DE2365843B2

DE2365843B2 - Verfahren zur herstellung von schlauchfolien aus polyaethylenterephthalat

Info

Publication number: DE2365843B2
Application number: DE19732365843
Authority: DE
Inventors: Hans 6200 Wiesbaden Gneuß Detlef 8590 Marktredwitz Klenk Ludwig 6229 Hallgarten Strutzel
Original assignee: Ausscheidung aus 23 43 698 Hoechst AG, 6000 Frankfurt
Priority date: 1973-08-30
Filing date: 1973-08-30
Publication date: 1977-08-25
Also published as: DE2365843C3; DE2365843A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schlauchfolien aus Polyäthylenterephthalat durch Biaxialverstreckung im Bereich des Umwandlungspunktes zweiter Ordnung eines extrudierten, amorphen Folienschlauches aus Polyäthylenterephthalat und anschließende Nachlängsverstreckung bei Temperaturen, die zwischen dem Umwandlungspunkt zweiter Ordnung und dem Schmelztemperaturbereich liegen.

Schlauchfolien aus Polyäthylenterephthalat werden nach bekannten Verfahren, wie sie beispielsweise in den GB-PS 7 87 479,8 11 066 und 8 43 113 beschrieben sind, in der Weise hergestellt, daß der durch Extrusion von Polyäthylenterephthaiat erhaltene, amorphe Folienschlauch bei Temperaturen oberhalb des Umwandlungspunktes zweiter Ordnung des Polyäthylenterephthalat einer Biaxialverstreckung unterworfen wird. Bestimmte physikalische Kenndaten, insbesondere die Zugfestigkeitswerte der biaxial verstreckten Schlauchfolie, lassen sich, nach Darstellung der GB-PS 8 11 066, noch verbessern, wenn man an die Biaxialverstreckung eine weitere Längsverstreckung bei Temperaturen, die zwischen dem Umwandlungspunkt zweiter Ordnung und dem Schmelztemperaturbereich liegen, anschließt.

Bei diesem Verfahren findet die Nachverstreckung zwischen zwei Walzenpaaren statt, wobei der Schlauch mit Luft gefüllt ist. Hierzu ist eine Druckregelung über eine Sonde unbedingt notwendig. Um die Sonde in den Luftraum einführen zu können, muß der Schlauch aufgeschnitten werden, so daß als Endprodukt lediglich Flachfolien erhalten werden. Solche Flachfolien besitzen gegenüber nahtlosen Schläuchen jedoch den erheblichen Nachteil, daß sie, wenn sie als Schläuche verwendet werden sollen, verschweißt oder verklebt werden müssen, wodurch sich automatisch eine Schwachstelle ergibt.

Nach diesen bekannten Verfahren zur Herstellung Von Schlauchfolien aus Polyäthylenterephthalat wird die Biaxialverstreckung in der Regel simultan vorgenommen, wobei die Längsstreckung zwischen zwei um den gewünschten Längsstreckfaktor verschieden schnell laufenden Walzenpaaren und die Streckung am Umfahg durch gleichzeitiges Aufblähen des Folienschlaiiches mit Hilfe eines Gases erfolgt. Bei der an die Biaxialverstreckung anschließenden Längsverstreckung muß nach den bekannten Verfahren der Folienschlauch wiederum aufgeblasen werden, um einer Breiteneinschnürung und Längsfaltenbildung während der Längsverstreckung entgegenzuwirken und um ein Zusammenkleben der beiden Schlauchwände bei deren Berührung zu verhindern. Während sich nun das Aufweiten des Folienschlauches zur Biaxialverstreckung nach den bekannten Methoden relativ einfach bewerkstelligen läßt, ist die Einführung eines Gaspolsters während der an die Biaxialverstreckung anschließenden Längsverstreckung weitaus schwieriger durchzuführen. Zwar kann, nach einer allgemein bekannten Methode, die Aufblähung de.« Schlauches durch Einblasen eines Gases mittels einer Injektionsnadel erfolgen. Dazu muß jedoch der Schlauch angestochen werden, weshalb nach weiteren, den Schlauch nicht beschädigenden Methoden gesucht wurde.

