DE7703274U1 - Extrudiertes kunststoffnetz - Google Patents
Extrudiertes kunststoffnetzInfo
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Description
"betreffend Extrudiertes KunstBtöffnetζ
Die Erfindung bezieht sich auf das kontinuierliche Extrudieren von Netzen aus Kunststoff*
Mit dem kontinuierlichen Extrudieren von Netzen aus Kunststoff wurde etwa im Jahre 1956 unter Anwendung des Verfahrens
von Mercer nach dem US-Patent 2 919 467 begonnen« Dieses
Verfahren wird mit Hilfe zweier umlaufender Matrizenteile durchgeführt. Hierzu gehören allgemein ein äußeres umlaufendes
Matrizenteil in Form einer ebenen, waagerecht angeoi-imeten
runden Platte mit einer zentralen öffnung sowie ein umlaufendes inneres Matrizenteil in Gestalt einer ebenen runden
Platte, die in der zentralen Öffnung des äußeren Matrizenteils angeordnet ist. Die beiden Matrizenteile stehen derart in
Gleitberührung miteinander, daß sie eine Abdichtung gegen
Flüssigkeiten bewirken. Jedes Matrizenteil weist mehrere in Abständen verteilte Düsen in Form offener Nuten an den Berüh-
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rungsflächen zwischen den "beiden Matrizenteilen auf. Mit
Hilfe dieser Anordnung werden kontinuierlich Kunststoffstränge in senkrechter Richtung in Form eines Kranzes über
die durch die offenen Nuten gebildeten Düsen extrudiert, und die Matrizenteile warden vorzugsweise gegenläufig gedreht,
so daß jedesmal dann, wenn eine offene Nut des umlaufenden äußeren Matrizenteils in Fluchtung mit einer offenen Nut
des inneren Matrizenteils kommt, zwischen benachbarten Strängen eine zusammenhängende Verbindungsstelle entsteht« Als
ΐ-rzeugnis erhält man ein extrudiertes schlauchförmiges Kunststoffnetz
mit sich in der Längsrichtung des Schlauche er» streckenden, allgemein rautenförmigen öffnungen, Das Verfahren
von Mercer wird gegenwärtig in großem Umfang angewendet, und Lizenzen 2ur Benutzung des Verfahrens sind nach allen
größeren Industriländern in allen Teilen der Welt vergeben worden«
Lizenznehmer des Mercer-Verfahrens in den Vereinigten Staaten und Frankreich führten unabhängig voneinander eine Verbesserung
ein, die darin besteht, daß das äußere Matrizenteil festgehalten wird, während das innere Matrizenteil senkrecht
auf- und abbewegt wird, um die Berührungsflächen der beiden Matrizenteile periodisch voneinander zu trennen«. Bei der bevorzugten
Anordnung ist die Berührungsfläche des inneren Matrizenteils nicht mit Düsen in Form offener Nuten versehen»
Es werden kontinuierlich mehrere in Abständen verteilte Kunststoff stränge in senkrechter Richtung in einer kranzförmigen
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Anordnung über die Düsen des ortsfesten äußeren Matrizenteils
extrudiert, die als in Abstanden verteilte offene Nuten ausgebildet sind· Das innere Matrizenteil wird periodisch vom
äußeren Matrizenteil getrennt bzw* abgehoben, um die Berührungsflächen
voneinander zu entfernen, so daß jeweils ein querliegender geschlossener runder Strang extrudiert wird,
der ein zusammenhängendes Verbindungselement bildet- welches als querliegender runder Strang ttit säffltlicnen in Abstanden
verteilten senkrechten Strängen verbunden wird» Hierbei erhält man ein schlauchförmiges fcunststoffnetz aus extrudiertem
Ka te rial, das allgemein quadratische bzw· rechteckige öffnungen hat* welche sich in Richtung der Längsachse des
Schlauche erstrecken· Dieses kontinuierliche Extrudieren von Hetzen ttit rechteckigen Offnungen ist in den ÜS-PSen
2 252 181 und 3 384 692 sowie der ÜS-Heuerteilungs-fS
He 28 600 beschrieben« Hetze mit rechteckigen Öffnungen wer den auch in allen wichtigeren Industrieländern der Veit in
technischem Maßstab extrudiert·
Ferner werden verschiedene Weiterbildungen des grundsätzlichen Verfahrens von Mercer angewendet. In eisern Fall werden
Stränge aus Kunststoff kontinuierlich über mehrere in Abständen verteilte Düsenöffnungen extrudiert, die bei einem
ortsfesten Matrizenteil auf einer geraden Linie angeordnet sind«, Ferner sind mehrere damit zusammenarbeitende, in Abständen
verteilte Düsen mit Düsenöffnungen vorhanden, die jeweils zwischen zwei benachbarten Düsen des ortsfesten Matri-
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zenteils hin- und herbewegt werden. Über die Düsenöffnungen
werden kontinuierlich Kunststoff stränge extrudiert, und jedesmal
dann, wenn eine Düsenöffnung in Verbindung mit einer Düse
des ortsfesten Matrizenteils kommt, werden die beiden betreffenden Strange miteinander verschweißt, und sobald sich
die Düse entfernt, werden .die Stränge voneinander getrennt, bis die Düsenöffnung in Verbindung mit der nächstbenachbarten
Düse des ortsfesten Hatrlzenteils kommt, woraufhin die beiden zugehörigen Stränge miteinander verschweißt «erden· Hierbei entsteht ein fcunststoffnetz mit rautenförmigen Öffnungen»
die sich in dichtung der Längsachse des extrudierten Netzes
erstrecken* Das Netz kann als flache Bahn oder unter Verwendung eines runden ortsfesten Matrizeateils in Fora eines
Schlauche extrudiert worden« Diese Weiterbildung des grundsätzlichen Verfahrens von Mercer ist in der US-Ps 3 127 298
beschrieben« Allerdings ist es nicht unbedingt erforderlich»
die in dieser US-Patentschrift beschriebenen Düsen zu be nutzen· Beispielsweise kann man mehrere durch Abstände getrennte
Düsen in Form offener Nuten an den Berührungsflächen jedes von zwei Matrizenteilen in Form ebener Platten ausbilden.
Hierbei ist mindestens eine der Platten so gelagert, daß sie sich vor- und zurückschieben läßt, damit jede Düsenöffnung
der bewegbaren Platte abwechselnd in Verbindung mit zwei einander benachbarten Düsenöffnungen der ortsfesten Platte
kommt, während über die Düsenöffnungen kontinuierlich Kunststoffstränge
extrudiert werden. Hierbei bilden die von den nutenförmigen Düsen der bewegbaren Platte kontinuierlich ab-
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gegebenen Strange Verbindungsglieder zwischen benachbarten
Strängen, die mittels der ortsfesten. Platte extrudiert werden,
so daß ein netzförmiges Gebilde entsteht«, Sine entsprechend
abgeänderte Vorrichtung ist in Fig. 8 der US-PS 2 919 467 dargestellt» Statt die bewegbare Platte zu verschieben,
kann man sie gegenüber der ortsfesten Platte periodisch so verlagern, daß die beiden Berührungsflächen voneinander
entfernt werdeno In diesem Fall kann die Berührungsfläche
der bewegbaren blatte glatt sein* d»k- es brauchen
keine Düsen in Form von Nuten vorhanden 2U sein« stehen die
Flächen der Flatten in Berührung miteinander* wird über die
ortsfeste Platte ein erster Satz von in Abständen verteilten Strängen extrudiert» und wenn die Berührungsflächen
periodisch voneinander getrennt werden» wird jeweils ein querliegender Strang extrudiert» um sämtliche Stränge des
ersten Satzes so zu verbinden» daß ein Netz mit zusammen hängenden Verbindungsstellen entsteht· Diese Weiterbildung
ist in Fig· 21 der OS-PS 3 252 181 dargestellt.
Bei einer anderen Weiterbildung der Vorrichtung wird Kunststoff
kontinuierlich durch eine Düse in Form eines offenen Schlitzes extrudiert, die sich längs eines Kreises oder einer
geraden Linie erstrecken kann und einem ersten ortsfesten Matrizenteil zugeordnet ist. Ein damit zusammeiiarbeitendes
zweites bewegbares Matrizenteil dient dazu, das Fließen des Kunststoffs in einem oder mehreren in Abständen verteilten
Bereichen längs der festen Düsenoffnung des ortsfesten Matri-
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zenteils zu unterbrochene Bei der einfachsten Ausführungsfοvm
hat das bewegbare zweite Hatrizenteil die Form eines Kamms,
der sich gegenüber dem Düsenschlitz des ortsfesten Matrizen»
teils nach hinten und vorn verschiebt. Wenn die Zähne des Kamms gegenüber dem Düsenschliiz zurückgezogen sind, wird
ein kontinuierlicher Kunststoff strang extrudiert, und wenn die Zähne des Kamms den Düsenschlitz unterteilen, werden in
Abständen verteilte Stränge extrudiert, die sich quer zu dem über den Schlitz extrudierten zusammenhangenden Strang
erstrecken. Sämtliche Stränge werden so miteinander verbunden,
daß ein netzförmiges Erzeugnis -entsteht. Diese Weiterbildung
ist in Fig. 1 der US-PS 3 252 181 dargestellt. Statt einen
Kamm zu benutzen, kann man ein bewegbares Matrizenteil in Form einer flachen Platte verwenden, die einen offenen Schlitz
mit der Form eines Kamms oder mit einer beliebigen anderen gewünschten Form aufweist«. Der Schlitz der bewegbaren Platte
ermöglicht es, periodisch die feste schlitzförmige öffnung des ortsfesten Matrizenteils zu unterbrechen, so daß ein netzförmiges
Erzeugnis entsteht. Diese Weiterbildung ist in Fig.10 der US-PS 3 252 181 dargestellt.
