NO179667B - Innretning for tverrstrekking av et polymert foliemateriale - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en innretning for strekking av polymert foliemateriale som angitt i krav l's innledning.

Det har i mer enn 40 år vært kjent å oppnå en tverrstrekking ved å føre filmen mellom sporforsynte valser, hvor hvert spor går i hovedsaken i skruelinjeform eller sirkulært rundt hver valse og innbefatter en hunn, en topp på hver side, samt sidevegger mellom bunn og topper. Inngrepet mellom toppene, når valsene går sammen i et valsegap, bevirker at materialet strekkes på tvers, med dannelse av folder som strekker seg i hovedsaken i maskinretningen. Avhengig av hvorvidt sporene er sirkulære eller skruelinjeformede vil foldene gå diagonalt eller i hovedsaken nøyaktig i maskinretningen.

Slike sporforsynte valsesett har f.eks. vært anvendt i fremstillingen av tverrorienterende eller biaksialt orienterende emballasjefolier, tildekningsfolier og lignende.

Som ledd i en fremgangsmåte for fremstilling av kraftig lengdeorienterende bånd av termoplastisk materiale, som er kjent fra US-PS 4.101.625, GB-PS 1.593.012 og FR-PS 2.376.738, foretas det forut for lengdestrekkingen, ved forhøyet temperatur, tverrorientering ved kompressiv strekking mellom korte sporvalser. Sporene løper sirkulært om valsen, har sirkulært tverrsnitt i topp og bunn og heri-mellom koniske sideflater. De passer med stor nøyaktighet til hverandre, slik at den vinkelrette avstand mellom de sporformede valseoverf later er like over alt, når de er i funksjon adskilt av det termoplastiske båndmateriale. Dette materiale utsettes herved over det hele for et jevnt trykk. Etter denne kompressive strekking utføres en kraftig lengdestrekking, også ved forhøyet temperatur, med relativ stor avstand fra valsestasjon til valsestasjon, hvorved folien tillates å trekke seg sammen i tverretningen for oppnåelse av en nesten uniaksial lengdeorientering.

Forut for den foreliggende oppfinnelse er det nå utført en rekke eksperimenter under anvendelse av kompressivt arbeidende sporvalser for et helt annet formål, nemlig biaksial strekking av smale foliebaner, spesielt krysslaminater av den type som f.eks. er beskrevet i GB-PS 1.526.722 og 1.526.724. Disse forsøk ble utført med henblikk på utvilkling av emballasjefolie, tildekningsfolie, og lignende. De kompressivt arbeidende valser av den type som er beskrevet ovenfor ble særlig anvendt i første trinn av tverrstrekkingen, og under et særlig høyt valsetrykk. Lengdestrekkingen ble i motsetning til det ovenfor beskrevne utført mellom tett-liggende valser, slik at sammentrekking på tvers praktisk talt ble unngått, og ble begrenset slik at orienteringen som helhet ble balansert biaksialt. Det har vist seg at anvendelsen av disse spesielle sporvalser medførte en overraskende forbedring av visse styrkeegenskaper, særlig vidererive-styrke, punkteringsstyrke og slagstyrke. Dette i sammen-ligning med tilsvarende biaksiale folier fremstilt under anvendelse av alminnelige sporvalser, som f.eks. beskrevet i de to ovenfor nevnte patentskrifter.

Anvendelsen av den nevnte type kompressivt virkende sporvalser i apparater til fremstilling av emballasjefolie, tildekningsfolie, og lignende, hvor banematerialets bredde jo er større enn bredden til et bånd, støter samtidig på den vanskelighet at det kreves en usedvandlig stor nøyaktighet ved fremstillingen av valsesporene. Evis f.eks. tykkelsen av det foliemateriale som forlater de kompressivt arbeidende sporvalser, er ca. 100 mikron, kan man fordelaktig tillate en delings- og formtoleranse på ± 10 mikron, og mest fordelaktig er toleransen ± 5 mikron. Dette gjelder også den akkumuler-ende delingstoleranse over hele lengden til valsen. En slik nøyaktighet kan uten større vanskelighet oppnås med valser til bruk i apparater til fremstilling av båndmateriale, da disse valser kun skal være noen få cm lange. Baner av folie, som fremstilles til emballasje, tildekningsformål eller lignende formål er normalt minst ca. 50 cm brede, og det er et betydelig behov for folier i bredde ca. 5 m eller mer, uten at disse må bestå av sammenføyede baner. Med 50 cm valselengde er det ennu mulig å utføre sporene med den nevnte nøyaktighet, men med 5 m valselengde er det naturligvis helt umulig.

