NO144162B - Fremgangsmaate og apparat for fremstilling av en biaksialt strukket film av termoplastmateriale - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av biaksialt strukkede folier av termoplastisk materiale, fortrinnsvis av krystallinske termoplastiske materialer såsom f.eks. polyolefiner. Strekket og styrken som derved oppnås bør være tilnærmet det samme i begge retninger eller det bør være større i lengderetningen enn i tverretningen. Oppfinnelsen angår også et apparat for fremstilling av slike folier.

Det er kjent biaksialt strukkede filmer som først er strukket i lengderetningen og deretter i tverretningen. Imidlertid kan strekkingen i lengderetningen, særlig når det gjelder krystallinske termoplastmaterialer såsom f.eks. polyolefiner, ik-ke utføres opp til en optimal lengde-strekkgrad for den ferdige film, fordi den derved frembragte film etter lengdestrekningen har fått en så stor tendens til oppsplitting at dennikke kan strekkes i tverretningen.

Når det gjelder polypropylen-folier oppnås like store og maksimale fysiske egenskaper i begge retninger dersom strekk-forholdet i begge retninger er tilnærmet 1:7. Hittil har ingen propylenfilmer kunnet fremstilles i praksis med en lengde-strek-kingsgrad som overstiger 1:5,6 dersom disse folier senere skal strekkes i tverretningen.

Andre biaksialt strukkede filmer ble samtidig strukket i lengde- og tverretningen. Under denne operasjon ble flate filmer fastholdt i tverretningen og styrt ved hjelp av gripeinn-retninger. Økende strekking i lengderetningen vil også føre til en øking i avstanden mellom gripeinnretningene, mellom hvilke inn-retninger filmbanen vil oppvise en sterk innsnevring. Disse ut-buede kantseksjoner i filmbanen vil oppvise en ujevn fordeling av fasthetsverdier, slik at de må avskjæres. Det resulterende mate-rialtap kan beløpe seg til ikke mindre enn 30 % av den ferdige filmbanes endelige bredde.

Kommersielle biaksialt strukkede filmer, som enten er strukket suksessivt i lengde- og tverretningen eller som er strukket samtidig i begge retninger, besitter følgelig strekkgrader og strekk-fasthetsverdier som er mindre i lengderetningen enn i tverretningen. Disse filmene blir da van-skelige å viderebehandle eller også helt uegnet i tilfeller hvor det er nødvendig med en høyere fasthet og mindre for-lengelse i lengderetningen, f.eks. for klebebånd eller for filmer som skal benyttes ved fremstilling av poseformede pak-ninger, hvor filmene av hensyn til belegning og påtrykning,

må avvikles og omvikles, om nødvendig flere ganger, under strekkbelastning, under hvilken behandling filmene ikke må ut-vides vesentlig.

Det er kjent at man kan oppnå en forbedring i filmens mekaniske egenskaper ved strekking ved en temperatur som bevirker orientering av filmen. For ikke-krystallinske plastmateri-aler ligger disse temperaturer i det termoelastiske området. For krystallinske materialer oppnås orienteringen ved strekking ved en temperatur nær det krystallinske smeltepunkta,

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for fremstilling av en biaksialt strukket film av termoplastmateriale ved strekking av en flat film som fortrinnsvis består av et krystallinsk plastmateriale, f.eks. polyolefin, ved en temperatur der strekkingen bevirker orientering i to retninger, karakterisert ved at filmen i et'første trinn strekkes i lengderetningen under frembringelse av en del av dens langsgående strekkgrad, og i et andre trinn utføres en samtidig biaksial strekkinq, hvorved oppnås den totale strekkgrad i lengderetningen og den totale strekkgrad i tverretningen.

Den delvise strekking i første trinn i lengderetningen er fortrinnsvis 25 % til 50 % av den totale strekking i lengderetningen. For å kompensere for variasjoner eller forskjeller i prosess- eller materialbetingelsene kan strekkgraden i det første trinn være variabelt, mens strekkgradene i det andre trinn forblir konstant i begge retninger.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan strekkingen av filmen i lengderetningen i begge trinn frembringe en total orientering i lengderetningen som er lik orienteringen i tverretningen som oppnås i det andre trinn, idet orienteringen i begge retninger fortrinnsvis er maksimalt.

Etter en variant av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen strekkes filmen, i begge i trinn., .til. en total orientering i lengderetningen som er større enn orienteringen i tverretningen..,..

