DE3851162T2

DE3851162T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Quer-Recken von polymerem Bahnmaterial durch Quetschen.

Info

Publication number: DE3851162T2
Application number: DE3851162T
Authority: DE
Inventors: Ole-Bendt Rasmussen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-01-16
Filing date: 1988-01-15
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2008-01-16
Also published as: MY102309A; ATE110319T1; BR8807308A; PT86559A; US5028289A; IL85111A; FI893429A; NO884112L; HK1007535A1; NO179667C; MX161921A; CN88100367A; JPH0794145B2; IL85111A0; NO884112D0; HU216328B; RU2042514C1; IN167421B; DK499888D0; FI893429A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Streckung polymerischen Bahn- oder Bogenmateriales vermittels Durchleitung durch gerillte ineinandergreifende Walzen, wodurch eine Querverstreckung und Kompression erreicht wird.
Es ist seit 40 Jahren bekannt, Querverspannungen dadurch zu erreichen, indem der Film zwischen gerillten Walzen hindurchgelassen wird, wobei jede Rille im wesentlichen spiral- oder kreisförmig um jede Walze verläuft und einen Fuß, beidseits eine Spitze und Seitenwandungen umfaßt, die sich zwischen Fuß und Spitze erstrecken. Das Ineinandergreifen der Spitzen zum Zeitpunkt, wenn die Walzen im Walzenspalt zusammenkommen, bewirkt, daß das Walzgut quergerichtet in Falten verstreckt wird, die sich im wesentlichen in Bearbeitungsrichtung erstrecken. Abhängig davon, ob die Rillen kreis- oder spiralförmig verlaufen, werden sich die Faltungen diagonal oder genau in Bearbeitungsrichtung erstrecken.
Bei allen diesen Verfahren ist das Walzgut, d. h. der Film, relativ frei zwischen den Spitzen aufgenommen, dies selbst am Punkt ihres größten Ineinandergreifens. Ist die Spitze relativ zur Filmdicke schmal, so ist die Wirkung der Spitze die, daß sie eine Verstreckung nur an der Spitze bewirkt, ist die Spitze jedoch relativ breit, dann tritt zwischen den Spitzen eine ungleichförmige Verstreckung ein. Dementsprechend wird dieses Vorgehen normalerweise mehrere Male wiederholt, aber es führt unverändert zu einem profilierten Produkt und die Profilierungen sind dann nicht gleichförmig.
Bei einigen Verfahren sind die Seitenwandungen der Rillen nach außen geneigt. In der japanischen Patentschrift JP-B-4829386 beispielsweise ist eine Vorrichtung offenbart, bei der die Spitzenhöhe 10 mm und der Abstand zweier aufeinanderfolgender Spitzen auch ungefähr 10 mm beträgt. In jede Rille wird der Film zwischen Fuß und Spitze (mit einem Krümmungsradius von 4 mm) der entsprechenden Rille eingedrückt, offensichtlich befindet sich der Film an anderen Stellen der Rille jedoch nicht unter einer Kompression. Somit wird er nicht zwischen den Seitenwandungen verpreßt. Der Hauptzweck dieses Fertigungsschrittes scheint eine einaxiale Orientierung zu sein, da eine biaxiale Orientierung im Rahmen des Gesamtverfahrens (und im Verfahren gemäß JP-B-4619831) vermittels nachfolgenden Durchlasses des bogenförmigen Materials durch ineinandergreifende gerillte Walzen, bei denen sich die Rillen axial erstrecken, erreicht wird. Querverstreckung durch ineinandergreifende gerillte Walzen, bei denen die Seitenwandungen nach außen geneigt sind, ist auch in Schwartz, US Patent No. 4 116 892 beschrieben.
Die gesamte in der japanischen Veröffentlichung und in Schwartz dargestellte Verstreckung wird durch die Spitzen bewirkt, die nach außen geneigten Seitenwandungen leisten bei dem Verfahren im wesentlichen keinen Beitrag. Eine Ausgestaltung, die im allgemeinen als etwas zufriedenstellender angesehen wird, umfaßt vertikal verlaufende Seitenwandungen, wodurch ein größerer Raum zur freien Bewegung des Films zwischen ineinandergreifenden Spitzen erreicht wird. Solche Vorrichtungen sind in den englischen Patenten Nr. 1 526 722, Nr. 1 526 723 und insbesondere in Nr. 1 526 724 beschrieben.
Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtungen ist, daß der Spitzenabstand nicht zu klein sein darf, d. h. weniger als ca. 2 mm, da sonst ein großes Risiko der mechanischen Beschädigung der Spitzen besteht. Auch kann nur relativ dünnes polymerisches Blattgut (d. h. unter 200 oder 300 gr/m²) verarbeitet werden. Wenn die Spitzen nahe beieinander, d. h. ungefähr 2 mm oder etwas mehr sind.
Wünschenswert wäre, das Risiko der Beschädigung der Spitzen zu reduzieren, in der Lage zu sein, ein gleichförmigeres Profil zu erhalten und/oder schweres Material zu verstrecken. Wünschenswert wäre auch, bei einem durchlaß gleichförmigere Wirkungen auf das blatt- oder bogenförmige Material zu erhalten als bisher erreichbar. Diese Zielsetzungen wären nicht nur erstrebenswert für die Querverstreckung von Einzelblatt-Material, sondern auch für die Faserung entsprechenden Bogenmateriales und für Klebelaminate.
In der französischen Patentschrift FR-A 2376738 und in der englischen Patentschrift GB-A 1593012 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung bei Verpackungsanwendungen einsetzbarer orientierter, aus Kunststoffen bestehender Bänder hoher Bruchfestigkeit und Rissfestigkeit beschrieben. Das der Vorrichtung zugeführte Band und das Fertigprodukt besitzen eine Breite von weniger als 1 cm. Ein Einzelband wird zwischen ein Paar gerillter Walzen gedrückt, die zur Wellung des Materiales ineinandergreifende Rillen mit nach außen geneigt gerichteten Seitenwandungen mit einem Abstand von Spitze zu Spitze von 2,54 mm und einem Abstand von Spitze zu Fuß von 2,54 mm aufweisen. Das Material, das zwischen die Walzen eingeleitet wird, ist ein extrudiertes, im wesentlichen unorientiertes Band. Nach Durchlauf durch die gerillten Walzen ist das gewellte Band in Längsrichtung gestreckt, während ein Breitenregelungsgerät die gleichzeitige Querschnittsreduktion des Bandes überwacht.
Erfindungsgemäß wird endloses polymerisches Bandmaterial vermittels eines Verfahrens verstreckt, das die Querverspannung des Materiales vermittels Durchlauf zwischen ineinandergreifende gerillte Walzen umfaßt, bei denen sich jede Rille im wesentlichen spiral- oder kreisförmig um jede Walze erstreckt, einen Fuß, eine Spitze an jeder Seite und nach außen geneigt gerichtete Seitenwandungen zwischen Fuß und Spitzen aufweist, und wodurch das Bahnmaterial in Falten querverstreckt wird, die sich im wesentlichen in Bearbeitungs- (Maschinen)-richtung erstrecken, die Beabstandung zwischen zwei Spitzen weniger als ungefähr 3 mm beträgt und das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Bandmateriales und die Gesamtlänge jeder Walze beide wenigstens 50 cm beträgt, das Bandmaterial einen Mehrschichtaufbau aus Schmelze orientierten Bandmaterialien mit jeweils einer Hauptorientierungsrichtung, wobei ihre Hauptorientierungsrichtungen quer zueinander verlaufen, umfaßt, und die Seitenwandungen oder ineinandergreifenden Rillen Abschnitte aufweisen, die im wesentlichen parallel zueinander sind, und das Bandmaterial zwischen den im wesentlichen parallelen Seitenwandungsabschnitten komprimiert wird, indem die Walzen mit einem Druck aufeinander zugestellt werden, der im wesentlichen entlang der Längserstreckung der Walzen gleichförmig ist und wenigstens 17 kg/cm axialer Walzen- Längserstreckung beträgt, wodurch die Verstreckung durch die Kombination von Verspannung und Kompression erreicht wird.
Die Vorrichtung nach der Erfindung umfaßt die vorstehend beschriebenen bzw. definierten ineinandergreifenden, gerillten Walzen, wobei die Beabstandung zwischen zwei aufeinanderfolgender Spitzen weniger als 3 mm beträgt und die Seitenwandungen der ineinandergreifenden Rillen Abschnitte aufweisen, die im wesentlichen parallel zueinander sind und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Walzenpaar eine lange Walze mit einer Längserstreckung von mehr als 50 cm und eine weitere aus mehreren kurzen Walzen mit jeweils einer Längserstreckung von weniger als 50 cm gebildete Walze umfaßt, wobei letztere zur langen Walze mit im wesentlichen gleichen Druck pro Zentimeter axialer Länge druckvorgespannt und axial so gehalten ist, daß die Walzen von weniger als 50 cm Länge mit der langen Walze über im wesentlichen über deren gesamte Länge ineinandergreifen, indem die Länge der langen Walze wenigstens 50 cm beträgt und daß die Vorrichtung Mittel umfaßt, um die Walzen zusammenzuführen mittels eines Druckes, der im wesentlichen gleichförmig entlang der Länge der Walzen ist und daß dieser mindestens 17 kg/cm axialer Länge einer Walze beträgt zur Verpressung des Bandmateriales zwischen jedem Paar im wesentlichen paralleler Seitenwandabschnitten mit im wesentlichen gleichförmigem Druck und Verstreckung des Bandmateriales in Falten durch eine Verbindung von Verspannung und Kompression.
