DE1504608A1

DE1504608A1 - Verfahren zur Herstellung von biaxial orientierten Polypropylenfolien

Info

Publication number: DE1504608A1
Application number: DE19621504608
Authority: DE
Inventors: Kahn Harry A; Henze Edward D
Original assignee: National Destillers and Chemical Corp
Current assignee: Millennium Petrochemicals Inc
Priority date: 1961-11-28
Filing date: 1962-11-02
Publication date: 1969-05-08
Also published as: GB964627A; LU42712A1; DE1504608B2

Description

Verfahren zur Herstellung von biaxial orientierten Polypropylenfolien

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von biaxial orientiertem Polypropylen» wobei man eine Bahn des äusgepressetn Polypropylenharzes mit einem Gehalt an isotaktiachem Polypropylen von mehr als 70 Qew.£ bei erhöhter Temperatur» welche 28° C nicht Überschreitet, aus einer Strangpresszone unter Recken in Längsrichtung extruälert und dann in einem Kühlmedium abkühlt, welches im geringen Abstand vom Auetrittspunkt der Bahn aus der Austrittszone liegt» worauf nach der Abkühlung eine Längs- und Querreekung vorgenommen wird.

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Neue Unterlagen (Art7 ii aj* 2 w. 1 s«z ^

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Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der französischen Patentschrift 1 233 240 bekannt. Bei der Polypropylenfolie wird die biaxiale Orientierung« d· h. Orientierung in in Längs- wie auch in Querrichtung bevorzugt« da eine Folie, die nur in der einen Richtung gereckt worden ist, zwar in der Reckrlehtung verbesserte Eigenschaften ergibt» aber in der Richtung« in der keine Orientierung erfolgt ist, eine unerwünschte Verminderung wichtiger Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Reissfestigkeit, Schlagfestigkeit und Dehnung zeigt. Durch die Verschlechterung solcher Eigenschaften, selbst in nur einerRichtung* kann die Falle koaaner- 7AeIl gesehen beträchtlich an Xmt^i'esse verlieren. Man benötigt datier auf ülm&m Geblüt ein wirkungsvolles« geringe Kosten verursachende?! Verfahren« um die Polypropylenfolie sowohl In dor Lings- als auch in der Querrichtung unter Bildung eines biaxial orientierten Folienproduktes zu orientleren·

Der Stand der Technik kennt zwar Orientierungsverfahren« bei denen eine schlauchförmig^ Thermoplaetfolle eingesetzt und ein® kontinuierlich laufende Thermoplast-Flachfolle oder -Pollenbahn gleichzeitig in Längs und Querrichtung gereckt wird« aber ein wichtiges technisches !Verfahre» besteht darin, eine laufende Therteoplasthahn oder -folie nacheinander« zuerst in der einen

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und dann in der anderen Richtung zu recken, wobei gewöhnlich zuerst eine Orientierung in der Lungs- oder Maschinenrichtung und darauf eine Quer« oder Seitenorientierung erfolgt. Bei der Anwendung der letztgenannten Arbeitsweise zur Erzielung einer biaxialen Orientierung der das kristalline Polypropylen bildenden MakromolekUlketten in der Polienebene haben sich erhebliche Schwierigkeiten ergeben* So hat sich 2. B. gezeigt, dass durch die Querreckbehandlung die während der Längsreokung erhaltene Orientierung verschlechtert wird. Es hat sich weitter gezeigt, dass dieser unerwünschte Effekt direckt proporional zu dem Betrag der in der zweiten Stufe durchgeführten Querreckung stSrker wird. Wenn man zur Vermeidung der Verschlechterung der LSngsorientierung die Querreckung an dem Punkte aufhören lässt, an welchem die Eigenschaften der Polypropylenfolie in der Längs- und in der Querrichtung ungefähr äquivalent sind, besitzt das Folienprodukt eine unerwünschte Beschaffenheit, die sich aus lokalisierten Reckungen ergibt, und ist es technisch

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nicht annehmbar. Biese Erscheinung wird von der Neigung des Polypropylens zur Reekung unter Bildung eines Reakhalees oder einer.. Linie verursacht;, so daas es ein ReckminOestverhriltniö gibt» unterhalb dem keine glatte Folie erzielbar let» Darüberhinaus . führt bei einer starken Orientierung in der Maschinenrichtung mit dem Ziel* der Verschlechterung der Eigenschaften in der folgenden Reekstufe entgegenzuwirken_v die anschliessende Querreckung auch su einer unerwünschten Spaltung der Polypropylenfolie

Man hat schon einige der vorstehenden, in Zusanmenhang mit biaxialeri Orientierungen auftretenden Probleme erkannt, und im aiiß&neinen versucht;, -sie durch Entwicklung gewisser Sonderbehandlungen zu lösen , So iöt vorgeschlagen worden, die Folie su^aramensupreosen, indem man sie in einer oder mehreren Stufen und in einer oder mehreren Richtungen walzte Es tet sich dann gezeigt, dass eine solche Arbeit nicht nur zeitraubend, sondern auch recht komplexer Natur ist Nach einem anderen Vorschlag sollen dem Polymerisatharz vor dem Auspressen gewisse Weichmacher oder Quellmittel einverleibt werden. Diese Arbeitsweise hat den Nachteil, eine Veränderung der Folieneigenöchaften in einer Welse zu ergeben, dass die Folie bei vielen Verpackungsarbeiten nicht mehr verwendet werden kann Ausserdern erfordert diese Arbeitsweise eine gesonderte und schwierig durchführbare Arbeltsßtufe, in «elcher der Weicnma-

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eher oder das Quellmittel entfernt wird·

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Gründe, das Herstellungsverfahren für biaxial orientierte Polypropylenfolien derart zu verbessern* dass gleichzeitig mit einem hohen Wert für die Zugfestigkeit in Längs- und Querrichtung auch hohe Werte für die Bruchdehnung in beiden Riehtungen erzielt werden·

Das erfindungsgemSsse Verfahren ist dadurch gekennzeichnet« dass zur Erzielung einer maximalen Schmelzorientierung das angewandte Reckverhältnis für die aus der Düse austretende Folie« welche eine Dicke zwischen etwa 1 und 1,5 mai aufweist« mindest ens etwa 7 : 1 beträgt und die Oberfläche des Kühlmittels im wesentlichen von Wellen- und Kräuselblldung frei in einem kritischen Abstand von 0,95 bis 2,5Q cm vom Austrittspunkt der Bahn aus der Auspresszone liegt, um dadurch einen Verlust der Schmälzorientierung zu verhindern.

