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Beschreibung
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Weichmacherhaltige Folien aus Polyvinylbutyral dienen zur Herstellung
von Sicherheitsverbundglas. Sie sind bereits bei Raumtemperatur ungewöhnlich weich
und klebrig. Die hohe Klebrigkeit ist zwar unerläßlich für den Zusammenhalt des
Verbundes Glas-Folie-Glas in Sicherheitsverbundgläsern, für den Verarbeitungsprozeß
der Folien zu diesen Gläsern muß die Klebrigkeit jedoch vorübergehend beseitigt
werden. Die glatten und klebrigen Oberflächen von Polyvinylbutyral-Folien (PVB-Folien),
die nach den bekannten Extrusionsverfahren im allgemeinen entstehen, schließen eine
direkte Verwendung der Folien zur Verbundglaserzeugung aus. Es ist praktisch nicht
möglich, zwei oder mehr Schichten von PVB-Folie und Glas ohne großflächige Lufteinschlüsse
ordnungsgemäß miteinander zu verbinden, wenn die Oberflächenklebrigkeit nicht vorher
beseitigt wurde. Solche Lufteinschliisse dürfen in fertigen Sicherheitsverbundglasscheiben
nicht enthalten sein.
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Es sind verschiedene großtechnische Methoden bekannt, die Oberflächenklebrigkeit
durch Aufrauhen bezw. durch Bildung von gleichmäßig verteilten Vertiefungen in der
Oberfläche temporär zu eliminieren. Eine dieser Methoden verwendet gezahnte Düsenlippen,
wodurch zwar Folien entstehen, deren Klebrigkeit durch die entstehende Längsriefung
der Oberflächen beseitigt ist.
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Solche längssgerieften Folien haben jedoch folgende Nachteile: Die
Verbundglaserzeugung erfolgt überwiegend in der Weise, daß zuerst ein Vorverbund
hergestellt wird, indem der aur 600C bis 9o°C vorgeheizte Sandwich Glas-Folie-Glas
eine Druckwalzenstrecke durchläuft, um die im Sandwich befindliche Luft zu entfernen,
ehe der langzeitige Fertigverbund-roze im Autoklaven unter Druck und Wärme vorgenommen
wird. Beim Durchlaufen der Druckwalzenstrecke, nvorverbundstra" genannt, wird die
Luft entgegen der Laufrichtung des Vorverbundes aus dem Sandwich geschoben. Bei
Verwendung längsgeriefter Folien erfolgt der Luftaustritt jedoch dann nicht immer
einwandfrei, wenn eine geriefte Folie mit ihrer
Riefenrichtung quter
zur Laufrichtung der Scheibe auf der Vorverbundstraße verlegt wurde, was bei einer
rationellen Ausnutzung der Folienbreiten nicht immer zu umgehen ist. Aus diesen
Grunde verwenden die meisten Folienhersteller keine längsgerieften PVB-Folien.
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Die bisher überwiegend angewandte Methode zur temporären Beseitigung
der Oberflächenklebrigkeit von PVB-Folien besteht im Prägen der Folienoberflächen
mittels Kalander, nach dem Austritt der Rohfolie aus der Eitrusionsdüse. Hierbei
bereitet neben der Klebfirigkeit auch die Empfindlichkeit der Folie gegenüber Dehnungen
und Verzerrungen enorme Schwierigkeiten, sofern das Prägen an der Luft vorgenommen
wird. Die Dehnungen und Verzerrungen erfolgen vorwiegend beim Ablösen der Folie
von den heißen Kalanderwalzen nach dem Prägevorgang.
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Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wird nach einem bekannten Verfahren
der Prägeprozeß der vorgefertigten Rohfolie in heiem Wasser oberhalb 95°C vorgenommen.
Beim Durchlaufen der Folien durch den unter Wasser befindlichen Spalt zwischen den
beiden Prägewalzen verhindert dann der Wasserfilm an den Folienoberflächen für wenige
Sekunden ein Ankleben der Rohfolie an den Prägewalzen, was den Prägeprozeß leichter
durchführbar macht. Ein großer Nachteil auch dieser Verfahrensweise besteht jedoch
darin, daß eine klebrige Hohfolie aus dem Extruder eingesetzt werden muß, weshalb
die Nachbehandlung nur unter großem technischen Aufwand durchgeführt werden kann.
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Bei diesem Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, nach einem Verfahren
zu suchen, das die beschriebenen Nachteile nicht aufweist, bezw. rit dem sich eine
Fertigfolie erzielen läßt, die bereits beim Austritt aus der Extrusionsdiise eine
technisch geeignete Oberflächenprägung mit Rauhtiefe zwischen 10µ und 40µ besitzt,
die ohne Schwierigkeiten eine
direkte Weiterverarbeitung der Folie
zu Verbundglas erlaubt.
