DE1298698B - Vorrichtung zur Herstellung von schlauchfoermigen Filmen aus geschmolzenem thermoplastischem Material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von schlauchförmigen Filmen aus geschmolzenem thermoplastischem Material, die aus einem Extruder, einer kreisförmigen Düse und einem zwischengeschalteten Kniestück besteht.

Beim Gebrauch derartiger Düsen zur Herstellung schlauchförmig geblasener Filme wird geschmolzenes thermoplastisches Material unter Druck längs eines im allgemeinen horizontalen Kanals von einem geeigneten Extruder zugefördert und läuft durch ein 90°-Kniestück, wobei danach der Materialfluß längs eines im allgemeinen vertikalen Kanals strömt und dann in das Zentrum der kreisförmigen Düse gelangt, von der es zu einem schlauchförmigen Film extrudiert wird. Bei der Benutzung dieser bekannten Anordnung wurde gefunden, daß die physikalischen Eigenschaften des fertigen Schlauchfilms, beispielsweise die Filmdicke, über gewisse Abschnitte des Films variieren.

Im allgemeinen sind diese Variationen im fertigen ao Schlauch den Unterschieden in der Strömung oder in den Drücken des geschmolzenen thermoplastischen Materials, wenn es extrudiert wird, zugeschrieben worden.

Es wird angenommen, daß sich die Einflüsse die- as ser Strömungsunterschiede auf den Materialfluß des geschmolzenen thermoplastischen Materials auswirken, wenn solches Material den 90°-Knick passiert, in dem es von der horizontalen zu einer vertikalen Strömungsrichtung umgelenkt wird.

Eine bekannte Vorrichtung zur Herstellung von schlauehförmigen Filmen besteht aus einem Extruder, einer kreisförmigen Düse und einem zwischengeschalteten Kniestück, das in rechtwinkliger Zuordnung die Extruderauslaßöffnung und die Düseneingangs-Öffnung verbindet. Der Strömungskanal im Kniestück entspricht in seinem Verlauf der äußeren, rechtwinklig abgeknickten Form des Kniestücks und hat, abgesehen von der Umlenkstelle, überall gleichen Querschnitt in bezug senkrecht zur Strömungsrichtang. Da hierbei also Kanäle mit gleichen Querschnitten senkrecht aufeinandertreffen, vergrößert sich'der Querschnitt an der Umlenkstelle, wodurch sich unterschiedliche Strömungswege und unterschiedliche Verweilzeiten an dieser Stelle ergeben. Praktisch ähnlich nachteilige Verhältnisse liegen bei einer bekannten Vorrichtung vor, bei der in der äußeren Form kein knieförmiges Verbindungsstück vorgesehen ist und der innere Strömungskanal auch an der Umlenkstelle die gleichen Querschnitte hatwie die sich nach beiden Seiten anschließenden Kanäle. Da sich aber in der Kanalkrümmung zwangläufig unterschiedliche Weglängen für das durchfließende Material ergeben, sind auch mit diesem »Strömungswegkompensator« die oben erwähnten Nachfeile nicht beseitigt. , 55;.;,

Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue und bessere Zufördereinrichtung zu schaffen für geschmolzenes thermoplastisches Material, um offensichtliche Veränderungen in den physikalischen Eigenschaften des Materials zu vermeiden, das zu einem Schlauch geblasen werden soll, wobei die Vorrichtung einfach in der Konstruktion, leicht und wirtschaftlich herzustellen sein soll und geeignet ist für die Benutzung mit Extrudern und Extruderdüsen herkömmlicher Bauart.

