DE2831212C2 - - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer schlauchförmigen Folie durch Extrudieren eines Schlauchs auf einem filmbildenden, durch Erwärmen erweichten Kunststoff, Strecken oder Ziehen der schlauchförmigen Folie über eine eingeschlossene Luftblase oder einem anderen Gas, insbesondere die Steuerung der Extrusion über die Stellung der Frostlinie am Folienschlauch.

Die Eigenschaften und die Qualität der fertigen Blasfolie können insbesondere durch typische Schwankungen in den Betriebsbedingungen und durch Unregelmäßigkeiten und Abweichungen des extrudierten Kunststoffs beeinflußt werden. So neigt beispielsweise die Extrusionstemperatur dazu, einen inhärenten cyclischen Charakter aufzuweisen. Cyclische Bedingungen treten auch bei üblichen Einrichtungen zur Kühlung des Films ein, unabhängig davon, ob dazu eine Kühlquelle oder Umgebungsluft verwendet wird. Außerdem erfordern Folienextruder häufig ein Filtriersystem, das allmählich durch Verunreinigungen verstopft wird, wodurch ebenfalls ein variabler Effekt entsteht, insbesondere hinsichtlich der Änderung des Schmelzindexes, beim Durchgang des Kunststoffs durch das Filter. Außerdem kann der Kunststoff selbst in seiner Qualität nicht vollständig gleichförmig sein und kann unterschiedliche Schmelzindizes und/ oder Schmelztemperaturen aufweisen.

Derartige Schwankungen in den Betriebsbedingungen und in dem Ausgangsmaterial können Folien von schlechter Qualität ergeben, wie zum Beispiel das Auftreten von Falten und eine schlechte Einheitlichkeit der Foliendicke. Die Foliendicke kann in einem bestimmten Ausmaß durch Meßeinrichtungen kontrolliert werden, die dem Bedienungspersonal einen Hinweis und eine Warnung geben, wenn die Foliendicke bzw. das Profil sich ändert, so daß entsprechende Korrekturen gemacht werden können. Wenn jedoch die Betriebsbedingungen sich verschlechtern, treten Falten in der Folie auf.

In seiner Veröffentlichung über die berührungslose Temperaturmessung an Blasfolien in Plastverarbeiter (22), Seiten 398-402, 1971/6, beschreibt K. H. Scholl, daß für verfahrenstechnische Untersuchungen bei der Blasfolienherstellung die berührungslose Temperaturmessung unentbehrlich ist. Er führt ferner aus, daß eine ungleichmäßige Temperaturverteilung schon von der Düse des Blaskopfes her nach oben gezogen wird, die auch durch Kühlung des Folienschlauches nicht geglättet werden kann. Aus einer Abbildung ist eine zweite Isotherme zu entnehmen, die die Lage einer Frostlinie angibt und deckungsgleich mit der direkt über dem Blaskopf liegenden Isotherme ist.

In DE-OS 19 51 645 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Blasfolien der eingangs genannten Art beschrieben, bei dem während der Bildung und des Vorschubes der Hülle die Extrudiergeschwindigkeit, die Materialdicke, die Temperaturen und Drücke der verschiedenen Kühlströme zur Erreichung der Gleichmäßigkeit und dimensionellen Stabilität der Hülle sowie zur Erzielung der gewünschten mechanischen und optischen Eigenschaften eingestellt werden. Verbindungen zwischen dem Steuergerät und dem Extruder bzw. der Verbindungsstelle zwischen Erfinder und Blaskopf überwachen die Abgabemenge und die Temperatur des aus der Düse austretenden thermoplastischen Materials. Die Außenfläche des entstehenden Schlauches wird durch einen geregelten Luftstrom gekühlt und so gesteuert, daß das Auflaufen und Gleiten auf einem Ziehdorn erleichtert ist, weil der noch deformierbaren Hülle durch Druckunterschiede zwischen außen und innen die dafür geeignete Form gegeben wird.

