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Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugne glatter und gelichmäßiger Folien
doer Schichten aus einem homo-Renen Schmelzifo, Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren und' auf Vorrichtungen zum Erzeugen glatter und gelichmäßiger Folien oder
Schichten aus einem homogenen schmelziflm, insbescondere aus hochpolymeren thermopiastischen
Kunst stoffen, vorzugsweise in einem Heißwalzekalander.
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Polyäthylen 2 Polypropylen und Polyvinglchlorie sowie Polyinylorid-Weichmacher-Gemische
erfordern außer einer Erwärmung auf ganz bestimmte Temperaturen verhältnismäßig
große Wärmemengen, um einheitliche homogene Schmelzfilme zu erzielen. Aufgrund der
ge. ringen Wärmeleitfähigkeit hochpolymerer thermoplastischer Kunststoffe bildet
sich unter langsam ein einbeitlicher
Schmelzfilm aus, Die anzuwendende
Temperatur ist durch die Gefahr auftretender Oxydationserscheimungen begrenzt0 Außerdem
bringt eine überhöhte Temperatur auf heißen Kalanderwalzen nicht die gewünschte
Verkürzung bei der Aufsohmelzung zu einer homogenen Schmelzmasse, da sich um die
einzelnen Teilchen, z.B. Granulat, bei Erwärmung erst ein semiplastisoher Film bildet,
welcher die Auf schmelzung bis zum Kern behindert und daher die Bildung eines homogenen
Schmelzfilms gleichmäßiger Viskosität verzögert. Dieser Vorgang ist ungefähr vergleichbar
mit der Lösung von Methylcellulose oder Carboxymethyloellulsoe in Wasser. Bier bildet
sich ein Schleimfilm um die einzelnen Cellulosederivatteilchen, der durch intensive
Rührwikung entfernt worden muß, damit ein weiterer Lösungsffekt wirksam werden kann0
Der Vorgang bei der Erzeugung eines einheitlichen oder homogenen viskosen Schmelzfilms
hochmolekularer thermoplastischer Massen in Heißkalandern ist änhlich.
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Die Ausgangsmaterialien zum Herstellen von Kunstsofffolien oder -schichten
sind meist Kunststoffe in Granulatform oder pastenform. Pol ; äthylen, Polypropylen,
hart-PVC. Polystyrol und bekannte Misch- oder Copolymerrisate sind in Granulatform
erhältich.
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Alle Granulate sind inscih homogen, Beim Durchlauf durch
die
Kalanderspalten und Umlauf um die heißen Kalander walzen bilden sie zuerst eine
nicht homogene Schmelze, d.h. die Sohmelze besteht zum Teil aus plastischem Material
verschiedener Viskosität, welches noch kleine feste Granulatteile aufweist.
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Eine Schmelzschicht wird in der nechfolgenden Beschrelbung als "homogen"
bezeichnet, wenn sie an Jeder Stelle, die die Größenordnung von molekularen Demensionen
besitzt1 annähernd gleich ausgebildet ist.
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Wirklich homogene Filme wurden bisher mit Extrudern erzeugt Eine Herstellung
von Folien oder Filmen mit Extrudern führt zu einem teueren Endprodukt und darüber
hinaus besitzt der Extruder nru eine beschränkte Ansendungsmöglichkeit, Mit Kalandern
hergestellte Schichten weisen infolge einer nicht für vermeidbar gehaltenen Restinhomogenität
im elementaren Bereich Unterschiede der Konus stenz auf, Daher waren die mit Kalandern
erzeugten y me und Folien den mit Extrudern erzeugten Folien und Filmen nicht gelichwertig.