Nach einer in den genannten britischen Patentschriften beschriebenen Methode wird das Gas mit Hilfe einer Hohlnadel eingeführt, die vom Extruderkopf ausgehend durch die Walzenpaare hindurchgeführt wird; dazu muß aber mindestens eine Walze der Walzenpaare um ihren Umfang herum eine dem Querschnitt der Hohlnadel entsprechende Einkerbung aufweisen. Abgesehen davon, daß die Walzen mit genau ausgearbeiteten Nuten zu versehen sind, die noch zusätzlich zur Erreichung einer befriedigenden Dichtigkeit mit elastischen Materialien ausgekleidet werden müssen, läßt -,ich dieses Verfahren des Gaseinblasens nur dann anwenden, wenn der gesamte Schlauchherstellungsprozeß in einer geraden Linie verläuft.

Nach einer anderen Methode wird das Gas zur Aufblähung des Schlauches bei der an die Biaxiaiverstreckung anschließenden Längsverstreckung mit Hilfe von speziellen Quetschwalzenpaaren eingeblasen. Damit wird das Arbeiten in nur einer Linie zwar umgangen, jedoch ist der apparative Aufwand, insbesondere die spezielle Fertigung der Quetschwalzenpaare, sehr kostspielig und das Konstanthalten eines bestimmten Luftdruckes im Schlauch während der Längsverstrekkung wegen der immer auftretenden Druckschwankungen nur schwer zu erreichen.

Durch die vorstehend genannten Verfahren sind zwar Schlauchfolien erzielbar, die verhältnismäßig dünnwandig sind, doch sind die Streckspannung und die Reißfestigkeit in Längsrichtung sowie die Reißdehnung in Querrichtung nicht optimal aufeinander abgestimmt. Vor allem sind dünnwandige gestreckte Schlauchfolien in der Technik erwünscht, die einen geringen Durchmesser aufweisen und die vor allem in der Reißfestigkeit in Längsrichtung, der Streckspannung und der Reißdehnung in Querrichtung höhere Werte als die bisherigen Schlauchfolien aufweisen und vorzugsweise außerdem auch bei Temperaturbehandlung nicht oder nur äußerst gering in Querrichtung schrumpfen.

Solche Folien sind hauptsächlich für die Befüllun^ mit pastösen oder teigigen Gütern, z. B. Farben, Kitten usw., mittels herkömmlicher Füllmaschinen erwünscht, da sie bei der Befüllung keinen Kaliberschwankungen unterliegen und somit das Endprodukt überall gleichen Durchmesser aufweist.

Ergänzend sei noch auf die US-PS 27 63 029 hingewiesen, bei der Blasfolien aus Polyäthylen einem Streckvorgang in Längsrichtung unterworfen werden. Abgesehen davon, daß sich Polyäthylen und Polyäthylenterephthalat in ihrem chemischen Verhalten und bezüglich ihrer Verarbeitung zu Folien bekanntermaßen erheblich unterscheiden, sind durch dieses Blasverfahren auch keine nahtlosen Schläuche erzielbar, die die

Jb

Forderungen hinsichtlich der aufgezeigten physikalischen Parameter erfüllen.

Es stellte sich somit die Aufgabe, ein technisch brauchbares Verfahren zu entwickeln, um Schlauchfolien mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserten und aufeinander abgestimmten physikalischen Parametern zu erhalten.

