DE1704538B2

DE1704538B2 - Verfahren zur einachsigen walzen- orientierung von stereoregulaeren polypropylenfolien und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE1704538B2
Application number: DE1967C0042414
Authority: DE
Inventors: Leonard Richmond Calif. Chili (V.St.A.)
Original assignee: Chevron Research Co
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 1966-05-24
Filing date: 1967-05-23
Publication date: 1976-03-04
Also published as: SE321339B; GB1174313A; BE698592A; NL6707203A; DE1704538A1; DK119960B; DE1704538C3

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur einachsigen Walzen-Orientierung von stereoregulären Polypropylenfolien in Längsrichtung in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Stufen, wobei das Verstrecken in der zweiten Stufe mit einer höheren Temperatur als in der ersten Stufe erfolgt.

Stereoreguläre Polypropylenfolien können be kanntlich durch Recken orientiert werden, so daß sie in der Orientierungsrichtung eine größere Reißfestig- jj" keit aufweisen. Eine Methode zum Recken solcher Folien besteht darin, daß man sie zwischen Walzen mit unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit zieht.

Auf diese Weise sind bereits Polypropylenfolien in einer oder mehreren Stufen einachsig auf Reckverhältnisse bis zu 6:1 orientiert worden. Nicht nur bei einstufigem Recken, sondern auch bei einem zweistufigen Verfahren wie dem der DT-AS 1 089 96.S, bei dem das Verstrecken in der 2. Stufe mit einer höheren Temperatur als in der 1. Stufe erfolgt, wurdsn bisher keine höheren Reckverhältnisse er/ielt. Jedoch sind in vielen Fällen Folien erwünscht, die eine größere Reißfestigkeit haben, als sie bei Reckverhältnissen von 6: I oder darunter erzielt werden, und weiteres Recken könnte die Reißfestigkeit erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs dargelegte Verfahren so zu gestalten, daß Folien mit besonders hoher Reißfestigkeit erhalten werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der ersten Stufe eine sich mit einer Lineargeschwindigkeit von 1,5 bis 45 m/Min, hewegende. gegossene Folie mit einer Temperatur von etwa 87.5 bis 138" C über einer etwa 0,508 bis 7.b2 cm langen linearen unbeheizten Strecke auf ein Streckverhältnis von 2: 1 bis 5 : 1 verstreckt und dann auf eine Temperatur von etwa 10 bis 93^J C abgekühlt wird, wonach in mindestens einer weiteren Stufe diese Folie über eine mindestens etwa 15.2 cm lange bogenförmige Strecke im wesentlichen isotherm m Kontakt mit einer auf e;wa 127 bis 160° C beheizte Flache und über eine nachfolgende lineare kürze, v.,. nbeheizte Strecke bei einer Temperatur von etwa 121.5 bis 160' C" auf ein endgültiges Streckverhältnis von d: 1 bis zur Fibrillierung verstreckt wird.

Mit diesem Verfahren können Folien mit einer gleichmäßigen Dicke von 0,00765 bis 0,0765 mm hergestel't werden, die Reißfestigkeiten in Längsrichtung von 5720 kp/cnr und mehr aufweisen. Das neue Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß es auf breite Folien und hohe Foliengeschwindigkeiten angewendet werden kann. Für die höheren Reckverhältnissc innerhalb des angegebenen Bereichs ist es wünschenswert, mehr als zwei Stufen anzuwenden.