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In weiterer Ausgestaltung des erflndungsgemässen Verfahrens zieht man die ausgepresste Bahn aus der Abschreckflüssigkeit und in Längsrichtung bei einer Temperatur von etwa 93 tois 1^9° C und reckt bei einem Reokverhältnis von etwa 1,2 t 1 bis 1,6 s 1* erhitzt die 3Sngsgereckfce Bahn unter LMngsspannung auf etwa 121 bis I4o° C₅ reckt die erhitzte l&ngsger@ckte Bahn, unter Längsspannung bei etwa 93 fels 14-9° C in der Querriehtung unter Erzielung eines HeokverhEltnlsses von etwa 6 t 1 bis 12 s I und kühlt die so erhaltene« biaxial orientierte Folypropylenfolle auf etwa Umgebungstemperatur ab«

Das Ausgangsgut, die aufeinanderfolgenden Arbeitsstufen und die Arbeitsbedingungen geaSss der Erfindung sind nachfolgend im einzelnen beschrieben.

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Man kann als Ausgangsgut das im Handel verfügbare Polypropyleriharz verwendenο Das Polypropylenharz hatim allgemeinen einen ASTM-Schmelzindex (Fliessgeschwindigkeit) von etwa 4 bis 7 g/10 Sek. bei 230° C, einen Gehalt an isotaktischem Polypropylen von Eiehr als etwa 7C Gew.fS» vorzugsweise zwischen etwa 85 und 90 Gew.9Sj und eine Viscositätezahl (intrinsic viscosity) von etwa 1,0 bis 4,Q_t vorzugsweise etwa 2,0 bis 2,5= Diesen Spezifikationen genügende, geeignete Pölypropylenharze sind z. Bo unter den Yfarenzeichen "Profax", "Escon'V'Tenite" «ew^, im Handel,

Das Aufcigangsgut kann zwar im wesentlichen von frischem (noch nicht verarbeiteten) Polypropylenharz gebildet werden» aber es hat £?ich gezeigt ρ dass man zur Bildung des Ausgangsgemischs wesentliche Mengen an Polypropylen-Abfall einsetzen kann, So kann das Auagangsgemisch 0 bis 80 Gew^_s unter, den gewöhnlichen

Bedingung»»* etv.-ü 20 bia 45 Gew_o^_e Polypropylen-Abfalliaaterial enthalten -

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Der beim Hersteller der abfallhaltigen Ausgangsgemieehe verwendete Polypropylen-Abfall kann bei den Beschneidungen, die bei deft Verfahren gem&as der Erfindung durchgeführt werden ₉

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oder von nicht die jeweils gewünschte Qualität aufweisenden Polypropylenfolienprodukten wie auch aus vielen anderen Quellen erhalten \ierden. Die Möglichkeit des Einsatzes von Abfall bei dem Verfahren gemUss der Erfindung stellt ein anderes wichtiges Merkmal mit offensichtlichen wirtschaftlichen Vorteilen dar·.

Aus pressung

Das Polyproyylen-Ausgangsmaterial oder -Gemisch wird auf herkömmlichen Vorrichtungen bei Temperaturen im Bereich von etwa 177 bis 288° C ausgepresste Die Auspreesung wird so durchgeführt„ dass die Temperatur an der Düse etwa 177 bis 288° G und der Druck in der Düse etwa 35 bis 141 kg/cm beträgt«. Die Dicke der ausgepressten Bahn oder Folie liegt im Bereich von etwa 1 bis 1 1/2 mm und betrögt vorzugsweise das etwa Acht- bis Zwölffache der Dicke der abgekühlten ausgepressten Bahn«

Unmittelbar nach eiern Auspressen wird die Polypropylenbahn oder -schicht einer Reckung bei einem Herunterreck-IIindestverhältnie von mindestens etwa 7 : 1 und vorzugsweise etv-a 10 : 1 bis 12 : 1 unterworfen, um in der Bahn eine maximale Fliese- oder Sohöelzorientierurig zu erreichen» Man arbeitet vorzugsweise

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bei höheren Eerunterreckverhältniesen, und das Verhältnis von 12 :■ 1i stellt keine kritische obere Grenze dar Das Herunterreckverhältnis wird erreicht, indem man die abgekühlte Bahn mit. höherer Lineargeachwinditkeit abzieht als die Bahn aua den Düsenaustrittsrändern hervortritt;, Die geschmolzene Bahn wird hierdurch rasch gereckt und verdünnt, wobei sich ein hoher Grad an Seher» und Pliessorientierung ergibt, Durch rasches Abschrekken wird die Fliessorientierung bewahrt und ein übergehen der MolekUlketten durch thermische Bewegung in eine zufallsmäesige Anordnung verhindert, Die Dicke der Bahn liegt nach dem Herunterrecken und Abschrecken im allgemeinen im Bereich von etwa 0,05 bis 0,5 m.

Abschreckung '

Me ausgepresste Polypropylenbahn wird abgeschreckt, indem man sie in ein Wasserbad einführt, wobei die Oberfläche dee Wassere ouer einer sonatigen Abschreckflüssigkeit in einem Abstand von etwa ΐ_Ρ6 mm bis 5»1 cm_e vorzugsweise etwa 91/2 mm bie 2 1/2 ce von der Düse gehalten wird,. Eine sorgfältige Lenkung in Bezug auf diesen Abstand stellt ein wesentliches Merkmal der Erfindung dar. Bei einem Abstand von weniger als 1,6 mm fällt eine übermassig trübe Polypropylenfolie an, während bei einem Abetand von mehr als etwa 5,1 cn keine genügende Schnei»Orientierung während der Auspressung erzielt und eine Polypropylenfolie erhalten wird» die in der Maschinen- oder Längsrichtung usiangeeessen schwach ist, deren Bruch bei Aufwickel- und Aufsohlitaarbeiten eicja.^,

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schwer vermeiden lässt und die. beim Verpacken bei Einwickeln arbeiten laicht Spaltungen unterliegt.

Die Erzielung der Schmelzorientierung während der Auspreaaung und die Anwendung der speziellen Abschreckstufe stellen wesentliche Merkmale der Erfindung dar Wenn die Schmelzorientierung wHhrend der Auspressung nicht erzielt wird oder während der Ab~ schreck- oder Abkühlstufe verlorengeht;, ist es schwierig» mit Erfolg ein haftdeXafähiges, orientiertes Polypropylen-Folienprodukt 25U err.ie-len . Pi« Gründe» aus denen heraus die Schmelzorientie~ rung wirksam wird» sind unklar₉ aber es hat sich gezeigt„ dass ohne Erzielung der Schmelzorientierung ein beträchtlicher Betrag an unerwünschten Spaltungen auftritt» wenn die laufende Flachfolie oder Bahn der Querreckung unterworfen wird- Eine Erklärung dieser Erscheinung konnte darin bestehen, dass die Orientierung der erstarrten Folie durch Recken grosser© Spannungen erzeugt und au einem Bersten der Kristallstruktur 1 rings der Orientierungsrichtung führt, Hieraus v/Urde sich eins allgemeine Schwächung des Polymerisates in Bezug auf rechtwinklig zur Beckrichtung wirkende Kräfte ergeben» wie sie in eier folgenden Stufe auftreten Die Uchmelζ orientierung führt zu einer eine Verstärkung ergebenden Ausrichtung der llolekülketten? erlaubt aber noch das Eintreten einer normalen Kristallisierung v/Shrend der Abschreckung,

Zur erfolgreichen Durchführung der Abschreckung ist es auch wichtig, dass die Oberfläche dee Ji/aasera so glatt wie möglich und von Wellen- oder Kräuaelbildungen im wesentlichen frei ist.

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Jegliche Wellen» oder Kräuüelbildungen oder Störungen der Wasseroberfläche führen au ernsthaften Dickenschwankungen der Polypropylenbahns die wiederum während der Länge- und Querrecfcung verstärkt werden-> "

Gewisse spezielle Merkmale der Erfindung sind oben in Bezug auf die Auspress- und V/asserbadabschreck-Systerne beschrieben, aber im Rahmen der Erfindung können auch andere Arbeitsweisen und Vorrichtungen Anwendung finden. Man kann z\- B> ein Trockengieas-System anwenden, bei welchem das geschmolzene Polymerisat direkt auf eine Kühlwalze ausgepresst und mittels wirksamer Luftrakelmethoden oder leichter Druckwalzen an dieser gehalten wird, Das wesentliche Merkmal dieser Stufe besteht darin, die Schmelze auf einer kurzen Strecke scharf herunterzurecken und rasch abzukühlen, bevor eine thermische Entorientierung eintreten kanne

Trocknung

führend des nach herkömmlichen Techniken erfolgenden Abziehens der Polypropylenfolie aus dem Vaswer ist es wichtig, von der Bahnoberfläche mitgenommenes Wasser zu entfernen, Die Wasserentfermmg kann z- B, erfolgen, indem man die Bahn durch Abquetschwalzen führt, weiche das Wässer abquetschen» Man kann das nitgenommene Wasser auch mittels Oummiquetsehern entfernen» die so angeordnet werden, dass sie beide Bahneeiten beim Auetritt aus dem Wasserbad berühren, oder mittels Luftstrahl abblasen, Die spezielle Methode, alt welcher mitgenoonenes

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Wasser von der abgeschreckten Bahn entfernt wird, stellt !rein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung dar, und man kann auch mit verschiedenen anderen Vorrichtungen und Verfahren in .wirksamer Weise arbeiten

Die wichtigeren Eigenschaften typischer Polypropylenbahnen» die in den oben beschriebenen Stufen erhalten werden, sind;

Tabellel

Zugfestigkeit, kg/cm

Maschinenrichtung 562 - 844

Querrichtung .. 281 > 422

Zugechlagfestigkeit
(ASTM-PrUfnorm D-I8-22-61T„
ft lbs ,/in,-')

Maschinenrichtung 140 - 320

-Querrichtung . 15 <- 65

Poppelbrechung >0,001

Längs or i ent i er un$

Die ausgepresste Bahn v/ird 9 nachdem von ihr mitgenommenes Wasser entfernt wurde« einer ereten Reckbehandlung unterworfen, mit der eine zusätzliche Orientierung in Maschinen- oder Längsrichtung bewirkt wird, Diese LüngBorientierung erfolgt zusätzlich zu der.Schmelzorientierung, die während" der obenbeschriebenen Auepress- und Abachreckarbeiten bewirkt wird, Im allgemeinen wird die Längsorientierung bei Temperaturen im Bereich von etwa.95 bis 149° C und im allgemeinen etwa

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110 bis 132° C durchgeführt» Die Folie wird mittels dee Längsorientiersyatems in der Masöhinenriehtung um etwa 20 bia 60 ^₉ vorzugsweise etwa 30 $> bzw» bei einem Keckverhältnie von etwa 1,2 : 1 bis 1,6 : 1 gereckt. .

Die Liings- oder MaechinenrichtunK-Orientierung kann unter Verv/endung verschiedener Beckvorrichtungen durchgeführt werden.. Eine Reihe langsam bzw* schnell arbeitende^ mit Tenperatursteue^ungen versehener V/alzen hat eich als besonders bequem erwiesen, ohne das8 jedoch die Erfindung auf diese Vorrichtung beschränkt ist Diese Walzenanordnung weist allgemein eine Gruppe von horizontal angeordneten» in geringen Abständen vorgesehenen» parallelen Walzen ( allgemein als "langsam" arbeitende Walzen beizeichnet) und darauf eine Gruppe horizontal angeordneter» in geringen Abstünden vorgesehener, paralleler Walzen auf,, die mit höherer Geschwindigkeit angetrieben werden (als "schnell" arbeitende Walzen bezeichnet)« Die langsam arbeitenden Walzen werden durch in ihnen zirkulierendes öl auf eine? erhöhten Temperatur von etwa 93 bie 177° C gehalten, Man kann naturgemase zur Beheizung dieser Walzen auch andere Methoden anwenden und verschiedene andere Innenheizmedien einsetzen Die rasch arbeitenden V/alzen sind im allgemeinen zur Wasserkühlung eingerichtet und können unter Kühlung oder in "neutralen" Zustand laufen gelassen werden-

Um ein festes Erfassen der der Reckung unterliegenden Polypropylenfolie zu sichern, werden in jeder Gruppe mindestens drei Walzen angewandt, Zur Lenkung der Volle nährend der

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orientierung und zur Erzielung dea gewünschtem Reokgrades ohne Verzerrung der Folie kann man zahlreiche leerlaufende Walzen in verschiedenen Anordnungen bezüglich der langsam und schnell arbeitenden V/alzen einsetzen < Man kann mit Hilfe leerlaufender Walzen auch eine Glättung des Reckvorganges in einer Weise erzielen» dass sich eine Reihe sehr geringer« gleichmässiger Heckungen ergibt, wobei Dehnungsschwankungen, die in ziemlich kreislauf artiger V/eise auftreten können* beseitigt werden. Diese Schwankungen können auch überwunden werden, indem man kontinuierlich den Abstand zwischen den langsam und den schnell arbeitenden Walzen einstellt ■ Kürzere Abstände tendieren zur Verkürzung der Reckatreoke, wodurch eine gleichmäsnigere Längareckung gefördert wird*

Die Tenpeiatur der Polypropylenfolie während der Längsreckung schwankt an dem Punkt oder an den Punkten_f an denen die tatsächliche Beckung erfolgt, im allgemeinen zwischen etwa 104 und 149° C, Die Geschwindigkeit_p bei welcher die Polie liingsgereckt wird, kann in Abhängigkeit von Faktoren wie dem jeweils verwendeten Harz, der jeweils verwendeten Apparatur_s dem zu erzielenden Grade der Längsorientierung, der gewünschten Gleichmässigkeit der orientierten Polypropylenfolie, der Foliendicke und dem gewünschten Auegleich der physikalischen und optischen Eigenschaften sehr verschiedene V/er te haben; aie liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 15 bis 305 n/W*.

Wie oben erwähnt, tritt beim Passieren dee rasch arbeitenden Walsenabsohnittee eine gewisse Abkühlung der ?olie ein^ Zur

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Vorbereitung der Quer- oder Seitenreckung wird die langsgereckte Folie im allgemeinen auf eine Temperatur von etwa 121 bis 149° C vorerhitzt. Diese Vorerhitzung kann nach herkömmlichen Methoden erfolgen, Zo B. durch Hindurchführen der Folie durch eine umschlossene Zone» die zur direkten oder indirekten Beheizung ausgebildet ist, Vorzugsweise wird genäse der Erfindung die lUngsorientierte Polypropylenfolie um Walzen geführt, welche ähnlich wie die oben beschriebenen, innenbeheizten langsam arbeitenden V/alzen durch öl-, Dampf- oder Wasserzirkulation von innen beheizt werden Die Temperatur der Walzen beträgt etwa 121 bis i54° C, um die Folie auf Temperaturen im Bereich von etwa 104 bis 149° G zu erhitzen.

Bei einigen Arbeiten braucht man die lHngsorientierte Folie nicht νorzuerhitzen und kann der VorerhitzungsabBohnitt dementsprechend umgangen werden«

Querorientierunfi

In dieser Stufe des Verfahrens gomäss der Erfindung können herkömmliche Vorrichtungen verwendet v»erden_s die zur kontinuierlichen Reckung von Bahn- oder Folienmaterial in Quer- oder Seitenrichtung ausgebildet sind, aber vorzugsweise wird ein Spannrahmen der auf dem Textilgebiet verwendeten Art eingesetzt. Zur Erläuterung sei der. Spannrahmen als in vier Ofenzonen unterteilt betrachtet, die nachfolgend im einseinen beschrieben werdenρ Auf der gesamten Länge des Spannrahmens sind parallelverlaufende Ketten vorgesehen₉ die kontinuierlich mit

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Klemmen vder Klammern besetzt sind,, um die Polypropylenbahn während der Seitenreckung zu erfassen und au bewegen Die Polypropylenfolie wird beim Austreten aus dem Vorerhitzungs- oder Längsreekabschnitt zwischen die parallelverlaufenden Spannklammerreihen gerichtet., Die Spannklammern ergreifen die Kanten der längsgeregkten Folie und bewegen eich bein Weiterlaufen der Ketten durch den Spannrahmen unter Querreckung der Folie nach aussen. Am Ende des Spannrahmens werden die Klammern gelöst und von der Kette ssu dem Vorderende dee Spannrahmens zurückgeführt, um dort wieder an der zügefuhrten_f längs orientierten Folie anzugreifen*

Bei der Durchführung dieser Arbeit ist es wichtige Spannklammern au verwendenρ welche in einem breiten Bereich von Starken einen festen und sicheren Sitz an den Folienkanten ergeben. Es hat sich auch als zweckmässig erwiesen» die Spannklammern auf ihrem Weg zurück zum Vorderende des Spannrahmens einen Kühltunnel duranlaufen zu lassen» um eine so starke Erhitzung der Klammern zu verhindern» dass die Folie unter den angreifenden Klammerflächen erweicht und während der Qüerreckung hervorgleitet

Der Spannrahmen ist in vier einzeln beheizte und gelenkte Zonen unterteilt,. n&alich eine Vorheiszone» eine erste Reckzone» eine zweite Reckzone und eine Wgrmebehsndlungszone. Die erste Ofenzone stellt^ In Verbindung mit einer an den iilngangewalzen erfolgenden^ Vorerhitzung eine Vorerhitzungazone dar, in der keine Reckwng duröhgefülifft wird, Eie v#n den

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Spannklamsiern erfasste, längaorientierte Polypropylenfolie wird während des Durchlaufens dieser Zone mittels zirkulierender Heissluft fjuf Temperaturen im Bereich von etwa 121 bis 171° C erhitzt»

In der zweiten und dritten Ofenzone wird die festgehaltene Folie auf,einer Tenperatur von etwa 107 hie 149 bzw> 95 bis 155° C gehalten, indem man auf die erforderliche Tenperatur erhitzte Luft mit hoher Geschwindigkeit auf beide Seiten der Polypropylenbahn richtet, Die Seiten des Spannrahmens laufen unter Erzielung eines Reckverhältniseea von etwa 6 ; bis 12 : 1, vorzugsweise etwa 8 s 1 scharf auseinander >

In der vierten Ofenzone befindet sich die Wärmebehandlungeoder Wärmefixierzone_s in welcher die quergereokte Polypropylen folie einer erhöhten Temperatur im Bereich von etwa 149 bis "??° CU vorzugsweise etwa 163° C unterworfen wird» wHhrend man sie unter Quer- und Längsspannung hält ·, In dieser Zone erfolgt nur eine geringe oder keine Reckung und kann eine geringe Schrumpfung von bis zu etwa 5 9& eintreten gelassen werden.

Nach der Wärmefixierung wird die Folie» die noch unttr der Quer» und Längsspannung steht_β mittels Blasluft auf die NUhe der Umgebungstemperatur» d h« etwa 27 bis 49° C abgekühlt

Am Ende der vierten Zone ist ein Freigabeabsohnltt vorgesehen, an welchem die Klammern gelöst w«rdtn, Di« tollt wird star weiteren Behandlung und Aufwicklung kontinuierlich wahrend die Spannklaneern In der oben besohriebeheti

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kontinuierlich zu dem Vorderende dee Spannrahmens zurückgeführt werden·. Per Freigabeabschnitt ist gewöhnlich leicht, ζ . B um etwa 5 i> verjüngt? um die auf die Folie wirkende Querspannung zu entspannen, bevor die Folie von den Klammern freigegeben wird

Nach, dem Verlassen des Spannrahmens wird die gelöste Polypropylenfolie durch einen automatisch hin- und hergehenden ß-Strahlen-Dickenraeseer geführt, um die Gleichmäßigkeit der Poliondicke zu prüfen, und hierauf durch eine Reihe von Beschneidemessern laufen gelassen, welche die in den Klammern festgehaltenen» nicht gereckten Kanten entfernen, die im Kreißlauf zu der Auspressvorrichtung zurückgeführt werden, Bei der Handhabung der Polypropylenfolie, die dann auf einer herkömmlichen Aufwickelvorrichtung aufgerollt wird, werden verschiedene, herkömmliche Ausbreite·und Glätteinrichtungen, wie Breithalterp angewandt> In den Beschneide- und Aufwickelabsohnitten werden wieder leerlaufende und miteinander einen Spalt bildende Walzen vorgesehen, um während dieser Arbeiten eine gleiehmäaeige Spannung auf die Folie aufrechtzuerhalten.

Die Polypropylenfolie, die nunmehr sowohl in der Länge- als auch in der Querrichtung-orientiert ist, kann vor dem Aufwikkeln den bekannten Verfahren unterwerfen werden, mit denen die Klebeigenschaften .einer der oder beider Folie nee i ten verstärkt werden, Man kann die Polypropylenfolie hlezsu I. 8. einer Koronaentladung aueaetsen, die Mittel· Elektroden

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erhalten wird, die man bei etwa 10 000 V und 2200 Hz betreibt, Die Anwendung der Koronaentladung stellt keine Bedingung dar, um die Hafteigenschaften der FolienoberflSehe zu verbessern_c sondern man kann in gleicher Weise andere Behandlungsverfahren anwenden.

Die orientierte Polypropylenfolie kann nach dieser Behandlung? die der Behandlung von Polyüthylenfolie Shnelt_v in wirksamer Weise bedruckt oder überzogen werden. Die im Handel verfügbaren Färb- bzw Druckmaesen lassen sich leicht auf die aufbringen wobei eine annehmbare Haftung erhalten wird

Das Polypropylen-Folienprodukt» das gemüse der vorliegenden Erfindung der Schmelzorientierung in der Maschinenrichtung» LUngsorientierung und Querorientierung unterworfen worden ist_p läset sich als biaxial orientierte Folie oder "biorientierte" Folie kennzeichnen^ Die Eigenarten und Eigenschaften dieses biaxial orientierten Polypropylen-Folienproduktee sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt«

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Tabelle IX

Zugfe οt igkei t _s kg/cm Maschinenrichtung Querrichtung

Zugfestigkeitsniodul, kg/cm Maschinenriohtung Querrichtung

Dehnung „ $>

Maschinenrichtung Querrichtung

i'Iinreissfestigkeit

(Initiated tear strengths g/ml) Maschinenrichtung Querrichtung

Trübung ■„ i*
Glanz (45°-Kopf)

Wasserdampf durchlässigkeit bei 38° C und 90 ?S relativer Feuchte, g/lOO in- 2/24 Std„/ 0,025 mm

Sauerstoffdurchlässigkeit _p ms? χ 0,025 WiOO in, 2/24 Std,/Atm.

Nieäertemperatur~Zähigk6it Reibungskoeffizient

Zugschlagfeatigkeit, ft ο Ib./in,⁵ Maschinenrichtung Querrichtung

422 -	1055
1758 -	3515
8437 -	17577
14062 -	35154
200 -	600
10 ~	100
2 -	15
\ «.	Ί0
Op2 -	5
70 -	95

0,1 - 0_r2

100 - 200

ausgezeichnet 0,4 - 0_t7

200 - 2000 800 - 1500

Sie obigen Werte zeigen₉ dass sich die biaxial orientierte Polypropylenfolie durch ein® hohe Klarheit und einen hohen

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Glanz, eine geringe Feuchtigkeitsdurchläasigkeit und massige Sauerstoffdurchlässigkeit, eine hohe Festigkeit wie auch andere Eigenschaften auszeichnet» durch welche sie kommerziell gesehen interessant ist. Sie biaxial orientierte Folie unterliegt ferner keiner Alterung, wenn sie vor der Einwirkung ultravioletter Strahlung geschützt wird, und wird von Feuchteoder Temperaturveränderungen nicht beeinflusst und ist dementsprechend unbegrenzt lagerfähig»

Bei einigen Zwecken ist die Verwendung einer biaxial orientierten Polypropylenfolie vorteilhaft, die in Langs- wie Querrichtung ungefähr den gleichen Orientierungsgrad aufweist;

ein solches Folienprodukt weist ausgeglichene opticehe und mechanische Eigenschaften aufο Versuche, diese -ausgeglichene, biaxial orientierte Folie zu erzeugen, haben gezeigt, dass es nicht möglich ist-, die gesamte notwendige Längsorientierung vor der Querreckung zu bewirken Eine solche Arbeitsweise führt zu ernstlichen arheitstechnisohen Problemen» die sich aus Spaltungen der Folie während der Querreokung ergeben, Nach einer anderen Auaführungsform der Erfindung wurde gefunden,, dass eich eine ausgeglichene Folie mit erfolg erzeugen lässt, indem man die Polypropylenfolie nach dem Verlassen der Querreckvorrichtung einer weiteren Lär.gereokuna unterwirft» die mit Ausnahme breiterer Walzen bei ähnlichen Arbeitsbedingungen und mit ähnlichen Vorrichtungen wie in dem eisten Längsreckabsohnitt durohgefUhrt wird» Die genaue Lage des zweiten LHngereckabBohnittee in dem Verfahrensablauf nach dem Quer« reokabsohnitt ist nicht kritisch; man kann die zweite

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Lgngnreckung vor der Besohneidung durchführen-,

Bei Durchführung der zweiten LJingsreckung wird die biaxial orientierte Propylenfolie in der Querrichtung in einem Verhält· nis von etwa 6 : 1 bis 12 : 1 und in der Maschinenrichtung in einem Gesamtverhältnie von etwa 3,2 : 1 gereckt, Xm Gegensatz aura Stand der Technik ist es star Erzielung ausgeglichener Folieneigenschaften nicht notwendig, in den beiden Richtungen ungeführ gleich® mechanische ReckverhHltnisse zu erreichen» was sich wahrscheinlich, aus einem Beitrag der Schmelzorientierung ergibt, die zu Beginn des Verfahrens gemftee tier Erfindung durchgeführt wird,. Die zweite Langereckuztg oder -orientierung kann bei einem ReckverMltnis von etwa 1,3 : 1 bis 3 : 1 durchgeführt werden., Die Eigenart &κ ππ& Eigenschaft β» eines typischen ausgeglichenen, biaxial orientierten Polypropylen-Folienproduktes sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt..

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T a b e lie III

Dicke» mm

Zugfestigkeit₉ kg/eo Maechinenrichtung Querrichtung

Zugfestigkeitemodul* kg/era Maschinenrichtung Querrichtung

Sehnung, $>

Mas chi rienr ichtung Querrichtung

Einreissfestigkeit., g/ml Mas chin enrIchtung Querrichtung

Trübung, # ·

Glanz (45°-Kopf)

Was serdaupfdurchlässigkelt bei 3β G und 90 ?S relativer Feuchte, g/100 in. 2/24 Std_o/0,025 nm

SauerstoffdurchlHseigkeit_s cm³o0,025 WiOO in, 2/24 Stdo/Ato»

Nied ert euperaturZähigkeit Reibung skoeftizient

Zugechlagfeetigkeitj ft abs,/in,³ Maschinenrichtung Querrichtung

0,011 - 0,014

1828 1547

23905 23202

80 65

7 7

0,5 - 1,5 80

0,35

150

auegezeichnet 0,8

330 320

Die ausgeglichen·· biaxial orientiert· Polypropylenfolie wird bei einer g? oseen Sah! von Zwecken verwendet, aber für die meisten Zwecke ist da» biaxial orientiert· Folienprodufct

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anwendbar oder sogar erwünscht, welches bei der aufeinanderfolgenden Reckung in der Längs- und in der Querrichtung erhalten wird, Man kann ferner unter Weglaesung der oben beschriebenen Wärrnebehandlungsstufe ein Folienprodukt fur verschiedene Zwecke erhalten, welches bei Wärmeeinwirkung Kontraktione-· oder Schrumpfeigenschaften ergibt. Solche Eigenschaften können recht wertvoll sein, wenn die biaxial orientierte Polypropylenfolie zur Verpackung von Gegenständen verwendet und eine dicht sitzende Umhüllung gewünscht wird.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung,

Be-i spiel. 1

Ein ^HProfax^f(-Polypropylenharz (Schmelzindex 5»5 g/10 Sek, bei 230° C₉ enthaltend 96 Gew_o# isotaktisches Polypropylen) wird auf einer 8,9-em~Strangpresee der Bauart Egan verpresst» die mit einer 31 »e-csi-Folienbreitschli'tzdüsej einem Abe ohr eck-Wasserbad und einer Wasaerentfernungswalze ausgestattet ist. Bas Wasserbad enthält eine Reihe von Siehstäben, Vielehe die das Bad durchlaufende Bahn führen und ruhig halten; unter Verwendung herkömmlicher Mittel wird dem Bad kontinuierlich gekühltes Vaseer mit einer Geschwindigkeit von etwa 34 bis 38 l/Min·, zugeführt» um das aus dem Bad abgezogene Waaoer auf einer Temperatur von etwa 4° C ssu halten. Die DUbtenöffnung ist etwa 1,3 mm hoch; die Temperatur an der DUßenSffnung beträgt etwa 232° C« Die ausgepresst« Bahn ist etwa 1/8 ram diok*

_._24i J09819/1.0S5 _BAD

ORiGlMAL

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Die aus der Düse ausgepresste Polypropylenbahn wird sofort in dem Wasserbad abgeschreckt? wobei der Abstand zwischen der Düse und der Oberfläche des kalten Wassers auf etwa 2 \/z cm eingestellt ist. Die Auspresaung'und Abschreckung wird do eingestellt, dass man ein Herunterreckverhältnis von etwa 10 : 1 und eine maximale Schmelzorientierung der Polypropylenbahn erhält Wellen- oder Kräuselbildungen oder andere Störungen des Wasserbades werden mittels Stabilisatorstäben und -blechen verhindert

Von dem abgeschreckten Polypropylen wird während dea kon¹* inuierlichen Abziehens aus dem V/aaserbad mitgenommenes Wasser mittels Abquetschwalzen und Luft entfernt, Die Bahn wird dann um drei langsam arbeitende Walzen herumgeführt, die mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 m/Min, umlaufen und durch in ihnen zirkulierendes, auf 130° C erhitztes öl auf einer Temperatur von etwa 135° G gehalten werden- Xn Verbindung mit den langaam arbeitenden Walzen werden mehrere leerlaufende und einen Spalt bildende Walzen eingesetzt.,

Auf die Reihe der langsam arbeitenden Walzen folgt eine Reihe rasch arbeitender Walzen, die mit einer Geschwindigkeit von etwa 41 m/Mina umlaufen, um eine höhere Geschwindigkeit als bei den langsam laufenden Walzen und ein Heckverhä^tnla in der Maschirienrichtung von etwa 1,3 J 1 zu erzielen. Die raach arbeitenden Walzen, die ohne besondere Kühlung laufen gelaasen werden, erreichen »ine Temperatur von etwa 93° C=.

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BAD■

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Pie IMngsorientierte Polypropylenbahn wird dann um eine Reihe innenbeheizter, v/alzen herumgeführt, die auf dem gleichen Wege wie die langsam arbeitenden Walzen beheizt werden.- Pie Bahn wird hierdurch vor der Zuführung zu dem Querreekabechnitt auf eine Tenperatur von etwa 121° C vorerhitzt*

In dem Querreckabschnitt wird ein Spannrahmen der Bauart Marshall"Williams eingesetzt, der zum grosaen Teil in einem gasbeheizten Ofen eingeschlossen ist, Dieser Spannrahmen . und sein Betrieb entsprechen der obigen detaillierten Beschreibung^ Der erste Teil des Spannrahmens dient dazu, durch Einwirkung von Konvektionswarme auf die laufende Polypropylenbahn di@ Vorerhitzungsstufe zu ergänzen und sine temperatur der Bahn von mindestens etwa 149° C vor der seitlichen Reckung eicherzustsllen.

In den beiden nächsten Abschnitten dee Spannrahmen*» wird die lüngsorientierte Polypropylenbahn unter Erzielung eines Querreckverhftltnisses von etwa 8 s 1 gereckt · Wrihrend dieser Reckung wird auf beide Seiten der Folie konstant Heissluft aufgeblasen, um eine Temperatur von etwa 135° C aufrechtzuerhalten ₃ Die Polypropylenbahn durchlauft den Spannrahmen . mit einer Geschwindigkeit von etwa 4t m/Min ο

Nahe des Ausgangsendes des Spannrahmens wird die Polypropylen- bahn ₉ die nunmehr sowohl In LUngs- als auch in Querrichtung gereckt ist, unter kontinuierlicher VorwärtsfUbrung etwa 8 Sek„ auf eine Temperatur von atwa 163° C erhitzte Die·· Arbelteatufe

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dient zur Wärmebehandlung oder Stabilisierung der biaxial orientierten Folie, Hach der Wärmebehandlung wird die Polypropylenfolie mit kalter Luft Verblasen, um sie auf etwa Umgebungstemperatur abzukühlen, und die.abgekühlte, biaxial orientiert« Folie von den Spannrahmenklammem gelQat?

Beim Verlassen des Spannrahmens gelangt die Folie in einen Beschneldeabschnitt, der ein Paar angetriebener _t umlaufender» scherend wirkender Absahneidorgane, welche die Folienränder entfernen» einen Breithalter «ur Ausbreitung und Glättung der Folie sowie einen Spalt bildende Walzen aufweist, welche eine gleichmässige.Spannung der Folie beim Beschneiden aufrechterhalten - Der beim Abschneiden erhaltene Abfall wird durch Aufnehmerdüsen entfernt, durch einen Trichter abgeführt und zurück zur Harzzuführstation geblasen.

Die beschnittene, biaxial orientierte Polypropylenfolie wird unter Verwendung üblicher Aufwickelvorriohtungen aufgerollt, Pie wichtigen Eigenschaften des biaxial orientierten Folienproduktes sind in der folgenden Tabelle susanaengestellt„

Tabelle	ReckverhHltnis	IV	1»3 ί 1 8 a 1	*	12374 26717
Maschinenriehtung Querrichtung		0,013
Dicke, mm
Zugfestigkeit j kg/ee	598 2953
Mus chi tie ώτicht ung Querrichtung
Zugfestigkeitsmodul· kg/cm
Maschinenrlchtung Querrichtung

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150A608

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Die Folie besitzt ferner ausgezeichnete Eigenschaften in Bezug auf Triibung und Glanz und auch eine geringe Wasserdampf- und Sauerstoff-Durchlässigkeit,

Beispiel 2

Die in Beispiel 1 erhaltene, beschnittene Folie wird durch weitere Reckwalzen geführt. Sie wird mit 15 m/Min° zugeführt, auf einer Vorheizwalze auf etwa 143° C vorerhitzt und über eine Reihe von vier Einzelwalzen laufen gelassen, wobei jede folgende Walze rascher als die vorhergehende angetrieben wird, so dass eine Heckimg auf drei Reckatrecken twirchea den Walzen erfolgt. Die Gesaratreokung, die auf den drei Rteketreoken in gleichen Teilbeträgen erhalten wird, beträgt 140 j6, was einem Reckverhältnis von 2»4 t 1 entspricht>

Eine Reihe der wichtigen Eigenschuften dee biaxial orientierten Folienproduktes ist in der folgenden Tabelle zusammengestellt

Tabelle V

ReckverhUltnis

Maachinenriöhtung (kumulativ) 3112 ι 1 Querrichtung . 8 s T

Dicke, BM 0,010

Zugfestigkeit_t

Maschinenrichtung 1547

Querrichtung ' 1336

BtlgkeiteGjodul, kg/cm-

_;^_;eehii^nrt!Oh|uiig -_: - -.. - - 14062

Querrichtung . I^

^BAD0Riaiim

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Diese Folie besitzt ferner ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich Trübung und Glanz wie uuch eine geringe Wasserdampf^ durchläseigkeit.

Wie an den obigen AuBfÜhrungsfonaen erlHutert, erlaubt das Verfahren gemüse der Erfindung eine wirkungsvolle Erzeugung einer biaxial orientierten Polypropylenfolie» die hervorragende mechanische und optische Eigenschaften aufweist. Sie als Produkt erhaltene Folie kann bei vielen wichtigen technischen Zwecken verwendet werden, und das Verfahren 1st genügend flexibel, um die Eigenschaften der biaxial orientierten Pollen entsprechend den Bedürfnissen für bestimmte Verwendungsswecke verändern zu können.

Die oben beaehriebenen, speziellen, aufeinanderfolgenden Ar«* beitsachritte sind als wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung anzusehen. Man kann zwar in den meisten der Arbeitestufen technisch verfügbare Vorrichtungen verwenden, wobei aber die speziellen Arbeitsbedingungen, deren Bedeutung in den erzielten Ergebnissen zum Ausdruck kommt, wesentliche erfindorisehe Merkmale darstellen. Einen sehr wichtigen Teil der Erfindung bildet die Ersielung einer naximtlen Schnei«- . orientierung in der Polypropylenbahn während der Au epr· β β- und Abuohreckarbeiteno Biete Art von Orientierung «mUglioh der LHneftorientltrung, dl« vor der Ouerreokung

■ let von gröerfcer Bedeutung, ob die not wendigt

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des Folienpreduktea in der Längsrichtung zu erzielen und eine technische Anwenö- bzw«, Verwert barkeit zu erreichen. Ba hat sich gezeigt, dass man auf Grund tier Schmelzorientierung₉ welche bei der Durchführung ,des Verfahrens geiaäes der Erfindung erzielt wird,, keiner Reckung der Polypropylenfolie In der Maschinen- wie auch der Querrichtung um die gleichen Beträge bedarf, um ein Polypropylen-Folienprodukt mit ausgeglichenen Eigenschaften au erzielen Zu anderen wichtigen Arbeiten und Arbeitsbedingungen gehört die Aufrechterhaltung eirfes im wesentlichen, von Wellen« t>der Kraueelbildun^en freien oder ruhigen Wassers in dem bei der Abschreckung verwendeten v/aaserbad ^r ■ ■ ■ · , ·.'■ '-.V "■ ■■

Im Rahmen a&t Erfindung Iitgen' to»£t«ra AuefUhrungiiformeii^

Claims

P 15 04 6o8. 9

National Distillers and 3· ---*--*-. ~ „_Λ^

Chemical Corporation S-52 285/N 22 306

Unser Zttte«, inkedtagt

P a t c η t β η a ρ r ti <s h β

(T) Verfahren zur Herstellung von biaxial orientierten PoI;/-propylenfollen, wobei man eine Bahn des ausgepressten propjlenharzea mit einem Gehalt an isotaktischem Polypropylen von mehr als 70 Gew.# bei erhöhter !Temperatur, welche 28° 0 nicht Überschreitet, aus einer Strangpresazone unter Recken in Längerichtung extrudiert und dann in einem Kühlmedium abkühlt, welches im geringen Abstand vom Austrittspunkt der Bahn aus der AuotritisEone liegt, worauf nach der Abkühlung eine Längs- und Querreckung vorgenommen wirö, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer maximalen Schmelzorlentierung daa angewandte Reckverhältnis für die aus der Düse austretende Folie, welche eine Dicke zwischen e.twa 1 und 1,5 mm aufweist, mindestens etwa 7*1 beträgt und die Oberfläche des Kühlmittels im wesentlichen von Wellen- und Kräuselbildung frei in einsir, kritischen Abstand von 0,95 bi^ß 2,50 cm vom Auatrittspunkt der Bahn aus der Auspressaone liegt_{ uni dadurch einen Verlust der Sehmslz-Orientierung au verhindern«

BAD ORiQlNAL 2» Verfahren naoh Anspruch- 1, dadurch gekennzeichnet,

daee man «Sao Bar κ alt einer Behhdlcke auspieeet, etwa S- bis 12fä3he der

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beträgtc

3ο Verfahren nach Anspruch 1 bis 2_S dadurch gekennzeichnet₉ dass nan die ausgepresste Bahn aus der Abschreckflüssigüteit abzieht und in Längsrichtung bei einer. Temperatur von etwa 93 bie H9° C und einem Reckverhältnis von etvfa 1,2 : 1 big 1,6 : 1 reckt_v die län^sgereckte Bahn unter Län^sspannung auf etwa 121 bis 149° C erhitzt, die erhitzte, längsgereckte Bahn unter Liingsspannung bei etwa 93 bis 149° C in der Querrichtung unter Erzielung eines Heckverhältnisses von etwa 6 : 1 bis 12:1 reckt und die so erhaltene, biaxial orientierte Pol.yprop.ylenfolie etwa Umgebungstemperatur abkühlt*·

4,- Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass man die biaxial orientierte Propylenbahn 3 bis 10 Sekunden auf 149 bis 177° C erhitzt„

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, d-ißurch ge· kennaeichnat, dass man die abgekühlte, biaxial orientierte Polypropylenfolie. einer weiterei) Heckung iß der Längsrichtung bei etwa 93 bis 149° C bei einem Heckverhältnis von 1,3 8 1 bis 3 i 1 unterwirft»

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