Vermittels der Erfindung ist es möglich, eine überraschende Verbesserung bezüglich Gleichförmigkeit der Verstreckungsbilder oder -muster und erhöhte Festigkeitseigenschaften (insbesondere Rissfortschritts-Festigkeit, Durchschlag- und Schlagfestigkeit) zu erreichen. Dicke Filmmaterialien, mit einer Filmdicke derart, daß sie mit den bekannten früheren Verfahren nicht zufriedenstellend aufbereitet werden konnten, können vermittels der Erfindung nun so bearbeitet werden, daß ein Erzeugnis entsteht, bei dem die Profilierung gleichförmig und damit annehmbar ist, während dünnere Filme so bearbeitet werden können, daß im wesentlichen gleichförmig nicht profilierte Filme entstehen.
Wird der Film während des Verfahrens verfaßt (d. h. wird er vor Verfahrensablauf durchlöchert oder es werden besondere Schäumparameter eingestellt, oder durch das Vorhandensein von Körnern im Film) wird eine feinere und gleichförmige Faserverteilung erreicht. Wenn während der Verstreckung zwei Filmwerkstoffe miteinander verbunden werden sollen, wird oftmals eine festere Verbindung erreicht. Die Gefahr der Spitzenbeschädigung ist herabgesetzt.
Die Querverstreckung nach der Erfindung kann dargestellt werden als ein querverlaufendes Kalandrierverfahren und schließt ein beides, und zwar Querverstreckung und -kalandrierung, während die vorangehenden Verfahren nur die Verstreckung umfassen. Die Verstreckung tritt ein mit Eintritt des Filmes in den Spalt zwischen den Walzen und oft auch während er sich im Walzenspalt befindet. Die Kompression erfolgt an dem Punkt, wo sich zwei Walzen unter Druck befinden. Wichtig ist, daß die Spitzenbeabstandung (gemessen an der axialen Längserstreckung der Walze) niedrig, unter 3 mm, ist, da die Vorteile der Erfindung bei größerer als der angegebenen Spitzenbeabstandung nicht erreicht werden. In der Praxis ist die Beabstandung normalerweise um 2 mm oder darunter und Resultate verschlechtern sich mit Zunahme der Beabstandung. Zum Beispiel ist 2,5 mm häufig ein passender Höchstwert für die meisten Verfahren und Materialien. Bei diesen niedrigen Spitzenbeabstandungen ist die Länge jeder Seitenwand zwangsläufig auch niedrig (im allgemeinen weniger als 2 mm) und dies ist wichtig. Kaltfließen von Bandwerkstoff unter Kompression zwischen im wesentlichen parallelen Flächen kann nur über eine sehr kurze Strecke erfolgen. Falls die Seitenwandungen sehr viel länger als 2 mm wären, würde eine viel geringere gleichförmige Filmstruktur erreicht. Die Spitzenbeabstandung und die Länge jeder Seitenwandung und die Länge jeder Seitenwand liegt im allgemeinen im Bereich vom 1 bis 2 mm.
Vorzugsweise hat jede Spitze einen im wesentlichen zylindrischen Teilquerschnitt mit einem Radius typischerweise von 0,1 bis 0,5 mm, häufig 0,2 bis 0,4 mm. Vorzugsweise ist der Spitzenradius in der gleichen Größenordnung wie die Filmdicke. Zum Beispiel werden gute Ergebnis erzielt, wenn der Spitzenradius ungefähr 0,2 mm beträgt und die Dicke des Filmes sich auf 200 um beläuft, aber gute Ergebnisse können auch dann noch erreicht werden, wenn die Dicke 50 um beträgt.
Spitze und Fuß laufen im allgemeinen in einen Teil der Seitenwand aus, der im Querschnitt im wesentlichen flach ausgebildet ist und sich typischerweise über 25 bis 75% des Abstandes zwischen Spitze und Fuß ersteckt. Der Abschnitt der parallel zum Abschnitt einer ineinandergreifenden Rille ist im allgemeinen dieser flache Abschnitt. Grundsätzlich ist es für den Film wünschenswert, unter Kompression über die größtmögliche Erstreckung der Seitenwand zu stehen, aber zufriedenstellende Ergebnisse können auch erzielt werden, wenn der Abschnitt sich nur über eine geringfügige Strecke der Höhe der Seitenwand erstreckt. Die Seitenwandungen erstrecken sich generell unter einem Winkel von ungefähr 45º bis 70º in bezug auf die Achse, so daß der durch die Wandungen definierte Winkel an der Spitze ungefähr 40º bis 90º, vorzugsweise 50º bis 60º beträgt.
Vorzugsweise ist der Fuß jeder Rille so gestaltet, daß der Film zwischen einer Spitze und dazugehörendem Fuß nicht unter Kompression, d. h. Kompressionsdruck steht, indem ein kleiner Vorratsraum so wie in Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung dargestellt zwischen Spitze mit aufgebrachtem Film und Fuß vorgesehen ist.
Die Rillen können genau oder im wesentlichen kreis- oder spiralförmig sein. Der Winkel der Rille zum genauen Kreis (und somit die Maschinenrichtung) ist im allgemeinen nicht mehr als 20º, und ist bevorzugt unter 15º, da bei einem zu großen Winkel Schwierigkeiten bezüglich eines zufriedenstellenden Ineinandergreifens auftreten können. Somit ist die Rille vorzugsweise unter einem Winkel von mehr als 70º zur Achse. Die ineinandergreifenden Rillen der Walzen müssen sehr genau zueinander passen, damit sie ohne Beeinträchtigungen ineinandergreifen. Die Walzen sollten aus Stahl oder einem anderen harten Material, vorzugsweise aus gehärtetem Stahl sein.
Der Grad der Querverstreckung polymerischen Blattmateriales hängt zum Teil von Grad und Winkel der Schmelzeorientierung, dem Druck zwischen den Walzen, der Dicke des Blattmateriales und der Geschwindigkeit ab, mit der das Material durch die Walzen läuft. Die Walzen werden mit einem Druck von wenigstens 17 kg pro Zentimeter ihrer axialen Länge zusammengedrückt. Dies kann zu brauchbarer Querverstreckung in der Größenordnung von wenigstens 10% führen, dies bei relativ niedrigen Durchlaufgeschwindigkeiten, z. B. 5 oder 10 Meter/Minute. Vorzugsweise jedoch werden die Walzen gegeneinander unter Druck gehalten, wobei der Druck über 50 kg/cm und normalerweise über 100 kg/cm liegt, d. h. 200 bis 300 oder sogar bis zu 500 kg/cm axialer Länge, oder sogar noch höher, da dies zu guter Querverstreckung bei hohen Durchlaufgeschwindigkeiten, z. B. 40 Meter/Minute, dem Doppelten davon oder einem weiteren Mehrfachen davon, führen kann. Vorzugsweise ist bei einem Durchlauf zwischen zwei ineinandergreifende Walzen der Grad der Querverstreckung wenigstens 15% aber auch bis 50% oder mehr. Der Betrag der Streckung ist die Differenz zwischen der gradlinigen Weite (Breite) des Materiales vor der Querverstreckung und der Länge einer Mediane durch das gefaltete Material.
Notwendig ist, daß der Abstand zwischen im wesentlichen jedem Paar von Seitenwandungen über die gesamte Länge der Walzen im wesentlichen gleich sein sollte, so daß der Film an jeder Stelle der Walzen in etwa gleichen Drücken unterworfen ist. Vorzugsweise ist die Beabstandung zwischen jedem Paar innerhalb ± 5 Mikrons oder höchstens bei 10 bis vielleicht 15 Mikron. Bedauerlicherweise ist es schwierig, diesen Genauigkeitsgrad über als, d. h. 50 cm Walzenlänge einzuhalten und wird eine gleichförmige Teilung nicht erreicht, dann besteht das Risiko des Spitzenbruches, dies zusätzlich zur Ausbringung von Filmen minderwertiger Qualität. Selbst wenn eine lange Walze mit genügender Präzision maschinell bearbeitet wird, können kleine, zufällige Temperaturdifferenzen zwischen den Walzen oder entlang der Länge der Walzen unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Walzen auslösen. Auch ist es auf Grund von Durchbiegungen schwierig, über sehr lange Walzen hinweg gleichförmige Drucke aufzubringen. Auch können Faltungen oder Verunreinigungen im polymerischen Material zu Kraftkonzentrationen über ein kleines Gebiet führen die Spitzen brechen.
