WO2006018293A1 - Folienblaskopf für die herstellung von schlauchfolien - Google Patents

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film blowing
blowing head
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Franz Mahler
Christian Baier
Michael Heinecker
Joachim Libowski
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Hosokawa Alpine Aktiengesellschaft
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    • B29L2023/001—Tubular films, sleeves

Definitions

  • the invention relates to film blowing heads, for the production of single or multilayer tubular films according to the preamble of claim 1.
  • Film blowing heads for the production of single-layer tubular films consist of a central mandrel and a jacket surrounding it concentrically. Between shell and mandrel is an annular gap through which the melt is transported to the annular gap nozzle.
  • the mandrel is provided on its outer circumferential surface with one or more helical grooves, the spiral distributor. The depth of the grooves decreases from the beginning of the annular gap to the annular gap nozzle.
  • the plastic melt is conveyed via one or more Schmelzezu GmbHen to the initial regions of the grooves of the spiral distributor, so that a portion of the melt is transported in the helices in the die in the direction of the annular die. Due to the decreasing groove depth more and more melt is conveyed via the webs separating the grooves in the axial direction, (see DE 199 24 540 C1 or DE 23 06 834).
  • Film blowing heads for multilayer tubular films differ from those for single-layer tubular films in that the central mandrel is coaxially surrounded by a plurality of ring elements.
  • the inserts have on their outer lateral surfaces spiral distributor. Between the individual inserts annular gaps are formed. The various annular gaps are brought together in front of the annular gap nozzle.
  • the distribution helices of the individual ring elements are also connected to one or more melt supply devices, so that they are supplied with melt (see DE 23 20 687 or DE 195 21 026).
  • a film blowing head for multilayer tubular films is described in EP 1 055 504 B1.
  • the inserts are cone-shaped and are arranged on top of each other.
  • two counter-rotating spiral channels are incorporated with decreasing towards the mouth depth.
  • the spiral distributors are incorporated both in the inside boundary wall and in the outside boundary wall of the at least one melt channel. As a result, foil contamination is prevented by specks.
  • the helices of the inner and outer boundary walls of the melt channels can be arranged congruent or offset from each other.
  • the spiral distributor has the function of distributing the melt uniformly in the annular gap.
  • the melt is divided by primary distributor into several individual streams, which open in the channels of the spiral distributor.
  • the melt stream flowing in the coils is split continuously.
  • a tangential part which follows the course of the helix and in an axial part, which flows over the web existing between two helices in the gap between two ring elements in the direction of the annular gap nozzle. Therefore, at each point on the circumference of the outlet ring gap melt flows, which comes from a superposition of the axial and tangential melt streams of all distribution channels.
  • an initial gap In order for an axial spiral flow to be established, an initial gap must be set at the level of the starting region of the spiral distributor. A part of the melt flows abruptly from the beginning of the helical channel in the annular gap. The plastic flows along the production-related start edge and is therefore particularly oriented and sheared. This fast, axially flowing melt stream displaces melt areas of the upstream channel, creating a sharp boundary between the melt streams, so-called spiral strips or portlines. This has a negative effect on the quality of the film tube. Plastics have a memory effect, therefore, a place with special To recognize history (in terms of stress, temperature, etc.) on the film as a dull or wavy area.
  • the object of the invention is. to provide a Folienblaskopf of the aforementioned type, which allows the production of Folienblasschläuchen without the emergence of sharp boundary areas between the axial melt streams, which can be seen on the film as turbid or wavy areas.
  • the individual layers are formed according to the same procedure.
  • the film blowing head has three concentrically arranged annular gaps. Melt flows from the spiral distributor, which is located on the inner boundary wall of the respective melt channel, in the annular gap. Thereafter, the melts are brought together in the outlet ring channel. All damaged melt areas of the inner and middle layer are completely embedded in the melt after the three individual layers have merged together. In this state, various balancing and relaxation processes of the plastic molecules take place. Only the damaged melt of the outer film layer always remains in contact with the metal surface of the Blaskopfgephinuses. There can be no homogenization and the flow history is visible after the nozzle exit on the film.