Die Aufgabe wird bei dem eingangs dargelegten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Biaxialverstreckung mit einem Streckverhältnis von 3,3 bis 4,2 in Längsrichtung und 4,0 bis 4,7 in Querrichtung bei einer Schlauchtemperatur von 84 bis 86⁰C, und die Nachlängsverstreckung im flachgelegten Zustand des Folienschlauches mit einem Streckverhältnis von 1,05 bis 2,5 bei einer Schlauchtemperatur von 148 bis 152⁰C vorgenommen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Schlauchfolie aus Polyäthylenterephthalat ist deshalb sehr fortschrittlich, weil es einfach und mit weit weniger apparativem Aufwand ausführbar ist, als die bekannten Verfahren. Während bei den oekannten Verfahren die zur teilweisen Verbesserung der physikalischen Kenndaten eines biaxial verstreckten Schlauches aus Polyäthylenterephthalat notwendige Längsverstreckung nur unter technisch aufwendigem Aufblasen des Schlauches vorgenommen werden kann, ist dieses Aufblasen bei dem aufgezeigten Verfahren nicht erforderlich; zusätzlich zeigen die Schläuche physikalische Kenndaten, welche in den interessierenden physikalischen Daten noch über denen nach bekannten Verfahren erreichbaren liegen. Die sich gegenüber dem Stand der Technik ergebenden verbesserten Werte sind der später folgenden Tabelle zu entnehmen.

Geeignete Polyäthylenterephthalate sind solche, die durch Polykondensation von Terephthalsäure mit aliphatischen Diolen, besonders solchen mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen, nach den üblichen Verfahren hergestellt werden. Der Umwandlungspunkt zweiter Ordnung solcher Polyäthylenterephthalate liegt im Bereich von etwa 70 bis 80° C.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß der nach bekannten Methoden durch Extrusion erhaltene, amorphe Folienschlauch — beispielsweise durch Auspressen der Polyäthylenterephthalatschmelze über einen gekühlten, zylindrischen Kalibrierdorn und Abziehen des amorphen Folienschlauches durch ein Walzenpaar — zunächst einer Biaxialverstreckung unterworfen wird, bei der ein Längsstreckverhältnis von 3,3 bis 4,2, vorzugsweise von 3,3 bis 3,7, und ein Streckverhältnis am Umfang von 4,0 bis 4,7, vorzugsweise von 4,2 bis 4,5, eingehalten wird und die Temperatur des Folienschlauches 84 bis 86⁰C beträgt. An der biaxial verstreckten Schlauchfolie wird des weiteren eine Längsverstreckung vorgenommen, ohne daß ein Gaspolster eingeführt wird, und zwar mit einem Längsstreckverhältnis von 1,05 bis 2,5, vorzugsweise von 1,1 bis 2,0, wobei die Temperatur der Schlauchfolie 148 bis 152° C, vorzugsweise 150⁰C, beträgt.

Es ist wesentlich zur Erzielung der verbesserten physikalischen Daten der Folie, daß die für die Biaxialverstreckung und anschließende Längsverstrekkung angegebenen Streckverhälthisse und Temperaturen des Verfahrens genau eingehalten werden.

Die Biaxialverstreckung wird nach bekannten Methoden zweckmäßigerweise simultan zwischen zwei Walzenpaaren vorgenommen. Dabei wird die Lähgsstreckkraft durch ein in Extrusionsrichtung angeordnetes zweites Walzenpaar bewirkt, das, um das erforderliche Längsstreckverhältnis zu erreichen, mit entsprechend höherer Geschwindigkeit läuft als das dem Extruder näher liegende, erste Walzenpaar. Die Querstreckkraft bewirkt ein Gasdruck, beispielsweise Luftdruck, der in den Schlauch durch Einblasen eines Gases aufgebracht wird; das Einblasen des Gases ins Schlauchinnere kann beispielsweise vom Extruderkopf aus durch eine durchgehende Zuleitung im Kalibrierdorn erfolgen, wobei die Breite des ersten Walzenpaares kleiner gewählt wird als die Breite des flachgelegten Folienschlauches.

Das erfindungsgemäß einzuhaltende Längs- und Querstreckverhältnis kann durch Anwendung eines entsprechenden Innendruckes und eines entsprechenden Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen dem ersten und zweiten Walzenpaar leicht eingestellt werden. Die Biaxialverstreckung kann auch nacheinander ausgeführt werden. In diesem Falle ist es jedoch für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich, daß zuerst die Längsstreckung und dann die Querstrekkung vorgenommen wird.

