NO157447B - Fremgangsmaate til fremstilling av et laminat av i det minste to lag, og innretning til bruk ved utoevelse av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til fremstilling av en laminert bane og en innretning for gjennomføring av fremgangsmåten.

Det er kjent at krysslaminater av uniaksialt orienterte filmer av krystalline polymerer oppviser en vanligvis meget fordelaktig kombinasjon av forskjellige styrkeegenskaper, hvorav den mest overraskende har vært vidererivestyrken,

se i denne forbindelse US patentskrift nr. 3 322 613, særlig når bindingen mellom lagene er tilstrekkelig svak til å tillate at under riving fra et innsnitt vil lagene delamineres rundt snittet. Som følge herav vil de splitte seg eller flyte i forskjellige retninger, hvorved snittvirkningen blir utjevnet. Dette kalles for en gaffeleffekt. Baner av denne type egner seg særlig for ulike anvendelser hvor den belastes hårdt, eksempelvis som erstatning for presenninger, som avdekkingsfolier, kraftige sekker og innpakningsfilmer.

Den mest hensiktsmessige fremgangsmåte til fremstilling av en film av denne type er beskrevet i britisk patentskrift nr. 816 607, og den består i å molekylorientere en rørformet folie kraftig i lengderetningen, spiralskjære folien og brette den ut til en flat folie med orienteringen forløpende skrått (eksempelvis med 45° helning), og deretter kontinuerlig laminere denne folie med en på tilsvarende må^e fremstilt folie, med de respektive orienterings-retninger i kryss.

Det er kjent at for en gitt tykkelse vil vidererivestyrken vokse betydelig når det anvendes tre lag med tre forskjellige orienteringretninger, eksempelvis oppnådd ved å laminere en i lengderetningen orientert folie med to folier som er skrått orientert som beskrevet ovenfor.

En ulempe ved den ovenfor beskrevne fremgangsmåte

(og ved det frembragte produkt) er at det er praktisk talt umulig å fremstille virkelig tynne filmer, og av denne grunn blir de økonomiske fordeler ved. fremstilling av en sterk, men lett film ikke fult utnyttet. I praksis ligger den laveste vekt for hvert lag som kan oppnås ved bruk av

spiralskjæring og laminering på ca. 30 g/m 2. For et to-lags laminat vil den nedre grense være ca. 60 g/m 2, og for et 3-lags laminat som, som nevnt tidligere, er nødvendig for full utnyttelse av rivestoppvirkningen, ligger grensen på ca. 90 g/m .

En annen ulempe er deri praktiske begrensning som settes til bredden pga. rotasjonen av tunge maskindeler og sylindre i forbindelse med spiralskjæringen. Generelt kan sies at bredden herved begrenses til ca. 1,5 - 2 m.

En tredje ulempe angår energiabsorbsjonsverdier for krysslaminatet. Det er funnet forholdsvis lav energiab-sorbs jon ved hurtigrivning (Elmendorf riveprøve), og i forbindelse med både langsom og hurtig overtrekking (henholdsvis TEA-tearing-energy--absorption-styrke og Elmendorf-slagstyrke). Det synes i denne forbindelse som om lagenes tydelige anisotrope karakterer ufordelaktig. Hvis f. eks.

et to-lags krysslaminat av denne type trekkes parallelt med orienteringsretningen av det ene lag vil flytegrensen og bruddforlengelsen i det vesentlige være bestemt på forhånd nettopp av dette lag.

Tidligere forsøk for å overvinne de ovennevnte ulemper og å oppnå en billigere framstillingsprosess for et produkt med lignende eller tilsvarende egenskaper er beskrevet i britisk patentskrift nr. 1261 397. Det er der forklart en fremgangsmåte som gir en krysslaminatlignende struktur gjennom et dysehode med roterende deler, samtidig med at det i det samme dysehode dannes en bløt, svakere midtsone ved koekstrudering. Fremgangsmåten består i koekstrudering av flere konsentriske eller nesten konsentriske lag av krystallinsk polymer som veksler med lag av en bløtere polymer og en tverrdeling av disse lag inne i dysen ved hjelp av tenner som er anbragt i rekke og er festet til de sylind-riske dysevegger, idet de peker innad fra den konkave og ut-ad fra den konvekse veggflate. Dysedelene roterer i motsatte retninger, hvorved lagene blir oppdelt etter venstre-løpende skruelinjer ved den ene og etter høyreløpende skruelinjer ved den annen filmpverflate. Slik kamming kan enten utføres helt gjennom til filmens midtparti eller kan begrenses til partier nær overflatene. Koekstruderingen av polymerene foran kammingssonen utføres for å oppnå et bløtt og svakt midtre lag.