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Bei einem bekannten Verfahren zur Erzeugung glatter und gleichmäßiger
folien aus thermoplastischen Kunststoffen in einem Heißwalzenkalander werden alle
Walzen auf eine solche Temperatur überhalb des Kristallachemzpunktres des Polymers
erhitzt, daß sich die im knetbaren Zustand befindlichen Massen oder Puppen vor jedem
Walzenspalt zwischen nebeneinander angeordneten Walzen ansammeln und sich um ihre
eigenen Achsen drehen0 Jede einzelne Kalanderwalze wird dabei mit einer Umfangsgeschwindigkeit
von mindestens dem 1 1,15-fachen der Umfangsgeschwindigkeit der vorhergehenden Kalanderwalze
gedreht Zur Durchführung des bekannten Verfahrens sind Kalander mit 5 oder mehreren
Walzen erforderlich. Solche Kalander sind sehr kostspielige Vorrichtungen, was sich
natürlich auch auf den Preis des Endproduktes auswirkt0 Die Homogeniscierung des
Schmelzfilms ist hauptsächlich auf die Stellen beschränkt, an denen sich die Walzen
unter Bildung von Spalten nahe kommen ; Eine bessere Homogenisierung kann mit solchen
Kalandern nur durch Vermehrung der Kalanderwalzen erhalten werden i einem weiteren
bekannten Verfahren zur Erzeugung von Folien aus polymeren Mischungen werden zuerst
homogene
Mischungen erzeugt und diese Mischungen dann dem Spalt
zwischen zwei sich drehenden beheizten Walzen zugeführt, wonach sie durch einmaligen
Walzendurchgang verformt und vor- gegebenenfalls auch ausgeliert werden0 Bei die
sem Verfahren wird die Homogenisierung des Polymergemische bereits vor Einbringen
desselben in den Heißwalzenkslander vorgenommen, d.h. es werden sogenannte Pasten
verwendet, die beispielsweis aus PVC-Pulver mit den entsprechenden Weichmacheranteilen,
Füllstoffen, Alterungsschunmitteln, Farbstoffen usw, ZU einer homogenen Masse verarbeitet
wurden. Solche Gemische werden in schweren Rührqwerken vorverarbeitet und sind die
üblichen Aus gansprodukte zur We iterverarbeitung in verschiedenen bakannten Vorrichtungen
und beispielsweise auch für die zuletzt genannte bekannte Vorrichtung.
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DEr Erfindung liegt die Aufgabe augrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, womit ein vollkommen homogener Sohmelzfilm erzeugt werden kann, ohne
daß eine größere Anzahl von Kalanderwalzen oder die Verwendung der erwähnten homogenen
Pasten als Ausgansmaterialein erforderlich sind0 Insbesondere liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine einfache Vorrichtung zum Homogenisieren
von Schmelzfilmen der be zeichneten Art zu schaffe.
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Diese Aufgaben werden gelöst, indem erfindungsgemäß ein heterogenes
Gemisch aus den Ausgangsstoffen zur Vorhomogenisierung in bekannter Weise dem Heißwalzekalander
oder einer Homogeniserungswalze zugeführt wird, und hierauf der vorhomogenisierte
Film zur vollständigen Homogenisierung in ganzer Breite über einen Teil des Umfangs
einer Homogenisierungswalze an dieselbe angedrückt wird0 Die Homogenisierung des
Schmelzfilms erfolgt erSindungsgemäß demnach dadurch9 daß die Stellen, an welchen
der Film durch Anwendung von Druck homogenisiert wird, nicht auf die Walzenspalte
beschränkt sind, sondern sich über einen beliebigen Teil des Umfangs einer erhitzten
Homo geisierungswalze erstrecken. Dadurch läßt sich mit einer einigen Walze derselbe
Effekt erzielen, wie er bisher nur mit mehren Kalanderwalzen erreichbar war.
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Unter einem hetercgenen Gemisch aus den ausgansstoffen wird beispielsweise
ein nur leicht anasrüjirtes Gemisch aus Granulat oder Pulver und Weichmacher mit
gegebenenfalls Füll- und/oder Farbstoffen oder dergleichen, in dem die Feststoffteilchen
nur teilweise benetzt sind oder ein Granulat oder Pulver aus Kunststoffen gleicher
oder verschiedener Art ohne Zusätze verstanden, wobei
bei diesen
reinen Granulaten oder Pulvern die Inhomogenität in der geometrischen Diskontinuität
der Nasse besteht. gemäß der Erfindung ist es also beispielsweise nicht notwendig,
ein Weichmacher enthaltendes Gemisch in üblicher Weise vorzubehandeln Die stärke
des Andrucks des Schmelzfilms an die Homogenisierungswalze ist von der Molekülgröße
des Materials, der Andruckfläche, der Temperatur, der Vorschubgeschwindigkeit des
Schmelzfilms und seiner Viskosität abhängig, Die gUnstigsten Werte für den Anpreßdruck
müssen im Einzelfall ermittelt werden0 Wesentlich dabei ist, daß der Flächenpreßdrcuk
über den Teilumfang der Homogenisierungswealze an jeder Stelle etwa gleich ist,
Diese Bedingung ist nicht erfüllt, wenn der Schmelzfilm lediglich auf Grund seiner
Haftung an der Walze um diese zwischen zwei Führugs- oder Hilfewalzen hermugeführt
wird.
