DE60008145T2

DE60008145T2 - Verfahren zum strecken einer folie und dadurch erhaltene folie

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Publication number: DE60008145T2
Application number: DE60008145T
Authority: DE
Inventors: E. Martin DENKER; T. Joseph BARTUSIAK; B. Anthony FERGUSON; P. Thomas HANSCHEN; N. Jeffrey JACKSON; W. William MERRILL; J. Susan NEWHOUSE; J. Fred ROSKA; J. Richard THOMPSON; Ping Chiu WONG
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2020-11-22
Also published as: KR20020063916A; US7037461B1; KR100749588B1; EP1240000A1; US20060082022A1; EP1240000B1; AU1797301A; CN1413144A; JP2003531740A; JP4712267B2; WO2001045920A1; CN1198710C; DE60008145D1; CA2393474A1; BR0016574A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Verfahren zum Strecken von Folien und die so erhaltenen Folien und genauer, Verfahren zum Strecken von Folien, bei welchen die gesamte oder ein Abschnitt der Breite der Folie während oder direkt nach dem Strecken gekühlt wird, um so die Gleichmäßigkeit der Folie zu verbessern, und die so erhaltenen Folien.
Es war auf dem Fachgebiet bekannt, Folien biaxial zu strecken. Zusätzlich wurden mehrere Verfahren und Vorrichtungen zum biaxialen Strecken von Folien, gleichzeitig in zwei Richtungen, beschrieben. Siehe z. B. die U.S. Patente mit den Nummern 2,618,012; 3,046,599; 3,502,766; 3,890,421; 4,330,499; 4,525,317 und 4,853,602.
Für das Strecken in Querrichtung wurden bei aufeinanderfolgenden biaxialen Folienstreckverfahren Spannrahmen verwendet. Bei einem gleichzeitigen biaxialen Streckverfahren wird das Strecken mit dem Spannrahmen an einer Spannrahmenapparatur durchgeführt, welche Einspannvorrichtungen oder Halter aufweist, die die Folie entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie erfassen, und die Erfassungsmittel in variierenden Geschwindigkeiten entlang von Führungsmitteln antreiben, welche typischerweise Schienen sind. Wie hier verwendet schließen „Einspannvorrichtungen" und „Halter" andere Folienrand-Erfassungsmittel ein, und das Wort „Schienen" schließt andere Halterführungsmittel ein. Durch Erhöhen der Haltergeschwindigkeit in der Maschinenarbeitsrichtung findet ein Strecken in Maschinenarbeitsrichtung statt. Unter Verwendung von solchen Einrichtungen, wie auseinander gehenden Schienen, findet ein Strecken in Querrichtung statt. Ein solches Strecken kann zum Beispiel über die Verfahren und Apparatur erreicht werden, welche in den U.S. Patenten mit den Nr. 4,330,499 und 4,595,738 offenbart sind, bei welchen jeder der Halter mechanisch in der Spannrahmenapparatur angetrieben wird. Vor noch kürzerer Zeit wurden Spannrahmen zum Strecken von Folien beschrieben, bei welchen die Halter, die die Folie durch die Spannrahmenapparatur antreiben, mit Linearmotoren angetrieben werden. Siehe z. B. die Verfahren und Spannrahmenapparatur, welche in den U.S. Patenten mit den Nummern 4,675,582; 4,825,111; 4,853,602; 5,036,262; 5,051,225 und 5,072,493 offenbart sind.
Bei der Streckapparatur für gleichzeitiges biaxiales Strecken, welche im U.S. Patent Nr. 5,051,225 beschrieben wird, werden die Spannrahmenhalter über elektrische Linearmotoren angetrieben. Aus Abstand- und Kostengründen muss bei Spannrahmen, wie jenen die im '225 Patent beschrieben sind, nicht jeder Halter mit einem Linearmotor angetrieben werden. Zum Beispiel kann jeder dritte Halter auf jeder Schiene mit einem Linearmotor angetrieben werden, wobei die dazwischenliegenden zwei Halter nicht angetrieben werden, und deshalb nur durch die Folie selbst vorwärtsgetrieben werden. Solche nicht angetriebenen Halter werden als nicht angetriebene Halter bezeichnet. Es wurde beobachtet, dass die relative Position der nicht angetriebenen Halter zu den angetriebenen Haltern nicht notwendigerweise die ideale Position ist, welche ein gleicher Abstand zwischen den angetriebenen Haltern ist. Jede Ungleichheit beim Abstand von Halter zu Halter zwischen zwei am nächsten benachbarten angetriebenen Haltern auf einer Schiene und deren dazwischenliegenden nicht angetriebenen Haltern kann unter Verwendung von solchen Ausdrücken, wie Ungleichmäßigkeit der Stützung, ungleicher Halterabstand, ungleichmäßiger Halterabstand und Ähnliches bezeichnet werden. Zwei Spezialfälle sind jedoch wichtig. Der Fall, bei dem der erste und der letzte (oder nur der eine) nicht angetriebene Halter zwischen einem Paar von angetriebenen Haltern auf einer Schiene durch die Folie in einem Ausmaß vorwärtsgetrieben werden (wird), welches geringer ist, als für einen gleichen Abstand zwischen den Haltern notwendig wäre, wird als Stützungsnachlauf oder Nachlaufen bezeichnet. Der Fall, bei dem der erste und der letzte (oder nur der eine) nicht angetriebene Halter zwischen einem Paar von angetriebenen Haltern auf einer Schiene durch die Folie in einem Ausmaß vorwärtsgetrieben werden (wird), welches größer ist, als für einen gleichen Abstand zwischen den Haltern notwendig wäre, wird als Stützungsvorlauf oder Vorlaufen bezeichnet. In dem Fall, bei dem mehr als ein nicht angetriebener Halter zwischen jedem Paar von angetriebenen Haltern auf jeder Schiene vorhanden sind, ist es möglich, dass einer durch die Folie in einem Ausmaß vorwärtsgetrieben wird, welches geringer ist, als für einen gleichen Abstand zwischen den Haltern notwendig wäre, und gleichzeitig, dass der andere durch die Folie in einem Ausmaß vorwärtsgetrieben wird, welches größer ist, als für einen gleichen Abstand zwischen den Haltern notwendig wäre. Diese Situation führt zu einem ungleichen Halterabstand oder Ungleichmäßigkeit der Stützung, was weder einen Stützungsnachlauf noch einen Stützungsvorlauf darstellt.
U.S. Patent Nr. 5,753,172 beschreibt ein Verfahren zum gleichzeitigen biaxialen Strecken einer thermoplastischen Polymerfolie mit Wulsträndern in einem Spannrahmen, welches das Einspannen der Wulstränder der Folie mit Spannrahmenhalter und Erhöhen der Temperatur der Wulstränder, vor oder während dem gleichzeitigen Strecken, auf Temperaturen innerhalb des Folienorientierungstemperaturbereichs, und in darauffolgenden Streck- oder Wärmestabilisierungsschritten, wobei Wärme auf die Wulstränder der Folie konzentriert wird, umfasst. Das '172 Patent stellt fest, dass Wulsttemperaturen, die entweder zu hoch oder zu niedrig sind, oder Wulste, die zu dünn sind, dazu führen können, dass der Abstand der nicht angetriebenen Halter ungleichmäßig ist. Spalte 3, Zeilen 30 bis 33; Spalte 11, Zeilen 58 bis 62. Das '172 Patent stellt ferner fest, dass es im Allgemeinen für die Temperatur der Wülste wünschenswert ist, dass sie ungefähr gleich oder höher ist als die Temperatur der Folienbahnmitte. Spalte 5, Zeilen 27 bis 29. Das '172 Patent stellt auch fest, dass der Bedarf für eine eigene Kontrolle der Wulsttemperaturen zum Teil von der ungleichmäßigen Wärme, die auf die Wülste angewendet wird, verglichen mit der Folie in typischen Streckwärmezonen, herrührt. Spalte 5, Zeilen 33 bis 35. Es ist sowohl auf dem Fachgebiet bekannt, als auch im '172 Patent aufgeführt (Spalte 11, Zeilen 35 bis 40), dass ein solches ungleichmäßiges Erwärmen in typischen Streckwärmezonen dazu führt, dass die Wülste kälter sind als die Folienbahnmitte. Die U.S. Patente mit den Nummern 3,231,642; 3,510,552 und 5,429,785 erörtern auch bestimmte Wirkungen von Temperaturkontrolle in verschiedenen Folienstreckverfahren.
Die Erfinder entdeckten, dass durch Kühlen der gesamten, oder eines Abschnitts der Breite der Folie in einem wirkungsvollen Ausmaß, während und/oder direkt nach dem Strecken, die Ungleichmäßigkeit der Halterabstände, insbesondere der Nachlauf der nicht angetriebenen Halter, minimiert werden kann, wobei nicht angetriebene Halter in gleichmäßigeren Abständen bereitgestellt werden und eine Endfolie mit gleichmäßigeren Eigenschaften und Charakteristiken bereitgestellt wird. Kühlen kann auch dazu verwendet werden, einen Vorlauf der nicht angetriebenen Halter hervorzurufen, wenn gewünscht.
Bei der Streckapparatur für gleichzeitiges biaxiales Strecken, welche von einem Typ ist, der im vorstehend erörterten '225 Patent beschrieben ist, werden die Spannrahmenhalter mit elektrischen Linearmotoren angetrieben. Aus Abstand- oder Kostengründen wird nicht jeder Halter durch einem Linearmotor angetrieben. Zum Beispiel kann jeder zweite oder jeder dritte Halter auf jeder Schiene angetrieben werden, wobei der/die dazwischenliegende(n) nicht angetriebene(n) Halter nicht angetrieben wird/werden, und deshalb nur durch die Folie selber vorwärtsgetrieben wird/werden. Die relative Position der nicht angetriebenen Halter zu den angetriebenen Haltern ist ein komplexes Ergebnis der Wechselwirkungen von Folie und Verfahrensvariablen, wie den viskoelastischen Eigenschaften der Folie (z. B. Spannung als eine Funktion des zeitlichen Verlaufs der Verformungsgeschwindigkeit) und dem Dickenprofil, und den Streck- und Temperaturprofilen als Funktionen der Position entlang dem Spannrahmen. Nicht angetriebene Halter werden durch den Spannrahmen über eine Kraft vorwärtsgetrieben, welche vom angetriebenen Halter vor dem/den nicht angetriebenen Halter(n) und dem Folienmaterial zwischen ihnen erzeugt wird. Zur selben Zeit kann der Vorwärtsbewegung von jedem nicht angetriebenen Halter über eine Kraft, welche von dem angetriebenen Halter und dem Folienmaterial hinter ihm erzeugt wird, Widerstand entgegengebracht werden. Wenn die Folie entlang der Bahn in Maschinenarbeits- und Querrichtungen gestreckt wird, führt eine komplexe Wechselwirkung zwischen dem Folienmaterial, den nicht angetriebenen und den angetriebenen Haltern und den Auflagerreibungen in den Haltern normalerweise zu einer insgesamt rückwärts gerichteten Kraft an einem nicht angetriebenen Halter, wenn man dies in einem Vergleichsrahmen betrachtet, welcher sich mit dem vorwärts angetriebenen Halter bewegt. Da es keine Kraft von einem Linearmotor an den nicht angetriebenen Haltern gibt, um dieser Kraft entgegenzuwirken, laufen die nicht angetriebenen Halter ihren idealen Positionen nach. Am Ausgangsende des Spannrahmens, wo die Folie abgekühlt wurde, kann der Stützungsnachlauf von fortwährend auftretenden Variationen im Maschinenarbeitsrichtungsstreckverhältnis entlang der Bahn, die über die Breite der Folie hinausgehen, begleitet werden. Ein Nachlauf der nicht angetriebenen Halter ist ein Ergebnis von Verarbeitungsbedingungen, welche auch die Gleichmäßigkeit der Folieneigenschaften, wie der Dicke, der mechanischen Eigenschaften und der optischen Eigenschaften, nachteilig beeinflussen. Ein Nachlauf der nicht angetriebenen Halter tritt an verschiedenen Orten im Verfahren auf und findet in einem größeren oder geringeren Umfang statt, abhängig vom Material und den Streckbedingungen. Deshalb wäre es am vorteilhaftesten, den Nachlauf der Halter während des ganzen Verfahrens (zeitlicher Verlauf der Nachlaufs) zu kontrollieren, obwohl wir annehmen, dass es einen beträchtlichen Vorteil bringt, den Betrag des Gesamt- oder Endnachlaufs der Halter zu kontrollieren.
Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren bereit, wobei der Nachlauf von Haltern verringert wird, wobei dafür gesorgt wird, dass die nicht angetriebenen Halter näher an oder bei ihren idealen Positionen relativ zu den benachbarten angetriebenen Haltern sind, und wobei in einigen Fällen dafür gesorgt wird, dass der Nachlauf von Haltern umgekehrt wird, wobei die nicht angetriebenen Halter vor ihren idealen Positionen sind (Stützungsvorlauf). Ein Verfahren ist Randkühlung. Beim Randkühlen werden die Randabschnitte der Folie in einem wirkungsvollen Ausmaß an wirkungsvollen Orten im Streckbereich des Spannrahmens und/oder im Bereich sofort nach dem Streckbereich, welcher hier als der Nachstreckungs-Behandlungsbereich bezeichnet wird, gekühlt. Man nimmt an, dass durch Randkühlung der Elastizitätsmodul des Materials in den Randabschnitten in einer kontrollierten Weise erhöht wird, so dass ein nicht angetriebener Halter stärker vorwärts gezogen wird, als dies ohne Randkühlung durch den angetriebenen Halter und die steifere (kältere) Randwulst vor ihm der Fall sein würde, was zu einer Abnahme des Nachlaufs der Halter führt. Als ein Ergebnis wird der Nachlauf der nicht angetriebenen Halter verringert, ausgeschaltet oder umgekehrt (Stützungsvorlauf). Ein zweites Verfahren ist Zonenkühlung, bei welchem im Wesentlichen die ganze Breite der Bahn in einem wirkungsvollen Ausmaß an wirkungsvollen Orten oder Zonen im Streckbereich des Spannrahmens und/oder im Nachstreckungs-Behandlungsbereich gekühlt wird. Man nimmt an, dass durch Zonenkühlung der Elastizitätsmodul der Folie im Wesentlichen über die ganze Breite der Bahn in einer kontrollierten Weise erhöht wird, so dass ein nicht angetriebener Halter durch den angetriebenen Halter und die Folie vor ihm stärker vorwärts gezogen wird, als dies ohne Zonenkühlung der Fall sein würde, was zu einer Abnahme der zurückziehenden Kraft führt, welche ohne Zonenkühlung einen Nachlauf der Halter verursacht.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Verbesserung des Verfahrens zum Strecken einer Polymerfolie bereit, umfassend die Schritte Erfassen der Folie mit mehreren Haltern entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie und Antreiben der Halter, um dabei die Folie zu strecken. Die mehreren Halter schließen angetriebene Halter und nicht angetriebene Halter ein, wobei sich mindestens ein nicht angetriebener Halter zwischen jeweiligen Paaren von angetriebenen Haltern befindet. Die Verbesserung umfasst Erwärmen der Polymerfolie auf eine ausreichend hohe Temperatur, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu gewährleisten, und aktives Erzeugen eines Kühlgradienten in Maschinenarbeitsrichtung an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie in einem wirkungsvollen Ausmaß, um die Gleichmäßigkeit der Abstände der angetriebenen und der nicht angetriebenen Halter zu verbessern.
In einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Verbesserung des Verfahrens zum Strecken einer Polymerfolie bereit, umfassend die Schritte Erfassen der Folie mit mehreren Haltern entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie und Antreiben der Halter, um dabei die Folie zu strecken. Die mehreren Halter schließen angetriebene Halter und nicht angetriebene Halter ein, wobei sich mindestens ein nicht angetriebener Halter zwischen jeweiligen Paaren von angetriebenen Haltern befindet. Die Verbesserung umfasst Erwärmen des Mittelabschnitts und der Randabschnitte der Polymerfolie auf eine ausreichend hohe Temperatur, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu gewährleisten, wobei eine nicht höhere Temperatur an den Randabschnitten der Folie als an dem Mittelabschnitt der Folie bei Beginn des Streckens aufrechterhalten wird und ein Kühlgradient in Maschinenarbeitsrichtung an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie in einem wirkungsvollen Ausmaß erzeugt wird, um die Gleichmäßigkeit der Abstände der angetriebenen und der nicht angetriebenen Halter zu verbessern.
In einer bevorzugten Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens schließt das Aufrechterhalten einer nicht höheren Temperatur an den Randabschnitten der Folie als an dem Mittelabschnitt der Folie aktives Kühlen der gegenüberliegenden Randabschnitte der Folie ein.
In noch einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Verbesserung des Verfahrens zum Strecken einer Polymerfolie bereit, umfassend die Schritte Erfassen der Folie mit mehreren Haltern entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie und Antreiben der Halter, um dabei die Folie zu strecken. Die mehreren Halter schließen angetriebene Halter und nicht angetriebene Halter ein, wobei sich mindestens ein nicht angetriebener Halter zwischen jeweiligen Paaren von angetriebenen Haltern befindet. Die Verbesserung umfasst Erwärmen der Polymerfolie auf eine ausreichend hohe Temperatur, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu gewährleisten, und Erzeugen eines Kühlgradienten in Maschinenarbeitsrichtung an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie in einem wirkungsvollen Ausmaß, um den Wert des Nachlaufs der nicht angetriebenen Halter gegenüber dem Wert des Nachlaufs der nicht angetriebenen Halter in Abwesenheit des Kühlens zu verringern.
In noch einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Verbesserung des Verfahrens zum Strecken einer Polymerfolie bereit, umfassend die Schritte Erfassen der Folie mit mehreren Haltern entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie und Antreiben der Halter, um dabei die Folie zu strecken. Die mehreren Halter schließen angetriebene Halter und nicht angetriebene Halter ein, wobei sich mindestens ein nicht angetriebener Halter zwischen jeweiligen Paaren von angetriebenen Haltern befindet. Die Verbesserung umfasst Erwärmen der Polymerfolie auf eine ausreichend hohe Temperatur, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu gewährleisten, und Erzeugen eines Kühlgradienten an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie in einem wirkungsvollen Ausmaß, um die Gleichmäßigkeit der Dicke entlang der Bahn gegenüber der Gleichmäßigkeit der Dicke entlang der Bahn in Abwesenheit des Kühlens zu verbessern.
In noch einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Verbesserung des Verfahrens zum Strecken einer vorkristallisierten Polymerfolie bereit, umfassend die Schritte Erfassen der Folie mit mehreren Haltern entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie und Antreiben der Halter, um dabei die Folie zu strecken. Die mehreren Halter schließen angetriebene Halter und nicht angetriebene Halter ein, wobei sich mindestens ein nicht angetriebener Halter zwischen jeweiligen Paaren von angetriebenen Haltern befindet. Die Verbesserung umfasst Erwärmen der Polymerfolie auf eine ausreichend hohe Temperatur, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu gewährleisten, und Erzeugen eines Kühlgradienten an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie in einem wirkungsvollen Ausmaß, um die Gleichmäßigkeit der Abstände der angetriebenen und nicht angetriebenen Halter zu verbessern.
In noch einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Verbesserung des Verfahrens zum Strecken einer Vinylpolymerfolie bereit, umfassend die Schritte Erfassen der Folie mit mehreren Haltern entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie und Antreiben der Halter, um dabei die Folie zu strecken. Die mehreren Halter schließen angetriebene Halter und nicht angetriebene Halter ein, wobei sich mindestens ein nicht angetriebener Halter zwischen jeweiligen Paaren von angetriebenen Haltern befindet. Die Verbesserung umfasst Erwärmen der Polymerfolie auf eine ausreichend hohe Temperatur, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu gewährleisten, und Erzeugen eines Kühlgradienten an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie in einem wirkungsvollen Ausmaß, um die Gleichmäßigkeit der Abstände der angetriebenen und nicht angetriebenen Halter zu verbessern.
In einer bevorzugten Ausführungsform von jedem der vorstehenden Verfahren werden die gegenüberliegenden Randabschnitte der Folie gekühlt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform von jedem der vorstehenden Verfahren wird der Mittelabschnitt der Folie gekühlt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform von jedem der vorstehenden Verfahren wird im Wesentlichen die gesamte Breite der Folie gekühlt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform von jedem der vorstehenden Verfahren wird mindestens ein Abschnitt der Folie bei mindestens 3°C gekühlt.
In einer anderen Ausführungsform von jedem der vorstehenden Verfahren werden die Halter durch einen Streckungsbereich angetrieben, in welchem die Folie gestreckt wird und nachfolgend durch einen Nachstreckungs-Behandlungsbereich, und das Kühlen wird in mindestens einem der Streckungsbereiche und der Behandlungsbereiche durchgeführt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform von jedem der vorstehenden Verfahren wird die Folie biaxial gestreckt. Stärker bevorzugt ist es, wenn die Folie gleichzeitig biaxial durch Antreiben der Halter mit variierenden Geschwindigkeiten in der Maschinenarbeitsrichtung entlang von in der Querrichtung auseinander gehenden Halterführungsmitteln gestreckt wird. Noch stärker bevorzugt ist es, wenn die Folie auf ein Endstreckverhältnis von mindestens 2 : 1 in der Maschinenarbeitsrichtung und mindestens 2 : 1 in der Querrichtung gestreckt wird.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform von jedem der vorstehenden Verfahren sind mindestens zwei nicht angetriebene Halter zwischen jedem jeweiligen Paar von angetriebenen Haltern vorgesehen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform von jedem der vorstehenden Verfahren umfasst die Folie eine thermoplastische Folie. Stärker bevorzugt ist es, wenn die Folie eine semikristalline Folie umfasst. Unter den semikristallinen Ausführungsformen weist eine bevorzugte Folie einen Kristallinitätsgrad von höher als ungefähr 1% vor dem Erwärmen auf. Noch stärker bevorzugt ist es, wenn der Kristallinitätsgrad höher als ungefähr 7% vor dem Erwärmen ist. Noch stärker bevorzugt ist es, wenn der Kristallinitätsgrad höher als ungefähr 30% vor dem Erwärmen ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform von jedem der ersten vier oder der sechs der vorstehenden Verfahren umfasst die Folie eine thermoplastische Folie, welche eine amorphe Folie ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform von jedem der vorstehenden Verfahren umfasst die Folie ein Vinylpolymer. Stärker bevorzugt ist es, wenn die Folie ein Polyolefin umfasst. Noch stärker bevorzugt ist es, wenn die Folie Polyethylen oder Polypropylen umfasst.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform von jedem der vorstehenden Verfahren umfasst die Folie Polypropylen, und die Folie wird auf ein Endflächenstreckverhältnis von mindestens 16 : 1 gestreckt. Stärker bevorzugt ist es, wenn die Folie auf ein Endflächenstreckverhältnis von 25 : 1 bis 100 : 1 gestreckt wird.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform von jedem der vorstehenden Verfahren umfasst die Folie Polypropylen, und die Folie wird auf 120 bis 165°C erwärmt. Stärker bevorzugt ist es, wenn die Folie auf 150 bis 165°C erwärmt wird.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform von jedem der vorstehenden Verfahren umfasst die Folie Polypropylen, die Folie wird auf 120 bis 165°C erwärmt und das Kühlen schließt Ausbringen von Kühlluft auf die Folie ein. Die Kühlluft ist mindestens 5°C kälter als die Folie.
Bestimmte Ausdrücke werden in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, die, obwohl sie größtenteils bekannt sind, einer Erklärung bedürfen. Wenn „biaxial gestreckt" hier für die Beschreibung einer Folie verwendet wird, weist dies darauf hin, dass die Folie in zwei unterschiedlichen Richtungen gestreckt wurde, einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung in der Ebene der Folie. Typischerweise, aber nicht immer, sind die zwei Richtungen im Wesentlichen senkrecht zueinander und sie sind in die Maschinenarbeitsrichtung („MD", machine direction) der Folie und in die Querrichtung („TD", transverse direction) der Folie gerichtet. Biaxial gestreckte Folien können aufeinanderfolgend gestreckt, gleichzeitig gestreckt oder über eine Kombination von gleichzeitigem und aufeinanderfolgendem Strecken gestreckt sein. Wenn „gleichzeitig biaxial gestreckt" hier für die Beschreibung einer Folie verwendet wird, weist dies darauf hin, dass entscheidende Teile des Streckens in jeder der zwei Richtungen gleichzeitig durchgeführt wurden. So lange es der Zusammenhang nicht anders erforderlich macht, werden die Ausdrücke „orientiere", „recke" und „strecke" durchweg untereinander austauschbar verwendet, genauso wie die Ausdrücke „orientiert", „gereckt" und „gestreckt" und die Ausdrücke „orientieren", „recken" und „strecken".
Der Ausdruck „Streckverhältnis", wie er hier zur Beschreibung eines Verfahrens zum Strecken oder einer gestreckten Folie verwendet wird, weist auf das Verhältnis einer linearen Größe eines gegebenen Abschnitts einer gestreckten Folie zur linearen Größe des selben Abschnitts vor dem Strecken hin. Zum Beispiel würde bei einer gestreckten Folie mit einem MD-Streckverhältnis von 5 : 1 ein gegebener Abschnitt der nicht gestreckten Folie mit einer linearen Abmessung in der Maschinenarbeitsrichtung von 1 cm nach dem Strecken eine Abmessung in der Maschinenarbeitsrichtung von 5 cm aufweisen. Bei einer gestreckten Folie mit einem TD-Streckverhältnis von 5 : 1 würde ein gegebener Abschnitt der nicht gestreckten Folie mit einer linearen Abmessung in der Querrichtung von 1 cm nach dem Strecken eine Abmessung in der Querrichtung von 5 cm aufweisen.
„Flächenstreckverhältnis", so wie hier verwendet, weist auf das Verhältnis der Fläche eines gegebenen Abschnitts einer gestreckten Folie zu der Fläche des selben Abschnitts vor dem Strecken hin. Zum Beispiel würde bei einer biaxial gestreckten Folie mit einem Flächenstreckverhältnis von 50 : 1 ein gegebener Abschnitt von 1 cm² der nicht gestreckten Folie nach dem Strecken eine Fläche von 50 cm² aufweisen.
Das mechanische Streckverhältnis, auch bekannt als Nennstreckverhältnis, wird über die nicht gestreckten und die gestreckten Größen bestimmt und kann typischerweise an den Folieneinspannvorrichtungen an den Rändern der Folie gemessen werden, welche zum Strecken der Folie in der verwendeten besonderen Apparatur verwendet werden. Das globale Streckverhältnis bezieht sich auf das Gesamtstreckverhältnis der Folie nachdem die Abschnitte, die nahe den Einspannvorrichtungen lagen und deshalb während des Streckens durch die Gegenwart der Einspannvorrichtungen beeinflusst wurden, in der Betrachtung weggelassen wurden. Das globale Streckverhältnis kann gleichbedeutend sein mit dem mechanischen Streckverhältnis, wenn die zugeführte nicht gestreckte Folie eine konstante Dicke über die volle Breite aufweist (von Einspannvorrichtung zu Einspannvorrichtung, quer über die Bahn) und wenn die Näherungswirkungen auf die Einspannvorrichtungen über das Strecken gering sind. Eher typisch ist es jedoch, wenn die Dicke der zugeführten nicht gestreckten Folie angepasst wird, so dass sie nahe den Einspannvorrichtungen dicker oder dünner als in der Mitte der Folie ist. Wenn dies der Fall ist, wird sich das globale Streckverhältnis vom mechanischen Streckverhältnis oder Nennstreckverhältnis unterscheiden. Diese globalen oder mechanischen Verhältnisse sind beide von einem lokalen Streckverhältnis zu unterscheiden. Das lokale Streckverhältnis wird durch Messen eines speziellen Abschnitts der Folie (zum Beispiel ein Abschnitt von 1 cm) vor und nach dem Strecken bestimmt. Wenn das Strecken über im Wesentlichen die gesamte, randbeschnittene Folie nicht gleichmäßig ist, dann kann das lokale Verhältnis verschieden vom globalen Verhältnis sein. Wenn das Strecken über im Wesentlichen die gesamte Folie im Wesentlichen gleichmäßig ist (ausschließlich der Fläche sehr nahe an den Rändern und der Umgebung der Einspannvorrichtungen entlang der Ränder), dann wird das lokale Verhältnis im Wesentlichen überall gleich dem globalen Verhältnis sein. So lange es der Zusammenhang nicht anders erforderlich macht, werden die Ausdrücke Streckverhältnis der ersten Richtung, Streckverhältnis der zweiten Richtung, MD-Streckverhältnis, TD-Streckverhältnis und Flächenstreckverhältnis hier zur Beschreibung des globalen Streckverhältnisses verwendet.
