen Abschnitt aufweist, welcher mit dem ersten Abschnitt eine Sitzverbindung hat und derart ausgelegt ist, daß er in Richtung auf den ersten Abschnitt und von diesem weg bewegbar ist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung eines typischen Folienblasverfahrens nach der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht durch eine Hälfte des Dorns mit der innenliegenden Luftzufuhrablenkeinrichtung und der blasenbildenden Einrichtung nach der Erfindung.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für ein typisches Folienblasverfahren, welches nach der Erfindung ausgelegt ist, bei der der bewegliche Abschnitt des Dorns von dem stationären Abschnitt getrennt werden kann, um ein Einleiten des Verfahrens zu ermöglichen.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung für ein typisches Folienblasverfahren.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist nunmehr eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für ein typisches Folienblasverfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt.
Das Polymer wird von einem Vorrat 4 zu einer Matrize 6 zugeführt, in welcher das Polymer 2 zu einem rohrförmigen Strom umgewandelt wird, welcher einen Dorn der Matrize 6 umgibt. Das Polymer 2 tritt aus der Matrize 6 in einer rohrförmigen Gestalt oder einer schlauchförmigen Form aus und wird zu einer kontinuierlichen, rohrförmigen Folie 8 geblasen, welche mittels eines externen Stabilisatorkäfigs 10 stabilisiert werden kann aber nicht stabilisiert zu werden braucht. Im Anschluß an die Stabilisierung und die Kalibrierung durch den Stabilisatorkäfig 10 wird die Folie 8 mittels Quetschwalzen 12 in einer gewünschten Stufe stromab von den Quetschwalzen zusammengedrückt und zusammengeführt. Heutzutage hergestellte Folien können hinsichtlich der Dicke in einem Bereich von 10um bis 1,0 mm variieren, es ist aber keine Beschränkung hierauf beabsichtigt.
Wenn die Folie 8 die Matrize 6 an dem Punkt Spalt 15 verläßt, ist das Polymer sehr heiß und muß schnell gekühlt werden. Bei den meisten Anwendungsfällen muß das Polymer durch gute aerodynamische Prinzipien stabilisiert werden, bis die gewünschte Lagertemperatur erreicht ist. Je länger die Kühlung erforderlich ist, desto länger befindet sich das Polymer in einem Zustand, in welchem es stabil ist, wodurch das Extrusionsverfahren schwierig zu steuern wird. Daher ist es wichtig, daß das schmelzflüssige Polymer so schnell als möglich gekühlt wird, um die Steuerung zu ermöglichen und die Integrität der erhaltenen Folie aufrechtzuerhalten. Wenn man beispielsweise versucht, die sich bildende Blase schneller dadurch zu kühlen, daß man die Geschwindigkeit der Kühlluft erhöht, kann die Blase leicht instabil werden und infolge des Drucks der auftreffenden Luft oder des Drucks der Luft relativ zu der schwachen Schmelzenfestigkeit der sich bildenden Blase zusammenfallen. Daher ist es wichtig, die schnelle Kühlung mit der Integrität der Blase in einen ausgewogenen Zusammenhang während des Blas- und Kühlverfahrens zu setzen.
