DE69735507T2

DE69735507T2 - Gleichmässige Verteilung des Schmelzflusses bei der Extrusion von geblasenen Folien

Info

Publication number: DE69735507T2
Application number: DE69735507T
Authority: DE
Inventors: Robert E. Cree
Original assignee: Addex Inc
Current assignee: Addex Inc
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1997-08-26
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2017-08-27
Also published as: AU731823B2; AU4089097A; US20020190422A1; US7150848B2; EP1211047B1; ATE320905T1; DE69716873D1; US20050271762A1; US20010007683A1; WO1998008669A1; DE69716873T2; JP2000511482A; NZ330266A; EP0869863A1; ATE227205T1; EP0869863B1; EP1211047A3; EP1211047A2; US6471502B2; US6190152B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung der Qualität von extrudierten ringförmigen Produkten, insbesondere von Produkten, die durch Kunstharzextrusionsstränge hergestellt sind, und ganz speziell eine Kunststoffblasfolie.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Herstellung derartiger zylindrischer Produkte wird das Material, aus dem das Produkt hergestellt wird, aus einem/einer ringförmigen Extrusionswerkzeug/Extrusionspressform extrudiert und entlang der Werkzeugachse gezogen. Im Falle einer Blasfolie wird Kunstharz aus einem erwärmten Extruder mit ringförmigem Werkzeug extrudiert und das geschmolzene Polymer wird entlang der Werkzeugachse in der Form einer expandierten Blase weggezogen. Nachdem das Harz sich als Ergebnis der Anwendung von Kühlungsluft auf einen Solldurchmesser abkühlt, wird die Blase zusammengedrückt und tritt für weitere Herstellungsschritte in Quetschwalzen ein.
Da die Folie extrudiert wird, treten um den Umfang der Blase Dickenvariationen auf. Das Vorhandensein von Dickenvariationen erzeugt Probleme für stromabwärtige Umwandlungsgeräte, wie Druckpressen, Laminatoren oder Beutelmaschinen. Bei Prozessen, bei denen die Folie nicht direkt umgewandelt wird, sondern vor der Umwandlung auf eine Walze gewickelt wird, erzeugen die dickeren und dünneren Bereiche von vielen Lagen auf der Walze Berge und Täler auf der Rollfläche, was die Folie deformiert und die nachfolgenden Umwandlungsprobleme verstärkt, insbesondere bei Walzen mit größeren Durchmessern. Es ist daher wünschenswert, solche Dickenvariationen zu minimieren, nicht nur bei der Blasfolie, sondern ebenfalls bei anderen extrudierten zylindrischen Produkten. Um dieses Ziel zu erreichen, benützen Verarbeiter teure Ausrüstung, die dafür konstruiert ist, die Position dieser dicken und dünnen Bereiche über die Zeit zufällig zu verteilen oder automatisch die Größe dieser Variationen zu verringern, so dass die fertige Walze für spätere Umwandlungsschritte geeignet ist.
Es ist bekannt, dass Dickenvariationen durch verschiedene Faktoren verursacht werden, wie Umfangsuneinheitlichkeit von Stromverteilungskanälen (Öffnungen und Spiralen) innerhalb des Werkzeugs, uneinheitliche Schmelzenviskosität und inkonsistente ringförmige Werkzeugspalte, durch die das Polymer aus dem Werkzeug austritt. Strömungsverteilungsprobleme innerhalb des Werkzeugs sind deswegen von besonderem Interesse, weil sie typischerweise die Form von relativ scharfen, in geringem Abstand angeordneten hohen und niedrigen Punkten annehmen, die allgemein als "Öffnungslinien" bezeichnet werden. Zusätzlich sind die Variabilität der Kühlungsluft und die Uneinheitlichkeit von in den Kühlungsluftstrom eingesogener Luft aus der den Extrusionsstrang umgebenden Atmosphäre Hauptbeiträger zu einer Foliendickenvariation. Viele Folienverarbeiter beruhen auf herkömmlicher Blasfolienausrüstung, um die Filmdicke zu bestimmen. Dieser Ansatz ergibt typischerweise eine durchschnittliche Variation von +/– 10 bis 20% der gesamten Filmdicke, wobei der größte Beiträger typischerweise der von Öffnungslinien ist.
Es ist erwünscht, Verbesserungen an dem Werkzeug vorzunehmen, um eine Folie höherer Qualität und andere Produkte zu erhalten, so dass die stromabwärtigen Geräte schneller und länger betrieben werden können und so dass die Endverbrauchsprodukte eine konsistentere Dicke aufweisen.
Eine Hauptschwierigkeit, die bei der Konstruktion eines Werkzeugs zu überwinden ist, besteht darin, wie ein typischerweise uneinheitlicher Strom von geschmolzenem Polymer oder anderem Material, der zu dem Werkzeug über ein "Schmelzen"-Rohr transportiert wird, einheitlich in einen relativ dünnen ringförmigen Strom umgewandelt wird. Ein ringförmiger Strom impliziert, dass es eine innere und äußere Bildungswand gibt, im Gegensatz zu lediglich einer äußeren Umschließungswand, wie sie in dem Schmelzenrohr existiert. Um diese innere Bildungswand in den geschmolzenen Strom einzuführen, ist es erforderlich, dass diese neue innere Bildungswand fest innerhalb des Hohlraums der äußeren Umschließungswand des Werkzeugs befestigt ist. Um dieses zu erfüllen, müssen Verbindungsstrukturen innerhalb des Strömungspfads des geschmolzenen Materials angeordnet werden, die zeitweise den Strom stören, der mehrere, getrennte Ströme bildet, die dann an den Verbindungsstrukturen vorbeiströmen und in irgendeiner Weise rekombiniert werden müssen. Unglücklicherweise weist das geschmolzene Polymer eine uneinheitliche Schmelzenviskosität auf, hauptsächlich aufgrund von Variationen in den Eigenschaften auf molekularer Ebene ebenso wie aufgrund einer lokalen Polymertemperatur. Diese Viskositätseffekte werden insgesamt als die Rheologie bezeichnet. Eine solche Eigenschaft von Hauptinteresse ist diejenige, dass Polymere ein "nicht-Newtonsches" Strömungsverhalten aufweisen. Dies bedeutet, dass die Viskosität des Polymers sich abhängig davon ändert, wie schnell es sich durch einen gegebenen Kanal bewegt. Der Nettoeffekt, wenn alle Viskositätseffekte kombiniert sind, ist der, dass das Polymer dazu tendiert, sich durch Viskosität zu entmischen, was eine gleichförmige Rekombination von mehreren Polymerströmen sehr schwierig macht. Weiterhin erinnert sich das geschmolzene Polymer an seine vorhergehende Strömungsgeschichte, und anstelle einer nahtlosen Rekombination tendieren die mehreren Polymerströme dazu, dort unerwünschte "Schweißlinien" zu bilden, wo benachbarte Strömungen rekombiniert werden. Das Problem von Schweißlinien intensiviert sich, wenn eine Verschlechterung des Polymers aufgrund niedriger Polymerströmungsraten auftritt.
Gegenwärtig werden verschiedene Ansätze eingesetzt, um eine Verbindungsstruktur zwischen der äußeren und inneren Bildungswand des Werkzeugs vorzusehen. Ein Ansatz führt von der Zentralachse aus eine kleine Verteilungskammer in das Werkzeug. Diese Kammer trennt das Polymer und leitet dieses zu mehreren kleineren, in gleichem Abstand angeordneten Rohren, die Öffnungen genannt werden und die radial in einem gewissen Winkel zur Strömungsachse der eintretenden Schmelze auseinander laufen. Diese Öffnungen befördern das Polymer nach außen zu einem Durchmesser, der zur Rekombination in den ringförmigen Strom angemessen ist, der das Werkzeug verlässt. Ein anderer Ansatz erzeugt eine muschelförmige Verteilungskammer, aus der relativ kleine, hochgradig stromlinienförmige, spinnenartige Verbindungsstrukturen radial in einem Winkel zur Strömungsachse auseinander laufen, der eine schnelle Rekombination vor dem Bilden des im Allgemeinen axialen Ringstroms ermöglicht, der das Werkzeug verlässt. Ein anderer Ansatz beschickt das Werkzeug radial von der Seite des Werkzeugs und teilt den Strom ein oder mehrere Male durch ein Netz von Stromkanälen auf, das ähnlich den Zweigen eines Baums ist, die letztendlich die getrennten Polymerströme zu einem Durchmesser befördern, der zur Rekombination in den ringförmigen Strom angemessen ist, der das Werkzeug verlässt. Im Allgemeinen müssen eines oder mehrere der Verfahren zur Stromtrennung in einem Werkzeug für Blasfolien eingesetzt werden, aber jedes verursacht Probleme mit Entmischung und der Möglichkeit, dass sich Schweißnähte bilden. Spezielle Rekombinationstechniken müssen angewendet werden, um diese Effekte zu begrenzen.
Verschiedene Techniken werden verwendet, um einzelne Ströme geschmolzenen Materials zu dem ringförmigen Strom zu rekombinieren, der aus dem Werkzeug austritt. Einige sind derart konstruiert, dass die getrennten Ströme überlappt werden, wobei ein zwiebelartiger Schichteffekt erzeugt wird, während andere einfach entgegengesetzte Ströme aneinander fügen, und Zeit, Temperatur und Druck ermöglichen, um das Auftreten von Rekombination zu erzwingen.
Bei der Blasfolienherstellung verwendet die am meisten verbreitete kommerziell erhältliche Rekombinationstechnik Kanäle, die spiralförmig um die Achse des Werkzeugs verlaufen. Diese sogenannten Spiralen überlappen einander und ermöglichen es, dass geschmolzenes Polymer allmählich aus dem Kanal über eine "Erhebung" ausläuft, wobei es schließlich zu dem ringförmigen Ausgang des Werkzeugs strömt und wobei es einen geschichteten, beinahe zwiebelartigen Rekombinationsstrom bildet. Dieser ringförmige Polymerstrom verlässt das Werkzeug an einer Stelle, die allgemein als der Werkzeugausguss bezeichnet wird. Das Hauptproblem bei diesem Ansatz ist, dass die Stromkanäle und Erhebungen ungleichförmig gemacht werden müssen, um eine nicht-Newtonsche Strömung und andere Ungleichförmigkeiten zu kompensieren, die das Polymer aufweist. Unglücklicherweise existieren große Unterschiede bei den Strömungseigenschaften von verschiedenen Polymermaterialien, die verarbeitet werden. Für eine gegebene Werkzeugkonstruktion kann es möglich sein, eine gleichförmige Verteilung um den Strömungsring für ein Material zu erhalten, diese ist jedoch nicht gleichförmig für andere Materialien. Stattdessen tendieren andere Materialien dazu, in gewisser Weise sinusförmige Stellen mit großem und niedrigem Strom an Stellen zu bilden, die von den Eigenschaften des verarbeiteten Materials abhängen. Daher ist der Spiralkonstruktionsansatz hinsichtlich seiner Fähigkeit begrenzt, einen großen Bereich von Materialien zu bearbeiten, während er gleichzeitig Dickenvariationen auf einem konsistenten, vorhersagbaren Minimum hält.
Ein weiteres Problem ist, dass das Polymer oder ein anderes Material notwendigerweise eine lange Zeitdauer benötigt, um durch die Durchgänge zu strömen, d.h. eine hohe Verweilzeit, was zu einer Verschlechterung des Materials führen kann. Außerdem wird ein signifikanter Rückstau erzeugt, da das Material durch jeden Durchgang strömt.
Bei "Pfannkuchen"-Konstruktionen, bei denen Verteilungskanäle und die Spiralen im Wesentlichen in der Fläche einer Platte integriert sind, die koaxial zu der Strömungsachse des Werkzeugs ist, ist der benetzte Flächenbereich ziemlich groß, so dass dann, wenn benachbarte Platten bei höheren Drücken kombiniert werden, resultierende Trennungskräfte zwischen diesen so groß werden können, dass das Werkzeug nicht zusammengehalten werden kann. Dies zwingt den Konstrukteur solcher Werkzeuge dazu, die Größe des Drucks zu begrenzen, was tendenziell zu einer Verschlechterung einer gleichmäßigen Verteilung führt. Ferner wird in vielen Fällen ein niedrigerer Druck durch Vergrößerung der Strömungsdurchgänge erreicht, dies führt jedoch zu einer größeren Verweilzeit, was eine Verschlechterung von Polymereigenschaften verursacht. In der Praxis müssen Druck- und Verteilungseffektivität ausgeglichen werden, was zu Beschränkungen hinsichtlich dessen führen kann, wie groß das Werkzeug sein kann.
Ein weniger häufig verwendeter Rekombinationsansatz überlappt die Ströme nicht, sondern verbindet sie stattdessen an einer oder mehreren diskreten Stellen. An diesen Stellen, an denen zwei entgegengesetzte Ströme sich vereinigen, ist der Strom sehr niedrig, was dazu führt, dass das Material sehr lange Verweilzeiten hat, was das Polymer verschlechtert. Dieses verschlechterte Polymer bildet eine deutliche Schweißnaht, die schlechte optische Eigenschaften und eine reduzierte Festigkeit aufweist, was tendenziell die Verwendung dieser Konstruktionen beschränkt hat. Da es keinen Überlapp gibt, sind andererseits die Strömungskanäle kürzer als bei den Überlappkonstruktionen. Dies sorgt für Vorteile von niedrigerem Druck und niedrigerer Verweilzeit, was die Verschlechterung beschränkt und größere Konstruktionen erlaubt. Nicht überlappende Konstruktionen profitieren ebenfalls aus den klar definierten Strömungspfaden, die das Polymer unabhängig von Schmelzenströmungseigenschaften durch dieselbe Geometrie zwingen, im Gegensatz zu dem Umherschieben des Strömungspfads, der mit überlappenden Konstruktionen einhergeht. Dies vereinfacht den Werkzeugkonstruktionsprozess, da eine nicht-Newtonsche Strömung durch definierte Geometrien gut verstanden ist. Unglücklicherweise treten Ungleichförmigkeiten in der Verteilung immer noch dann auf, wenn die Schmelzenströmungseigenschaften sich von denjenigen unterscheiden, die zur Konstruktion des Werkzeugs verwendet wurden. Da ein breiterer Bereich von Polymerauswahlmöglichkeiten zur Verfügung steht, wird dieses immer mehr ein Problem.
Verarbeiter werden präsentiert mit einer wachsenden Anzahl von Auswahlmöglichkeiten von Extrusionsmaterialien, wobei jedes seine eigenen speziellen Eigenschaften besitzt. Zum Beispiel widerstehen einige Polymere Wasserdampf, andere widerstehen Sauerstoffpenetration, wieder andere stellen hohe Festigkeit bereit oder widerstehen einem Durchstechen. Zunehmend finden Verarbeiter innovative Verwendungen für diese Materialien, wobei es häufig als wünschenswert gefunden wurde, verschiedene Polymere in einer geschichteten oder "koextrudierten" Struktur zusammen zu kombinieren, um Eigenschaftsvorteile in verschiedenen Bereichen zu erzielen. Um dies auszuführen, werden Werkzeuge mit mehreren Eintrittspunkten konstruiert, die den Polymerstrom in getrennte ringförmige Ströme verteilen und nachfolgend diese Ströme ineinander angeordnet schichtförmig anordnen, während sie sich immer noch innerhalb des Werkzeugs befinden. Obwohl nicht überlappende Konstruktionen verwendet worden sind, sind überlappende Konstruktionen entweder in einer konzentrischen oder Pfannkuchen-Konfiguration am weitesten verbreitet. Pfannkuchen-Konstruktionen sind besser für eine große Anzahl von Schichten geeignet, weil die einzelnen Schichten übereinander gestapelt werden können. Konzentrische Konstruktionen sind auf ungefähr 5 bis 7 Schichten beschränkt, einfach weil der Durchmesser des Werkzeugs so groß wird, dass es unpraktisch wird.
