Verfahren und Vorrichtung zum stetigen Durchführen von Filmen durch Behandlungsbäder
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zum stetigen Durchführen von Filmen durch Behandlungsbäder, wobei der Film die Flüssigkeit des Bades aufwärts durch die freie Oberfläche des letzteren hindurch verlässt.
Eine derartige Behandlung von Filmen kommt in sehr verschiedenen Gebieten der Technik vor.
Dabei sei hier an die Erzeugung von Filmen aus regenerierter Cellulose erinnert.
Bei einem häufig angewandten Verfahren wird eine Viskoselösung durch einen schmalen Schlitz hindurch in ein Bad gedrückt, welches eine Flüssigkeit enthält, die die Viskoselösung zum Gewinnen bringt. Der hierbei entstehende Film wird durch das sogenannte Spinnbad hindurch und aus demselben herausgezogen und anschliessend über eine Anzahl von Führungselementen zu einer Aufwickelvorrichtung geleitet, und zwar so, dass der Film in ein nachfolgendes Nachbehandlungsbad eintaucht und durch dasselbe in zickzackförmiger Bahn hindurchgeleitet wird.
Dieses und ähnliche Verfahren sind oft mit dem Nachteil belastet, dass der Film beim Verlassen jedes Bades einen Überzug anhaftender Flüssigkeit mitreisst, was aus verschiedenen Gründen als unerwünscht angesehen wird.
Die aus dem Bade entfernte Flüssigkeit muss nämlich durch neue Flüssigkeit in einer Menge ersetzt werden, die im allgemeinen grösser ist als diejenige Menge, welche allein für die Behandlung des Films verbraucht wird.
Überdies tritt ein Teil der aus dem Bade mitgerissenen Flüssigkeit in das nächste Behandlungsbad ein, wodurch dasselbe viel zu rasch erschöpft wird. Das wird ohne weiteres klar sein in den Fällen beispielsweise, wo ein saures und ein alkalisches Bad direkt aufeinander folgen. Auch kann es für die Filme selbst unerwünscht sein, dass Flüssigkeit aus dem Bade mitgenommen wird. Die mitgerissene Flüssigkeit wird nämlich niemals in gleichmässiger Weise über den Film verteilt.
Einerseits ist die Berührungszeit, während welcher der Film der Einwirkung der Flüssigkeit des Bades unterliegt, in diesem Falle nicht für alle Teile des Films die gleiche; anderseits sind auch die mechanischen Beanspruchungen, welchen der meistens schwache Film ausgesetzt ist, ungleichmässig.
Infolgedessen werden verschiedene Teile des Films auch verschiedene Eigenschaften aufweisen.
Um alle diese Einwände zu beseitigen, wurden bereits früher Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen, welche darauf abzielten, die aus dem Bade mitgenommene Flüssigkeitsmenge zu begrenzen. Beispielsweise wird bei einem bekannten Verfahren der Film zwischen zwei elastischen Abstreifern hindurchgezogen.
Bei einem anderen bekannten Verfahren wird der Film zwischen einem Paar von Quetschwalzen hindurchgezogen, wobei die letzteren die überschüssige Flüssigkeit abpressen.
Beide dieser bekannten Verfahren sind jedoch mit Nachteilen behaftet. Infolge der notwendigen Berührung zwischen den Abstreifern oder den Quetschwalzen einerseits und dem Film anderseits besteht die Gefahr einer Beschädigung des Films. Diese Beschädigungen können durch Unebenheiten in oder an der Oberfläche der Abstreifer oder Walzen verursacht werden, was zu Grübchen oder Kratzern in der Oberfläche des Films führt.
