DE69922404T2

DE69922404T2 - Verfahren zum strecken von folien

Info

Publication number: DE69922404T2
Application number: DE1999622404
Authority: DE
Inventors: P. Chiu WONG; P. Thomas HANSCHEN; B. Anthony FERGUSON; W. William MERRILL; J. Fred ROSKA; N. Jeffery JACKSON
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP2002529284A; US20020098372A1; BR9915301A; AU764947B2; DE69922404D1; AU3453699A; KR100555007B1; CN1325339A; EP1128948A1; US20040265575A1; EP1128948B1; WO2000029197A1; CA2347719A1; US6358457B1; CN1170669C; CA2347719C; KR20010087392A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Verfahren zum biaxialen Strecken von Folien und derartige Folien und insbesondere Verfahren zum Strecken von Folien in zwei Richtungen gleichzeitig und derartige Folien.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Biaxiales Strecken von Folien war auf dem Fachgebiet bekannt. Außerdem wurden mehrere Verfahren und Vorrichtungen zum biaxialen Strecken von Folien in zwei Richtungen gleichzeitig beschrieben. Siehe z.B. die US-Patente Nr. 2, 618, 012; 3, 046, 599; 3, 502, 766; 3, 890, 421; 4,330,499; 4,525,317 und 4,853,602. Auch die Veränderlichkeit in Streckprofilen, welche mit einigen dieser Verfahren und Vorrichtungen erhältlich sind, wurde beschrieben.
Zum Beispiel veranschaulicht US-Patent Nr. 3,890,421 in seiner 1, was der Text beschreibt als: Kurve I, welche normales aufeinander folgendes Ziehen mit seitlichem Ziehen gefolgt von Längsziehen darstellt; Kurve II, welche dem umgekehrten aufeinander folgenden Ziehen mit Längsziehen gefolgt von Querziehen entspricht; und die diagonale Kurve II (dasselbe Kurve III), welche ein konstant fortschreitendes gleichzeitiges biaxiales Ziehen sowohl in seitlicher als auch in Längsrichtung darstellt. Das 42 liger Patent legt auch dar, dass gleichzeitiges Ziehen entlang einer unbestimmten Anzahl von Kurven zwischen den Kurven I und II mit den darin beschriebenen Verfahren und der darin beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden kann (Spalte 4, Zeile 14 bis 31). Ohne ausführliche Beschreibungen von Streckprofilen bereitzustellen, um die dargelegten Aufgaben zu erreichen, legt das 42 liger Patent dar, dass die Aufgabe des Verfahrens und der Vorrichtung, die darin beschrieben werden, die Regulierung des Widerstands, der Zugfestigkeit, des Elastizitätsmoduls, der Schrumpfung und der Flachheit einer biaxial gezogenen Folie durch Steuern der Zieh- und Lockerungsspannung während des gesamten Ziehprozesses bei gleichzeitigem Vermeiden der Grenzfaktoren von aufeinander folgendem biaxialem Ziehen ist (Spalte 3, Zeile 34 bis 39).
US-Patent Nr. 4,853,602 legt dar, dass mit dem Verfahren und der Vorrichtung, welche darin beschrieben werden, aufeinander folgendes Ziehen mit seitlichem vor Längsziehen oder mit Längs- vor seitlichem Ziehen erfolgen kann (Spalte 34, Zeile 35 bis 55). Dieses Patent legt auch dar, dass für gleichzeitiges Strecken jedes gewünschte Ziehen der Folie erreicht werden kann (Spalte 35, Zeile 17 ff.).
Streckprofile, welche das Entspannen der Folie in einer oder mehr Richtungen nach Erreichen einer größeren Zwischenstreckung umfassen, sind ebenfalls bekannt. Zum Beispiel legt US-Patent Nr. 4,330,499 dar, dass Schrumpfen der Folie in der Längsrichtung bei bis zu 10 der zuvor erzeugten Längsstreckung über die letzten 5 bis 10 % der Streckvorrichtungslänge auftritt, vorzugsweise während die Folie in der Querrichtung weiter gestreckt wird (siehe Zusammenfassung).
Einheitliche Dicke ist bei der Klebebandherstellung wichtig, da sie ein Zeichen für die Einheitlichkeit der Folieneigenschaften ist und da uneinheitliche Dicke zu Rissbildung oder Ineinanderverschiebung von Bandrollen führt.
Die Mehrheit der im Handel erhältlichen biaxial orientierten Polypropylenfolien wird durch den Flachfolien- oder Spannrahmenstreckprozess erzeugt. Typische Spannrahmenprozesse dienen dazu, Folien entweder vorwiegend gleichzeitig oder vorwiegend hintereinander biaxial zu strecken. Gegenwärtig haben gleichzeitig spannrahmengestreckte Folien einen geringeren Anteil am Folienträgermarkt, da, obwohl diese Prozesse Folien sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung kontinuierlich strecken können, sie sich traditionellerweise als kostspielig, langsam und inflexible in Bezug auf zulässige Streckverhältnisse erwiesen haben.
EP-A-0 149 878 schlägt ein Verkettungsgerät zum Strecken von blattförmigem Material und eine Streckvorrichtung, welche das Verkettungsgerät verwendet, vor. Die Vorrichtung kann eine Führungsschienenanordnung aufweisen, welche es ermöglicht, das blattförmige Material in der Längsrichtung und dann in der Querrichtung zu strecken. Das blattförmige Material kann erwärmt, dann in der Längsrichtung gestreckt, danach in der Querrichtung gestreckt und schließlich wärmegehärtet oder abgekühlt werden. Der Arbeitsablauf des aufeinander folgenden biaxialen Streckens in der Längs- und in der Querrichtung kann umgekehrt werden. Der Prozess, der in EP-A-0 149 878 beschrieben wird, ist ähnlich wie der Prozess, der in US-Patent Nr. 4,330,499 beschrieben wird.
US-A-4,595,738 betrifft eine gleichzeitig biaxial orientierte isotaktische Polypropylenfolie. Gemäß der Beschreibung wird die Folie auf einem Kühlzylinder extrudiert oder gegossen, anschließend als eine flache Folie biaxial ausgestreckt und gemäß an sich bekannten Prozessen orientiert, wobei das Strecken wenigstens teilweise gleichzeitig biaxial erfolgt, woraufhin die Folie nötigenfalls thermofixiert wird, während sie in gestrecktem Zustand gehalten wird. US-A-4,595,738 betrifft auch ein Klebeband mit einer Basis, welche die Polypropylenfolie -aufweist.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird durch die Patentansprüche definiert. Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum biaxialen Strecken einer Polymerfolie bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

a) Verleihen einer ausreichend hohen Temperatur an die Folie, um einen signifikanten Grad von biaxialer Streckung zu ermöglichen; und
b) biaxiales Spannrahmenstrecken der Folie bis zu einem Endstreckparameter in einer ersten Richtung und einem Endstreckparameter in einer zweiten Richtung, so dass mindestens 10 % der Endstreckung der Streckung in der ersten Richtung und der Streckung in der zweiten Richtung gleichzeitig durchgeführt werden, wobei mindestens 75 % des Endstreckparameters in der ersten Richtung erreicht werden, bevor nicht mehr als 50 % des Endstreckparameters in der zweiten Richtung erreicht werden, und wobei der Endstreckparameter in der ersten Richtung nicht höher als der Endstreckparameter in der zweiten Richtung ist, wobei der Streckparameter den Wert der Streckverhältnisses weniger 1 angibt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens von Anspruch 1 weist der Schritt b) biaxiales Spannrahmenstrecken der Folie derart auf, dass ein wesentlicher Teil der Streckung in der ersten Richtung und der Streckung in der zweiten Richtung gleichzeitig durchgeführt wird.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens werden mindestens 90 % des Endstreckparameters in der ersten Richtung erreicht, bevor nicht mehr als 50 % des Endstreckparameters in der zweiten Richtung erreicht werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens ist die erste Richtung die MD ist und die zweite Richtung die TD.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens ist der Endstreckparameter in der ersten Richtung niedriger als der natürliche Streckparameter für ein Proportionalstreckprofil.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens ist der Endstreckparameter in der ersten Richtung niedriger als der uniaxiale natürliche Streckparameter.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens ist der Endstreckparameter in der zweiten Richtung höher als der natürliche Streckparameter für ein Proportionalstreckprofil.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens ist der Endstreckparameter in der zweiten Richtung höher als der uniaxiale natürliche Streckparameter.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens weist die Folie eine thermoplastische Folie auf. Vorzugsweise weist die Folie eine halbkristalline Folie auf. Insbesondere weist die Folie ein Polyolefin auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Folie Polypropylen auf.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens weist der Schritt b) ferner Ergreifen der Folie mit mehreren Clips entlang der gegenüberliegenden Kanten der Folie und Antreiben der Clips mit veränderlichen Geschwindigkeiten in der Maschinenrichtung entlang von Clipführungsmitteln, welche in der Querrichtung auseinander streben, auf.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens weist der Schritt b) ferner Strecken der Folie bis zu mehr als 100 % des Endstreckparameters in der ersten Richtung, bevor nicht mehr als 50 % des Endstreckparameters in der zweiten Richtung erreicht werden, und anschließendes Zurückziehen der Folie in der Maschinenrichtung bis zum Endstreckparameter in der ersten Richtung auf. Ein signifikanter Teil des Zurückziehens kann gleichzeitig mit einem Teil der Streckung in der zweiten Richtung durchgeführt werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens weist der Schritt b) ferner Strecken der Folie bis zu einem Spitzenstreckparameter in der ersten Richtung, welcher mindestens 1,2-mal der Endstreckparameter in der ersten Richtung ist, und anschließendes Zurückziehen der Folie in der ersten Richtung bis zum Endstreckparameter in der ersten Richtung auf. Ein signifikanter Teil des Zurückziehens kann gleichzeitig mit einem Teil der Streckung in der zweiten Richtung durchgeführt werden. Außerdem kann der Schritt b) ferner Strecken der Folie bis zum Spitzenstreckparameter in der ersten Richtung aufweisen, bevor nicht mehr als 50 % des Endstreckparameters in der zweiten Richtung erreicht werden.
In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum biaxialen Strecken einer Polypropylenfolie bereit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Verleihen einer ausreichend hohen Temperatur an die Folie, um einen signifikanten Grad von biaxialer Streckung zu ermöglichen; und b) biaxiales Spannrahmenstrecken der Folie bis zu einem Endstreckparameter in einer ersten Richtung und einem Endstreckparameter in einer zweiten Richtung. In einem derartigen Verfahren: i) wird ein wesentlicher Teil der Streckung in der ersten Richtung und der Streckung in der zweiten Richtung gleichzeitig durchgeführt; ii) werden mindestens 90 % des Endstreckparameters in der ersten Richtung erreicht, bevor nicht mehr als 50 % des Endstreckparameters in der zweiten Richtung erreicht werden; iii) ist der Endstreckparameter in der ersten Richtung nicht höher als der Endstreckparameter in der zweiten Richtung, und iv) ist der Endstreckparameter in der ersten Richtung niedriger als der natürliche Streckparameter für ein Proportionalstreckprofil.