Der Ausdruck „Streckprofil" bedeutet, dass man sich insgesamt auf die Werte von allen Streckvariablen der Folie bezieht, einschließlich die Gesamtdurchflussgeschwindigkeit des Spannrahmens und die Streckverhältnisse und Temperaturen als eine Funktion der Position in dem Verfahren, und auf die Techniken, welche verwendet wurden, um diese Werte, wie Luftauftreffgeschwindigkeiten, Halterbeschleunigungen und Ähnliches zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung wird zudem mit Bezug auf die angefügten Abbildungen erklärt, wobei:
1 eine schematische Draufsicht einer Spannrahmenapparatur für eine Verwendung in der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ein Ausdruck der Dickenabweichung als eine Funktion der MD-Position einer Probe aus der Mitte und einer Probe vom Rand der Folie von Beispiel 11 ist.
3 ein Ausdruck der Dickenabweichung als eine Funktion der MD-Position von Proben aus der Mitte der Folie von Beispiel 11 und der Folie von Beispiel 10 ist.
1 veranschaulicht eine schematische Draufsicht einer Spannrahmenapparatur zur Ausführung der Verfahren der vorliegenden Erfindung. Der Spannrahmen ist bevorzugt vom im U.S. Patent Nr. 5,051,225, „Method of Drawing Plastic Film in a Tenter Frame" („Verfahren zum Recken von Kunststofffolie in einem Spannrahmen"), Hommes et al. offenbarten Typ. Die Spannrahmenapparatur 10 schließt eine erste Seitenschiene 12 und eine zweite Seitenschiene 14 ein, auf welchen sich die angetriebenen Halter 22 und die nicht angetriebenen Halter 24 fortbewegen. In 1 sind die angetriebenen Halter 22 schematisch als mit „X" markierte Kästen veranschaulicht, während die nicht angetriebenen Halter 24 schematisch als offene Kästen veranschaulicht sind. Zwischen Paaren von angetriebenen Haltern 22 auf einer gegebenen Schiene ist/sind ein oder mehrere nicht angetriebener) Halter 24 vorhanden. Wie aufgezeigt sind zwei nicht angetriebene Halter 24 zwischen jedem Paar von Haltern 22 auf einer gegebenen Schiene vorhanden. Ein Satz von Haltern 22, 24 bewegt sich in einer geschlossenen Schleife über die erste Schiene 12 in die Richtung, welche durch die Pfeile an den Enden der Schiene angezeigt ist. In ähnlicher Weise bewegt sich ein anderer Satz von Haltern 22, 24 in einer geschlossenen Schleife über die zweite Schiene 14 in die Richtung, welche durch die Pfeile an den Enden der Schiene angezeigt ist. Die Halter 22, 24 halten die Folienränder fest und treiben die Folie 26 in die durch den Pfeil in der Mitte der Folie gezeigte Richtung an. An den Enden der Schienen 12, 14 geben die Halter 22, 24 die Folie 26 frei. Die Halter kehren dann entlang der Außenseite der Schienen zum Einlass des Spannrahmens zurück, wo die Gießbahn eingespannt wird, um sie durch den Spannrahmen anzutreiben. (Zur Klarheit der Veranschaulichung wurden in 1 die Halter weggelassen, welche auf der Außenseite der Schienen zum Einlass zurückkehren.) Die gestreckte Folie 26, welche den Spannrahmen verlässt, kann für eine spätere Verarbeitung oder Verwendung aufgewickelt werden oder kann vor dem Aufwickeln weiter verarbeitet werden.
Das Polymer kann in die Form eines Flächengebildes gegossen werden, wie es auf dem Fachgebiet bekannt ist, um eine Bahn herzustellen, welche zum Strecken geeignet ist, wobei man die bevorzugte, hier beschriebene Folie erhält. Die Bahn kann ein Homopolymer, ein Copolymer, eine Mischung, eine Einzelschicht oder eine Mehrfachschicht, wie auf dem Fachgebiet bekannt, sein. Wenn Polypropylenfolien hergestellt werden, ist ein geeignetes Verfahren zum Gießen einer Bahn das Harz in den Beschickungstrichter eines Einschnecken-, Doppelschnecken-, Kaskaden- oder eines anderen Extrudersystems einzufüllen, bei welchem die Extruderfasstemperaturen angepasst sind, um eine stabile homogene Schmelze herzustellen. Die Polypropylenschmelze kann durch ein Formwerkzeug in die Form eines Flächengebildes auf eine rotierende gekühlte Metallgießwalze extrudiert werden. Gegebenenfalls kann die Gießwalze teilweise in ein mit Flüssigkeit gefülltes Kühlungsbad eintauchen, oder gegebenenfalls kann auch die Gießbahn nach dem Entfernen von der Gießwalze durch ein mit Flüssigkeit gefülltes Kühlungsbad geleitet werden. Die Bahn wird dann gemäß den hier beschriebenen, bevorzugten Verfahren biaxial gestreckt. Die extrudierte Bahn wird typischerweise abgeschreckt, gegebenenfalls über Laufen durch eine Infraroterwärmungsvorrichtung wieder erwärmt und an die Halter 22, 24 an den ersten und zweiten Schienen 12, 14 angebracht, um sie durch die Spannrahmenapparatur 10 anzutreiben. Das gegebenenfalls durchgeführt Erwärmen über Infrarot und das Einspannen mit den Haltern 22, 24 kann in jeder Reihenfolge oder gleichzeitig stattfinden.
Die Schienen 12, 14 laufen durch drei Bereiche: Vorwärmbereich 16; Streckbereich 18 und Nachstreckungs-Behandlungsbereich 20. Im Vorwärmbereich 16 wird die Folie auf eine Temperatur in einem angemessenen Bereich erhöht, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu ermöglichen. Die drei Funktionsbereiche 16, 18, 20 können zudem in Zonen unterteilt werden. Zum Beispiel schließt in einer bevorzugten Ausführungsform eines Spannrahmens der Vorwärmbereich 16 Zonen Z1, Z2 und Z3 ein, der Streckbereich 18 schließt Zonen Z4, Z5 und Z6 ein und der Nachstreckungs-Behandlungsbereich 20 schließt Zonen Z7, Z8 und Z9 ein. Es ist selbstverständlich, dass die Vorwärm-, Streck- und Nachbehandlungsbereiche jeweils weniger oder mehr Zonen als aufgezeigt einschließen können. Zudem kann im Streckbereich 18 der TD-Anteil des Streckens oder der MD-Anteil des Streckens in den selben oder in unterschiedlichen Zonen durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das MD- und TD-Strecken jeweils in jeder der einen, zwei oder drei Zonen Z4, Z5 und Z6 stattfinden. Zudem kann ein Anteil des Streckens vor dem anderen stattfinden, oder er kann vor dem anderen beginnen oder mit dem anderen überlappen. Außerdem kann jeder Anteil des Streckens in mehr als einem einzelnen Schritt stattfinden. Zum Beispiel kann ein MD-Strecken in Z4 und Z6 stattfinden, ohne dass ein MD-Strecken in Z5 stattfindet.
Ein Strecken in die MD und/oder TD kann auch im Vorwärmbereich oder im Nachstreckungs-Behandlungsbereich stattfinden. Zum Beispiel kann in der veranschaulichten Ausführungsform das Strecken in Zone 3 beginnen. Das Strecken kann bis in die Zone 7 oder darüber hinaus andauern. Mit dem Strecken kann in jeder der Zonen nach den Zonen Z4, Z5 oder Z6 fortgefahren werden.
In einem bevorzugten Streckprofil wird die Folie auf ein MD-Streckverhältnis von mindestens 2 : 1 und ein TD-Streckverhältnis von mindestens 2 : 1 gestreckt. Die Endstreckverhältnisse können so gewählt werden, dass Folien mit gewünschten Charakteristiken und Eigenschaften bereitgestellt werden.
In einem bevorzugten Streckprofil findet ein gleichzeitiges biaxiales Strecken im Streckbereich 18 statt. Zum Beispiel findet das TD-Strecken durch die Zonen Z4, Z5 und Z6 statt. Damit dies stattfindet sind die ersten und zweiten Schienen 12, 14 so konfiguriert, dass sie durch jede dieser Zonen auseinander gehen. In diesem Streckprofil findet das MD-Strecken bevorzugt nur in Zone Z4 statt. Damit dies stattfindet werden die angetriebenen Halter 22 durch die Zone Z4 beschleunigt, so dass ein MD-Strecken hervorgerufen wird, und dann wird der Abstand der angetriebenen Halter 22 im Wesentlichen in der MD durch die Zonen Z5 und Z6 aufrechterhalten. In einem anderen bevorzugten Streckprofil findet das MD-Strecken in den Zonen Z4 und Z5 statt, während das TD-Strecken in den Zonen Z4, Z5, Z6 stattfindet. In noch einem anderen bevorzugten Streckprofil findet sowohl das MD- als auch das TD-Strecken in den Zonen Z4, Z5 und Z6 statt.
In einem anderen bevorzugten Streckprofil findet aufeinanderfolgendes biaxiales Strecken statt. Für ein MD-Strecken, welches einem TD-Strecken vorausgeht, können die Schienen 12, 14 in Zone Z4 parallel bleiben, während die angetriebenen Halter 22 in der MD beschleunigen. Die Schienen 12, 14 gehen für das TD-Strecken in einer oder beiden Zone(n) Z5 und Z6 auseinander, während der MD-Abstand der angetriebenen Halter 22 in diesen Zonen im Wesentlichen konstant bleibt. Für ein TD-Strecken, welches einem MD-Strecken vorausgeht, gehen die Schienen 12, 14 anfänglich auseinander, ohne oder mit geringem MD-Strecken, und bleiben dann parallel, während ein MD-Strecken stattfindet.
Normalerweise wird die Folie 26 dann durch den Nachstreckungs-Behandlungsbereich 20 angetrieben. In diesem Bereich wird die Folie 26 typischerweise bei einer gewünschten Temperatur gehalten, während kein wesentliches Strecken stattfindet. Diese Behandlung wird oft als eine Wärmestabilisierung oder Tempern bezeichnet und wird durchgeführt, um die Eigenschaften der Endfolie, wie die Formbeständigkeit, zu verbessern. Alternativ kann im Nachstreckungs-Behandlungsbereich 20 in einer oder in beiden Richtungen) von MD und TD ein geringes Ausmaß ab Relaxation auftreten. Relaxation bezieht sich hier auf eine Konvergenz der Schienen in der TD und/oder auf eine Konvergenz der angetriebenen Halter auf jeder Schiene in der MD.
Biaxiales Strecken von Folien ist gegenüber vielen Verfahrensbedingungen empfindlich, einschließlich, aber nicht eingeschränkt auf die Zusammensetzung des Harzes, das Foliengießen und die Abschreckparameter, den zeitlichen Verlauf der Temperatur während des Vorwärmens der Folie vor dem Strecken, die verwendete Strecktemperatur, das verwendete Streckprofil und die Streckgeschwindigkeiten. Mit den Vorzügen des hier Gelehrten kann ein Fachmann jeden oder alle Parameter anpassen und dabei Folien mit den gewünschten Eigenschaften und Charakteristiken erhalten.
Einige bevorzugte Streckbedingungen für Polypropylenfolie sind wie folgt. Die Dicke der Gießbahn beträgt bevorzugt ungefähr 0,2 bis 12 mm, stärker bevorzugt ungefähr 1 bis 3 mm. Die Temperatur der IR-Wärmequelle ist hoch genug, damit sie das gewünschte Vorwärmen der Gießbahn erzeugt. Die Lufttemperatur im Vorwärmbereich 16 beträgt bevorzugt ungefähr 170 bis 220°C. Die Lufttemperatur im Streckbereich 18 und im Nachstreckungs-Behandlungsbereich 20 beträgt bevorzugt ungefähr 150 bis 170°C. Die Folie selbst weist im Streckbereich 18 bevorzugt etwa 120 bis 165°C auf, stärker bevorzugt etwa 150 bis 165°C, damit ein wesentliches Strecken möglich ist, ohne dass ein Bruch stattfindet. Für Polypropylen beträgt das Endflächenstreckverhältnis mindestens 16 : 1; stärker bevorzugt ungefähr 25 : 1 bis 100 : 1. Das MD-Streckverhältnis und das TD-Streckverhältnis werden wie gewünscht gewählt und können zueinander gleich oder nicht gleich sein.
Das Kühlen der vorliegenden Erfindung, ob Randkühlen oder Zonenkühlen, kann vor oder nach dem Beginn des Streckens im Streckbereich 18 beginnen. Wenn das Kühlen vor dem Beginn des Streckens beginnt, sollte es bis nach dem Beginn des Streckens in den Streckbereich 18 andauern. Wie hier verwendet, einschließlich in den Ansprüchen, bedeutet die Umschreibung „Erzeugen eines Kühlgradienten in Maschinenarbeitsrichtung an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie" erzeugen eines Temperaturgradienten, so dass die Folie auf der vorwärts gerichteten Seite des gekühlten Folienabschnitts kälter und auf der rückwärts gerichteten Seite des gekühlten Folienabschnitts wärmer ist. „Vorwärts gerichtet" bedeutet die Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung und „rückwärts gerichtet" ist das Gegenteil zur Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung. Wenn berichtet wird, dass der Gradient mindestens an einem Abschnitt der „gestreckten Folie" angewendet wird, bedeutet dies, dass der Gradient nach dem Beginn des Streckens vorhanden ist. Der Gradient kann zusätzlich vor dem Beginn des Streckens vorhanden sein, wobei nach dem Beginn des Streckens der Gradient, der erzeugt werden sollte, fortdauernd bereitgestellt wird oder wieder einsetzt wird. Der Gradient kann an der gestreckten Folie an jedem Ort des Streckbereichs und/oder direkt nach dem Streckbereich erzeugt werden. Das Kühlen und deshalb der Gradient beginnen bevorzugt oder dauern mindestens bis zum Ende des Streckbereichs 18 oder zum Beginn des Nachstreckungs-Behandlungsbereichs 20 an. In einer bevorzugten Ausführungsform findet das Kühlen im letzten Abschnitt des Streckbereichs 18 und am Beginn des Nachstreckbereichs 20 statt. Dies würde zum Beispiel bei der in 1 veranschaulichten Ausführungsform in den Zonen Z6 und Z7 sein. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform findet das Kühlen im letzten Abschnitt des Streckbereichs 18 statt. Zum Beispiel kann in der in 1 veranschaulichten Apparatur das Kühlen in einer oder beiden Zone(n) Z5 und Z6 stattfinden, oder in der zweiten Hälfte von Zone Z4 und durchgehend in den Zonen Z5 und Z6. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform findet das Kühlen durchgehend im Streckbereich 18 statt, zum Beispiel in den Zonen Z4, Z5 und Z6 des Spannrahmens von 1. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann das Kühlen am Beginn des Nachstreckbereichs 20 stattfinden, wie in einer oder beiden Zone(n) Z7 und Z8. Wenn die MD-Streck- und TD-Streckzonen nicht miteinander übereinstimmen, dann findet das Kühlen in einer bevorzugten Ausführungsform in beiden Streckzonen, MD und TD, statt. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform findet das Kühlen nur in den MD-Streckzonen statt.