Um eine derartige Kühlung zu bewirken, zeigt Fig. 1 den Einsatz eines Doppellippen-Luftrings 16. Diese Vorrichtung ist vollständig in US-A-4,259,047 angegeben, welche am 31. März 1981 für Robert J. Cole erteilt wurde, der Erfinder des vorliegenden Gegenstands ist. Dieser Luftring 16 wird in Verbindung mit einer Matrize bei einem Folienblasverfahren eingesetzt, um Kühlluft auf die äußere Fläche eines extrudierten Schlauches des die Folie bildenden Materials aufzubringen, welches durch den Luftring 16 geht. Luft 18 wird von einem Vorrat 20 zugeführt und tritt aus einem ersten, stromabwärts liegenden Spalt 22 in den Luftring 16 radial nach außen zu dem Bewegungsweg der Folie 8 im unexpandierten Zustand derart aus, daß eine Saugkraft erzeugt wird, welche den Schlauch nach außen durch die Saugkraft drückt und hierdurch bewirkt wird, daß Kühlluft über die Oberfläche strömt. Ein zweiter, stromaufwärts liegender Spalt 44 gibt einen rohrförmigen Strom als eine Grenzschicht der Luft ab, welcher die Folie 8 vorkühlt und die Oberfläche der externen Ablenklippe schmiert oder einen Konus 25 bildet und verhindert, daß die sich bildende Blase an der Konstruktion zwischen dem stromaufwärts liegenden Spalt 22 und dem stromabwärts liegenden Spalt 24 haftet.
Die Erfindung bezieht sich auf den Einsatz einer innenliegenden Luftzufuhr-Ablenkeinrichtung, sowie auf einen blasenbildenden und stabilisierenden Dorn, welcher insgesamt mit 14 bezeichnet ist. Diese Vorrichtung 14 wird von einem schalenförmigen Dorn gebildet, welcher einen zentralen Luftaustrittsschacht 26 umgibt und fest an einer Hubeinrichtung 54 angebracht ist. Wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, wird die innere, heiße Luft durch den Luftauslaßschacht 26 zu der Auslaßöffnung 28 ausgegeben. Kühlluft wird über die Zufuhrverteilereinrichtung 30 zugeführt. Die Luftzufuhr und der Luftaustritt durch das Verteilersystem und ein Blasengrößensensorsystem (nicht gezeigt) können zuverlässig mit Hilfe von Gebläsen 32, 34 und Steuerdämpfern 36, 38 gesteuert werden. Die Gebläse 32, 34 können Gebläse mit regelbarer Geschwindigkeit sein oder nicht.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht durch eine Hälfte der inneren "Luftzufuhr"-Ablenkeinrichtung und des blasenbildenden und stabilisierenden Dorns 14. Der Dorn 14 hat eine durchgehende Unterfläche 40, entlang der Kühlluft 42 mit relativ hoher Geschwindigkeit zugeführt wird, welche über dieselbe streicht. Die Kühlluft 42 wird von der Leitung 44 und entlang sowie radial nach außen und entlang der festen, ersten Fläche 46 zu der zweiten Fläche 48 gelenkt. Diese Kühlluft 42 legt sich an die zweite Fläche 48 an und zieht den Vorrat der sich bildenden Blase 8 entlang des gleichen Weges, ausgehend von der Extrusionsmatrize bzw. dem Extrusionswerkzeug 6. Die sich bildende Blase 8 legt sich selbst an den Luftstrom 42 an, da eine Saugwirkung durch die Niederdruckzone der Luft mit hoher Geschwindigkeit entlang der zweiten Fläche 48 erzeugt wird. Der Strom der Kühlluft 42 dient zur Selbstschmierung auf der Dornoberfläche zur Bildung der Blase 8, welche aus der Matrize 6 austritt. Da die Luft nicht auf das schmelzflüssige Polymer der sich bildenden Blase auftrifft, können sogar noch höhere Geschwindigkeiten der Kühlluft entlang der inneren Blasenfläche eingesetzt werden, welche zur schnelleren Kühlung der Schmelze als bei den üblichen Einrichtungen dient. Zugleich erhält man eine verbesserte Stabilität der sich bildenden Blase durch den Saugdruckeffekt auf die Schmelze. Der Wärmeübergang von der Schmelze zu der Kühlluft wird beträchtlich verbessert, wodurch sich die Effizienz des gesamten Systems steigern läßt.
