Flächiges Gebilde, bestehend aus mehreren Folienschichten eines Hochpolymeren Die Erfindung betrifft ein flächiges Gebilde von hoher Reissfestigkeit, insbesondere gegen Kerbwir kungen, bestehend aus mehreren Folienschichten eines Hochpolymeren.
Es sind flächige Gebilde bekannt, die aus mehre ren Folien eines hochpolymeren Kunststoffes be stehen, von denen mindestens eine sich in gestrecktem Zustand befindet. Man hat z. B. vorgeschlagen, ver- streckte Folien aus Polyvinylchlorid in der Weise zusammen zu laminieren, dass die einzelnen Folien entweder in parallelen oder in sich kreuzenden Streck richtungen angebracht werden. Bei dem Laminieren macht man sich den Umstand zu Nutzen, dass das Material in plastischem Zustand klebrig ist, und es werden daher weder Löse- noch Bindemittel verwen det.
Die vorgeschlagene Methode erstrebt eine Herab setzung der für verstreckte Folien aus weichmacher- freiem Polyvinylchlorid charakteristischen Sprödig keit.
Weiterhin kennt man die Verwendung von ver- streckten hochpolymeren Folien in Laminaten, die hergestellt werden, um besondere optische Effekte zu erzielen, z. B. Polarisationsfähigkeit. Diese bekannten Laminate bestehen aus einer unorientierten Folie, auf die verstreckte Folien auf der einen oder auf beiden Seiten aufgeklebt worden sind. Werden hierbei zwei verstreckte Folien verwendet, können die Orientie rungsrichtungen derselben einen Winkel miteinander bilden. Für diesen Zweck finden ebenfalls hauptsäch lich Polyvinylverbindungen Verwendung.
Aus der Kunstfaserherstellung ist es bekannt, dass die Reissfestigkeit einer Reihe von linearen Hoch polymeren durch Kaltziehen in einer Richtung stark erhöht werden kann. Kristalline Hochpolymere, wie Nylon , Polyäthylenterephthalat, Polyäthylen und Polyvinylidenester, besitzen diese Eigenschaft in be sonderem Masse. Diese Stoffe werden durch Kalt- ziehen in einen stark kristallinen Zustand übergeführt, dessen Mikrostruktur fibrillarer Art ist.
Die Fibrillen dieser Struktur bilden kristalline Bereiche, deren Breite in der Regel etwa 1-4 Mikron beträgt, und die ihrerseits aus kleineren Kristalliten zusammen gesetzt sind. Die Fibrillen sind überwiegend parallel zur Streckrichtung orientiert, doch sind sie dabei auch miteinander verflochten und verbunden, so dass in Wirklichkeit eine Art Netz vorliegt. Die Fibrillen, die infolge ihrer Kristallinität sehr fest und ziemlich hart sind, werden von einer weicheren Substanz zu sammengehalten, in der das Material verhältnismässig amorph ist.
Es hat sich erwiesen, dass kaltgestreckte Folien aus diesen kristallinen Hochpolymeren gegenüber verhältnismässig schwachen Schubbeanspruchungen eine besondere Geschmeidigkeit besitzen, ohne dass ihre Struktur geändert wird. Eine Folge dieser Ge schmeidigkeit ist unter anderem, dass man die Orien tierungsrichtung durch vorsichtiges Ziehen der Folie in einer quer zu der ursprünglichen Streckrichtung stehenden Richtung ändern kann.
Das erfindungsgemässe flächige Gebilde weist mindestens zwei miteinander verbundene Folien- schichten mit orientierten Molekülanordnungen aus Polyamiden, Polyterephthalaten oder Polyäthylen auf, %,vobei mindestens eine Folienschicht eine Orientie rungsrichtung aufweist, die sich mit einer Orientie rungsrichtung in der anderen Folienschicht schneidet.
Dabei kann beispielsweise eine Reissfestigkeit erreicht werden, welche diejenige von flächigen Gebilden, die auf ähnliche Weise aus verstreckten Folienschichten aus Polyvinylchlorid hergestellt sind, um ein Viel faches übertreffen. Die erzielte Verbesserung der Reissfestigkeit ist auch wesentlich grösser als diejenige, welche beim Kaltstrecken von Fäden aus den genann ten Stoffen erhalten wird. Das Strecken kann nach bekannten Verfahren ausgeführt werden, entweder als Ziehen oder als Walzen oder als eine Kombination von beiden.
Es wird vorteilhafterweise so vollständig wie möglich durchgeführt, damit das flächige Gebilde eine solche Elastizität erreicht, dass es fast bis zur Bruchgrenze gestreckt werden kann, ohne permanent deformiert zu werden. Es ist unter Umständen von Vorteil, die Folie während des Streckens etwas zu erweichen, ähnlich wie es beim Kaltziehen von Textilgarn#en <B>be-</B> kannt ist.
