DE2816044A1

DE2816044A1 - Verschweissbares bindeband und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2816044A1
Application number: DE19782816044
Authority: DE
Inventors: Russell J Gould
Original assignee: Signode Corp
Current assignee: Signode Corp
Priority date: 1977-04-18
Filing date: 1978-04-13
Publication date: 1978-10-19
Also published as: DE2816044C3; IT1109831B; FI67817B; ES468907A1; FI781159A; JPS575745B2; IE46609B1; FI67817C; FR2387858A1; DE2816044B2; GB1599991A; IT7822155A0; FR2387858B1; NL7803828A; NZ186935A; IE780744L; NL189699C; MY8300242A; SE7804257L; CH630004A5

Description

Die Erfindung betrifft verschweißbare band- oder streifenförmige Gegenstände (Formkörper), insbesondere verschweißbare Kunststoff-Bindebänder bzw. Bindestreifen bzw. Binderiemen (Umreifungsbänder), die durch Reibungsschweißen, durch Heizkeilschweißen oder auf ähnliche Weise verbunden bzw. verschweißt werden können.

Kunststoffbänder bzw. Kunststoffstreifen sind ein bequemes und verhältnismäßig billiges Verschnürungsmaterial (Umreifungsmaterial), das für die verschiedensten Verschnürungen und Verpackungen verwendet wird. Für viele Anwendungszwecke eignen sich Kunststoffbänder bzw. Kunststoffstreifen hervorragend aufgrund der ihnen eigenen Elastizität, beispielsweise zum Verschnüren (Umreifen) von Paketen (Verpackungen), die Dimensionsänderungen unterliegen oder die Behandlungen ausgesetzt sind, bei denen Schockbedingungen auf die das Paket umgebende Bandschlaufe einwirken können. Das Verschnüren bzw. Umwickeln wird in der Regel in der Weise durchgeführt, daß man eine Bandschlaufe um das Paket herumlegt, die gebildete Schlaufe schrumpft oder verengt, bis sie straff um das Paket herum sitzt und danach die überlappenden Enden der Bandschlaufe mittels eines Umlegeverschlusses oder einer Schweißverbindung miteinander verbindet.

Umlegeverschlüsse für Kunststoffbänder werden im allgemeinen auf analoge Weise wie bei Stahlbändern, beispielsweise durch Umfalten eines verformbaren Metallbandes um die überlappenden Bandenden herum zur Erzielung eines mechanischen Verschlusses, hergestellt. Solche Umlegeverschlüsse sind jedoch nicht sehr wirksam, weil Kunststoffbänder eine geringe Scherfestigkeit besitzen, welche

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die Umfalt- und Verschließmethoden, wie sie normalerweise bei Umlegeverschlüssen angewendet werden, begrenzen.

Eine andere Möglichkeit, einen Bandverschluß herzustellen, besteht darin, daß man Bandverbindungsstellen herstellt durch Schmelzen und Verschweißen der überlappenden Teile des thermoplastischen Bandes unter Bildung einer Verbindung. Zu diesem Zweck werden beheizte Klemmbacken, dielektrische Hochfrequenz-Heizvorrichtungen, Ultraschall-Schweißvorrichtungen und Reibungsschweißvorrichtungen verwendet. Mit keiner der genannten Verbindungseinrichtungen ist es jedoch möglich, regelmäßig und gleichbleibend auf wirtschaftliche Weise Verschlüsse herzustellen, die eine Verschlußfestigkeit aufweisen, die größer als etwa 40 bis etwa 50 % der Kunststoffband-Zugfestigkeit ist. Man ist daher seit langem bestrebt, Verschlußfestigkeiten zu erzielen, die sich der Zugfestigkeit des Bandes stärker nähern.

Es wurde nun gefunden, daß die Verschweißbarkeit von bandförmigen bzw. streifenförmigen Kunststoffgegenständen (-formkörpern), wie z.B. Bindebändern und dgl., verbessert werden kann durch Herstellung von Gegenständen (Formkörpern) aus einem kristallinen, thermoplastischen synthetischen Polymeren in Form eines laminaren Verbundes, in dem die Schichten aus dem gleichen Polymeren bestehen, d.h. das in der Strukturkette die gleiche(n) wiederkehrende(n) Einheit(en) aufweist, jedoch ein anderes durchschnittliches Molekulargewicht hat. In dem Laminar-Verbund hat das Polymere auf mindestens einer verschweißbaren Fläche des erhaltenen Gegenstandes (Formkörpers) ein relativ höheres durchschnittliches Molekulargewicht