Auf die vorstehend genannten US-Patentschriften wird im
folgenden gelegentlich Bezug genommen.
Bei sämtlichen vorstehend genannten bekannten Terfahren wird
ein Netz dadurch erzeugt» daß ein erster Satz von einzelnen, in Abständen verteilten Strängen extrudiert wird, die mit einem
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zweiten Satz von durch Abstände getrennten Einzelsträngen verschweißt werden, so daß Verbindungsstellen entstehen,
an denen sich die Stränge der beiden Sätze kreuzen, und mindestens ein Satz von Strängen wird über mehrere in Abständen
verteilte Düsen extrudiert. Die flache oder schlauchförmige Kunststoff netzbahn wird abgekühlt, um den Kunststoff in den
Strängen erhärten zu lassen, z.B. in einem Wasserbad, und das Netz wird von den Extrusionsdüsen durch Transportwalzen
oder eine andere Einrichtung zum Aufbringen einer Zugkraft abgezogen.
In vielen Anwendungsfällen ist es erwünscht, die Stränge des Netzes zu orientieren; zu diesem Zweck kann man eine sog*
Seibrientierung durchführen; bei einem Netz mit rautenförmigen öffnungen wird dagegen das schlauchförmig extrudierte
Netz erwärmt und in der Längsrichtung gereckt, um die Stränge auszudehnen und zu orientieren. Das Recken bewirkt, daC das
schlauchförmige Netz zusammenfällt, während es in Form eines Seils gereckt wird» Netze mit rechteckigen Öffnungen werden
in einem zweistufigen Verfahren orientiert. Hierbei wird eine flache Bahn aus extrudiertem Netzmaterial erwärmt, und ein
Satz von Strängen wird in einer Richtung gereckt und verlängert, und danach werden in einem gesonderten zweiten Arbeitsschritt die Stränge des zweiten Satzes in einer zweiten Richtung gereckt und verlängert* Dieses zweistufige Orientierungsverfahren ist in der CT-PS 1 235 901 beschrieben· Manche
Kunststoffnetze können bei Raumtemperatur orientiert werden*
doch wird das Netzmaterial in der Praxis gewöhnlich erwärmt,
van ά€η Reckvorgang zu erleichtern und zu beschleunigen·
Gewöhnlich wird ein extrudiertes Kunststoffnetz dadurch gekennzeichnet,
daß man seine Strangdichte und sein Flächeneinheitsgewicht angibt«. Bei der Strangdichte handelt es sich
um die Anzahl der Stränge, die innerhalb jedes Satzes von
Strängen über eine Längeneinheit verteilt sind«. Man kann die Strangdichte eines Netzes mit rechteckigen oder rautenförmigen
öffnungen leicht dadurch ermitteln, daß man die Anzahl der je Längeneinheit vorhandenen Öffnungen und/oder Bruchteile
von öffnungen zählt. Diese Zählung wird im rechten Winkel zu einem Satz von Strängen quer zu den öffnungen
durchgeführt, und eine zweite Zählung erfolgt im rechten Winkel zu den Strängen des zweiten Satzes und wiederum quer
zu den öffnungen des Netzes. Sind zoB. beim einen Satz von
Strängen 4,5 Öffnungen je Zoll (25,4 mm) und beim zweiten Satz von Strängen 5,5 öffnungen je Zoll vorhanden, enthält
das Netz auch bei dem einen Satz 4,5 Stränge je Zoll und bei dem zweiten Satz 5,5 Stränge je Zoll. Der Einfachheit halber
wird ein solches Netz durch die Angabe der Strangdichte von 4,5 x 5,5 oder 5,5 x 4,5 bezeichnet. Ein Netz mit einer
Strangdichte von 6x6 weist somit bei beiden Sätzen bzw.
in beiden Richtungen jeweils 6 Stränge bzw· öffnungen je Zoll auf. In der folgenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen
geben somit Bezeichnungen wie "Netz mit einer Strangdichte von 4x5" oder "Netz mit einer Strangdichte von 6x6' die Anzahl
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der Stränge je Zoll innerhalb eines Quadratzolls an. Das Flächeneinheitsgewicht des Netzes wird gewöhnlich in
kg/100m angegeben.
Es ist möglich, ein brauchbares Netz mit 8x8 Strängen je
Quadratzoll zu extrudieren, das ein Gewicht von etwa 196 g/m hat. Nach dem vollständigen Orientieren und Recken kann das
Netz eine Strangdichta von 2x2 Strängen je Quadratzoll und
ein Gewicht von etwa 12,2 g/m haben. Jedoch besteht ein ständig zunehmender Bedarf an immer leichteren orientierten
Netzen, die z.B. zur Verstärkung von Laminaten aus Papier verwendbar sind. Jedoch ist es den Herstellern bis jetzt
nicht möglich, auf zuverlässige Weise ein extrudiertes, besonders leichtes Netz zu erzeugen, das sich orientieren läßt,
und bis jetzt stehen nur Netze mit einer Strangdichte von 14 χ 14 Strängen je Quadratzoll oder mehr zur Verfügung, deren
Gewicht etwa 147 g/m beträgt.
Wenn man versucht, äußerst leichte Netze kontinuierlich zu extrudieren, ergeben sich Schwierigkeiten daraus, daß Stränge
brechen, sobald das schlauchförmig© Netz von den Extrusionsdüsen abgezogen wird. Solche Strangbrüche treten gehäuft auf,
wsnn man die Extrusionsgeschwindigkeit bis auf technisch
brauchbare Werte steigert} daher ist es bis jetzt nicht möglich, äußerst leichte Netze durch Extrudieren von Kunststoff
herzustellen«
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Ausfuhrurigsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand
schematischer Zeichnungen näher erläutert* Es zeigt:
Fig. 1 bis 3 jeweils eine Mikrophotographie zur Veranschaulichung der Probleme, die sich infolge von Strangbrüchen
beim Extrudieren besonders leichter Netze aus Kunststoff ergeben;
Fig. 4 einen senkrechten ieilschnitt einer Vorrichtung «um
Extrudieren eines Kunststoff netzes;
Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der
Beziehung zwischen dem Aufquellen von Polypropylen und
der Schergeschwindigkeit dieses Kunstharzes}
Fig« 6 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform
einer Orientierungsvorrichtung}
Fig. 7 die Draufsicht der Vorrichtung nach Fig« ζ>% und
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer Verbindungsstelle
eines extrudierten und orientierten Kunststoffnetzes, an der Rippen entstanden sind.
Gemäß der Erfindung ist es nunmehr möglich, äußerst leichte
Netze aus Kunststoff zu extrudieren, bei denen zwei Sätze von einzelnen sich kreuzenden Strängen vorhanden sind, wobei
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ein Satz von Strängen über mehrere in Abstanden verteilte
Düsen extrudiert wird, so daß ein Netz mit in Abständen verteilten Einzelstrangen entsteht· Die Strangdichte des Netzes
"kann je nach dem Verwendungszweck des Netzes variieren; gemäß
der Erfindung ist es möglich, ein Netz mit einer Strangdichte von 14 χ 14 je Quadratzoll und darüber bei einem Gewicht
von etwa 142 g/m oder weniger oder ein Netz iL£t einer
Strangdichte iron 12 χ 12 Strängen je Quadratsoll oder darüber
bei einem Qewicht von etwa 122*5 g/m2 oder weniger zu erzeugen; die Erzeugung solcher Netze ist bis jetzt nicht möglich,
wenn man eine wirtschaftlich vertretbare Extrusionsgeschwihdigkeit von mindestens etwa 13*6 kg Polypropylen je Stunde
zugrundlegt· Das besonders leichte Hetz nach der Erfindung läßt sich bei seiner Herstellung aus Polypropylen am besten
dadurch kennzeichnen» daß es dem nachstehenden Ausdruck entspricht:
|f > 0,77
Hierin bezeichnet L die Gesamtlänge des Strangmaterials in
beiden Richtungen in cm/cm ♦ Bei einer Strangdichte von 12 χ 12 Strängen je Quadratzoll hat L den Wert von 288 Fuß
je Quadratzoll bzw. von 61 cm/cm . W bezeichnet das Gewicht
des Netzmaterials in kg/100 m ; bei einem Netzmaterial mit
einer Strangdichte von 12 χ 12 Strängen je Quadratzoll be-
trägt das Gewicht etwa 122,5 g/m oder weniger. Wie erwährrl
ist bei Polypropylen L/W großer als 0,77· Wendet man die
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j
j
gleiche Beziehung bei anderen Kunststoffen an, tan die Änderung der Dichte der extrudierten Stränge zu berücksichtigen,
die sich aus dem Übergang auf einen anderen Kunststoff ergibt, geht man von der Beziehung
aus« Hierin bezeichnet D* die Dichte des anderen Kunststoffs
und D^ die Dichte von Polypropylen* Def Wert von t ItBt sich
ohne Rücksicht auf die Jeweilige Anordnung der Stränge innerhalb des Netzes leicht messen) bei einem Netz mit quadratischen Offnungen kann man die Anzahl def stränge in beiden
Richtungen feststellen« um hieraus den Wert von t zu bestimmen· Man kann das extrahierte Netz orientieren, indem man z.B«
ein Netz mit einer Strangdichte von 12 χ 12 Strängen je
Quadratzoll und einem Gewicht von etwa 122,5 g/m in der
Weise reckt, daß man ein Netz mit einer Strangdichte von 3x3 Strängen je Quadr&tzoll erhält, das nur ein Gewicht
von etwa 7*85 g/m hat.
