HU189238B - Method and apparatus for producing bi-directionally oriented hose of heat shrinking - Google Patents

Description

A találmány szerinti eljárás során és berendezésben egy polietilénből vagy etilén kopolimerből extrudált, majd térhálósított tömlőt (1) olyan folyadékfürdőn (2) vezetnek át, amelynek hőmérséklete megközelíti a tömlő anyagának kristályos olvadáspontját. A fürdőből kilépő tömlőből két záró hengerpár (3) között buborékot fújnak és a folyamatos tágítás során a tágítás mértékét a tömlő haladási irányával párhuzamosan, vagy azzal változtatható szögbe állított deformáló elemekkel (10, 13) szabályozzák. Az eljárás és a foganatosítására szolgáló berendezés növeli a gyártási biztonságot és javítja a mérettartást.

189 238

A találmány tárgya javított eljárás és berendezés két irányban orientált, hőre zsugorodó tömlő előállítására.

A korszerű csomagolástechnikában egyre szélesebb körben alkalmaznak hőre zsugorodó csomagolóanyagokat, többnyire tömlőből konfekcionált tasak vagy fólia alakjában. Ezek a csomagolóanyagok hősokk hatására zsugorodnak, ezáltal védelmet adnak a terméknek, ugyanakkor tetszetős külsőt biztosítanak számára. A hossz- és keresztirányú zsugorodás legelőnyösebb mértékét az alkalmazási körülmények szabják meg.

Polivinilidén-klorid (PVDC) alapú, két irányban zsugorodó tömlők előállítására szolgál a 2 452 080 sz. USA-beli szabadalmi leírás. Eszerint a PVDC-t függőlegesen lefelé egy folyadékfürdőbe extrudálják, majd túlhűtött állapotban két záró hengerpár közé vezetik. A túlhűtött PVDC csövet a két hengerpár között a kívánt átmérőre fújják fel. Az eljárás hátránya egyebek között, hogy csupán PVDC alapú zsugortömlő előállítására alkalmas, a PVDC-nek pedig rossz a hidegállósága és a méret) stabilitása, ezenkívül felhasználása bizonyos alkalmazásokban egészségügyi előírásokba is ütközhet.

Az 1 390 430 sz. angol szabadalmi leírás egy extruder fejében elhelyezett csövön keresztül gázt (pl. levegőt) bocsát a frissen extrudált csőbe, amelyet ily módon buborékká fúj fel. Az anyagot ezután két elmozdítható záróhengerpár közé vezeti, majd egy feltekercselő hengerre viszi fel. Ez az eljárás térhálósítatlan fóliák orientálására szolgál. Az ilyen fóliákat a kristályos olvadáspontnál jóval mélyebb hőmérsékleten kell orientálni. Ez indokolja, hogy a hossz- és keresztirányú orientációt az extruderfejtől viszonylag messze, a két záró hengerpár között hideg anyagon végezzék, viszont a hideg anyag orientációjához szükséges nagy nyomás tartására alkalmas elmozdítható záró hengerpárok műszaki megoldása bonyolult és hibaforrásokkal terhelt.

