<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES ET DISPOSITIFS POUR ALLONGER LES PELLICULES
CONSTITUEES PAR UN PRODUIT POLYMERE.
La présente invention concerne un procédé et un appareil pour tendre et allonger longitudinalement d'une manière continue une bande en mouvement constituée par une pellicule polymère.
Il existe de nombreux polymères organiques, linéaires et synthétiques, que l'on peut produire en pellicules translucides ou transparentes possédant d'excellentes propriétés physiques. De telles pellicules sont d'une grande utilité dans un grand nombre d'applications, par exemple pour des empaquetages, dans certaines applications électriques, pour réaliser des revêtements de protection, pour remplacer le verre et les tissus, etc... D'autre part, certaines propriétés physiques de ces pellicules, telles que la résis- tance à la traction, la résistance au choc, la résistance aux flexions répétées, la perméabilité à la vapeur d'eau et aux vapeurs organiques, ne peuvent concurrencer les mêmes propriétés physiques possédées par d'autres types de pellicules, de toiles, etc...
Il est cependant possible, dans la plupart des cas, d'améliorer ces propriétés physiques en étirant les pellicules dans une seule direction, ou dans deux directions, c'est-à-dire dans le sens longitudinal et dans le sens transversal. D'autre part, avec certaines matières, une telle extension peut également produire un changement des propriétés optiques.
On a déjà utilisé dans le passé un grand nombre de procédés et d'appareils perfectionnés, pour tendre des pellicules obtenues à partir de compositions organiques polymères bien connues. Cependant, malgré ces perfectionnements, le problème principal de la production continue d'une pellicule tendue uniformément reste encore à résoudre dans les techniques connues de tension des pellicules. Une pellicule tendue uniformément est une pellicule dans laquelle l'épaisseur et la largeur ont été réduites uniformément et dans laquelle les molécules ont une orientation uniforme décèlée par des mesures de biréfringence.
Dans le cas d'une extension continue dans la direction longitudinale, il est extrêmement désirable de réduire l'épaisseur de la pellicu-
<Desc/Clms Page number 2>
le à un calibre uniforme, tout en ne réduisant uniformément la largeur de la pellicule qu'à un degré minimum..
Le moyen le plus simple et le plus économique pour tendre longitudinalement une pellicule polymère comprend un groupe de rouleaux entrainés, parallèles et horizontaux, assez rapprochés les uns des autres et désignés généralement sous l'appellation de "rouleaux lents";, ce premier groupe étant suivi d'un deuxième groupe de rouleaux, également horizontaux et parallèles, ainsi qu'assez rapprochés les uns des autres, qui sont entraînés à une vitesse plus élevée et qu.'on appelle "rouleau rapides". Pour que l'on puisse saisir solidement la pellicule à tendre., chaque groupe doit comporter au moins trois rouleaux.
L'allongement de la pellicule-est produit entre là dernier rouleau lent et le premier rouleau rapide (distance d'allongement), et le rapport d'allongement, c'est-à-dire la proportion suivant laquelle la pellicule est allongée, est déterminé par la différence de vitesse entre les rouleaux lents et les rouleaux rapides. La grave objection que l'on fait généralement à cette disposition est que la pellicule a tendance à "s'étrangler", c'est-à-dire à réduire sa largeur, d'une manière excessive et non uniforme quand elle franchit la distance d'allongement. Pour obvier à cette difficulté, on a proposé de placer tout près l'un de l'autre le dernier rouleau lent et le premier--rouleau rapide et de diminuer ainsi la distance d'allongement.
Cependant, quand on diminue par cet expédient la distance d'allongement suffisamment pour ramener 1,*étranglement dans des limites acceptables, on s'aperçoit que cette distance est alors insuffisante pour réaliser une extension longitudinale, continue et uniforme, à des vitesses d'extension réalisables commercialement et avec des rapports d'allongement relativement élevés.
La présente invention a pour but en particulier de réaliser un procédé continu et un appareil pour allonger longitudinalement une pellicule polymère sur des distances d'allongement assez grandes tout en empêchant un "étranglement excessif" et non =!forme. Elle se propose également de réaliser un procédé continu et un appareil pour allonger longitudinalement une pellicule polymère avec des vitesses d'allongement relativement élevées et des rapports d'allongement supérieurs à 1,5. Un autre but de l'invention est de réaliser un procédé continu et un appareil pour tendre longitudinalement une pellicule polymère en vue de produire une pellicule de calibre uniforme, en ne diminuant sa largeur que jusqu'à, un degré minimum.