Filmen som ekstruderes ved denne fremgangsmåte består av et materiale som bare er svakt molekylorientert. De vekslende stive lag av en "første polymer" og bløte lag av en "andre polymer" oppdelt i filamenter i et lineært mønster ved hjelp av tennene gir i hver halvdel av filmen en tendens til splitting eller flyting i en retning, og siden det lineære mønsteret for de to overflater krysser hverandre og det er tilveiebragt en tilbøylighet til delaminering, oppnås en rive-stansende virkning som er analog med "gaffel"-effekten i et egentlig krysslaminat.

Den ovenfor nevnte publikasjon foreslår ytterligere

å strekke det således fremstilte laminat biaksialt under slike betingelser at molekylorienteringen blir stort sett uniaksial i hvert lag, med orienteringsretningen i de forskjellige lag kryssende hverandre, istedet for å frembringe biaksialt orienterte lag. For å oppnå en slik uniaksial orientering må det andre materiale være meget tilbøyelig til å flyte, eksempelvis fordi det stadig er helt eller delvis smeltet, mens det første materiale er størknet, og fila-mentene^ til det første materiale må holdes utstrakt ved biaksialt strekk.

Skjønt den nevnte fremgangsmåte i prinsippet ville løse problemet med å oppnå mindre tykkelser og større bredder i krysslaminatet ble det funnet vesentlige vanskeligheter under den senere tekniske utvikling. Det ble bekreftet at ekstruderingsmetoden var kommersielt gjennomførlig til fremstilling av uorientert film med høy vidererivestyrke,

men slagstyrken var lav pga. mangel på orientering. Det ble imidlertid funnet vesentlige ulemper i forbindelse med påfølgende biaksial strekking. Som også antydet i den nevnte publikasjon må man anvende et forholdsvis stort antall tenner i rekken i ekstruderingshodet for å oppnå den fiberfinhet

som er nødvendig for strekkemetoden.

Dette vanskeliggjorde imidlertid vedlikehold av dysen og forårsaket stadig opphopning av polymerklumper mellom tennene. Videre gjorde samspillet mellom tennene i de to dysehalvdeler det nødvendig;enten å anvende overordentlig store mengder av bløtt materiale i det midtre lag eller man måtte begrense kammingen til to relativt tynne overflate-soner på filmen. Det var videre meget vanskelig å etablere de betingelser for den biaksiale strekking som var nødvendig for å oppnå en generelt sett uniaksial molekylorientering som beskrevet.

I et laminat fremstilt med den ovenfor beskrevne metode vil man få en delvis smeltestrekking som et resultat av en kombinasjon av en lengdestrekking, tilveiebragt ved bruk av konvergerende dysevegger, og en tverrstrekking som tilveiebringes som følge av veggenes kontrarotering. Kammingen av lagene, med oppdeling av lagene i fiberstrukturer, skjer imidlertid i en retning som adskiller seg fra smeltestrekkingens hovedretning. Denne forskjell er særlig utpreget i midten av laminatet. Nøyaktig i midten av laminatet vil smeltestrekkingens hovedretning være parallell med ekstruderingsretningen, mens kammingen skjer i en retning som danner en vinkel med ekstruderingsretningen.

Forskjellen mellom smeltestrekkingens hovedretning

og kammingsretningen tilveiebringer en viss snittvirkning i fiberstrukturen, hvilket reduserer styrken i det endelige produkt.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det en fremgangsmåte

til fremstilling av et laminat av i det minste to lag, idet det som kjennetegner fremgangsmåten er at i det minste to konsentriske rørformede,lag roteres i forhold til hverandre i en. sirkulær koekstrudéringsdyse med en utløpsspalte, idet hvert lag består av en strøm eller flere strømmer av smeltet polymert materiale, med samtidig smeltestrekking av hvert lag stort sett i en retning, at lagene deretter bindes til hverandre i dysen umiddelbart før de går gjennom utløps-

spalten, for derved å tilveiebringe et laminat med kryssende smeltestrekkingsretninger, og ved at laminatet størknes under bibehold av den kryss-smeltestrukkede struktur.

