Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen biaxialen Recken von Kunststöff-Folienhahuen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen biaxialen Recken von Kunststoff-Folienbahnen, bei welchem die Folienbahn zunächst in die Breite und dann dadurch in die Länge gereckt wird, dass die Folienbahn durch ein ihre Laufgeschwindigkeit vor der Längsreckung bestimmendes Eingangs Zugwalzensystem und danach durch ein schneller als dieses laufendes ihre Laufgeschwindigkeit nach der Längsreckung bestimmendes Ausgangs-Zugwalzensystem geführt wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem mit umlaufenden Illuppenketten ausgerüsteten Breitstreckwerk, dem ein Längsstreckwerk nachgeschaltet ist, das mit einem Eingangs-Zugwalzensystem und einem Ausgangs-Zugwalzensystem ausgerüstet ist.
Die kontinuierliche biaxiale Reckung von thermoplastischen Folienbahnen erfolgt mitunter so, dass in erster Stufe die Querstreckung erfolgt und die Folienbahn in zweiter Stufe durch zwei mit verschiedener Geschwindigkeit laufende Zugwalzensysteme bei Temperaturen unterhalb des Kristallit-Schmelzpunktes in Längsrichtung verstreckt wird. Das Eingangs Zugwalzensystem bestimmt die Laufgeschwindigkeit der Folienbahn vor der Längsverstreckung, das Ausgangs-Zugwalzensystem ihre Laufgeschwindigkeit nach der Verstreckung. Die Durchführung der Längsreckung nach der Breitreckung bringt den Vorteil, dass biaxial verstreckte Folienbahnen erhalten werden können, die auch bei einem hohen Grad der Breitverstreckung eine bevorzugte Längs orientierung und damit eine erhöhte Festigkeit in Längsrichtung besitzen.
Die Bevorzugung der Längsorientierung ist häufig dort erwünscht, wo die biaxial verstreckten Folien in Form von schmalen Bändern Verwendung finden.
Bei der in zweiter Stufe durchgeführten Längsreckung ist aber auch bei Verkürzung des Reckweges auf das unumgänglich notwendige Mass nicht zu vermeiden, dass ein Querschrumpfen der Folienbahn auftritt. Das Mass der Schrumpfung ist dann an den Bahnrändern am stärksten, und das führt dazu, dass sich die Randpartien der Folienbahn etwas verdicken und eine andere Orientierung besitzen als der Hauptteil der Folienbahn. Um diese Beeinträchtigung in Grenzen zu halten, wird daher die Folienbahn bei den bekannten Verfahren, bei denen das Längsrekken in der zweiten Stufe erfolgt, bis dicht an die kurze Verstreckungszone über heisse Walzen geführt, deren Temperaturen bei der Verstreckungstemperatur liegen müssen. Dabei kommt es leicht dazu, dass die Folienoberfläche ungünstig beeinflusst wird.
Es ist ferner auch schwierig, sehr breite dünne Folienbahnen durch ein Verstreckungssystem hindurchzuführen, das aus eng beieinanderliegenden heissen Walzen aufgebaut ist; bei der Herstellung von biaxial verstreckten Folien kommen aber in der Praxis Produktionsbreiten bis zu 2 m und mehr vor.
Wie nun gefunden wurde, lassen sich die Nachteile, die mit einer Längsverstreckung von thermoplastischen Folienbahnen in zweiter Stufe verbunden sind, vermeiden. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die in die Breite gereckte Folienbahn bei einer Temperatur, die mindestens 100 C unter der beim Längsrecken angewandten Temperatur liegt, über das Eingangswalzensystem geführt, dann an ihren Rändern von schmalen, nicht miteinander verbundenen Kluppen, welche in parallel oder annähernd parallel angeordneten Leitschienen laufen und von der Folienbahn mitgezogen werden, gefasst, danach auf die Strecktemperatur erwärmt und durch den Zug des nachgeschalteten Ausgangs-Zugwalzensystems längsverstreckt, daraufhin unter die Strecktemperatur ab gekühlt und danach von den Kluppen freigegeben wird.
