DE1404397B2

DE1404397B2 - Verfahren zum kontinuierlichen herstellen einer biaxial orientierten thermofixierten filmbahn aus polyaethylen terephthalat

Info

Publication number: DE1404397B2
Application number: DE19591404397
Authority: DE
Inventors: David Lennart Richfield Minn. Marcelius (V.St.A.). B29d 9-00
Original assignee: Minnesota Mining and Mfg. Co., St. Paul, Minn. (V.StA.)
Priority date: 1958-03-20
Filing date: 1959-03-18
Publication date: 1971-11-04
Also published as: DE1404397A1; GB922481A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum konti- Filmbahn nur geringfügig verringert wird, gleich-

nuierlichen Herstellen einer biaxial orientierten, ther- mäßiger Dicke erhalten.

mofixierten Filmbahn aus Polyäthylenterephthalat, Die erfindungsgemäß hergestellten Filmbahnen blei-

bei dem zunächst die Filmbahn biaxial verstreckt ben überraschenderweise unter der Einwirkung von

wird und danach nochmals in Längsrichtung mit 5 Hitze abmessungsstabil, ohne daß noch eine an-

einem Verstreckungsverhältnis von mindestens 1,5 schließende Thermofixierung durchgeführt zu werden

und bei einer Temperatur zwischen 150 und 220°C braucht,

nachverstreckt wird. Bei der erfindungsgemäß durchgeführten konti-

Biaxial orientierte Filmbahnen aus Polyäthylen- nuierlichen Wärmefixierung und weiteren Orientierung

terephthalat werden seit vielen Jahren eingesetzt, io eines biaxial orientierten Polyäthylenertephthalatfilms

wenn eine hohe Festigkeit, gleichbleibende Abmes- wird eine Reihe von parallelen glatten und zylindri-

sungen, eine gleichmäßige Dicke und Beständigkeit sehen Führungswalzen verwandt. Der Abstand zwi-

gegen Hitze und andere ungünstige Umgebungsein- sehen den Mantelflächen der Führungswalzen bzw.

flüsse erforderlich sind. Wegen dieser wertvollen Eigen- die von der Filmbahn zwischen zwei aufeinander-

schaften wurden biaxial orientierte Filmbahnen aus 15 folgenden Walzen frei durchlaufene Wegstrecke be-

Polyäthylenterephthalat z. B. als Unterlagen für trägt hierbei nicht mehr als etwa 20 % der Filmbreite.

Magnettonbänder verwendet. Seit langer Zeit hat man Die Oberfläche der Schlußführungswalze wird bei

versucht, Filmbahnen mit noch größerer Festigkeit einer Temperatur nicht oberhalb von 25° C und die

herzustellen, um die Unterlagen noch dünner be- Oberfläche der anderen Führungswalzen bei der

messen zu können, damit auf eine Spule gegebener 20 Wärmefixierungstemperatur des Films oberhalb 150° C

Größe ein Magnettonband mit noch größerer Länge gehalten. Die Filmbahn wird der Walzenreihe mit

aufgespult werden kann. konstanter Geschwindigkeit zugeführt, über ihre ge-

Bei einem der bekannten Verfahren zum konti- samte Breite mit jeder Walze in Berührung gehalten

nuierlichen Herstellen von Filmbahnen aus Poly- und durch die Walzenreihe, die mit einer konstanten

äthylenterephthalat mit hoher Zugfestigkeit werden 25 Auslaßgeschwindigkeit arbeitet, die größer als die

die Filmbahnen zunächst biaxial verstreckt und danach Zuführungsgeschwindigkeit ist, gestreckt. Wesentlich

nochmals in Längsrichtung nachverstreckt. Dieses ist, daß die Filmbahn nach Erreichung der ge-

Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß die so wünschten hohen Wärmefixierungstemperatur unter

hergestellten Filmbahnen Verdickungen an den Rän- Aufrechterhaltung der in Längsrichtung angreifenden

dem aufweisen können, da die Filmbahnen beim 30 Streckkräfte auf eine Temperatur nicht oberhalb von

Längsverstrecken eine Verminderung in ihrer Breite 25° C abgeschreckt wird, solange sie sich noch in

erfahren haben. Außerdem haben diese Filmbahnen Kontakt mit den Führungswalzen befindet. Falls

bei einer Erwärmung eine Neigung zum Schrumpfen. durch eine einzelne kalte Führungswalze keine aus-

Beim Herstellen von in ihrer Längsrichtung ver- reichende Abschreckung des Films erreicht wird,

streckten Filmbahnen aus Polyäthylenterephthalat 35 kann eine zusätzliche weitere kalte Walze oder mehrere

ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem man, zur Anwendung kommen.

um eine Breitenverminderung der Filmbahnen beim Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der

Längsverstrecken zu vermeiden, die Filmbahnen beim Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert.