Der schalenförmig ausgebildete Dorn 14 ist drehfest mit der Matrize 6 verbunden, so daß dann, wenn die Matrize 6 während des Blasverfahrens eine Drehbewegung ausführt, der Dorn 14 in Verbindung hiermit eine Drehbewegung ausführt. Während des Blasverfahrens ist es manchmal vorteilhaft, die Matrize 6 zu drehen, um irgendwelche dicken Unregelmäßigkeiten vor und zurück auf der Aufwickelwalze zu bewegen. Um den gewünschten Effekt aufrechtzuerhalten, ohne die Integrität der sich bildenden Blase zu zerstören, dreht sich der Dorn 14 im Einklang mit der Matrize. Dies kann mit Hilfe irgendeiner geeigneten Einrichtung, beispielsweise dadurch erzielt werden, daß der Dorn fest an der Matrize selbst angebracht wird.
Der schalenförmige Dorn 14 umfaßt einen ersten Abschnitt 50, welcher fest mit der Matrize verbunden ist, und einen axial beweglichen Abschnitt 52, welcher von dem ersten Abschnitt 52 weg entsprechend Fig. 3 bewegbar ist, um ein Verfahrensanfang zu ermöglichen, und den optimalen Spalt zwischen dem Dorn und dem äußeren Luftring-Ablenkkonus ausfindig zu machen. Der erste Abschnitt 50 ist fest mit der Matrize 6 selbst verbunden und kann sich nur drehen, wenn sich die Matrize dreht, wie dies vorstehend angegeben ist. Es tritt keine Bewegung in Richtung auf die Matrize und von dieser weg auf. Der axial bewegliche Abschnitt 52 ist an einer Hubeinrichtung 54 angebracht, welche ermöglicht, daß der axial bewegliche Abschnitt 52 in Richtung auf den ersten Abschnitt 50 und von diesem weg bewegt werden kann. Dies kann auf irgendeine geeignete Weise erfolgen. Ein in Fig. 3 gezeigtes Beispiel ist darin zu sehen, daß die obere Fläche des axial beweglichen Abschnitts 52 an einem Paar von Kolbenstangen 56 angebracht wird, welche ihrerseits mit Kolben 58 zusammenarbeiten. Wenn die Gewindeantriebsstange bzw. die Gewindeantriebsspindel 60 mit Hilfe der Luftmotor-Hubeinrichtung 57 in Drehung versetzt wird, werden hierdurch die Stangen 56 angehoben, welche ihrerseits den Abschnitt 52 axial von dem ersten Abschnitt 50 wegbewegen.
Wenn der axial bewegliche Abschnitt 52 abgesenkt wird und mit dem ersten Abschnitt 50 kämmt, paßt der Stift 62 in die Öffnung 64, um die Abschnitte in korrekter Ausrichtung anzuordnen und den Dorn 52 anzutreiben. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, arbeitet die vorauslaufende Kante 66 des an der Unterseite ausgeschnittenen Teils des axial beweglichen Abschnittes 52 mit der äußeren Wand 68 des ersten Abschnitts 50 zusammen. Somit ist in einer angrenzenden Position, welche ein Fig. 1 gezeigt ist, der axial bewegliche Abschnitt 52 genau zu dem ersten Abschnitt 50 ausgerichtet.
Wenn daher der axial bewegliche Abschnitt 52 in Eingriff mit dem ersten Abschnitt 50 ist, dreht sich die gesamte Schale als eine Einheit, wenn die Matrize eine Drehbewegung ausführt.
Ein Beispiel einer Einrichtung zum Festlegen des Dorns 14 an der Matrize 6 ist in den Fig. 1 und 3 gezeigt. In diesem Fall ist der erste Abschnitt 50 mit einer Speiche 51 verbunden. Die Speiche 51 ist an ihrem gegenüberliegenden Ende mit einem Verbinder 53 verbunden, welcher fest mit der Matrize 6 verbunden ist. Wenn daher die Matrize 6 eine Drehbewegung ausführt, wird die Speiche 51 gedreht, welche den Abschnitt 51 des Dorns 54 in Drehung versetzt. Während in den Fig. 1 und 3 nur eine Speiche 51 gezeigt ist, wird eine Anzahl von derartigen Speichen 51 bevorzugt, um den Abschnitt 50 fest mit der Matrize 6 zu verbinden. Um eine Drehbewegung der Matrize 6 um die Achse 26 zu ermöglichen, bedeckt ein Hülsenlager 55 den Schacht 26 an der Drehstelle des Dorns.
