DE2252084B2 - Verfahren zur herstellung von thermoplastischen folien - Google Patents

Verfahren zur herstellung von thermoplastischen folien

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Description

20
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Folien, bei dem das mit Schaumbildnern versehene und auf normale Extrudiertemperatur erwärmte Material aus einem Spritzkopf ausgepreßt wird, die Dicke der Folie nach deren Abkühlen an einer Mehrzahl über deren Breite verteilt angeordneten Meßstellen geYnessen wird und Teile des Materials, welche die an den Meßstellen jeweils vorbeilaufenden Folienabschnitte aufbauen, gemäß der gemessenen Dicke der Abschnitte beim Auspressen der Folie temperiert werden.
Mit der DE-OS 22 54 687 ist ein solches Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem in Auspreßrichtung gesehen dem Spritzkopf eine Kühleinrichtung nachgeschaltet ist. Das zu extrudierende Material wird in dem Spritzkopf auf die erforderliche Extrusionstemperatur einheitlich erwärmt und dann außerhalb des Spritzkopfes differenziert gekühlt.
Aus der NL-OS 7014 565 ist ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Rohren bekannt, bei dem das auf normale Extrudiertemperatur erwärmte Material aus einem Spritzkopf ausgepreßt wird und die Dicke der Rohrwandung nach Austritt aus dem Spritzkopf an einer Mehrzahl über deren Breite verteilt gemessen wird und Teile des Materials, welche die an den Meßstellen jeweils vorbeilaufenden Rohrabschnitte aufbauen gemäß der gemessenen Dicke der Abschnitte beim Auspressen des Rohrs derart temperiert werden, daß die Dickensteuerung der Wandung des extrudierten Rohrs durch Steuerung der Viskosität des Materials vor Austritt aus dem Spritzkopf erfolgt. Die Kühlung des extrudierten Rohres erfolgt in Extrudierrichtung gesehen unterhalb der Meßstellen und unterhalb eines Kalibrierstücks.
Aus der britischen Patentschrift 7 14194 ist ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Folien bekannt, bei dem das auf normale Extrudiertemperatur erwärmte Material aus einem Spritzkopf ausgepreßt wird und dem Spritzkopf zur Einstellung der Dicke der aus ihm austretenden Folie Strömungsmitteleinrichtungen derart zugeordnet sind, daß der Spritzkopf an seinem Austrittsende lokal gekühlt werden kann, wenn an den betreffenden Stellen eine größere b5 Foliendicke erzielt werden soll, und lokal erwärmt werden kann, wenn die zugeordneten Folienabschnitte eine kleinere Dicke aufweisen sollen. Die Dicke der nicht geschäumten Folie wird also durch die Einstellung der Viskosität und damit der Durchströmgeschwindigkeit des Materials durch den Spritzkopf bestimmt.
Bei dem aus der DE-AS 11 52 249 bekannten Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffkunstbahner: oder -tafeln wird das mit Schaumbildnern versehene und auf Verarbeitungstemperatur gebrachte Material in Formen eingespritzt, deren Wandungsabstand die Dicke der Bahnen oder Tafeln bestimmt, während sich die Schaumstoffbahn ungehindert in die Breite ausdehnen kann.
Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 19 79 336 ist ein Verfahren zur Herstellung einer geschäumten Thermoplastfolie bekannt, bei dem der Spritzkopf und der in ihm angeordnete Spritzdorn in Umfangsrichtung gesehen gleichförmig von Heizungen erwärmt werden, so daß eine Änderung der Heiztemperatur nur einen Temperaturgradier.ten parallel zur Spritzrichtung ermöglicht Eine Dickenregelung der gespritzten Folie in Umfangsrichtung ist nicht vorgesehen.
Bei dem aus der CH-PS 3 24 782 bekannten Verfahren zur Herstellung von Schläuchen aus thermoplastischem Kunststoff wird dem Spritzkopf an den Stellen Wärme zugeführt, an denen in den um den Dorn gelegenen Durchgang für die Kunststoffmasse Mittel zum Halten des Doms hineinragen. Die Zufuhr von Wärme an diesen Stellen erfolgt, um die lokale Abkühlung des Materials an den Mitteln zum Halten des Doms, die z. B. Stegform haben können, zu kompensieren. Eine Messung der Dicke des Schlauches nach dessen Abkühlen an einer Mehrzahl von über dessen Breite verteilt angeordneten Meßstellen und eine entsprechende Temperierung zur Dickenregulierung der Folie über deren Breite ist nicht vorgesehen.