In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein anderes Verfahren zum biaxialen Strecken einer Polymerfolie bereit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Verleihen einer ausreichend hohen Temperatur an die Folie, um einen signifikanten Grad von biaxialer Streckung zu ermöglichen; und b) biaxiales Spannrahmenstrecken der Folie gemäß einem Streckprofil bis zu einem Endstreckparameter in einer ersten Richtung und einem Endstreckparameter in einer zweiten Richtung, wobei der Endstreckparameter in der ersten Richtung nicht höher als der Endstreckparameter in der zweiten Richtung ist. In einem derartigen Verfahren: i) stellt eine gerade Linie zwischen dem Punkt, welcher den Nullstreckparameter definiert, und dem Punkt, welcher den Endstreckparameter in der ersten und in der zweiten Richtung definiert, ein Proportionalstreckprofil dar und definiert einen Proportionalstreckbereich; und ii) definiert die Kurve, welche das Streckprofil darstellt zwischen dem Punkt, welcher den Nullstreckparameter definiert, und dem Punkt, welcher den Endstreckparameter in der ersten und in der zweiten Richtung definiert, einen Bereich von mindestens 1,4-mal den Proportionalstreckbereich.
In einer bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens weist der Schritt b) Strecken der Folie derart auf, dass die Kurve, welche das Streckprofil darstellt zwischen dem Punkt, welcher den Nullstreckparameter definiert, und dem Punkt, welcher den Endstreckparameter in der ersten und in der zweiten Richtung definiert, einen Bereich von mindestens 1,7-mal den Proportionalstreckbereich definiert.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens weist der Schritt b) Strecken der Folie derart auf, dass ein wesentlicher Teil der Streckung in der ersten Richtung und der Streckung in der zweiten Richtung gleichzeitig durchgeführt wird.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens ist die erste Richtung die MD und die zweite Richtung die TD.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens weist der Schritt b) Strecken der Folie bis zu einem Endstreckparameter in der ersten Richtung auf, der niedriger als der natürliche Streckparameter für ein Proportionalstreckprofil ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens weist der Schritt b) Strecken der Folie bis zu einem Endstreckparameter in der ersten Richtung auf, der niedriger als der uniaxiale natürliche Streckparameter ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens ist der Endstreckparameter in der zweiten Richtung höher als der natürliche Streckparameter für ein Proportionalstreckprofil.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens ist der Endstreckparameter in der zweiten Richtung höher als der uniaxiale natürliche Streckparameter.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens weist die Folie eine thermoplastische Folie auf. Vorzugsweise weist die Folie eine halbkristalline Folie auf. Insbesondere weist die Folie ein Polyolefin auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Folie Polypropylen auf.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens weist der Schritt b) ferner Ergreifen der Folie mit mehreren Clips entlang der gegenüberliegenden Kanten der Folie und Antreiben der Clips in der Maschinenrichtung entlang von Clipführungsmitteln, welche in der Querrichtung auseinander streben, auf.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens weist der Schritt b) ferner Strecken der Folie bis zu mehr als 100 % des Endstreckparameters in der ersten Richtung, bevor nicht mehr als 50 % des Endstreckparameters in der zweiten Richtung erreicht werden, und anschließendes Zurückziehen der Folie in der ersten Richtung bis zum Endstreckparameter in der Maschinenrichtung auf. Ein signifikanter Teil des Zurückziehens kann gleichzeitig mit einem Teil der Streckung in der zweiten Richtung durchgeführt werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahrens weist der Schritt b) ferner Strecken der Folie bis zu einem Spitzenstreckparameter in der ersten Richtung, welcher mindestens 1,2-mal der Endstreckparameter in der ersten Richtung ist, und anschließendes Zurückziehen der Folie in der ersten Richtung bis zum Endstreckparameter in der ersten Richtung auf. Ein signifikanter Teil des Zurückziehens kann gleichzeitig mit einem Teil der Streckung in der zweiten Richtung durchgeführt werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Verfahren weist der Schritt b) ferner Strecken der Folie bis zum Spitzenstreckparameter in der ersten Richtung aufweisen, bevor nicht mehr als 50 % des Endstreckparameters in der zweiten Richtung erreicht werden.
In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum biaxialen Strecken einer Polypropylenfolie bereit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Verleihen einer ausreichend hohen Temperatur an die Folie, um einen signifikanten Grad von biaxialer Streckung zu ermöglichen; und b) biaxiales Spannrahmenstrecken der Folie gemäß einem Streckprofil bis zu einem Endstreckparameter in einer ersten Richtung und einem Endstreckparameter in einer zweiten Richtung. In einem derartigen Verfahren: i) wird ein wesentlicher Teil der Streckung in der ersten Richtung und der Streckung in der zweiten Richtung gleichzeitig durchgeführt; ii) stellt eine gerade Linie zwischen dem Punkt, welcher den Nullstreckparameter definiert, und dem Punkt, welcher den Endstreckparameter in der ersten und in der zweiten Richtung definiert, ein Proportionalstreckprofil dar und definiert einen Proportionalstreckbereich; iii) definiert die Kurve, welche das Streckprofil darstellt zwischen dem Punkt, welcher den Nullstreckparameter definiert, und dem Punkt, welcher den Endstreckparameter in der ersten und in der zweiten Richtung definiert, einen Bereich von mindestens 1,4-mal den Proportionalstreckbereich; iv) ist der Endstreckparameter in der ersten Richtung nicht höher als der Endstreckparameter in der zweiten Richtung, und v) ist der Endstreckparameter in der ersten Richtung niedriger als der natürliche Streckparameter für ein Proportionalstreckprofil.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Folie bereit, welche durch irgendeines der zuvor beschriebenen Verfahren erhalten wird. Die vorliegende Erfindung stellt auch Band bereit, welches einen Träger aufweist, der eine erste Hauptfläche und eine Klebstoffschicht auf der ersten Hauptfläche umfasst, wobei der Träger eine Folie aufweist, die durch irgendeines der zuvor beschriebenen Verfahren erhalten wird.
In der Beschreibung und den Patentansprüchen werden bestimmte Begriffe verwendet, die, obwohl sie zum Großteil allgemein bekannt sind, eine gewisse Erklärung benötigen. „Biaxial gestreckt", wenn hierin verwendet, um eine Folie zu beschreiben, zeigt an, dass die Folie in zwei verschiedenen Richtungen, einer ersten und einer zweiten Richtung, in der Ebene der Folie gestreckt wurde. Normalerweise, aber nicht immer, sind die beiden Richtungen im Wesentlichen vertikal, und sie sind in der Maschinenrichtung („MD" für engl. machine direction) der Folie oder in der Querrichtung („TD" für engl. transverse direction) der Folie. Biaxial gestreckte Folien können hintereinander gestreckt, gleichzeitig gestreckt oder durch eine Kombination aus gleichzeitigem und aufeinander folgendem Strecken gestreckt werden. „Gleichzeitig biaxial gestreckt", wenn hierin verwendet, um eine Folie zu beschreiben, zeigt an, dass signifikante Teile des Streckens in jeder der beiden Richtungen gleichzeitig durchgeführt wurden. Sofern es der Kontext nicht anders verlangt, werden die Begriffe „orientieren", „ziehen" und „strecken", sowie die Begriffe „orientiert", „gezogen" und „gestreckt" und die Begriffe „Orientieren", „Ziehen" und „Strecken" durchwegs austauschbar verwendet.
Der Begriff „Streckverhältnis", wie hierin verwendet, um ein Streckverfahren oder eine gestreckte Folie zu beschreiben, zeigt das Verhältnis einer linearen Abmessung eines bestimmten Teils einer gestreckten Folie zu der linearen Abmessung desselben Teils vor dem Strecken an. Zum Beispiel würde bei einer gestreckten Folie mit einem MD-Streckverhältnis („MDR" für engl. MD stretch ratio) von 5:1 ein bestimmter Teil ungestreckter Folie mit einem linearen Maß von 1 cm in der Maschinenrichtung nach der Streckung ein Maß von 5 cm in der Maschinenrichtung aufweisen. Bei einer gestreckten Folie mit einem TD-Streckverhältnis („TDR" für engl. TD stretch ratio) von 5:1 würde ein be stimmter Teil ungestreckter Folie mit einem linearen Maß von 1 cm in der Querrichtung nach der Streckung ein Maß von 5 cm in der Querrichtung aufweisen.
„Bereichsstreckverhältnis", wie hierin verwendet, zeigt das Verhältnis des Bereichs eines bestimmten Teils einer gestreckten Folie zu dem Bereich desselben Teils vor dem Strecken an. Zum Beispiel würde bei einer biaxial gestreckten Folie mit einem Gesamtbereichsstreckverhältnis von 50:1 ein bestimmter Teil ungestreckter Folie von 1 cm² nach der Streckung einen Bereich von 50 cm² aufweisen.
Das mechanische Streckverhältnis, auch als nominelles Streckverhältnis bekannt, wird durch die ungestreckten und gestreckten Abmessungen der gesamten Folie bestimmt und kann normalerweise an den Foliengreifern an den Kanten der Folie gemessen werden, die verwendet werden, um die Folie in der jeweiligen Vorrichtung, die verwendet wird, zu strecken. Globales Streckverhältnis bezieht sich auf das Gesamtziehverhältnis der Folie, nachdem die Teile, welche in der Nähe der Greifen liegen und daher während des Streckens durch die Gegenwart der Greifer beeinflusst werden, außer Betracht gelassen wurden. Das globale Streckverhältnis kann dem mechanischen Streckverhältnis entsprechen, wenn die eingegebene ungestreckte Folie eine konstante Dicke über ihre gesamte Breite aufweist und wenn die Auswirkungen der Nähe zu den Greifern beim Strecken gering sind. Es ist jedoch normalerweise eher so, dass die Dicke der eingegebenen ungestreckten Folie so eingestellt wird, dass sie in der Nähe der Greifer dicker oder dünner als in der Mitte der Folie ist. Wenn dies der Fall ist, unterscheidet sich das globale Streckverhältnis vom mechanischen oder nominellen Streckverhältnis. Diese globalen und mechanischen Streckverhältnisse sind beide von einem lokalen Streckverhältnis zu unterscheiden. Das lokale Streckverhältnis wird durch Messen eines bestimmten Teils der Folie (zum Beispiel eines Teils von 1 cm) vor und nach der Streckung bestimmt. Wenn die Streckung nicht einheitlich über im Wesentlichen die ganze kantenbeschnittene Folie ist, dann kann sich das lokale Verhältnis vom globalen Verhältnis unterscheiden. Wenn die Streckung über im Wesentlichen die ganze Folie (ausschließlich des Bereichs in unmittelbarer Nähe der Kanten und um die Greifer entlang der Kanten) im Wesentlichen einheitlich ist, dann ist das lokale Verhältnis im Wesentlichen gleich dem globalen Verhältnis. Sofern es der Kontext nicht anders verlangt, werden die Begriffe Streckverhältnis in der ersten Richtung, Streckverhältnis in der zweiten Richtung, MD-Streckverhältnis, TD-Streckverhältnis und Bereichsstreckverhältnis hierin verwendet, um das globale Streckverhältnis zu beschreiben.
