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Behälter
Kunststoff-Folien werden in grossem Umfange zur Herstellung von Verpackungsbeuteln und KunststoffSäcken verwendet. Hiebei wird vielfach von einem geblasenen Kunststoffschlauch ausgegangen, der durch zwei quer zur Folienbahn über deren gesamte Breite verlaufende Schweissnähte am unteren und oberen Ende verschlossen wird. Auch Folienbehälter mit ebenem Boden und Klotzbodenbeutel können daraus hergestellt werden. Infolge von herstellungsbedingten Fliessorientierungen weisen solche im Blasverfahren (vgl.
A. Romanowski, Kunststoffe, Bei. 43 [ 1953], S. 134/137) hergestellte Folienschläuche deutliche Unterschiede der mechanischen Eigenschaften (Reissfestigkeit, Reissdehnung, Reissarbeit) in Längs- (Bahn-) und Querrichtung auf, wobei die maximale Reissfestigkeit in Bahnrichtung, die maximale Reissdehnung in Querrichtung gemessen wird. Die im Zug-undSchlagzugversuch in den beiden ausgezeichneten Richtungen er- mitteltenWerte können sich um ein Vielfaches unterscheiden. Unterschiede um den Faktor 3 sowohl in den Festigkeiten als auch den Dehnungen sind dabei durchaus nicht aussergewöhnlich.
Bedingt einerseits durch die Herstellungsweise solcher Behälter, zum andern durch die dem Ausgangsmaterial herstellungsbedingt aufgeprägte Orientierung, fällt hiebei die Richtung maximaler Reissfestigkeit mit derjenigen der . Beutellängsachse zusammen.
Ausgehend von extrudierten oder kalandrierten Flachfolien, bei denen ähnlich den Blasfolien ebenfalls in Bahnrichtung die maximale Reissfestigkeit auftritt, können ebenfalls Beutel und Säcke hergestellt werden. Hiebei hat sich für die Verarbeitung des Folienmaterials neben verschiedenen Heisssiegel- und Schweissverfahren (vgl. H. Oelze, Fachbuchreihe Schweisstechnik Bd. 22, Deutscher Verlag für Schweisstechnik GmbH, Krefeld), das Trennahtschweissverfahren (vgl. C.
Laubmeyer, Meine Verpackung, H. 4 [1961], S. 318/324) als vorteilhaft erwiesen, da durch eine entsprechende Anlage der Verbindungsnähte beispielsweise Beutel und Säcke auf einfache Weise mit der Behälterlängsrichtung sowohl in Bahn - als auch in Querrichtung des Materials gefertigt werden können.
Die Erfahrung lehrt nun, dass ein mit der Längsachse auf den Boden auftreffender Behälter einen besonders ungünstigen Beanspruchungsfall darstellt. Hiebei erfolgt bei Boden-und Verschlussschweissnähten der Bruch in der Regel nicht in der Schweissnaht, während anderseits bei Vorhandensein von Längsnähten das Aufreissen bevorzugt in der Verbindungsnaht eintritt, die eine Schwachstelle darstellt, welche die Widerstandsfähigkeit des Folienmaterials gegen Schockbeanspruchung nicht voll auszunutzen gestattet.
Dasselbe trifft für Behälter aus hochverfestigten Flachfolien in erhöhtem Masse zu, die durch mehrachsiges Recken im Streckrahmen (vgl. USA-Patentschrift Nr. 2, 412, 187) unterhalb des Kristallitschmelzpunktes eine dem Grad der Verstreckung entsprechende, ein Mehrfaches der Festigkeit der ungereckten Folien betragende Reissfestigkeit besitzen. Daher ist hier selbst bei gut überlappenden Verbindungsstellen heissgesiegelter Behältnisse die Gefahr von Brüchen in der Naht besonders gross, so dass normalerweise die durch den Reckprozess erzielten Vorzüge der Folien nicht zur Auswirkung kommen. Hiezu kommt, dass als Folge der die Verbindung bewirkenden Wärmebehandlung die Materialfestigkeit an der Nahtstelle und deren Umgebung beeinträchtigt wird.