Dans le procédé confonde à l'invention, et ayant pour but de tendre longitudinalement une bande continue en mouvement constituée par une pellicule polymère, on tend longitudinalement et d'une manière continue la bande en mouvement en la soumettant à des forces de traction opposées agissant dans le sens de sa longueur et sur une distance assez importante., et on maintient la bande, entre les points d'application de ces deux forces, en contact avec plusieurs rouleaux, parallèles et assez rapprochés les uns des autres, chaque rouleau pouvant tourner librement autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bande.
Les forces opposées de tension sont ob- tenues¯de préférence au moyen de deux groupes de rouleaux entraînés positivement et produisant la tension désirée, le nombre des rouleaux fous et parallèles disposés entre les rouleaux de tension étant tel que le dernier rouleau fou tourne sensiblement à la même vitesse que les rouleaux rapides; la distance entre les circonférences du dernier rouleau lent entraîné positivement et du premier rouleau fou, la distance entre ces circonférences des rouleaux fous adjacents, et la distance entre les circonférences du dernier rouleau fou et du premier rouleau rapide ne dépassent en aucun cas 1,3 à 5 fois l'épaisseur de la pellicule avant son allongement.
Les exemples suivants serviront à illustrer les principes et la réalisation pratique de la présente invention; on se réferera dans ces exemples au dessin annexée dans lequel :
La figure 1 représente schématiquement une forme de réalisation préférée d'un dispositif d'extension continue et longitudinale conforme à l'invention; la figure 2 montre les variations du rapport d'allongement (or-
<Desc/Clms Page number 3>
donnée), en fonction du nombre des rouleaux fous (abscisse).
Si l'on considère la figure 1, on voit que le dispositif de ten- sion longitudinale comprend trois groupes de rouleaux horizontaux disposés parallèlement les uns aux autres. Le premier groupe comprend cinq rouleaux A, B, C, D, E, qui sont entraînés po-sitivement et qui sont les "rouleaux lents". Le groupe suivant comprend neuf rouleaux qui sont numérotés de 1 à 9 inclusivement et qui sont les rouleaux fous sur lesquels se produit l'extension. Le dernier groupe comprend cinq rouleaux F, G, H, I, J, qui sont entraînés positivement à une plus grande vitesse,que les rouleaux lents et qui sont de ce fait appelés "rouleaux rapides". Comme on l'a indiqué précédemment, la différence des vitesses détermine le rapport d'allongement.
Tous les rouleaux de la section d'allongement longitudinal sont chromés; chaque rouleau a une longueur de 75 cm. et un diamètre extérieur de 11,2 cm. La distance entre les circonférences des rouleaux lents adjacents et des rouleaux rapides adjacents est égale à 10 cm. La distance entre les circonférences du dernier rouleau lent et du premier rouleau fou, du dernier rouleau fou et du premier rouleau rapide, entre les rouleaux fous adjacents, est égale à 0,3 mm. Comme on le voit sur la figure 1, les rouleaux alternés de chaque groupe sont dans un même plan horizontal.
EXEMPLE 1.
Un téréphtalate polymère de polyéthylène glycol préparé par échange d'ester entre les téréphtalates de diméthyle et d'éthylène glycol, confor- mément au procédé général décrit dans le brevet des E.U,A. n 2.465.319 du 22 mars 1949 aux noms de Whinfield et Dickson, fut refoulé sous. la forme d'une pellicule de 50 cm de largeur et de 0,1 mm d'épaisseur. Cette pellicule était à l'état amorphe. Les deux extrémités de l'ouverture de la trémie de refoulement étaient élargies de manière à produire une pellicule avec des bourrelets sur ses bords. Les bourrelets marginaux avaient une largeur de 6 mm et une épaisseur de 0,225 mm.
Pour allonger cette pellicule de 3 fois sa longueur dans la dire ction longitudinale, les conditions suivantes furent réalisées. Tous les rouleaux étaient chauffés intérieurement de manière que leurs surfaces soient à une température comprise entre-05 et 900C. Tous les rouleaux lents étaient entraînés à une vitesse de 8,8 mètres à.la minute, et les rouleaux rapides étaient entraînés positivement à une vitesse d'environ 24,29 mètres à la minu- te . Ces valeurs représentent un rapport d'allongement d'environ 2,75. Pour déterminer le nombre des rouleaux fous nécessaires à l'obtention d'un allongement longitudinal uniforme, on mesura la vitesse des rouleaux fous alternés et les valeurs trouvées ont été enregistrées dans le tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Numéro <SEP> du <SEP> rouleau <SEP> Vitesse <SEP> des <SEP> rouleaux
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> (en <SEP> mètres <SEP> à <SEP> la <SEP> minute
<tb> Dernier <SEP> rouleau <SEP> lent <SEP> entraîne <SEP> 8,8
<tb> Premier <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 15,19
<tb> Troisième <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 22,47
<tb> 5éme <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 23,.47
<tb> 7ème <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 24,11
<tb> 9éme <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 24,29
<tb> 2éme <SEP> rouleau <SEP> rapide <SEP> entraîné <SEP> 24,29
<tb>
La pellicule allongée longitudinalement que l'on obtenait ainsi avait une épaisseur uniforme de 0,035 mm. De plus, cette pellicule avait une largeur uniforme d'environ 45 cm. et elle était extrêmement transparen- te.