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als das gleiche Polymere im Innern (Körper) des Gegenstandes, so daß der letztlich gebildete Verschluß (Verbindungsstelle) in einer verschweißten Zone liegt, die das Polymere mit dem relativ höheren durchschnittlichen Molekulargewicht enthält. Das heißt mit anderen Worten, daß die Strukturviskosität (Grenzviskosität) und die relative Viskosität des die verschweißbare(n) Fläche(n) aufbauenden Polymeren höher sind als die Strukturviskosität (Grenzviskosität) und die relative Viskosität des Polymeren im Innern des Gegenstandes. Wenn der Schmelzindex als Hauptmaß für das Molekulargewicht verwendet wird, dann ist der Schmelzindex des die verschweißbare Fläche aufbauenden Polymeren niedriger als der Schmelzindex des Polymeren im Innern des Gegenstandes.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein band- bzw. streifenförmiger Gegenstand (Formkörper) aus einem kristallinen, thermoplastischen synthetischen Polymeren mit einem im wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt, bei dem es sich um einen laminaren Verbund handelt, der einen dickeren Teil aus dem Polymeren mit einem relativ niedrigeren durchschnittlichen Molekulargewicht und mindestens einen dünneren Teil aus dem gleichen Polymeren, jedoch mit einem relativ höheren durchschnittlichen Molekulargewicht aufweist. Jeder dünnere Teil des Gegenstandes (Formkörpers) weist eine Dicke auf, die geringer ist als die Dicke des dickeren Teils; die Summe der Dicken der einzelnen dünneren Teile auf den einander gegenüberliegenden Seiten des band- bzw. streifenförmigen Gegenstandes kann jedoch größer sein als die Dicke des dickeren Teils.

Unter den hier verwendeten Ausdrücken "band- bzw. streifenförmig und

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"Band bzw. Streifen" ist ein Gegenstand bzw. Formkörper mit einer Dicke zu verstehen, die mehr als etwa 0,254 mm (10 mils) beträgt.

Der dünnere Teil des band- bzw. streifenförmigen Gegenstandes (Formkörpers) bildet eine verschweißbare Fläche des Gegenstandes (Formkörpers). Der dickere Teil und der dünnere Teil des Gegenstandes (Formkörpers) bestehen aus dem gleichen Polymer-Typ und beide Teile haben eine im wesentlichen gleichartige planare kristalline Orientierung (Ausrichtung).

Ein verschweißbares Bindeband (Bindestreifen), welches (welcher) einen Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, hat die Form eines Streifens oder Bandes aus einem orientierten kristallinen, thermoplastischen synthetischen Polymeren mit einer Dicke von mehr als etwa 0,254 mm (10 mils). Das Bindeband bzw. der Bindestreifen hat einen im wesentlichen rechteckigen und gleichmäßigen Querschnitt, der begrenzt ist durch ein Paar einander gegenüberliegender größerer Flächen und ein Paar einander gegenüberliegender kleinerer Flächen oder Seiten. Das Bindeband bzw. der Bindestreifen besteht aus einer Grundschicht aus dem Polymeren mit einem relativ niedrigeren durchschnittlichen Molekulargewicht und einer im allgemeinen ebenen, mit der Grundschicht in Berührung stehenden (angrenzenden) Oberflächenschicht, die mindestens eine größere Fläche des Bandes bzw. Streifens bildet, die aus einem Polymeren des gleichen generellen Typs, jedoch mit einem relativ höheren durchschnittlichen Molekulargewicht als das Polymere der Grundschicht besteht. Die axiale kristalline Orientierung entlang der Längsrichtung des Bandes bzw. Streifens ist über den Band- bzw. Streifenquerschnitt im wesentlichen gleichartig.

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Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete kristalline thermoplastische synthetische Polymere sind Polyamide, Polyester, Polyolefine und dgl. Zum Verschnüren bzw. Umwickeln bevorzugt verwendete Polymere sind Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyhexamethylenadipamid (Nylon 66) und Polycaprolactam (Nylon 6).

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes eines erfindungsgemäßen Bindebandes bzw. Bindestreifens;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Extrusionsvorrichtung, die sich für die Herstellung des in der Fig. 1 dargestellten Bandes bzw. Streifens eignet und einen verbreiterten Teil des extrudierten Bandes bzw. Streifens zeigt;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines anderen Abschnittes des erfindungsgemäßen Bindebandes bzw. Bindestreifens;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Extrusionsvorrichtung, die sich für die Herstellung des in Fig. 3 dargestellten Bindebandes bzw. Bindestreifens eignet und einen vergrößerten Teil des extrudierten Bandes bzw. Streifens zeigt; und

Fig. 5A und 5B Schnitt-Aufrißansichten von verschweißten Band- bzw. Streifen-Verbindungen (-Verschlüssen), die unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbundbandes bzw. Verbundstreifens hergestellt worden sind.

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Wenn band- bzw. streifenförmige thermoplastische Polymer-Gegenstände bzw. -Formkörper miteinander verbunden werden, werden die überlappenden Oberflächenabschnitte der Gegenstände miteinander verschweißt unter Bildung einer Verbindung (eines Verschlusses). Im Falle von Bindebändern bzw. Bindestreifen aus einem thermoplastischen Polymeren bildet ein Band- bzw. Streifenabschnitt eine Schlaufe, die das zu verschnürende Paket umgibt, und die Endabschnitte des Bandes bzw. Streifens werden übereinandergelegt und an dem Grenzflächen bereich dazwischen miteinander verschweißt. Dabei erhält man einen Verschluß, der mit dem Band bzw. Streifen eine Einheit bildet und einen verhältnismäßig dünnen mittleren oder Grenzflächenbereich oder-S_chicht aus den miteinander verschweißten, d.h. verschmolzenen und wieder erstarrten, Bandbzw. Streifenoberflächenabschnitten aufweist. Die durchschnittliche Gesamtdicke des dabei entstandenen mittleren verschweißten Bereiches beträgt im allgemeinen etwa 0,025 mm (0,001 inch) bis etwa 0,1 mm (0,004 inch), wenn man Reibungsschweißverfahren anwendet. Die Dicke des verschweißten Bereiches ist etwas größer, wenn man ein Heizkeilschweißverfahren anwendet.