Hertil kommer at det i praksis er umulig å holde de to valser i et valsesett på nøyaktig samme temperatur, og dette med-fører forskjellig termisk ekspansjon. Ved en temperatur-forskjell på 2°C og valselengde 50 cm gir det for stålvalser en ekspansjonsforskjell på ca. 11 mikron, hvilket er innenfor, men på grensen av det tillatelige, mens tilsvarende ekspansjonsforskjell ved 5 m valselengde er så høy som ca. 110 mikron.

Det er dessuten, på grunn av defleksjoner, vanskelig å utøve et trykk jevnt over meget lange valser. Folder eller smuss i det polymere materialet kan dessuten også bevirke en konsentrasjon av krefter i et lite område, med brudd av toppene.

De foran nevnte vanskeligheter løses ifølge oppfinnelsen, som definert i patentkrav 1.

Om så ønskes kan mer enn en lang valse anordnes aksialt, for opptagelse av hele bane-materialbredden, men vanligvis vil det forefinnes en enkelt lang valse tilsvarende den ønskede banematerialbredde, og flere korte valser. På denne måten vil det være mulig å oppnå de med oppfinnelsen tilstrebede resultater selv om filmbredden, og derfor lengden til den lange valsen, kan være mer enn 2 m, eksempelvis 5 m eller mer.

Vanligvis benyttes tre eller flere korte valser, hver i hovedsaken med en lengde på 50 cm, og hver kort valse er bare ansvarlig for strekking av en del av filmen, idet de korte valsene er slik anordnet at hele filmen strekkes, eventuelt med små overlappinger av de strukkede partier. Det foretrekkes ofte å gjøre de korte valsene så korte som mulig ut i fra behovet for nødvendige lagre og bæreanordninger, eksempelvis fra 4 til 15 cm, fordi dette letter en gjennom-føring av prosessen på brede filmer og under høyt trykk. Noen ganger foretrekkes det at en kort valse har en lengde tilsvarende eksempelvis bare ett eller to i hovedsaken sirkulære spor. Hver kort valse presses individuelt mot den lange valse med ønsket kraft, eksempelvis under påvirking av en fjær eller fortrinnsvis ved hjelp av hydrauliske eller pneumatiske midler. En direkte kontakt mellom de samvirkende valser i fravær av filmen bør unngås, og dersom maskineriet benyttes for ulike filmbredder, eller dersom stillingen til sidekant-ene varierer, så vil lett korte ruller ved den ene eller begge sider av filmen kunne bringes til eller ut av kontakt, eksempelvis ved inn- og utkopling av det hydrauliske eller pneumatiske trykk.

De korte valsene er fortrinnsvis anordnet i innbyrdes for-skjøvne rader ved ulike periferielle posisjoner på den lange valsen, idet forskyvningen er slik at de korte valsene sammen vil dekke i hovedsaken hele lengden til den lange valsen, eventuelt med mindre overlappinger. Fortrinnsvis er de korte valsene plassert i to innbyrdes forskjøvne rader på i hovedsaken diametralt motliggende steder på den lange valsen. Ved å anordne de korte valsene på denne måten minimaliserer man def leks joner av den lange valsen. Nær endene til hver kort valse, tilsvarende et overlappingsområde mellom valsene, kan den korte valsen være lett avskrånet, for derved å jevne ut strekkingen.

