DE1704728B2

DE1704728B2 - Vorrichtung zum waermefixieren einer molekularorientierten folienbahn

Info

Publication number: DE1704728B2
Application number: DE1967J0033391
Authority: DE
Inventors: Grahame Melvm Harpenden Reade (Großbritannien)
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1966-04-15
Filing date: 1967-04-07
Publication date: 1973-08-30
Also published as: LU53420A1; US3570052A; CH454434A; DK124385B; NL6705074A; DE1704728C3; BR6788613D0; FR1522626A; BE697070A; ES339294A1; NL139050B; GB1124886A; DE1704728A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wärmefixieren einer molekularorientierten Folienbahn aus einem organischen thermoplastischen kristallisierbaren oder kristallinen polymeren Material mi: mindestens einer umlaufenden Wärmefixierungswalze, deren Oberfläche eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Folienmaterials aufweist, um eine Schrumpfung der Folienbahn herbeizuführen, sowie mit Einrichtungen zum Zuführen der Folienbahn auf die Walze, Vorrichtungen zum gleichmäßigen Ausbreiten der Folienbahn auf der Walze und Vorrichtungen zum Andrücken der Folienbahn an die Walze und zum Abziehen derselben von der Walze.

Wenn eine Folie aus einem organischen thermoplastischen kristallisierbaren polymeren Materia!, wie z. B. Polypropylen, zur molekularen Orientierung und somit zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften gereckt wird, so weist die entstehende Folie eine für viele Anwendungszwecke unerwünscht hohe Schrumpffähigkeit bei erhöhten Temperaturen auf. Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei solchen Folien die Formbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen durch sogenannte Wärmefixierverfahren zu verbessern. Wenn ferner die Folie zur zweiachsigen Orientierung nach einem Schlauchverfahren gereckt wird, weisen die gereckten Folien häufig eine ungleichmäßige Form auf, d. h. die Längsabmessungen der Folie sind unterschiedlich, was vermutlich auf geometrische Faktoren und thermische Ungleichmäßigkeit beim Recken zurückzuführen ist. Eine solche ungleichmäßige Folie kann nicht auf einer flachen Fläche ohne Faltenbildung ausgebreitet werden. Beim Wärmefixieren solcher Folien auf einem Trockenrahmen kann durch die seitliche Einspannung der Folie durch die Rahmenklammern eine Abflachung der Folie eintreten, so daß die Ungleichmäßigkeit der Folie verringert oder sogar beseitigt wird. Die auf diese Weise wärmefixicrte Folie wird aber an einer Längszusammenziehung verhindert, wenn die Ränder einmal von den Rahrnenklammerneiiaßisind. Dadurch können :nehrere unerwünschte Folgen entstehen. Soll die Folie z. B. geschweißt werden, so kann sie dabei wellig werden. Ferner können bei der Trocknung eines auf die Folie aufgetragenen Überzugs auf einem Trockenrahmen Folienbrüche entstehen, und zwar wegen der

'5 Längsspannungen, die in der Folie hervorgerufen werden.

Es sind Vorrichtungen zum Verstrecken \on nicht-orientierten Polyäthylcnfolien bekannt, bei denen die Folie in der Längsrichtung in zwei aufeinanderfolgenden Stufen bei nach und nach höher werdenden Temperaturen verstreckt wird, wobei sie auf einer Reihe von Heizwalzen wärmebehandelt wird, um auf diese Weise die Schrumpfung der Folie herbeizuführen.

Es ist weiterhin bekannt, bei der Bearbeitung von Cellulosehydratfo'ien diese über Walzen zu leiten, welche mit einem besonderen Oberflächenbelag versehen sind, um hierdurch die Haftung zwischen der Walzoberfläche und der Folie zu vergrößern, so daß auf diese Weise eine Querschrumpfung der Folie vermieden wird.

Es sind auch Vorrichtungen bekannt, die Wärmefixierungswalzen enthalten, über die Kunststoffolien geleitet werden, wobei die Folien fest auf die Wärmefixierungswalzen angepreßt werden, so daß diese auf der Walze während der Wärmebehandlung gut haften, um auf diese Weise eine Schrumpfung der Folie in der Querrichtung zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schrumpfung einer molekularorientierlen Folienbahn bei einer Wärmefixierung mittels mindestens einer Wärmefixierungswalze auf der Wärmefixierungswalze gleichmäßig und kontrollierbar zu gestalten.

