DE1778228A1

DE1778228A1 - Vorrichtung zur Behandlung schicht- oder filmfoermigen Materials

Info

Publication number: DE1778228A1
Application number: DE19681778228
Authority: DE
Inventors: Busby Joseph B
Original assignee: Celanese Corp
Current assignee: Celanese Corp
Priority date: 1967-04-10
Filing date: 1968-04-09
Publication date: 1972-08-03
Also published as: CH501482A; US3427686A; DE1778228B2; BE713465A; FR1573132A; LU55752A1; DE1778228C3; GB1194486A; NL6804985A

Description

DR.-INO. VON KIEISLiI Dt.-1 NO. SCHDNWALD 1773221 DR.-1 NO. TH. MIYEI Dl. PUES

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

8. April 1^68 Sch-3g/pa

Celanese Corporation, New York, U.S.A.

Vorrichtung zur Behandlung schicht- oder filmförmigen Materials

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung schicht- oder filmförmigen Materials mit einer Anpreßfläche. Sie ist dazu geeignet, elektrisch nichtleitendes Material, insbesondere dünne Schichten oder Folien aus thermoplastischem Material, die in bekannter Weise extrudiert wurden, zu bearbeiten und auf eine Gießtrommel aufzubringen.

Der Ausdruck "elektrostatisches Anheften" wird im folgenden In dem Sinne gebraucht, daß elektrostatische Anziehung einer Schicht oder eines Films in Richtung auf eine Oberfläche, normalerweise einer Trommel oder Rolle, gemeint 1st. Diese Anziehung wird in bekannter Weise durch elektrostatische Aufladung des Films, der in Richtung auf die sich drehende

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Rolle gefördert wird, bewirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der ein gleichmäßiges Anpressen des Filmes an die Anpreßfläche erfolgt, und bei der die Entstehung von Überschlägen elektrischer Energie weitgehend eingeschränkt oder ganz unterbunden wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anpreßflache gegenüberliegend eine Heftelektrode zur elektrostatischen Aufladung des Materials, und der Heftelektrode gegenüber ein Gegenpol zum Aufbau eines elektrischen Peldes mit großemGt&dienten an der Heftelektrode vorgesehen ist, daß zwischen Heftelektrode und Gegenpol eine elektrische Spannung gelegt ist, und daß zwischen Heftelektrode und Anpreßfläche eine weitere elektrische Spannung liegt.

Das elektrostatische Anheften kann dazu benutzt werden, einen gerade extrudierten Film zum Abschrecken auf eine polierte OLestrommel aufzubringen, wenn er noch in plastischem Zustand ist und trägt dazu bei, den Film in die gewünschte Form zu bringen. Ilektrostatlsches Anheften kann ebenfalls für den Filmtransport angewendet werden, um das Gleiten des Filmes auf der dem Film eine Zugspannung verleihenden Rolle oder Walze zu verhindern.

Bei bewegten Filmen wird die elektrostatische Aufladung dadurch bewirkt, daß von einer scharfkantigen an hohem elektrischen Potential in bezug auf Erde liegenden Elektrode

hoher
ein Feld vqi /elektrischer Feldstärke aufgebaut wird. Normalerweise hat die Elektrode die Form eines Drahtes oder einer Anzahl von mit Spitzen versehenen Drähten geringen Durchmessers und die Film-Transportmittel liegen auf Erdpotential. Der sich bewegende aufgeladene Film wird elektrostatisch von der Oberfläche des geerdeten Maschinenteiles angezogen und fest an die Anprei3flache gedrückt.

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Wenn normalerweise bei der Nutzbarmachung elektrostatischer Kräfte, insbesondere bei Anwendung fUr Filme aus thermoplastischem Material die gewünschte Ladung durch eine begrenzte Ionisationsentladung einer Elektrode oder eines "Heftdrahtes" aufgebracht wird, so kann zeitweilig die Ionisationsentladung zu Durchschlagen führen. Das Eintreten solcher Durchschläge ist abhängig von der Luftfeuchtigkeit, dem Luftdruck und den Prozeßparametern und läßt sich im Einzelfalle nicht vorhersagen. Die Durchschlag· treten Insbesondere an solchen Teilen der Trommel auf, die nicht vom Film bedeckt sind und in solchen Fällen bildet sich über die gesamte Filmbreite, an der der Überschlag stattgefunden hat, eine Linie (nicht angeheftete Zone). Durch die Überschläge kann also der Film durchlöchert und damit für viele Anwendungszwecke ungeeignet werden.

