DE3219092C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung coextrudierter Verbundfolien aus thermoplastischem Kunststoff, welche durch eingelagerte Struk­ turierungen, ebenfalls aus thermoplastischem Kunststoff, derart modifiziert sind, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben ist.

Die Mehrzahl der vom Markt her bekannten coextrudierten Verbundfolien besteht, da orientiert an den Anforderun­ gen der Verpackungsindustrie, aus verschiedenen, voll­ flächig übereinander gelagerten Einzelschichten. Für spezielle Anwendungsfälle, insbesondere im technischen Bereich, ist es aber erstrebenswert, Verbundfolien zu erhalten, welche durch inkorporierte Strukturierungen modifiziert sind. Zum Beispiel lassen sich durch Kombination eines elastischen Polymeren mit einem hochfesten Poly­ meren in Netzstruktur die mechanischen Eigenschaften des Verbundproduktes in vorteilhafter Weise beeinflus­ sen. Färbt man die Strukturmasse und bettet sie in eine transparente Matrix ein, so werden Verbundprodukte mit besonders vorteilhaften dekorativen und optischen Eigen­ schaften erhalten. Außerdem kann durch inkorporierte Strukturierungen in thermoplastischem Kunststoff Einfluß auf die Oberflächenbeschaffenheit der entstandenen Verbundfolien ausgeübt werden. Besitzt z. B. das thermoplastische Polymere, welches für die Strukturierungen verwendet wird andere Streckeigen­ schaften als das Material für die restlichen Teile der Folie, so werden nach der Streckung Verbundfolien mit profilierter Oberfläche erhalten.

Die Herstellung derartiger Folien wird beschrieben in der US-PS 31 72 154, welche sich mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Flachfolie befaßt, auf deren Ober­ fläche erhabene Rippen in Form eines Gitters aufge­ bracht sind. Dazu ist eine Spezialdüse erforderlich, bei der über dem geraden Düsenaustrittsschlitz ein sich bewegendes Formteil eingebaut ist. Der in dieses Form­ teil eingefräste sägezahnförmige Verteilerkanal gibt in Verbindung mit dem Düsenaustrittsschlitz nur punktuelle Öffnungen für den Schmelzeaustritt frei. Die in diesen Öffnungen geformten Schmelzefäden werden auf der Basis­ schicht in Form eines rautenförmigen Gitters abgelegt.

Mit der Erzeugung von Netzen aus thermoplastischen Kunststoffen beschäftigt sich die DE-AS 11 09 131. Neben einem Verfahren zur Extrusion schlauchförmiger Netze wird auch eine Vorrichtung zur Ausformung flacher Netzwerke beschrieben. Hierzu wird eine spezielle Flachdüse mit einem sägezahn- oder wellenförmigen Aus­ trittsschlitz benutzt, vor dem eine Düsenscheibe mit geradem Spalt intermittierend hin- und herbewegt wird.

Ebenfalls die Produktion flacher Netzwerke gestattet eine in der DE-AS 11 24 230 beanspruchte Düse. Dieses Aggregat ist mit in Richtung des Austrittsschlitzes verschiebbaren Düsenteilen ausgerüstet. Die in die Düsenteile eingearbeiteten Aussparungen geben die Form des Netzwerkes vor.

Die US-PS 36 64 789 beschreibt eine Düse zur Herstel­ lung von durch Farbgebung wechselvollen Folien aus Kunststoff. Bei der Folie, die mit Hilfe einer Düse hergestellt werden soll, handelt es sich um eine mit unregelmäßigen Schlieren versehene Folie, wobei die Formgebung der Schlieren mehr dem Zufall überlassen er­ scheint. Im Gegensatz dazu beschreibt die US-PS 34 44 031 eine Methode und eine Vorrichtung, mit der eine Vielzahl genau parallel zueinander angeordneter Streifen aus unterschiedlichen thermoplastischen Harzen herstellbar ist.

Allen diesen genannten Verfahren und Vorrichtungen ist gemeinsam, daß sie auf den Einsatz relativ komplizier­ ter Spezialdüsen gerichtet sind. Derartig konstruktiv aufwendige, zwangsläufig auch kostspielige Werkzeuge erfordern von einem Produktionsbetrieb aber entspre­ chend hohe Investitionen. Diese fallen noch erheblich stärker ins Gewicht, berücksichtigt man die Bereit­ stellung von Ersatzdüsen, um für die in einer Produk­ tion anfallenden Eventualitäten, wie Defekt an der Düse, Umstellung des Produktionsprogrammes auf andere Folienbreiten, qualitätsbedingter Werkzeugwechsel infolge Düsenverunreinigungen etc., gerüstet zu sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Coextrusion von durch eingelagerte Strukturierungen modifizierten Flachfolien zu entwickeln, bei der die Vereinigung der Polymer­ schmelzen so weit vereinfacht ist, daß auf die aus dem Stand der Technik bekannten komplizierten technischen Einrichtungen verzichtet werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung, wel­ che der Anspruch 1 beschreibt und deren spezielle Aus­ führungsformen aus den Ansprüchen 2 bis 5 hervorgehen.