Es ist wichtig, daß der axial bewegliche Abschnitt 52 sich von dem ersten Abschnitt 50 während der Anlaufphase des Folienblasverfahrens wegbewegen kann. Es hat sich gezeigt, daß während der Anlaufphase ein Spalt von etwa 12 inch. erforderlich ist, damit die Bedienungsperson ihre Hände anordnen kann, um die sich bildende Blase um den Dorn während der Anlaufphase zu Beginn zu ziehen.
Der schalenförmige Dorn kann mit irgendwelche geeigneten Abmessungen versehen sein, und es ist keine Beschränkung hinsichtlich der Abmessungen gegeben. Der Dorn kann aus irgendeinem geeigneten Material, vorzugsweise aus Aluminiumguß hergestellt sein. Es ist auch möglich, daß der schalenförmige Dorn derart ausgelegt sein kann, daß man spezifische Eigenschaften bei dem fertiggestellten Erzeugnis erhält, indem die genaue Form und die Abmessungen des Dorns verändert werden, sowie das Abheben von der Extrusionsstelle 14 verhindert wird.
Die Luft 42 hat eine hohe Geschwindigkeit, und es wird angenommen, daß diese sich und sich selbst an die Unterfläche 46, 48 des Dorn selbst anlegt. Basierend auf der Kenntnis der aerodynamischen Theorie ist es zu verstehen, daß diese Luft mit hoher Geschwindigkeit nicht von diesen Flächen wegwandert, sondern sich die Strombahn direkt an die Kontur des Dorns anlegt. Wenn sie aber den Dorn verläßt legt sie sich selbst an die innere Fläche der sich bildenden Blase an. Da die Luft eine hohe Geschwindigkeit hat, wird ein Unterdruckbereich oder eine Unterdruckzone erzeugt, welche die sich bildende Blase anzieht und diese weiterzieht, wenn die Luft diese Bahn zurücklegt.
Der vorliegende Erfinder hat herausgefunden, daß sich beträchtliche Verbesserungen bei dem Kühlverfahren und weitere Vorteile dadurch erzielen lassen, daß man die Vorrichtung nach der Erfindung einsetzt. Beispielsweise wurden Verbesserungen der Kühlgeschwindigkeiten von nicht weniger als 15 % gegenüber den üblichen Verfahrensweisen festgestellt, und durch weitere Verfeinerungen lassen sich Verbesserungen von bis zu 50 % erzielen. Auch ist es wichtig, daß bei Polymeren mit niedriger Schmelzfestigkeit die angestrebten Zielsetzungen möglicherweise noch von größerer Bedeutung sind, da häufiger ein Versagen hinsichtlich der Blasenstabilität auftritt, wenn Luft wie beim Stand der Technik auftrifft. Viele der neuartigen Harze zur Herstellung von Blasfolien haben sehr niedrige Schmelzfestigkeiten, wodurch es noch bedeutender wird, die Integrität der sich bildenden Blase während der Kühlstufe zu verbessern und aufrechtzuerhalten.
