DE19825179A1

DE19825179A1 - Verfahren zur Kalibrierung nach unten aus einer Düse ausgezogener nahtloser Polymerschläuche

Info

Publication number: DE19825179A1
Application number: DE19825179A
Authority: DE
Inventors: Dirk Pophusen; Detlef Wolf; Michael Hennig
Original assignee: Wolff Walsrode AG
Current assignee: Dow Produktions und Vertriebs GmbH and Co oHG
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 1999-12-09
Also published as: JP2002517331A; WO1999064219A1; AU4369099A; PL344465A1

Abstract

Verfahren zur Kalibrierung von nach unten über eine Düse extrudierten ein- oder mehrschichtigen nahtlosen Polymerschläuchen, wobei der Polymerschlauch durch Innendruck vorkalibriert, durch eine Vakuumkalibriereinrichtung geführt und von innen und außen durch eine Kühlflüssigkeit gekühlt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung von nach unten über eine Düse extrudierten ein- oder mehrschichtigen nahtlosen Polymerschläuchen, wobei diese auch als "Primärschläuche" bezeichneten Schläuche in sich anschließen den Verfahrensschritten biaxial gereckt und in eine für die weitere Anwendung übliche Angebotsform gebracht, d. h. z. B. bedruckt, gerafft oder zu Abschnitten konfektio niert werden können.

Solche meist auf Polyamid basierenden gereckten Schlauchfolien finden ihre Anwen dung als Verpackungsmaterialien im Lebensmittelbereich, insbesondere als künstliche Wursthüllen. Wesentliches Merkmal dieser Schlauchfolien sind die Anforderungen an die Kalibergenauigkeit, die wesentlich durch die Qualität des extrudierten und kali brierten Vorproduktes, des Primärschlauches, bestimmt werden. Die mehrschichtigen Ausführungsformen der Folien weisen in der Regel gezielt im Folienverbund inte grierte Sperrschichten gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf auf.

Ein Herstellverfahren zur Produktion gereckt er Schlauchfolien zur Verwendung als künstliche Wursthüllen wird in dem in der Fachzeitschrift "Fleischwirtschaft" 77 (12) 1997, S. 1090/91 erschienenen Artikel von J. Herchenbach "Herstellung orientierter Schlauchfolien für die Wurstproduktion" beschrieben. Verfahrenstechnisch werden hierbei über Dosier- und Mischsysteme der oder die Extruder mit verschiedenen Materialkomponenten in Granulatform beschickt. Der durch die Extruder plastifizierte Kunststoff wird über Spinnpuppen einer ein- bis fünfschichtigen Ringdüse zugeführt. Durch den Ringspalt wird das Material von oben nach unten in ein Kühlbad extrudiert, wobei der sich nach unten bis zur Frostlinie, wo die Schmelze erstarrt, verjüngende Schlauch am Boden des Kühlbades zwischen einem Walzenlager flachgelegt wird. Die Blase wird durch eine sogenannte Flüssigkeitsinnenkalibrierung gehalten. Der Durch messer des Schlauches wird durch den Durchmesser des Ringspaltes, die Höhe des Wasserspiegels im Kühlbad sowie die Menge der Kalibrierflüssigkeit bestimmt. Die veränderlichen Parameter werden über eine kontinuierliche Messung des flachgelegten Primärschlauches geregelt. In der sich daran anschließenden Heizzone wird der flach gelegte Primärschlauch wieder auf die materialspezifisch optimale Temperatur des thermoelastischen Bereiches gebracht, denn nur in diesem Temperaturbereich ist eine wirksame Verstreckung möglich. In der Verstreckzone wird der Primärschlauch radial durch Innenluft und axial durch mit unterschiedlichen Drehzahlen laufende Walzen paare nach exakten Vorgaben gereckt. Hierbei werden rohstoffabhängig Flächenver streckungen bis 1 : 14 erreicht. Durch spezielle Meß- und Regeleinrichtungen wird der Durchmesser der Verstreckblase konstant gehalten. Zwischen den folgenden Walzen paaren wird der hochverstreckte Schlauch alternativ mit Heißluft oder Heißdampf im Thermofixierofen getempert, d. h. thermofixiert. Der Nachteil des hier beschriebenen Verfahrens liegt darin gegründet, daß eine echte Kalibrierung des Primärschlauches nicht stattfindet. Die Fixierung des Primärschlauchdurchmessers wird - wie beschrie ben - durch die Höhe des Wasserspiegels beeinflußt. Sowohl die während der Produk tion auftretenden Schwankungen des Wasserspiegels innen sowie außen als auch Schwingungen im abgezogenen Primärschlauch führen sofort zu Kalibrierschwankun gen.

