Laminiertes Folienschichtgefüge und Verfahren zu seiner Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft ein laminiertes Folienschichtgefüge und einVerfahren zu seinerHerstel- lung aus zwei oder mehr Folien, von denen jede aus ausrichtbaren kristallinen Hochpolymeren besteht,
die Folien hauptsächlich in einer Richtung ausgerichtet und mit von Schicht zu Schicht variierender Richtung ihrer Ausrichtung laminiert sind. Geeignete Polymere zur Herstellung der Folien sind z. B. Polyäthylen, kristalli nes Polypropylen, Superpolyamide, Polyvinylidenchlorid und Polyäthylenterephthalat.
Die Herstellung der Schichtgefüge der genannten Art unter Verwendung eines Klebstoffs zur Vereinigung der Schichten ist bekannt und führt zu einem Material mit einer hohen Dehnungsfestigkeit und einem überraschend: hohen Reissfortpflanzungswiderstand. Der letztere jedoch schreitet nur beim Reissen nicht zu schnell fort.
Gemäss den bekannten Verfahren wurden schon Vorschläge zur Vereinigung ausgerichteter Schichten mittels Verschweissens gemacht, da man annahm, dass die Wahl des Schichtverfahrens, um am stärksten die Schichten zu vereinigen, eine einfache Angelegenheit sei. Wenn die Schichten jedoch miteinander ver schweisst wurden, wurde der Reisswiderstand verhält- nismässig gering.
Dass sich ein Schichtgebilde unter Verwendung von Klebstoff als wesentlich überlegener gegenüber einem solchen erweist, das verschweisst ist, was den Reiss- fortpflanzungswiderstand .anbetrifft, so wird angenom men, dass im ersten Fall die Schichten imstande sind, an den Stellen aufeinander zu gleiten, an denen ein Reissen auftritt.
Dies gestattet ein charakteristisches Fliessen der Polymermoleküle, das in jeder Schicht stattfindet und durch das das Einschneiden sich nach verschiedenen Richtungen hin in den verschiedenen Schichten entwik- kelt. In jeder Schicht wird die Richtung der Ausrichtung zur selben Zeit infolge der Reisskräfte geändert, was zu einer Verbesserung der Stärke der Schicht in Richtung der Kraft führt.
Wenn die Schichten jedoch fest miteinander ver schweisst sind, kann kein Gleiten der Schichten. aufein- arider stattfinden und das Material verhält sich folglich wie ein nichtgeschichteter Film, wenn eine Reisskraft vom Einschnitt ab einwirkt.
Bei der Herstellung von geschichtetem ausgerichte tem: Filmmaterial wurde immer druckempfindlicher Klebstoff verwenden Angewendet, in normalen dünnen Schichten, erzeugen diese Klebstoffe eine genügende geschmeidige Verbindung zwischen den Schichten, so lange die. Resskraftwirkungen verhältnismässig langsam vor sich gehen. Im Falle des Auftretens plötzlicher oder schlagartiger Reisskräfte sind diese Klebstoffe jedoch zu viskos, um der Wirkung zu folgen und das notwendige Gleiten zwischen den Schichten zu gestatten.
Die Verei nigung verhält sich dann ähnlich einer Verschweissung,. d. h, das Reissen kann nicht gestoppt werden.
Zur Erzielung, eines hohen Reissfortpflanzungswi-- derstandes selbst bei Schlageinwirkungen müssen die Schichten in der Lage sein, leichter aufeinander zu glei ten. Dies kann durch Herabsetzung der Viskosität des Klebstoffes erzielt werden, aber es wurde gefunden, dass- dies unpraktisch ist, weil eine zu geringe Verbesserung in bezug auf den Schlagwiderstand erhalten wird, da sich die Schicht während der normalen Verwendung leicht in, einzelne Schichten aufspaltet.
Es wurde auch ausgeführt, dass eine. gewisse Unabhängigkeit der Schichten in ihrer Arbeitsweise tatsächlich die besten Festigkeitseigen schaften in jeder Hinsicht ergibt.
In einem entsprechenden Verfahren zur Vereinigung der Schichten der in Frage stehenden Art wurde nun gefunden, dass man die Punktverschweissung in Kombi nation mit der Verwendung eines druckempfindlichen Klebstoffs mit niederer Viskosität anwenden kann. Das Ergebnis dieser Vereinigung ist ein überraschend hoher Reissfortpflanzungswiderstand selbst bei Schlageinwir kung.