Die Geschwindigkeit der Kühlluft entlang der inneren Fläche der sich bildenden Blase unter Einsatz der Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich in beträchtlichem Maße gegenüber den bisher eingesetzten Geschwindigkeiten vergrößern. Die Temperatur der Kühlluft hat sich als nicht kritisch wie bei den üblichen Auslegungsformen erwiesen, es wird aber angenommen, daß man eine bessere Ausnutzung der kühleren Luft erzielen kann. Die beträchtlichen Vorteile hinsichtlich des Wärmeübergangs und weitere wesentliche Zielsetzungen lassen sich nicht vollständig erklären, aber man weiß, daß einige hiervon mit der erfolgreichen Einleitung von Luft mit hoher Geschwindigkeit entlang der inneren Fläche der schmelzflüssigen Blase stehen, da diese Verhältnisse äußerst empfindlich sind, sowie mit einer guten Abstreifwirkung in Verbindung steht, die man entlang der gleichen Fläche erhält, wenn die Grenzschicht der Luft sich ablöst, wie dies bei der Vorrichtung nach der Erfindung der Fall ist.
Bei den üblichen Vorrichtungen wird im allgemeinen Kühlluft radial nach außen auf die innere Wand der sich bildenden Blase geblasen, und es sind keine Einrichtungen vorgesehen, welche die sich bildende Blase stabilisieren. Somit begrenzt die Schmelzenfestigkeit der sich bildenden Blase im schmelzflüssigen Zustand die Geschwindigkeit der Kühlluft. Da auch kein direktes Auftreffen der Kühlluft auf die Blase vorhanden ist, konnten die bisherigen Beschränkungen, basierend auf der Schmelzenfestigkeit, in wirksamer Weise überwunden werden, und es können höhere Geschwindigkeiten eingesetzt werden, wodurch man eine effektivere Kühlung erhält. Da sich diese Luft in die gleiche Richtung wie die Bewegungsrichtung der sich bildenden Blase bewegt, kann man in beträchtlich unterstützter Weise eine schnellere Kühlung erzielen. Auch wird angenommen, daß der durch die Niederdruckzonen erzeugte Unterdruck beträchtlicherweise zu der Stabilisierung der sich bildenden Blase beiträgt.
Auch ist es von Bedeutung, daß die Kühlluft 42 auf die sich bildende Blase 8 näher an der Matrize 6 einwirkt, so daß die Kühlung früher bewirkt wird. Auch ist es wichtig, daß aufgrund der schnelleren Kühlung der sich bildenden Blase 8 als bei der üblichen Vorrichtung ermöglicht wird, daß sich infolge einer verbesserten Schmelzenfestigkeit die Luftgeschwindigkeiten größer machen lassen, welche im Zusammenhang mit weiteren Merkmalen eingesetzt wird, bei denen es sich beispielsweise um den äußeren Doppellippen-Luftring handelt. Da die Kühlung zu Beginn schneller ist, wird die Beschränkung der Schmelzenfestigkeit der sich bildenden Blase gegenüber den Geschwindigkeiten der Luft in dem Luftring beträchtlich vermindert, so daß höhere Geschwindigkeiten an dem äußeren Luftring eingesetzt werden können, wodurch sich die Kühlgeschwindigkeit bzw. Kühlrate weiter steigern läßt. Dieser synergistische Effekt ist insbesondere wichtig bei Polymeren mit niedriger Schmelzfestigkeit. Infolge der inneren Abstützung des Dorns zur Unterstützung der Schmelze gegenüber einer festen Form oder einer Oberfläche wird auch ermöglicht, daß man eine externe Luftkühlung mit höheren Geschwindigkeiten erzielen kann, ohne daß die Blase im schmelzflüssigen Zustand zusammenfällt.
