PL171177B1 - Cross-laid laminate and method of making same - Google Patents

Abstract

1 . Laminat krzyzowy skladajacy sie z przynajmniej dwóch warstw utwor- zonych z ukierun-kowanego termoplastycznego materialu polimerowego, w którym kazda warstwa krzyzowa jest ukierunkowana jednoosiowo lub dwu- osiowo w sposób niewyrównowazony, a glówne kierunki poszczególnych warstw krzyzuja sie ze soba, przy czym laminat krzyzowy wykazuje wzór prazkowan utworzony przez zmiany grubosci odpowiadajac zmiennym sto- sunkom rozciagania w kierunku prostopadlym do tych prazkowan, znamienny tym, ze wzór tworzy zebra, które sa grubsze niz przecietna grubosc laminatu i maja wklesla i wypukla powierzchnie i tym, ze material w lub w poblizu granic zeber w stanie bez naprezen jest zagiety w kierunku przeciwnym do zebra 1 3 Sposób wytwarzania laminatu krzyzowego w postaci ciaglego pasma - o wzorze zebrowym, w którym pasmo krzyzowej warstwy przelozonej utwo- F i g . 1 rzonej z przynajmniej dwu warstw, kazda skladajaca sie z ukierunkowanego termoplastycznego materialu polimerowego, przy czym kazda warstwa jest jednoosiowo lub nierównowaznie dwuosiowo ukierunkowana 1 przynajmniej jedna z warstw wykazuje kat pomiedzy swoim kierunkiem podluznym a swoim glównym kierunkiem zorientowania, i te przynajmniej dwie warstwy sa przelozone razem w krzyzujacym sie ukladzie odpowiednich glównych kierunków zorientowania, i sa rozciagniete w kierunku poprzecznym do kierunku podawania pasma poprzez proces z zastosowaniem rowkowanych rolek, i w procesie tym przynajmniej dwie warstwy sa w sposób ciagly laminowane ze soba, znamienny tym, ze wspomniane warstwy rozciaga sie poprzecznie i formuje sie ponizej temperatury topnienia materialu ter- moplastycznego, pofalowanego ksztaltu przekroju na przynajmniej laminacie krzyzowym warstwy przelozonej i podczas lub po tym procesie formowania, stabilizuje sie czesci szczytowe pofalowac na przynajmniej jednej stronie laminatu krzyzowego i rozciaga sie poprzecznie krzyzow a warstwe przelozona pomiedzy stabilizowanymi czesciami za pomoca rowkowanych rolek, z utrzymaniem ksztaltu lub zapamietywania ksztaltu materialu w stabi- lizowanych czesciach i nastepnie obrabia sie cieplnie krzyzowa warstwe przelozona tak, ze material pomiedzy stabilizowanymi czesciami kurczy sie wzdluz hipotetycznej plaszczyzny PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest laminat krzyżowy i sposób wytwarzania laminatu krzyżowego z ukierunkowanymi warstwami.

Procesy wytwarzania laminatów z krzyżującymi się warstwami o warstwach ukierunkowanych są znane w szczególności z GB-A-1526722. ,W tym znanym roziązaniu, materiał stanowi wytop ukierunkowany ogólnie jednoosiowo przed laminowaniem krzyżowym, i jest ukierunkowany dwuosiowo po laminowaniu krzyżowym, korzystnie blisko temperatury pokojowej. Ukierunkowanie wytopu może być bardzo słabe, jednakże jest ono zawsze połączone z zastosowaniem mieszanin polimerów, które są wystarczająco niezgodne do formowania dwu- lub

171 177 wielofazowego ziarna polimeru pod wpływem ukierunkowania wytopu, które to ziarno ma bardzo istotny wpływ na własności wytrzymałości finalnego laminatu krzyżowego. W celu zwiększenia wytrzymałości na rozdzieranie, wiązanie pomiędzy warstwami, które ogólnie stanowi wiązanie bardzo słabe, może być uzupełnione poprzez mocne wiązanie punktowe lub liniowe.

