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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Folien, die als Bandträger nützlich sind,
und insbesondere biaxial gereckte Träger, die eine Mischung aus
isotaktischem Polypropylen mit mindestens einem zweiten Polyolefin
umfassen.
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Handelsübliche Haftklebstoffbänder werden üblicherweise
in einer Rollenform bereitgestellt und können in einem Bandspender bereitgestellt
werden (siehe z. B.
US-Patent Nr. 4,451,533 und
4,908,278 ). Falls kein Spender
bereitgestellt ist, ist es wünschenswert,
dass das Band von Hand durchgerissen werden kann.
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Handelsübliche Bandspender
weisen in der Regel eine gezahnte Schneideklinge entweder aus Metall oder
Kunststoff auf. Die "Abtrennbarkeit" eines Klebebands
ist als die Fähigkeit
definiert, eine Bandlänge
durch Ziehen des Bands mit einer gewünschten Menge an Energie oder
Arbeit über
die Zähne
der gezahnten Schneidkante eines Bandspenders abzuschneiden oder
abzutrennen. Die Abtrennbarkeit wird auch als "Spendefähigkeit" bezeichnet. Es ist wünschenswert,
dass das abgetrennte Band nicht in einer unvorhergesehenen Weise
zerspant, splittert, bricht oder reißt (siehe
US-Patent Nr. 4,451,533 und
4,908,278 ). Solch eine Abtrennbarkeit
ist erwünscht,
um an dem abgetrennten Bandstreifen eine sauber gezahnte Schnittkante
zu erzeugen.
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Handelsübliche Folien
aus biaxial gerecktem isotaktischem Polypropylen sind für ihre Zähigkeit,
niedrigen Kosten, gute Farb-, Feuchtigkeits- und Splitterungsbeständigkeit
sowie Klarheit bekannt und werden seit Langem als Klebebandträger benutzt
(siehe
US-Patent Nr. 3,241,662 und
3,324,218 ). Derartige Klebebänder, die
aus solchen Folien hergestellt sind, sind jedoch gewöhnlich zu
zäh und
dehnen sich beträchtlich,
bevor sie unter Belastung reißen,
und dies macht das Abtrennen solcher Folien extrem schwierig, insbesondere in
einem Spender mit Kunststoffklinge.
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Handelsübliche Bandspender
mit Kunststoffschneideklinge werden gewöhnlich für Handgeräte benutzt, wie den Bandspender
Katalog Nr. 104 3M MagicTM, erhältlich von
Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota.
Jedoch sind Spender mit Kunststoffschneideklingen in der Regel nicht
ausreichend scharf und haltbar, um damit gereckte Polypropylenbänder ausreichend
abzutrennen. Aus diesem Grund sind typische Spender für biaxial
gerecktes Polypropylenband gewöhnlich
mit scharfen Metallklingen ausgestattet. Solche Spender mit Metallklingen
sind kostspieliger und schwieriger herzustellen als Spender mit Kunststoffklingen.
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Verschiedene
Versuche zur Bereitstellung von wünschenswerten biaxial gereckten
Polypropylenfolien sind bekannt. Siehe beispielsweise
US Patent Nr. 4,414,261 ,
4,451,533 ;
5,252,389 ;
5,118,566 und
5,366,796 . Verschiedene Versuche zur
Bereitstellung von Bandträgern,
die von Hand abreißbar
sind (in der Regel quer zum Träger)
sind bekannt. Siehe beispielsweise
US
Patent Nr. 3,491,877 ;
3,853,598 ;
3,887,745 ;
4,045,515 ;
4,139,669 ;
4,173,676 ;
4,393,115 ;
4,414,261 ;
4,447,485 ;
4,513,028 ;
4,563,441 ;
4,581,087 ;
5,374,482 ; und
5,795,834 .
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Darüber hinaus
wurden Versuche unternommen, gereckte Polymerfolien bereitzustellen,
die Polypropylen umfassen, das mit mindestens einem anderen Polymer
vermischt oder laminiert wurde, um Paketklebebänder und Verpackungsfolien
bereitzustellen. Es ist bekannt, ein Paketklebeband auf der Grundlage
von gestreckter Polypropylenfolie bereitzustellen, die ein weiches
oder gummiartiges Polymer, wie Polyethylen, Polyisobutylen, oder
Ethylenpropylendien enthält
und in erster Linie quer zur Maschinenrichtung gestreckt ist.
US-Patent Nr. 4,137,362 offenbart
ein Beispiel für
ein Paketklebe band. Gleichermaßen
ist die Bereitstellung von Verpackungsfolien bekannt, die gerecktes
Polypropylen umfassen, das mit mindestens einem anderen Polymer
vermischt oder laminiert und gestreckt ist, um eine erhebliche Wärmeschrumpfung
in Längsrichtung
bereitzustellen und um Zähigkeit,
Reißfestigkeit,
Durchstoßfestigkeit
oder Heißsiegelbarkeit
bereitzustellen. Siehe beispielsweise
US-Patent
Nr. 4,230,767 ;
5,691,043 ;
5,292,561 ;
5,073,458 ;
5,077,121 ; und
5,620,803 .
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Es
ist wünschenswert,
dass abtrennbare Klebebänder
auf Polyolefinbasis eine Kombination von Kennzeichen aufweisen,
insbesondere geringe Durchstoßfestigkeit,
geringe Reißfestigkeit,
schnelles Versagen bei Dehnung bis zum Durchstoßen und geringe Zugfestigkeit
in Längsrichtung
des Bands. Es hat sich überraschend
herausgestellt, dass biaxial gereckte Klebebandträger, die
isotaktisches Polypropylen in Kombination mit mindestens einem anderen
Polyolefin umfassen, derart biaxial gestreckt werden können, dass
die hier beschriebenen wünschenswerten
Eigenschaften bereitgestellt werden.
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In
der Beschreibung und den Ansprüchen
werden bestimmte Begriffe verwendet, die zwar größtenteils bekannt sind, jedoch
eine Erklärung
verlangen. "Biaxial
gestreckt" gibt,
wenn im Sinne der Erfindung zur Beschreibung einer Folie verwendet,
an, dass die Folie in zwei verschiedenen Richtungen, einer ersten
Richtung und einer zweiten Richtung, in der Ebene der Folie gestreckt
wurde. In der Regel, aber nicht immer, sind die beiden Richtungen
im Wesentlichen rechtwinklig zueinander und sind die Längs- oder
Maschinenrichtung ("MD") der Folie (die
Richtung, in der die Folie auf einer Folienherstellungsmaschine
hergestellt wird) und der Querrichtung ("TD")
der Folie (die Richtung, die rechtwinklig zu der MD der Folie ist).
Die MD wird gelegentlich als Längsrichtung
("LD") bezeichnet.
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Biaxial
gestreckte Folien können
sequenziell gestreckt, gleichzeitig gestreckt oder mittels einer
Kombination von gleichzeitigem und sequenziellem Strecken gestreckt
werden. "Gleichzeitig
biaxial gestreckt" gibt, wenn
im Sinne der Erfindung zur Beschreibung einer Folie verwendet, an,
dass wesentliche Anteile des Streckens in jeder der beiden Richtungen
gleichzeitig durchgeführt
werden. Sofern es der Zusammenhang nicht anders erfordert, werden
die Ausdrücke "recken" "ziehen" und "strecken" durchweg als untereinander austauschbar
benutzt, ebenso wie die Ausdrücke "gereckt", "gezogen" und "gestreckt" und die Ausdrücke "Recken", "Ziehen" und "Strecken".
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Der
Ausdruck "Streckverhältnis" gibt, wenn im Sinne
der Erfindung zur Beschreibung eines Verfahrens zum Strecken oder
einer gestreckten Folie verwendet, das Verhältnis einer linearen Abmessung
eines gegebenen Abschnitts einer gestreckten Folie zu der linearen
Abmessung desselben Abschnitts vor dem Strecken an. Beispielsweise
würde bei
einer gestreckten Folie mit einem MD-Streckverhältnis ("MDR")
von 5:1 ein gegebener Abschnitt der ungestreckten Folie mit einer
linearen Abmessung von 1 cm in der Maschinenrichtung nach dem Strecken
eine Abmessung von 5 cm in der Maschinenrichtung aufweisen. Bei
einer gestreckten Folie mit einem TD-Streckverhältnis. ("TDR")
von 9:1 würde
ein gegebener Abschnitt der ungestreckten Folie mit einer linearen
Abmessung von 1 cm in der Querrichtung nach dem Strecken eine Abmessung
von 9 cm in der Querrichtung aufweisen.
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Das "Flächenstreckverhältnis" gibt im Sinne der
Erfindung das Verhältnis
des Flächeninhalts
eines gegebenen Abschnitts einer gestreckten Folie zu dem Flächeninhalt
desselben Abschnitts vor dem Strecken an. Beispielsweise würde bei
einer biaxial gestreckten Folie mit einem Flächenstreckverhältnis von
insgesamt 50:1 ein gegebener Abschnitt von 1 cm2 ungestreckter Folien
nach dem Strecken einen Flächeninhalt
von 50 cm2 aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Klebebandträger, wie er in den Ansprüchen beschrieben
ist. Der Träger
umfasst isotaktisches Polypropylen, das mit mindestens einem zweiten
Polyolefin vermischt oder vermengt ist. Der Träger ist biaxial auf ein Flächenstreckverhältnis von
mindestens 36:1 gestreckt und stellt so eine Folie mit einigen der
folgenden Kennzeichen bereit:
- A. Eine Durchstoßenergie
von bis zu 20 J/cm2, wenn 2,54 cm breite
Proben mittels des Verfahrens geprüft werden, das nachstehend
angegeben ist, oder bis zu 90 J/cm2, wenn
1,27 cm breite Proben mittels des Verfahrens geprüft werden,
das nachstehend angegeben ist.