  • the critical combination in a die is therefore the gap between the web of the outer ring member and the cylindrical counter surface of the housing.
  • this spiral distributor is virtually mirrored.
  • the spiral channels, the spiral distributor are no longer incorporated into the outer circumferential surface of the outer ring member, but in the inner circumferential surface of the housing.
  • the helical discharge now takes place in the direction of the inside, which then comes into contact with the melt of the other layers. This ensures that the damaged melt areas of both the inner, the middle and the outer layer after the confluence of the individual layers are completely embedded in the melt.
  • the extrusion of a film without turbid lines (portlines) and wavy areas is possible.
  • Figure 1 Folienblaskopf in a partial sectional view.
  • a film blowing head according to the invention is shown in a preferred embodiment in partial section. It is a blow head for producing a three-layer tubular film.
  • the film blowing head (1) comprises an inner cylindrical mandrel (3), which is concentrically surrounded by a first ring element (5), which in turn is surrounded by a second ring element (4).
  • This second ring element (4) is surrounded concentrically by a third ring element, in this case the housing (2).
  • an annular gap (9, 10, 11) the melt channel is formed leading to the annular gap nozzle (12) getting wider and wider.
  • the annular gaps (9, 10, 11) are combined into a gap in front of the annular gap nozzle (12).
  • the mandrel (3) has on its outer circumferential surface a spiral distributor (8).
  • the depth of the coils decreases in the direction of the annular gap nozzle (12).
  • the spiral distributor consists of one or more grooves incorporated spirally into the corresponding component.
  • the inner ring element (5) also has a spiral distributor (7) on its outer lateral surface.
  • the second ring element (4) has no spiral distributor.
  • a further spiral distributor (6) is incorporated in the inner casing of the housing (2).
  • the melt is transported via the melt supply (13) into the film blowing head (1), where it is conveyed via various distributors, not shown here, to the beginning of the spiral distributors (6, 7, 8). From the beginning of the coil, the melt is once distributed in the tangential direction in the helices over the circumference of the annular gap (9, 10, 11), on the other in the axial direction in the annular gap (9, 10, 11) between coil distributor and flat cylindrical boundary wall of the adjacent ring element. At the upper end of the annular gap, the tangential component decreases as a result of the decreasing depth of the grooves of the spiral distributor and due to the annular gap becoming wider relative to the annular gap nozzle, and the axial component continues to increase. Before the annular gap nozzle, the individual melt streams are brought together and fed as a film from the film blowing head.
  • an inventive film blowing head is to be provided for multilayer tubular films of more than 3 layers, further annular elements are arranged between the outer and inner annular elements, the spiral manifold of the inner melt channel being arranged with respect to the central axis of the film blowing head on its inner boundary wall and the spiral distributor of the outermost one Meltkanal with respect to the central axis of the film blowing on its outer Bounding wall is incorporated.
  • the film blowing head is to be provided for the production of single-layer tubular films, the film blowing head consists of mandrel with spiral distributor on the outer circumference, ring element without spiral distributor and housing with spiral distributor on the inner jacket.
  • Film blowing heads which are intended for the production of film tubes, in which the formation of helical strips, cloudy stripes or wavy areas, are to be avoided, are constructed so that the outer spiral distributors are directed to the inner and outer surfaces of the film tube to be produced.
  • the film blowing head can be equipped with a mandrel, a ring element and housing, but also with a plurality of ring elements, depending on the desired number of layers of the film tube.
