DE1704538C3

DE1704538C3 - Verfahren zur einachsigen Orientierung von stereoregulären Polypropylenfolien und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1704538C3
Application number: DE1967C0042414
Authority: DE
Inventors: Leonard Richmond Calif. Chill (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: 1980-01-17
Also published as: SE321339B; BE698592A; NL6707203A; DK119960B; GB1174313A; DE1704538A1; DE1704538B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur einachsigen Orientierung Von stercorcgulärcn Polypropylenfolien in Längsrichtung, wobei eine sich mit einer Lineargeschwindigkeit von 1,5 bis 45 m/min bewegende Folie mit einer Temperatur von 87,5 bis 138° C über einer 0,508 bis 7,62 cm langen linearen unbeheizten Strecke auf ein Streckverhältnis von 2 : I bis 5 : 1 gestreckt und danach abgekühlt wird.

Slereoreguläre Polypropylenfolien können bekanntlich durch Recken orientiert werden, so daß sie in der Orienticrungsrichtung eine größere Reißfestig

keit aufweisen. Eine Methode zum Recken solcher Folien besteht darin, daß man sie zwischen Walzen mit unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit zieht. So beschreibt die US-PS 32 14 503 ein Verfahren zur einachsigen Orientierung von stereoregulären Polypropylenfolien, bei dem eine sich mit hoher Lineargeschwindigkeit bewegende Folie mit einer Temperatur von 90 bis 14O⁰C in einer Stufe über einer linearen unbeheizten Strecke auf ein Streckverhältnis von 2:1 bis 6:1 gestreckt und danach abgekühlt wird. Bei diesem bekannten einstufigen Verstrecken wird also höchstens ein Streckverhältnis von 6: 1 erreicht. Auch Polyäthylenfolien wurden bereits in einer oder mehreren Stufen einachsig auf Reckverhältnisse bis zu 6: 1 orientiert. Nicht nur bei einstufigem Recken, sondern auch bei einem zweistufigen Verfahren wie dem der DE-AS 10 89 965, bei dem das Verstrecken von Polyäthylen in der 2. Stufe mit einer höheren Temperatur als in der I.Stufe erfolgt, wurden bisher keine höheren Reckverhältnisse erzielt. Jedoch sind in vielen Fällen Folien erwünscht, die eine größere Reißfestigkeit haben, als sie bei Reckverhältnissen von 6: 1 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.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Abkühlen der Folie nach dem Strecken auf eine Temperatur von 10 bis 93° C vorgenommen wird, wonach die Folie in mindestens einer weiteren Streckstufe über eine mindestens 15,2 cm lange bogenförmige Strecke im wesentlichen isotherm in Kontakt mit einer auf 127 bis 160⁰C beheizten Fläche und über eine nachfolgende lineare kürzere, unbeheizte Strecke bei einer Temperatur von 121,5 bis 160⁰C auf ein endgültiges Streckverhältnis von 6: 1 bis zur Fibrillierung verstreekt wird, wobei das Verstrecken in der zweiten Streckstufc mit einer höheren Temperatur als in der ersten Streckstufe erfolgt.

Mit diesem Verfahren können Folien mit einer gleichmäßigen Dicke von 0,00765 bis 0,0765 mm hergestellt werden, die Reißfestigkeiten in Längsrichtung von 5270 kp/tm² und mehr aufweisen. Das neue Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß es auf breite Folien und hohe Folicngeschwindigkcitcn angewendet werden kann. Für die höheren Reckverhältnisse innerhalb des angegebenen Bereiches ist es wünschenswert, mehr als zwei Stufen anzuwenden.

in der 2. Stufe erfolgt der größte Teil des Vcrstreckcns auf der bogenförmigen Bahn. Als Ausgangsmaterial wird eine gegossene Folie von 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 Ziehwalzcn und ist gekennzeichnet durch eine erste Vorschubwalze, die eine Temperatur zwischen 93 und 138 ¹C aufweist, eine Andrückwalze, die mit dieser Vorschubwalze zusammenarbeitet, eine erste Ziehwaizc mit einer Temperatur von 10 bis 93° C, die in solchem Abstand von der ersten Vorschubwalze angeordnet ist, daß die tangcnticlle Mindestlücke 0,508 bis 7,62 cm betrügt, eine zweite Vorschubwalze, die eine Temperatur zwischen 127

und 160⁰C aufweist, eine zweite Ziehwalze mit einer Temperatur von 10 bis 93° C und eine damit zusammenwirkende Andrückwalze.