Fordelaktig roteres de motstående sider av utløps-spalten hvorigjennom laminatet ekstruderes,i forhold til hverandre, fordi dette gir en skjærpåkjenning i laminatet under ekstruderingen.

De rørformede lag utgjøres fordelaktig av en disper-gering av en polymer i en polymer matrise, slik at det derved ved smeltestrekkingen tilveiebringes en polymer fiber-struktur i smeltestrekkingsretningen, som beskrevet mer detaljert i patent nr. 148 062. Som beskrevet der vil fiberstrukturen ha en predominant orientering av splitteevnen etter størkningen av laminatet til en film.

De to lag kan roteres i ulike retninger og fortrinnsvis med i hovedsaken samme vinkelhastighet.

Ønskes høy rivestyrke så bør bindingen mellom de

to laminatlag være tilstrekkelig svak til å tillate lokal delaminering når laminatet utsettes for riving.

En måte å fremstille den ønskede svake binding på innbefatter bruk av polymerlag som har dårlig adhesjon til hverandre. En annen måte går ut på å koekstrudere en polymer mellom lagene for derved å kunne styre den adhesive styrke. v Det adhesjonsstyrende polymer kan være en elastomer med dårlig adhesjon til det eller de polymere materialer som brukes i de rørformede lag. Det adhesjonsstyrende polymer kan også ekstruderes i striper eller være brutt på annen måte. Enten det er ønskelig eller ikke å tillate lokal delaminering kan polymeret som koekstruderes mellom lagene fordelaktig være en elastomer eller mer særskilt en myk polymer.

Hvert lag kan innbefatte flere strømmer, som naturlig-vis vil gå sammen for dannelse av laget.

Smeltestrekkingen kan eksempelvis utføres ved å redusere tykkelsen av det smeltede rørformede lag under ekstruderingen eller ved å la materialet i strømmen eller strøm-mene av smeltet materiale gå gjennom en rekke av skillevegger, eksempelvis som beskrevet nedenfor i forbindelse med fig. 1, hvilke skillevegger vil gi høy strømningsmot-stand.

Før sammenføyingen av lagene med innbyrdes kryssende strekkeretninger kan hvert lag tilformes ut i fra to eller flere andre lag, idet da to eller flere rørformede lag av forskjellige polymere materialer føres sammen gjennom en felles roterende dysedel og koekstruderes inn i et felles kammer i den samme roterende dysedel, hvorved det tilveiebringes et sammensatt roterende rørformet lag. En slik metodikk er vist i fig. 2 på tegningene, hvor koekstruderingen i den felles roterende dysedel skjer over en sirkulær kant.. Man har funnet at koekstruderingen over en kant i forbindelse med det roterende arrangement er særlig fordelaktig.

Fordelaktig blir det størknede laminat strukket biaksialt i minst to separate trinn som hvert er i hovedsaken ensrettet. Denne strekking kan skje ved romtemperatur. Denne strekkingen innbefatter i hovedsaken en strekking av folien slik at den f år temporære og jevnt fordelte, i hovedsaken langsgående folder tilveiebragt ved trykkpåvirkning langs linjer som strekker seg i hovedsaken i foliens lengderetning. Eksempelvis kan dette skje ved å la folien gå inn i et gap mellom sporforsynte ruller hvor sporene er parallelle med eller danner en liten vinkel med maskin-retningen. Denne metodikk beskrives og kreves beskyttet i søknad nr.813729, og vil som beskrevet i denne, gi tverrstrekking. Etterat tverrstrekkingen er ferdig kan lengdestrekkingen foretas. Under lengdestrekkingen skjer fordelaktig en vesentlig tverrsammentrekking.

Det polymere materiale for de rørformede strømmer kan i hovedsaken bestå av polyolefin. Fordelaktig kan i det minste en av de rørformede strømmer i hovedsaken bestå av krystalliserbar polypropylen eller høytetthet-polyetylen. Wår en polymer for styring av bindestyrken koekstruderes mellom de rørformede strømmer vil et egnet materiale være etylen-propylen-gummi.

