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Verfahren und Vorrichtung zum fortlaufenden Herstellen zweiachsig
orientierter Folien aus lösungsmittelfreien organischen Polymerisationsprodukten,
insbesondere Polystyrol
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum fortlaufenden Herstellen zweiachsig orientierter Folien aus lösungsmittelfreien
organischen Polymerisationsprodukten, insbesondere Polystyrol durch Ausspritzen
des Kunststoffes durch das Mundstück einer Strangpresse und Ausdehnung der ausgespritzten
Folie im erhitzten Zustand.
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Es ist allgemein bekannt, daß die Festigkeit gewisser organischer
Polymere, wie z. B. synthetischer Lang- und Querkettenpolymere, durch Dehnen wesentlich
vergrößert werden kann, wenn die Moleküle des Polymers in der Richtung oder in den
Richtungen, in denen der Zug ausgeübt wird, orientiert werden. Beispiele solcher
Polymere sind Vinylverbindungen oder deren Derivate, wie z. B. Polystyrol, Vinylchlorid
und Copolymere aus solchen Verbindungen oder Derivaten bzw. Copolymere, die diese
Verbindungen oder Derivate umfassen.
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Es wurde vorgeschlagen, zweiachsig orientierte Folien aus solchen
organischen Polvmeren durch Ausspritzen und anschl ießendes gleichzeitiges Dehnen
einer Folie in Längs- und Querrichtungen zu bilden. Das gleichzeitige Dehnen in
Längs- und Querrichtung ist aber unzweckmäßig, da das Ausmaß der resultierenden
Orientierung in einer Richtung abhängig und begrenzt ist durch das Ausmaß der Orientierung
in der anderen Richtung. Auf
diese Weise wird auch das Ausmaß der
Orientierung in beiden Richtungen beschränkt. Diese Begrenzungen sind dadurch bedingt,
daß die gewünschte Längsstreckung infolge der Beeinflussung der im wesentlichen
festliegenden Querzugmittel, die an den Kanten der Folie angreifen, verhindert wird.
Diese Querzugvorrichtungen können auch die Kanten der Folie so abkühlen, daß sie
die Orientierung durch Dehnen in der Längsrichtung behindern.
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Man hat weiterhin vorgeschlagen, orientierte Folien durch Auswalzen
eines zuvor gebildeten Bogens herzustellen, solange sich dieser noch in einem mehr
oder minder plastischen Zustand befindet. Das Auswalzverfahren ist jedoch sehr unwirksam,
weil das Polymer im mittleren Teil wesentlich stärker in der Längsrichtung fließt
als an den Kantenteilen und zwischen den Walzen nur ein sehr kleiner Fluß in der
Querrichtung eintreten kann. Des weiteren kann das Polymer infolge Anklebens an
den Walzen nicht immer so weich gehalten werden, wie es notwendig ist. Allgemein
kann man sagen, daß beim Auswalzen organischer Polymere zwecks Bildung orientierter
Folien die Regelung der Orientierung sehr schwierig, wenn nicht unmöglich ist, und
zwar im Hinblick auf die Temperatur und Viskosität des Polymers und im Hinblick
auf die Anwendung des Zuges.
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Hauptzweck dieser Erfindung ist die Schaffung eines neuen Verfahrens
und einer neuen Vorrichtung für die fortlaufende Herstellung zweiachsig orientierter
Folien, wobei die Hindernisse und Nachteile älterer Verfahren und Vorrichtungen
weitgehend oder vollständig vermieden und zweiachsig orientierte Folien wirksam
und billig erzeugt werden können, die die gewünschte Quer-und Längsorientierung
sowie die erwünschte Dicke und Breite besitzen.
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Gemäß der Erfindung besteht das verbesserte Verfahren zur Herstellung
einer fortlaufenden, zweiachsig orientierten Folie aus lösungsmittelfreien, organischen
Polymerisationsprodukten, insbesondere Polystyrol, bei dem der Kunststoff durch
das Mundstück einer Strangpresse ausgepreßt und im erhitzten Zustand gedehnt wird,
darin, daß die Folie von dem Mundstück über Rollen läuft, deren Umdrehungsgeschwindigkeit
so eingeregelt ist, daß in der Folienbahn zwischen Mundstück und den Rollen keine
wesentlichen Zugspannungen auftreten und daß die Folie in gewisser Entfernung von
den Rollen von Greifern erfaßt und damit erstmalig Zugspannungen zwischen den Rollen
und den Greifern bei einer Temperatur, die niedriger als die Ausspritztemperatur
ist, unterworfen wird.
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Vorteilhaft wird die Folie in kurzer Entfernung von dem Mundstück
zusätzlich zu der natürlichen Abkühlung durch die umgebende Atmosphäre an ihrer
gesamten Oberfläche gekühlt unter Belassung des Folieninnern auf einer höheren Temperatur,
worauf erstmalig die abgekühlten Teile bei annähernd gleichmäßiger Temperatur unter
Zugspannung gedehnt und somit orientiert werden und anschließend die Folie abgekühlt
wird.
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Vorzugsweise wird die Folie zunächst in Längsrichtung gedehnt und
darauf durch Ergreifen der Kanten der gedehnten Folie eine Querdehnung bis zur endgültigen
Breite der Folie ausgeübt und aufrechterhalten. Das Ausmaß der Querdehnung der Folie
wird unabhängig von dem Ausmaß der Längsdehnung geregelt. Nach Auspressen der Folie
aus dem Mundstück ist es zweckmäßig, diese an der' Oberfläche unter die Spritztemperatur
abzukühlen und anschließend wieder auf eine Temperatur zu erhitzen, bei der in das
Polymerisat durch Streckspannungen eine wesentliche Orientierung eingeführt wird.