  • the spiral distributors of the middle melt channels can optionally be arranged on the inner or outer boundary wall of the associated melt channel.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Folienblaskopf zur Herstellung von Folienblasschläuchen aus thermoplastischen Kunststoffen. Bei herkömmlichen Folienblasköpfen kommt es auf der Folie zu trüben Streifen oder welligen Bereichen, den Wendelstreifen. Zur Vermeidung dieser negativen Folieneigenschaften wird ein Folienblaskopf vorgeschlagen, mit mehreren konzentrisch um die Mittelachse des Folienblaskopfes angeordneten, ringspaltförmigen Schmelzekanälen (9, 10, 11), wobei der Wendelverteiler (8) des inneren Schmelzekanals auf der in Bezug auf die Mittelachse des Folienblaskopfes innenliegenden Begrenzungswandung und der Wendelverteiler (6) des äußeren Schmelzekanals auf der in bezug auf die Mittelachse des Folienblaskopfes außenliegenden Begrenzungswandung angeordnet ist.

Description

Folienblaskopf für die Herstellung von Schlauchfolien
Die Erfindung betrifft Folienblasköpfe, zur Herstellung von Ein- oder Mehrschichtschlauchfolien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gattungsgemäße Folienblasköpfe sind vorbekannt. Folienblasköpfe zur Herstellung von Einschichtschlauchfolien bestehen aus einem zentralen Dorn und einem diesen konzentrisch umgebenden Mantel. Zwischen Mantel und Dorn befindet sich ein Ringspalt durch den die Schmelze zur Ringspaltdüse transportiert wird. Der Dorn ist auf seiner äußeren Mantelfläche mit einer oder mehreren wendeiförmigen Nuten versehen, dem Wendelverteiler. Die Tiefe der Nuten nimmt vom Anfang des Ringspaltes hin zur Ringspaltdüse ab. Die Kunststoffschmelze wird über eine oder mehrere Schmelzezuführvorrichtungen zu den Anfangsbereichen der Nuten des Wendelverteilers gefördert, so daß ein Teil der Schmelze in den Wendeln im Blaskopf in Richtung der Ringspaltdüse transportiert wird. Aufgrund der abnehmenden Nuttiefe wird immer mehr Schmelze über die die Nuten trennenden Stege in axiale Richtung gefördert, (vgl. DE 199 24 540 C1 oder DE 23 06 834).
Folienblasköpfe für Mehrschichtschlauchfolien unterscheiden sich von denen für Einschichtschlauchfolien dadurch, daß der zentrale Dorn von mehreren Ringelementen koaxial umschlossen ist. Die Einsätze weisen an ihrer äußeren Mantelflächen Wendelverteiler auf. Zwischen den einzelnen Einsätzen sind Ringspalte ausgebildet. Die verschiedenen Ringspalte werden vor der Ringspaltdüse zusammengeführt. Die Verteilerwendeln der einzelnen Ringelemente sind ebenfalls mit einer oder mehreren Schmelzezuführvorrichtungen verbunden, damit sie mit Schmelze versorgt werden (vgl. DE 23 20 687 oder DE 195 21 026).
Eine weitere Ausführungsform für einen Folienblaskopf für Mehrschichtschlauchfolien ist in der EP 1 055 504 B1 beschrieben. Bei dieser Variante sind die Einsatzteile konusförmig ausgebildet und werden aufeinander angeordnet. Wobei in die inneren oder äußeren Mäntel der konusförmigen Einsatzteile jeweils zwei gegenläufige spiralige Kanäle mit zur Mündung hin abnehmender Tiefe eingearbeitet sind. Eine weitere Variante des Aufbaus eines Folienblaskopfes ist in der DE 20307412 U1 beschrieben. Hier sind die Wendelverteiler sowohl in die innenseitige Begrenzungswandung als auch in die außenseitige Begrenzungswandung des mindestens einen Schmelzekanals eingearbeitet. Hierdurch werden Folienverunreinigungen durch Stippen vorgebeugt. Die Wendeln der innenseitigen und der außenseitigen Begrenzungswandungen der Schmelzekanäle können dabei deckungsgleich oder versetzt zueinander angeordnet sein.