Wenn bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung es erwünscht ist, eine Blase zu erzeugen, welche eine große Länge hat, welche im allgemeinen als eine weinglasförmige Blase oder eine langgestreckte Blase bezeichnet wird, wird der Dorn 14 auf den gewünschten Abstand gegenüber der Matrize 6 angehoben. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform tritt das schmelzflüssige Polymer aus der Matrize aus und steigt als Masse mit einem kleinen Durchmesser nach oben, bis die Masse des Polymers hinsichtlich der Temperatur auf eine gewünschte Temperatur vermindert ist, wobei mit dieser gewünschten Temperatur die Blase auf dieselbe Weise, wie zuvor beschrieben, geblasen wird.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform hat der externe Luftring 16 eine Hubeinrichtung, welche fest hieran angebracht ist, und der Luftring 16 kann auf eine Position angehoben werden, welche unmittelbar unterhalb des Dorns 14 liegt so daß man einen geeigneten Spalt zwischen der Unterfläche 40 des Dorns 14 und der Ablenklippe des Luftrings 16 einhalten kann, wie dies voranstehend angegeben ist. Der Zusammenhang zwischen dem Dorn 14 und dem Luftring 16 ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform in Übereinstimmung mit Fig. 1 ausgelegt der Luftring 16 ist aber gegenüber der Matrize 6 angeordnet.
Diese bevorzugte Ausführungsform ermöglicht eine Veränderung der Orientierung des Polymers, welche die mechanischen Eigenschaften des Polymers, wie die Dehnungs- und Reißwiderstandsfähigkeit in Maschinenrichtung gegenüber jener in Querrichtung beeinflußt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist es auch möglich, das Verfahren dadurch zu verbessern, daß man ein möglichst kühles Luftvolumen einleitet, und so schnell wie möglich austauscht, um die innere Blasentemperatur zur Bewirkung einer weiteren Kühlung herabzusetzen. Um diese Kühlung zu verstärken, wird es bevorzugt, daß das gesamte Luftvolumen in der Blase mehrmals pro Minute ausgetauscht wird. Dies kann dadurch erfolgen, daß man einen ringförmigen Luftzufuhr-Strömungskanal erzeugt, welcher den Auslaßschacht umgibt, um die Luft an dem sich hebenden, schalenförmigen Dorn vorbeizuleiten, und die Luft radial nach außen durch eine oder mehrere Öffnungen an einer Stelle hinter dem schalenförmigen Dorn einzuleiten. Dies kann unterhalb oder nach der Erstarrungslinie oder beides erfolgen. In diesem Fall führt der Dorn auf dem äußeren Durchmesser dieses zusätzlichen, ringförmigen Luftzufuhrkanals auf einem Hülsenlager, ähnlich dem zuvor beschriebenen, eine aufwärts- und abwärtsgerichtete Gleitbewegung aus.
Diese bevorzugte Ausführungsform wird an Hand von Fig. 4 der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In Fig. 4 sind ringförmige Öffnungen 100 vorgesehen, welche sich durch den ersten Abschnitt 50 des schalenförmigen Dorns 14 erstrecken. Ringförmige Öffnungen 102 sind vorgesehen, welche durch den axial beweglichen Abschnitt 52 gehen. Ein Strömungssteuerventil 104 ist drehbeweglich an der oberen Fläche des Abschnitts 52 mit Hilfe einer Schraube 106 angebracht. Das Strömungssteuerventil 104 hat Öffnungen 108, welche hinsichtlich der Anzahl und den Abmessungen den Öffnungen 102 im Abschnitt 52 entsprechen.
Ein Diffusor (vorzugsweise ein mit Öffnungen versehenes Sieb) 110 ist am Träger 112 angebracht, welche fest mit dem Abschnitt 52 verbunden sind. Die Oberseite des Siebes 110 ist an Armen 114 der Hubeinrichtung 54 angebracht.
Wie voranstehend erläutert ist, wird Kühlluft entlang der Unterseite des Dorns 14 eingeleitet, um die Luftgrenzschicht abzulösen, so daß die kühlere Luft die Blase effektiver kühlt. Diese Kühlluft überstreicht die Oberfläche der Schmelze, um die Gesamteffizienz des Verfahrens zu verbessern. Jedoch ist die Luftmenge, welche eingeleitet werden kann, durch die Schmelzenfestigkeit der Blase begrenzt. Die Geschwindigkeit der Luft und die Turbulenz, welche hierbei erzeugt wird, werden somit durch die Schmelzenfestigkeit begrenzt.
