DE7013492U

DE7013492U - Vorrichtung zur herstellung masshaltiger kunststoff-flachfolien.

Info

Publication number: DE7013492U
Application number: DE7013492U
Authority: DE
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1969-04-14
Filing date: 1970-04-13
Publication date: 1970-07-16
Also published as: FR2043176A5; GB1310159A; US3632726A; BE748877A; DE2017602A1

Description

• * · a ι · ■ I ■

Patentanwälte Dr. Ing. Walter Abitz Dr. Dieter F. Morf Dr. Hanö-A. Brauns

tit' ι *

ι « t

I «

r I «

4 ·

Ij5. April 1970· P-I759

E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY lOth and Market Street, Wilmington, Delaware I9898, V.St.A.

Vorrichtung zur. Herstellung maßhaltiger Kunststoff-Flachfolien

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Flachfolien von guter Maßhaltigkeit, wobei eine Bahn der Folie zum selektiven Schrumpfen erhitzt wird, während sie durch ein Luftkissen gegen einen Kontakt mit Teilen der Vorrichtung gelagert ist.

Es wurden zahlreiche Versuche durchgeführt, Kunststoff-Folien durch Erhitzen maßhaltig zu machen. Es ist beispielsweise bekannt, eine Bahn aus Kunststoff-Folie zur Schrumpfung zu erwärmen und sie dadurch zu stabilisieren entweder durch Leitungswärme, indem die Bahn die Wärmequelle berührt, oder durch Strahlungswärme, indem die Bahn einer Strahlung ausgesetzt wird, oder durch Strömungswärme, indem heisses Gas gegen die Bahn geblasen wird. Diese Verfahren können entweder zur Beschädigung· der zu schrumpfenden Folie infolge des Kontakts zwischen der Folie und der Wärmequelle führen oder es. kann die Folie nicht in selektiver Weise

701349V16.7.70

I · t ·

I ·

schrumpfen, was zur Faltenbildung oder zu nicht flachen Bereichen in der geschrumpften Folie führt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Herstellung von maßhaltiger Kunststoff-Flachfolie unterscheidet sich dadurch, daß die Kunststoff-Folie mit einer Restschrumpfung zwischen, jedoch ohne Berührung mit, einer Wärmequelle und einem Wärmesumpf geführt wird, wobei diejenige Seite der Folie, welche dem Wärmesumpf näher ist, auf einer Gasschicht gelagert wird und Temperatur, Gasdruck, räumliche Verhältnisse sowie Foliengeschwindigkeit und -spannung koordiniert werden, um Maßhaltigkeit und eine selbstregulierende Ausflachung von Falten zu erzielen, die bereits bestanden haben oder die durch eine durch die Wärmequelle verursachte Schrumpfung gebildet werden.

Bei der Entwicklung von Kunststoff-Folien für 'eine Vielfalt von Zwecken ist bekannt, die Festigkeitseigenschaften der Folien dadurch zu verbessern, daß sie zumindest in einer Richtung und vorzugsweise sowohl in der Maschinenrichtung als auch quer zur Maschinenrichtung gereckt werden. Es ist ferner bekannt, daß eine solche orientierte Folie, wenn sie etwas erhöhten Temperaturen entweder während einer nachfolgenden Behandlung oder Verarbeitung oder unter Gebrauchsbedingungen ausgesetzt wird, eine Neigung zur Rückstellung oder Schrumpfung auf ihre ursprünglichen Abmessungen vor dem Recken der Folie hat. Dies ist sogar der Fall, wenn die orientierten Folien eine Hitzehärtung erfahren haben, da es üblich ist, die Hitzehärtung unter Beschränkung auszuführen. Diese Schrumpfung ist ein Problem nicht nur wegen der starken Maßveränderung, sondern es ist auch fast immer ein Ungleichförmigkeitsgrad vorhanden, der zu Falten oder Knicken führt, so daß die Folie nicht flach ist.

