DE60024397T2

DE60024397T2 - Verfahren zur doppelten Orientierung von mehrschichtigen, thermoplastischen Materialien

Info

Publication number: DE60024397T2
Application number: DE60024397T
Authority: DE
Inventors: Claudio Gini
Original assignee: TECNO COATING ENG Srl; Tecno Coating Engineering Srl
Current assignee: TECNO COATING ENG Srl; Tecno Coating Engineering Srl
Priority date: 1999-11-16
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: US6521168B1; IT1314223B1; DK1101596T3; CA2323027A1; EP1101596B1; ATE311283T1; EP1101596A3; US20030082252A1; EP1101596A2; ITMI992384A1; DE60024397D1; ITMI992384A0; ES2254093T3

Description

Die Erfindung bietet ein Verfahren und die dazu gehörende Anlage für die Reckung und doppelte Orientierung eines mehrschichtigen bzw. vielschichtigen thermoplastischen Materials, insbesondere coextrudierter mehrschichtiger Materialien, wodurch ermöglicht wird, das maximale Orientierungsverhältnis für alle Schichten selbst dort zu erzielen, wo sie unterschiedliche Reckungsverhältnisse und Orientierungstemperaturen haben.
Insbesondere bringt das Verfahren gemäß der Erfindung ein mehrschichtiges coextrudiertes röhrenförmiges bzw. schlauchartiges Material, das den Vorwärmtunnel verlässt, auf die Orientierungstemperatur des Materials bei der höchsten Reckungstemperatur, führt dann eine erste doppelte Orientierungsphase durch, während die verbleibenden Materialien noch in einem plastischen Zustand sind, senkt dann die Temperatur des röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materials auf die Temperatur der doppelten Orientierung des zweiten Materials, und führt dann eine Orientierungsphase des zweiten Materials durch, während gleichzeitig die doppelte Orientierung des ersten Materials vervollständigt wird, usw. für alle anderen Schichten.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es daher, eine doppelte Orientierung der verschiedenen Schichten bei dem maximalen zulässigen Verhältnis für jede von ihnen zu erzielen, während ihre chemischen und physikalischen Merkmale verbessert werden und auch wesentliche Materialeinsparungen erzielt werden.
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Herstellung mehrschichtiger extrudierter Materialien und ins besondere auf die Herstellung röhrenförmiger bzw. schlauchartiger Materialien oder Filme aus einem mehrschichtigen thermoplastischen Material.
Diese röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materialien oder Filme werden z.B. für das Verpacken vorgekochter oder roher Lebensmittel wegen ihrer niedrigen Kosten und chemisch-physikalischen Eigenschaften verwendet, die eine günstige Konservierung des Produktes über vernünftige Zeitdauern hinweg gewährleisten.
Diese röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materialien oder Filme bestehen im Allgemeinen aus mehreren Schichten von Materialien, die je nach ihren Eigenschaften ausgewählt werden.
Insbesondere das Material, aus dem die innere Schicht zusammengesetzt ist, muss mit dem verpackten Produkt kompatibel und vollständig nicht-toxisch sein, und die anschließenden Schichten müssen eine effektive Barriere gegen Gase, Flüssigkeiten und Gerüche bilden.
Diese röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materialien oder Filme werden im Allgemeinen hergestellt, indem man Schichten konzentrischer Materialien durch eine ringförmige Düse extrudiert, an deren Auslass das röhrenförmige bzw. schlauchartige Material kalibriert und abgekühlt wird und dann aufgewärmt wird, indem man es durch einen Tunnel hindurchführt und es anschließend doppelt orientiert wird, indem man es gleichzeitig in zwei Richtungen, nämlich eine Querrichtung und eine Längsrichtung, reckt.
Das Längsrecken wird durchgeführt, indem man das röhrenförmige bzw. schlauchartige Material zwischen zwei Formstücken reckt, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und mit einer Geschwindigkeitszunahme zwischen ihnen bewegen, die gleich dem Reckungsverhältnis ist, während das Querrecken durch das sogenannte "Blasen"-System durchgeführt wird, das darin besteht, dass man ein Volumen an Luft in das röhrenförmige bzw. schlauchartige Material bläst, was eine Zunahme seines Durchmessers, die gleich dem Reckungsverhältnis ist, verursachen kann, wodurch eine Art von Luftblase im Innern des gestreckten röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materials zwischen den beiden Formstücken erzeugt wird.
Die JP-A-59072662 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines laminierten Films durch Laminieren eines nicht-kristallinen Polyesterharzes auf kristallines Polyesterharz durch Coextrusion, bei dem die Oberflächentemperatur des Films bei dem Anfangspunkt der Expansion beim Recken größer gemacht wird als diejenige eines nicht-gereckten Rohmaterials, woraufhin die Temperatur in einer Expansionszone angehoben wird, die Temperatur der Birne von dem Anfangspunkt der Expansion zu dem Endpunkt der Expansion auf einem höheren Wert gehalten wird und anschließend die Temperatur abgesenkt wird.