Der Begriff „Streckparameter" wird verwendet, um den Wert des Streckverhältnisses minus 1 anzuzeigen. Zum Beispiel werden „Streckparameter in der ersten Richtung" und „Streckparameter in der zweiten Richtung" hierin verwendet, um den Wert des Streckverhältnisses in der ersten Richtung minus 1 beziehungsweise das Streckverhältnis in der zweiten Richtung minus 1 anzuzeigen. Gleichermaßen werden die Begriffe „MD-Streckparameter" und „TD-Streckparameter" hierin verwendet, um den Wert des MD-Streckverhältnisses minus 1 beziehungsweise des TD-Streckverhältnisses minus 1 anzuzeigen. Zum Beispiel hätte eine Folie, die nicht in der Maschinenrichtung gestreckt wurde, ein MD-Streckverhältnis von 1 (d.h. die Abmessung nach der Streckung ist gleich der Abmessung vor der Streckung). Solche eine Folie hätte einen MD-Streckparameter von 1 minus 1 oder Null (d.h. die Folie wurde nicht gestreckt). Gleichermaßen hätte eine Folie mit einem MD-Streckverhältnis von 7 einen MD-Streckparameter von 6.
In Bezug auf gleichzeitiges axiales Strecken ist der Begriff „Proportionalstreckprofil" ein Streckprofil, bei welchem das Verhältnis des Steckparameters in der ersten Richtung zum Streckparameter in der zweiten Richtung während des gesamten Streckungsprozesses im Wesentlichen konstant gehalten wird. Ein konkretes Beispiel dafür wäre der Fall, bei dem das Verhältnis des MD-Streckparameters zum TD-Streckparameter während des gesamten Streckprozesses im Wesentlichen konstant gehalten werden würde. Wie in 1 dargestellt, stellt ein Diagramm MD-Streckparameter (Y-Achse) gegenüber TD-Streckparameter (X-Achse) für ein Proportionalstreckprofil eine gerade Linie 10 zwischen dem Punkt 12, der den MD-Nullstreckparameter (oder ein MD-Streckverhältnis von 1) und den TD-Nullstreckparameter (oder ein TD-Streckverhältnis von 1) darstellt, und dem Punkt 14, der den MD-Endstreckparameter und den TD-Endstreckparameter darstellt, bereit. Für ein Proportionalstreckprofil ist diese Linie 10 ungeachtet dessen, ob die MD- und TD-Endstreckparameter gleich (eine „ausgeglichene" Streckung) und ungleich sind, gerade. In 1 ist auch der Bereich A unter der Kurve 10 für das Proportionalstreckprofil identifiziert.
Der Begriff „MD-Überspannung" bezieht sich auf ein Streckprofil, bei welchem das MD-Streckverhältnis während eines signifikanten Teils des Streckprozesses höher ist als es für das Proportionalstreckprofil mit denselben MD- und TD-Endstreckverhältnissen wäre. Eine repräsentative MD-Überspannungskurve ist als 16 in 1 dargestellt. Eine andere Art und Weise, ein Überspannungsstreckprofil zu identifizieren, ist, dass der Bereich B unter der Kurve 16 größer als der Bereich A für ein Proportionalstreckprofil ist, das bei denselben MD- und TD-Endstreckparameterwerten endet. Ein MD-Überspannungsprofil schließt nicht unbedingt aus, irgendeinen Teil des Profils unter der Proportionalstreckprofillinie 10 zu haben.
Wenn viele Folien bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Polymers, insbesondere bei einer Temperatur unter der Linienziehtemperatur der Folie, uniaxial oder biaxial gestreckt werden, streckt sich die Folie uneinheitlich, und es wird eine klare Grenze zwischen gestreckten und ungestreckten Teilen gebildet. Diese Erscheinung wird als Halsbildung oder Linienziehen bezeichnet. Es wird im Wesentlichen die ganze Folie einheitlich gestreckt, wenn die Folie bis zu einem ausreichend hohen Grad gestreckt wird. Das Streckverhältnis, bei welchem dies geschieht, wird als das „natürliche Streckverhältnis" oder das „natürliche Ziehverhältnis" bezeichnet. Die Halsbildungserscheinung und die Wirkung des natürlichen Streckverhältnisses werden zum Beispiel in den US-Patenten Nr.3,903,234; 3,995,007 und 4,335,069 erörtert. Die meisten Erörterungen des natürlichen Ziehverhältnisses für biaxiale Orientierungsprozesse erfolgen in Bezug auf aufeinander folgende Streckprozesse. Bei solch einem Prozess ist entweder für ein natürliches Ziehverhältnis in der ersten Streckrichtung oder für ein natürliches Ziehverhältnis in der zweiten Streckrichtung das betreffende natürliche Ziehverhältnis im Wesentlichen analog zu dem für eine uniaxiale Streckung. Wenn Strecken bei Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt erfolgt, oder wenn gleichzeitiges gleiches biaxiales Strecken (auch als Quadratstrecken bezeichnet) durchgeführt wird, ist die Halsbildungserscheinung möglicherweise weniger ausgeprägt, was eher zu gestreckten Bereichen mit verschiedenen lokalen Streckverhältnissen als zu strikt gestreckten und ungestreckten Teilen führt. In einer derartigen Situation und bei jedem gleichzeitigen biaxialen Streckprozess wird das „natürliche Streckverhältnis" für eine bestimmte Richtung als jenes globale Streckverhältnis definiert, bei dem die relative Standardabweichung der lokalen Streckverhältnisse gemessen an mehreren Stellen auf der Folie unter etwa 15 % liegt. Strecken über dem natürlichen Streckverhältnis stellt offenbar signifikant einheitlichere Eigenschaften oder Charakteristiken, wie beispielsweise Dicke, Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul, bereit. Für irgendwelche bestimmten Folien- und Streckbedingungen wird das natürliche Streckverhältnis durch Faktoren, wie beispielsweise Polymerzusammensetzung, Morphologie infolge von Gießbahnabschreckbedingungen und dergleichen, sowie die Temperatur und die Streckgeschwindigkeit bestimmt. Außerdem wird für biaxial gestreckte Folien das natürliche Streckverhältnis in einer Richtung durch die Streckbedingungen, einschließlich des Endstreckverhältnisses, in der anderen Richtung beeinflusst. Es kann daher gesagt werden, dass ein natürliches Streckverhältnis in einer Richtung vorliegt, wenn es ein festes Streckverhältnis in der anderen gibt, oder es kann alternativerweise gesagt werden, dass ein Paar von Streckverhältnissen (eines in der MD und eines in der TD) vorliegt, das zu dem Niveau von lokaler Streckungseinheitlichkeit führt, durch welches das natürliche Streckverhältnis oben definiert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren ausführlicher erklärt, wobei gleiche Strukturen durch die verschiedenen Ansichten hindurch mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und wobei:
1 ein Diagramm eines Proportionalstreckprofils und eines repräsentativen MD-Überspannungsstreckprofil ist;
2 eine isometrische Ansicht eines bevorzugten Bandes gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Diagramm eines bevorzugten Überspannungsstreckprofils gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
4 ein Diagramm eines alternativen bevorzugten Überspannungsstreckprofils gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
5 ein Diagramm eines bevorzugten Überstreckungsprofils gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
6 ein Diagramm der zeitabhängigen Komponentenstreckprofile von Beispiel C1 ist;
7 ein Diagramm des Streckprofils von Beispiel C1 ist;
8 ein Diagramm der zeitabhängigen Komponentenstreckprofile von Beispiel C2 ist;
9 ein Diagramm des Streckprofils von Beispiel C2 ist;
10 ein Diagramm des Streckprofils von Beispiel 3 ist;
11 ein Diagramm der zeitabhängigen Komponentestreckprofile von Beispiel 4 ist;
12 ein Diagramm des Streckprofils von Beispiel 4 ist;
13 ein Diagramm des Streckprofils von Beispiel 5 ist;
14 ein Diagramm des Streckprofils von Beispiel 6 ist;
15 ein Diagramm des Streckprofils von Beispiel 7 ist;
16 ein Diagramm der zeitabhängigen Komponentenstreckprofile von Beispiel 8 ist;
17 ein Diagramm des Streckprofils von Beispiel 8 ist;
18 ein Diagramm des Streckprofils von Beispiel 9 ist;
19 ein Diagramm des Streckprofils von Beispiel 10 ist;
20 ein Diagramm des Streckprofils von Beispiel 12 ist;
21 ein Diagramm des Streckprofils von Beispiel 13 ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Länge des Bandes 20 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Band 20 weist einen Folienträger 22 auf, welcher eine erste Hauptfläche 24 und eine zweite Hauptfläche 26 umfasst. Vorzugsweise weist der Träger 22 eine Dicke im Bereich von etwa 0,020 bis etwa 0,064 mm auf. Der Träger 22 des Bandes 20 ist auf der ersten Hauptfläche 24 mit einer Klebstoffschicht 28 beschichtet. Der Klebstoff 28 kann jeder geeignete Klebstoff sein, wie auf dem Fachgebiet bekannt. Der Träger 22 kann wahlweise eine Trenn- oder mäßig haftende Rückseitenleimschicht 30 auf seiner zweiten Hauptfläche 26 aufgetragen aufweisen, wie auf dem Fachgebiet bekannt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Träger 22 eine biaxial gestreckte einschichtige Folie, wie hierin beschrieben, auf. Der Träger 22 kann alternativerweise ein zweischichtiger, dreischichtiger oder anderer mehrschichtiger Träger sein, wobei eine der Schichten eine biaxial gestreckte Folie, wie hierin beschrieben, ausweist.
Vorzugsweise weist der Folienträger 22 eine Polymerfolie auf. Insbesondere weist der Folienträger 22 ein thermoplastisches Polymer auf. Für eine Folie mit mehr als einer Schicht braucht die Beschreibung von geeigneten Materialien, welche folgt, nur auf einer der Schichten angewendet werden. Geeignete Polymerfolienmaterialien zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung umfassen alle thermoplastischen Werkstoffe, die zu biaxial orientierten Folien gebildet werden können. Geeignete thermoplastische Polymerfolienmaterialien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Polyester, Polycarbonate, Polyarylate, Polyamide, Polyimide, Polyamidimide, Polyetheramide, Polyetherimide, Polyarylether, Polyaryletherketone, aliphatische Polyketone, Polyphenylsulfid, Polysulfone, Polystyrole und ihre Derivate, Polyacrylate, Polymethacrylate, Cellulosederivate, Polyethylene, Polyolefine, Copolymere mit einem überwiegenden Olefinmonomer, fluorierte Polymere und Copolymere, chlorierte Polymere, Polyacrylnitril, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyether, Ionomerharze, Elastomere, Siliconharze, Epoxidharze und Polyurethane. Mischbare oder unmischbare Polymermischungen mit irgendeinem der zuvor aufgelisteten Polymere und Copolymere mit irgendeinem der Komponentenmonomere irgendeines der zuvor aufgelisteten Polymere sind ebenfalls geeignet, vorausgesetzt, dass eine biaxial orientierte Folie aus solch einer Mischung oder solch einem Copolymer gebildet werden kann.