Für manche Zwecke ist die Schrumpfung unter Wärmeeinwirkung

gewünscht, jedoch beeinträchtigt in vielen Fällen ein solches Verhalten die Brauchbarkeit der Folien in hohem Maße. Beispielsweise tritt beim Heißsiegeln einer biaxial orientierten Folie eine beträchtliche Faltenbildung in der Folie an den Siegelungen auf, so daß eine unansehnliche und unbefriedigende Verpackung erhalten wird. Ferner besteht bei mit solchen Folien umwickelten Packungen bei Temperaturveränderungen eine Neigung zur Verzerrung und Faltenbildung. Die Fähigkeit der in diesen Anwendungsfällen benutzten besonderen Folie, ihre Grundabmessungen unter Wärmeeinwirkung beizubehalten, ist daher von grosser Wichtigkeit.

Maßhaltigkeit ist ferner besonders wichtig auf den Gebieten der Grafik, beispielsweise beim Bezeichnen von Folien, und in der Datenübertragung, beispielsweise für fotographische Filme und Magnetbänder.

Ein weiteres wichtiges Folienmerkmal ist das Flachliegen. Es wurde festgestellt, daß das Flachliegen ein sehr wesentliches Erfordernis bei einer Folie ist, die zufriedenstellend verarbeitet und in verschiedenen Anwendungsfällen im Handel verwendet werden soll. Ebenso wie Maßhaltigkeit gegen Temperaturveränderungen bei verschiedenen Verarbeitungsstufen notwendig ist, beispielsweise zur Oberflächenbehandlung und zum Beschichten, so ist das Flachliegen auch wichtig, um eine zufriedenstellende Folienbehandlung bei diesen Verarbeitungsstufen sicherzustellen. Darüber hinaus ist das Flachliegen von kritischer Bedeutung bei Verwendung der Folie beispielsweise zum Bedrucken oder Verpacken.

Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung erfolgt das Maßhaltigmachen der' Folien dadurch, daß sie unter Auflagerung auf einem Luftkissen erhitzt werden, um sie zu stabilisieren,

•	ein	Flächenkontakt	j j j > 3 > * 1 3 ί	3 * Ϊ I 1 1	1 t ■ » 3	1 > S B 1	I ■ t	anderen
F-1759
ohne daß		zwischen	der	Bahn	und

Teilen der Vorrichtung stattfindet, wenn die Bahn erhitzt wird.

Das Verfahren zum Erhitzen einer Bahn, die für einen besonderen Verwendungszweck gewählt worden ist, hängt in hohem Maße davon ab, ob eine Flächenberührung zwischen der Bahn und dem Wärmeübertragungsorgan bzw. der Wärmeübertragungsquelle zulässig ist. Die höchsten Wärmeübergangsgeschwindigkeiten werden bei einer tatsächlichen Berührung erzielt, d.h. wenn der Wärmeaustausch durch·Wärmeleitung geschieht. In vielen Fällen treten jedoch an der Bahn Oberflächenschäden infolge der Berührung auf, wie beispielsweise im Falle von Thermoplasten, die, wenn sie erhitzt werden, beträchtlich erweicht werden. Es kann auch vorkommen, daß die Bahn bei der Berünrung mit einer festen Oberfläche verkratzt oder verschrammt wird, und natürlich haben viele Materialien die Neigung zum Haftenbleiben, insbesondere bei höheren Temperaturen, so daß es nicht ratsam ist, sie in Berührung mit irgendwelchen festen Oberflächen zu bringen oder zumindest erst nachdem der Wärmeübergang stattgefunden hat.

Ferner können verschiedene Teile einer gegebenen Bahn aus Kunststoff-Folie eine ausgesprochene Neigung zeigen, stärker als andere Teile der Bahn zu schrumpfen, so daß, wenn die Bahn dadurch erhitzt wird« daß sie unmittelbar mit einer konstanten Wärmequelle in Berührung gebracht wird, diese Teile stärker als die anderen Teile schrumpfen, was eine übermässige Faltenbildung in der Bahn zur Folge hat· Diese Faltenbildung erfolgt ebenfalls, wenn die Bahn durch eine einzige konstante Wärmequelle erhitzt wird, welche in einem eingestellten Abstand von der sich bewegenden BaIm ange ordnet ist, wenn sich diese in einem bestimmten Weg im wesentlichen immer im gleichen Abstand von der Wärmequelle, z.B. mit freier Spannweite, bewegt.