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Schließlich ist es wünschenswert, der Folie während der Längs dehnung
zum Ausgleich des Rückganges der Längung während der anschließenden Querdehnung
eine überschüssige Längung zu geben.
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Weitere wichtige Erfindungsmerkmale, welche die Vorrichtung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen, sind an Hand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
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Fig. I zeigt in verkleinertem Maßstab in mehr oder minder schematischer
Draufsicht die gemäß der Erfindung ausgebildete Vorrichtung, wobei zum klareren
Verständnis Teile abgebrochen oder fortgelassen sind; Fig. 2 zeigt die Vorrichtung
nach Fig. 1 iii mehr oder weniger schematischer Form im senkrechten Schnitt, wobei
einige der in Fig. I dargestellten Teile fortgelassen sowie einige Teile hinzugefügt
sind; Fig. 3 zeigt im senkrechten Querschnitt eine Folie ungleichmäßiger Dicke und
Heizvorrichtungen nach Fig. I und 2, die das Aufheizen einer solchen Folie darstellen;
Fig. 4 zeigt in ähnlicher Darstellung wie Fig. 3 das Aufheizen einer anders geformten
Folie, wie es in Fig. 3 veranschaulicht ist; Fig. 5 zeigt in vergrößertem Maßstab,
im waagerechten Schnitt von oben gesehen, die Vorrichtung etwa nach Linie 5-5 der
Fig. 6 und veranschaulicht Steuereinrichtungen, durch die der Querzug der Folie
geregelt wird; Fig. 6 zeigt in vergrößertem Maßstab einen senkrechten Schnitt etwa
nach Linie 6-6 der Fig. 2, in Pfeilrichtung gesehen; Fig. 7 zeigt in vergrößertem
Maßstab in Draufsicht einen der Greifer oder eine der Greifereinheiten für die Vorrichtung
nach Fig. I bis 6; Fig. 8 zeigt eine Greifereinheit nach Fig. 7, teilweise im senkrechten
Schnitt - und teilweise in Seitenansicht; Fig. g ist ein senkrechter Querschnitt
etwa nach Linie 9-9 der Fig. S.
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Aus Fig. I und 2 ist ersichtlich, daß die wesentlichen Teile der
Vorrichtung folgende sind: eine Presse S mit Mundstück D zwecks Bildung einer flachen
Rolle R, eine Gruppe von Kühlrollen C, von denen vier dargestellt sind, über die
die Folie R läuft, ein Ofen 0, in dem die Rollen C gelagert sind und in dem der
bei Rt gezeigte Folienteil in
der im folgenden geschilderten Weise
in Längsrichtung ausgezogen wird, wobei der Ofen zur Regelung der Ofentemperatur
eine Heizplatte H besitzt, eine Greif- und Zugvorrichtung, die allgemein mit G bezeichnet
ist und aus zwei endlosen Reihen gegenüberliegender Greifer g zum Ergreifen und
Ausziehen der Folie besteht, und ein Paar mit P bezeichnete Zugrollen, um die Längsspannung
der Folie aufrechtzuerhalten.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind in dem Ofen O Heizvorrichtungen
H1 oberhalb des Teiles R2 der Folie angeordnet, wo diese quergezogen wird, sowie
eine weitere, mit H2 bezeichnete Heizvorrichtung oberhalb der Folie, um diese vor
der Heizvorrichtung H1 zu erhitzen. Eine dritte Heizvorrichtung ist bei H3 unterhalb
der Folie dicht vor dem Erhitzer H2 angeordnet.
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Die Presse kann von bekannter Ausführung sein.
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Die dargestellte Presse besteht aus einem Zylinder I I mit einem Heizmantel
12 für den Durchlauf eines geeigneten Heizmittels, z. B. Ö1, um das organische Polymer
in der Presse auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Die Presse S enthält eine
Schraube I3, um das organische Polymer während seiner Erhitzung zu bearbeiten und
es durch bei Iq und 15 dargestellte Verbindungen in und durch das Mundstück D zu
drücken.
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Die Presse S ist auf einem geeigneten Support, der mit I6 bezeichnet
ist, aufgebaut, und das Mundstück D kann teilweise durch seine Verbindung mit der
Presse und durch einen zusätzlichen, mit I7 bezeichneten Support, der am Rahmen
I8 befestigt ist, abgestützt werden.
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Die Rollen C besitzen Durchgänge zum Durchlauf eines temperaturgesteuerten
Mediums, z. B. einer Kühlflüssigkeit, die in eine der Rollen durch eine Leitung
19 eintritt, aus dieser Rolle den anderen Rollen durch U-förmige Verbindungsstücke
21, 22, 23 zugeleitet und aus der letzten Rolle durch ein Rohr 24 abgeleitet wird.
Sämtliche Rollen C werden mit der erforderlichen Geschwindigkeit von einer Kette
25 angetrieben, die über Kettenräder auf den Rollen geführt ist, von denen eines
bei 26 angedeutet ist. Die Kette 25 erhält ihren Antrieb von einem Kettenrad 27
auf der Welle 28 (Fig. 2 und 6), die ihrerseits mittels einer Kette 29 durch ein
Reduziergetriebe 3I angetrieben wird. Das Reduziergetriebe 3I erhält seinen Antrieb
über ein bei 32 dargestelltes Geschwindigkeitswechselgetriebe, welches aus Stufenscheiben
besteht, wobei die Scheibe 33 auf dem Reduziergetriebe und die Scheibe 34 auf der
vom Motor 35 angetriebenen Welle 88 sitzt (s. Fig. 6). Die Geschwindigkeit, mit
der die Rollen C angetrieben werden, kann durch Umlegen des Riemens 32 a auf den
Stufenscheiben verändert werden. An Stelle des Getriebes 32 kann auch ein anderes
geeignetes Geschwindigkeitswechselgetriebe Verwendung finden.
