DE2416210A1 - METHOD OF MANUFACTURING AN EXTRUDATE - Google Patents

METHOD OF MANUFACTURING AN EXTRUDATE

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DE2416210A1
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DE
Germany
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polymer
nozzle
streams
melt
aligned
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DE2416210A
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Frederic Neil Cogswell
Alan William Jukes
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Imperial Chemical Industries Ltd
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Imperial Chemical Industries Ltd
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Shaping By String And By Release Of Stress In Plastics And The Like (AREA)

Description

PATEWTANWALTScÜRO TlEDTKE - - BüMLlNG - KlNNE 24 IbZ I PATEWTANWALTSCÜRO TlEDTKE - - BüMLlNG - KlNNE 24 IbZ I

TEL. (089) 53 96 53-5S TELEX: 524 845 tipat CABLE ADDRESS: Germaniapatent MünchenTEL. (089) 53 96 53-5S TELEX: 524 845 tipat CABLE ADDRESS: Germaniapatent Munich

8000 München 28000 Munich 2

Bavariaring 4 3. April 1974Bavariaring 4 April 3rd 1974

Postfach 202403P.O. Box 202403

B 5923B 5923

Imperial Chemical Industries Limited London, GroßbritannienImperial Chemical Industries Limited London, UK

Verfahren zur Herstellung eines ExtrudatsProcess for making an extrudate

Die Erfindung bezieht sich auf ein Extrudierverfahren zum Extrudieren von kristallisierbaren synthetischen polymeren Materialien.The invention relates to an extrusion process for extruding crystallizable synthetic polymers Materials.

In der Zeitschrift "Polymer", Januar 1973, Seiten 16-20, ist eine Technik für die Erzeugung von kristallisierten orientierten Fibrillen aus einem polymeren Material durch Extrudieren des Polymeren durch einander gegenüberliegende Düsen beschrieben, wobei das Polymere einem Geschwindigkeitsgradienten unterworfen wird, der die Polymermoleküle in Extrudierrichtung ausrichtet und Kristallisierung der ausgerichteten Moleküle induziert. Die auf diese Weise erzeugten Fibrillen besitzen einen hohen Festigkeitsmodul.In the journal "Polymer", January 1973, pages 16-20, is a technique for the production of crystallized oriented fibrils of a polymeric material described by extruding the polymer through opposing nozzles, wherein the polymer is subjected to a velocity gradient which the polymer molecules in the direction of extrusion aligns and induces crystallization of the aligned molecules. The fibrils created in this way have one high strength modulus.

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Es wurde nunmehr eine Abwandlung dieser Technik entwickelt, die es gestattet, ein einzelnes Extrudat zu formen. Das Extrudat kann in Form eines Films vorliegen.A modification of this technique has now been developed, which allows a single extrudate to be formed. The extrudate can be in the form of a film.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren für die Erzeugung eines Extrudats aus einem kristallisierbaren synthetischen polymeren Material geschaffen, das darin besteht, daß man getrennte Ströme einer Schmelze aus dem polymeren Material bildet, diese konvergieren oder zusammenströmen läßt, wodurch die Polymerschmelze am Zusammenfluß der Ströme einem Geschwindigkeitsgradienien unterworfen wird, so daß die Moleküle der Polymerschmelze zueinander ausgerichtet werden, wobei diese Polymerschmelze durch eine Düse extrudiert wird und wobei die Temperatur und der Druck der Schmelze an der Stelle, an der sie dem Geschwindigkeitsgradienten unterworfen wird, derart ist, daß Kristallisation der ausgerichteten Moleküle induziert wird.According to the invention a method for the production an extrudate of a crystallizable synthetic polymeric material which consists in separating Forms streams of a melt from the polymeric material, these converge or can flow together, whereby the polymer melt is subjected to a velocity gradient at the confluence of the currents, so that the molecules of the polymer melt relative to one another be aligned, wherein this polymer melt is extruded through a nozzle and wherein the temperature and pressure of the melt at the point at which it is subjected to the velocity gradient, is such that crystallization of the aligned Molecules is induced.

Die Erfindung ist insbesondere bei der Herstellung von Filmen anwendbar, die in herkömmlicher Weise aus einer Schlitzdüse auf eine Gießtrommel extrudiert werden, auf der sie vor dem nachfolgenden Orientierungsschritt abgeschreckt werden, oder die in herkömmlicher Weise aus einer Ringschlitzdüse extrudiert werden, von wo aus sie dann aufgeblasen werden. Die Erfindung ist ferner bei Schmelzbeschichtungsverfahren anwendbar, bei denen filmbildende Polymere wie Polyäthylen (hoher oder niedriger Dichte), Polypropylen, Mischpolymere aus Propylen und Äthylen mit sich selbst oder mit anderen C^-Olefinen und Polyamiden auf einen Stützkörper, der z.B. aus einer Textilbahn, aus PapierThe invention is particularly applicable in the manufacture of films conventionally made from a Slot dies are extruded onto a casting drum, on which they are quenched before the subsequent orientation step, or which are extruded in a conventional manner from an annular slot nozzle, from where they are then inflated. The invention is also applicable to hot melt coating processes where film-forming polymers such as polyethylene (higher or lower Density), polypropylene, copolymers of propylene and ethylene with themselves or with other C ^ olefins and polyamides a support body made of, for example, a textile web, made of paper

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- 3 oder einem weiteren polymeren Film besteht, extrudiert werden.- 3 or another polymeric film is extruded.