Durch die Erfindung wird ferner eine Vorrichtung geschaffen, durch welche kontinuierlich und selektiv Teile der Bahn von der konstanten Wärmequelle wegbewegt werden, ^w. sie auf ihren gewünschten Wert schrumpfen, und wird die Bahn ^;a:.ilisiert = Das Schrumpfen $4r Bahn selbst bewegt diese Teile von der Wärmequelle wog und füi '. dazu, daß die Bahn nach der Stabilisierung einen flachen Zustc sucht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist die Schaffung einer Kombination von guter Maßhaltigkeit und Flachheit thermoplastischer linearer Polyesterfolien, insbesondere Polyäthylenterephthalat, wie in dem USA-Patent 2.465.319 beschrieben.

Eine Polyäthylenterephthalat-Folie, die biaxial orientiert und einer Hitzehärtung unterzogen worden ist, kann eine Restschrumpfung von mehr als 0,5 % bei 105°C zeigen. Dies ist eine stärkere Grössenänderung als bei einer Anzahl von Anwendungsfällen, besonders wenn die Folie unflach oder verzogen ist, zulässig ist. Durch die Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird das Schrumpfen einer solchen Folie drastisch und dramatisch verringert, so daß das Endergebnis eine neuartige Folie von zufriedenstellender Flachheit ist, die ausreichend maßhaltig ist, damit sie einer ungezählten Zahl von Benutzungserfordernissen gerecht werden kann. Die mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erhaltene Folie weist eine Schrumpfung von nicht mehr als 0,1 # auf, wenn sie auf eine Temperatur von 105 C während 30 Minuten erhitzt wird. · ·

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche schematische Ansicht von Teilen der erfindungsgemässen Vorrichtung, welche eine Bahn aus Kunststoff-Folie bei ihrer Bewegung unter einer Spanriwalze und zwischen einer gekrümmten stationären Wärmequelle und einem gekrümmten stationären Wärmesumpf aufweist, wodurch die Bahn

unter Beibehaltung ihrer Flachheit maßhaltig gemacht wird, und dann unter einer weiteren Spannwalz.e zeigt;

ι < ■ ·

i ι ·

• ·

Fig· 2 eine schaubildliche schematische Ansicht von Teilen einer abgeänderten Ausführungsform, bei welcher der wärmesumpf eine Walze ist;

Fig. 3 eine schaubildliche schematische Ansicht einer weiteren Abänderungsform, welche mehrere Wärmequellen und Wärmesümpfe zum Maßhaltigmachen einer Bahn aus Kunststoff-Folie zeigt;

Fig. 4 eine Draufsicht, welche in übertriebener Form und bei der Klarheit halber weggelassenen Teilen die Wärmequelle und den Wärmesumpf nach Fig. 1 zeigt, wobei die Bahn aus Kunststoff-Folie dazwischen in verschiedenen Stellungen gezeigt ist, welche Stellungen von dem Betrag abhängen, mit welchem Teile der Bahn zu einer gegebenen Zeit geschrumpft sind;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche die Wirkung einer typischen Stabilisierung einer Kunststoffbahn bei einer festen gleichmässigen Temperatur zeigt, wie sie bei dem bisherigen Stand der Technik erhalten wird, und

Fig. 6 eine graphische Darstellung, welche die Wirkungen der Kunststoffbahn-Stabilisierung zeigt, die durch die beschriebenen Verbesserungen erzielt werden.

Bei der in Fig· 1 dargestellten bevorzugten AusfUhrungsform wird eine Bahn 10 aus Kunststoff-Folie von einer Herstellungsanlage oder einer Vorrats- bzw. Zufuhrwalze (nicht gezeigt) unter eine Spann- oder Führungswalze geführt und zwischen ■ einer Wärmequelle 13 sowie einem Wärmesumpf 11 hindurchgeleitet, wobei die Folie erhitzt wird, um sie maßhaltig zu machen. Nach dem Erhitzen wird die Bahn 10 unter eine Spann-

ocsr Führungswalze 15 und zu einer Aufwickelwalze oder.. 2 einer Verwendungsstation (nicht gezeigt) geführt.

Sowohl die Wärmequelle 13 als auch der Wärmesumpf 14· sind im allgemeinen von gekrümmter Formgebung und die Bahn 10 wird so bewegt bzw. geleitet, daß sie keine der Oberflächen berührt. Im allgemeinen ist die Bahn bei ihrer Bewegung weniger als 250 Mikron (0,010 ^M) von der Wärmesumpfoberfläche entfernt und 1,2 cm (1/2 ") oder weiter von der Wärmequellenoberfläche _entfernt.

Bei der gezeigten Wärmequelle 13 handelt es sich um eine Strahlungswärmequelle, die aus elektrischen Zuleitungen besteht, welche mit Heizstäben 17 verbunden sind. Wenn gewünscht, kann eine beliebige andere geeignete Art von Wärmequelle verwendet werden. Der Wärmesumpf 14 besteht aus einer Plenumkammer 18, welche mitfeinem Füllgas unter Druck über eine Zufuhrleitung 19 beliefert wird. Falls die Gefahr besteht, daß die Folie 10 durch Luft nachteilig beeinflußt wird, kann das verwendete Gas Stickstoff, Helium oder irgendein anderes inertes Gas sein, wobei zu erwähnen ist, daß unter der hier verwendeten Bezeichnung "Gas" auch Dampf, wie überhitzter Wasserdampf, zu verstehen ist.

Die Oberseite der Plenumkammer 18 ist durch eine poröse oder durchlöcherte Wand 20 abgeschlossen, die aus einem gasdurchlässigen Material, wie Sintermetall, z.B. Sinterbronze od. dgl., hergestellt ist. Statt Sintermetall kann auch anderes gasdurchlässiges Material verwendet werden. Damit die Temperatur der Wand 20 auf der gewünschten Höhe gehalten werden kann, ist die Wand mit Rohrschlangen 21 versehen, welche mit Wasserdampf oder mit einem Kühlmittel über eine Einlaßleitung 22 beliefert werden und aus denen Kondensat über eine Auslaßleitung 23 abgezogen wird. Die Heizschlangen werden vorzugsweise mit der Wand 20 hartverlötet oder in

anderer Weise an dieser fest angebracht, um e&s* Wärmeleitung zur gasdurchlässigen Kasse Das Füllgas wird gleichmäss.g fiber die äussere des Wärmesumpfs 14 verteilt, die der Bahn IO in Form einer Strömung, welche durch die Vielzahl tem schenräumen in der porösen Wand 20 unterteilt ist, tmä. der Gasfilm, der sich benachbart der Bahn bildet, ist im wesentlichen von gleichmSssiger Dicke, so daß er die Bahn 10 ohne Berührung mit der Wand 20 des Wärmesumpfes 1* lagert.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform wird daher die Bahn 10 durch die Gasschicht über der Aussenfläche der Wand 20 des Wärmesumpfes 14 "schwimmend" und ohne Berührung mit uiesez' gehalten, während sie gleichzeitig durch die Wärmequelle 13 in Abhängigkeit von aes> linearen Geschwindigkeit der Bahn, mit der sie sich an <ter Wärmequelle vorbeibewegt, erhitzt wird. Da praktisch keine Reibung bei der Bewegung der Bahn an der Wärmequelle vorbei stattfindet, braucht nur eine geringe Zugspannung auf die Bahn bei ihrem Vorbeigang an der Wärmeübertragungsvorrichtung ausgeübt zu werden·

Die Verwendung einer porösen Oberfläche, durch welche Gas strömt, ist bei geringen Arbeitsgeschwindigkeiten besonders nützlich. Dies ist bei höheren Geschwindigkeiten nicht notwendig, da die sich bewegende Folie 10 ausreichend Luft zur Schmierung der Oberfläche des Wärmesumpfes 14 mit sich führt.

Hieraus ergibt sich, daß die Bahn 10 ohne Berührung mit dem Wärmesumpf 14 durch eine Gasschicht gelagert werden kann, die dadurch gebildet wird, daß Gas unter Druck durch die Zwischenräume in der Wand ,20 des Wärmesumpfes 14 ge- *

j ··««.· ft

F-1759

fördert wird, oder dadurch, daß eine Gasschicht durch die hohe Geschwindigkeit der sich bewegenden Bahn 10 beim Vorbeigang am Wärmesumpf 11 gebildet oder erzeugt wird.

Der Wärmesumpf 14 und seine Oberfläche brauchen nicht stationär zu sein, sondern es kann eine drehbare Walze vorgesehen werden, wie bei 24 in Fig. 2 gezeigt. Die Walze oder Trommel 24 ist in geeigneter Weise zur Drehung gelagert und kann ferner Anschlüsse für ein Wärmeübertragungsmedium und einen Gaseinlaß aufweisen.

