CH414141A - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dünner Folien - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dünner Folien
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dünner Folien bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit aus bei Normaltemperatur festen Polymeren durch Spritzen, insbesondere die Herstellung einer dünnen Folie von ausserordentlicher Klarheit aus bei Normaltemperatur festen Polymeren   äthylenartig    ungesättigter Stoffe, wie ther  mopl astischen    Polymeren, niedermolekularer, monoolefinischer, aliphatischer Kohlenwasserstoffe, einschliesslich Polyäthylen, Polypropylen, Mischpolymeren derselben sowie anderen thermoplastischen Stoffen, wie Polymeren von Vinylchlorid, celluloseartigen Polymeren, Polyamiden, Polystyrolen, Polymeren von Methacrylaten und Mischpolymeren derselben.



   Die bisher verwendeten Extrudierverfahren zur Herstellung von Grob- und   Fein folien    usw. aus polymeren Materialien der oben genannten Arten sind im allgemeinen auf verhältnismässig geringe Extrudiergeschwindigkeiten beschränkt und werden z. B. bei hohen   Pressgeschwindlgkeiten    der Praxis nicht gerecht, da Versuche, bei solchen hohen Geschwindigkeiten zu arbeiten, eine Folie ergeben, deren Qualität nicht zufriedenstellt und die unerwünschte Eigenschaften und/oder Kombinationen von Eigenschaften hat. Z.

   B. ist bei Verfahren,   bei    denen das polymere Material als Schmelze aus einer Schlitzdüse in ein   Kühlwasserbad    ausgepresst wird, die   Aus-    pressgeschwindigkeit auf die im wesentlichen geringen Geschwindigkeiten beschränkt, bei denen die Mitnahme von Wasser durch die Oberfläche der Kunststoffbahn nicht das erträgliche Mass überschreitet.



  Ein weiterer Nachteil eines solchen Verfahrens ist die Abnahme der kritischen Geschwindigkeit, wenn gewisse Zusätze (z. B. Gleitmittel) in dem polymeren Material vorhanden sind, da solche Zusätze gewöhnlich die Mitführung von Wasser begünstigen. Bei einem anderen Verfahren, bei dem die Schmelze aus einer Kreisdüse unter Bildung einer Blase extrudiert   wird,    die von auf die Oberfläche des geschmolzenen   Plaste    auftreffender Luft gekühlt wird, sind die Geschwindigkeiten auf verhältnismässig geringe Werte beschränkt, die von der Kühlstärke abhängen, die bei angemessenen Luftgeschwindigkeiten und -temperaturen möglich ist.

   Bei wieder anderen Verfahren, bei denen das geschmolzene Polymer aus einem Schlitz auf eine gekühlte, polierte Metallwalze ausgepresst wird, sind die Geschwindigkeiten auf Werte beschränkt, die im wesentlichen gering sind und bei denen ein unregelmässiger Einschluss von Luft zwischen der Bahn des geschmolzenen Kunststoffes und der Walze nicht in einem schädlichen Grade eintritt, da ein solcher Lufteinschluss zur Bildung von Folien mit Blasen, Vertiefungen usw. und damit einer   naihderwertigen    Ware führt, die ausserdem auch nicht zu einer dichten, engen Rolle gewickelt werden kann. Solche Schwierigkeiten ergeben sich hauptsächlich aus der eingeschlossenen Luft, die es verhindert, dass die Folie flach   liegt    und die   Giesswalze    im wesentlichen gleichmässig und vollständig berührt.



   Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Extrudierung von polymeren Materialien zu Folien von ausserordentlich guter Qualität bei bisher unerreichbaren   Arbeilsgeschwindigkeiten    für die Herstellung von   dünnen    Folien derart, dass die Beschränkungen, denen das Arbeiten bei hoher Geschwindigkeit bei bisherigen Verfahren unterliegt, vermieden oder wesentlich verringert werden.