Beispiele anderer kristallisierbarer filmbildender polymerer Materialien sind Polyester wie Polyäthylenterephthalat, Polyäthylenoxybenzoat, Polyäthylennaphthalat und Polyäthylen-1:2-diphenoxy-4:4'-dicarboxylat. Examples of other crystallizable film-forming polymeric materials are polyesters such as polyethylene terephthalate, Polyethylene oxybenzoate, polyethylene naphthalate and polyethylene 1: 2-diphenoxy-4: 4'-dicarboxylate.

Weitere Bestandteile wie Stabilisatoren, Pigmente, Farbstoffe, Füllstoffe und Blähmittel können in die Masse eingegliedert werden, aus der Film erzeugt wird. Von besonderem Interesse ist die Herstellung von geschäumten Filmen unter Verwendung eines Zweikomponenten-Blähmittelsystems, wie es in der britischen Patentschrift 1 220 053 beschrieben ist.Other components such as stabilizers, pigments, dyes, fillers and blowing agents can be incorporated into the mass from which the movie is created. Of particular interest is the production of foamed films using a Two component blowing agent system as described in British Patent 1,220,053.

Die kristallisierten ausgerichteten Polymermoleküle werden dadurch erzeugt, daß man das geschmolzene Polymermaterial einem Geschwindigkeitsgradienten aussetzt, so daß die Polymermoleküle ausgerichtet werden und die Kristallisation ausgelöst wird. Die Kristallisation erfolgt an den ausgerichteten Molekülen, da sie durch das Anlegen des Geschwxndigkeitsgradienten einer Zugspannung unterworfen werden. Die Extrudiertemperatur sollte oberhalb des kristallinen Schmelzpunktes des polymeren Materials liegen, so daß nicht das ganze Extrudat kristallisiert und sich verfestigt und die Extruderdüse blockiert.The crystallized, aligned polymer molecules are generated by drawing the molten polymer material exposed to a velocity gradient so that the polymer molecules are aligned and crystallization initiated will. The crystallization takes place on the aligned molecules, as they are caused by the application of the velocity gradient of a Be subjected to tensile stress. The extrusion temperature should be above the crystalline melting point of the polymeric material so that not all of the extrudate crystallizes and solidifies and blocks the extruder nozzle.

Auch der angelegte Druck beeinflußt den Start der Kristallisation. So ist es möglich, Kristallisation bei Temperaturen oberhalb des kristallinen Schmelzpunkts zu induzieren, wennThe pressure applied also influences the start of crystallization. So it is possible to crystallize at temperatures induce above the crystalline melting point if

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der Druck erhöht wird. Es sollten daher die Extrudierungstemperatur und der Druck so gewählt v/erden, daß nicht die Masse des
Polymeren kristallisiert sondern lediglich der Teil der Polymer-Schmelze, der unter Spannung gesetzt wird.
the pressure is increased. The extrusion temperature and the pressure should therefore be chosen so that the mass of the
Polymers crystallize, only that part of the polymer melt that is put under tension.

Typische Betriebsbedingungen für verschiedene polymere Materialien sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.Typical operating conditions for various polymeric materials are given in the table below.

PolymeresPolymer Tempe
ratur
(0C)
Tempe
rature
( 0 C)
Druck
(Atmosphären)
pressure
(Atmospheres)
Geschwindigkeits
gradient
(sec I)
Speed
gradient
(sec I)
hochdichtes
Polyäthylen
MFI O,31
Polypropylen
MFI O,5-12
Polypropylen
MFI 4-52
"Nylon" 66
Po Iy ä thy le n-
terephthalat
high density
Polyethylene
MFI O, 3 1
Polypropylene
MFI 0.5-1 2
Polypropylene
MFI 4-5 2
"Nylon" 66
Po Iy ä thy le n-
terephthalate
135-160
165-230
165-190
265
270
135-160
165-230
165-190
265
270
100-1000
100-1000
100-1000
1000
1000
100-1000
100-1000
100-1000
1000
1000
Bereich bevorzugtArea preferred
10-250 50
10-250 50
100-2500 500
1000-25000 5000
1000-25000 5000
10-250 50
10-250 50
100-2500 500
1000-25000 5000
1000-25000 5000

1. Schmelzflußindex gemessen bei einer 2 kg Belastung und 190 C.1. Melt flow index measured at a load of 2 kg and 190 C.

2. Schmelzflußindex gemessen bei einer 2 kg Belastung und 23O°C. Die Erhöhung der Temperatur machte eine Erhöhung des Drucks und/ oder des Geschwindigkeitsgradienten und umgekehrt erforderlich.2. Melt flow index measured at a load of 2 kg and 23O ° C. The increase in temperature made it necessary to increase the pressure and / or the velocity gradient and vice versa.

409843/081409843/081

Am unteren Ende des in der Tabelle spezifizierten
Temperaturbereichs kann daher ein Druck und/oder ein Geschwindigkeitsgradient vom unteren Ende des angegebenen Bereichs benutzt werden, während bei höheren Temperaturen Drücke und/oder Geschwindigkeitsgradienten erforderlich sein können, die größer als das in der Tabelle angegebene Minimum sind.
At the bottom of the specified in the table
Temperature range, a pressure and / or a speed gradient from the lower end of the specified range can therefore be used, while at higher temperatures pressures and / or speed gradients which are greater than the minimum specified in the table may be required.

Dem Polymeren kann ein kernbildendes Mittel zugeführt werden, um die Kristallisation der ausgerichteten Polymermoleküle zu unterstützen.A nucleating agent can be added to the polymer to prevent the crystallization of the aligned polymer molecules to support.

Da ferner Polymerschmelzen etwas Wärmeerinnerungsvermögen haben, kann es erwünscht sein, im Verfahren ein Polymeres zu verwenden, das zuvor kristallisiert worden ist und das nicht für eine solche Zeitspanne auf einer Temperatur oberhalb des
kristallinen Schmelzpunkts gehalten wurde, daß die Erinnerung
an die vorhergehende Kristallisation verloren ist.
Also, since polymer melts have some heat memory, it may be desirable to use a polymer in the process that has been previously crystallized and not at a temperature above that for such a period of time
crystalline melting point was kept that memory
is lost to the previous crystallization.

• Der Geschwindigkeitsgradient wird durch Vereinigen
zweier konvergierender Ströme einer Schmelze erzeugt. Das Polymere an der Grenzfläche der zusammenlaufenden Ströme wird beschleunigt und dadurch einem Geschwindigkeitsgradienten unterworfen.
• The velocity gradient is obtained by combining
two converging streams of a melt generated. The polymer at the interface of the converging streams is accelerated and thereby subjected to a velocity gradient.

Die separaten Ströme werden zweckmäßig dadurch erzeugt, daß man einen Einzelstrom aufteilt; selbstverständlich können im Bedarfsfall auch Ströme von getrennten Quellen benutzt werden.The separate streams are expediently generated by dividing a single stream; of course, im If necessary, currents from separate sources can also be used.

409843/0810409843/0810

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung läßt man drei Ströme einer Polymerschmelze zusammenströmen: Zwei sich schnell bewegende Ströme, die auf beiden Seiten eines Stroms konvergieren, der mit geringerer Rate in der Extrudierungsrichtung wandert. Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, daß man einen Einzelstrom in drei Ströme aufteilt. Der Zentralstrom wird zwischen einem Paar vorstehender Glieder durchgeführt, die auf diese Weise einen verengten Durchflnßweg bilden, während die anderen Ströme in Kanäle mit größerem Querschnitt als der verengte Durchlußweg geleitet werden. Die Polymerschmelze kann sich damit durch die Kanäle schneller bewegen als zwischen den vorstehenden Gliedern, so daß die aus den Kanälen austretenden Ströme sich an der Stelle des Zusammenflusses schneller bewegen als der zwischen den vorstehenden Gliedern durchlaufende Zentralstrom. In a preferred embodiment of the invention three streams of polymer melt are allowed to flow together: two fast moving streams that are on either side of one Converge current traveling at a slower rate in the direction of extrusion. This is preferably achieved by divides a single stream into three streams. The central current is carried out between a pair of protruding links that extend on in this way form a narrowed flow path, while the other flows into channels with a larger cross-section than the narrowed one Durchlußweg are passed. The polymer melt can thus move faster through the channels than between the preceding ones Divide so that the currents emerging from the channels move faster at the point of confluence as the central stream passing through between the foregoing members.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is illustrated in the following with the aid of a schematic Drawings of several exemplary embodiments explained in more detail.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansxcht einer Düse mit zwei konvergierenden Polymerströmen;Fig. 1 is a cross-sectional view of a nozzle having two converging polymer streams;

Fig. 2 ist eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht, die eine Düse mit drei konvergierenden Polymerströmen zeigt;Figure 2 is a view corresponding to Figure 1 showing a nozzle having three converging polymer streams shows;

Fig. 3 ist eine den Fig. 1 und 2 entsprechende Darstellung, die eine Düse mit einer Serie von konver-409843/0810 Fig. 3 is an illustration corresponding to Figs. 1 and 2 showing a nozzle with a series of convergent 409843/0810

- 7 gierenden Strömen zeigt;- Figure 7 shows yawing currents;

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer Düsenanordnung für die Erzeugung von Schlauchfilm;Fig. 4 is a cross-sectional view of a nozzle assembly for generating tubular film;

Fig. 5 ist eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung, die eine alternative Düsenanordnung zeigt;Fig. 5 is a view corresponding to Fig. 4 showing an alternative nozzle arrangement;

Fig. 6 ist eine Querschnittsansieht einer Düsenanordnung für das Entfernen und Rückführen eines Teils der unorientierten Polymerschmelze;Figure 6 is a cross-sectional view of a nozzle assembly for removing and recycling a portion of the unoriented polymer melt;

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht einer Düsenanordnung für die axiale Orientierung eines schlauchförmigen Extrudats.Figure 7 is a cross-sectional view of a nozzle assembly for axial orientation of a tubular Extrudate.

