DE4018530A1 - Verfahren zur herstellung von geglaetteten extrudierten vollplatten oder folien aus thermoplastischem kunststoff - Google Patents
Verfahren zur herstellung von geglaetteten extrudierten vollplatten oder folien aus thermoplastischem kunststoffInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
geglätteten extrudierten Vollplatten oder Folien von
weniger als 1 mm Dicke aus thermoplastischem Kunststoff
mit einer Glasübergangstemperatur über 50°C durch
Extrusion des Kunststoffs im thermoplastischen Zustand aus
einer Schlitzdüse zu einer flachen Bahn und Glätten der
Oberflächen der Bahn. Der Ausdruck "Vollplatte" besagt,
daß die extrudierte und geglättete Plattenbahn keine
inneren Hohlräume enthält; nachfolgend wird vereinfachend
der Ausdruck "Platte" verwendet.
Geglättete extrudierte Platten aus amorphem
thermoplastischem Kunststoff werden gewöhnlich
hergestellt, indem man die aus einer Schlitzdüse
extrudierte Bahn durch ein Walzenglättwerk führt. Im
Walzenspalt werden die Oberflächen der Bahn durch die
Glättwalzen, die eine Temperatur unterhalb der
Glasübergangstemperatur haben, schlagartig eingefroren, so
daß nur das Innere der Bahn im thermoplastischen Zustand
verbleibt. Ein Überschuß der thermoplastischen
Kunststoffschmelze kann daher der Fließrichtung entgegen
aus dem Walzenspalt verdrängt werden und bildet vor diesem
eine wulstförmige Verdickung der Bahn.
Unterschreitet die Bahn eine bestimmte Dicke, so berühren
sich die eingefrorenen Schichten in der Mittelebene, so
daß der Kunststoff über die ganze Dicke der Bahn nicht
mehr fließfähig ist. Daher kann der Überschuß nicht aus
dem Walzenspalt verdrängt werden. Infolge davon treten im
Walzenspalt so hohe Druckkräfte auf, daß die Oberfläche
der Glättwalzen oder deren Lager oder das Maschinengestell
beschädigt werden können. Derartige Druckkräfte können
durch eine erhöhte Schmelzetemperatur oder durch eine
höhere Laufgeschwindigkeit des Glättwerks nicht
ausgeschlossen werden. In der Praxis sind kleine
Dickenunterschiede über die Breite der extrudierten Bahn
nicht zu vermeiden. Versucht man, einen Überschuß an
extrudierter Formmasse vollständig zu vermeiden, dann
besteht die Gefahr, daß der Walzenspalt nicht über die
ganze Breite von der Bahn ausgefüllt und die angestrebte
Glättung nicht überall erreicht wird. Der Idealzustand
eines minimalen, über die Breite der Bahn gleichmäßig
dicken Wulstes vor dem Walzenspalt ist aus diesem Grunde
unterhalb einer bestimmten Sollstärke der Bahn kaum zu
verwirklichen. Daher sind geglättete extrudierte Platten
und Folien geringer Dicke mittels der herkömmlichen
Glättwerkstechnologie nicht zugänglich.
Gemäß DE-A 24 32 778 werden thermoplastische Folien mit
vorteilhaften Oberflächeneigenschaften, überlegener
Abmessungsstabilität und annähernd isotropen Eigenschaften
dadurch erzeugt, daß ein möglichst drucklos extrudierter
Strang aus thermoplastischem Kunststoff sofort nach dem
Austritt aus dem Extruder einer Aufnahmevorrichtung
zugeführt wird, die aus zwei übereinanderliegenden,
synchron angetriebenen endlosen Förderbändern besteht,
zwischen denen der Strang komprimiert, ausgebreitet und
flach gedrückt wird, so daß er daran haftend mitgeführt
und zwischen den Förderbändern unter die
Glasübergangstemperatur abgekühlt wird. Am Eintritt der
Aufnahmevorrichtung werden beide Förderbänder auf einer
Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des
Kunststoffes gehalten und auf dem weiteren Laufweg
gleichmäßig abgekühlt. Die erreichte Dickentoleranz liegt
bei 0,05 bis 0,1 mm auf etwa 60 mm Breitenabstand.