In der DE 40 12 628 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von wenigstens monoaxial gereckten, nahtlosen, thermoplastischen Schlauchfolien be schrieben. Hierbei werden gereckte Schlauchfolien durch vorzugsweise horizontale Extrusion von Thermoplasten aus einer Ringdüse, Kalibrierung und Kühlung in einer Kalibrier- und Kühlvorrichtung und Reckung des Primärschlauches in einer Reckblase durch Überdruck hergestellt. Der zur Reckung in der Reckblase erforderliche Gas druck wird durch die Extrusions- oder Coextrusionsdüse direkt in den Primärschlauch eingeleitet und der Primärschlauch von der Düse bis zur Reckblase fungiert als Druck leitung. Die hierbei verwendete Kühl-/Kalibriereinheit besteht aus einem mit Kühl fluid, insbesondere einem mit Wasser gefülltem Tank, wobei der im Tank herrschende Druck kleiner ist als der Gasdruck im Primärschlauch. Die Druckdifferenz zwischen Tank und Primärschlauch wirkt in der Weise, daß der Primärschlauch geringfügig aufgeweitet wird. Die Aufweitung des Schlauches wird begrenzt durch den Durch messer der von außen anliegenden Kalibrierscheiben bzw. von einer Kalibrierhülse.

Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin begründet, daß der extrudierte Primär schlauch nur einseitig von außen mittels Wasser gekühlt werden kann. Diese einseitige Kühlung begrenzt insbesondere hohe Produktionsgeschwindigkeiten, da die hier ein gesetzten Rohstoffe, insbesondere die Polyamide, bei nicht schnell genug stattfinden der Abkühlung nachkristallisieren und die nachfolgende Verstreckung deutlich erschwert wird.

Ein ähnliches Verfahren wird in der EP-A 0 305 804 mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines stranggepreßten, verstreckten, nahtlosen Schlau ches" beschrieben. Dabei durchläuft ein aus einer Strangpresse über eine Ringdüse extrudierter nahtloser Vorschlauch einen Kalibrator und umgibt coaxial ein Sonder rohr, das durch die Ringdüse hindurch bis über den Kalibrator hinweggeführt wird. Hierbei wird im Rohrinneren ein Druck p_i gleich dem Atmosphärendruck und an der Rohraußenseite in der Vakuumzone ein Unterdruck p_a kleiner als der Atmosphären druck eingestellt. Der in den Kalibrator einlaufende Vorschlauch wird nach Durch laufen eines Einlaufstückes außenseitig mit Wasser benetzt. Dieses hier beschriebene Verfahren wird in einer vertikalen Anordnung durchgeführt. Allerdings weist auch dieses Verfahren den signifikanten Nachteil der nur einseitig durchzuführenden Küh lung des Primärschlauches von außen auf. Durch die aufwendige Konstruktion wird zudem die notwendige Flexibilität zur Herstellung unterschiedlicher Primärschlauch kaliber stark reduziert.