   Allgemein wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren ein geschmolzener Film des polymeren Mate  rinls    in solcher Weise und bei solchen Bedingungen  auf eine rotierende Walze extrudiert, die auf einer Temperatur unter dem Erstarrungspunkt des Polymeren gehalten wird, dass   ein    Lufteinschluss zwischen der Folie und der Walze vermieden wird, wobei zweckmässig die Abkühlung der Bahn gesteuert wird, so dass man eine Folie von ausgezeichneter Qualität und Durchsichtigkeit bei bisher für das Giessen auf gekühlte Walzen unerreichbaren Spritzgeschwindigkeiten erzielt
Gemäss der Erfindung wird der extrudierte geschmolzene Film (vorzugsweise an der Stelle seiner ersten Berührung mit der Walze oder danach), während der   Filtm    durch die Walze gestützt wird, auf der der Walze abgewandten Oberfläche:

   mit einem in bezug auf das Polymere inerten Gas mit genügend hoher Geschwindigkeit in Berührung gebracht, um einen Lufteinschluss zwischen dem Film und der Walze zu verhindern. Man kann den Gasstrom im wesentlichen senkrecht zur Folie quer über diese richten, aber in besonders bevorzugter Weise wird mindestens ein Gas strom unter einem Winkel von 900 auf die Folie gerichtet.



   Es wurde gefunden, dass durch die Anwendung eines solchen Verfahrens unter Verwendung eines Gasstroms genügend hoher Geschwindigkeit das Extrudieren unter Erzielung einer hochwertigen Folie mit verbessertem Glanz und verbesserter Trans  p arenz    bei ausserordentlich hohen Geschwindigkeiten erfolgen kann, ohne auf die Schwierigkeiten   zu so    ssen, die normalerweise durch den Lufteinschluss zwischen der gekühlten Walze und dem Film auftreten. Da, wie sich gezeigt hat, das Verfahren den Lufteinschluss zwischen der gekühlten Walze und dem Film wirksam verhindert, liegt der Film eben auf der Metalloberfläche, und der Film wird   gleichmässig,    vorzugsweise unter Bildung einer ununterbrochenen Erstarrungslinie, abgekühlt, wodurch man eine ausserordentlich glatte und gleichmässig dicke Folie erhält.



  Darüber hinaus wird ein Reissen der Folie   durch    die Vollständigkeit und Gleichmässigkeit des Kontaktes zwischen Film und Walze, zu dem die Erfindung führt, selbst bei ausserordentlich hohen Extrudiergeschwindigkeiten vermieden oder wesentlich vermindert.



   Die zweckmässig gekühlte   Walze    hat zu diesem Zweck vorzugsweise eine glatte Oberfläche und   hoch-    polierte Metalloberflächen. Verchromte Walzen haben sich als besonders geeignet erwiesen. Man kann aber auch mit Walzen aus anderen MaterialiEn, wie Walzen mit einer Oberfläche aus glattem, hochpoliertem Stahl, Aluminium usw., arbeiten.



   Die Vorrichtung nach der Erfindung weist eine drehbare Walze, vorzugsweise mit einer glatten Oberfläche, die auf einer Temperatur unter der Erstarrungstemperatur des extrudierten Polymers gehalten werden kann, Mittel, um einen geschmolzenen Film des Polymeren auf die drehbare Walze zu   extrudieren,    und Mittel auf, um (zweckmässig auf einer dünnen, im wesentlichen waagerechten Linie) einen geeigneten Gasstrom im wesentlichen quer über den auf der Walze unterstützten Film zur   Einwirkung    zu bringen.



  Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine angetriebene Walze mit hochpolierter Metalloberfläche, die durch Innenkühlung mittels einer Kühlflüssigkeit auf einer Temperatur unter der   Erstarrungstemperalur    des Polymeren gehalten werden kann, Mittel, um einen geschmolzenen Film aus dem Polymeren auf die Metallwalze so zu extrudieren, dass der Film von der   Metallwalze    unterstützt wird, bis er im wesentlichen abgeschreckt und stabilisiert ist, und Mittel auf, um den von der Walze unterstützten Film mit einem dünnen, waagerechten Gasstrom von so hoher Geschwindigkeit in Berührung zu bringen, dass ein genügend hoher Druck auf den Film ausgeübt wird, um einen Lufteinschluss zwischen der Metallwalze und dem Film zu verhindern.