Diese Reckungssysteme sind dem Fachmann bekannt, so dass sich eine ausführliche Beschreibung erübrigt.
Die unterschiedlichen Materialien, aus denen die verschiedenen Schichten zusammengesetzt sind, haben im Allgemeinen unterschiedliche Schmelz- und Orientierungstemperaturen, und ihre maximal erzielbaren Reckungsverhältnisse variieren ebenfalls von Material zu Material.
Die folgende Tabelle zeigt die erwähnten Parameter für die am häufigsten verwendeten Materialien beim Herstellen dieser röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materialien:
Um ein Reißen des Materials zu verhindern, aus dem eine oder mehrere dieser Schichten bestehen, ist es offensichtlich notwendig, dass das Recken des zu orientierenden röhrenförmigen Materials die Werte für das Material mit dem niedrigsten Reckungsverhältnis beachtet.
Hieraus folgt daher, dass viele der Materialien nicht vollständig ausgenutzt werden, da sie trotz ihrer Fähigkeit, größere Reckungsverhältnisse als die angelegten zu ertragen, tatsächlich in einem geringeren Ausmaß und bei einem Reckungsverhältnis gereckt werden, das gleich groß wie das Reckungsverhältnis des Materials ist, welches den kleinsten Dehnungsgrad toleriert.
Diese Grenzen werden nun durch Anwenden des erfindungsgemässen Verfahrens überschritten, welches es erlaubt, den maximal möglichen Reckungswert für jede Schicht zu erreichen.
Hierfür wird erfindungsgemäss, wie in Anspruch 1 offenbart, das aus dem Tunnel austretende röhrenförmige bzw. schlauchartige Material bis auf die Temperatur des Materials gebracht, das die höchste Reckungstemperatur hat, und das röhrenförmige bzw. schlauchartige Material wird ausgedehnt, um das Recken der ersten Schicht zu beginnen, während das Material der verbleibenden Schichten, die noch in einem geschmolzenen Zustand sind, sich plastisch verformt, indem es den Dehnungen der ersten Schicht folgt.
Die Temperatur des röhrenförmigen Materials wird dann verringert und bis herab zur Orientierungstemperatur des zweiten Materials gesteuert, wobei die erste Schicht weiterhin gereckt wird, während gleichzeitig diese zweite Schicht gereckt wird.
Der Prozess wird dann so fortgesetzt, bis alle Schichten vollständig gereckt sind.
Die Erfindung wird nun beispielhaft und nicht einschränkend anhand der beigefügten Figuren ausführlich beschrieben, wobei:
1 eine vereinfachte Ansicht einer erfindungsgemässen Anlage für die Herstellung eines röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materials aus einem mehrschichtigen thermoplastischen material zeigt;
2 eine vergrößerte Einzelheit von 1 ist; und
3 ein Diagramm ist, welches das Reckungsverhältnis, die Heiztemperatur und die Temperatur des röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materials beschreibt.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den speziellen Fall eines röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materials, welches drei Schichten aufweist, wovon eine aus Polyamid, eine aus Klebstoff und eine aus PP-Copolymer besteht.
Es ist jedoch klar, dass dieselbe Lösung auch in geeigneter Weise bei auf einer Mehrzahl von Schichten basierenden Materialien verwendet werden kann oder mit anderen Materialien hergestellt werden kann.
In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine in vereinfachter Form gezeigte Düse bzw. Matrize, die ein röhrenförmiges bzw. schlauchartiges Material aus einer Schicht von PP-Copolymer, einer Schicht aus Klebstoff und einer weiteren Schicht aus Polyamid extrudiert.
Das PP-Copolymer hat eine Orientierungstemperatur im Bereich von etwa 128 bis 138°C und kann ein Reckungsverhältnis erreichen, das nahe bei 1:6,5 liegt.
Das Polyamid hat eine Orientierungstemperatur von 75 bis 85°C und kann ein Reckungsverhältnis von bis zu 1:3,5 oder maximal 1:4 erreichen.
Nach dem Austritt aus der Düse 1 tritt das röhrenförmige bzw. schlauchartige Material 2 durch eine Kammer hindurch, die von mehreren, vorzugsweise auf Basis von Wasser arbeitenden, Kühlvorrichtungen 3 umgeben ist.
Diese Vorrichtungen sind für sich bekannt, so dass eine ausführlichere Beschreibung nicht notwendig ist.
Die Rollen bzw. Walzen 4 nehmen das röhrenförmige bzw. schlauchartige Material mit einer Geschwindigkeit mit, die höher als die Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse ist, wodurch bewirkt wird, dass es in einer plastischen Phase gestreckt wird, und um die Dicke des primären röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materials vor dem Kühlschritt zu bestimmen.