Fig. 1 zeigt eine Schlitzdüse, die von oberen und unteren Düsenteilen 1 bzw. 2 gebildet ist. Diese Teile begrenzen eine schlitzförmige Strangpreßöffnung 3. Zwischen den Teilen 1 und 2 hängt mit Hilfe von Speichen 4 ein Torpedokörper 5. Polymeres kann der Düse über den Zulaufkanal 6 zugeführt werden. Der Torpedo 5 unterteilt das Polymere im Kanal 6 in zwei Ströme, die zu den beiden Seiten des Torpedos 5 in die Kanäle 7 und 8 abgelenkt werden. Am stromab gelegenen Ende des Torpedos 5 fließen die Ströme der Kanäle 7 und 8 zusammen, wodurch das sich in den Kanälen 7 ■ und 8 nahe dem Torpedo 5 befindende Polymere bei der Wiedervereinigung der Ströme einem Geschwindigkeitsgradienten unterworfenFig. 1 shows a slot nozzle which is formed by upper and lower nozzle parts 1 and 2, respectively. These parts limit one slot-shaped extrusion opening 3. Between the parts 1 and 2 hangs with the help of spokes 4 a torpedo body 5. Polymeres can can be fed to the nozzle via the inlet channel 6. The torpedo 5 divides the polymer in channel 6 into two streams which are deflected into channels 7 and 8 on either side of torpedo 5. At the downstream end of the torpedo 5, the currents of the channels 7 and 8 flow together, whereby the channels 7 ■ and 8 polymers located near the torpedo 5 subjected to a velocity gradient as the streams recombine

409843 /08 1 ti409843/08 1 day

Der Geschwindigkeitsgradient richtet die Polymermoleküle in Extrudierungsrichtung aus, wobei die Temperatur und der Schmelzdruck so gewählt sind, daß der Geschwindigkeitsgradient Kristallisation induziert. Die ausgerichteten Polymermoleküle werden auf diese Weise kristallisiert, wobei das aus der öffnung 3 austretende geschmolzene Extrudat einen Kern aus kristallisiertem Material besitzt, das in Extrudierungsrichtung ausgerichtet ist und sich zwischen zwei nicht ausgerichteten Lagen des Polymeren befindet. Der Kern des kristallisierten ausgerichteten Polymeren gibt dem sonst geschmolzenen Extrudat Festigkeit.The velocity gradient directs the polymer molecules in the direction of extrusion, the temperature and the melt pressure being selected so that the speed gradient Induced crystallization. The aligned polymer molecules are crystallized in this way, the out of the opening 3 exiting molten extrudate has a core of crystallized Has material that is oriented in the direction of extrusion and sandwiched between two unaligned layers of the Polymers is located. The core of the crystallized, aligned polymer gives strength to the otherwise melted extrudate.

In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der düse gezeigt. Hier ist der Torpedo 5 der Fig. 1 durch ein Paar von im Abstand stehenden Gliedern 9, 10 ersetzt, die zusammen einen dritten,-zentralen Kanal 11 bilden. Dieser Kanal bietet bevorzugt dem Materialdurchfluß einen größeren Durchflußwiderstand als die Kanäle 7 und 8, indem er einen kleineren Querschnitt erhält oder indem man für den Fall, daß ein Teil der Kanäle 7, 8 denselben Querschnitt wie der Kanal 11 hat, die Uferlänge dieses Teils kleiner wählt als die Länge des Kanals 11.Es fließt daher das Polymere schneller durch die Kanäle 7,8 als durch den Kanal 11. Konvergieren somit der Kanal 11 und 'die Kanäle 7 und 8 am stromab gelegenen Ende der Düse, wird das aus dem Kanal 11 austretende Polymere beschleunigt und damit einem in Längsrichtung wirkenden Geschwindigkeitsgradienten unterworfen, so daß miteinander fluchtende oder ausgerichtete Polymermoleküle erhalten werden.In Fig. 2, a preferred embodiment of the nozzle is shown. Here the torpedo 5 of Fig. 1 is through a pair replaced by spaced members 9, 10, which together form a third, central channel 11. This channel offers preferred the flow of material has a greater flow resistance than the channels 7 and 8 by having a smaller cross-section obtained or by, in the event that a part of the channels 7, 8 has the same cross-section as the channel 11, the bank length of this Partly selects smaller than the length of the channel 11. It therefore flows the polymer more quickly through the channels 7, 8 than through the channel 11. Thus, the channels 11 and 'the channels 7 and 8 converge on downstream of the end of the nozzle, the polymer emerging from the channel 11 is accelerated and thus accelerated in the longitudinal direction subject to acting speed gradients, so that aligned or aligned polymer molecules obtained will.

409343/081 U409343/081 U

Vorzugsweise wird die Schmelztemperatur durch eine geeignete Kühleinrichtung - nicht gezeigt - im Torpedo 5 (Fig. 1) oder in den Gliedern 9 und 10 (Fig. 2) eingestellt.Preferably, the melting temperature is by a suitable cooling device - not shown - set in the torpedo 5 (Fig. 1) or in the links 9 and 10 (Fig. 2).

In Fig. 3 ist eine weitere Düse gezeigt, die eine Reihenanordnung von zwei der Düsen in Fig. 2 entspricht. Stromab der Glieder 9 und 10 befindet sich ein zweites Paar von im Abstand stehenden Gliedern 12, 13, die mit Hilfe von Speichen 14 gehalten sind. Die Glieder 12, 13 definieren einen Zentralkanal 15 und mit den Teilen 1 und 2 Verlängerungen 16, 17 der Kanäle 7 und 8.FIG. 3 shows a further nozzle which corresponds to a series arrangement of two of the nozzles in FIG. Downstream of the links 9 and 10 is a second pair of spaced apart links 12, 13 which are held by means of spokes 14 are. The members 12, 13 define a central channel 15 and with parts 1 and 2 extensions 16, 17 of channels 7 and 8.