Längsverstrecken zwischen mehreren achsparallelen In der F i g. 1 ist eine Vorrichtung zur kontinuier-

und mit entgegengesetztem Drehsinn umlaufenden 40 liehen Wärmefixierung eines orientierten polymeren

Walzen hindurchführt und wobei die Filmbahnen die Films unter gleichzeitiger Reckung dieses Films und

mit einem geringen Abstand ihrer Mantelflächen in

angeordneten Walzen teilweise umschlingen. F i g. 2 eine weitere Ausführungsform schematisch

Zur Vermeidung des Schrumpfens beim Abkühlen dargestellt.

einer verstreckten Filmbahn aus Polyäthylentere- 45 In F i g. 1 hält eine Zufuhrrolle 10 einen langen

phthalat ist es bekannt, die Filmbahn beim Kühlen Abschnitt einer Filmbahn 11, der zuvor durch Recken

unter einer solchen Spannung zu halten, bei der kein bei einer Temperatur etwas über seiner Glastemperatur

Schrumpfen auftritt. bis auf das etwa 3fache ihrer ursprünglichen Dimen-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das sion in jeder Richtung biaxial orientiert, jedoch nicht

eingangs geschilderte Verfahren dahingehend zu ver- 50 thermofixiert worden war. Ein Klemmwalzenpaar 12,

bessern, daß die erzeugten Filmbahnen bei einer dessen größere Walze mit einer federnden Gummium-

möglichst gleichmäßigen Dicke über ihre Breite keine mantelung versehen ist, zieht die Filmbahn 11 von

Neigung zum Schrumpfen oder zur Bildung von der Zufuhrrolle 10 und dient zusammen mit ange-

Runzeln aufweisen. triebenen Zuführungswalzen 13 dazu, eine konstante

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Film- 55 Zufuhrgeschwindigkeit an Walzen 14, 15 und 16 anbahn beim Nachverstrecken zwischen mehreren achs- zulegen. Sobald die Filmbahn 11 von der Zufuhrparallelen und mit entgegengesetztem Drehsinn um- rolle 10 gezogen ist, beschneiden Messer 17 die Ränder laufenden Walzen hindurchgeführt wird, wobei die der Filmbahn 11, um saubere Kanten zu gewährleisten, Filmbahn die mit einem geringen Abstand ihrer Man- da Kantenunregelmäßigkeiten Ursache für eine Zertelflächen angeordneten Walzen teilweise umschlingt, 60 reißung der Filmbahn 11 sein können. Angetriebene und daß die Filmbahn unter Aufrechterhaltung der Auslaßwalzen 18 und Klemmwalzen 19, deren gröin Längsrichtung angreifenden Streckkräfte über eine ßere ebenfalls gummiert ist, dienen zum Ziehen der oder mehrere Kühlwalzen geführt und dabei auf eine Filmbahn durch eine von den Walzen 14, 15 und 16 Temperatur von etwa 25° C abgeschreckt wird. gebildete Walzenreihe und zum Anlegen einer kon-

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bi- 65 stanten Auslaßgeschwindigkeit, die größer als die axial orientierten Polyäthylenterephthalatfilmen Filme Zuführungsgeschwindigkeit ist. Die Kanten der Filmhoher Festigkeit, guter Abmessungsstabilität und, da bahn 11 werden nach dem Verstrecken durch Messer20 beim erfindungsgemäßen Verfahren die Breite der abgeschnitten, die entsprechend der zulässigen ToIe-

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ranzen hinsichtlich der Dicke des Filmproduktes Umgebungstemperaturen ab. Die Zugwalzen 26 wer-

eingestellt sind. Das erhaltene Produkt wird zwecks den mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben,

Lagerung in Rollenform aufgewickelt. z. B. mit der 5- bis 6fachen Geschwindigkeit der Zu-

Jede der Walzen 14, 15 und 16 und auch die erste f ührungswalzen 24. Hierbei wird die Filmbahn 21 in der angetriebenen Auslaßwalzen 18 ist aus einem 5 Längsrichtung gestreckt.

wärmeleitenden Material, wie z. B. verchromten Stahl, Die angetriebenen Zugwalzen 26 dienen auch als hergestellt und mit einem Hohlraum versehen, durch Zuführungswalzen für einen zweiten Satz von Leerden eine Flüssigkeit zwecks Wärmeaustausch stetig laufwalzen 27, 28 und 29, die denjenigen 14, 15 bzw. in Umlauf gesetzt wird. Die Beheizung kann z. B. 16 in F i g. 1 hinsichtlich Konstruktion, Größe, Abdurch erhitztes öl so erfolgen, daß die Oberflächen- io stand und Betriebstemperatur entsprechen. Ein Satz temperatur der Walzen bei etwa 200° C gehalten wird, von angetriebenen Auslaßwalzen 30 und angetriebewährend die Walze 16 und die erste der Auslaßwalzen nen Klemmwalzen 31 stellen eine konstante Filmaus-18 durch Wasserkühlung bei 25° C gehalten werden. traggeschwindigkeit ein und transportieren die FiIm-Jede dieser Walzen hat einen Durchmesser von etwa bahn 21 zu Messern 32, die die wulstigen oder ge-11,5 cm mit Ausnahme der Walze 14, die ungefähr 15 bördelten Kanten wegschneiden. Danach wird die zweimal so groß ist. Aufeinanderfolgende Walzen Filmbahn 21 zwecks Lagerung in Rollenform aufgein den Reihen befinden sich in einem Abstand von wickelt,
etwa 1 mm voneinander. So durchläuft die Filmbahn 11 frei eine Wegstrecke zwischen den kleineren
Walzen 15, 16 von etwa 21,6 mm und zwischen der 20
großen Walze 14 und der ersten kleineren Walze 15
von etwa 26,5 mm. B e i s ρ i e 1 1

Es wurde festgestellt, daß der Grad der Einschnürung der Filmbahn 11 sich dem Verhältnis der

von der erhitzten Filmbahn 11 zwischen den Walzen 25 Eine Rolle eines Polyäthylenterephthalatfilms, der

frei durchlaufenen Wegstrecke zur ursprünglichen zuvor in jeder Richtung biaxial auf das 3fache ver-

Filmbreite nähert. Als Einschnürung wird die durch streckt und hitzegehärtet war, wurde durch eine Appa-

eine Längsstreckung hervorgerufene Verringerung ratur nach F i g. 1 geführt, die jedoch nur vier erhitzte

der Breite bezeichnet. Wird der Abstand zwischen den Spannwalzen aufwies, die je einen Durchmesser von Walzen 14, 15, 16 größer, dann neigt die Filmbahn 11 30 etwa 11,43 cm hatten und auf eine Temperatur von

zu einer Verringerung der Breite und es ergibt sich eine etwa 205° C erhitzt waren. Die Auslaßwalzen wurden

geringere Dickenverminderung. Stehen die Walzen bei einer konstanten Geschwindigkeit von 6,1 m/min

dichter aneinander, dann ist die Strecke, die der betrieben und die Zufuhrwalzen so eingestellt, daß sich

Film zwischen den Walzen frei durchläuft, geringer verschiedene Verhältnisse von Auslaß-zu Zuführungsund die Verstreckungsspannungen sind mehr konzen- 35 geschwindigkeit ergeben. Die Abschreckung erfolgte

triert. Bei Wärmefixierungstemperaturen über etwa auf 25° C.

