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Bandförmige Kreuzlaminate,
bestehend aus zwei oder mehr miteinander verbundener Folien, die
uniaxial oder unabgeglichen biaxial orientiert sind, sind seit 1968
auf dem Markt erhältlich,
aber zeitigten immer bezüglich
Heissiegelung Probleme.
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Diese
ersten Kreuzlaminate wurden mit Zusammensetzungen, Struktur und
Verfahren hergestellt, die in
GB-A-0,792,976 vom 9. April 1958 und
GB-A-0,816,607 vom
15. Juli 1959 beschrieben sind. Eine rohrförmige Folie aus Polyethylen
(normalerweise HDPE) oder Polypropylen wurde in ihrer Längsrichtung
stark einachsig orientiret durch Verstreckung bei einer relativ
niedrigen Temperatur, dann spiralig zu einem Band oder einer Bahn
mit schief zu ihrer Orientierung geschnitten, woraufhin zwei oder
mehr solcher Bahnen laminiert wurden, normalerweise durch Extrusionslamination
mit über
Kreuz laufenden Orientierungsrichtungen. Wurden solche Kreuzlaminate
heissgesiegelt, z. B. durch Impulssiegelung, um eine „schalfähige" Art der Siegelung zu
formen, erwies sich die Stossabschälfestigkeit der Siegelung als
ausgesprochen niedrig (ausgenommen die Siegelung wurde durch zusätzliches
Material, d. h. durch Ueberansteckung verbessert).
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Unter „abschälfähige" Siegelung wird eine
Siegelung verstanden, ausgebildeten Abschälkräften konzentriert in einer
linear schmalen Zone zu widerstehen, im Gegensatz zu einer überlappenden
Siegelung, ausgebildet, den Schälkräften zu widerstehen,
die über
die gesamte Breite der Versiegelung verteilt sind.
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Schlag-
oder Stossschälfestigkeit
ist bei heissgesiegelten Säcken
besonders wichtig, um der Stosswirkung zu widerstehen, wenn der
Sack auf eine seiner Kanten rechtwinklig zu der sich linear erstreckenden Heissiegelung
fallen gelassen wird.
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Die
unzureichende Schälfestigkeit
der Siegelung beruht auf dem Umstand, dass die Heissiegelung die Orientierung
stark beeinträchtigt,
nicht nur in dem verbundenen Teil der Siegelung – bei dem Verlust der Orientierung
keine Rolle spielt – sondern
auch in unmittelbar angrenzenden schmalen „Linien" des nicht verbundenen Kreuzlaminates.
Bei Stossabschälung
erschienen diese „Linien" schwach und neigen
zum Abriss. (Bei geringeren Abschälgeschwindigkeiten, wenn das
Material in diesen Linien Zeit hat, sich zu verlängern und zu orientieren, können die
Siegelungen eine ausreichende Schälfestigekit aufweisen.)
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Die
Schälfestigkeit
kann verbessert werden, wenn auch nicht zufriedenstellend, durch
Koextrusion dünner,
niedriger schmelzender Oberflächenschichten
(Heissiegel-Schichten) auf die Oberflächen der für das Kreuzlaminat verwendeten
Folien. Jedoch, findet die Heissiegelung bei einer Temperatur statt,
bei der die Orientierung der Hauptschichten erhalten bleibt, tritt
ein anderes Phenomen auf, nämlich
dass sich die zwei Kreuzlaminate voneinander trennen, da die Abschälkraft auf
die dünnen
Verbindungschichtungen konzentriert ist. Um eine solche Trennung
zu verhindern, muss den Folien in und unmittelbar an den Verbindungsbereich angrenzend
die Möglichkeit
der Schrumpfung gegeben werden, wodurch sie in ihrer Dicke zunehmen,
und die durch die Schälung
ausgelösten
Spannungen abgebaut werden.
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Wie
in
GB-A-1,526,722 beschrieben,
wurden Verbesserungen bezüglich
Stossschälfestikgeit
von Heissiegelungen (und andere Festigkeitsverbesserungen) durch
ein andersartiges Verfahren zur Herstellung von Kreuzlaminaten erreicht.
Bei der üblichen
Art der Verfahrensführung
(welches seit 1978 kommerziell verfügbar ist) wird zuerst eine
rohrfömige
Folie mit einer im wesentlichen uniaxial längsgerichteten Orientierung und
mit dünnen
Oberflächenschichten
zur Durchführung
des Laminationsprozesses (Laminations-Schichten) koextrudiert, auch
um die Oberflächeneigenschaften
des fertigen Kreuzlaminates zu verbessern, insbesondere die Heissiegel-Eigenschaften
(„Heissiegelschichten"). Diese rohrfömige Folie
wird dann spiralig geschnitten zur Bildung einer Bahn mit eingestellter
Schmelzorientierung und mehrere solcher Bahnen werden kontinuierlich über Kreuz übereinandergeschichtet
und weiter durch Querverstreckung zwischen gerillten Walzen orientiert
und vor und nach dieser Operation einer herkömmlichen Längsverstreckung zwischen Walzen
glatter Oberflächen,
die mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten laufen, unterzogen.