Flere detaljer med hensyn til utførelsen av den biaksiale strekking, polymere materialer som kan benyttes i lagene og egenskapene til de produkter som kan fremstilles med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, vil fremgå av de foran nevnte skrifter.

Oppfinnelsen vedrører også en innretning for utfør-else av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. En slik innretning innbefatter en sirkulær koekstruderingsdyse med en utløpsspalte, midler for mating av minst to konsentriske rørformede lag som hvert består av en strøm eller flere strømmer av smeltet polymert materiale, mot spalten, midler for rotering av lagene i forhold til hverandre i dysen og for samtidig smeltestrekking av hvert lag i hovedsaken i en retning, og midler for sammenbinding av lagene i dysen, med kryssende smeltestrekkingsretninger, umiddelbart før de går fra utløpsspalten. Fordelaktig innbefatter midlene for rotering av lagene i dysen midler for rotering av ut-løpsdysens motstående sider i forhold til hverandre. Inn-retningen ifølge oppfinnelsen kan også fordelaktig innbefatte midler for koekstrudering av en polymer for styring av bindingen mellom lagene.

Oppfinnelsen skal beskrives mer detaljert under hen-visning til tegningene, hvor

fig. 1 viser et snitt gjennom en ekstruderingsdyse ifølge oppfinnelsen, og

fig. 2 viser, i perspektiv, med forskjøvede tverrsnitt, prinsippet i en ekstruderingsdyse ifølge oppfinnelsen med to motsatt roterende utløpsspalter og midler for ekstrudering av to lag gjennom hver spalte.

Den i fig. 1 viste ekstruderingsdyse er et eksempel på en som kan benyttes, med ekstrudering av to polymer-i-polymerdispersjoner inn i et felles samlekammer gjennom to rekker av skillevegger som roterer i motsatte retninger.

De to dispersjonsstrømmer 1 og 2 mates gjennom inngangs-kanaler i den nedre del av dysen til ringformede kanaler 4 henholdsvis 5 i de to vegger i sporet 6, hvori de to ringer 7 og 8 beveges i motsatte retninger med drivmidler, f.eks. ved hjelp av ikke-viste tenner og tannhjul. De to ringene 7 og 8 er forsynt med rekker av skillevegger 9 og 10, ved hjelp av hvilke to rekker av åpninger 11 og 12 dannes og hvorigjennom de to dispersjoner ekstruderes inn i samle-kammeret 15 som dannes av de to deler 13 og 14, og som ender i utløpsspalten 16. For oversiktens skyld er skilleveggene 9 og 10 vist liggende radialt, men i virkeligheten er de anbragt med en vinkel i forhold til radien for å hindre dannelsen av støpelinjer i den ekstruderte film. Ved ekstruderingen gjennom de to roterende ringer 7 og 8 vil de to dispersjoner bli vanntrukket og vil derved få en fibrøs morfologi og således en splittetendensretning, som nevnt foran. De to sett av varmtrukne strømmer vil deretter forenes i samle-kammeret 15 og danne ét laminat med kryssende fibrøs morfologi. Tykkelsen av dette laminat reduseres ved passasjen gjennom utløpsspalten 16 og ytterligere ved normal avtrekk-ings- og oppblåsingsprosess. Deretter strekkes filmen i såvel lengderetning som tverr-retning ved relativt lav tempe-ratur. Pga. de to forskjellige fiberretninger vil to halv-parter av filmen utvise tendenser til å splitte i forskjellige retninger under riving. De materialer som de to halv-parter er dannet av, kan velges slik at de har dårlig binding til hverandre. Materialet vil derfor delamineres i et lite område rundt riften hvorfra rivingen utgår, og dette vil ut-jevne snittvirkningen.