Sin besonderer Vorzug der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie das elektrostatische Anheften von Plastikfilmen oder Folien,insbesondere bei der Herstellung durch Gießen dadurch vereinfacht, daß die Anzahl der Überschläge stark herabgesetzt wird, bzw. überhaupt keine Überschläge mehr auftreten.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die im folgenden beschrieben wird, gezeichnet. Bei dem dargestellten Apparat handelt es sich um eine Vorrichtung zum Film- oder Poliengießen, welche mit einem in räumlichem Abstand von der Gießtrommel angebrachten Extruder versehen ist. Zwischen Extruder und Trommel ist in bestimmtem Abstand vom Film eine Heftelektrode angebracht. Die elektrostatische Energie wird von

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einer Spannungsquelle geliefert, welche mit ihrer positiven Ausgangsklemme an die d&K Heftelektrode angeschaltet and mit ihrer negativen Ausgangeklemme geerdet ist. Während der Extruder ebenfalls geerdet ist, liegt die Gießtrommel an einem wesentlich Über Erdpotential liegendem Potential. Die sich bei dieser Vorrichtung infolge der dUnndrähtigen Elektrode oder, wenn sie aus einzelnen Drähten besteht, infolge der scharfen ionisierenden Spitzen der Heftelektrode ergibt, bewirkt eine Ionisierungsentladung, durch die der Pil« mit der erforderlichen Ladung versehen wird. Obwohl sich zwischen dem Film und der auf höherem als Brdpotential liegenden Trommel eine verminderte Potentialdifferenx einstellen kann, als das beispielsweise bei Vorrichtungen mit direkt geerdeter Trommel der Fall ist, wird dennoch der Film sehr wirksam an die Trommel angepreßt. Mit dieser Vorrichtung können den Film schädigende Überschläge In ihrer Zahl verringert oder ganz vermieden werden. In weiterer Ausbildung der Erfindung kann eine selbstregelnde Vorrichtung vorgesehen sein, bei der die zum Anheften aufgebrachte Kraft selbsttätig in dem Sinn beeinflußt wird, daß^loh Ceiflg) entgegen der jeweiligen Überschlagsneigung verändernde Feldstärke erzeugt wird.

Um das zu erreichen, ist eine Spannungsquelle zur Lieferung einer höheren Spannung als zum Anpressen benötigt wird, vorgesehen und in den Stromkreis ist ein Widerstand geschaltet, der entsprechend dem fließenden Strom die zwischen Anpreßfläche und Heftelektrode liegende Spannung verringert. Wenn sich also dl· Umgebungsbedingungen in dem Sinne ändern, daß Durchschläge zu befürchten sind, wächst die Ionisierung an und es fließt ein höherer Strom vom Film über die Trommel zum negativen Pol der Spannungsquelle. Dieser Strom fließt

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über den Widerstand und wenn er sich erhöht, erhMht sich ebenfalls das Potential der Trommel. Dadurch wird die Spannungsdifferenz zwischen der Heftelektrode und der Trommel verringert und es verringert sich gleichermaßen die Wahrscheinlichkeit, daß an der Trommel ein Überschlag auftrttt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Beschreibung eines vorteilhaften AusfUhrungsbelspleles unter Bezugnahm« auf dl« Figuren näher erläutert.

Pig. 1 ist eine sahematieohe Darstellung einer Torrichtung zur Herstellung von Filmen oder Folien durch Gießen, welche gemäß der Erfindung aufgebaut ist, und in der wahlweise einzusetzende Widerstände gestriohelt gezeichnet sind.

Flg. 2 zeigt ein elektrisches Schaltbild der Vorrichtung nach Fig.l.

In Flg. 1 ist ein Extruder 10 in geringem Abstand von der Gießtrommel 12 angebracht, z.B. 5 bis 7,5 cm entfernt. Die Trommel 1st in isolierten Lagern gelagert und kann ein gewöhnliches Flüssigkeits-KUhlungssystem enthalten. Sie wird durch geeignete (nicht gezeichnete) Antriebsmittel mit einer vorgegebenen Drehzahl gedreht.