Das Kühlen wird mindestens in einem Abschnitt der Breite der Folie 26 bereitgestellt. Bevorzugt wird das Kühlen bereitgestellt durch aktives Kühlen entweder: i) der Randabschnitte 28 der Folie in einer Zone oder in Zonen; oder ii) der vollen Breite, einschließlich der Randabschnitte 28 und des Mittelabschnitts 30 der Folie, in einer Zone oder in Zonen. In einem bevorzugten Streckprofil werden am Beginn des Streckens die Randabschnitte der Folie nicht wärmer gehalten als der Mittelabschnitt der Folie. Dies kann durchgehend im Streckverfahren andauern.
Bevorzugt wird Kühlen über Gebläseluftkonvektion bereitgestellt. Die Kühlluft muss an dem Ort an dem die Luft bereitgestellt wird, kälter sein als die Temperatur der Folie. Bevorzugt wird die Kühlluft mit einer Temperatur und einer Strömungsgeschwindigkeit bereitgestellt, welche wirkungsvoll sind, die Folie um mindestens 3°C, stärker bevorzugt 5°C und noch stärker bevorzugt 10°C, zu kühlen. Der Unterschied der Temperatur der Kühlluft und der der zu kühlenden Folie wird als die Lufttemperaturdifferenz bezeichnet und sollte mindestens 5°C betragen und kann wesentlich größer sein. Der Unterschied der Temperatur der Folie mit und ohne Kühlen wird als die Folienzieltemperaturdifferenz bezeichnet. Normalerweise ist gemäß der Natur des Wärmetransports die Randluft- oder Zonenlufttemperaturdifferenz größer als die Folienzieltemperaturdifferenz. Das Kühlen erzeugt an der Folie eine Temperaturabnahme in Maschinenarbeitsrichtung, so dass, wenn man dies von einem Ort über der Folie betrachtet, die Folie in der Richtung der Folienbewegung kälter ist, als in der entgegengesetzten Richtung zur Folienbewegung. Die bevorzugte Temperatur der Kühlluft wird von Faktoren abhängen, wie Folientemperatur, Dicke, Geschwindigkeit und Wärmetransportcharakteristiken des Spannrahmens. Die Temperatur und der Ort der Kühlluft können vom Fachmann unter Bezug auf die Lehre der vorliegenden Erfindung gewählt werden, wobei die hier offenbarten, gewünschten Verbesserungen erhalten werden.
Das Kühlen wird an einem Ort und mit einer Temperatur bereitgestellt, so dass es wirkungsvoll die Gleichmäßigkeit der Abstände der nicht angetriebenen Halter und der angetriebenen Halter im Vergleich zu den Abständen, welche unter ansonsten identischen Bedingungen ohne ein solches Kühlen erhalten werden, verbessert. Die Abstandsgleichmäßigkeit wird wie folgt bestimmt. Der Abstand zwischen den Haltern kann zum Beispiel über Messungen an der gestreckten Folie 26 bestimmt werden. Der ideale Halterabstand ist für ein System mit zwei nicht angetriebenen Haltern zwischen jedem Paar von angetriebenen Haltern auf jeder Schiene als ein Drittel des Abstandes zwischen aufeinanderfolgenden Haltern D₁ (vorwärts gerichtet – in Richtung Spannrahmenauslass) und D₂ (rückwärts gerichtet – in Richtung Spannrahmeneinlass) definiert. Wenn N nicht angetriebene Halter zwischen den angetriebenen Haltern D₁ und D₂ vorhanden sind, sollte jedes am nächsten benachbarte Paar von Haltern, D₁–I₁, I₁–I₂,... bis I_N–D₂ einen idealen Abstand von 1/(N + 1) des Abstandes D₁–D₂ aufweisen. Ein Zahlenwert für die Ungleichmäßigkeit des Abstandes kann durch die Messung der erhaltenen tatsächlichen paarweisen Abstände, Subtrahieren des idealen Abstandes vom gemessenen Abstand von jedem am nächsten benachbarten Paar, Heranziehen des Absolutwertes von jedem Unterschied und Aufsummieren erhalten werden. Ideale Abstände werden deshalb zu einem Wen von Abstandsungleichmäßigkeit von Null führen. Größere Werte stehen für wachsende Abstandsungleichmäßigkeit. Eine Verbesserung der Abstandsgleichmäßigkeit wird sich als eine Abnahme des Wertes der Abstandsungleichmäßigkeit zeigen. Bevorzugt wird die Abstandsungleichmäßigkeit um mindestens 5%, im Verhältnis zu der, welche ohne Kühlen auftreten würde, abnehmen. Stärker bevorzugt ist es, wenn die Ungleichmäßigkeit um mindestens 10% verringert wird und noch stärker bevorzugt um mindestens 50%. Alternativ wird das Kühlen an einem Ort und mit einer Temperatur bereitgestellt, so dass es wirkungsvoll den Halterabstand von jedem am nächsten benachbarten Paar bereitstellt, der innerhalb 20% des Ideals, stärker bevorzugt innerhalb 10% des Ideals und am stärksten bevorzugt innerhalb 5% des Ideals liegt. Unter Verwendung von Polypropylen, wenn die Spannrahmentemperatur auf etwa 160 bis 165°C gesetzt wird, weist die Kühlluft für Randkühlung in einer bevorzugten Ausführungsform etwa 30 bis 140°C, stärker bevorzugt ungefähr 65 bis 120°C und noch stärker bevorzugt ungefähr 70 bis 110°C auf. Unter Verwendung von Polypropylen, wenn die Spannrahmentemperatur auf etwa 160 bis 165°C gesetzt wird, weist die Kühlluft in einer bevorzugten Zonenkühlungsausführungsform etwa 100 bis 150°C, stärker bevorzugt ungefähr 120 bis 140°C und noch stärker bevorzugt ungefähr 125 bis 130°C auf. Mit den Vorzügen des hier Gelehrten kann ein Fachmann Randkühl- und Zonenkühlparameter für andere Materialien, Dicken, Foliengeschwindigkeiten, Spannrahmentemperaturen und andere Streckprofile wählen.
In einem anderen bevorzugten Streckprofil wird das Kühlen in mindestens einem Abschnitt der Breite der Folie in einem wirkungsvollen Ausmaß bereitgestellt, um den Wert des Nachlaufs der nicht angetriebenen Halter in Bezug auf den Wert des Nachlaufs der nicht angetriebenen Halter, welcher bei ansonsten identischen Bedingungen in der Abwesenheit des Kühlens erhalten wird, zu verringern. Die Werte des Nachlaufs der Halter werden wie folgt bestimmt. Der Abstand zwischen den Haltern kann zum Beispiel über Messungen an der gestreckten Folie 26 bestimmt werden. Der ideale Halterabstand ist für ein System mit zwei nicht angetriebenen Haltern zwischen jedem Paar von angetriebenen Haltern auf jeder Schiene als ein Drittel des Abstandes zwischen aufeinanderfolgenden angetriebenen Haltern D₁ (vorwärts gerichtet – in Richtung Spannrahmenauslass) und D₂ (rückwärts gerichtet – in Richtung Spannrahmeneinlass) definiert. Der nicht angetriebene Halter I₁ ist der vorwärts gerichtete von zwei nicht angetriebenen Haltern zwischen angetriebenen Haltern und der nicht angetriebene Halter I₂ ist die rückwärts gerichtete der Beiden. Die Werte für die Paare D₁–I₁, I₁–I₂ und I₂–D₂ als Prozentabweichungen der Abstände vom Ideal (in Bezug auf das Ideal) werden berechnet, wobei positive Zahlen Abstände anzeigen, die über dem Ideal liegen, und negative Zahlen zeigen Abstände an, die kleiner als das Ideal sind. D₁–I₁ gibt die Prozentabweichung der Abstände vom Ideal zwischen den vorwärts gerichteten angetriebenen und vorwärts gerichteten nicht angetriebenen Haltern an, I₁–I₂ ist die Prozentabweichung der Abstände vom Ideal zwischen den nicht angetriebenen Haltern, und I₂–D₂ ist die Abstandsabweichung vom Ideal zwischen dem rückwärts gerichteten nicht angetriebenen Halter und dem rückwärts gerichteten angetriebenen Halter. Der angegebene Gesamtwert des Nachlaufs der Halter wird als die Prozentabweichung vom Idealabstand von D₁–I₁ minus die Prozentabweichung vom Ideal von I₂–D₂ berechnet. Diese Berechnung kann auf Fälle mit unterschiedlichen Anzahlen an nicht angetriebenen Haltern zwischen jedem Paar von angetriebenen Haltern ausgedehnt werden. Für den Fall, dass nur ein nicht angetriebener Halter zwischen jedem Paar von angetriebenen Haltern vorhanden ist, ist I₁ gleich I₂, und die vorstehend aufgeführte Berechnung kann auf dieser Basis fortgeführt werden. Für den Fall N > 2 nicht angetriebener Halter wird in der vorstehenden Formulierung I₂ zu I_N und die Berechnung kann auf dieser Basis fortgefürt werden. Die Abstände zwischen jeden zwei nicht angetriebenen Haltern werden bei der Berechnung des Nachlaufs der nicht angetriebenen Halter nicht berücksichtigt, ohne Rücksicht auf die Anzahl der vorhandenen nicht angetriebenen Halter.
Bevorzugt wird der Nachlauf der nicht angetriebenen Halter um mindestens 5%, bezogen auf jenen, welcher bei ansonsten identischen Bedingungen ohne das Kühlen erhalten wird, verringert. Stärker bevorzugt ist es, wenn der Nachlauf der nicht angetriebenen Halter um mindestens 10% und noch stärker bevorzugt um mindestens 50% verringert wird. Alternativ wird das Kühlen an einem Ort und mit einer Temperatur bereitgestellt, so dass es wirkungsvoll den Wen des Nachlaufs von nicht angetriebenen Haltern mit weniger als ungefähr 20%, stärker bevorzugt weniger als ungefähr 10% und am stärksten bevorzugt weniger als ungefähr 5% bereitstellt.
Ein negativer Wen für einen so definierten Nachlauf von Haltern zeigt einen Vorlauf von Haltern an. Bevorzugt nähen sich der Nachlauf der Halter Null an. In manchen Fällen kann es bevorzugt sein, einen Vorlauf von Haltern zu erzeugen. Wie hier verwendet, einschließlich in den Ansprüchen, ist mit der Umschreibung „verringern des Wertes des Nachlaufs der nicht angetriebenen Halter" beabsichtigt, anzugeben, dass der Wen entweder zu einer kleineren positiven Zahl, zu Null oder zu irgendeiner negativen Zahl (Vorlauf der Halter) gemacht wird. Um speziell eine Annäherung an die ideale (gleichmäßige) Aufteilung der Halter zu beschreiben, wird die Umschreibung „verringern des Absolutwertes des Nachlaufs der nicht angetriebenen Halter" verwendet.
In einem anderen bevorzugten Streckprofil wird das Kühlen in mindestens einem Abschnitt der Breite der Folie in einem wirkungsvollen Ausmaß bereitgestellt, um die Gleichmäßigkeit der Dicke, gegenüber der Gleichmäßigkeit der Dicke, welche man unter ansonsten identischen Bedingungen in der Abwesenheit des Kühlens erhält, zu verbessern. Die Gleichmäßigkeit der Dicke kann entweder quer über die Bahn, z. B. von Halterauge zu Halterauge, oder entlang der Bahn, z. B. entlang der Richtung der Folienbewegung, gemessen werden. Die Gleichmäßigkeit der Dicke quer über die Bahn und entlang der Bahn, sowohl eine als auch beide, können verbessert werden. Die Ungleichmäßigkeit kann über die Standardabweichung vom Mittel einer Prüfung der Dicke entlang einer gegebenen Richtung charakterisiert werden. Alternativ kann die maximale Höhe von Spitze zu Tal einer Prüfung der Dicke entlang einer gegebenen Richtung verwendet werden. Eine vollkommen gleichmäßige Folie würde eine Ungleichmäßigkeit von Null aufweisen. Eine Vielfalt an Dickenmesstechniken kann verwendet werden. Typischerweise ist es umso besser, je höher die Auflösung ist. Eine bevorzugte Messtechnik ist Streifen quer der Bahn und entlang der Bahn auszuschneiden und dann unter Verwendung eines elektronischen Dickenmessgerätes PC 5000, verfügbar von Electro-Gauge Inc., ansässig in Eden Prairie, Minnesota, USA, die Dicke zu prüfen. Die Gleichmäßigkeit quer der Bahn kann auch durch Vergleichen einer Reihe von entlang der Bahn geschnittenen Streifen charakterisiert werden, welche entlang von „Spuren", die sich in der Position quer der Bahn unterscheiden, geschnitten wurden.