Von den ineinandergreifenden gerillten Walzen ist eine Walze eine lange Walze und die andere setzt sich aus einer Mehrzahl kurzer Walzen zusammen, die vorzugsweise im wesentlichen unabhängig und unter gleichen Drücken pro Zentimeter axialer Länge gegen die lange Walze vorgespannt und axial so angeordnet sind, daß sie mit der langen Walze zusammen über deren gesamte Länge drehend ineinandergreifen. Falls erwünscht kann mehr als eine lange Walze in axialer Anordnung vorgesehen sein, um die gesamte Breite des Bahnmateriales abzudecken, aber normalerweise ist eine lange Walze entsprechend der Bahnbreite und eine Mehrzahl kurzer Walzen vorgesehen. Durch diese Mittel wird es möglich, die erfindungsgemäßen Ergebnisse auch dann zu erzielen, wenn die Breite des Filmes und somit die lange Walze 2 Meter, d. h. auch 5 Meter oder mehr beträgt.
Im allgemeinen sind drei oder mehr kurze Walzen, jede mit einer Länge von unter 50 cm, vorgesehen, wobei jede dafür bestimmt ist, nur einen Teil des Filmes zu verstrecken, wofür die kurzen Walzen so angeordnet sind, daß der gesamte Film, wahlweise mit kleinen Überlappungen der verstreckten Einzelabschnitte, verstreckt wird. Häufig ist bevorzugt, die kurzen so kurz zu machen wie es die notwendigen Lager und Abstützungen zulassen, z. B. typischerweise mit einer Länge von 4 bis 15 cm, denn dies ermöglicht den Einsatz des Verfahrens bei großen Filmbreiten unter Verwendung hohe Drücke. Manchmal ist für eine kurze Walze bevorzugt, von der Länge z. B. nur einer oder zwei im wesentlichen kreisförmiger Rillen zu sein. Jede kurze Walze ist für sich gegen die lange Walze mit der gewünschten Kraft vorgespannt, z. B. durch die Wirkung einer Feder, vorzugsweise jedoch durch hydraulisch oder pneumatisch wirkende Mittel. Die gegeneinander wirkende direkte Berührung der ineinandergreifenden Walzen ohne Vorhandensein von Filmmaterial sollte vermieden werden und wird die Maschine, d. h. die Vorrichtung für verschiedene Filmbreiten verwendet, oder sollte die Lage der Seitenkanten variieren, so ist es leicht, kurze Walzen an einer oder beiden Seiten des Filmes durch An- oder Abstellen des hydraulischen oder pneumatischen Druckes außer Eingriff zu bringen.
Die kurzen Walzen werden bevorzugt in gegeneinander versetzten Reihen in verschiedenen Umfangspositionen zur langen Walze angeordnet, wobei der Versatz so ist, daß die kurzen Walzen im wesentlichen die gesamte Länge der langen Walze, wahlweise mit kleinen Überlappungen, abdecken. Vorzugsweise werden die kurzen Walzen in zwei gegeneinander versetzten Reihen angeordnet, die sich zur langen Walze in diametral gegenüberliegenden Stellungen befinden. Durch Anordnung der kurzen Walzen in dieser Weise wird die Durchbiegung der langen Walze minimiert. Nahe den Enden einer jeden kurzen Walze, entsprechend einem Überlappungsbereich zwischen Walzen, können die kurzen Walzen mit einer leichten Abschrägung (Anphasung) versehen sein, um den Verstreckungseffekt auslaufen zu lassen.
Zur Vereinfachung der maschinellen Bearbeitung kann die lange Walze für sich aus einer Vielzahl von Walzensegmenten gebildet werden, die in axialer Richtung miteinander fest verbunden sind. Vorzugsweise ist jedes der Walzensegmente im wesentlichen auf die kurzen Walzen abgestimmt. An den Verbindungsstellen endet jedes Segment entweder in einer Teilrinne oder vorzugsweise in einer Teilspitze. Zur Meidung des Erfordernisses äußerst hoher Präzision bei Zusammenbau der Segmente und zur Verstärkung der Enden der Segmente kann jedes Paar verbundener Teilrinnen oder Teilspitzen, z. B. 0,1 bis 0,5 mm weiter ausgebildet werden als die Gesamtbreite der Rillen bzw. der Spitzen! Die daraus resultierenden kleinen Unregelmäßigkeiten bezüglich optischer oder anderer Eigenschaften sind für die meisten Anwendungszwecke von blattförmigem Material tragbar.
Sind die Rillen spiralförmig, so wird es nötig, beide ineinandergreifende Walzen (d. h. die lange Walze und alle kurzen Walzen) anzutreiben, sind aber die Rillen kreisförmig, so kann es ausreichen, nur eine der ineinandergreifenden Walzen anzutreiben. In letzterem Fall können die kurzen Walzen sogenannte Mitläufer oder nicht angetriebene Walzen sein. Zur Verringerung der axialen Erstreckung jeder kurzen Walze ist bevorzugt, daß das oder die Lager innerhalb jeder Walze aufgenommen ist und daß die kurzen Walzen um eine feststehende Welle drehen, die von einer gabelförmig oder anders ausgebildeten Stützeinrichtung getragen ist. Wenn es notwendig ist, die kurzen Walzen anzutreiben, können die Walzen flexibel aneinander gekoppelt sein und es kann dann notwendig werden, die Lagerungen axial außerhalb der Walzen vorzusehen. Zum Beispiel kann ein Antrieb entlang der flexiblen Achse einer Anzahl flexibel gekoppelter kurzen Walzen über Kupplungen zwischen jedem nebeneinanderliegenden Walzenpaar übertragen werden, die (Kupplungen) ein Plattenpaar mit Fingern oder ähnlichen ineinandergreifende Einrichtungen bilden, zusammengedrückt werden, aber für sich eine kleine Bewegung in axialer und radialer Richtung zulassen.
In einem anderen System sind die kurzen Walzen auf einem langen, gemeinsamen Walzenkern angeordnet und zur Verwendung gelangt eine flexible Kupplung zwischen jeder kurzen Walze und dem Walzenkern. Die Kupplung umfaßt Federn oder Gummi oder andere flexible Mittel, durch die die kurzen Walzen mit dem Kern gedreht werden können und durch die Walzendruck ausgeübt auf den Kern in Richtung auf die lange Walze übertragen wird durch die kurzen Walzen. Vorzugsweise umfaßt die flexible Kupplung auch Führungen, die nur eine axiale und radiale, aber keine tangentiale Bewegung der kurzen Walze bezüglich des Kernes zulassen. Zum Beispiel können zylindrisch gerillte Abschnitte aus Stahl um den gummibeschichteten Kern angeordnet werden. Diese Vorrichtung minimiert Beeinträchtigungen (Abdrücke) des Bogens innerhalb der Grenzen zwischen verschiedenen Verstreckzonen von benachbarten Walzen, aber sie hat den Nachteil, daß es schwierig werden kann, hohe und gleichförmige Drücke zu erteilen.
Zweckmäßig ist, daß wenigstens eine der ineinandergreifenden Walzen entlang ihrer Achse um soviel verschiebbar ist, damit eine selbsttätige Adjustierung der ineinandergreifenden Zähne der Walzen erfolgen kann. Kommen lange und kurze Walzen zur Anwendung, so kann die lange Walze in axialer Richtung unverschiebbar und die kurzen Walzen können axial verschiebbar ausgebildet sein, um so die Selbstadjustierung zu bewirken.
Die nach dem beschriebenen Verfahren verfügbaren gefalteten Bögen (blatt- oder bogenförmiges Material) können verschiedenen Nachbehandlungen unterworfen werden. Vorzugsweise wird das Material, im wesentlichen unverzüglich und deshalb ohne vorherige Entfernung der Falten längsgestreckt mit einem Verstreckverhältnis, das ausreichend ist, die Falten zu beseitigen. Dies kann zu sehr gleichförmiger Verstreckung führen und ist häufig vorteilhaft für Verstreckungen bei niedrigen Temperaturen nahe oder vorzugsweise unterhalb Raumtemperatur. Dieses Verfahren reduziert normalerweise die Aufreißbarkeit des Materiales.