Es wurde nun gefunden, daß die Zugfestigkeit des gebildeten Verschlusses (die Verschlußfestigkeit) auf wirtschaftliche Weise wesentlich erhöht werden kann, wenn man in den inneren geschmolzenen Bereich als einheitlichen Teil des band- bzw. streifenförmigen Gegenstandes ein Polymeres mit einem relativ höheren durchschnittlichen Molekulargewicht einführt, während die umgebenden oder benachbarten ungeschmolzenen Bandbereiche aus einem Polymeren mit einem relativ niedrigeren durchschnittlichen Molekulargewicht

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bestehen. Dieser Zustand kann leicht dadurch erreicht werden, daß man den Gegenstand, beispielsweise das Bindeband, auf mindestens einer seiner Flächen mit einer durchgehenden (einheitlichen) Außenschicht aus einem Polymeren mit einem relativ höheren durchschnittlichen Molekulargewicht als das Polymere, welches den dickeren Teil des Gegenstandes selbst bildet, versieht. Auf diese Weise kann das Band oder der Streifen (nachfolgend stets als Band bezeichnet) oder irgendein anderer bandförmiger Gegenstand, der mittels einer Schweißverbindung verbunden werden soll, beispielsweise unter Anwendung eines Reibungsschweißverfahrens, eines Heizkeil-Schweißverfahrens oder eines ähnlichen Verfahrens in erster Linie aus einem billigeren polymeren Material mit einem relativ niedrigeren Molekulargewicht hergestellt werden, das dennoch eine erhöhte Verschlußfestigkeit ergibt aufgrund der Anwesenheit eines polymeren Materials mit einem relativ höheren Molekulargewicht, das eine Verschluß-Grenzfläche mit einer relativ hohen Verschlußfestigkeit ergibt.

Zur Herstellung von bandförmigen Gegenständen, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden, kann jedes beliebige kristallisierbare thermoplastische Polymere verwendet werden, dessen Kristalle durch mechanische Bearbeitung orientiert (ausgerichtet) werden können, wie z.B. Polymere, die im extrudierten Zustand amorph sind, die jedoch durch mechanische Bearbeitung, beispielsweise durch Ziehen, in eine kristalline Form Überführt werden können. Kristalline Polymere sind natürlich solche, die kristallographische Reflexionen aufweisen, wenn sie auf bekannte Weise mit Röntgenstrahlen untersucht werden. Die Polymeren können gewünschtenfalls Weichmacher enthalten (dies ist jedoch nicht erforderlich), welche

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ihre Verarbeitbarkeit zu bandförmigen Gegenstanden (Formkörpern) verbessern. Die thermoplastischen Polymeren, welche den erfindungsgemäßen bandförmigen Gegenstand aufbauen, sollten jedoch im wesentlichen die gleiche Kristallisierbarkeit, haben, d.h. die Art und der Grad der Kristallinität, der durch mechanische Bearbeitung nach der Extrusion (dem Strangpressen) erzielt wird, sowohl in den dickeren Teilen als auch in den dünneren Teilen des gebildeten Gegenstandes (Formkörpers) gleich sein. Deshalb ist es bevorzugt, daß die Zusammensetzung der extrudierten Polymermasse, welche die dickeren und dünneren Teile des bandförmigen Gegenstandes bildet, praktisch die gleiche ist mit Ausnahme des Molekulargewichtes des thermoplastischen Polymeren selbst, das in diesen Teilen, wie oben angegeben, verschieden ist.

Einige thermoplastische Polymere, wie z.B. Polyester, werden spröde und sind durch die nachfolgende mechanische Bearbeitung schwieriger zu orientieren (auszurichten), wenn sie unmittelbar nach der Extrusion im kristallinen Zustand erstarren gelassen (verfestigt) werden. Daher ist es in solchen Fällen bevorzugt, die Extrusionsbedingungen so auszuwählen, daß der extrudierte bandförmige Verbund-Gegenstand zuerst zu einem im wesentlichen amorphen Zustand erstarrt, der anschließend in einen kristallinen Zustand umgewandelt und während der mechanischen Bearbeitung orientiert wird.

Beispiele für Typen von kristallinen oder kristallisierbaren thermoplastischen Polymeren, die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind Polyester, wie Polyäthylenterephthalat, Copolyester von Terephthalsäure und Isophthalsäure mit Cyclohexandimethanol und dgl., Polyolefine, wie Polyäthylen, Polypropylen und dgl.,

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Polyamide, wie Polycaprolactam, Polyhexamethylenadipamid, PoIyhexamethylensebacamid und dgl.