On voit clairement sur le tableau 1 que l'allongement longitudinal était réalisé sur une distance représentée par la longueur de pellicule s'étendant sensiblement du dernier rouleau lent au 6éme ou au 7éme rouleau fou. Ceci est indiqué par le fait que le 6éme rouleau fou tournait à peu près à la même
<Desc/Clms Page number 4>
vitesse que les rouleaux rapides. L'allongement progressif de la pellicule, depuis son état non tendu jusqu'à environ 2,75 fois sa longueur primitive, est clairement indiqué sur la figure 2 qui donne les variations du rapport d'allongement en fonction du numérotage des rouleaux fous.
Cet exemple montre donc que, pour effectuer un allongement longitudinal qui soit progressif et unifor- me dans les conditions données, il. faut à peu près 6 rouleaux fous pour obtenir l'allongement uniforme optimum.
EXEMPLE 2.
Les conditions indiquées pour l'exemple 1 étaient ici exactement les mêmes, avec cette différence cependant que les rouleaux lents étaient entraînés à une vitesse d'environ Il .,55 mètres à la minute et que les rouleaux rapides étaient entraînés à une vitesse d'environ 34,48 mètres à la minute. Cette différence de vitesse représente un rapport d'allongement d'environ 2,96. Le tableau 2 ci-dessous donne la vitesse de chacun des rouleaux fous alternés dans ces conditions.
TABLEAU 2.
EMI4.1
<tb>
<tb>
Numéro <SEP> du <SEP> rouleau <SEP> Vitesse <SEP> du <SEP> rouleau
<tb> (mètres <SEP> à <SEP> la <SEP> minute)
<tb> Dernier <SEP> rouleau <SEP> lent <SEP> entraîné <SEP> 11,55
<tb> Premier <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> @ <SEP> @ <SEP> 18,47 <SEP> ' <SEP>
<tb> Troisième <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 25
<tb> 5ème <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 29,84
<tb> 7éme <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 32,12
<tb> 9ème <SEP> rouleau <SEP> fou <SEP> 33,67
<tb> 2ème <SEP> rouleau <SEP> rapide <SEP> entraîné <SEP> 34,48
<tb>
Le tableau 2 montre que 9- bouleaux fous au moins, ce qui représente une distance d'allongement équivalente à la longueur de pellicule s'étendant depuis le dernier rouleau lent jusqu'au 9éme rouleau fou, fonctionnaient pour allonger uniformément la pellicule dans les conditions données, depuis une épaisseur primitive de 0,
1 mm à une épaisseur uniforme de 0,0337 mm.
La figure 2 montre l'allongement progressif de la pellicule' sur les rouleaux fous. Dans les conditions de cet exemple, la pellicule résultante obtenue avait une épaisseur uniforme'' et une largeur uniforme (45 cm); de plus elle était parfaitement transparente.
Il est bien entendu que les exemples précédents,ne servent qu'à illustrer l'invention et que celle-ci consiste, d'une manière générale, à allonger longitudinalement une pellicule polymère soumise à des forces de tension opposées agissant dans le sens de sa longueur, la tension uniforme étant réalisée sur un certain nombre de rouleaux fous parallèles disposés entre les dites forces de tension.
En dehors du téréphtalate de polyéthylène glycol et d'autre types analogues de polyesters linéaires et synthétiques, la présente invention peut être aussi parfaitement appliquée à des pellicules formées par de nombreux autres types de polymères synthétiques, organiques et linéaires, tels que les polyamides (par exemple l'adipamide de polyhexaméthylène, la séba#amide de polyhexaméthylène, la plolycaproamide, et d'autres types décrits dans les brevets des E.U.. n 2.071.250 du 16 février 1937 et n 2.071.253 du 16 février 1937)3'le chlorure de vinylidène, l'hydrochlorure de caoutchouc, le polystyrène, l'alcool de polyvinyle, les acétals de polyvinyle, certains composés de vinyle,
tels que l'acétate - chlorure copolymère de vinyle, et différents autres polymères qui peuvent être allongés à différentes températures.
Les différentes conditions essentielles de l'allongement, c'est- à-dire le rapport d'allongement, la vitesse d'allongement, la température, -etc... dépendent entièrement de la composition de la pellicule polymère particulière utilisée et de l'utilisation finale envisagée pour la pellicule allongée.
