DE1629607A1

DE1629607A1 - Verfahren und Vorrichtung zur molekularen Ausrichtung von aus thermoplastischen Polymeren bestehenden Folien

Info

Publication number: DE1629607A1
Application number: DE19661629607
Authority: DE
Inventors: Ole-Bendt Rasmussen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-05-05
Filing date: 1966-05-05
Publication date: 1971-01-28
Also published as: SE304597B; IL25678A; FR1478800A; DK109997C; GB1141367A; CH445832A; US3491185A; NL6606062A

Description

DR. EULE DR. BERG DIPL.-ING. STAPF «α_η~_ηη PATENTANWÄLTE 16 2 9 D U

8 MÜNCHEN 2. HIL.BL.ESTRASSE 2O

Dr, Eule Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapf 8 München 2. HilblertraB«» Ihr Zeichen

linier Zeichen

Vl/Gd 13 915

Datum

MAI 1968

Anwaltsakten-Nr. 13 915

Ole-Bendt Rasmusaen 28, Rugmarken, FAR U M, Dänemarlc.

" Verfahren und Vorrichtung zur molekularen Ausrichtung von aus thermoplastischen Polymeren bestehenden Folien.¹*

Sie Erfindung bezieht.sich moS ein Verfahren und eine Vor* richtung *ur Erzeugung eines hohen Grades molekularer Ausrichtung in gleichlaufender Richtung in aus organischen thermoplastischen Polymeren bestehenden Folien durch Recken der Folien bei erhöhter Temperatur.

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In den vergangenen Jahres fanden uniaxial ausgerichtete Folien, insbesondere die relativ billigen und festen Folien aus isoiaktisohem oder syndiotaktischem Polypropylen oder aus Polyäthylen von grosser Sichte ausgedehnte Verwendung für Garne, Seile und - in teilweise faserförmigem Zustand - für verschiedene Arten technischer Garne. Angesichts des grossen Bedarfes an Produkten der la esagten Art und des scharfen Preiswettbewerbs besteht ein Bedarf an einem sichereren Reckverfahren, welches die Verwendung eines Ausgangsmaterials geringerer Qualität ohne die Gefahr von Zerreissungen in der Folie während des Reckens zur Erzielung einer maximalen molekularen Ausrichtung ermöglicht·

Ss ist Gegenstand der Erfindung, ein auf diesen Bedarf ausgerichtetes Verfahren zu schaffen.

Dementsprechend ist das vorliegende Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die erhitzte Folie in Längsrichtung zunächst auf nicht mehr als 75?ί der Reckung auf η mal die ursprüngliche Länge, die zur Erzielung einer maximalen Ausrichtung erforderlich ist, vorgereckt wird, wobei diese Vor-Reckung mit einer Verringerung der Breite der Folie um ein grösseres Macs als die durch die Reokung hervorgerufene Verringerung der Breite 1:Vv? verbunden ist oder von ihr gefolgt ist, wobei betagte Verringerung der Breite durch die Erzeugung echmaler, in Längsrichtung der Felle verlaufender Falten her-

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vorgerufen wird, worauf die Folie bis zur oder in die Hahe der maximalen Ausrichtung unter gleichzeitiger Kompression der Längsfalten gereckt wird, wobei diese Fertig-Reckung bei einer im oder nahe dem Schmelzbereich des Polymers liegenden Temperatur erfolgt.

Durch diese Unterteilung der Ausrichtung durch das Recken in mehreren Schritten werden verschiedene Vorteile erzielt, wenn man berücksichtigt, dass zur Erzielung maximaler Aus*· richtung von Polyäthylen hoher Dichte oder isotaktischem oder syndiotaktischem Polypropylen im allgemeinen eine Reckung der Folie auf das zehnfache der Ausgangslänge erforderlich ist. Solange während des Reckens keine Querkräfte angewendet werden, verringert sich die Breite der Folie im gleichen Verhältnis wie ihre Dicke abnimmt und, da das Volumen der Folie im wesentlichen unverändert bleibt, bedeutet dies, dass sowohl die Dicke als auch die Breite im Verhältnis 1:VSt abnehmen, wenn die Folie auf das n-fache gereckt wird·

Die Gefahr von Zerrelssungen nimmt mit dem Reckverhältnis zu und ist während des ersten Teiles der Reckung relativ gering, sodass bei diesem Teil des Reckvorgangee im allgemeinen keine besonderen Vorkehrungen zur Vermeidung von Zerreissungen getroffen zu werden brauchen. Während dieses Ver-Reckens können jedooh schon in Längsrichtung liegende

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Falten .gebildet werden, um die Gefahr von Zerreissungen gänzlich auszuschalten, selbst wenn Folien von sehr geringer Qualität verarbeitet werden. Demgegenüber vergrössert sich die Gefahr von Zerreissungen erheblich beim letzten Schritt des Reckvorganges, und es ist daher von grösster Wichtigkeit, dass während dieses Fertig-Reckens Gegenmassnahmen gegen Zerreissungen, bestehend aus besagter Längsfaltung in Verbindung mit Kompression, ergriffen werden.