2 stellt ein solches Paar von Prüfungen der Dicke dar. Die Markierungen auf der Achse der MD-Position geben die Positionen der angetriebenen Halter gegenüber den Folienproben an. Die Daten von 2 wurden von einer Folie erhalten, welche in einem Verfahren mit zwei nicht angetriebenen Haltern zwischen jedem Paar von angetriebenen Haltern gemäß dem nachstehenden Beispiel 11 hergestellt wurde. Die Randspur (Ausdruck E₁₁) war bei ungefähr 16% des Weges quer über die Folie von einem Halterauge entfernt lokalisiert, wogegen die Mittelspur (Ausdruck C₁₁) bei 50% des Weges quer über die Folie (in der Mitte) war. Ein Gesamtnachlauf der Halter von 58% wurde gemessen. 2 zeigt, dass es eine Beziehung zwischen der Ungleichmäßigkeit der Dicke und dem Nachlauf der Halter gibt. Die Ungleichmäßigkeit der Dicke verläuft periodisch mit einer „Wellenlänge", welche ungefähr gleich der Endaufteilung der angetriebenen Halter ist. 2 zeigt auch, dass der Betrag der Ungleichmäßigkeit der Dicke ausgehend vom Rand der Folie nahe den Haltern hin zur Mitte der Folie abnimmt. Ein Streifen entlang der Bahn, welcher entlang einer Spur nahe dem Rand ausgeschnitten wurde, weist eine höhere Ungleichmäßigkeit auf, als ein Streifen entlang der Bahn, welcher entlang einer Spur nahe der Mitte ausgeschnitten wurde, obwohl der grundlegende periodische Verlauf der Schwankung der Dicke bleibt. Eine Erhöhung der Anfangsbahnbreite kann die Breite eines Mittelabschnitts mit relativ geringer Ungleichmäßigkeit erhöhen; nichtsdestoweniger wird ein Nachlauf von Haltern bei Folien mit geringerer Ausbeute (der Anteil der Breite, welcher eine nützliche Breite ist) vorkommen.
3 zeigt, dass die Ungleichmäßigkeit bei Mittelspuren mit abnehmendem Nachlauf der Halter abnimmt. Deshalb wird eine) verringerter) Nachlauf der Halter oder Abweichung vom idealen Halterabstand bei gleichmäßigeren Folien und/oder bei Folien, bei welchen ein größerer Abschnitt der Breite eine gute Gleichmäßigkeit aufweist, beobachtet, wobei die Ausbeute für eine gegebene Spezifikation der Gleichmäßigkeit der Dicke erhöht wird. Aufgezeigte Kurven der Dicke zeigen 58% Nachlauf (Ausdruck C₁₁ von nachstehendem Beispiel 11) und weniger als 2% Nachlauf (Ausdruck C₁₀ von nachstehendem Beispiel 10). Der Ausdruck C₁₀ von Beispiel 10 zeigt nicht die selbe, auf Aufteilungen von angetriebenen Haltern basierende Periodizität. Die Halterposition korreliert nicht streng mit der Ungleichmäßigkeit der Dicke in diesem Beispiel mit niedrigen Werten von Nachlauf von Haltern und Ungleichmäßigkeit der Dicke.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass ein Nachlauf von nicht angetriebenen Haltern oder jedwede Ungleichmäßigkeit von Halterabständen vorkommt, wenn eine Ungleichmäßigkeit der Dicke entlang der Bahn vorliegt. Typische Polymerfolien, welche über der Glasübergangstemperatur gereckt wurden, sind nahezu volumenerhaltend, außer durch Hohlraumbildung oder über Verdichtung durch Kristallisation, so dass die Abnahme der Dicke in etwa proportional zum Produkt der örtlichen Hauptreckverhältnisse, z. B. der örtlichen Reckverhältnisse quer über die Bahn und entlang der Bahn, ist. Die vorliegende Erfindung erkennt auch die Verbindung zwischen den Ungleichmäßigkeiten von Dicke und Reckverhältnis und der Ungleichmäßigkeit von anderen Eigenschaften, sowohl quer über die Bahn, als auch entlang der Bahn. Diese physikalischen, mechanischen und optischen Eigenschaften schließen Elastizitätsmoduln, Zugfestigkeit, Dehnung bei Bruch, Energiebei-Bruch pro Einheitsvolumen und andere Zerreiß- und Abgabeeigenschaften, Oberflächencharakteristiken, Zwischenschichtadhäsion in Mehrschichtfolien, Koeffizienten von thermaler und hygroskopischer Expansion, Wärmeschrumpfung, Brechungszahlen, Kapazität und andere dielektrische Eigenschaften, Trübung, Lichtdurchlässigkeit, Farbe, spektrale Bandenkanten und andere optische Maße von Erscheinung und Leistung ein. Mit Abgabeeigenschaften sind die Eigenschaften gemeint, welche sich auf die Einfachheit der Bereitstellung und die Qualität des bereitgestellten Randes beziehen, wenn die Folie, umgewandelt in die Form eines Bandes, unter Verwendung einer Abgabevorrichtung mit einer Schneidekante abgegeben wird. Der Level der Ungleichmäßigkeit von diesen verschiedenen Eigenschaften kann mit den Schwankungen der Dicke und dem Nachlauf der Halter zusammenhängen, zum Beispiel durch verschiedene Empfindlichkeiten dieser Eigenschaften gegenüber der örtlichen Dicke und den örtlichen Reckverhältnissen. Deshalb ist ein Nachlauf symptomatisch für eine Reckverhältnisschwankung entlang der Bahn, welche sowohl eine Schwankung der Dicke entlang der Bahn, als auch eine Schwankung des Elastizitätsmoduls entlang der Bahn verursacht. Die Dicke kann unter bestimmten Bedingungen unterschiedlich vom Modul schwanken, wegen einem entsprechenden teilweisen Ausgleich der Dicke durch begleitende Reckverhältnisschwankungen quer über die Bahn, genauso wie die nicht lineare Beziehung zwischen den Moduln und Reckverhältnissen.
Obwohl die vorliegende Erfindung hier über die besondere Anwendbarkeit bei Verfahren zum biaxialen Strecken von Folien und über die so erhaltenen biaxial gestreckten Folien beschrieben wird, kann die vorliegende Erfindung auch vorteilhafterweise auf Verfahren zum Strecken von Folien in einer einzelnen Richtung unter Bedingungen, bei welchen die Folie von Haltern festgehalten wird und die Halter sich entlang der Maschinenarbeitsrichtung aufteilen und diese deshalb in der Lage sind, einen Nachlauf oder Vorlauf der nicht angetriebenen Halter zu verursachen, angewendet werden. Bei einem solchen Verfahren wird die Folie nur entlang der Maschinenarbeitsrichtung gestreckt, weshalb sich die Halter entlang der Maschinenarbeitsrichtung aufteilen und die Möglichkeit eines Nachlaufs von Haltern eröffnet wird. In einem anderen Beispiel beginnen die Halter das Recken mit einer gewissen MD-Aufteilung, und dann kann zum Beispiel ein Strecken in der Querrichtung eine Ungleichmäßigkeit der MD-Halterabstände verursachen.
Die hier beschriebenen Verfahren zum Strecken mit angemessenem Kühlen sind gut für eine Verwendung bei Folien, einschließlich einer Polymerfolie, geeignet. Bevorzugt umfasst die Folie ein thermoplastisches Polymer. Für eine Folie mit mehr als einer Schicht muss die folgende Beschreibung von geeigneten Materialien nur auf eine der Schichten angewendet werden. Geeignete Polymerfolienmaterialien zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung schließen Thermoplaste, aus welchen biaxial orientierte Folien gebildet werden können, ein Geeignete thermoplastische Polymerfolienmaterialien schließen Polyester, Polycarbonate, Polyarylate, Polyamide, Polyimide, Polyamidimide, Polyetheramide, Polyetherimide, Polyarylether, Polyaryletherketone, aliphatische Polyketone, Polyphenylensulfid, Polysulfone, Polystyrole und deren Derivate, Polyacrylate, Polymethacrylate, Cellulosederivate, Polyethylene, aliphatische und cycloaliphatische Polyolefine, Copolymere mit einem vorherrschenden Olefinmonomer, fluorierte Polymere und Copolymere, chlorierte Polymere, Polyacrylnitril, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyether, ionomere Harze, Elastomere, Silikonharze, Epoxidharze und Polyurethane ein, sind aber nicht darauf eingeschränkt. Mischbare oder nicht mischbare Polymermischungen, einschließend jedes der vorstehend genannten Polymere, und Copolymere mit jedem der konstituierenden Monomere von jedem der vorstehend genannten Polymere sind auch bei der Bereitstellung einer biaxial orientierten Folie geeignet, welche aus so einer Mischung oder aus so einem Copolymer hergestellt werden kann.
Unter den Thermoplasten sind die Vinylpolymere bevorzugt, womit alle Polymere der allgemeinen Formel -[CWX-CYZ]_n- gemeint sind, wobei W, X, Y und Z entweder Wasserstoffatome (H) oder jedwede Substituentenatome oder -reste sind. Deshalb schließen wir in die bevorzugte Vinylpolyrner-Klasse die tetrasubstituierten, trisubstituierten, 1,2-disubstituierten und 1,1-disubstituierten Polymere (einschließlich die „Vinyliden"-Polymere), genauso wie die üblicheren monosubstituierten Vinylpolymere ein. Beispiele schließen die Polyolefine, Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylidenfluorid, Polytrifluorethylen, Polychlortrifluorethylen, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure und deren Ester, Polyacrylnitril und Polymethacrylsäure und deren Ester (wie Polymethylmethacrylat) ein.
Stärker bevorzugt sind die Polyolefine, womit alle Polymere der allgemeinen Formel -[CH₂CR¹R²]_n- gemeint sind, wobei R¹ und R² gesättigte oder ungesättigte, lineare oder verzweigte Alkyl-, Cycloalkyl- oder Arylreste oder Wasserstoffatome sind. Eingeschlossen sind solche Polymere, wie Polyethylene, Polypropylene, Polybuten-1, Poly-(4-methylpenten-1), Polyisobuten, Poly-(vinylcyclohexan), Polybutadiene und Polystyrol und deren Ring- und alpha-substituierte Derivate.
Noch stärker bevorzugt sind Polyethylen und die gesättigten Alkyl- oder Cycloalkylpolyolefine. Polypropylen ist am stärksten bevorzugt.
Die hier beschriebenen Verfahren zum Strecken mit angemessenem Kühlen sind gut zur Verwendung bei Folien geeignet, einschließlich bei amorphen oder semikristallinen, thermoplastischen Polymerfolien. Amorphe Thermoplaste schließen Polymethacrylate, Polycarbonate, ataktische Polyolefine und statistische Copolymere ein, sind aber nicht darauf eingeschränkt. Semikristalline Thermoplaste schließen Polyester, Polyamide, thermoplastische Polyimide, Polyaryletherketone, aliphatische Polyketone, Polyphenylensulfid, isotaktisches oder syndiotaktisches Polystyrol und deren Derivate, Polyacrylate, Polymethacrylate, Cellulosederivate, Polyethylen, Polyolefine, fluorierte Polymere und Copolymere, Polyvinylidenchlorid, Polyacrylnitril, Polyvinylacetat und Polyether ein, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Semikristalline Thermoplaste, aus welchen biaxial orientierte Folien hergestellt werden können, werden manchmal über Ausdrücke ihres Kristallinitätsgrades in verschiedenen Stufen des Folienherstellungsverfahrens gekennzeichnet. So ist Polyethylenterephthalat (PET), ein übliches Polymer für eine biaxial orientierte Folie, dafür bekannt, dass es abgeschreckt werden kann, wenn es zu einer Folie gegossen wird. Das heißt, PET kristallisiert langsam genug, dass es auf eine Kühlwalze extrudiert und dabei schnell genug unter seine Glasübergangstemperatur abgekühlt werden kann, um die Bildung von messbaren Ausmaßen an Kristallinität zu verhindern. Es ist bekannt, dass ein solches Abschrecken bei der Herstellung einer biaxial orientierten PET-Folie vorteilhaft ist, da es sowohl ermöglicht, dass der/die Schritte) des Streckens bei Temperaturen stattfindet/stattfinden, welche nur wenig über der Glasübergangstemperatur liegen, als auch, dass ein wesentliches Ausmaß an Strecken ohne Bruch ermöglicht wird, wobei das Brechen häufig stattfindet, wenn man eine Bildung einer brüchigeren semikristallinen Gießbahn ermöglicht.
Der Kristallinitätsgrad einer semikristallinen Polymerfolie ist schwer genau zu quantifizieren, da er nicht nur von der Annahme eines Zweiphasenmodells (kristallin und amorph) für Polymermorphologie abhängt, welches genau oder nicht genau sein kann, sondern auch von der Annahme der Konstanz von einigen messbaren Eigenschaften (zum Beispiel Dichte) von jeder Phase, ohne Rücksicht auf solche Variablen wie Orientierungsgrad. Oft stellen gemäß dem Nichtangemessensein dieser Annahmen verschiedene Messtechniken verschiedene Ergebnisse bereit. Deshalb sollte eine genaue Übereinstimmung unter Durchführenden nicht erwartet werden, insbesondere wo verschiedene Techniken angewendet wurden. Techniken, welche auf dem Fachgebiet zur Einschätzung des Kristallinitätsgrades bekannt sind, schließen Dichte, Differentialscanningkalorimetrie (DSC, differential scanning calorimetry), mittleren Brechungsindex (über seine Beziehung zur Dichte), Analyse von Infrarotbanden und Röntgenverfahren ein.
Es wird berichtet, dass normalerweise der Kristallinitätsgrad von PET in der Form einer nicht gestreckten Gießfolie unmessbar niedrig, oder 0%, oder unter 1% ist. Diese wird normalerweise als eine amorphe Gießbahn bezeichnet. Bei einem gleichzeitigen biaxialen Orientierungsverfahren würde die Folie mit diesem niedrigen Kristallinitätsgrad in den Spannrahmen eingebracht. Bei einem üblicherweise häufiger angewendeten aufeinanderfolgenden Verfahren jedoch wird eine solche amorphe Folie zuerst unter Verwendung von erwärmten Walzen, welche mit verschiedenen Geschwindigkeiten rotieren, in Maschinenarbeitsrichtung gestreckt. Eine solche „Längsorientierung" erzeugt an der Folie etwas Kristallinität, wobei deren Grad überall als bei 7% bis 30% liegend angegeben wird. Siehe LeBourvellec und Beautemps, J. Appl. Polym. Sci. 39, 329 bis 39 (1990); und Faisant de Champchesnel, et al., Polymer 35 (19), 4092 bis 4102 (1994). In der gängigen Praxis variieren typische Werte in einem Bereich von 10 bis 20%. Siehe Encycl. Of Polym. Sci. & Engrg., Vol. 12, Wiley (NY) 1988, Seite 197. Bei einem aufeinanderfolgenden Verfahren ist es eine Folie dieses Kristallinitätsgrades, welche in den Spannrahmen eingebracht wird. Es wurde berichtet, dass ein Strecken in Querrichtung im Spannrahmen den Kristallinitätsgrad auf einen Bereich von 17% bis 40% erhöht. Vom darauffolgenden Wärmestabilisieren oder Tempern unter Querbeanspruchung im Spannrahmen wird berichtet, dass es zudem den Kristallinitätsgrad auf ungefähr 45% bis 50% erhöht. Die erwähnte Breite des Bereichs für die vorwärmestabilisierte Folie ist sowohl gemäß des Kristallinitätsbereichs der längsorientierten Folien, welche als Zugeführtes für diesen Schritt des Verfahrens bereitgestellt werden, als auch der experimentellen Schwierigkeit der Entkopplung des Schritts des Streckens in Querrichtung vom Wärmestabilisierungsschritt, wobei beide im Spannrahmenofen stattfinden. Bezüglich des Verhaltens von PET in einem gleichzeitigen, biaxialen Orientierungsverfahren ist sehr wenig bekannt, aber die verfügbaren Daten siedeln die Kristallinitätsgrade nach dem Strecken und nach dem Wärmestabilisieren in den selben Bereichen an, wie jene für das aufeinanderfolgende Verfahren nach dem TD-Strecken und nach dem Wärmebehandeln.