Die Verstreckung zwischen den gerillten Walzen wird gewöhnlich mehrere
Male wiederholt, wobei die Längsverstreckung
auch wiederholt werden kann. Um ein Höchstmass an energieabsorbierenden
Eigenschaften zu erhalten, auch mit Blick auf die Stossschälfestigkeit
der Heissiegelung, werden die längs- und quergerichteten
Verstreckungsschritte, nachdem die spiralig geschnittenen Folien
zu einem „Sandwich" vereinigt sind,
normalerweise bei Temperaturen durchgeführt, die bedeutend tiefer liegen
als die der Schmelzbereiche der Folien und können sogar bei normaler Umgebungstemperatur
ausgeführt
werden.
US-A-4,629,525 offenbart ein folgendes
Wärmestabilisationsverfahren.
Auch wurde vorgeschlagen, die Folien solcher Laminate so anzuordnen,
dass eine Hauptorientierungsrichtung im wesentlichen der Längsrichtung
des Kreuzlaminates aufweist, während
die andere eine Hauptorientierungsrichtung aufweist, die überwiegend
rechtwinklig zur Längsrichtung
verläuft.
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Normalerweise
wird eine signifikante Verbindung zwischen den über Kreuz „übereinander geschichteten" Folien, so dass
sie ein Laminat bilden, bereits durch die Verstreckung zwischen
gerillten Walzen erreicht, und diese Verbindung wird durch einen
Wärmestabilisations-Prozess
verstärkt.
Jedoch wird eine übergreifend starke
Verbindung immer vermieden, da diese den Rissfortschrittwiderstand
beeinträchtigt,
der ein besonders achtenswertes Merkmal dieser Kreuzlaminate ist.
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Verbesserte
Gleichförmigkeit
der Querverstreckung zwischen gerillten Walzen und Möglichkeiten
für höhere Durchsätze, schwerere
und steifere Kreuzlaminate werden durch ein Verfahren erreicht,
das in der
EP-B-0,276,100 beschrieben
ist, bei dem ein Satz gerillter Walzen äusserst genau aufeinander eingestellt
ist und unter hohem Walzendruck arbeitet, um einen gemeinsamen Querzug
und Querverquetschung erreichen. (Das Beispiel dieser Beschreibung
macht sich dieses zu Nutzen.) Das Verfahren ist weiterentwickelt
in der
EP-A-0,624,126
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Bewährte Arten,
das spiralige Schneiden auszuführen,
sind in der
EP-B-0,426,702 offenbart.
Dieses Patent beschreibt auch, wie ein grosser Winkel der Schmelze-Orientierung,
sogar 90° zur
Längsrichtung
der Follie, erreicht werden kann, indem erst eine rohrförmige Folie
mit einer „schraubenförmigen" Schmelze-Orientierung (relative
Drehung zwischen dem Extrusionswerkzeug und den Abzugseinrichtungen)
extrudiert und in einem zweiten Verfahrensschritt dieses Rohr spiralförmig in
einer Richtung geschnitten wird, die den Orientierungswinkel vergrössert.
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Zurückkommend
auf das Problem der Schlag-Schälfestigkeit
einer Heissiegelung, Kreuzlaminate hergestellt nach der Lehre der
GB-A-1,526,722 oder
nach ihren vorstehend erwähnten
Verbesserungen sind seit 1978 in Gebrauch für die Herstellung einseits
offenen (open mouth) industriellen Säcken, gesiegelt am oberen oder
unteren Ende durch eine „schalfähige" Heissiegelung und
werden so noch immer in relativ grossem Umfang benutzt. Dies schliesst
die Verwendung von „Formung-Füllung-Siegelung" ein, bei dem die
Umwandlung von Folie zum Sack im Zusammenhang mit dem Füllvorgang
stattfindet. Jedoch bei dem bestehenden Bedürfnis, das Folienmaterial zur
Sackherstellung dünner
zu machen, werden weitere Verbesserungen dringend benötigt. Hierbei
ist wichtig, Verbesserungen der Heissiegeleigenschaften zu erzielen
ohne andere wichtige Stärkeeigenschaften
zu reduzieren, insbesondere die Dehnungsspannung. Letztere ist wichtig
im Zusammenhang mit der Stapelung von Industrie-Säcken gefüllt mit
staubförmigen
oder körnigem
Material, da die unteren Schichten der Säcke in einem Stapel oft unter
sehr hohe statische Belastung geraten.
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Gemäss der in
EP-B-0,338,747 beanspruchten
Erfindung, die besonders mit Blick auf Industrie-Säcke aus
solchen Kreuzlaminaten entwickelt wurde, wird die Heissiegelung
durch eine angrenzende Reihe von Prägungen geschützt, die
ausgerichtet ist, stossabsorbierend und/oder Kraftkontrolle zu wirken.
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Ferner
gemäss
der Erfindung offenbart in
WO-A-98/23434 wird
ein Heissiegelverfahren bereitgestellt, auch mit besonderem Bezug
auf Kreuzlaminate, das eine besonders hohe Schrumpfung der Polymer-Folie
zulässt,
nicht nur in dem verbundenen Bereich der Heissiegelung aber auch
in den unmittelbar angrenzenden unverbundenen Bereichen der Folie,
auf der Seite der Versiegelung dazu vorbestimmt, in Berührung mit
der Füllung
des Sackes zu kommen. Durch die hohe Schrumpfung nimmt die Dicke
der Folie in den Bereichen zu und dies kompensiert den Verlust an
Orientierung in diesen Bereichen. (Wie zu Anfang dieser Beschreibung erwähnt, sind
die Probleme der Heissiegelung von Kreuzlaminaten durch Orientierungsverluste
in den unverbundenen Bereichen angrenzend an die verbundenen Bereiche
ausgelöst.)