Diese Aufgabe ist mit einer Vorrichtung der genannten Art gelöst, die nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß das Kniestück eine Durchflußpassage mit konischen Ein- und Auslaßabschnitten und einen 90°-Winkelabschnitt zwischen den Enden der Ein- und Auslaßabschnitte aufweist, die an dieser Stelle ihren kleinsten Querschnitt haben. Die Konstruktion des Förderknicks nach der vorliegenden Erfindung beruht darauf, daß die Schwierigkeiten, die beim herkömmlichen 90°-Knick auftreten, von zwei zusammenhängenden Bedingungen abhängt. Wie oben erwähnt, ist es bekannt, daß alle Teile eines Stroms aus geschmolzenem thermoplastischem Material nicht die gleichen Weglängen während der Passage durch einen herkömmlichen Zuförderknick zurücklegen. Bis jetzt wurde jedoch noch nicht erkannt, daß die unterschiedlichen Teile solcher Ströme aus geschmolzenem Material unterschiedlichen thermischen Bedingungen unterworfen sind, die aus Unterschieden in der Strömung resultieren und aus physikalischen Charakteristika des Schmelzstroms bei Passage des 90°-Knicks.

Die Strömungspassage des Zuförderknicks nach der vorliegenden Erfindung ist im allgemeinen nicht größer in der Länge als die bei einem herkömmlichen Förderknick, und wie im Falle solcher herkömmlichen Knicke, schließt sie einen kreisförmigen Abschnitt mit einer 90°-Umlenkung ein. Bezeichnend ist jedoch, daß der Abschnitt der Strömungspassage des Knicks nach der vorliegenden Erfindung von einem viel kleineren Durchmesser ist als die äußeren Enden der Passage der konischen Abschnitte, zwischen denen der Knick liegt. Darüber hinaus ist der Radius der Krümmung dieses kreisförmigen Abschnittes viel kürzer als-der des herkömmlichen Förderknicks.

Der Durchmesser des kreisförmigen Abschnitts der Strömungspassage des Knicks nach der vorliegenden Erfindung liegt in der Größenordnung von 25 bis 95 %>, vorzugsweise von 30 bis 75 %, des Durchmessers der gesamten Passage an ihren äußeren Enden. Der Krümmungsradius dieses kreisförmigen Abschnitts des Strömungsknicks. hängt ab von ihrem Durchmesser und beträgt das 1- bis 5fache und vorzugsweise 2- bis 4fache dieses Durchmessers.

Verglichen mit den Ein- und Auslaßenden der Steuerungsknickpassage führt der kleinere Querschnitt des 90°-Kreisabschnitts natürlich zu einem kleineren Strömungsvohimen des schmelzflüssigen thermoplastischen Materials, das jedoch an dieser Stelle mit einer größeren Geschwindigkeit strömt. Demgemäß ist seine Gesamtverweilzeit innerhalb des 90°-Kreisquerschriitts des Knicks, in dem Teile unterschiedlichen thermischen Bedingungen unterworfen sind, wesentlich reduziert. Je größer die Reduktion im Querschnitt des 90^o-Abschnittes..der Strömungsknickpassage ist, desto kleiner ist das Volumen dieses Abschnitts und -desto größer, ist die Strömungsgeschwindigkeit ■ des geschmolzenen thermoplastischen Materials,, das hindurchströmt. Eine extreme Reduktion im Querschnitt dieses Knickabschnitts führt jedoch zu einem unerwünschten extremen Druckabfall und demgemäß liegt der Durchmesser dieses Abschnitts innerhalb der obengenannten Größenordnungen.

Der Krümmungsradius des 90°-Abschnitts der Strömungspassage bestimmt die Längen des Wegs der verschiedenen Teile des geschmolzenen thermoplastischen Materials, wenn es hindurchfließt. Es liegt auf der Hand, daß, je größer der Radius der Krümmung dieses Abschnitts ist, desto länger die Wege

verschiedener Teile des geschmolzenen Materials sind, desto größer sind ihre Widerstandsperioden in dem winkligen Abschnitt selbst. Demgemäß führt wiederum eine Krümmung dieses winkligen Abschnitts der Durchflußpassage, die größer ist als oben angegeben, zu einem exzessiven Druckabfall im geschmolzenen Material und ist zu vermeiden. Die konischen Abschnitte der Strömungspassage des Knicks nach der vorliegenden Erfindung müssen nicht notwendigerweise von der gleichen Länge oder dem gleichen Öffnungswinkel sein. Je kleiner der öffnungswinkel dieser Abschnitte ist, desto besser sind die Strömungsverhältnisse, wie sie im geschmolzenen thermoplastischen Material, das hindurchströmt, auftreten. Um jedoch extrem lange konische Abschnitte zu vermeiden, liegen ihre Öffnungswinkel in der Größenordnung von 5 bis 60° und vorzugsweise von 7 bis 30°.

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist für den Gebrauch verschieden thermoplastischen so Materials bestimmt, das geeignet ist, zu Schlauchfilmen ausgeformt zu werden, wie Vinylpolymere und Ko-polymere, Olefinpolymere und Polyester.

Weitere Einzelheiten werden nachfolgend an Hand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In dieser Darstellung ist ein Teil eines herkömmlichen Extruders mit dem Auslaßende 7 und einer Förderschnecke 9 gezeigt. Wie an herkömmlichen Extrudern, ist ein Übergangsstück 11 mit Schrauben 13 am Auslaß 7 des Extruders befestigt unter Einschluß einer Lochplatte 15 und, falls nötig, ist vor dieser Lochplatte ein Sieb angeordnet.

Ein Kniestück 17, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist am Übergangsstück 11 mit Schrauben 19 befestigt. Am gegenüberliegenden Ende des Kniestücks 17 ist eine herkömmliche, zentral gespeiste Düse 21 angeordnet mit einer Außenhülse 23 und einem Kern 25. Distanzstücke 27 tragen den Kern 25 in der gewünschten Stellung zur Hülse 23. Ein Kanal 29 erstreckt sich durch den Kern 25, wobei eines der Distanzstücke 27 mit einem Rohr 31 und dem Kanal 29 in Verbindung steht, um die Zufuhr von Druckluft oder einem unter Druck stehenden Gas zu ermöglichen. Geeignete Heizelemente (nicht dargestellt) sind für die Erwärmung und/oder Aufrechterhaltung einer gewünschten Temperatur des schmelzflüssigen Materials vorgesehen, wenn es vom Extruder durch das Kniestück 17 zur Düse 21 fließt.

Im Betrieb wird das geschmolzene thermoplastisehe Material von der Extruderschnecke 9 durch die öffnungen in der Lochplatte 15 in die Passage 33 des Kniestücks 17 gefördert; dieses geschmolzene thermoplastische Material passiert das Kniestück 17, gelangt in die Düse 21 und wird von dieser als schlauchförmiger Film 35 ausgepreßt. Wie in herkömmlichen Vorrichtungen ist ein Ring 37 vorgesehen zur Zuleitung von Kaltluft oder einem anderen Gas auf den Film, und zwar in dem Bereich, wo er die Düse verläßt. Luft oder ein anderes Gas wird unter Druck durch das Rohr 31 und den Kanal 29 in das Innere des Schlauchfilms 35 geleitet, um diesen zu expandieren und die Filmmoleküle zu orientieren, wenn das Material die Düse 21 verläßt. Walzen 39 und 41 führen in gewisser Entfernung von der Düse 21 den Film in gewünschter Weise.

Das Kniestück 17 mit der Passage 33 umfaßt konisch zulaufende Einlaß- und Auslaßabschnitte 43 und 45, die an ihren schmalen Enden durch einen um 90° abgewinkelten Abschnitt 47 verbunden sind. Wie erwähnt, haben die konischen Abschnitte 43 und 45 einen minimalen öffnungswinkel, um gute Strömungseigenschaften zu erzielen und insbesondere, um sicherzustellen, daß kein Stau im schmelzflüssigen Material auftritt. Um extrem lange Strömungskanäle zu vermeiden, betragen die öffnungswinkel dieser konischen Abschnitte 43 und 45, wie mit A angedeutet, etwa 5 bis 60° und vorzugsweise 7 bis 30°. Der 90°-Winkelabschnitt der Kniestückpassage hat einen überall gleichbleibenden Querschnitt und sein Durchmesser liegt in der Größenordnung von 25 bis 95 % und vorzugsweise von 30 bis 75 °/o des Durchmessers D' der äußeren Enden der Abschnitte 43 und 45. Der Radius R der Krümmung des Abschnitts 47 sollte jedenfalls klein sein und beträgt etwa das 1- bis 5fache und vorzugsweise das 2- bis 4fache des Durchmessers D dieses Abschnitts.