Die Herstellung eines solchen ultraleichten Netzes wird erfindungsgemäß
durch die Entdeckung der überraschenden Erscheinung ermöglicht, daß sich die Anzahl der Strangbrüche bis
auf ein vertretbares Ausmaß verringern läßt oder sich Strangbrüche
vollständig vollständig vermeiden lassen, wenn man den Quellungsgrad der Künststoffstrange beim Verlassen der Matri-.zenöffnungen
oder Düsen steigert. Bei anfänglichen Versuchen
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zum Extrudieren ultraleichter Netze wurde entdeckt, da3 in einigen wenigen Fallen aus einer bestimmten Charge von Polypropylenharz
ein ultraleichtes extrudiertes Netz "bei einer äußerst geringen Anzahl von Strangbrüchen herstellbar war.
Nähere Untersuchungen führten zu der Annahme, daß <üe Strangbrüche
durch Verunreinigungs steife im Harz hervorgerufen wurdenz, ζ «Β β durch Schmutz, Gelagglomerate oder andere Fremdstoffe*
Mikrophotographien» die von gebrochenen Strängen hergestellt wurden» zeigten Einschlüsse aus Fre&dstcfftsilchen
oder Harzagglomerate an der Bruchstelle} dies ist atis den
in Fig* 1 bis 3 wiedergegebenen Mikrophotographien erfichtlieh.
Fig· 1 bis 3 zeigen ein Polypropylennetz mit rechteckigen
Öffnungen* das mit einer Strangdichte von 15 x 11 Strängen ^e
Quadratzoll und einem Gewicht von etwa 127*5 g/m extrudiert
wurde» und zwar bei einer Extrusionsgeschwindigkeit von etwa
34 kg/h# Strangbrüche traten insbesondere bei dem in der
Maschinenrichtung verlaufenden Satz von durch Querabstände
getrennten Längssträngen auf» die kontinuierlich über die in Abständen verteilten Düsen des ortsfesten äußeren Matrizenteils
extrudiert wurden© Die dargestellten Brüche traten dort auf, wo Fremdstoffe ouer Harzagglomerate in einem Strang
oder einer Verbindungsstelle zwischen zwei Strängen des Netzes vorhanden waren·
Daher wurde angenommen, daß das zum Extrudieren ultraleichter
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■ f *
• ι
Netze verwendete Harz von Fremdstoffen frei sein müßte, wenn
nur wenige Strangbrüche auftreten sollten. Dies führte zu Versuchen, die Fremdstoffe mit Hilfe besserer Siebeinsätze
auszusieben, doch erwies sich dies als erfolglos, und man gelangte zu der Schlußfolgerung* daß das Harz, das beim Extrudieren
ultraleichte Netze bei nur geringer Anzahl von 3träng&x=üeheu lieferte, nicht reiner »ar als andere Polypropylenharze
β
Es wurden Theologische Untersuchungen durchgeführt, bei denen entdeckt wurde, daß zu den Eigenschaften des Harzes, das
sich bei geringer Zahl von Strangbriichen zu ultraleichten Netzen verarbeiten ließ, die Tatsache gehörte, daß das Harz
in der Matrize einen relativ hohen Quellungsgrad aufwies» Dies führte wiederum zu der Annahme, daß Fremdstoffe, die
in dem die Düsen der Matrize durchlaufenden Harz vorhanden sind, zu einer zeitweiligen Verkümmerung der Stränge führen,
so daß jeweils eine Schwachstelle entsteht, die beim Abziehen des schlauchförmigen Netzes vom Strangpreßkopf einen Strangbruch
verursacht. Hieraus ergab sich die Annahme, daß es möglich sein könnte, solche Schwachstellen wirkungslos zu
machen, und zwar durch eine Vergrößerung des Quellungsgrades des Harzes beim Verlassen der Lippen der Düsenöffnungen, so
daß dem Harz Gelegenheit gegeben würde, die Fremdstoffe einzukapseln und hierdurch die Festigkeit des Strangs aufrechtzuerhalten.
Es zeigte sich, daß eine Vergrößerung des Quellungsgrades des Harzes beim Verlassen der Lippen der Düsen-
öffnungen tatsächlich zu. einer Vermeidung der Strantfbrüche
führte; gemäß der Erfindung ist es nunmehr möglich, ultraleichte
Netze bei wirtschaftlich vertretbaren Extrusionsgeschwindigkeiten
entweder ohne jeden Strangbruch oder bei einer so geringen Anzahl von Strangbrüchen au erzeugen, daß jetzt
marktfähige ultraleichte Netze herstellbar sind«
Zum wirtschaftlichen Extrudieren ultraleichter Kunststoffnetze
ist es erforderlich, daß Polypropylenharz in einer Menge von mindestens etwa 13 »65 kg/h bzw« bei anderen Harzen unter
Berücksichtigung der jeweiligen anderen Dichte eine entsprechende Menge extrudiert wird. Gemäß der Erfindun g sind ultraleichte
Netze aus Polypropylen mit einer Extrusionsgeschwindigkeit von etwa 63,6 kg/h und darüber hergestellt worden.
Beim Extrudieren wurde das eingangs beschriebene Verfahren zum Herstellen von Netzen mit rechteckigen Öffnungen angewendet.
Fig. 4 zeigt in einem Teilschnitt Einzelheiten einer bevorzugten
Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Zu dem dargestellten Strangpreßkopf gehört ein ortsfestes ringförmiges äußeres
Matrizenteil 24 mit einer runden öffnung 26, über deren Umfang mehrere Düsen 28 in Form von Nuten in Abständen verteilt
sind« Mit der öffnung 26 arbeitet ein auf- und abbewegbarer
Kolben 30 zusammen, der vorzugsweise nicht mit irgendwelchen
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- Λ II
- 16 -
Düsen versehen ist, land dessen unterer Rand mit abdichtender
Wirkung mit den Stegen des ortsfesten äußeren Matrizenteils zusammenarbeitet, wenn der Kolben gemäß Fige 4 seine unterste
Stellung einnimmt. Die nutenförmigen Düsen 28 bleiben ständig geöffnet, um kontinuierlich mehrere senkrechte Stränge 34
zu extrudieren, die durch,Umfangsabstände getrennt sind«. Der
Kunststoff wird den Düsen 28 kontinuierlich über einen ringförmigen
Speisekanal 36 zugeführt. Der Kolben 30 arbeitet außerdem mit abdichtender Wirkung gleitend mit der Innenwand
eines ortsfesten ringförmigen Doms 38 zusammen, dessen ringförmige
äußere Umfangsfläche die ringförmige innere Wand des Speisekanals 36 bildet. Der Kolben 30 ist fest mit einer Betätigungsstange
40 verbunden, mittels welcher er sich abwechselnd nach oben und nach unten bewegen und außer bzw. in Berührung
mit den Stegen des ortsfesten Matrizenteils 24 bringen läßto Wenn der Kolben periodisch von dem ortsfesten Matrizenteil
24 abgehoben wird, extrudiert der Strangpyeßkopf einen
ringförmigen Kunststoffstrang 42, so daß ein zweiter Satz von Strängen 42 entsteht, die quer zu den senkrechten Strängen 34
verlaufen, die letzteren Stränge kreuzen und an den Kreuzungspunkten mit ihnen verbunden sind. Das so entstehende schlauchförmige
Netz wird nach unten von dem Strangpreßkopf abgezogen und mit Hilfe zweier nicht dargestellter Transportwalzen
durch ein Wasserbad geführt. Nachdem die KunststoffstxSnge
erhärtet sind, wird das schlauchfSrmige Netz in der Längerichtung aufgeschlitzt, zu einer flachen Bahn ausgebreitet
und dann zu einer nicht dargestellten Rolle aufgewickelt. Bei
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der Herstellung ultraleichter Netze nach der Erfindung wird die netzförmige Bahn in den meisten Fällen danaofe durch
Recken mindestens eines Satzes von Strängen und vorzugsweise beider Sätze von Strängen orientiert. Durch dieses Recken
werden die Öffnungen des Netzes vergrößert, so daß sich die Strangdichte verringert.