In der 2. Stufe erfolgt der größte Teil des Verstrekkens auf der bogenförmigen Bahn. Als Ausgangsmaterial wird eine gegossene Folie von etwa 0.051 bis 0,51 mm Dicke verwendet.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens, mit mehreren aufeinanderfolgenden Paaren von Vorschub- und Ziehwalzen und ist gekennzeichnet durch eine erste Vorschubwalze, die eine Temperatur zwischen etwa 93 und 138° C aufweist, eine Andrückwalze, die mit dieser Vorschubwalze zusammenarbeitet, eine erste Ziehwalze mit einer Temperatur von IO bis 93° C, die in solchem Abstand von der ersten Vorschubwalze angeordnet ist, daß die tangentielle Mindestlacke 0,508 bis 7,62 cm beträgt, eine zweite Vorschubwalze, die eine Temperatur zwischen etwa 127 und 160ⁿ C aufweist, eine zweite Ziehwalze mit einer Temperatur von 10 bis 93" C und eine damit zusammenwirkende Andrückwalze.

Bevorzugte Temperaturen der ersten Vorschubwalze liegen bei 127 bis 138" C Die Umfangsgeschwindigkeit dieser Walze ist im wesentlichen gleich der Gießgeschwindigkeit. Die Kontaktzeit von Folie und Vorschubwalze reicht aus. um die Folie auf eine Temperatur zu erwärmen, die um nicht mehr als etwa 5,5" C von der Temperatur der Walze abweicht. Die Folie wird dann zwischen der Vorschubwalze und ei-

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jier Ziehwalze gereckt. Das Recken erfolgt über die 0,508 bis 7,62 cm lange Strecke, die sich aus der kleinstmöglichen tangentialen Lücke zwischen Vorschubwalze und der Ziehwalze ergibt. Für herkömmlich bemessene Rollen, d. h. solchen mit einem Durchmesser von weniger als etwa 50.« cm. beträgt diese Bahn häufig 0.508 bis 5.0S mm. Die Umfangsgeschwindigkeit Jer Ziehwalzc ist etwa 2- his 5mal, vorzugsweise etwa 4mal so hoch wie die der Vorschubwalze. Die Temperatur der Ziehwal/e beträgt vorzugsweise 60 bis S2" C. Von dieser Zieh-valze kann die Folie direkt zu der nächstfolgenden Reckstufe weite/geleitet werden.

In der folgenden Stufe wird die Folie unter solchen Bedingungen gereckt, die eine genaue Regulierung der Folientemperatur ermöglichen. Die Folie gelangt zunächst in Kontakt mit einer beheizten Fläche, insbesondere einer Walze, deren Temperatur vorzugsweise 127 bis 152' C beträgt. Die Umfangsgeschwindigkeit dieser Walze ist im wesentlichen gleich der der Ziehwalze der ersten Stufe. Die Kontak<zeit ist ausreichend, um die Folie auf eine Temperatur zu erwärmen, die um nicht mehr als etwa 5.5° C von der der beheizten Walze abweicht. Die Folie passiert dann eine Ziehwalze, deren Umfangsgeschwindigkeit hinreichend größer als die der erwärmten Walze ist, um das gewünschte Maß an Reckung zu erzielen. Werden nur zwei Orientierungsstufen angewendet, dann beträgt die Umfangsgeschwindigkeit das 1,2- bis 5,Üfache, vorzugsweise das 2,0fache, der der beheizten Walze. Die Reckstrecke ist definiert durch den Bogen, über den sich die Folie in Berührung mit der beheizten Walze streckt, und die tangentielle Mindestlücke zwischen der beheizten Walze und der Ziehwalze. Die Bogenlänge wird beeinflußt durch die Temperatur der erwärmten Walze, den Durchmesser und die Oberfläche sowie durch die Bedingungen der ersten Stufe.

Der größte Teile des Reckens in der 2. Stufe erfolgt dann, wenn die Folie in Berührung mit der beheizten Walze steht. Infolgedessen wirkt die beheizte Walze zunächst als Heizvorrichtung und danach als Wärmeaufnehmer, welcher die beim Recken erzeugte Wärme absorbiert. Auf diese Weise werden die isothermen Reckbedingungen sichergestellt,

Die Polypropylenfolic, die erfindungsgemäß orientiert wird, kann nach herkömmlichen Methoden extrudiertodcr gegossen sein. Zum Beispiel kann Polypropylen in einem Extruder, der eine Schlitzoffnung hat, bei etwa 232 bis 288° C" geschmolzen werden. Es kann dann durch die Schlitzöffnung in der gewünschten Schnelle und Dicke extrudiert werden. Die extrudierte Folie kann gewalzt werden, indem sie über eine oder mehrere innengekühlte Walzen geführt wird.