Noch mehr werden halbkristalline thermoplastische Polymerfolien bevorzugt. Halbkristalline thermoplastische Werkstoffe umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Polyester, Polyamide, thermoplastische Polyimide, Polyaryletherketone, aliphatische Polyketone, Polyphenylensulfid, isotaktisches oder syndiotaktisches Polystyrol und seine Derivate, Polyacrylate, Polymethacrylate, Cellulosederivate, Polyethylen, Polyolefine, fluorierte Polymere und Copolymere, Polyvinyl idenchlorid, Polyacrylnitril, Polyvinylacetat und Polyether. Noch mehr werden halbkristalline thermoplastische Werkstoffe bevorzugt, welche gestreckt werden können, um eine biaxial orientierte Folie aus dem halbkristallinen Zustand zu bilden. Diese umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, bestimmte Polyester und Polyamide, bestimmte fluorierte Polymere, syndiotaktisches Polystyrol, Polyethylene und Polyolefine. Noch mehr werden Polyethylene und Polypropylene bevorzugt. Am meisten wird überwiegend isotaktisches Polypropylen bevorzugt.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist der Begriff „Polypropylen" so zu verstehen, dass er Copolymere umfasst, welche mindestens etwa 90 Gew.-% Propylenmonomereinheiten aufweisen. „Polypropylen" ist auch so zu verstehen, dass es Polymermischungen umfasst, welche mindestens etwa 75 Gew.-% Polypropylen aufweisen. Polypropylen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise überwiegend isotaktisch. Ein isotaktisches Polypropylen weist einen Kettenisotaxie-Index von mindestens etwa 80 %, einen löslichen n-Heptan-Gehalt von weniger als etwa 15 Gew.- und eine Dichte zwischen etwa 0,86 und 0,92 Gramm/cm³, gemessen gemäß ASTM D1505-96 („Density of Plastics by the Density-Gradient Technique"), auf. Typische Polypropylene zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung weisen einen Schmelzfließindex von zwischen etwa 0,1 bis 15 Gramm/zehn Minuten gemäß ASTM D1238-95 („Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer") bei einer Temperatur von 230°C und einer Kraft von 21,6 N, eine massegemittelte Molekülmasse zwischen etwa 100.000 und 400.000 und einen Polydispersitätsindex zwischen etwa 2 und 15 auf. Typische Polypropylene zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung weisen einen Schmelzpunkt, wie unter Verwendung der Kalorimetrie mit Differentialabtastung bestimmt, von über etwa 130°C, vorzugsweise über etwa 140°C und insbesondere von über etwa 150°C auf. Außerdem können Polypropylene, die für die vorliegende Erfindung verwendbar sind, Copolymere, Terpolymere, Quaterpolymere usw. mit Ethylenmonomereinheiten und/oder Alpha-Olefinmonomereinheiten mit zwischen 4 und 8 Kohlenstoffatomen sein, wobei der Comonomergehalt weniger als 10 Gew.-% beträgt. Andere geeignete Comonomere umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, 1-Decen, 1-Dodecen, Vinylcyclohexen, Styrol, Allylbenzen, Cyclopenten, Norbornen und 5-Mehtylnorbornen. Ein geeignetes Polypropylenharz ist ein isotaktisches Polypropylen-Homopolymerharz mit einem Schmelzfließindex von 2,5 g/10 Minuten, das im Handel unter der Produktbezeichnung 3374 von der FINA Oil and Chemical Co., Dallas, TX, erhältlich ist. Das Polypropylen kann während der Verarbeitung durch Beigabe von organischen Peroxiden, wie beispielsweise Dialkylperoxiden mit Alkylgruppen mit bis zu sechs Kohlenstoffatomen, 2,5-Dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexan und Di-tert-butylperoxide, absichtlich teilweise abgebaut werden. Ein Abbaufaktor zwischen etwa 2 und 15 ist geeignet. Wiederverarbeitete oder wieder verwendete Polypropylene zum Beispiel in der Form von Altfolien oder Kantenbeschneidungen können in das Polypropylen in Mengen von weniger als etwa 60 Gew.-% ebenfalls beigemengt werden.
Wie bereits erwähnt, können auch Mischungen mit mindestens etwa 75 % isotaktischem Polypropylen und höchstens etwa 25 % eines anderen Polymers oder anderer Polymere vorteilhaft im Prozess der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Geeignete Zusatzpolymere in solchen Mischungen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Propylencopolymere, Polyethylene, Polyolefine, welche Monomere mit von vier bis acht Kohlenstoffatomen aufweisen, und andere Polypropylenharze.
Polypropylen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann wahlweise 1 bis 40 Gew.-% eines Harzes künstlichen oder natürlichen Ursprungs mit einer Molekülmasse zwischen etwa 300 und 8.000 und mit einem Erweichungspunkt zwischen etwa 60 °C und 180 °C enthalten. Normalerweise wird solch ein Harz aus einer von vier Hauptklassen ausgewählt: Petroleumharze, Styrolharze, Cyclopentadienharze und Terpenharze. Wahlweise können Harze jeder Klasse teilweise oder ganz hydriert werden. Petroleumharze weisen als Monomerkomponenten normalerweise Styrol, Mehtylstyrol, Vinyltoluen, Inden, Mehtylinden, Butadien, Isopren, Piperylen und/oder Pentylen auf. Styrolharze weisen als Monomerkomponenten normalerweise Styrol, Mehtylstyrol, Vinyltuolen und/oder Butadien auf. Cyclopentadienharze weisen als Monomerkomponenten normalerweise Cyclopentadien und wahlweise andere Monomere auf. Terpenharze weisen als Monomerkomponenten normalerweise Pinen, Alpha-Pinen, Dipenten, Limonen, Mycren und Camphen auf.
Polypropylen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann wahlweise Zusatzstoffe und andere Bestandteile enthalten, wie auf dem Fachgebiet bekannt. Zum Beispiel können die Folien der vorliegenden Erfindung Füllmittel, Pigmente und andere Farbstoffe, Antiblockiermittel, Schmiermittel, Weichmacher, Verarbeitungshilfsstoffe, Antistatikmittel, Keimbildner, Antioxidationsmittel und Wärmestabilisierungsmittel, Ultraviolettlichtstabilisierungsmittel und andere Eigenschaftsmodifikationsmittel enthalten. Die Füllmittel und anderen Zusatzstoffe werden vorzugsweise in einer wirksamen Menge beigegeben, welche so gewählt wird, dass sie die Eigenschaften, die durch die hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen erreicht werden, nicht nachteilig beeinflusst. Normalerweise werden solche Materialien einem Polymer beigegeben, bevor es zu einer orientierten Folie gemacht wird (z.B. in der Polymerschmelze vor der Extrusion zu einer Folie). Organische Füllmittel können organische Färbemittel und Harze, sowie organische Fasern, wie beispielsweise Nylon- und Polyimidfasern, und Einschlüsse von anderen, wahlweise vernetzten Polymeren, wie beispielsweise Polyethylen, Polyestern, Polycarbonaten, Polystyrolen, Polyamiden, halogenierten Polymeren, Polymethylmethacrylat und Cycloolefinpolymeren, umfassen. Anorganische Füllmittel können Pigmente, Quarzstaub und andere Formen von Siliciumdioxid, Silicate, wie beispielsweise Aluminiumsilicat oder Magnesiumsilicat, Kaolin, Talk, Natriumaluminiumsilicat, Kaliumaluminiumsilicat, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Diatomeenerde, Gips, Aluminiumsulfat, Bariumsulfat, Calciumphosphat, Aluminiumoxid, Titandioxid, Magnesiumoxid, Eisenoxide, Kohlenstofffasern, Kohleschwarz, Graphit, Glasperlen, Glasbläschen, Mineralfasern, Tonpartikel, Metallpartikel und dergleichen umfassen. In einigen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, Hohlräume um die Füllmittelpartikel während des Prozesses der biaxialen Orientierung der vorliegenden Erfindung zu bilden. Viele der organischen und anorganischen Füllmittel können auch wirksam als Antiblockiermittel verwendet werden. Alternativerweise oder zusätzlich können Schmiermittel, wie beispielsweise Polydimethylsiloxanöle, Metallseifen, Wachse, höhere aliphatische Ester und höhere aliphatische Säureamide (wie beispielsweise Erucamid, Oleamid, Stearamid und Behenamid) eingesetzt werden.
Antistatikmittel, welche aliphatische Tertiäramine, Glycerinmonostearate, Alkalimetallalkansulfonate, ethoxylierte oder propoxylierte Polydiorganosiloxane, Polyethylenglycolester, Polyethylenglycolether, Fettsäureester, Ethanolamide, Mono- und Diglyceride und ethoxylierte Fettamine umfassen, können ebenfalls eingesetzt werden. Organische und anorganische Keimbildner, wie beispielsweise Dibenzylsorbitol oder seine Derivate, Chinacridon und seine Derivate, Metallsalze von Benzoesäure, wie beispielsweise Natriumbenzoat, Natriumbis(4-tert-butyl-phenyl)phosphat, Siliciumdioxid, Talk und Bentonit, können ebenfalls beigemengt werden. Antioxidationsmittel und Wärmestabilisierungsmittel, welche Phenolarten (wie beispielsweise Pentaerythritil-Tetrakis [3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydro xyphenyl)propionat] und 1,3,5-Trimetyl-2,4,6-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)benzen) und Alkali- und Erdalkalimetallstearate und -carbonate umfassen, können ebenfalls vorteilhaft verwendet werden. Andere Zusatzstoffe, wie beispielsweise Flammverzögerungsmittel, Ultraviolettlichtstabilisierungsmittel, Verträglichkeitsmittel, antimikrobielle Wirkstoffe (z.B. Zinkoxid), elektrische Leiter und thermische Leiter (z.B. Aluminiumoxid, Bornitrid, Aluminiumnitrid und Nickelpartikel), können ebenfalls in das Polymer gemischt werden, das zum Bilden der Folie verwendet wird.
Das Polymer kann in Blattform gegossen werden, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, um ein Blatt herzustellen, das zum Strecken geeignet ist, um zu der hierin beschriebenen bevorzugten Folie zu gelangen. Bei der Herstellung von Polypropylenfolien ist ein geeignetes Verfahren zum Gießen eines Blattes, das Harz in den Beschickungstrichter eines Einschnecken-, Doppelschnecken-, Kaskaden- oder anderen Extrudersystems mit einer Extruderzylindertemperatur, die so eingestellt wird, dass eine stabile homogene Schmelze erzeugt wird, einzuführen. Die Polypropylenschmelze kann durch eine Blattdüse auf ein drehendes gekühltes Metallgießrad extrudiert werden. Wahlweise kann das Gießrad teilweise in ein fluidgefülltes Kühlbad getaucht werden, oder das gegossene Blatt kann nach der Entfernung vom Gießrad auch wahlweise durch ein fluidgefülltes Kühlbad durchgeführt werden.