Die Rollen 5 arbeiten synchron mit den Rollen 4 und sind am Einlass des Tunnels angeordnet, der aus zwei oder mehreren Kammern 6 und 7 besteht, die von einer Reihe ringförmiger Heizvorrichtungen, vorzugsweise vom Infrarot-Typ, umgeben sind und mit "IR" bezeichnet sind.
Weiter förderabseitig übernimmt eine Kühlvorrichtung 8 das Kühlen des röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materials, das anschließend durch zwei Ebenen aus Rollen bzw. Walzen 9 flach gemacht wird, dann zwischen einem Rollen- bzw. Walzenpaar 10 aufgenommen wird und schließlich zu einer in der Figur nicht gezeigten Aufwicklungsspule geführt wird.
Die Rollen bzw. Walzen 10 nehmen das röhrenförmige bzw. schlauchartige Material mit einer Geschwindigkeit mit, die größer als diejenige der Rollen bzw. Walzen 5 ist, wodurch bewirkt wird, dass diese sich in einer axialen Richtung verlängern und orientieren.
Gleichzeitig bewirkt die ins Innere des röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materials geblasene Luft eine Ausdehnung bei der Reckung im Innern der Kammer 7, die durch die Heizvorrichtungen IR definiert ist, und führt somit seine Orientierung in einer Querrichtung durch.
Das Merkmal der Erfindung besteht darin, dass einige Mittel bereitgestellt werden, die in der Lage sind, die Temperatur des röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materials in den verschiedenen Bereichen seines Weges zu steuern, um einen Temperaturgradienten zu erzielen, der von der Orientierungstemperatur des Polypropylens in dem stromaufseitigen Bereich am Einlass der Kammer abweicht, bis hin zu der (niedrigen) Orientierungstemperatur des Polyamids in dem förderabseitigen Bereich zum Auslass der Kammer 7 hin.
Im Wesentlichen wird das Material in dem ersten Teilabschnitt des Wegs im Innern der Kammern 6 in dem durch S1 bezeichneten Bereich in der Figur auf die Temperatur zum Orientieren des Polypropylens und somit auf etwa 138°C vorgewärmt.
Die Länge der Teilstrecke S1 ist derart, dass sie die Temperatur T1 erreichen kann, wobei die Vorwärtsgeschwindigkeit der röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materialien berücksichtigt wird.
Das röhrenförmige bzw. schlauchartige Material bewegt sich anschließend zu der Kammer 7 in den mit S2 markierten Bereich und erfährt an diesem Punkt eine erste Orientierung bis zu einem Verhältnis R1. Bei der Weiterbewegung des röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materials wird die Temperatur verringert, bis sie den Wert T2 in dem Teilabschnitt S3 erreicht, die gleich groß wie der Orientierungswert des Polyamids ist, der in diesem speziellen Fall etwa 80°C beträgt.
Selbst in diesem Fall ist die Länge des Teilabschnitts S2 derart berechnet, dass während dieses Teilabschnitts das röhrenförmige bzw. schlauchartige Material auf den maximal zulässigen Wert für das Polyamid bei einem Reckungsverhältnis R2 orientiert wird.
Während dieser Phase wird auch die Orientierung der ersten Schicht fortgesetzt, wobei diese Orientierung sich zu der vorherigen addiert, so dass sogar die erste Schicht bis zu dem maximal zulässigen Wert orientiert wird, während die dazwischen angeordnete Klebstoffschicht sich in einem plastischen Zustand stets verlängert.
Im Wesentlichen bedeutet dies, dass, wenn R3 das maximale Orientierungsverhältnis für das erste Material be zeichnet und R2 das Orientierungsverhältnis des zweiten Materials bezeichnet, die Orientierung der ersten Teilstrecke S2 den Wert R1 = R3 – R2 hat.
Auf diese Weise werden am Ende des Prozesses alle Schichten letztendlich bei ihren maximal zulässigen Werten orientiert.
Abschließend lässt sich sagen, dass das erfindungsgemässe Verfahren das Durchführen eines ersten partiellen Reckungsvorgangs bei der Orientierungstemperatur des ersten Materials ermöglicht, während die anderen Materialien noch in einem plastischen Zustand sind und deshalb der Verformung des ersten Materials folgen, ohne innere Spannungen zu verursachen, sowie eine zweite Phase zum Verringern der Temperatur ermöglicht, bei der das röhrenförmige bzw. schlauchartige Material auf die tiefere Orientierungstemperatur des zweiten Materials gebracht wird, und eine weitere Reckungsphase ermöglicht, bei der das Recken der ersten Stufe vervollständigt wird und das Recken der zweiten Schicht durchgeführt wird.
Dieselbe Vorgehensweise kann in dem Fall von beliebigen röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materialien mit drei oder mehreren Schichten durchgeführt werden, indem man die verschiedenen Reckungsphasen richtig verändert.
Das Diagramm der 3 zeigt beispielhaft die verschiedenen Parameter, wobei auf den Reckungsvorgang einer Polypropylen-Schicht Bezug genommen wird. Die Linie "RS" zeigt hier das Querrichtung/Längsrichtung-Reckungsverhältnis, während die Linie "T-IR" die Temperatur der Heizelemente und die Linie "T-TV" die Temperatur des eigentlichen röhrenförmigen bzw. schlauchartigen Materials zeigt.

