DE19946949A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer biaxial verstreckten Folie aus einem thermoplastischen Kunststoff - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer biaxial verstreckten Folie aus einem thermoplastischen Kunststoff mit mindestens einem Extruder und einer Ringspaltdüse für die Extrusion eines Primärschlauches des thermoplastischen Kunststoffs, einer Abzugs- und Abkühleinrichtung für den Primärschlauch, einer nachfolgenden Heizeinrichtung zum Aufheizen des abgekühlten Primärschlauchs auf eine Blasformgebungstemperatur und einer Einrichtung zum Aufblasen des aufgeheizten Primärschlauchs zu einem Sekundärschlauch, der nachfolgend von einer Flachlege- und Aufwickeleinrichtung zu der Folie aufwickelbar ist, wobei ein den Primärschlauch (3) ausgangsseitig der Heizeinrichtung (5) umgebender Stabilisierungsring (50) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer biaxial verstreckten Folie aus einem thermoplastischen Kunststoff mit mindestens einem Extruder und einer Ringspaltdüse für die Extrusion eines Primärschlauchs des thermoplastischen Kunststoffs, einer Abzugs- und Abkühleinrichtung für den Primärschlauch, einer nachfolgenden Heizeinrichtung zum Aufheizen des abgekühlten Primärschlauchs auf eine Blasformgebungstemperatur und einer Einrichtung zum Aufblasen des aufgeheizten Primärschlauchs zu einem Sekundärschlauch, der nachfolgend von einer Flachlege- und Aufwickeleinrichtung zu der Folie aufwickelbar ist.

Bei einer derartigen Vorrichtung wird eine an sich bekannte Extrusionsanlage zur Schlauchfolienextrusion mit dem sog. "Double bubble"-Verfahren zu einer Inline-Produktion für biaxial verstreckte Folien kombiniert, die eine Alternative zur bekannten Offline-Produktion von biaxial verstreckten Folien darstellt, bei der eine zuvor extrudierte Flachfolie auf großflächigen Zweistufenreckwerken verstreckt wird.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 196 04 654 A1 bekannt geworden, auf deren Offenbarungsgehalt hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

Beim Betrieb einer derartigen bekannten Vorrichtung kann es jedoch durch schwankende physikalische Werte, beispielsweise Umgebungstemperatur­ veränderungen, Schwankungen in der Rohstoffzusammensetzung etc. zu Instabilitäten kommen, die die Aufweitung des Primärschlauchs zum Sekundärschlauch unter gleichzeitiger biaxialer Verstreckung negativ beeinflussen, was zu einer schwankenden Produktqualität führt und von daher verbesserungswürdig erscheint.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine biaxial verstreckte Folie aus thermoplastischem Kunststoff mit einer höheren Genauigkeit und größeren Unempfindlichkeit gegenüber sich ändernden Umgebungsbedingungen hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Ausgestaltung einer Vorrichtung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein den Primärschlauch ausgangsseitig der Heizeinrichtung umgebender Stabilisierungsring vorgesehen ist.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Installation eines Stabilisierungsringes nach der Heizeinrichtung kann der Reckpunkt der Folie, d. h. der Bereich, in welchem der Primärschlauch nach seinem Austritt aus der Heizeinrichtung durch Aufblasen zum Sekundärschlauch aufgeweitet wird, fixiert und festgelegt werden. Damit kann auch die für die Eigenschaften der erhaltenen biaxial verstreckten Folie wesentliche Halslänge des Primärschlauches und somit auch der Aufweitungspunkt des Primärschlauches bestimmt und festgelegt werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Bestimmung und genaue Festlegung des Reckpunktes sich entscheidend auf die physikalischen Eigenschaften der erhaltenen biaxial verstreckten Folie aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung auswirkt.

Aufgrund des erfindungsgemäß vorgeschlagenen und den Primärschlauch nach seinem Austritt aus der Heizeinrichtung außenseitig umgebenden Stabilisierungsring wird in dem Bereich, in welchem der Stabilisierungsring außenseitig am Primärschlauch anliegt, der Reckpunkt stabil festgelegt. Erst nach dem Durchtritt des Primärschlauchs durch den erfindungsgemäßen Stabilisierungsring kann das Aufweiten zum Sekundärschlauch erfolgen, wodurch unabhängig von Änderungen der Umgebungsbedingungen eine stets gleichförmige Produktion der biaxial verstreckten Folie mit konstanten Eigenschaften ermöglicht wird. Eine unerwünschte Verlagerung des Reckpunktes bei sich ändernden Umgebungsbedingungen o. dgl., die eine Beeinflussung der Folienqualität zur Folge hat, wird somit ausgeschlossen.