Die an die Biaxialverstreckung anschließende Längsverstreckung wird ebenfalls nach bekannten Methoden, beispielsweise zwischen dem erwähnten zweiten Walzenpaar und einem dritten Walzenpaar, welches mit einer dem geforderten Streckverhältnis entsprechend schnelleren Geschwindigkeit läuft, durchgeführt. Ein gleichzeitiges Aufblähen des Schlauches während dieser Längsverstreckung, um Faltenbildung bzw. ein Zusammenkleben der Schlauchwände zu vermeiden, ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich. Vielmehr läuft der Schlauch ohne Faltenbildung vollkommen plan durch die Längsstreckzone und die gegenseitige Berührung der Schlauchinnenwände führt zu keiner Verklebung.

Sowohl während der Biaxialverstreckung als auch während der anschließenden Längsverstreckung durchläuft der Schlauch eine Heizzone, in der er auf die erforderlichen Temperaturen erwärmt wird. Die Aufheizung kann beispielsweise mittels Heißluft, die man in einer geeigneten Vorrichtung an den Folienschlauch heranführt, oder durch Infrarotstrahler erfolgen. Eine genaue Kontrolle der Folientemperaturen ist beispielsweise mit Hilfe eines Strahlungsthermometers möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich durchgeführt werden. So kann ein nach den erfindungsgemäß anzuwendenden Bedingungen bereits biaxial gestreckter Schlauch auch in einem nicht unmittelbar auf die Biaxialverstreckung folgenden zweiten Arbeitsschritt der Längsverstreckung unterworfen werden.

Das Verfahren kann ferner sowohl in horizontaler Richtung zum Extruder als auch in einer gewinkelten Richtung dazu ausgeführt werden.

Eine beispielhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der im Schnitt schematisch dargestellten Figur erläutert.

Die aus dem Extruder 1 durch die Ringdüse 2 extrudierte Polyäthylenterephthalat-Schmelze wird auf einem Innenkühldorn 3 zu einem amorphen Folienschlauch (Vorschlauch) VS kalibriert, der von einem Zugwalzenpaar 4 flachgelegt und mit der Geschwindigkeit Vi abgezogen wird. Der amorphe Schlauch durchläuft eine Heizstrecke 5, in der er auf die Biaxialstrecktemperatur erwärmt wird Die Längskömponente der Streckkraft wird'durch ein Quetschwalzenpaar 6 bewirkt, das dem Schlauch die Geschwindigkeit

V₂ erteilt, die dem gewünschten Längsstreckverhältnis entspricht;. V₂ ist demnach entsprechend größer als Vi. Die Querstreckung erfolgt mittels Gasdrucks, der über die Zulejtung 7 in das Schlauchinnere eingegeben wird. Die biaxial verstreckte, von dem Walzenpaar 6 flachgelegte und mit der Geschwindigkeit V₂ abgezogene Schlauchfolie BS läuft zunächst über zwei Umlenkwalzen 8 und 9 und dann über zwei beheizte Walzen 10 und 11, deren Geschwindigkeit V₃ so einreguliert ist, daß die flachliegende Folie zwischen den Teilen 6 und 10 io' gespannt bleibt

Mittels der beheizten Walzen 10 und 11 und insbesondere durch eine weitere Heizvorrichtung 12 wird die Schlauchfolie auf die Längsstrecktemperatur gebracht. Die Längsverstreckung erfolgt durch das Walzenpaar 13 und 14, welches gekühlt ist und mit der Geschwindigkeit V4 läuft, wobei V* entsprechend größer ist als Vj. Zwei Gummiwalzen 15 und 16 sorgen dafür, daß der Schlauch an den Walzen, zwischen denen die Längsstreckung erfolgt, dicht anliegt Die Aufheizung des Schlauches auf die erforderliche Temperatur bewirkt, so wie bei der Biaxialverstreckung, ein IR-Strahler. Die Schlauchtemperatur wird mittels Strahlungsthermometer kontrolliert.