Die vorgängige Querverstreckung im allgemeinen gefolgt von einer Längsverstreckung bewirkt eine mikroskopische Auslösung von Verstreckzonen, die befriedigende Eigenschaften bewirken, so daß eine weitere Behandlung nicht wesentlich ist. Vorzugsweise wird jedoch das anfallende längsverstreckte Material anschließend querverstreckt. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt werden, vorzugsweise bei Temperaturen über 50ºC oder darunter, um einen biaxial orientierten Bogen mit einem Minimum an Dickenabweichungen zu erhalten. Als andere Möglichkeit kann es ausreichend sein, den Bogen in einem solchen Folgeschritt (zum Schritt nach der vorliegenden Erfindung) durch herkömmliche ineinandergreifende gerillte Walzen querzuverstrecken, d. h. durch Walzen, bei denen sich jede Rille im wesentlichen spiral- oder radiusförmige um die Walze erstreckt, wobei eine Rillung durch ein Spitzenpaar und Seitenwandungen bestimmt ist und das Bogenmaterial um jede Spitze gestreckt wird, ohne zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwandungen einem Druck ausgesetzt, d. h. gedrückt zu werden. Da die mikroskopischen Verstreckzonen für die folgende Verstreckung als Auslöser wirken, können befriedigende Ergebnisse mit verhältnismäßig grob gerillten Walzen erreicht werden, z. B. mit einer Spitzenbeabstandung von bis zu 40 oder 50 mm, sogar dann, wenn die Verstrecktemperatur unter 50ºC ist.
Vorzugsweise ist die Breite des Bogenmateriales (d. h. der transversal lineare Abstand der Seitenkanten) nach dem vorgehenden Querverstreckungsverfahren nach der Erfindung ungefähr 100% bis 130%, vorzugsweise ungefähr 100% bis 110% der Ursprungsbreite und nach der Längsverstreckung ist sie bevorzugt ungefähr 70% bis ungefähr 100%, besonders bevorzugt um 100% der Ursprungsbreite und nach weiteren Querverstreckungen unter Verwendung ineinandergreifender gerillter Walzen sind 110% bis 200%, vorzugsweise 120% bis 180% der Breite nach Längsverstreckung bevorzugt. So bleibt vorzugsweise die quergerichtete Breite nach der ersten Quer- und Längsverstreckung im wesentlichen unverändert aber sie kann bei der letzten Querverstreckung zunehmen.
Das bogen- oder blattförmige Material kann eine anfängliche Dicke haben, die üblicherweise unter 1 mm- normalerweise unter 600 um, vorzugsweise unter 500 um liegt, oder (in Gewicht ausgedrückt) sich vorzugsweise unter 600 g/m², besonders bevorzugt unter 500 g/m² bemißt. Seine Dicke ist im allgemeinen über ungefährt 100 g/m² und über ungefähr 200 oder 300 um, obwohl es auch dünner bis hinab auf 100 um sein kann.
Das polymerische Material umfaßt vorzugsweise ein Polyalkylene Polymer, vorzugsweise eine Ethylene- oder Propylene Homopolymer oder Copolymer, im besonderen kann es ein iso- oder syndiotaktisches Polypropylene, Polypropylene hoher Dichte (HDPE) (oft hohen Molekulargewichtes), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), Mischungen und Koextrudate davon sein.
Das blatt- oder bahnförmige Material kann eine Mehrzahl von Schichtungen umfassen, wobei die Schichtungen vor Einleitung des Verfahrens miteinander verbunden oder nicht verbunden sein können. Bei einem bevorzugten Verfahren umfaßt das Material ein in sich nicht verbundenes Laminat aus zwei miteinander verbindbaren Schichtmaterialien, die durch das Verfahren miteinander verbunden werden. Insbesondere kann die Querverstreckung gemäß der Erfindung gefolgt von der beschriebenen Längsverstreckung zu höheren Verbindungskräften führen als bei den bekannten Laminierungsverfahren mit gerillten Walzen. Vorzugsweise ist wenigstens ein von zwei Blattmaterialien, die miteinander zu verbinden sind, ein koextrudiertes Laminat mit einer Verbindungsoberflächenschichtung, die dem anderen Blattmaterial der beiden gegenüberliegt. Optimal physikalische und andere Festigkeitseigenschaften werden gewöhnlich dann erreicht, wenn alle Verstreckungsschritte bei einer Temperatur vorgenommen werden, die wesentlich unter der Temperatur liegt, bei der sich die Berührungsoberflächen des Laminates durch einfaches Berühren miteinander verbinden würden.
Das bahnförmige Material, das im Zusammenhang mit dem Verfahren nach der Erfindung vorzugsweise zur Anwendung gelangt, umfaßt einen Mehrschichtaufbau (Sandwich) aus schmelzeorientierten bahnförmigen bzw. Blattmaterialien, jede einzelne mit einer Hauptorientierungsrichtung, wobei deren Hauptorientierungsrichtungen quer zueinander verlaufen. Die Materialien können uniaxial orientierte Bahnmaterialien sein, die ihre Orientierungsrichtungen quer zueinander verlaufend vorliegend haben. Demgemäß kann das Verfahren zu biaxialer Verstreckung von Überkreuz geschichtetem Film führen. Dieser Film kann durch Schmelzeorientierung eines rohrförmigen Films und spiralförmigem Aufschneiden letzteren unter einem Winkel zur Orientierungsrichtung erzeugt werden, so daß dabei ein querorientiertes Blatt entsteht, das mit einem ähnlich hergestellten orientierten Blattmaterial Überkreuz laminiert wird. Die biaxiale Verstreckung kann dann mit der Verbindung der Schichtungen so wie vorstehend beschrieben kombiniert werden. Vorzugsweise ist der so resultierende Materialfilm ein Überkreuz laminierter Film wie in der englischen Patentschrift Nr. 1 526 722 beschrieben. Die Erfindung gestattet die Behandlung von Polymer Zusammensetzungen, die steifer sind als die die vorgängig verwendbar waren, um einen Bogen oder Blatt in seiner Endform zu erzeugen, der bzw. das eine gleichförmigere Dicke als vorgängig erreichbar hat.
Im allgemeinen ist es für polymerisches Blattmaterial wünschenswert, wenigstens eine Oberfläche zu haben, die so gleichförmig (glatt, glänzend etc.) wie nur irgend möglich ist. Möglich ist eine überraschende Gleichförmigkeit auf einer Seite des verstreckten Bahnmateriales zu erzielen unter Anwendung des Verfahrens und zweier oder mehr laminierbarer und voneinander abtrennbarer Bahnmaterialien, wobei nach Ablauf des Verfahrens die abtrennbaren Schichten abgezogen werden. Die sich gegenüberliegenden Schichtungen der trennbaren Filme können dann von sehr hoher Oberflächenqualität und Gleichförmigkeit sein. Zum Beispiel kann die Oberfläche dann einen stärkeren Glanz, einen verbesserten Reibungskoeffizienten, eine verbesserte Bedruckbarkeit und eine verbesserte Wärme- oder Ultraschallverschweißbarkeit besitzen. Wenn vermittels eines Oberflächen-Elektronenmikroskop betrachtet, läßt sie (die Oberfläche) keine Oberflächentopographie erkennbar werden. Zur Trennung ist mindestens eine Schicht einer trennbaren Zweifachschichtung, vorzugsweise ein koextrudiertes Laminat mit einer Freigabe-Oberflächenschicht, die dem anderen Filmmaterial der zwei gegenüberliegt. Die Freigabe-Oberflächenschichtung kann aus jedem Material sein, das eine Abtrennung begünstigt. Es kann ausgewählt werden, um dem abgeschälten Filmwerkstoff die gewünschten Oberflächeneigenschaften zu vermitteln, d. h. Reibungs- oder gute Heißsiegeleigenschaften. Zum Beispiel können heißsiegelbare Säcke gefertigt werden mit einer glatten, d. h. topographielosen inneren, durch Abschälung freigelegten Oberfläche (resultierend in guter Versiegelbarkeit) und einer gewellten äußeren Oberfläche (resultierend in guter Stapelbarkeit der Säcke, da sich in den Furchen der Wellungen Staub ansammelt). Als andere Möglichkeit läßt sich eine glänzende äußere Oberfläche zur Bedruckbarkeit erzeugen.
So wie Werkstoffe zu jeder Zeit ausgewählt werden können, daß sich zwei Filmwerkstoffe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren voneinander abschälen lassen, können auch Werkstoffe gewählt werden, so daß zwei oder mehr andere Schichtungen miteinander in vorstehend beschriebener Art und Weise verbunden werden. So kann eine Anzahl von Einzelschichten (einige in Form eines koextrudierten Filmes) dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen werden, um jeweils Sätze von zwei, drei oder mehr Schichten zu Laminaten zu verbinden, während die Abschälbarkeit benachbarter Laminate erhalten bzw. möglich bleibt. Zum Beispiel kann jedes abschälbare Laminat durch Verbindung während der transversalen und Längsverstreckung zweier koextrudierter Filme hergestellt werden, wobei jeder eine Oberflächenschicht, wenigstens eine Festigkeitsschicht und eine Oberflächenverbindungsschicht umfaßt, wobei die Oberflächenverbindungsschichten sich gegenüberliegen und Abschälbarkeit dadurch gewährleistet wird, indem die Oberflächenschicht auf der im Innersten liegenden Laminatschichtung entsprechend ausgewählt wird oder indem eine getrennte Freigabeschichtung zwischen den zwei koexdrudierten Schichtungen vorgesehen wird.