In geringer Entfernung vom Film F ist eine Heftelektrode 14 angeordnet, und zwar zwischen Extruder 10 und der Trommel 12. Die Elektrode 14 besteht vorzugsweise aus einem dünnen, parallel zur Trommelachse verlaufenden Draht, aber sie kann ebenso aus einer Vielzahl rechtwinklig zu dieser Darstellung angeordneter spitzer DyShte bestehen.Der positive Pol der Hochspannungsversorgung lot an die Heftelektrode angeschaltet und der

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negative Pol 1st ebenso wie der Extruder 10 geerdet. Der Widerstand Rj 1st zwischen Trommel 12 und Erde geschaltet.

Der aus dem Extruder 10 könnende PlIm bewegt sich auf die feinpolierte Gießtrommel 12 zu. Die Trommel besteht aus Metall, sie kann aber auch In einzelnen Fällen eine isolierende Oberfläche besitzen. Die an der Heftelektrode 14 anliegende Hochspannung bewirkt, daß ein hoher Spannungsgradient entsteht« da der Draht einen geringen Durchmesser hat, so daß die Luft entlang der Drahtelektrode ionisiert wird.

Durch die Luft werden positiv geladene Ionen auf die Oberfläche des Filmes geleitet, welohe ihn mit positiver Ladung überziehen. Dieser Aufladevorgang des Films setzt sich sogar dann nooh fort, wenn der Film die Trommel berührt und Kontakt £bt. Erreicht der aufgeladene Film die Trommel, so wird er durch die elektrostatischen Kräfte fest gegen sie gedrückt, da die Trommel gegenüber der Elektrode auf einen negativen Potential von mehreren 1000 Volt liegt. In diesem Zustand ist der Film welch und die Trommel feinpoliert, so daß der Film durch diese Anziehung eine glatte Oberfläche erhält.

Die Ladung des Filmes nimmt während des Transportes auf der Trommel allmählich ab. Die abfliegenden Ladungsträger werden von der Trommel gesammelt, und der resultierende Strom fließt über Wideretand FU nach Bge>. Dieser Strom verursaoht einen Spannungsabfall im Widerstand R-, welcher einen großen Teil der von der Spannungs· ■quelle gelieferten Spannung ausmaoht. Zwei Effekte laufen nebeneinander ab:

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1) Die Trommel liegt auf einen von dem der Heftelektrode unterschiedlichen Potential, das geringer ist, als dasjenige Potential, das vorherrschen wurde, wenn die Trommel 12 geerdet wäre.

2) An der Heftelektrode setzt eine dem Gradient des elektrostatischen Feldes an der Elektrode 1$ aus dünnem Draht entsprechende Ionisierung ein. Durch den geerdeten Extruder wird der Gradient dieses Feldes in voller Oröße aufrechterhalten. Die an der Heftelektrode auftretende Ionisierungsentladung reicht immer noch aus, um den Film aufzuladen, und der fortbewegte Film wird elektrostatisch an die Trommel angeheftet, well diese relativ zur Heftelektrode auf einem hohen negativen Potential liegt. Da der Widerstand R die Potentialdifferenz zwischen der Heftelektrode und der Gießtrommel verringert, wird ebenfalls die Gefahr des Auftretens von Überschlägen herabgesetzt. Wenn die Umgebungsbedingungen ein Anwachsen des Stromes durch die Trommel begünstigen, wie z.B. beim Auftreten von Durchschlagfelds t Mr ken, bewirkt der anwachsende Strom einen steigenden Spannungsabfall im Widerstand R, . Demgemäß wird die Spannungsdifferenz zwischen 4er Haftelektrode und der Gießtrommel durch jeden Stromanstieg der zur Durchschlagen führen könnte, herabgesetzt, und die Verminderung der Spannungsdifferenz kehrt Jede Tendenz, die zum Durchschlag führen würde, ins Gegenteil um».

Die Anziehung des Films an die Trommel hat ebenfalls die Wirkung, daß ein Reibungswiderstand für den gleitenden Film entsteht, βο als würde der Film von der Trommel 12 fortgezogen. Dieser Effekt ist erwünscht, wenn eine Zugspannung im Film zwischen einer Rolle, wie z.B. Trommel 12 und einem anderen Teil der Vorrichtung zur Pilmhersteilung aufgebracht werden soll, per andere Teil ist hier schematisch durch die Rolle

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dargestellt. In-dem die Rolle 18 mit einer etwas höheren Drehzahl als derjenigen der Trommel 12 angetrieben wird* entsteht im PiIm F eine Zugspannung.