Die DE-AS 12 91896 betrifft ein Verfahren zum Auspressen von Profilen aus thermoplastischem Kunststoff durch eine gekühlte Kalibrierdüse, bei der ein spannungsfreies Abkühlen des schon gespritzten Werkstückes erreicht werden soll. Es ist aber keine Rückwirkung auf den Materialfluß im Spritzkopf in Abhängigkeit von den Maßen des Produktes vorgesehen.
Die DE-OS 2140194 schlägt ein Verfahren zum Extrudieren nichtgeschäumter Kunststoffe vor, bei dem angestrebt wird im Spritzkopf eine einheitliche Temperatur einstellen zu können. Dazu wird vorgeschlagen, den Außenring des Spritzkopfes in Abschnitte zu unterteilen und diese getrennt voneinander zu temperieren.
Schließlich ist mit der DE-OS 22 32 930 ein Verfahren zur Herstellung von Rohren unbedingt gleichmäßiger Wandstärke im Strangpreßverfahren aus nicht-schäumbarem Kunststoff beschrieben, bei dem die Wandstärkenregelung durch Regelung der Viskosität des Materials erzielt wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das mit der DE-OS 22 54 687 vorgeschlagene Verfahren so zu verbessern, daß die dem Spritzkopf nachgeschaltete Kühleinrichtung in Fortfall kommen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Teile, die einen zu dünnen bzw. zu dicken Abschnitt aufbauen, vor Verlassen der Austrittsöffnung durch die Wandung des Spritzkopfes hindurch stärker erwärmt bzw. schwächer erwärmt oder gekühlt werden.
Die zur Regelung der Dicke der Folie erforderliche Erwärmung oder Kühlung des auszupressenden Materials findet im Spritzkopf statt, so daß ein relativer Wärmeübergang durch Abkühlung der Folie außerhalb
des Spritzkopfes vermieden wird, ohne daß die Maßhaltigkeit der aus dem Spritzkopf extrudierten Folie gefährdet ist. Der Wärmeaustausch zwischen dem extrudierten Material und dem Spritzkopf erfolgt alleine durch die Wandung des Spritzkopfes hindurch.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht in schematischer ι ο Darstellung eines Spritzkopfes;
F i g. 2 ist eine Schnittansicht von Linie 2-2 in F i g. 1; und
Fig.3 ist eine schemalische Darstellung einer automatisierten Anlage unter Verwendung des Spritzkopfs der F i g. 1 und 2.
In den F i g. 1 und 2 ist ein Einsatzring 10 dargestellt, welcher in dieser Reihenfolge an einem Tragring 11, an einem Gehäuse 12 des Werkzeuges und an einem äußeren Ring 13 angebracht ist. Der Tragring 11 weist eine Nabe 14 auf, weiche durch mehrere am Umfang im Abstand zueinander befindliche Radialstege, von welchen Stege 16 und 17 dargestellt sind, mit dem am Umfang befindlichen Abschnitt 15 verbunden ist. Eine Kegelspitze 18 ist an eine Seite der Nabe 14 angebracht, während ein zur Mengenbemessung dienender Kegeloder Dornkörper 19 an der anderen Seite der Nabe 14 befestigt ist.
Gemäß Fig.2 ist der Ring 13 mittels mehrerer Bolzen 20 am Gehäuse 12 des Werkzeuges befestigt. Wenn die Bolzen 20 gelöst sind, dann kann der Ring bezüglich der Achse des Extruders eingestellt werden, so daß eine Höheneinsteilung mit Hilfe der Steilschrauben 21 herbeigeführt werden kann. Band-Heizelemente 22 und 23 umgeben die Teile 10, 11 und 12 gemäß Darstellung.