- B. Eine Durchstoßdehnung
von bis zu 1,3 cm, wenn 2,54 cm breite Proben mittels des Verfahrens
geprüft werden,
das nachstehend angegeben ist, oder bis zu 2,0 cm, wenn 1,27 cm
breite Proben mittels des Verfahrens geprüft werden, das nachstehend
angegeben ist.
- C. Eine Zugfestigkeit von bis zu 140 MPa in der MD.
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In
einer Ausführungsform
erfüllt
der Bandträger
die vorstehenden Bedingungen A und B. In einer anderen Ausführungsform
erfüllt
der Bandträger
die vorstehenden Bedingungen B und C. In einer bevorzugten Ausführungsform
zeigt der Bandträger
die vorstehenden Kennzeichen A, B und C.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
beträgt
die Durchstoßenergie
bis zu 8 J/cm2 und in einer anderen Ausführungsform
bis zu 5 J/cm2, jeweils bezogen auf die
Prüfung
mit 2,54 cm breiten Proben.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
beträgt die
Zugfestigkeit bis zu 100 MPa und in einer anderen bevorzugten Ausführungsform
bis zu 50 MPa.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
umfasste die zweite Komponente Polyethylen, Polybutylen oder syndiotaktisches
Polypropylen.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
umfasste der Träger
20 % bis 40 % der zweiten Komponente.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Träger
eine Einzelschicht.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
weist das isotaktische Polypropylen einen ersten Schmelzpunkt auf
und die zweite Komponente weist einen zweiten Schmelzpunkt auf,
der niedriger ist als der erste Schwerpunkt und über 100°C liegt. Mehr bevorzugt liegt
der zweite Schmelzpunkt zwischen ungefähr 120°C und 155°C.
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Der
Bandträger
hat ein Flächenstreckverhältnis von
mindestens 36:1.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
hat der Träger
ein MDR von mindestens 4:1.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist der Träger,
wenn der Träger
auf einer gezahnten Kunststoffschneideklinge abgeschnitten wird,
einen gezahnten Rand auf, der der Kontur der Schneideklinge genau
folgt.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
wurde der Träger
gleichzeitig biaxial gestreckt.
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Erfindungsgemäße Bandträger können von
Hand durchgerissen werden. Es hat sich herausgestellt, dass sich
der Bandträger
mäßig leicht
von Hand durchreißen
lässt,
wenn der Träger
eine Durchstoßenergie von
bis zu 8 J/cm2 (geprüft mit einer 2,54 cm breiten
Probe) und eine Zug festigkeit von bis zu 100 MPa aufweist. Wenn
der Träger
eine Durchstoßenergie
von bis zu 5 J/cm2 (geprüft mit einer 2,54 cm breiten
Probe) und eine Zugfestigkeit von bis zu 50 MPa aufweist, lässt sich
der Bandträger
leicht von Hand durchreißen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt Folien, die oben beschrieben sind,
Bandträger,
die aus solchen Folien hergestellt sind, und Bänder, einschließlich Träger, sowie
Verfahren zur Herstellung der Folien, Träger und Bänder bereit.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen näher
beschrieben, in denen gleiche Strukturen in den verschiedenen Ansichten
mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind, und wobei:
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1 eine
isometrische Ansicht einer Länge
eines erfindungsgemäßen Bands
ist;
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2 eine
Seitenansicht einer Rolle eines erfindungsgemäßen Klebebands ist;
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3 eine
digitale aufgezeichnete Mikrofotografie eines erfindungsgemäßen Klebebandträgers (Beispiel
11) ist, der wie hier beschrieben abgetrennt wurde; und
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4 eine
digitale aufgezeichnete Mikrofotografie eines vergleichbaren Klebebandträgers (Beispiel C-1)
ist, der wie hier beschrieben abgetrennt wurde.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist eine Länge eines Bands 10 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Band 10 umfasst
einen biaxial gereckten Folienträger 12,
der eine erste Hauptfläche 14 und
eine zweite Hauptfläche 16 aufweist.
Der Träger 12 hat
vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,002 bis 0,006 Zentimeter.
Der Träger 12 des Bands 10 ist
mit einer Schicht aus Klebstoff 18 auf die erste Hauptfläche 14 aufgebracht.
Der Klebstoff 18 kann jeder geeignete Klebstoff gemäß dem Stand der
Technik sein. Der Träger 12 kann
eine fakultative Antihaftschicht oder Schutzschicht mit geringer
Haftfähigkeit 20 aufweisen,
die wie im Fachgebiet bekannt auf die zweite Hauptfläche 16 aufgebracht
ist.
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Die
Trägerfolie 12 umfasst
vorzugsweise isotaktisches Polypropylen, das mit mindestens einer
zweiten Komponente, umfassend ein Polyolefin, vermischt oder vermengt
ist. Das Blend enthält
zwischen 90 % und 40 %, vorzugsweise zwischen 80 % und 60 % isotaktisches
Polypropylen und von 10 % bis 60 %, mehr bevorzugt 20 % bis 40 %
der zweiten Komponente. Alle hier genannten Prozentangaben der Komponenten, einschließlich in
den Ansprüchen,
sind soweit nicht anders angegeben oder sofern es der Zusammenhang nicht
anders erfordert in Gewichtsprozent angegeben. Das zweite Polyolefin
meist vorzugsweise einen Schmelzpunkt auf, der niedriger ist als
der Schmelzpunkt des isotaktischen Polypropylens (üblicherweise
etwa 165°C),
aber über
etwa 100°C
liegt. Wenn der Schmelzpunkt der zweiten Komponente höher ist
als der des isotaktischen Polypropylens, lässt sich die Zusammensetzung
nur schwierig biaxial zu einem hohen Streckverhältnis recken. Wenn der Schmelzpunkt
der zweiten Komponente unter etwa 100°C liegt, lässt sich die gestreckte Folie
nur schwer verarbeiten, da sie während
des Streckens durchhängt
und schmilzt, und gilt als zu weich zur Verwendung als Substrat
für Klebeband.
Es ist bevorzugt, dass die zweite Komponente einen Schmelzpunkt
zwischen 120°C
und 155°C
aufweist. Polyolefine, die zur Verwendung als zweite Komponente geeignet
sind, können
unter denjenigen olefinischen Polymeren ausgewählt werden, die in der Differenzialkalorimetrie
(DSC) kristalline Schmelzpunkte zwischen 100 und 155°C, vorzugsweise
120°C und
155°C, zeigen. Zu
wünschenswerten
Polyolefinpolymeren gehören
Polyethylen mit niedriger Dichte; lineares Polyethylen mit niedriger
Dichte; hochdichtes Polyethylen; ataktisches Polypropylen; syndiotaktisches
Polypropylen; Polypropylen mit verminderter Kristallinität; Polypropylen
mit Maleateinheiten; Poly-1-butylen, als Polybutylen bekannt; Copolymere
aus Ethylen, Propylen und/oder 1-Butylen;
Ethylenvinyl-Copolymere, wie Ethylen-Covinylacetat und Ethylen-Acrylsäure- oder
-Methacrylsäure-Copolymere. Zu besonders
bevorzugten Polyolefinpolymeren gehören Polyethylen mit niedriger
oder hoher Dichte, lineares Polyethylen mit niedriger Dichte, syndiotaktisches
Polypropylen und Poly-1-butylene.
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Die
Komponente isotaktisches Polypropylen des Trägers kann ein einziges isotaktisches
Polypropylen oder ein Elend oder eine Mischung aus zwei oder mehr
isotaktischen Polypropylenen umfassen. Ebenso kann die zweite Komponente,
die ein Polyolefin umfasst, ein einziges Polyolefin oder eine Mischung
oder ein Elend aus zwei oder mehr Polyolefinen umfassen.
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Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck "Polypropylen" Copolymere, die mindestens etwa 90
Gew.-% Propylenmonomereinheiten umfassen.
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Das
Polypropylen zur Verwendung als erste Komponente der vorliegenden
Erfindung ist hauptsächlich isotaktisch.