Der Unterschied in bezug auf die durchschnittlichen Molekulargewichte zwischen den dickeren und dünneren Teilen variiert in Abhängigkeit von dem Typ des verwendeten Polymeren und auch in Abhängigkeit von der gewünschten Erhöhung der Verschlußfestigkeit (Verbindungsfestigkeit). Das durchschnittliche Molekulargewicht des Polymeren in dem verschweißbaren dünneren Teil übersteigt vorzugsweise das durchschnittliche Molekulargewicht in dem Kernteil um mindestens etwa 20 %, besonders bevorzugt um mindestens etwa 50 %.

Sofern die im Handel erhältlichen Polymeren polydispers sind, d.h. einen Molekulargewichtsbereich aufweisen, sollte die Auswahl des Polymeren zur Durchführung der vorliegenden Erfindung auf der Basis des durchschnittlichen Molekulargewichtes für das Polymere getroffen werden. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "durchschnittliches Molekulargewicht" ist das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht des kristallisierbaren Polymeren in dem zur Durchführung der Erfindung verwendeten Ausgangsmaterial zu verstehen und es kann nach verschiedenen bekannten Verfahren, beispielsweise durch Lichtstreuung, durch Ultrazentrifugieren und dgl., bestimmt werden. Es ist keine absolute Bestimmung erforderlich, sondern man kann sich auf andere bekannte Hilfsmittel, wie z.B. die Bestimmung der Strukturviskosität (Grenzviskosität), der relativen Viskosität oder des Schmelzindex des Polymere^ verlassen.

Die Strukturviskosität (Grenzviskosität) eines Polymeren steht in direkter Beziehung zu dem Molekulargewicht des Polymeren und

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sie wird in der Regel erhalten aus den experimentell bestimmten spezifischen relativen Viskositätswerten einer Polymerlösung (Fließzeit der Polymerlösung durch ein Kapillarviskometer, dividiert durch die Fließzeit des Lösungsmittels) bei verschiedenen Konzentrationen des Polymeren. Die dabei erhaltenen Werte werden in Form eines Diagramms aufgetragen und die dabei erhaltene Kurve wird auf eine unendliche Verdünnung (Konzentration θ) extrapoliert, wobei man den Wert für die Strukturviskosität (Grenzviskosität) erhält. Wenn die Steigungen der Viskositäts-Konzentrations-Kurven der handelsüblichen extrudierbaren Polymeren in üblichen Lösungsmitteln dafür bekannt sind, ist es möglich, die Strukturviskosität eines Polymeren aus einem einzelnen Wert für die relative Viskosität zu ermitteln. Daher besteht die übliche Praxis darin, nur einen einzigen Wert der relativen Viskosität zu messen und aus dem gemessenen Wert die Strukturviskosität abzuleiten unter Bezugnahme auf die Standarddiagramme dafür.

Der Schmelzindex eines thermoplastischen Polymeren steht ebenfalls in Beziehung zu seinem Molekulargewicht und der Viskosität und ist ein Hinweis auf die Menge des thermoplastischen Polymeren, die bei einer spezifischen Temperatur und innerhalb einer gegebenen Zeitspanne unter Anwendung einer konstanten Kraft eines bekannten Wertes durch eine gegebene Düse gepreßt werden kann. Die hier angegebenen Schmelzindices werden nach dem ASTM-Standard D 1238-73 bei 230 C und unter Anwendung einer 2160 g-Kraft bestimmt. Wenn Polyester, z.B. Polyäthylenterephthalat, für die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbund-Bindebänder verwendet werden, ist die Strukturviskosität des den verschweißbaren dünneren Teil des Bandes

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aufbauenden Polyesters vorzugsweise größer als etwa 0,7 und sie übersteigt die Strukturviskosität des den Kernteil des Bandes aufbauenden Polymeren vorzugsweise um mindestens etwa 20 %, insbesondere um mindestens etwa 50 %.

Ein Bindeband oder ein ähnlicher bandförmiger Gegenstand, welcher die vorstehend beschriebenen Vorteile ergibt, ist in der Fig. 1 erläutert. Der Bindeband-Abschnitt 10 besteht aus einem dickeren Teil 11, der aus einem kristallisierbaren thermoplastischen Polymeren, z.B. Polyäthylenterephthalat, mit einem relativ niedrigeren Molekulargewicht besteht, und einem einheitlichen dünneren Teil 12, der aus dem gleichen Polymeren, das jedoch ein relativ hö'heres Molekulargewicht hat, besteht. Die Teile 11 und 12 haben praktisch die gleiche Zusammensetzung mit Ausnahme des Molekulargewichtes des Polymeren. Der dünnere Teil 12 ergibt eine im allgemeinen ebene (planare) Oberflächenschicht, die an den dickeren Teil 11 angrenzt und fest damit verbunden ist, wobei letzterer die Grundschicht des Bandes bildet, und er bildet eine verschweißbare Fläche 13. Der dünnere Teil 12 sollte mindestens etwa 0,025 mm (0,001 inch) dick sein und er macht in der Regel etwa 1 bis zu etwa 25 %, vorzugsweise etwa 3 bis etwa 20 % der Dicke des Bandes bzw. Streifens aus.