Demgegenüber weisen die als Schlauch anfallenden, im Blasverfahren (vgl. deutsche Patentschrift Nr. 1086 881 und deutsche Auslegeschrift 1108420) unterhalb des Kristallitschmelzpunktes hergestellten, mehracl1sig verstreckten Kunststoff-Folien eine Reihe von Vorteilen für die Verarbeitung zu Behältern auf.
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Diese Folien vereinigen die Vorzüge der aus dem Schmelzfluss hergestellten, ungereckten Blasfolie mit denjenigen der mehrachsig verfestigten Flachfolie. Bei der Herstellung von Behältern aus solchen mehr- achsig verfestigten Schlauchfolien kommt man ohne die als kritisch anzusehende Längsnaht aus und kann deshalb die volle Materialfestigkeit ausnutzen. Bei diesem wie auch dem oben erwähnten Reckprozess im
Streckrahmen strebt man eine in Folienlängs-und-querrichtung möglichst gleichgrosse Reissfestigkeit an.
Doch können beide Verfahren auch so durchgeführt werden, dass in Querrichtung die maximale Festig- keit erzielt wird. Das Blasverfahren zur mehrachsigen Verstreckung von Kunststoff-Folien bietet daher grundsätzlich die bisher nicht genutzte Möglichkeit, auch Schlauchfolien mit maximaler Festigkeit in Um- fangsrichtung herzustellen. Diese Tatsache ist für die nachfolgend beschriebenen erfindungsgemässen Be- hälter hoher Stossfestigkeit von Bedeutung.
Es wurde nun gefunden, dass die Stossfestigkeit (Fallzahl) von Behältern, vorzugsweise aus Kunststoff-
Folien, dadurch erheblich gesteigert werden kann, dass man als Ausgangsmaterial eine Folie von unter- schiedlicher Festigkeit in Bahn- und Querrichtung verwendet und die Richtung maximaler Festigkeit in die
Behälterumfangsrichtung, d. h. senkrecht zur Behälterlängsachse legt.
Gegenstand der Erfindung sind demzufolge zylindrische, prismatische oder kissenförmige Behälter,
Beutel oder Säcke aus Kunststoff-Folien oder Kunststoff-Platten mit einer in einer Richtung durch höhere
Orientierung erzielten, höheren Festigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der höheren Fe- stigkeit des Ausgangsmaterials mit der Umfangsrichtung des Behältnisses übereinstimmt, wobei die Um- fangsrichtung bei zylindrischen Behältern durch den Zylinderumfang, bei prismatischen oder kissenförmigen Behältern durch die Schnittlinien bestimmt wird, die sich aus dem Schnitt der Behälterwandung mit Ebenen senkrecht zur Längsachse des Behälters ergeben.
Für die Verbesserung des Stossverhaltens ist dabei das Verhältnis der Reissfestigkeiten der Ausgangs- folie in Bahn-und Querrichtung von ausschlaggebender Bedeutung. Die gemessenen Fallzahlen bis zum
Bersten des Behälters steigen hiebei jedoch nicht monoton mit dem Verhältnis der Festigkeiten"v"an.
Vielmehr existiert ein optimales Verhältnis v , bei dem eine maximale Fallzahl erreicht wird. Eine weitere Steigerung von v lässt die Fallzahl wieder absinken. Jedoch ist ein Behälter aus einer Folie mit v l im Stossverhalten immer einem solchen mit v = 1 überlegen. Das optimale Verhältnis vopt der Festigkeiten in den beiden Folienrichtungen kann für unterschiedliche Folienwerkstoffe verschieden sein. Bei technischen PVC-Folien beispielsweise wurde v ai 1, 5 gefunden. Die Steigerung der an Kollektive repräsentativer Grösse erhaltenen, mittleren Fallzahlen betrug bei den untersuchten Behältern aus PVC-Folien das 70fache gegenüber unorientiertem Material. Bei Polyäthylenbeuteln beispielsweise wurden Steigerungen um das 80fache beobachtet.
Da das optimale Festigkeitsverhältnis auch von Poly- merisationsbedingungen, der Molekülgrösse und Molekulargewichtsverteilung sowie von den Herstellung- bedingungen für die Folie beeinflusst wird, kann vpt auch für Folien eines bestimmten, chemischen Ausgangsmaterials in bestimmten Grenzen variieren. Die angegebenen Werte für Vopt sollen daher nicht als eine Einschränkung gelten.