Seit langem ist bekannt, dass eine Anordnung mit mehreren Schichten einen Sekundärvorzug darin bereitstellen kann, dass Dickenvariationen, die in jeder Schicht vorhanden sind, gegeneinander etwas verschoben sein können. Dies hat einen Nachteil; da die Variation jeder Schicht von den zugeordneten Schmelzenströmungseigenschaften, der Durchsatzrate, der Temperatur usw., abhängt, mitteln sich diese Variationen typischerweise nicht immer aus. Tatsächlich können sie sogar übereinander fluchtend angeordnet sein, was zu überhaupt keiner Dickenausmittelung führt. Dies trifft besonders bei überlappenden Konstruktionen zu, da die Schmelzenvariationen sich signifikant in ihrer Position und Größe mit sogar geringfügigen Veränderungen in einer gegebenen Schicht verschieben. Kommerzielle Koextrusionswerkzeuge sind mit benachbarten Schichtspiralen konstruiert, die sich typischerweise in entgegengesetzten Richtungen winden, mit dem Ziel, aus diesem Mittelungseffekt Kapital zu schlagen. Im Fall von konzentrischen Werkzeugkonstruktionen sind die Spiralen für jede Schicht notwendigerweise in ihrer Konstruktion unterschiedlich, weil sie nicht spiralförmig mit demselben Abstand von der Strömungsachse des Werkzeugs angeordnet sind. Pfannkuchen-Konstruktionen können mit derselben mechanischen Geometrie konstruiert sein, die Pfadlänge zu dem Werkzeugausguss ist jedoch notwendigerweise für jede Schicht verschieden, weil sie aufeinander gestapelt sind. Dies verursacht Unterschiede im Strömungsverhalten, da jede Schicht bei einem unterschiedlichen Druck arbeitet. Es ist beobachtet worden, dass kommerziell erhältliche Werkzeuge, die dafür konstruiert sind, aus Mittelungseffekten Kapital zu schlagen, sowohl sehr gute als auch sehr schlechte Variationen der Gesamtdicke aufweisen, wenn die Durchsatzrate durch ihren gesamten Betriebsbereich erhöht wird. Dies zeigt sich als resultierende Schichtveränderungen, die zunächst entgegengesetzt liegen (gut) und dann miteinander fluchten (schlecht). Ein zusätzliches Problem bei diesen Konstruktionen ist, dass sogar dann, wenn Dickenvariationen entgegengesetzt liegen, was zu einer guten Gesamtvariation führt, die Verteilung einzelner Schichten immer noch schlecht sein kann. Dies hat eine negative Wirkung, besonders dann, wenn jede Schicht dafür konstruiert ist, Vorteile von verschiedenen Filmeigenschaften auszunützen – die Schichten, die zur Bereitstellung einer Barriere für Sauerstoff verantwortlich sind und separat für Wasserdampf, können individuell hochgradig variabel sein, auch dann, wenn die Gesamtdicke gleichförmig ist. Es ist sehr erwünscht, eine gleichförmige Verteilung für jede einzelne Schicht zu erzielen, ebenso wie für die Kombination von verschiedenen Schichten.
Einige der oben erwähnten Stand-der-Technik-Aspekte sind in US-A-4 208 178 und DE-U-90 03 537 dargestellt.
US-A-4 208 178 offenbart ein Extrusionsverfahren zum Erzeugen von Blasfolie, in dem ein Materialstrom in erste und zweite Flüsse geteilt wird, die in axial mit Abstand versehenen ringförmigen Führungen einer Pressform/eines Werkzeugs bereitgestellt sind, und am Ausgang dieser Führungen rekombiniert wird.
DE-U-90 03 537 offenbart eine Pressform, welche den eintretenden Materialstrom in eine Mehrzahl von im Wesentlichen identischen Strömungsabschnitten teilt, indem er durch eine Serie von Strömungsteilungskanälen tritt, die in axialen Flächen von benachbarten Platten ausgebildet sind.
Übersicht der Erfindung
Demzufolge stellt die vorliegende Erfindung ein Rekombinationsverfahren, wie in Anspruch 1 definiert, bereit und ein Extrusionswerkzeug/eine Extrusionspressform, wie in Anspruch 5 definiert.
Die vorliegende Erfindung weist ein reguläres Teilungs(RD)werkzeug auf, welches eine gleichförmige Verteilung von geschmolzenem Extrusionsmaterial für jede einzelne Schicht bereitstellt, und weist einen hohen Grad von Unempfindlichkeit gegenüber Schmelzenströmungseigenschaften und ein druckresistives Verteilungssystem auf, das die Größe des Werkzeugs nicht begrenzt. Die Werkzeugkonstruktion besitzt insbesondere Anwendung bei der Extrusion von polymeren Blasfolien, ist aber auch auf andere Extrusionsformen anwendbar, die ein ringförmiges Werkzeug erfordern. Blasfolien-Extrusionsstränge enthalten typischerweise einen erwärmten Extruder zum Schmelzen und Unterdrucksetzen eines Stroms von geschmolzenem Kunstharz, ein ringförmiges Werkzeug, durch das das geschmolzene Harz extrudiert wird und von dem es entlang einer Achse in der Form einer expandierenden Blase weggezogen wird, und eine Luftkühlungsvorrichtung, die derart konstruiert ist, dass Kühlluft in kühlenden Kontakt mit der Blase geleitet wird, entlang der Blase strömt und bewirkt, dass das geschmolzene Harz sich abkühlt, wenn die Folie expandiert, bis ein im Wesentlichen fester maximaler Blasendurchmesser bei einer Kristallisationsgrenze erreicht wird, die von dem ringförmigen Werkzeug entfernt angeordnet ist.
Die RD-Konstruktion kann als ein integraler Teil einer oder mehrerer individueller Werkzeugschichten innerhalb des kompletten Werkzeugs enthalten sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die RD-Konstruktion getrennt in jeder Schicht eines pfannkuchenartigen stapelbaren Werkzeugs integriert. Jede Schicht enthält eine Serie von ineinander angeordneten konzentrischen Ringen, die die Funktion der Zuführung, Verteilung und Rekombination durchführen. Diese Ringe umgeben und berühren einander, um es zu ermöglichen, dass das Polymer zwischen ihnen ungehindert durch Durchgänge hindurchtritt, die in deren Flächen ein- oder durch dieselben hindurchgeschnitten sind. Die Ringe sind miteinander durch Bolzen verbunden, wobei eine einzelne vereinigte Schicht gebildet ist, die mit anderen Schichten des gesamten Werkzeugs direkt gestapelt ist, wobei jede Schicht mit ihrer zentralen Geometrieachse koaxial mit der Strömungsachse des Werkzeugs ist. Polymer wird dem Außendurchmesser des äußeren Zuführrings jeder Schicht separat zugeführt, wobei das Polymer radial geradewegs durch die Zuführringwand zu dem dem Verteilungsring zugeordneten radialen Innenraum hindurchtritt. Zu Zwecken der nachfolgenden Diskussion ist die Stelle des Eingangs durch den Zuführring an einer Stelle 0°.
Der Verteilungsring weist Strömungskanäle auf, die in seine radial nach außen gewandte Fläche eingearbeitet sind, die derart wirken, dass sie den Strom ein oder mehrere Male teilen. Schneiden der Kanäle in die Außenfläche (oder alternativ die radial nach innen gewandte Fläche oder beides) eliminiert die schädlichen Wirkungen von Trennungskräften, die durch Polymerdruck verursacht werden, die durch das Polymer erzeugten Kräfte wirken gegen den umgebenden Zuführring anstelle gegen die Bolzen, die die Schicht(en) zusammenhalten.
Im Verteilungsring wird der von dem Zuführring eingebrachte Polymerstrom in eine gerade Anzahl (2ⁿ) von separaten und gleichen Strömen aufgeteilt. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Eingangsstrom in acht (2³) Ströme in drei Stufen aufgeteilt. Die erste Stromaufteilung erfolgt bei 0°, an welchem Punkt der Polymerstrom in zwei aufgeteilt wird und jede Hälfte in einen von zwei Kanälen geführt wird, von denen jeder sich 90° um den Umfang des Rings windet, einer im Uhrzeigersinn von 0 bis 90 Grad und der andere im Gegenuhrzeigersinn von 0 bis 270 Grad. Bei den 90- und 270 Grad-Punkten wendet jeder Strom (die Hälfte des Originals) und bewegt sich für eine kurze Distanz axial, bevor er ein zweites Mal aufgeteilt wird. Die zweiten Aufteilungen erfolgen getrennt an den 90°- und 270°-Punkten, wobei an jedem derselben der Strom wieder zur Hälfte aufgeteilt wird und der resultierende Abschnitt des Stroms (ein Viertel des gesamten Eingangsstroms) in einen eines Paars von Kanälen geführt wird, die sich in entgegengesetzten Richtungen von jeweils dem 90°- und 270°-Punkt um 45° um die Außenseite des Rings winden. Diese vier Ströme enden bei 45°, 135°, 225° und 315°, an welchen Punkten der Strom erneut aufgeteilt wird, dieses Mal in entgegengesetzte Windungswinkel von 22,5. Das Endergebnis dieser drei Aufteilungen sind acht getrennte Ströme, die in 45 Grad- Intervallen, jeweils bei 22,5°, 67,5°, 112,5°, ..., 337,5°, enden. Man beachte, dass nach jeder Aufteilung gleiche entgegengesetzte Windungswinkel sicherstellen, dass eine gleiche Pfadlänge vorhanden ist und daher ein gleicher Druckabfall für jeden Pfad vorhanden ist, durch den der Polymerstrom strömen könnte.