Aus DE-OS 15 04 665 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Blasfolien bekannt, bei dem der Gasdruck im Folienschlauch so geregelt wird, daß Folienbrüche vermieden werden. Dies erfolgt durch Messung der Temperatur des bewegten Schlauches innerhalb eines Bereiches der stromaufwärts durch den erstmals erreichten maximalen Schlauchdurchmesser bestimmt wird und stromabwärts durch den Ringabschnitt des Folienschlauchs, von dem aus abwärts der Folienschlauch im wesentlichen in thermischem Gleichgewicht mit der Oberfläche des Kühldorns steht, und der Gasdruck entsprechend einer Temperaturänderung derart geändert wird, daß einer weiteren Temperaturänderung in gleicher Richtung entgegengewirkt und die Temperatur des Filmschlauches an der Meßstelle auf ihren Ursprungswert zurückgebracht wird. Das Temperaturgleichgewicht oder die Temperaturausgleichslinie ist definiert als die Temperatur des Schlauches, die praktisch nicht mehr abnimmt. Die Temperaturausgleichslinie wird durch ein Tastverfahren bestimmt und eine vor der Ausgleichslinie liegende Heißlinie ermittelt, bei der die Temperatur des Filmes im Bereich von 50-60°C liegt. Die Temperaturausgleichslinie befindet sich im allgemeinen in einer Entfernung von ungefähr 12,7 bis 67 mm stromabwärts der Heißlinie. Es wird also die Temperatur des Filmes in einem Bereich gemessen, der unterhalb 50-60°C liegt, ehe die Folie endgültig abgekühlt ist. Aufgrund dieser Messung wird die Menge an Aufblasluft so gesteuert, daß die Folie einen größeren oder kleineren Abstand vom Kühldorn einnimmt und sich entsprechend in der Temperatur verändert.

Der entscheidende Nachteil der beschriebenen Temperaturmessung besteht darin, daß sie an einer Stelle erfolgt, bei der die Temperatur nicht nur durch die Schwankungen der Extrusionsgeschwindigkeit, sondern in erheblichem Maße durch die Umweltbedingungen beeinflußt ist. Die Temperaturmessung ist völlig unabhängig von der Stellung der sogenannten Frostlinie. Das ist die Linie, nach der sich der Film verfestigt oder in halb verfestigtem Zustand befindet. In diesem Bereich treten Kristallisationseffekte auf, und entsprechende Kristallisationswärme wird frei.

Schwankungen der Stellung der Frostlinie können durch die Anordnung des Temperaturmeßfühlers zwischen Heißlinie und Temperaturausgleichslinie praktisch nicht erfaßt werden.

Auch bei genauer Überwachung durch geschultes Betriebspersonal war es bisher schwierig, oberhalb bestimmter Produktionsgeschwindigkeiten die Folienqualität zu kontrollieren. Auch wenn die Produktionsgeschwindigkeit noch so niedrig lag, daß sie eigentlich durch fachmännisches Personal hätte kontrolliert werden können, traten in der Folienqualität durch die nicht ausreichenden Kontrolleinrichtungen und durch cyclische und/oder fluktuierende Betriebsbedingungen noch immer Störungen ein.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine Blasfolie von besserer Qualität und überlegenen Eigenschaften hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß man als Folienmerkmal die Frostlinie und als das in der Menge veränderbare Gas das Kühlgas, das um das äußerste Ende des Schlauches am Blaskopf zugeführt wird, auswählt.

Dadurch ist eine feinere und genauere Steuerung bei der Folienherstellung möglich.

Das Verfahren der Erfindung ermöglicht die Herstellung eines Blasfilms von höherer Qualität und das Betreiben einer derartigen Extrusionsanlage bei wesentlich höherer Geschwindigkeit unter Beibehaltung eines akzeptablen Niveaus der Folienqualität.

Bei dem Verfahren der Erfindung wird die Stellung der Frostlinie überwacht. Es wird eine Stellung der Kontrollfrostlinie festgelegt, bei der eine Folie optimaler Qualität gegenüber erzielt wird. Die Kühlgasmenge wird in Abhängigkeit von Signalen reguliert, die von der Überwachungseinrichtung erhalten werden, um die festgelegte Position der Frostlinie im wesentlichen als konstante Betriebsbedingung aufrechtzuerhalten. Dieses Steuersystem führt zu einer genaueren automatischen Kontrolle der Folieneigenschaften. Dies ermöglicht eine rasche Korrektur von unerwünschten Verfahrensbedingungen, die z. B. zum Verlust des Flachliegens der Folie, d. h. zur Faltenbildung, führen würden.

Das Verfahren nach der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung noch näher erläutert.

Ein thermoplastischer Kunststoff wird in einem erwärmten Extruder 10 über einen Trichter 12 eingeführt, und wird nach dem Erweichen durch Erwärmen über die Verbindungsleitung 16 dem Blaskopf 14 zugeführt. Der Kunststoff verläßt den Extruderkopf in Form eines kontinuierlichen Folienschlauches 18. Der Schlauch wird über eine eingeschlossene Blase aus Luft oder einem anderen Gas gestreckt oder gezogen, wobei die Gasmenge aufrechterhalten oder durch die regulierte Druckleitung 20 ergänzt wird. Mit Hilfe eines Faltgestells 22 und der einen Schlitz bildenden Walzen 24 und 26 wird die Folie in einem von dem Extruderkopf entfernten Bereich endgültig gefaltet. Üblicherweise sind bei der hier verwendeten Vorrichtung auch nicht gezeigte Antriebswalzen vorhanden, die nach den Walzen 24 und 26 angeordnet sind und die die Antriebskraft zur Förderung des Schlauchs von dem Extrusionswerkzeug zur Verfügung stellen. Die Geschwindigkeit der Antriebswalzen ist so eingestellt, daß der Folienschlauch in Längsrichtung gestreckt oder gezogen wird und dieser Geschwindigkeitsfaktor bestimmt zusammen mit anderen Steuerfaktoren die Größe des Umfangs des Schlauches, d. h. ob der Umfang sich vergrößert, verkleinert oder im wesentlichen in der extrudierten Größe bleibt. Das Strecken erfolgt im wesentlichen zwischen dem Blaskopf und der Frostlinie 28. Oberhalb der Frostlinie hat die Folie sich verfestigt oder befindet sich in halbverfestigtem Zustand.

Eine Kontrolleinrichtung 30 überwacht in einem Kontrollbereich, die Stellung der Frostlinie 28 die sich oberhalb des Blaskopfes 14 befindet.

Das durch die Kontrolleinrichtung 30 erzeugte Signal wird über eine elektrische Leitung 34 einer Kontrolleinrichtung 32 und weiter einem Anzeigegerät bzw. einem Schreiber 36 über die zusätzliche Leitung 38 zugeführt. Der Schreiber 36 verwandelt das Signal in eine ablesbare Größe, wodurch die Stellung im Kontrollbereich zu jedem Betriebszeitpunkt numerisch ermittelt werden kann.

Der Ausgang aus der Kontrolleinrichtung 32 ist so ausgebildet, daß er über eine pneumatische oder elektrische Leitung 42 einen Luft- oder elektrischen Motor oder eine Stelleinrichtung 40 für ein Absperrglied betätigen kann. Die Stelleinrichtung für das Absperrglied ist durch eine geeignete Verbindungseinrichtung 44 mit einem Drosselklappenventil 46 verbunden. Das Drosselklappenventil ist in der Leitung 48, die Kühlluft oder ein anderes Gas von einer Blas- oder Kompressoreinheit 50 heranführt, drehbar gelagert. Die Luft oder das andere Gas wird dem Kühlring 52, der um das äußerste untere Ende des Schlauches eben oberhalb des Blaskopfes 14 angeordnet ist, zugeführt.

Die Verfahrensführung hängt von der Festlegung der Kontrollstellung in den Kontrollbereich ab. Die geeignete Stellung wird zweckmäßigerweise empirisch bestimmt, indem man durch Ausprobieren einer Reihe von Betriebsbedingungen diejenigen ermittelt, bei denen eine Folie von optimaler Qualität erhalten wird. Nach der Ermittlung dieser Bedingungen wird die optimale Stellung im Kontrollbereich als Kontrollstellung vorgegeben. Die im Anzeigegerät abgelesene und gegebenenfalls mitgeschriebene Stellung ist für das Funktionieren dieser Steuereinrichtung nicht wesentlich, doch ermöglicht sie die Verfolgung der Stellung durch das Betriebspersonal. Die Kontrolleinrichtung ist so eingestellt, daß sie kontinuierlich das von der Kontrolleinrichtung 30 erhaltene Signal mit der Kontrollstellung vergleicht oder ein äquivalentes vorherbestimmtes Kontrollsignal.

Bei dem Verfahren wird die Stellung der Frostlinie als Kontrollindikator verwendet, dabei wird die Höhe der Frostlinie optisch oder in anderer Weise abgelesen und bei Abweichen das entsprechende Signal ausgelöst. Die festzulegende Position der Frostlinie kann ebenfalls empirisch bestimmt werden, indem eine Reihe von Betriebsbedingungen verwendet werden, um die Lage der Frostlinie jeweils festzustellen, bei der eine Folie von optimaler Qualität entsteht. Das von der Überwachungseinrichtung abgegebene Signal wird auch in diesem Fall der Kontrolleinrichtung zugeleitet und mit dem vorgelegten Kontrollsignal verglichen. Auch in diesem Fall wird dann durch die Kontrolleinrichtung eine Korrektur vorgenommen, um die Zufuhr der Kühlluft durch die Leitung 48 zu erhöhen oder zu reduzieren, so daß die festgelegte Position der Frostlinie eingehalten wird.

Dieses Kontroll- oder Steuerverfahren läßt sich allgemein bei der Herstellung von Blasfolien aus filmbildenden Kunststoffen herstellen. Typische Beispiele von solchen filmbildenden Materialien sind thermoplastische filmbildende Kunststoffe, wie Polyäthylen, Copolymere von Äthylen mit anderen Monomeren, wie Propylen, Acrylsäure, Äthylacrylat, Polypropylen und Propylencopolymere, Polyester, Polystyrol, Styrolcopolymere, Polyvinylchlorid, Vinylchloridcopolymere, Vinylidenchloridcopolymere und Polyamide.