Nach der Längsverstreckung passiert der Schlauch eine Umlenkwalze 17 und wird auf Walzen 18 aufgewickelt.

Nachstehend wird die Herstellung von Schlauchfolien aus Polyäthylenterephthalat gemäß der Erfindung anhand von Beispielen beschrieben und die an diesen Schläuchen gemessenen physikalischen Kenndaten mit den Werten von Flachfolien aus Polyäthylenterephthalat, die nach dem Verfahren der GB-PS 811 066 erhalten werden, verglichen.

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Beispiel 1

Pülyäthylenterephthalat mit einer Umwandlungstemperatur zweiter Ordnung von 76⁰C, einer Kristallisa- tionstemperatur von 132° C und einem Schmelzpunkt von 26O⁰C (bezogen auf eine Aufheizgeschwindigkeit von 2°C/min) und einer Viskosität von 1800 Poise bei ? 5⁰C wurde einem Extruder als Granulat aufgegeben, .er das Produkt bei 27O⁰C aufschmolz. Durch die 4$ nachgeschaltete Ringdüse wurde die Schmelze auf einem mit Wasser gekühlten, an der Düse befestigten Kalibrierdorn (Durchmesser 14,5 mm) zu einem amorphen Schlauch vom Kaliber 143 mm verfestigt. Die Ausstoßgeschwindigkeit betrug 10 m pro Minute. Der .so am KUhtdorn verfestigte, amorphe Schlauch wurde von einem ersten Walzenpaar mit der Geschwindigkeit von 10 m pro Minute abgezogen und flachgelegt. Der flachgelegte und von einem zweiten Walzenpaar weitertransportierte Schlauch wurde zwischen den beiden Walzenpaaren mittels IR-Strahlung auf 85⁰C erwärmt und biaxial verstreckt. Die Streckung In Längsrichtung erfolgte im Verhältnis von 3,6, indem das zweite Walzenpaar den Schlauch mit einer Geschwindigkeit von 36 m pro Minute weitertransportierte, die r>o Querstreckung im Verhältnis von 4,5, indem der Schlauch mittels eines Oasinnendruckes von 0,2 bar, der über den Kalibrierdorn eingebracht wurde, zu einem Kaliber von 65 mm aufgeweitet wurde. Der derart biaxial verstreckte und vom zweiten Wali.enpaar (15 flachgelegte Schlauch wurde nach dem Passieren von Umlenkwalzen Ober ein drittes, zur Aufrechtcrhaltung der Spannung geringfügig schneller wie das zweite Walzenpaar laufendes, und ein viertes Walzenpaar geleitet, wobei zwischen dem dritten und vierten Walzenpaar die Längsstreckung vorgenommen wurde. Dazu wurde der Schlauch zwischen dem dritten und vierten Walzenpaar auf 15O⁰C erwärmt und im Verhältnis von 1,28 längsgestreckt, indem das. vierte Walzenpaar den Schlauch mit einer Geschwindigkeit von 46 m pro Minute abzog. Nach dieser Längsstrekkung wurde der abgekühlte Schlauch auf einer Wickelrolle aufgewickelt.

Beispiel 2

Das Verfahren wurde analog Beispiel 1 durchgeführt, jedoch mit einem Längsstreckverhältnis von 1,83 bei der sich an die Biaxialverstreckung anschließenden Längsverstreckung. Der Gasinnendruck bei der Biaxialverstreckung betrug 0,3 bar.

Beispiel 3

Das Verfahren wurde analog Beispiel 1 durchgeführt, unter Verwendung eines Kalibrierdornes vom Durchmesser 22 mm, jedoch mit einem Längsstreckverhältnis von 1,56 bei der sich an die Biaxialverstreckung anschließenden Längsverstreckung. Der Gasinnendruck bei der Biaxialverstreckung betrug 0,2 bar.

Beispiel 4

Das Verfahren wurde analog Beispiel 1 durchgeführt, unter Verwendung eines Kalibrierdornes vom Durchmesser 9,5 mm, jedoch einem Querstreckverhältnis von 4,25 bei der Biaxialverstreckung und einem Längsstreckverhältnis von 1,96 bei der sich an die Biaxialverstreckung anschließenden Längsverstreckung. Der Gasinnendruck bei der Biaxialverstreckung betrug 0,55 bar.

Beispiel 5

Das Verfahren wurde analog Beispiel 1 durchgeführt, unter Verwendung eines Polyäthylenterephthalates mit einer Viskosität von 4000 Poise bei 275⁰C und eines Kalibrierdornes vom Durchmesser 42 mm, jedoch mit einem Querstreckverhältnis von 43 bei der Biaxialverstreckung und einem Längsstreckverhältnis von 1,35 bei der darauffolgenden Längsverstreckung. Der Gasinnendruck bei der Biaxialverstreckung betrug 0,1 bar.

Der Schrumpf der nach den Beispielen hergestellten Folien lag in allen Fällen unter 2%, in Querrichtung gemessen bei 90" C, 15 see in Wasser.

Die physikalischen Kenndaten der In den Beispielen 1 bis 5 hergestellten Schläuche sind in der Tabelle wiedergegeben und mit nach dem Stand der Technik erreichten Werten verglichen.

Wie aus der Tabelle ersichtlich, ist die Streckspannung und die Reißfestigkeit in Längsrichtung sowie die Dehnung in Querrichtung deutlich gegenüber den vergleichbaren Folien nach dem Stand der Technik erhöht, während die Übrigen angegebenen Werte keine wesentlichen Veränderungen erfahren haben.

Tabelle
Physikalische Kenndaten der Schlauchfolie gemessen nach DIN 53455

Beispiele	Längsrichtung	Streck	Reißfestigkeit	Reißdehnung	Querrichtung	Reisfestigkeit	Reiß
	Dicke der	spannung			Streck		dehnung
	Schlauchfolie	kp/mm²	kp/mm²	%	spannung	kp/mm²	Vo
	μπι	43	50	30	kp/mm²	11	350
1	17	50	55	11	8	8,3	450
2	27	36	40	17	6,5	6,7	610
3	27	55	62	8	7	6,2	720
4	46	44	52	33	5,5	9	380
5	29				8,1
Vergleich mit Flach-	Längsrichtung	Streck	Reißfestigkeit	Reißdehnung	Querrichtung	Reißfestigkeit	Reiß
8 11 066 (Tabelle,	Dicke der	spannung			Streck		dehnung
Beispiele)	Flachfolie	kp/mm²	kp/mm²	Vo	spannung	kp/mm²	%
	μίτη	36,4	38,5	12	kp/mm²		300
3	20	25,9	35,7	35	5,6	15,4	205
4	22,5			Hierzu 1 Blatt Zeichnungen	8,4

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Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Schlauchfolien aus Polyäthylenterephthalat durch Biaxialverstreckung im Bereich des Umwandlungspunktes zweiter Ordnung eines extrudierten, amorphen Folienschlauches und anschließende Nachlängsverstrekkung bei Temperaturen, die zwischen dem Umwandlungspunkt zweiter Ordnung und dem Schmelztem- ι ο peraturbereich liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Biaxialverstreckung mit einem Streckverhältnis von 3,3 bis 4,2 in Längsrichtung und 4,0 bis 4,7 in Querrichtung bei einer Schlauchtemperatur von 84 bis 86⁰C und die Nachlängsverstrek- kung in flachgelegtem Zustand des Folienschlauches mit einem Streckverhältnis von 1,05 bis 2,5 bei einer Schlauchtemperatur von 148 bis 152'C vorgenommen wird.