150°C haftet jedoch die Filmbahn 11 stärker an den Alle Filmprodukte dieses Beispiels waren in der erhitzten Walzen, und der gesamte Streckungsvorgang Mitte etwas dünner als an den Kanten. Da z. B. als beschränkt sich praktisch auf die nicht gestützte Film- Trägerteil eines Magnettonbandes, für den sich fläche. Vorzugsweise beträgt der Mantelabstand zwi- 40 besonders nochmal gedehntes Polyäthylenterephthalat sehen den Walzen etwa 5 bis 10 %> in keinem Falle (vorzugsweise mit einer Dicke von etwa 0,0254 mm aber weniger als etwa 2⁰I₀, der ursprünglichen Film- oder geringer) eignet, nur eine sehr geringe Dickenbreite, abweichung zugelassen werden kann, bemüht man

Der Film wird auf etwa 25° C abgeschreckt, ehe er sich, durch nochmalige Streckung die Abweichungen die erste der angetriebenen Auslaßwalzen 18 verläßt. 45 bis auf ± 1 % ^zu bringen. In den Tabellen Al und A2 Diese Wärmefixierung wird ohne Verschlechterung ist der Teil der Gesamtbreite des doppelt gestreckten anderer Eigenschaften bewirkt; obgleich die Film- Filmproduktes, der diesen Anforderungen genügt, bahn 11 sich nur geringfügig in Breitenrichtung ein- in Prozenten angegeben. Die prozentuale Einschnüschnürt, erfährt sie eine Zunahme in der Dicke und rung der Breite ist für jede Probe, bezogen auf die wird in dem zentralen Flächengebiet etwas dünner als 50 Filmbreite von 49,5 cm nach dem Beschneiden mit an ihren Kanten. Werden Zuführungs- und Auslaß- den Messern 17, in der Tabelle angegeben,
geschwindigkeit verdoppelt, dann erreicht der Film In den Tabellen Al und A2 finden sich auch Aneine etwas niedrigere Höchstemperatur, und entweder gaben über die Wärmeschrumpfung, die nach zweimuß die Walze 14 einen etwas größeren Durchmesser minutigem Aufbewahren der Filmstreifen in einem haben oder die Temperatur des durch sie zirkulieren- 55 Ofen mit Luftumwälzung erhalten wurden. Die den Öles muß gesteigert werden. Schrumpfung war praktisch innerhalb 30 Sekunden

Nach F i g. 2 wird eine schmelzflüssige polymere beendet, ein weiteres Einwirkenlassen der gleichen

Filmbahn 21, vorzugsweise mit gebördelten oder Temperatur hatte nur einen geringen Effekt,

wulstigen Kanten, auf eine umlaufende Abschreck- In den Tabellen Al und A2 sind Werte angegeben,

walze 22 in Strangform ausgepreßt und von dieser bei 60 die durch Prüfung eines 2,54 cm breiten Filmstreifens

konstanter Geschwindigkeit mittels angetriebener auf einem Spannungsmeßgerät bei einem anfänglichen

Klemmwalzen 23 und Zuführungswalzen 24 zu einer Einspannklemmenabstand von 2,54 cm, einer relativen

Reihe von Leerlauf walzen 25 gezogen. Durch die Klemmenbewegung von 2,54 cm/min und bei 25 ⁰C

Leerlaufwalzen 25 zirkulierende heiße Flüssigkeit hält erhalten wurden. Die Dehnungswerte bei 5 °/oig^er

deren Oberflächentemperatur bei oder etwas über 65 Dehnung sind bedeutungsvoll, da orientiertes PoIy-

der Glastemperatur der Filmbahn 21, und eine durch äthylenterephthalat häufig beim Gebrauch eine elasti-

die erste von fünf angetriebenen Zugwalzen 26 strö- sehe Dehnung bis zu 5 % erfährt. Die Zugfestigkeiten

mende kalte Flüssigkeit schreckt die Filmbahn 21 auf sind in kg/cm² angegeben.

Tabelle Al

Ausgangsfilm

Verstreckungsverhältnis

Filmdicke in mm

Breiteneinschnürung

Filmbreite innerhalb ± 1 °/o Dickenabweichung

Schrumpfung bei 95° C

Schrumpfung bei 150°C

Zugfestigkeit bei 5 °/_oiger Dehnung (kg/cm²) ...

Zugfestigkeit bei Bruch (kg/cm²)

Bruchdehnung

0,074

0,2%

1,0%
1012

1560
292%

1,5
0,057
13,8%
25,0%
2,2%
8,4%
1166
2450
153%

1,7

0,051

16,4%

33,1%

3,0%

7,8%

1,9

0,045

15,4%

44,8%

3,0%

5,6%

1532

3500

94%

Tabelle A2

Ausgangsfilm

Verstreckungsverhältnis

Filmdicke in mm

Breiteneinschnürung

Filmbreite mit ± 1 % Dickenabweichung ..