Beim Extrudieren eines· "ultraleichten Netzes nach der Erfindung
hatte die öffnung des ortsfesten ringförmigen äußeren Matrizenteils 24 z.B. an den Lippen der Düsen 28 in Form
offener Nuten einen Durchmesser von etwa 628 mm. Die Düsennuten 28 hatten eine Breite von etwa 0,38 mm und eine Tiefe
von ebenfalls etwa 0,38 mm. Das extrudierte ultraleichte Netz hatte eine Strangdichte von etwa 14 χ 11 Strängen je Quadratzoll
und ein Gewicht von etwa 98 g/m · Die Extrusionsgeschwindigkeit betrug etwa 31 »8 kg/h bei einer Schmelztemperatur
von etwa 246°C. Der Druck im Strangpreßkopf betrug etwa
290 bar· Das ultraleichte Kunststoffnetz wurde aufgeschlitzt, zu einer flachen Bahn ausgebreitet und nach dem einWgs beschriebenen
zweistufigen Verfahren orientiert. Bei dem fertigen Erzeugnis handelte es sich um ein orientiertes ultraleichte
s Netz mit einer Strangdichte von etwa 3x3 Strängen
3e Quadratzoll und einem Gewicht von etwa 4,9 g/m .
Man kann den Durchmesser des extrudierten Schlatichs aus
ultraleichtem Netzmateri&l sowie die Abmessungen der Stränge
und die S-trangdichte auf bekannte Weise dadurch verändern,
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- 18 -
daß man die Matrizenteile entsprechend abändert, doch muß das ultraleichte Kunststoff netz nach- der Erfindung in jedem
Fall dein vorstehend erläuterten Ausdruck
> 0,77 x 3B
P
P
entsprechen* Gemäß der Erfindung läßt sich das ultraleichte Hetzffiaterial alt einer Geschwindigkeit extrudieren* die einer
Verarbeitung von etwa 13*6 kg Kunstharz je Stunde entspricht|
hierbei handelt es sich um einen wirtschaftlich vertretbaren Wert,
Bei dem genannten Aufquellen der extrudierten Kunststoff stränge
beim Verlassen der Lippen an den Düsenöffnungen handelt es sich um einen äußerst komplizierten Vorgang» bei dem mehrere
in Beziehung zueinander stehende Parameter eine Rolle spielen» Jedoch kann man den Quellungsgrad auf empirische Weise
vergrößern» indem man die Extrusionsbedingungen oder die Form
der Düsenöffnungen entsprechend verändert» Nach der Durchführung solcher Veränderungen zeigt eine Besichtigung des erzeugten
Netzes beim Extrudieren, ob die Veränderung ausreicht, um die notwendige Steigerung des Quellungsgrades des Harzes
beim Verlassen der Düsenlippen herbeizuführen, d«h» ob die
Fremdstoffe von dem Kunststoff eingeschlossen werden, und ob die Anzahl der Strangbriiche auf ein annehmbares Ausmaß zurückgegangen
ist, bzw. ob keine Strangbrüche mehr auftreten.
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Die Temperatur des Kunststoffs an den Düsenlippen des Matrizenteils beeinflußt den Quellungsgrad, d.h. eine Senkung
der Temperatur führt zu einer Steigerung des Quellungsgrades der Kunststoff stränge. Beispielsweise führt bei Polypropylen,
das mit Hilfe des Strangpreßkopfes nach Fig. 4 bei einer Temperatur von etwa 2040C oder darüber extrudiert wird,
eine Senkung der Temperatur des Harzes an den Düseulippen um etwa 1,1°C zu einer Steigerung des Quellungsgrades um
etwa 1%·
Eine Erhöhung der Temperatur um etwa 1*1°C führt zu einer
Verringerung des Quellungsgrades um etwa 1£« Jedoch besteht
bei jedem Kunstharz eine praktische Untergrenze der Temperatur» unterhalb welcher sich die Stränge des Netzes nicht
ι
mehr einwandfrei extrudieren lassen· Bei den Matrizenteilen
nach Fig· 4 soll die Temperatur des Polypropylens an den
Düsenöffnungen nicht unter etwa 182°C liegen« und sie soll
im allgemeinen zwischen etwa 190 und etwa 260°C gehalten
werden·
Ferner wird der Quellungsgrad der Stränge durcfc, den Druck
"beeinflußt, unter dem das Htrz extrudiert wird. Eine Erhöhung
des Extrusionsdrucks führt zu einer Steigerung des Quellungsgrades. Allerdings gibt es praktische Grenzen, innerhalb
welcher der Druck gehalten werden muß, damit sich ein brauchbares Netz tmter Einhaltung einer annehmbaren Extrusionsgeschwindigkeit
herstellen läßt. Diese Grenzen müssen Cr jede
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• I *
Extrusionsvorriclitung und jedes Erzeugnis empirisch, ermittelt
werden» ¥enn die Anzahl der Strangbrüche nicht zu hoch ist,
kann es möglich sein, Strangbrüche durch entsprechende Veränderungen von Temperatur und Druck zur Steigerung des
Quellungsgrades zu vermeiden,
"Weiterhin wird der Quellungsgrad der Stränge durch die Extrusionsgescnwindigkeit beeinflußt* Eine Erhöhung der Extru-sionftgeschwindigkeit führt 2u elfter Steigerung des Quelltmgsgrades* Diese Beziehung flehtet sieh ebenfalle nach der Gestaltung der Extrusionsvorrichtung und muß in jedem Fall
eigens ermittelt werden·
Ulk den Ciuellungsgrad der Stränge zur Vermeidung von Strangbrüchen zu erhöhen, kann man die Extrusions temperatur» den
Extrusionsdruck* die Extrusionsgeschwindigkeit und die Form der Düsenöffnungen verändern«
Die Anzahl der Strangbrüche läßt sich leicht ermitteln, wenn
man das Netz beobachtet, während es von dem Strangpreßkopf abgezogen wird, und während man versuchsweise einen oder mehrere
der genannten Parameter verändert, um die Zahl der Strangbrüche zu verringern; führt dies nicht zum Erfolg, muß man
zur Abhilfe die Eigenschaften des Harzes verändern·
Eg ist bekannt, daß der Quellungsgrad der Harzstränge durch das Fließen des Harzes beim Schmelzen sowie durch die Scherge-
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schwindigkeit erheblich, heeinfltißt wird. Die Verwendung eines
Harzes von höherer Fließfähigkeit beim Schmelzen oder die Erhöhung der Schergeschwindigkeit führt zu einer erheblichen
Steigerung der Quellung der Strange beim Verlassen des Strangpreßwerkzeugs.
Es hat sich gezeigt, daß von diesen beiden Parametern der Schergeschwindigkeit die größere Bedeutung bezüglich
einer Steigerung des Clue !lungs grades der Harzstränge
zukommt.
Die Schergeschwindigkeit ist eine Funktion der Geschwindigkeit t mit der das Harz eine tftse durchströmt, sowie der Viskosität
des Harzes« Der Quellungsgrad ist eine funktion der Molekulargewichtsverteilung· Allgemein kann festgestellt werden,
daß der Quellungsgrad eines Strangs beim Verlassen einer Düsenöffnung um so höher ist, je größer die Streuung der Molekulargewichtsverteilung
des Harzes ist«
Das Schmelzverhalten und die Schergeschwindigkeit eines bestimmten Har2es lassen sich auf bekannte Weise nach der
Veröffentlichung "Recommended Practice for Presentation of Capillary Flow Data on Molten Thermoplastics", ASTM-Nr.
D 1703-62 ermitteln. Danach kann man ein beliebiges Rheometer
benutzen? bei dem sich der geschmolzene thermoplastische
Kunststoff von einem Behälter aus 4urch ein Kapillarrohr drücken läßt, und bei dem es möglich ist, die Temperatur,
den Druck, die Austrittsgeschwindigkeit und die Abmessungen
der Matrize zu messen. Möglicherweise lassen sich die Meßergebnisse
nicht direkt auf die betreffende Strangpreßvorrieh-
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tung anwenden, doch kann £an in einem solchen Fall auf empirischem
Wege eine Beziehung zwischen den Meßwerten und der Vorrichtung herstellen.
Unter Anwendimg des vorstehend genannten ASTM-Ve rf ahrens wurden die Theologischen Werte für Polypropylen mit einem
+Λ sehen Kapillar-Rheometer der Bauart Monsanto ermittelt,
das vorzugsweise mit einer Düse ohne Steg, d«,h» mit
einer schneidenförmigen Kante, versehen war, und bei dem der Öffnungsdurchmesser etwa 0,584 mm betrug«, Der Behälter des
Laufs hatte einen konstanten Rouninhalt von etwa 1,18 cm3.
Das Harz in Form von Pellet, Perlen, Pulver, Flachmaterial oder geschnittenen Strängen wird möglichst schnell in den
Lauf des Rheometers eingefüllt, das auf der gewählten Temperatur gehalten wird, und es wird während des Beschickungsvorgangs
festgestampft, damit keine großen Lufttaschen zurückbleiben»
Die gewählte Extrusionskraft bzw» der Druck auf den Kolben, durch den das Harz gezwungen wird, durch die Düse zu
fließen, wird aufgebracht, nachdem das Harz die gewählte Prüf temperatur erreicht hat, und nachdem bei dem StröSungs-Vorgang
das Gleichgewicht erreicht worden ist, wird automatisch die Zeit registriert, die zum Extrudieren eines gewählten
konstanten Volumens benötigt wird. Vorzugsweise wird außerdem der Durchmesser des extrudierten Strangs an mehreren
Proben in einem Abstand von etwa 63f 5 aa jenseits der Düsenöffnung
gemessen.
