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Verfahren zur Qualitätsverbesserung einer Polyamidfolie Die Erfindung
bezieht sich auf ein noch nicht zum Stande der Technik gehörendes Verfahren zur
Qualitätsverbesserung einer Polyamidfolie, bei dem die Folie vor dem Recken mit
Wasser beaufschlagt, anschließend bei einer über ihrer Recktemperatur liegenden
Temperatur vorgewärmt und bei einer zumindest 35°C unter ihrem Schmelzpunkt liegenden,
wenigstens 100°C betragenden Temperatur gleichzeitig in ihrer Längs- und Querrichtung
mit einer Reckgeschwindigkeit zwischen 6 OOOund 100 000 %/min bei einem Verhältnis
der Reckgeschwindigkeiten in Längs- und Querrichtung zwischen 0,5:1 und 2:1 und
einem Reckverhältnis zwischen 4:1 und 16:1 gereckt wird. Die Reckgeschwindigkeit
ist hierbei definiert durch (d1/d2) x (100 / t), wobei dl die Dicke der Folie vor
dem Recken, d2 die Dicke der Folie nach dem Recken und t die zum Recken der Folie
erforderliche Zeit (in Minuten) bedeutet. Das Verhältnis der Reckgeschwindigkeiten
in
Längs- und Querrichtung ist gegeben durch den Quotienten aus Reckgeschwindigkeit
in Längsrichtung und Reckgeschwindigkeit in Querrichtung. Das Reckverhältnis ist
definiert durch (d@1/d@2), d. h. durch den Quotienten aus Dicke der Folie vor dem
Recken und Dicke der Folie nach dem Recken.
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Nach diesem Verfahren hergestellte Polyamidfolien weisen zwar homogene
physikalische Eigenschaften und eine völlig gleichmäßige Dicke auf, sind Jedoch
hinsichtlich der Maßhaltigkeit verbesserungsfähig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von Polyamidfolien mit homogenen physikalischen Eigenschaften, gleichmäßiger Dicke
und hoher MaßhaltigReit anzugeben.
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Die Erfindung löst dieses Problem bei einem Vertahren der eingangs
beschriebenen Art dadurch, da# die gereckte Polyamidfolie bei einer zumindest 10°C
unter ihrem Schmelzpunkt liegenden, wenigstens 120°C betragenden Temperatur unter
Spannung wärmebehandelt wird. Nach bevorzugter Ausführungsform der erfindung wird
die gereckte Folie unter einer derartigen Spannung thermofixiert, daß ihre Querabmessung
konstanz bleibt. Die Zeitspanne für diese Thermofixierung hängt von der Stärke der
gereckten Folie, der Temperatur bei der Fixierung,den gewünschten Eigenschaften
der Folie und dergleichen ab.
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Eine auf diese Weise behandelte Folie hat zwar bereits verbesserte
Eigenschaften, jedoch ist es schwierig, Verwerfungen aus der Folie durch die Thermofixierung
zu entfernen, insbes. wenn hohe Ansprüche an die Maßhaltigkeit gestellt werden.
Um Verwerfungen oder Verziehungen aus der Folie zu entfernen, wird nach einem besonderen
Vorschlag der Erfindung empfohlen, die gereckte, bzw. thermofixierte Folie gleichzeitig
in Längs- und Querrichtung bei einem Verhältnis der Schrumpfgeschwindigkeiten in
Längs- und Querrichtung zwischen 0,5:1 und 2:1 mit einem Schrumpfverhältnis zwischen
1 und 10 % zu schrumpfen. Das Schrumpfverhältnis ist hierbei definiert durch d -d
43 X 100 %} d3 wobei d3 und d4 die Dicke der Folie vor bzw. nach der Schrumpfung
bedeuten. Nach der Schrmupfung der Folie wird zweckmäßigerweise eine (nochmalige)
Thermofixierung unter einer derartigen Spannung vorgenommen, daß die Querabmessung
der Folie konstant bleibt.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß
sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Polyamidfolien sowohl mit homogenen
physikalischen Eigenschaften, extrem gleichmäßiger Dicke als auch mit hoherMaßhaltigkeit
und ohne Verwerfungen sowie Schlupfstellen herstellen lassen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert; die Eigenschaften der entsprechend den nachfolgenden Versuchen nach dem
erfindungsgemä#en Verfahren hergestellten Polyamidfolien werden durch folgende Kenngrößen
charakterisiert: 1.) Die prozentuale Maßveränderung (nachstehend als % av bezeichnet)
zeigt die Gleichmäßigkeit einer Polyamidfolie und läßt sich in folgender Gleichung
ausdrücken: %GV = t2 - t1 X 100 % t l wobei tl, t2 bzw. to die minimale, die maximale
und die durchschnittliche Stärke einer Polyamidfolie bedeuten, welche auf einer
Linie vom einen Ende zum anderen Ende dieser Folie in transversaler Richtung meßbar
sind. Kleinere %GV-Werte geben im allgemeinen eine höhere Gleichmä#igkeit an. Polyamidfolien,
welche durch herkömmliche Extrusionsverfahren hergestellt werden, neigen im allgemeinen
zu einem größeren %GV-Wert, wenn sie nach den bisher üblichen Reckverfahren gereckt
werden.