Als Überwachungseinrichtung lassen sich bekannte optische Messungen verwenden. Es kann ein Trübungsmesser verwendet werden, um die Stellung der Frostlinie zu überwachen und ein Signal für die Regulierung der Kühlluft aus der entsprechenden Quelle zu geben.

Die Kontrolleinrichtung 32 vergleicht das Eingangssignal aus der Kontrolleinrichtung 30 mit einem Kontrollsignal und gibt ein Ausgangssignal, das jeder etwa vorhandenen Abweichung des Eingangssignals zu dem Kontrollsignal proportional ist.

Die Stelleinrichtung 40 für das Ventil kann in Abhängigkeit von dem Eingangssignal, dem zur Verfügung stehenden Raum und von dem Ventiltyp elektrisch oder pneumatisch angetrieben sein. Das Drosselklappenventil 46 kann durch andere regulierbare Ventiltypen ersetzt sein oder durch andere Einrichtungen, die zur Regelung der Strömung oder der Temperatur des Kühlgases für den Kühlring 52 geeignet sind. Eine Blaseinrichtung oder ein Ventilator können das gewünschte Kühlgas zur Verfügung stellen. Der Kühlring 52 ist in einem Bereich angeordnet, in dem er die Temperatur der Folie in dem überwachten Bereich am wirksamsten beeinflussen kann. Bevorzugt befindet sich der Luftring in Nachbarschaft zu dem Blaskopf 14, wie in der Zeichnung.

Zusätzlich zu dem Kühlring 52 können andere Kühleinrichtungen verwendet werden, z. B. im Inneren des Schlauches angeordnete Kühleinrichtungen.

Beispiel 1

Dieses Beispiel zeigt die Herstellung einer Polyäthylenfolie mit einem Blasverfahren mit einem sich drehenden Folienschlauch mit einem Durchmesser von 50,8 cm. Zum Abfühlen der Stellung der Frostlinie wird ein handelsübliches nicht-berührendes optisches Meßgerät verwendet. Als Steuereinrichtung wird ein handelsübliches Gerät verwendet. Dieses Gerät nimmt kontinuierlich die elektrischen Ausgänge des optischen Meßgerätes auf und wandelt diese proportional in ein pneumatisches Ausgangssignal um, das einen Luftkolbenmotor mit einer dazugehörenden Drosselklappe antreibt. Dieser Teil der Einrichtung ist ebenfalls im Handel erhältlich.

Für das Kühlgas wird eine Blaseinrichtung mit einer Kapazität von 42,48 m³/min verwendet. Diese Blaseinrichtung wird bei voller Kapazität betrieben und der Grad der Kühlung wird durch die Einstellung des Drosselklappenventils geregelt.

In Tabelle I ist ein Vergleichsversuch mit der Erfindung gegenübergestellt. Als "maximale Geschwindigkeit" wird die maximal erreichbare Folienproduktion bezeichnet, die aber wegen der Qualitätsmängel für eine kommerzielle Ausnutzung nicht in Betracht kommt. Als "maximale gute Produktionsgeschwindigkeit" wird der maximale Ausstoß bezeichnet, der eine gute Folie liefert, der hinsichtlich der Flachheit und ihrer Dicke für kommerzielle Ansprüche genügt.

Tabelle I

Beispiel 2

Das Steuerverfahren wird für die Herstellung eines Blasfilms aus Polyäthylen mit einem Durchmesser von 76,2 cm angewendet. Die Herstellung der Blasfolie erfolgt mit einem drehbaren Schlauch. Das Kontrollverfahren und die Vorrichtung sind im wesentlichen die gleichen wie in Beispiel 1. Das gleiche trifft auch für den Kontrollbereich zu. Auch in diesem Fall wird ein Vergleichsversuch für eine Herstellung einer Blasfolie ohne eine Kontrolleinrichtung durchgeführt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird auch bei diesem Beispiel eine wesentliche Erhöhung der maximalen guten Produktion erreicht. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengefaßt.

Tabelle II

Claims (1)

1. Verfahren zum Herstellen einer schlauchförmigen Folie durch Extrudieren eines Schlauches aus einem filmbildenden, durch Erwärmen erweichten Kunststoff, Strecken oder Ziehen der schlauchförmigen Folie über eine eingeschlossene Luft- oder andere Gasblase, Überwachen eines Folienmerkmales an ihrem Umfang in einem Kontrollbereich und Zurückführen der Stellung dieses Merkmals auf eine festgelegte Position durch Verändern der Menge eines Gases und Abkühlen der Folie, dadurch gekennzeichnet, daß man als Folienmerkmal die Frostlinie und als das in der Menge veränderbare Gas das Kühlgas, das um das äußerste Ende des Schlauches am Blaskopf zugeführt wird, auswählt.