Verfahren zur Herstellung von allseitig verstreckten Folien
Aus der Patentschrift Nr. 349 406 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von allseitig, d. h. in allen Richtungen ihrer Ebene verstreckten Folien aus thermoplastischen Kunststoffen bekannt, bei dem Rohre aus diesen Kunststoffen bei einer Temperatur innerhalb des Temperaturbereiches zwischen Schmelzpunkt bzw. Erweichungspunkt und 600 C unterhalb dieses Punktes an einem Ende durch Anwendung von Innendruck kugelartig aufgeweitet werden und so dann, ausgehend von dem halbkugelartigen Übergang zwischen aufgeweitetem und noch nicht aufgeweite tem Rohr, einer sukzessiven halbkugelartigen Aufweitung des gesamten Rohres um den gleichen Betrag unterworfen werden.
Nach diesem 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 600 C, vorzugsweise 300 C unterhalb dieses Punktes liegt. Der Erweichungspunkt von Polyvinylchlorid, d. h. derjenige Punkt, an dem der Kunststoff zu erweichen beginnt, liegt bei etwa 80" C. Bei Polymermischungen, wie z. B. Weich-Polyvinylchlorid, liegt der Erweichungspunkt je nach der Menge an zugesetzten Nebenbestandteilen entsprechend tiefer.
Als untere Grenze dürften etwa-50 C anzusehen sein.
Es wurde nun gefunden, dass das obige Verfahren der kugelförmigen Aufweitung von Rohren oder Schlauchfolien zu allseitig verstreckten Folien aus Polyvinylchlorid, Mischpolymerisaten des Vinylchlorids oder Polyvinylchlorid enthaltenden Mischungen mit Vorteil auch am Erweichungspunkt und bis dar über liegender Temperatur durchgeführt wird. Dieser Temperaturbereich erstreckt sich vom Erweichungspunkt bis 800 C oberhalb desselben. Als besonders günstig für die Durchführung des Verfahrens hat sich bei Polyvinylchlorid selbst der Temperaturbereich von 80-130 C herausgestellt.
Dieses Verfahren ist bisher noch nicht bekannt.
Üblicherweise 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 165-200 C hat. Hierbei 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 80-130 C verfestigt werden können (vgl. Krekeler und Peukert, Die Anderung der mechanischen Eigenschaften thermoplastischer Kunststoffe durch Warmrecken , Forschungsbericht des Wirtschaftsund Verkehrsministeriums 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.
Verfestigte Folien aus Polyvinylchlorid wurden bisher nur in der Weise hergestellt, dass ebene Folienbahnen zuerst in der Quer- 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 durch geführt wird, was wesentlich einfacher und rationeller ist. Es können sowohl Folienschläuche als auch durch Aufschneiden des Folienschlauches ebene Folienbahnen hergestellt werden.
Gegenüber dem in dem obengenannten Patent Nr. 349 406 beschriebenen Verfahren weist das erfindungsgemässe Arbeiten 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 /o erzielt werden.
Diese allseitige Verstreckung führt zu beträchtlichen Festigkeitssteigerungen. Das Ausmass der Festigkeitssteigerung ist von der Temperatur, bei der die Reckung durchgeführt hird, abhängig. Je niedriger die Temperatur ist, um so höher ist die erzielte Festigkeit. Beispielsweise können durch Aufweitung um 300 0/0 bei 850 C Festigkeitswerte der fertigen Folie von etwa 1100 kg/cm2, bei 1300 C etwa 900 kg/cm2 erreicht werden. Demgegenüber haben die ungereckten handelsüblichen Polyvinylchlorid Blasfolien Festigkeitswerte von 500-650 kg/cm2.
Bei der praktischen 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 im Extruder 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 Schnecken strangpresse erst abgekühlt und in der anschliessenden Heizstrecke wieder auf die erfindungsgemässe
Temperatur aufgeheizt wird.
Zweckmässig am Austritt des Ausgangsschlauches aus der Heiz- bzw. Kühlstrecke wird er durch Innendruck fortschreitend halbkugelförmig aufgeblasen, anschliessend mit Vorteil abgekühlt und in bekannter Weise flachgelegt und abgezogen. Es wird vorzugsweise dafür gesorgt, dass der Ausgangsschlauch beim Durchlaufen der Heiz-bzw. Kühlstrecke sich nicht vorzeitig innerhalb derselben aufweitet und an das Führungsrohr anpresst. Hierzu kann vorteilhafterweise das Verfahren der belgischen Patentschrift Nur. 582268 angewandt 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 gemäss der belgischen Patentschrift Nr. 568 388 zu verwenden. Dadurch wird diejenige Stelle des Schlauches, an der die Aufweitung beginnen soll, um einige Grad 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 (= Temperaturvorrichtung) kann eine Heissluftkammer oder ein Flüssigkeitsbad sein, das elektrisch oder mit Dampf beheizt ist und durch eine Regeleinrichtung auf der erfindungsgemässen Temperatur gehalten wird. Gegebenenfalls kann die Heizung auch als elektrische Strahlungsheizung oder auf andere Weise ausgeführt sein.