Es ist möglich, auch an anderen Stellen des elektrischen Schaltkreises Widerstände anzubringen, um ein Absinken der Spannung zu bewirken, wenn Überschläge drohen. Beispielsweise kann ein Widerstand R₁ in die Leitung zur Heftelektrode eingeschaltet sein, oder ein Widerstand Rg kann in die Erd-Ruckleitung der Hochepannungsquelle 16 gtlegt sein. Solche Widerstände erreugen erhöhte Spannungsabfall·, nenn der Strom Werte annimmt, die Überschläge befürchten lassen, aber es gibt einen ganz bestimmten Grund den Widerstand zwischen der Trommel und Erde anzubringen. Das soll anhand der folgenden Erläuterung verdeutliöht werden:

In Flg. 2 sind sämtliche drei genannton Widerstände R₁, ^R2, R₅ gezeichnet. Die Widerstände R₁ und R₂ können wahlweise vorgesehen werden und sind gestrichelt gezeichnet. Ss sei angenommen, daS diese Widerstände einen Wert Von je 1M& haben, und daß die Spannungsquelle 161CV liefert. Damit fließt normalerweise ein Strom von 1,0 mA. Im Schaltkreis der Fig. 2 stellt Rx den zwischen dem Elektroden· draht 14 und dem Extruder 10 herrschenden effektiven Widerstand dar, und Ry ist der effektive Widerstand zwischen den Elektrodendraht und der Trommel 12. Diese beiden Widerstände sind veränderlieh und beide sehr heehohmlg. An dir Heftelektrode 14 sei eine Spannung von Vp - 9,5 KV nötig, um das Anheften durchführen zu können.

Fall 1 :es sei angenommen, daß R₂ und R, unbenutzt sind und daher in Fig. 2 zu Null sind, und daß R₁ in den Stromkreis eingeschaltet ist.

^VP - ^V - ^Vl ^Vl = ^mi , ₆

V - 10 x 10* - 1 χ 10⁵ Vl.- (1 χ 10-2) _(lxl0O) P V-Ix ICK

v_p , 9 kv V₁ - ι χ ίο

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ist
Da V_p kleiner/als 9,5 kV, ist eine zuverlässige Wirkungsweise nicht erzielbar. Dartlberhinaus würde b«i weiterem Ansteigen des Stromes V ständig abfallen.

Fall 2; Wenn man annimmt, daß nur R₂ eingeschaltet ist, und daß R₁ und R, in Pig. 2 Null sind, ergeben sich die gleichen Verhältnisse, wie geschildert. R^ verursacht einen Spannungsabfall von 1,0 kV, so daß eine Heftspannung von V =«9,0 kV übrigbleibt, die beim Auftreten von Durchschlagbedingungen noch weiter absinkt.

3 : Bs sei angenommen, daß R₁ und R₂ in Pig. 2 Null sind (was in Pig. 1 der Pail ist). Dann wird V - lOkV, so daß sich an der Heftelektrode gute Bedingungen für eine Ionisierungsentladung ergeben. Wenn Ry eine Neigung zeigt, sich zu verringern und dadurch überschlagsbedingungen entstehen, wachet V, an. Durch das nachfolgende Absinken von Vy wird die Entwicklung zum tiberschlag unterdrückt. Demgemäß hat der Schaltkreis nach Pig. I gegenüber einem Heftkreis, bei dem eine geerdete Gießtrommel verwendet wird, zwei wichtige Vorteile: Im Noraalfall arbeitet die Heftelektrode auf einem Spannungsniveau, das zur Herstellung der IonAtierungsentladung für die elektrostatische Aufladung des Films benötigt wird, und die Spannung wird bereits bei dem Versuch,bis zum Überschlag anzuwachsen, reduziert, ·ο daß die Bedingungen für einen Überschlag wesentlich ersohwert werden. Zweitens, wird in dem Pail, daB der Strom ansteigt und einen weiteren Anstieg bis zum Durohsohlag vermuten läßt, ein Ansteigen der Spannung V und eine Reduktion der Spannung Vy bewirkt, so daß deren Möglichkelten einen

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Überschlag hervorzurufen, verringert sind. Gleichzeitig bleibt die Heftspannung Vp hoch, so das ein wirksames
Anheften erfolgt.