Der erfindungsgemäße Adapter ist ein Gerät, welches den Extrudern und der Düse zwischengeschaltet ist und wel­ ches den speziellen Zweck hat, die Strukturierungen vorzubilden, durch welche die spätere Verbundfolie mo­ difiziert sein soll. Die von zwei verschiedenen Extru­ dern kommenden Schmelzen werden in dem Adapter verei­ nigt, wobei das die Strukturierung bildende Polymere in ein, in einer zylindrischen Bohrung des Adapters dreh­ bar eingepaßtes Formteil eingespeist wird, welches ei­ nen Ausgangsschlitz besitzt, durch den die gewünschte Strukturierung vorgegeben wird. Die angestrebte Struk­ turierung kommt dadurch zustande, daß das bewegliche Formteil mit dem Ausgangsschlitz vor einem weiteren ge­ raden Düsenschlitz durch Rotieren, gegebenenfalls pen­ delndes oder intermittierendes Rotieren in Bewegung ge­ halten wird, wobei die aus dem als Profilschlitz ausge­ bildeten Ausgangsschlitz austretende Polymerschmelze in Einzelstränge zerlegt wird, welche eine vollständige Einbettung in die um das bewegliche Formteil herum ebenfalls in den geraden Düsenschlitz eingespeiste Polymerschmelze des die übrigen Teile der Folie bilden­ den Materials erfahren. Der auf diese Art vereinigte Schmelzestrang wird dann in einem zu dem Adapter gehö­ renden Übergangsstück auf den Eingangsquerschnitt der nachgeschalteten Breitschlitzdüse gebracht, in der er seine endgültige Gestalt zum Flachfilm erhält.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll anhand der Zeich­ nungen anschließend verdeutlicht werden. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschema des erfindungsge­ mäßen Verfahrens,

Fig. 2a bis 2d Ansichten von mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren erzielbaren, unter­ schiedlich strukturierten Verbund­ folien,

Fig. 3a bis 3c Querschnitte durch mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren realisierbare Schichtkombinationen,

Fig. 4a einen Schnitt durch die erfindungs­ gemäße Vorrichtung gemäß der Schnittlinie B-B in Fig. 4b,

Fig. 4b einen Schnitt durch die erfindungs­ gemäße Vorrichtung gemäß der Schnittlinie A-A in Fig. 4a,

Fig. 4c einen Schnitt durch die erfindungs­ gemäße Vorrichtung gemäß der Schnittlinie A-D in Fig. 4a,

Fig. 5a eine Ansicht des die Ausbildung einer Struktur ermöglichenden Form­ teiles,

Fig. 5b einen Längsschnitt durch das Form­ teil gemäß Fig. 5a,

Fig. 5c einen Querschnitt durch das Formteil gemäß der Schnittlinie C-C in Fig. 5a.

Entsprechend Fig. 1 werden zur Herstellung von Ver­ bundfolien, bestehend aus thermoplastischem Kunststoff sowie darin inkorporierten Strukturierungen, ebenfalls aus thermoplastischem Kunststoff, die Extruder 1 und 2 benötigt, die über Schmelzeleitungen 3 mit dem Coextrusionsadapter 4 in Ver­ bindung stehen. Der Extruder 1 liefert hierbei die Basismasse, während in dem Extruder 2 die Plastifi­ zierung und Förderung der die Strukturierung bildenden Masse geschieht. Der Coextrusions­ adapter 4, in dem ein auf die Ausformung einer Poly­ merstruktur zugeschnittenes Formteil eingebaut ist, das von einem Antriebsaggregat 5 mit veränderbarer Dreh­ richtung und Drehzahl intermittierend vor einem Düsenschlitz bewegt wird, ist unmittelbar an eine her­ kömmliche Breitschlitzdüse 6 angeschlossen. Auf der Kühlwalze 7 erfolgt die Abkühlung des aus der Düse 6 austretenden, schmelzflüssigen Filmes 8 auf einen unterhalb der Schmelztemperatur liegenden Temperatur­ wert. Einerseits kann der so verfestigte Film als fer­ tige Verbundfolie aufgewickelt oder andererseits einem nachfolgenden biaxialen Orientierungsprozeß unterzogen werden.