Der Erfinder hat aufgefunden, daß eine größere Menge Kühlluft zu der Innenseite der Blase eingeleitet werden kann, wenn der Geschwindigkeitsgrenzwert der äußeren Kühlluft erreicht wird, wodurch ebenfalls die Kühlung der Blase verstärkt wird. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird Kühlluft mittels des Dorns 14 nach oben geleitet und dann durch die ringförmigen Öffnungen 100, 102 und die Öffnungen 108 durchgeleitet. Diese Kühlluft bewegt sich nach oben und tritt durch den Diffusor 110 aus, wie dies mit Pfeilen 116 verdeutlicht ist. Will man diese Kühlluft radial nach außen an einer höher liegenden Stelle zuleiten, erhält man eine Einrichtung, welche zusätzliche Kühlluft für die Blase bereitstellen kann, um den Austausch der Heißluft zu verstärken und hierdurch die Kühlung zu unterstützen.
Die Strömungssteuereinrichtung 104 ist vorzugsweise mittels eines Motors (nicht gezeigt) drehbar, um die Öffnungen 102 zu den Öffnungen 108 auszurichten und die Luftmenge zu steuern, welche durch diese Öffnung geht. Die Schraube 106 wird zuerst gelöst, das Ventil wird dann wie gewünscht verdreht, und dann wird die Schraube wiederum angezogen. Vorzugsweise ist das Strömungssteuerventil eine Aluminiumplatte. Der Diffusor 110 kann aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt sein und wird vorzugsweise von einem Stahlsieb gebildet, welches eine Öffnungsfläche von etwa 40 % hat.
Bei dem Einsatz dieser bevorzugten Ausführungsform kann das Gesamtvolumen der Luft in der Blase allgemeiner ausgetauscht werden, und daher kann die Blase stärker gekühlt werden, ohne daß die Integrität einer Blase zunichte gemacht wird.
Es ist zu ersehen, daß die Erfindung zu einem verbesserten Erzeugnis, Dickengleichmäßigkeit und zu verminderten Änderungen hinsichtlich der Breite des erhaltenen Erzeugnisses führt, wodurch man eine verbesserte Erzeugnisfolienebenheit erhält.
Auch ist zu ersehen, daß die Erfindung zu einem schnelleren Abschrecken des schmelzflüssigen Polymers in Relation zu dem Abstand oder der Zeit des Polymers von der Matrize zu der Erstarrungslinie führt, wodurch man eine verbesserte Durchsichtigkeit und eine geringere Schleierbildung bei dem erhaltenen Erzeugnis erhält.
Ferner ermöglicht die Erfindung, daß die Masse der Blase und die Temperatur des Polymers an der Blasstelle gesteuert werden können, wodurch man eine verbesserte Steuerung der Ausrichtung der sich bildenden Blase erhält und sich hierdurch die physikalischen Eigenschaften günstiger beeinflussen lassen.
Die Erfindung wurde bezüglich einer vertikal ausgerichteten Vorrichtung und eines vertikal ablaufenden Verfahrens beschrieben und dargestellt, bei denen die Blase in einer vertikalen Richtung ausgebildet wird. Dies wurde zu Verdeutlichungszwecken lediglich gewählt, und die Erfindung läßt sich in gleicher oder ähnlicher Weise auch bei anderen Ausrichtungen hinsichtlich der Blasenbildung einsetzen.
Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine aus einem Harzpolymer gebildeten Blase erläutert worden ist, läßt sich die Erfindung in gleicher oder ähnlicher Weise auch bei der Ausbildung von Blasen aus anderen Materialien, wie verschiedene Kautschuksorten, einsetzen, so daß die Erfindung bei beliebigen kontinuierlichen Blasfolienmaterialien eingesetzt werden kann.
Während die Erfindung eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung offenbart und beschreibt, ist die Erfindung natürlich hierauf nicht beschränkt.