Isotaktisches Polypropylen weist einen Ketten-Isotaktizitätsindex
von mindestens etwa 80 einen Gehalt an in n-Heptan löslichen
Stoffen 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 Schmelzindex gemäß ASTM D1238-95
("Flow Rates of
Thermoplastics by Extrusion Plastometer") zwischen 0,1 und 25 Gramm/10 Minuten
bei einer Temperatur von 230°C
und einer Belastung von 2160 g, ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht
zwischen 100.000 und 700.000 g/Mol und einen Polydispersitätsindex
zwischen 2 und 15 auf. Typische Polypropylene zur Verwendung in
der vorliegenden Erfindung weisen eine mittels Differenzialkalorimetrie
ermittelte Spitzenschmelztemperatur von mehr als etwa 140°C, vorzugsweise
mehr als etwa 150°C und
am meisten bevorzugt mehr als etwa 160°C auf. Ferner können die
in der Erfindung nützlichen
Polypropylene Copolymere, Terpolymere usw. mit Ethylenmonomereinheiten
und/oder alpha-Olefinmonomereinheiten mit 4-8 Kohlenstoffatomen
darstellen, wobei das bzw. die Co-monomer(e) in einer solchen Menge vorliegen, dass
die hier beschriebenen gewünschten
Eigenschaften und Kennzeichen des Trägers und der Bänder nicht negativ
beeinflusst werden, wobei ihr Gehalt üblicherweise weniger als 10
Gew.-% beträgt.
Ein geeignetes Polypropylenharz ist ein isotaktisches Polypropylen-Homopolymerharz
mit einem Schmelzindex von 2,5 g/10 Minuten, im Handel erhältlich unter
der Produktbezeichnung 3374 von FINA Oil and Chemical Co., Dallas,
TX. Ein weiteres geeignetes Polypropylenharz ist ein isotaktisches
Polypropylen-Homopolymerharz mit einem Schmelzindex von 9,0 g/10
Minuten, im Handel erhältlich
unter der Produktbezeichnung 3571 von FINA Oil and Chemical Co.,
Dallas, TX. Die Polypropylenharze weisen keine Beschränkungen
hinsichtlich der Schmelzflusseigenschaften auf, da für ein Verfahren
mit einem bestimmten Polymerblend ein passendes Harz mit einem geeigneten
Schmelzfluss gewählt
werden kann.
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Das
Polypropylen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann wahlweise
auch ein Harz synthetischen oder natürlichen Ursprungs mit einem
Molekulargewicht zwischen 300 und 8000 g/Mol und einem Erweichungspunkt
zwischen 60°C
und 180°C
aufweisen, und zwar in einem Anteil, dass die hier beschriebenen
gewünschten
Kennzeichen und Eigenschaften nicht beeinträchtigt werden. Ein derartiges
Harz wird in der Regel aus einer der vier Klassen: Petroleumharze,
Styrolharze, Cyclopentadienharze und Terpenharze gewählt. Wahlweise
können Harze
aus einer dieser Klassen teilweise oder vollständig hydriert sein. Petroleumharze
weisen als Grundbausteine üblicherweise
Styrol, Methylstyrol, Vinyltoluol, Inden, Methylinden, Butadien, Isopren,
Piperylen und/oder Pentylen auf. Styrolharze weisen als Grundbausteine üblicherweise
Styrol, Methylstyrol, Vinyltoluol und/oder Butadien auf. Cyclopentadiene
weisen als Grundbausteine üblicherweise
Cyclopentadien und wahlweise andere Monomere auf. Terpenharze weisen
als Grundbausteine üblicherweise
Pinen, alpha-Pinen, Dipenten, Limonen, Myrcen und Camphen auf.
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Polypropylen
zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann, wie im Fachgebiet
bekannt, wahlweise Zusätze
und anderer Komponenten aufweisen. Die erfindungsgemäßen Folien
können
beispielsweise Stoffe, Pigmente und andere Farbmittel, Antihaftmittel,
Gleitmittel, Weichmacher, Verarbeitungshilfsmittel, Antistatikmittel,
Antioxidationsmittel und Wärmestabilisierungsmittel,
UV-Licht-Stabilisierungsmittel und andere Mittel zur Veränderung
von Eigenschaften enthalten. Füllstoffe
und andere Zusätze
werden vorzugsweise in einer wirksamen Menge zugegeben, die derart
ausgewählt
ist, dass sie die Kristallisierung der gegossenen Folie nicht wesentlich
beeinflusst und dass sie die Eigenschaften, die mit den hier beschriebenen
bevorzugten Ausführungsformen
erreicht werden, nicht nachteilig beeinflusst. In der Regel werden
derartige Materialien einem Polymer zugegeben, bevor eine gereckte
Folie daraus hergestellt wird (z. B. der Polymerschmelze vor der
Extrusion zu einer Folie).
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Das
Blend aus isotaktischem Polypropylen und zweitem Polyolefin kann
mithilfe einer dem Fachmann bekannten Vorrichtung in Form einer
Folienbahn gegossen werden. Derart gegossene Folien werden anschließend gestreckt,
um die hier beschriebenen bevorzugten Folien zu erhalten. Wenn erfindungsgemäße Folien hergestellt
werden, besteht ein geeignetes Verfahren zum Gießen einer Folienbahn darin,
die Harze in den Einfülltrichter
eines Einschnecken-, Doppelschnecken- oder eines anderen Extrudersystems
mit einer Extruderzylindertemperatur einzufüllen, die so eingestellt ist,
dass eine stabile homogene Schmelze erzeugt wird. Die Schmelze kann
durch eine Breitschlitzdüse
auf ein sich drehendes gekühltes
Metallgießrad
extrudiert werden. Das Gießrad
kann wahlweise teilweise in ein mit Flüssigkeit gefülltes Kühlbad eingetaucht
sein oder die gegossene Folienbahn kann, ebenfalls wahlweise, nach
dem Entfernen von dem Gießrad
durch ein mit Flüssigkeit
gefülltes
Kühlbad
geführt
werden. Die Temperaturen bei diesem Arbeitsvorgang können unter
Nutzung der hier genannten Lehren von dem Fachmann derart gewählt werden,
dass die gewünschte
Keimbildungsdichte, -größe und -wachstumsgeschwindigkeit
bereitgestellt wird, sodass die gebildete gestreckte Folie die hier
beschriebenen gewünschten
Kennzeichen und Eigenschaften aufweist. Typische Gießradtemperaturen
sowie Wasserbadtemperaturen zur Bereitstellung einer auf geeignete
Weise kristallisierten Folienbahn liegen unter etwa 60°C, vorzugsweise
unter etwa 40°C.
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Anschließend wird
die Folienbahn biaxial gestreckt, um den Träger 12 mit den hier
beschriebenen gewünschten
Kennzeichen und Eigenschaften bereitzustellen.
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Die
hier beschriebenen bevorzugten Eigenschaften können mit jeder beliebigen geeigneten
Vorrichtung zum biaxialen Recken des Trägers
12 gemäß den hier
beschriebenen bevorzugten Verfahren erzielt werden. Von allen Streckverfahren
umfassen die Vorrichtungen, die zur gewerblichen Herstellung von
Folien für Bandträger bevorzugt
sind: eine Vorrichtung für
sequenzielles biaxiales Strecken, die üblicherweise zuerst in der
MD streckt, indem die Folie über
eine Abfolge von sich drehenden Walzen geführt wird, deren Geschwindigkeit
für eine
höhere
Ausstoßgeschwindigkeit
als Eintrittsgeschwindigkeit der Folienanlage sorgt, gefolgt vom Strecken
in der TD in einem Streckwerk auf divergierenden Schienen; gleichzeitiges
biaxiales Strecken mittels eines mechanischen Streckwerks, wie z.
B. der Vorrichtung, die in
US-Patent
Nr. 4,330,499 und
4,595,738 offenbart
ist; und die Streckwerkvorrichtung für gleichzeitiges biaxiales
Strecken, die in
US-Patent Nr.
4,675,582 ;
4,825,111 ;
4,853,602 ;
5,036,262 ;
5,051,225 ; und
5,072,493 offenbart ist. Obwohl biaxial
gestreckte Folien mittels Herstellungsverfahren für Schlauchblasfolien
oder Blasfolien hergestellt werden können, werden die erfindungsgemäßen Folien,
wenn sie als Bandträger
verwendet werden, vorzugsweise mittels einer Flachfolienstreckvorrichtung
hergestellt, um die Verarbeitungsschwierigkeiten, wie ungleichmäßige Dicke
und ungleichmäßiges Strecken,
und unangemessene Temperatursteuerung, die bei Schlauchblasfolienverfahren
auftreten kann, zu verhindern.
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Das
biaxiale Flächenstreckverhältnis beträgt über 36:1,
vorzugsweise von 36:1 bis 90:1, mehr bevorzugt 45:1 bis 90:1 und
am meisten bevorzugt 55:1 bis 90:1. Die obere Grenze des Flächenstreckverhältnisses ist
die praktische Grenze, bei der die Folie auf handelsüblichen
Vorrichtungen mit ausreichend hohen Geschwindigkeiten nicht weiter
gestreckt werden kann. Das MD-Streckverhältnis beträgt vorzugsweise über etwa 4:1,
mehr bevorzugt von 4:1 bis 8,5:1, noch mehr bevorzugt 5:1 bis 8,5:1
und am meisten bevorzugt 6,0:1 bis 8,5:1. Die MD-Komponente und
die TD-Komponente dieser Ausführungsformen
sind so ausgewählt,
dass sie die hier beschriebenen gewünschten Folieneigenschaften
und -kennzeichen bereitstellen. Wenn die Wirkung der erfindungsgemäßen Folien
unter den genannten Bereichen liegt, ist die Folie gewöhnlich nicht
ausreichend gestreckt, d. h., weist Werte für die Dehnung bis zum Durchstoßen von
mehr als 1,3 cm auf, was zu einer übermäßigen Dehnung während des
Abtrennens oder des Durchreißens
von Hand führt,
was zu verzogenen Trennrändern
oder Weißbruch
führt.