Wenn, wie es in solchen Verfahren häufig eintritt, die Dicke des durch die ineinandergreifenden Walzen hindurchzulassende Walzgut relativ groß ist, können die Faltungen verhältnismäßig tief sein und es kann dann vorteilhaft sein, das gefaltete Material einer Wärmebehandlung zu unterziehen, bei der man eine Schrumpfung mindestens in seiner Querrichtung zuläßt. Das Filmmaterial kann vor oder nach dem Abschälschritt erwärmt werden. Werden relative dünne Zonen durch Überstreckung (Überdehnung) während des Durchganges durch die ineinandergreifenden Walzen gebildet, so haben diese eine ausgeprägte Tendenz, sich bei Erwärmung auf eine entsprechend passende Temperatur zusammenzuziehen und dadurch eine quergerichtete Schrumpfung auszulösen und so können Dickenunterschiede des querverstreckten Materiales durch Erwärmung vermindert oder fast beseitigt werden. Vorzugsweise resultiert die Erwärmung in 7% Schrumpfung und oftmals in wenigstens 12% Schrumpfung in Querrichtung. Im allgemeinen ist die Schrumpfung unter 30%. Die Erwärmung kann in einem Ofen vorgenommen werden, bevorzugt wird sie aber so vollzogen, indem das Material mit einer erwärmten Walze in Berührung gebracht wird, was somit eine stabilisierende Wirkung auf die quergerichtete Schrumpfung haben kann. Vorzugsweise wird die Erwärmung vorgenommen während das bahn- oder bogenförmige Material noch in Längsrichtung gefaltet ist, um so eine gleichförmige Schrumpfung zu ermöglichen, während besagtes Material noch die erwärmte Walze berührt. Ergänzend kann auf die U.S. Patentschrift Nr. 4 629 525 für zusätzliche Informationen bezüglich geeigneter Wärmebehandlungen und bezüglich Kreuzlaminaten, die vorteilhafterweise dieser Behandlung unterziehbar sind, Rückgriff genommen werden.
Eine besonders bevorzugte Hauptschichtung zur Verwendung in einem Filmlaminat hergestellt nach der Erfindung ist eine Mischung aus Polyethylen hoher Dichte und hohem Molekulargewicht und einem Polyethylen niedriger Dichte und deutlich niedrigerem Molekulargewicht, letzteres vorzugsweise aus Copolymeren und/oder vernetzten Polyethylenen, die bei Bruch die gleiche oder eine höher Längung haben (getestet bei Raumtemperatur und langsamer Verstreckung) als Polyethelene mit hohem Molekulargewicht und die während Bildung einer deutlichen Mikrophase zur Steigerung vom Polyethylen hohen Molekulargewichtes bei Kühlung einer geschmolzenen homogenen Mischung der Bestandteile fähig sind. Das Mischungsverhältnis der Polyethylene ist vorzugsweise 25 : 75 bis zu 75 : 25. Der Einbezug von Polytehylen mit deutlich niederigerem Molekulargewicht als Polyethylen mit hohem Molekulargewicht kann auch vorteilhaft in Mengen von 0 bis 70% basierend auf dem kombinierten Gewicht von Polypropylene und beiden Polyethylenen.
Gemäß dieser Spezifikation und Beschreibung hat das Polyethylen hoher Dichte mit hohem Molekulargewicht (HMHDPE) vorzugsweise einen Schmelzflußindex von ungefähr 0.2 oder niedriger gemäß ASTMD1238 Zustand E und das Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) ist vorzugsweise eine lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE).
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der verstrecktes Filmmaterial ein Laminat aus zwei voneinander trennbare Einzelfilme umfaßt und bei der nach Ablauf des Prozesses die trennbaren Einzelfilmschichtungen voneinander getrennt würden, besteht eine erfindungsgemäße Zielsetzung darin, ein verbessertes Blatt- oder Folienmaterial vorzusehen, bei dem eine Seite aus einem relativ harten und die andere aus einem relativ weichen polymerischen Material besteht. Die Seite hauptsächlich aus hartem Werkstoff kann die Eigenschaften der Verschleiß- und Stichfestigkeit wesentlich verbessern.
Eine Schichtung aus einem harten polymerischen Material wird immer zu tieferer Profilierung bei Verstreckung zwischen zwei gerillten Walzen führen, es wurde aber in Versuchen, die zur vorliegenden Erfindung führten, gefunden, daß harte Materialien im Kern eines Blattes oder Bogens bei Verstreckung vermittels gerillter Walzen zu geringerer Profilierung führten als ähnliche Werkstoffe auf einer oder beiden Oberflächen.
Dementsprechend kann es vorteilhaft sein, eine Lage harten Polymers in oder nahe der Mitte des Bogens während der Verstreckung vorzusehen und diese Lage vermittels des vorstehend beschriebenen Abschälprozesses an oder nahe an die Oberfläche zu bringen.
Als Beispiele, so kann das relativ weiche Material auf einer Seite eine Polyethylen Mischung vorzugsweise eine Verbindung von HMHDPE und LLDPE wie vorstehend beschrieben sein und das relativ harte Material auf der anderen Seite kann reines oder fast reines HMHDPE oder alternativ hauptsächlich Polypropylen sein.
Folgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, davon zeigt:
Fig. 1 in ungefähr zwanzigfacher Vergrößerung die ineinandergreifenden Oberflächen eines gerillten Walzensystems wie in der englischen Patentschrift Nr. 1 526 724 beschrieben;
Fig. 2 in vergleichbarer Vergrößerung die ineinandergreifenden Oberflächen eines gerillten Walzensystems gemäß der Erfindung;
Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung nach der Erfindung, die ineinandergreifende Walzen nach der Erfindung und Walzen zur Längsverstreckung umfaßt;
Fig. 4 eine Seitenansicht nur des oberen Endes der Vorrichtung nach Fig. 3;
Fig. 5 eine Draufsicht auf die ineinandergreifenden Walzen von Fig. 3, weggelassen sind Kupplungen und alle anderen Teile;
Fig. 6 bis 8 Zeichnungen erstellt von Mikrographien (Mikrophotographien oder Schliffbildern) darstellend Querschnitte verschiedener Blatt- oder Bogenmaterialien, Fig. 8 ist vergleichend.
Bekannte ineinandergreifende Walzen A und 3 für die Querverstreckung eines Filmes 4 (einer Folie 4) sind in Fig. 1 dargestellt, wobei die Walzen A und B kreis- oder spiralförmige Rillen, gebildet durch einen Fuß 3a, 3b, Seitenwandungen 2a, 2b und Spitzen 1a, 1b aufweisen. Die Spitzen 1a, 1b sind ungefähr 500 um breit und haben einen Abstand voneinander von ungefähr 2 mm. Der Film wird bei 4' um jede Spitze 1a, 1b verstreckt im Falle Spitzen einen kleinen Radius haben (normalerweise in der Größenordnung ähnlich der Filmdicke) und er ist zwischen den Spitzen relativ entspannt und wird folglich dort bei 4'' weniger verstreckt. Wenn die Spitzen einen Radius aufweisen, der sehr viel größer als die Filmdicke ist, dann erfolgt die Verstreckung vornehmlich zwischen den Spitzen.
Die Walzen, so wie erfindungsgemäß benutzt, haben Rillen, so wie in Fig. 2 dargestellt. Jede Rille umfaßt einen Fuß 6a oder 6b, nach außen gerichtet geneigte Seitenwandungen 5a oder 5b und eine Spitze 7a oder 7b. Die Seitenwandungen 5a und 5b sich gegenüberliegender Walzen sind über einen Abschnitt ihrer Länge parallel. Jeder Fuß 6a und 6b ist vorzugsweise so bemessen, daß der Film zwischen Spitze und Fuß nicht unter Kompressionsdruck steht, obwohl er zwischen den Seitenwandungen 5a und 5b unter Kompressionsdruck steht. Zum Beispiel kann jeder Fuß so gestaltet sein, daß sich ein kleiner Freiraum 8 zwischen Fuß und Film ergibt. Die Spitzen 7a sind vorzugsweise durch weniger als 2 mm beabstandet.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 bis 5 umfaßt eine lange gerillte Walze 9 und gegeneinander versetzte Reihen kurzer, gerillter Walzen 10 und 11 an sich gegenüberliegenden Seiten der Walze 9. Jede der Walzen hat ein Rillenprofil wie in Fig. 2 dargestellt. Die Walzen 10 und 11 werden durch Arme 12 und 13 abgestützt, die am Rahmen 14 schwenkbar angelenkt sind und durch pneumatische oder hydraulische Mittel 15 bewegt werden, so daß die Walzen 10 und 11 gegen die Walze 9 mit jeder wählbaren Kraft gedrückt werden können. In der Praxis ist die Walze 9 angetrieben (die Mittel dazu sind nicht gezeigt) und die Walzen 10 und 11 werden dann durch die Walze 9 über den Bogen 4 in Drehung versetzt. Sofern jedoch erwünschte können die Walzen 10 und 11 zusammen über die Kupplungen 16 angetrieben werden.