Wie vorerwähnt, kann das Kniestück gemäß vorliegender Erfindung in Verbindung mit herkömmlichen Extrudern und kreisringförmigen Düsen für die Herstellung von Filmschläuchen angewendet werden ohne die Notwendigkeit irgendwelcher Modifikationen in der Konstruktion oder Betriebsweise solcher Extruder oder Düsen.

Beispielsweise können bei der Herstellung von Polyvinylchloridfilmschläuchen Schmelzflußgeschwindigkeiten von 1,5 bis 6,1 m pro Sekunde zur Anwendung kommen. Bei der Benutzung eines herkömmlichen 90°-Kniestücks mit einer gleichförmigen Passage von 19 mm wird eine Strömungsgeschwindigkeit von 3,5 m pro Minute für den Ausstoß von etwa 68 kg pro Stunde zur Anwendung gebracht, während eine Strömungsgeschwindigkeit von 4,3 m pro Minute den Schmelzenausstoß auf etwa 90,8 kg pro Stunde anwachsen läßt.

Mit dem erfindungsgemäßen Kniestück können ähnliche Schmelzflußausstöße erreicht werden. Die Passage eines solchen Kniestücks, wenn sie mit einem herkömmlichen Extruder und einer herkömmlichen kreisringförmigen Düse benutzt wird, würde etwa 19 mm Durchmesser an ihren äußeren Enden aufweisen, würde aber einen 90°-Winkelabschnitt haben mit reduziertem Durchmesser. Die Reduktion des Durchmessers eines solchen Winkelabschnitts auf die Hälfte des Durchmessers an ihren Ein- und Austrittsenden würde zu einer 75%igen Reduktion in der Querschnittsfläche der Passage führen, aber auch zu einem etwa 4fachen Anwachsen der Geschwindigkeit der Strömung in diesem Bereich. Ähnlich würde eine 75°/oige Reduktion im Durchmesser des Winkelabschnitts zu einer 94%igen Flächenreduktion führen und einer 16fachen Steigerung der Geschwindigkeit, während eine 66V3 °/oige Durchmesserreduktion die Querschnittsfläche des Winkelabschnitts auf 89 % reduzieren und zu einem etwa 9fachen Anwachsen der Strömungsgeschwindigkeit.

Es liegt auf der Hand, daß eine Vergrößerung der Schmelzflußgeschwindigkeit mit den Charakteristika, wie oben beschrieben, wesentlich die Verweilzeit der Schmelze im Winkelabschnitt reduziert, in dem alle Teile der Schmelze nicht auf Wegen gleicher Länge strömen.

Demgemäß ist die Zeit, während der solche unterschiedlichen Teile der Schmelze unterschiedlichen Temperaturbedingungen unterworfen sind, auf ein Minimum reduziert.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von schlauchförmigen Filmen aus geschmolzenem thermoplastischem Material, bestehend aus einem Extruder, einer kreisförmigen Düse und einem zwischengeschalteten Kniestück, dadurch gekennzeichnet, daß das Kniestück (17) eine Durchflußpassage mit konischen Ein- und Auslaßabschnitten (43, 45) und einen 90° Winkelabschnitt (47) zwischen den Enden der Ein- und Auslaßabschnitte aufweist, die an dieser Stelle ihren kleinsten Querschnitt haben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Winkelabschnittes (47) des Kniestückes (17) 25 bis 95 %, vorzugsweise von 30 bis 75 % des Durchmessers der Passage an ihren Ein- und Auslaßenden beträgt und daß dieser Durchmesser über die Länge des Winkelabschnittes gleichgehalten ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R) des Winkelabschnittes (47) etwa dem 1- bis 5fachen, vorzugsweise dem 2- bis 4fachen seines Durchmessers (D) entspricht.

4. Vorrichtung nach jedem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungswinkel (A) der konischen Abschnitte (43,45) des Kniestückes (17) etwa 5 bis 60°, vorzugsweise 7 bis 30° betragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen