DE102007027280B4

DE102007027280B4 - Blasfolienextrusionsanlage

Info

Publication number: DE102007027280B4
Application number: DE102007027280A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Ohlendorf
Original assignee: Individual
Current assignee: Ohlendorf Friedrich Dr Ing 21335 Luenebur De
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2027-06-12
Also published as: ITMI20080997A1; US20120256358A1; DE102007027280A1; CA2634808A1; CA2634808C; US20090014924A1; US8628719B2

Abstract

Blasfolienextrusionsanlage mit einem Blaskopf (1) und einem Luftkühlring (2), wobei zwischen Blaskopf (1) und Luftkühlring (2) zumindest eine weitere Kühleinrichtung (5) vorgesehen ist, durch die eine Folienblase (3) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienblase (3) innerhalb eines Vorkühlrings (5) durch Kontaktkühlung abkühlbar ist, indem sich die Folienblase (3) nach Austritt aus dem Blaskopf (1) innen an einer Kontaktfläche (7) des Vorkühlrings (5) anlegt, wobei die Kontaktfläche (7) des Vorkühlrings (5) als gekühlte massive Oberfläche ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blasfolienextrusionsanlage mit einem Blaskopf und einem Luftkühlring, wobei zwischen Blaskopf und Luftkühlring zumindest eine weitere Kühleinrichtung vorgesehen ist, durch die eine Folienblase geführt ist.
Bei der Blasfolienextrusion wird die vom Extruder zur Verfügung gestellte Thermoplastschmelze im Blaskopf zu einem Schlauch ausgeformt. Der ausgeformte Schlauch wird nach Austritt von innen mit Luft aufgeblasen. Am oberen Ende der Folienblase wird der aufgeblasene Folienschlauch durch geeignete Führungseinrichtungen kontinuierlich flachgelegt und von einem Walzenpaar abgezogen.
Der schmelzeflüssige Folienschlauch wird ab dem Düsenaustritt intensiv mit Luft gekühlt. Dies geschieht mit Hilfe eines oder mehrerer Luftkühlringe, die den Schlauch von außen radial mit Kühlluft anblasen, wie dies in der DE 20 39 216 A , der EP 1 719 602 A1 oder der DE 10 2005 038 730 A1 gezeigt ist. Zur Stabilisierung des Folienschlauchs im turbulenten Luftstrom wird dieser weiter oben durch einen Kalibrierkorb geführt. Bei Blasfolienanlagen hat sich heute eine zusätzliche Innenluftkühlung mit Luftaustausch etabliert. Unter dem Einfluss der Kühlung erfolgt der Übergang der Folie von dem schmelzeflüssigen in den festen Zustand, welcher an der Frostlinie erreicht ist.
Aus der DE 2312123 A ist ferner die Verwendung einer besonderen Kühlvorrichtung im Rahmen der Durchführung eines Verfahrens zum Herstellen von Schlauchfolien aus thermoplastischen Kunststoffen bekannt. Diese Kühlvorrichtung besteht aus einem inneren porösen Sintermetallrohr und einem auf dem Sintermetallrohr aufliegenden Mantel zur Aufnahme eines flüssigen Kühlmediums. Im untersten Teil steht das Sintermetallrohr flüssigkeitsleitend verbunden in einer gekühlten Rinne zur Aufnahme eines flüssigen Gleitmittels.
Durch Einblasen von Blasluft in das Innere des Schlauchs wird der schmelzeflüssige Folienschlauch auf den gewünschten Durchmesser aufgeweitet. Im Inneren des Folienschlauchs herrscht dabei ein konstanter geringer Überdruck. Der Quotient aus Enddurchmesser des Schlauchs und Austrittsdurchmesser des Blaskopfes wird dabei als Aufblasverhältnis bezeichnet. Gleichzeitig wird zur Querverstreckung der Schlauch durch die Abzugswalzen am oberen Ende mit einer gegenüber der Schmelzeaustrittsgeschwindigkeit erhöhten Geschwindigkeit auf die gewünschte Foliendicke längsverstreckt. Hierbei bezeichnet der Quotient aus Abzugsgeschwindigkeit und Austrittsgeschwindigkeit das Abzugsverhältnis. Durch die beschriebene und überlagerte Quer- und Längsverstreckung des Folienschlauchs findet also eine biaxiale Dehnung der Kunststoffschmelze nach dem Verlassen des Blaskopfes statt.
Die beiden Größen Aufblas- und Abzugsverhältnis kennzeichnen im Wesentlichen den Einfluss des Prozesses auf die mechanischen Folieneigenschaften der produzierten Blasfolie. Neben den molekularen Eigenschaften, die die mechanischen Eigenschaften einer Blasfolie bestimmen und die für jedes Polymer unterschiedlich sind, sind es nämlich insbesondere das Maß der Verstreckung und somit der Grad der Orientierung die für die mechanischen Eigenschaften einer Blasfolie verantwortlich sind Dabei können mit zunehmender Orientierung, das bedeutet mit zunehmender biaxialer Dehnung in der Schlauchbildungszone, die mechanischen Folieneigenschaften wie z. B. die Zugfestigkeit gesteigert werden.
Die Einbringung der molekularen Orientierung durch das biaxiale Verstrecken in der Schlauchbildungszone ist allerdings nicht unwiderruflich Wegen der bei den vorliegenden Temperaturen in der Schlauchbildungszone sehr starken Beweglichkeit der Makromoleküle wird schon während des Verstreckens ein Teil der Orientierung durch die Orientierungsrelaxation zurückgebildet. Die Orientierungsrelaxation bewirkt, dass der erreichbare Orientierungszustand nicht nur vom Dehngrad abhängt, sondern umso stärker abgebaut wird, je länger die Relaxationszeit und je höher die Relaxationstemperatur ist. Beide Vorgänge, die Dehnung sowie die Relaxation, enden mit dem Erreichen des festen Zustands der Schlauchfolie an der Frostlinie.