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Das Verfahren soll also das technisch aufwendige nachträgliche Prägen
einer PVB-Rohfolie überflüssig machen.
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In Erfüllung dieser Aufgabe wurde nun ein Verfahren gefunden, bei
dem eine technisch hervorragend geeignete Oberflächenprä gung mit Rautiefent zwischen
10> und 40?z dann entsteht, wenn der Austritt der Folie aus der Extrusionsdüse
unter Wasser erfolgt.
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Mit diesem neuen Verfahren sind zahlreiche zusätzliche Vorteile werblmden,
die auch zur Beseitigung bisher unbewältigter anderer Schwierigkeiten führen. Diese
Vorteile werden im folgenden geschildert: Von ganz überragender Bedeutung für die
Herstellung von Verbundglasfolien ist der Umstand, daß beim Austritt der Folie unter
Wasser, im Gegensatz zu dem Folienaustritt an der Luft, die Stirn- und Innenflächen
des Düsenspaltes sich stets in absolut sauberem Zustand befinden. Ein Anbacken von
klebriger Folienmasse an diesen Flächen ist nicht mehr möglich. Da Luft nicht hinzutreten
kann, erfolgt auch kein "Verbrennen" von Fo-Folienmasse durch thermische Zersetzung,
wozu unter den Bedingungen der Folienproduktion Sauerstoff erforderlich ist. Das
"Verbrennen" äußert sich beim Extrudieren unter Luftzutritt in einer Schwarzbraunverfärbung
und Verhärtung der an der Düse angebackenen ~Bärte". Diese Bärte verschlechtern
die exakt eingestellte Geometrie des Düsenspaltes. Dadurch entstehen sprunghafte
Dickenungenauigkeiten der Folie quer zur Extrusionsrichtung.
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Nun ist ein besonders wichtiges Qualitätsmerkrnal einer Sicherheitsverbundglasfoiie
deren auf Hundertstel Millimeter genaue Dickenverteilung. Sprunghafte Dickenungenauigkeiten
der Folie, wie sie durch Verschlechterung der Spaltgeometrie infolge der Bärte entstehen,
führen aber durch optische I,insenwirkung zu optischen Verzerrungen in der Durchsicht
der
Verbundglas scheiben, was vor allein für Windschutzscheiben
untragbar ist.
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Bei dem neuen Verfahren des Folienaustritts unter Wasser wird dieser
gravierende Nachteil der bekannten Verfahren beseitigt.
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#ei den häufigen Produktionsunterbrechungen, die zwecks Entfernung
der Massebärte an den Düsenlippen ( "Düsenreinigen" ) bei Produktion nach den bekannten
Verfahren erforderlich sind, schrumpft die im Extrusionswerkzeug befindliche Folienmasse
durch Abkühlung. Infolgedessen zieht sich bereits wenige Minuten nach dem Stillsetzen
die Folienmasse aus der engen Düsenmündung zurück. Es verbleiben aber klebrige Massereste
an den Innenflächen der heißen Düsenlippen, die nun dem Luftsauerstoff ausgesetzt
sind und ~verbrennen". Die verbrannte und deshalb verhärtete Masse erzeugt häufi,s
mehr oder weniger tiefe Riefen, die in der nachträglich geprägten Folie zumeist
unsichtbair sind irnd: erst nach der Vorverbundherstellung in der Scheilbe sichtbar
werden. Die permanente Gefahr der Riefenbildung macht es für den Folienhersteller
zwingend eriorderlich, zur Prüfung auf Riefen die Folienproduktion mittels Test-Vorverbundien
laufend ZU überwachen, was sehr kostspielig ist. Häufig wird, trotz laufender liberwachung,
die Riefigkeit einer Folie nicht erkannt, was zu Folgeschäden beim Folien verarbeiter
wegen nicht entfernbarer Lufteinschlüsse in den Verbundglasscheihen entlang der
Riefen führt. Auch dieser Qualitätsmangel wird beim Folienaustritt unter Wasser
vermieden.