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Der Ofen 0 schließt das Band etwa an der Stelle ein, wo dieses aus
dem Mundstück D ausgespritzt wird bis zu einem Punkt, wo die Folie der Atmosphäre
ausgesetzt werden kann, wie es z. B. in Fig. 2 gezeigt ist. Der Ofen 0 dient nicht
nur zur Regelung der Temperatur der Folie, sondern verhindert auch, daß Gasströmungen
mit der Folie in Berührung kommen, die die Folie abkühlen und die Ziehvorgänge beeinträchtigen
könnten. Der Erhitzer H kann von bekannter Art sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist er als Hohlplatte ausgebildet, die Ein- und Auslaßrohre 37, 38 für die Zu- und
Abfuhr eines geeigneten Heizmittels, z. B. Ol, besitzt.
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Wie später ausführlich erläutert werden wird, kann die Erhitzung
des Folienteiles R, durch die Heizvorrichtung H quer zur Folie mittels des Blockes
4I (Fig. I, 2 und 3) oder mittels Blöcke 42 und 43 (Fig. 4) verändert werden.
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Die Heizvorrichtung H1 kann als Heizschlange ausgebildet sein, die
aus mehreren Windungen 45 besteht, denen ein Heizmittel, wie z. B. 01, durch ein
Rohr 46 zugeführt wird. Die Ableitung des Heizmittels erfolgt über ventilgesteuerte
Auslässe 47, die zu dem Ablaufrohr 48 führen. Durch Anordnung der Ventile in den
Ablässen kann ein Temperaturabfall in Längsrichtung der Folie aufrechterhalten bzw.
kann die Temperatur des Folienabschnittes auf eine gleichmäßige oder irgendeine
andere gewünschte Temperatur eingestellt werden.
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Die Heizvorrichtung H2 kann als elektrischer Widerstandserhitzer bekannter
Art ausgebildet sein, welchem Strom durch die bei 51 gezeigten Leitungen zugeführt
wird. Die Heizvorrichtung Hs ist als Gasheizer in Gestalt eines Brenners ausgebildet,
wie in Fig. I veranschaulicht, und erstreckt sich unterhalb der Folie in Querrichtung,
und zwar in der Nähe des Endes der Heizvorrichtung H.
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Betrachtet man nun die Ausbildung der Greif-und Zieheinrichtung G,
so sieht man, daß die Greifer g in zwei endlosen Reihen angeordnet sind, die - wie
dargestellt - durch Transporteinrichtungen abgestützt und betrieben werden können.
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Die Greifer und ihre Transporteinrichtungen, die an den gegenüberliegenden
Kanten der Folie angeordnet sind, können auf beiden Seiten der Vorrichtung eine
identische Ausbildung besitzen. Es genügt daher, lediglich eine Ausführung dieser
Teile zu beschreiben.
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Jeder Greifer g bildet den Teil einer Greifereinheit, die auf der
zugehörigen Greifer-Transporteinrichtung befestigt ist, und zwar derart, daß sie
eine nach auswärts gleitende Bewegung erhält und so auf die Folie einen Querzug
ausübt bzw. die Folie vollständig freigibt. Des weiteren ist die Transporteinrichtung
so gestaltet, daß die Greifereinheiten zum Erfassen der schmalen Folie vor Durchführung
der Querzugstätigkeit nach dem Inneren der Vorrichtung beweglich sind. Jeder Greifer
ist ferner drehbar befestigt, so daß er nachgiebig eine Lage parallel zur Kante
der Folie einnehmen kann, und zwar unabhängig davon, ob die Folienkante zur Mittellinie
der Vorrichtung parallel liegt oder mit dieser einen Winkel bildet.
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Wie am besten aus Fig. 7, 8 und 9 ersichtlich, besteht jeder Greifer
g aus einer oberen Klaue 54 und einer unteren Klaue 55. Die obere Klaue ist
auf
einem senkrechten Drehbolzen 54a des Hebels 56 befestigt, der seinerseits auf dem
Drehbolzen 57 sitzt. Die untere Klaue 55 sitzt auf einem senkrechten Drehbolzen
55 a einer Stange 5S, die durch Schrauben mit dem Schlitten 59 auf der Führungcstange
6I verbunden ist. Der Drehbolzen 57 für den Hebel 56 ist in den Teilen 62 und 63
des Schlittens 59 angeordnet, wobei diese Teile auch als Führungen für den hinteren
Teil des Hebels 56 dienen.
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Die Klauen 54 und 55 sind, wie bei 64 angezeigt, mit Rillen versehen,
die ein sicheres Ergreifen der Folienkante gewährleisten und verhindern, daß sich
die Folie aus den Klauen herausziehen kann. Die Klaue 54 wird nachgiebig im rechten
Winkel zum Hebel 56 und der Schlittenführung 6I mittels einer Zugfeder 5ßb gehalten.