Der Wendelverteiler hat die Funktion, die Schmelze gleichmäßig im Ringspalt zu verteilen. Die Schmelze wird über Primärverteiler in mehrere Einzelströme aufgeteilt, welche in den Kanälen der Wendelverteiler münden. Der Schmelzestrom, der in den Wendeln fließt, wird fortlaufend aufgeteilt. In einen tangentialen Teil, der dem Verlauf der Wendel folgt und in einen axialen Teil, der über den zwischen zwei Wendeln bestehenden Steg in den Spalt zwischen zwei Ringelementen in Richtung Ringspaltdüse abströmt. Daher fließt an jeder Stelle auf dem Umfang des Austrittsringspaltes Schmelze, die aus einer Überlagerung der axialen und tangentialen Schmelzeströme aller Verteilerkanäle stammt. Diese beiden
Geschwindigkeitskomponenten bewirken, daß sich die Schmelzen benachbarter Wendelkanäle nicht nur Stoß an Stoß berühren, sondern mit einer großen Kontaktfläche überlappen. Hierdurch kann, da bei diesem System keine Bindenähte auftreten, neben der gewünschten mechanischen auch eine hohe thermische Homogenität erreicht werden. Am Ende des Wendelverteilers ist aus der Radialströmung in den Kanälen ausschließlich eine Axialströmung in Richtung der Ringspaltdüse geworden.
Damit sich eine axiale Wendelströmung einstellt, muß ein Anfangsspalt auf Höhe des Anfangsbereichs des Wendelverteilers vorgegeben sein. Ein Teil der Schmelze strömt hier schlagartig aus dem Anfangsbereich des Wendelkanals in den Ringspalt. Dabei fließt der Kunststoff entlang der fertigungsbedingten Anfangskante und wird somit besonders orientiert und geschert. Dieser schnelle, axial fließende Schmelzestrom verdrängt Schmelzebereiche des oberhalb liegenden Kanals, wodurch ein scharfer Grenzbereich zwischen den Schmelzeströmen entsteht, sogenannte Wendelstreifen bzw. Portlines. Dies wirkt sich negativ auf die Qualität des Folienschlauches aus. Kunststoffe besitzen einen Memory-Effekt, deshalb ist eine Stelle mit besonderer Historie (in bezug auf Beanspruchung, Temperatur, etc.) auf der Folie als trüber Streifen oder welliger Bereich zu erkennen.
Aufgabe der Erfindung ist es. einen Folienblaskopf der eingangs genannten Art zu schaffen, der die Herstellung von Folienblasschläuchen ohne das Entstehen scharfer Grenzbereiche zwischen den axialen Schmelzeströmen, die auf der Folie als trübe Streifen oder wellige Bereiche zu erkennen sind, ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch einen Folienblaskopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es konnte festgestellt werden, daß bei Blasköpfen für Mehrschichtfolien, deren Wendelverteiler auf dem Außenmantel von Dorn und Ringelementen angeordnet ist, das Auftreten der trüben Streifen (Portlines) oder welligen Bereiche nur auf der außenliegenden Schicht des Folienblasschlauches auftreten.
Beispielsweise werden bei einer 3-Schichtschlauchfolie die einzelnen Schichten nach der gleichen Vorgehensweise gebildet. Hierbei besitzt der Folienblaskopf drei konzentrisch angeordnete Ringspalte. Schmelze fließt vom Wendelverteiler, der an der inneren Begrenzungswand des jeweiligen Schmelzkanals liegt, in den Ringspalt. Danach werden die Schmelzen im Austrittsringkanal zusammengeführt. Alle geschädigten Schmelzebereiche der Innen- und Mittelschicht sind nach dem Zusammenfließen der drei Einzelschichten vollständig in der Schmelze eingebettet. In diesen Zustand finden diverse Ausgleichs- und Entspannungsvorgänge der Kunststoffmoleküle statt. Nur die geschädigte Schmelze der äußeren Folienschicht bleibt immer in Kontakt mit der Metalloberfläche des Blaskopfgehäuses. Dort kann keine Vergleichmäßigung erfolgen und die Fließgeschichte wird nach Düsenaustritt auf der Folie sichtbar.