Die Erzeugung von Längsfalten in einer durch Reckung auszurichtenden Folie in einem Ausmass, dass die Breite der gefalteten Folie gleich der Breite der ebenen Folie nach dem Recken ist, ist an sich bekannt. Dieses Verfahren hat sich jedoch als ungenügend erwiesen, sobald thermoplastische Folien geringerer Qualität maximal gereckt werden sollen· Es ist daher ein kennzeichnendes Merkmal des vorliegenden Verfahrens, dass in der Folie sehr schmale in Längsrichtung verlaufende Falten gebildet werden, und zwar in einem Ausmass, dass sich die Breite der Folie um ein grö'sseres Hass verringert als der durch das Recken hervorgerufenen Schrumpfung entspräche, wodurch es ermöglicht wird, die Folie gleich· seitig mit dem Ätsohliessenaen Reckyorgang einer Kompression zu unterwerfen, wobei das Recken bei einer dem Schmelsbertich d·· Polymers entsprechenden oder etwas geringerer Temperatur durchgeführt wird·

Ss ist eine üfcerrasohende Feststellung, dass dealt die leiguag

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zu Querrissen der Folie im wesentlichen ausgeschaltet ist, während*die Neigung zu Längsrissen beträchtlich verringert wird. Zerreissungen der letzteren Art sind jedoch relativ harmlos, insbesondere wenn das ausgerichtete Material für ein späteres Aufspalten zu einem faserartigen Produkt bestimmt ist. Damit stalltdas vorliegende Verfahren einen beträchtlichen Fortschritt.auf diesem Gebiet dar, da selbst relativ ungleichmässiges Folienmaterial verarbeitet werden kann.

Im Allgemeinen erhöht jede Ungleichmässigkeit in dem Folienmaterial die Zerreissungsgefahr, und solche Ungleichmässig·* keiten, die zum Beispiel durch dünnere Stellen, Einbuchtungen oder eine ungleichförmige Verteilung grösserer und kleinerer Moleküle in der Molekularmischung, aus der jedes Polymer besteht, entstehen können, sind besonders ausgeprägt in Folien geringerer Qualität, für deren Verarbeitung das vor» liegende Verfahren insbesondere geeignet ist. Die TJngleichmässigkeiten bewirken, dass die Folie an den dünneren Stellen und an Stellen mit Einbuchtungen leichter dehnbar ist, und «war durch den durch Verringerung des QuerSchnittes im Bereich der Ungleichmäseigkeiten hervorgerufenen geringeren Dehnungswiderstand. Ebenso wird die F·lie an solchen Stellen leichter dehnbar, wo in der ZusaaunensetEung de· Materials kleiner· Moleküle vorherraohen, da die kleineren Moleküle einen geringeren Dehnungswiderstand aufweisen ale gröeaere.

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Eine Erklärung dafür, dass die Neigung zu Zerreissuhgen durch das vorliegende Verfahren ausgeschaltet oder vermindert wird, liegt wahrscheinlich darin, dass die gleichzeitig mit der letzten Reckung durchgeführte Kompression beim Abflachen der einzelnen Längsfalten die durch ungleichförmige Dehnung hervorgerufenen Querkräfte verhindert oder diesen entgegenwirkt, wobei das durch die in Verbindung mit der Kompression vorgenommene Erhitzung in plastischem Zustand befindliche Material bestrebt ist, seitlich auszuwandern, woran es durch das Material der benachbarten Falten gehindert wird, sodass sich schliessliche eine Kompression und Abflachung der gefalteten Folie ergibt· Damit weist diese eine Zunahme der Dicke auf, die in gewissem Masse der normalerweise durch das Becken hervorgerufenen Dickenabnahme entgegenwirkt, und gleichzeitig bewirkt das Fliessen des Materials, dass.Material aus den Bändern zu solchen Stellen wandert, wo die grösste Dehnung stattfindet, wobei das fliessende Material hier das durch Reckung entfernte Material auffüllt·

Die Wirkung der Längsfaltung ist um so besser, je feiner die Faltung ist, und daher werden in einer bevorzugten Aus* führung xur Verringerung der Folienbreite wellenförmige Längsfalten gebildet, deren Höhe das 2 bis 4-fache der Foliendioke nicht wesentlich überschreitet.