Der bisher beschriebene Aufbau des Gerätes ist von herkömmlicher Form, d. h., daß das Gerät in bekannter Weise am vorderen Ende eines Extruderzylinders befestigt ist. In vergleichbarer Weise besitzt der dargestellte Spritzkopf einen Ringdüsenspalt 24, um in bekannter Weise ein rohrförmiges Strangpreßprodukt herzustellen.
Gemäß der Erfindung sind am Außenumfang des Rings 13 mehrere Heizblöcke 25 befestigt. Jeder der Heizblöcke ist mit einem inneren elektrischen Heizelement 26 ausgestattet Die Heizblöcke 25 sollten aus Metall bestehen, welches gute Wärmeleitfähigkeit besitzt; obwohl nicht dargestellt, sollten die Blöcke in geeigneter Weise gegen unerwünschten Wärmeverlust isoliert sein. Bei Verwendung wird jedes der Heizelemente 26 elektrisch an eine geeignete Stromquelle angeschlossen und ist unabhängig von den anderen Heizelementen entweder manuell oder automatisch einstellbar.
Um Folienmaterial zu fertigen, bedient man sich der schematisch in F i g. 3 dargestellten Anlage, auf welche nunmehr Bezug genommen wird. Der Spritzkopf gemäß den Fig. 1 und 2 ist mit Hilfe eines Klemmringes 27 am Ende eines Extruderzylinders 28 befestigt, der über einen Behälter 29 gespeist wird. Wenn das rohrförmige Extruderprodukt 30 das Werkzeug verläßt, wird es mittels unter Druck befindlicher Luft expandiert; die Luft wird über eine Leitung 31 zugeführt. Das Extruderprodukt wird dabei durch einen kühlenden bi Ring 32 über einen zur Größenbestimmung dienenden Dorn 33 gezogen. Das Extruder- bzw. Blasprodukt passiert dann ein Paar diametral einander gegenüberliegender Messer, von welchen eines bei 34 dargestellt ist. Die Messer schlitzen den Rohrkörper in Längsrichtung auf seinen entgegengesetzten Seiten auf. Die abgetrennten Abschnitte des Rohrkörpers werden anschließend abg3flacht und werden über Forder- und Spannrollen 35, 36, 38 und 39 in entsprechende Mäßstationen eingeleitet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei welchem acht Heizblöcke 25 um den Ring 13 angeordnet sind, sollte eine entsprechende Anzahl unabhängiger Dicken-Meß-Fühler unter gleichförmigem Abstand auf der Breite der entsprechenden Bahnen vorgesehen sein, wobei die Hälfte an der Station 40 vorgesehen ist, während die andere Hälfte in der Station 41 vorgesehen ist. Zum Zwecke der übersichtlichen Darstellung wird nur der dem Beobachter nächste Meßfühler jeder Station dargestellt. Der Meßfühler 42 an der Station 40 ist an eine Einheit 43 bestehend aus Stromquelle und Steuerungsorgan angeschlossen, welche ihrerseits mit dem entsprechenden Heizelement 26 und mit einem Anzeigegerät 44 in Verbindung steht. In vergleichbarer Weise ist der Meßfühler 45 an der Station 41 mit einer Einheit 46 bestehend aus Stromquelle und Steuerungsorgan verbunden, wobei diese Einheit ihrerseits mit einem entsprechenden Heizelement 26 und mit einem Anzeigegerät 47 in Verbindung steht. Die Meßgeräte an den Stationen 40 und 41 können von jeder bekannten Ausführungsform sein.
Gemäß Fig.3 wird ein elektrischer Dehnungsmeßstreifen mit einem zugeordneten Kontaktgelenk verwendet. Obwohl ein mit einem Kontakt arbeitender Dehnungsmeßstreifen bevorzugt zur Anwendung gebracht wird, können auch Kapazitäts-Meßgeräte oder Beta-Strahlungsmeßgeräte verwendet werden. Jeder der verwendbaren, jedoch nicht dargestellten Meßgeräte wird an den voneinander getrennten Stationen 40 und 41 verwendet und über eine entsprechende Strom- und Steuerungseinheit mit dem entsprechenden Heizgerät und einem zugeordneten Anzeigegerät verbunden. Wenn durch die Anordnung ein einen vorbestimmten Wert unterschreitender Dickewert angezeigt wird, dann wird das zugehörige Heizgerät aktiviert, um die Temperatur des entsprechenden Heizblockes anzuheben. Die entgegengesetzte Folge tritt ein, falls das Meßgerät eine zu große Dicke abfühlt. Gleichzeitig ermöglicht das Anzeigegerät dem Bedienungsmann, die Meßanzeige an jedem Punkt visuell einzusehen.