Aus der JP-A 57/0 14 065 (1983) ist ein Extrusionsverfahren
bekannt, bei dem der extrudierte Strang aus
thermoplastischem Kunststoff nach dem Austritt aus der
Düse auf ein endlos umlaufendes Transportband aufgelegt
und abkühlen gelassen wird. Eine Glättung der
freiliegenden oberen Oberfläche des Stranges ist nicht
vorgesehen. Man erhält eine ebene, gut verklebbare
Unterseite des Stranges.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von
geglätteten extrudierten Vollplatten oder Folien von
weniger als 1 mm Dicke aus thermoplastischem Kunststoff
mit einer Glasübergangstemperatur über 50°C.
Fig. 1 zeigt in einem schematischen Schnittbild
eine Extrusions- und Glättvorrichtung zur Ausführung der
Erfindung.
Beim allgemein üblichen Verfahren zur Herstellung
geglätteter Kunststoffbahnen wird der Kunststoff im
thermoplastischen Zustand aus einer Schlitzdüse 1 zu einer
flachen Bahn 2 extrudiert und die Oberflächen der Bahn
geglättet, indem der extrudierte Strang in den Walzenspalt
3 eines Glättwerks, das eine geglättete Oberwalze 4 und
eine Unterwalze 5 enthält, eingeführt wird und die
Oberwalze auf einer Temperatur unterhalb der
Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Kunststoffes
gehalten wird.
Erfindungsgemäß wird die Unterwalze 5 auf einer Temperatur
im plastischen Zustandsbereich des thermoplastischen
Kunststoffs gehalten und die extrudierte Bahn nach dem
Austritt aus dem Walzenspalt auf einem um die Unterwalze 5
laufenden endlosen geglätteten Band 6 weiterbewegt und
unter die Glasübergangstemperatur abgekühlt. Solange das
endlose Band 6 an der Unterwalze 5 anliegt, ist seine
Temperatur mit der der Unterwalze etwa gleich.
Da die extrudierte Bahn während der Glättung im
Walzenspalt auf einer Seite im thermoplastischen
Zustandsbereich gehalten wird, bleibt sie dort in der
Weise plastisch verformbar, daß der Walzenspalt dauernd
mit der Kunststoffschmelze gefüllt bleibt und der
Überschuß der Schmelze in einen Wulst auf der
Eingangsseite des Walzenspalts abgedrängt werden kann.
Dadurch wird gewährleistet, daß die Bahn trotz
unvermeidlicher Dickenunterschiede über ihre Breite an
beiden Walzen des Glättwerks, bzw. an dem darauf
umlaufenden endlosen Band dauernd anliegt, ohne daß sich
ein hoher Druck im Walzenspalt aufbaut. Der Druck bleibt
auf eine Höhe beschränkt, die sich aus der
Schmelzviskosität der thermoplastischen Schicht und der
Bahngeschwindigkeit ergibt.
Die Formung und Glättung der Bahn im Walzenspalt unter
teilweise plastischen Bedingungen ermöglicht es,
beidseitig geglättete Platten und Folien unter 1 mm Dicke
in einer Gleichmäßigkeit und Dickengenauigkeit
herzustellen, die mit herkömmlichen Glättwerken nicht
erreichbar war. Die erhaltenen Platten und Folien sind
praktisch frei von Orientierungen und der dadurch
bedingten optischen Doppelbrechung.
Grundsätzlich läßt sich das Verfahren der Erfindung in
jedem Temperaturbereich durchführen, in dem
thermoplastische Kunststoffe plastisch verarbeitbar sind.
Die Beschränkung auf Kunststoffe mit einer
Glasübergangstemperatur über 50°C hat praktische Gründe.