Ein weiterer Nachteil ist der, dass die Abstreifer oder die Quetschwalzen Anlass zu einer erhöhten Spannung in dem sich bewegenden Film geben, was meistens nicht zulässig ist. Wenn der Film noch weich ist, beispielsweise wenn bei der Herstellung eines Films aus Viskose der Film das Spinnbad verlässt, oder wenn der Film durch sehr viele Bäder hindurchlaufen muss, dann soll die Spannung des Films so niedrig als möglich gehalten werden. Alle diese Nachteile werden durch das erfindungsgemässe Verfahren beseitigt.
Die Erfindung besteht darin, dass der Film mit einer Geschwindigkeit von mehr als 100 Meter/Minute durch das Bad hindurchgezogen wird und beim Verlassen des Bades frei zwischen zwei Platten an jeder Seite des Films hindurchläuft, wobei die beiden Platten sich über die ganze Breite des Films erstrecken, teilweise in die Badflüssigkeit eintauchen und, wenigstens mit ihren unteren Rändern, einen schmalen schlitzförmigen Kanal für den Durchtritt des Films bilden.
Man hat herausgefunden, dass, wenn der Schlitz genügend schmal eingestellt ist und der Film eine genügend hohe Geschwindigkeit hat, die an dem letzteren anhaftende Flüssigkeit in sehr zufriedenstellender Weise abgestreift wird. Jede direkte Berührung zwischen dem Film und den Platten wird hierbei vermieden, so dass keine Gefahr für eine mechanische Beschädigung des Films besteht.
Man hat ferner festgestellt, dass mit dem Haftenbleiben mitgerissener Flüssigkeit an der Oberfläche des Films eine sehr geringe Zunahme der Spannung des Films verbunden ist. In vielen Fällen scheint nun diese Filmspannung beträchtlich niedriger zu werden als in den Fällen, wo überhaupt keine Massnahmen ergriffen werden, um die anhaftende Badflüssigkeit zu beseitigen.
Hierbei ist es notwendig, dass die Platten teilweise in die Flüssigkeit eintauchen und teilweise über den Spiegel der Flüssigkeit in dem Bade herausragen.
Die soeben beschriebenen Vorzüge der vorliegenden Erfindung treten nämlich nicht in Erscheinung wenn die Platten gänzlich in die Flüssigkeit eintauchen oder wenn sie gänzlich aus derselben herausragen.
Man hat überraschenderweise festgestellt, dass die kleinste Schlitzbreite S zwischen den Platten eine gewisse Grenze C1 nicht unterschreiten darf. Bleibt die Breite S des Schlitzes unter dieser Grenze C1, dann wird bei zunehmender Filmgeschwindigkeit V ein Punkt erreicht, wo die zwischen den Platten befindliche Flüssigkeitsmasse plötzlich verschwindet.
Über dieser kritischen Filmgeschwindigkeit tritt eine Änderung des Strömungsbildes der Flüssigkeit in dem und um den Schlitz ein, wobei man sieht, dass die Platten überraschenderweise fast die gesamte anhaftende Flüssigkeit von dem Film abstreifen.
Man hat festgestellt, dass dieser Effekt bei einer Filmgeschwindigkeit V erreicht wird, welche durch die mathematische Beziehung
CO
Cl-s gegeben ist. Hierin bedeutet S die Breite des Schlitzes, welche stets kleiner sein muss als ein kritischer Wert C1 und wobei C1 und C Konstanten darstellen, welche ihrerseits von der Dicke des Films, von der Art der Oberfläche des Films und der Platten, von der Form der letzteren sowie von dem spez. Gewicht und der Zähflüssigkeit der Flüssigkeit abhängen.
Für einen bestimmten Fall der Praxis können die Konstanten C1 und C durch einen Fachmann leicht bestimmt werden.
Zu diesem Zweck wird zunächst bei einer bestimmten hohen Filmgeschwindigkeit V die Schlitzbreite S so lange geändert, bis ein dieser Breite entsprechender optimaler Wert von C1 gefunden worden ist, bei welchem der Spiegel der Flüssigkeit in dem Schlitz zwischen den Platten absinkt.