Es hat sich erwiesen, dass besonders gute Resul tate mit Bezug auf die Reissfestigkeit erreicht werden können, wenn die Folienschichten <B>je</B> aus dünnen Bändern bestehen, die Kante an Kante liegen und unter einander verschiedene Orientierungsrichtungen aufweisen.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, durch Auf schneiden eines in die Länge gezogenen, ganz dünnen Schlauches aus dem gewünschten Material, Folien- bahnen herzustellen. Der Schlauch, der der Länge nach gestreckt werden soll, kann z. B. nach allgemein bekannten Methoden durch Extrusion und Aufblasen mit Luft hergestellt werden. Es hat sich als ausser ordentlich vorteilhaft erwiesen, das Ziehen des Rohres über einen Dorn auszuführen, da die Orientierung hierbei besonders regelmässig wird, und die Folien dabei ganz eben werden, was sonst schwer zu errei chen ist.
Der Dorn kann frei innerhalb des Folien- rohrs angebracht sein, und auf der entgegengesetzten Seite der Folie kann eine dem Dorn entsprechende Büchse angebracht sein, in welche die Folie hinein- gepresst wird, indem z. B. der Dorn elektromagnetisch angezogen wird. Schliesslich kann der Strom, der die Anziehun- des Dorns reguliert, von der Spannung in der eben orientierten Folie geregelt werden, so dass diese Spannung die ganze Zeit auf einer passenden Höhe etwas unter der Bruchgrenze gehalten wird.
Es hat sich gezeigt, dass beim Strecken dauernde innere Spannungen entstehen können, die die Wider standsfähigkeit herabsetzen können. Um solche Span nungen zu eliminieren, kann das Material in gespann tem Zustand mit Wänne behandelt oder gequellt wer den, wobei darauf zu achten ist, dass die strukturelle Orientierung erhalten bleibt.
Die Verbindung der einzelnen Folienschichten kann entweder durch Schweissen geschehen oder durch Verwendung eines Binde- oder Klebemittels. Bekannte Binde- oder Klebemittel können benutzt werden, wie z. B. thermohärtende und thermoplasti sche Produkte, aber man kann auch eine Lösung des zur Herstellung der Folie verwendeten Kunststoffes oder eines nahe verwandten Materials benutzen. Selbstverständlich ist es vorteilhaft, wenn die Binde mittelschicht mindestens dieselbe Elastizität wie die orientierte Folie aufweist.
Die Verbindun- lässt sich aber auch dadurch erreichen, dass man die gestreck- ten Folien mit einem Quellmittel behandelt, das wie der entfernt wird<B>-</B> am besten durch Verdampfen<B>-</B> während man die Folienschichten fest vereint hält.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung sind die Folienschichten mittels eines hoch elastischen Bindemittels verbunden, da man hierbei eine um vieles höhere Kerbfestigkeit erzielt als bei der Verwendung eines Bindemittels mit einem ähn lichen Elastizitätskoeffizienten wie das orientierte Hochpolymere.
Das liegt nicht nur daran, dass, wie zu erwarten ist, die hochelastische Bindemittelschicht bei Biegungsspannungen erweichend auf das Material überhaupt wirkt, sondern insbesondere daran, dass die einzelnen Folienschichten hierdurch die Möglich keit erhalten, relativ unabhängig voneinander ihre Ausdehnung zu ändern, und damit<B>-</B> unter Einwir kung von Kerbspannungen <B>-</B> ihre Orientierungs richtung an der Kerbstelle zu ändern. Als hoch elastische Bindemittel eignen sich z.
B. Polyisobutylen mit einem Molgewicht von etwa<B>25000,</B> wie Oppa- nol B<B>25 </B> (Markenprodukt), Polyvinylisobutyläther, wie Lutonal <B>J </B> (Markenprodukt) usw.
Ausserdem hat es sich erwiesen, dass die Kerb festigkeit des flächigen Gebildes stark zunimmt, wenn es unter der Einwirkung einer leicht erweichenden Flüssigkeit steht, wie z. B. bei Polycaprolactamgebil- den von Wasser. Das ist an und für sich überraschend, denn die Reissfestigkeit des unorientierten Materials sinkt bei einer entsprechenden Erweichung. Diese Wirkung ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die amorphen, bereits erweichten Partien in der Mikrostruktur stärker erweicht werden als die kri stallinen Fibrillen, wodurch die Struktur noch ge schmeidiger wird.