Bevorzugte Temperaturen tier ersten Vorschuh-■.val/c liegen hei 127 his ΠΝ" C. Die Umfangsgeschwindigkeit dieser Walze ist im wesentlichen gleich der C iieUgeschwindigkeit. Die Kontakt/eit von Folie und Vorschubwalze reicht aus, um die Folie auf eine Temperatur /u erwärmen, die um nicht mehr als etwa ^s.5^r C. von der Temperatur der Walze abweicht. Die folie wird dann zwischen der Vorschubwalze und einer Ziehwalze gereckt. Das Recken erfolgt über die 1),>U8 bis 7,h2 cm lange Strecke, die sich aus der kleiiustituiglicIiL-ii tangentirilen Lücke /wischen Vorschubwalze und der Zichwalzc ergibt. Fur herkömmlich bcmjhsene Rollen.d.h. solchen mit einem Durchmesser UJi) weniger als etwa 50.S ein. beträgt diese Bahn häufig Ο.5ΠΚ bis 5.HS mm Die Umfangsgeschwindigkeit der Ziehwalze ist 2- bis 5mal. vorzugsweise etwa 4mal so hoch wie die der Vorschubwalze. Die Temperatur der Ziehwalze beträgt vorzugsweise 60 bis 82° C. Von dieser Ziehwalze kann die Folie direkt zu der nächstfolgenden Reckstufe weitergeleitet werden.

Iti der folgenden Stufe wird die Folie unter solchen Bedingungen gereckt, die eine genaue Regulierung der FolieiUcmperalur 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 /iehwal/e der ersten Stufe. Die Koniaktzeit 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 MaK an Reckung zu erzielen. Werden nur zwei Orientieruugsstufen angewendet, dann betragt die Umfangsgeschwindigkeit das 1,2- bis 5,<)fuche. vorzugsweise das 2,()fache, der der beheizten Walze. Die Reckstrecke ist definiert durch den Bogen, über den sich die Folie in Berührung mit der beheizten Walze streck!, und die tnngenlielle Mindestlücke /wischen der beheizten Walze und der Ziehwal/e. 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 Wärmeaul uehmer. welcher die beim Recken erzeugte Wärme absorbiert. Auf diese Weise werden die isothermen Reckbedingungen sichergestellt.

Die Polypropylenfolie, die erfindungsgemäß orientiert wird, kann nach herkömmlichen Methoden extrudiert sein. Zum Beispiel kann Polypropylen in einem Extruder, der eine Schlitzöffnung hat, bei etwa 232 bis 288° C geschmolzen werden. Es kann dann durch die Schlitzöffnung in der gewünschten Schnelle und Dicke extrudiert werden. Die extrudicrte Folie kann gewaizt 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 Wabe berührt,sowie von der Walzenge.schwindigkeil. Bei höheren Foliengeschwindigkeiten kann es schwieng sein, eine hinreichende Wärmeübertragung \on der Walze auf die Folie zu erreichen, so daß die Fnlientemperatur um nicht mehr als etwa 3,5' C von der Walzenteniperatur abweicht. Unter solchen Bedingungen kann es wünschenswert sein, zusätzliche

ίο Heizvorrichtungen zu verwenden, um die Fulie teilweise zu erwärmen, bevor sie die beheizte Walze erreicht. Das kann dadurch bewerkstelligt werden, daß man die Folie über Vorwärmwalzen oder durch eine Hei/sonne. z.B. einen Ofen führt. Desgleichen kanu es wünschenswert sein, Vorwärmvorrichtungen in Verbindung mit der erwärmten Walze der folgenden Stute zu verwenden.