Das Bindeband des in Fig. 1 erläuterten Typs kann unter Verwendung einer Coextrusionsvorrichtung hergestellt werden, wie sie in der Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Die Extrusionsvorrichtung 15 umfaßt eine Form 16, einen einseitigen Zuführungsblock 17 und einen Extruderadapter 18. Das polymere Material, das letztlich den dickeren Teil 11 des extrudierten Bandes bildet, wird

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durch eine Zuführungsleitung 19 aus einem ersten Extruder (nicht dargestellt) in die Form 16 eingeführt, und das polymere Material, das letztlich den dünneren Teil 12 bildet, wird durch die Zuführungsleitung 20 aus einem zweiten Extruder (nicht dargestellt) in die Form 16 eingeführt. Diese beiden Schmelzschichten aus dem gleichen Polymeren, die jedoch ein verschiedenes durchschnittliches Molekulargewicht haben, schmelzen innerhalb des Formhohlraums 21 und treten aus der Formdüse in Form eines einzigen Schmelzstromes, der aus verschiedenen Schmelzschichten besteht, aus, ohne sich miteinander zu vermischen. Der Schmelzstrom wird dann zum Erstarren gebracht (verfestigt), wobei die gemeinsam extrudierten Schichten fest miteinander verbunden werden. Das Polymere in jedem der verschieden dicken Teile wird vorzugsweise beim Erstarren in einem amorphen Zustand gehalten. Danach kann das erhaltene laminare Band mit dem vorher festgelegten Aufbau warm gezogen (verstreckt) oder anderweitig bearbeitet werden, um dem Endprodukt die gewünschte Kristallinität, die gewünschte kristalline Orientierung und die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu verleihen.

Zur Herstellung des Bindebandes des in Fig. 3 dargestellten Typs, d.h. zur Herstellung eines Bindebandes mit einer Grundschicht oder einem Kern 22, die (der) auf jeder Seite von den im allgemeinen ebenen (planaren), daran angrenzenden Oberflächenschichten 23 und 24 umgeben ist, kann eine Extrusionsvorrichtung 25, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, verwendet werden. Insbesondere ist die Form 26 mit einem doppelseitigen Zuführungsblock 27 und einem Extruderadapter 28 ausgestattet, die gemeinsam eine einheitliche

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Anordnung bilden. Die Zuführungsleitung 29 ist definiert durch die öffnungen in dem Adapter 28, dem Zuführungsblock 27 und der Form 26 und dient zum Einführen des geschmolzenen polymeren Materials in den Formhohlraum 31, wobei letzteres nach dem Extrudieren und Erstarren die oben genannte Grundschicht oder den Kern 22 des extrudierten Bandabschnittes bildet. In dem Zuführungsblock 27 sind Zuführuηgsleitungen 30 und 32 zur Einführung des polymeren Materials mit dem relativ höheren Molekulargewicht, welches letztlich die Oberflächenschichten 23 und 24 bildet, vorgesehen. Die Ströme aus dem geschmolzenen polymeren Material mit dem relativ höheren Molekulargewicht, welche durch die Zufuhrungsleitungen 30 und 32 in den Formhohlraum 31 gelangen, schmelzen, ohne sich mit dem geschmolzenen polymeren Material, das durch die Zuführungsleitung 29 eintritt, zu vermischen unter Bildung eines einzigen Dreischichten-Schmelzstromes, der aus dem Formhohlraum 31 extrudiert wird und erstarrt. Das coextrudierte Mehrschichten-Band aus dem polymeren Material kann warm gezogen (verstreckt), gewalzt oder anderweitig bearbeitet werden, um ihm den gewünschten Kristallinitätsgrad und die gewünschte kristalline Orientierung (Ausrichtung) zu verleihen.

Zur Herstellung eines Bindebandes, das auf beiden größeren Flächen das Polymere mit dem relativ höheren Molekulargewicht aufweist, kann die Dicke der Oberflächenschichten (Außenschichten) verhältnismäßig gering sein, weil dann, wenn die Bandabschnitte, die miteinander verbunden werden sollen, sich überlappen, die Gesamtdicke der gewünschten Polymeren mit dem relativ höheren Molekulargewicht, die für die Verschweißung zur Verfügung steht, verdoppelt wird.

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Auch kann das Bindeband in Form eines Streifens (Bandes) coextrudiert werden, der durch mechanische Bearbeitung auf die gewünschten Dicken- und Breitendimensionen des Band-Endproduktes vermindert werden kann; in der Regel ist es jedoch zweckmäßiger, ein Band einer beträchtlichen Breite cozuextrudieren, das mechanisch bearbeitet wird, um ihm die gewünschte Dicke zu verleihen, und es anschließend so zuzuschneiden, daß man ein Bindeband mit der gewünschten Breite erhält.