Um diese günstige Eigenschaft auszunützen, kön nen die Folien noch vor der Laminierung in eine erweichende Flüssigkeit getaucht werden, und eine passende Menge dieser Flüssigkeit kann in den inneren Schichten festgehalten werden, indem ein für diese Flüssigkeit nicht durchlässiges Bindemittel ver wendet wird.
Der Aufbau des Materials aus den einzelnen Folienschichten kann auf viele verschiedene Weisen vorgenommen werden,<B>je</B> nach der beabsichtigen Ver wendung. So können die Orientierungsrichtungen in den gestreckten Folienschichten im Verhältnis zuein ander z. B. wie die Seiten eines regelmässigen Viel- kants liegen, und zwar so, dass die gesamte Schicht dicke gleichmässig zwischen den verschiedenen Orien tierungsrichtungen verteilt ist. Ein flächiges Gebilde mit zwei senkrecht zueinander stehenden Orientie rungsrichtungen ist an und für sich am einfachsten herzustellen, ist aber auf die Dauer nicht stabil gegen über Einwirkungen in diagonalen Richtungen.
Es ist daher vorzuziehen, dass das flächige Gebilde minde stens drei Folienschichten aufweist.
Das flächige Gebilde kann auch in übereinstim- mung mit den für seine Verwendung berechneten Krafteinwirkungen aufgebaut werden. Wenn es z. B. ausschliesslich dafür bestimmt ist, gegen Zugwirkun gen in einer einzigen Richtung stabil zu sein, kann es zweckmässio, vorwiegend aus einem Material be stehen, das in dieser Richtung gestreckt ist, doch sind die anders orientierten Richtungen dennoch von wesentlicher Bedeutung, indem sie z. B. dazu dienen, ein internes Gleiten oder eine Aufspaltung des Mate rials zu verhindern.
Neben gestreckten Folienschichten mit besonders guter Widerstandsfähigkeit gegen Kerbwirkung kann das flächige Gebilde auch Folienschichten mit anderen Eigenschaften enthalten, z. B. eine oder mehrere Folienschichten mit besonderen dekorativen, elek trischen oder magnetischen Eigenschaften.
Die flächigen Gebilde sind z. B. geeignet zur Her stellung von genähten Artikeln, da die Nähte beson ders haltbar ausgeführt werden können. Die Gebilde können daher zur Herstellung von Kleidungsstücken und Schuhwaren, Sportgeräten, Sattlerwaren, Lebens- rettungsmaterial usw. verwendet werden. Auf Grund seiner mechanischen Eigenschaften und seines gerin gen Gewichtes sind sie weiterhin verwendbar als Be lag, z. B. beim Boots- und Flugzeugbau, sowie als Packmaterial, in der Buchbinderei, für Bau- und Montagezwecke, als Glasersatz und für kugelsichere Bekleidung.
<I>Beispiel</I> Eine flache schlauchförmige Folie aus Polyäthylen von<B>0,1</B> mm Dicke wird bei etwa<B>600 C</B> in einem Walzwerk gestreckt. Das Walzwerk besteht aus 4 Walzen von<B>je 25</B> mm Durchmesser, die senkrecht mit einem Abstand von<B>je 5</B> mm angeordnet sind. Die zwei ersten Walzen, über welche die Folie ge führt wird, rotieren beide mit einer Umfangsge schwindigkeit von<B>25</B> cm/sec. und die zwei letzten mit einer solchen von<B>100</B> cm/sec., so dass die Folie um das Vierfache gestreckt wird.
Die Folie, die durch das Strecken eine Molekül orientierung in Richtung der Schlauchachse erhält, wird sodann spiralförmig aufgeschnitten und ausein- andergelegt. Man erhält auf diese Weise eine band förmige Folie, deren Molekülorientierung im Winkel zur Längsrichtung des Bandes steht. Zwei solche Folien werden mit einer Lösung eines Polyvinyläthers in Benzin befeuchtet und anschlie ssend getrocknet. Dann werden sie derart aufeinander- gelegt, dass sich ihre Orientierungsrichtungen kreuzen, und schliesslich durch ein Walzwerk geführt. Durch das Walzen werden die zwei Folien zu einem<B>0,05</B> mm dicken flächigen Gebilde fest verbunden.
Die Vermehrung der Reissfestigkeit des herge stellten Gebildes wurde durch Weiterreissversuche nach<B>DIN 53 356</B> festgestellt. Durchschnittlich erga ben 4 Proben des Gebildes eine Weiterreisslast von <B>0,63 kg,</B> 4 Proben einer nicht gestreckten Folie mit derselben Dicke (etwa<B>0,05</B> mm) ergaben einen Mittelwert von<B>0,16 kg.</B> Die Reissfestigkeit des erfin dungsgemässen Gebildes wurde also um etwa 400 l)/ & vermehrt.