Pour différentes utilisations, telles que rubans adhésifs et rubans électriques,
<Desc/Clms Page number 5>
il est important que la pellicule ne soit allongée que dans la direction longitudinale. Ceci provient du fait que la résistance à la traction dans le sens longitudinal doit être maxima, la résistance au cisaillement dans le sens transversal devant être également'maxima. Au contraire, pour d'autres applica- tions, par exemple l'empaquetage, il est essentiel que les pellicules soient allongées dans les deux sans, longitudinal et transversal, pour obtenir une feuille équilibrée. En ce qui concerne la température, il est',bien connu que les températures, auxquelles les différentes compositions doivent être allongées, varient dans une marge étendue en fonction des polymères particuliers utilisés.
Dans la plupart des cas, la gamme de températures à laquelle une pellicule peut être allongée a une importance extrêmement grande, et,une pellicule doit souvent être allongée dans le sens transversal à une température différente de celle à utiliser pour son allongement dans le sens longitudinal.
EMI5.1
Ceci est vrai en particulier pour les pa:.! J j C1{s,en"¯térpht.UÀtes(li'e polyéthylè- ne. Généralement, on allonge les pellicules à des températures supérieures à la température ambiante, il est nécessaire de maintenir les rouleaux d'extension entrainés positivement et les rouleaux fous aux températures nécessaires. Ceci est réalisé généralement par chauffage intérieur à l'eau chaude ou à la vapeur. Quelques pellicules polymères peuvent être au contraire allongées à la température ambiante. En général, la gamme des températures dans laquelle les différentes pellicules polymères peuvent être allongées affecte également la vitesse avec laquelle on peut allonger la pellicule.
Il est évidemment extrêmement désirable de pouvoir allonger une pellicule d'une maniè- re continue et à des vitesses relativement élevées, c'est-à-dire allant de 68,25 à 182 m à la minute; cependant, avec certaines pellicules, même dans les conditions optima de température, il existe une vitesse limite d'allongement de la pellicule (au-dessus de cette vitesse, 'l'allongement n'est pas uniforme et la pellicule se brise), et cette vitesse limite dépend du rapport d'allongement particulier recherché.
Le procéde conforme à la présente, invention est efficace pour obtenir un allongement uniforme, quand on utilise des rapports d'allongement et des vitesses d'allongement relativement élevés. Le nombre des rouleaux fous nécessaires pour obtenir un allongement uniforme optimum augmente en même temps que le rapport d'allongement et la vitesse d'allongement. Par exemple, si les rouleaux lents tournent à une vitesse de 4,55 m à la minute (vitesse inférieure à la vitesse minima réalisable commercialement) et si le rapport d'allongement est égal à 3 (ceci signifie que les rouleaux rapides tournent à la vi-' tesse de 27,3 m à la minute), l'emploi de rouleaux fous n'est pas nécessaire pour obtenir un allongement uniforme.
Au contraire, lorsque la vitesse d'allongement et/ou le rapport d'allongement augmentent, le nombre des rouleaux fous nécessaires pour obtenir un allongement uniforme augmente, et ce nombre est fixé par les conditions particulières de l'allongement et la nature de la pellicule polymère à traiter. Gomme on l'a indiqué précédemment, les conditions d'allongement comprennent principalement la vitesse d'allongement, le rapport d'allongement et la température. D'autre part, le polymère particulier qui constitue le film et l'épaisseur de celui-ci ont également une influence sur le nombre des rouleaux fous nécessaire pour réaliser un allongement uniforme.
Le nombre des rouleaux fous utilisés est donc tel que le dernier rouleau fou tourne à peu près à la même vitesse que les rouleaux rapides. Il est évident que les rouleaux fous supplémentaires, qui tournent exactement à la même vitesse que les rouleaux rapides, agissent simplement comme des rouleaux rapides supplémentaires et ne jouent aucun raie utile, en ce qui concerne l'obtention d'un allongement progressif. Comme on le voit sur la figure 2, la pellicule polymère se rapproche graduellement de son état final en passant d'un rouleau fou au rouleau fou suivant.
La distance entre le dernier rouleau lent et le premier rouleau fou, la distance entre les rouleaux fous adjacents et la distance entre le
EMI5.2
dernier rouleau fou et le premier rouleau rapide,doiven#lBtre ".aasez 'v.oi.s1nes pour réaliser sensiblement une application continue des forces latérales de réaction sur la pellicule. On a trouvé que cette distance doit être comprise entre 1,5 et 5 fois l'épaisseur de la pellicule non allongée. Un intervalle notablement plus grand provoque un étranglement excessif de la pellicule et
<Desc/Clms Page number 6>
les avantages de la présente invention sont alors perdus. En général, la distance entre les rouleaux lents adjacents et les rouleaux rapides adjacents n'a pas d'importance, parce qu'aucun allongement ne se produit entre ces rouleaux.