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Wie bereits erwähnt, zwingen sprunghafte Querdickenschwankungen und
Riefen in der Folie infolge der Bärte den Folienhersteller zu häufigen Produktionsunterbrechungen
zwecks "Düsenreinigen". Da die thermisch zersetzte, schwarzbraun verfärbte Folienmasse
an den Dtisenlippen in keinem Lösungsmittel löslich ist, mu sie von Zeit zu Zeit
mechanisch entfernt werden, wozu mindestens ein Mal in 24 Stunden die sonst kontinuierlich
laufende Produktion unterbrochen werden muß. Da nach dem
Stillsetzen
und Düsenreinigen etwa 2 Stunden vergehen, bis die Querdicke der Folie ausreichend
genau wiedereingestellt ist, kommt es bei den bekannten Verfahren zu langen Totzeiten
und hohen Stoffverlusten beim Wiederanfahren. Abgesehen davon wird häufig beim Hantieren
mit dem Spatel oder anderen Werkzeugen am Düsenschlitz zur Beseitigung der verhärteten
Bärte die empfindliche Schlitzkante beschädigt. Alle die geschilderten Mängel treten
beim Extrudieren unter Wasser nicht auf.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Folienaustritts unter Wasser
ist die völlige Ausschaltung der Umweltbelastung durch Weichmacherdämpfe. Die sonst
in großer Menge am Düsenschlitz auftretenden Weichmacherdämpfe bedeuten eine starke
gesundheitliche Gefährdung des Bedienungspersonals, insbesondere derjenigen Arbeitskräfte,
die die Dickeneinstellung der Folie am sogenannten "Staubalken" des Extrusionswerkzeuges,
also in unmittelbarer Nähe des Folienaustrittes)vornehmen müssen.
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Über der Extrusionsdüse ist eine Abzugshaube für die Weichmacherdämpfe
nicht mehr erforderlich. Die Dunstabzugshaube schafft zwar den größten Teil der
Weichmacherdämpfe fort, die bei der Extrusion unter Luftzutritt am Düsenschlitz
entstehen Es läßt sich jedoch nicht vermeiden, auch nicht bei beheizten Abzugshauben,
daß ein Teil der Weichmacherdämpfe sich an der Abzugshaube kondensiert, gelegentlich
auf die Folie tropft und dort die bekannten ~Weichmacherflecken" verursacht, die
Folienausschuß bedeuten, bezw. die zu Lufteinschlüssen in den Verbundglas scheiben
führen.
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Durch Verdampfen von Weichmacher beim Austritt der Folie aus der heißen
Extrusionsdüse geht bei Produktion nach den bekannten Verfahren erfahrungsgemä etwa
199 an Weichmacher, bezogen auf das Foliengesamtgewicht, verloren. Auch diese Verluste
werden bei Anwendung der Unterwasserextrusionsmethode vermieden.
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Unterschiede in der Prägung beider Folienseiten treten bei Anwendung
des neuen Verfahrens nicht mehr auf, weil beim Austritt der Folie aus der Düse,
also zum Zeitpunkt der Entstehung der Prägung, an beiden Folienseiten gleiche Bedingungen
vorliegen, zumal dann, wenn der Folienaustritt senkrecht nach unten erfolgt. Der
senkrechte Austritt der Folie aus der Extrusionsdilse ist deshalb eine bevorzugte
Durchführungsform des erfindungsgexißen Verfahrens.
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Demgegenüber ist es ein Nachteil der bekannten Prägeprozesse mittels
Kalander, sowohl beim Arbeiten an der Luft als auch beim Arbeiten unter Wasser,
daf3 die Struktur auf beiden Folienseiten unterschiedlich ist. Beim Kalanderprägen
an der Luft beruhen die Unterschiede darauf, daß die beiden Folienseiten nacheinander
geprägt werden, und die Struktur der zuerst geprägten Seite, infolge thermoplastischer
Rückstellung beim Wärmeprägen der anderen Seite, sich abflacht.
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Beim Kalanderprägen unter Wasser werden zwar beide Folienseiten gleichzeitig
beim Durchgang durch den Spalt zwischen den beiden Prägewalzen geprägt. Hier beruhen
die Unterschiede in der Oberflächenprägung beider Folienseiten Jedoch darauf, daß
verfahrensbedingt unterschiedliche Prägewalzen verwendet werden (z.B. eine gesandstrahlte
Edelstahlwalze und eine bei Verbundglasfolien, insbesondere für Windschutzscheiben,
werden extrem hohe Anforderungen an die Sauberkeit gestellt.
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Beim nachträglichen Kalanderprägen einer extrudierten pVB-Rohfolie
ist es aber nahezu unvermeidbar, daß auf dem Wege von der Extrusionsdüse zum Prägekalander,
der immerhin einige Meter beträgt und unter der vibrierenden Abzugshaube herflilirt,
Schmutz auf die Folie fällt, der dann beim anschliessenden Kalandrieren in die Folienoberfläche
eingepreßt wird und sich deshalb nicht mehr entfernen läßt. Erfahrungsgemäß werden
aber von der Automobilindustrie selbst solche Wind-
schutzscheiben
zurückgewiesen, die objektiv gesehen nur wenige winzige Schmutzteilchen enthalten.