Durch anschliessende Änderung der Geschwindigkeit V bei einer engeren Einstellung der Schlitzbreite S, bis wiederum der Punkt erreicht ist, bei welchem der Spiegel der Flüssigkeit in dem Schlitz absinkt, kann die Konstante C bestimmt werden, so dass man für diesen Fall sowohl die kritische Schlitzbreite als auch die kritische Filmgeschwindigkeit ermittelt hat.
Man hat festgestellt, dass die erforderlichen Schlitzbreiten nicht besonders eng zu sein brauchen und dass auch hinsichtlich der Genauigkeit die Anforderungen nicht sehr hoch zu sein brauchen; infolgedessen kann man einen sehr guten Abstreifeffekt bereits mit einfachen Mitteln erreichen.
Der Wirkungsgrad des erfindungsgemässen Verfahrens kann durch das Strömungsbild der Flüssigkeit in dem Nachbehandlungsbade in der Nähe der Platten stark beeinflusst werden.
Insbesondere hat man festgestellt, dass mehr von der anhaftenden Flüssigkeit von dem Film bereits bei einer weniger kritischen Form des Schlitzes und bei geringeren Filmgeschwindigkeiten durch eine geeignete Führung der Badflüssigkeit abgestreift wird.
Es ist vorzuziehen, wenn an den unteren Kanten der Platten die Flüssigkeit, welche nicht durch den Schlitz hindurchtritt, allmählich abgelenkt wird.
Es ist hier zu bemerken, dass das oben beschriebene Verfahren nicht nur bei der Herstellung von Filmen aus regenerierter Cellulose anwendbar ist, sondern allgemein auch bei der Herstellung sowie bei der Nachbehandlung aller Arten von Filmen.
Die Erfindung erstreckt sich ausser auf das oben beschriebene Verfahren auch auf eine Vorrichtung zur Behandlung von Filmen nach diesen Verfahren; diese Vorrichtung weist einen oben offenen Flüssigkeitsbehälter sowie Führungselemente zur Führung des Films auf.
Der Erfindung zufolge hat die Vorrichtung nahe der Stelle, wo der Film das Bad verlässt, und zu beiden Seiten der Filmbahn zwei Platten, die sich über die ganze Breite des Films erstrecken, wobei diese Platten teilweise in die Badflüssigkeit eintauchen und, wenigstens mit ihren unteren Rändern, einen engen, schlitzförmigen Kanal für den Film bilden.
Hierbei ist es erforderlich, dass die Platten teilweise in die Flüssigkeit eintauchen und teilweise über den Spiegel der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter hinausragen.
Wie bereits weiter oben erklärt wurde, können diese Platten bei einer bestimmten Einstellung der Schlitzbreite und bei einer bestimmten Filmgeschwindigkeit in überraschend zufriedenstellender Weise als Abstrei fer verwendet werden. Diese Wirkung kann man sowohl mit ebenen als auch mit gekrümmten Platten erreichen, ebenso sowohl bei paralleler als auch bei divergenter Anordnung beider Platten.
Man hat nun jedoch festgestellt, dass die gewünschte Abstreiferwirkung der Platten in sehr einfacher Weise und auch mit höchstem Wirkungsgrade erhalten werden kann, wenn die beiden Platten schaufelförmig sind und wenn die Form von der Unterkante der Platten aus allmählich von der Filmbahn nach aussen abweicht.
Schliesslich erstreckt sich die Erfindung auch auf einen Film, welcher nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde.
Man hat festgestellt, dass solche Filme gleichmässiger sind und weniger mechanische Schäden aufweisen als Filme, welche nach den üblichen Verfahren hergestellt wurden.
Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher erläutert, und zwar unter Bezugnahme auf die Zeichnung, welche eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung darstellt.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Spinnbad, von der Seite'gesehen, in welchem ein Film aus regenerierter Cellulose mittels einer Viskoselösung hergestellt wird.