In ähnlicher Weise wird auch die Klaue 55, wie dargestellt, durch eine Zugfeder
55 b in einer solchen Lage gehalten. Diese Federn ermöglichen eine nachgiebige selbsttätige
Einstellung des Greifers g bei jeder Richtungsänderung der Folienkante oder, genauer
ausgedrückt, eine Drehung in einem Winkel zur Schlittenführung 61, wenn die Folie
mit ihren Kanten in auseinanderlaufenden Richtungen quer gezogen wird. Die Schwingbewegung
der Greifer verhindert ein Falten oder eine andersartige Verformung der Folie, die
eintreten würde, wenn sich die Klauen des Greifers nicht in einer waagerechten Ebene
drehen könnten. Die Zugfedern 54 b und 55 b bewirken die Rückholung des Greifers
in eine Stellung im rechten Winkel zur Schlittenführung 6I, wenn die Querzugbewegung
beendet ist und die Folienkanten parallel zueinander und zur Mittellinie der Vorrichtung
liegen.
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Der Schlitten 59, der den Greifer g trägt, wird auf der Schlittenführung
6I durch Zusammenarbeit einer Steuerrolle 66 an der Unterseite des Schlittens mit
Steuerflächen, die weiter unten beschrieben werden nach innen und außen bewegt.
Die Steuerflächen sind so angeordnet, daß sie die Greifer zum Erfassen der Folie
nach innen und für die Ausübung des Querzuges nach außen bewegen.
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Der Greifer g wird normalerweise durch eine Druckfeder 67 geschlossen
gehalten, die zwischen der Oberseite des Schlittens 59 und der Unterseite des äußeren
Endes des Hebels 56 angeordnet ist.
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Geöffnet wird der Greifer durch Druckanwendung auf einen Anschlagknopf
68 auf der Oberseite des äußeren Endes des Hebels 56, der oberhalb der Feder 67
liegt. Diese Druckausübung wird fortschreitend auf die Greifer vorgenommen, wenn
diese mittels eines einstellbaren ortsfesten Steuernockens 68a (Fig. 2) in die Stellung
zum Ergreifen der Folie gebracht werden. In diesen Stellungen wird der Anschlagknopf
68 mit einem Ende des Steuernockens in Berührung gebracht, zwecks Öffnens des Greifers
heruntergedrückt und anschließend wieder von dem Steuernocken fortbewegt, so daß
der Greifer sich über der Kante der Folie schließen kann. In ähnlicher Weise erfolgt
die Wiederöffnungdes Greifers zum Loslassen der Folie mittels eines Steuernockens
68 b, der in der Nähe des Endes der Vorrichtung G (Fig. 2) angeordnet ist. Nach
dem Loslassen der Folie wird der Greifer geschlossen, und er bleibt in Schließstellung,
bis er erneut durch den Steuernocken 68 a geöffnet wird.
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Die Transporteinrichtungen fiir jede Gruppe von Greifern g enthalten
ein Paar Ketten, wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich, in der die unteren Trums
einer inneren Kette 7I und einer äußeren Kette 72 veranschaulicht sind. Die Kette
7I wird von dem Kettenrad 73 auf der Antriebswelle 74 angetrieben und über ein loses
Kettenrad 75 auf der Welle 76 am anderen Ende der Vorrichtung geführt. In gleicher
Weise wird die Kette 72 durch das Kettenrad 77 auf der Triebwelle 74 angetrieben,
wobei die Kette um das lose I(ettenrad 78 auf der Welle 76 herumläuft.
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Die Kettenradwelle 74 trägt auf ihrem inneren Ende ein Kettenrad
79, das durch die Kette 8i vom Kettenrad 82 auf der Welle 83 angetrieben wird.
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Auf der Welle 83 sitzt ein Hauptkettenrad 84, das durch die Kette
85 von dem Kettenrad 86 (s. Fig. 2) auf der Welle 87 seinen Antrieb erhält. Diese
Welle erhält ihren Antrieb von der Hauptantriebswelle 88 über die Kupplung 89.
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Wie aus Fig. 6 ersichtlich, trägt die Welle 88 eine Riemenscheibe
91, über die ein Riemen 92 läuft, der über die Riemenscheibe 93 auf der Welle 94
des Motors 35 geführt ist. Motor 35 und Riemenscheibe 93 sind auf einem Schlitten
95 verstellbar angeordnet, wobei die Verstellung durch das Handrad 96 erfolgt. Durch
Änderung der Einstellung läßt sich eine Veränderung der Geschwindigkeit erzielen,
mit der der Motor die Welle 88 antreibt. Die Geschwindigkeitsänderung ergibt sich
aus der Änderung der radialen Lage des Riemens 92 in der Riemenscheibe 93, die,
was in der Zeichnung nicht veranschaulicht ist, derart ausgebildet ist, daß sich
der Riemen in der Riemenscheibe auswärts oder einwärts bewegt, wenn der Motor auf
die Welle 88 zu- oder von ihr fortbewegt wird. Die Ausbildung eines derartigen Geschwindigkeitswechselgetriebes
ist an sich allgemein bekannt und bedarf keiner weiteren Beschreibung oder Darstellung.
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Die Welle 83 (Fig. 5), von der - wie oben beschrieben - die Ketten
71 und 72 angetrieben werden, treibt auch das andere Kettenpaar für die andere Greifergruppe
an. Eine dieser Ketten ist in Fig. 5 bei 71 a dargestellt. Zu diesem Zweck besitzt
die Welle 83 ein weiteres Kettenrad 82 a und eine Antriebskette 81 a, die iiber
das Kettenrad 8ga der Kettenradwelle 7Xa läuft. Eine weitere Beschreibung dieses
Kettenpaares und ihres Antriebes erübrigt sich, weil die Einzelteile bei der dargestellten
Ausführungsform den entsprechenden Teilen zum Antrieb der Ketten 71 und 72 völlig
gleich sind.
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Die verschiedenen Greifer oder Greifereinheiten sind mit den Ketten,
z. B. den Ketten 7I und 72, durch Rollengelenke 71 1) und 72 b verbunden, die auf
die inneren und äußeren Enden der Führungsschienen 6I, wie in Fig. 5 und 8 gezeigt,
aufgeschraubt sind. Die Rollengelenke 7I b und 72b
bilden Teile
der Ketten 7I und 72 (Fig. 5), und zwischen benachbarten Greifereinheiten sind weitere
Gelenke 7I c und 72 c angeordnet.
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Die Kettenrad- und Antriebswellen sind im RahmenF der Einrichtung
G in geeigneter Weise gelagert.
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Die obere Flucht der Schlittenführungen 6I ist, wie bei 61 a und
6i b in Fig. I und 6 veranschaulicht, in Führungen angeordnet, so daß sie sich in
einer waagerechten Ebene bewegen müssen. Die Führungen 6I a und 6I b sind mit Hilfe
von Stützgliedern 6I c und 6Id an der Oberseite des Rahmens F befestigt. Die untere
Flucht der Schlittenführungen 6I gleitet auf Winkeleisen 6I e und 6I f, die mittels
aus Winkeleisen bestehenden Stützen 6I g und 6I h im Rahmen F befestigt sind.
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Betrachtet man nunmehr die Steuereinrichtungen zur Regelung der Ein-
und Auswärtsbewegungen der Greifer g im Hinblick auf Fig. I, 5 und 6, so sieht man,
daß die Rollen 66 auf den Schlitten 59 mit dem ebenen, diagonal angeordneten Steuernocken
IOI (Fig. 5 und 6) in Berührung kommen, wenn sich die Greifer der unteren Flucht
in der Vorrichtung nach hinten bewegen. Der Steuernocken IOI wird in dem Rahmen
F in waagerechter Stellung durch querlaufende Winkeleisen IOI a und IoIb gehalten
(Fig. 5). Ein gleicher, nicht dargestellter Steuernocken ist auf der anderen Seite
der Vorrichtung für den gleichen Zweck vorgesehen.
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Auf diese Weise ist den Greifern eine anfängliche, nach innen gerichtete
Bewegung erteilt worden, wenn sie das Ende der unteren Bewegungsbahn erreichen und
bevor sie in die obere Bewegungsbahn geleitet werden.
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Wenn sich die Greifer oder Greifereinheiten in die obere Bewegungsbahn
der Transporteinrichtung bewegen, kommen die Rollen 66 einer Gruppe von Greifereinheiten
nacheinander mit einem Steuernocken I02 in Berührung, der auf dem Gitter 103 verstellbar
befestigt ist. Dadurch wird den Schlittenführungen 6I und den von ihnen getragenen
Greifern noch eine weitere Einwärtsbewegung aufgezwungen, die noch durch einen zusätzlichen
Steuernocken 104 unterstützt wird (Fig. 5), an dessen äußerem Kantenteil 105 die
Rollen am Ende ihrer Berührung mit dem Steuernocken 102 Anschlag finden. Der Steuernocken
104 ist so gestaltet, daß er einen nach auswärts gerichteten Kantenteil Io6 besitzt,
durch den die Auswärtsbewegung der Schlittenführungen 6I und der von ihnen getragenen
Greifer infolge der Beeinflussung der Rollen 66 eingeleitet wird. Die weitere Auswärtsbewegung
der Rollen wird durch einen verhältnismäßig langen, aus Einzel abschnitten gebildeten
Steuernocken 107 bewirkt welcher auf dem Gitter I03 in der im folgenden beschriebenen
Weise einstellbar befestigt ist.
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Wie aus Fig. I und 6 ersichtlich, sind Steuernocken 102, 104 und
107 für beide Kettensätze der Transporteinrichtung zur Ein- und Auswärtsbewegung
zusammengehöriger Greifersätze der Einrichtung G vorgesehen, so daß gegenüberliegenden
Greifern gleiche Bewegungen in entgegengesetzten Richtungen aufgezwungen werden.
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Die Steuernocken 102 und 104 sind durch Schrauben Io2a und Io4a mit
Schlitten Io2b verbunden, die in Schlitzen des Gitters 103 in Querrichtung einstellbar
befestigt sind. Auf diese Weise können die Steuernocken 102 und 104 als eine Einheit
nach innen und außen zu eingestellt werden, so daß die Bewegungsbahn der Greifer
g verändert werden kann. Die Einstellung wird durch eine Schraube 102C bewirkt,
die im Support Io2d im Gitter 103 drehbar befestigt und durch einen an der Unterseite
des Steuernockens 102 befestigten Knaggen 102 e hindurchgeschraubt ist.
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Der Steuernocken 107 besteht aus den Abschnitten Io7a, Io7 b, 107
c, 107 d und I07 e, wobei der Abschnitt Io7a bei Io7t gelenkig mit dem Steuernocken
104 verbunden ist. Der Abschnitt I07a ist seinerseits mit dem Abschnitt 107 b, dieser
mit 107 c und 107 c mit Io7d gelenkig verbunden.
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Jeder Abschnitt ist bei I07g mit einem Schlitz versehen.
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Die Einstellung des aus Abschnitten bestehenden Steuernockens 107
wird teilweise durch die Einstellung des Steuernockens 102, durch Schraube 102C
und durch weitere Schrauben Io8, Io8a 108b, 108c und Io8d bewirkt (Fig. 5). Diese
Schrauben sind auf der Unterseite des Rostes 103 mit Hilfe von Stützgliedern IO9
befestigt und mit den entsprechenden Abschnitten des Steuernockens durch Muttern
IIO verbunden, durch die die Schrauben hindurchgeführt sind. Jede Mutter trägt einen
Bolzen III, der sich nach oben erstreckt und in den Schlitz I07g des zugehörigen
Steuernockenabschnittes hineinragt.
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Aus der obigen Beschreibung der Steuernocken I02, 104 und 107 und
ihrer entsprechenden Verstellglieder ist ersichtlich, daß die Bewegungsbahnen der
beiden Greifersätze g mit den ge wünschten Breitenveränderungen des Folienteiles
R1 in Übereinstimmung gebracht werden können, wo dieses zuerst von den Greifern
beeinflußt und anschließend zu Folien unterschiedlicher Breiten ausgezogen wird.
Ferner kann das Ausmaß des Querzuges verändert werden, indem die Form des Steuernockens
107 durch Verschiebung der Stellungen seiner Abschnitte umgebildet wird. So können
die Abschnitte I07a und 107 b durch die Schraubein 108 und Io8a nach außen oder
innen bewegt werden, um die Gestalt dieses Teiles des Steuernockens 107 zu verändern,
der den Querzug bewirkt (s. Fig.5). Die Abschnitte 107c und Io7d können und werden
vorzugsweise in einer geraden Linie parallel zur Mittellinie der Einrichtung und
der Folie eingestellt, so daß die Folienkanten unter Aufrechterhaltung des von den
Greifern g ausgeübten Zuges in gegenseitiger paralleler Stellung gehalten werden
können. Der Abschnitt Io7e wird vorzugsweise gegenüber dem Abschnitt I07 d in eine
nach auswärts verlaufende Lage eingestellt, welche ausreicht, um die Greifer nach
dem Abgleiten von der Folie in eine von der Folie freie Stellung zu bringen, wie
es in Fig. 5 dargestellt ist.
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Die beiden Sätze der Steuernocken, die die Bewegung der beiden Greifersätze
steuern, werden
im Regelfalle so eingestellt, daß- sie sich-in gleichem
Abstand von der Mittellinie der Einrichtung G und der Folie befinden, so daß die
Greiferbahnen der gegenüberliegenden Greiferpaare die gleiche Lage haben und die
Folie mit Bezug auf die Mittellinie symmetrisch ausgezogen und gestaltet wird.
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Arbeitsweise Bei der Betätigung- der oben beschriebenen Vorrichtung
zur Durchführung des neuen Verfahrens wird das organische Polymer, aus dem die zweiachsig
orientierte Folie gebildet wird, in der Presse S auf einen guten lösungsmittelfreien
Bearbeitungszustand gebracht, durch das Mundstück D fortlaufend ausgespritzt und
durch die Rollen C fortlaufend abgeführt. Durch die Greifer g wird die Folie zuerst
in Längsrichtung und anschließend in Querrichtung gezogen, und zwar unter Aufrechterhaltung
vorbestimmter Temperatur oder Temperaturen im Ofen 0 der Erhitzer H und H1, die
erforderlichenfalls noch durch Erhitzer H2 und H3 ergänzt werden können. Vorzugsweise
wird das organische Polymer in der Presse & -auf eine wesentlich höhere Temperatur
erhitzt als die, bei der das Ausziehen in dem Ofen 0 durchgeführt wird, um das Ausspritzen
in einem möglichst homogenen Zustand zu bewirken und das Ausspritzen des Polymers
in Folienform zu erleichtern. Da das Polymer zu diesem Zweck derart hocherhitzt
ist, muß seine Temperatur für das Ausziehen und die Orientierung wesentlich vermindert
werden. Es wird also das Ausziehen und die Orientierung gemäß der Erfindung bei
wesentlich niedrigerer Temperatur vorgenommen als bei der, bei der das Polymer zur
Ausspritzung kommt. Diese Herabsetzung der Temperatur kann durch die von einem Kühlmittel
durchflossenen Rollen C bewirkt werden.
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Die ausgespritzte Folie läuft um die Rollen C und wird durch die
Rollen mit vorbestimmter Geschwindigkeit angetrieben, die durch geeignete Einstellung
des Geschwindigkeitswechselgetriebes 32 erreicht wird. Vorzugsweise werden die Rollen
C mit solcher Geschwindigkeit angetrieben, daß die Dicke der Folie R zwischen dem
Mundstück und der ersten Rolle nicht wesentlich vermindert wird.
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Der Antrieb der Folie durch die Rollen C kann erleichtert werden,
indem die Temperaturen der Rollen so geregelt werden, daß die Folie etwas an den
Rollen anhaftet.
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Zweckmäßig wird die Temperatureinwirkung der Rollen auf die Folie
so geregelt, daß die Folie an der Oberfläche abgekühlt wird und mehr oder weniger
Hitze in der Folie verbleibt, durch die das Wiederaufheizen auf eine vorbestimmte
oder ausgewählte Temperatur für die Zugvorgänge unterstützt wird. Durch das Abkühlen
und Wiederaufheizen der Folie wird diese auf eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur
über ihren ganzen Querschnitt gebracht.
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Meist wird das Aufheizen der Folie im Ofen O durch den Erhitzer H
unterstützt. Der Ofen und der Erhitzer sind ausreichend lang ausgeführt, um den
gewünschten Längszug und die Längung der Folie- durchzuführen, vorzugsweise ohne
jeden Querzug, und um vorbestimmte Temperaturbedingungen der Folie zu ermöglichen.