Fremgangsmåten kan utføres med termoplastmaterialer : .... såsom homo-.og kopolymerer av olefiner, f.eks. polyetylen, polypropylen,, polybutylen, polyamider, polyestere f„eks..poly..^.,-. etylen, tereftalat, homo- og kopolymerer av halogenerte olefiner såsom polyvinylklorid, polyvinylidenklorid, polystyren, ...... polykarbonater etc,. T.ermoplastmaterialet kan omfatte de van-.: lige ti lsetninger ,r såsom myknere,. fyllstoff, pigment, stabili-. :.r satorer etc.... • ,. ■/-

Ved en spesiell utføringsform anvendes .fremgangsmå-

ten for å forbedre egenskapene i en polypropylenfilm. Med .. dette materiale omfatter fremgangsmåten langsgående strekking,, , i det første trinn ,ved,en ,temperatur omtrent ved det krystallinske smeltepunkt .til polypropylenet til en grad på 1:2 til 1:5 og i det ...andre, st rekk trinn ved en temperatur omkring det krystallinske smeltepunkt, samtidig i tverretningen til en grad på fra ,1: 5 .til mindre enn 1:7 og til en grad i lengderetning som fører til en total strekkgrad i lengderetningen på fra 1:7 til nær 1:10, idet den totale strekkgrad av filmflaten er 1:44 til 1:50. Den totalt mulige strekkgrad av flaten til en film.av polypropylen.avhenger av grunnmaterialet, av de anvendte tilsetninger_og av .den strekktemperatur som benyttes. Vanligvis ansees en.grad på 1:49 for polypropylen å være det ,; maksimalt oppnåelige. Den maksimale grad gir jevn filmtykkelse. og de beste. fysiske egenskaper......

Hvis det er ..nødvendig med en folie med likeverdige . egenskaper i begge retninger er strekkingen i lengderetningen i det første trinn 1:3,5, i det andre trinn 1:2 og i tverretningen i det andre trinn 1:7.

Oppfinnelsen.angår også et apparat for fremstilling av en biaksialt .strukket ..f ilm av termoplastmateriale ved streka king av en flat film som fortrinnsvis bes.tår av et krystallinsk.,, plastmateriale, f.eks.polyolefin, ved en temperatur der strekkingen bevirker .orientering i to :r,etn inger,.. innbefattende ..orga- = ner for kjøling, forvarming, føring, griping og strekking av .... filmen, karakterisert yed at ..det omfatter..et konvensjonelt .apparat fo.rr.langsgående strekking .forbundet ,med et annet _ kon ven-,.

sjonelt apparat for samtidig biaksial us trekking ...og at str.ekk.r^

apparatet for'langsgående strekking er anordnet umiddelbart foran apparatet for samtidig strekking.

Gripeorganene i det andre strekkapparat kan drives ved hjelp av spindler med en gradvis økende deling, idet gripeorganenes hastighet økes i lengderetningen til en grad på 1:2, slik at en langsgående strekking på 1:2 oppnås i det andre strekkapparat, mens strekkingen i tverretningen oppnås ved å øke avstanden mellom to gripeorganer, som griper mot-satte kanter på filmen mens de beveges på sine baner. Vin-kelen mellom banene til de to grupper gripeorganer kan om nødvendig forandres, men spindlenes deling og deres rota-sjonshastighet kan forbli konstant.

Istedenfor å føre gripeorganene ved hjelp av spindler kan de drives ved hjelp av lineærmotorer med økende hastighet.

Hastigheten til rullene i det første strekkapparat er trinnløs variabel for å kompensere for variasjoner i prosessen ved å endre graden av langsgående strekking i det første trinn.

Tegningen viser en utføringsform av apparatet ifølge oppfinnelsen for utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Termoplastmaterialet smeltes i en ekstruder 1 og eks-truderes gjennom en bred flerdelt dyse 2 ned på en kjølesylin-der 3, til hvilken ytterligere kjølesylindre er koplet i serie. Samtidig kan der med fordel anvendes en glatteinnretning (ikke vist). Idet termoplastbanen 4 forlater den siste kjølesylin-der har den en temperatur som ligger vesentlig under den termoelastiske eller krystallinske smeltetemperatur til termoplastmaterialet som er nødvendig for strekking.

Etter å ha passert en rekke konvensjonelle hjelpeinnretninger og forvarmingssoner (ikke vist) når folien et apparat for lengdestrekking 5, som består av sylindre (ikke vist i detalj), som roterer med forskjellige hastigheter eller drives med trinnløs variabel hastighet.