Dem Verfahren liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass schmale Kluppen, wie sie z. B. in dem französischen Patent Nr. 1.342.204 beschrieben sind, mit Hilfe von Kugellagern und dergleichen so leicht beweglich auf den Schienen geführt werden können, dass sie der Vorwärtsbewegung der Folienbahn, die sich während der Längsverstreckung beschleunigt, ohne anderweitig befördert zu werden, folgen oder selbst unter ungünstigen Verhältnissen, z. B. bei der Längsverstreckung extrem dünner Folien wenigstens so weitgehend folgen, dass eine Anpassung ihrer Vorwärtsbewegung an die der Folienbahn mit einfachen Mitteln möglich ist.
Da bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Erwärmung der Folienbahn auf Verstreckungstemperatur in beliebigem Mass auf die Wegstrecke nach dem Eingangs-Zugwalzensystem verlagert werden kann, lässt sich die Temperatur, bei welcher die Folienbahn über dieses Walzensystem geführt wird, so weit absenken, dass jede Beeinträchtigung der Folienoberfläche, z. B. durch Quetschwalzenandruck ausgeschlossen ist. An sich könnte diese Temperatur beliebig weit abgesenkt werden. Mit Rücksicht darauf, dass die Folienbahn nach dem Passieren des Eingangs-Zugwalzensystems wieder auf die zur Längsstreckung nötige Temperatur zu erwärmen ist, wird man sie jedoch zweckmässig üur um das notwendige Mass senken und auch das Zugwalzensystem auf die in diesem Sinne optimale Temperatur temperieren.
Diese Temperatur, mit welcher die Folienbahn durch das Eingangs-Zugwalzensystem laufen soll, liegt mindestens 10 , vorzugsweise 30 C unter der beim Längsrecken angewendeten Temperatur. Dabei ist noch folgendes zu berücksichtigen: Bei der vorausgehenden Querverstreckung der Folienbahn wird diese vorzugsweise im Ausgangsteil des Querstreckrahmens so weit abgekühlt, dass sie beim Entlassen aus den I Kluppen des Querstreckrahmens nicht mehr stärker zusammenschrumpft. In allen bisher untersuchten Fällen liegt diese Temperatur niedriger als die maximale Temperatur, bei welcher die Folienbahn ohne Beeinträchtigung ihrer Oberfläche durch das Eingangs-Zugwalzensystem des Längsstreckwerkes geführt werden kann.
Das Wiederaufwärmen der Folienbahn auf Längsstrecktemperatur kann -inner- halb bestimmter Grenzen vor und hinter dem Eingangs-Zugwalzensystem erfolgen. In dem einen Grenzfall wird die Folienbahn zweckmässig mit der Temperatur, auf welche sie im Ausgangsteil des Querstreckrahmens abgekühlt worden ist, über das Eingangs-Zugwalzensystem geführt und hinter diesem auf Längsstrecktemperatur erwärmt. In dem anderen Grenzfall wird die aus dem Breitstreckrahmen austretende Folienbahn vorzugsweise bereits vor dem Eingangs-Zugwalzensystem und in diesem selbst, z.
B. durch Herumführen um entsprechend temperierte Walzen, bis auf diejenige Temperatur erwärmt, bei welcher gerade noch keine Beeinträchtigung der Folienoberfläche durch die Quetschwalzeneinwirkung möglich ist und bei welcher auch noch kein störender Rückschrumpf in der Querrichtung der Folienbahn abläuft, und nach dem Passieren des Eingangs-Zugwalzensystems nur noch um den verbliebenen nicht mehr so grossen Differenzbetrag bis zur Längsstrecktemperatur aufgeheizt. In diesem Fall kann das Längsstreckwerk einschliesslich seiner Kluppenführung kürzer gehalten werden.
Es empfiehlt sich, diesen Vorteil anzustreben, d. h. also für die in Frage kommende Folienart zunächst die obere Grenztemperatur zu ermitteln, bei welcher die Bahn mit Sicherheit unter Vermeidung der beiden oben genannten Nachteile durch das verwendete Eingangs-Zugwalzensystem geführt werden kann, die Vorwärmung bis zu dieser Temperatur durchzuführen und den Aufheizweg der Folienbahn innerhalb des Längsstreckwerkes entsprechend zu beschränken.