Die kritische Kombination in einem Blaskopf ist demnach der Spalt zwischen dem Steg der äußeren Ringelements und der zylindrischen Gegenfläche des Gehäuses. Um nun auch die Zonen der äußeren Wendelentladung in den Schmelzezusammenfluß einzulagern, wird dieser Wendelverteiler quasi gespiegelt. Die spiralförmigen Kanäle, der Wendelverteiler, werden nicht mehr in die äußere Mantelfläche des äußeren Ringelements, sondern in die innere Mantelfläche des Gehäuses eingearbeitet. Die Wendelentladung findet jetzt in Richtung der Innenseite statt, welche anschließend mit der Schmelze der anderen Schichten in Kontakt tritt. Dadurch wird erreicht, daß die geschädigten Schmelzebereiche sowohl der Innen-, der Mittel- und der Außenschicht nach dem Zusammenfließen der Einzelschichten vollständig in der Schmelze eingebettet sind. Somit ist die Extrusion einer Folie ohne trübe Streifen (Portlines) und wellige Bereiche möglich.
Eine Wendelentladung ohne die Kombination Spalt-Begrenzungswandung durchzuführen, indem man nur gegenüberliegende spiral- und halbkreisförmige Kanäle durch Abnahme der Kanaltiefe entlädt, führen zu keinem positiven Ziel.
Merkmale eines richtig ausgelegten Wendelverteilers, wie z.B. sehr gute Folientoleranzen, Selbstreinigung etc. gehen durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Folienblaskopfes nicht verloren.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung:
Figur 1 : Folienblaskopf in einer Teilschnittansicht.
In der Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Folienblaskopf in einer bevorzugten Ausführungsform im Teilschnitt dargestellt. Es handelt sich um einen Blaskopf zur Herstellung einer Dreischichtschlauchfolie.
Der Folienblaskopf (1) umfaßt einen inneren zylindrischen Dorn (3), dieser ist konzentrisch umgeben von einem ersten Ringelement (5), welches wiederum von einem zweiten Ringelement (4) umgeben ist. Dieses zweite Ringelement (4) wird von einem dritten Ringelement, hier dem Gehäuse (2) konzentrisch umgeben. Zwischen Dorn (3) und innerem Ringelement (5), innerem Ringelement (5) und zweiten Ringelement (4) sowie zweiten Ringelement (4) und Gehäuse (2) ist jeweils ein Ringspalt (9, 10, 11), der Schmelzekanal, ausgebildet, welche zur Ringspaltdüse (12) hin immer breiter werden. Die Ringspalte (9, 10, 11) werden vor der Ringspaltdüse (12) zu einem Spalt zusammengefaßt.
Der Dorn (3) weist auf seiner äußeren Mantelfläche einen Wendelverteiler (8) auf. Die Tiefe der Wendeln nimmt in Richtung Ringspaltdüse (12) ab. Der Wendelverteiler besteht aus einer oder mehreren spiralförmig in das entsprechende Bauteil eingearbeiteten Nuten. Das innere Ringelement (5) weißt auf seiner äußeren Mantelfläche ebenfalls einen Wendelverteiler (7) auf. Das zweite Ringelement (4) weist keinen Wendelverteiler auf. In den Innenmantel des Gehäuses (2) ist ein weiterer Wendelverteiler (6) eingearbeitet.
Die Schmelze wird über die Schmelzezuführung (13) in den Folienblaskopf (1) transportiert, dort über verschiedene Verteiler, hier nicht dargestellt, zum Anfang der Wendelverteiler (6, 7, 8) gefördert. Vom Wendelanfang wird die Schmelze einmal in tangentialer Richtung in den Wendeln über den Umfang des Ringspaltes (9, 10, 11) verteilt, zum anderen in axialer Richtung im Ringspalt (9, 10, 11) zwischen Wendelverteiler und ebener zylindrischer Begrenzungswand des Nachbarringelements. Zum oberen Ende des Ringspaltes nimmt die tangentiale Komponente durch die abnehmende Tiefe der Nuten des Wendelverteilers und aufgrund des damit zur Ringspaltdüse breiter werdenden Ringspaltes ab sowie die axiale Komponente immer weiter zu. Vor der Ringspaltdüse werden die einzelnen Schmelzeströme zusammengeführt und als eine Folie aus dem Folienblaskopf geführt.