Es ist hier jedoch zu bemerken, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung in Spinnbädern beschränkt ist, sondern mit gleichem Erfolge bei allen Arten von Behandlungsbädern angewendet werden kann.
Ein Film 1 aus regenerierter Cellulose wird gebildet, indem man eine Viskoselösung durch einen Giessschlitz 2 in ein Spinnbad drückt.
Dieser Giessschlitz 2 taucht in eine Spinnbadflüssigkeit ein, deren Spiegel in einem Behälter 4 mit 3 bezeichnet ist. Dieser Giessschlitz 2 bildet einen Teil eines hier nur schematisch dargestellten Giesskopfes 5, welchem die Viskoselösung durch eine Viskoseleitung 6 zugeführt wird.
Der hierbei gebildete Film läuft zunächst vertikal abwärts und hierauf um eine Führungsstange 7 schräg aufwärts.
Nach Verlassen des Spinnbades läuft der Film über die Ablenkrolle 8 durch mehrere, hier nicht dargestellte Nachbehandlungsbäder hindurch, um schliesslich durch eine ebenfalls nicht dargestellte Haspelvorrichtung auf einer Walze aufgewickelt zu werden.
Zwei schaufelförmige Platten 9 und 10 sind über die ganze Breite des Films 1 an der Stelle angeordnet, wo der Film das Spinnbad verlässt.
Diese Platten 9 und 10 bilden einen Schlitz, der sich nach oben zu erweitert und an den Seiten durch zwei hier nicht dargestellte Seitenwände abgeschlossen ist.
Die Platten 9 und 10 gehen oben in der Horizontalen nach einem bestimmten Profil allmählich auseinander, während sie nach unten zu eng zusammenlaufen. Der resultierende Cellulosefilm hat an den Platten 9 und 10 eine Breite von etwa 200 cm und eine Dicke von 0,15 mm. Die Breite des Schlitzes zwischen den Platten 9 und 10 belief sich hierbei auf 0,9 mm.
Bei einer Filmgeschwindigkeit von 75 m/min war der von den Platten 9 und 10 begrenzte keilförmige Raum völlig mit Flüssigkeit angefüllt. Gleichzeitig wurde eine recht beträchtliche Menge der Flüssigkeit von dem Film mitgenommen.
Nach Erhöhen der Filmgeschwindigkeit auf 110 Me- ter/Minute war der keilförmige Raum von der Flüssigkeit völlig frei, und die von dem Film mitgerissene Flüssigkeit war kaum noch bemerkbar.
Dabei war die Strömung der Badflüssigkeit längs der Aussenseiten der Platten 9 und 10 besonders gleichmässig und frei von Wirbeln.
Die hinter der Ablenkrolle 8 gemessene Spannung des Films war sehr gleichmässig und blieb im Mittel niedriger als die Filmspannungen, welche bei Fehlen der Platten 9 und 10 gemessen wurden.
Hierbei muss man noch darauf hinweisen, dass in dem letzteren Falle die gemessenen Spannungen in einem solchen Ausmass schwankten, dass es kaum möglich war, von einer durchschnittlichen Filmspannung zu sprechen.
Method and device for the continuous passage of films through treatment baths
The present invention relates to a method and an apparatus for continuously passing films through treatment baths, the film exiting the liquid of the bath upwards through the free surface of the latter.
Such treatment of films occurs in very different areas of technology.
The production of films from regenerated cellulose should be remembered here.
In a frequently used method, a viscose solution is forced through a narrow slot into a bath which contains a liquid which causes the viscose solution to recover. The resulting film is pulled through and out of the so-called spinning bath and then fed via a number of guide elements to a winding device in such a way that the film is immersed in a subsequent treatment bath and is passed through it in a zigzag path.
This and similar processes often suffer from the disadvantage that the film carries with it a coating of adhering liquid when it leaves each bath, which is regarded as undesirable for various reasons.