Ein anderer Polyester, welcher für eine Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist Polyethylennaphthalat (PEN). Man weis, dass PEN etwas langsamer kristallisiert als PET. Nichtsdestoweniger werden in Berichten über sein Verhalten in Spannrahmen-Folienverfahren die Kristallinitätsgrade am Ende von jedem Verfahrensschritt ungefähr in den selben Bereichen angesiedelt, wie sie für PET angegeben werden. Wenn in einer herkömmlichen Weise verarbeitet wird, ist deshalb auch PEN ein Beispiel für eine amorphe Gießbahn.
Im Gegensatz zu den Polyestern kristallisiert Polypropylen (PP) so schnell, dass es nahezu unmöglich ist, das geschmolzene Polymer über ein allgemein in der Praxis angewendetes Verfahren bei einer Kristallinität von weniger als 50% abzuschrecken. Siehe The Science and Technology of Polymer Films, Vol. II, von Orville J. Sweeting, Wiley (NY), 1971, Seite 223. Als ein Ergebnis wird PP bei Temperaturen etwas unter dem kristallinen Schmelzpunkt, im Gegensatz zur Temperatur etwas über der Glasübergangstemperatur, wie im Falle der Polyester, gestreckt. Etwas zusätzliche Kristallinität entwickelt sich während des Verfahrens, aber das Ausmaß ist gering. In einer umfassenden Studie fand man für die Kristallinitätsgrade von (nicht gestreckter) PP-Gießfolie, längsorientierter Folie und aufeinanderfolgend biaxial orientierter Folie jeweils 58%, 62% und 70%. Siehe A. J. de Vries, Pure Appl. Chem. 53, 1011 bis 1037 (1981). Die Encyclopedia of Polym. Sci. & Engrg., Vol. 7, Wiley (NY), 1987, Seite 80 gibt den Kristallinitätsgrad von typischen biaxial orientierten PP-Folien mit 65 bis 70% an.
Die hier beschriebenen Verfahren zum Strecken mit angemessenem Kühlen sind gut für eine Verwendung bei Folien, einschließlich semikristallinen thermoplastischen Polymerfolien, geeignet. Bevorzugte semikristalline thermoplastische Polymere sind jene, welche in einem wesentlichen Ausmaß ohne Brechen gestreckt werden können, wenn die Folie, welche den Spannrahmeneinlass passiert, einen Kristallinitätsgrad von größer als ungefähr 1% aufweist. Solche Folien werden hier als vorkristallisierte Polymerfolien bezeichnet. Stärker bevorzugte semikristalline thermoplastische Polymere sind jene, welche ohne Brechen wirkungsvoll biaxial gestreckt werden können, wenn die Folie, welche den Spannrahmeneinlass passiert, einen Kristallinitätsgrad von größer als ungefähr 7% aufweist. Noch stärker bevorzugte semikristalline thermoplastische Polymere sind jene, welche ohne Brechen wirkungsvoll biaxial gestreckt werden können, wenn die Folie, welche den Spannrahmeneinlass passiert, einen Kristallinitätsgrad von größer als ungefähr 30% aufweist. Sogar noch stärker bevorzugte semikristalline thermoplastische Polymere sind jene, welche ohne Brechen wirkungsvoll biaxial gestreckt werden können, wenn die Folie, welche den Spannrahmeneinlass passiert, einen Kristallinitätsgrad von größer als ungefähr 50% aufweist. Polypropylen ist am stärksten bevorzugt.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck „Polypropylen", dass Copolymere mit mindestens ungefähr 90 Gew.-% Propylenmonomereinheiten eingeschlossen sind. „Polypropylen" bedeutet auch, dass Polymergemische mit mindestens ungefähr 65 Gew.-% Polypropylen eingeschlossen sind. Polypropylen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt vorherrschend isotaktisch. Isotaktisches Polypropylen weist einen Kettenisotaktizitätsindex von mindestens ungefähr 80%, einen Gehalt an in n-Heptan Löslichem von mindestens ungefähr 15 Gew.-% und eine Dichte zwischen ungefähr 0,86 und 0,92 Gramm/cm³, gemessen gemäß ASTM D1505-96 („Density of Plastics by the Density-Gradient Technique", „Dichte von Kunststoffen über die Dichtegradiententechnik") auf. Typische Polypropylene zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung weisen bei einer Temperatur von 230°C und einer Kraft von 21,6 N eine Schmelzfließrate zwischen ungefähr 0,1 und 15 Grammzehn Minuten, gemäß ASTM D1238-95 („Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer", „Fließgeschwindigkeiten von Thermoplasten über Extrusionsplastometer"), ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts zwischen ungefähr 100.000 und 400.000 und einen Polydispersitätsindex zwischen ungefähr 2 und 15 auf. Typische Polypropylene zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung weisen einen Schmelzpunkt von größer als ungefähr 130°C, bevorzugt größer als ungefähr 140°C und am stärksten bevorzugt größer als ungefähr 150°C auf, wie unter Verwendung von Differentialscanningkalorimetrie bestimmt. Zudem können die in dieser Erfindung nützlichen Polypropylene Copolymere, Terpolymere, Quaterpolymere, usw. mit Ethylenmonomereinheiten und/oder alpha-Olefinmonomereinheiten mit zwischen 4 bis 8 Kohlenstoffatomen sein, wobei der Comonomer(en)gehalt weniger als 10 Gew.-% beträgt. Andere geeignete Comonomere schließen 1-Decen, 1-Dodecen, Vinylcyclohexen, Styrol, Allylbenzol, Cyclopenten, Norbornen und 5-Methylnorbornen ein, sind aber nicht darauf eingeschränkt. Ein geeignetes Polypropylenharz ist ein isotaktisches Polypropylen-Homopolymerharz mit einer Schmelzfließrate von 2,5 g/10 Minuten, welches im Handel unter der Produktbezeichnung 3374 von FINA Oil and Chemical Co., Dallas, TX erhältlich ist. Recyceltes und wieder verarbeitetes Polypropylen in der Form von zum Beispiel Scrapfolie oder Randverschnitt kann auch in das Polypropylen in Mengen von weniger als ungefähr 60 Gew.-% eingebracht werden.
Wie bereits erwähnt können auch Gemische mit mindestens ungefähr 65% isotaktischem Polypropylen und höchstens ungefähr 35% eines anderen Polymers oder anderer Polymere vorteilhafterweise im Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Geeignete zusätzliche Polymere in solchen Gemischen schließen Propylencopolymere, Polyethylene, Polyolefine mit Monomeren mit vier bis acht Kohlenstoffatomen und andere Polypropylenharze ein, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Polypropylen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann gegebenenfalls 1 bis 40 Gew.-% eines Harzes synthetischen oder natürlichen Ursprungs mit einem Molekulargewicht zwischen ungefähr 300 und 8000 und mit einem Erweichungspunkt zwischen ungefähr 60°C und 180°C einschließen. Typischerweise wird ein solches Harz aus einer von vier Hauptklassen ausgewählt: Petrolharze, Styrolharze, Cyclopentadienharze und Terpenharze. Gegebenenfalls können Harze von jeder dieser Klassen teilweise oder vollständig hydriert sein. Petrolharze weisen typischerweise als monomere Bestandteile Styrol, Methylstyrol, Vinyltoluol, Inden, Methylinden, Butadien, Isopren, Piperylen und/oder Pentylen auf. Styrolharze weisen typischerweise als monomere Bestandteile Styrol, Methylstyrol, Vinyltoluol und/oder Butadien auf. Cyclopentadienharze weisen typischerweise als monomere Bestandteile Cyclopentadien und gegebenenfalls andere Monomere auf. Terpenharze weisen typischerweise als monomere Bestandteile Pinen, alpha-Pinen, Dipenten, Limonen, Myrcen und Camphen auf.
Polypropylen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann gegebenenfalls Zusatzstoffe und andere Komponenten, wie auf dem Fachgebiet bekannt, einschließen. Zum Beispiel können die Folien der vorliegenden Erfindung Füllstoffe, Pigmente und andere farbgebende Stoffe, Antihaftmittel, Gleitmittel, Weichmacher, Verarbeitungshilfsmittel, antistatische Mittel, keimbildende Mittel, Antioxidationsmittel und Wärmestabilisierungsmittel, Stabilisierungsmittel gegenüber ultraviolettem Licht und andere Mittel zur Eigenschaftmodifizierung enthalten. Füllstoffe und andere Zusatzstoffe werden bevorzugt in wirkungsvollen Mengen zugegeben, welche so gewählt werden, dass die Eigenschaften, welche durch die hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen erhalten werden, nicht nachteilig beeinflusst werden. Typischerweise werden solche Materialien zu einem Polymer gegeben, bevor es zu einer orientierten Folie verarbeitet wird (z. B. in die Polymerschmelze, vor dem Extrudieren zu einer Folie). Organische Füllstoffe können organische Farbstoffe und Harze, genauso wie organische Fasern, wie Nylon- und Polyimidfasern, und Einschlüsse von anderen, gegebenenfalls vernetzten Polymeren, wie Polyethylen, Polyestern, Polycarbonaten, Polystyrolen, Polyamiden, halogenierten Polymeren, Polymethylmethacrylat und Cycloolefinpolymeren, einschließen. Anorganische Füllstoffe können Pigmente, Quarzstaub und andere Formen von Siliziumdioxid, Silikate, wie Aluminiumsilikat oder Magnesiumsilikat, Kaolin, Talk, Natriumaluminiumsilikat, Kaliumaluminiumsilikat, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Diatomeenerde, Gips, Aluminiumsulfat, Bariumsulfat, Calciumphosphat, Aluminiumoxid, Titandioxid, Magnesiumoxid, Eisenoxide, Kohlenstofffasern, Ruß, Graphit, Glaskügelchen, Glasbläschen, Mineralfasern, Tonteilchen, Metallteilchen und Ähnliches einschließen. In einigen Anwendungen kann es für Hohlräume vorteilhaft sein, wenn sich diese während des biaxialen Orientierungsverfahrens der vorliegenden Erfindung um die Füllstoffteilchen bilden. Viele der organischen und anorganischen Füllstoffe können auch wirkungsvoll als Antihaftmittel verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können Gleitmittel, wie Polydimethylsiloxanöle, Metallseifen, Wachse, höhere aliphatische Ester und höhere aliphatische Säureamide (wie Erucamid, Oleamid, Stearamid und Behenamid) angewendet werden.
Auch können antistatische Mittel, einschließend aliphatische tertiäre Amine, Glycerolmonostearate, Alkalimetallalkansulfonate, ethoxylierte oder propoxylierte Polydiorganosiloxane, Polyethylenglycolester, Polyethylenglycolether, Fettsäureester, Ethanolamide, Mono- und Diglyceride und ethoxylierte Fettamine, angewendet werden. Auch können organische oder anorganische keimbildende Mittel eingebracht werden, wie Dibenzylsorbitol oder seine Derivate, Chinacridon und seine Derivate, Metallsalze von Benzoesäure, wie Natriumbenzoat, Natriumbis-(4-tert-butylphenyl)-phosphat, Kieselsäure, Talk und Bentonit. Antioxidationsmittel und Wärmestabilisierungsmittel, einschließlich vom Phenol-Typ (wie Pentaerythrityltetrakis-[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionat] und 1,3,5-Trimethyl-2,4,6-tris-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)-benzol) und Alkali- und Erdalkalimetallstearate und -carbonate können vorteilhafterweise auch verwendet werden. Andere Zusatzstoffe, wie Flammschutzmittel, Stabilisierungsmittel gegenüber ultraviolettem Licht, Kompatibilitätsmittel, antimikrobielle Mittel (z. B. Zinkoxid), elektrische Leiter und Wärmeleiter (z. B. Aluminiumoxid, Bornitrid, Aluminiumnitrid und Nickelteilchen) können auch in das Polymer, welches zur Bildung der Folie verwendet wird, gemischt werden.
Die so erhaltenen Folien weisen wünschenswerterweise gleichmäßige Eigenschaften auf und sind für viele Anwendungen geeignet. Eine bevorzugte Anwendung der Folie der vorliegenden Anwendung ist ein Bandträger. Bevorzugt weist der Bandträger eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 0,020 bis ungefähr 0,064 mm auf. Der Träger wird mit einer Schicht von jedem geeigneten Klebstoff, wie auf dem Fachgebiet bekannt, beschichtet. Der Träger kann eine optionale Trenn- oder Niedrigadhäsionrückseitenschicht aufweisen, wie auf dem Fachgebiet bekannt.