Kunststoffe mit darunter liegender Glasübergangstemperatur
sind bei Raumtemperatur mehr oder weniger klebrig. An
einer Glättung ihrer Oberfläche besteht in der Regel kein
Interesse.
Geeignete Kunststoffe sind insbesondere
erstarrende, harte Thermoplaste, wie PMMA, PS, PC, PVC,
PVDC, ABS, SAN, PES, PET, PSU, PEI, PEEK, PMMI (vgl. DIN
7728). Sie können gefärbt oder gefüllt sein. Auch die
Coextrusion unterschiedlicher oder unterschiedlich
ausgerüsteter thermoplastischer Kunststoffe zu
mehrschichtigen Bahnen ist beim Verfahren der Erfindung
möglich.
Das Verfahren der Erfindung gestattet auch die Herstellung
von Plattenbahnen von mehr als 1 mm Dicke, jedoch läßt
sich bei dieser Dicke eine gleichwertige Glättung beider
Oberflächen mit einem üblichen Walzenglättwerk erreichen.
Erst bei Bahndicken unter 1 mm tritt der besondere Vorteil
der Erfindung zutage. Typische Bahndicken der geglätteten
Platten oder Folien liegen zwischen 0,01 und 1 mm,
insbesondere 0,05 bis 0,5 mm.
Vorzugsweise werden nach dem Verfahren der Erfindung
Platten oder Folien mit folgenden Qualitäten erzeugt:
- 1. Gangunterschied der optischen Doppelbrechung nicht über 50 nm beim einmaligen Durchtritt durch die Platte oder Folie (single pass)
- 2. Dickenschwankungen nicht über 0,05 mm bei Abmessungen bis zu 700×650 mm.
- 3. Dickenschwankungen von nicht mehr als 0,04 mm, vorzugsweise nicht mehr als 0,025 mm bei Abmessungen bis zu 300×300 mm.
- 4. Maximale Rauhtiefe (Rmax nach DIN 4768) unter 300 nm auf wenigstens einer Oberfläche, und/oder eine gemittelte Rauhtiefe (Rz nach DIN 4768) unter 150 nm, vorzugsweise unter 100 nm.
- 5. Mittenrauhwert (Ra nach DIN 4768) unter 40 nm, vorzugsweise unter 25 nm.
- 6. Wölbung unter 1,6 mm bei Abmessungen bis zu 300×300 mm. Als Wölbung wird der größte Abstand der frei liegenden Platte oder Folie von einer ebenen Unterlage bezeichnet.
- 7. Ein Schrumpf von nicht mehr als 16% in Extrusionsrichtung und/oder nicht mehr als 5% quer zur Extrusionsrichtung bei einer Lagerung bei 160 Grad C in 30 min.
Es versteht sich, daß die Erfüllung dieser
Oberflächenqualitäten eine entsprechende Beschaffenheit
und Ausrichtung der Glättwalzen 4, 5 bzw. des Endlosbandes
6 voraussetzt.
Um eine fehlerfreie Ausbildung der extrudierten Bahn zu
gewährleisten, soll die Bahn aus thermoplastischem
Kunststoff mit einer solchen Geschwindigkeit aus der
Extrusionsdüse gefördert werden, daß der auf der
Eingangsseite des Walzenspaltes bestehende Wulst aus
thermoplastischer Kunststoff-Formmasse dauernd auf einer
gleichbleibenden, möglichst geringen Größe gehalten wird.
Es ist daher wünschenswert, die Größe des Wulstes dauernd
zu überwachen und die Extrusionsgeschwindigkeit so
einzustellen, daß ein gleichmäßig kleiner Wulst dauernd
aufrechterhalten wird. Gemäß DE 37 30 043 kann das z. B.
dadurch geschehen, daß die Formmasse mittels einer
Schmelzepumpe in die Extrusionsdüse gefördert und die
Förderleistung der Schmelzepumpe mit der Geschwindigkeit
des Glättwerks gekoppelt wird.