This is because the liquid removed from the bath must be replaced by new liquid in an amount which is generally greater than that amount which is used alone for treating the film.
In addition, some of the liquid carried over from the bath enters the next treatment bath, which exhausts it far too quickly. This will be readily apparent in cases, for example, where an acidic and an alkaline bath follow one another directly. It can also be undesirable for the films themselves that liquid is carried along from the bath. The entrained liquid is never evenly distributed over the film.
On the one hand, the contact time during which the film is exposed to the action of the liquid in the bath is in this case not the same for all parts of the film; on the other hand, the mechanical stresses to which the mostly weak film is exposed are also uneven.
As a result, different parts of the film will also have different properties.
In order to overcome all of these objections, methods and devices have already been proposed which are aimed at limiting the amount of liquid carried along from the bath. For example, in a known method, the film is pulled through between two elastic wipers.
In another known method, the film is drawn between a pair of nip rollers, the latter squeezing off the excess liquid.
However, both of these known methods have disadvantages. As a result of the necessary contact between the scrapers or the nip rollers on the one hand and the film on the other hand, there is a risk of damage to the film. This damage can be caused by unevenness in or on the surface of the scrapers or rollers, resulting in pits or scratches in the surface of the film.
Another disadvantage is that the scrapers or the nip rollers give rise to increased tension in the moving film, which is usually not permitted. If the film is still soft, for example if the film leaves the spinning bath when making a film from viscose, or if the film has to pass through a large number of baths, then the tension of the film should be kept as low as possible. All of these disadvantages are eliminated by the method according to the invention.
The invention consists in that the film is drawn through the bath at a speed of more than 100 meters / minute and, when exiting the bath, passes freely between two plates on each side of the film, the two plates extending over the full width of the film extend, partially immerse in the bath liquid and, at least with their lower edges, form a narrow slot-shaped channel for the passage of the film.
It has been found that if the slit is set sufficiently narrow and the film has a sufficiently high speed, the liquid adhering to the latter is stripped off in a very satisfactory manner. Any direct contact between the film and the plates is avoided, so that there is no risk of mechanical damage to the film.
It has also been found that with entrained liquid adhering to the surface of the film, there is very little increase in stress on the film. In many cases this film tension now appears to be considerably lower than in cases where no measures are taken at all to remove the adhering bath liquid.
Here it is necessary that the plates are partially immersed in the liquid and partially protrude above the level of the liquid in the bath.
The advantages of the present invention just described do not appear when the plates are completely immersed in the liquid or when they protrude entirely from the same.
It has surprisingly been found that the smallest slot width S between the plates must not fall below a certain limit C1. If the width S of the slot remains below this limit C1, then, with increasing film speed V, a point is reached where the liquid mass located between the plates suddenly disappears.
Above this critical film speed, there is a change in the flow pattern of the liquid in and around the slot, and it can be seen that the plates surprisingly strip off almost all of the adhering liquid from the film.
It has been found that this effect is achieved at a film speed V which is determined by the mathematical relationship
CO
Cl-s is given. Here, S means the width of the slot, which must always be smaller than a critical value C1 and where C1 and C represent constants which in turn depend on the thickness of the film, on the type of surface of the film and the plates, on the shape of the latter as well as from the spec. The weight and viscosity of the liquid depend on it.
For a particular case of practice, the constants C1 and C can easily be determined by one skilled in the art.
For this purpose, the slot width S is initially changed at a certain high film speed V until an optimal value of C1 corresponding to this width has been found at which the level of the liquid in the slot between the plates drops.
By subsequently changing the speed V with a narrower setting of the slot width S until the point is reached again at which the level of the liquid in the slot drops, the constant C can be determined, so that in this case both the critical slot width and also determined the critical film speed.