Eine Verschweißungsstelle oder Verbindungsstelle, die in einer Schlaufe von dem thermoplastischen Band gebildet wird ähnlich wie das in Fig. 4 hergestellte Band.ist in den Fig. 5A und 5B dargestellt. Das Band ist auf seinen beiden Flachen mit den jeweils dünneren Teilen 23 und 24 aus einem Polymeren mit einem Molekulargewicht versehen, das um mindestens etwa 20 % höher ist als das Molekulargewicht des Polymeren, welches den dickeren Teil 22 aufbaut. Die Bandschlaufe wird so geformt, daß beim Überlappen der Bandenden 34 und 35 die dünneren Teile 23 und 24 aneinander angrenzen. Beim Vereinigen der Bandenden 34 und 35 durch Einführen einer heißen Verschweißungsklinge zwischen den aneinandergrenzenden dünneren Teilen 23 und 24 oder durch Reiben der dicken Teile gegeneinander wie bei Reibungsverschweißungsverfahren werden die aneinandergrenzenden Bereiche derselben an der Verbindungsstelle weich oder geschmolzen und beim Abkühlen unter Druck verschmelzen sie miteinander unter Bildung eines inneren verschweißten Grenzflächenbereiches 36, der in erster Linie, und in einigen Fällen ausschließlich, aus dem Polymeren mit dem relativ höheren Molekulargewicht besteht und der im wesentlichen von dem Polymeren mit dem relativ niedrigeren Molekulargewicht in den nichtverschweißten

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(nicht geschmolzenen) dickeren Teilen 22 umgeben ist. In der Fig. 5A umfaßt der Grenzflächenbereich auch einen Teil des Polymeren mit dem relativ niedrigeren Molekulargewicht und in der Fig. 5B besteht der Grenzflächenbereich nur aus dem Polymeren mit dem relativ höheren Molekulargewicht. Die Dicke des inneren verschweißten (geschmolzenen) Bereiches kann etwa 1 bis etwa 20 % der Dicke der überlappenden Bandenden 34 und 35 ausmachen.

Zur Erzielung einer optimalen Verschlußfestigkeit (Bindungsfestigkeit) ist es erwünscht, daß die Bindeband-Verschweißungsbedingungen sowie die Dicken der aneinandergrenzenden dünneren Teile so gewählt werden, daß der innere geschmolzene (verschweißte) Bereich nur innerhalb der dünneren Teile gehalten wird. Während der Bildung der Verbindung (Verschweißung) wird die ursprünglich kristalline Orientierung der Polymeren, die in dem Teil vorhanden sind, der schließlich der innere geschmolzene (verschweißte) Bereich der Verbindung wird,modifiziert oder aufgehoben, so daß die kristalline Orientierung des inneren geschmolzenen (verschweißten) Bereiches in der Regel verschieden ist von der kristallinen Orientierung der daran angrenzenden Bandteile.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiel 1 Verbund-Polyäthylenterephthalat-Band

Ein 1,27 cm (1/2 inch) breites und 0,051 cm (0,020 inch) dickes PoIy-

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äthylenterephthalatband wird hergestellt durch Coextrusion und anschließende Kristallisation und Orientierung von Polyäthylenterephthalat mit einer Strukturviskosität von etwa 0,6 zusammen mit dem gleichen Polymeren mit einer Strukturviskositat von etwa 1,1. Die Coextrusion wird so durchgeführt, daß das Polymere mit der relativ höheren Strukturviskosität eine Oberflächenschicht einer Dicke von etwa 0,038 mm (0,0015 inch) auf einer größeren Oberfläche des extrudierten Bandes bildet. Alle Schichten des extrudierten Bandes sind kristallin und sie haben eine im wesentlichen gleichartige planare (ebene) kristalline Orientierung (Ausrichtung).

Abschnitte des so hergestellten Bandes werden miteinander verbunden unter Anwendung konventioneller Heizklingen-Verschweißungsverfahren zur Herstellung von Verbindungsfestigkeiten (Verschlußfestigkeiten) von mehr als etwa 80 % der Bandfestigkeit. Stets werden hohe Verbindungsfestigkeiten (Verschlußfestigkeiten) erhalten durch Verschweißen der Schicht mit der relativ höheren Strukturviskositat, d.h. mit dem relativ höheren Molekulargewicht, mit der Schicht mit der relativ niedrigeren Strukturviskositat, d.h. mit dem relativ niedrigeren Molekulargewicht, sowie durch Verschweißen beider Schichten mit der relativ höheren Strukturviskosität miteinander.