Jeder dieser acht aufgeteilten Ströme tritt dann radial nach innen durch den ersten Verteilungsring, entweder direkt zu den Rekombinationsringen oder, falls eine weitere Aufteilung gewünscht ist, zu einem zweiten Verteilungsring. Es versteht sich, dass durch Verwendung von mehr als einem Verteilungsring eine größere Anzahl "n" von Verteilungen ohne Druckstrafen erreicht werden kann. Nachdem die gewünschte Anzahl von Teilungen in den Verteilungsringen hergestellt worden ist, werden in jedem Fall die resultierenden Ströme radial nach innen zu den Rekombinationsringen durch eine Aufteilungsplatte/Teilerplatte befördert, die einen integralen Teil des letzten (z.B. des radial innersten) Verteilungsrings bildet.
Die Aufteilungsplatte ist relativ dünn (gemessen axial des Werkzeugs) im Vergleich zum Hauptkörper des Verteilungsrings, von dem sie ein Teil ist. Die Aufteilungsplatte erstreckt sich nach innen von dem Abschnitt des radial inneren letzten Verteilungsrings, der die 2ⁿ-Polymerströme bildet, und verjüngt sich zu einem dünnen Rand an seinem Innenumfang. Innerhalb der Aufteilungsplatte und im Allgemeinen vor der Verjüngung werden die 2" radialen Ströme alternierend zu einer Seite der Platte oder der anderen aufgeteilt. Dies sorgt für zwei getrennte, aber identische Strommuster, von denen jedes 2(^n-1)-Rekombinationsströme enthält, die von Öffnungen ausgehen, die entweder in der oberen oder der unteren Fläche der Aufteilungsplatte angeordnet sind. Diese Ströme werden wiederum einem Paar von Rekombinationsplatten zugeführt, die an der oberen und unteren Fläche der Aufteilungsplatte anliegen.
Eine Rekombinationsplatte ist an jeder Seite des verjüngten Abschnitts der Aufteilungsplatte angebracht. Die Rekombinationsstromöffnungen auf einer Seite der Aufteilungsplatte sind in einer solchen Weise verschoben, dass sie zwischen Öffnungen an der gegenüberliegenden Seite der Aufteilungsplatte zentriert sind. Dies ermöglicht es, dass eine präzise Spiegelbildrekombination stattfindet, „aufgespaltet" an gegenüberliegenden Seiten der Aufteilungsplatte. Diese aufgespaltenen, spiegelbildlichen Ströme verbinden sich an dem Innenrand der Aufteilungsplatte. Die Rekombinationsstromkanäle an jeder Seite der Aufteilungsplatte sind derart konstruiert, dass sie eine Stromverteilung erzeugen, die dann, wenn sie ihrem Spiegelbild hinzugefügt wird, in einem ebenen Stromprofil resultiert.
Unempfindlichkeit gegenüber Schmelzenrheologie wird erreicht, indem der Rekombinationsplattenstrom dazu gezwungen wird, sich in einer nicht überlappenden Art und Weise zu verteilen, wodurch ein vorhersagbarer, nicht verschobener resultierender Polymerstrom erzielt wird. Schweißnähte werden vermieden, indem ein vermittelnder Erhebungsbereich direkt vor jeder Öffnung angeordnet wird, wobei der Hauptstromkanal an einem Durchmesser hinter der Erhebung durchtritt. Somit tritt ein Teil des Stroms von jeder Öffnung über die Erhebung, und von dem, was übrig bleibt, strömt die Hälfte den Kanal in einer Richtung hinab und die andere Hälfte strömt in die entgegengesetzte Richtung. Schließlich trifft der Kanalstrom von einer Öffnung einen Strom in entgegengesetzter Richtung von der benachbarten Öffnung. Hierbei tritt der Hauptstromkanal radial nach innen zwischen den Enden von benachbarten Erhebungen durch. Dies erzeugt einen Schweißbereich, aber weil der Schweißbereich in einem Gebiet mit hohem Strom ist, ist das Problem einer Polymerverschlechterung im Wesentlichen ausgeschaltet. Der Hauptstromkanal spaltet sich dann erneut auf und tritt an einem Durchmeser vor jeder der zugeordneten Erhebungen hindurch, so dass die Hälfte den Kanal in einer Richtung hinabströmt und die andere Hälfte sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Daher wird der Strom, der ursprünglich um die Erhebung herum über die Hauptstromkanäle aufgeteilt worden ist, mit dem Erhebungsstrom in einer Weise rekombiniert, die vorhersagbar stabil ist, aber eine geschichtete Wirkung erzielt, ähnlich zu derjenigen, die in einer Spiralkonstruktion hergestellt wird, aber ohne Verschiebungen der Position. Der nun ringförmige und radial nach innen gerichtete Rekombinationsstrom tritt über eine letzte Erhebung zu dem Ausguss der Aufteilungsplatte, wo sein spiegelbildlicher Aufspaltungsstrom von der entgegengesetzten Seite der Aufteilungsplatte hinzugefügt wird. Der letzte Kanal und die letzte Erhebung sind in einer solchen Weise eingeschnitten, dass ein kleinerer Strom sichergestellt wird, wo die Schweißnaht bei großem Strom auftritt, und ein größerer Strom, der an der vermittelnden Erhebung zentriert ist. Nach Hinzufügen seines Spiegelbilds ist die schädigende Wirkung des Schweißbereichs durch die Hinzufügung des größeren (nicht geschweißten) Strombereichs des Spiegelbilds minimiert.
Die Form des von dem Rekombinationsbereich an jeder Seite der Aufteilungsplatte ausgehenden Stroms, bevor die Ströme rekombiniert werden, ist zur Erzielung eines kombinierten gleichförmigen Stroms von entgegengesetzten Seiten der Aufteilungsplatte wichtig. Obwohl für ein gegebenes Material die einzelnen Ströme von jeder Hälfte ebenfalls gleichförmig sein können, müssen sie dies nicht notwendigerweise sein. Vielmehr gibt es eine große Vielzahl von Kurven, die in die Konstruktion der Stromkanäle programmiert sein können, die nach Hinzufügung ein gleichförmiges ebenes kombiniertes Profil erzielen. Die mathematische Studie von "regulären Aufteilungen der Ebene", wie sie beim Studieren von Kristallographie verwendet wird oder wie sie in graphischen Repräsentationen von M.C. Escher gefunden werden kann, zeigt viele geeignete Beispiele von sowohl einfachen als auch komplexen Profilen. Ein bevorzugtes Profil für jeden aufgespaltenen Strom ist ein geradliniges "Dreiecks"-Profil, das linear von einem Minimalstrom an der Schweißstelle mit großem Strom zu einem Maximum fluchtend mit der Öffnung ansteigt. Dieses Profil wiederholt sich selbst ohne Diskontinuität um den Durchmesser der Schicht herum. Ein zweites bevorzugtes Aufspaltungsstromprofil ist ein "sinusförmiges" Profil, das ebenfalls sein Minimum an der Schweißstelle mit hohem Strom und sein Maximum fluchtend mit der Öffnung aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Blasfolien-Extrusionsvorrichtung zeigt, die ein Mehrschicht-Reguläraufteilungswerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
2 ist eine schematische Querschnitts-Seitenansicht (entlang A-A in 3) in einem vergrößerten Maßstab des Blasfolienextrusions-Reguläraufteilungswerkzeugs von 1.
3 ist eine Planansicht der allgemeinen Anordnung für ein typisches Mehrschicht-Blasfolienextrusionswerkzeug.
4 ist eine teilweise Querschnitts-Seitenansicht (entlang B-B in 4a) einer Schicht für das Reguläraufteilungswerkzeug, die die allgemeinen Stellen des Beschickungseinlasses, der Aufteilungskanäle, der Rekombinationsöffnungen und der Kanäle zeigt.
4a ist eine Planansicht einer Schicht des Reguläraufteilungswerkzeugs von 1, die die allgemeinen Stellen des Beschickungseinlasses, der Aufteilungskanäle, der Rekombinationsöffnungen und der Kanäle zeigt.
4b ist eine schematische Illustration, die an der Bohrung des Beschickungseinlasses einer Schicht des Reguläraufteilungswerkzeugs von 1 zentriert ist und die die allgemeinen Stellen des Beschickungseinlasses, der Aufteilungskanäle, der Rekombinationsöffnungen und der Kanäle an der Außenfläche der Schicht aus der Sicht nach radial innen zeigt.