   Eine Vorrichtung gemäss der Erfindung ist nachfolgend an Hand der in den Zeichnungen dargestell  ten,    beispielsweisen Ausführungsformen beschrieben.



   In der Zeichnung zeigt:
Fig. I die Vorrichtung im Aufriss,
Fig. II in Draufsicht,
Fig. III die Vorrichtung nach Fig. I, bei welcher jedoch der druckausübende Gasstrom nach unten auf die plastische Bahn gerichtet ist, im Aufriss,
Fig. IV die Vorderansicht einer Flachstrahldüse der Art von Fig. I bis III, mit der der druckausübende Gasstrom auf den geschmolzenen Film gerichtet wird,    Fig.    V den Aufriss einer Vorrichtung in Art von Fig. I mit einer anderen Ausführungsform einer Flachstrahldüse, und
Fig. VI eine Ansicht der letztgenannten.



   Nach Fig. I wird aus dem Spritzwerkzeug 10, welches das geschmolzene Polymere enthält, der frisch extrudierte geschmolzene Film 11 abwärts so auf eine hochpolierte Metallwalze 12 geleitet, dass er sich in der Rotationsrichtung der Metallwalze auf diese legt. Eine Kühlflüssigkeit wird bei 13 in das Innere der Walze 12 so eingeführt, dass die Walze 12 auf einer Temperatur unter der Erstarrungstemperatur des extrudierten Films 11 gehalten wird; die Kühlmittelabführung erfolgt durch eine Austrittsöffnung (nicht gezeigt) am gegenüberliegenden Walzenende.



  Der Flachstrahl-Gasdüse 15 wird bei 16 ein geeignetes Gas zugeführt, das aus der waagerechten, schmalen Öffnung 17 austritt, die nahe dem Film auf der Walze 12 liegt. Mit einer leerlaufenden Walze 14 kann die Folie nach der Abnahme von der gekühlten Walze 12 weitergeführt werden. Fig. III zeigt dieselbe Anordnung wie Fig. I, wobei aber   d'ie    Flach  strahl-Gasdiise    15 so angeordnet ist, dass der Gasstrom auf den Film 11 abwärts gerichtet ist und der Film 11 die   gekühlte    Walze 12 vor der Stelle berührt, an welcher der Gasstrom auf den auf der Walze 12 befindlichen Film 11 auftrifft. Fig. IV zeigt eine Vorderansicht einer   Flachslttahl-Gasdüse,    wie sie in Fig. I und II dargestellt ist, wobei 17 die waagerechte, längliche Austrittsöffnung für den Gasstrom ist. Fig.

   V zeigt eine Anordnung in der Art der Fig. I, wobei aber der   Bebandlungsgasstrom    mit zwei Gas  strömen erhalten wird, die durch die Zuführungen 18 und 19 zugeführt werden und bei der Austritts öffnung 20 zusammentreffen. Die Ableitung 21 steht unter Saugwirkung, um das turbulente Gas aus 18 und 19 so abzusaugen, dass nicht der eine Strom die Wirkung des anderen stört, was dazu beiträgt, die Breite der auf den Film wirkenden    Gash.nie     zu regeln. Fig. VI zeigt eine Ansicht der   Fllachstrahl-    Gasdüse von Fig. V.



   Es lassen sich viele Gase verwenden, um auf den Film einen Druck auszuüben, solange das Gas gegen das Polymere inert ist. So sind geeignete Gase Luft, Stickstoff, Sauerstoff,   Kohlendioxyd    und andere, wo  beli    Luft in den meisten Fällen äusserst geeignet ist.



  Der Druck, der durch den Gasstrom auf den Film ausgeübt wird, kann verändert werden, um speziellen Anforderungen zu genügen, aber allgemein werden zufriedenstellende Ergebnisse mit einem Gasstrom solcher Geschwindigkeit   erhalten    dass auf den Film ein Druck von etwa 4 mm Hg bis etwa 7,03 kg/cm2 ausgeübt wird.



