DE2365843C3

DE2365843C3 - Verfahren zur Herstellung von Schlauchfolien aus Polyethylenterephthalat

Info

Publication number: DE2365843C3
Application number: DE2365843A
Authority: DE
Inventors: Detlef 8590 Marktredwitz Gneuss; Ludwig 6229 Hallgarten Klenk; Hans 6200 Wiesbaden Strutzel
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1973-08-30
Filing date: 1973-08-30
Publication date: 1978-04-27
Also published as: DE2365843A1; DE2365843B2

Description

Herstellung von Schlauchfolien aus lithalat durch Biaxialversircckung i Umwandlungspunktes zweiter extrudierten, amorphen Folieninschließende Nachlängsverstrekituren, die zwischen dem Umwand- :-r Ordnung und dem Schmelzlemliegen, dadurch gekenndie Biaxialverstreckung mit einem on 3,3 bis 4,2 in Längsrichtung und -richtung bei einer Schlauchtempei$6°C und die Nachlängsverstrek- _;;tem Zustand des Folienschlauches i-erhältnis von 1,05 bis 2,5 bei einer !ur von 148 bis I52"C vorgenom-

Die Erfindung be r fft ein Verfahren zur Herstellung von Schlauchfolien ;us Polyäthylenterephthalat durch Biaxialverstreckung iiri Bereich de» Umwandlungspunktes zweiter Ordnui ; eines extrudierten, amorphen Folienschlauches aus Polyäthylenterephthalat und anschließende Nachläi _ä sverstreckung bei Temperaturen, die zwischen dem Un ivandlungspunkt zweiter Ordnung und dem Schmeißten ij leraturbereich liegen.

Schlauchfolien au· Polyäthyle.-terephthalal werden nach bekannten Verfahren, .vie sie beispielsweise in den GB-PS 7 87 479, 8 11 ι«6 und 8 43 ·'3 beschrieben sind, in der Weise hergesi :11t, daß der durch Extrusion von Polyäthylenterephth.1 at erhaltene, amorphe Folienschlauch bei Tempi: aturen oberhalb des Umwandlungspunktes zweiti; Ordnung des Polyäthylenterephthalat einer Biaxinlverstreckung unterworfen wird. Bestimmte physikalische Kenndaten, insbesondere die Zugfestigkeitswerte der biaxial verstreckten Schlauchfolie, lassen sich, nacn Darstellung der GB-PS 8 11 066, noch verbessern, wen 1 man an die Biaxialverstreckung eine weitere Längsvücstreckung bei Temperaturen, die zwischen dem Umvv indlungspunkt zweiter Ordnung und dem Schmelzten" [ eraturbereich liegen, anschließt.

Bei diesem Verfahren findet die Nachverstreckung /wischen zwei Walze; ipaaren statt, wobei der Schlauch mit Luft gefüllt ist. Hi;rzu ist eine Druckregelung über eine Sonde urlbeding': notwendig. Um die Sonde in den Luftraum einführen w können, muß der Schlauch aufgeschnitten werdcr, so daß als Endprodukt lediglich Flachfolien erhalten '"erden. Solche Flachfolien besitzen gegenüber nail losen Schläuchen jedoch den erheblichen Nachteil daß sie, wenn sie als Schläuche verwendet werden seilen, verschweißt oder verklebt werden müs:>en, »1: durch sich automalisch eine Schwachstelle ergibt.

Nach diesel bekamen Verfahren zur Herstellung von Schlauchfolien :nis Polyälhylenlerephthalüi wird die Uiaxialverstreckuig in der Regel simultan vorgenommen, wobei die I ingsstreckung zwischen zwei um den gewüns:hten Längsstreckfaktor verschieden schnell laufenden Wa: :enpaaren und die Streckung am Umfang durch gleich zeitiges Aufblähen des Folien Schlauches mil Hilfe <: nes Gases erfolgt Bei dr.r an die Biaxialverntrei.'kung a schließenden Längsverslreckung muß nach den bekann en Verfahren der Folienschlauch wiederum aufgeblasen werden, um einer Uruitenuinschnürung und l.ängsfalienbjldung während der Läiigsverstreckung entgegenzuwirken tin J um ein Zusammenkleben der beiden Schlauchwandc bei deren Berührung zu verhindern. Während sich nun das Aufweiten des Folienschlauches zur Biaxialversi reckung nach den bekannten Methoden relativ einfach bewerkstelligen läßt, ist die Einführung eines Gaspolsters wählend der an die Biaxialverstreckung anschließenden Längsvcrstreckung weitaus schwieriger durchzuführen. Zwar kann, nach einer allgemein bekannten Methode, die Aufblähung des Schlauches durch Einblasen eines Gases mitiels einer Injektionsnadel erfolgen. Dazu iiiuü jedoch der Schlauch angestochen werden, weshalb nach weiteren, den Schlauch nicht beschädigenden Methoden gesucht wurde.