Das Blatt wird dann gemäß den hierin beschriebenen bevorzugten Profilen biaxial gestreckt, um die Trägerfolie 22 bereitzustellen. Von allen Streckverfahren umfassen die Verfahren, die zur kommerziellen Herstellung von Folien für Bandträger am meisten bevorzugt werden, biaxiales Strecken durch eine Flachfolienspannrahmenvorrichtung. Solch ein Streckverfahren wird hierin als biaxiales Spannrahmenstrecken bezeichnet. Dieser Prozess unterscheidet sich von einer herkömm lichen Vorrichtung für aufeinander folgende biaxiale Streckung, bei welcher die Folie in der MD gestreckt wird, indem sie über Rollen mit steigender Geschwindigkeit angetrieben wird. Biaxiales Spannrahmenstrecken wird bevorzugt, da es das Berühren der vollen Oberfläche der Folie mit einer Rolle während der Streckung vermeidet. Biaxiales Spannrahmenstrecken wird auf einer Spannrahmenvorrichtung durchgeführt, welche die Folie entlang der gegenüberliegenden Kanten der Folie ergreift (wobei sie solche Mittel wie mehrere Clips einsetzt) und die Greifmittel mit veränderlichen Geschwindigkeiten entlang auseinander strebender Schienen antreibt. Im ganzen Dokument sind die Wörter Greifer und Clips so zu verstehen, dass sie auch andere Folienkantengreifmittel umfassen. Durch Erhöhen der Clipgeschwindigkeit in der MD erfolgt Streckung in der MD. Durch Verwenden solcher Mittel, wie beispielsweise auseinander strebender Schienen, erfolgt TD-Streckung. Solch ein Strecken kann zum Beispiel durch die Verfahren und die Vorrichtung, welche in den US-Patenten Nr. 4,330,499 und 4,595,738 offenbart werden, und insbesondere durch die Verfahren und die Spannrahmenvorrichtung, welche in den US-Patenten Nr. 4,675,582; 4,825,111; 4,853,602; 5,036,262; 5,051,225 und 5,072,493 offenbart werden, erreicht werden. Solch eine biaxiale Spannrahmenvorrichtung ist zu aufeinander folgenden und zu gleichzeitigen biaxialen Streckprozessen imstande, und die vorliegende Erfindung umfasst beide Prozesse. Wenn die hierin beschriebenen und geltend gemachten bevorzugten Streckprofile so bezeichnet werden, dass sie einen wesentlichen Teil aufweisen, der gleichzeitig ist, bedeutet dies, dass mehr als eine nebensächliche Ausmaß, vorzugsweise mindestens 10 %, insbesondere mindestens 25 % und ganz besonders mindestens 40 %, der Endstreckung in jeder Richtung gleichzeitig durchgeführt wird. Obwohl biaxial gestreckte Folien durch Schlauchblasfolienstreckprozesse hergestellt werden können, wird bevorzugt, dass die Folien dieser Erfindung, wenn als Bandträger ver wendet, durch die eben beschriebenen bevorzugten Flachfolienspannrahmenstreckprozesse hergestellt werden, um Dickenveränderungen auf ein Minimum herabzusetzen und Verarbeitungsschwierigkeiten, die normalerweise mit Schlauchblasfolienprozessen verbunden sind, zu vermeiden.
Eine Klasse von bevorzugten Streckprofilen gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Klasse der MD-Überspannungsstreckprofile. In einem MD-Überspannungsstreckprofil erreicht der MD-Streckparameter einen höheren Wert über einen signifikanten Teil des Streckprozesses, als er im Falle des Proportionalstreckprofils mit denselben MD- und TD-Endstreckverhältnissen erreichen würde. Eine veranschaulichende MD-Überspannungskurve ist als 16 in 1 dargestellt. Ein bevorzugtes MD-Überspannungsstreckprofil ist eines, bei welchem mindestens 75 % des MD-Endstreckparameters erreicht werden, bevor nicht mehr als 50 % des TD-Endstreckparameters erreicht werden. Ein noch mehr bevorzugtes MD-Überspannungsstreckprofil ist eines, bei welchem mindestens 90 % des MD-Endstreckparameters erreicht werden, bevor nicht mehr als 50 % des TD-Endstreckparameters erreicht werden. Ein Beispiel für solch ein Profil 16 ist in 3 veranschaulicht. Für eine Folie mit einem MD-Endstreckverhältnis von 5,4 und einem TD-Endstreckverhältnis von 8,5 (üblicherweise als eine 5,4-x-8,5-Folie bezeichnet) entspricht der MD-Endstreckparameter 4,4, und der TD-Endstreckparameter entspricht 7,5 und ist in 3 als Punkt 14 identifiziert. Für das bevorzugte MD-Überspannungsprofil von 3 sind mindestens 90 % des MD-Endstreckparameters (0,9 × 5,4) = 4, 86 als Punkt 40 auf der Y-Achse veranschaulicht. Als Punkt 42 auf der X-Achse sind 50 % des TD-Endstreckenparameters (0,5 × 7,5) = 3,75 veranschaulicht. Daher wird für das veranschaulichte bevorzugte Profil ein MD-Streckparameter von 4,86 erreicht, bevor ein TD-Streckparameter von nicht mehr als 3,75 erreicht wird, wie bei Punkt 44 auf dem Profil veranschaulicht.
Das veranschaulichte MD-Überspannungsprofil 16 weist keinen Teil auf, der unter der Proportionalstreckprofillinie 10 liegt. Es ist jedoch innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung, dass ein Teil des Profils unter der Proportionalstrecklinie in einem MD-Überspannungsprofil enthalten ist, das vorzugsweise mindestens 75 % und insbesondere mindestens 90 % des MD-Endstreckparameters erreicht, bevor nicht mehr als 50 % des TD-Endstreckparameters erreicht werden. Dies ist als Profil 16a in 3 veranschaulicht.
Eine andere Art und Weise, ein MD-Überspannungsstreckprofil zu identifizieren, ist, dass der Bereich B unter der Kurve 16 größer ist als der Bereich A für ein Proportionalstreckprofil, das bei denselben MD- und TD-Endstreckparametern endet, wie in 4 veranschaulicht. Eine bevorzugte Ausführungsform eines MD-Überspannungsstreckprofils 16 ist eines, bei welchem der Bereich B unter der Streckprofilkurve 16 mindestens 1,4-mal der Bereich A unter der Linie 10 ist, welche ein Proportionalstreckprofil definiert. In einem anderen bevorzugten Profil ist der Bereich B mindestens 1,7-mal der Bereich A. In noch einem weiteren bevorzugten Profil ist der Bereich B mindestens 2,0-mal der Bereich A. In noch einem anderen bevorzugten Profil ist der Bereich B mindestens 2,5-mal der Bereich A. Und in einem anderen bevorzugten Profil ist der Bereich B ungefähr 2,5-mal der Bereich A. In dem Profil, das in 4 veranschaulicht ist, weist das MD-Überspannungsstreckprofil 16 keinen Teil auf, der unter der Proportionalstreckprofillinie 10 liegt. Es ist jedoch innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung, dass ein Teil des Profils unter der Proportionalstrecklinie in einem MD-Überspannungsprofil enthalten ist, das einen Bereich B aufweist, der um das spezifizierten Ausmaß, wie durch Profil 16b in 4 veranschaulicht, größer als der Proportionalbereich A ist,.
Ein anderes bevorzugtes Streckprofil der vorliegenden Erfindung umfasst eine MD-Überstreckung im Profil, gefolgt von einem Zurückziehen in der Maschinenrichtung. Wie in 5 veranschaulicht, umfasst solch ein Profil 46 das Erreichen eines MD-Spitzenstreckparameters bei Punkt 48 gefolgt von einem Zurückziehen in der Maschinenrichtung bis zum MD-Endstreckenparameter bei Punkt 14. Obwohl es möglich ist, dieses Zurückziehen bei Ausbleiben einer Streckung in der TD-Richtung durchzuführen, wird bevorzugt, dass für einen signifikanten Grad von Überstreckung ein signifikanter Teil des Zurückziehens gleichzeitig mit einem Teil der TD-Streckung erfolgt, wie durch das Segment 46a des Profils 46 von 5 veranschaulicht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der MD-Spitzenstreckparameter 48, der während der Überstreckung erreicht wird, mindestens 1,2-mal der Wert des MD-Endstreckparameters 14. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der MD-Spitzenstreckparameter mindestens 1,3-mal der MD-Endstreckparameter. In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der MD-Spitzenstreckparameter mindestens 1,4-mal der MD-Endstreckparameter. In einer weiteren anderen bevorzugten Ausführungsform ist der MD-Spitzenstreckparameter mindestens 1,5-mal der MD-Endstreckparameter. Und in einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der MD-Spitzenstreckparameter ungefähr 1,5-mal der MD-Endstreckparameter.
Die hierin beschriebenen bevorzugten MD-Überstreckungsprofile können auch mit den hierin beschriebenen bevorzugten MD-Überspannungsstreckprofilen kombiniert werden. Mit anderen Worten, solch ein Streckprofil würde den gewünschten MD-Streckparametergrad bei gleichzeitigem Erreichen des bevorzugten MD-Spitzenstreckparameters und des zuvor beschriebenen anschließenden Zurückziehens in Maschinenrichtung erreichen, bevor nicht mehr als der spezifizierte TD-Streckparametergrad erreicht wird. Auf ähnliche Weise können diese Profile für jedes der MD-Überspannungs streckprofile, welche den Bereich B ausreichend größer als den Bereich A aufweisen, auch das Erreichen eines bevorzugten MD-Spitzenstreckparameters und des zuvor beschriebenen Zurückziehens in Maschinenrichtung umfassen.
Viele der bevorzugten Ausführungsformen werden hierin in Bezug auf die MD und die TD der Folie beschrieben, wie auch die Beispiele. Es versteht sich jedoch von selbst, dass jedes der hierin erwähnten bevorzugten Streckprofile und der hierin angegebenen Beispiele unter Bezugnahme auf eine erste Richtung und eine zweite Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung ist, beschrieben werden kann. Dies ist so in Bezug auf Überspannungsstreckprofile, Überstreckungsprofile und jeden der Parameter, welche in Bezug auf die Profile beschrieben werden, wie beispielsweise Endstreckverhältnis, Streckparameter und natürliches Streckverhältnis. Demnach können die bevorzugten Überspannungs- und/oder Überstreckungsprofile der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf eine erste Richtung, in welcher das Endstreckverhältnis nicht höher als das Endstreckverhältnis in einer zweiten Richtung ist, beschrieben werden. Die erste Richtung kann entweder die MD oder die TD sein. Das heißt, das Profil kann Überspannung in der ersten Richtung oder Überstreckung in der ersten Richtung sein, und diese umfassen Profile, welche MD-Überspannung, TD-Überspannung, MD-Überstreckung und TD-Überstreckung sein können. Entweder die erste oder die zweite Richtung kann der MD entsprechen, wobei die andere der TD entspricht. Es versteht sich auch von selbst, dass die verbesserten Eigenschaften einer Folie, welche zum Beispiel mit einem TD-Überspannungsstreckprofil hergestellt wird, die entgegengesetzte Richtung von jenen einer Folie betreffen würden, die mit einem MD-Überspannungsstreckprofil hergestellt wird.