Die Folie wird in der ersten Stu^f'> gegen die Vorschubwalze gedruckt, so daß im wesentlichen fast das gesamte Recken in der tangentiellen 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 befunden, daß. wenn man die Folie sowohl über

as der Walze als auch in der Luftliicke 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 tier Ziehwalze der ersten Stufe und der beheizten Waäze 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 erforderliehe 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, daseine hohe Wärmeübertragungskapazität besitzt. Beispiele für solche Materialien sind polierter, plattiertet Stahl, mattierter Stahl und Aluminium. Die Andrückwalzen bestehen zweckmäßiger.veisc aus weichem, federndem Material wie Gummi oder Kunststoff.

Die Vorschubwalze der ersten Stufe und die beheizte Walze der zweiten Stufen sind hinsichtlich der Foliengeschwindigkeit und Weglänge so aufeinander abgepaßt, daß eine hinreichende Kontaktzeit zwischen Folie und den Walzen besteht. Der Durchmes· ser der beheizten Walze der zweiten Stufe ist ebenfal's auf die gewünschte Reckstrecke abgestimmt. Der L^urt'.imesser der erwärmten Walze der zweiten Stufe beträgt normalerweise mindestens etwa 7,5 cm. Die Durchmesser der Ziehwalzen der ersten und zweiten (bzw. nachfolgenden) Stufen sind nicht kritisch.

Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete PolyproDylen ist gewöhnlich mindestens zu 85% stereoregulär und im allgemeinen mindestens zu 45% stereoregulär. Dieses Polypropylen ist weitgehend unlöslich in siedendem Heptan. Die Viskositätszahl dieses Polypropylens liegt im allgemeinen im Bereich von 2 bis 4 dl/g, häufiger etwa 2 bis Λ dig (gemessen in Decal^;nbei 135" C). Damit vergleichbar liegt seine Schmelzfließgeschwindigkcit im Bereich

«5 von etwa 0,1 bis 12 g/10 Min, häufiger von 2 bis IO «#'10 Min. (gemessen nach ASTM D I238-57T bei : 160 g Belastung und 230' C).

Das verwendete Propylen kann aucil geringere \_n.

teile anderer Harze, UV-Stabilisatoren. Anlioxydantieti, Wärmestabilisatoren, Oleitmitlcl. Farbsioffak· zeptoren. Pigmente usw. enthalten.

Die Zeichnung erläutert das eriindungsgeinälic Verfahren. Sie stellt eine scliematische Seitenansicht von Vorrichtungen dur. mit welchen Polypropylen einachsig in zwei Stufen gemäß der Erfindung orientiert werden kann. Die erste Orientierungsstufe umfaßt die Walzen 2. 3, 4 und 5: die /weite Stufe umfaßt die Walzen 6, 7. 8. 9 und 10.

Die Folie 1 wird zwischen der Andruckwalze 2 und der erwärmten Walze 3 hindurchbewegt. Durch den Kontakt mit der Walze 3 nimmt die Folie Warme aiii. Die Folie wird in der tangentiellen Lücke zwischen der Walze 3 und der Ziehwalze 5 gereckt. Das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten der Walze 5 zur Walze 3 betragt etwa 2: I bis 5:1. Die Andrückwalze 4 kann nach freiem Ermessen verwendet wer den und wird bei hohen Foliengeschwindigkeiten eingesetzt. Durch Kontakt mit der Walze 5 wird die Folie 1 gekühlt und das Recken beendet. Von der Walze 5 läuft die Folie 1 weiter zur zweiten Stufe.