Im vorliegenden Fall v/ird nicht die gesamte, in den Kanälen 7,8 befindliche Schmelze durch die zwischen den Gliedern 9 und 12 und 10 und 13 befindlichen Kanäle 18 und 19 mit dem aus dem Kanal 11 austretenden Material vereinigt, sondern es wird etwas Material in die Kanäle 16 und 17 abgelenkt, wobei dieses Material mit dem Polymerstrom zusammentrifft, der aus dem Kanal 15 austritt. Der Strom des Kanals 15 wird aus der Polymervereinigung aus den Kanälen 18 und 19 sowie dem Polymerstrom aus Kanal 11 gebildet. Das aus dem KanaL 15 austretende Polymere wird somit durch das aus den Kanälen 16 und 17 austretende Polymere einem weiteren Geschwindigkeitsgradienten unterworfen, so daß noch mehr Polymeres ausgerichtet und kristallisiert wird.In the present case, not all of the Channels 7,8 located melt through the channels 18 and 19 located between the members 9 and 12 and 10 and 13 with the out The material exiting the channel 11 is combined, but some material is deflected into the channels 16 and 17, with this Material meets the polymer stream exiting channel 15. The flow of channel 15 comes from the polymer union formed from the channels 18 and 19 and the polymer stream from channel 11. The polymer emerging from the channel 15 is thus through the polymer emerging from the channels 16 and 17 subjected to further velocity gradients so that more polymer is aligned and crystallized.

Die Fig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung bei der · Schlauchfilmherstellung. Hier hat die Düse Radialbauart und wird durch die Lippen 20, 21 der Düsenkörper 22, 23 gebildet. Der Körper 22 ist gegenüber dem Düsenkörper durch ein Rohr 24 gestützt. Das4 shows the application of the invention in tubular film production. Here the nozzle has a radial design and is formed by the lips 20, 21 of the nozzle bodies 22, 23. The body 22 is supported with respect to the nozzle body by a tube 24. That

■ 4 0 9 8 h 3 / 0 8 1 U■ 4 0 9 8 h 3/0 8 1 h

Rohr 24 hat an jedem Ende Löcher 25, so daß das dem Düsenkörper 23 über den Zufuhrkanal 26 zugeführte Polymere sowohl entlang dem Ringkanal 27 zwischen dem Rohr 24 und dem Düsenkörper 23 als auch aufwärts im Rohr 24, durch die an dem dem Zufuhrkanal 26 abgelegenen Ende des Rohrs 24 gelegene Löcher 25 und dem Ring 28 entlang zwischen dem Rohr 24 und dem Düsenkörper 22 fließen kann. Somit treffen einander entgegengerichtete Ströme aus Polymermaterial am Beginn der radialen Düsenlippen aufeinander, wobei das Polymere an der Grenzfläche oder Zwischenfläche der Ströme einem Geschwindigkeitsgradienten in Radialrichtung unterworfen wird. Die Polymermoleküle werden dadurch in Radialrichtung ausgerichtet. Da ferner das Polymere radial extrudiert wird,wird, wenn es sich radial bewegt, dessen Umfang vergrößert, so daß es auch einem Geschwindigkeitsgradienten in ümfangsrichtung unterworfen wird, wodurch die Polymermoleküle auch in ümfangsrichtung ausgerichtet werden. Man erhält auf diese Weise eine Planarausrichtung der Polymermoleküle. Wie zuvor werden Temperatur und Druck so gewählt, daß die Kristallisation der Moleküle durch die Geschwindigkeitsgradienten induziert wird. Der sich ergebende Film kann axial vom Düsenkörper 23 weggezogen werden und hat einen Kern aus planar ausgerichteten und kristallisierten Molekülen, wodurch der geschmolzene Film nach allen Richtungen der Filmebene einen verbesserten Festigkeitsmodul erhält.Tube 24 has holes 25 at each end so that the nozzle body 23 via the supply channel 26 supplied polymers both along the annular channel 27 between the pipe 24 and the nozzle body 23 as also upward in the tube 24, through the holes 25 located at the end of the tube 24 remote from the supply channel 26 and the ring 28 can flow along between the tube 24 and the nozzle body 22. Thus opposing streams of polymer material meet at the beginning of the radial nozzle lips on top of each other, with the polymer at the interface or intermediate surface of the flows is subjected to a speed gradient in the radial direction. The polymer molecules are thereby aligned in the radial direction. Further, since the polymer is extruded radially, when it moves radially, its circumference is increased so that it also subjected to a speed gradient in the circumferential direction is, whereby the polymer molecules also in the circumferential direction be aligned. A planar alignment is obtained in this way of the polymer molecules. As before, temperature and pressure are chosen so that the crystallization of the molecules through the velocity gradient is induced. The resulting film can be axially pulled away from the nozzle body 23 and has a core of planar aligned and crystallized molecules, causing the melted film in all directions of the Film level receives an improved modulus of strength.