Lengdestrekkapparatet 5 består f.eks. av ti drivsy-lindre med trinnløs variabel hastighet som er anordnet i tre soner. I den første sone kan sylindrene være oppvarmet, for oppvarming åv folien, sylindrene i den andre sone (den egentlige strekksone) kan være temperert, mens sylindrene i den tredje sone kan være avkjølt.

I den videre behandling av folien under den videre gang i behandlingsprosessen føres folien igjen langs de hen-siktsmessige hjelpeinnretninger som ovenfor er nevnt men ikke vist på tegningen, og umiddelbart etter at folien har forlatt dette lengdestrekkapparatet føres den over på et apparat for samtidig strekking, bestående av en for-varmings-sone 6, en samtidig strekksone 7 og en temperering- og fik-seringssone 8. I dette samtidige strekkapparat gripes termoplastbanen langs kantene ved hjelp av føringsinnretninger (ikke vist), betegnet som gripeorganer, og trekkes gjennom for-varmingssonen 6, hvor termoplast-filmbanen endelig brin-ges til den ønskede temperatur.

Det er imidlertid også mulig etter strekking i det første trinn i lengderetningen, å holde folien ved den temperatur som bevirker orientering, og umiddelbart etter det første trinn å strekke folien i det andre trinn samtidig i begge retninger. På denne måte unngås rekrystallisering som oppstår på grunn av for-varming og temperering og som kan påvirke strekkingen på en uheldig måte.

I sonen 7 for samtidig strekking trekker gripeorganer termoplast-banen samtidig fra hverandre, både i lengde- og tverretningen, hvilket resulterer i den tilsiktede strekking i lengde- og tverretningen. Føringen og driften av gripeorganene kan avstedkommes ved hjelp av spindler eller aksler som roterer med konstant hastighet. Delingen mellom spind-lene øker gradvis. Det er imidlertid også mulig å drive gripeorganene ved hjelp av lineærmotorer eller andre drivor-ganer, som er anordnet i henhold til det ønskede lengderetning/ tverretning-forhold. Det er mulig å bruke lineærmotorer fordi strekkraften i det andre trinn er mindre etter strekkingen i lengderetningen i det første trinn.

Den egentlige samtidige strekksone 7 er plassert umiddelbart foran tempererings- og fikseringssonen 8, som for forskjellige termoplast-materialer er av betydning.

Ved slutten av det fullstendige apparat for samtidig strekking er en kjølesone (ikke vist) anordnet i den hensikt å avkjøle termoplast-foliebanen til en temperatur under henholds-vis den termoelastiske temperatur eller det krystallinske smeltepunkt, for å fastfryse de strekk som er oppnådd i termoplastbanen. Etter å ha forlatt det samtidige strekkapparat ma-tes termoplastbanen til en viklestasjon 9 og vikles på en rull.

Istedenfor den innledningsvis beskrevne ekstruder som har en bred flerdelt dyse og kjølesylindre forbundet i serie, kan en oppvarmingsinnretning tilkoples foran apparatet for lengdestrekking, hvilken oppvarmingsinnretning benyttes til å varme opp en prefabrikert termoplastbane til en temperatur som er nødvendig for strekking.

I spesielle tilfeller kan det være fordelaktig å er-statte ekstruderen med en kalander for fremstilling av den innled-ende foliebane.

I henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan der fordelaktig fremstilles en termoplastfilm som har dominerende mekani-ske egenskaper i lengderetningen og fortrinnsvis består av polyolefiner, f.eks. polypropylen, og kan benyttes som bærer eller grunnlag for klebebånd.

Ved denne fremgangsmåte, ved det biaksiale samtidige strekketrinn orienteres filmen på en slik måte at filmens mekaniske egenskaper kan være like store i det minste i begge akser, men fortrinnsvis predominerende i lengderetningen, mens en vesentlig del av den langsgående orientering bevirkes i det foregående lengdestrekkingstrinn.

Når det gjelder filmer av polypropylen kan man oppnå rivfasthetsverdier på 2 300 til 3 300 kp/cm 2, avhengig av strekkgraden i lengderetningen.

Spesielt kan man nå i henhold til oppfinnelsen oppnå rivfasthetsverdier på mer enn 2 500 kp/cm', hvilket tidligere ikke kunne oppnås i praksis.