Dysen i fig. 2 består av fire hoveddeler, nemlig en fast inngangsdel 17 til sirkulær fordeling av polymerene som forklart nedenfor, en fast bærende del 18 og båret av denne, to roterende deler 19 og 20 som tilsammen danner en utløpsspalte.21. De polymere blandinger A og B mates inn i inngangsdelen 17 hvor de fordeles i konsentriske sirkulære strømmer. A ekstruderes gjennom ringformede ledninger 22

og 23, til hvilket en eller to ekstrudere kan anvendes. B ekstruderes gjennom den ringformede ledning 24. For å få

en jevn fordeling er ledningene 22, 23 og 24 forsynt med fordelingsplater. eller andre fordelingsmidler (ikke vist).

For oversiktens skyld er lagre og tetninger mellom den bærende del 18, den roterende del 19 og den roterende del 20 ikke vist, og heller ikke er drivmekanismen for delene 19 og 20 vist. Fra de tre ringformede ledninger 22, 23 og 24 passerer polymerstrømmene den bærende del 18 gjennom tre sirkulære rekker av kanaler 25, 26 og 27 som hver står i forbindelse med et sirkulært kammer 28 henholdsvis 29, 30.

De to roterende deler 19 og 20 roteres fortrinnsvis med omtrent samme vinkelhastighet, men i motsatte retninger, som indikert med pilene 31 og 32. Hver roterende del er i seg selv et koekstruderingshode for to lag, et bestående av A og et av B. For oversiktens skyld er henvisnings-tall til forklaringen av prosessen bare vist på delen 20, mens strømmen gjennom delen 19 er tilsvarende. Fra kammeret 29 går polymerblandingen A inn i den roterende del gjennom kanalene 33, mens polymerblandingen B fra kammeret 30 går inn i den roterende del gjennom kanalene 34. Inne i den roterende del er det to sirkulære ledninger 35 og 36 som er i forbindelse med kanalen 33 respektivt 34, og er adskilt fra hverandre med en tynn sirkulær vegg 37.

Etter å ha passert kanten av veggen 37, går A og B sammen i et ringformet samlekammer 38 som ender i utløps-spalten 21. Ved passasjen gjennom ledningen 35 og samle-kammeret 38 reduseres tykkelsen av den flytende film sterkt, hvorved materialet blirsmeltestrukket.

Skilleveggene mellom hosliggende kanaler 33 og 34 bør være strømlinjede, som vist. For oversiktens skyld strekker de seg radielt på tegningen, men i virkeligheten bør de danne en vinkel med radialretningen for derved å redusere tendensen til dannelsen av støpelinjer.

"Polymer A" er fortrinnsvis en blanding av to in-kopatible eller semikompatible polymerer, mens "polymer B" fortrinnsvis er beregnet til å gi filmen en passende de-

lamineringstendens. Den kan derfor bestå av en elastomer som har dårlig binding til de to lag A, og kan ekstruderes i striper. Hvis imidlertid kanalene 22 og 23 mates med to ulike polymerblandinger som er innbyrdes uforenlige, kan polymeren B være et adhesiv med en.- relativt sterk binding til de to polymerblandinger og skal i dette tilfelle ekstruderes i striper eller avbrutt på annen måte.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av et laminat av i det minste to lag, karakterisert ved at i det minste to konsentrisk rørformede lag roteres i forhold til hverandre i en sirkulær koekstruderingsdyse med en utløpsspalte, idet hvert lag består av en strøm eller flere strømmer av smeltet polymert materiale, med samtidig smeltestrekking av hvert lag stort sett i en retning, at lagene deretter bindes til hverandre i dysen

umiddelbart før de går gjennom utløpsspalten, for derved å tilveiebringe et laminat med kryssende smeltestrekkingsretninger, og ved at laminatet størknes under bibehold av den kryss-smeltestrukkede struktur.

2. Innretning til bruk ved utøvelse av fremgangsmåten ifølge

krav 1,karakterisert ved at den innbefatter en sirkulær koekstruderingsdyse med en utløpsspalte (16), midler for mating av minst to konsentrisk rørformede lag (1,2) som hvert inneholder en strøm eller flere strømmer av smeltet polymert materiale, mot spalten (16), midler (7-10) for rotering av lagene (1,2) i forhold til hverandre i dysen og for samtidig smeltestrekking av hvert lag hovedsakelig i en retning, og midler (15) for binding av lagene i dysen, med deres smeltestrekkingsretninger kryssende hverandre, umiddelbart før deres passasje fra utløpsspalten (16).