Außerdem
führt unange messenes
Strecken zu örtlichen
Einschnürungen oder
Ungleichmäßigkeiten
bei der Dicke und physikalischen Eigenschaften quer über die
Folienbahn, die vom Standpunkt der Klebebandherstellung beide in
hohem Maße
unerwünscht
sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsformen
ist das Streckverhältnis
in der Maschinenrichtung etwa gleich dem oder größer als das Streckverhältnis in
der Querrichtung, um eine Folie für Klebebandträger mit geringer
Durchstoßfestigkeit
und begrenzter Reißdehnung
in der Maschinenrichtung bereitzustellen. Solche Bänder verhindern
ein Strecken und Verziehen während
des Abtrennens an den Zähnen
von handelsüblichen Bandspendern
unter Erzeugung von sauber gezahnten Rändern.
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Die
Temperaturen bei dem Streckvorgang können unter Nutzung der Lehren
hierin vom Fachmann derart gewählt
werden, dass eine Folie mit den hier beschriebenen gewünschten
Kennzeichen und Eigenschaften bereitgestellt wird. Diese Temperaturen
schwanken in Abhängigkeit
von dem verwendeten Material und den Wärmeübertragungskennzeichen der
jeweils benutzten Vorrichtung. In einer bevorzugten Vorrichtung für sequenzielles
Strecken ist bevorzugt, dass die Vorwärmwalze und die Streckwalze
für das
Strecken in der MD auf 120-135°C
gehalten werden. Es ist bevorzugt, dass die Vorwärmzone für das Strecken in der TD im Streckwerk
auf 180-190°C
gehalten wird und die Streckzone auf 160-180°C gehalten wird. Bei gleichzeitig
gestreckten Träger
ist es bevorzugt, dass das Vorwärmen
und Strecken bei 160°C
bis 215°C
stattfindet.
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Der
erfindungsgemäß nützliche
Träger 12 weist,
wenn er als Träger
für ein
Band 10 verwendet wird, vorzugsweise eine endgültige Dicke
von 0,002-0,006 cm auf. Die Schwankungen der Foliendicke betragen vorzugsweise
weniger als etwa 5 %. Es können
dickere und dünnere
Folien verwendet werden, mit der Maßgabe, dass die Folie dick
genug ist, um übermäßige Schwäche und
Schwierigkeit im Gebrauch zu vermeiden, jedoch nicht so dick ist,
dass sie unerwünscht
starr oder steif und schwierig zu handhaben oder zu benutzen ist.
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Die
Zusammensetzung des Polypropylenblends, die Extrusionstemperatur,
die Temperatur der Gießwalze
und die Strecktemperatur sowie andere Parameter werden gemäß den Lehren
hierin derart gewählt, dass
der gebildete Träger
oder das gebildete Band die folgenden Eigenschaften in jeder beliebigen
bevorzugten Kombination aufweisen:
- A. Eine
Durchstoßenergie
von bis zu 20 J/cm2, wenn 2,54 cm breite
Proben mittels des Verfahrens geprüft werden, das nachstehend
angegeben ist, oder bis zu 90 J/cm2, wenn
1,27 cm breite Proben mittels des Verfahrens geprüft werden,
das nachstehend angegeben ist.
- B. Eine Durchstoßdehnung
von bis zu 1,3 cm, wenn 2,54 cm breite Proben mittels des Verfahrens
geprüft werden,
das nachstehend angegeben ist, oder bis zu 2,0 cm, wenn 1,27 cm
breite Proben mittels des Verfahrens geprüft werden, das nachstehend
angegeben ist.
- C. Eine Zugfestigkeit von bis zu 140 MPa in der MD.
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Hinsichtlich
der Faktoren A und B sind die bevorzugten Werte in Bezug auf die
jeweilige Probengröße, die
zur Prüfung
der Bandträgerfolie
verwendet wird, und nicht in Bezug auf den Bandträger selbst
beschrieben, weil dieser eine andre Breite aufweist. Mit anderen
Worten ist die Erfindung nicht auf 2,54 cm breite Träger oder
auf 1,27 cm breite Träger
beschränkt.
Vielmehr gelten Bedingung A oder B für jeden beliebigen Bandträger beliebiger
Breite als erfüllt,
sofern eine Probe jedes beliebigen Bandträgers beliebiger Breite, die
mit einer Breite von 2,54 cm oder 1,27 cm genommen wurde, bei der
Prüfung
gemäß den nachstehend
beschriebenen Verfahren die angegebenen Werte erreicht.
-
Die
Kennzeichen sind aus folgenden Gründen bevorzugt. Es wurde beobachtet,
dass sich das Band nicht ohne weiteres abtrennen lässt, wenn
die Durchstoßenergie
zu hoch ist. Es wurde beobachtet, dass sich das Band während des
Abtrennens verziehen kann, schwierig von Hand durchzureißen ist
oder beim Abreißen oder
Spenden wesentlichen Weißbruch
zeigt, wenn die Durchstoßdehnung
zu hoch ist. Was die Zugfestigkeit betrifft, ist es wünschenswert,
einen Bandträger
ohne unerwünscht
hohe Zugfestigkeit bereitzustellen. Wenn die Zugfestigkeit in der
Bandrichtung zu hoch ist, wird das Band zu kräftig, um sich ohne weiteres
abtrennen oder von Hand durchreißen zu lassen, und kann einen übermäßigen Verschleiß der Zähne an einem
gezahnten Spender verursachen. Was die unteren Grenzwerte betrifft,
handelt es sich hier um eine praktische Angelegenheit, die durch
die Anforderungen bei Handhabung, Umwandlung und Gebrauch bestimmt
ist. Wenn die Zugfestigkeit beispielsweise zu gering ist, würde der
Bandträger
während
der Verarbeitung, Beschichtung, Umwandlung oder Spaltung dazu neigen,
zu reißen.
In vielen Fällen
ist es bevorzugt, dass der Bandträger eine Zugfestigkeit von
weniger als 15 MPa aufweist. Was die Durchstoßenergie und Durchstoßdehnung
betrifft, kann das Band bei zu niedrigen Werten für viele
vorgesehene Anwendungen zu schwach sein. In vielen Fällen ist
es bevorzugt, dass der Bandträger
eine Dehnungsenergie von mindestens 0,4 J/cm2 bei
einer 2,54 cm breiten Probe oder 6,0 J/cm2 bei
einer 1,27 cm breiten Probe aufweist.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst einen Einzelschichtträger. Der Ausdruck
Einzelschicht umfasst im Sinne der Erfindung mehrere Schichten aus
im Wesentlichen demselben Material oder im Wesentlichen denselben
Materialblends.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann der biaxial gestreckte Klebebandträger von Hand durchgerissen
werden. Mehr bevorzugt weist der Träger oder das Band eine Durchstoßenergie
von bis zu 8 J/cm2 (bei Prüfung mit
einer 2,54 cm breiten Probe) und eine Zugfestigkeit von bis zu 100
MPa auf und lässt
sich von Hand durchreißen.
Am meisten bevorzugt weist der Träger oder das Band eine Durchstoßenergie
von bis zu 5 J/cm2 (bei Prüfung mit
einer 2,54 cm breiten Probe) und eine Zugfestigkeit von bis zu 50
MPa auf und lässt sich
von Hand durchreißen.
-
Die
vorstehenden Eigenschaften und Kennzeichen sind hier für eine Folie
oder einen Träger 12 ohne Klebstoff 18 darauf
unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben und
hier unter Bezugnahme auf die Beispiele angegeben. Es wird davon
ausgegangen, dass die Kennzeichen und Eigenschaften in den meisten
Fällen
in erster Linie durch den Träger
bestimmt werden und nur wenig von dem Klebstoff oder anderen Schichten
oder Beschichtungen beeinflusst werden. Aus diesem Grund gelten
die vorstehenden bevorzugten Kennzeichen und Eigenschaften auch
für erfindungsgemäße Klebebänder.
-
Die
mechanische Abtrennbarkeit kann als die Belastung bei Bruch des
Bandträgers
betrachtet werden, wenn dieser über
die Zähne
eines handelsüblichen
Klebebandspenders gezogen wird. Ebenso kann das Vermögen, ein
Klebeband von Hand durchzureißen,
als die Belastung bei Bruch des Trägers betrachtet werden, wenn
dieser von den Fingern gezogen wird. In jedem Fall können die
Bruchenergie und die Bruchdehnung zur Beurteilung der Eignung eines
bestimmten Bandträgers
für die
Verwendung herangezogen werden. Die Bruchfestigkeit kann in einer
Zugfestigkeitsprüfung
oder mithilfe einer Durchstoßprüfung beurteilt
werden, bei der der Bandträger
in einer Einspannvorrichtung fixiert wird und ein Prüfkörper durch
den Bandträger
getrieben wird, bis das Band zerstört wird. Es ist wünschenswert,
ein Band oder einen Bandträger
auf der Grundlage von biaxial gerecktem Polypropylen zu erhalten,
das bzw. der eine ausreichend geringe Zugfestigkeit und Durchstoßfestigkeit
aufweist, sodass es bzw. er sich abtrennen und von Hand durchreißen lässt.