Diese Erfindung beschreibt eine Hin- und Herbewegung eines der Siegelbalken.
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Jedoch
trotz der erwiesenermassen positiven Ergebnisse dieser zwei Erfindungen,
die eine – Schutz der
Siegelung durch Prägungen – und die
andere betreffend – ein
besonderes Heissiegelverfahren – hat
keine der beiden Akzeptanz in der Fachwelt gefunden. Der Grund dafür ist, dass
beide Erfindungen eine besondere maschinelle Ausrüstung, aufzustellen
durch den Benutzer, verlangen, die die Kreuzlaminate zu Säcken umwandeln
und/oder die Säcke
füllen
und verschliessen. Folglich besteht ein dringendes Bedürfnis, die
Heissiegeleigenschaften des Kreuzlaminates selbst zu verbessern,
ohne die Festigkeitseigenschaften, insbesondere die Streckgrenzenspannung
zu beeinträchtigen.
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Die
Kreuzlaminate gemäss
dieser Erfindung sind durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet,
und das bevorzugte Verfahren zur Herstellung durch die des Anspruches
13. Die Unterschiede bezüglich Schrumpffähigkeit,
auf die in diesen beiden Ansprüchen
Bezug genommen wird, betragen vorzugsweise wenigstens 10% (Ansprüche 2 und
14) und in bevorzugter Weise 15%, 20% oder sogar mehr.
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Der
Elastizitätskoeffizient
(E) des Materiales, aus dem A in unorientiertem Zustand hergestellt
ist, ist wenigstens 15% tiefer als die ähnliche Eigenschaft des Materiales,
aus dem B gebildet ist. Die Zielsetzung dieser Massnahme ist, die
Kräfte
während
der Abschälung
weniger konzentriert auftreten zu lassen, während das Kreuzlaminat als
ganzes gesehen so steif wie möglich
gemacht wird.
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Der
nichtorientierte Zustand, auf den E hier Bezug nimmt, kann durch
Aufschmelzen und Wiederverfestigung von A, nachdem dieser von B
getrennt ist, erreicht werden, ebenso für B. Eine zweckmässige Technik zur
Delamination von A und B wird folgend detaillierter in dem Beispiel
beschrieben.
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Wird
das Kreuzlaminat gemäss
der Erfindung zur Herstellung eines Sackes mit einer Heissiegelung senkrecht
zur Hautporientierungsrichtung in (A) benutzt und der Sack mit beispielsweise
körnigem
Inhalt wird versehentlich fallengelassen, dann verleiht das höhere E im
A Material tendenziell eine höchstmögliche Längung in
Richtung senkrecht zur Naht und die Stossabsorbtion, die aus dieser
Längung
besonders in dieser Richtung resultiert, erhöht die Aufprallfestigkeit der
Schweissnaht.
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Hinsichtlich
der Form oder Geometrie eines Stapels gefüllter Säcke, insbesondere hinsichtlich
der Beibehaltung einer ordnungsgemässen Form des Stapels, hat
jede Ausdehnung der Säcke
eine negative Auswirkung , aber diesbezüglich zählt der Durchschnitt der Ausdehnung
in Längs-
und Querrichtung der Säcke
und deshalb kann die hohe Dehnfähigkeit
in Hauptrichtung des A Materiales des Kreuzlaminates kompensiert
werden durch die entsprechend niedrige Dehnfähigkeit in Hauptrichtung des
B Materiales.
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Jede
der Folien, auf die hier Bezug genommen ist, kann entweder koextrudiert
oder einzeln extrudiert sein, d. h. jede kann aus mehreren oder
nur eine Schichtung bestehen. Ferner kann jede der Folien (bezogen auf
die Molekülorientierung)
strikt einachsig oder in unabgeglichenem Zustand biaxial orientiert
sein, so dass sie jedenfalls eine Hauptorientierungsrichtung aufweisen.
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Die
Seite des Laminates, auf der die Folie oder Gruppe von Folien bezeichnet
mit A angeordnet ist, ist die Seite, die zur Verbindung durch Heissiegelung
(normalerweise Heissiegelung mit einem ähnlichen Kreuzlaminat) bestimmt
ist, nämlich
so, dass sich die Heissiegelung im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der
Kreuzlaminat-Folie (Anspruch 21) erstreckt. Erwartet werden kann,
dass das Kreuzlaminat hauptsächlich in
Rohrform mit einer sich in Längsrichtung
erstreckenden überlappenden
Schweissnaht angeboten wird, wobei das Rohr ein mit einem Zwickel
versehenes Rohr sein kann, bereit zum Einsatz in „Form-Füllung-Versiegelung". In dieser Ausführung muss
die A Oberfläche
die innere Oberfläche
des Rohres sein (Anspruch 22).
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Als
Alternative kann das Kreuzlaminat gefaltet sein, ohne dass ein Rohr
hergestellt ist, zum Zwecke der Herstellung von Säcken, bei
der die Faltung den Boden und die Seitenkanten bildet, werden diese
heissgesiegelt. Auch in diesem Fall der gefalteten Ausbildung muss
die innere Oberfläche
die A-Oberfläche
sein (Anspruch 22).