A 3 022 543 sz. USA-beli szabadalmi leírás egy polietilén, etilén-kopolimer vagy hasonló alapanyagból készülő tömlő extrudálása és tágítása közé elektrongyorsítóval történő térhálósítást iktat be. Ezáltal megszűnik a tömlőanyag megolvadásának veszélye a tágítási és zsugorítási folyamatban, és nagyobb zsugorereiű tömlők és fóliák előállítására nyílik lehetőség. Így az extruderhez kapcsolódó, tömlő előállítására szolgáló buborék levegővel való feltöltése és a megfelelő nyomás, illetve légtérfogat biztosítása ismert módon, az extruder fején át történik, míg a tágító (orientáló) buborék kialakítása történhet - ugyancsak ismert módon - egy furattal ellátott tűvel (injekciós tűvel) a tömlő falának átszúrása útján. Maga a tágítási folyamat, legalábbis nagy részében, tágító fürdőben (vízfürdőben) játszódik le, amelynek hőmérsékletét a térhálós anyag olvadáspontjához közeli hőmérsékleten tartják. Az itt ismertetett berendezés alkalmas nagy zsugorerővel rendelkező térhálós zsugortömlők és zsugorfóliák folyamatos előállítására. Az eljárás hátránya, hogy az ismertetett módszerek alkalmazásával körülményes a tágított tömlő pontos méretreállítása. Komoly problémát okoz továbbá, ha a folyamatos üzemben bármilyen zavar lép fel, pl. az extrudált tömlő vastagsága egyenetlen, vagy a töm lő térhálóssága egyenlőtlen az elektrongyorsító üzeme vagy a tömlőben lévő adalékanyagok helyi inhomogenitása miatt, vagy pedig ha a tágító (orientáló) buborékból gáz szökik meg. Ilyenkor a ⁵ buborékban lévő gáz mennyisége nem elegendő arra, hogy a folyadékfürdőben lévő tömlőszakaszt megfelelően feltágítsa, és így a tágított tömlőn betüremlés keletkezik. Néhány másodperc múlva, amint a hibás tőmlőszakasz elhagyta a fürdőt, a ¹⁰ tágítás ismét beáll a kívánt méretre. Amint azonban a fent említett betüremlés eléri a felső, záró hengerpárt, az a betüremlett szakasz kisebb mérete miatt kevesebb levegőt sajtol ki a tömlőből. Ez a levegőmennyiség nem elegendő a megfelelő mérté⁵ kű tágításra, és így a betüremlés átmásolódik az éppen a tágítófürdőben tartózkodó, tágítandó tömlőre. A rendszer ezáltal pulzálni kezd, periodikusan betüremlett, használhatatlan terméket eredményezve. Ez a jelenség tapasztalatunk szerint nemcsak helyi hibáknál lép fel, hanem felléphet az üzemi paraméterek (sebesség, vízhőmérséklet) kismértékű megváltoztatásakor is.

Azt is tapasztaltuk, hogy e fogyatékosságot nem lehet a levegőmennyiség injekciós tűvel való pótlásával megnyugtatóan kiküszöbölni. Mindenekelőtt, a tömlő felszúrásával hibákat visznek be a továbbiakban automatikus konfekcionálógépen feldolgozandó tömlőbe. Továbbá a feltágított tömlő (buborék) levegőtartalmának utánpótlása az in³⁰ jekciós tűn keresztül történő befújással kényesebb feladat, mint a buborék kezdeti létrehozása a még tágítatlan térhálós tömlőből. A tágító buborék indításkor történő létrehozása alkalmával ugyanis viszonylag vastag, közel feszültségmentes falat ³⁵ szúrnak át, míg a tágított tömlő fala igen vékony, ezért az átszúráskor könnyen felreped. Különösen nehéz ilyen körülmények között a finom méretreállítás. Tapasztalatunk szerint amennyiben a 3 022 543 sz. USA-beli szabadalmi leírásnak meg⁴⁰ felelő berendezésben a tömlőtágítás folyamán betüremlés keletkezik, és a rendszer az ismertetett értelemben pulzálni kezd, célszerű a teljes gyártási sor leállítása és újraindítása, mert így tudnak a legkevesebb idő- és anyagveszteséggel ismét beállni a tágí⁴⁵ tott tömlő előállításához szükséges paraméterekre. Magától értetődő, hogy a gyártósor leállítása és újraindítása időrabló és költséges.

A találmány célja a fenti hátrányok kiküszöbölése.

⁵⁰ Kísérleteink során arra a meglepő felismerésre jutottunk, hogy egyenletesen jó minőségű, két irányban ellenőrzött mértékben hőre zsugorodó térhálós tömlő állítható elő oly módon, hogy egy polietilénből vagy etilén kopolimerből extrudált, ⁵⁵ majd térhálósított tömlőt átvezetünk egy folyadékfürdőn, amelynek hőmérséklete közel azonos a tömlő anyagának kristályos olvadáspontjával, majd egy záró hengerpár fölött elhelyezett második záró hengerpárral kihúzzuk, miközben a két záró

SO hengerpár között a tömlőből olyan légbuborékot képezünk, amelynek mérete az extrudált tömlő méretéhez képest mind hossz-, mind pedig keresztirányban 50-500% nyújtást képvisel, és a tágítás mértékét a buborék mentén, a tömlő haladási irá65 nyával párhuzamosan vagy azzal változtatható

189 238 szögbe állított deformáló elemekkel a kívánt értékre állítjuk be.

További meglepő felismerésünk, hogy a tágított tömlő méretstabilitása egyes esetekben fokozható oly módon, hogy a tömlőt a folyadékba merülő záró hengerpár felett, tágítatlan állapotban 5-50 cm magasságig folyadékkal, célszerűen vízzel töltjük fel. Az optimális vízmennyiség az alapanyagtól, a térhálósság fokától és a kívánt tágítási méretektől függően, esetenként állapítható meg.