Die Vorrichtung kann eine Längsverstreckeinrichtung einschließen, bestehend, in Fig. 3, aus vier glatten, d. h. unprofilierten Walzen 17, 18, 19 und 20, die mit einer Geschwindigkeit entsprechend dem gewünschten Verstreckungsgrad angetrieben sind, und sie kann weiter wenigstens ein weiteres Paar ineinandergreifende gerillte Walzen 21 und 22 umfassen. Diese können eine Ausgestaltung wie in Fig. 1 oder 2 gezeigt haben, dies abhängig von deren gewünschten Zweck. Wenn eine bekannte Ausgestaltung vergleichbar Fig. 1 gewählt wird, kann die Spitzenbeabstandung ausreichend groß (d. h. 40 mm) und die Spitzenbreite so hoch sein, daß Verstreckgrade bis zu ungefähr 1,8 : 1 oder mehr erreicht werden können in einem Verstreckungsschritt und dies ohne jedes praktische Risiko, die Walzenoberfläche zu beschädigen. Mit einer so groben Gestaltung der Walzenoberfläche wären mit bekannten Verfahren unbrauchbare Ergebnisse erreicht worden. Gute Ergebnisse werden in Anwendung der Erfindung durch die Mikroverzugszonen, die in der ersten Stufe entstehen, erreicht. Vorzugsweise sind jedoch die Spitzen an ihrem Kopf mit einem halbzylindrischen Spitzenradius von 0,1 bis 0,4 mm verjüngt.
Die gerillten Walzen 9, 10 und 11 (und 21 und 22 sofern vorgesehen) müssen aus einem harten Werkstoff, generell aus gehärtetem Stahl hergestellt sein. Typischerweise haben alle Walzen einen Durchmesser der im Bereich von 50 bis 250 mm, im allgemeinen von 75 bis 200 mm liegt. Zum Beispiel kann die lange Walze einen Durchmesser von 150 mm haben und die kurzen Walzen können einen solchen von 100 bis 150 mm besitzen.
Um ein präzises Ineinandergreifen zu gewährleisten und dabei noch zu verbessern ist eine leicht axiale Verschiebbarkeit der Walzen 10 und 11 zulässig. Die Beabstandung zwischen den Flächen 5a und 5b sollten entlang der Länge der Walze 9 innerhalb ± 5 um sein. Bei einer typischen Vorrichtung ist jede Walze 10 ungefähr 12 cm lang und die Spitzen sind um 1.4 mm beabstandet, der Radius jeder Spitze beträgt 0.2 mm und der durch die Seitenwandungen an der Spitze gebildete Winkel beträgt 55º. Das Blatt oder der Bogen kann in die Vorrichtung vorgewärmt eintreten, z. B. auf 35ºC bis 50ºC und die lange Walze 9 kann auf ungefähr diese Temperatur vorgeheizt sein. Normalerweise sind die Walzen 17 bis 20 auch geheizt, vorzugsweise jedoch auf eine niedrigere Temperatur.
Der aus dem Walzenspalt zwischen den Walzen 9 und 11 auslaufende Bogen besitzt eine in Längsrichtung gefaltete Struktur wie in Fig. 6 gezeigt (die ein 4-schichtiges Kreuzlaminat der Dicke von 240 um in den Abschnitten unter Kompressionsdruck darstellt).
Das Kreuzlaminat gezeigt in Fig. 7 ist ein Zweischichtlaminat gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei jede Schichtung ungefähr 90 g/m² besaß und 300 mm breit war vor Verstreckung und dem eine Strukturierung gemäß Fig. 6 durch Durchlaß zwischen den Walzen 9, 10 und 11 vermittelt wurde, die eine Oberflächenkonfiguration wie in Fig. 2 gezeigt besitzen, und das dann längsverstreckt wurde, um die gefaltete Gestaltung im wesentlichen zu beseitigen und das folgend durch viermalige Durchlässe zwischen gerillte Walzen wie in Fig. 1 dargestellt mit einer Spitzenbeabstandung von 1.8 mm gestreckt wurde, wobei auf diese Streckung eine abschließende Längsverstreckung folgte.
Der Film gemäß Fig. 8 wurde gebildet, wie in Beispiel 2 dargestellt, vom gleichen Blattmaterial und den gleichen Verfahrensschritten wie der Film gemäß Fig. 7 unterworfen, ausgenommen, daß gerillte Walzen der in Fig. 1 gezeigten Art mit einer Spitzenbeabstandung von 1.8 mm anstelle der gerillten Walzen gemäß Fig. 2 benutzt wurden. In beiden Fällen (Fig. 7 und 8) konnte sich der Film zwischen jedem der konventionellen Verstreckschritte vermittels gerillter Walzen ungehindert ausdehnen, während er eine wellenförmige Form beibehielt. Ausdehnung zwischen dem letzten konventionellen, gerillten Walzen-Schritt und der abschließenden Längsverstreckung wurde nicht zugelassen. Die gesamten Verstreckverhältnisse betragen ungefähr 1,4 : 1 in jede Richtung und die endgültige Dicke bestimmt sich nach dem Gewicht von 90 g/m². Auffällig ist, daß der nach der Erfindung gefertigte Film (Fig. 7) in seiner Dicke sehr viel gleichförmiger ist als der Film (Fig. 8), hergestellt mit bekannten gerillten Walzen.

Beispiel 1

Zwei koextrudierte Filme wurden durch die Walzenspalte zwischen den Walzen 10 und 9, und 10 und 11 in Fig. 3 durchgelassen, die eine Spitzenbeabstandung von 1.4 mm, einen Kopfradius von 0.2 mm und einen Durchmesser von ca. 100 mm aufwiesen. Jede kurze Walze ist 120 mm lang. Die gerillten Walzen 20, 21 hatten eine Spitzenbeabstandung von 1.8 mm und einen Kopfradius von 0.25 mm. Jeder Film bestand aus drei Schichten, eine Schicht mit heißsiegelbarer Oberfläche, die ungefähr 15% der Dicke ausmachte und aus LLDPE gebildet war, eine Laminierschicht bildend 10% der Dicke, angeordnet auf der der Heißiegelbaren Oberfläche gegenüberliegenden Seite, bestehend aus 80% LLDPE und 20% EPDM und einer Mittelschicht bildend 75% der Dicke des Films, bestehend aus 50% HMHDPE und 50% LLDPE. Die Filme wurden so angeordnet, daß die Laminierschichtungen ins Berührung waren. Die Filme werden durch Extrusion bei ungefähr 240ºC als rohrförmige Filme mit einem Blasverhältnis von 1 : 1 hergestellt, gefolgt von spiraligem Aufschnitt unter 45º zur Formung einer rechtwinklig ausgerichteten Kreuzlamination. Jeder Film besaß ungefähr 90 g/m² (eine Dicke von ungefähr 100 um). Die zwei Filme wurden zwischen den gerillten Walzen 9 und 10/11 mit einem hydraulischen Druck von 1.46 ton (Tonne) auf jede der gerillten Walzen mit einem Durchmesser von 120 mm (resultierend in ungefähr 120 kg/pro axialem Zentimeter) durchgelassen. Die Geschwindigkeit am Einlassende der Vorrichtung betrug 10 in/min und die Umgebungstemperatur und die Temperatur jeder Walze betrug ungefähr 35ºC. Der Film wurde dadurch querverstreckt und ging in eine gefaltete Ausführungsform wie generell in Fig. 6 gezeigt über. Ohne irgendeine quergerichtete Verspannung zur Beseitigung der Falten wurde der Film dann längsverstreckt, folgend querverstreckt in 4 Schritten wie im Zusammenhang mit Fig. 7 beschrieben und abschließend wieder längsverstreckt. Dabei nahm er die in Fig. 7 gezeigte Form an. Seine Fallball (1kg Aluminium) Schlagfestigkeit für einen 90 g/m² Film war 150 cm, aber in dem Vergleich mit Fig. 8 hatte ein 87 g/m² Film bekannter Art einen solchen von 90 cm.

Beispiel 2

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt, ausgenommen daß es nach der anfänglichen Querverstreckung gestoppt wurde und es wurde der Verstreckgrad nach Behandlung um Walze 9 bei verschiedenen hydraulischen Drücken auf jede der 12 cm Walzen aufgezeichnet. In all diesen Verhältnissen ist der gemessene Wert, ist das Verhältnis der Länge der Mediane durch den gefalteten Film zur gradlinigen Breite des Films wie vor der Verstreckung gemessen. Der Verstreckgrad war 20% oder 1.2, auch dann, wenn die Kraft auf die Walze so niedrig wie 17 kg/cm war.
