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Verfahren zum Strecken eines Hydrochlorkautschukfilms
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Strecken eines Hydrochlorkautschukfilms, der pro 100 Gew.-Teile Hydrochlorkautschuk
5 bis 10 Gew.-Teile Weichmacherester ent- hält. Der Film wird erst in der Längsrichtung und dann quer auf mindestens das Doppelte seiner ungestreckten Fläche gestreckt. Wäh- rend der beiden Streckvorgänge wird die
Temperatur so geregelt, dass der erhaltene gestreckte Film nicht klebrig ist und sofort für den Versand usw. aufgewickelt werden kann.
Zwischen der Längs- und Querstreckung von thermoplastischen Filmen nach den üblichen Verfahren bestehen wesentliche Un- terschiede. Beim Längsstrecken läuft der Film von einer relativ langsam zu einer relativ schnell laufenden Walze. Das Strecken erfolgt in einer sich ständig verändernden schmalen Fläche des Films, die sich vom einen Rand des Films zum andern erstreckt. Diese Fläche ist so schmal, dass der Vorgang auch als Linienstreckung bezeichnet worden ist. Wenn der Film erhitzt wird, während er die erste Walze berührt, erfolgt das Strekken längs jener Fläche des Films, mit der er die Walze verlässt. Wenn der Film durch die schnellerlaufende Walze beim Herannahen an diese erhitzt wird, erfolgt die Streckung in der schmalen Fläche, in welcher der Film kurz vor dem Auflaufen auf diese Walze auf die Strecktemperatur erhitzt wird.
Der Vorgang beim Querstrecken ist ganz anders. Hier werden die Streckorgane an den einander entgegengesetzten Rändern des Films angeordnet. Dieser Streckvorgang erfolgt progressiv und kontinuierlich auf einer weiten, freitragenden Fläche des Films, die sich von dem einen Streckorgan an dem einen Rand des Films bis zu dem am andern Rand befindlichen Streckorgan erstreckt.
Es ist die besondere Eigenart der Hydrochlorkautschukfilme, dass sie auch nach dem Abkühlen klebrig bleiben, wenn sie einmal zu hoch erhitzt worden sind. Die für gewöhnliche thermoplastische Filme bekannten Streckverfahren lassen sich daher nicht ohne weiteres auf Hydrochlorkautschukfilme an- wenden, weil bei diesen Verfahren die Tem- peratur, auf die das Filmmaterial erhitzt wird, meist knapp unter der Fliessgrenze des
Kunststoffes liegt. Die thermoplastischen
Filmmaterialien werden wohl durch Erhitzen klebrig, verlieren aber ihre Klebrigkeit, so- bald sie abgekühlt werden.
Wird nun ein
Hydrochlorkautschukfilm nach einem solchen
Verfahren gestreckt, so erhält man, von an- dern Schwierigkeiten, wie Einreissen usw. ab- gesehen, einen Film, der auch lange Zeit nach dem Abkühlen nicht aufgewickelt wer- den darf, weil die einzelnen Lagen untrenn- bar zusammenbacken und eine solche Rolle nicht mehr abgewickelt werden kann.
Ungestreckler Hydrochlorkautschuk ist kristallin. Er wird hergestellt, indem man eine Lösung von Hydrochlorkautschuk in Benzol oder einem andern flüchtigen Lösungsmittel vergiesst und dann das Lösungsmittel ab- dampft. Es versteht sich, dass Hydrochlorkautschuk aus Molekülen bzw. Molekülagregaten von verschiedenem Gewicht besteht, von denen der Anteil an grösseren bei einer höheren Temperatur schmilzt und amorph wiro als der Anteil der kleineren. Bei Erwärmung schmilzt der Anteil an kleineren Molekülen zuerst, bei zunehmender Temperatur schmelzen die Anteile immer grösserer Moleküle.