A fentiek alapján a találmány eljárás egyenletesen jó minőségű, két irányban ellenőrzött mértékben hőre zsugorodó, térhálós zsugortömlő előállítására, ahol egy polietilénből vagy etilén kopolimerből extrudált, majd elektrongyorsítóval térhálósított tömlőt átvezetünk egy folyadékfürdőn, előnyösen vízfürdőn, amelynek hőmérséklete közelítőleg azonos a tömlő anyagának kristályos olvadáspontjával, majd a folyadékfürdőben elhelyezett záró hengerpár fölött két terelőlemezzel megvezetve egy második záró hengerpárral kihúzzuk a folyadékfürdőből és a két záró hengerpár között a tömlőből olyan légbuborékot képezünk, amelynek mérete az extrudált, tágítatlan tömlőhöz képest hosszés keresztirányban 50-500%-os nyújtást képvisel, amelynek lényege, hogy a tágítás mértékét a buborék mentén, a tömlő haladási irányával párhuzamosan vagy azzal változtatható szögbe állított deformáló elemekkel szabályozzuk.

A találmány tárgya továbbá berendezés a fenti eljárás foganatosítására, amely folyadékfürdőből, célszerűen vízfürdőből, a fürdőben elhelyezett záró hengerpárból, valamint egy terelőlemezekkel ellátott kihúzó záró hengerpárból áll és amelynek a fürdőn áthúzott műanyag tömlő két hengerpár közötti szakasza haladási irányával párhuzamosan, vagy azzal változtatható szögben elhelyezett deformáló elemei vannak.

A találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakjában a tömlőt megvezető terelőlemezekhez csuklósán deformáló elemek csatlakoznak, amelyek szögállása változtatható.

A találmány szerinti berendezés egy további előnyös kiviteli alakjának a tömlő haladási irányával párhuzamos, szerkezetileg független deformáló (lapító) elemei vannak.

Mindkét berendezés deformáló elemei alkalmasak automatikus vezérlésre, a tömlő méretét érzékelő elektromos, pneumatikus, vagy egyéb jeladó útján. Az érzékelő és az automatika ismert elemekkel kivitelezhető, ezek műszaki megoldása nem érinti a találmány lényegét és nem képviseli a találmány tárgyát.

A két irányban nyújtott, térhálós zsugorfóliák fontos jellemzője a kereszt- és hosszirányú nyújtás és az ezzel összefüggő zsugorodási paraméterek kívánt aránya. Ennek beállítása és az előírt szinten (pl. 1:1 arányban) tartása a technológiai rendszer korszerűségével összefüggő, a technológiai folyamatszabályozásra jellemző mozzanat. A találmány szerinti eljárás és berendezés különösképpen alkalmas e fontos arány szabályozott, szigorú betartására.

A tömlőtágításnak a találmányunk szerinti deformáló elemekkel történő egyszierű és biztonságos szabályozhatósága azért meglepő, mert a buborékos tömlőtágítási folyamat hasonló a tömlőknek az extrudert követő buborék segítségével történő elő-, állításához. A tömlő-előállítás során azonban nem lehet a találmányunk szerinti deformáló elemeket használni a tömlő méretreállítására.

A deformáló elemek találmányunk szerinti szerepét és működését jobban megvilágíthatjuk a szokványos tömlőextrudálásnak és a térhálós tömlő tágításának összehasonlításával. A szokványos töinlőextrudálás, ami a fóliagyártás alapművelete, olvadékból történik. A szerszámból kilépő tömlőanyag így jóval, pl. 50-80 °C-kal a kristályos olvadáspontja feletti hőmérsékletű. A térhálós anyag ezzel szemben végtelen tömlő alakjában kerül tágításra. A hideg tömlőt folyadékfürdőben, többnyire vízfürdőben kell felmelegíteni: eközben a kristályok teljesen vagy legalábbis jelentős részben megolvadnak, a tömlő hőmérséklete azonban a kristályok olvadáspontjához közel marad. A forró vizes fürdőben a tömlő szilárdságát a térhálós kötések biztosítják, de a vízfürdőből kiemelkedve igen rövid, néhány centiméteres hűlési szakasz után beáll az az állapot, amelyben a tömlő szilárdságát a kristályos részek adják. Ennek következtében a tömlő anyagának rugalmassági modulusa néhány másodperc alatt, illetve néhány centiméter úthosszon a térhálósság mértékétől függően két-három nagyságrenddel megnő (lásd: P. Forgács, J. Dobó: Radiat. Phys. Chem. 11, 123-127 /1978/). A nem térhálós anyagból készített tömlők előállítása vagy orientálása esetén nem lehet ezzel analóg folyamatról beszélni, mivel ezek az anyagok kristályos olvadáspontjuk felett viszkózus folyadék állapotban vannak.