Beispiel 2 Verbund-Polyäthylenterephthalat-Band

Ein Polyäthylenterephthalat mit einer Strukturviskosität von etwa 0,8 wird gemeinsam mit einem Polyäthylenterephthalat mit einer Strukturviskositat von etwa 1,2 extrudiert zur Herstellung eines

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Bandes, das nach dem Verstrecken (Ziehen) eine Breite von etwa 1,59 cm (5/8 inch) und eine Dicke von etwa 0,051 cm (0,020 inch) hat, wobei das Polyäthylenterephthalat mit der relativ höheren Strukturviskosität eine Oberflächenschicht einer Dicke von etwa 0,025 mm (0,001 inch) auf einer größeren Oberfläche des extrudierten Bandes bildet. Nach der Coextrusion wird der extrudierte Gegenstand (Formkörper) kristallisiert und orientiert, um in allen seinen Schichten eine im wesentlichen gleichartige planare kristalline Orientierung zu erzielen. Abschnitte des so hergestellten Bandes werden zu Schlaufen geformt und ihre Enden werden übereinandergelegt und durch Reibungsverschweißung miteinander verbunden. Dabei erhält man Verbindungsfestigkeiten (Verschlußfestigkeiten) von mehr als etwa 85 % der Bandfestigkeit.

Beispiel 3 Verbund-Polypropylen-Bindeband

Es wird ein orientiertes Polypropylen-Bindeband mit einer Dicke von etwa 0,076 cm (0,030 inch) hergestellt durch gemeinsame Extrusion und anschließendes Verstrecken (Ziehen) von Polypropylen mit einem durchschnittlichen Schmelzindex von etwa 0,2 und von Polypropylen mit einem durchschnittlichen Schmelzindex von etwa 6 ζυ einem bandförmigen Gegenstand, der anschließend zu Bändern einer Breite von etwa 1,27 cm (1/2 inch) zugeschnitten wird, die als Bindeband geeignet sind. Die gemeinsame Extrusion wird so durchgeführt, daß das Polypropylen mit dem relativ niedrigeren Schmelzindex eine Oberflächenschicht einer Dicke von etwa 0,076 mm (0,003 inch) auf jeder Seite des

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nach dem Verstrecken (Ziehen) gebildeten bandförmigen Gegenstandes bildet. Alle Schichten des dabei erhaltenen Bandes sind kristallin und haben eine im wesentlichen gleichartige planare kristalline Orientierung.

Beispiel 4 Verbund-Polyäthylenterephthalat-Bindeband

Polyäthylenterephthalat mit einer Strukturviskosität von etwa 0,6 und Polyäthylenterephthalat mit einer Strukturviskosität von etwa 1 werden gemeinsam extrudiert und anschließend kristallisiert und orientiert durch Verstrecken (Ziehen) unter einer solchen Spannung, daß ein 1,27 cm (1/2 inch) breites Band einer Dicke von etwa 0,051 cm (0,020 inch) entsteht, das einen dünneren Teil aufweist, bei dem es sich um eine Schicht aus dem Polymeren mit einer Strukturviskosität von etwa 1 auf jeder größeren Fläche des Bandes handelt. Jeder der dünneren Teile in dem so hergestellten Band hat eine Dicke von etwa 0,051 mm (0,002 inch) und alle Bandteile haben praktisch die gleiche planare (ebene) kristalline Orientierung.

Auf ähnliche Weifee wird ein Kontrollband mit praktisch den gleichen Gesamtdimensionen und mit einer ähnlichen planaren kristallinen Orientierung hergestellt, diesmal jedoch nur unter Verwendung von Polyäthylenterephthalat mit einer Strukturviskosität von etwa 0,6.

Bandabschnitte jedes Typs der so hergestellten Bänder werden übereinandergelegt, so daß eine Fläche eines Abschnittes an eine Fläche des anderen Abschnittes angrenzt, und sie werden dann miteinander

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verschweißt unter Verwendung einer Labor-Reibungsverschweißungsvorrichtung vom Torsionsstab-Typ bei einer Verschweißungszeit von etwa 0,004 Sekunden und einem Verschweißungsdruck von etwa 700 bis etwa

ρ
915 kg/cm (10 000 bis 13 000 psi). Die gebildeten Verschweißungsstellen sind innerhalb der Schichten des Materials mit der relativ höheren Strukturviskosität enthalten. Beim Test der Versehweißungsfestigkeit erhält man folgende Ergebnisse:

Kontrollband erfindungsgemäßes

Verschweißungsfestigkeit {%) Verfcundband

55 80

Beispiel 5 Verbund-Nylon-Bindeband

Ein Polyhexamethylenadipamid (Nylon 66)-Bindeband einer Dicke von etwa 0,051 cm (0,020 inch) wird hergestellt durch gemeinsame Extrusion und anschließende Kristallisierung und Orientierung von Nylon 66 mit einer relativen Viskosität von etwa 225 und Nylon 66 mit einer relativen Viskosität von etwa 50. Die gemeinsame Extrusion wird so durchgeführt, daß eine Oberflächenschicht einer Dicke von etwa 0,1 mm (0,004 inch), die aus dem Nylon 66 mit der relativ höheren relativen Viskosität besteht, auf jeder größeren Oberfläche des gebildeten Bandes erzeugt wird. Alle Schichten des gebildeten Bandes sind kristallin und haben eine im wesentlichen gleichartige planare kristalline Orientierung.