Bei dem in der Deutschen Auslegeschrift 15 04 461 beschriebenen Verfahren, das insbesondere für die Extrusion von Polyestern geeignet ist, wird ein senkrecht nach unten aus einer Ringschlitzdüse austretender Primärschlauch unmittelbar unterhalb der Düsenmündung über einen kühlbaren Kalibrierdorn fixiert. Die Kühlung des Kalibrier dorns erfolgt dabei über eine Kühlflüssigkeit. Die Polyesterschmelze trifft dabei auf den Kalibrierdorn in der Berührungslinie auf deren Abstand von der Düsenmündung, außer von der Viskosität der Schmelze, auch von dem Durchmesserunterschied zwischen Ringschlitzdüse und Kalibrierdorn und von den nachfolgenden Transport elementen bestimmt wird. Die Berührungslinie wird dabei vorteilhaft durch den Druck eines Luftstrahls, der aus der um den Kalibrierdorn konzentrisch angeordneten Schlitzdüse austritt, fixiert. Zusätzlich zu der Innenkühlung kann eine Flüssigkeits außenkühlung erfolgen. Das Kühlwasser tritt dabei in den durch zwei konzentrisch angeordneten Rohre gebildeten Doppelmantel ein, wird im Innenrohr längs des Folienschlauches und im Gegenstrom zu diesem geführt, dann in das Außenrohr gelenkt und tritt an der unteren Seiten der Vorrichtung aus.

Die Technik zur Vakuumkalibrierung ist insbesondere für die Rohrherstellung aus Polyolefinen seit langem bekannt. Im Artikel "Maschinen zur Polypropylen-Rohrher stellung" von H. Gebler, H.O. Schiederum, E. Oswald und W. Kamp (Kunststoffe 70 (1980) S. 246-253) wird das Verfahren detailliert beschrieben. Insbesondere werden hier die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten von Rohrkopf und Kalibrator beschrieben. Die hier vorgestellte Vakuumtankkalibrierung, bestehend aus Wasser bädern, den Sprühkühlstrecken, die in Kammern verteilt werden, sowie den dazu gehörigen Wasserringpumpen zur Erreichung des einstellbaren Unterdruckes und die Kalibriereinlaufbüchsen und Blendenpakete müssen auf den Rohstoff Polypropylen abgestimmt werden. Anschließend an die verschiedenen Kalibratorsystems werden hier Kühlsysteme beschrieben, da das aus dem Kalibrator austretende Rohr noch nicht durchgekühlt ist. Durchgesetzt haben sich danach für kleine Rohre Wassertanks, für größere Rohre jedoch Sprühkühlstrecken.

In dem Fachbuch "Extrusionswerkzeuge für Kunststoffe und Kautschuk" von W. Michaeli werden auf den Seiten 322-347 die üblichen Kalibrierungsmethoden für extrudierte Rohre und Profile vorgestellt. Dabei kann die Kalibrierung zum einen als sogenannte Außenkalibrierung mit Druckluft erfolgen oder als Außenkalibrierung mit Vakuum. Definitionsgemäß wird unter Außenkalibrierung ganz allgemein verstanden, daß die äußeren Abmessungen des Extrudates durch die Kalibriervorrichtung fest gelegt werden. Bei der Außenkalibrierung mit Druckluft wird der Kontakt zwischen Kalibrierdüse, auch als Kalibrierbüchse bezeichnet, und dem Extrudat durch Über druck von 0,2 bis 1 bar erreicht. Dazu wird über den Dorn des Rohrwerkzeuges Druckluft in das Rohr eingebracht. Die Kalibriervorrichtung wird bei diesem Verfah ren möglichst direkt und gut zentriert an das Rohrwerkzeug angeflanscht, um ein Auf weiten und Aufreißen des unter Innendruck stehenden Rohres zu vermeiden. Die Kühlung der Kalibrierbüchse sowie des Rohres in der anschließenden Kühlstrecke kann durch eine umlaufende Wasserkühlung, Wasserberieselung oder durch eine Wassersprühkühlung erfolgen. Bei der Außenkalibrierung mit Vakuum wird der zur Kühlung und Kalibrierung des extrudierten Profils notwendige Kontakt zwischen Profil und Kalibrierung durch Anlegen eines Unterdruckes an die Kalibriervorrichtung erreicht.