Die Fig. 5 zeigt eine Alternative der Radialextrudierung. Hier ist der Düsenkörper 22 mit Hilfe eines Stempels 29 gegenüber dem Düsenkörper 23 gestützt, wobei das Rohr 24 nicht soweit reicht, daß es den Düsenkörper 22 berührt. Das Polymere wird dem5 shows an alternative to radial extrusion. Here the nozzle body 22 is supported with the aid of a plunger 29 relative to the nozzle body 23, the pipe 24 not so far enough that it touches the nozzle body 22. The polymer is the

409843/0810409843/0810

Zufuhrkanal 26 entlanggefördert und fließt den Ringkanal 27 zwischen dem Rohr 24 und dem Düsenkörper 23 entlang abwärts. Ferner fließt Polymeres durch die Löcher 25 am Ende des am Düsenkörper 23 befestigten Rohrs und ferner durch den Ringkanal 30 zwischen dem Rohr 24 und dem Stempel 29. Die beiden Polymerströme konvergieren am offenen Ende 31 des Rohrs 24 und werden durch die Radialdüse radial nach außen gepreßt. Wie auch im vorhergehenden Fall wird das Polymere einem in Radialrichtung und in ümfangsrichtung wirkenden Geschwindigkeitsgradient'en unterworfen. Die relativen Querschnitte und Längen der Kanäle 27 und 30 sind vorzugsweise so gewählt, daß das im Kanal 30 befindliche Material sich wesentlich langsamer bewegt als dasjenige im Kanal 27.Feed channel 26 conveyed along and flows down the annular channel 27 between the tube 24 and the nozzle body 23 along. Furthermore, polymer flows through the holes 25 at the end of the pipe attached to the nozzle body 23 and further through the annular channel 30 between the tube 24 and the punch 29. The two polymer streams converge at the open end 31 of the tube 24 and are passed through the Radial nozzle pressed radially outwards. As in the previous case, the polymer becomes one in the radial direction and in the circumferential direction acting speed gradients subject. The relative cross-sections and lengths of channels 27 and 30 are preferred selected so that the material located in channel 30 moves much more slowly than that in channel 27.

Bei der Erfindung v/ird lediglich eine relativ dünne Materialschicht dem ausgerichteten kristallisierten Zustand unterworfen, wobei diese Schicht zwischen zwei Lagen aus geschmolzenem Material eingefaßt wird. In einigen Fällen kann ein Teil des geschmolzenen Materials entfernt warden, um dünnere Erzeugnisse mit einem höheren Anteil an ausgerichtetem kristallisiertem Material zu erhalten.In the invention, only a relatively thin layer of material is subjected to the aligned crystallized state, this layer being sandwiched between two layers of molten material. In some cases, some of the melted Materials are removed to produce thinner products with a higher proportion of aligned crystallized material to obtain.

Ein Beispiel einer geeigneten Vorrichtung ist in Fig. gezeigt. Hier wird zunächst die in Fig. 2 gezeigte Düse verwendet wobei jedoch dahingehend eine Abwandlung getroffen wurde, daß am Auslaß 3 Schneidkörper 32 vorgesehen werden. Diese Schneidkörper können mit Hilfe, nicht gezeigter Mittel verschoben werden, Wobei in der zurückgezogenen Stellung deren innere Ränder 33 eine Fortsetzung der den Auslaß 3 bildenden Wände liefern. In vorge-An example of a suitable device is shown in FIG. The nozzle shown in FIG. 2 is used here first however, a modification has been made to the effect that 3 cutting bodies 32 are provided at the outlet. This cutting body can be moved with the help of means not shown, whereby in the retracted position their inner edges 33 a Supply continuation of the walls forming the outlet 3. In pre

409843/0810409843/0810

rückter Stellung gemäß Fig. 6 begrenzen die Ränder 33 einen engeren Auslaß, wobei die Messerkanten 34 den durch den Auslaß 3 gehenden Polymerstrom aufteilen und etwas von dem geschmolzenen Material, das die äußeren Lagen des Schichtkörpers bildet, in Rückführungskanäle 35 umlenten. Dieses umgelenkte Material wird zu einem Abschnitt niedrigeren Drucks in der Materialzufuhr zurückgeführt oder wird mit Hilfe einer geeigneten Schmelzpumpe unter Druck gesetzt, bevor es erneut dem Zufuhrkanal 6 zugeführt wird.In the retracted position according to FIG. 6, the edges 33 delimit one narrower outlet, the knife edges 34 dividing the polymer stream passing through outlet 3 and some of the molten one Material which forms the outer layers of the laminated body is diverted into return channels 35. This diverted material will returned to a section of lower pressure in the material feed or is taken under with the help of a suitable melt pump Pressure is set before it is fed to the feed channel 6 again.

Bei der Anwendung werden bei Beginn des Extrudierungsvorgangs die Messerkörper zurückgezogen und anschließend vorgerückt, um etwas von dem nicht ausgerichteten geschmolzenen Material zurückzuführen.In use, at the beginning of the extrusion process, the knife bodies are withdrawn and then advanced, to recycle some of the misaligned molten material.

