Einfrierzeit

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Einfrierzeit

Begriffserläuterung

Unter der Einfrierzeit versteht man bei der Herstellung von Blasfolien die Zeit, die von der schmelzeflüssigen Folie für den Weg vom Blaskopf bis zum Erstarren an der Frostlinie benötigt wird. Die Einfrierzeit t_E wird nach Gl. (1) berechnet:

$t_{E}={\frac {s_{S}}{v_{B}}}$

(1)

mit

sS		Länge der Foliensilhouette vom Blaskopf bis zur Frostlinie und
vB		mittlere Geschwindigkeit der Folienblase in der Schlauchbildungszone.

Die für die Bestimmung der Einfrierzeit notwendige Länge der Foliensilhouette vom Schmelzeaustrittsspalt im Blaskopf bis zur Frostlinie s_S wird durch optische Analyse der Blasenform ermittelt (Bild 1).

Bild 1:

Schematische Darstellung der Länge der Foliensilhouette sS vom Blaskopf bis zur Frostlinie

Zur Abschätzung der mittleren Geschwindigkeit der Folienblase v_B kann der in Gl. (2) dargestellte lineare Ansatz verwendet. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Schmelze mit der Schmelzeaustrittsgeschwindigkeit v_E aus dem Spalt im Blaskopf austritt. Infolge Strangaufweitung wird die Geschwindigkeit kurzzeitig vermindert und nimmt anschließend bis zur Frostlinie auf den Wert der Abzugsgeschwindigkeit v_A zu.

$t_{B}={\frac {v_{A}+v_{E}}{2}}$

(2)

Einfluss der Einfrierzeit auf die Peelkraft am Beispiel von PE-LD/iPB-1

Beispielsweise beeinflusst die Einfrierzeit (als variabler Prozessparameter bei der Folienherstellung) die Peelkraft beim Peelsystem Polyethylen niederer Dichte geblendet mit isotaktischem Polybuten-1 (Kurzzeichen: PE-LD/iPB-1). In Bild 2 ist die Abhängigkeit der Peelkraft von der Einfrierzeit dargestellt. Die Einfrierzeit wurde durch Veränderung der zugeführten Kühlluftmenge variiert. Die Peelkraft wird mit zunehmender Einfrierzeit um ca. 15–17 % erhöht. Die Morphologie (siehe mikroskopische Struktur) der Peelfolien mit unterschiedlchen Einfrierzeiten von 1,2 s und 7,1 s ist in den zugehörigen transelektronenmikroskopischen Aufnahmen zu sehen (siehe: Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)). Generell ist davon auszugehen, dass die PE-LD-Lamellen leicht in die iPB-1-Teilchen hineinwachsen und somit physikalische Bindungen in einer schmalen Grenzschicht um die iPB-1-Teilchen ausbilden. Die TEM-Aufnahmen zeigen eine deutlich unterschiedliche Anordnung der PE-LD-Lamellen für die beiden Einfrierzeiten. Für eine geringe Einfrierzeit von 1,2 s ist ein hoher Ordnungsgrad und eine kammartige Struktur der PE-LD-Lamellen an den iPB-1-Teilchen zu erkennen, während für eine große Einfrierzeit von 7,1 s eine ungeordnete Struktur der PE-LD-Lamellen an den iPB-1-Teilchen vorherrscht. Somit wirkt die starke Orientierung (siehe: Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen) der PE-LD-Lamellen und das nahezu senkrechte Hineinwachsen in die iPB-1-Teilchen rissausbreitungsfördernd.

Bild 2:

Einfluss der Einfrierzeit auf die Peelkraft und zugehörige TEM-Aufnahmen; Der Kristallinitätsgrad von PE-LD ist bei den untersuchten Einfrierzeiten identisch.

Literaturhinweise

• Nase, M., Langer, B., Baumann, H. J., Grellmann, W.: Influence of Processing Conditions on the Peel Behavior of Polyethylene/Polybutene-1 Peel Systems. Journal of Plastic Film and Sheeting 25 (2009) 61–80
• Nase, M.: Zusammenhang zwischen Herstellungsbedingungen, übermolekularer Struktur und Eigenschaften von Peelfolien. Shaker Verlag 2010 (ISBN 978-3-8322-9099-3; siehe AMK-Büchersammlung unter B 1-17)