A forró vízfürdőből való kiemelkedés alkalmával a térhálós tömlő rugalmassági modulusának gyors növekedése azzal a következménnyel jár, hogy a tömlő végleges méretét a vízfürdőben vagy közvetlenül a vízfürdő felett eléri. Az ezt követő tömlőszakaszon a tömlőnek már sem a kerülete, sem a hoszsza gyakorlatilag nem változik, még akkor sem, ha megváltozik a tágítási légtérfogat, illetve nyomás. A tömlőbe bezárt levegő térfogatának, illetve nyomásának megváltoztatása tehát kizárólag a tömlő forró vízbe merülő, illetve közvetlenül a vízfürdő feletti kis rugalmassági modulusú részének alakjára és méretére hat. Ez magyarázza a tömlő deformálásával történő méretszabályozás hatékonyságát.

A tömlő méretének a találmány szerinti deformáló elemek segítségével történő, meglepően érzékeny és egyszerű szabályozása tehát végső soron arra vezethető vissza, hogy a tömlő alakjának változtatásával (pl. lapitásával) a tömlőnek a deformáló elemek közötti légtérfogatát, vagyis a lehűlt, kristályos szakasz által bezárt légtérfogatot változtatjuk felületének változtatása nélkül, így egyidejűleg használjuk ki a fizikai állapotváltozás és a geometria változtatása adta lehetőségeket.

A találmány szerinti tökéletesített tömlőtágitó berendezés egy előnyös kiviteli alakját az 1. ábrán mutatjuk be. Az extrudált, majd elektrongyorsítóval térhálósított 1 tömlőt bevezetjük a 2 folyadékfürdőbe, előnyösen vízfürdőbe és áthúzzuk a 3 hengerpár hengerei között. A hengerpár hengerei 2-10

189 238 m/perc kerületi sebességgel forognak, felettük néhány centiméter magasságú 4 vízoszlop az egyenletes tágítás elősegítésére szolgál. Induláskor a tömlőn levegő-túlnyomással 5 tágító buborékot képezünk; a buborékot a 6 görgős terelő lemezekkel a

4-40 m/perc kerületi sebességgel forgó 7 lehúzó hengerpár hengerei közé vezetjük, majd a 8 tágított tömlőt feltekercseljük. A 6 görgős terelő lemezekhez a 9 csuklós pántoknál 10 deformáló elemek csatlakoznak; ezek szöghelyzete a 11 tolórudakon keresztül a 12 irányokban elmozgatható, ezzel a vízfürdőben és közvetlenül a vízfürdő felett végbemenő tágítás szabályozható, és a tágított tömlő pontosan méretre állítható.

A találmány szerinti berendezés egy másik előnyös kiviteli alakját a 2. ábrán mutatjuk be. Itt a tömlő mérete a 13 párhuzamos működésű deformáló elemekkel szabályozható; a szabályzást a 14 munkahengerek segítségével a 15 automatika végzi, a tömlő méretét érzékelő 16 jeladó által szolgáltatott korrekciós jel alapján.

A találmány szerinti deformáló elemek legnagyobb előnye a kiegyensúlyozott folyamatszabályozás, az egyenletes mérettartás és az ebből következő minőségállandóság. A beavatkozó, illetve szabályozó rendszer alkalmas visszacsatolással összeköthető a tágított térhálós tömlőnek a vízfürdő után bizonyos távolságban mérhető jellemző méretével, ily módon automatizált folyamatszabályozást biztosítva. A találmány szerinti eljárás és berendezés további előnye, hogy folytonos üzemű gyártásnál a gyártási rendszer leállítása nélkül a termék feltágított mérete egy következő eltérő méretre változtatható, és a kívánt új falvastagság beállítható.