Diese Art von Verschmutzung wird nach dem neuen Verfahren vermieden.
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Beim Beschmeiden der PVB-Folie auf "Nutzbreite" während der laufenden
Produktion wird üblicherweise der Randbeschnitt als ~endloser" Streifen kontinuierlich
zur Wiederverwertung in den Extruder zurückgeführt. Aus technischen Gründen hat
dieser endlose Randstreifen nach dem Kalanderprägen noch häufig die glatte Oberfläche
der Rohfolie behalten. Dies führt durch Ankleben des Streifens an den Führungswalzen
für das "Rückgut", bezw. durch Ankleben am Rückgutgranulator, zu häufigen Störungen.
Auch diese Störungsquellen entfallen, weil bei Produktion nach dem neuen Verfahren
die PVB-Folien ausnahmslos eine Oberflächenprägung bis in die äußersten Randzonen
aufweisen.
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Ein weiterer Vorteil der Unterwasserextrusionsmethode ist der Umstand,
daß die seitliche Einschnürung der Folienbahn, die sich beim Verlassen der Düsenmündung
einstellt, wesentlich geringer ist als bei Anwendung der bekannten Extrusionsverfahren,
bedingt durch die schnellere Abführung der Folienwärme im Wasserbad. Es läßt sich
dadurch, bei gleicher Breitenauslegung des Extrusionswerkzeuges und der Nachfolgeaggregate
(Temperstrecke, Kühlfolienwalzenstuhl, Rollenwickler), eine um etwa 10%. höhere
Foliennutzbreite erzielen, bezw. die gesamte Produktionsstraße kann um 10 schmäler
ausgelegt werden.
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Durch den Fortfall des technisch aufwendigen Prägekalanders wird der
apparative Aufwand vermindert. Die Länge der gesamten Produktionsstraße verkürzt
sich erheblich. Es entfallen solche Produktionsunterbrechungen, die durch den Prägekalander
verursacht werden. Erfahrungsgemäß sind, neben den Produktionsunterbrechungen zwecks
~Düsenreinigen", die häufig sten Stillstände einer PVB-Folien-FertigungsstralAe
af Stö-
rungen beim Prägeprozeß zurückzuführen.
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Bei Würdigung aller Vorteile, die mit dem neuen Verfahren des Folienaustritts
unter Wasser verbunden sind, läßt sich feststellen, daß mit diesem Verfahren ein
wesentlicher Fortschritt in der Herstellung von Sicherheitsverbundglasfolien auf
der Basis weichgemachter Polyvinylbutyrale verbunden ist: Die PVB-Folie tritt aus
einer Extrusionsdüse aus, die zu jedem Zeitpunkt während der Produktion absolut
sauber ist und somit einen unverfälschten Spaltquerschnitt aufweist. Dadurch wird
die Dickengenauigkeit der Folie entscheidend verbessert.
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Riefen in der Folie und dadurch bedingte Lufteinschlüsse sowie optische
Verzerrungen in der Durchsicht der fertigen Verbundglasscheiben können nicht mehr
auftreten. Das tägliche Unterbrechen der Folienproduktion zwecks Düsenreinigen ist
nicht mehr erforderlich. Die Folie besitzt bereits beim Austritt aus der Düse eine
technisch hervorragend geeignete Oberflächenprägung mit Rauhtiefe zwischen 10 und
40 , die sie für eine Weiterverarbeitung direkt einsetzbar macht, ohne Nachbehandlung
unter hohem technischen Aufwand, wie er bei Anwendung der bekannten Verfahren erforderlich
ist. Die ETmweltbelastung durch Weichmacherdämpfe wird völlig beseitigt.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Sicherheitsverbundglasfolien
sind solche auf der Basis von weichgemachtem Polyvinylbutyral. Sie haben im allgemeinen
einen Weichmachergehalt von 250#j bis 40%. Als Weichmacher werden in der Regel Triäthylenglykol
oder Tetraäthylenglykol-Ester aliphatischer C6-bis C8-Monocarbonsäuren eingesetzt,
wie z.B.
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Triäthylenglykol-di-2-äthylbutyrat (Flexol 3GH) oder Triäthylenglykol-dihel,toat.
Auch werden verschiedene Ester der Phthalsäure, der Adipinsäure und der Phosphorsäure
zusätzlich verwendet. Das verwendete Polyvinylbutyral wird hergestellt durch Teilacetalisierung
von Polyvinylalkohol mit Butyr-
aldehyd. Es besitzt einen Restgehalt
an Polyvinylalkohol von 17 $ bis 25#. Die mit diesen Rohstoffen hergestellte PVB-Folie
ist, wie bereits mehrfach erwähnt, ungewöhnlich weich und klebrig, ohne erkennbaren
Erstarrungsbereich.