5 ist eine schematische Illustration eines oberen Rekombinationskanals und zugeordneten Erhebungsbereichs, aus der Sicht nach oben von der oberen Fläche des verjüngten Abschnitts der Aufteilungsplatte.
5a ist eine schematische Illustration eines unteren Rekombinationskanals und Erhebungsbereichs, wenn er relativ zu 5 angeordnet ist, aus der Sicht nach unten von der unteren Fläche des verjüngten Abschnitts der Aufteilungsplatte.
6 und 6a sind schematische Querschnitte von typischerweise erwünschten Strömungsverhältnissen von einem oberen und einem unteren Rekombinationsring.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt ein Blasfolien-Extrusionssysstem, bei dem geschmolzenes Kunstharz zur Bildung einer Blasfolie extrudiert wird. Außer dem Werkzeug 10 sind das System von 1 und seine Betriebsweise im Allgemeinen herkömmlich. Im Allgemeinen wird Kunststoffgranulat einem Zuführtrichter 2a zugeführt und zu einem Extruder 4a transportiert, wo dieses geschmolzen, vermischt und durch die Wirkung einer Extruderschnecke unter Druck gesetzt wird. Die Schmelze tritt aus dem Extruder 4a aus und wird durch ein Schmelzenrohr 6a gefördert, in dem es in das Blasfolienwerkzeug 10 geleitet wird. Das Werkzeug 10 ist derart konstruiert, dass es die Schmelze zu einem ringförmigen, zylindrischen Kunststoffschmelzenstrom 14 ausbildet, der dann von einem ringförmigen Öffnungswerkzeugausguss 16 an der Oberseite des Werkzeugs 10 extrudiert wird. Dieser ringförmige Schmelzenstrom wird kontinuierlich von dem ringförmigen Werkzeugausguss 16 in einer Art und Weise weggezogen, das er im Allgemeinen konzentrisch zu einer Prozesszentrallinie 18 ist. Der ringförmige Durchmesser des Schmelzenstroms vergrößert sich mit dessen Fortbewegung vom Werkzeug, bis er eine Kristallisationsgrenze 20 (diagrammartig durch eine sägezahnförmige Linie angedeutet) erreicht, um eine gekühlte, verfestigte, ringförmige Kunststofffolienblase 22 zu bilden.
Primäre Kühlungsluft für den Prozess wird einem externen Luftring 24 von einer konventionellen Luftquelle (nicht gezeigt) zugeführt. Die Luft wird derart zugeführt, dass sie mit der extrudierten Kunststoffschmelze dem Basisabschnitt der Blase benachbart durch Luftringausgüsse 26 in Kontakt tritt. Die Luft strömt in ringförmigen Luftströmen 28 entlang der äußeren expandierenden Fläche der Blase. Bei einigen Blasfolienprozessen werden auch andere Arten der Kühlung eingesetzt. Ein derartiges System (nicht gezeigt) führt Kühlluft zu der inneren Fläche der Blase gemäß bekannten Techniken, und wird im Allgemeinen als internes Blasenkühlen oder einfach als "IBC", bezeichnet. Die Kunststoffschmelze wird ausreichend gekühlt, um sich zu einer ringförmigen Blase 22 an der Kristallisationsgrenze 20 zu verfestigen.
Ebenfalls gemäß bekannter Techniken wird die ringförmige Blase 22 kontinuierlich durch einen Kollabierrrahmen 150, 150a gezogen, in dem sie zu einer flachen Folienlage 22a komprimiert wird, die auch als „layflat" bekannt ist, wenn sie durch eine Klemmstelle zwischen Klemmwalzen 152 und 152a hindurchtritt. Diese Klemmwalzen sind angetrieben, um die Folie kontinuierlich durch den Extrusionsprozess zu ziehen. Die Layflat-Folienlage 22a wird dann durch stromabwärtige Verarbeitungsgeräte wie etwa eine Aufwickelvorrichtung 156, zu einem Endprodukt umgewandelt und/oder gewickelt.
2 zeigt eine schematische Querschnitts-Seitenansicht des Blasfolienextrusionswerkzeugs 10 vom Reguläraufteilungstyp mit mehreren Werkzeugschichten 30a, 30b und 30c. Die Werkzeugschichten 30a, 30b und 30c sind im Wesentlichen identisch und sind relativ zueinander gedreht, wie in 3 gezeigt ist. Jede Schicht wandelt Schmelze, die von einem jeweiligen Schmelzenrohr 6 zugeführt wird, in einen zylindrischen Kunststoffschmelzenstrom 14 um, der in Richtung des Werkzeugausgusses 16 um einen zylindrischen inneren Mantel 12 herum befördert wird. Daher wandelt die Schicht 30a den Kunststoffschmelzenstrom von dem Schmelzenrohr 6a um zu einem Schmelzenstrom 14a, die Schicht 30b bildet einen zweiten zylindrischen Kunststoffschmelzenstrom 14b, der in Richtung des Werkzeugausgusses 16 um den zylindrischen Kunststoffschmelzenstrom 14a und den inneren Mantel 12 herum transportiert wird, und die Schicht 30c bildet einen dritten zylindrischen Kunststoffschmelzenstrom 14c, der in Richtung des Werkzeugausgusses 16 um die zylindrischen Kunststoffschmelzenströme 14b und 14a und den Innenmantel 12 herum transportiert wird. Die drei zylindrischen Kunststoffschmelzenströme 14a, 14b und 14c sind schichtweise aneinander angrenzend ausgebildet und bilden daher den gesamten zylindrischen Kunststoffschmelzenstrom 14, der zwischen dem Innenmantel 12 und dem Außenmantel 15 strömt, bis er durch den ringförmigen Werkzeugausguss 16 austritt. Die Schicht 30a ist an der Werkzeugbasis 11 durch mehrere Bolzen 34a gehalten. Die Schicht 30b ist auf der Oberseite der Schicht 30a gestapelt und an dieser durch mehrere Bolzen 34b gehalten. Die Schicht 30c ist auf der Oberseite der Schicht 30b gestapelt und an dieser durch mehrere Bolzen 34c gehalten. An der Oberseite des Stapels ist der Außenmantel 15 auf der Oberseite der Schicht 30c gestapelt und an dieser durch mehrere Bolzen 34d gehalten. O-Ring-Dichtungen in ringförmigen Dichtungsbereichen 32, 32a, 32b und 32c verhindern, dass Kunststoffschmelze zwischen den jeweiligen flachen, einander axial zugewandten, aneinander anstoßenden Flächen nach außen strömt, die zwischen der Werkzeugbasis 11, den Schichten 30a, 30b, 30c und dem Mantelausguss 15 ausgebildet sind.
3 zeigt eine Planansicht der allgemeinen Anordnung für ein typisches Blasfolienextrusionswerkzeug 10 des Reguläraufteilungstyps mit mehreren Schichten, z.B. 30a, 30b und 30c von 2. Wie in 3 gezeigt ist, wird die Schicht 30a von einem Extruder 4a durch ein Schmelzenrohr 6a beschickt. Die Schicht 30b und der zugeordnete Extruder 4b und das zugeordnete Schmelzenrohr 6b sind in einem Winkel zur Schicht 30a und deren zugeordnetem Extruder 4a und Schmelzenrohr 6a angeordnet. In ähnlicher Weise sind die Schicht 30c und deren zugeordneter Extruder 4c und zugeordnetes Schmelzenrohr 6c in einem Winkel zur Schicht 30b und deren zugeordnetem Extruder 4b und Schmelzenrohr 6b angeordnet. Dieser Winkel, z.B. ungefähr 60 Grad, ist derart ausgewählt, dass er groß genug ist, einen Abstand zwischen benachbarten Extrudern und Schmelzenrohren bereitzustellen. Ein ringförmiger Werkzeugausguss 16 ist durch die Außenfläche des Innenmantels 12 und die Innenfläche des Außenmantels 15 gebildet. Mehrere Bolzen 34d sind angeordnet, um den Außenmantel an seinem Platz zu halten. Mehrere Bolzen 34b, die in 2 gezeigt sind, befinden sich direkt neben mehreren Bolzen 34d. Mehrere Bolzen 34a und 34c, die ebenfalls in 2 gezeigt sind, befinden sich übereinander und sind zwischen mehreren gestapelten Bolzen 34b und 34d derart angeordnet, dass sie einander nicht stören. Eine beliebige Anzahl von Schichten kann durch diesen Ansatz aufgenommen sein, einfach indem dieselben übereinander gestapelt und durch Bolzen an ihrem Platz gehalten werden, wie in den 2 und 3 gezeigt ist.