Spesielt for anvendelse som klebebånd har en slik termoplastfilm enestående mekaniske egenskaper, ettersom der nettopp kreves en vesentlig høyere strekkfasthet i lengderetningen. Den samtidige strekking fører imidlertid også til meget gode mekaniske egenskaper i tverretningen, spesielt når det gjelder de verdier som er så vesentlige for tilsetting av klebebånd i praksis, såsom rivestyrke og spesielt oppdelingsstyrke. Et klebebånd i henhold til denne oppfinnelsen omfatter et grunn-skikt av en polypropylen-film som er fremstilt ved hjelp av strekking omtrent ved en temperatur som tilsvarer det krystallinske smeltepunkt i et første trinn i lengderetningen til en grad på fra 1:2 til 1:5 og i et andre trinn samtidig i begge retninger, hvorved den totale strekkgrad i lengderetningen er fra 1:7 til 1:10 og i tverretningen fra 1:5 til nesten 1:7, idet den totale strekkgrad til filmens flateareal er omtrent 1:49, idet filmen har en rivestyrke i lengderetningen på 2 500 til 3 300 kp/cm 2,

og et belegg av et trykkpåvirkelig klebemiddel.

Fordelen ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består i videreoppdeling av totrinns-lengdestrekkingen av en biaksialt strukket folie på en slik måte at lengdestrekkingsdelen i den samtidige strekking forblir konstant, mens delen i det første trinn lett kan varieres. Spindelene i den andre strekkinnretning for drift av gripeorganene kan ha en meget liten og konstant gradvis økende deling, som følge av hvilket hastigheten til gripeorganene bare økes i et forhold på f.eks. 1:2 i lengderetningen. Ved å bruke apparatet som består av den første og andre strekkinnretning kan man oppnå ikke bare små endringer i lengdestrekkingen, men også forskjeller i lengdestrekking mellom 1:2 og ca. 1:11,

som kan være nødvendig for omskifting fra ett materiale til et annet.

Følgende tabell illustrerer mulighetene for forskjellige filmer som kan strekkes til utlignede eller balanserte folier, dvs. strekkingen i begge retninger er omtrent lik og maksimal.

Tabellen angir bare lengdedelen av strekkingen.

En høyere total strekkgrad i lengderetningen ved en lavere strekkgrad i tverretningen kan oppnås for alle materialer uten vanskelighet ved å øke strekkingen i det første trinn.

For sammenligning med foregående tabell skal der ne-denfor angis styrke- eller fasthetsverdier for seks vanlige han-

I ' ■ —

delsvarefilmer av polypropylen fra forskjellige tyske leverandører idet filmene er prøvet ved en tykkelse på 20 ja.

Disse verdier viser at for industrielt fremstilte filmer er strekkgraden og fastheten i tverretningen som bevirkes ved de suksessive strekkinger, først i lengderetningen og deretter i tverretningen, høyere enn i lengderetningen. Som følge av denne omstendighet er disse filmer uegnet for mange formål.

Eksempel I

Polypropylengranulat ("Hostalen PPN 1060" ex Farb-werke Hoechst AG) med en smelteindeks MFI 230/5 (ifølge DIN 53,735) på 8 gram pr. 10 minutter, ble smeltet i en ekstruder (200 mm diameter) og ekstrudert gjennom en bred flerdelt dyse (700 mm bred), på et "chill-roll" apparat (70°C). Den avkjølte film hadde en tykkelse på 900 ^u, en bredde på 650 mm og en over-flatetemperatur på 72°C.

Etter gjenoppvarming til omtrent 150°C ble filmen strukket i et forhold på 1:3,5 i lengderetningen mellom sylindre som roterte med forskjellige overflatehastigheter, og avkjølt i en slik grad at overflatetemperaturen nådde omtrent 80°C.

Filmen med en bredde på omtrent 600 mm og en tykkelse på 260 /U ble grepet av gripeorganene og etter å ha passert en forvarmingssone ble den strukket samtidig i lengderetningen i et forhold på 1:2 og i tverretningen i et forhold på 1:7. I strekk-sonen ble fastholding og transport overtatt av de divergerende spindler med gradvis økende deling. Etter termofikserings-og kjøleprosessen oppnådde man en 18 film med rivestyrkeverdier i begge retninger mellom 2000 og 2400 kp/cm".

Eksempel II

Polypropylenfilmer ble i det første trinn strukket i lengderetningen i et forhold på 1:3,5 til 1:5 og i det andre trinn dessuten strukket lengdemessig i et forhold på 1:2. Tverrstrek-kingen i det andre trinn ble tilpasset på en slik måte at filmens overflatestrekking var omtrent 1:49.