Der Begriff der uPunktverschweissungn umfasst jede Art einer punktförmigen, wirklich festen Verbindung zwischen den Schichten, z. B. durch Hitze oder durch mechanische Einwirkung einschliesslich Ultraschall oder durch ein chemisches Verfahren einschliesslich Lösungsprozesse und die Verbindung mit Hilfe schnell polymerisierender Substanzen, wodurch feste Verbin dungen von Schicht zu Schicht gebildet werden.
Unter den Begriff fallen auch Formen einer festen Verbindung der Teile, die anders als Punkte sind, z. B. auch Streifen, die entweder parallel verlaufen oder ein Muster bilden.
Die punktförmige Verbindung ist jedoch im allge meinen bevorzugt mit Punkten mit einem Durchmesser von 0,1-5 mm, wobei der Abstand der Punkte etwa das 2- bis 20fache des Durchmessers beträgt.
Als druckempfindlicher Klebstoff findet zweckmäs- sig ein Klebstoff auf der Grundlage von natürlichem oder synthetischem Kautschuk Verwendung, z.
B. Poly- isobutyleu, das besonders geeignet ist, oder Polymere der Acryl- der Methacrylgruppe. Zur Erzierlung einer geringen Viskosität wird eine verhältnismässig grosse Menge an Plastiziermittel zugesetzt.
Ein anderes geeig netes Zusatzmittel ist mikrokristallines Wachs, durch das die Mischung leichter schmilzt und wodurch weiter hin das Kaltfliessen (Kriechen) des Klebstoffs vermieden wird, wenn nur schwache Deformationskräfte auf das Schichtgefüge einwirken.
Der Klebstoff wird natürlich angewendet bevor die Verschweissung stattfindet, aber normalerweise müssen die zu verschweissenden Oberflächenbereich sauber bleiben. Der Klebstoff wird folglich in einem Muster entweder auf einer oder beiden Oberflächen, die verei nigt werden sollen, angewendet und zu diesem Zweck ist eine Druckwalze oder ein anderes übliches graphisches Hilfsmittel geeignet.
Die Punktverschweissung kann unter Verwendung einer Reihe von Ultraschall- Hämmern , wie dies bei der Versohweissung von Kunststoffilmen bekannt ist, stattfinden, wobei jeder dieser Hämmer gegen einen Amboss , z. B. eine Walze, wirkt. Ein wesentlicher Punkt besteht darin, dass die Ultraschallverschweissung die Ausrichtung des gestreckten Films nicht herabsetzt, wenn die Intensität derselben und die Kühlung der Hämmer in geeigneter Weise eingestellt werden.
Nachfolgend wird eine andere Ausführungsform ge- mäss der vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Be zugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei die Einfachheit der Vorrichtung in Betracht zu ziehen ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung sind 1 und 2 Filme aus einem kristallinen Hochpolymeren, z. B. Polyäthylen, das durch eine Streckung nach bekannter Art ausgerichtet ist.
Der Film 1 folgt einer mit Hartgummi überzogenen Schichtwalze 3. Über dieser Walze befindet sich ein vibrierendes Spritzwerkzeug 4 für ein Quellmittel, das in seinem keilförmig ausgebildeten Boden eine Reihe fei ner Extrudierungsdüsen besitzt, die die ganze Breite des Films überspannen.
Die Vibration des Werkzeugs wird mit Hilfe eines pneumatischen Vibrators 5 erzeugt und die Frequenz wird durch Variation der Spannung einer Feder 6 eingestellt.
Vom Spritzwerkzeug 4 wird ein Lösungsmittel punktförmig auf den Film angewendet. Wenn der letz tere aus Polyäthylen besteht, kann heisses Xylol verwen det werden, das einen geringen Gehalt an gelöstem Polyäthylen als Dickungsmittel enthält. Die punktartige Anwendung erfolgt vermöge der Vibrationen, wobei ein Tropfen :beim Durchlaufen des Films von jeder Düse jedesmal bei Berührung des Films durch das Werkzeug aufgetragen wird.
Der Film 2 folgt einer anderen Schichtwalze 7, deren Oberfläche leicht gewellt ist. Die Wellen entsprechen den Düsen des Werkzeuges 4 in einer solchen Weise, dass ein Schichtdruck nur in jenen Längsstreifen des Films erzeugt wird, die die Tropfen des Lösungsmittels erhalten haben.
Über die Walze 7 ist ein Spritzwerkzeug 8 Dur Anwendung eines Klebstoffs. mit niederer Viskosität angeordnet. Dieser wird ge schmolzen und fliesst aus einer Reihe von Düsen, die in engem Abstand in dem keilförmig ausgebil deten Boden des Spritzwerkzeugs vorhanden und über die ganze Breite des Films 2 verteilt sind.