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Bei dem erfindungsgemäen Verfahren ist eine Homogenisierung durch
rotierende heiße Puppen in den einzelnen Walzen spalten nicht nötig. Dies ist ein
großer Vorteil, da sich in der Praxis gezeigt hat, daß die rotierenden Wülste oder
Puppen aus halb-bzw. ganzgeschmolzenen Tharmoplastischen Massen sich immer nur von
außen erneuern und ebenso von außen abgenommen werden Der innere Teil solcher Puppen
wird nicht so schnell erneuert
und abgeführt. Aus diesem Grund ist
der innere Teil der Puppenwesentlich längere Zeit einer hohen Temperatur ausgesetzt
und somiterfahrungsgemäß für Zersetzungserscheinungen anfällig. Bei dem erfindungsemäßen
Verfahren sind solche Spaltenwülste oder Puppen nur in bestimmtenVorrichtungen in
dem Umfang erforderlich, als dies zur kontinuierlichen Speisung der Vorrichtung
nötig ist. Die Homogenisierung erfolgt dabei nicht wie bei bekannten Verfahrensmaßnahmen
in den Wülsten selbst, sondern am Umfang einer Kalanderwalze oder einer eigenen
Homogenisierungswalze, gegen die der Schmelzfilm gedrückt wird.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen besteht darin,
daß die Romogenisierung auf einfache Weise in sehr großen Bereichen, gesehen in
Vorschubrichtung des Schmelzfilms erfolgen kann. Dadurch ist es möglichm, den Homogenisierungsef£ekt
so stark zu vergrößern, daß eine Homogenisierung bei wesentlich höherer Viskosität
als bisher erfolgen kann. Dies ist ein sehr großer Vorteil, wenn mit dem Schmelzfilm
eine Trägerbahn oder ragerschicht kaschiert wird, da bei hohen Temperaturen und
geringer Viskosität die Gefahr besteht, daß der Schmelze film ganz in die Trägerschicht
einsickert und in diesem Fall lediglich eine Imprägnierung, aber keine Beschichtung
stattfindet. Andererseits ist es aber auch möglich,
mit niedriger
Viskostät und höheren, Geschwindkeiten als es bisher ; möglich war, zu arbeiten.
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Eine zweckmäßige Vorrichtung zum Durchführen des erfindrungsgemäße
Verfahrens weist zwei beheizte Kalanderwalzen auf, deren Achsen in -bekannter Weise
in einer-Horizontalebene angeordnet sind. Weiter ist eine Einrichtung vorgesehen,
die mit einer biegsamen umlaufenden Flache den yon einer dieser Kalanderwalzen oder
einer dritten Kalanderwalze geförderten Schmelzfilm in seiner ganzen Breite gegen
einen Teil des Umfangs dieser als Homogenisierungswalze wirkenden Kalanderwalze
drückt, Diese Einrichtung zum Andrücken des Schmelzfilmes kann beispielsweise zwei
Hilfwasen aufweisen, die in einem Winkelabstand voneinander an der Peripherie der
Homogene sierungswaze angeordet sind, ud von denen in Laufrichtung des Schmelzfilms
gesehen die erste. Walze die Einführungswalze, den Schmelzfilm gegen die Homogenisierunsgwalze
drückt. Über die beiden Hilfswalzen läuft ein unter Zug stehendes Band, das den
Schmelzfiln zwischen den Hilfswalzen gegen die beheizte Romogenisierungsalze drückt.
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Zur Herstellung von Folien ist dieses Band vorzugsweise
als
endloses Metallband ausgebildet. Dieses kann durch Infrarotstrahlung behaeizt -
werden. das unter Zug stehende Band, weches den Schmelzfilm gegen die beheitze Homogenisierungswalze
drückt, kann gemäß der erfindung auch. eine zu beschichtende Trägerbahn aus einem
Material sein, das eine Zugspannung übertragen kann. Wenn die Hilfswze, die als
- Einführwalze dient,-erhitzt ist, kann der Nachteil bekannter Anordnungen vermieden
werden, bei welchen Anordnungen der Schmlezfilm offen um die LKalanderwalze Läuft
und deshalb stetigen Temperaturdifferenzen: ausgesetzt ist. Diese Temperaturdifferenzen
haben zur Folge, daß die Viskostärtsänderungen in-der Stärke des umlaufende Films
von der Oberfläche, an, welcher der. Film an der Kalanderwalze anliegt, bis zu der
gegenüberliegenden Oberfläche. abfallen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfhren wird
der Plastikschmelzfilm mit einer Trägerbahn abgedeckt um einen Teilumfang der heißen
Kalanderwalze geführt, so daß nur geringe Temperaturdifferenzen innerhalb der Schichtdicke
des Plastikschmelzfilms auftreten.