For å lette maskineringen kan den lange valsen i seg selv være tilformet av flere valsesegmenter som er fast sammenkoplet i aksialretningen. Fortrinnsvis tilsvarer hvert av valsesegmentene i hovedsaken hver av de korte valsene. I koplingsovergangene ender hvert segment enten i et delspor eller fortrinnsvis i en deltopp. For å unngå behovet for ekstrem nøyaktighet under sampassingen av segmentene, og for å forsterke segmentendene, kan hvert par av sammenkoplede delspor eller deltopper gjøres eksempelvis 0,1 til 0,5 mm bredere enn den totale bredden til det respektive spor eller den respektive topp. De derav oppstående små irregulariteter i optiske og andre egenskaper vil være akseptable for de fleste bruksformål for banematerialet.

Er sporene skruelinjeformede, så vil det være nødvendig å drive de to samvirkende valser (eksempelvis den lange valsen og samtlige av de korte valser), men dersom sporene er sirkulære, så vil det kunne være tilstrekkelig bare å drive en av de samvirkende valser. De korte valsene kan da være løsvalser. For å redusere den aksiale lengden til hver kort valse foretrekkes det at opplagringen eller opplagringene for hver valse er plassert inne i valsen og at de korte valsene kan rotere rundt en fast aksel som bæres av en gaffelstøtte eller en annen egnet bæreanordning. Dersom det er nødvendig å drive de korte valsene, så kan disse være fleksibelt sammenkoplet og det kan da bli nødvendig å ha lagerne aksialt utenfor valsene. Eksempelvis kan driften overføres langs den fleksible akse til en serie av fleksibelt sammenkoplede korte valser ved hjelp av koplinger mellom hvert hosliggende valse-par, hvilke koplinger innbefatter respektive platepar som har fingre eller andre samvirkende elementer og som presses sammen, men individuelt kan bevege seg litt radielt og

aksielt.

I et alternativt system er de korte valsene anordnet på en felles, lang valsekjerne under utnyttelse av en fleksibelt kopling mellom hver kort valse og kjernen. Koplingen innbefatter fjærer eller gummiorganer eller andre egnede fleksible midler som muliggjør at de korte valsene kan roteres med kjernen og at valsetrykket som utøves på kjernen mot den lange valsen, overføres gjennom de korte valsene. Den fleksible kopling kan også innbefatte styringer som bare tillater aksial og radial, men ikke tangensial bevegelse av den korte valse relativt kjernen. Eksempelvis kan sylindriske sporseksjoner av stål være innpasset rundt en gummibelagt kjerne. En slik utførelse minimaliserer markeringer i banen i grenseområdene mellom de forskjellige strekksoner for de hosliggende valser, men har den ulempe at det vil kunne være vanskelig å oppnå høye og jevne trykk.

Det er ønskelig at i det minste én av de samvirkende valser er opplagret med tilstrekkelig forskyvningsmulighet langs aksen, til å tillate en selvinnstilling av valsenes samvirkende tenner. Forefinnes det eksempelvis en lang og flere korte valser, så kan den lange valsen være stivt montert mens de korte valsene er slik montert at det muliggjøres en selvinnstilling ved en aksial bevegelse langs aksen.

Oppfinnelsen er vist på de tilhørende tegninger, hvor

Fig. 1 i en omtrent 20 gangers forstørrelse viser de samvirkende flater i et sporvalsesystem som

beskrevet i GB 1.526.722,

fig. 2 i en lignende målestokk viser de samvirkende flater i et sporvalsesystem ifølge oppfinnelsen ,

fig. 3 viser et skjematisk enderiss av en innretning ifølge oppfinnelsen, med to samvirkende valser ifølge oppfinnelsen og med valser for strekking

i lengderetningen,

fig. 4 viser et sideriss av den øvre delen av innretningen i fig. 3,

fig. 5 viser et grunnriss av de samvirkende valser i fig. 3, idet koplinger av andre komponenter er

utelatt, og

fig. 6-8 viser tegninger fremstilt av mikrografer av tverrsnitt for ulike banematerialer, idet fig. 8 er komparativ.

Vanlige samvirkende valser A og B for en tverrstrekking av en film 4 er vist i fig. 1. Valsene har sirkulære eller skruelinje-spor utformet med en hunn 3a,3b, sidevegger 2a,2b og topper la,lb. Toppene har en bredde på ca. 500 jjm og en innbyrdes avstand på ca. 2 mm. Filmen strekkes ved 4' rundt hver topp når toppen har en liten radius (i størrelsesordenen filmtykkelsen) og er i en relativt avspent tilstand og mindre strukket ved 4", mellom toppene. Har toppen en radius som er meget større enn filmtykkelsen, så skjer strekkingen primært mellom toppene.