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- 23 -
Der Quellungsgrad des geprüften Harzes wird.wie folgt ausgedrückt:
χ 100 = Quellungsgrad in %
Hierin bezeichnet Do den mittleren Durchmesser des extrudierten Strangs und D den Durchmesser der gewählten Düse. Ein geprüfter
Harzstrang mit einem Quellungsgrad von 100# erfährt während des Extrudierens durch die Düse keinerlei Quellung.
Sind in dem Harz Fremdstoffe vorhanden, treten beim Extrudieren ultraleichter Netze nach der Erfindung Strangbrüche auf.
Ein geprüfter Harzstrang mit einem Quellungsgrad von 200Jo
hat sich auf das Doppelte des Durchmessers der Düse verdickt, und hierin ist ein Schritt in der richtigen Richtung zu erblicken,
da sich hierdurch Strangbrüche vermeiden lassen, wenn ultraleichte Netze nach der Erfindung im technischen Maßstab
extrudiert werden«
Es ist nicht möglich, einen bestimmten Mindestwert für den
Quellungsgrad der Stränge anzugeben, denn dieser muß für die betreffende Extrudiervorrichtung, das gewählte Harz und die
anzuwendenden Extrusionsbedingungen empirisch ermittelt werden. Der Harzstrang zeigt im Prüfgerät gewöhnlich nicht den gleichen
Quellungsgrad wie beim Austreten aus dem Strangpreßwerkzeug der Vorrichtung, doch ist es durch Abänderung der Vorrichtung
unter Berücksichtigung der Früfbedingungen bei mehreren Versuchen an einem bestimmten Harz möglich» eine Beziehung zwischen den Meßwerten und der Arbeitsweise der Vorrichtung herzu-
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stellen« Gewöhnlich wird jedoch der Quellungsgrad der Stränge über etwa 15O?6 gehalten, und wenn optimale Ergebnisse erzielt
wenden sollen, muß der Quellungsgrad mindestens 19596 betragen,
wenn er mit Hilfe des Rheometers der Bauart Monsanto gemessen
wird, wobei die Schergeschwindigkeit 500 pro Sekunde (500 reciprocal seconds) beträgt.
Es wurde festgestellt, daß man bei der Vorrichtung nach Fig. 4 die Fließfähigkeit des Harzes auf einem Wert zwischen
etwa 0,2 und etwa 10,0 und vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und etwa 8,0 halten muß, wenn ein ultraleichtes Netz nach der
Erfindung extrudiert werden soll. Die hier genannten Werte der
Fließfähigkeit im geschmolzenen Zustand wurden vom Hersteller des Polypropylens angegeben und beim Hersteller mit Hilfe
eines Kapillar-Rheometers ermittelt, bei dem die Düse einen Steg mit einer Breite von 8,00 mm aufwies, wobei der Öffnungsdurchmesser etwa 2,095 mm betrug« Die Messungen wurden bei
einer Temperatur von 2300C und einem Druck von etwa 2,98 bar
nach dem ASTM-Prüf verfahren D1238-65T durchgeführt» Die Fließfähigkeit wird durch das in Gramm angegebene Gewicht des Harzes
bezeichnet, das im Verlauf von 10 min extrudiert wird« Eine Fließfähigkeit von 0,7 bedeutet somit, daß eine Menge von
0,7 g des Harzes in 10 min extrudiert wurde· Zwar führt eine
Steigerung der Fließfähigkeit gewöhnlich zu einer Erhöhung des Quellungsgrades am Strangpreßwerkzeug beim Extrudieren
bei ähnlichen Viskositätswerten sowie zu einer Verringerung sowie vollständigen Vermeidung von Strangbrüchen, doch bewirkt
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eine Erhöhung der Fließfähigkeit auf ein Maximum nicht notwendigerweise
eine Steigerung des Quellungsgraded der Stränge,
die ausreicht, um die Zahl der Strangbrüche so weit zu verringern, daß man ein brauchbares Erzeugnis erhält, Ebenso
wie bei der Temperatur und dem Druck besteht eine praktische Grenze, jenseits welcher sich eine Steigerung der Fließfähigkeit
des Harzes bezüglich der Erzeugung eines ultraleichten Netzes nicht als vorteilhaft erweist. Wenn das Poiypropyieöharz
ZoBo eine Fließfähigkeit von etwa 15,0 hat, doho wenn
die in 10 min ausfließende Menge 15,0 g beträgt, ist das
Harz wegen seiner relativ hohen Dünnflüssigkeit schwer zu extrudieren, und seine Zugfestigkeit wird beeinträchtigt.
Eine Fließfähigkeit von ei;wa 10,0 stellt bei Polypropylen praktisch einen Höchstwert dar, der beim Extrudieren erfindungsgemäßer
ultraleichter Netze nicht überschritten werden soll; andererseits darf die Fließfähigkeit nicht unter 0,2
liegen.
Die Schergeschwindigkeit eines Harzes ist durch die nachstehende Gleichung definierts
y = *L
1JTr3
Hierin bezeichnet Y die Schergeschwindigkeit in see"* , Q die
von dem Rheometer abgegebene Harzmenge in Kubikzoll/s (1 Kubikzoll
* 16,39 cnr), und r den Radius der Düsenöffnung in Zoll
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(1 Zoll =25,4 mm). Bei dem automatischen Rheometer der Bauart
Monsanto wird die abgegebene Menge Q. bei allen Messungen konstant gehalten, und daher ermöglicht eine graphische Darstellung
der Extrusionszeit über der Schergeschwindigkeit eine schnelle zeichnerische Ermittlung der Schergeschwindigkeit für
ein bestimmtes Harz«
Fig. 5 zeigt typische Schaulinien für mehrere verschiedene Polypropylenharze 2ur Veranschaulichung der Beziehung zwischen
dem prozentualen Quellungsgrad und der Schergeschwindigkeit«
Um den Vergleich zu erleichtern» sind die Schaulinien in halblogarithmisches Papier eingezeichnet« und sie wurden
bezüglich der standardisiertes Extruderbetriebstemperaturen
von 260°C für Polypropylen mit einer Fließfähigkeit von etwa 0,7 und 230°C für Polypropylen mit einer Fließfähigkeit von
etwa 5 normalisiert« In den Fällen* in denen die Prüftemperatur
über der normalerweise üblichen Temperatur lag» erhöhte
sich der Quellungsgrad um 196 für je 1#1°C der Temperatursenkung
bis auf die übliche Betriebstemperatur, und wenn die Prüftemperatur
unter der üblichen Betriebstemperatur lag, nahm der Quellungsgrad um 1# für je 1,10C der Erhöhung bis auf die
übliche Betriebstemperatur ab.
Die in Fig. 5 durch die Schaulinien wiedergegebenen Meßwerte wurden mit Hilfe des automatischen Rheometers der Bauart Monsanto
gewonnen, wobei eine Düse mit der Stegbreite Null und einem öffnungs durchmesser von etwa 0,584 mm benutzt wurde.
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ι a« · m · » ■
Die unter verschiedenen Bedingungen erhaltenen Meßwerte sind" in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
Schau- Fließfähig- normalisierte Schergeschwin- Quellungslinie
~ " - -
keit K/10 min |
Temperatur | digkeit sec~1 |
grad 96 |
5 | 229 | 300 605 |
198 ] 245 |
5 | 229 | 300 710 |
184 239 |
0*7 | 260 | 300 500 630 |
180
206 216 |
5 | 229 | 300 800 |
170 227 |
0,7 | 260 | 300 500 630 - |
170 192 202 |
5 | 229 |
300
850 |
161 222 |
0,7 | 260 | 400 700 915 |
159 182 . 193 |
Der prozentuale Quellungsgrad und die Schergeschwindigkeit
wurden in der weiter oben beschriebenen Weise ermittelt* Die
Angaben über die Fließfähigkeit wurden vom Hersteller gemacht. Aus Fig· 5 ist ersichtlich, daß der Quellungsgrad des Harzes
mit der Schergeschwindigkeit zunimmt.
