[:de]Wie Sie die Planlage von Blasfolien verbessern können[:en]How to improve the flatness of extruded film[:]

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Neben der Breite einer Folie und der Profiltoleranz gilt die Planlage als eines der wichtigsten Qualitätskriterien. Als gute Planlage bezeichnet man Folienprodukte mit einer hohen Planarität, also einer geringen Neigung zur Bildung von Beulen, durchhängenden Bereichen oder Aufwölbungen. Die Planlage einer Folie ist ein wichtiges Qualitätskriterium, da diese die Geschwindigkeit von Folgeprozessen (z.B. Bedrucken, Kaschieren, Thermoformen) teilweise erheblich beeinträchtigen kann und eine schlechte Planlage somit oft als Kriterium für die Klassifizierung als Ausschussproduktion herangezogen wird.

Verschiedene und unterschiedliche Effekte bzw. Einflüsse bei der Blasfolienextrusion können die Planlage einer Folie beeinflussen:

• Ungleichmäßige Wärmeleitung an Führungsrollen
• Ungleichmäßige Kühlung der Blase
• Schlechte Dickenprofilverteilung
• Markierungen durch den Führungskorb
• Einflüsse aus der Flachlegung
• Randaufwölbung durch Materialdicke
• Extrusionstreifen
• etc.

Zur Ermittlung der Planlage wird häufig eine Testmethode nach ASTM D1604 (Method for Measurement of Flatness of Plastic Sheet or Tubing) herangezogen, bei der die Folie in 50mm breite Streifen geschnitten wird, deren Länge einzeln vermessen wird. Die Längenunterschiede der einzelnen Streifen sind dabei ein Maß für die Planlage der Folie, insbesondere für Beulenbildung und durchhängende Bereiche.

Je nachdem welches Planlagenproblem auftritt, kommen unterschiedliche Ursachen und folglich auch unterschiedliche Vermeidungsansätze in Betracht bzw. zum Einsatz. Die Beulenbildung und der Durchhang sind neben der Randaufwölbung und dem Bogenlauf die häufigsten Probleme.

Was sind die Ursachen für Beulenbildung

Bei der Beulenbildung weisen unterschiedliche Bereiche der Folie  (über die Breite) unterschiedliche Längen auf. Die Ursache für Beulenbildung sind beispielsweise:

• Markierungen aus dem Extrusionwerkzeug
• Inhomogene Schmelzeverteilung im Extrusionswerkzeug
• Markierung von den Rollen des Kalibrierungskäfigs
• Profildickenschwankungen
• Inhomogene Kühlung über den Umfang
• Kontaktlinien zwischen Flachlegungsrollen und Folie
• Einflüsse aus der Wärmeleitfähigkeit der Flachlegungsrollen

Welche Ursachen können Foliendurchhang hervorrufen

Foliendurchhang oder auch Sagging von Folien bezeichnet eine Situation, bei der die Folienstreifen (aus ASTM D1604) im Bereich der mittleren Lagen eine  höhere Länge aufweisen, als die Randbereiche. Der mittlere Bereich hängt somit etwas durch und bildet einen Sack aus. Derartige Phänomene treten grundsätzlich häufiger bei steifen Folien z.B. aus PE-HD auf, als bei weicheren Materialien und haben ihre Ursache meist in zu geringen Temperaturen im Bereich der Flachlegung, oft kombiniert mit zu hohen Flachlegungsverhältnissen.

Das Flachlegungsverhältnis ergibt sich aus der Länge der verwendeten Flachlegungseinheit sowie dem Blasendurchmesser. Je größer der Blasendurchmesser ist und je kürzer die Flachlegungseinheit gestaltet ist, desto größer ist das Längenverhältnis L1/L2 und um so ungleichmäßiger wird die Folie verstreckt/gestaucht. Zur Erreichung einer möglichst durchhangfreien Folie sollte die Länge der Flachlegung somit optimal ausgelegt werden.

Welche weiteren Mögichkeiten gibt es zur Vermeidung von Problemen mit der Planlage?