Die Aufgabe wird bei der eingangs dargelegten Vorrichtung dadurch erfindungsgemäß gelöst, daß die Wärmefixierungswalze eine matte Oberfläche besitzt.

Durch diese matte Oberfläche wird zwischen der

Walze und dem Film eine Art Luftkissen gebildet und es hat sich gezeigt, daß mit einer derartigen Vorrichtung verbesserte Folienprodukte hergestellt werden können.

Unter einer orientierten Folie soll eine Folie verstanden werden, die gereckt wurde, damit die Moleküle des Werkstoffs der Folie orientiert wurden. Die Orientierung kann durch Recken der Folie in einer Richtung bewirkt werden, damit die Moleküle in dieser Richtung orientiert werden, oder aber die Folie kann in zwei Richtungen gereckt werden, damit eine zweiachsige Orientierung in der Folienebene eintritt, und zwar gewöhnlich in der Längs- und Querrichtung. Bei einer zweiachsig gereckten Folie kann das Recken in der Längsrichtung und das Recken in der Querrichtung gleichzeitig oder nacheinander erfolgen, und das Ausmaß des Reckens kann in jeder Richtung gleich oder in der einen Richtung größer sein, wie es für zweckmäßig gehalten wird.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist zur Behandlung von orientierten Folien aus jedem organi-

sehen thermoplastischen kristallisierbaren oder krislalliiien polymeren Material gecignel. Als Beispiele für solche Materialien kann man folgende erwähnen: Polymere und Copolymere von !-Olefinen, z. B. hochdichtes Polyäthylen, Polypropylen, Äthylen/ Propylen-Copolyinere, Po'y-4-mcthylpenten-l, Polyester, wie z. B. Po'yäthylentercphthalat und Polyäthylen- l,2-diplienoxyä!han-4,4'-dicarboxyIat und die verschiedenen Polyamidarten.

Die normalen Wärmebehandlungstemperaturen für diese Polymere werden angewandt. Um eine im wesentlichen schrumpfunfähige Folie aus Polypropylen herzustellen, sind also zur Wärmebehandlung der Polypropylenfolie Betriebstemperaturen der erhitzten Mattwalzen von 100 bis 145° C geeignet. Eine sehr ¹S geeignete Betriebstemperatur für Polypropylenfolie ist 120'⁼ C. Wenn die Vorrichtung bzw. das Verfahren zur Gläuung von orient ie rlcn Folien und zur Beseitigung von ungleichmäßigen Längsabmessungen und nicht zur Wärmebehandlung zwecks Erzielung einer im wesentlichen schrumpfunfähigen Folie angewandt wird, so können niedrigere Betriebstemperaturen benutzt werden.

Als Mattwalzen können die verschiedensten Walzen mit matter Oberfläche verwendet werden, wie *5 z. B. mit dem Sandstrahl behandelte Walzen aus Flußstahl, Gußeisenwalzen, Aluminiumwalzen und Walzen mit mattem Anstrich. Als Matthoitsgrad ist ein solcher mit einem arithmetischen Mittenrauhwert von 1,0 X 10 ³ bis 5,1 x 10 ³ mm sehr geeignet.

Die erforderliche Anpreßkraft der Folienbahn auf die Wärmefixierungswalze kann auf verschiedene Art und Weise erzielt werden. Am einfachsten verwendet man hierzu Walzen mit verhältnismäßig geringem Durchmesser. Bei Verwendung von solchen Walzen erzeugt die von den Zuführungs- und Abzugseinrichtungen herrührende Spannung eine Kraft zwischen der Fo'ie und der Walze. Bei dieser Arbeitsweise sind Walzen mit einem Durchmesser von etwa 15 cm geeignet, und diese Arbeitsweise hat den Vorteil, daß die Walzen Leerlaufwalzcn sein können, solange die Anzahl solcher Walzen zwischen der Einführungseinrichlung und der Abzugseinrichtung nicht zu groß ist.

Bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten muß die Folie natürlich einen \erhältnismäßig langen Behandlungsweg durchlaufen, um eine ausreichende Behandlung zu erhalten. Hierbei kann die Vorrichtung nach der Erfindung mit einer einzigen erhitzten Mattwalze mit großem Durchmesser ausgestattet sein. Aus wirtschaidichcn Grünucn wird aber vorzugsweise eine so Anzahl solcher Walzen verwendet.

Bei Verwendung von Walzen größeren Durchmessers kanu die Temperatur und Laufgeschwindigkeit der Walzen beliebig eingestellt werden. Um die Spannungen in der Folie, die nach der Behandlung verbleiben, auf ein Mindestmaß herabzusetzen, ist es zweckmäßig, wenn man die Folie bei der Behandlung mindestens in der Orienticrungsriehlung zusammenziehen läßt. Wenn mehrere Walzen verwendet werden, so können die relativen Umfangsgeschwindigkei- ten benachbarter Walzen so geregelt werden, daß die Folie in der Längsrichtung schrumpfen kann. Die matte Oberfläche der Walzen erlaubt eine Zusammenziehung der Folie auf den Walzen. Die Zusammenziehung in der Querrichtung wird durch die Tem- peratur der Walze, den Orientierungsgrad der Folie in der Querriehtr ,% und die Größe der Kraft, die die Folie auf die Walze aufzwingt, bestimmt.

Die Erfindung wird an Hand von zwei Ausführungsformen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Walzenanordnung zum Wärmefixieren in schematischer Darstellung und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform zum Wärmefixieren, ebenfalls in schematischer Darstellung.

Nach Fig. 1 läuft die Folienbahn durch ein Walzenpaar 1, über eine Leitrolle 2 und um eine erhitzte Wärmefixierungswaize 3 herum, wobei ein an sieh bekannter elektrisch geladener Draht 4 im Bereich des Anfangsberührungspimkts zwischen Folie und VValic 3 angeordnet sein kann und eine die Folie gegen die Walze 3 andrückende, mit Schaumstoff beschichtete Walze 5 unmittelbar hinter dem Draht 4 angebracht is!. Die Folie läuft dann über Leilrollen 6, 7, unter eine mit Schaumstoff beschichtete Walze 8, um eine erhitzte weitere W imestabilisierungswalze 9 herum, über Leitrollen 10,11, unter eine mit Schaumstoff beschichtete Walze 12, um noch eine erhitzte Wärmestabilisierungswalze 13 herum, über eine Leitrolle 14 und dann über eine Kühlwalze 15, die mit einem Walzenpaar 16 eine Abzugseinrichtung bildet. Die Umfangsgeschwindigkeit des Walzenpaars 1, der Wärmestabilisierungswalzen 3, 9 und 13 (jeweils mit matter Oberfläche) und der Abzugseinrichtung 15, 16 ist der Reihe nach immer kleinei, so daß sich die Folie auf den erhitzten Wärmestabilisierungswalzen 3 und 13 und einigermaßen in den Luftspalten zwischen diesen Walzen und der Kühlwalze 15 zusammenziehen kann. Die Zusammenziehung der Folie in der Querrichtung erfolgt hauptsächlich auf der Oberfläche der erhitzten Wärmestabilisierungswalzen 3, 9 und 13. Die mit dieser Vorrichtung und nach diesem Verfahren behandelte Folie kann eine hochwertige glatte Folie sein, die gewünschienfalls eine niedrige Schrumpffähigkeit aufweist. Das Ausmaß der Zusammenziehung ist abhängig von der Temperatur der Wärmestabilisierungswalzen 3, 9 und 13 und in der Längsrichtung von den unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen und in der Querrichtung von der elektrostatischen Kraft, die die Folie gegen die Walzen 3, 9 und 13 vom Draht 4 her andrückt.