Um Reibungseinflüsse des Stabilisierungsringes auf den bei seinem Austritt aus der Heizeinrichtung in Blasformgebungstemperatur vorliegenden Primärschlauch zu verhindern, wird vorgeschlagen, daß der Stabilisierungsring zumindest auf seiner dem Primärschlauch zugewandten Innenseite aus einem Material mit besonders niedrigem Reibungskoeffizienten gefertigt ist, wobei insbesondere die Herstellung auf Basis von Polytetrafluorethylen als vorteilhaft angesehen wird.

Ferner ist es auch möglich, zur Reduzierung von Reibungseinflüssen den Stabilisierungsring mit Heiz- und/oder Kühlelementen auszubilden, so daß die dem Primärschlauch zugewandte Innenseite des Stabilisierungsringes temperierbar ist und auf eine solche Temperatur eingeregelt werden kann, in der sie den aus der Heizeinrichtung austretenden und auf seine Blasformgebungstemperatur erwärmten Primärschlauch möglichst gering beeinflußt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Stabilisierungsring mit mindestens einem Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Primärschlauches ausgebildet ist. Hierdurch kann nicht nur mittels des Stabilisierungsringes eine Festlegung des Reckpunktes und der Halslänge des Primärschlauches bewirkt werden, sondern es kann gleichzeitig im Bereich des Reckpunktes die Temperatur des Primärschlauches gemessen werden, um in Abhängigkeit vom Meßergebnis beispielsweise die Heizleistung der den Primärschlauch auf seine Blasformgebungstemperatur erwärmenden Heizeinrichtung steuern und regeln zu können. Das so gewonnene Meßergebnis kann in einer entsprechenden Steuerung der Vorrichtung ausgewertet werden.

Der Temperatursensor kann beispielsweise in eine außenseitig im Stabilisierungsring ausgebildete radiale Ausnehmung desselben eingesetzt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß eine Verstelleinrichtung vorgesehen ist, mittels derer der Abstand des Stabilisierungsringes zur Heizeinrichtung veränderbar ist, so daß hier beispielsweise ein Einfluß auf die Halslänge des Primärschlauches und den Reckpunkt desselben entsprechend den jeweils vorherrschenden Anforderungen vorgenommen werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 den Ausschnitt E gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist zur kontinuierlichen Herstellung von biaxial verstreckten Folien aus einem thermoplastischen Kunststoff vorgesehen.

Die Vorrichtung umfaßt in ihren wesentlichen Baugruppen mindestens einen Extruder 1 mit einer daran anschließenden Ringspaltdüse 2 für die Extrusion eines Primärschlauches 3 des thermoplastischen Kunststoffs, der in dem mindestens einen Extruder 1 aufgeschmolzen, plastifiziert und der Ringspaltdüse 2 zugeführt wird. Ferner umfaßt die Vorrichtung gemäß Fig. 1 an die Ringspaltdüse 2 für die Extrusion des Primärschlauches 3 anschließend eine Abzugs- und Abkühleinrichtung 4 für den Primärschlauch 3, der im gekühlten Zustand flachlegbar bleibt, nachfolgend eine Heizeinrichtung 5 zur Erwärmung des Primärschlauches 3 auf seine Blasformgebungstemperatur, eine Einrichtung 6 zum Aufblasen des Primärschlauches 3 zu einem langgestreckten Sekundärschlauch 7 von größerem Durchmesser als der Primärschlauch 3 sowie eine Flachlegeeinrichtung 8 und eine Aufwickeleinrichtung 9 zum Aufwickeln der hergestellten Folie.