Wenn die Folienbahn beim Aufheizen hinter dem Eingangs-Zugwalzensystem die Verstreckungstemperatur erreicht hat, wird sie unter dem Zug des nachgeschalteten Ausgangs-Zugwalzensystems verstreckt und nach Ablauf der Längsverstreckung abgekühlt, vorteilhafterweise mindestens auf die Temperatur, mit welcher sie das Eingangs-Zugwalzensystem durchlaufen hat, und dem Ausgangs-Zugwalzensystem zugeführt.
Das Erwärmen der Folienbahn auf die Längsstrecktemperatur erfolgt beispielsweise durch Anblasen mit Luft, welche um einen geringen Betrag über die gewünschte Verstreckungstemperatur erwärmt ist.
Es ist zweckmässig, das Erwärmen der Folienbahn so zu regulieren, dass die Längsverstreckung der Folienbahn immer etwa an der gleichen Stelle zwischen den beiden Zugwalzensystemen einsetzt. Das Einsetzen der Längsverstreckung ist an der Vorwärtsbewegung der Kluppen leicht zu erkennen. Mitunter ist es vorteilhaft, ausser der Erwärmung mit heisser Luft eine Erwärmung der Folienbahn an der Stelle, an der die Längsreckung beginnen soll, durch Heizstrahler vorzunehmen.
Im übrigen ist im Grunde jede Methode zur Aufheizung der Folienbahn brauchbar, durch welche diese, ohne mit Festkörpern in Kontakt zu kommen, gleichmässig und mit einstellbarer Geschwindigkeit auf die Verstreckungstemperatur erwärmt werden kann.
Wenn dieFolienbahn nach dem Passieren des Ausgangs-Zugwalzensystems auf Rollen aufgewickelt werden soll, ist es zweckmässig, ihre Abkühlung, die nach der Längsreckung zwischen den bis dahin noch nicht durchlaufenen Teilen der Leitschienen und im Ausgangs-Zugwalzensystem vorgenommen wird, möglichst intensiv durchzuführen. Wenn dagegen die Folie nach Passieren des Ausgangs-Zugwalzensystems einer weiteren Wärmebehandlung unterworfen werden soll, genügt es, die Folienbahn auf die Temperatur abzukühlen, die sie bei der Durchführung durch das Eingangs-Zugwalzensystem hatte. Die Abkühlung kann auch hier beispielsweise durch Anblasen mit Luft von entsprechend gedrosselter Temperatur besorgt werden.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen dem Eingangs- und Ausgangs-Zugwalzensystem je eine Vorrichtung für das Führen der Folienbahnränder vorgesehen ist, welche eine Vielzahl von schmalen, untereinander nicht verbundenen, möglichst reibungslos laufende Kluppen vom Eingangs-Zugwalzensystem zum Ausgangs-Zugwalzensystem hinführende und zurückführende Leitschienen für die Kluppen und Vorrichtungen aufweist, um die Kluppen in die hinführende Leitschiene einzuführen, danach zum Erfassen und nach Durchlaufen der Längsreckzone und Abkühlungszone zum Loslassen des Folienbahnrandes zu zwingen, dann in die rückführende Leitschiene einzuführen und schliesslich zum Einlauf in die hinführende Leitschiene zurückzubringen,
wobei die hinführenden Leitschienen mit im wesentlichen gleichbleibenden Abstand voneinander liegen und zwischen ihnen im Anschluss an das Eingangs-Zugwalzensystem eine Heizvorrichtung und vor dem Ausgangs-Zugwalzensystem eine Kühlvorrichtung für die Folienbahn angeordnet ist.
Die in den Leitschienen geführten Kluppen stehen untereinander in keiner Verbindung, welche ihre Laufgeschwindigkeit und die Änderung ihres gegenseitigen Abstandes für ein bestimmtes Längsstreckverhältnis mechanisch festlegen würde. Derartige Mechanismen, wie sie zum Beispiel für die Simultanverstreckung von Folienbahnen bekannt geworden sind, wirken bei der Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung - abgesehen davon, dass sie unnötige Komplikationen mit sich bringen - nachteilig, weil sie die Vorwärtsbewegung der Kluppen nur für ein bestimmtes Längsstreckverhältnis festlegen und die Anpassung der Vorwärtsbewegung der Kluppen an diejenige der Folienbahn behindern würden, wenn beispielsweise das Längsstreckverhältnis variiert werden soll.