Die genaue Wirkungsweise, nach welcher das Maß des stranggepreßten Materials durch ungleichförmiges Anlegen von Wärme am Umfang des Werkzeuges steuerbar ist, kann noch nicht als vollständig geklärt angesehen werden. Eine mögliche Erklärung besteht darin, daß die ungleichförmige Wärmeeinwirkung am Ring 13 unterschiedliche thermische Expansion des Ringes zur Folge hat, um die genaue Konzentrizität mit dem Kern- oder Dornkörper herzustellen.
Experimentell wurde bestimmt, daß Dicke-Veränderungen erzielbar sind, wenn man Wärme ungleichförmig am Einsatz 10 anlegt. Es ist jedoch nicht vollständig klar und wurde nicht nachgewiesen, ob die ungleichförmige Wärmeeinwirkung am Einsatzring wirksam ist, um eine Kompensierung am ungleichförmig erhitztem und aus dem Extruderzylinder aufgenommenem Material vorzunehmen, oder ob ein ungleichförmiger Temperaturgradient dem Material aufgeprägt wird, wenn dieses den Spritzkopf passiert. Es ist theoretisch möglich, daß infolge der Wärmeübertragung zwischen dem Material und dem Spritzkopf eine gewisse gegenseitige Bezie-
hung besteht, welche die thermische Expansion oder Ausdehnung des letzteren beeinflußt, um eine gleichförmigere Konzentrizität bezüglich des Doms zu erreichen.
Unabhängig von der theoretischen Erläuterung war es bisher unmöglich, genaue Steuerung der Toleranzen der Dicke in Querrichtung herbeizuführen. Es hat sich herausgestellt, daß durch das ungleichförmige Anlegen der Wärme eine äußerst genaue Steuerung über die Dicke bzw. das Maß des Extruderproduktes in Querrichtung erzielbar ist. Anstelle mehrerer am Umfang des Werkzeuges angeordneter Heizelemente können auch mehrere Kühleinheiten benutzt werden. Darüber hinaus ist eine Kombination von Heiz- und Kühleinheiten möglich. In jedem Fall wird erfindungsgemäß ungleichförmiger Wärmeaustausch am Umfang des Spritzkopfs ausgelöst.
Um die Wirkungsweise und Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung zu veranschaulichen sei davon ausgegangen, daß Polystyrolschaum sowohl nach dem erfindungsgemäßen Verfahren als auch ohne Wärmeaustausch durch die Spritzkopfwandung extrudiert wurde. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, gleichzeitig zwei Folienbahnen herzustellen, welche je eine 76,2 cm übersteigende Breite aufweisen und welche bei einer Nominaldicke innerhalb des Bereiches von 0,75 — 1,27 mm einer Dicken veränderung in Querrichtung von weniger als ± 0,025 mm unterliegen. Demgegenüber war es bisher ohne Differential-Heizungssteuerung bei 50,8 cm breiten Bahnen innerhalb des gleichen Dickebereiches nur möglich, eine Steuerung von ± 0,075 mm der Dicke in Querrichtung herbeizuführen. Dies erforderte die Verwendung eines Werkzeuges mit flexibler Lippe. Ohne die durch die flexible Lippe oder die Differentialerwärmung gemäß der Erfindung gebotene Steuerung belaufen sich die Fehler der eine Dicke im Bereich von 0,75 bis 1,27 mm aufweisenden Bahnen in Querrichtung bis zu 0,25 — 0,30 mm. Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird infolgedessen eine gleichförmige Dickesteuerung bislang nicht erreichter Genauigkeit erzielt.