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts des Werkzeugs 10 von 1, der die Schicht 30a enthält, und 4a ist eine plane Draufsicht. Die Schicht 30a ist aus einer Serie von ineinander angeordneten, konzentrischen Ringen (Zuführring 40, Verteilungsring 42 und Rekombinationsringe 45, 46) zusammengesetzt, die die Funktionen der Zuführung, Verteilung und danach Rekombination des Stroms von geschmolzenem extrudiertem Material erfüllen. In der gezeigten Ausführungsform treten Kunststoff und Polymerstrom radial durch einen Zuführdurchgang 50 zum Außendurchmesser des Verteilungsrings 42.
Wie am deutlichsten in 4 und 4a gezeigt ist, ist der Zuführring 40 ringförmig und weist eine im Allgemeinen vertikale Fläche auf, an der das Schmelzenrohr 6a angebracht ist, und einen Zuführdurchgang, der sich radial durch denselben zu einer gestuften Innenfläche erstreckt, die mit der äußeren, radial gerichteten Fläche des ringförmigen Verteilungsrings 42 in Eingriff steht.
Der Verteilungsring 42 definiert wiederum eine äußere, radial gerichtete Fläche, die eine Serie von ringförmigen Stufen 42a, 42b, 42c bildet, von denen jede eine im Allgemeinen vertikal (aber leicht geneigt), radial weisende Wand aufweist und die in dieser Ausführungsform durch ebene, parallele (zueinander und senkrecht zur Achse des Werkzeugs und der Schicht) ringförmige Flächen getrennt sind. Die Unterseite des obersten, den größten Durchmesser aufweisenden Wandabschnitts 42a und die Unterseite des Wandabschnitts 42b mit mittlerem Durchmesser bilden eine Dichtung gegenüber entsprechenden Flächen, die an dem inneren radialen Durchmesser des Zuführrings 40 ausgebildet sind. Die O-Ringe 43a und 43b sorgen für Dichtungen an den anliegenden Flächen und die Bolzen 44 (siehe 2) halten den Verteilungsring und den Zuführring fest zusammen.
An seiner Innenseite enthält der Verteilungsring 42 einen ringförmigen Aufteilungsplattenabschnitt 42d, der an der Gesamthöhe des Verteilungsrings zentriert ist, aber selbst eine vertikale Höhe (gemessen entlang der Achse des Verteilungsrings und des Werkzeugs) aufweist, die nicht größer ist als ungefähr 20% des gesamten Verteilungsrings 42. Wie am deutlichsten in 4 gezeigt ist, sind in der gezeigten Ausführungsform die obere und untere Fläche des Aufteilungsplattenabschnitts 42d eben und parallel zueinander über den Großteil der radialen Breite des Aufteilungsplattenabschnitts hinweg, aber verjüngen sich benachbart dem Innenrand des Aufteilungsplattenabschnitts zueinander hin.
Die Rekombinationsringe 45 und 46 überlagern die Oberseite und Unterseite des Aufteilungsplattenabschnitts 42d und sind durch Bolzen 34 miteinander verbunden. Benachbart zu ihren radial inneren Rändern verlaufen die Rekombinationsringe radial innerhalb des inneren radialen Randes des Aufteilungsplattenabschnitts, sind einander dicht benachbart und schließen nahe der Außenfläche des inneren Mantels 12 ab.
Die prinzipielle Funktion des Verteilungsrings 42 ist es, den Einzelstrom von dem Zuführring 40 in eine Anzahl von 2ⁿ identische Stromabschnitte (in der bevorzugten Ausführungsform 2³, d.h. 8) aufzuteilen. Um dies zu erreichen, ist eine Serie von Stromaufteilungskanälen 52, 54 und 58 in die äußere, im Allgemeinen vertikale radial gerichtete Fläche der Stufe 42b eingearbeitet. Die Größe und/oder Menge von Aufteilungskanälen (die Kanäle 52, 54 und 58 sind in der gezeigten Ausführungsform gezeigt) ist nur durch die vertikale Abmessung des Außendurchmessers des Verteilungsrings 42 begrenzt. Stromaufteilungskanäle 52, 54 und 58 unterteilen die Schmelze von dem Zuführdurchgang 50 des Zuführrings 40 in acht getrennte radiale Öffnungsströme 59. Weil der größte Teil des Stroms sich zwischen den radial weisenden Flächen des Zuführrings 40 und des Verteilungsrings 42 befindet, versteht es sich, dass die Kräfte 41a und 41b entlang der Werkzeugachse, welche dazu tendieren, den Verteilungsring 42 und den Zuführring 40 voneinander weg zu bewegen, relativ gering sind, da sie nur auf den vorspringenden Bereich (aus einer Planansicht) zwischen den Dichtungen 43a und 43b wirken.
Die Anordnung der Verteilungskanäle ist am deutlichsten in 4b gezeigt, welche eine auseinander gefaltete (oder auseinander gewickelte) schematische Ansicht ist, die die radial nach außen weisende Fläche des Wandabschnitts 42b des Verteilungsrings 42 zeigt. Wie gezeigt ist, erstrecken sich alle Aufteilungskanäle 52, 54 und 58 in Umfangsrichtung um die nach außen gewandte Fläche des Verteilungsrings herum und liegen im Allgemeinen senkrecht zur Achse des Werkzeugs. Der Strom vom Einlasszuführdurchgang 50 tritt durch einen kurzen Kanal 51, der parallel zur Werkzeugachse und im Allgemeinen senkrecht zum Aufteilungskanal 52 verläuft, nach unten in das Zentrum des Aufteilungskanals. Der Kanal 52 windet sich insgesamt 180 Grad um das Äußere des Verteilungsrings 42, 90 Grad in entgegengesetzten Richtungen von dem Punkt, an dem der Strom von dem Einlass 50 in den Kanal 52 eingeführt wird und trennt den Schmelzenstrom von dem Einlass 50 in zwei entgegengesetzt gerichtete Ströme. An jedem der Enden des Kanals 52 leitet ein kurzer vertikaler Kanal 53 den Strom in die jeweilige Hälfte des Kanals 52 (axial von der Werkzeugschicht) in das Zentrum eines jeweiligen Stromkanals 54. Aufteilungskanäle 54 winden sich jeweils um insgesamt 90 Grad (45 Grad in jede Richtung von dem Punkt, an dem der Strom von einem Kanal 53 in den jeweiligen Kanal 54 geleitet wird) um das Äußere des Verteilungsrings 42 und teilen den Schmelzenstrom von den Kanälen 52 in insgesamt vier Ströme. An jedem Ende jedes Aufteilungskanals 54 wird jeder jeweilige Stromabschnitt wieder durch einen kurzen Kanal 55 wieder um einen kurzen Abstand vertikal geleitet in das Zentrum eines jeweiligen Aufteilungskanals 58. Jeder der Aufteilungskanäle 58 windet sich um 45 Grad (22,5 Grad in entgegengesetzten Richtungen von dem Punkt, an dem der Strom von dem Kanal 55 in den jeweiligen Aufteilungskanal 58 geleitet wird) um das Äußere des Verteilungsrings 42 und teilt wieder den Strom, dieses Mal in insgesamt acht gleiche Stromabschnitte. An jedem Ende jedes Aufteilungskanals wird der jeweilige Stromabschnitt in einen von acht radialen Kanälen 57, 59 geleitet, die den Stromabschnitt radial durch den Verteilungsring 42 zu (wie in 2 und 4 gezeigt) entweder der oberen (im Falle der Kanäle 59a, b, c, d) oder der unteren (im Falle der Kanäle 59a', b', c', d') Fläche des Aufteilungsplattenabschnitts des Verteilungsrings fördern. Wie gezeigt ist, verläuft jeder radiale Kanal 59' radial nach innen von einem jeweiligen der Aufteilungskanäle 58 zu der jeweiligen Fläche des Aufteilungsplattenabschnitts 42d, an einem Punkt gerade radial außerhalb des verjüngten Abschnitts des Aufteilungsplattenabschnitts. Der Polymerschmelzenstrom von den Aufteilungskanälen 58 wird gleichermaßen zu dem oberen und unteren Aufteilungsplattenabschnitt aufgespalten, die Hälfte geht zu oberen Öffnungen 56a, 56b, 56c und 56d und die andere Hälfte zu unteren Öffnungen 57a, 57b, 57c und 57d.
