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Kontinuierliches Verfahren zum Herstellen von Kunetstoff-Folien Me
Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zum Herstellen einer Kunststoff-Folie
aus schwer zu behandelnden Polymeren oder wärmeempfindlichen Polymeren.
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Bei einem erfindungsgemä#en Herstellungsverfahren einer Plastikfolie
aus diesen polymeren Stoffen wird das polymere Material in den Spalt zwischen einem
Paar von flexiblen endlosen Metallbändern oder Riemen eingebracht
oder
eingeführt und bei einer Temperatur zwischen der Erweichungstemperatur und der Schmelztemperatur
dieses polymeren Materials erwärat, wonach das erweichte Materisl durch Abkühlen
verdichtet wird. Die Erfindunt be sicht sich weiter auf das durch das erfindungsgemä#e
Herstellungsverfahren erzeugte Produkt. organische Schwer zu bchandelnde polymere
Stoff. sind au#erordentlioh zühflüssig, selbst wenn sie Ueber ihre Erweichungstemperaturen
und Schmslstemperaturen erhitzt werden.
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Diess schwer su behandelnden polymeren Stoffe haben einen so niedrigen
Sohmelsindex, da# sie durch bisher bskannte Verfahrensma#nchmen praktisch nicht
au Folien extrudiert werde können, wobei diese bekannten Extrudierma#nahmen leicht
auf andere polymere Stoffe, die wesentlioh höhere Schmelzindioes haben, angewandt
werden können. Der Schmelzindex auf den in dieser Beschreibung bezug genommen wird,
wird im einzelnen in der ABTM Bulletin D-1238 erläutert. Unter den schwer zu bchandelnden
Polymeren, die gemä# dieser Erfindung bearbeitet werden können, sind organische
Polymer. mit hohen Molckulargewicht und niederem Schmelzindex, wie z.B. bestimmte
Polyäthylen-Polymere und -Copolymare, Polytetrafluoräthylen, Polyvinylkidenfluorid,
steifes oder starres Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polycarbonat, bromierten
Polycarbonat.
Polymethyl 2 fluormethylscrylat, oder Polymethylmthaorylat mit hohem Molckulargewicht
(über 1 000 000). Einigo dieser thermoplestischen polymeren Stoffe mit niedrigem
Schmelzindex haben ein Molckulargewicht von 100 000; 150 000; 200 000 und insbesondere
1 000 000; 1 500 000; 4 000 000 und 6 000 000 sowie dartiber hinaus.
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Andere Arten von polymeren Stoffen, die fUr das erfin dungegemä#e
Verfahren brauchbar sind und die nicht als schwer zu behandelnde Stoffe zu bezeichnen
sind, sind trotzdem wärmecmpfindlich. Bemühungen, solche wtLraeampfindlichen Stoffe
su extrudieren, haben zu keinen zufriedenstellenden Ergebrassen geführt, da der
Vorrat an extrudierbarem Material auf der erhöhten fUr die Strangprecsung erforderlichen
Erweichungstemperatur in einem Behälter gchalten werden mu#, wodurch das polymere
Material in einem bestimmten Ma# der Zerseczung unterworfen und dadurch die daraus
entstchende extru dierte Folie wertlos gemacht wird. Unter diese Gruppe von wärmeempfindlichen
polymeren Stoffen fallen leichtstabilisiertes Polyvinylchlorid oder Polyvinyldichlorid.
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Viele der polyneren Stoffe, die für das erfindungsgemäße Verfahren
verwendet werden sind im Handel in verschiedenen rein $verteilton Fcvmen, vo z.B.
als Pulver, aranulate,
oder Pellets erhältlich. Wenn die Teilchengrä#e
des polymeren Materials ou groß ist, um dieses zwischen des Spalt der beiden ondlosen
Metallbänder oder -Riemen gemä# dieser erfindung, wie unten erläutert werden wird,
zu bearbeiten, können die Teilchen auf irgendeine zweckmä#ige Grö#e reduziert werden.
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Ein anderes Merkmale dieser Erfindung beruht in der Tat sache. daß
schwer zu behandelnde oder wärmeempfindliche polymer. Stoffe in endlose Bahnen geformt
oder genchmolsen werden kennen, ohne daß diese polymeren Stoffe hohen Scherkräften
(durch intensives Mischen) ausgesetzt werden. die in bestimmten Fällen zu einer
Zersetzung dieser polymeren Stoffe infolge Zerfalls der Molcküle führen.