Beim Strecken eines Films, der nur bis zum Schmelzen des Anteils an kleineren Molekülen erwärmt worden ist, wirkt dieser in der ganzen Filmmasse verteilte amorphe Anteil als Weichmacher für den kristallinen Anteil an grösseren Molekülen und erleichtert somit den Streckvorgang. Beim Strecken wird der amorphe Anteil wieder kristallisiert. Der in dem gestreckten Film vorhandene amorphe Anteil macht ihn klebrig.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass Hydrochlorkautschukfilme dann nicht klebrig sind, wenn sie beim Strecken nicht höher als auf 104, 40 C erhitzt werden. Der dieser Temperatur entsprechende Wärmeinhalt ist aber für den gesamten Streckvorgang zu gering. Es muss daher, um die durch Abstrahlung verloren gegangene Wärme zu ersetzen, bei der Querstreckung zusätzliche
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Wärme zugeführt werden, u. zw. braucht dabei, weil es sich um einen zeitlich viel länger dauernden Streckvorgang handelt als bei der Linienstreckung von der heissen Walze nach der Längsrichtung, die Temperatur nicht mehr so hoch zu sein.
Der dadurch gewonnene Vorteil erhellt deutlich, wenn man bedenkt, dass durch die Streckung der amorphe Anteil an Hydrochlorkautschuk, der die Klebrigkeit bewirkt, wieder kristallisiert und das um so mehr, je tiefer die Temperatur ist. Die Kristallisation schreitet so lange fort, als die die Querstreckung bewirkende Kraft wirkt, und da durch die Kristallisation Wärme frei wird, muss schon vor Ende des Streckvorganges für Wärmeabfuhr gesorgt werden, weil nach Aufhören dieser Kraft ein quasi metastabile kristalliner Zustand vorliegt, der sich, wenn die Folie ohne Abkühlung aufgerollt werden würde, unter dem Einfluss der Wärme wieder in den der herrschenden Temperatur entsprechenden stabilen amorphen Zustand umwandeln würde.
Die Folie muss also vor dem Aufrollen auf eine Temperatur von höchstens 38 C abgekühlt werden ; dann kann sie, ohne ernsthaft zu blockieren, wieder abgewickelt werden.
Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Film mit Hilfe einer geheizten Trommel auf höchstens 104, 40 C erhitzt und danach sofort auf mindestens seine doppelte Länge gestreckt wird, dass er während eines wesentlichen Teiles der sich daran anschliessenden Querstreckung auf mindestens die doppelte Breite durch Wärmestrahlung auf einer Temperatur von 77-880 C gehalten wird, und dass der längs- und quergestreckte Film auf eine Temperatur von höchstens 380 C gekühlt und kleb- frei aufgewickelt wird.
Man kann zwei oder mehrere Filme gleichzeitig dem Querstreckvorgang unterwerfen und gleichzeitig mit dem Strecken miteinander vereinigen. Es brauchen nicht beide Filme längsgestreckt zu werden. Einer oder beide Filme können bedruckt werden. Wenn eine Fläche bedruckt wird, die dann mit einer andern Schicht des Films verbunden wird, liegt der Druck in dem Endprodukt zwischen den beiden Schichten und wird durch eine Nach" behandlung des Schichtprodukts nicht beeinträchtigt. Das Schichtprodukt kann daher in heisses Wasser getaucht oder auf andere Weise behandelt werden, ohne dass dadurch der Druck beeinträchtigt wird. Dies ist eine wertvolle Eigenschaft eines Films der hier beschriebenen Art, der zum Schrumpfverpacken" geeignet ist.
Dabei wird ein vorzugsweise unregelmässig geformter Gegenstand von dem Film umschlossen, der dann durch Eintauchen in heisses Wasser oder auf andere Weise er- hitzt wird, so dass er schrumpft und sich dabei satt um den Gegenstand herumlegt.
Die Erfindung wird weiter an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt Fig. 1 die verwendete Einrichtung in Ansicht, Fig. 2 eine Draufsicht auf dieselbe, Fig. 3 eine Ansicht einer Einzelheit nach der Linie 3-3 der Fig. 2 mit der Streckkette und dem Keilriemen, der den Film an die Streckkette andrückt, und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3.