Das Verfahren lässt sich auf Rohre und Schläuche aus Polyvinylchlorid sowie auf solche aus Mischpolymerisaten von Vinylchlorid mit anderen mit diesem mischpolymerisierbaren Monomeren, sofern diese mindestens zu 50 O/o aus Polyvinylchlorid aufgebaut sind, ferner auf Gemische von Polyvinylchlorid oder Mischpolymerisaten des Vinylchlorids mit anderen thermoplastischen Materialien anwenden. Auch Mischungen von Polyvinylchlorid mit z. B. Weichmachern, wie Weich-Polyvinylchlorid, lassen sich nach dem erfindungsgemässen Verfahren verfestigen.
Beispiel 1
Ein Ausgangsrohr aus Polyvinylchlorid mit 100 mm Durchmesser, 4,5 mm Wanddicke und 500kg/cm2 Festigkeit in Umfangs- und Längsrichtung wird auf 850 C 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/cm2 in allen Richtungen.
Beispiel 2
Ein Ausgangsrohr aus Polyvinylchlorid mit 200mm Durchmesser und 10 mm Wanddicke wird nach Verlassen des Mundstückes einer Strangpresse durch eine geeignete Temperiervorrichtung geführt und darin auf eine Temperatur von 1200 C 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 /0 Polyvinylchlorid und 20 ovo Weichmach er (Dioctylphthalat) wird ein Weich-PVC-Ausgangsschlauch mit 50mm Durchmesser und 1 mm Wanddicke hergestellt. Der Erweichungspunkt liegt bei 50 C, gemessen als Dämpfungsmaximum im Torsionsschwingungsversuch (ca. 1 Hz) nach Schmieder-Wolf. Die Festigkeit beträgt ca. 150 kg/cm2, die Bruchdehnung ca. 400 /o in Längs- und Umfangsrichtung.
Der Ausgangsschlauch wird bei 90" C durch Innendruck fortschreitend halbkugelförmig auf 250 mm Durchmesser aufgeblasen, gegebenenfalls getempert und dann abgekühlt; die Wanddicke beträgt ca. 40 y, entsprechend einem Reckverhältnis von 5 : 1 in Umfangsrichtung und 5 : 1 in Längsrichtung (Gesamtreckung 25:1). Nach Ablassen des Innendrucks schrumpft der gereckte, nicht getemperte Schlauch auf ca. 180 mm Durchmesser zurück; der getemperte Schlauch schrumpft dagegen nur geringfügig zurück. Die Bruchfestigkeit beträgt ca. 240 kg/ cm2, die Bruchdehnung 100-1500/0 in allen Richtungen.
Beim Wiedererwärmen auf ca. 100" C schrumpft der gereckte Schlauch auf ca. 80 mm Durchmesser und bei ca. 1300 C auf das Ausgangsmass von 50 mm Durchmesser zurück. b) In ähnlicher Weise kann der Ausgangsschlauch auch bei einer tieferen Temperatur als 900 C, z. B. bei 60 C, aufgeweitet werden. Die Festigkeit des gereckten Schlauches beträgt dann ca. 270 kg/cm2, die Bruchdehnung ca. 100 0/0.
Ebenso kann der Schlauch auch bei einer höheren Temperatur als 900 C, z. B. bei 1200 C, aufgeblasen werden; die Festigkeit ist dann ca. 200 kg/cm2, die Bruchdehnung 150 bis 200 O/o.
In analoger Weise können auch Weich-PVC Schläuche mit anderen Weichmacher-Konzentrationen aufgeblasen werden. Der Erweichungspunkt hängt vom Weichmachergehalt ab; er liegt, gemessen als Dämpfungsmaximum (wie oben) z. B. für 75 o/o PVC und 25 O/o Weichmacher (Dioctylphthalat) bei ca. 370 C, für 60 ovo PVC und 40 ovo Weichmacher (Dioctylphthalat) bei ca. 0 C.