Es ist ein Vorteil, dass die leicht beweglichen Kluppen unverbunden sind und dass ihre Laufgeschwindigkeit und die Änderung ihres gegenseitigen Abstandes, vorallem auf dem Reckweg, nur durch ihre Verbindung mit den Rändern der Folienbahn massgeblich bestimmt wird. Die Masseträgheit der Kluppen und die bei ihrer Mitnahme durch die Folienbahn unvermeidlich auftretenden Reibungskräfte sind in der Mehrzahl der Fälle praktisch ohne jedweden Einfluss auf die Gleichmässigkeit der Verstreckung der Folienbahn.
Jedoch kann, falls es gewünscht wird, die Vorwärtsbewegung der Kluppen, zum Beispiel auf der Reckstrecke die Beschleunigung ihrer Vorwärtsbewegung, durch von aussen einwirkende Vorschubvorrichtungen unterstützt werden, welche nur so viel Gleitreibungskräfte übertragen, dass keine Voreilung der Kluppen gegenüber der Folienbahn eintritt. Angaben über solche Vorschubeinrichtungen findet man in dem französischen Patent Nr. 1.342.204, auf das hiermit ausdrücklich verwiesen wird.
Um die Reibungskräfte, welche die Beweglichkeit der Kluppen in den Leitschienen vermindern, herabzusetzen, laufen sie zweckmässigerweise in Kugellagern oder anderen reibungsarmen Lagerungen. Die Verwendung einer grossen Zahl von schmalen Kluppen, wie es in der eben genannten französischen Patentschrift Nr. 1.342.204 für das simultane Längsund Querrecken von Kunststoff-Folien beschrieben ist, bietet auch bei dem vorliegenden Verfahren viele Vorteile.
Die beiderseits der Folienbahn befindlichen, von dem Eingangs- zu dem Ausgangs-Zugwalzensystem einführenden Leitschienen ordnet man im allgemeinen vorzugsweise derart an, dass sie vom Beginn zum Ende der Längsreckstrecke in einem kleinen Winkel aufeinander zulaufen. Der Winkel beträgt dabei in der Regel nur einige Winkelgrade. Man lässt damit eine gewisse Breitenschrumpfung der Folienbahn während ihrer Längsreckung zu. Der eingestellte Grad der Schrumpfung richtet sich nach den gewünschten Eigenschaften der Folie, beispielsweise hinsichtlich ihrer endgültigen Schrumpffähigkeit in die Breite, ihrer Massbeständigkeit oder ihrer Freiheit von inneren Spannungen. Eine schwach konvergierend verlaufende Schienenführung in der Längsreckstrecke begünstigt im übrigen die Vorwärtsbewegung der Kluppen, insbesondere ihre Beschleunigung während der Längsverstreckung der Folienbahn.
Die vorgesehene Schrumpfung der Folienbahn in die Breite ist jedoch vorzugsweise in keinem Fall so gross, dass die Breitenschrumpfung über die Bahnbreite hin ungleichmässig wird, und ist daher zweckmässig so zu bemessen, dass die Folienbahn in der Reckzone und in deren Nachbarschaft stets unter einer gewissen Querspannung steht.
Anhand von Fig. 1 und 2 wird schematisch ein Beispiel für die Durchführung des Verfahrens näher erläutert. Fig. 1 zeigt das Schema einer für das Verfahren brauchbaren Vorrichtung in Aufsicht, Fig. 2 zeigt das Schema in Seitenansicht.