En prenant pour base le fait que la distance entre le dernier rouleau lent et le premier rouleau fou, la distance entre les rouleaux fous adjacents et la distance entre le dernier rouleau fou et le premier rouleaurapide ne doivent pas dépasser 1,5 à 5 fois 1''épaisseur de la pellicule avant son allongement, et en utilisant le nombre optimum de rouleaux fous, on obtient une réduction minima de la largeur de la pellicule après son allongement longitudinal, c'est-à-dire une réduction d'environ 10 %. Ceci suppose qu'il n'y a pas ou qu'il n'y a que très peu de glissement transversal de la pellicule.
En réalisant le nombre des rouleaux fous en dessous du nombre optimum, on peut commander la valeur de la réduction de largeur ou "étranglementit de la pellicule jusqu'à une valeur quelconque pouvant atteindre un maximum compris à peu près entre 25 et 35 %, quand on n'emploie pas de rouleaux fous. Quand une matière polymère en feuille est soumise à un allongement par l'application de forces opposées de tension, elle a tendance naturellement à prendre la plus petite largeur possible compatible avec l'amplitude des forces de tension appliquées et des caractéristiques physiques de la matière.
L'allongement d'une matière en pellicule ou en feuille, sans opposition à la réduction de la largeur, effectue l'orientation moléculaire, telle qu'elle est mesurée par biréfringence. Le procédé de la présente invention est étudié spécialement pour diminuer la réduction de largeur de la pellicule, et l'allongement obtenu par ce procédé ne produit par l'orientation moléculaire maxima réalisable, Cependant, la différence entre l'orientation maxima réalisable et celle obtenue par le présent procédé n'est pas appréciable si l'on considère l'amélioration globale des propriétés physiques par rapport à celles de la pellicule non tendue.
Le présent procédé peut être appliqué à des pellicules, feuilles, bandes, rubans, etc... polymères d'une épaisseur particulière quelconque, sauf en ce qui concerne les feuilles suffisamment épaisses pour ne plus pouvoir être considérées comme des pellicules. Généralement, les feuilles dont l'épaisseur est supérieure à 2,5 mm sont trop épaisses pour être allongées dans le dispositif courant.
REVENDICATIONS.
EMI6.1
===:=====s:=:====:=:=:=:=:==:==:===:=s====s:=:
1. - Procédé pour allonger longitudinalement une bande continue en mouvement d'une pellicule polymère, caractérisé en ce qu'on tend longitudinalement et d'une manière continue la bande en mouvement entre des forces de tension opposées agissant dans le sens de la longueur de la bande sur une distance appréciable, et on maintient la bande, entre les dites forces, en contact avec plusieurs rouleaux fous, parallèles et rapprochés, chaque rouleau pouvant tourner librement sur un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bande.
<Desc / Clms Page number 1>
IMPROVEMENTS IN METHODS AND DEVICES FOR EXTENDING FILMS
CONSTITUTED BY A POLYMERIC PRODUCT.
The present invention relates to a method and apparatus for continuously tensioning and longitudinally elongating a moving web made of a polymeric film.
There are many organic polymers, linear and synthetic, which can be produced as translucent or transparent films with excellent physical properties. Such films are of great utility in a large number of applications, for example for packaging, in certain electrical applications, for making protective coatings, for replacing glass and fabrics, etc. On the other hand, certain physical properties of these films, such as tensile strength, impact resistance, resistance to repeated bending, permeability to water vapor and organic vapors, cannot compete with the same physical properties possessed by other types of film, canvas, etc ...
However, in most cases, it is possible to improve these physical properties by stretching the films in one direction only, or in two directions, i.e. in the longitudinal direction and in the transverse direction. On the other hand, with some materials, such extension can also produce a change in optical properties.
A large number of improved methods and apparatus have already been used in the past for stretching films obtained from well known organic polymeric compositions. However, despite these improvements, the main problem of the continuous production of a uniformly stretched film still remains to be solved in the known film tensioning techniques. A uniformly stretched film is one in which the thickness and width have been uniformly reduced and in which the molecules have a uniform orientation as detected by birefringence measurements.
In the case of continuous extension in the longitudinal direction, it is extremely desirable to reduce the thickness of the film.
<Desc / Clms Page number 2>
le to a uniform gauge, while uniformly reducing the film width to a minimum degree.
The simplest and most economical way to stretch a polymer film longitudinally comprises a group of driven rollers, parallel and horizontal, quite close to each other and generally referred to as "slow rollers";, this first group being followed by a second group of rollers, also horizontal and parallel, as well as quite close together, which are driven at a higher speed and which are called "fast rollers". In order for the film to be stretched to be firmly grasped, each group must have at least three rolls.