Man beachte, dass alle Strömungsdurchgänge 50, 52, 54, 58, 59 der Aufteilungsplatte 42 symmetrisch sind, so dass die von der Schmelze zurückzulegende Pfadlänge, um jede Öffnung zu erreichen, gleich ist, was eine gleichmäßige Verteilung sicherstellt.
An den Rekombinationsringen 46 teilen obere Öffnungen 56a, 56b, 56c und 56d auf der oberen Seite der Aufteilungsplatte 42d ihren zugeordneten Schmelzenstrom gleichmäßig in vier im gleichen Abstand angeordnete Positionen zwischen der oberen Seite der Aufteilungsplatte und dem oberen Rekombinationsring 46. Am Ring 45 teilen untere Öffnungen 57a, 57b, 57c und 57d ihren zugeordneten Schmelzenstrom gleichmäßig in vier im gleichen Abstand angeordnete Positionen zwischen der unteren Seite der Aufteilungsplatte und dem unteren Rekombinationsring 45. Die Positionen an der oberen Seite der Aufteilungsplatte sind in der Mitte zwischen denjenigen Positionen an der unteren Seite der Aufteilungsplatte.
Wie am deutlichsten in 4 und 5 zu sehen ist, ist ein Paar von radial im Abstand angeordneten, ringförmigen Kanälen 60, 64 in die untere Fläche der Rekombinationsplatte 46 eingeschnitten und ein ähnliches Paar von radial im Abstand angeordneten, ringförmigen Kanälen 70, 74 ist in die obere Fläche der Rekombinationsplatte 45 eingeschnitten. Eine Mehrzahl von bogenförmigen Rekombinationserhebungen 62 ist in der unteren Fläche der Rekombinationsplatte 46 zwischen Kanälen 60, 64 vorgesehen, und eine ähnliche Mehrzahl von bogenförmigen Rekombinationserhebungen 72 ist in der oberen Fläche der Rekombinationsplatte 45 zwischen den Kanälen 70, 74 vorgesehen. Finale Erhebungen 60, 76 sind jeweils in der unteren Fläche der Rekombinationsplatte 46 zwischen dem Kanal 64 und dem inneren radialen Rand der Aufteilungsplatte des Verteilungsrings 42 und der oberen Fläche der Rekombinationsplatte 45 zwischen dem Kanal 74 und dem inneren radialen Rand der Aufteilungsplatte vorgesehen. In dieser Ausführungsform begrenzt jede bogenförmige Erhebung einen Bereich von etwas weniger als 90.
Im Allgemeinen strömt Schmelze von den radialen Kanälen 59 entweder in den Kanal 60 durch die Öffnungen 56 oder in den Kanal 70 durch die Öffnungen 57. Von den äußeren Kanälen 60, 70 des Rekombinationsrings strömt die Schmelze nach innen über jeweilige Rekombinationserhebungen 62, 72 oder durch Rekombinationskanäle 61, 71 zwischen benachbarten Enden von Abschnitten der Erhebungen zu inneren Rekombinationskanälen 64, 74. Die obere Schmelze strömt dann aus dem inneren Rekombinationskanal 64 zwischen der finalen Erhebung 66 und der Aufteilungsplatte 42d aus, während die untere Schmelze aus dem inneren Rekombinationskanal 74 zwischen der finalen Erhebung 76 und der Aufteilungsplatte 42d ausströmt. Die Rekombinationsdichtungen 47 und 49 verhindern, dass Schmelze jeweils von den äußeren Rekombinationskanälen 60 und 70 nach außen austritt. Die obere und untere Schmelze strömt an der inneren Spitze der Aufteilungsplatte 42d zusammen, was einen Kombinationsstrom 68 bildet, der nach innen zur Außenwand des Innenmantels 12 gefördert wird, wo er den zylindrischen Kunststoffschmelzenstrom 14a bildet.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Rekombinationskanäle, Rekombinationserhebungen und finalen Erhebungen in die Flächen der Rekombinationsringe 45, 46 eingeschnitten, und die obere und untere Anlagefläche der Aufteilungsplatte 42d des Verteilungsrings 42 sind im Allgemeinen eben. In anderen Ausführungsformen können einige oder alle derselben in die Aufteilungsplatte eingeschnitten sein.
Die Anordnung der Rekombinationskanäle und Erhebungen an der unteren Fläche auf dem oberen Rekombinationsring 46 ist am deutlichsten in 5 zu sehen, die eine schematische, gestreckte Planansicht der Rekombinationsbereiche symmetrisch um die Öffnung 56a aus der Sicht von oben ist. Der Strom tritt in den äußeren Rekombinationskanal 60 durch die obere Öffnung 56a ein, aus der Sicht in 4a, eine Hälfte strömt im Uhrzeigersinn den äußeren Rekombinationskanal 60 in Richtung zur oberen Öffnung 56d hinab und die andere Hälfte strömt im Gegenuhrzeigersinn zur oberen Öffnung 56b hin. Wenn die Schmelze in entgegengesetzten Richtungen den Kanal hinab (d.h. in Umfangsrichtung des Werkzeugs) strömt, strömt ein Teil der Polymerschmelze radial nach innen über die Rekombinationserhebung 62a zum inneren Kanal 64. Der Rest der Schmelze strömt in Umfangsrichtung in dem Kanal 60 bis er die Enden der Rekombinationserhebung 62a (die an der Öffnung 56a zentriert ist und einen Bogen von geringfügig weniger als 90 Grad begrenzt) erreicht, an welchem Punkt er den ähnlichen, aber entgegengesetzten Schmelzenstrom trifft, der von den oberen Öffnungen 56d und 56b stammt. Hier vereinigen sich die entgegengesetzten Ströme oder "verschweißen", wobei jeweils Hochstromschweißnähte 80a und 80b gebildet werden. Diese vereinigten Ströme wenden und strömen nach innen durch die jeweiligen radialen Rekombinationskanäle 61a und 61b an den entgegengesetzten Enden der Erhebung 62a in den inneren Rekombinationskanal 64.
In der inneren Rekombinationskanalerhebung 64 strömt die Schmelze sowohl radial nach innen über die finale Erhebung 66 als auch in entgegengesetzte Umfangsrichtungen den inneren Rekombinationskanal 64 hinab. Der Strom den inneren Rekombinationskanal 64 hinab ist dem über die Rekombinationserhebung 62a kommenden Strom überlagert und strömt ebenfalls radial nach innen über die finale Erhebung 66. Das Profil (d.h. die Konfiguration) des Stroms radial innen der finalen Erhebung 66 hängt in weitem Maße von der Konstruktion der finalen Erhebung ab, welche, wie hierin im Folgenden diskutiert wird, mit variabler Länge und/oder Spalten konstruiert sein kann, um ein gewünschtes Schmelzenströmungsprofil zu programmieren.
5a ist ähnlich zu 5, außer dass 5a die Anordnung der Rekombinationskanäle und Erhebungen in dem unteren Rekombinationsbereich zwischen der unteren Fläche des Aufteilungsplattenabschnitts und des unteren Rekombinationsrings 45 aus der Sicht von oben zeigt. Obwohl der Strom in den unteren Rekombinationsbereich von den Öffnungen 57 stammt, zeigt 5a die Anordnung symmetrisch um die obere Öffnung 56a zum oberen Rekombinationsbereich, so dass die Beziehung zwischen dem oberen Rekombinationsbereich (von 5) und unteren Rekombinationsbereich (von 5a) am einfachsten gewürdigt wird.
Im unteren Rekombinationsbereich erreicht der Strom den äußeren Rekombinationskanal 70 durch die unteren Öffnungen 57d und 57a (gezeigt, und ebenso durch die unteren Öffnungen 57b und 57c, obwohl in 5a nicht gezeigt). Wie in dem oberen Rekombinationsbereich strömt der Strom von jeder Öffnung den äußeren Rekombinationskanal hinab, wobei eine Hälfte des Stroms von jeder Öffnung im Uhrzeigersinn strömt und die andere Hälfte im Gegenuhrzeigersinn strömt. Wie in Verbindung mit 5 beschrieben worden ist, strömt ein Teil des Stroms im Kanal 70 radial nach innen über eine der Rekombinationserhebungen 72d und 72a, und der an den Enden der Erhebungen verbleibende Schmelzenstrom schweißt sich zusammen, um eine Hochstromschweißnaht 90a zu bilden, und strömt nach innen durch die radialen Rekombinationskanäle 71a in den inneren Rekombinationskanal 74. In der inneren Rekombination strömt die Schmelze radial nach innen über die finale Erhebung 76, ebenso wie in entgegengesetzte Richtungen den inneren Rekombinationskanal 74 hinab, wo sie unter den über die Rekombinationserhebungen 72d und 72a kommenden Strom geschichtet wird. Wie im oberen Rekombinationsbereich ist die finale Erhebung 76 mit variabler Länge und/oder Spalten konstruiert, um ein gewünschtes Schmelzenströmungsprofil zu programmieren.