Ein besonderes Verfahren der Vakuumkalibrierung ist das sogenannte Vakuumtank kalibrierungsverfahren, das im "Handbuch der Kunststoffextrusionstechnik" Bd. I, S. 475-481, von F. Hensen, W. Knappe und H. Potente beschrieben wird. Hierbei wird in einem geschlossenen Wasserbad durch Anlegen eines Unterdrucks von ca. 50 bis 200 cm Wassersäule durch eine Saugpumpe ein enges Anlegen des einlaufenden Kunststoffs an die Blenden erreicht. Durch den anliegenden Wasserfilm zwischen den Blenden wird die Reibung zwischen Rohr und Blenden zusätzlich reduziert. Durch einen entsprechenden Unterzug wird an der ersten Blende eine Abdichtung zur Umgebung erreicht. Üblicherweise muß die Kalibriervorrichtung axial verschiebbar sein, um diese Abdichtung am Profileinlauf durch Unterzug einstellen zu können. Der Austritt des Profiles aus dem Vakuumtank wird mit einer Gummidichtung abgedich tet. Alle hier beschriebenen Verfahren zur Rohrkalibrierung werden in horizontaler Anordnung durchgeführt.

Aufgabe der Erfindung war es ein Verfahren bereitzustellen, bei dem im Durchmesser unterschiedlich große Primärschläuche flexibel mit einer Düse mit hoher Kaliber genauigkeit und bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten kalibriert und in kurzer Zeit von der Schmelztemperatur auf eine Verfestigungstemperatur abgekühlt werden, so daß diese erhaltenen Primärschläuche in weiteren Verfahrensschritten nach Wieder erwärmung auf eine zur Festkörperverstreckung günstige Tempratur problemlos biaxial verstreckt werden können.

Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe gelöst durch die Bereitstellung eines Verfah rens.

Zur Kalibrierung von aus einer Extrusionsdüse (1) ausgezogenen, nahtlosen, ein- oder mehrschichtigen Polymerschläuchen (2), bei dem

a) der Polymerschlauch (2) mittels eines geeigneten Fördermittels (3) durch eine Kalibriereinrichtung (4) nach unten in ein Flüssigkeitsbad (14) abgezogen wird,
b) in den Polymerschlauch über mindestens eine Zuführleitung (5) in der Weise eine innere Kühlflüssigkeit (6) gepumpt und über mindestens eine weitere Leitung (7) wieder abgepumpt wird, daß in dem Polymerschlauch (2) zwischen dem Spiegel der inneren Kühlflüssigkeit (6) und der Extrusionsdüse (1) ein flüssigkeitsfreies Volumen entsteht, in dem über mindestens eine Druckluftleitung (8) ein Innendruck p_i eingestellt wird, der höher ist als der an der Außenseite des Polymerschlauchs (2) herrschende Druck p_u,
c) der Polymerschlauch (1) nach Austritt aus der Extrusionsdüse (1) in den Ein laufbereich (9) der in einem Abstand zur Extrusionsdüse (1) angeordneten Kalibriereinrichtung (4) eintritt, der eine äußere Kühlflüssigkeit (10) enthält, durch die der Polymerschlauch gleichmäßig über den Umfang abgekühlt wird,
d) der Polymerschlauch (2) den Einlaufbereich (9) der Kalibriereinrichtung (4) durch eine dichtende Einlaufbuchse (11), die in etwa in Höhe des Flüssigkeits spiegels der inneren Kühlflüssigkeit (6) angeordnet ist, in einen geschlossenen Kalibrierbereich (12) verläßt, der mehrere, dem gewünschten Schlauchkaliber entsprechende, hintereinander angeordnete, scheibenförmige Kalibrierblenden (13) enthält und in dem gegenüber dem im mit der inneren Kühlflüssigkeit gefüllten Polymerschlauch herrschenden Innendruck p_ii ein geringer Unter druck p_v erzeugt wird, so daß der Polymerschlauch (2) durch die Druckdiffe renz an die Kalibrierblenden (13) herangezogen wird,
e) der Polymerschlauch (2) aus dem geschlossenen Kalibrierbereich (12) unter der Flüssigkeitsoberfläche in das Flüssigkeitsbad (14) eintritt.