The stretching of the film is produced between the last slow roll and the first fast roll (stretch distance), and the aspect ratio, i.e. the proportion by which the film is stretched, is determined by the speed difference between slow rollers and fast rollers. The serious objection generally made to this arrangement is that the film tends to "choke", that is, to reduce its width, excessively and not uniformly as it crosses the distance. elongation. To obviate this difficulty, it has been proposed to place the last slow roller and the first - fast roller very close to each other and thus to reduce the elongation distance.
However, when we reduce by this expedient the distance of elongation sufficiently to bring back 1, * constriction within acceptable limits, we find that this distance is then insufficient to achieve a longitudinal extension, continuous and uniform, at speeds of commercially achievable extension and with relatively high aspect ratios.
A particular object of the present invention is to provide a continuous process and apparatus for longitudinally elongating a polymeric film over sufficiently large elongation distances while preventing "excessive constriction" and not shape. It is also proposed to provide a continuous process and apparatus for longitudinally elongating a polymeric film with relatively high elongation rates and elongation ratios greater than 1.5. Another object of the invention is to provide a continuous process and apparatus for longitudinally stretching a polymeric film to produce a film of uniform gauge, by decreasing its width only to a minimum degree.
In the method confused with the invention, and having the aim of longitudinally stretching a continuous band in motion constituted by a polymer film, the band in motion is stretched longitudinally and continuously by subjecting it to opposing tensile forces acting in the direction of its length and over a fairly large distance., and the strip is kept, between the points of application of these two forces, in contact with several rollers, parallel and fairly close to each other, each roll being able to rotate freely around an axis perpendicular to the longitudinal axis of the strip.
The opposing tension forces are preferably obtained by means of two groups of positively driven rollers producing the desired tension, the number of idle and parallel rollers disposed between the tension rollers being such that the last idle roller turns substantially at the same speed as the fast rollers; the distance between the circumferences of the last positively driven slow roller and the first idle roller, the distance between these circumferences of the adjacent idle rollers, and the distance between the circumferences of the last idle roller and the first fast roller in no case exceed 1.3 to 5 times the thickness of the film before its elongation.
The following examples will serve to illustrate the principles and the practical embodiment of the present invention; in these examples, reference will be made to the appended drawing in which:
FIG. 1 schematically represents a preferred embodiment of a continuous and longitudinal extension device according to the invention; Figure 2 shows the variations of the aspect ratio (or-
<Desc / Clms Page number 3>
given), depending on the number of idle rollers (abscissa).
If we look at Figure 1, we see that the longitudinal tensioning device comprises three groups of horizontal rollers arranged parallel to each other. The first group comprises five rollers A, B, C, D, E, which are driven po-sitively and which are the "slow rollers". The next group consists of nine rollers which are numbered 1 to 9 inclusive and which are the idle rollers on which the expansion occurs. The last group includes five rollers F, G, H, I, J, which are positively driven at a higher speed than the slow rollers and which are therefore called "fast rollers". As indicated above, the difference in speeds determines the aspect ratio.
All rollers in the longitudinal extension section are chrome-plated; each roll has a length of 75 cm. and an outer diameter of 11.2 cm. The distance between the circumferences of adjacent slow rollers and adjacent fast rollers is 10 cm. The distance between the circumferences of the last slow roller and the first idle roller, the last idle roller and the first fast roller, between the adjacent idle rollers, is equal to 0.3 mm. As seen in Figure 1, the alternating rollers of each group are in the same horizontal plane.
EXAMPLE 1.
A polymeric polyethylene glycol terephthalate prepared by ester exchange between dimethyl and ethylene glycol terephthalates, in accordance with the general process described in US Pat. n 2,465,319 of March 22, 1949 in the names of Whinfield and Dickson, was turned back under. the form of a film 50 cm wide and 0.1 mm thick. This film was in an amorphous state. Both ends of the discharge hopper opening were widened to produce a film with ridges on its edges. The marginal beads were 6mm wide and 0.225mm thick.
In order to lengthen this film by 3 times its length in the longitudinal direction, the following conditions were met. All the rollers were internally heated so that their surfaces were at a temperature between -05 and 900C. All of the slow rollers were driven at a speed of 8.8 meters per minute, and the fast rollers were positively driven at a speed of about 24.29 meters per minute. These values represent an aspect ratio of about 2.75. To determine the number of idle rollers required to obtain uniform longitudinal elongation, the speed of the alternate idle rollers was measured and the values found were recorded in Table 1 below.