Claims

1. Vorrichtung zur Verwendung bei eine kontinuierlichen Extrusionsverfahren zum Herstellen einer Blasfolie, welche einen schalenförmigen Dorn (14) und eine Matrize (6) aufweist, welche zur Ausbildung der Blasfolie (8) geeignet sind, wobei der Dorn (14) eine durchgehende Unterfläche (40) hat, welche im wesentlichen parallel zu und im Abstand vom Bewegungsweg der Blasfolie (8) zu der Matrize (6) verläuft, und wobei die Unterfläche (40) derart konturiert ist, daß ein Strom der Kühlluft (42) entlang dieser Oberfläche zwischen der Unterfläche (40) und der Blasfolie (8) geleitet, wird, wenn die Blasfolie (8) aus der Matrize (6) austritt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (14) drehfest mit der Matrize (6) verbunden ist, und einen ersten Ab-20 schnitt (50) aufweist, welcher fest mit der Matrize (6) verbunden ist, und einen axial beweglichen Abschnitt (52) aufweist, welcher mit dem ersten Abschnitt (50) eine Sitzverbindung hat und derart ausgelegt ist, daß er in Richtung auf den ersten Abschnitt (50) und von diesem weg bewegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vorrichtung an einem zentralen Luftaustrittsschacht (26) angebracht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Unterfläche (40) derart ausgelegt ist, daß der Strom der Kühlluft (42) radial nach außen und in Bewegungsrichtung der Blasfolie (8) gelenkt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vorrichtung aus Aluminiumguß hergestellt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der axial bewegliche Abschnitt (52) fest an einer Hubeinrichtung (54) angebracht ist, welche derart ausgelegt ist, daß sie den axial beweglichen Abschnitt (52) in Richtung auf den ersten Abschnitt (50) und von diesem weg bewegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Dorn (14) in einem drehbeweglichen Hülsenlager (55) angebracht ist, welches an dem zentralen Auslaßschacht (26) derart angebracht ist, daß der Dorn (14) um den zentralen Auslaßschacht (26) in Einklang mit der Drehbewegung der Matrize (6) drehbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Dorn (14) mit einer oder mehreren Speichen (51) verbunden ist, welche mit einem Verbinder (53) verbunden sind, welcher an der Matrize (6) derart angebracht ist, daß, wenn die Matrize (6) eine Drehbewegung ausführt, der Dorn (14) in Einklang hiermit eine Drehbewegung ausführt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Blasfolie, welche einen langen Vorrat hat, bei der der Dorn (14) in einem geeigneten Abstand von der Matrize (6) angebracht ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Dorn (14) an einer Hubeinrichtung (54) angebracht ist, um den Dorn (14) um einen beträchtlichen Abstand von der Matrize (6) anzuheben.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der ein Luftzufuhr-Strömungskanal (30) den Zentralluftauslaßschaft (26) umgibt, welcher die Kühlluft in das Innere der sich bildenden Blase an dem Dorn (14) vorbeileitet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der ringförmige Luftzufuhr-Strömungskanal von einer Mehrzahl von Öffnungen (100) gebildet wird, um Kühlluft dem Inneren der sich bildenden Blase zuzuleiten.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der ringförmige Luftzufuhr-Strömungskanal (30) eine Mehrzahl von Öffnungen (100) aufweist, welche sich durch den Dorn (14) erstrecken, und ein Diffuser (110) vorgesehen ist, welcher um den Dorn (14) angebracht ist, um die Kühlluft in Richtung auf die sich bildende Blase in gestreuter Weise zu lenken.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, welcher einer Strömungssteuerventil (104) zum Steuern der Kühlluftmenge aufweist, die durch die Strömungssteuerkanäle (30, 100) geht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der das Strömungssteuerventil (104) eine Aluminiumplatte ist, die drehbeweglich an der Oberseite des Dorns (14) angebracht ist, wobei die Platte eine Mehrzahl von Öffnungen (108) hat, welche durch dieselbe gehen.