-
Bei
gereckten Polymerfolien wie denjenigen, die biaxial gerecktes Polypropylen
umfassen, sind die wichtigsten physikalischen Eigenschaften, die
mit der Abtrennbarkeit oder Durchreißbarkeit in Verbindung stehen,
die Kristallinität,
das Molekulargewicht und die Zusammensetzung des Polymers, die Reckung
insgesamt und die Richtungsorientierung der Reckung. Diese physikalischen
Eigenschaften bestimmen wiederum die mechanischen Eigenschaften
der Folie, wie Festigkeit, Zähigkeit,
Bruchdehnung unter Zug und Durchstoßfestigkeit. Es ist wünschenswert,
dass abtrennbare und von Hand durchreißbare Klebebänder eine
Kombination von Kennzeichen aufweisen, insbesondere geringe Durchstoßfestigkeit,
geringe Reißfestigkeit,
geringe Dehnung bis zum Durchstoßversagen und geringe Zugfestigkeit
in Längsrichtung
des Bands oder in Maschinenrichtung.
-
Im
Falle der vorliegenden Erfindung sind Folien mit hoher Durchstoß- oder
Reißfestigkeit
zur Verwendung als abtrennbare Klebebandträger ungeeignet, da diese Zähigkeit
den gewünschten
Abtrennbarkeitskennzeichen einer Folie für Bandträger entgegensteht. Darüber hinaus
müssen
Klebebandträger
formstabil sowie wärme-
und schrumpffest sein, um während
der Beschichtungs- und Trockenvorgänge verarbeitbar zu sein, und
um stabile, gleichmäßige Rollen
Klebeband zu erzeugen, die kein Zusammenschieben und keine Zwischenräume zeigen,
die bekanntermaßen
durch Schrumpfung in Längsrichtung
oder thermische Instabilität erzeugt
werden. Außerdem
ist die Kombination aus geringer Durchstoßfestigkeit und Formfestigkeit
eine besonders wünschenswerte
Eigenschaft für
einen Klebebandträger.
-
Die
Lehren des Standes der Technik (siehe beispielsweise
US 4,451,533 ) besagen, dass hohe Steifigkeit
und geringe Bruchdehnung bei Zug die Anforderungen zur Herstellung
eines leicht abtrennbaren Klebebandes oder Trägers sind. Üblicherweise lassen sich Folien
mit hoher Bruchdehnung bei Zug nicht ohne weiteres auf einem gezahnten
Spender abtrennen oder spenden. Es hat sich überraschend herausgestellt,
dass biaxial gereckte Folie für
Klebebandträger,
die isotaktisches Polypropylen in Kombination mit mindestens einem
anderen Polyolefin umfasst und eine geringere Steifigkeit und in
einigen Fällen
hohe Bruchdehnung bei Zug aufweist, mit den hier beschriebenen wünschenswerten
Eigenschaften hergestellt werden kann. Die Einarbeitung eines zweiten
Polyolefins durch Vermengen oder Vermischen in der Schmelze führt normalerweise zur
Bildung von mindestens zwei Polymerphasen, wobei eine die Hauptkomponenten
und die andere die darin dispergierte Nebenkomponente ist. Ferner
kann jede Polyolefinpolymerkomponente im Allgemeinen kristalline und
amorphe Phasen bilden. Die Phasengrenzen bilden interne Schwachpunkte,
die ein mechanisches Versagen fördern,
was wiederum zu Abtrennbarkeit und Durchreißbarkeit von Hand führt. Volumen,
Struktur und Zusammensetzung der Phasengrenzen können durch die Wahl und die
Menge des Polymers sowie die Verarbeitungstemperaturen, das Strecken
und die Geschwindigkeiten gesteuert werden.
-
Der
Klebstoff 18, der auf die erste Hauptfläche 14 des Bandträgers 12 aufgebracht
ist, kann jeder im Fachgebiet bekannte geeignete Klebstoff sein.
Bevorzugte Klebstoffe sind diejenigen, die durch Druck, Wärme oder
Kombinationen davon aktiviert werden. Zu geeigneten Klebstoffen
gehören
diejenigen auf der Basis von Acrylat, Kautschukharzen, Epoxiden,
Urethanen oder Kombinationen davon. Der Klebstoff 18 kann
mittels Lösungs-,
auf Wasser basierenden oder Schmelzbeschichtungsverfahren aufgebracht
werden. Der Klebstoff kann schmelzbeschichtete Formulierungen, transferbe schichtete
Formulierungen, lösungsmittelbeschichtete Formulierungen
und Latexformulierungen sowie laminierende, thermisch aktivierte
und durch Wasser aktivierte Klebstoffe enthalten. Zu erfindungsgemäß nützlichen
Klebstoffen gehören
alle Haftklebstoffe. Von Haftklebstoffe ist gut bekannt, dass sie
Eigenschaften aufweisen, einschließlich: aggressiver und dauerhafter
Klebrigkeit, Klebekraft schon bei Fingerdruck und ausreichender
Fähigkeit,
an einem Klebekörper
festzuhalten. Zu Beispielen für
Klebstoffe, die in der Erfindung nützlich sind, gehören diejenigen,
die auf allgemeinen Zusammensetzungen von Polyacrylat; Polyvinylether;
Dien-Kautschuk, wie Naturkautschuk, Polyisopren und Polybutadien;
Polyisobutylen; Polychloropren; Butyl-Kautschuk; Butadien-Acrylnitril-Polymer;
thermoplastischem Elastomer; Blockcopolymeren, wie Styrol-Isopren-
und Styrol-Isoprenstyrol-(SIS)-Blockcopolymeren, Ethylen-Propylen-Dien-Polymeren
und Styrol-Butadien-Polymeren; Poly-alpha-olefin; amorphem Polyolefin;
Silikon; Ethylen enthaltendem Copolymer, wie Ethylenvinylacetat,
Ethylacrylat und Ethylmethacrylat; Polyurethan; Polyamid; Epoxid;
Polyvinylpyrrolidon- und Vinylpyrrolidon-Copolymeren; Polyestern;
und Mischungen oder Elends (kontinuierliche oder diskontinuierliche
Phase) der obigen beruhen. Außerdem
können
die Klebstoffe Zusätze,
wie klebrige machende Mittel, Weichmacher, Füllstoffe, Antioxidationsmittel,
Stabilisierungsmittel, Pigmente, streuende Materialien, Härter, Fasern,
Filamente und Lösungsmittel,
enthalten. Ebenso kann der Klebstoff wahlweise durch jedes beliebige
bekannte Verfahren gehärtet
werden.
-
Eine
allgemeine Beschreibung von nützlichen
Haftklebstoffen findet sich in Encyclopedia of Polymer Science and
Engineering, Band 13, Wiley-Interscience Publishers (New York, 1988).
Eine weitere Beschreibung von nützlichen
Haftklebstoffen findet sich in Encyclopedia of Polymer Science and
Engineering, Band 1, Interscience Publishers (New York, 1964).
-
Um
die Haftung von anschließenden
Beschichtungsschichten zu verbessern, kann der Folienträger 12 des
Bands 10 wahlweise durch Einwirkung einer Flamme oder eine
Koronaentladung oder durch andere Oberflächenbehandlungen, einschließlich chemischen
Grundierens, behandelt werden. Zusätzlich kann die zweite Fläche 16 des
Folienträgers 12 mit
fakultativen Materialien mit geringer Haftfähigkeit 20 beschichtet
sein, um die Haftung zwischen der Klebstoffschicht 18 auf
der gegenüberliegenden
Fläche
und dem Träger 12 zu
begrenzen, wodurch die Herstellung von Klebebandrollen ermöglicht wird,
die sich einfach abwickeln lassen, wie im Fachgebiet der Herstellung
von mit Klebstoff beschichteten Bändern gut bekannt ist. Das
Band 10 kann unter Bildung einer Rolle 22 wahlweise
auf einem Kern 24 spiralförmig aufgerollt sein, wie in 2 dargestellt.
-
Die
hier beschriebenen Träger
eigenen sich ausgezeichnet für
zahlreiche Anwendungen für
Klebebandträger,
einschließlich
Allzweckbänder,
Binder für
geringe Beanspruchung sowie Abdicht- und Reparaturbänder. Da
der Träger
anpassbar ist, ist er auch als Träger für Abdeckbänder nützlich.
-
Die
Ausübung
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden
ausführlichen Beispiele
weiter beschrieben. Diese Beispiele werden dargeboten, um die verschiedenen
spezifischen und bevorzugten Ausführungsformen und Techniken
weiter zu veranschaulichen.
-
Prüfverfahren
-
Bestimmungen der Zugeigenschaften
der Folie
-
Die
Reißfestigkeit
in der Maschinenrichtung (MD) wurde gemäß den Vorgehensweisen gemessen,
die in ASTM D882, "Tensile
Properties of Thin Plastic Sheeting", Method A beschrieben sind. Die Folien
wurden vor dem Prüfen
24 Stunden lang bei 22°C
(72°F) und
50 Prozent relativer Feuchte (RF) konditioniert. Die Prüfungen wurden
unter Verwendung einer Zugprüfmaschine
durchgeführt,
die im Handel als Modell Nr. Sintech 200/S von MTS Systems Corporation,
Eden Prairie, MN, erhältlich
ist. Die Probekörper
für diese
Prüfung
waren 2,54 cm breit und 15 cm lang. Es wurden ein anfänglicher
Backenabstand von 10,2 cm und eine Kreuzkopfgeschwindigkeit von
25,4 cm/min benutzt. Für
jede Probe wurden sechs Probekörper
in der MD geprüft.