Da die vorgenannten Probleme sehr stark durch die Temperatur des Produktes beeinflusst werden können, ist eine optimale Parametrierung des Prozesses häufig der Schlüssel zur Herstellung einer einwandfreien Planlage. Sofern durch die Prozessparametrierung nicht ausreichend Einfluss auf die Temperaturverteilung genommen werden kann, können auch zusätzliche Technologiesysteme wie beispielsweise ein Fixierwerk oder Temperwalzensysteme hervorragende Effekte hervorrufen, sofern diese optimal parametriert sind (andernfalls können derartige Systeme sogar die Qualität und insbesondere auch die Produktivität / Wirtschaftlichkeit negativ beeinflussen). In derartigen Systemen wird die Folie zunächst erneut erwärmt, so dass die gesamte Folie sich ausdehnt und Eigenspannungen abgebaut werden können. Anschließend wird die Folie getempert (warmgelagert) und verzögert abgekühlt, so dass eine reduzierte Schwindung einzelner Folienbereiche bei gleichzeitiger mechanischer Fixierung auf Kontaktwalzen ermöglicht wird.

Zur Identifikation optimaler Prozessparameter bietet sich in solchen Fällen die Computersimulation von Abkühlprozessen (z.B. mit chillWARE) als kostengünstiges und schnelles Verfahren an.

Weitere Informationen zu Computersimulationsmöglichkeiten von Folienextrusionsprozessen erhalten Sie auch durch Anmeldung für unseren internen Downloadbereich. Dort finden Sie auch ein ungeschütztes Excel-Dokument zur Berechnung des Flachlegungsverhältnisses in Abhängigkeit des Blasendurchmessers sowie der Höhe der Flachlegungszone.[:en]

In addition to the width of a film and the profile tolerance, the flatness is considered as one of the most important quality criterions. Good flatness refers to film products with a high planarity, also a low tendency for sagging areas or bulges. The flatness of a film is an important criterion, because they can in part substantially impair the speed from other processes (e.g. printing, coating, thermoforming), and bad flatness is thus often used as a criterion for classification as scrap production.

Different effects can influence the flatness of a film:

• Uneven heat conduction on guide rollers
• Uneven cooling
• Bad thickness profile distribution
• Markings through the guide basket
• Influences from the flattening
• Edge bulge due to material thickness
• Extrusion strips

To determine the flatness, a test method according to ASTM D1604 (Method for Measurement of Flatness of Plastic Sheet or Tubing) is frequently used, in which the film is cut into strips 50 mm wide, the length of which is measured individually. The differences in length of the individual strips are a measure of the film, in particular for buckles and sagging areas.

Depending on the problem of flatness, different causes and consequently different avoidance approaches are considered or used. Buckling and sagging areas are the most common problems, along with edge curvature and sheet travel.

What are the causes for bucklings?

In the formation of bucklings, different areas of the film (over the width) have different lengths. The causes for bucklings, for example, are:

• Markings from the extrusion die
• Inhomogeneous melt distribution in the extrusion die
• Marking from the rollers of the calibration sleeve
• Profile thickness variations
• Inhomogeneous cooling over the circumference
• Contact lines between flattening roll and foil
• Influences from thermal conductivity of the flattening rollers

What are the causes for film sagging

Film sagging refers to a situation in which the film strips (from ASTM D1604) in the area of middle layers are longer than the edge areas. The middle part hangs out a little bit and forms a bag. Such phenomena generally occur more frequently with rigid films, e.g. made of PE-HD, than with softer materials and are usually caused by too low temperatures in the flattening area, often combined with too high flattening ratios.

The flattening ratio results from the length of the used flattening unit and the bubble diameter. The larger the bubble diameter and the shorter the flattening unit, the larger the length ratio L1/L2 and the more unevenly the film is stretched.

In order to achieve a film that is as slack-free as possible, the flattening length should therefore be optimally designed.

What other opportunities are there to avoid problems with flatness?

Since the aforementioned problems can be strongly influenced by the temperature of the product, the optimal parameterization of the process is often the key to achieving a perfect flatness. If the process parameterization does not sufficiently influence the temperature distribution, additional technology systems such as a fixing unit or tempering roller systems can also have excellent effects, if these are optimally parameterized (otherwise, such systems can even have a negative impact on quality and, in particular, on productivity/efficiency).  In such systems, the film is first of all reheated so that the entire film expands and residual stresses can be reduced. The film is then annealed and cooled down with a delay so that a reduced shrinkage of individual film areas and simultaneous mechanical fixation on contact rollers is possible.

In such case, the computer simulation of cooling processes (e.g. with chillWARE) is a cost-effective and fast method for the identification of optimal process parameters.

Further information on computer simulation possibilities of film extrusion processes can also be obtained by registering for our internal download area. There you will also find an unprotected Excel document to calculate the flattening ratio depending on the bubble diameter and the height of the flattening zone.

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