Die Funktionsweise der solchermaßen aufgebauten Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist folgende:
In dem mindestens einen Extruder 1 wird der zur Herstellung der biaxial verstreckten Folie vorgesehene Kunststoff aufgeschmolzen und plastifiziert und der Ringspaltdüse 2 unter hohem Druck zugeführt, aus welchem dieser als Primärschlauch 3 austritt und über nicht näher dargestellte beispielsweise wassergekühlte Innen- und Außenkühleinrichtungen abgeschreckt wird. Der solchermaßen abgekühlte und in der Fig. 1 mit Bezugszeichen 3a versehene Bereich des Primärschlauches 3 wird sodann von einem ersten Abzugswalzenpaar 10a erfaßt und abgezogen, wobei hierbei der Abzug des Primärschlauchabschnittes 3a abwärts geführt ist. Der Primärschlauch­ abschnitt 3a wird in dem ersten Abzugswalzenpaar 10a flachgelegt und sodann bis zu einem zweiten Abzugswalzenpaar 10b am Einlauf der Heizeinrichtung 5 über mehrere nicht näher dargestellte Umlenkwalzen aufwärts geführt. Nach dem Durchtritt des Primärschlauchabschnittes 3b durch das zweite Abzugswalzenpaar 10b wird nunmehr der mit Bezugsziffer 3c gekennzeichnete Primärschlauchabschnitt abwärts in die Heizeinrichtung 5 geführt und dort mittels beispielsweise nicht näher dargestellter Infrarotstrahler auf die Blasformgebungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffs erwärmt, die dieser am Austritt der Heizeinrichtung 5 erreicht. Die Heizeinrichtung 5 umgibt dabei den Primärschlauch 3 tunnelartig und bildet eine Heizstrecke, über deren Länge die Erwärmung des Primärschlauches 3 auf seine Blasformgebungstemperatur erfolgt.

Unmittelbar nach seinem Austritt aus der Heizeinrichtung 5 wird der solchermaßen auf seine Blasformgebungstemperatur erwärmte Primärschlauch 3 zu einer langgestreckten Folienblase, die auch als Sekundärschlauch 7 bezeichnet wird, aufgeweitet, wobei der thermoplastische Kunststoff eine starke Reckung erfährt. Nachfolgend wird der solchermaßen aufgeweitete Sekundärschlauch 14 von der Flachlege- und Abzugseinrichtung 8 mittels des dritten Abzugswalzenpaares 10c zu einem Folienschlauch in an sich bekannter Weise flachgelegt und auf eine bzw. nach Auftrennen des Folienschlauches auch auf die beiden dargestellten Aufwickeleinrichtungen 9 als Folie aufgewickelt. Wesentlich ist hierbei, daß die Abzugskräfte des dritten Abzugswalzenpaares 10c, die auf den Sekundärschlauch 7 einwirken, sich mit den Kräften während des Aufweitens vom Primärschlauchabschnitt 3c zum Sekundärschlauch 7 überlagern, so daß die solchermaßen hergestellte Folie eine biaxiale Verstreckung erfährt.

Zum Aufweiten des Primärschlauchabschnittes 3c nach dessen Austreten aus der Heizeinrichtung 5 zu einem Sekundärschlauch 7 ist im Bereich der Ringspaltdüse 12 eine Einrichtung zum Aufblasen des Primärschlauch­ abschnittes 3c zum Sekundärschlauch 7 vorgesehen. Hierzu weist die Einrichtung 6 ein Blasluftrohr 11 auf, welches in den Innenraum des Primärschlauches 3 im Bereich des ersten Primärschlauchabschnittes 3a hineinreicht und an der Innenwandung des Primärschlauchabschnittes 3a mittels eines Dichtungsringes 15 abschließt. Über dieses Blasluftrohr 11 kann Luft in den Innenraum 16 des Primärschlauchabschnittes 3a eingeblasen werden, die sich nachfolgend über den Primärschlauchabschnitt 3b und den Primärschlauchabschnitt 3c bis hin in den Innenraum 14 des Sekundärschlauches 7 ansammeln kann.

Die vorangehend bereits erläuterten Abzugswalzenpaare 10a, 10b und 10c sind hierzu schaltbar ausgebildet und werden beim Anfahren der Vorrichtung geöffnet und können nach erfolgtem Einblasen einer ausreichenden Luftmenge geschlossen werden, so daß sich letztlich das vorangehend erläuterte Aufweiten des auf seine Blasformgebungstemperatur erwärmten Primärschlauchabschnittes 3c nach dessen Austreten aus der Heizeinrichtung 5 zu einem Sekundärschlauch 7 in bekannter Weise einstellt.