Die Abmessungen einer mit den oben genannten Spannungen arbeitenden Spritzmaschine sei an einem Beispiel aufgeführt: Drahtelektrode 14, 0,2 mm Durohmesser;
Abstand Draht-Extruder ca. 2,5 om ; Abstand Draht-Trommel ca. 1,0 - 1,3 cm; Abstand Draht-Film ca. 1,0 - 1,3 om.

D,ie vorstehend beschriebene Einrichtung stellt eine
vorzugsweise Ausbildung des Brflndungsgegenstandes dar. Bs sind eine Reihe von Abwandlungen und Variationen
denkbar, die im Rahmen des Fachmännischen durchzuführen sind.

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Claims

Ansprüche

Vorrichtung zur Behandlung schicht- oder filmförmigen Materials, mit einer Anpreßfläche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßfläche (12) gegenüberliegend eine Heftelektrode (14) zur elektrostatischen Aufladung des Materials (P), und der Heftelektrode (14) gegenüber ein Gegenpol (Erde) zum Aufbau eines elektrischen Feldes mit großen Gradienten an der Heftelektrode (14) vorgesehen ist, daß zwischen Heftelektrode (14) Und Gegenpol eine elektrische Spannung (16) gelegt ist, und daß zwischen Heftelektrode (14) und Anpreßfläche (12)

eine weitere elektrische Spannung liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine geerdete Spannungsquelle (16) an den Gegenpol (Erde) angeschlossen 1st, und daS der Gegenpol von einem geerdeten Teil der Vorrichtung gebildet ist, !und daß die Anpreßflache (12) auf eine« zwischen dem Potential der Heftelektrode (14) und dem Srdpotential liegenden Potential liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsquelle (16) zur Lieferung einer höheren Spannung als zum Anpressen benötigt wird, vorgesehen ist, und daß In den Stromkreis ein Widerstand (R-^ eingeschaltet 1st, der entsprechend den fließenden Strom die iwisohenfcipreßflache (12) und Tief telektrode liegende Spannung verringert.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichspannungsquelle (16) vor^esehervi und da(3 zwischen Anpreßfläche (12) und einen Pol der üleichspannungsquelle (16) ein Uberhrückbarer Widerstand (R₁) geschaltet ist.

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5· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung zum Gießen von Kunststoffolien.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine weiche plastische Schicht (F) auf eine mit einer Anpreßflache versehene Gießtrommel (12) auftragender Extruder vorgesehen ist, und daß eine solche elektrische Feldstärke aufgebracht ist, daß zur Aufladung de« Materials (F) die an das Material angrenzende Luftschicht ionisiert wird, und daß ein Teil (10*) der Vorrichtung für die Einleitung des Ionisierungsvorganges geeignet ausgebildet 1st.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Einleitung des Ionlslerungavorganges geeignete Teil aus dem Extruder (10) besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hoohftpannungequelle (16) mit ihrem positiven Pol an der Heftelektrode (14) angeschlossen und mit ihrem negativen Pol geerdet 1st, und daß zwischen die Gießtrommel (12) und Erde ein bei ansteigendem Strom die Potentialdifferenz zwischen Gießtrommel (12) und Heftelektrode (14) verkleinernder Widerstand (R^) geschaltet 1st.
9. Verfahren sua Festlegen eines plastischen Filmes oder einer Folie in einer Bearbeituhgsvorrlohtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie im Bereich hoher Feldstärke an einer Heftelektrode vorbei zu einer Anpreßfläche geführt wird, daß zwischen Heftelektrode und Film eine Sntladttngsionisierung eingeleitet wird, und daß zwischen der Anpreßfläche und der Heftelektrode eine geringere Spannung angelegt ist als zur Zündung der Ionisierungsentladung notwendig 1st, daß die Spannung aber ausreicht, um den Film an die Anpreßfläche anzudrücken.

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10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurdh gekennzeichnet, daß die Spannungsdifferenz zwischen Anpreßfläche und Heftelektrode absinkt, wenn der Strom durch die Anpreßfläche zunimmt.

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