Für die Einstellung der Oberflächentemperaturen der Bahn
im Walzenspalt sind die Temperaturen der Walzen 4 und 5
von ausschlaggebender Bedeutung. Die Oberflächentemperatur
T der Bahn errechnet sich aus der Temperatur Ts und der
Wärmeeindringfähigkeit bs der Schmelze und aus der
Temperatur Tw und der Wärmeeindringfähigkeit bw des
Walzen- bzw. Bandwerkstoffes nach der Formel
T = (Ts×bs+Tw×bw)/(bs+bw).
Darin sind Ts die Schmelzetemperatur und Tw die
Walzentemperatur jeweils vor dem Walzenspalt. Da die
zweite Oberfläche der Bahn im thermoplastischen Zustand
verbleiben soll, ist es zweckmäßig, die Umlenkwalze 5 und
das darauf laufende Band 6 etwa bei der Schmelzetemperatur
zu halten. Jedenfalls muß die Temperatur im
thermoplastischen Bereich des Kunststoffs liegen. Die
Einstellung und Überwachung der Walzentemperaturen erfolgt
mit bekannten technischen Mitteln.
Bei der Verarbeitung von Bisphenol-A-Polykarbonat und
anderen Kunststoffen von vergleichbaren
Verarbeitungseigenschaften wird beispielsweise die
Oberwalze auf einer Temperatur im Bereich von 60 bis 140°C
und die Unterwalze bzw. das darauf laufende Endlosband auf
einer Temperatur im Bereich von 160 bis 300°C gehalten.
Nach dem Austritt aus dem Walzenspalt, gegebenenfalls nach
Durchlaufen einer heißen Relaxationszone, tritt das
Endlosband mit der darauf liegenden Bahn in die Kühlzone
ein, wo das Band 6 über die Kühlplatte 7 hinweggleitet.
Diese soll eine ebene Oberfläche haben, damit keine
Verformungen in der abkühlenden Bahn auftreten. Man läßt
zweckmäßig ein Kühlmittel im Gegenstrom zum Band 6 durch
die Kühlplatte 7 fließen, so daß sie an ihrem vom
Glättwerk entfernten Ende die niedrigste Temperatur hat.
Die Bahn soll dort über die ganze Dicke eine Temperatur
unterhalb der Glasübergangstemperatur erreicht haben.
Während der Abkühlung friert die Unterseite der Bahn im
geglätteten Zustand ein und löst sich dabei selbsttätig
von dem Band. Das Endlosband wird an der hinteren
Umlenkrolle 8 zum Glättwerk zurückgeführt, während die
fertige extrudierte und geglättete Bahn das Band verläßt.
Sie kann wahlweise gerollt oder zu Abschnitten gewünschter
Länge geschnitten werden.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von geglätteten extrudierten
Vollplatten oder Folien von weniger als 1 mm Dicke aus
thermoplastischem Kunststoff mit einer
Glasübergangstemperatur über 50°C durch Extrusion des
Kunststoffs im thermoplastischen Zustand aus einer
Schlitzdüse zu einer flachen Bahn und Glätten der
Oberflächen der Bahn, wobei der extrudierte Strang in
den Walzenspalt eines Glättwerks, das eine geglättete
Oberwalze und eine Unterwalze enthält, eingeführt wird
und die Oberwalze auf einer Temperatur unterhalb der
Glasübergangstemperatur des thermoplastischen
Kunststoffes gehalten wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Unterwalze auf einer Temperatur im plastischen
Zustandsbereich des thermoplastischen Kunststoffes
gehalten wird und daß die extrudierte Bahn nach dem
Austritt aus dem Walzenspalt auf einem um die
Unterwalze laufenden endlosen geglätteten Band
weiterbewegt und unter die Glasübergangstemperatur
abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bahn aus thermoplastischem Kunststoff mit einer
solchen Geschwindigkeit aus der Extrusionsdüse
gefördert wird, daß die Bahn auf der Eingangsseite des
Walzenspaltes einen Wulst bildet und an beiden Walzen
über die gesamte Breite dauernd anliegt.
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