Die den Schaulinien A bis D entsprechenden Harze wurden mit
Hilfe der Vorrichtung nach Fig. 4 extrudiert; hierbei entstanden hervorragende ultraleichte erfindungsgemäße Netze, bei
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denen sich, die Zahl der Strangbrüche in vertretbaren Grenzen
hielt, während "beim Extrudieren der den Schaulinien E, F und
G entsprechenden Harze unter Benutzung der Vorrichtung nach Fig» 4 unter ähnlichen Extrusionsbedingungen Netze entstanden,
die wegen der hohen Anzahl der Strangbrüche praktisch nicht brauchbar waren·
Spezielle Versuche» die Unter Benutzung der Vorrichtung nach
Fig« 4 unter ähnlichen Extrusionsbedingungen durchgeführt wurden» haben gezeigt, daß dae fcolypropylenharz bei der Prüfung einen prozentualen Quellungsgrad von mindestens etwa
195 und eine gemessene Schergeschwindigkeit von etwa 500 see auf reisen soll» wenn die Fließfähigkeit zwischen etwa 0,6 und
6,0 liegti und wenn die Meßwerte auf Extrusionstemperaturen
von etwa 230 bis etwa 2600C reduziert werden. Dies soll nicht
bedeuten» daß man die den Schaulinien £ bis G entsprechenden
folypropylenharze nicht zum Extrudieren ultraleichter Netze bei weitgehender oder vollständiger Vermeidung von Strangbrüchen verwenden könnte, denn es ist möglich, die Extrusionsbedingungen,
insbesondere die Temperatur, den Druck sowie die Gestalt und die Abmessungen der Düsen so zu verändern, daß
sich der prozentuale Quellungsgrad erhöht, wodurch die Anzahl der Strangbrüche verringert wird»
Wie erwähnt, gehören zu den wichtigsten Parametern, die den Quellungsgrad des Harzes zur Herstellung ultraleichter erfindungsgemäßer Netze bestimmten, und deren richtige ¥ahl die
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ι »ie
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Vermeidung einer zu hohen &r»^aT-,i von Strangbrüchen ermöglicht,
die Temperatur, der Druck, die Düsenform, die Fließfähigkeit des Harzes und seine Schergeschwindigkeit. Bei jedem bestimmten
Harz muß man zuerst die Temperatur und den Druck so wählen, daß sich ein maximaler Quellungsgrad ergibt, damit beim Extrudieren
die Zahl der Strangbrüche möglichst niedrig gehalten wird, doch wenn diese Maßnahmen nicht zum Ziel führen, muß
man in der beschriebenen Weise Veränderungen bezüglich der Fließfähigkeit tand der Schergeschwindigkeit t&B Harzes vornehmen*
damit sich der gewünschte Quellungsgrad ergibt, bei dem das Auftreten von Strangti-üchen vermieden wird* Bei den
Üblichen Extrusionsbedingungen kann man den erforderlichen
Quellungsgrad des Harzes im allgemeinen erreichen, wenn man das Harz entsprechend wählt und bei der Vorrichtung und dem
Verfahren Änderungen der beschriebenen Art vornimmt«
Für jeden Fachmann auf dem Gebiet des Extrudierens von Netzen aus Kunststoff liegt es auf der Hand, daß die verschiedenen
genannten Parameter in Wechselbeziehung zueinander stehen, und daß sich daher jede Veränderung eines bestimmten Parameters
auf die anderen Parameter auswirkt.
Die Erfindung ermöglicht es , ein ultraleichtes Netz so zu
extrudieren, daß stündlich eine Kuiaststoffmenge -von mindestens
etwa 13,6 kg verarbeitet wird, wobei innerhalb einer Fläche von 1000 Quadratfuß (rund 93 m ) nicht mehr als etwa 3 Strangbrüche
auftreten.
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Zu den Kunststoffen, aus denen sich erfindungsgemäße ultraleichte
Netze extrudieren lassen, gehören alle jene Kunststoffe,
die im geschmolzenen Zustand durch eine Düse extrudiert werden können, um danach mit Hilfe eines Kühlmittels
fixiert zu werden. Hierzu gehören insbesondere die Olefine. Nylon und Polyester.
In der Beschreibung und den Ansprüchen bezeichnen die Ausdrücke
"prozentualer Quellungsgrad" und "Schergeschwindigkeit" Werte, die mit Hilfe des weiter oben beschriebenen Rheometers
der Bauart Monsanto ermittelt werden, wobei eine Düse mit der Stegbreite Null und einem Durchmesser von etwa 0,584 mm
sowie ein Lauf mit einem konstanten Fassungsvermögen von etwa 1,18 cur benutzt wurden; hierbei wurde mit den angegebenen
Temperaturen und Drücken gearbeitet.
Fig. 6 und 7 zeigen eine zweckmäßige Ausführungsform einer
Vorrichtung zum Orientieren einer erfindungsgemäßen netzförmigen Materialbahn; diese Vorrichtung wird gegenwärtig eingesetzt,
um handelsübliches Netzmaterial in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten zu orientieren.
Zu der Vorrichtung zur Durchführung des bevorzugten Orientierungsverfahrens
gehört gemäß Fig. 6 ein Rollenhalter 110 zum Aufnehmen einer Vorratsrolle 122 aus extrudiertem Netzmaterial
120. Gemäß Fig. 6 sind bei der Vorrichtung von rechts nach.
links fortschreitend mehrere Einrichtungen hintereinander ge-
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ft* ψ w m
schaltet, und zwar jenseits des Rollenhalters 110 eine Längsreckeinrichtung
112, eine Anordnung 114 mit einem Ofen und einer Querreckeinrichtung, eine Kühleinrichtung 116 und eine
Aufwickeleinrichtung 118e Die Vorratsrolle 122 aus Netzmaterial
ist in Lagern 124 auf einem Gestell 126 gelagert, in dem verschiedene Umlenkrollen 128 gelagert sind. Das Netz 120 wird
von der Vorratsrolle 122 aus über die Umlenkrollen 128 geleitet und der Längsreckeinrichtung 112 zugeführt, zu der
ein Gestell gehört, in dem mehrere Umlenkrollen 132 und drei große beheizte Rollen 134, 136 und 138 gelagert sind·
Zwischen den beiden großen beheizten Rollen 136 und 138 sind vier Rollen angeordnet, zu denen zwei Umlenkrollen 142 und
144 sowie zwei Längsreckrollen bzw. Walzen 146 und 148 gehören«,
Nach dem Verlassen der Längsreckeinrichtung 112 mit den beschriebenen
Rollen wird das Netz 120 durch die Querreckoinrichtung 114 geleitet, zu der gemäß Fig. 7 ein Ofen 140 und
zwei durch einen Querabstand getrennte, waagerechte angeordnete endlose Ketten 150 und 152 gehören» Die endlosen Ketten
sind mit nicht dargestellten Greifern versehen, damit die Ränder 154 und 156 des Netzes 120 erfaßt werden können, um
das Netz durch den Ofen 140 zu transportieren und es auf eine noch zu erläuternde Weise in der Querrichtung zu recken·
Nach dem Verlassen der Querreckeinrichtung 114 wird das Netz durch die endlosen Ketten 150 und 152 durch eine Kühleinrich-
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tung 116 transportiert, zu der ein oder mehrere Gebläse 158 zum Hindurchblasen von Kühlluft durch das Netz gehören. Nach
dem Verlassen der Kühleinrichtung II6 läuft das Netz z.B. über
Rollen 162 und 164, um dann an der Aufwickeleinrichtung 118 zu einer Rolle I60 auf gewickelt" zu werden. Die Rolle 160
wird auf einer Achse 166 gebildet, die zu diesem Zweck durch eine nicht dargestellte Einrichtung angetrieben wird. Vor dem
Aufwickeln werden gewöhnlich beide Ränder des Netzes beschnitten.
Die verschiedenen Umlenkrollen wurden nur beschrieben, um ein Beispiel für eine mögliche Anordnung zu geben; aus räumlichen
und fertigungstechnischen Gründen kann es erforderlich werden, das Netz 120 auf andere Weise zu führen. Die Rollen
134, 136, 138, 146 und 148 sowie die Achse I66 werden auf
eine noch zu erläuternde Weise angetrieben, um das Netz 120 durch die Vorrichtung zu transportieren. Auch die endlosen
Ketten 150 und 152 werden in den in Fig. 7 durch Pfeile bezeichneten Richtungen angetrieben«, Bei den übrigen dargestellten
Rollen handelt es sich gewöhnlich um Umlenkrollen, die nicht angetrieben zu werden brauchen, wenn dies nicht erforderlich
ist, um das Netz zu entspannen bzw«, es reibungsfrei zu transportieren; werden sie angetrieben, geschieht dies mit
einer Umfangsgeschwindigkeit, die der Laufgeschwindigkeit des Netzes an den Berührungsstellen zwischen dem Netz und den betreffenden Rollen entspricht· Wie nachstehend beschrieben,
durchläuft jedoch das Netz 120 die Vorrichtung nicht mit einer
03.11.77
konstanten Geschwindigkeit»
Die Rollen 134, 136 und 148 werden so angetrieben, daß ihre
Umfangsgeschwindigkeiten annähernd gleich sind. Jedoch ist die Umfangsgeschwindigkeit der Rollen 138 und 146 höher als
diejenige der Rollen 134, 136 und 148. Allgemein gesprochen
ist die Umfangsgeschwindigkeit der Rollen 134, 136 und 148 die gleiche wie die Laufgeschwindigkeit des Netzes 120 bsia
Abziehen des Netzes von der Vorratsrolle 122 und bei seiner Bewegung über die verschiedenen Umlenkrollen«,
Die Rollen 138 und 146 werden beide mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit
angetrieben, die gleich der Geschwindigkeit ist, mit der das Netz 120 diese Rollen passiert und die übrigen
Teile der Vorrichtung einschließlich der Querreckeinrichtung 140, der Kühleinrichtung II6 und der Aufwickeleinrichtung
118 durchläuft.,
Da die Rollen 146 und 138 mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit
gedreht werden als die Rollen 134, 136 und 148, wird das Netz bei entsprechender Erwärmung in dem Raum zwischen den
Rollen 146 und 148 in der Längsrichtung gereckt, da sich die
Umfangsgeschwindigkeiten dieser beiden Rollen unterscheiden. Gegebenenfalls kann man auch die Rollen 142 und 144 antreiben,
wobei die Rolle i42 mit der ,gleichen Umfangsgeschwindigkeit gedreht wird wie die Rollen 138 und 146, während die Rolle
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mit dei* gleichen Umfangsgeschwindigkeit umläuft wie die
Rollen 134, 136 und 148.