Die gewalzte Polypropylenfolie kann direkt zur ersten Orientierungsstufe gemäß der vorliegenden Erfindung geführt werden. Die Kontaktzeit der Folie und der Vorschubwalze der ersten Stufe hängt von der Länge des Bogens ab, über welchem die Folie die Walze berührt, sowie von der Walzengeschwindigkeit. Bei höheren Foliengeschwindigkeiten kann es schwierig sein, eine hinreichende Wärmeübertragung von der Walze auf die Folie zu erreichen, so daß die Folientemperatur um nicht mehr als etw;i 5,5 ' C von der Walzentemperatur abweicht. Unter solchen Bedingungen kann es wünschenswert sein, zusätzliche Heizvorrichtungen 7.11 verwenden, um die Folie teil-538

weise zu erwärmen, bevor sie die beheizte Walze erreicht. Das kann dadurch bewerkstelligt werden, daß man die Folie über Vorwärmwalzen oder durch eine Heizsonne, z. B. einen Ofen führt. Desgleichen kann es wünschenswert sein, Vorwärmvorrichtungen in Verbindung mit der erwärmten Walze der folgenden Stufe zu verwenden.

Die Folie wird in der ersten Stufe gegen die Vorschubwalze gedrückt, so daß im wesentlichen fast das gesamte Recken in der tangenticUeii Lücke zwischen der Vorschubwalze und der Ziehwalze erfolgt. Da dieses Recken schnell in einem sehr kurzen Zeitintervall vor sich geht, ist es weitgehend adiabatisch. Es wurde gefunden, daß, wenn man die Folie sowohl über der Walze als auch in der Luftlücke sich recken läßt, unregelmäßige »Einschnürungen« in allen Stufen und häufiger Folienbruch in der folgenden Stufe auftreten.

Bei hohen Foliengeschwindigkeiten kann es auch wünschenswert sein, die Folie nahe dem Berührungspunkt mit der Ziehwalze der ersten Stufe und der beheizten Walze der zweiten Stufe anzudrücken.

Ziehwalzen oder eine Andrückwalze an die Ziehwalze der zweiten Stufen können verwendet werden, um die zur Orientierung in der zweiten Stufe erforderliche Reckung zu bewirken.

Die Vorschub- und Ziehwalze der ersten Stufe und die beheizte Walze der zweiten Stufe sind zweckmäßigerweise aus glattem oder poliertem Material hergestellt, das eine hohe Wärmeübertragungskapazität besitzt. Beispiele für solche Materialien sind polierter, plattierter Stahl, mattierter Stahl und Aluminium. Die Andrückwalzen bestehen zweckmäßigerweise aus weichem, lederndem Material wie Gummi oder Kunststoff.

Die Vorschubwalze der ersten Stufe und die beheizte Walze der zweiten Stufen sind hinsichtlich der Folicngesehwindigkeit und Weglänge so aufeinander abgepaßt, daß eine hinreichende Kontaktzeit zwischen Folie und den Walzen besteht. Der Durchmesser der beheizten Walze der zweiten Stufe ist ebenfalls auf die gewünschte Reckstrecke abgestimmt. Der Durchmesser der erwärmten Walze der zweiten Stufe beträgt normalerweise mindestens etwa 7,5 cm. Die Durchmesser der Ziehwalzen der ersten und zweiten (bzw. nachlolgenden) Stufen sind nicht kritisch.

Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Polypropylen ist gewöhnlich mindestens /\i 85% stereoregulär und im allgemeinen mindestens zu 95% stereoregulär. Dieses Polypropylen ist weitgehend unlöslich in siedendem Heptan. Die Viskositätszahl dieses Polypropylens liegt im aligemeinen im Bereich von 2 bis 4 dl/g, häufiger etwa 2 bis 3 dl/g (gemessen in Decalin bei 135" C). Damit vergleichbar liegt seine .Schmelzfließgeschwindigkeit im Bereich von etwa 0,1 bis 12 g/10 Min, häufiger von 2 bis 10 g 10 Min. (gemessen nach ASTMD I23X-57T bei 216(1 g Belastung und 230" C).

Das verwendete Propylen kann auch geringere Anteile anderer Harze. UV-Stabilisatoren, Antioxydanlien. Wärmestabilisatoren, Gleitmittel. Farbstoffakzeptoren. Pigmente usw. enthalten.

Die Zeichnung erläutert das eifindungsgemäße Verfahren. Sie stellt eine schematische Seitenansicht von Vorrichtungen dar. mit welchen Polypropylen einachsig in zwei Stufen gemäß der Erfindung orientiert werden kann. Die erste Orientierungsstufe uml;iß > die Walzen 2. 3. 4 und 5: die zweite Stufe umfaßt die Walzen 6, 7. 8. 9 und 10.

Die Folie I wird /wischen der Andruckwalze 2 und der erwärmten Walze 3 hindurchhewegt Durch den Kontakt mit der Walze 3 nimmt die Folie Wärme aul. Die Folie wird in der taiigcnticlleii Lücke /wischen der Walze 3 und der Ziehwalze 5 gereckt. Das Ver hältnis der Umfangsgeschwindigkeiten der Walze 5 zur Walze 3 beträgt etwa ."!: I bis 5:1. Die Andrückwalze 4 kann nach freiem lirmcssen verwendet wei den und wird bei hohen Foliengeschwindigkeiten eingesetzt. Durch Kt)UIaKt mit der Walze 5 wird die Folie 1 gekühlt und das Recken beendet. Von der Walze 5 läuft die Folie I weiter zur zweiten Stufe.

In tier zweiten Stule wird die Folie erwärmt, wenn sie in Berührung mit der Walze 7 gelangt. Die Andruckwalze 6 kann wahlweise verwendet werden und ist fur hohe Foliengcsehwindigkeiten gedacht. Die Folie wird durch die gemeinsame Wirkung von Ziehwalze 9 und Andruckwalze 10 gereckt. Die I 'mtangsgeschwindigkfil der Zichwalze 9 betragt etwa das 1,2-bis Mache der Geschwindigkeit der Walze 7. Die Andruckwalze 10 > verankeii' die lohe an der Walze 9. so daß diese die Folie streckt. Die Andruckwalze 8 kann nach Belieben eingesetzt werden und dient für hohe Geschwindigkeiten. Das Recken erfolgt über dem Umfang von Walze 7 sowie zwischen Walze 7 und Walze 9. Foliengeschwindigkeitsmessungen zeigen, daß der größte 'Feil des Reckens in der zweiten Stufe erfolgt, solange die Folie in Kontakt mit Walze 7 steht.

Beispiel ί

Polypropylen (zu etwa 95';,, unlöslich in Heptan), das I Gewichtsprozent Graphit enthielt, wurde in einem herkömmlichen Hxtrudei geschmolzen, extrudiert und mit 3(1.5 m Min. zu einer flachen, dünnen Folie gegossen. Die gegossene Folie wurde zwischen einer Andrückwalze und einer Vorschubwalze von S,9cm Durchmesser, die innen auf etwa 135" C. erhitzt war, hindurchgeführt. Die Folie wurde durch eine Ziehwalze von 8.9 cm Durchmesser bei einem Ziehverhältnis von etwa 3.2 : I gereckt. In der tangentiellen Mindestlücke von etwa 1.02 cm zwischen der Vorschubwalze und der Ziehwalze erfolgte ein im wesentlichen adiabatisches Recken.

