NO812084L - Fremgangsmaate og apparat for fremstilling av flerlags ekspanderte filmer. - Google Patents

Description

I

Den foreliggende oppfinnelse vedrører flerlags ekspanderte filmer, spesielt slike filmer som anvendes i stor grad for innpakking av matvarer og andre salgsprodukter. Slike filmer omfatter vanligvis en relativt rimelig basis film, f.eks. av| polyten, og et overflatelag av mer kostbar plast, f.eks. polyisobutylen. Slike filmer er hovedsaklig meget tynne, og en anerkjent fremgangsmåte for å fremstille dem omfatter to trinn. I det første av disse trinn blir en film omfattende to lag, basis og overflate, laget i rørform ved en ekstrude-ringsprosess. Det andre trinnet omfatter lukking av enden av røret fjerntliggende fra ekstrudereren, f.eks. ved hjelp av knipet hos avtrekkingsvalser gjennom hvilken filmen i tur og orden passerer, avkjøling av røret og fylling av røret som således er lukket med en gassboble under trykk slik at veggene gir etter og ekspanderer i areal og avtar i tykkelse. Man : har funnet at slike prosesser kan styres slik at basis og overflatelagets tykkelser reduseres generelt i forhold til hverandre.

En ulempe ved slike fremgangsmåter for fremstilling av en to-lagsfilm, og også for lignende kjente prosesser for frem-bringelse av filmer med mer enn to lag, vedrører det første' trinnet i prosessen. Ifølge den nåværende praksis, blir dette trinn vanligvis utført ved et ko-ekstruksjonsformingssett hvor de separate smelter passerer gjennom separate formings-kanalar, koaliscerer ved høyt trykk, og passerer så gjennom en sluttåphing for å danne en lagvis, men enkelt sammensatt masse. Vanligvis vil rørformete koaksiale smelter koaliscere til et enkelt sammensatt rør på hvilket det andre ekspansjonstrinnet i prosessen anvendes. Slike ko-ekstruksjonsmaskiner, med to eller flere kanaler hver forbundet med en ulik ekstruderer og materialtilførsél, er kompliserte og kostbare.

Det er også blitt foreslått prosesser hvori et basislag ekstruderes og et overflatelag så påføres dette ved en belegnings-teknikk. Slike prosesser, av hvilke eksempler kan finnes i britisk patent 936535 og US-patent 2848747 gir den potensielle fordel hva angår lav kostnad relativt.slike prosesser som de allerede beskrevet hvori overflåten og basislagene ko-eks truderes. Imidlertid illustrerer disse to publiserte patenter også typiske ulemper ved de kjente "belegnings-type" prosesser som de representerer. Således beskriver britisk patent 936535 prosesser ved hvilke et rørformet ekstrudert basislag beveger seg i avstrykingskontakt forbi stående masser av belegningsmaterialet, idet massene har betydelig dybde når det måles i en retning parallelt med aksen for det ekstruderte rør-et, slik at avstrykningskontakten opprettholdes over også den betydelige aksielle distanse. I fig. 5 i britisk patent 936535 er både den aksielle og den radielle dybden av massen som påfører beleggmaterialet på den indre overflaten 60 av røret 16 slik at den positive skrapevirkning av et skrape-blad 54, plassert ved nedstrømsenden for massen, er nødvendig for å barbere det påførte belegg til akseptabel jevn tykkelse. Hvis røret med sitt påførte belegg her skulle hvile mot en overflate som var mindre skarp enn skrapebladet, er den aksielle distanse mellom punktet for hvilekontakt og overflaten 58 av formen så stor at røret 16 allerede vil være fullstendig uten understøttelse i en retning normal' for ekstruksjonsaksen, slik at kontakten mellom røret og legemet som hviler mot det vil ha tendens ganske enkelt til å bevirke røret til å gi etter og forvrenge istedetfor å utøve en utjevningseffekt på tykkelsen av det påførte belegg. Røret vil selvfølgelig være enda mindre understøttet når det passerer den sekundære formen 20, med enda verre følger for jevnheten i belegget som den formen kan påføre den ytre overflaten 52. Erfaring har vist at det er vanskelig over slik aksial distanse å opp-rettholde nøyaktig innretning av det ekstruderte røret,