Hierzu ist, wie sich aus der vergrößerten Detailansicht gemäß Fig. 1 ergibt, eine Walze 17 des Abzugswalzenpaares 10b zylindrisch ausgebildet, während die Gegenwalze 18 in ihrem mittleren Bereich 19 einen geringeren Durchmesser als an ihren beiden Enden aufweist, so daß ein genügender Freiraum für das Hindurchleiten des flachgelegten Primärschlauchabschnittes 3b und das Hindurchleiten von über das Blasluftrohr 11 eingeleiteter Blasluft verbleibt.

Wesentlich für die mit der dargestellten Vorrichtung gemäß Fig. 1 erzielte Produktqualität der biaxial verstreckten Folie ist die Genauigkeit der Aufweitung des Primärschlauchabschnittes 3c nach dessen Austritt aus der Heizeinrichtung 5 zum Sekundärschlauch 7, was anhand der vergrößerten Darstellung in Fig. 2 verdeutlicht wird.

Wie aus dieser Darstellung gemäß Fig. 2 ersichtlich, erfährt der aus der Heizeinrichtung 5 in Pfeilrichtung P austretende Primärschlauch 3 eine starke Aufweitung, wobei der Übergang vom Primärschlauch 3 zum Sekundärschlauch 7, d. h. der Punkt, an welchem die Aufweitung des Primärschlauches 3 einsetzt, als Reckpunkt bezeichnet wird, der in der Fig. 2 mit Bezugsziffer R gekennzeichnet ist. Eine möglichst gleichmäßige Verstreckung und damit gleichförmige Produktqualität wird immer dann erreicht, wenn dieser Reckpunkt R auch bei wechselnden Umgebungsbedingungen möglichst konstant bleibt, d. h. ortsfest stabilisiert ist.

Um diese Konstanz der Position des Reckpunktes R zu gewährleisten, ist ausgangsseitig der Heizeinrichtung 5 ein den Primärschlauch 3 umgebender Stabilisierungsring 50 vorgesehen, durch welchen der Primärschlauch 3 vor seiner Aufweitung zum Sekundärschlauch 7 in Pfeilrichtung P hindurchgeleitet wird. Der Stabilisierungsring 50 weist dabei einen dem Außendurchmesser des Primärschlauches 3 entsprechenden Innendurchmesser auf, so daß der Primärschlauch 3 umfangsseitig anliegend durch den Stabilisierungsring 50 hindurchgeführt wird.

Es ist von daher offensichtlich, daß das Aufweiten des Primärschlauches 3 nach dessen Austreten aus der Heizeinrichtung 5 erst dann erfolgen kann, wenn der Primärschlauch 3 auch den Stabilisierungsring 50 passiert hat, so daß der Reckpunkt R auch bei wechselnden Umgebungsbedingungen festgelegt und fixiert wird. Der Reckpunkt R befindet sich demzufolge stets an der Position, an der der Stabilisierungsring 50 angeordnet ist.

Der Stabilisierungsring 50 ist hierbei beispielsweise aus einem Polytetrafluorethylen hergestellt, welches dem auf seine Blasform­ gebungstemperatur erwärmten Primärschlauch 3 einen möglichst geringen Reibungswiderstand entgegensetzt.

Ferner ist der Fig. 2 entnehmbar, daß im Stabilisierungsring 50 ein Temperatursensor 52 in einer radialen Ausnehmung 51 von der Außenseite des Stabilisierungsringes 50 her eingesetzt ist, mittels dessen die Temperatur des Primärschlauches 3 im Bereich des Reckpunktes R gemessen werden kann. Die Meßergebnisse dieses Temperatursensors 52 können beispielsweise zur Steuerung der Heizeinrichtung 5 verwendet werden, um sicherzustellen, daß ausgangsseitig der Heizeinrichtung der Primärschlauch 3 stets die optimale Blasformgebungstemperatur aufweist.

Zur weiteren Beeinflussung der Produktqualität kann überdies eine Verstelleinrichtung 53 vorgesehen sein, mittels derer der Abstand A des Stabilisierungsringes 50 zur Heizeinrichtung 5 und damit die sog. Halslänge des Primärschlauchabschnittes 3c des Primärschlauches 3 vor der Aufweitung zum Sekundärschlauch 7 in gewissen Grenzen variiert werden kann, wenn dies die Produktionsbedingungen und -anforderungen erfordern. Der Halslänge entspricht hierbei die Länge des Primärschlauchabschnittes 3c, d. h. der Abstand vom Abzugswalzenpaar 1 Ob bis zum Stabilisierungsring 50.

Durch den vorangehend erläuterten Stabilisierungsring 50 im Bereich des Reckpunktes R des Primärschlauches 3 können insbesondere Schwankungen in der Temperatur des in der Heizeinrichtung 5 aufgeheizten Primärschlauches 3 und/oder Schwankungen in der Umgebungstemperatur nicht mehr zu einem Auswandern des Reckpunktes R in oder entgegen der Pfeilrichtung P führen, was bei den bisher bekannten Vorrichtungen der genannten Art stets der Fall gewesen ist. Vielmehr erfolgt durch den Primärschlauch 3 außenseitig im Bereich des Reckpunktes R umgebenden Stabilisierungsring 50 eine zwangsweise Fixierung des Reckpunktes R auf den Bereich, in welchem sich der Stabilisierungsring 50 befindet, so daß eine erhebliche Vergleichmäßigung der Verstreckung der mit der vorangehend erläuterten Vorrichtung hergestellten biaxial verstreckten Folie ermöglicht wird.

Ein Auswandern des Reckpunktes R entgegen Pfeil P in Richtung auf die Heizeinrichtung 5, z. B. bei zu starker Aufheizung des Primärschlauches 3 wird damit ebenso vermieden wie ein Auswandern des Reckpunktes R in Pfeilrichtung P infolge anderer Schwankungen der Umgebungsbedingungen.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten biaxial verstreckten Folien können beispielsweise auf Basis von PP, PE-HD, PE-LLD und mPE als ein- und mehrschichtige Polyolefinverbunde ausgebildet sein. Die erhaltenen biaxial verstreckten Folien können beispielsweise als Schrumpffolien eingesetzt werden und zeichnen sich durch leichte Maschinengängigkeit auf halb- und vollautomatischen Verpackungsmaschinen aus und zeigen bei der Trennschweißung starke Nähte.

Aufgrund des isotropen Schrumpfverhaltens und der exzellenten Optik eignet sich die erhaltene biaxial verstreckte Folie für Warenpräsentationen bei kosmetischen Artikeln, Süßwaren etc. und wird ebenso als leichte und feste, Verpackungsfolie für Bücher, Zeitschriften, Audio- und Videokassetten verwendet, wie auch im technischen Bereich für Kondensatorfolien und Automatenschrumpfverpackungen breite Einsatzgebiete vorliegen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer biaxial verstreckten Folie aus einem thermoplastischen Kunststoff mit mindestens einem Extruder und einer Ringspaltdüse für die Extrusion eines Primärschlauchs des thermoplastischen Kunststoffs, einer Abzugs- und Abkühleinrichtung für den Primärschlauch, einer nachfolgenden Heizeinrichtung zum Aufheizen des abgekühlten Primärschlauchs auf eine Blasformgebungstemperatur und einer Einrichtung zum Aufblasen des aufgeheizten Primärschlauchs zu einem Sekundärschlauch, der nachfolgend von einer Flachlege- und Aufwickeleinrichtung zu der Folie aufwickelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Primärschlauch (3) ausgangsseitig der Heizeinrichtung (5) umgebender Stabilisierungsring (50) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierungsring (50) zumindest auf seiner dem Primärschlauch (3) zugewandten Innenseite auf Basis von Polytetrafluorethylen hergestellt ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierungsring (50) mit mindestens einem Temperatursensor (52) zur Messung der Temperatur des Primärschlauches (3) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (52) in eine außenseitige radiale Ausnehmung (51) des Stabilisierungsringes (50) einsetzbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstelleinrichtung (53) vorgesehen ist, mittels derer der Abstand A des Stabilisierungsringes (50) zur Heizeinrichtung (5) veränderbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierungsring (50) mit Heiz- und/oder Kühlelementen ausgebildet ist, so daß die dem Primärschlauch (3) zugewandte Innenseite des Stabilisierungsringes (50) temperierbar ist.