Während seines Durchlaufens unter dem Werkzeug wird der Film mit sehr schmalen Streifen von Klebstoff ver sehen, und die Vorrichtung muss in einer solchen Weise ' aufeinander abgestimmt sein, dass die Klebstoffstreifen zwischen die Lösungsmitteltröpfchen gebracht werden, wenn die Vereinigung der Filme stattfindet.
Des weite ren müssen die Grösse der Tröpfchen und die Tempera turen und der Schichtungsdruck der Geschwindigkeit des Films angepasst werden, um das Lösungsmittel an einem tiefen Eindringen in die Filme zu hindern und einen bedeutenden Teil der Ausrichtung zu zerstören. Das Lösungsmittel soll zweckmässig imstande sein, schnell eine verhältnismässig dünne Schicht auf der Oberfläche zu lösen.
Vermöge der gewellten Oberfläche der Walze 7 fin det die Punktverschweissung bei einem verhältnismässig hohen Druck statt und im wesentlichen ohne Verteilung des in schmalen Streifen angewendeten Klebstoffs. Mit Hilfe eines Walzensatzes 9 und 10 werden die Klebstoff streifen jedoch auf dem gesamten oder nahezu gesamten Bereich ausgebreitet, auf dem die Schichten noch nicht durch die Punktverschweissung vereinigt worden sind.
Schliesslich durchläuft das fertige Schichtgefüge einen Satz von Kühlwalzen 11 und 12, bevor es auf eine Spule aufgerollt wird. Diese Kühlung ist geeignet, um eine innige Berührung zwischen den Filmen und dem Lösungsmittel und dem Klebstoff zu erzielen, wenn die Filme vor der Schichtung erhitzt werden, wie dies durch die Heizelemente 13 und 14 dargestellt ist.
Die Schichteinheit kann leicht unter Verwendung einer gleichzeitigen Schichtung von drei Schichten ver stärkt werden, wie nachfolgend näher beschrieben wird.
Es werden drei Filme verwendet, von denen jeder 20 ,u dick ist, die aus hochverdichtetem Polyäthylen (d = 0,96) bestehen und ausgerichtet sind durch Streckung bei Raumtemperatur. Das Streckenverhältnis beträgt 4:1 und die Richtung der Ausrichtung bildet in jeder Schicht Winkel von 60 C in Bezug auf die beiden anderen Schichten.
Zur Verklebung wird Polyisobutylvinyläther mit einem Molekulargewicht von etwa 60 000 verwen det, dem weiterhin ein Plastiziermittel zugesetzt ist, das aus Polyisobutylen mit einem verhältnismässig geringen Molekulargewicht, z. B. etwa 3000 besteht und ferner ein mikrokristallines Wachs, wobei die Mischverhält- nisse 3:1:1 betragen.
Zweck des Zusatzes des Wachses ist es, ein kaltes Fliessen im Klebstoff zu verhindern, wenn dieser nur geringen Scherspannungen unterworfen wird.
Für die Punktverschweissung wird Xylol verwendet, in welchem 2 % Polyäthylen gelöst ist. Das letztere dient als Dickungsmittel, und die Lösung wird bei einer Tem peratur von 120 angewendet.
Die Tröpfchen werden in einem Abstand von 1 cm niedergeschlagen und der Klebstoff wird in den Abstän den zwischen den Tröpfchen aufgetragen, wobei. der wechselseitige Abstand der Streifen 2 mm, gemessen von Mitte zu Mitte, beträgt. Es werden etwa 5 g Kleb stoff pro m2 angewendet.
Anstatt der Verwendung eines Lösungsmittels zur Durchführung der Punktverschweissung kann auch eine Reihe von Flammen verwendet werden zur Berührung jeder der zu vereinigenden Oberflächen unmittelbar vor der Schichtung. Diese Behandlung kann stattfinden, wenn beide Schichten auf den Schichtwalzen liegen und es ist wesentlich, dass ein Schmelzen nur innerhalb einer verhältnismässig dünnen Schicht in jeder der Lagen stattfindet. Dieses Verfahren ist vorteilhaft, wenn keine hohen Schichtgeschwindigkeiten verlangt werden.
Schliesslich kann die Punktverschweissung ohne Zerstörung der Ausrichtung unter Anwendung leicht polymerisierender Substanzen durchgeführt werden, z. B. Cyanmethylacrylat oder Vinylidendicyanid. Diese können auf eine der Schichten mit Hilfe einer Druck walze angewandt werden und der Klebstoff kann auf die andere Schicht mit Hilfe einer anderen Druckwalze auf getragen werden.
Die Polymerisation findet statt, wenn das Schichtgefüge .auf eine Spule aufgerollt und gelagert ist oder das Schichtgefüge kann wechselweise vor dem Aufrollen durch eine Lagerungszone laufen.