slik at det ikke kan garanteres at røret vil passere sentralt gjennom den andre formen 20 og vil således bli jevnt av denne. Videre mangler det i apparatet vist i figurene på tegningene i britisk patent 936535 midlene hvorved strøm-nings has tigheten for beleggmaterialet gjennom apparatet,

og således kan massene av materialet som belegges på røret pr. tidsenhet nøyaktig måles. Slik måling krever i det minste for tilførselen av materialet at det innbefattes

en manifold som omgir røret, og at materialet passerer

fra den manifolden til røret ved hjelp av en åpning

definert ved en stiv konstruksjon slik at den gir en fastslå-bar motstand overfor materialstrømmen gjennom den bg således skaper et fastslåbart trykkfall over den. I fig. 5 i britisk patent 936535 finnes ikke noen slik konstruksjonsmessig definert åpning mellom de ringformede masser av beleggsmate-rialet og røret, idet massene står overfor røret direkte og påfølgende "åpninger" gjennom hvilke materialet passerer, er definert delvis ved selve røret og ikke fullstendig av den faste konstruksjon.

Ifølge US-patent 2848747 blir et belegg påført på en måte som tilsynelatende ikke krever noe påfølgende sekundær form for å redusere eller forbedre jevnheten av dets tykkelse, men i prosessen og apparatet som er beskrevet i dette patent, er der nok en gang en klar adskillelse, målt i en retning paral-lell med aksen for det ekstruderte rør, mellom munningen av ekstrusjonsformen og stedet hvor en operasjon som er vesentlig for dannelsen av belegget utføres. En slik adskillelse ville virkelig synes å være vesentlig for prosessen beskrevet i US-patent 2848747 hvor røret ekstruderes varmt, men hvor belegget påføres ved hjelp av en teknikk av det slag som er kjent som "løsningsmiddeltorming", hvor belegget når det på-føres røret oppløses i et løsningsmiddel som må fordampe når det danner kontakt med røret, men ikke før. Den viskose dispersjdn anvendt i US-patent 2848747 kunne gjerne ha et kokepunkt av ca. 100°C og ville derfor være utsatt for faren for for tidlig koking hvis den kom for nær munningen av•eks-trusjonsformen, hvilken typisk vil være ved en temperatur av størrelsesorden f.eks. 190°C. Den aksielle adskillelse mellom munningen av ekstrusjonsformen og påføringspunktet for belegget frigjør også røret med hensyn til flytning og for-vrengning, slik som i britisk patent 936535. Størrelsen av denne aksielle adskillelse i US-patent 2848747 er illustrert ved det faktum, klart angitt i fig. 1 i tegningene i det pat-entet, at det ekstruderte røret forventes å gjennomgå en merk-bar radiell utvidelse ettersom det beveger seg gjennom den aksielle distansen. Det kan også bemerkes at US-patent 2848747 vedrører en prosess hvor det belagte overflatelag er ganske tykt, ettersom det endog etter ekspansjon er i stand til å bli slisset og fjernet fra dets basislag som en uavhengig film. I motsetning til dette vedrører den foreliggende oppfinnelse en prosess hvor det belagte lag er tynt i begynnelsen og enda tynnere etter ekspansjon, og hvor nøyak-tig tykkelsekontroll derfor er vital.

Den foreliggende oppfinnelse omfatter en forbedret fremgangsmåte og et apparat for å utføre denne, for å påføre et overflatelag på en ekstrudert film ved hjelp av en belegnings-teknikk. Oppfinnelsen er definert av de etterfølgende patent-krav, viss innhold danner del av nærværende beskrivelse. Oppfinnelsen kan ytterligere angis å innbefatte en fremgangsmåte for dannelse av flerlags, ekspandert film omfattende ekstrudering av minst et lag gjennom en form, belegning av det laget med minst et ytterligere lag tett nedstrøms relativt formen, og så ekspandere det resulterende produkt.