-
Bestimmung der Durchstoßenergie
-
Die
Durchstoßenergie
und die Dehnung bis zum Durchstoß wurden unter Verwendung eines
Verfahrens auf Grundlage von ASTM F 1306-94 mit den nachstehend
ausführlich
beschriebenen Änderungen
bestimmt: Für
die Prüfung
wurde eine Zugprüfmaschine,
Modell Nr. Sintech 200/S, hergestellt von MTS Systems Corporation,
Eden Prairie, MN, verwendet. Die Probekörper-Einspannvorrichtung, die
in ASTM F 1306-94 beschrieben ist, wurde so modifiziert, dass sie
zwei starre Platten mit einer quadratischen Öffnung von 7,62 cm in der Mitte
jeder Platte umfasste. Die Eindringsonde, die in ASTM F 1306-94
beschrieben ist, wurde durch einen zylindrischen Stahlstab mit einem
Durchmesser von 0,318 cm mit einer halbkugelförmigen Spitze ersetzt. Die
Verschiebung der Kolbenanordnung wurde während des Belastens und des
vollständigen
Durchdringens jedes Probekörpers
gemessen. Die Probekörper
wurden für
die Prüfung
parallel zu der MD in 2,54 cm breite Streifen oder in 1,27 cm breite
Streifen geschnitten, wie nachstehend angegeben. Die Probekörper waren
12,7 cm lang, um in der Einspannvorrichtung ordnungsgemäß eingespannt
zu werden. Jede Prüfung
wurde mit einer Geschwindigkeit von 254 cm/min durchgeführt. Für jede Bestimmung
wurden mindestens sechs Probekörper
geprüft.
Die Folien wurden vor dem Prüfen
24 Stunden lang bei 22°C
(72°F) und
50 Prozent relativer Feuchte (RF) konditioniert.
-
Bei
jeder Prüfung
wurde der Probekörper
in die Vorrichtung eingespannt. Jeder Probekörper wurde über der Plattenöffnung zentriert.
Ein Stück
des Haftklebstoffbands wurde benutzt, um die Probe an einer Seite der
Bodenplatte der Einspannvorrichtung zu halten, während ein Gewicht (75 g) an
der anderen Seite des Probekörpers
angehängt
wurde, um sicherzustellen, dass die Probe unter konstanter Spannung
belastet wurde. Die Spannplatte wurde dann unter Verwendung von
Flügelschrauben
derart festgezogen, dass die Probe während der Prüfung nicht
verrutschte. Die Einspannvorrichtung wurde unter dem Kolben derart
angeordnet, dass der Kolbenweg durch die Mitte der Probe führte. Die
Gesamtenergie, die zum Durchstoßen
der Probe erforderlich war, und die Dehnung bis zum Durchstoß wurden
bestimmt.
-
Wie
hierin, einschließlich
in den Ansprüchen,
verwendet, bezeichnet der Ausdruck "Durchstoßversuch –2,54 cm" die soeben beschriebene Prüfung, die
an 2,54 cm breiten Proben durchgeführt wird, und der Ausdruck "Durchstoßversuch –1,27 cm" bezeichnet die soeben
beschriebene Prüfung,
die an 1,27 cm breiten Proben durchgeführt wird.
-
Optische Mikroskopie von abgetrennten
Folienrändern
-
Erfindungsgemäß hergestellt
Bandträger
und hierin beschriebene Vergleichsfolien wurden aus einer gezahnten
Kunststoffklinge (3M Katalog-Nr. 105, ab Einreichungsdatum dieser
Anmeldung erhältlich
von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN) von
Hand abgegeben, indem der Bandträger
gerade nach unten über
die Spenderklinge gezogen wurde. Wie hierin, einschließlich in
den Ansprüchen,
verwendet, bezeichnet der Ausdruck "beim Abtrennen an einer gezahnten Kunststoffschneideklinge" oder ähnliche Ausdrücke den
gerade beschriebenen Spender und das gerade beschriebenen Ver fahren.
Die Folien wurden zunächst
vor dem Prüfen
24 Stunden lang bei 22°C
(72°F) und
50 Prozent relativer Feuchte (RF) konditioniert. Die an der Klinge
abgegebenen Folien wurden unter Verwendung eines Lichtmikroskops
Olympus BHSM Type BH-2, im Handel erhältlich von Leeds Precision
Instruments, Inc., Minneapolis, MN, fotografiert. Die Probe Körper und
wurden bei 50-facher Vergrößerung unter
Verwendung von reflektiertem Licht und untersucht und unter Verwendung
eines Sofortbild-Schwarzweißfilms Polaroid
Typ 57 mit einem ASA-Wert von 3.000 fotografiert. Es wurde beobachtet,
dass das erfindungsgemäße Beispiel
11, 3, einen gezahnte Rand aufwies, der der Kontur
der Kunststoffschneideklinge genau folgt. Umgekehrt weist Vergleichsbeispiel
C-1, 4, einen verzogenen Rand auf, der der Kontur der
Kunststoffklinge nicht genau folgt.
-
Herstellung von Beispielen
-
A) Gleichzeitiges Streckverfahren mit
Linearmotor
-
Die
Beispiele 1-15 und die Vergleichsbeispiele C-1 und C-2 mit gleichzeitig
biaxial gerecktem Polyolefinblend wurden unter Verwendung des Prozesses
zum gleichzeitigen Strecken auf der Grundlage eines Linearmotors
hergestellt, der in
US-Patent
Nr. 4,675,582 ;
4,825,111 ;
4,853,602 ;
5,036,262 ;
5,051,225 ; und
5,072,493 beschrieben ist. Die Streckausrüstung wurde
von Bruckner Maschinenbau, Siegsdorf, Deutschland, gebaut. Es wurden
Polymer I und II und, in einigen Beispielen, III, in den in Tabelle
2 angegebenen Verhältnissen
der Zusammensetzung (bezogen auf das Gewicht) verwendet. In Beispiel
1-10 und 14-15 war das isotaktische Polypropylen ein Blend aus Polymer
I und III, während
die zweite Komponente Polymer II war. In Beispiel 11-12 war das
isotaktische Polypropylen Polymer I und die zweite Komponente war
Polymer II. In Vergleichsbeispiel C1-C2 war das isotaktische Polypropylen
ein Blend aus Polymer I und III, während keine zweite Komponente
vor handen war. In Beispiel 1 bestand die Polymerschmelze aus etwa
80 % Propylen-Homopolymer (58 Gew.-% Polymer A und etwa 28 Gew.-%
Polymer B) und etwa 20 % Polymer G. Zur Herstellung einer stabilen
Schmelze mit einer Schmelztemperatur von 202 bis 235°C wurde ein
Doppelschneckenextruder Berstorff 6,0 cm verwendet. Die polymere
Schmelzmischung wurde durch eine Schlitzdüse extrudiert und auf ein wassergekühltes Gießrad aus
Stahl gegossen, das mit 4,7 bis 6,8 Meter pro Minute rotierte und
das mit einem Thermostat und unter Verwendung von Wasserumlauf im
Inneren und durch Eintauchen des Gießrads in ein Wasserbad auf
20 bis 30°C
gehalten wurde. Die gegossene Folienbahn hatte eine Breite von etwa
35 cm und einer Dicke von etwa 0,15-0,20 cm.
-
Die
gegossene Folienbahn wurde an einer Reihe von IR-Heizgeräten, die auf etwa 600°C eingestellt waren,
vorbeigeführt,
um die gegossene Folie vor dem gleichzeitigen Strecken im Streckwerkofen
auf ungefähr
100 bis 110°C
vorzuwärmen,
was mittels IR-Oberflächenpyrometrie
gemessen wurde. Die gegossene und vorgewärmte Folie wurde unverzüglich gleichzeitig
in Längsrichtung
(MD) und in Querrichtung (TD) gestreckt, was eine biaxial gereckte
Folie ergab. Die Temperatureinstellungspunkte im Streckwerkofen,
die in jedem Beispiel in dem Vorwärm-, Streck- und Temperabschnitt
des Streckwerk verwendet wurden, gehen aus Tabelle 3 hervor. Es
wurden Streckverhältnisse
der Gesamtfläche
von 45:1 bis 75:1 verwendet. MD- und TD-Verhältnis jedes Beispiels gehen
aus Tabelle 3 hervor. Die Folien hatten eine Dicke von etwa 0,030
mm und die Spaltbreiten betrugen etwa 127 cm. Die Aufwickelgeschwindigkeit
betrug etwa 45 Meter/Minute. Die Folie wurde (offline) in der Maschinenrichtung
unter Verwendung eines Rasierklingenschneiders, der mit neuen Klingen ausgestattet
war, zu nützlichen
Probenbreiten für
die Prüfung
geschnitten. Die Folieneigenschaften gehen aus Tabelle 4 hervor.