Nach einer in den genannten britischen PaSentschriflen beschriebenen Methode wird das Gas mit FInITe einer Hohlnadel eingeführt, die vom Eixtruderkopf

m 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

zs ausgearbeiteten Nuten zu versehen sind, die noch zusätzlich zur Erreichung einer befriedigenden Dichtigkeit mit elastischen Materialien ausgekleidet werden müssen, läßt sich 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 Biaxialvi;rstreckung anschließenden Längsverstreckung mit Hilfe von speziellen Quetschwalzenp.iaren eingeblasen. Da-

ls mit wird das Arbeiten in nur einer Linie zwar umgangen, jedoch ist der apparative Aufwand, insbesondere die spezielle Fertigung der Quelschwalzenpaare, 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

is Reißfestigkeit in Längsrichtung sowie die Reiüdehnung in Querrichtung nicht optimal aufeinander abgestimmt. Vor allem sind dünnwandige gestreckte Schlauchfolien in der Technik erwünscht, die einen geringen Durchmes ser aufweisen und die vor allem in der Reißfestigkeit in

se. 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.

^s Solche Folien sind hauptsächlich für die Bcfüllung mit pastösen oder teigigen Gütern, z. B. Farben, Killen usw., mittels herkömmlicher Füllmaschinen erwünscht, da sie bei der Befüllung keinen Kaliberschwankiingen unterliegen und somit das Endprodukt überall gleichen

i- Durchmesser aufweist.

Ergänzend sei noch auf die USl¹S 27 6J0M hingewiesen, bei der Blasfolien aus Polyäthylen einem .Streckvorgang in Längsrichtung unterworfen werden. Abgesehen davon, daß sich Polyäthylen und Polyäthy-

1.. lentcrephthalst in ihrem chemischen Verhalten und bezüglich ihrer Verarbeitung /11 Folien bekanntermaßen erheblich unterscheiden, sind durch dieses Rlasver fahren auch keine nahtlosen Schlauche er/ielbar. die die

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, dall die Biaxialversireckung mit einem Streckverhältnis von 1,1 bis 4,2 in Längsrichtung und 4,0 bis 4,7 in Querrichtung bei einer Schlauchteniperalur von 84 bis 86"C, und die Nachlängsverstreckung im flachgelegten Zustand des Folienschlauches mit einem Streckverhältnis von 1,05 bis 2,5 bei einer Schlauchlempcratur von 148 bis 152"C vorgenommen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Schlauchfolie aus Polyethylenterephthalat ist deshalb sehr fortschrittlich, weil es einfach und mit weit weniger apparativem Aufwand ausführbar ist, als die bekannten Verfahren. Während bei den bekannten Verfahren die zur leilweisen Verbesserung der physikalischen Kenndaten eines biaxial verstreckten Schlauches aus Polyäthylenterephihalat notwendige Längsversireckung 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 Unrwandlungspunkt zweiter Ordnung ,oleher Polyäthylenterephthalate liegt im Bereich von etwa 70 bis 80⁰C.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß der nach bekannten Methoden durch Extrusion erhaltene, amorphe Folienschlauch — beispielsweise durch Auspressen der Polyäthylenterephthalatsx-'hmelze über einen gekühlten, zylindrischen Kalibrierdorn und Abziehen des amorphen Folienschlauches durch ein Walzenpaar — zunächst einer Biaxialversireckung unterworfen wird, bei der ein Längsstreckverhältnis von JJ 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 86°C beträgt. An der biaxial verstreckien 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 I52°C, vorzugsweise 150⁰C, beträgt.

Es ist wesentlich /ur Erzielung der verbesserten physikalischen Daten der Folie, dall die für die Biaxialverstreckung und anschließende l.ängsverslrck kung angegebenen Streckverhältnisse und Temperalu ren des Verfahren! genau eingehalten werden.

Die Biaxialverstreckung wird nach bekannten Methoden zweckmäßigerwei.'.! simultan /wischen zwei Wal /cnpaaren vorgenommen. Dabei wird die l.ängssireck kraft durch ein in Fxlrusionsrichtung angeordnetes zweites WaUenpaar bewirkt, das, um das erforderliche Längsstreckverhällnis 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 Nachgelegten 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 Fall·. M es jedoch für den Erfolg des erfinduiigsgemäßen Verfah'sns erforderlich, daß zuerst die Längsstreckung und dann die Quersirckkung vorgenommen wird.

Die an die Biaxialverstreckung anschließende Längs-Verstrickung 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 Lsngsverstreckung, 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 Schlauchinnenwändc führt zu keiner Verklebung.