Durch die intensive Kühlung über die schlauchinnenseitige und schlauchaußenseitige Kühlflüssigkeit ist die schnelle Abkühlung mit hoher Gleichmäßigkeit über dem Um fang des Polymerschlauches möglich. Über die Vakuumkalibrierung im geschlossenen Kalibrierbereich unter Verwendung von Kalibrierblenden ist eine exakte Kalibrierung und Führung des Primärschlauches gewährleistet. Die zusätzliche Vorkaliberregelung des Primärschlauches über den anliegenden Innendruck ermöglicht die variable Ein stellung des Kalibers, so daß mit einem Düsendurchmesser das Primärschlauchkaliber in einem weitem Spektrum variiert werden kann. Dies wird zusätzlich unterstützt dadurch, daß sich die Kalibrierblenden leicht austauschen und damit geänderten Kali bern anpassen lassen.

Bei der Extrusionsdüse (1) handelt es sich vorzugsweise um eine ein- oder mehr schichtige Ringdüse, der ein oder mehrere Extruder vorgeschaltet sind, die über übliche Dosier- und Mischsysteme mit dem oder den Polymeren und üblichen Zusatz stoffen beschickt werden. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Extrusionsdüse (1) um eine mehrschichtige Ringdüse zur Herstellung von drei- bis siebenschichtigen Polymerschläuchen.

Als äußere Kühlflüssigkeit (10) sowie als Flüssigkeit für das Flüssigkeitsbad (14) wird vorzugsweise Wasser benutzt. Als innere Kühlflüssigkeit (6) findet vorzugsweise Wasser, Öl oder deren Mischungen Verwendung.

Die im geschlossenen Kalibrierbereich (12) der in Fig. 2 in einer beispielhaften Aus führungsform im Detail dargestellten Kalibrierungseinrichtung (4) enthaltenden Kali brierblenden (13) sind vorzugsweise im oberen, der Einlaufbuchse (11) benachbarten Bereich dichter angeordnet als in der Nähe des Austritts des Polymerschlauchs (2) in das Flüssigkeitsbad (14). In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Polymer schlauch (2) im geschlossenen Kalibrierbereich (12) zusätzlich von außen durch eine weitere Kühlflüssigkeit gekühlt, bei der es sich insbesondere um Wasser, Öl oder deren Mischungen handelt.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellen Polymerschläuche (2) haben eine Gesamtdicke von vorzugsweise 200 bis 800, insbesondere 250 bis 500 µm und einen Durchmesser von vorzugsweise 5 bis 100, insbesondere 10 bis 50 mm.

Bei dem zur Herstellung der Polymerschläuche (2) verwendeten Polymeren handelt es sich vorzugsweise überwiegend um Polyamid, insbesondere Polyamid 6/66, wobei in mehrschichtigen Polymerschläuchen ein oder mehrere Schichten mit Wasserdampf- und/oder Sauerstoffsperrwirkung aus anderen Materialien enthalten sein können. Ins besondere ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet zur Herstellung von Polymer schläuchen (2) mit einem Aufbau, wie er in EP-A 0 530 537 und EP-A 0 603 676 beschrieben ist.

Für eine Konfektionierung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polymerschläuche (2) als künstliche Wursthüllen werden diese anschließend einer in üblicher Weise durchgeführten biaxialen Verstreckung zugeführt.