In einem Abstand von mehr als 6 m voneinander sind zwei Zugwalzensysteme, nämlich das Einlaufsystem Z, und das Auslaufsystem Z2, angeordnet, die beispielsweise mit 15 bzw. 60 m/min. Umfangsgeschwindigkeit laufen. Durch in den Fig. nicht dargestellte, an sich bekannte Transport- und Steuervorrichtungen werden schmale leicht laufende, nicht miteinander verbundene Kluppen, wie sie beispielsweise in dem oben genannten Patent Nr. 1.342.204 für die Simultanverstreckung von thermoplastischen Kunst stoff-Folienbahnen beschrieben sind, hinter dem Einlaufwalzensystem Zt in dichter Folge an den Rändern der Folienbahn zum Eingriff gebracht.
Die Kluppen werden von der Folienbahn aus Polyäthylenglykolterephthalat auf annähernd parallel zueinander laufenden Leitschienen Rt und R2 bis kurz vor das Auslaufwalzwerk Z2 mitgenommen, wo sie geöffnet und in die rückführenden Leitschienen R5 und R4 einge führt werden, in denen sie zu dem Anfang der Leitschienen Rl und R2 zurückbefördert werden.
Die mit einer Temperatur von 550 aus dem Breitstreckrahmen austretende etwa 80 gb dicke Folie aus Polyäthylenglykolterephthalat wird bei einer Geschwindigkeit von 15 m/min. über die auf 78" aufgeheizten Vorwärmwalzen W1 bis W4 und das auf dieselbe Temperatur geheizte Einlaufwalzwerk Zt geführt und in der Anwärmzone A mit heisser Luft von 95 bis 100" von beiden Seiten angeblasen. Die Aufheizung wird so einreguliert, dass die Längsverstrekkung der Folienbahn nach einer Anwärmstrecke von 3000 mm einsetzt. Die angrenzende Streckzone S hat eine Länge von etwa 400 mm. Sie wird durch die darauffolgende Kühlzone K beendet.
Anschliessend durchläuft die verstreckte Folienbahn die Kühlzone K von etwa 2600 mm Länge und schliesslich das Ausgangs-Zugwalzensystem Z2 das mit einer Geschwindigkeit von 60 m/min. angetrieben ist. Die Folienbahn läuft in das Längsstreckwerk mit einer Breite von 1530 mm ein. Nach dem Fassen ihrer Ränder beträgt die freie Bahnbreite zwischen den Kluppen 1500 mm. Die Breite wird in den ersten beiden Dritteln der Anwärmzone A konstant gehalten, während sie im letzten Drittel um etwa 1,4 O/o auf 1480 mm vermindert wird. In der Streckzone S wird eine weitere Breitenverminderung um 2,7 0/o auf 1440 mm zugelassen. Der Abstand der Leitschienen Rt und R2 voneinander und damit die Bahnbreite bleibt für den grössten Teil der Kühlzone konstant.
Nur auf den letzten 600 mm der Kluppenführung laufen dann die beiden Leitschienen Rt und R2 nochmals geringfügig (um etwa 0,7 6/0) zusammen. Dieses Zusammenlaufen ist empfehlenswert, um das Öffnen der Kluppen bei herabgesetzter Querspannung der Folienbahn durchführen zu können.
Häufig soll die biaxial verstreckte Folienbahn im gespannten Zustand bei höherer Temperatur noch nachbehandelt werden, um den kristallinen Anteil im Polymeren zu erhöhen und die verstreckte Folie damit dimensionsbeständiger zu machen. Bei der Wär mevergütung erfolgt meist auch eine Vergleichmässigung von ortlichen Spannungsunterschieden, die eventuell bei der Verstreckung der Folien durch geringfügige Temperaturdifferenzen und dergleichen entstanden sein können.
Um die Wärmevergütung im unmittelbaren Anschluss an die vorliegend beschriebene Längsverstrekkung durchführen zu können, ist es notwendig, anstelle des in Fig. 1 skizzierten Abzugwalzensystems Z2 ein oder zwei Quetschwalzenpaare anzuwenden, die mit ihren Ballen nur auf dem Teil der Folienoberfläche angreifen, der von den Kluppen freigelassen ist, ferner die Schienenführung für die Kluppen zu verlängern und die Kluppen erst zu öffnen, nachdem die Wärmevergütung der biaxial verstreckten Folienbahn abgeschlossen ist. Die Quetschwalzenpaare bestehen in diesem Falle vorzugsweise aus einer gummierten Walze und einer Stahlwalze.