Die Zeichnung zeigt zwei Vorratsrollen 1 und 2 des ungestreckten Hydrochlorkautol schukfilms. Diese können bei der Herstellung eines einschichtigen Films abwechselnd und bei der Herstellung eines zweischichtigen Films gleichzeitig zur Filmzufuhr verwendet werden. Bei der Herstellung von mehrschichtigem Film kann die Unterseite der oberen Rolle oder die Oberseite der unteren Rolle bedruckt werden. Die Walze 4 ist eine Druckwalze, die mit der Farbwalze 5 eingefärbt wird. Es wird eine raschtrocknende Druckfarbe verwendet, die nach Entfernung des Lösungsmittels klebrig sein kann.
Von den Vorratsrollen laufen die Filme über Glättwalzen 6 und 7 und über die Unterseite der aus Gummi bestehenden Abzugswalze 8 sowie über die geheizte Trommel 9, die den Film oder die Filme auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Bei Verwendung von mehr als einem Film werden die Filme beim Umlauf um die erhitzte Trommel 9 übereinandergeschichtet.
Von der geheizten Trommel läuft der einoder mehrschichtige Film über die Unterseite der Streckwalze 12. Die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 12 ist höher, z. B. eineinhalbmal bis dreimal so hoch, insbesondere doppelt so hoch, wie die der geheizten Trommel 9. Die Walze 12 besteht vorzugsweise aus Gummi oder ist mit Gummi überzogen, damit der Film an ihrer Oberfläche nicht rutschen kann.
Der längsgestreckte Film wird dann mit einer von mehreren Einrichtungen quergestreckt. Vorzugsweise wird eine Streckvorrichtung jener Art verwendet, wie sie auch zur Behandlung von Stoffen dient. Die Streckketten 15 laufen um die Kettenräder 17 herum, wobei ihre Geschwindigkeit gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Walze 12 ist. Alle Glieder oder in gleichmässigen Abständen angeordnete Glieder jeder Kette sind mit je einem Stift 20 (Fig. 3) versehen. Wenn diese Stifte durch Schlitze 22 in der Nähe der Enden der Walze 12 hindurchwandern, werden die Ränder des Films von oben gegen diese Stifte gepresst. Die Stifte sind nicht spitz, sondern haben abgerundete Enden. Sie durchstechen den Film nicht, weil ein durchstochener Film unter Zug reissen würde.
Der
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Film wird nur über die Stifte herumgelegt.
Wenn der Film und die Stifte die Schlitze verlassen, drücken die Keilriemen 23 die um- gelegten Ränder des Films fest gegen die Seiten der Stifte. Dies ist in Fig. 3 deutlich erkennbar. In der Praxis kann der Film zwi- schen den Stiften etwas durchhängen.
Durch die auseinanderlaufenden Streck- ketten wird der Film quergestreckt. Dabei drücken die Keilriemen die Ränder des Tei- les 25 des Films gegen die Seiten der Stifte
20.
Die erhitzte Platte 30 strahlt soviel Wärme auf den Film ab, dass wenigstens während des grössten Teils des Querstreckvorganges ein kleiner Teil des Hydrochlorkautschuks amorph bleibt. Der Abstand zwischen Film und Platte beträgt etwa 2, 5 cm.
Wenn der Film das Ende der Streckkette erreicht, läuft er um die Abstreifwalze 31 herum und von dort zu der Aufwickelrolle 32.
Gewöhnlich ist noch eine zweite derartige Rolle vorgesehen, wie in der Zeichnung dar- gestellt ist, so dass der Film auf die zweite Rolle aufgewickelt werden kann, wenn die eine Rolle voll ist, ohne dass der Streckvorgang unterbrochen wird. Dann kann der Film wie üblich umgewickelt werden.
Wenn die Wärme für beide Streckvorgänge, d. h. für den Längs- und den Querstreckvorgang, dem Film vor dem Längsstrecken zugeführt werden würde, müsste der Film auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der ein relativ hoher Prozentsatz des Hydrochlorkautschuks schmilzt. Dadurch würde der Film klebrig werden und würde diese Klebrigkeit beibehalten, so dass auf der Aufwickelrolle die einzelnen Lagen aneinanderkleben würden und der Film nicht mehr abgewickelt werden könnte. Die Aufrechterhaltung der Klebrigkeit nach dem Abkühlen ist eine Eigenschaft von Filmen aus Hydrochlorkautschuk und auch aus ähnlichem Material. Die gleiche Eigenschaft zeigt sich in gewissem Grad auch bei Filmen aus Vinylidenchlorid-Vinylchlorid.