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Gamä# dieser Erfindung wird das polymere Material aus einer der oben
beschricbenen Klassen behandelt, indem ein Vorrat aus dem fein verteilten polymeren
Material schnell auf eine Temperatur, die bei oder Uber der Erweichungstemperatur
und manchmal über der Schmelztemperatur des polymeren Materiales liegt, zwischen
einem Paar von endlosen Mctallbändern oder Metallriemen erhitzt wird und, wenn die
Riemen stich dicnt aufeinander zu in der Verdichtungazone bewegen, wird eine Verdichtung
des polymeren
Materials bewirkt, wodurch eine Polig, Bahn oder Schicht
gebildet wird. Das verdichtete Material wird dann auf eine Temperatur etwas unterhalb
der Erweichungstemperatur des polymeren Materials abgekühlt und das geschmolzene
oder geformta Polymere wird aus der Raum swischen den sich bewegenden Bändern oder
Riemen entfernt. ni. geschmolzene Folie wird weiter auf Rauntesperatur abge-Kühlt,
indem sie einfach der Atmosphäre ausgesetzt wird.
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Die für eine bestimmte Gruppe von Teilchen erforderliche Zeit, ui
diese durch die Verfahrensstufen durchzuleiten, variirt zwischen etwa 2 und 20 Sckunden,
hauptaächlich in Abhängigkeit von dem Schmelzindex des polymeren Stoffen, und der
Stärke der geschnolzenen Folie. Die Behandlungsleit hängt ebenfalls davon ab, ob
ein Vorerhitzen vor den Einbringen des polymeren Materials in den Spalt swizchen
den Bändern stattfindet oder nicht. Der Spalt swischen den zwei endlosen Bändern
oder Riemen kann auf irgendine bestimmte Grö#e in Abhängigkeit von der Stärke der
gewünschten fertigen Folie eingestellt werden. Dieser Spalt kann von einigen wenigen
Tausendstel Zentimeter bis zu 6,35 um (250 mils) oder darüber hinaus variieren.
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Die Spalte zwischen den Riemen oder Bändern an Bingang zu diesen Spalten
und in dor Verdichtungszone Werden auf die beabsichtigte Stärke der fertigen Folie
eingestellt.
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Wenn die Folie vollständig verdichtet und geschmolzen
worden
ist, wird sie abgekühlt und von den Bändern oder Riemen abgestreift.
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Wenn es gewünscht tat, die Folien aus den Polymeren Stoffen, die nach
dem erfindungsgemä#en Verfahren hergestellt werden, zu verstärken, kann man Verstärkungsmedien,
wie z.B. Papierstraifen, Stoffe oder Gawebe aus natürlichen, synthetischen oder
Glasfasern, Asbestfasern oder Ketallfolien vorwenden. Bei Verwendung solcher Verstärkungsmaterialien
kann man die verstärkte Schicht zwischendie zwei endlosen Metallbänder oder Metallriemen
einfähren und auf diese den polymeren Stoff, der zu Folien verarbitet werden soll,
darauflegen. Alternativ kann jan den Verstärkungsstreifen zwischen 2 oder iebrere
Vorratsquellen aus dem polymeren Stoff, der behandelt werden soll, einbringen, wodurch
eine Art extrudierte Polie erzeugt wird, mit einem Verstärkungsteil als Kern. Schlie#-lich
kann man einen Schichtstoff mit in einnem Streifen auf der oberen und auf der unteren
fläche des polymeren Stoffes, der zwischen diesen Strifen liegt, herstellen.
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Bin ntr die praktische Durchfährung des erfindungsgemä#en Verfahrens
gesignete Einrichtung ist in der US-Patentschrift 3 159 526, auf die hiermit Bezug
genommen wird, beschrieben.
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Anhand der Beispiele wird die Erfindung erläutert.
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B e Bin in Handel erhältliches Polyäthylenpulver mit den nachstehend
tabellierten Eigenschaften wird dem Spalt zugefährt, der von parallelen, sich drehenden
Riemen einer Maschine gebildet wird, die in dem oben erwähnten Patent beschrieben
wird.
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Teilchengrö#s von 0,250 bis 0,140 mm (60 -100 mash) Schüttgewicht
des Polymeren 200 bis 350 g/liter Schmelzpunkt 130 bis 131°C (266 bis 268°F) Schmelsflu#
weniger als 0,01 g pro 10 Minuten unter Verwendung einer Vorrichtung nach der ASTM
D-1238-Vorschrift mit 4 kg Belastung bei 250°C Dichte 0,94 von Druck verform-Grundmolare
Viskositätszahl 17,7 (durchschnittliches Molekulargewicht 4 x 106) Das Pulver wird
von einem Trichter in Form eines frei fließenden Materials zugefUhrt und in die
Öffnung zwisehen den Riemen oder Bändern durch die Bandreibung und
des
Gewicht dee Materials hineingedrückt. Die anfängliche Öffnung ag Spaltes zwischen
den Riemen ist etwa das 1,8-fache des Spaltes zwischen den Riemen an der Zündung
des Verdichtungsabschnittes, der auf die gewünschte Stärke des Endproduktes eingestellt
iat. Für eine Polie mit etwa 1,1270 mm (0,050 inoh) Stärke beträgt der Spalteingang
deshalb otwa 2,286 mm (0,090 inch).
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Das Material wird in der ersten Erhitzungszone auf einen gummiartigen
oder viskos-flüssigen Zustand erhitzt, indem es die Riemen zwischen Druckplatten
oder Walzen passiert, die auf 247°C (477°F) zu Anfang des Spaltes und auf 243°C
(459°F) im Düsen- oder Mündungsbereich erhitit sind.
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Während es noch zwiechen den Riemen oder Bändern und in demselben
Spalt, der in der Verdichtungezone eingestellt ist, gehalton wird, wird das Material
abgekühlt, indem die Riemen mit Walzen oder Platten in Berährung gebracht werden,
die gekühlt sind, so daß das nun voll verdichtete Material leicht zwischen den Riemen
herausgelöst werden kann. Die Riemen bewegen sich an den Heiz- und Kühlwalzen oder
-Platteen mit einer Geschwindigkeit von 3 m/Minute (10 Fu#/Minute) bei der Porastärke
von 1,270 im (0,050 inch) vorbei. Die Erwärmungszeit in dem ersten Spaltabschnitt
beträgt etwa 1 Sekunde und in dem Verdichtungsabschnitt
etwa 3
Sekundem. Das Abkühlen auert etwa 4 Sckunden. Das fertig geformte stück hat ein
gleichmäßiges Aussehen mit halbglänzenden Oberflächen, ist flexibel, zäh und au#erordentlich
kratzfast. Die Folie, di. auf diese Weise erzeugt wird, hat den typischen wachsartigen
Griff von Polyäthylen. Die folgenden Eigen schaften wurden gemessens Dichte 0,94
im Durchschnitt Härte 62 bis 64 Shore A Grundmolare Viskositätszahl 12,5 (durchschnittliches
Molekulargewicht 2,4 x 106) Beispiel 2 Ein im Handel erhältliches lineares Polyäthylenpulver
hoher Dicht. wird, wie in Beispiel t beschrichen, verwendet und hat folgende Eigenschaften@
Dichte 0,94 bei druckverformtem Stück Schmelzfluß Mull - ASTM D-1238 Tailchengröße
von 0,250 bie 0,074 mm (60 bis 200 mash) Schmelspunkt 135°C
Grundmolare
Viskositätszahl 15.0 Verformungsbedingungen: Anfangsspaltstärke und 2,285 mm (0,
090 Temperatur inch)- 247°C (477°F) Düsenspalt und -Temperatur 1,270 mm (0,050 inch)
- 243°C (469°F) Verweilzeiten Sekunde im Anfangsbereich des Spaltes 3 Sekunden im
Düsenbereich 4 Sekunden im Kühlbereich Das fertige Produkt ist glatt, gleichförmig,
säh und hat eine Dichte von etwa 0,94 und eine Shore-Härte A von 62 bis 64, sowie
eine Stärke von 1,270 mm (0,050 inch).
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Beispiel 3 Ein im Handel erhältliches linearss Polyäthylenpulver
mit hoher Dichte, das die nachfolgend aufgeführten Eigenschaften hat, wird verwendet.
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Schmelzindex 1t4 bei 22F/10 Minuten/190°C Schmelzpunkt 138 - 152°C
Teilchengrö#e von 1,524 mm (0,060 inches Durchmesser) bis zu 0,074 mm (200 mesh
soreon) Grundmolare Viskositätszahl 6>1
Diesss Material wird
auf eine texturierte Metallträgerunterlage bnn einer gleichförmigen Stärke von etwa
3,175 mm (0,125 inch) aufgetragen. Die Trägerunterlage hat eine Stärke von etwa
0,254 mm (0,010 inch). Die Poly0 äthylenkrümel wurden durch die Presse unter den
nachstehenden Bedingungen geloitet.
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Anfangsspalt und Temperatur 1,9304 mm (0,76 inch) - 229°C (445°F)
Düsenspalt und Temperatur 1,5240 mm (0,060 inch) - 234°C (454°F) Verweilzeiten 1,25
Sekunden 3,75 Sekunden 5,0 Sckunden Nach dem Verlassen der Presse wird die Polyäthylenschicht
von der Unterlage abgestrift. Die Schicht hat ein glattes gleichfärmiges Ausschen
auf der Oberfläche, die gegen den sich bewegenden Riemen gedrückt wurde und das
rierte Ausschen der Unterlage auf der Rückseite. Die Stärke der auf diaes Weise
erzeugten Folie beträgt etwa 1,270 mm (0,05 inches). Das Produkt hat eine Shore-Härte
A von 64 bis 68. Die Folien, die nach den Beispielen 1, 2 und 3 erzeugt werden,
sind ausgezeichnet für Skischlen geeignet.
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Beispiel 4 Die Polyäthylenkrümel oder das Polyäthylenpulver nach
Bei.
spiel 3 wird über ein 6 oz Baumwollgewehe, 2,54 mm hoch (0,100
inches) aufgetragen. Das Baumwollgewebe und die Krümel werden zwischen die Riemen
der Presse eingeführt.
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Die Verfahrensbedingungen sind folgendes Spalt atn Anfang und Temperatur
1,7272 mm (0,068 inches) - 200°C (392°F) Düsenspalt und Tsmperatur 1,3208 mm (0,052
inches) - 198,3°C (388°F) Verweilziten 1,1 Sekunden 3,3 Sekunden 4,5 Sekunden Das
fertige Produkt ist eine Mit Baumwollgewebe hinterlegte Polyäthylenfolie mit guter
Bindung zwischen den Banmwollgewebe und dem Polymeren. Dieses Produkt ist ebenfalle
für Skischlen brauchbar.
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Beispiel 5 Das Polyäthylen nach Beispiel 3 wird über eine 1 os Kuptorfolie
in der gleichen Weiss wie in Beispiel 3 beschrieben wurde, in einer Stärke von etwa
3,175 mm (0,125 inch) aufgetragen. Hine zweite 1 oz lupferfolle wird oben auf die
Schichtung aufgelegt und das Ganze durch die Presse geführt. Die Bedingungen in
der Presse sind folgende:
Spaltstärke am Anfang und 1,9304 mm (0,076
inches) Temperatur - 323°C (433°F) Düsenspaltstärke und Tempe- !,524 mm (0,06 inches)
ratur -219°C (426°F) Verweilzeiten 0,83 Sekunden 2,5 Sekunden 3,3 Sekunden Mach
dem Verlassen der Presse ist der kupferbeschichtete Schichtstoff fertig. Die verwendeten
Kupferfolien waren auf einer Seite ungeschützt mit der ungeschätzten Seite in Berührung
itt dem Polyäthylen. Die Eigenschaften des fertigen Schichtmtoffem sind folgende:
Stärke 1,5240 mm (0,060 inches) Wasserabsorption kleiner 0,06 % (Condition A) Kupferbindung
2,72 kg/2,54 cm (6 lbs/inch) bei 90° Abschälrichtung Power Faktor Condition A und
D48/50 # 0,00022 Dielektrizitätskonstante Condition A und D48/50 (D.K.) # 2,57 Durchschlagsfestigkeit
senk- 900 bis 1200 Volt/Meter recht zur Oberfläche des Schichtstoffes Beiepiel 6
Eine im Handel erhältliche Polyaorylnitril-Stapelfaser Type 61-3 Denier wird in
einer Menge von 0,45 g pro 2,5 cm2
(1 lbs/2,5 sq.ft) über eine
glatte 0,0508 mm (0,002 inohes' starke Trägerschicht verteilt und mit einer 0,0508
mm (0,02 inches) starken Auf lage abgedeckt. Die Schichtung wird durch die Presse
unter folgenden Bedingungen geführt.
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Spaltstärke am Anfang und 2,0828 mm (0,082 inches) Temperatur - 229,5°C
(445°F) Düsenspaltstärke und Tem- 1,6764 mm (0,066 inches) peratur - 234,5°C (454°F)
Verweilzeit 3,75 Sekunden 11,25 Sekunden 15,00 Sekunden Das Produkt ist ein. klar
spröde Folie.
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7 7 Polymethylmethaorylat-Teilchen werden durch Zerhacken von Folien
aus Polymethylmethaorylat erzeugt. Diese Teilchen werden nach Beispiel t behandelt.
Die Eigenschaften der Teilchen sind folgende.
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Erweichungspunkt 1600C (320°F) Verfärbungspunkt 180°C (356°F) Schmelzpunkt
2700C (518°F) Teilchengröße 4,7625 mm (3/16 inch) bis 0,074 mm (200 mesh) Molekulargewicht
etwa 1 000 000
Die Druckbedingungen sind folgende: Spaltstärke
am Anfang und 1,7272 mm (0,068 inches) Temperatur - 218,3°C (425°F) Düsenspaltstärke
und Tei- 1,524 mm (0,060 inches) peratur - 218,3°C (425°F) Verweilseit 5 Sekunden
15 Sekunden 20 Sekunden Das fertige Produkt ist eine klare nicht mi#gefärbte transparente
Polie alt glatten Oberflächen und dem Ausschen vcn gchämmertem Glas, wenn gro#e
Teilchengroppen vorhanden sind. Wenn die Folie au kleineren Teilchen hergestellt
wird, zeigt sie dasselbe Ausschen wie eine gegossene Polis.
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Polymethylmethaorylat-Streifen, die mit Åthylenglykoldimethacrylat
vernetzt sind, werden zu dem durch die Riemen oder Bänder gebildeten Spalt der Presse
geführt, wie in Beispiel 1 beschrichen wird. Die Bedingungen sind folgende: Anfängliche
Spaltstärke und 1,3208 mm (0,052 inches) Temperatur - 247°C (477°F) und und Tempe-
2,3368 mm (0,092 inches) ratur - 243°C (469°F) Verweilzeiten 1,25 Sekunden 3,75Sekunden
----------5.00 Sekunden
Das Produkt ist eine klare, durchsichtige,
harte, spröde Folie.
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Beispiel 9 Bin im Handel erhältliches starres Polyvinylchlorid in
Form von Kuben mit etwa 2,7781 mm (1/8 inoh) Kanten0 längen wird in der in Beispiel
1 beschriebenen Art und Weise unter folgenden Bedingungen der Presse zugeführt:
Anfängliche Spaltatärke und 3,8100 mm (0,150 inches) Temperatur - 255,6°C (492 F)
Düsenstürke und Tempera- 1,2700 mm (0,050 inches) tur - 251°C (484°F) Verweilseiten
2,5 Sekunden 7.5 Sekunden 10,0 Sekunden Das Produkt, das auf diese Weise erzeugt
wird, ist eine zähe, homogene Polis mit gleichförmigem Ausschen, die eine Starke
von 1,270 mm (0,050 inches) bat.
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Beispiel 10 Ein Polyimid-Polymeres mit einem Schmelzpunkt von 29500
(563°F) wird in einer Mischung von Dimethylforaanid-und Methyläthylketon-Lösungsmittel
gelöst. Die daraus entstehende Lösung wird verwendet, um ein Glasgewebe bis zu
eines
Harzgchlt von etwa 20 % zu imprägnieren und hierauf getrocknet. Die imprägnierten
Folien werden in 8 Schichten übereinandergelegt und in eine Hülle aus einer Aluminiumfolie
eingeschlossen. Die Schichtung wird dann zu der Presse unter folgenden Bedingungen
geführt: Anfangsspaltstärke und 2,2860 mm (0,090 inches) Temperatur - 255,5°C (492°F)
Düsenspaltstärke und 1,2700 mm (0,050 inches) Temperatur - 251°C (484°F) Verweilzeiten
5,0 Sekunden 15,0 Sekunden 20,0 Sekunden Nach dem Entfernen aus der Umhüllung wird
ein Produkt in Form eines Folien-Schichtstoffes erhalten, der eine Stärke ton etwa
1,270 mm (0,050 inches), ein gleichföraiges Aussehen und glatte Oberflächen hat.
Die Bindung zwischen den Schichten ist gut.