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Die
relativ hohe Schrumpffähigkeit
von A oder A', die
vorzugsweise wenigstens 30% beträgt
(Ansprüche
3 und 15), besonders bevorzugt 35%, 40% oder sogar mehr in einer
Richtung bestimmt senkrecht zu stehen zur Heissiegelung, ergibt
einen passend starken Zusammenzug und dadurch einen Zuwachs an Dicke. Die
Aufheizung, die unvermeidlich in der Nachbarschaft der Siegelung
stattfindet, führt
zu einer Differenzschrumpfung von A und B mit einem besonders interessanten
und nützlichen
Effekt – siehe
Photomicrographs 8b, c und d – vorausgesetzt, die Oberflächenteile
der Siegelbalken sind unter einem Winkel verlaufend, gebogen oder
abgerundet an ihren Grenzen, so wie sie es normalerweise sind, um
sogenannte „Narben" (Fehlstellen) in
gesiegeltem Material zu vermeiden.
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Die
Differenzschrumpfung, die auf die beanspruchten Eigenschaften des
Kreuzlaminates zurückgeht, lässt letzteres
sich in eine Richtung biegen, die die A-Seite konkav werden lässt – wie sichtbar
auf dem Photomicrograph in einem Abstand von dem verbundenen Bereich.
Jedoch unmittelbar angrenzend an den verbundenen Bereich, wo das
Material aufgeschmolzen und weich ist, wird diese Biegung durch
eine Biegung in entgegengesetzter Richtung kompensiert, so dass
die A Seite hier konvex wird. Letztere Biegung, die indirekt das
Ergebnis der Differenzschrumpfung ist, wirkt als eine Art Abschälung in
aufgeschmolzenem Zustand und verstärkt die Siegelung. Ferner hat
die Differenzschrumpfung die Wirkung, dass das Laminat in Richtung
auf die Siegelbalken geschoben wird auch gegen ihre unter einem
Winkel stehenden, gebogenen oder gerundeten Kanten, an denen kein
Siegeldruck herrscht, das dazu beiträgt, dass das Material in seiner
Dicke in dem Bereich zunimmt, die während der Stossabschälung kritisch
ist.
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Aus
Gründen
der guten Ordnung ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Siegelungen,
gezeigt in den Photomicrographs, vermittels einer besonderen Versieglungsmethode
hergestellt wurden, die in
WO-A-98/23434 beschrieben
ist, wodurch die vorstehend beschriebenen Effekte erhöht wurden.
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Ein
Merkmal in Anspruch 1 ist die Differenz zwischen der Schrumpfung
von A und der Schrumpfung von B, wenn die zwei Folien oder Zusammenstellung
von Folien voneinander getrennt worden sind. Tatsächlich sind
Kreuzlaminate normalerweise mit Blick auf den Einfluss der Verbindung
auf den Rissfortschrittwiderstand gefertigt mit relativ niedriger
Verbindung (Verbindungsfestigkeit) zwischen den einzelnen Folien
(dies wurde schon gesagt) und deshalb ist eine solche Trennung selbst
bei Raumtemperatur verhältnismässig leicht.
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Die
separierten Folien können
hinsichtlich ihrer Schrumpffähigkeit
in jeder gewünschten
Richtung geprüft
werden, z. B. in Längsrichtung
bezüglich
der Bahn, oder in einer Richtung rechtwinklig zu dieser Richtung, wenn
auf eine passende vorbestimmte Temperatur erhitzt. Diese Temperatur
liegt z. B. nahe bei aber unterhalb dem mechanisch bestimmten Schmelzpunkt
von A oder B, welcher den niedrigeren Schmelzpunkt aufweist. Bezüglich der
Erfindung ist bevorzugt, dass die Schrumpfung ausgedrückt in Prozentdefinition
der A Folie oder Folienzusammenstellung wenigstens 10 Einheiten
(vorzugweise mehr) höher
liegt als die der Folie B oder Folienzusammenstellung in Längsrichtung
der Bahn, wenn die Schrumpfungen an der gleichen vorbestimmten Temperatur
gemessen werden, die nahe aber unterhalb des mechanisch bestimmten
Schmelzpunktes von A oder B liegt, welche von beiden die niedrigere
Schmelztemperatur aufweist. Die vorbestimmte Temperatur kann z.
B. 5°C unterhalb
des mechanisch bestimmten Schmelzpunktes liegen. Eine passende Messtemperatur,
wenn ein Kreuzlaminat aus auf Polyethylen basierenden Folien besteht,
liegt im Bereich von 115°C
bis 120°C.
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In
diesem Zusammenhang verliert der mechanisch bestimmte Schmelzpunkt,
bei dem die Folie oder Folienzusammenstellung, je nachdem wie der
Fall vorliegt, ausgesprochen deutlich seine mechanische Stabilität bei Temperaturanstieg
(maximale Differenzveränderung),
die einfacherweise direkt auf der Folie oder Folienzusammenstellung
durch dynamische Spektrometrie bestimmt werden kann. Der Schmelzpunkt
kann wahlweise aus dem Wechsel von Dehnspannung durch die Temperatur
bestimmt werden.
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Die
Schrumpfeigenschaften von A' und
B' vor der Ueberkreuzschichtung
(siehe Anspruch 14) ist nach gleicher Art bestimmbar. Wenn jedoch
A' und/oder B' jede aus mehr als
einer Folie besteht, muss die Bestimmung nach der Verbindung der
geschichteten Folie A' und/oder
B' ohne Veränderung
ihrer Eigenschaften erfolgen, was vermittels eines weichen Zweikomponentenklebers
erreichbar ist.