Von der Ziehwalze wurde die Folie über eine Vorwärmwalze geführt, die auf etwa 107 C erwärmt war. Nach diesem Vorwärmen wurde die Folie über eine auf etwa 14 l^r C beheizte Walze mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 4,75 m/Min, geleitet. Die Folie wurde dann durch eine Ziehwalze mit 8.9 cm Durchmesser, die eine Umfangsgeschwindigkeit von etwa 21,5 m/Min, hatte, gereckt, so daß ein endgültiges Reckverhältnis von etwa 7:1 erzielt wurde. Der größte Teil des Reckens geschah, solange die Folie in Berührung mit der beheizten Walze war. Die tangentielle Mindestlücke zwischen der beheizten Walze und der Ziehwalze betrug 3,43 cm.

Die erhaltene orientierte Folie hatte eine durchschnittliche Dicke von 0.0305 mm. Ihre Reißfestigkeit (gemessen durch Recken bis zum Bruch) betrug 4120 kp/cnr.

Beispiel 2

Nach dem in Beispiel 1 allgemein beschriebenen Verfahren wurde eine Polypropylenfolie einachsig auf ein endgültiges Zichverhältnis von 7.6:1 gereckt. Die Umfangsgeschwindigkeit der Ziehwalze der zweiten Stufe betrug 23.2 m/Min, anstatt 21.5 m/Min.

Die erhaltene Folie hatte eine durchschnittliche Dicke Mm 0.033 mm und eine Reißfestigkeit von 426(1 kp cm.

Beispiel 3

Nach der allgemeinen Methode von Beispiel I wurde eine Polypropvlenfolie, die kein Graphit enthielt, auf ein Reck verhältnis von 8,0: I orientiert. Die Umfangsgeschwindigkeit der Ziehwulzc der ersten Stufe betrug 12.2 m Min. anstatt 9.7 m/Min., und die Umfangsgeschwindigkeit der Ziehwalze der zweiten Stufe war 24.4 m Min. anstatt 23.2 m/Min.

Die orientierte F'olie halte eine durchschnittliche Dicke M)ii 0.025 mm un<.\ eine Reißfestigkeit von 4795

Beispiel 4

Nach dem allgemeinen Verfahren von Beispiel 1 wurde eine Polypropylcutolie einachsig auf ein Reckverhältnis von 9.5: I orientiert. Verglichen mit den Umfangsgeschwindigkeiten von Beispiel I wurde die Ziehwalze der ersten Stufe mit 12.2 m'Min. und die Ziehwalze der zweiten Stufe mit 29 m/Min, rotiert Die orientierte Folie hatte eine durchschnittliche Dicke von 0.IMS2 mm und eine Reißfestigkeit von 5030 kp-cm".

Beispiel 5

Nach dem allgemeinen Verfahren von Beispiel I, wobei jedoch die Vorschubwalze der ersten Stufe und die beheizte Walze der /weiten Stufe jeweils durch Walzen mit 15.3 cm Durchmesser ersetzt wurden, wurde eine mit 9.15 mMin. hergestellte Polypropylenlolie auf ein Rockverhältnis von 7.6: 1 einachsig orientiert. Verglichen mit den Umfangsgeschwindigkeiten von Beispiel 1 hatte die Ziehwalze der ersten Stufe eine Umfangsgeschwindigkeit von 29,3 m'Min. und die Ziehwalze der zweiten Stufe eine solche von 69.5 m Min. Außerdem betrug die Temperatur der Vorwärmwal/e 120.5 C statt IO7^r' C.

Beispiel 6

Nach der Methode von Beispiel 5 wurde eine mit 15.2 nvMin. hergestellte Polypropylenfolie auf ein Reckverhältnis von 7,6: 1 einachsig orientiert. Verglichen mit den Umfangsgeschwindigkeiten von Beispiel 5 betrug die der Ziehwalze der ersten Stufe 48,(-m/Min, und die der Ziehwalze der zweiten Stufe 1 If m Min.