I. példa

7,5% vinilacetát tartalmú etilén-vinilacetát kopolimerből (Hostalen LD/EVA FV 2430 VP; Hoechst A.G., Frankfurt am Main) 63 mm átmérőjű és 0,25 mm falvastagságú tömlőt extrudálunk, majd egy 2 MeV elektronenergiájú, 400 W teljesítményű Van de Graaff elektrongyorsítóval, 50 kGy dózissal besugározzuk. A besugárzott tömlő xilolos extrakcióval mért térhálóssága 34%. A tömlőt ezután az 1. ábra szerinti berendezésen 130 mm átmérőre tágítjuk. Az első hengerpár kerületi sebessége 3 m/perc, a másodiké 8m/perc, a vízfürdő hőmérséklete 92° C, a túlnyomás a tágító buborékban 25 ±2 mbar. A tömlőt a vízfürdőben elhelyezett hengerpár felett tágítatlan állapotban 20 cm magasságig vízzel töltjük. A tágított tömlő méretegyenletessége ±2%; 6 órás folyamatos üzemben átlagosan 10 ízben van szükség a tágított tömlőméretnek a deformáló elemekkel való utánállítására. A tágított tömlő 95 °C-os vízfürdőben hosszirányban 40%-ra, keresztirányban 45%-ra zsugorodik.

2. példa

Kis sűrűségű polietilénből (Tipolen FA 1718; Tiszai Vegyi Kombinát, Leninváros) 45 mm átmé4 rőjű és 0,2 mm falvastagságú tömlőt extrudálunk, az 1. példában ismertetett módon 100 kGy dózissal 28% térhálósságig besugározzuk, majd a 2. ábra szerinti berendezésen 180 mm átmérőre tágítjuk. Az első hengerpár kerületi sebessége 4 m/perc, a másodiké 14 m/perc. Az etilén-glikol fürdő hőmérséklete 105 °C a túlnyomás 40± 5 mbar. A tágított tömlő méretegyenletessége ±1%, forrásban lévő vízfürdőben hosszirányban 50%-ra, keresztirányban 35%-ra zsugorodik.

3. példa

Mindenben a 2. példa szerint járunk el, azonban alapanyagként 12,5% vinilacetát tartalmú etilénvinilacetát kopolimert (Alkathene ÉVA 555; Imperial Chemical Industries, London) használunk. Az alkalmazott dózis 40 kGy, a térhálósság 36%; a tömlő melegítésére vízfürdő szolgál, amelynek hőmérséklete 85 °C, a túlnyomás 20 ± 1 mbar. A tágított tömlő méretegyenletessége ±2%, 86° C hőmérsékletű fürdőben hossz- és keresztirányban 29%-ra zsugorodik.

Szabadalmi igénypontok

Claims (6)

1. Eljárás egyenletes minőségű, két irányban ellenőrzött mértékben hőre zsugorodó, térhálós zsugortömlő előállítására, ahol egy polietilénből vagy etilén kopolimerből extrudált, majd elektrongyorsítóval térhálósított tömlőt átvezetünk egy folyadékfürdőn, előnyösen vízfürdőn, amelynek hőmérséklete közelítőleg azonos a tömlő anyagának kristályos olvadáspontjával, majd a folyadékfürdőben elhelyezett záró hengerpár fölött a folyadékfürdőből két terelőlemezzel megvezetve egy második záró hengerpárral kihúzzuk és a két záró hengerpár között a tömlőből olyan légbuborékot képezünk, amelynek mérete az extrudált, tágítatlan tömlőhöz képest hossz- és keresztirányban 50-500%-os nyújtást képvisel, azzal jellemezve, hogy a tágítás mértékét a buborék mentén, a tömlő haladási irányával párhuzamosan vagy azzal változtatható szögbe állított deformáló elemekkel szabályozzuk.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tömlőt a folyadékfürdőbe merülő záró hengerpár felett tágítatlan állapotban 5-50 cm magasságig folyadékkal, célszerűen vízzel töltjük fel.

3. Berendezés az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás foganatosítására, amely fűthető folyadékfürdőből (2), célszerűen vízfürdőből, a, fürdőben elhelyezett záró hengerpárból (3), valamint terelő lemezekből (6) és kihúzó záró hengerpárból (7) áll, azzal jellemezve, hogy a fürdőn áthúzott műanyag tömlőnek (1) a két hengerpár közötti haladási irányával párhuzamosan vagy azzal változtatható szögben elhelyezett deformáló elemei (10, 13) vannak.

4. A 3. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy deformáló elemeit (10) két, csuklósán a terelőlemezek végéhez illesztett görgősor képezi.

5. A 3. igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy a párhuzamosan működő deformáló

189 238 elemeit (13) két párhuzamosan elmozduló, szerkezetileg függetlenül felállított görgősor képezi.

6. A 4. vagy 5. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a deformáló elemek mozgatását vezérlő, a tömlő méretét érzékelő automatája van.

2 db ábra

-5189 238