For sammenligning ble filmer av samme materiale først strukket i lengderetningen med strekkgrader på omtrent 1:4 til 1:5,5 og deretter i tverretningen i en slik grad at overflate-strekkingen også beløp seg til omtrent 1:49. Følgende fasthetsverdier ble oppnådd:

I den konvensjonelle prosess hvor strekkingen utføres suksessivt i lengde- og tverretningen, var det ikke mulig å oppnå et høyere strekk i lengderetningen. Når et høyere strekk i lengderetningen var tilsatt delte filmen seg når den deretter ble strukket i tverretningen.

Sammenligning med en samtidig biaksialt strukket film var ikke mulig da et apparat som resulterte i en strekking av filmoverflaten til 1:49 ikke var tilgjengelig.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en biaksialt strukket film av termoplastmateriale ved strekking av en flat film som fortrinnsvis består av et krystallinsk plastmateriale, f.eks. polyolefin, ved en temperatur der■strekkingen bevirker orientering i to retninger, karakteriser "t ved at filmen i et første trinn strekkes i lengderetningen under frembringelse av en del av dens langsgående strekkgrad, og i et andre trinn utføres en samtidig biaksial strekking, hvorved oppnås den totale strekkgrad i lengderetningen og den totale strekkgrad i tverretningen.
2. 2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at 25 % til 50 % av den totale strekking i lengderetningen utføres i det første trinn.
3. 3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at strekkgraden i det første" trinn i lengderetningen varieres for å kompensere for variasjoner i prosess- og materialtilstanden, mens strekkgraden i det andre trinn forblir konstant i begge retninger.
4. 4. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at filmen utsettes for biaksial strekking i det andre trinn umiddelbart etter strekking i det første trinn i lengderetningen, under opprettholdelse av orienteringstemperaturen.
5. 5. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at strekkingen av filmen i begge trinn i lengderetningen utføres til en total orientering i lengderetningen som er tilnærmet lik orienteringen i tverretningen oppnådd i det andre trinn.
6. 6. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at strekkingen av filmen i lengderetningen i begge trinn utføres til en total orientering i lengderetningen som er høyere enn orienteringen i tverretningen frembragt i det andre trinn.
7. 7. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1 til 6, hvor det termoplastiske materiale er polypropylen og strekkingen i begge trinn utføres ved en temperatur på omkring det krystallinske smeltepunkt, karakterisert ved at en lengdestrekking av polypropylen utføres i det første trinn til en grad på 1:2 til 1:5 og i det andre trinn utføres strekkingen i tverretningen til en grad på fra 1:5 til omtrent 1:7 i tillegg til en ytterligere strekking i lengderetningen inn-til den totale strekkgrad i lengderetningen er fra 1:7 til nesten 1:10 og strekkgraden i filmflaten er omtrent 1:49„
8. 8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at strekkgraden i lengderetningen i det første trinn er 1:3,5.
9. 9. Apparat for fremstilling av en biaksialt strukket film av termoplastmateriale ved strekking av en flat film som fortrinnsvis består av et krystallinsk plastmateriale, f.eks. polyolefin, ved en temperatur der strekkingen bevirker orientering i to retninger, innbefattende organer for kjøling, for-varming, føring, griping og strekking av filmen, karakterisert ved at det omfatter et konvensjonelt apparat (5) for langsgående strekking forbundet med et annet konvensjonelt apparat (6, 7, 8) for samtidig biaksial strekking og at strekkapparatet (5) for langsgående strekking er anordnet umiddelbart foran apparatet (6, 7, 8) for samtidig strekkingo
10. 10. Apparat som angitt i krav 9, karakterisert ved at organene for føring av filmens langsgående kanter i det samtidige strekkapparat (6, 7, 8) i den hensikt å utføre en lengdestrekking drives ved hjelp av spindler, med en gradvis økende deling hvorved gripeorganenes hastighet økes til 1:2 i lengderetningen og at enhver endring i lengde-strekket som kreves av de anvendte betingelser i plastmateri-alet eller prosessen kan utføres i lengdestrekkapparatet (5) .,
11. 11. Apparat som angitt i krav 9 eller 10, karakterisert ved at hastigheten til drivstrekkrullene i lengdestrekkapparatet er trinnløst variabel.
12. 12. Apparat som angitt i krav 9, karakterisert ved at føringsorganene i det samtidige strekkapparat (6, 7, 8) for føring av filmens langsgående kanter beveges av lineærmotorer.