Die zu streckenden Hydrochlorkautschukfilme enthalten im allgemeinen 5 bis 10 Teile eines Esters als Weichmacher, z. B. Butylstearat, auf 100 Teile Hydrochlorkautschuk. Die hier genannten Temperaturen gelten insbesondere für die Behandlung eines solchen Films. Gewöhnlich wird weichmacherfreier Film nicht gestreckt. Falls dies doch der Fall ist, wird dazu eine Temperatur verwendet, die etwa 2, 80 C über den nachstehend genannten Temperaturen liegt. Für Filme mit einem höheren Weichmachergehalt werden Temperaturen angewendet, die etwa 2, 80 C niedriger sind als die nachstehend genannten.
Es ist zwar nicht üblich, einen Film mit einem We1chmachergehalt von 50-60 Teilen auf 100 Teile Hydrochlorkautschuk zu strecken, doch kann dies bei Temperaturen von nur 710 C erfolgen.
Die Trommel 9 wird gewöhnlich auf eine Temperatur zwischen 96, 10 und 104, 400 C erhitzt. Die einem Film durch Erhitzen mitgeteilte Plastizität ist auch von der Zeit abhängig, während derer der Film der Temperatureinwirkung ausgesetzt wird. Sehr befriedigende Ergebnisse wurden bei der Behandlung eines etwa 0, 04 mm starken Hydrochlorkautschukfilms, der 5 bis 10 coo eines Weichmachers enthält, mit einer Heiztrommel 9 mit einem Durchmesser von 305 mm und einer Umfangsgeschwindigkeit von 61-137 mímin und mit einer doppelt so schnell umlaufenden Walze 12 erzielt.
Der auf das Doppelte seiner ursprünglichen Länge gestreckte Film wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 122-274 m/min über die auf 162, 800 C erhitzte Platte 30 geführt, wobei sich der Film in einem Abstand von etwa 2, 5 cm von der Platte befand und auf etwa 77-880 C erhitzt wurde. Dabei wurde mittels der Streckkette die Breite des Films verdoppelt. Der fertig gestreckte Film hatte daher die vierfache Fläche des Ausgangsfilms.
Der genannte Temperaturbereich erwies sich als zufriedenstellend, selbst wenn die Geschwindigkeit des Films beträchtlich ver- ändert wurde. Bei höheren Temperaturen wurde der Film so plastisch, dass er an den Stiften der Streckkette einriss.
Wenn bei diesen Betriebsbedingungen die Aufwickelrolle 32 etwa 183 bis 244 cm von dem nächstliegenden Rand der Platte 25 entfernt war, hatte der Film an der Aufwickelrolle eine Temperatur von etwa 380 C und zeigte keine Klebrigkeit.
Beim Längsstrecken des Films zwischen der erhitzten Trommel 9 und der Walze 12 wird der Prozentsatz des kristallinen Hydrochlorkautschuks erhöht. Ein vollständig kristalliner Film ist nicht klebrig. Je grösser aber der Gehalt des Films an kristallinem Hydrochlorkautschuk wird, desto schwieriger wird es, den Film zu strecken. Die durch das Strecken des Films zwischen der Trommel 9 und der Walze 12 erzeugte Wärme ist einer der Faktoren, welche den Prozentsatz an amorphem Material in dem Film zu erhöhen und seine Fliessgrenze herabzusetzen trachten. Der Film, insbesondere der gestreckte Film, ist jedoch sehr dünn und strahlt die Wärme infolge seiner grossen Fläche rasch ab. Ohne das Erhitzen des Films nach Verlassen der Walze 12 würde sich der Film rasch auf eine Temperatur abkühlen, bei der das Strecken schwierig wäre.
Durch die Zufuhr von Wärme während des Querstreckvorganges wird die zu irgendeinem Zeitpunkt während des gan-
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zen Verfahrens erforderliche Höchsttempera- tur herabgesetzt.