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Gemäss der Erfindung
kann vorteilhafterweise die Verbindung zwischen A und B schwächer ausgeführt werden
als die gemeinschaftliche Verbindung zwischen den Folien in der
A oder B Zusammenstellung (Anspruch 8) im Falle A und/oder B aus
mehr als einer Folie gebildet ist. Dieser Vorteil betrifft die allgemeinen Festigkeitseigenschaften
des Kreuzlaminates. Vorteilhafte Werte der Verbindungsfestigkeit,
bei langsamem Abschälen
gemessen, liegen zwischen ungefähr
0,1 und 0,5 Ncm–1, gemessen als Durchschnitt
zwischen der Abschälung
längs-
und quergeschnittener Streifen. (Dieser Hinweis ist nicht als Eingrenzung
des Umfanges der Erfindung zu sehen.)
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Die
Verbindung wird vorzugsweise herbeigeführt und wertmässig eingestellt
durch koextrudierte „Laminations-Schichten" auf jeder Folie,
die zur Verwendung zur Kreuzlamination bestimmt ist, und bevorzugterweise
sind auch koextrudierte „Heissiegel-Schichten" vorgesehen zur Erleichterung
des Zusammenhaltes zweier Kreuzlaminate während der Hiessiegelung und/oder
zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften des
Laminates (Ansprüche
9 und 16). Besonders geeignete Polymermaterialien sind in den Ansprüchen 10, 11
und 12 genannt.
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Normalerweise
tritt ein gewisser Differenzschwindungs-Effekt im Kreuzlaminat nach der Erfindung selbst
bei Umgebungstemperatur auf, d. h. es entwickelt sich eine gewisse
Aufrollneigung um die Querrichtung der Bahn, es sei denn, dagegen
werden vorbeugende Massnahmen ergriffen. Dies kann für die Handhabung von
Bahnen oder Säcken
aus Kreuzlaminaten von Nachteil sein. Um dieses Problem zu überwinden
kann der Querschnitt der Bahn eine wellige Form mit stabilisierten
Wellen haben, vorzugsweise so, dass die Wellenlänge, gemessen von Wellenkrone
zu Wellenkrone, auf einer Oberfläche
der Bahn weniger als 5 mm beträgt
(Ansprüche
4, 5). Jedoch sollte diese Wellung vorzugsweise sehr flach sein.
In sich selbst ist bekannt, Kreuzlaminate mit solcher flachen Wellung
nach der bereits erwähnten
EP-A-0,624,126 herzustellen.
Die darin offenbarten Verfahren sind direkt in Verbindung mit der
vorliegenden Erfindung anwendbar. Während eine solche Wellung des
Querschnittes der Bahn die Tendenz zur Rollung (Differenzschwindung)
bei Raumtemperatur (Umgebungstemperatur) vollständig aufheben kann, reduziert
sie nicht wesentlich die erfinderischen Effekte der Differenzschwindung
während
der Heissiegelung, da die stabilisierte Wellung während der
Querschrumpfung verschwindet, wenn das Laminat auf Temperaturen
nahe dem Schmelzpunkt aufgeheizt wird.
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Ersichtlich
wird von dem Hauptanspruch des Verfahrens (Anspruch 13) die geschichtete
Bahn oder das Band vorzugsweise zwischen gerillten Walzen querverstreckt
und es wird auch in Längsrichtung
verstreckt und zu einem Laminat verbunden. Normalerweise sollten
mehrere Stufen gerillter Walzen verstrecken, es können auch
mehrere Stufen für
Längsverstreckung
und Verbindung vorgesehen sein. Diese Verfahren können in verschiedenen
Sequenzen ablaufen, wobei in diesem Zusammenhang die Offenbarungen
der bereits erwähnten
GB-A-1,526,722 ,
EP-B-0,276,100 und
EP-A-0,624,126 anwendbar
sind.
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Die
Folie oder die Folien, die A' bilden,
wird oder werden vorzugsweise – vor
Schichtung mit der Folie oder Folien, die B' bilden – in Längsrichtung orientiert, indem
sie über
eine Reibrückhalte-Walze
oder Balken (Anspruch 17 bis 20) gezogen werden, in anderen Worten
werden sie unterhalb des Schmelzbereiches einer herkömmlichen
Längsverstreckung
unterworfen, gleichermassen als würden sie über glatte Walzen unterschiedlicher
Umfangsgeschwindigkeit geleitet. Es kann vorteilhafterweise eine
Verstreckung bei Temperaturen deutlich unterhalb des Schmelzbereiches,
d. h. bei 20–60°C sein. Wird
der Spiralschnitt einer rohrförmigen
A' Folie zur Herstellung
einer A' Folie benutzt,
sollte der Spiralschnitt vor der Längsverstreckung erfolgen.
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A' und B' können je
eine Folie sein, wahlweise eine koextrudierte Mehrschichtfolie (siehe 1 und das
Flussbild 4), was am einfachsten ist,
wenn speziell ein sehr dünnes
Kreuzlaminat gewünscht
ist. Jedoch mit Blick auf die allgemeinen Festigkeitseigenschaften
des Kreuzlaminates sind B' und/oder
A' vorzugsweise
aus zwei Folien gebildet wie weiter in Ansprüchen 6, 7 und 19 beansprucht
und in 2 und 3 und in den Flussbildern der 5 und 6 gezeigt.