Table 1.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Roller <SEP> <SEP> number <SEP> Roller <SEP> speed <SEP>
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> (in <SEP> meters <SEP> to <SEP> per <SEP> minute
<tb> Last <SEP> slow <SEP> roll <SEP> results in <SEP> 8.8
<tb> First <SEP> roll <SEP> crazy <SEP> 15.19
<tb> Third <SEP> roll <SEP> crazy <SEP> 22.47
<tb> 5th <SEP> roll <SEP> crazy <SEP> 23, .47
<tb> 7th <SEP> roll <SEP> crazy <SEP> 24.11
<tb> 9th <SEP> roll <SEP> crazy <SEP> 24,29
<tb> 2nd <SEP> roller <SEP> fast <SEP> driven <SEP> 24,29
<tb>
The longitudinally elongated film thus obtained had a uniform thickness of 0.035 mm. In addition, this film had a uniform width of about 45 cm. and she was extremely transparent.
It can be seen clearly from Table 1 that the longitudinal elongation was achieved over a distance represented by the length of film extending substantially from the last slow roll to the 6th or 7th idle roll. This is indicated by the fact that the 6th Crazy Roll was turning at roughly the same
<Desc / Clms Page number 4>
speed than the fast rollers. The progressive elongation of the film, from its unstretched state to about 2.75 times its original length, is clearly indicated in Figure 2 which gives the variations in the aspect ratio as a function of the idler roll numbering.
This example therefore shows that, in order to effect a longitudinal elongation which is progressive and uniform under the given conditions, it. About 6 idle rollers are needed to achieve optimum uniform elongation.
EXAMPLE 2.
The conditions given for Example 1 were here exactly the same, with the difference, however, that the slow rollers were driven at a speed of about 11.55 meters per minute and the high rollers were driven at a speed of approximately 34.48 meters per minute. This speed difference represents an aspect ratio of about 2.96. Table 2 below gives the speed of each of the alternating idle rollers under these conditions.
TABLE 2.
EMI4.1
<tb>
<tb>
Roller <SEP> <SEP> number <SEP> Roll <SEP> speed <SEP>
<tb> (meters <SEP> to <SEP> per <SEP> minute)
<tb> Last <SEP> slow <SEP> roller <SEP> driven <SEP> 11.55
<tb> First <SEP> crazy <SEP> roll <SEP> @ <SEP> @ <SEP> 18.47 <SEP> '<SEP>
<tb> Third <SEP> roll <SEP> crazy <SEP> 25
<tb> 5th <SEP> roll <SEP> crazy <SEP> 29.84
<tb> 7th <SEP> roll <SEP> crazy <SEP> 32.12
<tb> 9th <SEP> roll <SEP> crazy <SEP> 33.67
<tb> 2nd <SEP> fast <SEP> roller <SEP> driven <SEP> 34.48
<tb>
Table 2 shows that 9 or more idle birch trees, representing an elongation distance equivalent to the length of the film extending from the last slow roll to the 9th idle roll, worked to stretch the film uniformly under the conditions. data, from a primitive thickness of 0,
1mm to a uniform thickness of 0.0337mm.
Figure 2 shows the progressive stretching of the film on the idle rollers. Under the conditions of this example, the resulting film obtained had a uniform thickness and a uniform width (45 cm); moreover, it was perfectly transparent.
It is understood that the preceding examples only serve to illustrate the invention and that the latter consists, in general, in longitudinally lengthening a polymer film subjected to opposing tensile forces acting in the direction of its length, the uniform tension being achieved over a number of parallel idle rollers disposed between said tension forces.
Apart from polyethylene glycol terephthalate and other analogous types of linear and synthetic polyesters, the present invention can also be perfectly applied to films formed by many other types of synthetic, organic and linear polymers, such as polyamides (e.g. example polyhexamethylene adipamide, polyhexamethylene seba # amide, plolycaproamide, and other types disclosed in US Patents Nos. 2,071,250 of February 16, 1937 and 2,071,253 of February 16, 1937). vinylidene chloride, rubber hydrochloride, polystyrene, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetals, certain vinyl compounds,
such as acetate - vinyl chloride copolymer, and various other polymers which can be extended at different temperatures.
The various essential elongation conditions, i.e., elongation ratio, rate of elongation, temperature, etc., depend entirely on the composition of the particular polymeric film used and the length of the film. intended end use for the elongated film.
For different uses, such as adhesive tapes and electrical tapes,
<Desc / Clms Page number 5>
it is important that the film is stretched only in the longitudinal direction. This is because the tensile strength in the longitudinal direction must be maximum, the shear strength in the transverse direction must also be maximum. On the contrary, for other applications, for example packaging, it is essential that the films be elongated in both sides, longitudinal and transverse, to obtain a balanced sheet. With regard to temperature, it is well known that the temperatures, at which the different compositions are to be extended, vary within a wide range depending on the particular polymers used.