Pie Längsfalten können aiii verschiedene leise gebildet werden,

s,3_# durch gwei Satie ineinandergreifender rotierender ^

. PAD ÖRIGifcJAl

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Scheiben, die jeweils auf einer gemeinsamen Welle befestigt sind, vorzugsweise werden die Falten jedoch in Verbindung mit dem ersten Reckvorgang gebildet, indem dieser Schritt mit Hilfe zweier Walzensätze durchgeführt wird, deren Achsen untereinander einen Winkel von TO « 85 bilden.

Wie bereits erwähnt, umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Diese Vorrichtung umfasst, in der Reihenfolge der Bewegung der Folie, Einrichtungen zur Erwärmung der Folie, zwei Walzensätze xur Erzeugung der ersten Reckung, deren Achsen untereinander einen Winkel von 70 - 85° bilden, und schliessllch parallel dem letzteren der beiden besagten Walzensätze einen weiteren Walzensatz zur Durchführung der Fertig-Reckung,

Zur besseren Regelung der Temperatur der Folie weist eine bevorzugte Ausführung der Vorrichtung ausserdem Einrichtungen zur Erwärmung der Folie während der ersten Reckung auf. Diese Einrichtung kann beispielsweise aus erhitzbaren Walzen bestehen, oder vorzugsweise aus einem der Folie ganz oder teilweise über die Länge der Strecke, auf der die erste Reckung stattfindet, umhüllenden Ofen.

line weitere Ausführung der Vorrichtung ist dadurch gekenn· zeichnet, dass die Waisen des letzten Walzeneatzea für dl· erste Reckung als Antriebewaisen für endlese Bänder aus hitzebeständig« Kautecb.uk dienen, wobei jedes der besagten

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Bänder eine der besagten Walzen teilweise umschliesst und derartig angetrieben wird, dass in dem Bereich, wo die Bänder mit der Folie in Berührung sind, eine Dehnung der Bänder stattfindet. Der hohe Reibungskoeffizient der Oberfläche solcher Kautschukbänder unterstützt die Formhaltung der Längsfalten und garantiert damit eine gleichförmige Kompression und Reckung des Folienmaterials.

Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung werden im Folgenden in weiteren Einzelheiten beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigegebenen Zeichnungen einer Ausführung der Vorrichtung.

Figo 1 zeigt eine schematische Draufsicht der Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine ebenso schematische Schnittansicht des Teiles der Vorrichtung, in dem das abschliessende Recken der Folie stattfindet.

Eine Folie 1 wird durch den Durchgang unter einer erhitzten Walze 2 und über eine weitere erhitzte Walze 3» welche beide (nicht dargestellt) Einrichtungen zur Temperaturregelung aufweisen und zur Vermeidung unkontrollierter Dehnung der Folie angetrieben sind, vorgewärmt·

Sie Felle wird vorzugsweise bis dicht an den Schmelzpunkt des Materials oder bis zu diesen hin erwärmt, und wird darauf zu einem Walsteneats 4 geführt, dessen Waisen gegen«

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einander gepresst werden, wobei zumindest eine der Walzen vorzugsweise mit einem hitzebeständigen Kautschuk, beispielsweise Hitrilkautschuk, überzogen ist. Beide Walzen weisen (nicht dargestellte) Einrichtungen zur Erhitzung und Temperaturregelung auf und sind vorzugsweise angetrieben.

Von den Walzen 4 wird die Folie in einem Winkel von 70-85° unter einer Walze 5 und von dort über eine Walze 6 zu einem Walzensatz 7 geführt, dessen Walzen mit einer grösseren Umfangsgeschwindigkeit angetrieben werden als die Walzen 4· Damit bilden die Walzen 7 zusammen mit den Walzen 4 die Einrichtung zur Durchführung der ersten Reckung der Folie und f. für die Bildung der feinen Längsfaltung durch die schräge Abnahme von den Walzen 4.

Die Walzen 5 und 6 weisen (nicht dargestellte) Einrichtungen zur Erhitzung und zur Temperaturregelung auf und dienen damit der Warmhaltung der Folie. Sie können auch durch eine Heizvorrichtung ersetzt werden, durch welche die Folie hindurchgeführt wird·

Bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführung werden endlose Kautaohukbänder 8 durch die Walzen 7 geführt, welche jeweils durch einen aus Walzen 9 und 10 gebildeten Wmlsenifttx »it einer solchen Oeeohwlndigkeit und unter einer Druokepannung angetrieben werden, das« sie im Bereich Ihrer

Berührung an der Krüeming der Walzen 7 sioh in gedehntem

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Zustand befinden. Die falzen des Walzensatzes 7 können mit regelbarem Brück gegeneinander gepresst werden und sind dadurch imstande, auf die gefaltete Folie einen solchen Druck auszuüben, dass eine Abflachung der Falten durch Fliessen des in erhitztem Zustand plastischen Folienmaterials statt» findet.

Das ab sehliessende Recken der Folie zur Erzielung einer maxiiSalen oder nahezu maximalen Ausrichtung geschieht durch das Hindurchführen der Folie durch einen Walzensatz 11, der mit dem Satz T zusammenwirkt und mit der notwendigen höheren Umfangsgeschwindigkeit angetrieben wird·

Die Kautschukbänder 8 sollten von ausreichender Elastizität und Hitzebeständigkeit sein. Sie können beispielsweise aus Nitril-Gumml gefertigt sein. Zur Erhitzung der Bänder sind Erhitzer 12 KLt Temperaturreglern 13 vorgesehen.

Wenn die Walzen 7 eine vollkommen ebene Oberfläche aufweisen, können die Kautschukbänder 8 in Fortfall kommen.

Die mit der erhitzten Folie in Berührung kommenden Walzen können, falle notwendig, Bit beispiel»weis· Silikon bezogen ■•in, um ein Anhaften der Folie an der Oberfläche der Walzen xu verhindern«

Pa* folgend« Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Fortiehrittliohkeit dta vorliegenden Verfahrens·

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Eine im wesentlichen nicht ausgerichtete Folie mit einer Dicke von 80^w. und einer Breite von 500 mm wird durch Ziehen aus isotaktischem Polypropylen mit einem Schmelzindex von 0,2 nach ASTM D-1238-62 T, Zustand I hergestellt* Lal3O rato riumsunt er suchungen schmaler, in Längsrichtung der Folie entnommener Streifen ergeben, dass die maximale Dehnungsfestigkeit durch Streckung bei einer Temperatur von 135° und in einem Verhältnis von nicht mehr als 9,5 : 1 erzielt wird. Wenn diese Streifen jedoch mit nadelgrossen Durchstichen versehen werden, treten bei der Streckung im Verhältnis 7 : 1 bereits Zerreissungen ein.

Wenn die die nadelgrossen Durchstiche aufweisenden Streifen unter Anwendung des vorliegenden Verfahrens bei einer Temperatur von 135° in beiden Reckzonen gereckt werden, wobei die Richtung der Folie um 80° verändert wird, kann die erste Reckung im Verhältnis 6 :1 und die abschliessende Reckung im Verhältnis von 1,5 : 1, das heisst in einem Gesamtverhältnis von 9 ϊ 1 erfolgen, ohne dass Zerreissungen eintreten.

Patentansprüche s

• 12 -

OWGlNAL

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Claims

Patentansprüche :

Verfahren zur Erzeugung einer hochgradigen molekularer Orientierung in einer Richtung in aus organischen thermoplastischen Polymeren hergestellten Folien durch Recken der Folien loei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet,dass die erhitzte Folie in Längsrichtung auf nicht mehr als 75?£ der für eine maximale Ausrichtung erforderlichen Reckung auf n»fache Ausgangslänge gereckt wird, wobei besagte erste Reckung in Verbindung mit einer Verringerung der Breite der Folie erfolgt oder von dieser gefolgt ist, welche grosser ist als die durch das Recken bewirkte Verringerung der Breite im Verhältnis 1 :V5"* und durch die Bildung schmaler Längsfalten in der Folie bewirkt wird, worauf die Folie unter gleichzeitiger Kompression der Längsfalten bis zu einem oder bis in die Nähe eines maximalen Grades der Ausrichtung gereckt wird, wobei besagte abschließeende Reckung bei einer Temperatur am oder dicht unterhalb des Schmelzbereiches des Polymers erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung der Breite der Folie durch die Bildung ν·η wellenförmigen Längsfalten erfolgt, deren Höhe das 2 bis 4-fache der Dicke der Folie nicht wesentlich Überschreitet·
3. Verfahren nach Anspruches t oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsfalten in Verbindung mit dem ersten Reckvorgang

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erzeugt werden, indem dieser Reckvorgang mittels zweier Walaensatie trfolgt, deren Aohaen untereinander einen Winkel von 70 ~ 85° tJilden.
4. Vorrichtung zur Durchführung dee Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bia 3, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Vorwärmung der Folie, denen in Bewegungerichtung «wei Walzensätxe iur Durchführung der ersten Reclcung nachgeachaltet sind, deren Achsen untereinander einen Winkel von 70-85° bilden und eohliessllch einen weiteren Walaeneat» parallel dem letiten, die erste Reokung bewirkenden Walzen· satz, der mit die«em Satχ xusammenwirkend die abichlieetende Reokung bewirkt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass einrichtungen »ur Srhitaung der Felie während des treten Reckvorgangeβ vorgesehen Sind,
6. Vorriohtunf nach Ansprüchen Φ «der I₁ dadurch gekenn· »eichnet, dass der «weit· die erste Reckung itwirkende falzensatz als Antrietswalien für endlose Baader aus hits··* ■eständifep letttschuk dient, wobei besagte Binder jeweils eine der Wmlitn teilweise umlaufenj und für einen derartige^

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