(Die Winkel +/–60
Grad und +/–30
Grad, in den Zeichnungen und Flussbildern dargestellt, sind natürlich nur
Beispiele.)
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Anstatt
für A' zwei Folien zu verwenden,
die mittels Spiralschnitt unter relativ kleinem Winkel hergestellt
wurden, ist es praktischer, eine Folie mit zwei schmelzorientierten
Schichten, hergestellt unter Verwendung zweier gegendrehender Werkzeughalter,
zu verwenden, wie in Anspruch 20 beansprucht und Flussbild gemäss 7 dargestellt.
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Hinsichtlich
Extrusion einer solchen Folie und Ausbildung des Extrusionswerkzeuges
mit gegenläufig drehenden
Werkzeughälften
wird auf vorangehend genannte
GB-A-1,526,722 verwiesen.
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Die
Erfindung wird durch die folgenden Zeichnungen dargestellt, von
denen
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1, 2 und 3 perspektivische
Skizzen dreier verschiedener Kreuzlaminate sind,
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4, 5, 6 und 7 sind
Flussbilder von vier verschiedenen Wegen zur Herstellung des Kreuzlaminates
und Umwandlung desselben zum Zwecke der Herstellung von Säcken und
Verwendung von „Formung,
Füllung
und Versiegelung".
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8a,
b, c und d sind Photomikrographien von Querschnitten von Heissiegelungen,
hergestellt bei verschiedenen Temperaturen im Kreuzlaminat, das
gemäss
dem Beispiel hergestellt ist.
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9,
die auf das Beispiel Bezug nimmt, weist vier Graphiken aus, die
die Schrumpfeigenschaften der verschiedenen Schichten in verschiedene
Richtungen zeigen.
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In
den perspektivischen Zeichnungen 1, 2 und 3 sind
(a) die Hauptschichten, in denen die hohen Dehnkräfte des
Kreuzlaminates liegen, (b) sind die Laminierschichten und (c) die
Heissiegelschichten. Die Winkel der Schmelzorientierung, bevor eine
Aufschichtung stattfand, ist in gepunkteten Linien dargestellt und
die Grösse
der respektiven Winkel ist auf die gepunktete Linie geschrieben.
Die Werte +60° und –60° sind angezogen
als Beispiele numerisch relativ grosser Winkel, und +30° und –30° als Beispiele
relativ kleiner Winkel.
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Die
Buchstaben A oder A' und
B oder B' deuten
an, welche Folie oder welche Zusammenstellung von Folien zu A oder
A' und welche zu
B oder B', wie in
den Ansprüchen
offenbart, gehören.
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Der
Vector CD verdeutlicht die in A' hergestellte
Längsorientierung
deutlich unterhalb des Schmelzbereiches und bevor A' mit B' gestapelt (sandwiched)
wurde.
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Die
Vectoren DE und CF zeigen die entsprechenden Längs- und Querorientierungen im Kreuzlaminat, die
nach der Schichtung von A' auf
B' entstanden sind,
und die CF Orientierung, die durch die Verstreckung zwischen gerillten
Walzen erzeugt wurde.
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Bezüglich der
Flussbilder gemäss 4 bis 7 sollte
man sich bewusst sein, dass ich zwischen „Aufeinanderschichten" (sandwiching) und „Lamination" unterscheide. Mit
Aufeinanderschichten deute ich an, dass zwei oder mehr Folien eine
auf der anderen aufgebracht werden, unbeschadet, ob sie miteinander
verbunden oder nicht verbunden werden. Mit „Lamination" ist gemeint, dass
aufeinander aufgebrachte (sandwiched) Folien miteinander verbunden
werden (was während
oder nach der Aufeinanderschichtung erfolgen kann)
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In
jedem Flussbild ist ein Kasten mit dem Text „Lamination und gerillte Rollenverstreckung
und Längsrichtungsverstreckung". Der Grund, warum
diese verschiedenen Schritte in einem Kasten oder Rahmen zusammengefasst
sind, ist der, dass – wie
bereits erwähnt – jeder
dieser Schritte normalerweise bis zu mehreren Malen wiederholt und
die Reihenfolge diese Schritte variiert werden kann.
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Die
Photomikrographien 8a, b, c und d haben einen Massstab
(Messlatte) und die Vergrösserung zu
verdeutlichen. Die Siegelzeit betrug 1.4 s. Aus rein zweckmässigen Gründen wiesen
die zwei Siegelbalken zwei verschiedene Temperaturen auf, nämlich folgendermassen:
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8a:
120°C an
einem Balken, 130°C
an dem anderen Balken
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8b:
130°C an
einem Balken, 140°C
an dem anderen Balken
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8c:
150°C an
einem Balken, 160°C
an dem anderen Balken
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8d:
170°C an
einem Balken, 180°C
an dem anderen Balken.
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Die
Genauigkeit der Temperatureinstellung an jedem Balken war +2°C.
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Beispiel
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Hergestellt
wird ein Kreuzlaminat des in 2 gezeigten
Aufbaues unter Anwendung eines Herstellungsablaufes, der im Flussbild 5 gezeigt
ist (jedoch unter Weglassen der Schritte „Drücken" und „Rohrherstellung")
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Koextrudiert
in Rohrform wird eine Folie mit einem Gewicht von 59 gm–2.