Schrumpfung bei 95° C

Schrumpfung bei 150° C

Zugfestigkeit bei 5 %iger Dehnung (kg/cm²)

Zugfestigkeit bei Bruch (kg/cm²)

Bruchdehnung

0,074

0,2%
1,0%
1012
1560
292%

2,1

0,0039
12,3%
52,6%

3,6%
11,0%

2,3

0,036

10,8%

66,1%

3,6%

10,8%

2590

4386

32%

Wenn der biaxial orientierte Ausgangspolyäthylenterephthalatfilm des Beispiels 1 mit einer Temperatur der Leerlaufwalzen von nur 107° C und mit einem Verstreckungsverhältnis von 1,7, ansonsten aber unter den Bedingungen nachgedehnt wurde, bei denen die Werte der Tabellen Al und A2 erhalten wurden, hatten 54,4 % der Breite des entstandenen Films eine Dickenabweichung von ± 1%· Die Schrumpfung des Films war dann bei 95⁰C 13,0%, bei 150°C 37,4 %. Dies zeigt, daß eine vorhergehende Thermofixierung durch weitere Streckung zerstört wird und beweist die überlegenen Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Filmbahnen.

Beispiel 2

Ein Polyäthylenterephthalatfilm wurde zuerst um das 2,73fache in Längsrichtung gereckt und dann auf etwa das 3fache in der Querrichtung gereckt, worauf dann der biaxial orientierte Film durch einen Wärmefixierungsofen geführt wurde, dessen Lufttemperatur etwa 238° C betrug. Dieser Film wurde auf eine Breite von 58 cm beschnitten und dann bei den nachfolgend angegebenen Temperaturen gereckt und wärmefixiert, worauf er auf Raumtemperatur von etwa 23° C abgekühlt wurde. Bei jeder Temperatur wurde zunächst eine niedrige Ziehgeschwindigkeit angewandt, die allmählich gesteigert wurde, bis der Film brach, worauf die Ziehgeschwindigkeit gerade so weit verringert wurde, daß der Film sicher ohne Bruch gereckt werden konnte. Die physikalischen Eigenschaften der erhaltenen Produkte bei dem angegebenen Verstreckungsverhältnis bei jeder Temperatur sind in Tabelle B zusammengefaßt.

	Ausgangsfilm	Tabelle B	Weiterhin gereckter Film	96°C 1,5 27	157° C 1,75 22	179° C 1,85 20	207° C 2,0 18	234° C 1,8 20
	37		79% 23,9% 2200	78% 23,7% 2800	77% 17,1% 3040	92% 10,5% 3330	90% 6,1% 2670
Temperatur	110/ 1550
Verstreckungsverhältnis
Filmdicke in Mikron
Ausbeute an flachem Film, be zogen auf die abschließende Filmbreite
Längsschrumpfung bei 15O⁰C Zugspannung beim Bruch (kg/cm²)

Die erfindungsgemäß erhältlichen Filme sind auch als Reißstreifen zum Aufmachen von Verpackungen geeignet. Durch Auftragen von schimmernden und glänzenden Überzügen, z. B. aus Metall, und durch folgendes Schnitzeln in schmale Streifen erhält man feste dekorative Fasern, die man in Geweben ver-

wenden kann. Insbesondere eignen sie sich für die Herstellung von Aufnahmebändern schmälster Breite für Magnettongeräte.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer biaxial orientierten, thermofixierten Filmbahn aus Polyäthylenterephthalat, bei dem zunächst die Filmbahn biaxial verstreckt wird und danach in Längsrichtung mit einem Verstreckungsverhältnis von mindestens 1,5 bei einer Temperatur zwischen

150 und 220⁰C nachverstreckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmbahn beim Nachverstrecken zwischen mehreren achsparallelen und mit entgegengesetztem Drehsinn umlaufenden Walzen hindurchgeführt wird, wobei die Filmbahn die mit einem geringen Abstand ihrer Mantelflächen angeordneten Walzen teilweise umschlingt, und daß die Filmbahn unter Aufrechterhaltung der in der Längsrichtung angreifenden Streckkräfte über eine oder mehrere Kühlwalzen geführt und dabei auf eine Temperatur von etwa 25 ⁰C abgeschreckt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 545/359