Für die Herstellung der erfindungsgemässen Behälter, vorzugsweise Beutel und Säcke, eignen sich vorzugsweise Folien aus thermoplastischen Kunststoffen wie aus Polymerisaten und Copolymerisaten von
Olefinen, wie sie nach dem Ziegler-Niederdruckverfahren (vgl. Raff-Allison, Interscience Publishers New York, 1956, page78-81), demHochdruckverfahren (vgl. brit. PatentschriftNr. 471, 590) oder dem
Phillips-Prozess (vgl. Mc. Sweeney and Kropa, Chem. Eng. News 33, 16 [1955]) gewonnen werden, z. B.
Polyäthylen, Polypropylen, Polybuten- (1) sowie Mischungen derselben, ferner Polyvinylchlorid, Poly- ester wie Polyterephthalsäureester. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf die Verwendung der genann- ten Substanzen beschränkt.
Desgleichen ist die Erfindung keineswegs auf Folienbehälter beschränkt, sondern umfasst vielmehr auch andere Behältnisse mit entsprechender Orientierung des Werkstoffes, die beispielsweise im Spritz- verfahren, Tiefziehverfahren oder andern Verfahren in geeigneter Weise hergestellt sind. Die Erfindung ist ferner nicht beschränkt auf die in den Beispielen verwendeten und in den Zeichnungen dargestellten Behälter-Formen.
Als Ausgangsmaterial für die Herstellung der erfindungsgemässen Behälter können ausser im Blasver- fahren unterhalb des Schmelzpunktes hergestellten, mehrachsig gereckten Folienschläuchen auch Blas- und Kalanderfolien sowie einachsig gereckte Folien Verwendung finden. Auch bei Vorliegen von Längs- nähten, wie sie bei der Herstellung der erfindungsgemässen Behälter aus Flachfolien und normalen Blasfo- lien unvermeidlich sind, besitzt der Behälter gemäss der Erfindung mit maximaler Folienreissfestigkeit in i Behälterumfangsrichtung eine wesentlich höhere Festigkeit als ein Behälter, bei dem die maximale Reiss- festigkeit in Behälterlängsrichtung liegt.
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Die in den nachfolgenden Beispielen angegebenen Fallzahlen wurden in Fallversuchen an den in der Zeichnung wiedergegebenen beidenBeuteltypen, einem Klotzbodenbeutel (Fig. 2) sowie einem Flachbeutel (Fig. 1) ermittelt. Als Füllung dienten in allen Fällen Aluminiumkugeln von 5 mm Durchmesser. Das Füllgewicht betrug 400 g. Die Klotzbodenbeutel wurden über einem quaderförmigen Modellkörper von 60 mm Länge, 35 mm Breite und 90 mm Höhe (Beutellängsachse) aus Folienblättern von 155 x 210 mm Grösse durch Falzen vorgeformt und die überlappenden Ränder sowie der gefalzte Boden mit Klebestreifen fest verschlossen. Die Flacnbeutel besassen zwei Längsschweissnähte (Quetschnähte) und wurden oben nach mehrfachem Falzen ebenfalls mit Klebestreifen fest verschlossen.
Durch Vorversuche war die Haltbarkeit des Klebestreifenverschlusses an allen Stellen sichergestellt worden. Die Fallhöhen wurden dem Material angepasst. Fallhöhen von 0, 5 und 1 m Höhe erwiesen sich bei den verwendeten Folien als geeignet. Mit Ausnahme der Flachbeutel, bei denen Kollektive von jeweils 15 Einzelversuchen geprüft wurden, wurden bei allen übrigen Untersuchungen Kollektive von mindestens 30 Einzelversuchen verwendet. Da nach Grimminger (vgl. Kunststoffe 50 [1960], S. 491 ff.) bei Fallversuchen eine logarithmische Verteilung vorliegt, wurde als Repräsentativwert für das Verhalten der Beutel der geoemtrische Mittelwert herangezogen.
Ausser den Fallversuchen wurden noch die Reissfestigkeiten und Reissdehnungen im Schlagzugversuch mit einerschnellzerreissmaschine bei lOo/min Dehnungsgeschwindigkeit an jeweils 10Einzelprobn ermittelt. Darüber hinaus wurden diese beiden Eigenschaften an entsprechenden Schulterproben, die dem untersuchten Folienmaterial ebenfalls in und Querrichtung entnommen wurden, in einer handelsüblichen Zugprüfmaschine bei 100%/min Dehnungsgeschwindigkeit gemessen. In den Beispielen wird für die im Zug- bzw. Schlagzugversuch erhaltenen Messwerte jeweils der aus 10 Einzelproben berechnete arithmetische Mittelwert angegeben. Wie insbesondere aus Beispiel 2 ersichtlich ist, kommt wegen der Ge- schwindigkeits-bzw.
Zeitabhängigkeit des mechanischen Verhaltens von Kunststoffen den dynamischen Messungen ausschlaggebende Bedeutung zu. Diese Schnellzerreissversuche ergeben normalerweise eine erheblich stärkere Differenzierung des mechanischen Verhaltens als die statischen Versuche. Bei der Beurteilung und Bedeutung der Ergebnisse von Fallversuchen mit Kunststoff-Behältern müssen aber die im dynamischen Zerreissversuch ermittelten Reissfestigkeiten in erster Linie berücksichtigt werden.
Beispiel l : Eine technische Breitschlitzfolie von 50 J. 1. Dicke aus Hochdruckpolyäthylen mit statischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung al = 316, 9 kp/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung al = 312, 0 kp/cm2 statischer Reissfestigkeit in Querrichtung a q = 160, 6 kp/cm dynamischer Reissfestigkeit in Querrichtung aq = 103,0 kp/cm2 wurde zu einem Klotzbodenbeutel der beschriebenen Art und Füllung verarbeitet.
Die Fallprüfung ergab folgendes Ergebnis :
Fallhöhe H = 1 m
Grösse des untersuchten Kollektivs N = 40 mittlere Fallzahl bei a I in Beutelumfangsrichtung = 43 mittlere Fallzahl bei Oq in Beutelumfangsrichtung = 2 Beispiel 2 : Aus einer technischen Blasfolie von 100 p Dicke aus Hochdruckpolyäthylen mit statischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung al = 210 kp/cm2
EMI3.1
wurden durch Verschweissung mittels Quetschnahtschweissung Flachbeutel hergestellt, bei denen jeweils zwei Längsnähte auftraten. Form, Grösse und Füllung entsprachen den obigen Angaben.
Es wurden folgende Prüfergebnisse an Kollektiven von jeweils 15 Einzelversuchen ermittelt : a) Fallhöhe H = 1 m mittlere Fallzahl bei a in Beutelumfangsrichtung = 23
EMI3.2
Beutelumfangsrichtungb) Fallhöhe H = 0, 5 m mittlere Fallzahl bei 01 in Beutelumfangsrichtung = 80 mitt-lere Fallzahl bei a q in Beutelumfangsrichtung = 1
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Beispiel 3 (Vergleichsversuch) :
Die Prüfung von Klotzbodenbeuteln der beschriebenen Art aus einer 30p dicken ungereckten technischen Hart-PVC-Folie mit statischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung al = 520 kp/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung a = 787 kp/cm2 statischer Reissfestigkeit in Querrichtung o q = 527 kp/cm
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o = 886 kp/cm2erbrachte folgende Ergebnisse :
Grösse des Kollektivs N = 30
Fallhöhe H = 0, 5 m mittlere Fallzahl bei a in Beutelumfangsrichtung = 1 mittlere Fallzahl bei aq in Beutelumfangsrichtung = 1
Beispiel 4 :
Aus einer einachsig halbgereckten, technischen Hart-PVC-Folie von 30p Dicke mit statischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung al = 752 kp/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung al = 980 kp/cm2 statischer Reissfestigkeit in Querrichtung o q = 508 kp/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Querrichtung a q = 843 kp/cm2 hergestellte Klotzbodenbeutel der beschriebenen Art ergaben die folgenden Fallzahlen :
Grösse des Kollektivs N = 30 mittlere Fallzahl bei a I in Umfangsrichtung = 70 mittlere Fallzahl bei a in Umfangsrichtung = 1