Claims

Verfahren zur Orientierung und Reckung von vielschichtigen röhrenförmigen thermoplastischen Materialien, das folgende Phasen umfasst: a) Man bringt das röhrenförmige Material am Ausgang des Vorwärmtunnels auf die Orientierungstemperatur eines ersten Materials, das die höchste Orientierungstemperatur besitzt, während die Materialien der anderen Schichten sich noch im plastischen Zustand befinden; b) man führt eine erste Teilreckung der besagten ersten Schicht aus, wobei die anderen Schichten sich plastisch verformen, um den Ausdehnungen zu folgen; c) man senkt die Temperatur des röhrenförmigen Materials bis zur Orientierungstemperatur einer zweiten Schicht; d) man führt die Reckung dieser zweiten Schicht aus und setzt gleichzeitig die Reckung der vorhergehenden Schicht fort; e) man wiederholt die Phasen c) und d) für die nachfolgenden Schichten solange bis man für jede Schicht den maximal gestatteten Reckungsgrad erreicht hat.
Methode nach Anspruch 1, bei der man während der Teilreckungsphase des besagten ersten Materials einen Reckungswert erhält, der der Differenz entspricht zwischen dem maximal erreichbaren Reckungswert des besagten ersten Materials und dem maximalen Reckungswert des nachfolgenden Materials.
Methode nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch die Tatsache dass die Orientierung besagter Folie durch das „Blasensystem" erfolgt.