De valser som benyttes ifølge oppfinnelsen har spor som vist i fig. 2. Hvert spor har en basis eller bunn 6a eller 6b, utover skrånende sidevegger 5a eller 5b og en topp 7a eller 7b. Sideveggene 5a og 5b i motliggende valser er parallelle over en del av lengden. Hver bunn 6a og 6b er fortrinnsvis dimensjonert slik at filmen ikke vil være komprimert mellom topp og bunn, selv om den er under kompresjon mellom sideveggene 5a og 5b. Eksempelvis kan hver bunn være slik utformet at det dannes et lite rom 8 mellom filmen og bunnen. Toppene 7a har fortrinnsvis en innbyrdes avstand på mindre enn ca. 2 mm.

Innretningen i fig. 3-5 har en lang sporvalse 9 og innbyrdes forskjøvne rader av korte sporvalser 10 og 11 på hver side av valsen 9. Hver av valsene har en sporprofil som vist i fig. 2. Valsene 10 og 11 bæres av respektive armer 12 og 13 som er svingbart opplagret i rammen 14 og kan påvirkes av hydrauliske eller pneumatiske anordninger 15, slik at derved valsene 10 og 11 kan trykkes mot valsen 9 med en valgt kraft. I praksis drives valsen 9 (ved hjelp av ikke viste midler) og valsene 10 og 11 kan da drives med valsen 9 via banen 4. Om så ønskes kan imidlertid valsene 10 og 11 drives sammen ved hjelp av fleksible koplinger 16.

Innretningen kan ha en lengdestrekkeenhet som i fig. 3 består av fire glatte valser 17,18,19 og 20. Disse drives med en hastighet som gir den ønskede strekking. Enheten kan også innbefatte minst et ytterligere par av samvirkende sporvalser 21 og 22. Disse kan enten være av den type som er vist i fig.l eller 2, avhengig av formålet. Velges en konvensjonell utførelse, lik den som er vist i fig. 1, så kan toppavstanden være tilstrekkelig stor (eksempelvis 40 mm) og toppbredden så høy at det i et strekketrinn kan oppnås strekkforhold opptil ca. 1,8:1 eller mer uten noen særlig fare for beskadigelse av valseflaten. Toppene er imidlertid fortrinnsvis avsmalnet ved sine rygger, med en halvsylindrisk toppradius på ca. 0,1-0,4 mm.

Sporvalsene 9,10 og 11 (og eventuelt 21 og 22) må være av et materiale, vanligvis herdet stål. Vanligvis vil samtlige valser ha diametre i området 550-250 mm, fortrinnsvis 75-200 mm. Eksempelvis kan den lange valsen ha en diameter på ca. 150 mm mens de korte valsene kan ha en diameter på rundt 100-15 0 mm.

For å bedre det nøyaktige inngrepssamvirke har valsene 10 og 11 mulighet for en liten aksial bevegelse. Avstanden mellom flatene 5a og 5b bør være innenfor ± 5 pm langs lengden av valsen 9. I en typisk innretning er hver valse 10 ca. 12 cm lang og toppene har en innbyrdes avstand på 1,4 mm. Topp-radien er 0,2 mm og den vinkel som sideveggene danner ved toppen, er 55°. Banen 4 kan gå inn i innretningen i forvarmet tilstand, eksempelvis med en temperatur på 35-50°C, og den lange valsen 9 kan være forvarmet til rundt samme temperatur. Valsene 17-20 vil vanligvis også være oppvarmet, men fortrinnsvis til et lavere temperaturnivå.

Banen som går ut fra gapet mellom valsene 9 og 11 vil ha en i lengderetningen foldet struktur som vist i fig. 6 (som viser et 4-lags tverrlaminat med en tykkelse på 240 pm i de partier hvor laminatet har vært under kompresjon).