Während dieses Querstreckvorganges oder kurz davor kann der längsgestreckte Film auf eine höhere als die in dem vorstehenden
Beispiel empfohlene Temperatur erhitzt wer- den, in welchem dem Film während des ganzen Querstreckvorganges Wärme zugeführt wird. Der Film wird jedoch zu keinem Zeitpunkt über die Anfangserhitzungstemperatur von nicht mehr als etwa 1040 C erhitzt.
Die Heizplatte hat ungefähr die gleiche Erstreckung wie die Querstreckfläche 25, so dass nach dem Verlassen des Bereichs der Heizplatte keine weitere Wärmezufuhr erfolgt. Jenseits der Streckfläche 25 wird die Breite des Films von den beiden Streckketten solange aufrechterhalten, bis sich der Film auf eine Temperatur abgekühlt hat, bei der er nicht mehr schrumpft.
Wenn der fertige Film später genügend erhitzt wird, so schrumpft er teilweise oder ganz auf seine Ausgangsmasse zusammen.
Diese Schrumpfung des Films bei erhöhten Temperaturen wird ausgenutzt, indem man einen Gegenstand in dem gestreckten Film dicht einschliesst und den Film dann erhitzt, so dass er schrumpft und sich satt um den Gegenstand herumlegt.
Wenn daher ein Stück aus urgez strecktem Film, das in beiden Richtungen fünf Einheiten misst, unter den hier beschriebenen Bedingungen längs- und dann quergestreckt wird, hat es ein Ausmass von 10 Einheiten in beiden Richtungen. Beim Eintauchen in siedendes Wassser trachtet es, auf eine Fläche zu schrumpfen, die etwa 6 Einheiten in beiden Richtungen misst. Zum Umschliessen eines Gegenstandes wird natürlich ein Film von einem solchen Flächenausmass verwendet, dass der Gegenstand die völlige Schrumpfung des Films verhindert. Dadurch schrumpft der Film satt gegen den Gegenstand, selbst wenn dieser unregelmässige Konturen hat. Wenn daher ein Gegenstand in einem erfindungsge- mässen fertigen Film eingeschlossen wird, der auf 400 o/o seiner Ausgangsfläche gestreckt wurde (s.
Beispiel), und der eingepackte Ge- gestand dann in siedendes Wasser getaucht wird, so schrumpft der Film in beiden Richtungen um etwa 35 bis 40 o/o.
Man kann z. B. von einer einzigen Filmlage in einer Stärke von 0, 04 mm oder von zwei aufeinandergeschichteten Filmlagen von je 0, 02 mm ausgehen. Bei Verwendung von zwei übereinandergeschichteten Filmlagen dieser geringen Stärke kann eine oder beide dieser Lagen auf der Innenfläche bedruckt werden. Wenn dieser Film zuerst auf seine doppelte Länge längsgestreckt und dann auf seine doppelte Breite quergestreckt wird, hat der fertige Film eine Stärke von etwa 0, 01 mm. Ein Hydrochlorkautschukfilm dieser Stärke ist fettdiicht und eignet sich gut zum Kaschieren von Papier, Pappe usw. Er ist ferner feuchtigkeitsdicht, wobei der Grad seiner Feuchtig- keitsdichtheit jedoch von seinem Gehalt an Weichmacher usw. abhängt.
Für verschiedene Zwecke kann es erwünscht sein, den gestreckten film so zu stabil- sieren, dass er ohne zu schrumpfen auf eine relativ hohe Temperatur erhitzt werden kann.
Zu diesem Zweck wird der fertige Film auf eine Temperatur erhitzt, die um etwa 110 C über der erhöhten Temperatur liegt, bei wel- cher der Film verwendet werden soll. Dabei wird der Film so straff gespannt, dass er nicht schrumpft. Dann kann der Film ohne
Schrumpfgefahr der erhöhten Temperatur aus- gesetzt werden. Beispielsweise wird ein für eine hohe Sommertemperatur von z. B. 490 C zu stabilisierender Film einige Minuten unter
Zugspannung auf etwa 600 C erhitzt.