Die Rollen 134 und 136 werden auf eine Temperatur erhitzt,
die sich nach den jeweiligen Orientierungsbedingungen und dem Harzmaterial des Netzes 120 richtete Bei bestimmten Polypx-opylenharzen
hat es sich gezeigt, daß die Temperatur dieser Rollen zweckmäßig im Bereich von etwa 93 bis 149°C gehalten wird«
Zum Beheizen dieser Rollen kann man Wasser» Ul oder eine andere
Flüssigkeit benutzen» die erwärmt und durch die Rollen hindurchgepumpt wird} entsprechende Einrichtungen sind bekannt
und daher in Fig« 6 und 7 nicht dargestellt«
Die RoUe 138 wird ebenfalls beheizt» jedoch auf eine niedrigere
Temperatur als die Rollen 134 und 136» um das Harz des Netzes 120 zu fixieren» damit es gehandhabt und von der Rolle 138
aus durch die Zone 170 zu der Querreckeinrichtung 114 transportiert
werden kann, wo das Netz von den Greifern der endlosen Ketten 15O und 152 erfaßt wird. Innerhalb der Zone 170 bleibt
das Netz im wesentlichen ohne jede Unterstützung, so daß es hier bereits selbsttragend sein muß. Daher wird die Rolle
138 auf einer niedrigeren Temperatur gehalten als die Rollen 134 und 136, damit sich das Netz etwas abkühlen kann, um zu
erhärten, woraufhin es die Zone 170 durchlaufen kann.
Bei der beschriebenen Anordnung wird das Netz beim Durchlaufen der Längsreckeinrichtung 112 in der Längsrichtung gereckt
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und gleichzeitig orientiert; das Recken findet.zwischen den
Rollen 146 und 148 statt, da zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten
dieser Rollen ein Unterschied vorhanden ist, und da das Hetz beim Hindurchlaufen zwischen diesen Rollen erwärmt
ist. Dieser Vorgang ist schematisch in Fig. 7 dargestellt, wo gezeigt ist, daß sich das Netz aus Quersträngen 180 und
Längssträngen 190 zusammensetzt» -Betrachtet man in Fig. 7 das
Netz zwischen der Zufuhrungseinrichtung 110 und der Längsreckeinrichtung 112, erkennt man, daß die Querstränge 180 und die
Längsstränge 490 bei dett Netz 120 im dargestellten Fall im wesentlichen quadratische Öffnungen abgrenzen* Nach dem I)UTChlaufen der Längsreckeinrichtung 112 sind die Längsstränge 190
in einem erheblichen Ausmaß gereckt worden» z.B. auf das Zweioder Mehrfache ihrer ursprünglichen Länge, während die Querstränge 180 ihre ursprüngliche Länge beibehalten haben» wie es
in Fig. 7 in der Zone 170 zu erkennen ist«
Zu der Querreckeinrichtung 114 gehört der Ofen 140, der sich aus drei Abschnitten 174, 176 und 178 zusammensetzt. Die drei
Abschnitte des Ofens 140 werden auf beliebige Weise beheizt,
zeB. mit Hilfe von Einrichtungen 182 zum Einblasen heißer Gase.
In dem Abschnitt 174 wird das Nets 120 vorgewärmt, im Abschnitt 176 erfolgt das Recken in der Querrichtung, und der
Abschnitt 178 dient zum Thermofixieren und kann auf einer höheren Temperatur gehalten warden«. Bei einem typischen Polypropylenharz
werden die verschiedenen Abschnitte des Ofens auf Temperaturen im Bereich von etwa 121 bis 1630C gehalten.
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Die Aufrechterhaltung der gewünsclrten Temperaturen in den drei Abschnitten erfolgt auf beliebige bekannte Weise.
Beim Eintreten in die Querreckeinrichtung 114 wird das Netz
120 an seinen Rändern 154 und 156 von nicht dargestellten Greifern oder Stiften an den endlosen Ketten 150 und 152 erfaßte
Die Ketten sind auf einer nicht dargestellten Unterstützung -angeordnet, mittels welcher sie zunächst längs 2weier gerader
paralleler Bahnen durch den Ofenabschnitt 174» dann längs divergierender Bahnen durch den Ofenabschnitt 176 und schließlich
längs paralleler gerader Bahnen durch den Ofenfcbschnitt 178
geführt werden, «ie es in I1Ig* 7 gezeigt ist« Somit sind die
Bahnen der Ketten 150 und 152 im Ofenabschnitt 178 durch einen
größeren Querabstand getrennt als im Ofenabschnitt 174·
Die endlosen Ketten transportieren das Net?, durch den Ofen
140 und dann jenseits des Ofens über die Kühlgebläse 158 hinweg» durch die Luft von Raumtemperatur durch das Netz geblasen
wird» um das Netz annähernd auf die Raumtemperatur abzukühlen·
Dort, wo die Ketten 150 und 1;?2 über die Umlenkkettenräder 184
tmd 186 laufen, oder in der Nähe dieser Punkte wird das Netz von den Greifern der Ketten freigegeben, um dann auf der angetriebenen
Achse 166 zu der Rolle 160 aufgewickelt zu werden.
Während das Netz gemäß Pigo 7 den Ofenabscnnitt 176 durchläuft,
werden die Querstränge 180 gereckt, da sich die Ketten 150 und 152 längs divergierender Bahnen bewegen. Bei dem darge-
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ist» ■* *·κ
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stellten Ausführungsbeispiel werden die Querstränge 180 etwa auf das Dreifache ihrer ursprünglichen Länge gereckt. Hierbei
vergrößert sich die Länge der Längsstrange 190 nicht weiter, sondern die Längsstränge behalten die Länge bei, mit der sie
die Längsreckeinrichtung 112 verlassen haben» Dies geht aus
Fig. 7 hervor, wenn man den in der Zone 170 dargestellten Teil des Netzes 120 mit dem den Ofenabschnitt 1?6 verlassenden Teil
des Netzes vergleicht* In der Zone 170 bilden die Querstränge
180 und die Längsstränge 190 in der Längsrichtung verlaufende
Rechtecke« Jenseits des Ofenabschnitts 176 dagegen bilden die
Stränge 180 und 190 bei dem Netz relativ große quadratische öffnungen, welche die gleiche Form haben wie die öffnungen
des ursprünglich von der Rolle 122 abgegebenen Netzes, die jedoch erheblich größer sind*
Natürlich braucht das Netz 120 anfänglich keine quadratischen öffnungen zu haben» die dann in langgestreckte Rechtecke und
schließlich in größere quadratische öffnungen verwandelt werden; die beschriebenen quadratischen öffnungen des Netzes der
Rolle 122 wurden lediglich zur leichteren Verdeutlichung gewählt« Gemäß Fig. 7 wird das Netz so durch die Vorrichtung geleitet,
daß die Stränge des Netzes zuerst in der Längsrichtung in der Reckeinrichtung 112 und dann in einer dazu rechtwinkligen
Querrichtung in der Reckeinrichtung 114 gereckt werden.
Zwar gilt die vorstehende Beschreibung für das Orientieren von
Netzen bekannter Art, doch läßt sich auch das erfindungsgemäß
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- 38 -
extrudierte Netzmaterial »ait Hilfe des beschriebenen zweistufi- ]
gen Verfahrens orientieren«, Venn eine.maximale Festigkeit der j
Stränge bei dem orientierten Netz nach der Erfindung erzielt j werden soll, wird der Reckvorgang vorzugsweise so durchgeführt, j
daß das Entstehen größerer sichtbarer Rippen an den Kreuzungsund Verbindungsstellen der Stränge vermieden wird. Zu diesem j
Zweck muß man die Reckgeschwindigkeit und die Temperaturen | beim Recken des Netzes in der Länge- und Querrichtung entsprechend
wählen* Für unterschiedliche Kunststoffe sowie unterschiedliche Werte der Strangdicke und der Strangdichte ergeben
sich hierbei unterschiedliche Werte der Reckgeschwindigkeiten und der Temperatur, wenn die Bildung sichtbarer Rippen vermieden
werden solle
Um eine Rippenbildung zu vermeiden, darf man einen Satz von orientierten Strängen während nachfolgender Verfahrensschritte
keinen Temperaturen aussetzen, die erheblich höher sind als die Temperatur, bei welcher die Stränge orientiert wurden.
Wird ein Strang gereckt, um ihn zu orientieren, entstehen in dem gereckten Strang Spannungen, doch bleibt der Kunststoff
in den Knotenpunkten im wesentlichen unorientiert, o£Sr der
Orientierungsgrad innerhalb der Knotenpunkte bleibt geringer als bei den Strängen zwischen benachbarten Knotenpunkten· Wird
ein orientierter Strang in der Orientierungsvorrichtung gespannt gehalten und einer Temperatur ausgesetzt, die erheblich
höher ist als die Temperatur, bei der die Orientierung erfolgte, besteht die Gefahr, daß der Strang in der Längsrichtung schrumpft
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- 39 - '
und daß hierbei an den Knotenpunkten oder Verbindungsstellen der Stränge sichtbare Rippen entstehen. Mit Hilfe der Vorrichtung
nach Fig. 6 und 7 ist es z.B. möglich, ein ultraleichtes erfindungsgemäßes Netz zu orientieren, wenn man die beheizten
Rollen der Längsreckeinrichtung "112 auf einer Temperatur von etwa 132°C hält, und wenn in dem Ofen >1J4, in dem sich die
Querreckeinrichtung befindet, eine Temperatur von etwa 143°C aufrechterhalten wirdo Unter diesen Bedingungen zeigt das
orientierte Netz an den Knotenpunkten keine sichtbaren Rippen. Fig* 8 zeigt einen Knotenpunkt eines Kunststoff netzes, bei dein
sichtbare Rippen vorhanden sind, die zu einer Schwächung der Knotenpunkte führen können. Bei dem Knotenpunkt 200 nach Fig.8
hat sich die Länge der Stränge 202 und 204 verringert, da bei nachfolgenden Verfahrensschritten mit einer Temperatur von
z.B. etwa 177°C gearbeitet wurde, die erheblich höher war als die Temperatur, bei der die Stränge orientiert wurden; infolgedessen
wird Kunststoff aus dem im wesentlichen nicht orientierten Knotenpunkt herausgezogen, so daß Rippen 206 und 208 entstehen.