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Polyamidfolien mit einem %GV-Wert von unter etwa 20 lassen sich jedoch
herstellen, wenn Folien mit einem %GV-Wert von etwa 10% nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren behandelt werden, Andererseits konnte tatsädhlich festgestellt werden,
daß der %GV-Wert einer Polyamidfolie von den Bedingungen abhtngt, unter denen sie
behandelt wird.
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2.) Die Maßvergrößerung (nachstehend als GM bezeichnet) zeigt die
Beziehung zwischen den %GV-Werten vor und nach dem Recken, d.h. also GM = Vs/Vi
wobei Vs und Vi die % GV-Werte nach und vor dem Recken bedeuten.
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Ein GM-Wert 1 zeigt, daß der Reckvorgang ohne Einfluß auf den GV-Wert
während des Reckens geblieben ist, und ein GM-Wert von weniger als 1 zeigt, daß
der XGV-Wertkährend des Reckvorganges verbessert wurde.
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3.) Thermoplastische Folien neigen beim Recken dazu, im Mittelbereich
gegenüber den Kanten zurück zu bleiben. Diese Erscheinung wird als "Schlupf" bezeichnet
und kann zu unausgeglichenen Spannungen und unausgeglichener Maßhaltigkeit führen.
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DAs Schlupfmaß läßt sich durch eine Schlupfkurve (nachstehend als
BC bezeichnet) darstellen, welche wie folgt bestimmt wird: BC = Abstand des Schlupfes
in der Folienmitte von der Querachse/Breite der gereckten Folie.
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Irgendein zufriedenstellendes Verfahen, um diese Schlupffehler bei
biaxial gereckten Polyamidfolien zu beheben, wurde bisher niemals entwickelt oder
berichtet, da bisher noch kein Verfahren zur gleichzeitigen biaxialen Reckung zwecks
einer
Qualitätsverbesserung der Polyamidfolien entwickelt wurde.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich diese Fehler jedoch
sehr vorteilhaft beheben, da nach diesem Verfahren Polyamidfolien mit einem %GV-Wert
von unter etwa 20% und einem BC-Wert von unter etwa 0,01 erzielbar sind.
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Beispiel 1 Eine im wesentlichen amorphe Folie mit einer Durchschnittsstärke
von 0,1 mm, einem GV-Wert 8 und nicht verstärkten Kanten aus Poly-#-Caproamid, dessen
relative Viskosität bei 25°C unter verwendung einer 96 %-igen Schwefelsäure 2,7
betrung, wurde mit einer Extrusionsgeschwindigkeit von 12 m/Minute nach einem üblichen
T-Gesenkverfahren unter Verwendung eines 65 mm-Extrusionskopfes extrudiert und direkt
im Anschluß an die Extrusion in ein Wasserbad getaucht, welches eine Temperatur
von 250C hatte und eine effektive Länge von 36 m, so daß die Folie einen Wassergehalt
von etwa 8,3 % (gemessen nach dem Karl Fischer-Verfahren) und eine Dichte von 1,130
erhielt.
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Unmittelbar danach wurde die Folie im Durchlauf durch eine 2 m lange
Vorwärmzone mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von 12 m/Minute vorgewärmt, wobei
die Temperatur in dieser Zone durch übliche Infrarotheizer auf 1800C gehalten wurde.