Fortrinnsvis blir materialet ekstrudert i varm tilstand og det belagte materialet påføres ved en tilsvarende temperatur, og ekspansjonen følges av et temperaturfall i det resulterende produkt.

Ekstruderingen kan finne sted gjennom en ringformet form, som vender i aksiell retning, for således å danne et rørformet produkt, og belegget kan påføres ved å tømme væske på minst del av den ytre overflaten av røret ved hjelp av en beleg-ningsåpning rettet radielt relativt den samme aksen. Åpningen kan være en fullstendig ring hvis hele overflaten skal belegges, eller den kan være mindre enn fullstendig hvis kun del av røroverflaten skal belegges.

Ekspansjonstrinnet i prosessen kan begynne direkte nedstrøms for åpningen, hvis nedstrømsvegg kan avlastes i en radiell retning slik at kontakten mellom åpningsoverflåtene og det avsatte belegget snart forsvinner.

Åpningen kan defineres ved en ringformet enhet konstruert til å passe på enden av den vanlige, ringformete ekstrusjonsformen slik at formkonstruksjonen tilveiebringer den opp-

strømsdefinerende veggen av belegningsåpningen, mens enheten tilveiebringer den nedstrøms definerende veggen innbefattende den avlastede, allerdde beskrevne, regionen. Midler kan til-veiebringes for å feste enheten til formkonstruksjonen og nøyaktig å justere de relative posisjoner for enheten og konstruksjonen ,. både aksielt og radielt, for således å kontrollere den nøyaktige form av belegningsåpningen. Belegningsåpningen kan forbindes med en kilde for flytende belegningsmateriale og til midler for å oppvarme det materialet til en temperatur sammenlignbar med den for materialet som ekstruderes. Belegningsmaterialet kan tvinges mot belegningsåpningen ved hjelp av fremdriftsmidler, slik som et stempel, en skrue, 1 eller gass under trykk.

Oppfinnelsen, som innbefatter produktene fra prosessen og apparatet, vil nå bli beskrevet i eksempels form med henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 er et skjematisk vertikålriss av et apparat for å ut-føre den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et planriss av en ekstrusjonsformkonstruksjon med belegningsåpningsenheten i stilling.

Fig. 3 er et snitt på linjen III-III i fig. 2.

Fig. 4 er en skjematisk fremstilling av en del av apparatet vist i fig. 3, i bruk og i større målestokk.

Fig. 5 er et aksielt snitt gjennom et annet apparat.

Fig. 6 er et aksielt snitt gjennom nok et apparat.

Fig. 1 viser en ekstruderer 1 omfattende en inntakstrakt 2, et varmeelement 3 ved hjelp av hvilket temperaturen for materialet som mates fra trakten økes og en skruetransportør 4 ved hjelp av hvilken materialet tvinges mot og ekstruderes gjennom den ringformede munningen 5 i en form 6. En åpning 7 (figurene 2 og 3), plassert på formens akse, står i for bindelse ved hjelp av en ledning 8 med en pumpe 9 som til-fører gass under kontollert trykk. Materialet som varmeeks-truderes fra formen 6 avkjøles av luft som blåses radielt innad ved hjelp av en ringdyse 10, og ekspanderes av en inn-fanget luftboble 11 med hvilken den er fylt ved hjelp av pumpen 9. Enden av det dannede røret som ligger fjernt fra formen 6 lukkes ved hjelp av knipevalser 12 inn i hvilke røret føres av styrevalser 13. Valsene 12 flater ut røret, hvilket så oppvikles flatt på en rulle 14.