In Fig. 7 ist eine Düsenanordnung gezeigt, die es gestattet, einem schlauchförmigen, aus einer Ringschlitzdüse austretenden Extrudat eine biaxiale Ausrichtung zu geben. Die Düse besteht aus einem Körper 36 und einer drehbaren äußeren Düsenlippe 37. Die innere Düsenlippe wird von einem Körper 3 8 gebildet, der in Gegenrichtung zur Düsenlippe 37 drehbar ist. Stromauf vom Körper 38 sind Düsenkörper 39 und 40 der in Fig. 2 gezeigten Art, jedoch ringförmig, vorgesehen. Das aus den Düsenkörpern 39 und 40 austretende Polymere wird somit in der in Längsrichtung wirkenden Extrudierungsrichtung ausgerichtet und kristallisiert. Treffen die innere und die äußere Lage des extrudierten Rohrs auf die umlaufenden Düsenkörper 37 und 38, so werden sie in Umfangsrichtung verlaufenden Geschwindigkeitsgradienten ausgesetzt und dadurch in Umfangsrichtung ausgerichtet und kristalli-In Fig. 7 a nozzle arrangement is shown which allows a tubular, from an annular slot nozzle to give the extrudate exiting a biaxial orientation. The nozzle consists of a body 36 and a rotatable outer one Nozzle lip 37. The inner nozzle lip is formed by a body 38 which can be rotated in the opposite direction to the nozzle lip 37. Nozzle bodies 39 and 40 of the type shown in FIG. 2, but in the form of a ring, are provided upstream of the body 38. That from the nozzle bodies Polymers exiting 39 and 40 are thus aligned and crystallized in the extrusion direction acting in the longitudinal direction. If the inner and outer layers of the extruded tube meet the rotating nozzle bodies 37 and 38, they will exposed in the circumferential direction running speed gradients and thus aligned in the circumferential direction and crystalline

4098^3/08104098 ^ 3/0810

siert. Das sich ergebende Rohr hat auf der Innenseite und auf der Außenseite eine Lage aus kristallisiertem und in Umfangsrichtung ausgerichtetem Material, während ein anderer Abschnitt in der Dicke des Extrudats kristallisiert und in Längsrichtung ausgerichtet ist.sated. The resulting tube has a layer of crystallized and circumferential on the inside and outside oriented material, while another section in the thickness of the extrudate crystallizes and is longitudinally oriented is.

Beispielexample

Hochdichtes Polyäthylen von MFI (19O°C/2 kg) 0,008High density polyethylene from MFI (19O ° C / 2 kg) 0.008

wurde mit einer Schmelzentemperatur von 148°C in Luft mit 20°Cwas with a melt temperature of 148 ° C in air at 20 ° C

—9 3-9 3

extrudiert, wobei eine Volumendurchflußrate von 8 χ 10 m/s gewählt wurde. Die Düse hatte einen Schlitz mit einer Weite von 1 mm, einer Breite von 10 mm und einer Uferlänge von 5 mm. Unmittelbar stromauf vom Schlitz wurde ein Paar von im Abstand stehenden Gliedern gemäß Fig. 2 eingesetzt. Schließlich wurde der Strom in drei getrennte Ströme unterteilt, die unmittelbar vor dem Schlitz konvergierten. Beim Konvergieren der Ströme wurde die Schmelze einem Geschwindigkeitsgradienten unterworfen, der den Strom beschleunigte und die Moleküle in Extrudierungsrichtung beim Kristallisieren ausrichtete. Der Extrudierungsdruck betrug 40 Atmosphären bei einer Abzugsspannung von 5 kg. Hierbei erhielt man ein Band von 8 mm Breite und 1,3 mm Dicke; dies ist etwa die gleiche Querschnittsfläche wie diejenige des Schlitzes. (Ohne das Abziehen war ein Extrudierungsdruck von 270 Atmosphären erforderlich, wobei selbst unter diesen Umständen das Extrudat zur Pfropfenbildung neigte).extruded, with a volume flow rate of 8 10 m / s was chosen. The nozzle had a slot with a width of 1 mm, a width of 10 mm and a bank length of 5 mm. Direct a pair of spaced links as shown in FIG. 2 were inserted upstream of the slot. Finally it was the stream divided into three separate streams which converged just before the slot. When the currents converged, it was the melt subjected to a velocity gradient that accelerated the flow and the molecules in the direction of extrusion aligned while crystallizing. The extrusion pressure was 40 atmospheres with a withdrawal tension of 5 kg. Here received a tape 8 mm wide and 1.3 mm thick; this is about the same cross-sectional area as that of the slot. (Without the stripping required an extrusion pressure of 270 atmospheres, and even under these circumstances the extrudate tended to plug).

Dieses Experiment wurde unter Verwendung desselben 409843/0810This experiment was carried out using the same 409843/0810

Polymeren mit einer Schmelzentemperatur von 16O°C wiederholt.Polymers with a melting temperature of 160 ° C repeated.

Bei dieser Temperatur kristallisierten die ausgerichteten MoleküleAt this temperature the aligned molecules crystallized

nicht.not.

Extrudierungsbedingungen und Bandeigenschaften für beide Experimente sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben,Extrusion conditions and belt properties for both experiments are given in the table below,

Lufttemperatur Schmelzentemperatur Schmelzendruck Abziehspannung Volumendurchflußrate Bandgeschwindigkeit ModulAir temperature melt temperature melt pressure Peel tension volume flow rate belt speed module

Zugfestigkeittensile strenght

("Modul" bedeutet Spannung geteilt durch Dehnung bei einer 0,2 % Dehnung, wie sie bei einer konstanten Verlängerungsrate von 5 % pro Minute gemessen wurde).("Modulus" means stress divided by elongation at 0.2% elongation, as it would be at a constant elongation rate of 5% per minute).