Diese vorgewärmte Folie wurde dann gleichzeitig biaxial mit einer Reckgeschwindigkeit
von etwa 24.000 %/Minute gereckt, wobei sie eine Reckzone von 0,9 m Länge in etwa2,2
Sekundendurchlief. Die Temperatur in der Reckzone wurde auf 14000 gehalten
und
man erhielt eine etwa dreifache Verbreiterung in longitudinaler ünd transversaler
Richtung bei einem Verhältnis der Reckgeschwindigkeiten von etwa 1:1.
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Diese gereckte Folie wurde nun mit einer Durchlaurgeschwindigkeit
von 35 m/Minute durch eine Fixierungszone von lm Länge gerührt, in welcher die Temperatur
auf 1800C gehalten wurde, während die Spannung auf die Folie derart bemessen wurde,
daß die Querabmessung praktisch konstant blieb, woraufhin die Folie durch eine Schrumpfzone
von 4 m Länge geführt wurde, deren Temperatur mittels Hei#luft auf 200°C gehalten
wurde.
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Das Verhältnis der Schrumpfgeschwindigkeiten betrug etwa 1:1 und es
ergab sich ein Schrumpfwert von 6 % in longitudinaler wie transversaler Richtung.
Im Anschluß daran wurde die geschrumpfte Folie durch eine Thermofixierungszone von
1 m Länge geführt, in welcher durch Zusatz von Hei#luft die Temperatur auf 200°C
gehalte wurde und wobei die Durchlaufgeschwindigkeit etwa 36 m/Minute betrug, während
die Folie derart gespannt wurde, daß die Querabmessung praktisch konstant blieb.
Abschließend wurde die so behandelte Folie auf Raumtemperatur abgekühlt und es ergab
sich eine biaxial gereckte Folie mit einer durchschnittlichen Stärke von 0,01 mm.
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Die Temperaturen in der Vorwärm- und der Reckzone wurden in einer
Höhe von 0,5 cm über der Folienbahn gemessen. Die fertige Folie war extrem gleichmäßig
stark und in ihren Eigenschaften sehr gut ausgeglichen (%GV-Wert 7, GM-Wert 0,9,
BC-Wert 0). Bei nachträglicher Metallisierung der Folie im
Vakuum
mit Aluminium nach einem herkömmlichen Verfahren ergaben sich ausgezeichnete Oberflächeneigenschaften.
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Zu Vergleichszwecken wurde eine weitere biaxial gereckte Folie unter
gleichen Bedingungen wie den vorgeschriebenen hergestellt mit Ausnahme dessen, daß
der Folie vor der Vorwärmzone ein Wassergehalt von 1,2 % zugesetzt wurde.
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Die Vergleichsfolie war sehr ungleich stark und auch in anderen Beziehungen
nicht einwandfrei (%GV-Wert 22, GM-Wert 2,5, BC-Wert 6/525).
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Nachstehende Aufstellung zeigt die Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren aufgrund des vorgenannten Beispiels hergestellten Folie.
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Zugfestigkeit: in longitudinaler Richtung 2000 kg/cm2 in transversaler
Richtung 2200 kg/cm2 Dehnung: in longitudinaler Richtung 90 % in transversaler Richtung
@ 100 % Schrumpfung: (in Luft bei 1300C) 1%
Der Schrumpfwert ist
ein Schrumpfverhältnis pro F Flächeneinheit und wurde dadurch ermittelt, daß eine
Folie 30 Minuten lang in Hei#luft belassen wurde, so ctaß sie ohne Spannung ungehindert
schrumpfen konnte.
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Beispiel 2 Eine irn wesentlichen amorphe Folie mit einer Durchschnittsstärke
von 0,1 mm, einen %GV-Wert 10 und nicht verstärkten Kanten aus Poly- e -Caproamid
mit einer relativen Viskosität von 2,7 wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 1
beschrieben, extrudiert, anschlie#end durch ein Wasserbad von 45°C gezogen, sodaß
sich ein Wassergehalt von 4,5 und eine Dichte von 1,130 ergab. Anschließend wurde
diese gewässerte Folie mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von 15 m/Minute durch
eine Vorwärmzone von 2 m Länge hindurchgezogen, in welcher durch übliche Heißlufterhitzer
die Temperatur auf 18000 gehalten wurde. Diese Folie wurde dann mit einer Reckgeschwindigkeit
von etwa 30.000 %/Minute biaxial und gleichzeitig in einer Reckzone von 2 m Länge
gereckt, in welcher die Temperatur durch Infrarotheizer auf 14000 gehalten wurde.