In most cases, the temperature range at which a film can be stretched is of extremely great importance, and, a film often has to be stretched in the transverse direction at a different temperature than that to be used for its longitudinal stretch. .
EMI5.1
This is especially true for pa:.! J j C1 {s, in "¯térpht.UÀtes (polyethylene li'e. Generally, the films are stretched at temperatures above room temperature, it is necessary to keep the extension rollers positively driven and the rollers. This is usually done by internal heating with hot water or steam. Some polymeric films can be stretched at room temperature in contrast. In general, the temperature range in which different polymeric films can be extended. elongated also affects the speed with which one can stretch the film.
It is, of course, extremely desirable to be able to stretch a film continuously and at relatively high speeds, that is, ranging from 68.25 to 182 m per minute; however, with some films, even under optimum temperature conditions, there is a limiting rate of film elongation (above this rate the elongation is not uniform and the film breaks), and this limiting speed depends on the particular aspect ratio sought.
The process according to the present invention is effective in achieving uniform elongation when relatively high elongation ratios and elongation rates are used. The number of idle rollers required to achieve optimum uniform elongation increases as the elongation ratio and the rate of elongation increase. For example, if the slow rollers rotate at a speed of 4.55 m per minute (speed lower than the minimum speed achievable commercially) and if the aspect ratio is equal to 3 (this means that the fast rollers rotate at speed of 27.3 m per minute), the use of idle rollers is not necessary to obtain uniform elongation.
On the contrary, as the elongation rate and / or the elongation ratio increase, the number of idle rollers required to obtain uniform elongation increases, and this number is fixed by the particular conditions of the elongation and the nature of the elongation. polymer film to be treated. As previously indicated, the elongation conditions mainly include the elongation rate, the aspect ratio and the temperature. On the other hand, the particular polymer which constitutes the film and the thickness thereof also have an influence on the number of idle rolls necessary to achieve uniform elongation.
The number of idle rollers used is therefore such that the last idle roller rotates at about the same speed as the fast rollers. It is evident that the additional idle rollers, which rotate at exactly the same speed as the high speed rollers, simply act as additional high speed rollers and do not play any useful streaks, as far as obtaining progressive elongation is concerned. As seen in Fig. 2, the polymeric film gradually approaches its final state as it passes from one idle roll to the next idle roll.
The distance between the last slow roll and the first idle roller, the distance between adjacent idle rollers and the distance between the
EMI5.2
last idle roll and the first fast roll must be # lBtre v.oi.s1nes to substantially achieve a continuous application of the lateral reaction forces to the film. It has been found that this distance should be between 1.5 and 5 times the thickness of the unstretched film A noticeably larger gap causes excessive film constriction and
<Desc / Clms Page number 6>
the advantages of the present invention are then lost. In general, the distance between the adjacent slow rollers and the adjacent fast rollers is not important, because no elongation occurs between these rollers.
Taking as a basis that the distance between the last slow roller and the first idle roller, the distance between the adjacent idle rollers and the distance between the last idle roller and the first fast roller should not exceed 1.5 to 5 times 1 '' film thickness before its elongation, and using the optimum number of idle rollers, a minimum reduction in the width of the film after its longitudinal elongation, i.e. a reduction of about 10%, is obtained . This assumes that there is no or very little transverse slippage of the film.
By making the number of idle rolls below the optimum number, the amount of width reduction or "constriction of the film can be controlled to any value which may reach a maximum of approximately 25 to 35%, when idle rollers are not used. When a polymeric sheet material is subjected to elongation by the application of opposing tensile forces, it naturally tends to assume the smallest possible width consistent with the magnitude of the tensile forces. applied and physical characteristics of the material.
Elongation of a film or sheet material, as opposed to reducing the width, effects molecular orientation, as measured by birefringence. The process of the present invention is specially designed to decrease the reduction in film width, and the elongation obtained by this process does not produce the maximum achievable molecular orientation. However, the difference between the maximum achievable orientation and that obtained by the present process is not appreciable in view of the overall improvement in physical properties over those of the unstretched film.
The present process can be applied to polymeric films, sheets, tapes, ribbons, etc., of any particular thickness, except for those sheets which are thick enough to no longer be considered as films. Generally, sheets greater than 2.5 mm in thickness are too thick to be elongated in the current device.
CLAIMS.
EMI6.1
===: ===== s: =: ====: =: =: =: =: ==: ==: ===: = s ==== s: =:
1. - Method for longitudinally lengthening a continuous moving strip of a polymeric film, characterized in that the moving strip is stretched longitudinally and continuously between opposing tensile forces acting in the direction of the length of the strip over an appreciable distance, and the strip is kept, between said forces, in contact with several idle rollers, parallel and close together, each roll being able to rotate freely on an axis perpendicular to the longitudinal axis of the strip.