Gemäß den Fig. 4a, 4b und 4c besteht der Adapter aus einem Verteilerblock 9, zwei Düsenhälften 10 und 11, zwei seitlichen Abschlußplatten 12 und 13, einem Übergangsstück 14 sowie einem dem Anschluß des Adapters an eine Breitschlitzdüse dienen­ den Flansch 15.

Alle genannten Einzelteile sind in bekannter Weise durch nicht dargestellte Schrauben zu einem kompakten Block zusammengefügt.

Der Verteilerblock 9 enthält eine zylindrische Zentral­ bohrung 16 zur Aufnahme des die Strukturierung der Folie bestimmenden Formelementes 16′ sowie zwei Schmel­ zeverteilerkanäle 17 und 18 zur Beschickung mit der von dem Extruder 1 gelieferten, die Basismasse bildenden Polymerschmelze, deren Einspeisung in die Verteiler­ kanäle 17 und 18 über zwei in die seitliche Abschluß­ platte 12 eingebrachte Bohrungen 19 erfolgt. Über eine Vielzahl von Löchern 20 steht die Zentralbohrung 16 einerseits mit den Verteilerkanälen 17 und 18 sowie andererseits über den Düsenschlitz 21 mit dem Schmelze­ kanal 22 des Übergangsstückes 14 in Verbindung. Die über die in der Anschlußplatte 13 befindliche Bohrung 23 in das Formelement 16′ eingespeiste, die Struk­ turierung bildende Polymerschmelze erhält in dem in das Formelement eingefrästen Profilschlitz 24, der entweder durch Rotation mit konstanten Winkelgeschwindigkeiten, bevorzugt aber durch pendelnde oder intermittierende Drehbewegung des Formteiles 16′ mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten an dem rechteckigen Düsen­ schlitz 21 vorbeibewegt wird, die gewünschte Form. Zur Einlagerung des im Düsenschlitz 21 geformten Masse­ stranges im Sinne der Fig. 3b und 3c sind die in die beiden Düsenhälften 10 und 11 eingefrästen Verteiler­ kanäle 25 und 26 vorgesehen, die über die Düsenschlitze 27 und 28 Verbindung zum Düsenschlitz 21 haben. Eine Beschickung der Verteilerkanäle 25 und 26 mit Poly­ merschmelze ist über die Anschlußbohrungen 34 möglich.

Der den Düsenschlitz 21 verlassende, vereinigte Schmelze­ strang erfährt im Schmelzekanal 22 des Übergangsstückes 14 seine Umformung auf den mit der Austrittsöffnung 29 des Flansches 15 korrespondierenden Düseneinlaufquer­ schnitt.

Die erfindungsgemäß mittels Coextrusion hergestellten Verbundfolien sind in den Fig. 2a bis 2d und 3a bis 3c dargestellt. Die Folien bestehen aus einer Polymer­ masse A sowie einer darin eingelagerten, die Struk­ turierungen bildenden zweiten Polymermasse B. In den Fig. 3b und 3c sind Verbundfolien dargestellt, die zusätzlich zu der durch die inkorporierte Polymermasse gebildeten Strukturierung noch auf ihrer Ober- und Unterseite Beschichtungen tragen. Diese Beschichtungen bestehen ebenfalls aus thermoplastischem Kunststoff, welcher über die in Fig. 4a dargestellten Verteilerkanäle 25 und 26 und die Düsenschlitze 27 und 28 in einem einzigen Coextrusionsprozeß auf die durch Strukturierungen modifizierte Verbundfolie aufgebracht wird. In Fig. 3b bestehen diese Schichten aus dem gleichen Polymermaterial, wie die Basismasse der Folie, es können dafür aber selbstverständlich auch andere Materialien verwendet werden, wie es in Fig. 3c als C und D dargestellt ist.

In den Fig. 5a bis 5c werden besondere Ausführungs­ formen des Formelementes 16′ dargestellt. Es handelt sich dabei um einen innen hohlen, zylindrischen Rota­ tionskörper, der einen einseitigen Antriebszapfen 32 zum Anschluß eines Antriebsaggregates trägt. Auf der äußeren Mantelfläche dieses Rotationskörpers befindet sich ein erhabener Profilsteg 33, welcher mit seiner Oberkante von innen dichtend an die Wand der im Ver­ teilerblock 9 angebrachten Zentralbohrung 16 anliegt. Ein in den Profilsteg 33 eingefräster Profilschlitz 24 ermöglicht der im Innenraum 30 des zylindrischen Form­ elementes 16′ eingespeisten Polymerschmelze den Durch­ tritt in den sich anschließenden rechteckigen Düsen­ schlitz 21 des Adapters. Der in Fig. 5a gezeigte sägezahnförmige Profilschlitz steht selbstverständlich nur stellvertretend für eine Vielzahl von Schlitzfor­ men. Weitere Gestaltungsmöglichkeiten wären z. B. sinus­ förmige Wellenlinien, nebeneinander angeordnete S- förmige Schlitze, kreisförmige oder ovale Schlitze, unter verschiedenen Winkeln zur Achse des Formelementes angeordnete Schrägschlitze oder auch konzentrische Bohrungen in zylindrischen Stiften. Die in der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung realisierte Kombination von ebenem Düsenschlitz 21 im Adaptergehäuse 9 und Pro­ filschlitz 24 im Formelement 16′ läßt sich prinzipiell auch umkehren. Aufgrund der damit verbundenen tech­ nischen Aufwendungen gilt aber die in Beschreibung und Ansprüchen dargestellte Ausgestaltungsform als bevor­ zugt.