Es können zwei oder mehrere Beheizungen an der Kunststoffbahn 10 für deren Stabilisierung durchgeführt werden, wie in Fig. 3 gezeigt. Eine erste Wärmequelle 13* ist in geeigneter Weise benachbart einer Wärmesumpfwalze 24* angeordnet und eine zweite Wärmequelle 13" ist benachbart einer zweiten Wärmesumpfwalze 24" angeordnet. Im allgemeinen ist die Verwendung einer Walze von beträchtlichem Durchmesser, beispielsweise 1 - 2 m C3 - 5 Fuß" vorzuziehen, da der Halbmesser die Genauigkeit der Lage der Folie mit bezug auf den Wärmesumpf beeinflußt. Wenn mehrere Stufen vorgesehen werden, hat vorzugsweise die Endstufe den größten Durchmesser und arbeitet diese mit der höchsten Temperatur.

Obwohl mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung eine Folie von erhöhter Maßhaltigkeit erzielt werden kann, können einige k kleine Ausbauchungen oder Falten bleiben« Diese können bei einer geringfügigen Einbuße in der Maßhaltigkeit dadurch entfernt werden, daß die Folie 10 gereckt oder in der nachstehend näher beschriebenen Weise erneut unter Zugspannung gesetzt wird.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Folie 10 aus der Stabilisierzone oder -Behandlung dem Spalt zwischen einer Abzugswalze 30, welche auf eine Temperatur unter der der Stabilisierungstemperatur jedoch über der erwarteten Gebrauchs-

η 13492 R³Oo

■ I t C · · «

temperatur der Folie erwärmt wird, und einer Leitwalze

31 zugeführt, welche mit Gummi überzogen sein kann. Von diesen Walzen aus wird die Bahn 10 dem Spalt zwischen Walzen

32 und 33 zugeführt, welche mit einer höheren Geschwindigkeit als die Walzen 30 und 31 angetrieben werden, so daß die Folie sehr leicht zwischen die beiden Sätze von Haltewalzen gezogen wird. Durch dieses Ziehen können die Bahnabmessungen bis zu 0,2 % vergrössert werden. Die Walzen 32 oder 33 können gekühlt werden, wenn keine ausreichende Kühlung zwischen den Haltewalzensätzen stattfindet· Bei der so erhärteten Folie werden die inneren Verschiebungen durch das Ziehen beim erneuten Erhitzen entspannt, jedoch sind diese * gering und inzwischen hat sich das Aussehen und das Flachliegen der nicht wieder beheizten Folie verbessert.

Die Wirkungsweise der hier beschriebenen neuartigen Vor- I richtung zum Maßhaltigmachen von Kunststoff-Folie unter Bei·* behaltung oder Verbesserung ihrer Flachheit ergibt sich am besten aus Fig. 4·

Die zu stabilisierende unbehandelte Folie 10 wird zwischen der Wärmequelle 13 und dem Wärmesumpf 14 in solcher Weise bewegt, daß diejenigen Teile der Folie, die dem Wärmesumpf 14 am weitesten abgelegen sind, stärker erhitzt werden als die Teile der Folie, die dem Wärmesumpf IH näherliegen und schrumpfen stärker. Wenn ein SchrumpfVorgang eintritt, bewegt sich die Folie 10 zum Wärmesumpf 14, wodurch sie gekühlt wird, so daß die Schrumpfung aim Stillstand gebracht wird.

Bestimmte Bereiche oder Teile der Bahn 10 der Folie haben die Neigung, stärker als andere zu schrumpfen· Diese Teile werden unter dem Einfluß der Wärme von der Wärmequelle 13 auf eine erste Temperatur erhitzt und schrumpfen rasch und werden zum Wärmesumpf 14 bewegt, worauf sie ihren stabilisierten Zustand erreichen und ihre im wesentlichen flache

• · I

F-1759

und endgültige Stellung mit bezug auf den Wärmesumpf, in welchem Zustand und in welcher Stellung keine weitere Schrumpfung mehr erfolgt. Die anderen Bereiche der Bahn 10, I die nicht so viel geschrumpft sind wie die ersten geschrumpften Cstabilisierten) Bereiche bei der ersten

Temperatur, haben die Neigung* sich nach aussen zur Wärmequelle 13 auszubauchen, so d& sie stärker auf eine zweite Temperatur erhitzt werden, während welcher Zeit sich diese Teile der Bahn 10 von der Wärmequelle 13 weg und zu dem gleichen stabilisierten Zustand und stabilisierten Stellung mit bezug auf den Wärmesumpf 14 wie die anderen ersten stabilisierten Teile der Bahn 10 bewegen, worauf ebenfalls keine weitere Schrumpfung mehr erfolgt.

Die Gasschicht zwischen der Folie 10 und dem Wärmesumpf 14 schmiert dessen Oberfläche, vermeidet Verkratzungen und andere Beschädigungen, wenn sich die Folie 10 über der Wärmesumpfoberfläche bewegt und bildet eine Wärmegrenze, so daß die durch die Folie 10 erreichte Temperatur von oem Abstand vom Wärmesumpf 14 abhängt. Die Temperatur des Wärmesumpfes 14 bestimmt die Mindeststabilisierungstemperatur. Infolge der Lage der Folie im Spalt zwischen dem Wärmesumpf und der Wärmequelle und je nach dem Wärmeübergang, der Foliendicke und der Spannung ist die effektive Sabilisierungstemperatur höher als die Mindesttemperatur. Für typische Bedingungen dürfte die effektive Temperatur 5⁰C über dem Mindestwert sein.

Die Folie 10 erreicht ihre Stabilisierungstemperatur, wenn sie auf eine Stellung in einem bestimmten Abstand oberhalb des Wärmesumpfes 14 schrumpft und daher auf eine Stellung in einem bestimmten Abstand von der Wärmequelle 13 weg. In dieser selbstgesuchten Stellung wird die Bahn 10 in einem im wesentlichen flachen Zustand gehalten und erreicht sie eine Stabilisierungstemperatur,

F-1759

die niedriger als die Temperatur der Wärmequelle 13 und geringfügig, beispielsweise um 5°C, höher als die Temperatur des Wärmesumpfes 14 ist. In dieser Stellung und bei dieser Temperatur wird die Bahn unter Aufrechterhaltung ihrer Flachheit maßhaltig.

In Fig. 5 ist das Erhitzen einer Kunststoff-Folie zur Stabilisierung nach dem bisher angewendeten Verfahren dargestellt. Wenn die Temperatur To auf T erhöht wird, zeigt der Bereich A der Folie eine Grössenzunahme. Dies ist ein typisches Verhalten, das auf dem Wärmeausdehnungskoeffizienten beruht und in gereckten Polymeren unterhalb der Einfriertemperatur auftreten kann. Wenn die Temperatur weiter erhöht wird, werden die Spannungen aufgehoben und es beginnt eine Schrumpfung, wie durch die Kurven B und C gezeigt. Je höher die Temperatur ist, desto stärker ist die Schrumpfung, da zusätdLiche innere Spannungen in der Folie aufgehoben werden. B und C weichen insofern voneinander ab, als sie zwei Bereiche oder Flächen mit verschiedenen inneren Spannungsgraden darstellen, die daher eine Grössenverminderung um verschiedene Beträge erfahren. Wenn die Temperatur T erreicht ist und die Folie gekühlt ist (wie bei D und E gezeigt), sind die Abkühlungskurven zur Heizkurve A parallel und folgen im wesentlichen dem Ausdehnungskoeffizienten. Längs D und E finden weitere Erwärmungen und Abkühlungen statt voraus» gesetzt, daß die Temperatur T nicht überschritten wird« Obwohl die Abmessungen der Folie als stabilisiert bezeichnet werden können, verursachen die Unterschiede zwischen der Schrumpfung in den verschiedenen Bereichen Auebauchungen und Verformungen·

Fig. 6 zeigt Größenänderungen der neuartigen Folie· Die Heizbereiche A, B und C sind die gleichen wie in Fig. 5· Mit "Ts* ist die Temperatur des Wärnesuapfes u&ö sit

^ 12 ,

F-1759

ist die Temperatur der Heizquelle bezeichnet. Als Folge der Erhitzung findet eine Schiximpfung im Bereich C statt bis eine erste Temperatur vcj·, £m~l, welche der Temperatur Ts naheliegt, erreicht wird» ur-d dfe grosse Nähe von C su" Wärmesumpf eine weitere Schrumpfung anhält. Der Bereicl. der nicht in dem Mi _ wie der Bereich C geschrumpft ist, hat das Bestreben zur Ausbauchung näher dem Heizer und erreicht eine heissere zweite Temperatur Tm-2 zwischen Ts und Th, was zur Folge hat, daß er eine zusätzliche Schrumpfung erfährt und sich der Wärmesumpfoberfläche anpaßt· Tm-2 ist die maximale Temperatur, auf welche die Folie von neuem ohne Verformung aufgeheizt werden kann· Die Kurven F und G für die Abkühlung und die erneute Erwärmung sind gegenüber D und E in dem Sinne verbessert, daß beide Maßhaltigkeit und verringerte Ausbauchungen haben, d.h. die Folie ist flacher.

Die folgenden Beispiele zeigen die wesentliche Verbesserung in der Maßhaltigkeit und in der Flachheit, die sich dadurch erzielen läßt, daß die Kunststoff-Folie einer Kombination von Maßnahmen unterzogen wird, welche das neuartige Verfahren bilden.

Beispiel 1

Eine Polyesterfolie mit einer Breite von 1,2 cm (1/2 "> und einer Dicke von 25 Mikron (0,001 "), die im Handel unter dem Warenzeichen "Mylar", Type A, erhältlich ist, das der E.I. du Pont de Nemours and Company gehört, wurde über einen Wärmesumpf in Form eines porösen Bronzezylinders mit einem Durchmesser von 2,5 cm (1 ") gezogen. Eine Luftströmung wurde so aufrecht erhalten, daß die Folie gerade oberhalb des Zylinders gelagert ist und ein Luftlager bzw. ein Luftkissen für die Folie bildet. Die Wärmequelle war ein Patronenheizelement mit einem Durchmesser von 1,2 cm

- 13 -

F-17S9

(1/2 ⁿ) und einem Stromverbrauch von 4 Watt je mm ClOO Watt je Zoll) Breite und sie war rotglühend. Der Spalt zwischen dem Heizelement und dem Zylinder betrug etwa 6 mm Cetwa l/U "). Die Folie wurde mit 9,5 cm C3 3/4 ⁿ> je Sekunde über den porösen Zylinder gezogen und die Spannung betrug weniger als 7 kg/cm (100 psi). Die Behandlungs- bzw. Bestrahlungszeit betrug etwa 0,2 Sekunden und die Folie schrumpfte in Anpassung an den Zylinder und wurde dann aufgewickelt.

Ein Streifen behandelter Folie von 25 cm Länge wurde mit einem Gewicht von 3,9 g/mm (100 g je Zoll) Breite belastet. Die Länge wurde mit einem Kathetometer gemessen. Der Streifen wurde unbelastet in einen Luftofen bei 105⁰C während 30 Minuten aufgehängt. Er wurde aus dem Ofen entfernt, auf Raumtemperatur abgekühlt und die Länge wie vor gemessen. Das Aussehen der behandelten Folie war besser als das der unbehandelten Folie. Die in der neuartigen Weise behandelte Folie schrumpfte weniger als 0,1 %, während die unbehandelte Folie mit 0,5 % unter den gleichen Bedingungen schrumpfte.'

Beispiel 2

Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde mit einer "Mylar"-Polyesterfolie, Type T, wiederholt, die eine hohe Festigkeit in der Längsrichtung hat. Die Schrumpfung bei 105⁰C betrug weniger als 0,1 % für die behandelte stabilisierte Folie und 1,5 % für die unbehandelte Folie.

Beispiel 3

Zur Demonstration der Bedeutung des Wärmesumpf-Gaskissens

Il t β « * » I «

J » JtIlIt · · ·

wux a der poröse Zylinder des Beispiels 1 weggenommen.und der 's^such wiederholt* Die Folie wurde stark verzerrt.

Beispiel

Eine 38 Mikron (0,0015 ") "Mylar" A Folie mit einer Breite von 2 5, 4 cm ClO ") wurde über eine Stahlheizplatte von einem Krümmungshalbmesser grosser als 30 m ClOO Fuß) ge» fördert. Die Platte wurde durch Strahlungshexzstäbe beheizt, die einen Abstand von 7,6 cm C3 ") von der Platte hatten und die Folie wurde mit 2,13 m (7 FuB) je Minute bewegt. Luft wurde an der Vorderkante der Heizplatte durch einen porösen Block in gerade ausreichender Menge zugeführt, um eine Berührung zwischen der Heizplatte und der Folie zu verhindern. Unter Strahlungswärme wurde die Folie flach bei einer Schrumpfung bei 105⁰C von 0,1 % gegen 0,7 % für die unbehandelte Folie. Wenn die Heizelemente weggenommen wurden, trat bei der Folie eine starke Faltenbildung auf.

Beispiel 5

Die Anordnung nach Beispiel 4 wurde mit einer 102 Mikron CO,004 ·') orientierter hitzegehärteter Polyäthylenterephthalatfolie verwendet. Die Maßhaltigkeit war verbessert, jedoch war die stabilisierte Folie nicht so flach wie die unbehandelte Folie. Die Folie wurde mit 137 cm (4 1/2 Fuß) je Minute zwischen wwei Sätzen von Haltewalzen, die auf 75°C erhitzt wrren, unter einer leichten Spannung hindurchgeführt. Die Flachheit wurde verbessert, wie in Tabelle I gezeigt.

7O13492i6."7."o"

F-17S9

Tabelle I

Maßhaltigkeit bei Flachheil; 10S⁰C

I© TO

unbehandelte Folie

0,5 % 0,4 %

behandelte Folie

(Mafihaltig. gemacht) . 0,04 % O₉I % Behandelte Folie

CMaflhaltig gemacht

und erneut gespannt) 0,24 % 0,18 %

15 16

Die Flachliege-Faltenzahl wurde dadat^h erhalten, daß die Folie auf eine dunkel gefärbte flache Oberflache aufgelegt wurde und durch Augenschein die Reflexionen beobachtet wurden, wenn die Folie in normaler Weise beleuchtet wird·

Das Giessen oder Extrudieren von Polvesterfolie und das Recken derselben kann« wenn gewünscht, durch eine beliebige herkömmliche Vorrichtung erfolgen· Eine besonders geeignete Folienherstellungs- und Reckmaschine ist in dem USA-Patent 2.823.421 beschrieben.

701341216.7.70

Claims

1 I t

F-1759 13. April 1970

hutzansprüoh e

Vorrichtung zur Herstellung maßhaltiger Kunststoff-Flachfolien, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Folie mit einer Restschrumpfung zwischen, jedoch ohne Berührung mit, einer Wärmequelle und einem Wärmesumpf geleitet ^v wird, wobei diejenige Seite der Folie, die dem Wärmesumpf näherliegt, auf einer Gasschicht gelagert wird, und Temperatur, Gasdruck, räumliche Verhältnisse sowie Foliengeschwindigkeit und -spannung so koordiniert werden, daß Maßhaltigkeit und ein selbstregulierendes Ausflachen von Falten erzielt wird, die vorher bestanden oder durch die Schrumpfung gebildet wurden, welche durch die Wärmequelle verursacht wurde.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Spannen der Folie nach dem Erhitzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus Polyäthylenterephthalat ist.

k. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Folie zusätzlich dadurch ausgeflacht wird, daß sie nach dem Erhitzen gespannt wird.

5. Vorrichtung zur Herstellung maßhaltiger Kunststoff-Flachfolien, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bewegen der Folie (10) an einer Wärmequelle (IJ) und an einem Wärmesumpf (14) vorbei, die einander benachbart und auf entgegengesetzten Seiten der Folie angeordnet sind, Mittel

- 17 -

P-1759

zur Lagerung der Folie ausser Berührung mit dem Wärmesiimpf, wenn sie zwischen dem Wärmesumi·· und der Wärmequelle bewegt; wird, welche Lagerungsmittel durch eine dünne GasschicBt zwischen der Folie und dem Wärmesumpf gebildet werden, die Wärmequelle eine ers^e Temperatur hat und der Warmesumpf eine zweite Temperatur, die niedriger als die erste Temperatur ist, so daß die Folie beim Erhitzen durch die Wärmequelle eine bestimmte Stellung oberhalb des Wärmesumpfes sucht, wodurch die Folie auf eine bestimmte Stabilisierungstemperatur erhitzt und ausgeflacht wird.

- 18--

701343216.7.70