Der Klebstoff kann jeder geeignete Klebstoff, wie auf dem Fachgebiet bekannt, sein. Bevorzugte Klebstoffe sind jene, welche über Druck, Wärme oder Kombinationen davon aktivierbar sind. Geeignete Klebstoffe schließen jene ein, die auf Acrylat, Kautschukharz, Epoxiden, Urethanen oder Kombinationen davon basieren. Der Klebstoff kann über Lösungs-, auf Wasser basierenden oder Heissschmelz-Beschichtungsverfahren aufgebracht werden. Der Klebstoff kann heissschmelzbeschichtete Formulierungen, übertragungsbeschichtete Formulierungen, lösungsmittelbeschichtete Formulierungen und Latexformulierungen, genauso wie laminierende, wärmeaktivierte und wasseraktivierte Klebstoffe und Bindemittel einschließen. Nützliche Klebstoffe schließen Haftklebstoffe ein. Haftklebstoffe ist dafür bekannt, dass sie Eigenschaften aufweisen, einschließlich: Trocken- und Dauerklebrigkeit, Haftvermögen bei nicht mehr als einem Fingerdruck und ausreichende Fähigkeit auf einem Haftgrund haften zu bleiben. Beispiele von nützlichen Klebstoffen schließen jene ein, welche auf allgemeinen Zusammensetzungen von Polyacrylat; Polyvinylether; Dienkautschuk, wie natürlichem Kautschuk, Polyisopren und Polybutadien; Polyisobutylen; Polychloropren; Butylkautschuk; Butadien-Acrylnitril-Polymer; thermoplastischem Elastomer; Blockcopolymeren, wie Styrol-Isopren- und Styrol-Isopren-Styrol (SIS) -Blockcopolymeren, Ethylen-Propylen-Dien-Polymeren und Styrol-Butadien-Polymeren; Poly-alpha-olefin; amorphem Polyolefin; Silikon; Ethylen enthaltendem Copolymer, wie Ethylenvinylacetat, Ethylacrylat und Ethylmethacrylat; Polyurethan; Polyamid; Epoxid; Polyvinylpyrrolidon und Vinylpyrrolidon-Copolymeren; Polyestern; und Gemischen oder Mischungen (kontinuierliche oder nicht kontinuierliche Phasen) der Vorstehenden basieren. Zusätzlich können die Klebstoffe Zusatzstoffe, wie klebrigmachende Mittel, Weichmacher, Füllstoffe, Antioxidationsmittel, Stabilisierungsmittel, Pigmente, diffundierende Materialien, Härtungsmittel, Fasern, Filamente und Lösungsmittel enthalten. Auch kann der Klebstoff gegebenenfalls über jedes bekannte Verfahren gehärtet werden.
Eine allgemeine Beschreibung von nützlichen Haftklebstoffen kann man in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 13, Wiley-Interscience Publishers (New York, 1988) finden. Eine zusätzliche Beschreibung von nützlichen Haftklebstoffen kann man in Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Vol. 1, Interscience Publishers (New York, 1964) finden.
Die Folie für Bandträger kann gegebenenfalls behandelt werden, indem sie einer Flammen- oder Coronaentladung oder anderen Oberflächenbehandlungen, einschließlich chemischer Grundierung, unterzogen wird, um eine Adhäsion von darauffolgenden Beschichtungsschichten zu verbessern.
In den folgenden bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind zusammengefasst:

1. Ein Verfahren zum Strecken einer Polymerfolie, umfassend die Schritte: Erfassen der Folie mit mehreren Haltern entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie und Antreiben der Halter, um dabei die Folie zu strecken, wobei die mehreren Halter angetriebene Halter und nicht angetriebene Halter aufweisen, wobei sich mindestens ein nicht angetriebener Halter zwischen jeweiligen Paaren von angetriebenen Haltern befindet, und Erwärmen der Polymerfolie auf eine ausreichend hohe Temperatur, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu gewährleisten; dadurch gekennzeichnet, dass aktiv ein Temperaturgradient an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie erzeugt wird, so dass die Folie auf der vorwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher in Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, kälter ist und auf der rückwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher entgegengesetzt zu der Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, wärmer ist, um die Gleichmäßigkeit der Abstände der angetriebenen und nicht angetriebenen Halter, im Vergleich zu den Abständen, die ohne solches Kühlen bei anderenfalls identischen Bedingungen erhalten werden, zu verbessern.
2. Verfahren zum Strecken einer Polymerfolie, umfassend die Schritte: Erfassen der Folie mit mehreren Haltern entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie und Antreiben der Halter, um dabei die Folie zu strecken, wobei die mehreren Halter angetriebene Halter und nicht angetriebene Halter aufweisen, wobei sich mindestens ein nicht angetriebener Halter zwischen jeweiligen Paaren von angetriebenen Haltern befindet, und Erwärmen des Mittelabschnitts und der Randabschnitte der Polymerfolie auf eine ausreichend hohe Temperatur, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu gewährleisten; gekennzeichnet durch
(a) Aufrechterhalten einer nicht höheren Temperatur an den Randabschnitten der Folie als an dem Mittelabschnitt der Folie bei Beginn des Streckens; und
(b) Erzeugen eines Temperaturgradienten an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie, so dass die Folie auf der vorwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher in Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, kälter ist und auf der rückwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher entgegengesetzt zu der Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, wärmer ist, um die Gleichmäßigkeit der Abstände der angetriebenen und nicht angetriebenen Halter, im Vergleich zu den Abständen, die ohne solches Kühlen bei anderenfalls identischen Bedingungen erhalten werden, zu verbessern.
3. Verfahren zum Strecken einer Polymerfolie, umfassend die Schritte: Erfassen der Folie mit mehreren Haltern entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie und Antreiben der Halter, um dabei die Folie zu strecken, wobei die mehreren Halter angetriebene Halter und nicht angetriebene Halter aufweisen, wobei sich mindestens ein nicht angetriebener Halter zwischen jeweiligen Paaren von angetriebenen Haltern befindet, und Erwärmen der Polymerfolie auf eine ausreichend hohe Temperatur, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu gewährleisten; dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturgradient an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie erzeugt wird, so dass die Folie auf der vorwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher in Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, kälter ist und auf der rückwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher entgegengesetzt zu der Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, wärmer ist, um den Wert des Nachlaufs der nicht angetriebenen Halter gegenüber dem Wert des Nachlaufs der nicht angetriebenen Halter in Abwesenheit des Kühlens zu verringern.
4. Verfahren zum Strecken einer Polymerfolie, umfassend die Schritte: Erfassen der Folie mit mehreren Haltern entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie und Antreiben der Halter, um dabei die Folie zu strecken, wobei die mehreren Halter angetriebene Halter und nicht angetriebene Halter aufweisen, wobei sich mindestens ein nicht angetriebener Halter zwischen jeweiligen Paaren von angetriebenen Haltern befindet, und Erwärmen der Polymerfolie auf eine ausreichend hohe Temperatur, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu gewährleisten; dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturgradient an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie erzeugt wird, so dass die Folie auf der vorwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher in Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, kälter ist und auf der rückwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher entgegengesetzt zu der Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, wärmer ist, um die Gleichmäßigkeit der Dicke entlang der Bahn gegenüber der Gleichmäßigkeit der Dicke entlang der Bahn in Abwesenheit des Kühlens zu verbessern.
5. Verfahren gemäß Punkt 1, wobei die Polymerfolie eine vorkristallisierte Polymerfolie ist.
6. Verfahren gemäß Punkt 1, wobei die Polymerfolie eine Vinylpolymerfolie ist.
7. Verfahren gemäß jedem der Punkte 1 oder 2, wobei der Erzeugungsschritt Kühlen der gegenüberliegenden Randabschnitte der Folie einschließt.
8. Verfahren gemäß jedem der Punkte 1 oder 2, wobei der Erzeugungsschritt Kühlen des Mittelabschnitts der Folie einschließt.
9. Verfahren gemäß jedem der Punkte 1 oder 2, wobei der Erzeugungsschritt Kühlen von im Wesentlichen der gesamten Breite der Folie einschließt.
10. Verfahren gemäß jedem vorstehenden Punkt, wobei der Erzeugungsschritt Kühlen an mindestens einem Abschnitt der Folie bei mindestens 3°C einschließt.
11. Verfahren gemäß jedem vorstehenden Punkt, wobei das Verfahren zudem das Antreiben der Halter durch einen Streckungsabschnitt, in welchem die Folie gestreckt wird, und nachfolgend durch einen Nachstreckungs-Behandlungsabschnitt umfasst, und wobei der Erzeugungsschritt in mindestens einem der Streckungsabschnitte und Behandlungsabschnitte durchgeführt wird.
12. Verfahren gemäß jedem vorstehenden Punkt, wobei das Verfahren biaxiales Strecken der Folie umfasst.
13. Verfahren gemäß Punkt 12, wobei das Verfahren gleichzeitiges biaxiales Strecken der Folie durch Antreiben der Halter mit variierenden Geschwindigkeiten in der Maschinenarbeitsrichtung entlang von in der Querrichtung auseinander gehender Halterführungsmittel umfasst.
14. Verfahren gemäß Punkt 13, wobei das Verfahren das Strecken der Folie zu einem Endstreckverhältnis von mindestens 2 : 1 in der Maschinenarbeitsrichtung und mindestens 2 : 1 in der Querrichtung umfasst.
15. Verfahren gemäß jedem vorstehenden Punkt, wobei mindestens zwei nicht angetriebene Halter zwischen jedem jeweiligen Paar von angetriebenen Haltern vorgesehen sind.
16. Verfahren gemäß jedem der Punkte 1 bis 4, wobei die Folie eine thermoplastische Folie umfasst.
17. Verfahren gemäß Punkt 16, wobei die Folie eine amorphe Folie umfasst.
18. Verfahren gemäß Punkt 16, wobei die Folie eine semikristalline Folie umfasst.
19. Verfahren gemäß Punkt 18, wobei die semikristalline Folie einen Kristallinitätsgrad von größer als ungefähr 1% vor dem Erwärmen aufweist.
20. Verfahren gemäß Punkt 18, wobei die semikristalline Folie einen Kristallinitätsgrad von größer als ungefähr 7% vor dem Erwärmen aufweist.
21. Verfahren gemäß Punkt 18, wobei die semikristalline Folie einen Kristallinitätsgrad von größer als ungefähr 30% vor dem Erwärmen aufweist.
22. Verfahren gemäß Punkt 16, wobei die Folie ein Vinylpolymer umfasst.
23. Verfahren gemäß Punkt 22, wobei die Folie ein Polyolefin umfasst.
24. Verfahren gemäß Punkt 23, wobei die Folie Polyethylen umfasst.
25. Verfahren gemäß Punkt 23, wobei die Folie Polypropylen umfasst.
26. Verfahren gemäß Punkt 25, wobei das Verfahren das Strecken der Folie auf ein Endflächenstreckverhältnis von mindestens 16 : 1 einschließt.
27. Verfahren gemäß Punkt 26, wobei das Verfahren das Strecken der Folie auf ein Endflächenstreckverhältnis von 25 : 1 bis 100 : 1 einschließt.
28. Verfahren gemäß Punkt 25, wobei Schritt a) das Erwärmen der Folie auf 120 bis 165°C umfasst.
29. Verfahren gemäß Punkt 28, wobei Schritt a) das Erwärmen der Folie auf 150 bis 165°C umfasst.
30. Verfahren gemäß Punkt 28, wobei der Erzeugungsschritt das Aufbringen von Kühlluft auf die Folie einschließt, wobei die Kühlluft mindestens 5°C kälter ist als die Folie.
31. Verfahren gemäß jedem der Punkte 2 bis 6, wobei der Erzeugungsschritt aktives Kühlen der gegenüberliegenden Randabschnitte der Folie einschließt.
32. Verfahren gemäß jedem der Punkte 2 bis 6, wobei der Erzeugungsschritt aktives Kühlen des Mittelabschnitts der Folie einschließt.
33. Verfahren gemäß jedem der Punkte 2 bis 6, wobei der Erzeugungsschritt aktives Kühlen auf im Wesentlichen der gesamten Breite der Folie einschließt.

Der Vorgang der vorliegenden Erfindung wird zudem mit Bezug auf die folgenden detaillierten Beispiele beschrieben. Diese Beispiele werden aufgeboten, um zudem die verschiedenen speziellen und bevorzugten Ausführungsformen und Techniken zu veranschaulichen. Es sollte jedoch als selbstverständlich angesehen werden, dass viele Variationen und Modifikationen gemacht werden können, während man innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung bleibt.
Beispiele 1 bis 6
Die folgenden Beispiele wurden im Allgemeinen wie im vorstehend erörterten '225 Patent beschrieben auf einem Linearmotorspannrahmen hergestellt, wobei zwei nicht angetriebene Halter zwischen jedem Paar von angetriebenen Haltern vorhanden waren. Ein kontinuierliches Polypropylen-Gießflächengebilde (Fina 3374x von Fina Chemical, Houston, Texas) wurde mit einer Dicke von etwa 0,054 Inch (1,4 mm) und einer Breite von 9,6 Inch (244 mm) extrudiert und auf einem Kühlwalzen/Wasserbad-System abgeschreckt. Die Folie wurde durch eine Reihe von Infrarot-Wärmevorrichtungen (IR-Wärmevorrichtung) geführt, dann in einen Linearmotorspannrahmenofen. Die IR-Wärmetemperatur, die Ofenvorwärmbereichtemperaturen (Zonen 1 bis 3) und Streckbereichtemperaturen (Zonen 4 bis 6) sind in Tabelle 1 dargelegt. Die Bahntemperatur, so wie sie über ein IR-Pyrometer am Einlass zu Zone 4 am Beginn des Streckbereichs gemessen wurde, ist auch in Tabelle 1 aufgeführt. Bei den Beispielen 1 bis 6 waren die Nachstreckbehandlungs-Temperaturen wie folgt: Zone 7: 160°C; Zonen 8 und 9: 165°C. Auch betrugen bei jedem dieser Beispiele die Endstreckverhältnisse 7 : 1 in der MD und 7 : 1 in der TD. Die Zonen, in welchen das MD-Strecken stattfand (4, 4 bis 5 oder 4 bis 6) sind nachstehend aufgeführt. In jedem dieser Beispiele wurde das TD-Strecken in den Zonen 4 bis 6 durchgeführt. Alle diese Streckprofile waren in Bezug auf die Maschinenstellung linear und schlossen eine 10%-ige Streckrelation in beiden Richtungen ein, welche in den Zonen 8 und 9 stattfand. Bei den Beispielen 1 bis 3 war die Randkühlungsluft abgeschaltet. Die Beispiele 4 bis 6 schlossen die Randkühlluft ein und entsprechen ansonsten jeweils den Beispielen 1 bis 3.