Tverrlaminatet i fig. 7 er et 2-lags laminat, som eksempel 1. Hvert lag hadde 90 g/m<2> og 300 mm tredde før strekking og var gitt struktur som i fig. 6 ved føring mellom valsene 9,10 og 11. Valsene hadde en overflateform som i fig. 2. Deretter ble laminatet strukket i lengderetningen for i hovedsaken å eliminere foldene, og ble så strukket i fire løp mellom sporvalser som vist i fig. 1, idet valsene hadde en toppavstand på 1,8 mm. Deretter fulgte en avsluttende lengdestrekking.

Filmen i fig. 8 ble, som eksempel 2, tilf ormet av samme banemateriale og ble utsatt for de samme prosesstrinn som filmen i fig. 7, med unntagelse av at det istedenfor sporvalsene i fig. 2 ble benyttet sporvalser av den type som er vist i fig. 1, med toppavstander på 1,8 mm. Filmen kunne i begge tilfeller (fig. 7 og 8) fritt spre seg ut mellom hvert av de konvensjonelle sporvalse-strekktrinn, med bibehold av en bølget form. Mellom det avsluttende konvensjonelle spor-valsetrinn og den avsluttende lengdestrekking ble spredning ikke tillatt. Det totale strekkforhold er ca. 1,4:1 i hver retning og den endelige tykkelsen er 90 g/m2 .

I et forsøk var den lange valsen 9 bygget opp av 20 segmenter av herdet stål, hvert segment med en lengde på 120 mm. De to radene med korte valser, hver bestående av 10 valser, var også av herdet stål og hver av dem tilsvarte et segment. Hvert segment var ved hver ende avsluttet med et halvspor, med en bredde ca. 0,2 mm større enn halve bredden til de andre sporene, for derved å oppta unøyaktigheter under sammensettingen av valsene. Segmentene ble skrudd godt sammen i aksialretningen på en felles kjerne. Segmentene og de korte valsene hadde en diameter på 150 mm. Valsetrykket ble etablert hydraulisk, med 1,46 tonn/kort valse. Filmhastig-heten inn mellom valsene var ca. 25 m/min. Sporvalsen 9 var varmet opp til 40°C.

Den etterfølgende lengdestrekking ble foretatt med valser ved 30°C og ga et strekkforhold på ca. 1,3:1, målt i den avslappede tilstand. To par av konvensjonelle sporvalser, såsom 21 og 22, ga et totalt tverrstrekkforhold på ca. 1,4:1 ved 30° C. Disse valsene hadde en toppavstand på 4 mm og en halvsirkulær toppp med radius på 1 mm.

Claims (5)

1. Innretning for tverrstrekking av et kontinuerlig polymert foliemateriale og innbefattende samvirkende sporvalser, hvor sporflankene i de samvirkende spor har partier som er i hovedsaken parallelle med hverandre, idet sporvalsene samvirker til komprimering og tverrstrekking av et foliemateriale som føres mellom de samvirkende sporvalser, karakterisert ved at en av valsene er en lang valse (9), mens den andre er bygget opp av flere korte valser (10;11), hver kortere enn 50 cm, som er spent mot den lange valse (9) med i hovedsaken likt trykk/cm aksial lengde, og er slik aksialt plassert at de sammen vil ha inngrepssamvirke med den lange valsen (9) over i hovedsaken hele dens lengde, og at den totale valselengde er minst 50 cm, samt at det forefinnes midler (15) for pressing av valsene sammen med et trykk som er i hovedsaken det samme over valselengden.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at de korte valsene (10:11) er uavhengig spent mot den lange valsen (9) og er anordnet i innbyrdes forskjøvne rader på ulike periferielle steder på den lange valsen (9).

3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de korte valsene (10; 11) er plassert i to innbyrdes forskjøvne rader på diametralt motliggende steder på den lange valsen (9).

4. Innretning ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at de korte valsene (10;11) er anordnet på en felles valsekjerne, med en fleksibel kopling (16) mellom kjernen og hver valse for rotering av valsene med kjernen og for pressing av valsene mot den lange valsen.

5. Innretning ifølge et av de foregående krav 1-4, karakterisert ved at en av sporvalsene (9;10;11) er opplagret med tilstrekkelig glidemulighet langs sin akse til å tillate en selvinnstilling av de i inngrepssamvirke værende spor.