Apparattrekkene som er beskrevet så langt er kjent, og slike som allerede anvendes f.eks. til å varmeekstrudere og ekspandere ubelagt polytenfilm. En av dens former krever oppfinnelsen i tillegget av en åpningsenhet 15 som passer på enden av ekstrusjonsformenheten 6. De to enhetene definerer innbyrdes en ringformet manifold 16, forbundet ved hjelp av en varme-veksler 21 med en beholder 22 inneholdende belegningsvæske 23, vanligvis smeltet polymer. En gasstilførsel 24 under trykk tjener til å drive væsken fra reservoaret frem til manifolden ved hjelp av varmeveksleren 21, hvilken oppvarmer væsken til stort sett den samme temperaturen som den som det ekstruderte produktet har når det forlater formmunningen 5. På nedstrømssiden av manifolden 16, danner endeflaten 6a for formen. 6 og flensen 20 av enheten 15 den konstruksjon som definerer en måleåpning 19 fra hvilken det fremdrevne fluidum kommer ut og møter den ytre overflaten av det ekstruderte røret og danner et belegg på dette. En "0"-ring tetning 15a er innpasset mellom enheten 15 og formen 6, og settskruer 17 og 18 muliggjør at nøyaktig dimensjoner for åpningen 19 kan nøyaktig innstilles ved å tillate både radiell og aksiell justering av den relative posisjon av enheten 15 og formen 6. Det er viktig for den foreliggende oppfinnelse at manifolden 16 bør tillate innkommende belegningsmateriale å fordele seg. fritt og jevnt rundt hele ringen, og at under en individuell belegningsoperasjon dimensjonene av åpningen 19 er konstante, slik at den medfører en konstant motstand på materialstrømmen gjennnom den og således virker som en sann måleåpning, samt setter operatøren i stand til å kontrollere massen av belegg som påføres pr. tidsenhet, ganske enkelt ved å regulere tryk-

ket i tilførselen 24.

Fig. 4 illustrerer mekanismen ved hjelp av hvilken væske 23 belegges som et ytre lag 30 på den ekstruderte basisfilm som fremkommer fra formmUnningen 5. Fig. 4 er i en forstørret målestokk, og henvisningstallene 25 og 26 angir henholdsvis den ytre og indre' vegg av et lag som typisk kan være 1 millimeter tykt. Nesen 29 av flensen 20 kan med fordel være til-bakestillet noe relativt den ytre veggen 31 av formmunningen 5, dvs. at den kan ligge noe ytterligere frå ekstrusjonsaksen (32, fig. 2). Dette trekket gir mulighet for "formsvelling", et kjent fenomen som bevirker tykkelsen av det ekstruderte produkt til å øke, som fig. 4 klart viser, umiddelbart før det forlater formmunningen 5. Det som er vitalt for oppfinnelsen, er imidlertid for det første at munningen 27 av åpningen 19 er plassert aksielt så nær som mulig til munningen 5 av formen 6, og absolutt før det ekstruderte produkt er . blitt tvunget til å ekspandere i noen betydelig grad på grunn av den innfangede luftboblen 11 (fig. 1). Dernest at punktet (28, fig. 4) ved hvilket det belagte ytterligere lag 30 mis-ter kontakt med den faste konstruksjonen i åpningsenheten 15 bør adskilles fra det nærmeste punkt ved hvilket basisfilmen 34 understøttes (dvs. hjørnet 35 av formmunningen 5, fig. 4) med en distanse ikke vesentlig større enn bredden 33 av basisfilmen ved det punktet. Ved adskillelser større enn denne, er det funnet at friheten for basisfilmen 34 til å flyte radielt ettersom den passerer neserT29 snart øker slik at tykkelsen av laget 30 ikke lenger har et nogenlunde konstant forhold til matehastigheten for væsken 23 og således trykket i tilførselen 24.

