DE1504955B1

DE1504955B1 - Verfahren zum verstrecken einer bereits in laengsrichtung verstreckten folienbahn aus einem thermoplastischen kunststoff in ihrer querrichtung

Info

Publication number: DE1504955B1
Application number: DE19631504955
Authority: DE
Inventors: Kazuya Harada; Masaaki Itoga; Shizuoka Mishima; Hirosuke Yumoto
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1962-05-10
Filing date: 1963-05-08
Publication date: 1972-05-25
Also published as: GB1044772A; US3284551A

Description

Es ist bekannt, die Folienbahn vor der Verstreckung vorzuerwärmen. Mit Vorteil wird die Folienbahn bei der Vorerwärmung auf eine Temperatur zwischen 70"C und dem Schmelzpunkt gebracht und bei der während der Hauptverstreckung erfolgenden örtlichen Erwärmung auf eine um mindestens 10°C über der Vorerwärmungstemperat ur liegende Temperatur erwärmt.
Die weitere Erläuterung der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen gegeben.
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine nach einem bekannten Verfahren verstreckte Folienbahn; F i g. 2, 3, 4, 5 und 6 zeigen die Verstreckung gemäß der Erfindung; F i g. 7 ist ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen der Länge in Querrichtung und der Verstreckungsrate 1/1, angibt.
Wenn die Folienbahn gemäß F i g. 1 in Querrichtung verstreckt und dabei längs der Linien A, B und A, C in Richtung des Pfeils partiell erwärmt wird, erfolgen Einschnürungen ungefähr längs A, B und A, C. Zwischen A, D und A, E jedoch sind keine Einschnürungen festzustellen, und es verbleibt der unverstreckte Streifen X. Das gleiche Ergebnis erhält man auch, wenn die Folie bis zum Punkt A ausreichend vorerwärmt wurde.
F i g. 2 zeigt den Hauptteil der Verstreckungsanordnung gemäß der Erfindung. a, a', b, b' ist die Vorerwärmungszone, in der ein Infrarotstrahler 1-2 zur partiellen Erwärmung angeordnet ist. b, b', c, c' ist die Querverstreckungszone in der die Infrarotstrahler 2-3 und 2-4 in Form eines umgekehrten V schräg zur Durchlaufrichtung der Folie angeordnet sind.
Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 sind zwei Infrarotstrahler 5-6 und 9-8 zur partiellen Erwärmung in der Vorerwärmungszone vorgesehen. Die bei der Verstreckung wirksamen Infrarotstrahler 6-7 und 8-7 sind V-förmig angeordnet.
Bei der Anordnung gemäß F i g. 4 oder 5 ist ein Infrarotstrahler 9-8 bzw. 5-6 zur partiellen Erwärmung an der Folienseite a', b' bzw. a, b angeordnet.
Zur Verstreckungserwärmung ist ein quer über die Verstreckungszone laufender Infrarotstrahler 8-3 bzw.
6-4 vorgesehen. Bei solchen Verstreckungsverfahren ist ein Teilerhitzer parallel mit der Durchlaufrichtung angeordnet. Das Ende dieses Erhitzers ist mit einem Ende des Verstreckungserhitzers verbunden.
Wenn unter Bezugnahme auf Fig. 1 im Punkt A durch leichte Verstreckung der Folie der Anfangspunkt der Einschnürung auf A zu liegen kommt, d. h., daß die Punkte D und E fortschreitend zum Punkt A verschoben werden und schließlich mit diesem zusammenfallen, dann verbleibt kein unverstreckter Teil. Um gut reproduzierbar zu diesem Effekt zu gelangen, wird wie in F i g. 6 gezeigt, die Folienbahn auf weniger als das 1,7fache in ihrer Querrichtung verstreckt, wobei die gesamte Folienbahn zwischen J und K auf eine Vorerwärmungstemperatur zwischen 70"C C und dem Schmelzpunkt gebracht wurde. Im weiteren Verlauf wurde die Folienbahn stellenweise auf eine höhere Temperatur als die anderen Stellen gebracht, z. B. mittels eines partiell erwärmenden Infrarotstrahlers 1-2. Auf diese Weise wird der Anfangspunkt der Verstreckung an, bzw. durch den Strahler 1-2 gebildet. Darauf erfolgt die Einschnürung längs der Wärmestrahler 2-3 und 2-4 für die Verstreckungserwärmung. Hierdurch wird jeder Teil in der Querrichtung gleichmäßig verstreckt.