In der zweiten Stufe wird die Folie erwärmt, wenn sie in Berührung mit der Walze 7 gelangt. Die Andrückwalze 6 kann wahlweise verwende! werden und ist für hohe Foliengeschwindigkeiten gedacht. Die Folie wird durch die gemeinsame Wirkung von Ziehwalze 9 und Andrückwalze 10 gereckt. Die Umfangsgeschwindigkeit der Ziehwalzc 9 beträgt etwa das 1,2-bis 5fache der Geschwindigkeit der Walze 7. Die Andrückwalze 10 »verankert" die Folie an der Walze M. 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. Foliengeschwindigkeitsniessungen zeigen, daß der größte Teil des Reckens in tier zweiten Stufe erfolgt, solange die Folie in Kontakt mit Walze 7 steht.

Beispiel 1

Polypropylen (zu etwa 95% unlöslich in Heptan), das I Gewichtsprozent Graphit enthielt, wurde in einem herkömmlichen Extruder geschmolzen, extrudiert und mit 30.5 m/Min, zu einer flachen, dünnen Folie gegossen. Die gegossene Folie wurde zwischen einer Andrückwalze und einer Vorschubwalze von (S.Wem Durchmesser, die innen auf etwa 135° C erhitzt war, hindurchgeführt. Die Folie wurde durch eine Ziehwalze von S.'■) cm Durchmesser bei einem Ziehverhältnis von etwa 3.2: 1 gereckt. In der tangentiellen Mindestlücke von etwa 1.02 cm zwischen der Vorschubwalze und der Ziehwalze erfolgte ein im wesentlichen adiahatisches 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 141 ° C beheizte Walze mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 9,75 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 durchscliiiitllichc Dicke von I).0305 nun Ihre Reißfestigkeit (gemessen durch Recken bis zum Bruch) betrug 4 1 Io kp ciTr

Beispiel?

Nach dem in Beispiel I allgemein beschriebenen

Verfahren wurde eine Polypropylenfolie einachsig aiii ein endgültiges Zichvcrhällnis von 7.6: I gereckt. Dk Umfangsgeschwindigkeit dci Ziehwalze der zweiten

ίο Stule betrug 23.2 m/Min, anstatt 21.5 in Min.

Die erhaltene Folie hatte eine durchschnittliche Dicke von 0.033 mm und eine Reißfestigkeit von 4260 kp cnr.

Beispiel'

Nach der allgemeinen Methode von Beispiel I wurde eine Polypropylenfolie. die kein Graphit enthielt, auf ein Reckverhältnis von N.0: I orientiert. Die Umfangsgeschwindigkeit der Ziehwalze der ersten

an Stufe betrug 12.2 m Min. anstatt 9.7 m.'Min.. und die Umfangsgeschwindigkeit der Ziehwalzc der zweiten Stufe war 24.4 m'Min. anstatt 23.2 m.'Min.

Die orientierte F'olie hatte eine durchschnittliche Dicke ν on 0.02 ^ mm und eine Reißfestigkeit von 4795

»5 kp cm .

Beispiel 4

Nach dem allgemeinen Verfahren von Beispiel 1 wurde eine Polypropylenfolie einachsig auf ein Reck-

verhältnis von 9.5:1 orientiert Verglichen mit de \ Umfangsgeschwindigkeiten von Beispiel I wurde die Ziehwalze der ersten Stufe mit 12.2 m'Min. und die Ziehwalze der zweiten Stufe mit 24 m/Min, rotiert. Die orientierte Folie hatte eine durchschnittliche Dicke von 0.03X2 mm und eine Reißfestigkeit von 5030 kp cm".

Beispiel 5

Nach dem allgemeinen Verfahren von Beispiel 1. wobei jedoch die Vorschubwalze der ersten Stufe und

Walzen mit 15.3 cm Durchmesser ersetzt wurden, wurde eine mit 9.15 mMin. hergestellte Polypropvlenfolie auf ein Rcckverhältnis 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 Vorwärmwalze 120.5" C statt 107" C.