-
B) Mechanisches gleichzeitiges Streckverfahren
-
Die
Beispiele 16-19 und Vergleichsbeispiel C-3 mit gleichzeitig biaxial
gerecktem Polyolefinblend wurden unter Verwendung der Prozessausrüstung zum
mechanischen gleichzeitigen Strecken hergestellt, die in
US-Patent Nr. 4,330,499 und
4,595,738 beschrieben ist.
Polymere (aus Tabelle 1) wurden verwendet. Polymer I (isotaktisches
Polypropylen) und II (zweites Polyolefin, sofern vorhanden) in den
in Tabelle 2 angeführten
Verhältnissen
der Zusammensetzungen wurden unter Herstellung einer stabilen homogenen
Schmelze mit einer Schmelztemperatur von 246 bis 255°C extrudiert.
Die Schmelze wurde durch eine Schlitzdüse extrudiert und auf ein wassergekühltes Gießrad aus
Stahl gegossen, das mit etwa 5 Meter pro Minute rotierte und durch
das Wasser von etwa 10°C
zirkulierte. Die gegossene Folienbahn wurde dann durch ein Wasserbad
zum plötzlichen
Abkühlen
von 12 bis 16°C
geführt,
was eine gegossene Folienbahn mit einer Breite von etwa 55 cm und einer
Dicke von etwa 0,15-0,2 cm ergab.
-
Die
gegossene Folienbahn wurde durch einen Satz erwärmter Walzen mit einer Anfangstemperatur von
125°C und
einer Endtemperatur von 145 to 155°C geführt, um die gegossene Folie
vor dem gleichzeitigen Strecken vorzuwärmen.
-
Die
Folienbahn wurde danach am Rand von einer Reihe von Kluppen an einem
Satz divergierender Spindeln mit einer Gewindesteigung für das Strecken
in der MD von 7:1 ergriffen und gleichzeitig in Längsrichtung
(MD) und dem Querrichtung (TD) zu einem Endstreckverhältnis von
etwa 64:1 gestreckt. Die Aufwickelgeschwindigkeit betrug etwa 40
Meter pro Minute und die Strecktemperatur 175-177°C. Die Streckwerkbedingungen
gehen aus Tabelle 3 hervor. Die Folien hatten eine Dicke von 0,034
bis 0,040 mm und die Spaltbreiten betrugen etwa 300 cm. Die Folie
wurde (offline) unter Verwendung eines Rasierklingenschneiders,
der mit neuen Klingen ausgestattet war, zu nützlichen Probenbreiten für die Prüfung geschnitten.
Die Folieneigenschaften gehen aus Tabelle 4 hervor.
-
C) Sequenzielles Streckverfahren
-
Beispiel
20 bis 30 und Vergleichsbeispiel C-4 bis C-10 wurden wie folgt hergestellt.
Polymere aus Tabelle 1 wurden verwendet. Polymer I (isotaktisches
Polypropylen) und II (zweites Polyolefin, sofern vorhanden) in den
in Tabelle 2 angeführten
Verhältnissen
der Zusammensetzungen wurden gleichzeitig einem 4,45-cm-Einschneckenextruder,
hergestellt von H. P. M., Mt. Gilead, Ohio, zugeführt. Polymer
I wurde mit Schwerkraft zuführt
und Polymer II wurde über
eine kalibrierte Einspeisevorrichtung von Acrison zugeführt. Die Polymermischung
wurde unter Verwendung von Einstellpunkten für die Temperierzonen des Extruders
von 230 bis 252°C
auf 252°C
erwärmt.
Die Schmelze wurde bei 230°C
zu und durch eine 17,8-cm-Breitschlitzdüse transferiert. Das Extrudat
wurde auf ein rotierendes glattes Gießrad aus Stahl gegossen, das
durch ein Umlaufwasserbad, in das ein Teil des Rads eintauchte,
auf etwa 33°C
gehalten wurde. Die Gießradtemperatur wurde
ebenfalls durch Umlaufwasser von Umgebungstemperatur (30°C) beibehalten.
Die Gießtemperatur
betrug in jedem Beispiel etwa 33°C.
-
Die
gegossene Folie wurde über
einen Satz von fünf
Walzen geführt,
die intern auf 125°C
erwärmt
wurden, und auf ein Streckverhältnis
von etwa 5:1 in der Längs- oder Maschinenrichtung
(MD) gestreckt.
-
Die
in der MD gestreckte Folienbahn wurde danach am Rand von einer Reihe
von Kluppen an divergierenden Streckwerkschienen ergriffen und auf
ein End-TD-Streckverhältnis
von etwa 9:1 in der Kreuz- oder Querrichtung (TD) gestreckt. Die
spezifischen Streckbedingungen und die Streckwerktemperaturbedingungen für jedes
Beispiel gehen aus Tabelle 3 hervor. Die resultierende biaxial gestreckte
Folie wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, ihre Ränder durch Schneiden mittels
Rasierklinge beschnitten und mit etwa 10 Meter pro Minute auf eine
Hauptrolle gewickelt. Die Folien hatten eine Dicke von 0,028 bis
0,038 mm und die Spaltbreiten betrugen etwa 25 cm. Die Folie wurde
(offline) in der Maschinenrichtung unter Verwendung eines Rasierklingenschneiders,
der mit neuen Klingen ausgestattet war, zu nützlichen Probenbreiten für die Prüfung geschnitten.
-
Die
Folieneigenschaften gehen aus Tabelle 4 hervor.
-
Vergleichsbeispiel C-11 und C-12
-
Der
Bandträger,
der für
das Klebeband der Marke SCOTCH Tear by Hand (erhältlich von Minnesota Mining
and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota) verwendet wird,
wurde in der Maschinenrichtung unter Verwendung eines Rasierklingenschneiders,
der mit neuen Klingen ausgestattet war, zu nützlichen Probenbreiten für die Prüfung geschnitten.
Die Folieneigenschaften gehen aus Tabelle 4 hervor. Bei dieser Folie
handelt es sich um eine zweischichtige Polyolefinfolie. Die erste
Schicht wird auf etwa 5:1 in der MD gestreckt. Dann wird die zweite
Schicht auf die erste extrudiert und die zweischichtige Folie wird
anschließend
auf etwa 10:1 in der TD gestreckt. Bei den Durchstoßprüfungen wurde
die Durchstoßprüfung zuerst
mit einer nach oben weisenden Schicht (C-11) durchgeführt und
dann mit der anderen nach oben weisenden Schicht wiederholt (C-12). Tabelle 1 POLYMERIDENTIFIZIERUNG
| Polymer | Allgemeine
Beschreibung | Lieferant | Bezeichnung | MFR1 | MFI1 | Dichtet2 (g/cm3) |
| A | PP-Homopolymer | Fina | PP
3374 | 2,5 | | |
| B | PP-Homopolymer | Fina | PP
3571 | 9 | | |
| C | PP-Homopolymer | Montell | S38F
PP | 2 | | |
| D | Syndiotaktisches PP | Fina | EOD
96-34 | 10 | | |
| E | Syndiotaktisches PP | Fina | EOD
96-28 | 2 | | |
| F | Polybutylen | Montell | PB
0200 | 2 | | |
| G | LLDPE | Dow | DOWLEX 2027A | | 4 | 0,94 |
| H | LLDPE | Eastman | TENITE 757 | | 2 | 0,91 |
| I | EVA | Dupont | ELVAX
360 | | 2 | 0,95 |
| J | EVA | Dupont | ELVAX
760 | | 2 | 0,93 |
| K | PP-Copolymer | Fina | Z
9470 | 5 | | |
- 1 Angegebenen in
g/10 min, ermittelt mit ASTM D1238-95: MFR unter den Bedingungen
230°C, 2,16
kg für Polymer
A, B, C, D, E, F, K, MFI unter den Bedingungen 190°C, 2,16 kg
für Polymer
G, H, I, J. Werte von den Herstellern.
- 2 Dichte wie vom Hersteller angegeben.