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Es ergab sich eine Folie mit einer etwa 4-fachen Vergrößerung sowie
in longitudinaler wie in transversaler Richtung bei einem Verhältnis der Reckgeschwindigkeiten
von etwa 1>0 - 1,7.
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Diese gereckte Folie wurde alsdann mit einer Durchlaufgeschwindigkeit
von 60 m/Minute unter Spannung, sodaß die Querabmessung konstant bleibt durch eine
Thermo fixierungszone
von 10 m Länge gezogen, deren Temperatur
durch Heißluft auf 18000 gehalten wurde. Anschließend wurde die Folie auf Raumtemperatur
durch Luft abgekühlt, und es ergab sich eine biaxiale gereckte Folie mit einer durchschnittlichen
Stärke von 0,006 mm, einen %GV-Wert 14 und einem BC-Wert 2/525. Die Folie war an
allen Punkten gleichmäßig stark und sie besaß ausgezeichnete weitere Eigenschaften.
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Beispiel 3 Eine im wesentlichen amorphe Folie mit einer durchschnittlichen
Stärke von 0,1 mm, einen %GV-Wert 8, und nicht verstärkten Kanten aus Poly-11-Amino-Undecanamid
mit einer relativen Viskosität von 2,7, gemessen bei 250C in 96%-iger Schwefelsäure,
wurde nach einem üblichen T-Gesenkverfahren hergestellt und durch ein Wasserband
mit einer Temperatur von 50°C hindurchgezogen, so da# eine Folie mit einem Wassergehalt
von etwa 2,1 % und einerDichte von 1,030 entstand.
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Die Folie wurde unmittelbar im Anschluß an das Wasserbad mit einer
Durchlaufgeschwindigkeit von 20 m/Minute durch eine Vorwärmzone von 2 m Länge hindurchgezogen,
deren Temperatur auf 1600C gehalten wurde. Diese vorgewärmte Folie wurde biaxial
und gleichzeitig mit einer Reckgeschwindigkeit von etwa 17.000 %/Minute in einer
Reckzone von 2,5 m Länge gereckt, deren Temperatur auf 140°C gehalten wurde. Es
ergab sich eine gereckte Folie mit einer etwa 3>3-fachen Vergrößerung in longitudinaler
wie in transversaler Richtung bei einem Verhältnis der Reckgeschwindigkeiten von
etwa 0,8 bis 1,2.
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Diese gereckte Folie wurde mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von
66 m/Minute durch eine Thermofixierungszone von 2 m Länge mit einer derartigen Spannung
hindurchgeführt, daß die Querabmessung konstant blieb, wobei die Temperatur in dieser
Fixierungszone auf 14500 gehalten wurde. Im Kühlluftstrom wurde die Folie dann auf
Raumtemperatur abgekühlt. Es ergab sich eine biaxial gereckte Folie mit einer durchschnittlichen
Stärke von 0,01 mm, einen %GV-Wert 9 und einem BC-Wert 1/525.
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Die Eigenschaften dieser Folie waren durchaus ausgeglichen und sie
besaß eine sehr gleichmäßige Stärke, s-o daß sie ohne Schwierigkeiten auf einer
Haspel oder dergl. aufgewickelt und sher bequem behandelt werden konnte.
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Beispiel 4 Eine im wesentlichen amorphe Poly-£-caproamidfolie mit
einer Dichte von 1,130 und einem %GV-Wert 8, sowie einer durchschnittlichen Stärke
von 0,1 mm wurde durch ein Wasserbad gezogen, um einen Wassergehalt von 4,5 % zu
erreichen. Unmittelbar darauf wurde sie mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von 15
m/Minute durch eine Vorwärmzone um 1,50 m Länge hindurchgezogen, während die Temperatur
auf 200°C gehalten wurde. Sie wurde dann mit einer Reckgeschwindigkeit von etwa
27.000 %/Minute etwa 2 Sekunden lang durch eine Reckzone von 1 m Länge hindurchgezogen,
deren Temperatur auf 1600C gehalten wurde. Es ergab sich eine Folie mit einer etwa
3-fachen Vergrößerung in longitudinaler wie in transversaler Richtung bei einem
Verhältnis der Reckgeschwindigkeiten von etwa 1:1.