Wenn Polystyrolschaum mit dem in F i g. 3 dargestellten Extruder stranggepreßt wird, dann kann die Temperatur des Ringes 12 auf etwa 146°C gehalten werden, während die Heizblöcke 25 bei Temperaturen zwischen 146°C und 151,5°C betrieben werden können. Dieser kleine Bereich der Temperaturveränderung kann zu einer beträchtlichen Veränderung im Maß bzw. der Dicke führen.
Obwohl gemäß Darstellung in den Zeichnungen acht Heizblöcke verwendet wurden, kann die Anzahl der Blöcke der jeweiligen Situation angepaßt werden. Es können mehr Heizblöcke benutzt werden, falls eine feinere Steuerung erwünscht ist oder falls größere Strangpreßwerkzeuge zur Anwendung gebracht werden. Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Gedankt auch auf Werkzeuge mit gegenüber der Kreisforrr abweichenden Öffnungen anwendbar. So können das Gerät und das Verfahren gemäß der Erfindung beispielsweise zur Dickesteuerung von Folienmateria benutzt werden, welches direkt durch eine geradt
ίο Schlitzöffnung gedrückt wird. In anderen Worten es is lediglich erforderlich einen unabhängig steuerbarer Wärmetausch mit am Umfang befindlichen Teilen de: Werkzeuges entlang wenigstens einer Seite der öffnunj vorzunehmen.
Zum Zwecke der Erläuterung wurde eine Anordnunj zur automatischen Steuerung gemäß F i g. 3 beschrieben. Indessen können die Heizgeräte 26 manuell durch eine Bedienungsperson entsprechend geeigneter bewegungsabwärts vorgenommener Messungen gesteuert werden.
Im Verlaufe der Beschreibung wurde wiederholt aul Dimensionsveränderungen in Querrichtung hingewiesen. Fachleuten ist geläufig, daß auch Veränderungen ir der Maschinen- oder Längsrichtung infolge vor Bedingungen oder Umständen auftreten können welche in keiner Beziehung zu dem in der vorliegender Erfindung zugrundeliegenden Problem stehen. Maßabweichungen in der Arbeitsrichtung können in beliebigei bekannter Weise auf ein Minimum reduziert werden Die an den Stationen 40 und 41 gemäß Fig.3 befindlichen Dickemeßfühler zur Steuerung der Heizblöcke können entweder einzeln benutzt werden oder indem man den Durchschnittswert ihres Ausganges ir einer automatischen Steuerung für das Maß ir Maschinenrichtung unter Verwendung bekannter Geräte benutzt.
Der beschriebene Aufbau bedient sich mehrerei unabhängig steuerbarer Heizgeräte, um Wärme un gleichförmig am Umfang der Werkzeuglippen bzw. dei Ringdüse anzulegen. Eine entsprechende Steuerung kann jedoch auch unter Verwendung unabhängig steuerbarer Kühleinheiten durchgeführt werden. An stelle von Kernheizgeräten können auch Streifenheiz elemente oder dergleichen verwendet werden. Alterna tiv kann man auf die elektrischen Heizelement« verzichten und die Heizblöcke mit Kanälen versehen, ir welche eine geeignetes Medium zum Zwecke de; Wärmetausches hindurchgeleitet wird. Es kann entwe der die Temperatur des Mediums oder die Strömungs
so geschwindigkeit für die Steuerung benutzt werden. Au diese Weise wird Wärme nach Wunsch zugeführt odei abgezogen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Folien, bei dem das mit Schaumbildnern versehene und auf normale Extrudiertemperatur erwärmte Material aus einem Spritzkopf ausgepreßt wird, die Dicke der Folie nach deren Abkühlen an einer Mehrzahl über deren Breite verteilt angeordneten Meßstellen gemessen wird und Teile des Materials, weiche die an den Meßstellen jeweils vorbeilaufen- lü den Folienabschnitte aufbauen, gemäß der gemessenen Dicke der Abschnitte beim Auspressen der Folie temperiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß Teile, die einen zu dünnen bzw. zu dicken Abschnitt aufbauen, vor Verlassen der Austrittsöffnung durch die Wandung des Spritzkopfes hindurch stärker erwärmt bzw. schwächer erwärmt oder gekühlt werden.
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