TABELLE 2. BLENDZUSAMMENSETZUNGEN | BSP. | Polymer
I | %
I | Polymer
II | %
II | Polymer
III | %
III |
| 1 | A | 52 | G | 20 | B | 28 |
| 2 | A | 52 | G | 20 | B | 28 |
| 3 | A | 52 | G | 20 | B | 28 |
| 4 | A | 52 | G | 20 | B | 28 |
| 5 | A | 52 | G | 20 | B | 28 |
| 6 | A | 52 | G | 20 | B | 28 |
| 7 | A | 52 | G | 20 | B | 28 |
| 8 | A | 52 | G | 20 | B | 28 |
| 9 | A | 52 | G | 20 | B | 28 |
| 10 | A | 52 | G | 20 | B | 28 |
| 11 | A | 80 | F | 20 | – | – |
| 12 | A | 80 | F | 20 | – | – |
| 13 | A | 80 | F | 20 | – | – |
| 14 | A | 52 | D | 20 | B | 28 |
| 15 | A | 52 | D | 20 | B | 28 |
| C-1 | A | 65 | – | – | B | 35 |
| C-2 | A | 65 | – | – | B | 35 |
| 16 | C | 50 | F | 50 | – | – |
| 17 | C | 70 | F | 30 | – | – |
| 18 | C | 85 | F | 15 | – | – |
| 19 | C | 60 | E | 40 | – | – |
| C-3 | C | 100 | – | – | – | – |
| 20 | B | 90 | G | 10 | – | – |
| 21 | B | 80 | G | 20 | – | – |
| 22 | B | 90 | G | 10 | – | – |
| 23 | A | 80 | G | 20 | – | – |
| 24 | B | 80 | G | 20 | – | – |
| 25 | A | 80 | H | 20 | – | – |
| 26 | A | 80 | H | 20 | – | – |
| 27 | A | 70 | D | 30 | – | – |
| 28 | A | 80 | D | 20 | – | – |
| 29 | A | 80 | J | 20 | – | – |
| 30 | A | 80 | K | 20 | – | – |
| C-4 | A | 100 | – | – | – | – |
| C-5 | A | 100 | – | – | – | – |
| C-6 | B | 90 | G | 10 | – | – |
| C-7 | A | 80 | H | 20 | – | – |
| C-8 | A | 80 | I | 20 | – | – |
| C-9 | A | 80 | G | 20 | – | – |
| C-10 | A | 80 | K | 20 | – | – |
TABELLE 3 STRECKBEDINGUNGEN | BSP. | Verfahren | Vorwärmen (°C) | Strecken (°C) | Tempern (°C) | MDR | TDR | Flächenstreckverhältnis |
| 1 | A | 207 | 175 | 130 | 7,5 | 8,3 | 62 |
| 2 | A | 207 | 175 | 160 | 7,5 | 8,6 | 65 |
| 3 | A | 192 | 180 | 160 | 7,5 | 7,7 | 58 |
| 4 | A | 205 | 170 | 130 | 7,5 | 7,9 | 59 |
| 5 | A | 192 | 180 | 130 | 7,5 | 10,0 | 75 |
| 6 | A | 192 | 180 | 130 | 7,5 | 7,5 | 56 |
| 7 | A | 197 | 175 | 130 | 7,5 | 7,4 | 56 |
| 8 | A | 192 | 180 | 160 | 8 | 8,1 | 65 |
| 9 | A | 207 | 170 | 160 | 7,5 | 7,9 | 59 |
| 10 | A | 202 | 170 | 130 | 7,5 | 7,6 | 57 |
| 11 | A | 192 | 175 | 165 | 7,5 | 7,0 | 53 |
| 12 | A | 195 | 170 | 165 | 7,5 | 7,2 | 54 |
| 13 | A | 192 | 170 | 165 | 7,5 | 6,7 | 50 |
| 14 | A | 192 | 178 | 160 | 7,5 | 7,5 | 56 |
| 15 | A | 192 | 170 | 145 | 7,5 | 6,8 | 51 |
| C-1 | A | 192 | 170 | 130 | 6,5 | 7,1 | 46 |
| C-2 | A | 197 | 175 | 130 | 7 | 7,3 | 51 |
| 16 | B | 175 | 173 | 35 | 8 | 8 | 64 |
| 17 | B | 177 | 173 | 35 | 8 | 8 | 64 |
| 18 | B | 177 | 173 | 35 | 8 | 8 | 64 |
| 19 | B | 170 | 170 | 35 | 8 | 8 | 64 |
| C-3 | B | 177 | 175 | 35 | 8 | 8 | 64 |
| 20 | C | 172 | 172 | 145 | 5 | 9 | 45 |
| 21 | C | 170 | 170 | 145 | 5 | 9 | 45 |
| 22 | C | 172 | 172 | 145 | 5 | 9 | 45 |
| 23 | C | 172 | 172 | 145 | 5 | 9 | 45 |
| 24 | C | 172 | 172 | 145 | 5 | 9 | 45 |
| 25 | C | 175 | 175 | 145 | 5 | 10 | 50 |
| 26 | C | 172 | 172 | 145 | 5 | 9 | 45 |
| 27 | C | 172 | 172 | 145 | 5 | 10,5 | 53 |
| 28 | C | 172 | 172 | 145 | 5 | 10,5 | 53 |
| 29 | C | 172 | 172 | 145 | 5 | 9 | 45 |
| 30 | C | 172 | 172 | 145 | 5 | 9 | 45 |
| C-4 | C | 166 | 166 | 145 | 5 | 45 | – |
| C-5 | C | 172 | 172 | 145 | 5 | 9 | 45 |
| C-6 | C | 166 | 166 | 145 | 5 | 45 | 45 |
| C-7 | C | 162 | 162 | 145 | 5 | 9 | 45 |
| C-8 | C | 172 | 172 | 145 | 5 | 45 | 45 |
| C-9 | C | 166 | 166 | 145 | 5 | 9 | 45 |
| C-10 | C | 166 | 166 | 145 | 5 | 9 | 45 |
TABELLE 4 FOLIENEIGENSCHAFTEN IN MASCHINENRICHTUNG | BSP | Dicke
(mm) | Zugfestigkeit
(MPa) | Durchstoßenergie – 2,54 cm
(J/cm2) | Durchstoßdehnung – 2,54 cm (cm) | Durchstoßenergie – 1,27 cm
(J/cm2) | Durchstoßdehnung – 1,27 cm (cm) |
| 1 | 0,030 | 48 | 1,6 | 0,8 | 22 | 1,3 |
| 2 | 0,029 | 36 | 3,7 | 0,7 | 18 | 1,3 |
| 3 | 0,030 | 44 | 4,5 | 0,8 | 30 | 1,5 |
| 4 | 0,030 | 71 | 3,4 | 0,9 | 49 | 1,8 |
| 5 | 0,032 | 70 | 7,5 | 0,9 | 41 | 1,7 |
| 6 | 0,030 | 69 | 5,3 | 0,8 | 37 | 1,6 |
| 7 | 0,031 | 87 | 9,5 | 1,0 | 48 | 1,8 |
| 8 | 0,029 | 69 | 9,8 | 0,9 | 37 | 1,6 |
| 9 | 0,030 | 82 | 10 | 1,0 | 45 | 1,7 |
| 10 | 0,030 | 87 | 13 | 1,0 | 52 | 1,7 |
| 11 | 0,030 | 52 | 6,8 | 1,0 | 29 | 1,5 |
| 12 | 0,030 | 75 | 11 | 1,1 | – | – |
| 13 | 0,030 | 109 | 19 | 1,2 | 30 | 1,8 |
| 14 | 0,029 | 76 | 11 | 1,1 | – | – |
| 15 | 0,031 | 104 | 16 | 1,1 | 30 | 1,8 |
| C-1 | 0,030 | 166 | 31 | 1,4 | 122 | 2,2 |
| C-2 | 0,033 | 109 | 23 | 1,4 | 97 | 2,2 |
| 16 | 0,038 | 68 | 6,4 | 0,9 | 34 | 1,6 |
| 17 | 0,035 | 95 | 16 | 1,1 | 56 | 1,9 |
| 18 | 0,037 | 125 | 19 | 1,2 | 78 | 2,0 |
| 19 | 0,039 | 94 | 17 | 1,3 | 66 | 2,0 |
| C-3 | 0,036 | 169 | 33 | 1,5 | 121 | 2,4 |
| 20 | 0,033 | 38 | 0,7 | 0,3 | 2 | 0,6 |
| 21 | 0,032 | 38 | 1,6 | 0,5 | 3 | 0,6 |
| 22 | 0,032 | 40 | 2,2 | 0,7 | 7 | 0,8 |
| 23 | 0,034 | 36 | 1,9 | 0,6 | 4 | 0,7 |
| 24 | 0,032 | 51 | 4,7 | 0,9 | 22 | 1,3 |
| 25 | 0,031 | 31 | 2,4 | 0,7 | 5 | 0,8 |
| 26 | 0,028 | 39 | 4,2 | 1,0 | 16 | 1,3 |
| 27 | 0,038 | 58 | 3,4 | 0,8 | 16 | 1,1 |
| 28 | 0,031 | 45 | 6,2 | 1,1 | 16 | 1,2 |
| 29 | 0,032 | 37 | 5,6 | 1,1 | 30 | 1,8 |
| 30 | 0,033 | 34 | 2,6 | 0,8 | 37 | 0,6 |
| C-4 | 0,033 | 137 | 59 | 2,5 | 346 | 4,6 |
| C-5 | 0,034 | 113 | 48 | 2,4 | 340 | 5,2 |
| C-6 | 0,033 | 80 | 15 | 1,5 | 102 | 2,8 |
| C-7 | 0,030 | 140 | 42 | 2,2 | 148 | 2,7 |
| C-8 | 0,034 | 112 | 28 | 1,9 | 140 | 2,9 |
| C-9 | 0,032 | 77 | 15 | 1,6 | 106 | 3,2 |
| C-10 | 0,031 | 132 | 55 | 2,5 | 268 | 4,2 |
| C-11 | 0,040 | 55 | 79 | 2,7 | 458 | 7,1 |
| C-12 | 0,040 | 55 | 41 | 2,0 | 336 | 5,8 |
-
Die
vorstehend beschriebenen Prüfungen
und Prüfungsergebnisse
sind ausschließlich
zur Veranschaulichung und nicht als Prognose gedacht und Abweichungen
von den Prüfverfahren
führen
vermutlich zu abweichenden Ergebnissen.
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Die
vorliegende Erfindung ist hiermit anhand mehrerer Ausführungsformen
davon beschrieben. Die vorstehende ausführliche Beschreibung und die
Beispiele sind ausschließlich
zum besseren Verständnis
angeführt.