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Die gereckte Folie wurde dann mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von
45 in/Minute durch eine Thermofixierungszone hindurchgezogen, deren Temperatur mittels
Heißluft auf 2000C gehalten wurde, wobei die Folie unter einer derartigen Spannung
gehalten wurde, daß die Querabmessung konstant blieb.
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Die fertige Folie wurde im Luftstrom abgekühlt. Die fertige Folie
besaß eine Durchschnittsstärke von etwa 0,01 mm, einem ßGV-Wert 9 und einem BC-Wert
2/525. Diese Werte zeigen, daß die fertige Folie äußerst gleichmäßig stark war und
weitere ausgezeichnete Eigenschaften besaß.
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Beispiel 5 Eine biaxial gereckte Folie wurde in gleicher Weise wie
nach Beutel 4 hergestellt mit Ausnahme dessen, daß die Temperaturen in der Vorwärm-
und in der Reckzone auf 1600C bzw. 1400C gehalten wurden, woderch eine gereckte
Folie mit einem %GV-Wert 13 und einem BC-Wert, 5/525 erhalten wurde. Dieses Beispiel
zeigt, daß sich jede mögliche Ausdehnung einer ungleichmäßigen Stärke infolge des
"Schlupfes" in ausreichendem Maße durch das erfindungsgemäße Verfahren steuern bzw.
kontrollieren läßt.
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Beispiel 6 Eine im wesentlichen amorphe Folie mit einer durchschnittlichen
Stärke von 0,2 mm, einem %GV-Wert 8, einem' Wassergehalt von 8>6 6, einer Dichte
von 1,132 und ohne verstErkte Kanten aus Poly- -Caproamid mit einer relativen Viskosität
von 2,7, welche nach einem üblichen T-Gesenkverfahren hergestellt und in der gleichen
Weise wie im Beispiel 1 gewässert wurde wurde mit einer Durchlaufgeschwindigkeit
voll
12 Minute durch eine 2 m lange Vorwärmzone hindurchgeführt,
deren Temperatur durch übliche Infrarotheizer auf 180°C gehalten wurde. Anschlie#end
wurde die Folie gleichzeitig und biaxial mit einer Reckgeschwindigkeit von etwa.
24.000 %/Minute etwa 2,2 Sekunden lang in ei Reckzone von 0,9 m Länge gereckt, wobei
die Temperatur in dieser Reckzone durch übliche Infrarotheizer auf 1600C gehalten
wlde. Es ergab sich eine in longitudinaler wie in transversaler Richtung um das
3-fache verbreiterte Folie bei einem Verhälthis der Reckgeschwindigkeit von etwa
1:1.
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Diese gereckte Folie wurde mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von
36 m/Minute durch eine Thermofixierungszone von 6 m Länge geführt, deren Temperatur
auf 200°C gehalten wurde, wobei die Folie unter einer derartigen Spannung gehalten
wurde, daß die Querabmessung konstant blieb, woraufhin die Folie irn Luftstrom abgekühlt
wurde. Es ergab sich eine biaxial gereckte Folie mit einer durchschnittlichen Stärke
von 0,022 m, einem %Gv-Wert 7 und einem BC-Wert 0.
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Diese Werte zeigen die ausgezeichnet ausgeglichenen Eigenschaften
dieser Folie und die extrem gleichmä#ige Stärke.
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Es ergibt sich infolgedessen, daß die Ausdehnung von Ungleichmä#igkeiten
beim Recken sehr vorteilhaft durch das erfindungsgemä#e Verfahren verhindert werden
könnten.
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Beispiel 7 Eine im wesentlichen amorphe Folie aus Poly- -Caproamid
in gleicher Ausbildung wie beim Beispiel 6 wurde in analoger Weise wie im Beispiel
5 behandelt mit Ausnahme dessen, daß der Wassergehalt 2,1 O betrung, wodurch eine
Folie mit einer durchschnittlichen Stärke von 0,022 mm erhalten wurde. Der %GV-Wert
betrug 11 und der BC-Wert 5/525.