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Eine technisch geeignete Oberflächenprägung mit Rauhtiefe zwischen
lot und 4c«x erhält die PVB-Folie nach dem neuen Verfahren sofort beim Austritt
aus der Extrusionsdüse, wenn der Austritt der Folie unter Wasser erfolgt.
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Eine Durchführungsform des neuen Verfahrens wird in der Abbildung
gezeigt. Die Abbildung stellt einen Querschnitt durch das Extrusionswerkzeug im
Austrittsbereich der Folie dar, und zwar senkrecht zur Folienebene. Wie ersichtlich,
sind die ins Wasserbad eintauchenden Düsenlippen vorgezogen. Die vorgezogenen Lippen
(i) sind mittels schlecht wärmeleitender Edelstahlschrauben (2) mit dem Werkzeugklotz
(3) verbunden, um eine lokale Unterkühlung des Werkzeugklotzes zu verhindern. Um
den Wärmeübergang von (1) nach (3) möglichst gering zu halten, befindet sich dazwischen
eine Wärmeisolierplatte (ei). Außerdem sind die Schrauben (2) zur Wärmeisolierung
mit Isolationsscheiben (5) unterlegt. Die PVB-Folie (6) läuft senkrecht ins Wasserbad
(7) ein. Es herrschen dann an beiden Folienseiten identische Bedingungen. Ein schräges
Einlaufenlassen der Folie ins Wasserbad ist möglich, jedoch kann es dabei zu einem
Wärmestau und zu einer Ansammlung von Luft- und Dampfblasen an der Folienunterseite
kommen, was sich nachteilig auf die Folienqualität auswirken würde. Die Stirnseiten
der Düsenlippen (8) sind nach oben abgeschrägt, sodaß gegebenenfalls Dampfblasen
leichter aufsteigen können. Das Wasserbad wird im Durchlauf über die Zulaufrohre
(9) beschickt, wobei die Sprühbffnungen der Zulaufrohre gleichmäljig und in engem
Abstand über die Lippenlänge verteilt sind, um Temperaturunterschiede über die Lippenlänge
auszuschließen. Es ist dafür zu sorgen, daß das Wasser im Bereich der Düsenlippen
genügend schnell
ausgetauscht wird, um ein Sieden des Wassers zu
vermeiden.
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Eine vorteilhafte Wassertemperatur beträgt etwa 60°C. Zur Optimierung
der Wärmeabfuhr kann der Wasserspiegel (io) mittels eines verstellbaren Überlaufes
angehoben oder gesenkt werden. Im übrigen ist es von Vorteil, die PVB-Folie mit
möglichst geringer Massetemperatur aus der Düse austreten zu lassen, damit möglichst
wenig Wärme abgeführt werden muß. Die Abzugsgeschwindigkeit der Folie kann die gleiche
bleiben wie nach den bekannten Verfahren. Etwas oberhalb der Düsenmündung befindet
sich eine nicht mit der Düsenlippe verbundene Lochplatte (11), zur Brechung von
Turbulenzen im Wasserbad, die einem optimalen Verfahrensablauf im Wege stehen würden.
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Selbstverständlich bewirkt das hier beschriebene Verfahren einen Druckanstieg
im Extrusionswerkzeug, der zu einer Überlastung des Extruders und zu dessen elektrischem
Ausfall führen würde. Deshalb ist der Einsatz einer starken Zahnradpumpe zwischen
dem Extruder und dem Extrusionswerkzeug erforderlich, die eine Zwangsförderung der
Folienmasse gegen den höheren Massedruck, ohne zusätzliche Belastung des Extruders,
aufrecht erhalten kann.
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Bei optimaler Anwendung des neuen Verfahrens wird eine PVE-Folie erhalten,
die eine Oberflächenprägung mit der für die Weiterverarbeitung optimalen Strukturtiefe
zwischen 10y und 40r aufweist. Die Oberflächenprägung ist richtungslos und ohne
sogenannte "Hinterschneidungen". Die Hinterschneidungen der Oberflächenrauhung,
die beim Kalanderprägen mittels gesandstrahlter Prägewalzen auftreten, bewirken
oftmals beim Folienverarbeiter einen Verbleib von Restluft in den Randzonen derjenigen
gebogenen Windschut#scheiben, deren Vorverbunde unter Verwendung einer "Gliederwalze"
hergestellt wurden.
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