Fallhöhe H = 0, 5 m Beispiel 5 ; Aus einer einachsig halbgereckten, technischen Hart-PVC-Folie von 30 Dicke mit statischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung al = 1034 kp/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung al = 1600 kp/cm2 statischer Reissfestigkeit in Querrichtung a q = 493 kp/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Querrichtung #q= 926 kp/cm2 hergestellte Klotzbodenbeutel der beschriebenen Art erbrachten die folgenden Ergebnisse :
Grösse des Kollektivs N = 30
Fallhöhe H = 0, 5 m mittlere Fallzahl bei a, in Umfangsrichtung = 62 mittlere Fallzahl bei a q in Umfangsrichtung = 1
EMI4.2
einachsig gereckte, technische Hart-PVC-Folien von 80 li Dicke mit statischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung al = 1235 kp/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung al = 1950 kp/cm2 statischer Reissfestigkeit in Querrichtung a q = 442 kp/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Querrichtung #=898 kg/cm2 verwendet, wurden die folgenden Prüfergebnisse bekommen :
Grösse des Kollektivs N = 30
Fallhöhe H = 0, 5 m mittlere Fallzahl bei a, in Beutelumfangsrichtung = 12 mittlere Fallzahl bei a q in Beutelumfangsrichtung = 1
Beispiel 7 :
Bei Beutelfallversuchen mit Klotzbodenbeuteln der beschriebenen Art aus einer beidseitig gereckten technischen Hart-PVC-Folie von 30 Dicke mit statischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung al 1 083 ltp/cm 2 dynamischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung al = 1640 kp/cm2 statischer Reissfestigkeit in Querrichtung a q = 462 kp/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Querrichtung #q=785 kg/cm2
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wurden die folgenden Fallzahlen gemessen :
Grösse des untersuchten Kollektivs N = 30
Fallhöhe H = 0, 5 m mittlere Fallzahl bei 0 I in Beutelumfangsrichtung = 42 mittlere Fallzahl bei 0 in Beutelumfangsrichtung = 5 Beispiel 8 :
Beutelfallversuche mit Klotzbodenbeuteln der beschriebenen Art aus einer beidseitig gereckten, technischen Hart-PVC-Folie von 30 iL Dicke mit statischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung ol = 870 kp/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung ci 1340 kp/cm2 statischer Reissfestigkeit in Querrichtung aq 767 kp/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Querrichtung 0 q = 1110 kp/cm2 führten zu den folgenden Ergebnissen :
Grösse des untersuchten Kollektivs N = 30
Fallhöhe H = 0,5 m
EMI5.1
IBeispiel 9 : Versuche mit einer zweiseitig gereckten, technischen Polyterephthalsäureesterfolie von 30 li Dicke mit statischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung #1 =1725 kg/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung al = 1930 kp/cm2 statischer Reissfestigkeit in Querrichtung # = 1062 kp/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Querrichtungo = 1220 kp/cm2 erbrachten mit Klotzbodenbeuteln der beschriebenen Ausführung die folgenden Fallzahlen :
Grösse des untersuchten Kollektivs N = 30
Fallhöhe H = 1 mm mittlere Fallzahl bei o i in Beutelumfangsrichtung = 40 mittlere Fallzahl bei aq in Beutelumfangsrichtung = 29 Beispiel 10 :
Bei Beutelfallversuchen mit Klotzbodenbeuteln der beschriebenen Art aus einer im Blasverfahren unterhalb des Kristallitschmelzpunktes allseitig gereckten, technischen Niederdruckpoly- äthylenfolie von 50 je Dicke mit statischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung 0 = 1353 kp/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Bahnrichtung #1 = 1980 kp/cm2
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erhielt man das folgende Ergebnis :
Grösse des untersuchten Kollektivs N = 30
Fallhöhe H = 1 m mittlere Fallzahl bei a in Beutelumfangsrichtung = 32
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des Kristallitschmelzpunktes im Blasverfahren hergestellten, allseitig gereckten, technischen Folie von 30/. l Dicke aus Niederdruckpolyäthylen mit
EMI5.4
statischer Reissfestigkeit in Querrichtung a q = 742 kp/cm2 dynamischer Reissfestigkeit in Querrichtung o= 980 kp/cm2 führten zu folgenden Werten :
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