Sowohl während der Biaxialverstreckung öis 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 Konirolle 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 Arbeitsscheu der l.ängsverstreckung unterworfen werden.

Das Verfahren kann ferner sowohl in horizontaler Richtung zum Ex'/uder als auch in einer gewinkelten Richtung dazu ausgeführt werden.

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

Die aus dem Extruder I durch diu KingdiiNc 2 extrudierte Polyäthylenterephihalat -Schmelze wird auf einem Innenkühldorn 3 zu einem amorphen Folien schlauch (Vorschlauch) VS kalibriert, der von einem Zugwalzenpaar 4 flachgelegt und mit der Geschwindigkeit V] abgezogen wird. Der amorphe Schlauch durchläuft eine Heizstrecke 5, in der er auf die Biaxialstrecktemperatur erwärmt wird Die Längskomponente der Streckkraft wird durch ein Quetschwal/en paar 6 bewirkt, das dem .Schlauch die Geschwindigkeit

V iTicili. die dem gewünschten Laiigsstrcckverhältms eiilspruhl. V ist demnach einsprechend größer als IV Die Qucrsirci kung erfolgt mittels Gasdrucks, der über du- Zuleitung 7 in das Schlauchinnerc eingegeben wird Die biaxial vcrstrcckle, von dem Wal/enpaar f> Nachgelegte und mn der Geschwindigkeit V> abgezogc nc ScIiIiHK hfolie //.V laufl /iiniichsl über zwei Umlenk walzen 8 iiikI 9 und dann über /wei behei/tc Walzen IO sind 11. deren Geschwindigkeit \'\ so cinrcgulierl ist. dal! die flachlicgcnde folie /wischen den feilen 6 und IO gespannt bleibt

Minds der beheizten Walzen 10 und II und insbesondere durch eine weitere Heizvorrichtung !2 wird die Schlauchfolie auf die l.ängssirecktempcratur gebracht Die l.ängsverMreckung erfolgt durch das Walzcnpaar 13 und 14. welches gekühlt ist und mit der (icschwindigkeii Γ* läufl. wobei Vt entsprechend größer isi als I ι. Zwii (nimmiwalzen 15 und 16 sorgen dafür, dall der Schlauch an den Walzen, zwischen denen die l.iingsMii'ckung erfolgt, dicht anliegt. Die Aufheizung des Si hlaiiches auf die erforderliche Temperatur bewirkt, so wie bei der BiaxialvcrsJrcckung. ein IR Strahler Die Schlauchlempcratur wird mittels Sn iililuiigsllieriiioincler kontrolliert.

Nach der l.angsvcrsireckung passiert der Schlauch cmc Umlenkwalze 17 und wird auf Walzen 18 iiufgew ickcll

Niichsieliend wird die I lerstcllung von Schlauchfolien aus l'olsiiilnlenterephthalat gemiiß der Lrfindung anhand von lleispielen beschrieben und die an diesen Schlauchen gemessenen physikalischen Kenndaten mit den Wtilcn \on I lachfolien aus Polyalhylenlcrcphthalal. die nach dem Verfahren der GUI'S 8 1106h erhallen w erden. \ ei glichen.

B e i s ρ i c I 1

l'iiK.iilulenicrephthalai mit einer UmwandlungstcmpcMiui /'Aiiicr Ordnung von 76"C. einer Krislallisaiii.nMeu.pe-ratur von 132 C und einem Schmelzpunkt \on 2W) ( (bezogen auf eine Aufheizgeschwindigkeit ·.ι·!' 2 ( min) und einer Viskosität von 1800 Poise bei 27") ( wurde einem Hxtruder als Granulat aufgegeben. der das Produkt bei 270" C aufschmolz. Durch die .j< 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 14.5 mm verfestigt. Die Ausstoßgeschwindigkeit betrug 10 m pro Minute. Der v-,im Kiihldorn verfestigte, amorphe Schlauch wurde von einem ersten Walzenpaar mit der Geschwindigkeit von 10 m pro Minute abgezogen und flachgeiegt. Der Nachgelegte und von einem zweiten Walzen~aar weitertransportierte Schlauch wurde zwischen den --< beiden Walzenpaaren mittels IR-Strahlung auf 85"C 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 <· Querstreckung im Verhältnis von 4,5. indem der Schlauch mittels eines Gasinnendnickes 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 Walzenpaar ^- fiachgelegte Schlauch wurde nach dem Passieren von Umlenkwalzen über ein drittes, zur Aufrechterhaltung der Spannung geringfügig schneller wie das zweite Wal/enpaar laufendes, und
geleitet, wobei zwischen dt
Walzenpaar die l.iingsstreckui
Da/u wurde der !Schlauch zw
vierten Walzcnpaar auf l^r>'
Verhältnis von 1,28 länpsgcsi
Walzcnpaar den .Schlauch mil
von 46 in pro Minute abzog. I
kung wurde der abgekühlt
Wickelrolle aufgewickelt.