Mit diesem Verfahren wurde bei einer umgebenden Temperatur von 120"C eine isotaktische Polypropylenfolie von 0,1 mm Dicke, die in Längsrichtung auf das 3,75fache verstreckt war, in der Querrichtung fortschreitend auf das etwa 6fache verstreckt, wobei ein Infrarotstrahler mit einer Heizkapazität von 5 kW/m angewandt wurde. Die Verstreckungsrate bei der partiellen Verstreckung der Folie, d. h. der Wert von 1/43 gemäß F i g. 6 wurde bei verschiedenen Werten festgestellt. Vor dem Verstrecken wurde eine Vielzahl von quadratförmigen Marken in einem 1-cm-Gitter angebracht. Nach der Verstreckung wurde die Verteilung der Verstreckungsrate geprüft. Die Ergebnisse zeigt F i g. 7, in der in der Waagerechten der Abstand in Breitenrichtung und in der Senkrechten das Maß der Verstreckung in Vielfachen der Anfangsbreite aufgetragen ist.
Bei einem Verhältnis 1/43 = 1,0 wurde entsprechend Kurve V1 im Mittelteil der Folienbahn ein unverstreckter Streifen festgestellt. Mit Anwachsen von 1/1, erhöht sich fortschreitend die Verstreckungsrate des Streifens. Bei III, = 1,6 beträgt die Verstreckungsrate des Streifens gemäß Kurve V3 ungefähr das 6fache und ist anderen Folienteilen äquivalent. Bei III, = 1,8 entstehen Ungleichmäßigkeiten, wie es die Kurve V2 zeigt.
Die Werte für l/4) ändern sich je nach Art der Folien. Bei der gleichen Folie ändern sich die Werte je nach der Verstreckungstemperatur, Verstreckungsgeschwindigkeit usw. Jedoch liegen sie angenähert in der Größenordnung von unterhalb des 1,7fachen.
Die Auswahl des geeigneten llb wird mit Dehnung und Streckgrenze der Folie in Beziehung gesetzt.
Das richtige 1/1, soll etwas höher sein als die Streckgrenze.
Zur gleichmäßigen Erwärmung der Gesamtbreite im Einleitungsstadium der Verstreckung soll die Vorwärmungstemperatur vorzugsweise oberhalb 700 C liegen. Bei niedrigeren Temperaturen wird zum Verstrecken ein großer Kraftaufwand benötigt, und folglich entsteht ein starker Verschleiß der Vorrichtungen. Eine Folienbahn, die zuvor in Längsrichtung verstreckt wurde, neigt dazu, in dieser Richtung zu reißen, und eine glatte Verstreckung ist unmöglich. Ist die Temperatur höher als der Schmelzpunkt, so wird die Folienbahn erheblich erweicht, und sie verliert den erforderlichen Zusammenhalt.
Außerdem hat sie nicht die molekulare Orientierung, und es ist unmöglich, partielle Einschnürungen zu bilden.
Die partielle Erwärmung, die im weiteren Teil durchgeführt wird, und die hierbei auftretende Einschnürung ist auf eine oder zwei Stellen der gesamten Breite begrenzt.
Wenn sich mehr Einschnürungsstellen bilden, wird von allen diesen bei der anschließenden Streckbehandlung keine gleichmäßige Verstreckung erzielt.
Grundsätzlich genügt es, wenn die Temperatur der partiellen Erwärmung etwas höher als die sonstige ist. Um jedoch eine Einschnürung an der Stelle der partiellen Erwärmung unbedingt zu gewährleisten, muß die Dickenungleichmäßigkeit der Folienbahn in Betracht gezogen werden und die Temperatur mindestens 10"C höher sein.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist vorzüglich geeignet für alle thermoplastischen Folien, die beim Verstrecken stellenweise Einschnürungen bilden, wie Folien aus isotaktischen Polypropylen und Polyamid.
Beispiel 1 Polypropylen mit einer grundmolaren Viskositätszahl 2,6 in Tetralin bei l35°C und gemäß der Äther und n-Heptanextraktion zu 98% isotaktisch wurde geschmolzen, extrudiert und abgekühlt. Eine Folienbahn, die 500 mm breit, 100 llm dick und in Längsrichtung auf das 4fache verstreckt war, wurde nach tuer Anordnung gemäß Fig. 2 in Querrichtung auf das 4fache verstreckt. Es entstand eine in zwei Richtungen verstreckte Folienbahn von 2000 mm Breite und 25 ium Dicke. Der Strahler 1-2 hatte eine Leistung von 5 kW und die Strahler 2-3 und 2-4 hatten eine Leistung von 12 bzw. 5 kW.