Da die Wendelentladung der außenliegenden Schichten des Folienschlauchs, d.h. innere und äußere Schicht, in Richtung Folienschlauchmitte stattfindet, welche anschließend mit der Schmelze der anderen Schichten in Kontakt treten, ist eine Herstellung einer Folie ohne Streifen und wellige Bereiche realisierbar.
Soll ein erfindungsgemäßer Folienblaskopf für Mehrschichtschlauchfolien von mehr als 3 Schichten vorgesehen sein, werden zwischen dem äußeren und inneren Ringelement entsprechend weitere Ringelemente angeordnet, wobei der Wendelverteiler des inneren Schmelzekanals in bezug auf die Mittelachse des Folienblaskopfes auf dessen innerer Begrenzungswandung angeordnet ist und der Wendelverteiler des äußersten Schmelzekanals in bezug auf die Mittelachse des Folienblaskopfes auf dessen äußerer Begrenzungswandung eingearbeitet ist. Soll hingegen der Folienblaskopf zur Herstellung von Einschichtschlauchfolien vorgesehen sein, besteht der Folienblaskopf aus Dorn mit Wendelverteiler auf dem Außenumfang, Ringelement ohne Wendelverteiler und Gehäuse mit Wendelverteiler auf dem Innenmantel.
Folienblasköpfe die zur Herstellung von Folienschläuchen vorgesehen sind, bei denen das Ausbilden von Wendelstreifen, trübe Streifen oder wellige Bereiche, vermieden werden sollen, sind so aufgebaut, daß die äußeren Wendelverteiler auf die innere und äußere Oberfläche des herzustellenden Folienschlauches gerichtet sind.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann der Folienblaskopf mit Dorn, einem Ringelement und Gehäuse ausgerüstet sein, aber auch mit mehreren Ringelementen, abhängig von der gewünschten Anzahl der Schichten des Folienschlauches. Die Wendelverteiler der mittleren Schmelzekanäle können wahlweise auf der inneren oder äußeren Begrenzungswandung des zugehörigen Schmelzekanals angeordnet sein.
Bezugszeichenliste:
1 Folienblaskopf
2 Ringelement, hier Gehäuse
3 Dorn
4, 5 Ringelement
6, 7, 8 Wendelverteiler
9, 10, 11 Ringspalt, Schmelzekanal
12 Ringspaltdüse
13 Schmelzezuführvorrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Folienblaskopf (1) zur Herstellung von Ein- oder Mehrschichtschlauchfolien aus thermoplastischem Kunststoff bestehend aus einer Schmelzezuführeinrichtung (13), mehreren konzentrisch um die Mittelachse des Folienblaskopfes (1) angeordneten, ringspaltförmigen Schmelzekanälen (9, 10, 11) mit an deren Begrenzungswandung eingeordneten Wendelverteilern (6, 7, 8) und einer Ringspaltdüse (12) in die die Schmelzekanäle münden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wendelverteiler (8) des inneren Schmelzekanals (9) auf der in bezug auf die Mittelachse des Folienblaskopfes innenliegenden Begrenzungswandung angebracht ist und der Wendelverteiler (6) des äußeren Schmelzekanals (11) auf der in bezug auf die Mittelachse des Folienblaskopfes außenliegenden Begrenzungswandung angeordnet ist.
2. Folienblaskopf (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkanäle (9, 10, 11) eine Begrenzungsfläche mit Wendelverteiler (6, 7, 8) und eine ebene zylindrische Begrenzungsfläche aufweisen.
3. Folienblaskopf (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wendelverteiler (6, 7, 8) mindestens eine spiralförmige Nut aufweist.
4. Folienblaskopf (1) nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Wendeln des Wendelverteilers (6, 7, 8) ausgehend von der Schmelzeeintrittsöffnung in Richtung Ringspaltdüse (12) abnimmt.
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