Die oben angegebenen Daten, zeigen deutlich die durch die Schmelzenorientierung erhaltene Vergrößerung des Moduls und der Zugfestigkeit. Gleicher Modul und gleiche Zugfestigkeit können erhalten werden, indem man ein (niclt orientiertes) Band extrudiert und das extrudierte Band in festem Zustand reckt. Ein solches im festen Zustand gezogenes oder gerecktes Material zeigt jedoch starke Tendenz zu Fibrillenbildung. Ein in der Schmelze orientiertes Band nach der Erfindung führt nicht ohne weiteres zurThe data given above clearly show the through the melt orientation obtained increase in modulus and tensile strength. Same module and same tensile strength can be obtained by making a (not oriented) tape extruded and stretching the extruded tape in a solid state. Such a material drawn or stretched in the solid state is shown however, there is a strong tendency towards fibrillation. A ribbon oriented in the melt according to the invention does not readily lead to

409843/Q81Ö409843 / Q81Ö

20°C20 ° C 20°C20 ° C 148°C148 ° C 160°C160 ° C 40 Atmos.40 atm. 25 Atmos.·25 atmospheres. 5 kg5 kg 0,05 kg0.05 kg 8 χ 1O~9 m3/s8 χ 1O ~ 9 m 3 / s 8 χ 1O~9 m3/s8 χ 1O ~ 9 m 3 / s 0,8 mm/s0.8 mm / s 0,8 mm/s0.8 mm / s 3,3 GN/m2 3.3 GN / m 2 0,120 GN/m2 0.120 GN / m 2 120 MN/M2 120 MN / M 2 20 MN/m2 20 MN / m 2

Bildung von Fibrillen.Formation of fibrils.

Die Erfindung liefert somit ein Verfahren, bei dem man Ströme einer Polymerschmelze konvergieren läßt, und zwar vorzugsweise auf einen sich langsamer bewegenden Strom konvergieren läßt, so daß ein Teil der Polymerschmelze einem Geschwindigkeitsgradienten unterworfen wird, um dadurch die Polymermoleküle auszurichten oder zu orientieren. Die Temperaturbedingungen und die Druckbedingungen werden so gewählt, daß die Kristallisation der ausgerichteten Polymermoleküle induziert wird/ wobei dann die Schmelze extrudiert wird.The invention thus provides a method of allowing streams of polymer melt to converge can preferably converge on a slower moving stream, so that a portion of the polymer melt has a velocity gradient is subjected to thereby align or orient the polymer molecules. The temperature conditions and the pressure conditions are chosen so that the crystallization of the aligned polymer molecules is induced / the melt is then extruded.

4098^3/08104098 ^ 3/0810

Claims (5)

PatentansprücheClaims [ 1.jVerfahren zur Herstellung eines Extrudats aus
einem kristallisierbaren synthetischen polymeren Material,
dadurch gekennzeichnet, daß man aus einer Schmelze des polymeren Materials getrennte Ströme bildet, diese Ströme zusammenlaufen
läßt, wobei die Polymerschmelze an der Stelle des Zusammenlaufs
der Ströme einem Geschwindigkeitsgradienten unterworfen wird, um die Moleküle der Polymerschmelze auszurichten und daß man die
Polymerschnelze durch eine Düse extrudiert, wobei die Temperatur und der Druck der Schmelze an der Stelle, an der sie dem Geschwindigkeitsgradienten unterworfen wird, so gewählt ist, daß die
Kristallisation der ausgerichteten Moleküle induziert wird.
[1.jProcess for the production of an extrudate from
a crystallizable synthetic polymeric material,
characterized in that separate streams are formed from a melt of the polymeric material, these streams converging
leaves, with the polymer melt at the point of confluence
the streams is subjected to a velocity gradient in order to align the molecules of the polymer melt and that the
Polymer melt extruded through a nozzle, the temperature and the pressure of the melt at the point at which it is subjected to the velocity gradient being selected so that the
Crystallization of the aligned molecules is induced.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Ströme durch Aufteilen eines Einzelstroms
erhalten werden.
2. The method according to claim 1, characterized in that the separate streams by dividing a single stream
can be obtained.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man drei getrennte Ströme bildet.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that three separate streams are formed. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelner Ursprungsstrom in zwei sich schneller bewegende Ströme und einen zentralen, sich langsamer bewegenden Strom aufgeteilt und die drei Ströme wieder miteinander vereinigt werden, wodurch der zentrale Strom beschleunigt und dadurch dem Geschwindigkeitsgradienten unterworfen wird.4. The method according to claim 3, characterized in that a single original stream in two faster moving Streams and a central, slower moving stream are split and the three streams are reunited, whereby the central stream accelerates and thereby the velocity gradient is subjected. 4098^3/081 ti4098 ^ 3/081 ti 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein Polyolefin, ein Polyamid oder ein Polyester ist.5. The method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the polymeric material is a Is a polyolefin, a polyamide or a polyester. 40 9 8 A3/08 140 9 8 A3 / 08 1
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