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Beim Flachfolien-Zweistufenreckverfahren wird die Schmelze ähnlich
wie beim Flachfolien-Simultanreckverfahren aus einer Breitschlitzdüse auf eine Kühlwalze
oder in ein Wasserbad extrudiert. Anschließend wird die abgekühlte Folie jedoch
in eine Längsreckmaschine geführt, in welcher sie zuerst auf Recktemperatur vorgewärmt
und anschließend zwischen Reckwalzen kleineren Durchmessers in der Länge gereckt
wird. Das gewünschte Längsreckverhältnis wird dabei durch entsprechende Einstellung
von Umfangsgeschwindigkeitsdifferenzen der Reckwalzen erreicht. Die längsorientierte
Folie wird dann unmittelbar in eine Querreckmaschine geführt, welche im Prinzip
einem Textilspannrahmen ähnelt, jedoch mit dem Unterschied, daß die Greifsysteme,
welche die Folienränder halten, in divergierenden Schienen geführt sind, um das
nötige
Reckverhältnis in Querrichtung zu erzielen.
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Das Schlauchreckverfahren wird noch heute insbesondere in Großbritannien
und den USA angewendet.
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Das Flachfolien-Simultanreckverfahren konnte sich bisher aufgrund
des mechanischen Aufwandes und der daraus resultierenden Begrenzungen in den Maschinengeschwindigkeiten
nebst begrenzten Ausstoßleistungen nicht durchsetzen. Das Flachfolien-Zweistufenreckverfahren
läßt heute die größten Ausstoßleistungen pro Einheit zu, welche zur Zeit bei über
2000 kg/Std. fertiger Folie liegen. Daher hat sich dieses Verfahren aufgrund der
gegebenen Wirtschaftlichkeit allgemein durchgesetzt.
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Neuerdings versieht man nun eine Mittelschicht aus thermoplastischem
Kunststoff, insbesondere aus Polypropylen-Homopolymer, mit Außenschichten aus niedriger
schmelzenden heißsiegelbaren Polymeren in einem einzigen Schritt mittels Koextrusion.
Diese Dreischichtfolie wird danach mittels eines der drei vorangehend beschriebenen
Reckverfahren biaxial gereckt. Hierbei kann die relativ unwirtschaftliche diskontinuierliche
Aufbringung der heißsiegelbaren Außenschichten umgangen werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ausschließlich das Längsrecken
innerhalb des vorangehend beschriebenen Flachfolien-Zweistufenreckverfahrens gemäß
der neueren Verfahrensvariante. Bei dem üblichen Verfahren dieser Art zur Herstellung
einschichtiger biaxial gereckter Folien wurden die Temperaturen von in einer Längsreckmaschine
enthaltenen Vorheizwalzen so eingestellt, daß die Folie unmittelbar vor Reckwalzen
kleineren Durchmessers auf die optimale Recktemperatur (ca. 130"C) gebracht wurde.
Die Reckwalzen selbst wurden so erwärmt, daß ein möglichst großer Reibungskoeffizient
erzielt wurde, ohne daß jedoch die Folie an den Reckwalzen zum Kleben kam. Die optimale
Recktemperatur und die zur Erreichung eines optimalen Reibungskoeffizienten nötige
Temperatur, waren nahezu identisch, so daß hier keine Probleme entstanden.
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Bei der neueren Verfahrensvariante zum Recken von koextrudierten
Folien mit niedriger schmelzenden Außenschichten, von welcher der Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 ausgeht, war in Betracht zu ziehen, daß der Erreichung der optimalen
Recktemperatur die niedrigere Schmelztemperatur der Außenschichten entgegensteht,
da die niedrig schmelzenden Außenschichten bei optimaler Recktemperatur leicht an
den Walzen kleben. Bei den zur Zeit eingesetzten Polymeren für die Außenschichten
mit einer Schmelztemperatur von wenig unter 140"C wurde nun nach dem Stand der Technik
der Effekt ausgenützt, daß die Temperaturen der Vorheizwalzen und der Reckwalzen
abgesenkt werden konnten, ohne daß sich die Qualität der so längsgereckten mittleren
Schicht aus Polypropylen-Homopolymer gegenüber der Verfahrensführung mit optimaler
Recktemperatur merklich unterschied. Festgestellt wurde nur ein Ansteigen der benötigten
Antriebsleistung für die Reckung. Dieser Effekt wurde zurückgeführt auf eine gewisse
Initiatorwirkung der niedriger schmelzenden und damit plastischeren Außenschichten.