In allen der hierin beschriebenen Überspannungs- oder Überstreckungsprofile wird manchmal bevorzugt, dass das Endstreckverhältnis in der ersten Richtung niedriger als das natürliche Streckverhältnis ist, das auf derselben Folie in einem uniaxialen Streckmodus gemessen wird. Für solch einen Fall ist die Überspannung oder die Überstreckung in derselben Richtung wie die Richtung, für welche das Endstreckverhältnis niedriger als das uniaxiale natürliche Streckverhältnis ist. Bei einem besonders bevorzugten Überspannungsprofil ist das Profil MD-Überspannung, und das MD-Endstreckverhältnis ist niedriger als das uniaxiale natürliche Streckverhältnis. Bei einem anderen bevorzugten Profil wird bevorzugt, dass für die Richtung, in der keine Überspannung ist, das Endstreckverhältnis höher als das uniaxiale natürliche Ziehverhältnis ist. Bei einem anderen bevorzugten Profil wird bevorzugt, dass das Endziehverhältnis in der ersten Richtung mit Überspannung niedriger als das uniaxiale natürliche Ziehverhältnis ist und dass das Endziehverhältnis in der zweiten Richtung höher als das uniaxiale natürliche Ziehverhältnis ist. Ein Beispiel für solch ein bevorzugtes Profil ist eines, das MD-überspannt ist, wobei das MD-Endstreckverhältnis niedriger als das uniaxiale natürliche Streckverhältnis und das TD-Endstreckverhältnis höher als das uniaxiale natürliche Streckverhältnis ist. Wie bereits erwähnt, wäre, wenn das Endstreckverhältnis in der ersten Richtung niedriger als das uniaxiale natürliche Streckverhältnis ist, zu erwarten, dass die resultierende Folie in dieser Richtung signifikant uneinheitliche Eigenschaften, wie beispielsweise Dicke und Einheitlichkeit der Streckung, aufweisen würde. Überraschenderweise können durch Verwenden der hierin beschriebenen Überspannungs- und Überstreckungsstreckprofile die Einheitlichkeitseigenschaften in einer bestimmten Richtung trotz des Streckens der Folie bis zu einem Endstreckenverhältnis, das niedriger als das uniaxiale natürliche Streckverhältnis ist, erreicht werden.
Eine andere Art und Weise, diesen unerwarteten Vorteil zu beschreiben, ist, die Folien zu vergleichen, welche entlang verschiedener Streckprofile bis zu demselben Endstreckverhältnis oder -parameter gezogen wurden. Wenn ein Proportionalstreckprofil verwendet wird, werden keine einheitlichen Folieneigenschaften erhalten, wenn das Endziehverhältnis in der ersten Richtung unter dem natürlichen Ziehverhältnis für diese Richtung ist. Wenn eine Folie entlang eines Streckprofils mit ausreichender Überspannung bis zu demselben Endstreckparameter oder -verhältnis gezogen wird, weist die Folie einheitliche Eigenschaften auf. Es kann gesagt werden, dass das Überspannungsstreckprofil den Wert des natürlichen Ziehverhältnisses in der Richtung verringert, in der die Überspannung vorliegt. Dies ermöglicht Strecken der Folie entlang eines Überspannungsstreckprofils bis zu einem niedrigeren Endziehverhältnis in dieser Richtung, als für ein Proportionalstreckprofil möglich gewesen wäre, während trotzdem eine gestreckte Folie mit annehmbaren einheitlichen Eigenschaften und Charakteristiken erreicht wird.
Manchmal wird bevorzugt, eine Folie mit einer hohen Reißdehnung und einer hohen Zähigkeit in einer bestimmten Richtung zu haben. Diese Eigenschaften können mit einem niedrigen Endziehverhältnis in dieser Richtung erreicht werden. Vor der vorliegenden Erfindung war es schwierig, Folien mit einheitlicher Dicke und einheitlichen Eigenschaften durch Strecken bis zu einem niedrigen Endziehverhältnis zu erhalten. Ein niedriges Endziehverhältnis wird mit den hierin beschriebenen Überspannungs- und/oder Überstreckungsprofilen in geeigneter Weise erhalten. Diese Profile stellen auch Folien mit einheitlichen Eigenschaften und einer einheitlichen Dicke bereit.
Biaxiales Strecken von Folien ist für viele Prozessbedingungen empfindlich, welche die Zusammensetzung des Harzes, Foliengieß- und -abkühlparameter, das Zeit-Temperatur-Verhalten während des Vorwärmens der Folie vor dem Strecken, die eingesetzte Strecktemperatur und die Streckgeschwindigkeiten umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Mit den Vorteilen der Lehren hierin kann ein Fachmann jeden einzelnen oder alle Parameter einstellen und dadurch Verbesserungen erhalten, welche sich in der Größe unterscheiden, oder er kann dadurch imstande sein, die genauen Streckprofilüberspannungsniveaus einzustellen, die notwendig sind, um die Verbesserungen zu realisieren.
Die Folien, die in dieser Erfindung brauchbar sind, wenn als ein Träger 22 für ein Band 20 verwendet, weisen vorzugsweise eine Enddicke zwischen etwa 0,020 und 0,064 mm auf. Es können dickere und dünnere Folien verwendet werden, wobei es sich von selbst versteht, dass die Folie dick genug sein sollte, um ein übermäßig lockeres Gefüge und Schwierigkeiten bei der Handhabung zu vermeiden, aber auch nicht so dick, dass sie unerwünscht starr oder steif und schwierig zu handhaben oder zu verwenden ist. Die Veränderlichkeit der Foliendicke, wie durch die Standardabweichung in Bezug auf den Durchschnitt gemessen, beträgt vorzugsweise weniger als 10 % die Bahn hinunter und über die innere Breite der Folie ohne ihre Kantenbereiche. Diese innere Breite variiert in Abhängigkeit des relativen Teils der Folienkanten zur Gesamtbreite der Folie. Im Allgemeinen wird die Folienkante nicht biaxial gestreckt, sondern weist vielmehr Streckcharakteristiken auf, die selbst bei einem biaxialen Streckvorgang zu den uniaxialen neigen. Daher sind die Folienkanten dicker. In manchen Fällen wird eine Gießbahn mit absichtlich uneinheitlicher Dicke gestreckt. Wenn eine dickere Kante in der Gießbahn verwendet wird, dann wird die Folienkantenbreite in der gestreckten Folie neben dem Lokali sierungseffekt des Greifers durch das ursprüngliche Gießbahndickenprofil definiert.
Für die bevorzugte Ausführungsform des Folienträgers 22, welcher isotaktisches Polypropylen aufweist, weist der Folienträger 22 vorzugsweise eine Zugreißdehnung von mindestens 110 % und eine volumetrische Zugreißenergie von 124,0 MJ/m³ (18.000 in-lb/in³) auf.
Der Träger 22 kann wahlweise Zusatzstoffe und andere Bestandteile, wie auf dem Fachgebiet bekannt und zuvor beschrieben, vorzugsweise in einer Menge aufweisen, die so gewählt wird, dass die Zugeigenschaften, die durch die hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen erreicht werden, nicht nachteilig beeinflusst werden.
In Fall von Folien, die zur Verwendung als Klebebandträger bestimmt sind, werden normalerweise Vorratsrollen von einer breiteren Eingabefolienrolle vom Folienhersteller längs geschnitten. Die Vorratsrollen werden normalerweise mit Klebstoff auf einer Oberfläche und einer Trennmittelbeschichtung oder eine mäßig haftende Rückseitenleimung (LAB für engl. low adhesion backsize) auf der anderen beschichtet, zu schmalen Breiten längs geschnitten und in Rollenform gewickelt.
Der Klebstoff 28, der auf die erste Hauptfläche 24 des Bandträgers 22 aufgetragen wird, kann jeder geeignete Klebstoff sein, wie auf dem Fachgebiet bekannt. Bevorzugte Klebstoffe sind jene, welche durch Druck, Wärme oder Kombinationen davon aktivierbar sind. Geeignete Klebstoffe umfassen jene, welche auf Acrylat, Gummiharz, Epoxidharzen, Urethanen und Kombinationen davon basieren. Der Klebstoff 28 kann durch Lösungs-, Wasser- oder Heißschmelzbeschichtungsverfahren aufgetragen werden. Der Kunststoff kann heißschmelzbeschichtete Formulierungen, transferbeschichtete Formulierungen, lösemittelbeschichtete Formulierungen und Latexformulierungen, sowie Laminier-, wärmeaktivierte und wasseraktivierte Klebstoffe und Bindemittel umfassen. Verwendbare Klebstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen alle Kontaktklebstoffe. Kontaktklebstoffe besitzen bekanntlich Eigenschaften, welche umfassen: Trocken- und Dauerklebrigkeit, Haftung mit nur einem Fingerdruck und eine ausreichende Fähigkeit, an einer Klebefläche zu halten. Beispiele für Klebstoffe, welche in der Erfindung verwendbar sind, umfassen jene, die basieren auf allgemeinen Zusammensetzungen von Polyacrylat,; Polyvinylether, Dien-Gummi, wie beispielsweise Naturkautschuk, Polyisopren und Polybutadien; Polyisobutylen; Polychloropren; Butylkautschuk; Butadien-Acrylnitril-Polymer; thermoplastisches Elastomer; Blockcopolymere, wie beispielsweise Styrol-Isopren- und Styrol-Isopren-Styrol (SIS)-Blockcopolymere; Ethylen-Propylen-Dien-Polymere und Styrol-Butadien-Polymere; Poly-Alpha-Olefin; amorphes Polyolefin; Silicon; ethylenhaltige Copolymere, wie beispielsweise Ethylenvinylacetat, Ethylacrylat und Ethylmethacrylat; Polyurethan; Polyamid; Epoxidharz; Polyvinylpyrrolidon- und Vinylpyrrolidon-Copolymere; Polyester; und Gemische oder Mischungen (kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Phase) davon. Außerdem können die Klebstoffe Zusatzstoffe enthalten, wie beispielsweise Klebrigmacher, Weichmacher, Füllmittel, Antioxidationsmittel, Stabilisierungsmittel, Pigmente, Diffusionsmaterialien, Heilstoffe, Fasern, Filamente und Lösemittel. Überdies kann der Klebstoff wahlweise durch jedes bekannte Verfahren ausgehärtet werden.
Eine allgemeine Beschreibung von verwendbaren Kontaktklebstoffen kann in der Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 13, Wiley-Interscience Publishers (New York, 1988), gefunden werden. Eine zusätzliche Beschreibung von verwendbaren Kontaktklebstoffen kann in der Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Vol. 1, Interscience Publishers (New York, 1964), gefunden werden.
Der Folienträger 22 des Bandes 20 kann wahlweise dadurch behandelt, dass einer Flamme oder einer Coronaentladung ausgesetzt oder anderen Oberflächenbehandlungen, einschließlich chemischer Grundierung, unterzogen wird, um die Haftung von darauf folgenden Deckschichten zu verbessern. Außerdem kann die zweite Hauptfläche 26 des Folienträgers 22 wahlweise mit mäßig haftenden Rückenappreturmaterialien 30 beschichtet werden, um die Haftung zwischen der Klebstoffschicht 28 der gegenüberliegenden Oberfläche und der Folie 22 zu beschränken, wodurch die Erzeugung von Klebebandrollen ermöglicht wird, die leicht abgewickelt werden können, wie auf dem Fachgebiet der Herstellung klebstoffbeschichteter Bänder allgemein bekannt.
Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf die folgenden detaillierten Beispiele weiter beschrieben. Diese Beispiele werden geboten, um die verschiedenen spezifischen und bevorzugten Ausführungsformen und Techniken weiter zu veranschaulichen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass viele Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Beispiele
Für alle Beispiele 1 bis 13 wurde die ungestreckte Gießfolie folgendermaßen erhalten. Ein folienfeines isotaktisches Polypropylen-Copolymerharz mit einem Nominalschmelzfließindex von 2,5 g/10 Minuten und mit einem Ethylen-Comonomergehalt von 0,3 %, das von der Exxon Chemical Co. (Houston, TX) erhalten wurde und die Handelsbezeichnung Escorene 4792 aufweist, wurde einem Kaskadenextrusionssystem zugeführt, das einen 17,5-cm-Einschneckenextruder und einen 22,5-cm-Einschneckenextruder aufwies, die von der Barmag AG (Remscheid, Deutschland) hergestellt wurden und eine Extruderzylindertemperatur von etwa 250 °C aufwiesen, welche eingestellt wurde, um eine stabile homogene Schmelze zu erzeugen. Die Polypropylenschmelze wurde durch eine 91, 4cm Einkanalblattdüse auf ein drehendes gekühltes Stahlgießrad extrudiert, das bei etwa 38 °C gehalten wurde. Das Gießrad war auf eine derartige Weise montiert, dass es bis zu einem hohen Niveau in ein Wasserbad getaucht war, das bei 20 °C gehalten wurde. Die gegossene Folie durchlief somit das Wasserbad, während sie noch mit dem Gießrad in Kontakt war. Die ungestreckte Gießfolie wies eine Dicke von etwa 0,13 cm auf.
Probestücke der Gießfolie wurden dann gleichzeitig in ihren zwei orthogonalen Richtungen in der gleichen Ebene bis zu einem mechanischen MD-Streckverhältnis („MDR") von 5,4 und einem mechanischen TD-Streckverhältnis („TDR") von 8,5 gestreckt. Unabhängige Messungen im uniaxialen Modus an derselben ungestreckten Gießfolie bei ähnlichen Temperaturen und Streckverhältnissen zeigten, dass das uniaxiale natürliche Streckverhältnis für dieses Material zwischen etwa 6 und etwa 7 lag, weshalb das MDR niedriger als das uniaxiale natürliche Streckverhältnis ist und das TDR höher als das uniaxiale natürliche Streckverhältnis war. Das Strecken erfolgte auf einem hydraulisch angetriebenen Laborgerät zum biaxialen Strecken von Folien mit einem programmierbaren temperaturgesteuerten Ofen. Die Positionen der beiden orthogonalen Streckteilsysteme innerhalb des Ofens und infolgedessen die Verhältnisse des Folienprobestücks waren als eine Funktion der Zeit ebenfalls programmierbar. Die MD und die TD wurden für jedes Probestück hinsichtlich der ursprünglichen MD und TD des Folienextrusionsgießprozesses definiert. Es dürfte klar sein, dass das Laborgerät zum biaxialen Strecken von Folien selbst keine eigenen „Maschinen"- und „Quer"-Richtungen aufweist, da es eher ein Gerät chargenweiser als kontinuierlicher Verarbeitung ist. In allen Beispielen begann und endete das Strecken für jede der beiden orthogonalen Richtungen gleichzeitig. Andere Teile der Arbeitsablaufs, die allen Beispielen gemeinsam sind, waren wie folgt.
Das gegossene Folienblatt mit einer Dicke von etwa 0,13 cm wurde in quadratische Probestücke geschnitten. Die Probestücke wurden auf eine Größe zugeschnitten, welche nach dem kantenweisem Ergreifen durch die Spannklemmen eines Folienstreckrahmens innerhalb der Ofenkammer des Geräts zu den eingespannten Probestücken mit einer streckbaren Abmessung von etwa 4,6 cm in jeder der beiden Flächenrichtungen führte. Jedes Probestück wurde 45 Sekunden lang bei 130 °C vorgeheizt, gefolgt von zusätzlichen 45 Sekunden bei 160 °C. Jedes Probestück wurde dann unter Verwendung von vorprogrammierten Streckprofilen, welche berechnet wurden, um die Arbeiten einer Folienlinie zu simulieren, die zur gleichzeitigen Biaxialorientierung innerhalb ihres Spannrahmenofens imstande ist, gleichzeitig biaxial gestreckt. Nach Beendigung des Streckens wurden die Probestücke rasch abgekühlt und dann schnell aus dem Folienstreckgerät entfernt. Mindestens drei Probestücke wurden bei den Bedingungen jedes Beispiels gestreckt, und die resultierenden, genau übereinstimmenden Probestückfolien wurden visuell auf ihre Konsistenz im Streckverhalten geprüft. Gelegentliche Probestücke, welche sich anomal verhielten (zum Beispiel Reißen an einem Greifer oder in der Nähe davon), wurden verworfen. Ein Probestück von den dreien wurde bei einem bestimmten Satz von Bedingungen für Streckungseinheitlichkeitsmessungen verwendet, während die beiden anderen für Zugversuche verwendet wurden.
In jedem Beispiel wurden die zeitabhängigen Streckprofile der beiden Komponenten (MD und TD) in einem Diagramm MD-Streckparameter gegenüber TD-Streckparameter durch paarweises Anordnen der Punkte der zeitabhängigen Zweikomponentenstreckprofile zu identischen Zeitpunkten zusammengefasst. Dieses Diagramm wird im Folgenden als das Streckprofil bezeichnet. Aus solch einem Diagramm können die folgenden Parameter grafisch oder numerisch berechnet werden:
„% MD-Streckparameter bei 25 % TD-Streckparameter". Dies stellt dar, wie viele Prozente des MD-Endstreckparameters erreicht wurden, wenn 25 des TD-Endstreckparameters erreicht wurden.
„% MD-Streckparameter bei 50 % TD-Streckparameter." Dies stellt dar, wie viele Prozente des MD-Endstreckparameters erreicht wurden, wenn 50 des TD-Endstreckparameters erreicht wurden.
„Streckprofilbereichsverhältnis". Dieser Parameter stellt das Verhältnis dar von:
dem Bereich, der durch das Streckprofil, an dessen Achse der MD-Streckparameter gleich null ist, und die vertikale Linie, die beim TD-Endstreckparameter gezogen ist, begrenzt wird; zu
dem Bereich, der durch eine gerade Linie, welche den Ausgangspunkt mit dem Endpunkt verbindet (d.h. das Proportionalstreckprofil) und an deren Achse der MD-Streckparameter gleich null ist, und der vertikalen Linie, welche beim TD-Endstreckparameter gezogen ist, begrenzt wird.
Dies wird durch das Verhältnis von Bereich B zu Bereich A in 1 dargestellt.
Prüfverfahren
Streckungseinheitlichkeit:
Vor dem Strecken wurden Gitter mit Bezugslinien entlang der MD und der TD in Abständen von einem Zentimeter derart auf die quadratisch zugeschnittenen Gießfolienprobestücke gezeichnet, dass zwei der Bezugslinien so positioniert wurden, dass sie sich genau in der Folienmitte kreuzten. Nach dem Strecken wurde der Abstand dieser Bezugsmarkierungen gemessen, um die lokalen Streckverhältnisse zu bestimmten. Um Kanteneinwirkungen infolge des Auszackens von Kanten zwischen benachbarten Paaren von Foliengreifern auszuschließen, wurden die Messungen nur unter Verwendung der drei mittleren Bezugslinien durchgeführt, welche jeweils in der Maschinen- und in der Querrichtung verliefen. Außerdem wurden Bezuglinienverschiebungen nur entlang der vertikalen Bezugslinien gemessen. Auf diese Weise wurden für insgesamt sechs Messungen Bezugslinienverschiebungen in der MD zwischen der mittleren Bezugslinie, welche entlang der TD verlief, und der benachbarten Bezugslinie auf jeder Seite und nur entlang einer der mittleren Bezugslinien, welche entlang der MD verlief, und den benachbarten Bezugslinien auf jeder Seite gemessen. Die Verschiebungsmessungen in der TD wurden auf die gleiche Weise durchgeführt.
Die lokalen Streckverhältnisse von Folien, welche auf diese Weise gemessen wurden, können innerhalb eines Probestücks infolge der Halsbildung oder des Linienziehens in einer oder beiden der Streckrichtungen signifikant variieren. Für den Fall gleichzeitigen biaxialen Streckens offenbart sich Linienziehen üblicherweise als ein Band oder Bänder auf der Folie, welche im Wesentlichen senkrecht auf die Streckrichtung angeordnet sind, für welche das Streckverhältnis niedriger als das natürliche Streckverhältnis in dieser Richtung ist, wobei diese Bänder im Wesentlichen weniger hoch gestreckt werden als der Rest der Folie. Diese Uneinheitlichkeit wurde für die Beispiele 1 bis 13 durch Berechnen -der relativen Standardabweichung des MDR quantitativ bestimmt, die als das Verhältnis der Standardabweichung der sechs lokalen MDR-Messungen zum Mittelwert der sechs lokalen MDR-Messungen ausgedrückt wurde. Es ist leicht zu erkennen, dass, wenn eine ungestreckte Gießfolie von einheitlicher Dicke als ein Ausgangsmaterial eingesetzt wird, die relative Standardabweichung der MDR auch für eine indirekte qualitative Messung der Dickeneinheitlichkeit der fertigen Folie steht, da ein verhältnismäßig hohes lokales Streckverhältnis zu einem lokalen dünnen Punkt führt, wobei alles andere gleich ist. Es ist auch zu erkennen, dass es noch andere direkte und indirekte Messverfahren zum Quantifizieren der Uneinheitlichkeit der Folie gibt. Das hierin verwendete Verfahren soll veranschaulichend sein und nicht als einschränkend betrachtet werden.
Zugeigenschaften:
Zugversuchsprobestücke wurden aus den gestreckten Folienprobestücken jedes Beispiels zugeschnitten und in einer Sintech-Zugprüfmaschine (Stoughton, MA) geprüft. Jedes Zugversuchsprobestück wies eine Breite von 1,25 cm und eine Länge von 14 cm auf. Es wurden ein anfänglicher Spannklemmenabstand oder Messlänge von 5,08 cm und eine anfängliche Querspritzkopfgeschwindigkeit von 2,54 cm/min verwendet. Eine sekundäre Geschwindigkeit von 50,8 cm/min wurde verwendet, nachdem eine Verformung von 3 % Formänderung erreicht war. Für jedes gestreckte Folienbeispiel wurden zehn Zugversuchsprobestücke, die alle entlang der Folien-MD geschnitten wurden, aus einem gestreckten Folienprobenstück genommen und geprüft. Analoge Messungen wurden in der TD durchgeführt, mit der Ausnahme, dass infolge der kleineren Abmessungen der gestreckten Folienprobestücke in der Maschinenrichtung nur 7 anstelle von 10 Zugprobestücken aus jedem Folienprobestück zugeschnitten werden konnten. Die Zugreißdehnungswerte, welche auf der anfänglichen Messlänge des Zugprobestücks basierten, wurden angegeben. Außerdem wurde der Bereich unter den Zugspannungsformänderungskurven als die volumetrische Zugreißenergie angegeben. Alle angegebenen Zugwerte sind der Mittelwert der 10 (MD) oder 7 (TD) Zugprobestücke.
Vergleichsbeispiele sind durch Zahlen mit der Präfix „C" (für engl. comparative) bezeichnet
Beispiel C1: MD-Unterspannungsstrecken.