Bei der zu benutzenden Orientierungsvorrichtung muß man die Betriebsbedingungen, bei denen eine sichtbare Rippenbildung
an den Knotenpunkten vermieden wird, empirisch ermitteln. Es liegt auf der Hand, daß sich eine Ripperibildung an den Knotenpunkten
vermeiden läßt, wenn man es dem Netz ermöglicht, ungehindert zu schrumpfen, so daß die Stränge von den -auftretenden
Spannungen entlastet werden«
In bestimmten Anwendungsfällen kann das orlentirte Netz Temperaturen
ausgesetzt werden, die sich den Temperaturen nähern,
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- 40 -
bei denen das Netz orientiert wurde. In solchen Fällen wird das Netz schrumpfen, wenn bei der Herstellung keine Thermofixierung
durchgeführt wurde· Gemäß der Erfindung kann man eine Thermofixierung des orientierten Netzes herbeiführen,
indem man das Netz einer Temperatur aussetzt, die höher is t als die Orientierungstemperatür, wobei man die resultierende
Schrumpfung regelt, die bei einer Verringerung der Spannungen in den Strängen bei der höheren Temperatur eintritt. Beispielsweise
kann man das Netz nach dem Orientieren bei einer Temperatur von etwa 171°C thermisch fixieren, und hierbei wird das
Netz teilweise gespannt gehalten, um die Schrumpfung der Querstränge auf weniger als etwa 10?6 ihrer Länge im orientierten
Zustand zu begrenzen. Hierdurch werden die Spannungen in den orientierten Strängen verringert, so daß dann, wenn das Netz
später Temperaturen ausgesetzt wird, die der Orientierungstemperatur nahekommen, die Schrumpfung des Netzes auf ein
praktisch vertretbares Maß verringert wird. Zwar wird vorzugsweise
zugelassen, daß das Netz um weniger als etwa 10# schrumpft, während es thermisch fixiert wird, doch ist dies
nicht unbedingt erforderlich, d.h. das Netz kann gespannt gehalten werden, damit die Abmessungen des orientierten Netzes
erhalten bleiben·
Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere
die offenbarte räumliche Ausgestaltung, werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik
neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht·
Ansprüche t
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Claims (1)
15-3729 ANSPRÜCHE
1. Extrudiertes ultraleichtes Kunststoff netz, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis zwischen
del- Stranglänge und dem Gewicht des Netzes dem Ausdruck
0.77 3t
entspricht, wobei L die Gesamtlänge der Stränge in cm/cm ♦
tt das Gewicht des Netzes in kg/100 m. * Dfi das spezifische
Gewicht der Ne^stränge und IL das spezifische Gewicht von
Netzsträngen aus Polypropylen bezeichnet.
2* Extrudiertes ultraleichtes Kunststoff netz, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Stranglänge und dem Gewicht des Netzes dem Ausdruck
> 0,77 χ
entspricht, wobei L die Gesamtlänge der Stränge in cm/cm , W das Gewicht des Netzes in kg/100 m , D das spezifische Gewicht
der Netzstränge und D das spezifische Gewicht von Netzsträngen aus Polypropylen bezeichnet, wobei das Netz unter
Vermeidung der Entstehung einer bemerkenswerten Anzahl von
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t t Έ 1 · · · ■ *
Strangbrüchen durch. Extrudieren von mindestens etwa 13,6 kg
Kunststoff 3e Stunde hergestellt worden ist,
3. Extrudiertes ultraleichtes Kunststoff netz, dadurch,
gekennzeichnet , "daß das Verhältnis zwischen der Stranglänge und dem Gewicht des Netzes dem Ausdruck
> 0,77 x
~Ρ
entspricht, wobei 1 die Gesamtlänge der Stränge in cm/cm t
¥ das Gewicht des Netzes in kg/100 m * Öft das spezifische Gewicht
der Netzstrange und Dft das spezifische Gewicht von Netzsträngen aus Polypropylen bezeichnet, und wobei der Quellungsgrad
der Netzstränge beim Verlassen des Extrusions Werkzeugs mindestens etwa 15096 betragen hat.
4· Extrudiertes ultraleichtes Kunststoffnetz» dadurch
gekennzeichnet t daß das Verhältnis zwischen der Stranglaage und dem Gewicht des Netzes dem Ausdruck
\ > 0,77 x J^
P
P
entspricht, wobei L die Gesamtlänge der Stränge in cm/cm ,
¥ das Gewicht des Netzes in kg/100 m , Dn das spezifische Gewicht
der Netzstränge und D das spezifische Gewicht von Netzsträngen aus Polypropylen bezeichnet, und wobei die Fließfähigkeit
der Netzstränge etwa Qf2. bis etfss IQ yQ betragen
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43 _
5* Extrudiertes ultraleichtes Kunststoffnetz, dadurch
gekennzeichnet , daß das Verhältnis zwischen der Stranglänge und dem Gewicht des Netzes dem Ausdruck
I > 0,77 χ 5s
entspricht, wobei L die Gesamtlänge der Stränge in cm/cm , W das Gewicht des Netzes in kg/100 m , Dn das spezifische Gewicht
der Netzstränge und D das spezifische Gewicht von Netzsträngen aus Polypropylen bezeichnet, wobei der Quellungsgrad
der Netzstränge beim Verlassen des Extrusionswerkzeugs bei einer Schergeschwindigkeit von etwa 500 see und einer Fließfähigkeit
von etwa O96 bis etwa 6,0 mindestens etwa 19596
betragen hat, und wobei das Netz mit einer Extrusions geschwindigkeit
von mindestens etwa 13,6 kg Kunststoff je Stunde hergestellt
worden ist.
6. Extrudiertes ultraleichtes Kunststoff netz, dadurch
gekennzeichnet , daß das Verhältnis zwischen der Stranglänge und dem Gewicht des Netzes dem Ausdruck
> 0,77 x ^ P
entspricht, wobei L die Gesamtlänge der Stränge in. cm/cm ,
V das Gewicht des Netzes in kg/100 m , Dn das spezifische Gewicht der Netzstränge und B das spezifische Gewicht von !fetzsträngen
aus Polypropylen bezeichnet, wobei der Quellungsgrad
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der Netzstränge beim Verlassen des Extrusionswerkzeugs bei einer Extrusionsgeschwindigkeit von mindestens etwa 13»6 kg
Kunststoff je Stunde mindestens etwa 150% betragen hat, und
wobei das Netz auf 1000 Quadratfuß (93 B } nicht mehr als etwa arei gebrochene Stränge aufweist.
7. Extrudiertes und orientiertes ultraleichtes Kunststoffnetz, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis
zwischen der Stranglänge und dem Gewicht des Netzes dem Ausdruck τ D
^ > 3 Xq- » vorzugsweise
entspricht, wobei L die Gesamtlänge der Stränge in cm/cm ,
W das Gewicht des Netzes in kg/100 m , D das spezifische Gewicht der Netzstränge und D das spezifische Gewicht von Netzsträngen
aus Polypropylen bezeichnet, und wobei das Netz durch Extrudieren von Mindestens etwa 13,6 kg Kunststoff je Stunde
hergestellt worden ist.
- 45 - · ί
S. Extrudiertes ultraleichtes Kunststoffnetz, dadurch
gekennzeichnet , daß da.s Kunststoffnetz durch Extrudieren von Kunststoff in einer Menge von mindestens etwa
13»6 kg/h erzeugt worden ist, um zwei Sätze von einzelnen
Strängen als Bestandteile des Netzes herzustellen, bei dem die Stränge der beiden Sätze unter einem Winkel zueinander angeordnet
sind, und bei dem die Stränge durch Recken jedes Satzes
von Strängen in der betreffenden Richtung nach dem Extrudieren so orientiert worden sind, daß das Verhältnis zwischen
der Stranglänge und dem Gewicht des Netzes dem Ausdruck
I > 100,0 χ ^ P
entspricht, wobei L die Gesamtlänge der Stränge in cm/cm ,
W das Gewicht des Netzes in kg/100 m , Dn das spezifische Gewicht
der Netzstränge und D das spezifische Gewicht von Netzsträngen aus Polypropylen bezeichnet.
9. Ultraleichtes Netz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verbindungsstellen der Stränge keine
sichbaren Rippen vorhanden sind.
10. Ultraleichtes Netz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge mittels Wärme fixiert sind.
7703274 03.1177
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