Der optimale Reibungskoeffizient an den Reckwalzen wurde bei den niedriger schmelzenden
Außenschichten bei entsprechend tieferen Temperaturen an den Reckwalzen erreicht.
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Es besteht jedoch das Bestreben, in Zukunft aus Gründe der Weiterverarbeitung
heißsiegelbare Kunststoffe für die Außenschichten zu verwenden, welche
erheblich
niedrigere Schmelz- bzw. Siegeltemperaturen als heute gebräuchlich aufweisen. Es
hat sich nun gezeigt, daß bei Verwendung dieser heißsiegelbaren Kunststoffe die
Temperaturen der Vorheiz- und Reckwalzen soweit abgesenkt werden müßten, um ein
Kleben der niedrig schmelzenden Außenschichten an den Walzen zu vermeiden, daß eine
Reckung der Mittelschicht, vorzugsweise aus Polypropylen-Homopolymer, nicht mehr
möglich wäre bzw. eine Reckung bei den so erzielbaren relativ niedrigen Temperaturen
zu Qualitätseinbußen führen würde.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche zumindest zweischichtige
Folie in einer Reckwalzenanordnung, vorzugsweise als ersten Verfahrensschritt eine
zum biaxialen Recken dienenden Verfahrensstufen, einwandfrei längszurecken, wobei
ein Kleben der Folienoberfläche an den Reckwalzen vermieden wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnende Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Durch das sprungartige Absenken der auf die niedriger schmelzende
Schicht einwirkenden Temperatur entsteht von der niedriger zur höher schmelzenden
Schicht ein solcher zumindest während des Reckvorganges im wesentliche andauernder
Temperaturverlauf senkrecht zur Folienoberfläche, daß sich die höherschmelzende
Schicht auf optimaler Recktemperatur befindet, während die niedriger schmelzende
Schicht eine Temperatur unterhalb der Klebetemperatur entsprechend dem optimalen
Reibungskoeffizient gegenüber den Reckwalzen aufweist. Im Idealfall entspricht der
Verlauf der Temperaturfunktion senkrecht zur Folienfläche einer Sprungfunktion,
wobei die niedriger schmelzende Schicht über ihre gesamte Dicke eine konstante Temperatur
entsprechend dem optimalen Reibungskoeffizienten aufweist, während an der Übergangsfläche
zwischen den beiden Schichten die Temperatur sprungartig auf den höheren Wert entsprechend
der optimalen Recktemperatur ansteigt. Dieser letztgenannte Temperaturwert wiederum
sollte im Idealfall über die gesamte Dicke der höher schmelzenden Schicht konstant
bleiben. In der Praxis lassen sich diese Verhältnisse nur angenähert erreichen,
jedoch ist ein monotoner Ansteig der Temperatur von der Außenfläche der niedriger
schmelzenden Schicht zur Übergangsfläche zwischen niedriger und höher schmelzender
Schicht nicht erheblich, da es hinsichtlich der Vermeidung des Erreichens der Klebetemperatur
bzw.
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hinsichtlich des Erreichens des optimalen Reibungskoeffizienten nur
auf die an der Außenfläche der niedriger schmelzenden Schicht vorliegende Temperatur
ankommt. Der Verlauf der Temperaturfunktion senkrecht zur Oberfläche der höher schmelzenden
Schicht ist bei der praktischen Verfahrensdurchführung ebenfalls nicht konstant,
jedoch kann erreicht werden, daß die Mindestrecktemperatur über die Gesamtdicke
der höher schmelzenden Schicht nicht unterschritten wird.
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Insgesamt wird also durch Abschrecken der niedriger schmelzenden Schicht
einerseits zumindest während des Reckvorganges ein Ankleben en den Reckwalzen vermieden,
während andererseits während des Reckvorganges infolge der Wärmekapazität der Folie
bzw.