I en serie av tester er polyetylenfilm med lav tetthet blitt ekstrudert som et rør med en veggtykkelse av 1 millimeter, hvilket så er blitt fortynnet ved påfølgende ekspansjonstrinn til ca. 32 mikrometer. Det påførte belegg har vært av poly (isobutylen), Mv - 50 000, og det er blitt vist, at ved å variere matetrykket i tilførselen 24 fra 1,4 x 10 - 3 kp/cm<2>

-3 2

til 4,2 x 10 kp/cm , kan den endelige tykkelse av laget 30 etter ekspansjon varieres innenfor området av ca. 0,4 til 1,0

mikrometer, idet jevnheten i beleggtykkelse varierer ikke mer enn 15%. Film er blitt kontinuerlig produsert med en has-tighet av .4 kg pr. time fra en ekstrusjonsform 5 med diameter lik 50 millimeter.

Fig. 5 viser et modifisert apparat i hvilket formen 6 og den påfestede åpningsenhet 15 er montert for rotasjon, enten oscillerende eller kontinuerlig, om ekstrusjonsaksen 32, mens ekstrudéring og påfølgende belegning fortsetter. An-vendelse av slik rotasjon ved små hastigheter for vanlige former er kjent, og kan hjelpe til å bedre jevn tykkelse av produktet. Uten slik rotasjon, kan f.eks. en for stor bredde ved et eller annet punkt rundt munningen av formen lett føre til for stor tykkelse i den del av produktet som ekstruderes ved det punkt, og således i en utbulning når produktet oppvikles på en rulle. I apparatet vist i fig. 5 er enheten 15 festet til formen 6 ved hjelp av settskruer 17, 18 som tid-ligere, men er selv lagret i rotasjonslageret 36 innenfor en fast ring 37. En motor 38, som driver et dekkhjul 39 som hviler mot formen 6, bevirker den ønskede rotasjonsmessige bevegelse og beleggvæsken når åpningen 9 ved hjelp av en fast ledning 40. Denne fører inn i en ringformet kanal 41 i ringen 37, og under rotasjonsbevegelsen står kanalen 41 i konstant forbindelse med en ringformet kanal 42 på samme nivå og dannet i enheten 15. En ledning 43 forbinder kanalen 4 2 med manifolden 16.

Munningen 27 av åpningen 19 kan være en ublokkert ring, som f.eks. vist i fig. 3, men kan alternativt være blokkert ved et eller flere steder rundt periferien (som angitt skjematisk med henvisningstallet 45 i fig. 5), hvilket muliggjør frem-stillingen av artikler i hvilke beleggene, i form av spiraler eller langsgående bølgete strimler påføres den ekstruderte grunnfilm. En analog, men tverrgående intermitent effekt oppnås selvfølgelig ved å operere gasstilførselen 24 ikke kontinuerlig, men i pulser ved hjelp av en styreanordning vist skjematisk med henvisningstallet 24a i fig. 1, slik at belegningsvæsken 23 kommer ut fra munningen 27 kun intermitent. Hvis munningen er ublokkert, er det resulterende pro dukt et rør som bærer diskrete langsgående-adskilte bånd av belegg i intervaller. En slik prosess har potensiale i fremstilling, f.eks. av poser med lett forseglbare åpninger.

Fig. 6 viser de essensielle elementer i apparatet ved hjelp av hvilket oppfinnelsen kan anvendes til å påføre et belegg på inneroverflåten, istedetfor ytteroverflaten, av et ekstrudert rør. Her er åpningsenheten 15 festet til den indre delen av formenheten 6 ved hjelp av skruer 7 og er utformet med et sentralt hulrom 48 for å tillate klaring for åpning 7. Også åpningen 19 vender nå radielt utad og belegningsvæsken 23 når manifolden 16 ved hjelp av ledningen 49, dannet innenfor formens 6 konstruksjon. Ettersom den formen vanligvis vil være varm mens ekstruderingen finner sted, og ettersom det ofte er ønskelig at den væske som kommer fra åpningsmunningen 27 skal være stort sett på den samme temperatur som den ekstruderte filmen som den skal belegge, kan nyttig varmeveksling finne sted mellom formen og belegningsvæsken 23 ettersom sistnevnte passerer langs ledningen 49.