Im Vergleich zu den im Stand der Technik beschriebenen technisch komplizierten Vorrichtungen ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem der Erfindung zugrunde liegenden Verfahren auf einfache Weise Verbund­ folien herzustellen, welche aus thermoplastischem Kunststoff bestehen und durch eingelagerte Strukturierungen modifiziert sind. Gekoppelt mit kon­ ventionellen Extrusionsdüsen beliebiger Dimension ge­ stattet ein einziger, mit verschiedenen austauschbaren Formelementen bestückbarer Adapter die Produktion unterschiedlichst aufgebauter Verbundfolienkombina­ tionen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Form­ elementes garantiert die Erhaltung der einmal im Adapter vorgegebenen Struktur.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Herstellung coextrudierter Ver­ bundfolien aus thermoplastischem Kunststoff, welche durch eingelagerte Strukturierungen, ebenfalls aus thermoplastischem Kunststoff, derart modifiziert sind, daß die die Strukturierung bildende Schmelze in die die übrigen Teile der Folie bildende Schmelze in Form von Einzelsträngen inkorporiert ist, bestehend aus den Ex­ trudern (1 und 2) zum Schmelzen der thermoplastischen Rohstoffe, die über Schmelzeleitungen (3) mit dem Adap­ ter (4) zur gleichzeitigen Vorbildung der Strukturie­ rung verbunden sind, und einer Breitschlitzdüse (6), aus welcher die mit Strukturierungen modifizierte Ver­ bundfolie (8) austritt, sowie einer Kühlwalze (7), da­ durch gekennzeichnet, daß sich in dem Adapter (4), wel­ cher aus Verteilerblock (9), zwei Düsenhälften (10) und (11), zwei seitlichen Abschlußplatten (12) und (13), einem Übergangsstück (14) und einem Flansch (15) be­ steht, wenigstens zwei voneinander getrennte Eingangs­ öffnungen (19) und (23) befinden sowie eine Austritts­ öffnung (29), daß quer zur Längsachse des Adapters (4) eine zylindrische Zentralbohrung (16) angebracht ist, die einerseits über einen sich in der Ebene der Zen­ tralbohrung (16) erstreckenden rechteckigen Düsen­ schlitz (21) mit dem Schmelzekanal (22) des Übergangs­ stückes (14) und andererseits über eine Vielzahl von auf die Länge der Zentralbohrung (16) verteilten Lö­ chern (20) mit wenigstens einem Schmelzeverteilerkanal (17) in Verbindung steht und daß in der Zentralbohrung (16) ein darin bewegliches, hohles, durch die Eingangs­ öffnung (23) mit einer Polymerschmelze befüllbares Formelement (16′) eingepaßt ist, welches einen eingear­ beiteten Profilschlitz (24) enthält, der bei seiner Be­ wegung vorbei an dem rechteckigen Düsenschlitz (21) punktuelle Öffnungen zur Erzeugung von Polymereinzel­ strängen freigibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Formelement (16′) als ein einseitig offener, hohler, zylindrischer Rotationskörper mit einem Antriebszapfen (32) an der geschlossenen Seite ausgebildet ist, auf dessen äußerer Oberfläche ein erhabenes Profil (33) herausgearbeitet ist, welches Durchbrüche aufweist, die mit der Form des Profiles korrespondieren und durch welche ein Austritt der in das Formelement (16′) eingespeisten, der Strukturierung dienenden Polymerschmelze ermöglicht wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das erhabene Profil (33) in Form einer Linie ausgebildet ist, welche periodische Richtungsänderungen aufweist.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Formelement (16′) derart in die Zentralbohrung (16) eingepaßt ist, daß das erhabene Profil (33) dichtend mit der Bohrungs­ wandung abschließt.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Formelement (16′) mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten be­ wegt wird.