Beispiel (·>

Nach der Methode von Beispiel 5 wurde eine mit 15.2 m/Min, 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 4S.6 m/Min, und die der Ziehwalze der zweiten Stufe 116 m/Min.

Beispiel 7

Es wurden Vergleichsversuche durchgeführt, bei denen Polypropylenfolie mit 9,15 m/Min, hergestellt und in einer einzigen Stufe auf Reckverhältnisse 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 Reckverhält-

in«- von (ι. I Ii ;il gelegentlich Querhi nth ilei Folie auf. Hei <o I rrlolgtt hmifiges Keilten der Folie in Quer ι iihtutiy u ι Ii lurch 7;ih I reiche t InIt- rl >rechungen in tier I lcrsii'lliii)}; vertu snclil wurden.

Heispiel 8

i'nlvpropvlcnfolic 'vurde mit 5.5 in. Min. hergestellt und in drei Stufen ;iuf ein Reckverhältnis von etwa 12:1 orientiert. Die hei diesel Dreistiifenorientierung vcrwcndele. App;ir<ituT wai die von Beispiel 5 unter

Hin/.ufugung eines weiteren Walzensatzes. ilei dun der zweiten Stufe von Beispiel 5 glich. Die Tempern tür der beheizten Walze der dritten Stufe heliug 149,5' C. Die Umfangsgeschwindigkeit der Ziehwal /.cn in jeder Stufe waren: erste Stufe = 25,.1 m Mm., /weite Stufe = 4ft.5 in Min., dritte Stufe = fi8..l in/ Min.

DiegcmaBder F.rfindung hergestellten Folien können /ur Herstellung von Tauwerk, Garnen. Textilier

ίο und iihnlichen Produkten verwendet werden.

Hierzu t Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur einachsigen Orientierung von stereoregulären Polypropylenfolien in Längsrichtung, wobei eine sich mit einer Lineargeschwindigkeit von 1,5 bis 45 m/min bewegende Folie mit einer Temperatur von 87,5 bis 138° C über einer 0,508 bis 7,62 cm langen linearen unbeheizten Strecke auf ein Streckverhältnis von 2 : 1 bis 5 : 1 gestreckt und danach abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlen der Folie nach dem Strecken auf eine Temperatur von 10 bis 93° C vorgenommen wird, wonach die Folie in mindestens einer weiteren Streckstufe über eine mindestens 15,2cm lange bogenförmige Strecke im wesentlichen isotherm in Kontakt mit einer auf 127 bis 160⁰C beheizten Fläche und über eine nachfolgende lineare kürzere, unbeheizte Strecke bei einer Temperatur von 121,5 bis 160⁰C auf ein endgültiges Streckverhältnis von 6:1 bis zur Fibrillierung verstreckt wird, wobei das Verstrecken in der zweiten Streckstufe mit einer höheren Temperatur als in der ersten Streckstufe erfolgt.

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

.V Verfahren nach Anspruch 2. dadurch ge kennzeichnet, daß die Folie ::· der ersten Stufe mit einem Streckverhältnis von 4: 1 und in der zweiten Stufe mit einem Streckeerhä'-inis von 2:1 verstreekt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, mit mehreren aufeinanderfolgenden Paaren von Vorschub- und Zichwalzcn. gekennzeichnet durch eine erste Vorschubwalze, die eine Temperatur zwischen etwa 03 uml 138" C aufweist, eine Andrückwalze, die mil dieser Vorschubwalze zusammenarbeitet, eine erste Zieh ■ walze mit einer Temperatur von IO bis ¹IJ" C. die in solchem Abstand von der ersten Vorschubwalze angeordnet ist, daß die tangeutielle Mindestlücke 0.5(18 bis 7.o2 cm betragt, eine zweite Vorschubwalze, die eine Temperatur zwischen etwa 127 und 160" C aufweist, eine zweite Zichwalze mit einer Temperatur von IO bis ¹J-V C und eine damit zusammenwirkende Andrückwalze.