Selv om den er blitt beskrevet med henvisning kun til fremstilling- av ekspandert, rørformet belagt film, er oppfinnelsen også anvendbar for fremstilling av flat film eller film med en ufullstendig bueformet overflate, og anvendbar til på-føring av belegget på kun en del av overflaten av et ekstrudert produkt, f.eks. på hva som kan bli et kantbånd hvis et ekspandert rør senere slisses i langsgående retning. Et slikt kantbånd kan av og til være tilstrekkelig til å gi en selv-innpakkende evne hos en film som ellers er ubelagt og er således billigere enn en fullstendig belagt film. Selv om oppfinnelsen er blitt béskrévet i forbindelse med kun belegning av et enkelt lag på en basisfilm bestående av et enkelt ekstrudert lag, er oppfinnelsen dessuten anvendbar også på prosesser hvor lagene er belagt på en basisfilm omfattende et ekstrudert lag som allerede bærer et eller flere belagte lag. Et apparat for å utføre en slik prosess kan f.eks. om-fatte en ekstrusjonsformmunning fulgt av en serie av beleg-ningsåpninger plassert tett etter hverandre. I et slik til-felle er "basisfilmen" for hver individuell belegningsopera-

sjon produktet av den sist foregående sådanne operasjon.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for forming av et flerlags ekspandert film i hvilken en basisfilm omfatter minst et lag ekstrudert gjennom en ekstrusjonsform og minst et ytterligere lag belagt på en overflate av den basisfilmen, karakterisert ved at det ytterligere laget er dannet av fluidum fremdrevet fra en manifold gjennom en måleåpning for å møte den overflaten tett nedstrøms for eks trusjonsformen og før noen vesentlig grad av ekspansjon, har funnet sted.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at punktet ved hvilket det.belagte lag slipper kontakt med den faste apparatkonstruksjon er adskilt fra det nærmeste oppstrømspunkt ved hvilket overflaten av basisfilmen•understøttes mot den faste konstruksjon med en avstand ikke vesentlig større enn tykkelsen av basisfilmen ved det nærmeste oppstrømspunkt.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det belagte lag møter det ekstruderte laget på et sted adskilt fra munningen av ekstrusjonsformen med en distanse ikke vesentlig større enn tykkelsen av det ekstruderte laget ved formens munning.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at distansen mellom munnen for måleåpningen og basisfilmoverflaten ikke er vesentlig større enne tykkelsen av basisfilmen ved punktet hvor den mottar det belagte laget.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor ekstruderingen finner sted varm, karakterisert ved at det belagte ytterligere lag påføres i den smeltede tilstand og at den resulterende flerlagsfilm så ekspanderes og ekspansjonen følges av et temperaturfall.

6. Apparat for forming av flerlags '.ekspandert film omfattende midler innbefattende en ekstrusjonsform for formning av en basisfilm omfattende minst ett ekstrudert lag, karakterisert ved en manifold etterfulgt av en måleåpning, og midler for å fremdrive fluidumet gjennom den for å møte overflaten av basisfilmen tett nedstrøms for ekstrusjonsformen før noen vesentlig grad av ekspansjon har funnet sted og så å belegge et ytterligere lag på denne, og midler for deretter å ekspandere den resulterende belagte basisfilm.

7. Apparat som angitt i krav 6, karakterisert ved at det er montert for dreiebevegelse om ekstruderingsaksen.

8. Apparat som angitt i krav 6, karakterisert ved at distansen av nedstrømskanten av åpningen fra ekstruderingsaksen er noe større enn distansen fra den aksen av den ytre grense av munningen av selve ekstrusjonsformen, for å tillate "svelling" av det ekstruderte lag umiddelbart når det forlater formen.

9. Apparat som angitt i krav 6, karakterisert ved at måleåpningen har mindre utstrekning enn ekstrusjonsformen i en retning normal på den for selve ekstruderingen, hvorved belegget begrenses til et langsgående bånd av basisfilmen.

10. Apparat som angitt i krav 6, karakterisert ved en mekanisme til. å operere beleggfremdriftsmidlet intermitent, hvorved belegget begrenses til langsgående-adskilte bånd av basisfilmen.