Beispiel 7

Es wurden Vergleichsversuche durchgeführt, bei denen Polypropylenfolie mit 9,15 m/Min, hergestellt und in einer einzigen Stufe auf Reckveriiältnisse von 6:1 und 6.5 : 1 orientiert wurde. Die in dieser einzigen Orientierungsstufe verwendete Apparatur war im wesentlichen die gleiche, wie sie für die zweite Stufe in Beispiel 5 verwendet wurde. Bei einem Reckverhältnis von 6:1 trat gelegentlich Querbruch der Folie auf. Bei 6,5 : 1 erfolgte häufiges Reißen der Folie in Querrichtung, wodurch zahlreiche Unterbrechungen in dei Herstellung verursacht wurden.

Beispiel 8

Polypropylenfolie wurde mit 5.5 m/Min, hergestellt und in drei Stufen auf ein Reckverhältnis von etwa 12:1 orientiert. Die bei dieser Dreistufenorientierung verwendete Apparatur war die von Beispiel 5 unter

Hin/ufugiiiig eines weiteren Wal^ensat/es. der dem der zweiten Stufe von Beispiel 5 glich. Die I emperatür der beheizten Wab.c der dritten Stufe betrug 14'),5' C. Die Umfangsgeschwindigkeit der Zielnval-/.eii in jeder Stufe waren: erste Stufe = 2.S.3 in Min.. /weite Stufe = 4(>..S in Min., drille Stufe =- dH,3 m/ Min.

Die gemäß der Hrfindung hergestellten Folien können /in Herstellung \οη Ί auwerk. Ciiirnen. Textilien uiul iihtiliehcn Produkten verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichniineen 609510/399

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur einachsigen Walzen-Orientierung von stereoregulären Polypropylenfolien in Längsrichtung in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Stufen, wobei das Verstrecken in der zweiten Stufe mit einer höheren Temperatur als in der ersten Stufe erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe eine sich mit einer Lineargeschwindigkeit von 1,5 bis 45 m/Min, bewegende Folie mit einer Temperatur von etwa 87,5 bis 138° C über einer etwa 0,M)8 bis 7,62cm langen linearen unbeheizten Strecke auf ein Steckverhältnis von 2:1 bis 5:1 verstreckt und dann auf eine Temperatur von etwa JO bis 93° C abgekühlt wird, wonach in mindestens einer weiteren Stufe diese Folie über eine mindestens etwa 15,2 cm lange bogenförmige Strecke im wesentlichen isotherm in Kontakt mit einer auf etwa 127 _ao bis 160° C beheizten Fläche und über eine nachfolgende lineare kürzere, unbeheizte Strecke bei einer Temperatur von etwa 121,5 bis 160° C auf ein endgültiges Streckverhältnis von 6: 1 bis zur Fibrillierung verstreckt wird. »5

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie in der zweiten Stufe mit einem Streckverhältnis zwischen 1.2: 1 bis 5 : I verstreckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie in der ersten Stufe mit einem Streckverhältnis von 4: 1 und in der zweiten Stufe mit einem Streckverhältnis von 2:1 \crstreckt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mehreren aufeinanderfolgenden Paaren von Vorschub- und Ziehwalzen, gekennzeichnet durch eine erste Vorschubwalze, die eine Temperatur zwischen etwa 93 und 138° C aufweist, eine Andrückwalze, die mit dieser Vorschubwalze zusammenarbeitet, eine erste Ziehwalze mit einer Temperatur von 10 bis 93° C, die in solchem Abstand von der ersten Vorschubwalze angeordnet ist, daß die tangentielle Mindestlücke 0,508 bis 7.62 cm beträgt, eine zweite Vorschubwalze, die eine Temperatur zwischen etwa 127 und 160° C aufweist, eine zweite Ziehwalze mit einer Temperatur von K) bis 93" C und eine damit zusammenwirkende Andrückwalze.

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