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Folienschichten die Temperatur der höher schmelzenden Schicht oberhalb
der Mindestrecktemperatur verbleibt Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch
2 wird die Herstellung einer dreischichtigen Folie erreicht. Während bei dem Verfahren
nach dem
Patentanspruch 1 die Temperaturfunktion senkrecht zur Folienoberfläche
unsymmetrisch verläuft, weist diese Funktion bei der Weiterbildung nach dem Patentanspruch
2 zwei symmetrische Äste auf.
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Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 3 wird erreicht,
daß die niedriger schmelzende Schicht bzw. schmelzenden Schichten problemlos erheblich
über die Klebetemperatur erwärmt werden können, damit schließlich während des eigentlichen
Reckvorganges in der höher schmelzenden Schicht die optimale Recktemperatur erreicht
werden kann.
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Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 4 wird eine zweckmäßige
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 und/oder 3 geschaffen,
mit welcher es möglich ist, unmittelbar vor dem Reckvorgang einen optimierten Verlauf
des Temperaturgradienten in einer zweischichtigen Folie zu erreichen. Durch die
Ausgestaltung nach dem Patentanspruch 5 wird diese Aufgabe auch für eine dreischichtige
Folie mit zwei äußeren niedrig schmelzenden Schichten und einer mittleren höher
schmelzenden Schicht erreicht.
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Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 6 wird erreicht,
daß der optimale Verlauf der Temperaturfunktion in Abhängigkeit vom Schichtmaterial
der Kunststoffolie sowie der Materialdicke und anderen Parametern justiert werden
kann. Die Ausgestaltung nach dem Patentanspruch 7 stellt ein weiteres Mittel zur
Optimierung der Temperaturfunktion dar.
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Durch die wahlweisen Weiterbildungen nach den Patentansprüchen 8
und 9 lassen sich weitgehende Anpassungen der Vorrichtung an unterschiedliches Folienmaterial,
unterschiedliche Materialdicken und -abmessungen im Sinne der Erzielung einer optimalen
Temperaturfunktion erreichen.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Seitenansicht in Verbindung mit einem
Schaubild zur Darstellung der jeweiligen auf eine zu behandelnde Kunststoffolie
einwirkenden Temperatur, F i g. 2a, 2b, 2c, 2d, 2e verschiedene Schaubilder zur
Darstellung des jeweiligen Temperaturverlaufs einer in der Vorrichtung nach F i
g. 1 zu behandelnden Folie in einer Richtung senkrecht zur Folienoberfläche an verschiedenen
Stellen der Vorrichtung, wobei eine Kunststoffolie mit einer höher schmelzenden
mittleren Schicht und zwei niedriger schmelzenden Außenschichten zugrunde gelegt
ist, Fig. 3 eine Ineinanderzeichnung von F i g. 2c und 2d in demgegenüber vergrößertem
Maßstab.
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Es werden nachstehend folgende Bezeichnungen für die auftretenden
Temperaturen verwendet: TF = Folientemperatur TK = Klebetemperatur Tv = Vorheiztemperatur
TO = Aufheiztemperatur TKW = Kühlwalzentemperatur TR = Recktemperatur TRW = Reckwalzentemperatur.
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Die in Fig 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt drei Vorheizwalzen la,
lb, lc, um welche eine längszurekkende dreischichtige thermoplastische Kunststoffolie
2 zickzackartig herumgeführt ist. Die Kunststoffolie 2 umfaßt zwei niedriger schmelzende
heißsiegelbare Außenschichten 10a, 10b (F i g. 2a, 2e) und eine
längszureckende höher
schmelzende mittlere Schicht 9 (F i g. 2a, 2e). Innerhalb des Bereiches der Vorheizwalzen
la-lc steigt die Vorheiztemperatur Tv innerhalb der dreischichtigen Folie in Verlaufrichtung
monoton an, bleibt jedoch unterhalb einer Erweichungs- bzw.
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Klebetemperatur TK der niedriger schmelzenden Außenschichten. Beispielsweise
steigt die Vorheiztemperatur Tvder Folie auf 115"C, während die Klebetemperatur
TK beispielsweise bei 1200C liegen soll.
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Nach dem Verlassen der Vorheizwalzen la-c wird die Folie 2 durch
eine Heizeinrichtung 3, die beispielsweise mit Infrarotstrahlern ausgestattet sein
kann, berührungslos auf eine Aufheiztemperatur Ta beispielsweise auf 160°C, gebracht,
die wesentlich oberhalb der Recktemperatur TR der höher schmelzenden mittleren Schicht
9 und erst recht oberhalb der Klebetemperatur TK der niedriger schmelzenden Schichten
10a, 10b liegt.
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Nach dem Austreten aus der Heizeinrichtung 3 wird die Folie 2 zickzackartig
um ein Paar von Kühlwalzen 4a, 4b geführt, welche im vorliegenden Fall mit einer
Umfangsgeschwindigkeit V1 angetrieben sind. Die Kühlwalzen 4a, 4b sind auf einer
Kühlwalzentemperatur TKwgehalten, welche erheblich tiefer als die Klebetemperatur
TK liegt und beispielsweise weniger als 1 150C betragen kann. Hierdurch wird die
Temperatur der niedriger schmelzenden Außenschichten lOa, 10b zumindest an deren
Außenfläche sprungartig auf einen solchen Wert abgesenkt, daß ein Ankleben an einer
nachfolgenden Gruppe von Reckwalzen Sa, 5b, 6a, 6b nicht erfolgen kann.
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Die Reckwalzen Sa, Sb sind mit einer Umfangsgeschwindigkeit V1 angetrieben,
die Reckwalzen 6a, 6b mit einer demgegenüber höheren Umfangsgeschwindigkeit V2,
so daß zwischen den Reckwalzen Sb, 6a ein Reckspalt 7 entsteht. Die Reckwalzen Sa,
Sb, 6a, 6b sind auf einer Reckwalzentemperatur TRW gehalten, welche unterhalb der
Klebetemperatur TK der niedriger schmelzenden Außenschichten liegt und beispielsweise
115"C betragen kann.
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Schließlich gelangt die Folie 2, falls gewünscht, über Weiterheizwalzen
8a, 8b zu einer üblichen Querreckstation, die keinen Bestandteil der vorliegenden
Erfindung bildet. Die gemäß F i g. 1 lediglich längsgereckte Folie 2 kann aber auch
bereits als solche Anwendung finden, und es ist nicht in jedem Fall eine zusätzliche
Querreckung erforderlich.
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Gemäß Fig.2 besteht die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel
nach F i g. 1 erwähnte thermoplastische Kunststoffolie 2 aus einer höher schmelzenden.
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längszureckenden mittleren Schicht 9 und zwei niedriger schmelzenden,
heißsiegelbaren äußeren Schichten 10a, 10b. Die Dicke der Schichten 10a, lOb ist
beim vorliegenden Beispiel wesentlich geringer als diejenige der höher schmelzenden
mittleren Schicht 9.
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Die Gesamtdicke der Folie 2 entspricht einem Wert d.
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Im rechten Teil von F i g. 2a ist der Verlauf f (TF) der Folientemperatur
TF im Einwirkungsbereich der Vorheiztemperatur Tv senkrecht zur Folienoberfläche
dargestellt. Zum Vergleich sind auch noch die Klebetemperatur TK und die Recktemperatur
TR eingetragen.
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F i g. 2b zeigt den Verlauf f (TF) der Folientemperatur TF senkrecht
zur Folienoberfläche im Bereich der Aufheiztemperatur Ta Der Temperaturverlauf f
(TF) hat die Form einer Parabel mit zwei symmetrischen Asten.
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Gemäß F i g. 2c ergibt sich im Bereich der Kühlwalzen
4a,
4b bei Einwirkung der Kühlwalzentemperatur TKW ein Temperaturverlauf f (TF) innerhalb
der Folie entsprechend einer zu der Parabelfunktion f (TF) in F i g. 2b etwa spiegelbildlichen
Mittelhökerkurve. Während gemäß F i g. 2b im Bereich der Heizeinrichtung 3 die Temperatur
der niedriger schmelzenden Außenschichten lOa, 10b wesentlich oberhalb der Klebetemperatur
TK liegt, ist diese letztere Temperatur gemäß F i g. 2c zumindest an den beiden
Außenflächen dieser Schichten wesentlich unterschritten.
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Gelangt die Folie nunmehr gemäß F i g. 2d in den Bereich der Reckwalzen
5a, 5b, 6a, 6b mit der wesentlich über der Kühlwalzentemperatur TKW liegenden Reckwalzentemperatur
TRW, so ergibt sich ein Temperaturverlauf f (TF) innerhalb- der Folie, welcher demjenigen
nach F i g. 2c ähnelt, aber ein flaches ausgeprägtes Profil zeigt Die Temperatur
an den Außenflächen der niedriger schmelzenden Außenschichten tOa, lOb liegt nach
wie vor unterhalb der Klebetemperatur TK, wie dies angestrebt wird, während andererseits
über die Dicke der mittleren höher schmelzenden Schicht 9 die Temperatur den der
optimalen Recktemperatur TR entsprechenden Wert nirgends wesentlich übersteigt bzw.
unterschreitet. Die Vergleichmäßigung der beiden Höcker der Funktion f(TF) hängt
von den angewendeten Temperaturen, den Verweilzeiten, den Wärmeübergangswerten und
Stoffparametern ab.
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F i g. 2e zeigt den idealen Verlauf der Funktion f senkrecht zur
Oberfläche der Folie. Wie ein Vergleich von F i g. 2d mit F i g. 2e ergibt, wird
in der Praxis (F i g. 2d) der ideale Temperaturverlauf in einer guten und brauchbaren
Annäherung erreicht Das vorangehend anhand der Zeichnung dargestellte Verfahren
kann in analoger Weise auch auf eine zweischichtige thermoplastische Kunststoffolie
mit lediglich einer einzigen niedriger schmelzenden Schicht
(beispielsweise Schicht
lOa) angewendet werden. In diesem Fall sind die Temperaturen so einzustellen, daß
sich senkrecht zur Folienoberfläche ein Temperaturverlauf jeweils analog dem oberen
Ast der Funktion f(FF) von F i g. 2a-2d bzw. 2e ergibt Während bei einer zweischichtigen
Kunststoffolie im Prinzip lediglich eine einzige Kühlwalze erforderlich ist, beispielsweise
die Kühlwalze 4a, sind für eine dreischichtige Kunststoffolie zumindest zwei Kühlwalzen
4a, 4b, wie in F i g. 1 dargestellt, oder ein Vielfaches hiervon erforderlich.
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Zur Einstellung des gewünschten Temperaturverlaufes f (TF) innerhalb
der Folie hat es sich bei Notwendigkeit der Anpassung auf unterschiedliche Parameter
(beispielsweise Material, Abmessungen, Dicke der Folie) als günstig erwiesen, die
Kühlwalzen 4a, 4b zur Anderung des Umschlingungswinkels höhenverstellbar auszubilden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. I könnte also die Kuhlwalze 4b um einen variablen
Wert h in der Höhe verstellt werden.
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Zur Unterstützung der Kühlwirkung könnte weiterhin der ersten Kühlwalze
4a eine gegen die niedriger schmelzende Schicht bzw. gegen beide niedriger schmelzenden
Schichten Wa, lOb gerichtete Kühldüsenanordnung lla, lib vorgeordnet sein Auch können
die Kühlwalzen 4a, 4b leerlaufend gelagert sein, wobei sie dann keinen Bestandteil
der Reckwalzengruppe Sa, Sb, 6a, 6b bilden Der Erfindungsgedanke ist vorzugsweise
in Verbindung mit einem Koextrusionsverfahren-anwendbar, bei welchem in einem einzigen
Verfahrensgang eine oder beide niedriger schmelzenden Außenschichten auf die mittlere
höher schmelzende Schieht aufgebracht werden Es sind jedoch auch andere Aufschichtungsverfahren
möglich Das erfindungsgemäße Verfahren ist insoweit keinen Beschränkungen unterworfen.