.•'ti viertes Wal/enpaa 11 drillen und vierte κ vorgenommen wurde riihcn dem drillen um ¹C erwärmt und in '■?ckl. indem das vierl· einer (jcschwindigkei •lajh dieser l.iingsstrek ■ Schlauch auf eine

H e i s ρ 1 e I 2

Das Verfahren wurde analog Beispiel 1 durchgeführt jedoch mit einem l.ängsslreekv;:rhäUnis von 1.83 bei de sich an die Biaxialverstreekunj: anschließenden Längs vcrstrcckung. De- Gasinncndn ck bei der Itiaxialver Streckung betrug 0,3 hai.

Il e i s ρ 1 e I 3

Das Verfahren 'Mirdc analog llcispicl 1 durchgeführt unter Verwendung eines Kalihrierdornes vom Durch messer 22 mm. jecioch mit eincir l.ängsstrcckverhältni: von 1.56 bei der sich an die Hiaxialverstrcckunf anschließenden Langs verstreck ing. Der Gasinncndruci bei der lliaxialverstreckung bein g 0.2 bar.

Il e i s ρ i e 4

Das Verfahren wurde analog Iieispiel 1 durchgeführt unter Verwendung eines Kalib" erdorncs vom Durch messer 9.5 mm. jecioch einem Q'jerstrcckvrrhältnis vor 4.25 bei der BiaJiialverstreckLrg und einem Längs streckverhältnis von 1.96 bei de- sich an die Biaxialver Streckung anschl eßenden Li ngsverstreckung. Dei Gasinnendruck be der fliaxialv'-Streckung betrug 0.5^c bar.

Il e i s ρ i e I 5

Das Verfahren w jrde analog Beispiel 1 durchgeführt unter Verwendung ;ines Polyät lylenterephthalates rp^: einer Viskosität von 4000 Poisi bei 275°C und eine: Kaübrierdornes vom Durchmes.'er 42 mm, jedoch mi einem Querstreckverhältnis vor 4,3 bei der Biaxialver Streckung und einem Längsstreci verhältnis von 1,35 be der darauffolgenden Längsverst · ;ckung. Der Gasinnen druck bei der Biaxi äiverstreckun; betrug 0.1 bar.

Der Schrumpf der nach den ieispielen hergestellter Folien lag in allen Fällen unte- 2%. in Querrichtung gemessen bei 90° C. 15 sac in Wa ; ;er.

Die physikalischen Kenndater der in den Beispielen 1 bis 5 hergestellten Schläuche sind in der Tabelk wiedergegeben und mit nach cim Stand der Technik erreichten Werten verglichen.

Wie aus der Tabelle ersichtl rh, ist die Streckspan nup.g und die Reißfestigkeit in I ängsrichtung sowie die Dehnung in Querrichtung det tlich gegenüber der vergleichbaren Folien nach dun Stand der Technik erhöht, während die übrigen anjsgebenen Werte keine wesentlichen Veränderungen erfahren haben.

Tabelle Physikalische Kenndaten der Schlauchfolie gemessen r-ch I)IN 5 3455

licispielc

1 .aiigsrichtung	Streck-	ReiUlestigkeil	KeiDdchi	(ι lernchliing	Rr;sft'stigk	en Keitl
Dicke der	spannung			Hing Sireck		dehnung
Schlauchfolie	kp/mm·'	kp/ni r:-'	"/(I	spanning	k;:. nun-'	%
um	43	50	30	kp/mm·'	I I	J50
17	50	55	1 I	8	·; 3	450
27	36	40	17	6,5	'!.7	610
27	55	62	8	7	'•..2	720
46	44	52	JJ	5.5	¹I	380
29			8,1

vVrplrirh mit plarh- I ängsrirhtiing dien gem CiHPS Uli 066 (Tabelle, lüispiele)

Dicke der f lachfolie μπι	Stn-ck- sp,Innung kp/nim^;	Rcilifo' kp/mni'	tigkeit ReiUdehniing ¹Vn	Streck- spannung kp/mm'	Ri:	lUfestigkeit	Reiß dehnung "A
20 22,5	J6.4 25,9	38,5 35,7	12 35	5,6 8,4	If		300 205
	Hierzu 1 Bl.itt Zeichnungen

Claims

Verfahren zur
Polyäthylenterei
im Bereich d.
Ordnung eines
Schlauches und
kungbeiTempe:.
lungspunkt zwei
peraturbereich
zeichnet, dal
Streckverhältnis
4,0 bis 4,7 in Quc
ratur von 84 bii;
kung in flachgele
mit einem Streck
Schlauchiempera
men wird.

: 'atentanspruch: