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Verfahren zur Herstellung allseitig verstreckter Folien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung allseitig verstreckter Folien aus Polyvinylchlorid, polyvinylchloridhaltigen Mischpolymerisaten oder Mischungen durch eine kugelförmig erfolgende, eine allseitige Verstreckung bewirkende Aufweitung eines an dem aufzuweitenden Ende geschlossenen Rohres oder Folienschlauches aus diesen Kunststoffen mittels Innendruck, wobei die Schlauchfolie, ausgehend von dem hinteren halbkugelförmigenÜbergang zwischen Rohr undKugel, durch fortlaufende halbkugelförmige Aufweitung des gesamten Rohres um den gleichen Betrag hergestellt wird.
Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Folien aus makromolekularen thermoplastischenKunststoffen, vorzugsweise Niederdruckpolyolefinen"bekannt (vgl. die österr. Patentschrift Nr. 206176), bei dem Rohre aus diesenKunststoffen an einem Ende durch Innendruck um einen gewünschten Betrag zu einer Schlauchfolie aufgeweitet werden, wobei die kugelförmige, eine allseitige Verstreckung bewirkende Aufweitung
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wird und man ausgehend von dem hinteren halbkugelförmigen Übergang zwischen Rohr und Kugel, durch fortlaufende, halbkugelförmige Aufweitung des gesamten Rohres um den gleichen Betrag die gewünschte Schlauchfolie herstellt.
Nach diesem bekannten Verfahren können allseitig verstreckte Folien aus Polyvinylchlorid und dessen Mischpolymerisaten sowie Mischungen wie Weich-Polyvinylchlorid hergestellt werden, wobei der Temperaturbereich, in dem die kugelförmige Aufweitung durchgeführt wird, zwischen dem Erweichungspunkt und vorzugsweise 300C unterhalb dieses Punktes liegt. Der Erweichungspunkt von Polyvinylchlorid, d. h. derjenige Punkt, an dem der Kunststoff zu erweichen beginnt, liegt bei etwa 800C. Bei Polymermischungen, wie z. B. Weich-Polyvinylchlorid, liegt der Erweichungspunkt je nach der Menge an zugesetzten Nebenbestandteilen entsprechend tiefer. Als untere Grenze dürfte etwa 500C anzusehen sein.
Es wurde nun gefunden, dass man Folien aus Polyvinylchlorid, polyvinylchloridhaltigen Mischpolymerisaten oder Mischungen durch eine kugelförmig erfolgende, eine allseitige Verstreckung bewirkende Aufweitung eines an dem aufzuweitenden Ende geschlossenen Rohres oder Folienschlauches aus diesen Kunststoffen mittels Innendruck, wobei die Schlauchfolie, ausgehend von dem hinteren halbkugelförmigen Übergang zwischen Rohr und Kugel, durch fortlaufende halbkugelförmige Aufweitung des gesamten Rohres um den gleichen Betrag hergestellt wird, dadurch herstellen kann, dass die Aufweitung in einem Temperaturbereich vom Erweichungspunkt bis 80 C oberhalb des Erweichungspunktes vorgenommen wird.
Beim Polyvinylchlorid selbst hat es sich als besonders günstig erwiesen, die Aufweitung in einem Temperaturbereich vom Erweichungspunkt bis 500C oberhalb des Erweichungspunktes vorzunehmen.
Bei den bisher bekannten Herstellungsverfahren werden Schlauchfolien aus Polyvinylchlorid sofort nach Austritt aus der Ringdüse der Strangpresse aufgeweitet, wenn das Material noch die für die Verarbeitung in der Strangpresse erforderliche Temperatur von 165 bis 2000C hat. Hiebei tritt allerdings keine Verfestigung der Folie ein, sondern es wird lediglich die Dicke der Folie auf ein gewünschtes Mass gebracht.
Es ist ferner bekannt, dass Stäbe aus Polyvinylchlorid durch Reckung im Temperaturbereich von 80 bis
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1300C verfestigt werden können (vgl. Krekeler und Peukert,"Die Änderung der mechanischen Eigenschaften thermoplastischer Kunststoffe durch Warmrecken", Forschungsbericht des Wirtschafts-undVer- kehrsministeriums Nordrhein-Westfalen, Nr. 135. 1955). Es war jedoch nicht vorauszusehen. dass es gelingen würde, eine kugelförmige, allseitige Verstreckung von Rohren und Schlauchfolien in diesem Temperaturbereich ohne Abreissen der erweichten dünnwandigen thermoplastischen Masse durchzuführen.
Verfe5tigteFolien aus Polyvinylchlorid wurden bisher nur in der Weise hergestellt, dass ebene Folienbahnen zuerst in der und anschliessend in der Längsrichtung oder in umgekehrter Reihenfolge gereckt wurden. Das erfindungsgemässe Verfahren bietet demgegenüber den Vorteil, dass die Verstreckung in allen Richtungen gleichzeitig durchgeführt wird, was wesentlich einfacher und rationeller ist. Es können sowohl Folienschläuche als auch durch Aufschneiden des Folienschlauches ebene Folienbahnen hergestellt werden.
Gegenüber dem bekannten Verfahren weist die erfindungsgemässe Aufweitung in einem Temperaturbereich oberhalb des Erweichungspunktes den Vorteil auf, dass ein geringerer Innendruck zur Aufweitung der Rohre erforderlich ist und dass entsprechend der plastischen Beschaffenheit des Kunststoffes ein grösserer maschineller Durchsatz möglich ist.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können Aufweitungen und Längsreckungen des Polyvinylchlorid-Folienschlauches bis zu 500% erzielt werden. Diese allseitige Verstreckung führt zu beträchtlichen Festigkeitssteigerungen. Das Ausmass der Festigkeitssteigerung ist von der Temperatur, bei der die Rekkung durchgeführt wird, abhängig. Je niedriger die Temperatur ist, um so höher ist die erzielte Festigkeit. Beispielsweise können durch Aufweitung um 300% bei 850C Festigkeitswerte der fertigen Folie von etwa 1100 kg/cin , bei 1300C etwa 900 kg/cm2 erreicht werden. Demgegenüber haben die ungereckten handelsüblichen Polyvinylchlorid-Blasfolien Festigkeitswerte von 500 bis 650 l {g/cm2.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist eine Heiz-bzw. Kühlstrecke erforderlich, um das Ausgangsrohr bzw. den Schlauch auf die erfindungsgemässe Temperatur zu bringen. Sofern der Ausgangsschlauch kalt ist, muss er auf die erfindungsgemässe Temperatur aufgeheizt werden. Er kann auch heisser sein, als zum Aufweiten erforderlich ist, z. B. wenn die Aufweitung im Anschluss an die Herstellung des Ausgangsschlauches in der Strangpresse durchgeführt werden soll. In diesem Falle muss er nach Austritt aus der Schneckenstrangpresse in einer Kühlstrecke auf die erfindungsgemässe Temperatur abgekühlt werden.
Zum Zwecke einer möglichst genauen und gleichmässigen Temperierung auf die erfindungsgemässe Temperatur kann es von Vorteil sein, wenn der Ausgangsschlauch nach Verlassen der Kalibriervorrichtung der Schneckenstrangpresse erst abgekühlt und in der anschliessenden Heizstrecke wieder auf die erfindungsgemässe Temperatur aufgeheizt wird.
Am Austritt des Ausgangsschlauches aus der Heiz- bzw. Kühlstrecke wird er durch Innendruck fortschreitend halbkugelförmig aufgeblasen, anschliessend abgekühlt und in bekannter Weise flachgelegt und abgezogen. Es muss dafür gesorgt werden, dass der Ausgangsschlauch beim Durchlaufen der Heiz- bzw.
Kühlstrecke sich nicht vorzeitig innerhalb derselben aufweitet und an das Führungsrohr anpresst. Hiezu kann vorteilhafterweise das Verfahren gemäss der belgischen Patentschrift Nr. 582268 angewendet werden, bei dem der durch die Heizstrecke laufende Ausgangsschlauch einem Aussendruck ausgesetzt wird, der verhindert, dass eine unerwünschte vorzeitige Aufweitung eintritt.
Für den Anfahrvorgang kann es zweckmässig sein, eine Zusatzheizvorrichtung zu verwenden. Dadurch wird diejenige Stelle des Schlauches, an der die Aufweitung beginnen soll, um einige Grade höher erwärmt, so dass die Aufweitung mit Sicherheit an dieser Stelle beginnt. Nach dem Anfahren kann die Zusatz-Heizvorrichtung abgeschaltet werden.
Die Heiz- bzw. Kühlvorrichtung (= Temperiervorrichtung) kann eine Heissluftkammer oder ein Flüssigkeitsbad sein, das elektrisch oder mit Dampf beheizt ist und durch eine Regeleinrichtung auf der er- findungsgemässen Temperatur gehalten wird. Gegebenenfalls kann die Heizung auch als elektrischestrahlungsheizung oder auf andere Weise ausgeführt sein.
Das Verfahren lässt sich auf Rohre und Schläuche aus Polyvinylchlorid sowie auf solche aus Mischpolymerisaten von Vinylchlorid mit andern mit diesem mischpolymerisierbaren Monomeren, sofern diese mindestens zu 50% aus Polyvinylchlorid aufgebaut sind, ferner auf Gemische von Vinylchlorid oder Mischpolymerisaten des Vinylchlorids mit andern thermoplastischen Materialien anwenden. Auch Mischungen von Polyvinylchlorid mit z. B. Weichmachern, wie Weich-Polyvinylchlorid, lassen sich nach dem erfindungsgemässen Verfahren verfestigen.
Beispiel 1 : EinAusgangsrohr aus Polyvinylchlorid mit 100 mm Durchmesser, 4, 5 mm Wanddicke und 500 kg/cm2 Festigkeit in Umfangs-und Längsrichtung wird auf 850C erwärmt und mittels Innendruck fortschreitend halbkugelförmig gegen eine Hülse mit 300 mm Durchmesser aufgeweitet und abgekühlt.
Der so aufgeblasene Folienschlauch hat eine Wanddicke von etwa 0, 5 mm und eine Festigkeit von etwa 1100 kg/cm in allen Richtungen.
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Beispiel 2 : Ein Ausgangsrohr aus Polyvinylchlorid mit 200 mm Durchmesser und 10 mm Wanddicke wird nach Verlassen des Mundstückes einer Strangpresse durch eine geeignete Temperiervorrichtung geführt und darin auf eine Temperatur von 1200C gebracht. Nach dem Austritt aus der Temperiervorrichtung wird das Rohr durch Innendruck gegen einen zylindrischen Kühler von 500 mm Durchmesser fortschreitend halbkugelförmig aufgeblasen. Der so hergestellte Folienschlauch hat einen Durchmesser von 500 mm, eine Dicke von 1 mm und eine Festigkeit von etwa 1000 kg/cm2 in allen Richtungen.
Beispiel 3 : a. Aus 80 Gel.-% Polyvinylchlorid und 20 Gew.-% Weichmacher (Dioctylphthalat) wird ein WeichPVC-Ausgangsschlauch mit 50 mm Durchmesser und 1 mm Wanddicke hergestellt. Der Erweichungspunkt liegt bei 50 C, gemessen als Dämpfungsmaximum im Torsionsschwingungsversuch (zirka 1 Hz) nach Schmieder-Wolf. Die Festigkeit beträgt zirka 150 kg/cm2, die Bruchdehnung zirka 400% in Längs- und Umfangsrichtung.
Der Ausgangsschlauch wird bei 900C durch Innendruck fortschreitend halbkugelförmig auf 250 mm Durchmesser aufgeblasen, gegebenenfalls getempert und dann abgekühlt : die Wanddicke beträgt zirka 40 fil entsprechend einem Reckverhältnis von 5 : 1 in Umfangsrichtung und 5 : 1 in Längsrichtung (Gesamtreckung 25 : 1). Nach Ablassen des Innendruckes schrumpft der gereckte, nicht getemperte Schlauch auf 180 mm Durchmesser zurück ; der getemperte Schlauch schrumpft dagegen nur geringfügig zurück. Die Bruchfestigkeit beträgt zirka 240 kg/cm2, die Bruchdehnung 100-150% in allen Richtungen.
Beim Wiedererwärmen auf zirka 1000C schrumpft der gereckteSchlauch auf zirka SOmmDurchmesserund bei zirka 1300C auf das Ausgangsmass von 50 mm Durchmesser zurück. b. In ähnlicher Weise kann der Ausgangsschlauch auch bei einer tieferen Temperatur als 90 C, z. B. bei 60 C, aufgeweitet werden. Die Festigkeit des gereckten Schlauches beträgt dann zirka 270 kg/cm2, die Bruchdehnung zirka 100%.
Ebenso kann der Schlauch auch bei einer höheren Temperatur als 90 C, z. B. bei 1200C, aufgeblasen werden ; die Festigkeit ist dann zirka 200 kg/cm2, die Bruchdehnung 150-200%.
In analoger Weise können auch Weich-PVC-Schläuche mit andern Weichmacher-Konzentrationen aufgeblasen werden. Der Erweichungspunkt hängt vom Weichmachergehalt ab ; er liegt, gemessen als Dämpfungsmaximum (wie oben) z. B. für 75 Gel.-% PVC und 25 Gew. -0/0 Weichmacher (Dioctylphthalat) bei zirka 37 C, für 60Gew. -% PVC und 40 Gew.-% Weichmacher (Dioctylphthalat) bei zirka 0 C.
PATENTANSPRÜCHE : l. Verfahren zur Herstellung allseitig verstreckter Folien aus Polyvinylchlorid, polyvinylchloridhaltigen Mischpolymerisaten oder Mischungen durch eine kugelförmig erfolgende, eine allseitige Verstrekkung bewirkende Aufweitung eines an dem aufzuweitenden Ende geschlossenen Rohres oder Folienschlauches aus diesen Kunststoffen mittels Innendruck, wobei die Schlauchfolie, ausgehend von dem hinteren halbkugelförmigen Übergang zwischen Rohr und Kugel, durch fortlaufende halbkugelförmige Aufweitung des gesamten Rohres um den gleichen Betrag hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung in einem Temperaturbereich vom Erweichungspunkt bis 800C oberhalb des Erweichungspunktes vorgenommen wird.