   Für die vorliegenden Zwecke kann eine  Gaslinie  als eine dünne Gasfront definiert werden, deren Höhe z. B. zwischen etwa 0,025 mm und 10,2 bis 15,2 cm variieren kann, wobei das Zentrum der Front im wesentlichen eine Gerade ist, und wie sie z. B. durch die Verwendung der Flachstrahl-Gasdüsen nach der Zeichnung erhalten wird.



   Die Temperatur des Gasstroms kann entsprechend den speziellen gewünschten Ergebnissen eingestellt werden; so kann z. B. die Temperatur des Gasstroms im Bereich vom Siedepunkt des betreffenden Mediums bis 3160 C, vorzugsweise etwa   0    bis 1490 C, liegen. Die Lenkung der Temperatur   dles    Gasstroms kann benutzt werden, um die Kühlung der Folienbahn zu steuern und damit eine Folie mit besonderen Eigenschaften herzustellen.



   Ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von Folien mit einer Dicke im Bereich von etwa 0,006 bis 0,25 mm aus   polymeren    Materialien, die eine Dichte von etwa 0,90 bis 1,70 haben und bei etwa 93 bis 2600C schmelzen. Typisch hierfür sind Polymere des   Athy-    lens, wie ein Polyäthylen mit einer   durchschnlitt-    lichen Dichte von etwa 0,93 und einem Schmelzpunkt von etwa 1020 C. Bei Polymeren mit solchen Eigenschaften ermöglicht die Anwendung der Erfindung das Extrudieren von Folien bei Geschwindigkeiten von mehr als 168 m/Min., was weit über den Werten liegt, die bei den bisherigen   Extrudierverfahren    erzielbar sind, ohne dass man, hauptsächlich durch Lufteinschluss zwischen der Folienbahn und der gekühlten Walze, eine minderwertige Ware erhält.



   Zur weiteren Erläuterung der ausserordentlich hohen   Arbeitsgeschwindigkeiten,    welche die Erfindung ermöglicht, und von speziellen Ausführungsformen dient die Herstellung einer   Pol5räthylenfolie    von ausserordentlicher Klarheit (Durchsichtigkeit) mit Geschwindigkeiten von mindestens 168   m/Min.    bei folgenden Bedingungen:

   Eigenschaften des   Polyäthylens..    Dichte 0,90-0,96, Schmelzpunkt   93-1210e      Düse . . . . . . . . . .    81,3 cm lang, Breite der Austrittsöffnung 0,25 mm Temperatur des Polymeren in der Strangpresse.. 1630 C Temperatur der Schmelze beim Austritt aus der Düse 1540 C Dicke des geschmolzenen Films beim Nachunten führen..   0,    0,025 mm Abziehabstand zwischen der Düsenöffnung und der
Metallwalze....   . .      5,1-20,3    cm Gekühlte Walze . .

   hochpolierte verchromte Walze von 20,3 cm
121,9 cm Länge Temperatur der   Metaliwalze..    Oberflächentemperatur wird durch kontrolliertes    Einilühren    von Wasser von   16-770    C in das Innere der Metallwalze unter etwa 880 C gehalten Winkel zwischen der extrudierten Folie und einer
Senkrechten durch die Austrittsöffnung etwa 150 Geradlinige Entfernung vom ersten Berührungspunkt der Folie mit der Metallwalze zum Punkt der
Berührung der Folie mit dem   Gasstrom.      2,5-10,2    cm   Luftstrom .    Druckluft von 210 und 0-7,03   kg/cm2    Entfernung zwischen Austrittsöffnung der Luftdüse und Folie   0,4-25,4    mm  
Bei vergleichbaren Bedingungen, aber unter Wegfall des Luftstroms,

   sind Arbeitsgeschwindigkeiten von 45,7 m/Min. nicht erreichbar, ohne dass durch Lufteinschluss zwischen der gekühlten Walze und der Folie eine minderwertige Ware anfällt.



     Über    die wesentlichen Vorteile der Erfindung hinaus, die in der Möglichkeit des Extrudierens bei verhältnismässig hohen Geschwindigkeiten ohne Auftreten von Schwierigkeiten durch Lufteinschluss zwischen der Metallwalze und der Folienbahn zum Ausdruck kommen, besteht ein anderer, wichtiger Vorteil darin, dass die Folienbahn einer gezielten Kühlung unterworfen werden kann, z. B. durch Änderung der Gastemperatur und des Gasdruckes, der Temperatur der gekühlten Walze usw., und dadurch eine weitgehende Lenkung der Eigenschaften der Folie erzielbar ist.



   Nach der Behandlung der Folienbahn auf der gekühlten Walze mit dem Gasstrom belässt man die Folie vorzugsweise auf dieser Walze, bis die Folie genügend verfestigt ist und direkt aufgewickelt oder, wenn gewünscht, vor dem Aufrollen über eine umlaufende Walze oder eine Mehrzahl solcher Walzen geführt werden kann. Wenn gewünscht, kann man aber die Folie von der gekühlten Walze nach der Berührung mit dem Gas strom über eine oder mehrere weitere Walzen führen, deren Temperatur gelenkt wird, wobei bei dieser(n) anschliessenden   Walze(n)    die oben beschriebene Gasstromtechnik angewandt werden kann, um einen   Lufteinschhiss    zwischen der Folie und der Walze zu verhindern.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur Herstellung dünner Folien aus bei Normaltemperatur festen Polymeren bei verhältnismässig hohen Geschwindigkeiten durch Spritzen, dadurch gekennzeichnet, dass man einen geschmolzenen Film des Polymeren auf die Oberfläche einer rotierenden Walze, die auf einer Temperatur unter dem Erstarrungspunkt des Polymeren gehalten wird, extrudiert und, während der Film durch die Walze gestützt wird, die der Walze abgewandte Filmoberfläche mit einem in bezug auf das Polymere inerten Gas mit genügend hoher Geschwindigkeit in Be ; rührung bringt, um einen Lufteinschluss zwischen dem Film und der Walze zu verhindern.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass der Film im wesentlichen an der Stelle seiner ersten Berührung mit der Walze mit dem Gas in Kontakt gelangt.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass der Film nach der Stelle seiner ersten Berührung mit der Walze mit dem Gas in Kontakt gelangt.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Film mit einem in Abwärtsrichtung auf diesen Film gerichteten Gasstrom in Berührung gelangt.

   4. Verfahren nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man ein thermoplastisches Polymeres und eine rotierende, polierte Metallwalze verwendet und dass man, solange der Film noch plastisch ist und durch die Walze gestützt wird, einen dünnen Strom eines in bezug auf das Polymere inerten Gases in Berührung mit und quer über die der Walze abgewandte Filmoberfläche mit genügend hoher Geschwindigkeit leitet, um einen Lufteinscbiuss zwischen dem Filsn und der Walze zu verhindern.

   5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man als Polymer ein bei Normaltemperatur festes thermoplastisches Polymer eines niedermolekularen, monoolefinischen, aliphatischen Kohlenwasserstoffes verwendet.

   6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man als Polymer Polyäthylen verwendet.

   PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I, gekennzeichnet durch eine drehbare Walze, deren Temperatur unter dem Erstarrungspunkt des Polymeren gehalten werden kann, Mittel zum Extrudieren eines geschmolzenen Films des bei Normaltemperatur festen Polymeren auf die drehbare Walze und Mittel, um den Film an dessen der Walze nicht anliegenden Oberfläche mit einem Gas solcher Geschwindigkeit in Berührung zu bringen, dass der auf den durch die Walze gestützten Film zur Einwirkung gebrachte Druck einen Lufteinschluss zwischen dem Film und der Walze verhindert.

   UNTERANSPRUCHE 7. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierbare Walze eine polierte Metallwalze ist.

   8. Vorrichtung nach Patentanspruch II oder Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Zusammenbringen des Films mit dem Gasstrom so ausgebildet sind, dass im wesentlichen quer über die Filmbahn eine schmale Gasfront mit dem Film in Berührung gelangt.

   9. Vorrichtung nach Patentanspruch II oder Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Zusammenbringen des Films mit dem Gasstrom so ausgebildet sind, dass der Gasstrom gleichzeitig unter verschiedenen Winkeln im wesentlichen an der Stelle der ersten Berührung des Films mit der Walze oder danach auf den Film auftrifft.