Es versteht sich, dass die Rekombinationserhebungen 62 und Erhebungskanäle 61 des oberen Rekombinationsbereichs um 45 Grad gegenüber den Erhebungen 72 und Kanälen 71 in dem unteren Rekombinationsbereich verschoben sind. Diese Anordnung ordnet Hochstromschweißnähte von einem Rekombinationsring radial fluchtend mit Öffnungen von dem entgegengesetzten Rekombinationsring an.
6 und 6a zeigen zwei bevorzugte Schmelzenströmungsprofile, die eine reguläre Aufteilung aufweisen, d.h. die Querschnitte der Ströme von dem oberen und unteren Rekombinationsbereich sind identisch und passen ohne dazwischen liegenden Raum zusammen. Hochstromschweißnähte 80a und 80b (auch 80c und 80d) treten in den Niedrigstrombereichen der finalen Erhebung 66 auf. Hochstromschweißnähte 90a (auch 90b, 90c und 90d) treten in den Niedrigstrombereichen der finalen Erhebung 76 auf. Wenn der obere und untere Schmelzenstrom sich an der inneren Spitze der Aufteilungsplatte 42d vereinigen, wobei sie den Kombinationsstrom 68 bilden, wird der Bereich hohen Stroms der finalen Erhebung des entgegengesetzten Rekombinationsrings hinzugefügt und wäscht die Wirkungen der Schweißnähte aus. Durch Wählen der Form der Stromprofile 82a, 82b, (82c), 82d, 92a, (92b, 92c) und 92d derart, dass diese regulär aufgeteilt sind, greifen diese alle ineinander, um einen gleichmäßig verteilten Kombinationsstrom 68 zu bilden.
Die vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit bestimmten strukturellen Ausführungsformen beschrieben und es versteht sich, dass verschiedene Modifikationen an den oben beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie er in den angefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Rekombinationsverfahren zur Verwendung mit einer eine oder mehr Pressformschichten (30a, 30b, 30c) aufweisenden Extrusionspressform (10), bei der Material die Pressform (10) an einer ringförmigen Öffnung in einer im Allgemeinen parallel zu einer Mittelachse (18) der Pressform (10) verlaufenden Richtung verlässt, wobei das Verfahren umfasst: Aufnehmen eines Materialflusses an einer Pressformschicht (30a, 30b, 30c) und Teilen des Flusses in einen ersten Fluss und in einen zweiten Fluss; Bereitstellen des ersten Flusses in einem ersten ringförmigen Bereich (60); Bereitstellen des zweiten Flusses in einem zweiten ringförmigen Bereich (70), der axial entlang der Mittelachse (18) einen Abstand vom ersten ringförmigen Bereich (60) aufweist, wobei der Fluss zum ersten (60) und zum zweiten (70) ringförmigen Bereich jeweils in Umfangsrichtung abwechselnd Abschnitte mit höherem Fluss und Abschnitte mit niedrigerem Fluss aufweist, wobei die Abschnitte mit höherem Fluss des ersten ringförmigen Bereichs (60) mit den Abschnitten mit niedrigerem Fluss des zweiten ringförmigen Bereichs (70) axial fluchten und die Abschnitte mit höherem Fluss des zweiten ringförmigen Bereichs mit den Abschnitten mit niedrigerem Fluss des ersten ringförmigen Bereichs (60) axial fluchten; und Rekombinieren des Flusses des ersten (60) und zweiten (70) ringförmigen Bereichs, so dass Abschnitte mit höherem Fluss und Abschnitte mit niedrigerem Fluss kombiniert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen des ersten Flusses das Bereitstellen des Flusses an 2ⁿ-Positionen einschließt, die um den ersten ringförmigen Bereich (60) in Abständen angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bereitstellen des zweiten Flusses das Bereitstellen des Flusses an 2ⁿ-Positionen einschließt, die um den zweiten ringförmigen Bereich (60) in Abständen angeordnet sind, wobei jede der Positionen für den zweiten Fluss in Umfangsrichtung mittig zwischen den Positionen des ersten Flusses angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Aufnehmen einer Mehrzahl von Flüssen, einen von jeder einer Mehrzahl von Pressformschichten (30a, 30b, 30c), und ein Teilen eines jeden solchen Flusses in einen ersten Fluss und in einen zweiten Fluss.
Extrusionspressform (10) zum Erzeugen von geblasenen Folien und eine oder mehr Pressformschichten (30a, 30b, 30c) aufweisend, in denen Material die Pressform an einer ringförmigen Öffnung in einer Richtung verlässt, die im Allgemeinen parallel zu einer Mittelachse (18) der Pressform ist, wobei jede Pressformschicht (30a, 30b, 30c) einen Materialfluss aufnimmt und ein Rekombinationssystem aufweist, wobei die Pressformschicht (30a, 30b, 30c) einen ersten und zweiten ringförmigen Bereich (60, 70) zum Aufnehmen, Teilen und Rekombinieren des Materialflusses aufweist, wobei jeder ringförmige Bereich in Umfangsrichtung abwechselnd Abschnitte mit höherem und niedrigerem Fluss bereitstellt, wobei der zweite ringförmige Bereich (70) axial entlang der Mittelachse (18) einen Abstand vom ersten ringförmigen Bereich (60) aufweist, wobei die Abschnitte mit höherem Fluss im ersten ringförmigen Bereich mit den Abschnitten mit niedrigerem Fluss im zweiten ringförmigen Bereich axial fluchten, wobei der erste und der zweite ringförmige Bereich die Flüsse rekombiniert, so dass die Kombination des Flusses vom ersten und vom zweiten ringförmigen Bereich Dickeschwankungen der geblasenen Folie verringert.
Rekombinationssystem von Anspruch 5, wobei die erste und zweite Gruppe von Flusskanälen axial entlang der Mittelachse (18) mit einem Abstand von einander angeordnet sind, und in Umfangsrichtung derart versetzt sind, dass Bereiche mit höherem Fluss mit Bereichen mit niedrigerem Fluss axial fluchten, wobei die Bereiche mit niedrigerem Fluss mit Bereichen mit höherem Fluss in der zweiten Gruppe axial fluchten.
Rekombinationssystem nach Anspruch 6, wobei die erste und zweite Gruppe von Flusskanälen einen Fluss nach innen dem jeweiligen ersten (60) und zweiten (70) ringförmigen Bereich zur Verfügung stellen, wobei die Flüsse vom ersten (60) und zweiten (70) ringförmigen Bereich kombiniert werden.
Rekombinationssystem nach Anspruch 7, wobei der erste (60) und zweite (70) ringförmige Bereich jeweils einen dritten bzw. vierten ringförmigen Bereich umfasst, in dem der Fluss aufgenommen wird, und einen fünften bzw. sechsten ringförmigen Bereich, von dem ein Fluss zur Öffnung geliefert wird, wobei der dritte und vierte ringförmige Bereich koaxial zum fünften bzw. sechsten ringförmigen Bereich ist und ihn umgibt.
Rekombinationssystem nach Anspruch 8, ferner umfassend Verbindungskanäle, um den Fluss vom dritten ringförmigen Bereich zum fünften ringförmigen Bereich und vom vierten ringförmigen Bereich zum sechsten ringförmigen Bereich zu lenken.
Rekombinationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flusskanäle derart gestaltet sind, dass Flussprofile am ersten und zweiten ringförmigen Bereich der Pressform (10) identisch, aber um 180° gegeneinander versetzt sind.
Rekombinationssystem nach Anspruch 10, wobei jedes Flussprofil ein sinusförmiges Wellenmuster bildet.
Rekombinationssystem nach Anspruch 10, wobei jedes Flussprofil ein dreieckiges Wellenmuster bildet.
Rekombinationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es eine Mehrzahl von Pressformschichten (30a, 30b, 30c) gibt, die in der axialen Richtung gestapelt sind, wobei das Rekombinationssystem eine erste und eine zweite Gruppe von Flusskanälen in jeder Pressformschicht umfasst.