Kraft(Tonnen) 0.209 0.418 0.627 0.835 1.04 1.25
Verstreckung 20% 30% 40% 45% 50% 60%

Beispiel 3

Das Beispiel bezieht sich auf die Herstellung eines hochfesten Kreuzlaminates vermittels eines kommerziellen Verfahrens, das eine Technik umfaßt, bei der der Bogen verstreckt und während in doppelter Dicke laminiert und am Ende des Verfahrens getrennt wird. Jede Schicht ist ein koextrudierter Film und besteht aus:
(1) einer Oberflächenschicht, die als Entbindungs- oder Freigabeschicht beim Herstellungsprozeß wirkt und die gleichzeitig Heißiegelergenschaften verbessert (folgend kurz Freigabe/Siege-Schicht genannt) und
(2) eine andere Oberflächenschicht, die die Verbindung (Versperrung) der Einzelschichtungen des Laminates miteinander fördert.
Extrudiert wird ein rohrförmiger Film mit einer Hauptschicht in der Mitte, wobei hauptsächlich in dieser Schicht die Festigkeit liegt und mit vorstehend beschriebenen Entbindungs- und Laminierschichten.
Diese drei Schichten bilden 75%, 15% und 10% des Gesamtfilmes. Die Dicke des Filmes entspricht 70 g/m²
Die Hauptschicht besteht aus einer sehr genau vermischten Zusammensetzung zu 50% aus Polyethylen hoher Dichte mit hohem Molekulargewicht (HMHDPE) mit der Warenbezeichnung "Hostalen 9255" und aus 50% linearem Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) mit einem Schmelzfluß-Index 1.0 mit der Warenbezeichnung "Dowlex 2045".
Die Freigabe-/Siegelschicht besteht zu 100% aus dem gleiche LLDPE.
Die Laminierschicht besteht aus einer gleichmäßigen Mischung aus 70% des gleichen LLDPE und 30% EPDM der Warenbezeichnung "Nordel 1500".
Die Extrusionstemperatur ist 240ºC, der Durchmesser des ringförmigen Extrusionsmundstückes 385 mm und das Blasverhältnis 1 : 1.2. Jeder der rohrförmigen Filme wurde spiralförmig unter einem Winkel von 45º geschnitten und vier solcher Filme, jeder mit einer Breite von ungefähr 100 cm, wurden laminiert und verstreckt mit sich gegenüberliegenden Oberflächenschichten in folgender Abfolge:
(1) Laminierschicht auf Laminierschicht
(2) Freigabe-/Siegelschicht auf Freigabe- /Siegelschicht
(3) Laminierschicht auf Laminierschicht.
Zu Anfang wird die Zusammenstellung der vier Filme, die noch nicht miteinander verbunden sind, auf einem Walzenpaar auf ungefähr 40ºC vorgewärmt und in die in Fig. 3 und Beispiel 1 gezeigte Vorrichtung eingeleitet.
Die lange Walze 9 ist aus 10 Segmenten aus gehärtetem Stahl, jedes Segment mit einer Länge von 120 mm, gebildet und die zwei Reihen kurzer Walzen, jede umfassend 10 Walzen, sind auch aus gehärtetem Stahl gefertigt, wobei jede dieser 10 Walzen mit jeweils einem Segment zusammenpaßt. Jedes Segment läuft an jedem Ende in einer Halbrille aus, die ungefähr 0,2 mm breiter ist als die halbe Breite der anderen Rillen, um Fertigungsungenauigkeiten bei den Walzen zu berücksichtigen. Die Segmente sind auf einem gemeinsamen Kern in axialer Richtung fest miteinander verschraubt. Die Segmente und die kurzen Walzen haben einen Durchmesser von 150 mm. Der Walzendruck wird hydraulisch zu 1.46 ton (Tonne) pro kurzer Walze aufgebracht. Die Filmgeschwindigkeit bei Einlaufin die Walzen ist ca. 25 in/min. Die gerillte Walze 9 ist auf 40ºC erwärmt.
Die folgende Längsverstreckung wird auf 30ºC erwärmten Walzen vorgenommen und führt zu einem Verstreckverhältnis von 1.3 : 1 im entspannten Zustand gemessen. Zwei Paar konventionelle gerillte Walzen wie die mit den Bezugszeichen 21 und 22 erzeugen bei 30ºC ein gesamthaftes Querverstreck-Verhältnis von ungefähr 1.4 : 1. Diese Walzen haben eine Spitzenbeabstandung von 4 mm und einen halbkreisförmigen Spitzenradius von 1 mm. Nach Durchlauf durch den ersten Satz (nicht aber nach dem zweiten Satz) wird der gefalzte Film vermittels Walzen (banana rollers) ausgebreitet. Während der Verstreckung zwischen den gerillten Walzen ist der Film unter niedriger längsgerichteter Spannung, dies läßt zu, daß sich der Film längsgerichtet zwischen den gerillten Walzen auf ein Längsverstreckverhältnis von ungefähr 1.25 : 1 zusammenzieht. Dann werden sie weiter längsgerichtet verstreckt bei 30ºC unter Anwendung herkömmlicher Längsverstreckwalzen bis die Faltungen verschwinden.
Nach der Längsverstreckung wird das Laminat in praktisch spannungsfreiem Zustand (Spannung wird vermittels Spannrollen eingestellt) in eine Freischrumpf-Wärmebehandlungseinrichtung eingeleitet, in der sie zuerst bei 30ºC zwischen einem Satz herkömmlich gerillter Walzen, wie vorstehend beschrieben, querverstreckt werden, um dann sofort noch in regulär, d. h. gleichmäßig gefalteter Form zu einer 80ºC warmen Stahlwalze und von dieser zu zwei anderen 80ºC warmen Walzen geführt zu werden. Durch die Schrumpfung verschwinden die Faltungen, aber sie haben ihren Zweck, eine gleichförmige Schrumpfung zu erreichen, erfüllt. Von den warmen Walzen wird das Laminat in noch fast spannungsfreiem Zustand zu einer wassergekühlten Walze geleitet. Zum Schluß wird es durch einen Satz Haltewalzen geführt und zu zwei Halbteilen aufgeschält, wobei jede dieser fest und dauerhaft laminiert sind. Vor dieser Abschälung wurden alle vier Filme fast an jedem Ort der Zwischenphasen zusammengeklebt. Die Abschälung wird bewerkstelligt unter niedriger Zugspannung vermittels zwei Satz Haltewalzen. Zum Schluß werden die zwei Zweifachlaminate auf Bobbinen aufgewickelt. Das Ineinandergreifen der gerillten Walzen und die Längsverstreckungsverhältnisse sind adjustiert, um endgültige Verstreckverhältnisse von 1.4 : 1 in beiden Richtungen zu erhalten.
Die Stärke des fertiggestellten Zweischicht- Kreuzlaminates ist ungefähr 70 g/m².
Um festzustellen, mit welcher Sicherheit auch im Falle von Produktionsfehlern das Vierschicht-Laminat in zwei Halbteile delaminiert, werden Löcher ungleichförmiger Form in den Film geschnitten und zwar zwischen der letzten Station zur Querverstreckung und der Einrichtung zur Längsverstreckung. Obwohl jedoch das Material um die Löcher ungleichmäßig durch die Verstreckung verformt ist, wird das Vierschicht-Laminat dennoch durch das Abschälverfahren sauber in zwei Hälften getrennt.
Die Oberflächen der fertigen Zweischicht-Laminate, die während der Verstreckung in engen Kontakt miteinander waren und die folgend voneinander getrennt wurden, werden folgend "A Oberflächen" genannt, wobei die übrigen Oberflächen des endgültigen Laminates "B Oberflächen" genannt werden.
Eine visuelle Prüfung dieser Oberflächen zeigt, daß die A Oberflächen, wenn gebündelte Lichtstrahlen gegen diese Oberfläche gerichtet werden, wesentlich mehr Glanz aufweisen. Der stationäre Reibungskoeffizient zwischen zwei A Oberflächen, die gegeneinander anliegen, ist ungefähr 2.5 mal höher als der stationäre Reibungskoeffizient zwischen zwei B Oberflächen (siehe die folgende Tabelle).
Dies läßt auf Oberflächengleichmässigkeit schließen, die wiederum die Siegeleigenschaften bestimmt.
Untersuchungen der erfindungsgemäßen Laminate mit einem elektronischen Oberflächenmikroskop zeigen, daß die A Oberflächen bedeutend weniger mikroskopische Fehlstellen als die B Oberflächen haben. Ausgenommen werden kann, daß sich dies daraus ableitet, daß das nahe bei den mikroskopischen Oberflächenlöchern vorhandene Material dazu neigt, wegen des Kerbeffektes der Löcher überstreckt zu werden, wobei mikroskopisch kleine Erhebungen dazu neigen, zu wenig oder nicht verstreckt zu werden. Diese Verhaltensunterschiede werden ganz deutlich reduziert, wenn die Oberfläche eines Filmes während der Verstreckung wie erreicht durch Querverstreckung zwischen zwei gerillten Walzen unter Druckaufbringung auf die Walzen gemäß der Erfindung in so engem Kontakt mit der Oberfläche eines anderen Filmes ist.