Der maximal mögliche Masseausstoß wird bei der Blasfolienextrusion in den meisten Fällen durch die Kühlung begrenzt. Er ist nicht mehr weiter zu steigern, wenn es in der Schlauchbildungszone, zwischen dem Austritt der Schmelze aus dem Blaskopf und der Frostlinie auf Grund zu hoher Temperaturen des Folienschlauches und einer damit einhergehenden geringeren Schmelzefestigkeit zu Blaseninstabilitäten kommt. Der Luftkühlring ist dann nicht mehr dazu in der Lage, die dann heißere und instabilere Folienblase im turbulenten Luftstrom derart zu kühlen, dass sich ein stabiler Prozess einstellt. Eine weitere Beschränkung der maximal möglichen Ausstoßleistung, die auf eine nicht ausreichende Kühlung zurückzuführen ist, ist das Blöcken der Folie im Abzug. Hierbei ist die Innenseite der Folienblase so warm, dass es nach der Flachlegung des Folienschlauches beim Abquetschen der Folienblase durch die Abzugswalzen zu einem Verkleben der Folie kommt. Dies tritt insbesondere bei dickeren Folien auf. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist des daher, die Kühlung der Folienblase bei der Blasfolienextrusion derart zu verbessern, dass der Masseausstoß der Blasfolienanlage gesteigert werden kann.
Diese Aufgabe wird ausgehend von dem im Stand der Technik beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß durch eine Blasfolienextrusionsanlage gemäss Anspruch 1 gelöst.
Dieser Vorkühlring kühlt die Folienblase ausgehend von der Schmelzetemperatur, die der Folienschlauch nach Verlassen des Blaskopfes aufweist, auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungsbereichs des verwendeten Kunststoffs, so dass die Möglichkeit zum Aufblasen des Folienschlauchs im Bereich des Luftkühlrings gewährleistet ist.
Bei der Kühlung des Folienschlauchs wird von diesem eine Wärmemenge abgegeben, welche von einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmedium, welches den Vorkühlring durchspült, abtransportiert werden muss.
Der Wärmetransport von der Folienblase zum Vorkühlring erfolgt dabei auf Grund des Kontaktes der beiden durch Wärmeleitung im Gegensatz zu der konvektiven Kühlung des Luftkühlrings. Der Kontakt der Folienblase zu dem Vorkühlring wird dabei durch den Überdruck innerhalb der Folienblase gewährleistet. Dieser Überdruck liegt bei der Blasfolienextrusion immer vor und dient der Durchmessererweiterung der Folienblase im Bereich der Schlauchbildungszone.
Die geometrische Form des Vorkühlrings ist zylindrisch. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann diese auch kegelförmig mit zu- oder abnehmendem Durchmesser sein.
Die Kontaktfläche des Vorkühlrings ist massiv und gibt über Wärmeleitung die von dem Folienschlauch aufgenommene Wärmemenge an das Kühlmedium ab. Im Unterschied zum Stand der Technik ist die Kontaktfläche des Vorkühlrings nicht porös ausgebildet, so dass kein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium in direkten Kontakt mit dem Folienschlauch tritt.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur den Masseausstoß einer Blasfolienextrusionsanlage steigert, sondern dabei noch die Zugfestigkeit der produzierten Folie verbessert. Dabei wird die Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften dadurch erreicht, dass die biaxiale Verstreckung innerhalb der Schlauchbildungszone auf Grund der Vorkühlung bei niedrigeren Temperaturen stattfindet, als dies bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik passiert. Durch die Vorkühlung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sinkt die Relaxationstemperatur, wodurch das Relaxationsvermögen der Kunststofffolie eingeschränkt wird. Dadurch werden weniger durch die biaxiale Verstreckung eingebrachte Orientierungen abgebaut, und die Folie besitzt auf Grund des höheren Orientierungsgrads verbesserte mechanische Eigenschaften.
Die einzelnen Figuren zeigen:
1 Stand der Technik der Blasfolienextrusion,
2 Blasfolienextrusion mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Bei der Blasfolienextrusion wird die vom Extruder zur Verfügung gestellte Thermoplastschmelze im Blaskopf 1 zu einem Schlauch 3 ausgeformt. Der ausgeformte Schlauch 3 wird nach Austritt aus dem Blaskopf 1 von innen mit Luft aufgeblasen. Hierdurch wird ein Kontakt des Folienschlauchs 3 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 hergestellt. Diese Kühleinrichtung 5 kühlt den Folienschlauch 3 auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungsbereichs. Die von dem Folienschlauch 3 abgegebene Wärmemenge wird von einem Kühlmedium 6 abtransportiert, welches den Vorkühlring durchströmt. Die Innenluftkühlung 4 kann die Kühlung des Folienschlauchs 3 im Bereich des Vorkühlrings unterstützen. Im Bereich des Luftkühlrings 2 wird der Folienschlauch 3 bis zu dem gewünschten Durchmesser aufgeblasen und von außen mit Luft gekühlt. Zur Stabilisierung des Folienschlauchs 3 im turbulenten Luftstrom wird dieser weiter oben durch einen Kalibrierkorb geführt. Am oberen Ende der Folienblase wird der aufgeblasene Folienschlauch 3 durch geeignete Führungseinrichtungen kontinuierlich flachgelegt und von einem Walzenpaar abgezogen. Wie ferner aus 2 ersichtlich ist, lässt sich flüssiges und/oder gasförmiges Medium in den Kühlring 5' über einen Einlass 8 einbringen, der einen oder eine Mehrzahl von kreisringartig angeordneten Kanälen 10 od. dgl. umströmt und dann wieder über zumindest einen Auslass 9 austritt. Bevorzugt wird im Gegenstromverfahren, was die Vorrichtung der Folienblase 3 betrifft, gekühlt.
Auf diese Weise lässt sich sehr schnell unmittelbar nach dem Austritt aus dem Blaskopf 1 die Folienblase 3 abkühlen, so dass hierdurch der Orientierungsgrad erhöht wird und dadurch Festigkeitseigenschaften der Folienblase 3 deutlich regelbar im Betrieb verbessert werden können.

Claims

Blasfolienextrusionsanlage mit einem Blaskopf (1) und einem Luftkühlring (2), wobei zwischen Blaskopf (1) und Luftkühlring (2) zumindest eine weitere Kühleinrichtung (5) vorgesehen ist, durch die eine Folienblase (3) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienblase (3) innerhalb eines Vorkühlrings (5) durch Kontaktkühlung abkühlbar ist, indem sich die Folienblase (3) nach Austritt aus dem Blaskopf (1) innen an einer Kontaktfläche (7) des Vorkühlrings (5) anlegt, wobei die Kontaktfläche (7) des Vorkühlrings (5) als gekühlte massive Oberfläche ausgebildet ist.
Blasfolienextrusionsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt der Folienblase (3) zu dem Vorkühlring (5) durch Überdruck innerhalb der Folienblase gewährleistet ist.
Blasfolienextrusionsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (7) des Vorkühlrings (5) rotationssymetrisch und zylindrisch oder kegelförmig ausgebildet ist.
Blasfolienextrusionsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkühlring (5) mit flüssigem oder gasförmigem Kühlmedium kühlbar ist, um die Folienblase (3) regelbar zu kühlen.
Blasfolienextrusionsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkühlring (5) zumindest einen Einlass (8) und zumindest einen Auslass (9) aufweist, der einen oder eine Mehrzahl von Kanälen (10) mit flüssigem oder gasförmigem Medium versorgt.