It has been found that the required slot widths do not need to be particularly narrow and that the requirements also do not need to be very high with regard to accuracy; as a result, a very good wiping effect can be achieved with simple means.
The efficiency of the method according to the invention can be strongly influenced by the flow pattern of the liquid in the aftertreatment bath in the vicinity of the plates.
In particular, it has been found that more of the adhering liquid is stripped from the film with a less critical shape of the slit and at lower film speeds by suitable guidance of the bath liquid.
It is preferable if at the lower edges of the plates the liquid which does not pass through the slot is gradually diverted.
It should be noted here that the method described above is applicable not only to the production of films from regenerated cellulose, but also generally to the production and post-treatment of all types of films.
In addition to the method described above, the invention also extends to an apparatus for treating films according to this method; this device has a liquid container open at the top and guide elements for guiding the film.
According to the invention, near the point where the film leaves the bath and on either side of the film web, the device has two plates which extend over the entire width of the film, these plates being partially immersed in the bath liquid and, at least with their lower ones Edges to form a narrow, slit-shaped channel for the film.
It is necessary here that the plates are partially immersed in the liquid and partially protrude above the level of the liquid in the liquid container.
As already explained above, with a certain setting of the slot width and at a certain film speed, these plates can be used as strippers in a surprisingly satisfactory manner. This effect can be achieved with both flat and curved plates, as well as with both parallel and divergent arrangement of the two plates.
However, it has now been found that the desired wiping effect of the plates can be obtained in a very simple manner and with the highest degree of efficiency if the two plates are shovel-shaped and if the shape gradually deviates from the film path outwards from the lower edge of the plates.
Finally, the invention also extends to a film which was produced by the method described above.
It has been found that such films are more uniform and have less mechanical damage than films which have been produced by the usual methods.
The invention is explained in more detail below, with reference to the drawing, which shows a preferred embodiment of the device according to the invention.
The only figure in the drawing shows a spinning bath, seen from the side, in which a film of regenerated cellulose is produced by means of a viscose solution.
It should be noted here, however, that the invention is not restricted to use in spinning baths, but can be used with the same success in all types of treatment baths.
A film 1 of regenerated cellulose is formed by forcing a viscose solution through a pouring slot 2 into a spinning bath.
This pouring slot 2 is immersed in a spinning bath liquid, the level of which is denoted by 3 in a container 4. This pouring slot 2 forms part of a pouring head 5, which is only shown schematically here, to which the viscose solution is fed through a viscose line 6.
The film formed in this way first runs vertically downwards and then obliquely upwards around a guide rod 7.
After leaving the spinning bath, the film runs over the deflection roller 8 through several post-treatment baths, not shown here, in order to finally be wound onto a roller by a reel device, also not shown.
Two scoop-shaped plates 9 and 10 are arranged over the entire width of the film 1 at the point where the film leaves the spinning bath.
These plates 9 and 10 form a slot which widens towards the top and is closed on the sides by two side walls, not shown here.
The plates 9 and 10 gradually diverge at the top in the horizontal according to a certain profile, while they converge too closely at the bottom. The resulting cellulose film has a width of about 200 cm on the plates 9 and 10 and a thickness of 0.15 mm. The width of the slot between the plates 9 and 10 was 0.9 mm.
At a film speed of 75 m / min, the wedge-shaped space delimited by plates 9 and 10 was completely filled with liquid. At the same time, quite a substantial amount of the liquid was entrained by the film.
After the film speed was increased to 110 meters / minute, the wedge-shaped space was completely free of the liquid, and the liquid entrained by the film was hardly noticeable.
The flow of the bath liquid along the outer sides of the plates 9 and 10 was particularly uniform and free of eddies.
The tension of the film measured behind the deflection roller 8 was very uniform and remained on average lower than the film tension which was measured in the absence of the plates 9 and 10.
It must be pointed out here that in the latter case the measured tensions fluctuated to such an extent that it was hardly possible to speak of an average film tension.