Der biaxialen Verstreckung wird in einer bevorzugten Ausführungsform eine Thermo fixierung angeschlossen, um die Dimensionsstabilität des Folienschlauches in einem oder mehreren Schritten durch Temperaturbehandlung zu verbessern. Als Wärme träger bieten sich heiße Luft, Heißdampf, temperierte Fluide und/oder Infrarot-Strah ler an. Die Thermofixierung in Gegenwart von Wasser bzw. Wasserdampf bewirkt zudem infolge von temperaturbedingt rascher Wasseraufnahme der Polyamide ein Erweichen der Polyamidschichten und somit eine verbesserte Flexibilität der Folie.

Anschließend kann beispielsweise durch Bedrucken, Raffen, Auftrennung in Ab schnitte o.a. eine übliche Konfektionierung als Wursthülle erfolgen.

Eine beispielhafte Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt Fig. 1. Dabei ist das Fördermittel (3) als Abzugswalzenpresseur ausgebildet, durch den der Poly merschlauch (2) abgezogen und flachgelegt wird. Anschließend wird der flachgelegte Polymerschlauch über Umlenkwalzen dem nächsten Bearbeitungsschritt zugeführt.

Claims

1. Verfahren zur Kalibrierung von aus einer Extrusionsdüse (1) ausgezogenen, nahtlosen, ein- oder mehrschichtigen Polymerschläuchen (2), bei dem

a) der Polymerschlauch (2) mittels eines geeigneten Fördermittels (3) durch eine Kalibriereinrichtung (4) nach unten in ein Flüssigkeitsbad (14) abgezogen wird,
b) in den Polymerschlauch über mindestens eine Zuführleitung (5) in der Weise eine innere Kühlflüssigkeit (6) gepumpt und über mindestens eine weitere Leitung (7) wieder abgepumpt wird, daß in dem Polymer schlauch (2) zwischen dem Spiegel der inneren Kühlflüssigkeit (6) und der Extrusionsdüse (1) ein flüssigkeitsfreies Volumen entsteht, in dem über mindestens eine Druckluftleitung (8) ein Innendruck p_i eingestellt wird, der höher ist als der an der Außenseite des Polymerschlauchs (2) herrschende Druck p_u,
c) der Polymerschlauch (1) nach Austritt aus der Extrusionsdüse (1) in den Einlaufbereich (9) der in einem Abstand zur Extrusionsdüse (1) an geordneten Kalibriereinrichtung (4) eintritt, der eine äußere Kühl flüssigkeit (10) enthält, durch die der Polymerschlauch gleichmäßig über den Umfang abgekühlt wird,
d) der Polymerschlauch (2) den Einlaufbereich (9) der Kalibriereinrich tung (4) durch eine dichtende Einlaufbuchse (11), die in etwa in Höhe des Flüssigkeitsspiegels der inneren Kühlflüssigkeit (6) angeordnet ist, in einen geschlossenen Kalibrierbereich (12) verläßt, der mehrere, dem gewünschten Schlauchkaliber entsprechende, hintereinander angeord nete, scheibenförmige Kalibrierblenden (13) enthält und in dem gegen über dem im mit der inneren Kühlflüssigkeit gefüllten Polymerschlauch herrschenden Innendruck p_ii ein geringer Unterdruck p_v erzeugt wird, so daß der Polymerschlauch (2) durch die Druckdifferenz an die Kali brierblenden (13) herangezogen wird,
e) der Polymerschlauch (2) aus dem geschlossenen Kalibrierbereich (12) unter der Flüssigkeitsoberfläche in das Flüssigkeitsbad (14) eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der äußeren Kühlflüssigkeit (10) um Wasser und bei der inneren Kühlflüssigkeit (6) um Wasser, Öl oder deren Mischungen handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymer schlauch (2) im geschlossenen Kalibrierbereich (12) zusätzlich von außen durch eine weitere Kühlflüssigkeit gekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerschlauch ein- oder mehrschichtig, vorzugs weise drei- bis siebenschichtig ist und eine Gesamtdicke von 200 bis 800, vor zugsweise 350 bis 500 µm aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Polymerschlauchs (2) 5 bis 100, vorzugsweise 10 bis 50 mm beträgt.