Das Strecken erfolgte bei einer Ofentemperatur von 160 °C. Die zeitabhängigen Komponentenstreckprofile, welche den Verlauf des globalen MDR und des globalen TDR mit der Zeit für Beispiel C1 beschreiben, sind in 6 dargestellt, und das Streckprofil ist in 7 dargestellt. Die Werte der Parameter des Streckprofils und die Ergebnisse der Streckungseinheitlichkeit und der Zugversuche sind in Tabelle 1 dargestellt. Dies ist ein Fall von MD-Unterspannungsstrecken.
Beispiel C2: Fastproportionalstrecken.
Das Strecken erfolgte bei einer Ofentemperatur von 160 °C. Die zeitabhängigen Komponentenstreckprofile, welche den Verlauf des globalen MDR und des globalen TDR mit der Zeit für Beispiel C2 beschreiben, sind in 8 dargestellt, und das Streckprofil ist in 9 dargestellt.
Beispiel 3: MD-Überspannungsstrecken.
Das Strecken erfolgte bei einer Ofentemperatur von 160 °C. Das Streckprofil, welches den Verlauf des globalen MDR und des globalen TDR für Beispiel 3 beschreibt, ist in 10 dargestellt.
Beispiel 4: MD-Überspannungsstrecken.
Das Strecken erfolgte bei einer Ofentemperatur von 160 °C. Die zeitabhängigen Komponentenstreckprofile, welche den Verlauf des globalen MDR und des globalen TDR mit der Zeit für Beispiel 4 beschreiben, sind in 11 dargestellt, und das Streckprofil ist in 12 dargestellt.
Beispiel 5: MD-Überspannungsstrecken.
Das Strecken erfolgte bei einer Ofentemperatur von 160 °C. Das Streckprofil, welches den Verlauf des globalen MDR und des globalen TDR für Beispiel 5 beschreibt, ist in 13 dargestellt.
Beispiel 6: MD-Überstreckungsstrecken.
Das Strecken erfolgte bei einer Ofentemperatur von 160 °C. Das Streckprofil, welches den Verlauf des globalen MDR und des globalen TDR für Beispiel 6 beschreibt, ist in 14 dargestellt.
Beispiel 7 bis 10: MD-Überstreckungsstrecken.
Das Strecken erfolgte bei einer Ofentemperatur von 160 °C. Die Streckprofile, welche den Verlauf des globalen MDR und des globalen TDR für Beispiel 7 bis 10 beschreiben, sind in 15, 17, 18 beziehungsweise 19 dargestellt. Zum Zwecke der Veranschaulichung sind die entsprechenden zeitabhängigen Komponentenstreckprofile, welche den Verlauf des globalen MDR und TDR mit der Zeit für Beispiel 8 beschreiben, in 16 dargestellt.
Beispiel 11: Strecken bei unterschiedlicher Temperatur.
Beispiel 11 wurde auf identische Weise wie Beispiel 7 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass das Strecken bei einer Ofentemperatur von 155 °C erfolgte.
Beispiel 12 und 13: Alternative Profile.
Beispiel 12 wurde auf ähnliche Weise wie Beispiel 11 bei einer Ofentemperatur von 155 °C und mit gleichwertigem MD-Endstreckparameter und TD-Endstreckparameter durchgeführt, wobei derselbe MD-Streckparameterprozentsatz bei 50 % des TD-Streckparameter erreicht wurde. Beispiel 12 unterschied sich jedoch von Beispiel 11 im Verhältnis des Bereichs B des Streckprofils zum Bereich A des Proportionalstreckprofils. Das Streckprofil, welches den relativen Verlauf des globalen MDR und des globalen TDR beschreibt, ist in 20 dargestellt.
Beispiel 13 wurde auf ähnliche Weise wie Beispiel 9 bei einer Ofentemperatur von 160 °C und mit gleichwertigem MD-Endstreckparameter und TD-Endstreckparameter durchgeführt, wobei derselbe MD-Streckparameterprozentsatz bei 50 % des TD-Streckparameters erreicht wurde. Beispiel 13 unterschied sich jedoch von Beispiel 9 im Verhältnis des Bereichs B des Streckprofils zum Bereich A des Proportionalstreckprofils. Das Streckprofil, welches den relativen Verlauf des globalen MDR und TDR beschreibt, ist in 21 dargestellt.
Einzelheiten bezüglich der Streckprofile und der Bedingungen der Beispiele zusammen mit den Ergebnissen, welche die Streckungseinheitlichkeit, Reißdehnung und Reißenergie anzeigen, sind in Tabelle 1 angegeben. In Tabelle 1 entspricht de Einheit in-lb/in³ 6,894,8 J/m³.
TABELLE 1 (MD)
TABELLE 1 (TD)
Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, dass eine merkliche Verbesserung in der Werten der MD-Reißdehnung und MD-Reißenergie bei Streckprofilen auftritt, bei welchen das Verhältnis des Bereichs unter der Streckprofilkurve zu dem Bereich unter dem Proportionalstreckprofil mindestens etwa 1,4 ist; und bei welchem mindestens ungefähr 75 % oder mehr des MD-Endstreckparameters erreicht werden, bevor 50 % des TD-Endstreckparameters erreicht werden. Aus den Ergebnissen ist auch ersichtlich, dass eine merkliche Zunahme der MD-Streckungseinheitlichkeit bei Streckprofilen eintritt, bei welchen das Verhältnis des Bereichs unter der Streckprofilkurve zu dem Bereich unter dem Proportionalstreckprofil mindestens ungefähr 1,7 ist; und bei welchem mindestens ungefähr 90 % oder mehr des MD-Endstreckparameters erreicht werden, bevor 50 % des TD-Endstreckparameters erreicht werden. Es ist zu erwarten, dass die Streckungseinheitlichkeit auch Einheitlichkeit von Folieneigenschaften und -charakteristiken bereitstellt.
Die zuvor angegebenen Versuche und Versuchsergebnisse dienen vielmehr nur zur Veranschaulichung als zur Vorhersage, und es ist zu erwarten, dass Änderungen am Versuchsablauf möglicherweise andere Zahlenergebnisse liefern.
Die vorliegende Erfindung wurde nunmehr unter Bezugnahme auf mehrere Ausführungsformen beschrieben. Die vorhergehende ausführliche Beschreibung mit den Beispielen erfolgte lediglich zum besseren Verständnis. Es sind keine unnötigen Einschränkungen daraus zu verstehen. Für die Fachleute ist zu erkennen, dass viele Änderungen an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne sich vom Rahmen der Erfindung zu entfernen. Somit sollte der Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen genauen Einzelheiten und Strukturen, sondern vielmehr durch die Terminologie der Patentansprüche beschränkt sein.

Claims

Verfahren zum biaxialen Strecken einer Polymerfolie, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Verleihen einer ausreichend hohen Temperatur an die Folie, um einen signifikanten Grad biaxialer Streckung zu ermöglichen; und b) biaxiales Spannrahmenstrecken der Folie bis zu einem Endstreckparameter in einer ersten Richtung und einem Endstreckparameter in einer zweiten Richtung, so dass mindestens 10 % der Endstreckung der Streckung in der ersten Richtung und der Streckung in der zweiten Richtung gleichzeitig durchgeführt werden, wobei mindestens 75 % des Endstreckparameters in der ersten Richtung erreicht werden, bevor nicht mehr als 50 % des Endstreckparameters in der zweiten Richtung erreicht werden, und wobei der Endstreckparameter in der ersten Richtung nicht höher als der Endstreckparameter in der zweiten Richtung ist, wobei der Streckparameter den Wert des Streckverhältnisses weniger 1 angibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Folie gemäß einem Streckprofil gestreckt wird und wobei: i) eine gerade Linie zwischen dem Punkt, welcher den Nullstreckparameter definiert, und dem Punkt, welcher den Endstreckparameter in der ersten und der zweiten Richtung definiert, ein Proportionalstreckprofil darstellt und einen Proportionalstreckbereich definiert; und ii) die Kurve, welche das Streckprofil darstellt zwischen dem Punkt, welcher den Nullstreckparameter definiert, und dem Punkt, welcher den Endstreckparameter in der ersten und der zweiten Richtung definiert, einen Bereich von mindestens 1,4-mal dem Proportionalstreckbereich definiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens 90 % des Endstreckparameters in der ersten Richtung erreicht werden, bevor nicht mehr als 50 % des Endstreckparameters in der zweiten Richtung erreicht werden.
Verfahren nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Richtung die MD und die zweite Richtung die TD ist.
Verfahren nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei der Endstreckparameter in der ersten Richtung niedriger als der natürliche Streckparameter für ein Proportionalstreckprofil ist.
Verfahren nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei der Endstreckparameter in der ersten Richtung niedriger als das uniaxiale natürliche Streckverhältnis ist.
Verfahren nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei die Folie eine thermoplastische Folie aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Folie eine halbkristalline Folie aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Folie ein Polyolefin aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Folie Polypropylen aufweist.
Verfahren nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei Schritt b) ferner Ergreifen der Folie mit mehreren Clips entlang der gegenüberliegenden Kanten der Folie und Antreiben der Clips mit veränderlichen Geschwindigkeiten in der Maschinenrichtung entlang von Clipführungsmitteln, welche in der Querrichtung auseinander streben, aufweist.
Verfahren nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei Schritt b) ferner Strecken der Folie bis zu mehr als 100 des Endstreckparameters in der ersten Richtung, bevor nicht mehr als 50 % des Endstreckparameters in der zweiten Richtung erreicht werden, und anschließendes Zurückziehen der Folie in der Maschinenrichtung bis zum Endstreckparameter in der ersten Richtung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein signifikanter Teil des Zurückziehens gleichzeitig mit einem Teil der Streckung in der zweiten Richtung durchgeführt wird.
Verfahren nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei Schritt b) ferner Strecken der Folie bis zu einem Spitzenstreckparameter in der ersten Richtung, welcher mindestens 1,2-mal der Endstreckparameter in der ersten Richtung ist, und anschließendes Zurückziehen der Folie in der ersten Richtung bis zum Endstreckparameter in der ersten Richtung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein signifikanter Teil des Zurückziehens gleichzeitig mit einem Teil der Streckung in der zweiten Richtung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei Schritt b) ferner Strecken der Folie bis zum Spitzenstreckparameter in der ersten Richtung aufweist, bevor nicht mehr als 50 % des Endstreckparameters in der zweiten Richtung erreicht werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Schritt b) derartiges Strecken der Folie aufweist, dass: die Kurve, welche das Streckprofil darstellt zwischen dem Punkt, welcher den Nullstreckparameter definiert, und dem Punkt, welcher den Endstreckparameter in der ersten und der zweiten Richtung definiert, einen Bereich von mindestens 1,7-mal dem Proportionalstreckbereich definiert.
Verfahren nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei der Endstreckparameter in der zweiten Richtung höher als das natürliche Streckverhältnis für ein Proportionalstreckprofil ist.
Verfahren nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei der Endstreckparameter in der zweiten Richtung höher als der uniaxiale natürliche Streckparameter ist.
Verfahren nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei das Verfahren den weiteren Schritt des Auftragens einer Klebstoffschicht auf eine erste Hauptfläche der Folie aufweist, um den Träger eines Bandes zu bilden.