Die Strahlungsbreite auf der Folienbahn (die Breite bis zur halben Intensität der maximalen Strahlungsintensität) betrug 55 mm beim Strahler 1-2. Die Strahler 2-3 und 2-4 hatten eine durchschnittliche Strahlungsbreite von 50 mm. 2 war breiter und 3 und 4 waren schmaler gemacht. Zur Anderung bis zu 50% war unterhalb des Infrarotstrahlers eine wassergekühlte und einstellbare Schlitzblende angebracht.
Die Folienbahn wurde vorweg mit Heißluft erwärmt, so daß die Durchschnittstemperatur hinter der Linie a-a' 120°C betrug, ausgenommen der Teil unter dem Strahler 1-2 vor den Strahlern 2-3 und 2-4.
Es wurde festgestellt, daß die Dickenungleichmäßigkeit bei Verwendung des Strahlers 1-2 9%, jedoch ohne diesen Strahler 58% betrug.
Beispiel 2 Vom gleichen Material wie im Beispiel 1 wurde durch S@@@@@@@@ @@@ @@@@@@iren eine in Längsrichtung auf das 4,5fache verstreckte Folienbahn von 500 mm Breite und 100 am Dicke hergestellt.
Diese Folienbahn wurde mit der Anordnung gemäß F i g. 3 auf das 4fache in Querrichtung verstreckt. Es entstand eine in zwei Richtungen verstreckte Folienbahn von 2000 mm Breite und 25 am Dicke. Die Leistung der Strahler 5-6 und 9-8 betrug 5 kW, und die der Strahler 6-7 und 8-7 betrug 12,5 kW. Die Strahlungsbreite war wie im Beispiel 1.
Die Dickenungleichmäßigkeit betrug etwa 30%, ausgenommen die Einspannteile an beiden Kanten, die bei der Resttemperatur von 120°C verstreckt wurden.
Beispiel 3 Eine gleiche Polypropylenfolie wurde mit der Anordnung gemäß F i g. 4 verstreckt. Die Leistung des Strahlers 9-8 betrug 5 kW, und die des Strahlers 8-3 betrug 20 kW. Man erhielt eine Folienbahn mit 20% Dickenungleichmäßigkeit.
Beispiel 4 zinke 0,15 mm dicke Polypropylenfolie, die nach Extraktion mit Äther und n-Heptan 94% Rückstand hatte und die in Tetralinlösung bei 135CC die grundmolare Viskositätszahl 2,0 aufwies, wurde gemäß F i g. 6 verstreckt.
Die Folienbahn wurde auf eine gleichmäßige Vorwärmungstemperatur von 120 C gebracht. Bei partieller Erwärmung unter dem Infrarotstrahler 1-2 von 5 kW:m wurde zunächst zwischen J und K auf das 1 ,5fache verstreckt. Dann wurde fortschreitend über die gesamte Breite auf das 6fache verstreckt.
Die Infrarotstrahler 2-3 und 2-4 wurden so eingestellt, daß die Verstreckung nur an der Grenze zwischen verstrecktem und unverstrecktem Teil erfolgte.
Hierzu wurde der Verstreckungspunkt durch die Verstreckungsheizer 2-3 und 2-4 festgelegt.
Die Folienbahn wurde über die gesamte Breite gleichförmig verstreckt. Sie hatte eine Dicke von 25 lm und folgende Eigenschaften: Dickenungleichmäßigkeit ..............15% Zugfestigkeit (kp/cm2 .............21 Durchreißwiderstand (g/25,4 l0 bm)") 15 Trübung (%) .......... 4.5 a) Mit Elmendorf-Gerät. b) Nach ASTM D-1003-52.
Unter sonst gleichen Bedingungen wurde der Infrarotstrahler 1-2 weggelassen und nur mit den Infrarotstrahlern 2-3 und 2-4 gearbeitet. Hierbei verblieb in der Mitte der Folienbahn ein unverstreckter Streifen X (Fig. 1), der erheblich dicker als die sonstige Folie war. Die Dickenungleichmäßigkeit betrug 64%.
.B e i s p i e l 5 Eine Polycapramidfolie von 80 um Dicke, die in Kresollösung die grundmolare Viskositätszahl 1,8 hatte und in Längsrichtung auf das 3fache verstreckt war, wurde mit der Anordnung gemäß Fig. 6 auf das 1, 6fache verstreckt. Hierbei betrug die Vorwärmungstemperatur 140 C, und die partielle Erwärmung wurde mit dem Infrarotstrahler 1-2 von 5 kW/m durchgeführt. Dann wurde fortschreitend über die gesamte Breite bei der gleichen Temperatur und unter gleichen Bedingungen auf das 4,lfache verstreckt. Die Folienbahn hatte folgende Eigenschaften:

Längs- Quer-

richtung richtung

Dickenungleichmäßigkeit

(%) .............. 13

Zugfestigkeit (kp/cm2) f 16 23

Dehnung (%) .......... 120 50

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Verstrecken einer bereits in Längsrichtung verstreckten Folienbahn aus einem thermoplastischen Kunststoff in ihrer Querrichtung, bei dem die auf eine Temperatur unterhalb ihres Schmelzpunktes vorerwärmte Folienbahn im Querverstreckungsbereich in mindestens einer schräg zur Längsrichtung liegenden Erwärmungszone auf eine Verstreckungstemperatur oberhalb der Vorerwärmungstemperatur erwärmt und in Querrichtung verstreckt wird, d a d u r c h g ekennzeichnet. daß die Folienbahn vor Eintritt in den Querverstreckungsbereich in mindestens einer in Längsrichtung der Folienbahn verlaufenden schmalen Zone, die mit der Erwärmungszone in Verbindung steht, auf eine Temperatur zwischen der Vorerwärmungstemperatur und der Verstreckungstemperatur erwärmt und auf weniger als das 1,7fache ihrer ursprünglichen Breite in Querrichtung vorverstreckt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Vorverstreckung angewendete örtliche Erwärmung im Mittelteil der Folienbahn erfolgt und daß die bei der Hauptverstreckung angewendete örtliche Erwärmung in einer V-förmigen Zone stattfindet, wobei die Spitze des V gegen die Durchlaufrichtung der Folienbahn weist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die während der Vorverstreckung angewendete örtliche Erwärmung in Bereichen beider Kanten der Folienbahn erfolgt und daß die bei der Hauptverstreckung angewendete örtliche Erwärmung in einer V-förmigen Zone stattfindet, wobei die Spitze des V in Durchlaufrichtung der Folienbahn weist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Vorverstreckung angewendete örtliche Erwärmung im Bereich einer der beiden Kanten der Folienbahn erfolgt und daß die bei der Hauptverstreckung angewendete örtliche Erwärmung in einer Zone erfolgt, die von der Erwärmungszone für die Vorverstreckung ausgehend in Durchlaufrichtung der Folienbahn schräg über den Verstreckungsbereich verläuft.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienbahn bei der Vorerwärmung auf eine Temperatur zwischen 70°C und dem Schmelzpunkt erwärmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienbahn bei der während der Hauptverstreckung erfolgenden örtlichen Erwärmung auf eine um mindestens 10"C über der Vorerwärmungstemperatur liegende Temperatur erwärmt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstrecken einer bereits in Längsrichtung verstreckten Folienbahn aus einem thermoplastischen Kunststoff in ihrer Querrichtung, bei dem die auf eine Temperatur unterhalb ihres Schmelzpunktes vorerwärmte Folienbahn im Querverstreckungsbereich in mindestens einer schräg zur Längsrichtung liegenden Erwärmungszone auf eine Verstreckungstemperatur oberhalb der Vorerwärmungstemperatur erwärmt und in Querrichtung verstreckt wird.

Die Erfindung befaßt sich mit der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Folien aus thermoplastischen Kunststoffen mittels einer Verstreckung, die zu einer Orientierung der Moleküle führt.

Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem die auf eine Temperatur unterhalb ihres Schmelzpunktes vorerwärmte Folienbahn im Quervcrstreckungsbereich in mindestens einer schräg zur Längsrichtung liegenden Erwärmungszone auf eine Verstreckungstemperatur oberhalb der Vorerwärmungstemperatur erwärmt und in Querrichtung verstreckt wird. Bei diesem Verfahren verbleibt auf der Folienbahn nach der Querverstreckung ein unverstreckter Teil als rippenförmig erhöhter Streifen oder Wulst, was zu einer Ungleichmäßigkeit der Foliendicke fuhrt.

Es ist Aufgabe der Erfindung. diesen Nachteil zu beheben und zu querverstreckten Folien von gleichmäßiger Dicke zu gelangen.

Die Aufgabe wird bei dem eingangs dargelegten Verfahren dadurch gelöst. daß die Folienbahn vor Eintritt in den Querverstreckungsbereich in mindestens einer in Längsrichtung der Folienbahn verlaufenden schmalen Zone. die mit der Erwärmungszone in Verbindung steht. auf eine Temperatur zwischen der Vorerwärmungstemperatur und der Verstreckungstemperatur erwärmt und auf weniger als das 1, 7fache ihrer ursprünglichen Breite in Querrichtung vorverstreckt wird.

Während bei dem bekannten Verfahren Dickenungleichmäßigkeiten von 58% auftreten, erzielt man mit dem erfindungsgemäßcn Verfahren eine Dickenungleichmäßigkeit von nur 90o.

Vorteilhafterweise erfolgt die während der Vorverstreckung angewendete örtliche Erwärmung im Mittelteil der Folienbahn und die bei der Hauptverstreckung angewendete örtliche Erwärmung in an sich bekannter Weise in einer V-förmigen Zone, wobei die Spitze des V gegen die Durchlaufrichtung der Folienbahn weist.

Mit Vorteil erfolgt die während der Vorverstrekkung angewendete örtliche Erwärmung in Bereichen beider Kanten der Folienbahn und die bei der Hauptverstreckung angewendete örtliche Erwärmung in an sich bekannter Weise in einer V-förmigen Zone, wobei die Spitze des V in Durchlaufrichtung der Folienbahn weist.

Zweckmäßigerweise erfolgt die während der Vorverstreckung angewendete örtliche Erwärmung im Bereich einer der beiden Kanten der Folienbahn und die bei der Hauptverstreckung angewendete örtliche Erwärmung in an sich bekannter Weise in einer Zone, die von der Erwärmungszone für die Vorverstreckung, ausgehend in Durchlaufrichtung der Folienbahn, schräg über den Verstreckungsbereich verläuft.