Abschnitte des so hergestellten Bandes werden zu Schlaufen geformt und

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durch Reibungsschweißen miteinander verbunden unter Bildung einer Verschweißungsstelle innerhalb der aneinandergrenzenden Nylon 66-Schichten mit der relativ höheren relativen Viskosität. Die Verschweißungsstellen haben, wie der Test in bezug auf die Verschweißungsfestigkeit (Verbindungsfestigkeit) zeigt, eine Verschweißungsfestigkeit (Verbindungsfestigkeit) von etwa 60 % der Bandfestigkeit. Dies ist günstig im Vergleich zu einer Verschweißungsfestigkeit (Verbindungsfestigkeit) von nur etwa 40 %, die unter den gleichen Bedingungen erzielt wird, wenn man ein Nylon 66-Band mit einer relativen Viskosität von etwa 50 verwendet.

Beispiel 6 Verbund-Polyäthylenterephthalat-Bindeband-

Auf ähnliche Weise wie in Beispiel 4 wird ein orientiertes kristallines Bindeband hergestellt, bei dem jede Fläche des Bandes von einer 0,09 mm (0,0036 inch) dicken Schicht aus dem Polyäthylenterephthalat mit der relativ höheren Strukturviskosität gebildet wird.

Ein Kontrollband mit praktisch den gleichen Gesamtdimensionen und der gleichen kristallinen Orientierung wird hergestellt aus Polyäthylenterephthalat mit der relativ niedrigeren Strukturviskosität (d.h. mit einer IV von 0,6).

Beim Test der Verschweißungsfestigkeit (Verbindungsfestigkeit) ergeben sich für die auf die gleiche Weise hergestellten Verschweißungen unter

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Verwendung der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 4 die folgenden Werte:

Kontrollband erfindungsgemäßes Verbundband

Verschweißungsfestigkeit {%) 57 92

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie keineswegs darauf beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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-äs-

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Claims

Patentansprüche

1. ) Verschweißbares Bindeband mit einem im wesentlichen rechteckigen einheitlichen Querschnitt aus einem orientierten kristallinen synthetischen thermoplastischen Polymeren, der durch ein Paar einander gegenüberliegender größerer Flächen und ein Paar einander gegenüberliegender kleinerer Flächen begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet , daß es besteht aus einer Grundschicht (11) aus dem Polymeren mit einem relativ niedrigeren durchschnittlichen Molekulargewicht und einer im allgemeinen ebenen Oberflächenschicht (12), die an die Grundschicht (11) angrenzt und mit dieser verbunden ist, die mindestens eine der

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größeren Flächen bildet und aus dem gleichen Polymeren mit einem relativ höheren durchschnittlichen Molekulargewicht als das Polymere in der Grundschicht (11) besteht, wobei das Band (ΙΟ) eine im wesentlichen gleichartige axiale kristalline Orientierung entlang der Längsrichtung des Bandes über seinen Querschnitt aufweist.

2. Bindeband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden größeren Flächen durch im wesentlichen ebene Oberflächenschichten aus dem Polymeren mit einem relativ höheren durchschnittlichen Molekulargewicht gebildet werden.

3. Bindeband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Polymeren um einen Polyester handelt und daß die Strukturviskosität (Grenzviskosität) des Polyesters in der im allgemeinen ebenen Oberflächenschicht (12) die Strukturviskosität (Grenzviskosität) des Polymeren in der Grundschicht (11) um mindestens etwa 20 % übersteigt.

4. Bindeband nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der im allgemeinen ebenen Oberflächenschicht (12) mindestens etwa 0,025 mm (1 mil) beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung eines band- bzw. streifenförmigen kristallinen thermoplastischen Polymer-Gegenstandes, bei dem es sich um einen laminaren Verbund mit einem im wesentlichen einheitlichen Querschnitt handelt, insbesondere zur Herstellung des verschweißbaren Bindebandes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man getrennte Verschweißungsschichten

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aus dem gleichen kristallisierbaren Polymeren mit verschiedenen durchschnittlichen Molekulargewichten gemeinsam extrudiert
(strangpreßt) zur Herstellung eines laminaren Bandes (Streifens) eines vorgegebenen Aufbaus zur Herstellung eines dünneren Teils, der aus dem Polymeren mit einem relativ höheren durchschnittlichen Molekulargewicht besteht, und eines dickeren Teils, der aus dem Polymeren mit einem relativ niedrigeren durchschnittlichen Molekulargewicht besteht, daß man das geformte Band (Streifen) zum
Erstarren bringt und dann das erstarrte Band (Streifen) mechanisch bearbeitet zur Erzielung einer im wesentlichen gleichartigen
planaren kristallinen Orientierung in beiden verschieden dicken Teilen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polymeres einen Polyester verwendet, daß man das laminare
Band (Streifen) zum Erstarren bringt, wobei man das Polymere in jedem der verschieden dicken Teile in einem im wesentlichen amorphen Zustand hält, und daß man durch mechanische Bearbeitung des erstarrten Bandes (Streifens) diesen in einen kristallinen Zustand überführt und das kristallisierte Polymere in jedem der verschieden dicken Teile ausrichtet.

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