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Unter manchen Arbeitsbedingungen ist es schwierig, die Folie durch
das Mundstück D mit gleichförmigem Querschnitt auszuspritzen. In den Fällen, in
denen der Querschnitt nicht gleichmäßig ist, ergeben sich Schwierigkeiten beim Ziehen
der Folie, da die dickeren Teile infolge ihres größeren Wärmeinhaltes die Neigung
haben, sich schnell zu strecken oder auszuziehen. Es wurde gefunden, daß diese Schwierigkeit
weitgehend, wenn nicht vollständig, durch unterschiedliches Wiederaufheizen der
Folie in Querrichtung behoben werden kann, indem der dickere Teil oder die dickeren
Teile weniger erhitzt werden als der oder die dünneren Teile. Wird die Folie in
der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise ausgespritzt, so daß sie im mittleren Teile dicker
als an den Kanten ist, müssen die Kanten durch Anordnung eines Blockes 41 aus Holz
oder einem anderen isolierenden Stoff auf dem Erhitzer H unmittelbar unterhalb des
dickeren Teiles stärker erhitzt werden als der mittlere Teil, wie es aus Fig. I
und 3 ersichtlich ist. Auf diese Weise wird der dickere mittlere Teil der Folie
gegen die Hitze abgeschirmt. Es können auch anstatt eines mehrere derartige Blöcke
angeordnet werden. Sind die Kantenteile der Folie stärker als der mittlere Teil,
wie es in Fig. 4 dargestellt ist, werden in ähnlicher Weise Blöcke 42 und 43 aus
Holz oder einem anderen Isolierstoff auf dem Erhitzer H angeordnet, um die Aufheizung
dieser Teile zu verhindern.
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Das Ausziehen des Teiles R1 der Folie in Längsrichtung wird durch
Längszug auf diesen Teil bewirkt, der von den Greifern g erfolgt, die die Folie
ununterbrochen durch die Vorrichtung befördern.
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Das Ausmaß der Verlängerung der Folie wird durch die Relativgeschwindigkeiten
bestimmt, mit denen die Rollen C und die Greifer g getrieben werden. Diese Relativgeschwindigkeiten
können mittels des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes vom Motor 35 auf die Förderketten
für den Greifer, d. h. durch Drehung des Handrades 96 (Fig. 6) eingestellt werden,
sowie auch durch das Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 32 (Fig. 2), durch das die
Rollen C angetrieben werden. Die Linear-Geschwindigkeit der Greifer g ist vorzugsweise
mehrmals größer als die der Rollen C. So kann z. B. die Geschwindigkeit der Greifer
etwa viermal größer sein als die der Rollen.
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Während einige der Greifer g das Längsausziehen des Teiles R1 der
Folie bewirken, ziehen andere Greifer den Teil R2 der Folie infolge der Auswärtsbewegung
gegenüberliegender Greifer, die durch die Steuernocken 107 bewirkt wird, in Querrichtung
aus, wobei das Ausmaß der Querstreckung durch die Einstellung der Steuernocken bestimmt
wird. Der Teil R.2 der Folie wird auf einer ausgewählten und vorbestimmten Temperatur
gehalten, die für die Orientierung des organischen Polymers am besten geeignet ist,
und zwar durch den
Erhitzer H1, der, falls notwendig oder erwünscht,
noch durch den Erhitzer H2 ergänzt werden kann.
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Der Erhitzer H2. findet Verwendung zur Herstellung ungewöhnlich dünner
Folien, z. B. solcher von einer Dicke von 0,05 bis 0,I25 mm. Die Anwendung eines
zweiten Erhitzers ist meist notwendig, weil sich eine so außerordentlich dünne Folie
beim Ausziehen sehr schnell abkühlt und während des Ausziehvorganges zerreißen kann,
wenn sie nicht auf der erforderlichen Temperatur gehalten wird.
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Der Erhitzer H3 wird unter normalen Bedingungen meist nicht verwendet,
sondern benutzt, um die Folie beim Anlauf der Vorrichtung aufzuheizen, um dieses
so weit auszustrecken, daß die Kanten den Greifern zugeführt werden können.
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Sobald die Greifer die Folie in Querrichtung auf die endgültige Breite
ausgezogen haben, kann sie aus dem Ofen zur Abkühlung in die Atmosphäre geführt
werden. Der Folienteil bei R3 oder ein Teil desselben ist einer derartigen Abkühlung
ausgesetzt, und diese wird beibehalten, solange die Folie noch von den Greifern
beeinflußt und unter Spannung gehalten wird, bis die Temperatur der Folie unter
die Übergangstemperatur des organischen Polymers fällt. Die Übergangstemperatur
des organischen Polymers ist die Temperatur, bei der die innere Spannung nachläßt,
schnell absinkt, hohe Elastizität eintritt und ein übermäßiger Kaltfluß stattfindet.
Erforderlichenfalls kann zur Erniedrigung der Folientemperatur eine scharfe Abkühlung
benutzt werden.
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Die Greifer brauchen nicht sofort nach dem Temperaturabfall unter
die Übergangstemperatur des Polymers abgenommen zu werden, sie werden aber auch
nicht vorzeitig abgenommen, weil sonst ein Nachlassen der Orientierung eintreten
könnte.
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Fig. I zeigt, daß die Greifer von dem Teil R4 der Folie abgenommen
und nach außen von den Folienkanten so weit bewegt sind, daß die Greifer nach unten
unter die Vorrichtung geführt werden können, ohne die Folie zu berühren.
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Vorzugsweise wird die Längsspannung auf die Folie durch die Zugrollen
P aufrechterhalten, um ein Nachlassen der Orientierung während des Querzugvorganges
und während der Kühlung der Folie auf oder unter die Übergangstemperatur zu verhindern.