Tabelle 1 – Streckbedingungen
Der Abstand zwischen den Haltern wurde an der Folie am Auslass gemessen und der Nachlauf der nicht angetriebenen Halter wurde berechnet und in Tabelle 2 aufgeführt. Der ideale Abstand der nicht angetriebenen Halter ist als ein Drittel des Abstandes zwischen aufeinanderfolgenden angetriebenen Haltern D₁ (vorwärts gerichtet) und D₂ (rückwärts gerichtet) definiert. Der nicht angetriebene Halter I₁ ist der Vorwärtsgerichtete der zwei nicht angetriebenen Halter zwischen angetriebenen Haltern, und der nicht angetriebene Halter I₂ ist der Rückwärtsgerichtete der zwei. Die Werte für D₁–I₁, I₁–I₂ und I₂–D₂ in Tabelle 2 sind die Prozentabweichung des Abstandes vom Ideal, wobei positive Zahlen einen Abstand anzeigen, der größer ist als das Ideal, und negative Zahlen einen Abstand anzeigen, der kleiner ist als das Ideal. D₁–I₁ gibt die Abstandsabweichung in Prozent zwischen den vorwärts gerichteten angetriebenen und vorwärts gerichteten nicht angetriebenen Haltern, I₁–I₂ die Abstandsabweichung in Prozent zwischen nicht angetriebenen Haltern und I₂–D₂ die Abstandsabweichung zwischen dem rückwärts gerichteten nicht angetriebenen Halter und dem rückwärts gerichteten angetriebenen Halter an. Der angegebene Gesamtnachlauf ist die Prozentabweichung vom Idealabstand von D₁ zu I₁ minus die Prozentabweichung vom Ideal von I₂–D₂. Durch Rundungseffekte weichen einige der Werte in der „Gesamt"-Spalte in Tabelle 2 von den Unterschieden der D₁–I₁- und I₂–D₂-Spalten um eine Größe in der letzten Dezimalstelle ab. Alle Werte sind für die beiden Sätze von Haltern auf der Ersten Seite des Spannrahmens und auf der gegenüberliegenden Zweiten Seite des Spannrahmens aufgeführt.
Tabelle 2
Aus den in Tabelle 2 aufgeführten Ergebnissen ist ersichtlich, dass der Nachlauf der nicht angetriebenen Halter in Beispiel 1 von 6,1 auf einer Seite und von 3,1 auf der anderen Seite durch den Zusatz von Randkühlung in Beispiel 4 auf jeweils 4,8 und 0,3 verringert werden kann. Darüber hinaus kann der Nachlauf der nicht angetriebenen Halter in Beispiel 2 von 23,9 und 15,7 durch den Zusatz von Randkühlung in Beispiel 5 auf jeweils 20,5 und 11,8 verringert werden. Auch kann der Nachlauf der nicht angetriebenen Halter von 10,3 und 7,5 in Beispiel 3 durch den Zusatz von Randkühlung in Beispiel 6 zu einem Vorlauf der nicht angetriebenen Halter von –4,4 und –5,9 verändert werden. Auch zeigen die Beispiele, dass, wenn ein Nachlauf der nicht angetriebenen Halter verringert (Beispiele 4 und 5) oder zu einem Vorlauf der nicht angetriebenen Halter verändert werden kann (Beispiel 6), ein Satz von Randkühlbedingungen gefunden werden kann, welcher zu einem idealen Abstand der nicht angetriebenen Halter führt.
Beispiele 7 bis 10
Die folgenden Beispiele wurden im Allgemeinen wie im vorstehend erörterten '225 Patent beschrieben auf einem Linearmotorspannrahmen hergestellt, wobei zwei nicht angetriebene Halter zwischen jedem Paar von angetriebenen Haltern vorhanden waren. Ein kontinuierliches Polypropylen-Gießflächengebilde (Fina 3374x von Fina Chemical, Houston, Texas) wurde mit einer Dicke von etwa 0,054 Inch (1,36 mm) und einer Breite von 13,8 Inch (350 mm) extrudiert und auf einem Kühlwalzen/Wasserbad-System abgeschreckt. Die Folie wurde durch eine Reihe von Infrarot-Wärmevorrichtungen (IR-Wärmevorrichtung) geführt, dann in einen Linearmotorspannrahmenofen. Bei den Beispielen 7 bis 10 wurden die IR-Wärmetemperatur auf 500°C, die Ofenvorwärmzonentemperaturen (Zonen 1 bis 3) auf jeweils 207°C, 205°C und 193°C und die Streckzonentemperaturen (Zonen 4 bis 5) auf jeweils 160°C und 155°C gesetzt. Die Relaxations- (Zone 6) und die Nachstreckbehandlungs- (Zonen 7 bis 9) Temperaturen wurden so wie in Tabelle 3 aufgeführt gesetzt. Bei jedem dieser Beispiele betrugen die Endstreckverhältnisse 6,3 : 1 in der MD und 6,3 : 1 in der TD. Die MD- und TD-Streckungen wurden gleichzeitig in den Zonen 4 und 5 durchgeführt. Alle diese Streckprofile waren in Bezug auf die Maschinenstellung linear und schlossen eine 10 %-ige Streckrelaxation, sowohl in der MD, als auch in der TD ein, welche in Zone 6 stattfand.
Beispiel 7
Beispiel 7 schloss eine Kühlluft in Zone 6 ein, welche 5°C kälter war als die Temperatur von Zone 5.
Beispiel 8
Beispiel 8 wurde gemäß Beispiel 7 hergestellt, außer, dass eine 15°C-Kühlung in Zone 6 verwendet wurde.
Beispiel 9
Beispiel 9 wurde gemäß Beispiel 7 hergestellt, außer, dass eine 20°C-Kühlung in Zone 6 verwendet wurde.
Beispiel 10
Beispiel 10 wurde gemäß Beispiel 7 hergestellt, außer, dass eine 25°C-Kühlung in Zone 6 und zusätzliche 5°C-Kühlung in Zone 7 verwendet wurde.
Tabelle 3 – Streckbedingungen
Der Abstand zwischen den Haltern wurde an der Folie am Auslass gemessen und der Nachlauf der nicht angetriebenen Halter wurde berechnet und in Tabelle 4 aufgeführt, wie vorstehend erörtert. Alle Werte sind für die beiden Sätze von Haltern auf der Ersten Seite des Spannrahmens und auf der gegenüberliegenden Zweiten Seite des Spannrahmens aufgeführt.
Tabelle 4
Aus den in Tabelle 4 aufgeführten Ergebnissen ist ersichtlich, dass der Nachlauf der nicht angetriebenen Halter in Beispiel 7 von 14,2 auf einer Seite und von 8,5 auf der anderen Seite durch den Zusatz eines ausreichenden Ausmaßes an Zonenkühlung nach dem Beginn des Streckens verringert werden kann, wie in den Beispielen 8 bis 10 gezeigt. Insbesondere, wie bei den Beispielen 9 und 10 gezeigt, beträgt das Ausmaß des Gesamtnachlaufs weniger als 5%.
Beispiel 11
Beispiel 11 wurde im Allgemeinen wie im vorstehend erörterten '225 Patent beschrieben auf einem Linearmotorspannrahmen hergestellt, wobei zwei nicht angetriebene Halter zwischen jedem Paar von angetriebenen Haltern vorhanden waren. Ein kontinuierliches Polypropylen-Gießflächengebilde (Fina 3374x von Fina Chemical, Houston, Texas) wurde mit einer Dicke von etwa 0,055 Inch (1,39 mm) und einer Breite von 13,8 Inch (350 mm) extrudiert und auf einem Kühlwalzen/Wasserbad-System abgeschreckt. Die Folie wurde durch eine Reihe von Infrarot-Wärmevorrichtungen (IR-Wärmevorrichtung) geführt, dann in einen Linearmotorspannrahmenofen. Die IR-Wärmetemperatur wurde auf 600°C, die Ofenvorwärmzonentemperaturen (Zonen 1 bis 3) auf jeweils 184°C, 177°C und 156°C und die Streckzonentemperaturen (Zonen 4 bis 5 bis 6 bis 7) auf jeweils 152°C, 170°C, 170°C und 170°C gesetzt. Die Relaxations- (Zone 8) und die Nachstreckbehandlungs- (Zone 9) Temperaturen wurden beide auf 158°C gesetzt. Bei diesem Beispiel betrugen die Endstreckverhältnisse 5,8 : 1 in der MD und 9,0 : 1 in der TD. Die MD-Streckung wurde in den Zonen 4 und 5 durchgeführt und die TD-Streckung wurde in den Zonen 4 bis 7 durchgeführt. Das Streckprofil schließt eine 10%-ige Streckrelaxation in beiden Richtungen in Zone 8 ein.
Mit den vorstehend beschriebenen Tests und Testergebnissen ist nur eine Veranschaulichung beabsichtigt, als vielmehr eine Prognose, und durch Variationen im Testverfahren kann man erwarten, dass unterschiedliche Ergebnisse erhalten werden.
Die vorliegende Erfindung wurde nun unter Bezug auf mehrere Ausführungsformen davon beschrieben. Die vorstehende(n) detaillierte(n) Beschreibung und Beispiele sind nur für die Klarheit des Verständnisses gegeben. Keine unnötigen Einschränkungen davon sollten selbstverständlich sein. Es wird für den Fachmann offensichtlich sein, dass viele Veränderungen in den beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. Deshalb sollte der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die hier beschriebenen genauen Details und Strukturen eingeschränkt sein, sondern vielmehr durch die im Wortlaut der Ansprüche beschriebenen Strukturen und durch die Äquivalente von jenen Strukturen.

Claims

Verfahren zum Strecken einer Polymerfolie, umfassend die Schritte: Erfassen der Folie mit mehreren Haltern entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie und Antreiben der Halter, um dabei die Folie zu strecken, wobei die mehreren Halter angetriebene Halter und nicht angetriebene Halter aufweisen, wobei sich mindestens ein nicht angetriebener Halter zwischen jeweiligen Paaren von angetriebenen Haltern befindet, und Erwärmen der Polymerfolie auf eine ausreichend hohe Temperatur, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu gewährleisten; dadurch gekennzeichnet, dass aktiv ein Temperaturgradient an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie erzeugt wird, so dass die Folie auf der vorwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher in Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, kälter ist und auf der rückwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher entgegengesetzt zu der Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, wärmer ist, um die Gleichmäßigkeit der Abstände der angetriebenen und nicht angetriebenen Halter, im Vergleich zu den Abständen, die ohne solches Kühlen bei anderenfalls identischen Bedingungen erhalten werden, zu verbessern.
Verfahren zum Strecken einer Polymerfolie, umfassend die Schritte: Erfassen der Folie mit mehreren Haltern entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie und Antreiben der Halter, um dabei die Folie zu strecken, wobei die mehreren Halter angetriebene Halter und nicht angetriebene Halter aufweisen, wobei sich mindestens ein nicht angetriebener Halter zwischen jeweiligen Paaren von angetriebenen Haltern befindet, und Erwärmen des Mittelabschnitts und der Randabschnitte der Polymerfolie auf eine ausreichend hohe Temperatur, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu gewährleisten; gekennzeichnet durch (a) Aufrechterhalten einer nicht höheren Temperatur an den Randabschnitten der Folie als an dem Mittelabschnitt der Folie bei Beginn des Streckens; und (b) Erzeugen eines Temperaturgradienten an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie, so dass die Folie auf der vorwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher in Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, kälter ist und auf der rückwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher entgegengesetzt zu der Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, wärmer ist, um die Gleichmäßigkeit der Abstände der angetriebenen und nicht angetriebenen Halter, im Vergleich zu den Abständen, die ohne solches Kühlen bei anderenfalls identischen Bedingungen erhalten werden, zu verbessern.
Verfahren zum Strecken einer Polymerfolie, umfassend die Schritte: Erfassen der Folie mit mehreren Haltern entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie und Antreiben der Halter, um dabei die Folie zu strecken, wobei die mehreren Halter angetriebene Halter und nicht angetriebene Halter aufweisen, wobei sich mindestens ein nicht angetriebener Halter zwischen jeweiligen Paaren von angetriebenen Haltern befindet, und Erwärmen der Polymerfolie auf eine ausreichend hohe Temperatur, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu gewährleisten; dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturgradient an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie erzeugt wird, so dass die Folie auf der vorwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher in Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, kälter ist und auf der rückwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher entgegengesetzt zu der Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, wärmer ist, um den Wert des Nachlaufs der nicht angetriebenen Halter gegenüber dem Wert des Nachlaufs der nicht angetriebenen Halter in Abwesenheit des Kühlens zu verringern.
Verfahren zum Strecken einer Polymerfolie, umfassend die Schritte: Erfassen der Folie mit mehreren Haltern entlang der gegenüberliegenden Ränder der Folie und Antreiben der Halter, um dabei die Folie zu strecken, wobei die mehreren Halter angetriebene Halter und nicht angetriebene Halter aufweisen, wobei sich mindestens ein nicht angetriebener Halter zwischen jeweiligen Paaren von angetriebenen Haltern befindet, und Erwärmen der Polymerfolie auf eine ausreichend hohe Temperatur, um ein wesentliches Maß an Streckung ohne Bruch zu gewährleisten; dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturgradient an mindestens einem Abschnitt der Breite der gestreckten Folie erzeugt wird, so dass die Folie auf der vorwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher in Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, kälter ist und auf der rückwärts gerichteten Seite des Folienabschnitts, welcher entgegengesetzt zu der Richtung der Folienbewegung in der Maschinenarbeitsrichtung liegt, wärmer ist, um die Gleichmäßigkeit der Dicke entlang der Bahn gegenüber der Gleichmäßigkeit der Dicke entlang der Bahn in Abwesenheit des Kühlens zu verbessern.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Polymerfolie eine vorkristallisierte Polymerfolie ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Polymerfolie eine Vinylpolymerfolie ist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin das Antreiben der Halter durch einen Streckungsbereich, in welchem die Folie gestreckt wird, und nachfolgend durch einen Nachstreckungs-Behandlungsabschnitt umfasst, und wobei der Erzeugungsschritt in mindestens einem der Streckungsabschnitte und Behandlungsbereich durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren biaxiales Strecken der Folie umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Verfahren gleichzeitiges biaxiales Strecken der Folie durch Antreiben der Halter mit variierenden Geschwindigkeiten in der Maschinenarbeitsrichtung entlang von in der Querrichtung auseinander gehender Halterführungsmittel umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Verfahren das Strecken der Folie zu einem Endstreckverhältnis von mindestens 2 : 1 in der Maschinenarbeitsrichtung und mindestens 2 : 1 in der Querrichtung umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei nicht angetriebene Halter zwischen jedem jeweiligen Paar von angetriebenen Haltern vorgesehen sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Folie eine thermoplastische Folie umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Folie eine amorphe Folie umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Folie eine semikristalline Folie umfasst.