- Hauptschicht (a) in Folie A',
75% des Gesamten A':
50% LLDPE (Dowlex 2045) + 50% HMWHDPE (kleine Anteile aus Farben
und Additiven werden hier vernachlässigt).
- Heissiegelschicht (c) in A',
15% des Ganzen von A':
100% LLDPE (Dowlex 2045).
- Laminationsschicht (b) in A',
10% des Ganzen von A':
15% AFFINITY 8100 + 85% LLDPE (Dowlex 2045). AFFINITY 8100 ist ein
metallogenes LLDPE mit einem Schmelzbereich von 50–60°C.
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Der
Extrusion folgend wird die Folie im Verhältnis 1.30:1 bei 40°C in Längsrichtung
verstreckt.
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Die
zwei für
die Folie B' verwendeten
Folien werden in einer Dicke resultieren und in einem Gewicht von
45.4 gm–2 extrudiert.
Die Hauptschichtung (a) besteht aus 70% HMWHDPE plus 10% Polypropylen
plus 20% LLDPE. Die Laminierschichten (b) sind gleicher Zusammensetzung
wie A'. Ferner weist
die B' Folie in
der Mitte der drei Folienschichtungen auf beiden Seiten eine Laminierschicht
auf, wobei jede 10% des Gesamtgewichtes ausmacht. Die andere Folie
B' weist als Oberfläche eine
Heissiegelschicht (c) auf. Diese Folie B' umfasst eine Hauptschichtung (a) zu
75%, eine Heissiegelschicht zu 15% von (c) und eine Laminierschicht
(b) zu 10%.
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Diese
beiden Folien B' werden
spiralig unter einem Winkel von 57° geschnitten.
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Die
drei koextrudierten Folien A',
B' und B' sind überkreuz
geschichtet wie in Flussbild 5 gezeigt ist.
Während
der folgenden Schrittfolgen, wie in diesem Flussbild gezeigt, wird
die Schichtung im Verhältnis 1,50:1
in Querrichtung und ungefähr
1,2:1 in Längsrichtung
verstreckt.
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Die
Schritte laufen im wesentlichen wie in Beispiel 13 der
EP-B-0,276,100 beschrieben
ab. Das Kaliber (Gewicht pro Flächeneinheit)
des Kreuzlaminates beträgt
89 gm
–2.
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Ein
Muster des Laminats (ungefähr
0,5 m2) wird in Folie A und verbundene Foliengruppe
B aufgeteilt, und beide bei unterschiedlichen Temperaturen für eine Schrumpfung
behandelt, A nur in Maschinenrichtung (machine direction m. d.),
B in Maschinenrichtung (m. d.) und Querrichtung (transverse direction
t. d.). Die wird bei Raumtemperatur von Hand vorgenommen und zwar
folgendermassen:
Eine Ecke des Musters wird mehrfach hin- und
hergebogen um kleine Delaminationsstellen zu bilden. Ein Einschnitt
zwischen A und B wird in diese Biegeecke eingebracht und die Spaltung
wird durch Verzug vorangetrieben. Wegen der relativ schwachen Verbindung
und den verschiedenen Orientierungsrichtungen in den verschiedenen
Folien setzt sich die Spaltung in verschiedenen Richtungen in den
verschiedenen Folien fort, während
die Reisskräfte örtlich die
Verbindung aufgeben. (Dieses Phenomen ist der Grund warum Kreuzlaminate aus
orientierten Folien einen hohen Reissfortschrittswiderstand aufweisen,
und deshalb werden Kreuzlaminate mit relativ niedrigen Bindungskräften zwischen
den Folien ausgeführt).
Sobald die Delamination örtlich
in Gang gesetzt ist auf diese Art und Weise ist sie leicht durch
Abschälung
per Hand durchzuführen,
ohne dass die Eigenschaften der einzelnen Folien beeinträchtigt werden.
Durch diese Abschälung
wird Folie A von der Foliengruppe B getrennt, wobei die letztere
verbunden bleibt.
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A
und B werden zu bandförmigen
Musterstücken
geschnitten, A entlang der m. d. und B für eine Versuchsserie entlang
m. d. und für
eine andere Serie entlang t. d. Jedes Band ist 15 mm breit und 10
cm lang
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Jeder
Test wird folgendermassen ausgeführt:
Dann
wird nahe einem Ende des Musters eine Länge von 30 mm markiert. An
dieses Ende wird ein Gewicht von 0,7 g angebracht um es gerade zu
halten und ein Teil des Bandes einschliesslich des markierten Endes wird
in ein heisses Glycerol/Wasser Gemisch während 3 Sekunden getaucht.
(Dieses Gemisch hat einen Siedepunkt von ungefähr 135°C, es enthält somit so viel Wasser, dass
es die Eigenschaften der anderen Polyethylen Folien nicht beeinflussen
kann.) Die Temperatur des Glycerols (Glyzerin) wird vor jedem Testvorgang eingestellt
und verschiedene Temperaturen von 90°C bis zum Schmelzpunkt des normalen
LLDPE werden durchgespielt. Nach der Behandlung wird die Schwindung
des 30 mm Längenabschnitts
gemessen.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 (Table 2) aufgeführt und in 9 eingetragen.