Koeffizienten der ruhenden Reibung: A auf A B auf B Maschinenrichtung Querrichtung
Stationäre Schälfestigkeit bei optimierten Heißsiegelungen, Naht in Querrichtung:
A auf A: 5.5 kg/inch (2.2 kg/cm)
B auf B: 4.8 kg/inch (1.9 kg/cm)
Anzufügen ist, daß die A und B Oberflächen aus dem identischen Typ LLDPE bestehen.

Claims

1. Verfahren, mit dem endloses polymerisches Blatt- oder Bogenmaterial (4) verstreckt wird, umfassend Querverspannen durch Durchlaß zwischen zwei ineinandergreifende gerillte Walzen (9 und 10, 11), bei denen sich jede Rille im wesentlichen spiral- oder kreisförmig um jede Walze erstreckt und aus einem Fuß (6), einer Spitze (7) und an jeder Seite aus nach außen geneigt gerichtete Seitenwandungen (5) besteht, die sich zwischen den Füssen und Spitzen erstrecken und wodurch das Blattmaterial quergerichtet in Falten verstreckt wird, die sich im wesentlichen in Maschinenrichtung erstrecken und bei denen die Beabstandung zweier nebeneinanderliegender Spitzen weniger als ungefähr 3 mm beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Blattmateriales und die Walzengesamtlänge beide mindestens 50 cm betragen, das Blattmaterial einen Sandwichaufbau aus Schichten Schmelze orientierten Blattmaterialien, jede mit einer Hauptorientierungsrichtung, mit ihren Hauptorientierungsrichtungen zueinander querverlaufend, umfaßt, die Seitenwandungen der ineinandergreifenden Rillen Abschnitte aufweisen, die im wesentlichen zueinander parallel sind und das Blattmaterial im wesentlichen zwischen jedem Paar im wesentlichen paralleler Seitenwandungsabschnitte einer Kompressionskraft unterworfen wird durch Zusammendrücken der Walzen mit einem Druck, der im wesentlichen gleichförmig entlang der Längen der Walzen ist und wenigstens 17 kg/cm axialer Länge der Walzen beträgt, dadurch eine Verstreckung in Falten auslösend durch ein Zusammenwirken von Verspannung und Kompression.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beabstandung zwischen zwei benachbarter Spitzen ungefähr 2 mm oder weniger beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Fuß und Spitze jeder Rille ungefähr 2 mm oder weniger beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Walzen entlang ihrer Achse ausreichend verschiebbar zur Selbstadjustierung der ineinandergreifenden Rillen ausgebildet ist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Walzensatz aus einer langen Walze und einer Mehrzahl kurzer Walzen gebildet ist, wobei die kurzen Walzen gegen die lange Walze mit im wesentlich gleichförmigem Druck pro Zentimeter axialer Länge vorgespannt gehalten und axial so angeordnet sind, daß sie mit im wesentlichen über die gesamte Breite eines Bogens mit der langen Walze zusammenwirken.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Walzen jede für sich unabhängig zur langen Walze vorgespannt gehalten und in gegeneinander versetzten Reihen an verschiedenen Umfangslagen entlang der langen Walze angeordnet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Walzen in zwei gegeneinander versetzten Reihen in im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Lagen entlang der langen Walze angeordnet sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Walzen auf einer Welle (Kern) angeordnet und die Drehlager innerhalb der Walzen vorgesehen sind.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Walzen auf einem gemeinsamen Walzenkern mit flexiblen Kupplungen zwischen jeder der Walzen und Walzenkern zur Drehung der Walzen mit dem Kern und Druckanlage der Walzen an die lange Walze gelagert sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede kurze Walze nur eine oder zwei im wesentlichen kreisförmige Rillen aufweist.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verstreckte Material einem weiteren Verfahrensschritt unterworfen wird, bei dem das Material längs- und/oder querverstreckt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das nach dem Verfahren hergestellte Material im wesentlichen frei von Faltungen ist.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gefaltete Material im wesentlichen unmittelbar bei einem Verstreckverhältnis ausreichend zur Elimination der Faltungen längsverstreckt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Bogenmaterials nach der Längsverstreckung ungefähr 70% bis 100% der ursprünglichen Breite des Bogenmateriales beträgt.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das längsverstreckte Bogenmaterial folgend vermittels Durchlasses durch ineinandergreifende gerillte Walzen querverstreckt wird, bei denen sich jede Rille im wesentlichen spiral- oder kreisförmig um jede Walze erstreckt und bestimmt ist durch ein Paar von Spitzen und Seitenwandungen und wodurch das Blattmaterial querverstreckt wird ohne Druckbelastungen zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwandungen.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das längsverstreckte Blattmaterial dann durch Wiederholung der Querverstreckungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 querverstreckt wird.

17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Blattmaterial ein nicht verbundenes Material aus zwei verbindbaren Laminatschichtungen umfaßt, die durch das Verfahren verbunden werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der zwei Blattmaterialien ein koextrudiertes Laminat mit einer Verbindungsoberfläche ist, die dem anderen Blattmaterial der zwei gegenüberliegt.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verstreckungen bei niedrigeren Temperaturen als denen vorgenommen werden, bei denen sich die Bogen bei einfachem Andrücken miteinander verbinden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das verstreckte Blattmaterial ein oder mehrere trennbare Blattmaterialien umfaßt, und daß die trennbaren Blattmaterialien nach Ablauf des Verfahrens voneinander abgeschält werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blattmaterial jeden trennbaren Paares ein koextrudiertes Laminat ist mit Trennoberflächenschicht, die dem anderen Blattmaterial des Paates gegenüberliegt.

22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Blattmaterial eine Hauptschichtung umfaßt, die gebildet ist aus einer Mischung aus Polyethylen hoher Dichte mit hohem Molekulargewicht und einem Polyethylen niedriger Dichte mit niedrigem Molekulargewicht.

23. Vorrichtung zur Querverstreckung von endlosem polymerischen Blattmaterial einer Mindestbreite von 50 cm, umfassend ineinandergreifende gerillte Walzen (9 und 10, 11), bei denen sich jede Rille im wesentlichen spiral- oder kreisförmig um jede Walze erstreckt und aus einem Fuß (6), einer Spitze (7) und auf jeder Seite aus einer nach außen geneigt gerichteten Seitenwandung (5) besteht, die sich zwischen Fuß und Spitzen erstrecken, und bei denen die Beabstandung zwischen zwei aufeinanderfolgende Spitzen weniger als ungefähr drei Millimeter beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Walzensatz eine lange Walze und eine andere aus kurzen Walzen gebildete Walze umfaßt, die kurzen Walzen jeweils weniger als 50 cm lang und die gegen die lange Walze mit im wesentlichen gleichförmigen Druck je Zentimeter axialer Länge vorgespannt angelegt sind, und die axial so angeordnet sind, daß sie mit der langen Walze über deren gesamte Länge zusammenwirken, und daß die Gesamtlänge aller kurzen Walzen wenigstens 50 cm beträgt, die Seitenwandungen der ineinandergreifenden Rillen Abschnitte aufweisen, die zueinander im wesentlichen parallel sind und Mittel vorgesehen sind zum Aneinanderdrücken der Walzen mit einem Druck, der entlang der Walzen im wesentlichen gleichförmig ist und wenigstens 17 kg/cm axialer Länge der Walzen beträgt, um dadurch das Blattmaterial zwischen im wesentlichen jedem Paar der im wesentlichen parallelen Seitenwandungsabschnitten mit im wesentlichen gleichförmigen Druck einer Pressung auszusetzen, und um das Bahnmaterial in Faltungen durch kombinierte Verspannung und Kompression zu verstrecken.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Beabstandung zwischen zwei benachbarter Spitzen ungefähr 2 mm beträgt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Walzen im wesentlichen jede für sich unabhängig zur langen Walze vorgespannt gehalten und in gegeneinander versetzten Reihen an verschiedenen Umfangslagen entlang der langen Walze angeordnet sind.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Walzen in zwei gegeneinander versetzten Reihen in im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Lagen entlang der langen Walze angeordnet sind.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Walzen auf einem gemeinsamen Walzenkern mit flexiblen Kupplungen zwischen jeder der Walzen und Walzenkern zur Drehung der Walzen mit dem Kern und Druckanlage der Walzen an die lange Walze gelagert sind.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine Serie von Walzen zur Abnahme des Bandmateriales aus den ineinandergreifenden Walzen und zur Längsverstreckung des Bandmateriales vorgesehen sind.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar ineinandergreifender gerillter Walzen, bei denen sich jede Rille im wesentlichen spiral- oder kreisförmig um eine Walze erstreckt, zur Aufnahme von Bahnmaterial aus einer Serie von Walzen vorgesehen sind.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Zusammenfügung mehrerer Schichtungen zu einem sandwichähnlichen vor Verzug unverbundenen Bandmaterial und Mittel zur Aufteilung des verstreckten Bandes in zwei oder mehrere Bänder durch Abschälen vorgesehen sind.