Sollte ein Nachlassen der Orientierung eintreten, kann sie durch erhöhte Längung
des Folienteiles Rt, z. B. durch eine Längung bis zu ioO/o, d. h. um 200/0 mehr
als die für die vorbestimmte Längsorientierung in der fertigen Folie notwendige,
ausgeglichen werden.
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Obgleich bei der dargestellten Ausführungsform die Betätigung des
Querziehens ausschließlich durch die in Querrichtung erfolgende Aufwärtsbewegullg
der Greifer erfolgt, kann das Querziehen noch dadurch unterstützt und verstärkt
werden, daß die Kettensätze des Förderers, die zwei Sätze von Greifern tragen, auseinanderlaufend
angeordnet werden, so daß die Enden der Kettensätze am Austrittsende der Vorrichtung
sich in größerem Abstand voneinander befinden als an dem anderen Ende der Vorrichtung.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann zur Herstellung
zweiachsig orientierter Folien aus verschiedenen Arten organischer Polymere Verwendung
finden. Ohne darauf beschränkt zu sein, betrifft die Erfindung im besonderen die
Herstellung solcher Folien aus Polystyrol, wobei z. B. von einem Polystyrolformpulver
ausgegangen wird, das ein Molekulargewicht von 30 ovo bis 200 000 und einen durchschnittlichen
Molekulargewichtsbereich von 70 ovo bis IOO 000 besitzt. Aus Polystyrol hergestellte
Gegenstände sind meist sehr brüchig; wenn jedoch ein Langkettentyp des Polymers,
der verhältnismäßig lange Moleküle enthält, Benutzung findet, kann das Polymer durch
Anwendung gerichteter Zugspannungen zur Orientierung der Moleküle in Richtung der
Zugspannung wesentlich verfestigt werden. Obgleich es schwierig ist, eine Folie
aus Polystyrol gleichmäßiger Viskosität zu bilden und zu orientieren, lassen sich
diese Schwierigkeiten durch die vorliegende Erfindung weitgehend oder vollständig
überwinden, und zwar erstens durch die Art, in der das Polymer erhitzt und die Folientemperatur
geregelt wird, zweitens durch Anwendung der Zugvorgänge in Längs- und Querrichtung
in getrennten Arbeitsstufen unter geregelten Bedingungen für die Zugspannung und
drittens durch die neuen Einrichtungen zum Ausziehen der Folie, so daß eine ausreichende
Zugspannung zu geeigneter Zeit anwendbar ist, um einen hohen Grad der Orientierung
in der fertigen Folie zu erreichen.
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Zur Herstellung zweiachsig orientierter Folien aus Polystyrol gemäß
der Erfindung wird das Polystyrolformpulver auf eine Temperatur von I880 C oder
auf eine höhere Temperatur in der Presse S erhitzt, durch die Rollen C an der Oberfläche
abgekühlt, indem diese von Wasser von etwa 7IO C durchflossen werden, und bei einer
Temperatur von etwa I230 C in Längsrichtung gestreckt, worauf eine Querstreckung
bei einer Temperatur von etwa I240 C erfolgt. In der Folie kann zwischen den Rollen
C und dem Punkt, wo diese zuerst von den Greifern g ergriffen wird, ein Temperaturabfall
eintreten. Nachdem die Folie auf die endgültige Breite ausgezogen ist, wird sie
auf die Übergangstemperatur des Polystyrols auf 820 C abgekühlt, wobei sie durch
die Greifer g unter Spannung gehalten wird. Gewisse Zeit später können die Greifer
von der Folie entfernt werden.
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Der Längszug kann eine Längung der Folie auf das 3- oder 3fach der
Länge vor der Längung bewirken, wobei die Folie um etwa das o,58- bis o,5ofache
ihrer Breite gegenüber der Ausspritzbreite an dem Mundstück D schmaler wird. Der
Querzug kann die Breite auf das 3- bis 4fache der aus dem Mundstück D ausgespritzten
Folienbreite erhöhen, was fast dem 6- bis 8fachen der Folienbreite entspricht, die
die Folie nach dem Längsziehen besitzt. Bei den ausgewählten Temperaturen zum Ausziehen
der Folie, die oben beispielsweise angegeben sind, wird eine Folie erreicht, welche
gut orientiert ist, weil bei diesen Temperaturen das Ausmaß des Nachlassens der
Orientierung unter
Spannung verhältnismäßig klein ist und die Gesamtverminderung
der Orientierung in einer Zeitminute nicht beträchtlich ist.
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Vorzugsweise werden der Längs- und Querzug so geleitet, daß Orientierung
und Festigkeit der Folie in beiden Richtungen etwa gleich sind. Man kann jedoch
das Ausziehen auch so durchführen, daß die Orientierung in einer Richtung die Orientierung
in der anderen Richtung um ein bestimmtes Ausmaß überschreitet.
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PATENTANSPP,ÜCTIE: I. Verfahren zur Herstellung einer fortlaufenden,
zweiachsig orientierten Folie aus lösungsmittelfreien, organischen Polymerisationsprodukten,
insbesondere Polystyrol, bei dem der Kunststoff durch das Mundstück einer Strangpresse
ausgepreßt und im erhitzten Zustand gedehnt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
Folie von dem Mundstück über Rollen läuft, deren Umdrehungsgeschwindigkeit so eingeregelt
ist, daß in der Folienbahn zwischen Mundstück und den Rollen keine wesentlichen
Zugspannungen auftreten, und daß die Folie in gewisser Entfernung von den Rollen
von Greifern erfaßt und damit erstmalig Zugspannungen zwischen den Rollen und den
Greifern bei einer Temperatur, die niedriger als die Ausspritztemperatur ist, unterworfen
wird.