Letztere umfasst auch eine Graphik, die zu jeder vorgegebenen Temperatur
die Differenz zwischen prozentualer Schwindung von A und B in ihren
Maschinenrichtungen zeigt. Diese Kurve wird abgebildet durch Messung
der Entfernungen zwischen den anderen zwei Kurven. Eine Anzahl von
Werten von der Differenzschwindungs- oder Differenzschrumpfungskurve
ist in die untere Tabelle eingetragen.
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Das
Kreuzlaminat ist mit sich selbst heissversiegelt, A mit A, vermittels
eines Siegelverfahrens, das genau in
WO-A-98/23434 , Seiten 20–21, beschrieben ist, ausser
dass andere Sitztemperaturen versucht werden wie in der Beschreibung
der
8a, b, c und d aufgeführt.
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Photomikrographien
der Querschnitte der Siegelungen – siehe diese Figuren – sind in
12-facher Vergrösserung
unter Verwendung eines Videomikroskopes aufgenommen. Die Schlagabschälfestigkeit
wird getestet wie in
WO-A-98/23434 ,
Seiten 23, I. 37 bis 24 I. 11 erklärt.
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Die
Siegelungen, die bei 130/140°C
und bei den höheren
Temperaturen hergestellt wurden, bestanden zu 100%, was überraschenderweise
gut ist, während
die Siegelungen, die bei 120/130°C
hergestellt wurden überwiegend
versagten.
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Die
Dehnungsspannung wird bestimmt in m. d. und t. d. durch Belastung/Spannungstests
von 15 mm breiten bandförmigen
Proben bei einer Verstreckungsgeschwindigkeit, die 50% Längung pro
Minute entspricht. Bei dieser relativ niedrigen Geschwindigkeit
deutet die Dehnungsspannung die Kriecheigenschaften an, die für in der
Industrie verwendete Säcke
sehr wichtig ist. Die Dehnungsspannungen werden von Belastung/Spannungs
Graphiken bestimmt. Als normal bei Testvorgängen von Polymerfolien bei
solch niedriger prozentualer Erstreckung pro Minute zeigen Graphiken
nicht bedeutende Aenderungen, die anzeigen, dass die Dehnung beginnt.
Sie starten mit einem linearen Abschnitt, bei dem das Hooksche Gesetz
gilt, dann wechseln sie allmählich
zu einem anderen fast linearen Abschnitt, wo die Spannung mit der
Längung
sehr langsam zunimmt (und kurz vor Bruch oder Riss nimmt die Spannung
steil aufsteigend zu).
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Wie
herkömmlich
wird die Dehnungsspannung graphisch durch Extrapolieren der oben
erwähnten zwei
linearen Abschnitte, so dass sie sich überschneiden, bestimmt. Die
Spannung entsprechend zum Schnittpunkt wird als Dehnungsspannung
gewertet.
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Zum
Vergleich werden ähnliche
Bestimmungen der Streckgrenzen-Spannungen eines industriell bestimmten
Sackes vorgenommen hergestellt aus einer herkömmlichen extrudierten Folie
aus LDPE mit Anteilen aus LLDPE, einem Sack, der von einem führenden
Hersteller von Polyolefinen ausgewählt wurde, passend um seine
Granulate zu verpacken.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 (Table 1) aufgeführt. Jeder Wert ist der Durchschnitt
von 5 Messungen. Tabelle 1
| Streckgrenzenspannung
in m. d. Ncm–1 | Streckgrenzenspannung
In t. d. Ncm–1 |
Kreuzlaminat
89 gm–2 | 12 | 12 |
Folie
konventionell, aus LDPE/LLDPE 147 gm–2 | 14 | 14 |
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Das
Kreuzlaminat weist fast die gleichen Streckgrenzen-Spannungen auf wie
die konventionelle LDPE/LLDPE Folie, obowhl letztere 1,6 Mal schwerer
ist.
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Schliesslich
wurde der E-Modul (Elastizitätskoeffizient)
nicht orientierter A Folie mit 500 MPa und der E-Modul der nicht
orientierten B Gruppe zu 630 MPa ermittelt, was bedeutet, dass der
E-Modul von A 21% niedriger ist als der E-Modul von B.
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Diese
E-Werte beziehen sich auf die extrudierten Folien und sind Durchschnitte
von m. d.-Werten und t. d.-Werten, die einander nahestehen. Tabelle 2
| Schrumpfung |
Temp °C | mm/30 mm | % | mm/30 mm | % | mm/30 mm | % | % |
90 | 2,0 | 62/3 | 0,5 | 12/3 | 0,5 | 12/3 | 5 |
95 | 3,0 | 10 | 1,0 | 31/3 | 1,0 | 31/3 | 7 |
100 | 4,5 | 15 | 1,5 | 5 | 2,0 | 62/3 | 9 |
105 | 5,5 | 181/3 | 2,0 | 62/3 | 3,0 | 10 | 11,5 |
110 | 6,5 | 212/3 | 1,7 | 52/3 | 4,0 | 131/3 | 15 |
114 | | | 2,0 | 62/3 | | | 19 |
115 | | | | | | | 20 |
116 | 8,0 | 262/3 | | | 5,5 | 181/3 | 22 |
119 | 11,0 | 362/3 | | | 6,0 | 20 | 29 |
120 | | | 2,5 | 81/3 | | | 32 |
125 | 220 | 731/3 | 2,5 | 81/3 | 11,2 | 371/3 | 64 |