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Es sind bereits Anordnungen bekannt, bei denen mittels zweier im Winkelsabstnd
an der Peripherie einer Kalanders walze angeordneter Hilfswalzen ein Trägerband
um einen.
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Teil-des Umfangs dieser Kalanderwalze geführt wird, und gleichzeitig
eine Beschichtung dieses Trägerbandes mit einer bereits homogenisierten Kunststoffolie
erfolgt. en Mit diesen bekannten Anordnung/ist keine Homogenisierung einer Kunststoffschmlzwchicht
beabsichtigt, sondern ledigl,ich, daß die trägerbahn mit der erwärmten schicht aus
thermoplastischem Material über eine bestimmte Wegstrecke in Berührung ist, so daß
sich das Trägerband mit der zu beschichtenden Schicht verbinden kann0 Bei einer
anderen bekannten Vorrichtung derselben Art, werden lediglich thermoplastische Materialien
teilweise um den Umfang einer Kalanderwalze herumgeführt, wobei es infolge der Wärmeverformbarkeit
des thermoplastischen Naterials nicht möglich ist, auf dieses einen Zug auszuüben,
der wiederum in einem Druck einer Trägerbahn gegenüber der Kalanderwalze resultiert,
so daß eine Homogenisierung eines Schmelzfilmes in dieser Zone stattfinden könnte0
Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt das
Andrücken des Schmelzfilmes an die Homogenisierungswalze durch eine elastische Walze,
die einen Kern oder eine Welle und einen elastischen Ringmantel besitzt. Die Drehachse
dieser elastischen Wal ze ist in einem Abstand von der Kalanderwalze oder Homogenisierungswalze,
auf
die der Schmelzfilm angedrückt werden soll, angeordnet, welcher kleiner als der
Radius, der elastischen Walze ist. Hierdurch: drückt die elastische Walze immer
mit ihrer Oberfläche gegen einen Teil des Umfangs der Kalandrealzen. Die größe der
Fläche, auf die durch die elastische Walze ein Druck ausgeübt werden -kann, hängt
von der Anordnung und der Elastizität dieser Walze ab. Vorzugsweise ist die radiale
Abmessung des elastischen Ringmantels größer als 10 mm. Elastische Walzen aus temperaturbeständigen
Elastomeren mit einer Shore-Härte kleiner als 80 haben sich als besonders vorteilhaft
herausgestellt. Schließlich kann die elastische Walze von einem flexiblen, dünnen
Metallband umgeben sein, so daß keine Schwierigkeiten bestehen, den Kunststoff von
der Walzenoberfläche abauehmen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist die
Umlaufs- oder Vorschubgescwindigkeit der Einrichtungen zum Andrücken des Schmelzfilms
an den Umfang der Homogenisieru'ngswalze zur Erzeugung einer Friktion etwas größer
als die Umfangsgeschwindigkeit dieser Walze selbst. Die Friktion beträgt, dabei
vorzugsweise von dem 2- bis 20"fachen der schichtstärke Bei diesem Vorgang schwimmt
die Trägerbahn, das endlose Band oder die Oberfläche der elastischen Walze zusammen
mit der Schmelz
schicht auf der Homogenisierungswalze, wodurch
die Homogenisierung weiter gesteigert werden kann0 Eine weitere Steigerung dieses
Homogenisierungseffektes ist bei leichter Anpresung der Einführungswlze zu erzielen.
Ebenfalls kann in bestimmten Fällen eine vorteilhafte Ausnutzung des erfinãungsgemißen
Homogenisierungseffektes durch susätzliche Wärmeeinwirkung von außen in bekannter
Weise erfolgen.
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Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläuterte
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindung gemäßen Vorrichtung mit drei
Kalanderwalzen.
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Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel anch der Erfindung mit zwei
Kalanderwalzen und Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit drei Kalanderwalzen
und einer elastischen Walze.
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Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit nur einer Homogenisierungswzle.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 bis 3 werden die
Ausgangsstoffe bei 1 dem Spalt zwischen zwei Kalanderwalzen 2 und 3 zugeführt. Die
Walzen werden in Reich tung der eingezeichneten Pfeile gedreht. Bei den in den Figuuren
1
und 3 dargestellten Auführugsbeispilen läuft die Schmelzschicht zwischen der Kalanderwalze
3 und einer weiteren Kalanderwalze 4 hindruch, Bei diesen letzgenannten Ausführungsbeispielen
ist die Kalanderwalze 4 die Homogenisierungswalze, an die die Schmelzschicht über
einen Teil des Umfangs dieser Walze angedrükct wird. Bei dem in Bigux 2 dargestellten
Ausführungsbei spiel erfolgt das Andrücken bereits gegen. die Kalanderwalze 30 In
figur 1 ist eine Einrichtung zum Andrücken der Schmelzschicht S dargestellt, die
zwei an der Peripherie der Homogenisierungwslze 4 angeordnete lIilfsw'alzen aufweist,
eine Einführungswalze 5 und eine Abführwalze 60 Weiter ist eine Hilfawalze 7 vorgesehen,
die über eine geeignete Vorrichtung 8, die lediglich schematisch angedeutet ist,
einen Zug auf ein umlaufendes Band 9, vorzugsweise aus Metall, ausübt. Die Einführungswalze
5 drückt vorzugsweise das Band 9 und die Schmelzschicht S gegen die Kalanderwalze
4. Diese Schmelzaxhiht wird dann über einen Umfangsbereich, der durch den Windkel
# angedeutet wird, an die Oberfläche der beheisten Kalan derwalze oder Homogenisierungswalze
4 angedrückt und unter Druck wird in diesem Bereich die vollständige Homoge nisierung
der Schmelzschicht erreicht. Die Hilfswalze 6 6
kinn, je nach Bedarf
gekuhlt oder erwarmt werden0 Vorzugsweise drückt die Hilfswlze 6 die Schicht selbst
nicht mehr gegen die Kalanderwalze 4.
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Bei der in Pigur 2 dargestellten Ausführungsorm nach der Erfindung
wird die Schicht 5 von einer Trägerbahn 10, die kaschiert werden soll, über den
Umfang ß an die Kalanderwalze 3 angedrückt. Die Trägerbahn muß dabei unter Zug stehen
und gewissen FestigkeitsbeansprUchungen genügen, so daß eine Druckausübung über
den gesamten durch den Winkel ß bestimmten Umfansgbereich der Walze 3 möglich ist,
wodurch die Homogenisierung auf die erfinsugsgemäße Art erfolgen kann.
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In Figur 3 ist eine ähnliche Anordnung wie in Figur 1 dargestellt,
Jedoch besteht die Einrichtung, die die Schmelzschicht an die Kalanderwalze 4 in
einem Umfangsbereich, der durch den Winkel # beistimmt ist, anfrückt, aus einer
elastischen Walze 13, die sich in dem genannten Bereich in der dargestellten Weise
deformiert.
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Selbstverständlich kann mit einer elastischen Walze und einer anderen
Einrichtung, wie sie in Figur 3 dargestellt ist, e4ch eine Beschichtung und Homogenisierung
gleicht zeitig erfolgen, indem suf der Seite der elastischen Walze 13 ein Trägertand
und auf der Seite der Homgoenisierungswazle e 4 der Schmelzfilm geführt wird0
In
Figur 4 ist eine Einrichutng dargestellt, be der auf eine Walze 11 an der Stelle
1' der Auftrag mittels eines vorzugsweise beheizten Rakeis 12 erfolgt. Durch HilSswalzen
5, 6 und 7 wird in gelicher Weise wie bei der Ausführungsform, die in Figur 1 dargestellt
ist, die Schicht S gegen den durch den winkel # bestimmten Umfangsbereich der Walze
11 mittels eines unter Zug stehenden Metallbandes 9 gedrückt, Es kann bei dieser
nur eine Walze enthaltenden Ausführungsform nach der Erfindung auch eine elastische
Wa'lze, wie in Figur 3 dargestellt, Verwendung finden oder es könnte ein DrUck durch
ein zu beschichtendes Trägerband, wie in Figur 2 dargestellt, ausgeübt werden.