Nach Fig. 2 läuft die Folie durch ein Walzenpaar 17, das als Einführungseinriehtung dient, und dann über eine Bogen- oder Bananenwalze 18 und erhitzte Wärmefixierungswalzen 19, 20 mit matter Oberfläche und einem Durchmesser von jeweils 15,25 cm, wobei eine mit Schaumstoff beschichtete Walze 21 die Folie gegen die als Leerlaufwalze ausgebildete Wärmefixierungswalze 20 im Bereich des Anfangsberührungspunkts andrückt. Dann läuft (lie Folie über eine Leerlaufkühlwalze 22, die einen Durchmesser von 15,25 cm und vorzugsweise auch eine matte Oberfläche aufweist, und schließlich durch ein die Abzugseinrichtung bildendes Walzenpaar 23. Bei dieser Aus führungsform ist die Zusammenziehung der Folie von der Temperatur der Wärmefixierungswalzen 19, 20 und dem Drehzahlunterschied zwischen den als Einführungs- bzw. Abzugswalzcn dienenden Walzenpaaren 17 bzw. 23 abhängig. Die Vorrichtung bzw. das Verfahren gemäß dieser Ausführung ist wesentlich einfacher als bei Fig. 1. Die Qualität der dabei behandelten Folie reicht mindestens dann aus, wenn die Folie beschichtet und anschließend auf einem Trokkenrahmen getrocknet werden soll.

Die folgenden Ausführungsbeispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Eine 174 cm breite, zweiachsig orientierte Polypropylenfolie mit einer Dicke von 0,0109 mm und einer Flächenschrumpfung von 16 %, die nach dem bekannten Schlauchvcrfahrcn hergestellt wurde, wurde in eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 der Zeichnung eingeführt. Das Walzcnpaar 1 rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,985 m/sec; die Walze 3 rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,935 m/sec und hatte eine Oberflächentemperatur von 120° C; die Walze 9 rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,904 m/see und hatte eine Obcrflächcntcmperatur von 120° C; die Walze 13 rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,930 m/see und hatte eine Oberflächentemperatur von 116° C; und die Folie wurde aus der Anlage durch das Walzcnpaar 16 abgezogen, das eine Umfangsgeschwindigkeit von 0,914 m/see aufwies. Der Draht 4 trug eine Spannung von 13 Kilovolt.

Die so behandelte Folie hatte eine Breite von 152,4 cm, eine Dicke von 0,0127 mm und eine Flächenschrumpfung von 2,2 % bei 120° C.

Beispiel 2

Eine 174 cm breite, zweiachsig orientierte Folie aus einem Äthylen/Propylen-Copolymer, die nach dem bekannten Schlauchverfahren hergestellt wurde,

S wurde in eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 der Zeichnung eingeführt. Das Walzenpaar 1 rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,50 m/sec; die Walze 3 rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,589 m/sec und hatte eine Oberflächentemperatur von 122° C; die Walze 9 rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,599 m/sec und hatte eine Oberflächentemperatur von 126° C; die Walze 13 rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,584 m/see und hatte eine Oberflächentemperatur von

'5 120° C; und die Folie wurde aus der Anlage durch die Walzen 16 abgezogen, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,584 m/sec rotierten. Der Draht 4 trug eine Spannung von 11 Kilovolt.

Die so behandelte Folie hatte eine Breite von 149,85 cm und eine Flächenschrumpfung von 2,6 % bei 120° C.

Die Flächenschrumpfung einer Folie bei einer gewissen Temperatur ist die Summe aus den linearen Schrumpfwerten der Folie in der Längs- und Qucr-

"5 richtung bei Erwärmung der Folie auf diese Temperatur für 1 ivlinute.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Wärmefixieren einer molekularorientierten Folienbahii aas einem organischen thermoplastischen kristallisierbaren oder kristallinen polymeren Material mit mindestens einer umlaufenden Wärmefixierungswalze, deren Oberflache eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Folienmaterials aufweist, um eine Schrumpfung der Folienbahn herbeizuführen, sowie mit Einrichtungen zum Zuführen der Folienbahn auf die Walze, Vorrichtungen zum iileichmäßigcn Ausbreiten der Folienbahn auf der Walze und Vorrichtungen zum Andrücken der Folienbahn an die Walze und zum Abziehen derselben von der Walze, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmefixierungswalze eine matte Oberfläche besitzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmefixierungswalze aus einer Metallwalze mit mattgeblasener Oberfläche besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmefixierungswalze aus einer mit einem Mattanstrich versehenen Walze besteht.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmefixierungswalze einen mittleren Oberflachenrauhwert von 1,0 X 10 ³ bis 5,1 X 10" ³ mm besitzt.