Celem tego znanego wynalazku jest opracowanie materiału warstwowego, który wykazuje wysokie własności wytrzymałościowe pod wszystkimi względami. Jednym z ważnych zastosowań jest użycie go na worki i podobne opakowania.

Ponadto według wyżej wspomnianego brytyjskiego patentu poprzeczne rozciągnięcie następujące po krzyżowym przełożeniu warstw o ukierunkowaniu wytopu (patrz wprowadzenie do zastrzeżeń 12 i 24) jest korzystnie dokonywalne przez przepuszczanie przełożonej warstwy przez kilka zestawów wzajemnie współpracujących rowkowanych rolek, które to rowki są możliwie drobne. Przełożona warstwa jest zwykle (ale nie koniecznie) rozciągnięta podłużnie w sposób ciągły pomiędzy gładkimi rolkami przed, pomiędzy lub po wspomnianych etapach rozciągania na rolkach rowkowanych.

(Rozróżnia się “przekładanie”, które może obejmować ale nie musi wiązania warstw ze sobą, oraz “laminowanie”, które zawsze obejmuje takie wiązanie). Dla uzyskania optymalnych własności absorbowania energii (tak jak na przykład odporność na udarowe rozrywanie), korzystnie są przeprowadzane odmienne etapy rozciągania, następujące po krzyżowym przekładaniu w temperaturach znacznie poniżej zakresów topnienia warstw, a nawet mogą być prowadzone w normalnej temperaturze pokojowej.

Ponadto według wyżej wspomnianego brytyjskiego patentu krzyżowe laminowanie warstw mającychjedoosiowe lub niewyrównane ukierunkowanie wytopu może być prowadzone już w procesie wytłaczania przy zastosowaniu przeciwnie obracających się części matrycowych, jednakże może również być ustanowione na bazie śrubowego cięcia ukierunkowanych wytopowo, rurowych warstw. Tak więc rurowe warstwy mogą być ukierunkowane wytopowo głównie w ich kierunku podłużnym, śrubowo cięte np. pod kątem 45° po zakrzepnięciu, i następnie przełożone w taki sposób, ze wspomniane główne kierunki krzyżują się ze sobą (tj. stająsię prostopadłe jeden do drugiego, jeżeli kąty cięcia wszystkie wynosiły 45°). W związku z tym obecna publikacja WIPO WO-A-89/12533 ujawnia szczególnie praktyczne sposoby spiralnego cięcia rurowej warstwy, jak również ujawnia, odpowiedni sposób uzyskiwania ukierunkowania wytopowego, które w razie potrzeby może być prostopadłe do kierunku obróbki (tj. kierunku ciągłego) warstwy. Ostatnio wspomniany sposób polega na wyciąganiu rurowej warstwy z dyszy wytłaczającej ruchem śrubowym dla nadania rurowej warstwie ukierunkowania wytopowego, który tworzy kąt (np. 30°) z osią rury, a następnie śrubowym cięciu rurowej warstwy (np. pod kątem 60°) w sposób, który zwiększa kąt pomiędzy kierunkiem obróbki a głównym kierunkiem ukierunkowania wytopowego. Tak więc stosując wyżej wspomniany przykład, w którym “wyciąganie śrubowe” odbywa się pod kątem 30°, zaś cięcie pod kątem 60° ukierunkowanie wytopu będzie prostopadłe do kierunku obróbki po śrubowym cięciu. Warstwa ta może w sposób ciągły być przekładana z warstwą, która ma ukierunkowanie wytopowe głównie w kierunku podłużnym (kierunek obróbki) dla utworzenia prostopadłego krzyżującego się układu.

Jedna z cech polega na tym, że laminat krzyżowy wykazuje wzór prążkowania utworzony przez zmiany grubości. Taki wzór będzie zawsze powstawał w wyniku rozciągania pomiędzy rowkowanymi rolkami - z wyjątkiem zastosowania specjalnych środków ochronnych, które będą dyskutowane poniżej. Zgodnie z zaleceniami wspomnianego powyżej brytyjskiego patentu (patrz w szczególności fig. 8 i 9) te zmiany grubości tworzące podłużnie prążkowany wzór będą występowały przypadkowo jako rezultat nakładania się pomiędzy rozciągniętymi wzorami w każdym etapie rozciągania na rowkowanych rolkach. Wzór prążkowany, jeżeli nie będzie przesadny, może mieć pozytywny wpływ na wytrzymałość na rozrywanie i pozytywny wpływ na zdolność do samopodtrzymywania (sztywność, gdy materiał jest wyginany ponad linią prostopadłą do jego kierunku ciągłego). Jednakże, jeżeli ten przypadkowy wzór zmian grubości

171 177 jest bardzo wyraźny, wówczas ma on bardzo negatywny wpływ na stabilność u-v, przydatność do nadrukowywania i odporność na przechodzenie wilgotności substancji aromatycznych i oparów. Według szczególnej cechy tej technologii, poszczególne warstwy mogą być zblokowane razem poprzez poprzeczne rozciąganie razem pomiędzy rowkowanymi rolkami, zaś efekt ten może być kontrolowany przez odpowiednie warstwy powierzchniowe na warstwach, które z tego względu są wytwarzane przez współwytłaczanie. W procesie współwytłaczania są również dokonane zabezpieczenia dla nadania cienkim warstwom powierzchniowym laminatu finalnego pożądanych własności, w szczególności warstwom dla podwyższenia szczelności cieplnej lub warstwom kontrolującym własności cierne.

Następny postęp w stosunku do znanej technologii jest ujawniony w US-A-4 629 525. Jest tam opisany proces stabilizacyjny, w którym laminat krzyżowy wspomnianego powyżej rodzaju jest ogrzewany przy umożliwieniu przynajmniej 7% skurczu poprzecznego (tj. poprzecznie do kierunku ciągłego laminatu i prążkowań wytwarzanych przez rowkowane roli) oraz korzystnie również skurczu podłużnego. Poza efektem stabilizacyjnym, który oznacza, ze rozciągany na zimno laminat nie ma tendencji do dalszego kurczenia podczas stosowania lub magazynowania w normalnych temperaturach, występują również istotne efekty uboczne. Jeden z nich polega na tym, ze można znacznie zredukować wspomniane powyżej zmiany grubości (efekt prążkowania), ponieważ skurcz poprzeczny następuje głównie tam, gdzie materiał jest przeciągnięty poprzecznie. Następnym istotnym efektem ubocznym jest znaczne zwiększenie granicy plastyczności w kierunku poprzecznym. Trzecim efektem jest zwiększenie słabego wiązania, które początkowo powstaje przez zblokowanie ze sobą spiralnie ciętych warstw pomiędzy rowkowanymi rolkami.

Poprzeczne skurczenie jest korzystnie uzyskiwane poprzez podawanie laminatu krzyżowego, gdy jest on sfałdowany w odpowiednim stopniu na rolce ogrzewającej (z której może być podawany na bardziej ogrzane rolki) tak, że sfałdowanie stopniowo zanika w miarę kurczenia się laminatu krzyżowego.

Patent ten również ujawnia korzystne mieszanki polimerowe na główną warstwę współwytłaczanej warstwy ogólnego rodzaju laminatów krzyżowych, w szczególności mieszanki polietylenu o dużym ciężarze cząsteczkowym i dużej gęstości oraz liniowego polietylenu o małej gęstości lub podobnego do małej gęstości, o ciężarze cząsteczkowym znacznie niższym niż pierwszy wspomniany składnik, do którego ewentualnie może być dodany polipropylen (takie laminaty krzyżowe są bardziej dokładnie określone w zastrzeżeniach 25-29 wspomnianego powyżej patentu). Na koniec, wspomniany opis patentowy ujawnia, że laminaty krzyżowe do wytwarzania worków korzystnie powinny być wykonywane z ukierunkowanej wytopowo rurowej warstwy ciętej pod kątem pomiędzy 10° i 35° zamiast 45°. Dalsze ulepszenia ogólnego rodzaju technologii laminowania krzyżowego opisanej powyżej sąujawnione w WO-A-88/05378. W tym przypadku przynajmniej pierwsza para rowkowanych rolek ma szczególną konstrukcję i działanie. Rowkowane, drobne, kołowe “zęby” mają nachylone ściany boczne, przy czym ściany boczne na współpracujących rowkowanych rolkach są dopasowane bardzo dokładnie, i pracują pod wysokim dociskiem rolek, tak że rozciąganie poprzeczne następuje nie tylko przez rozciąganie na szerokość ale również poprzez ściskanie lub “boczne kalandrowanie” laminatu lub przełożonej warstwy (tak jak dalej opisano w tej publikacji).

Według tego sposobu stało się możliwe wytwarzanie opisanych powyżej laminatów krzyżowych o polepszonej jakości i o znacznie zwiększonej wydajności produkcyjnej. Ten wzrost stał się możliwy ponieważ dwa lub więcej laminatów krzyżowych może być wytwarzane razem w tym procesie i rozdzielane jeden od drugiego na końcu procesu wytwarzania.

Wynalazca również włączył do technologii wgniecenie umieszczone w sąsiedztwie uszczelnień cieplnych w worku, które jest opisane w WO-A-89/10312 i które jest przystosowane do wytwarzania efektu absorbowania udarów, lub efektu kontrolowania siły, tym samym polepszając wytrzymałość na zrzucanie uszczelnionego cieplnie worka z materiału warstwowego ukierunkowanego lub sztywnego i wypełnionego proszkiem lub towarem granulowanym.

171 177

Poprzez połączenie powyżej wspomnianych wynalazków wynalazca był w stanie wytworzyć w przemysłowym i ekonomicznie skutecznym procesie uszczelnione cieplnie worki przystosowane do dużych przeciążeń z laminatów krzyżowych o rozmiarze np. 60-80 gm'². które pod względem granicy plastyczności, wytrzymałości naprężeniowej, odporności na przebicie, odporności na rozrywanie, oraz odporności na zrzucanie okazały się lepsze w stosunku do worków z polietylenu o małej gęstości lub liniowego polietylenu o małej gęstości o podwojonym rozmiarze. Jednakże w wyniku braku zdolności samopodtrzymywania laminatu poprzecznego w takich rozmiarach (“kruchości”) worki nie spotkały się jeszcze z ogólną akceptacją na rynku, ponieważ automatyczne lub ręczne obsługiwanie dotyczące wypełniania (“workowania”) uważane było za zbyt trudne lub niepewne. W związku z tym stwierdzono, że zdolność do samopodtrzymywania (która jest rezultatem sztywności warstwy) warstwy o równej grubości zmienia się z drugą potęgąjej grubości.

Głównym celem obecnego wynalazku jest zatem opracowanie laminatu krzyżowego (w rodzaju opisanym powyżej) mającego znacznie polepszoną zdolność do samopodtrzymywania. Inne cele wynikną na podstawie poniższego opisu.

Laminat krzyżowy, według wynalazku, składający się z przynajmniej dwóch warstw utworzonych z ukierunkowanego termoplastycznego materiału polimerowego, w którym każda warstwa krzyżowajest ukierunkowanajednoosiowo lub dwuosiowo w sposób niewyrównoważony, a główne kierunki poszczególnych warstw krzyżują się ze sobą, przy czym laminat krzyżowy wykazuje wzór prążkowań utworzony przez zmiany grubości odpowiadające zmiennym stosunkom rozciągania w kierunku prostopadłym do tych prążkowań, charakteryzuje się tym, że wzór tworzy żebra, które są grubsze niż przeciętna grubość laminatu i mają wklęsłą i wypukłą powierzchnię i tym że materiał w, lub w pobliżu granic żeber w stanie bez naprężeń jest zagięty w kierunku przeciwnym do żebra.

Korzystnym jest, że żebra są umieszczone według regularnego wzoru na całej jego szerokości i że strony wypukłe żeber w układzie naprzemiennym znajdują się na jednej i na drugiej stronie laminatu krzyżowego oraz, że wypukłe strony żeber znajdują się po jednej i tej samej stronie laminatu krzyżowego.

Korzystnym jest także, że średnie rozstawienie pomiędzy sąsiednimi żebrami wynosi pomiędzy 1 i 10 mm, mierząc od szczytu do szczytu.

Korzystnym jest również, że średnia grubość materiału pomiędzy granicami żeber, wyznaczona jako położenia, w których grubość żebra dochodzi do średniej grubości laminatu krzyżowego w miejscowym obszarze dookoła i obejmująca żebro i kilka żeber sąsiednich, jest przynajmniej 15% a korzystnie przynajmniej 30% niższa niż maksymalna grubość żebra i że miejscowe grubości materiału mają wielkość co najmniej 30%, a korzystnie 50% średniej grubości laminatu.

Ponadto korzystnym jest, że kąt pomiędzy dwiema stycznymi płaszczyznami na wklęsłej stronie zebra w pobliżu jego obydwu granic w położeniach, w których ten kąt jest maksymalny, wynosi przynajmniej 10°, wzięte jako średnia dla rozmaitych żeber poprzez laminat krzyżowy i że wspomniany kąt wynosi pomiędzy 25° i 90°.

Korzystnym jest, że zgrubienia żeber i ich zarys podobny do kształtu litery U zostały częściowo wyeliminowane we wzorze linii poprzecznych.

Korzystnym jest także, że poszczególne warstwy laminatu stanowiątrójwytłaczane warstwy z warstwągłównąw środku i warstwami przy powierzchniach i że warstwa główna składa się z 10-30% polietylenu o małej gęstości, głównie typu liniowego, zaś resztę stanowi polietylen o dużym ciężarze cząsteczkowym, polipropylen o dużym ciężarze cząsteczkowym lub kombinacja obydwu.

Korzystnym jest również, że jest dodatkowo falisty lub zygzakowaty w widoku w przekroju podłużnym.

Sposób wytwarzania laminatu krzyżowego według wynalazku, w postaci ciągłego pasma o wzorze żebrowym, w którym pasmo krzyżowej warstwy przełożonej utworzonej z przynajmniej dwu warstw, każda składająca się z ukierunkowanego termoplastycznego materiału polimerowego, przy czym każda warstwa jest jednoosiowa lub nierównoważnie dwuosiowo ukierunkowana i przynajmniej jedna z warstw wykazuje kąt pomiędzy swoim kierunkiem

171 177 podłużnym a swoim głównym kierunkiem zorientowania, i te przynajmniej dwie warstwy są przełożone razem w krzyżującym się układzie odpowiednich głównych kierunków zorientowania, i są rozciągnięte w kierunku poprzecznym do kierunku podawania pasma poprzez proces o-ί nunt Mrorcfrin; po cnr litlj wvviv wuiomp z,Zc»movvvmuvmn.tn&vvvm^vuiv^n'&₉ iw ρινννοί ν· ciągły laminowane ze sobą charakteryzuje się tym, że wspomniane warstwy rozciąga się poprzecznie i formuje się poniżej temperatury topnienia materiału termoplastycznego, pofalowanego kształtu przekroju na przynajmniej laminacie krzyżowym warstwy przełożonej i podczas lub po tym procesie formowania, stabilizuje się części szczytowe pofalowań na przynajmniej jednej stronie laminatu krzyżowego i rozciąga się poprzecznie krzyżową warstwę przełożoną pomiędzy stabilizowanymi częściami za pomocą rowkowanych rolek, z utrzymaniem kształtu lub zapamiętywania kształtu materiału w stabilizowanych częściach i następnie obrabia się cieplnie krzyżową warstwę przełożoną tak, że materiał pomiędzy stabilizowanymi częściami kurczy się wzdłuż hipotetycznej płaszczyzny leżącej zasadniczo w środku pomiędzy powierzchniami krzyżowej warstwy przełożonej w miejscowym obszarze skurczu w kierunku leżącym prostopadle do kierunku ruchu pasma i w razie potrzeby, częściowo ponownie odkształca się stabilizowane części zapamiętanego pofalowania, które zostało ustalone podczas poprzecznego rozciągania za pomocą rowkowanych rolek.

Korzystnym jest, że obróbkę cieplną prowadzi się przez poddawanie krzyżowej warstwy przełożonej, umiarkowanemu naprężeniu poprzecznemu i że obróbkę cieplną poprzecznej warstwy przełożonej z fałdami we wstępnie określonym stopniu prowadzi się przez kontaktowanie jej z gorącą, gładką rolką pod niewielkim naprężeniem.

Korzystnym jest także, że krzyżowe warstwy, przekłada się w stanie podłużnego rozciągnięcia przed lub bezpośrednio po formowaniu i stabilizowaniu tych części.

Korzystnym jest również, że części szczytowe stabilizuje się przez prowadzenie formowania przy utrzymywaniu temperatury krzyżowej warstwy przełożonej bliskiej temperatury topnienia materiału termoplastycznego i że stabilizację części szczytowych prowadzi się poprzez usieciowanie podczas napromieniowania oraz, że formowanie i stabilizowanie zakrzywionych części prowadzi się równocześnie przez przepuszczanie krzyżowej warstwy przełożonej przez pracujące ściskowo rowkowane rolki.

Ponadto korzystnym jest, że przynajmniej cztery krzyżowo przełożone warstwy prowadzi się razem pomiędzy rowkowanymi rolkami, i że warstwa przełożona jest oddzielana w dowolnym późniejszym etapie procesu wytwarzania na wiele krzyżowych warstw przełożonych.

Korzystnym jest, że utrzymanie pamięci w stabilizowanych częściach przeprowadza się przez rozciąganie pomiędzy rowkowanymi rolkami krzyżowej warstwy przełożonej przy czym materiał przy stabilizowanych częściach jest bliski temperatury pokojowej, korzystnie pomiędzy 15-40°C i, że podczas wspomnianej obróbki cieplnej następuje całkowity skurcz poprzeczny pasma krzyżowej warstwy przełożonej i również skurcz podłużny.

W zależności od zamierzonego zastosowania laminatu krzyżowego, zakrzywione żebra w rozwiązaniu alternatywnym mogą wystawać z obydwu powierzchni laminatu krzyżowego (patrz fig. 2) lub mogą wystawać tylko z jednej powierzchni (patrz fig. 1).

Laminat krzyżowy według obecnego wynalazku różni się zatem od produktu ujawnionego w WO-A-8805378 i przedstawionego na fig. 6. Laminat pokazany na fig. 6 nie ma pogrubionych odcinków żebrowych. Także powierzchnie po każdej stronie laminatu krzyżowego mają ogólnie profil sinusoidalny i nie mają części rozciągniętych pomiędzy obszarami maksymalnymi i minimalnymi.

Laminat został powyżej opisany pod kątem zastosowania na worki i podobnych zastosowań, w których pożądana jest wysoka sztywność w jednym kierunku i znacznie mniejsza sztywność w innym kierunku. Jednakże w rozwiązaniu tego sposobu, we wzorze linii poprzecznych większa grubość żeber i ich profil podobny do U jest przynajmniej częściowo wyeliminowana. Linie te działają jako “linie ugięcia” tak, że laminat krzyżowy łatwo daje się zgiąć nie tylko wzdłuż podłużnej ale również wzdłuż poprzecznej linii. W tym rozwiązaniu celem jest nadanie laminatowi krzyżowemu masy i pionowej sprężystości, ajednocześnie ma on nadaną dużą giętkość, która jest pożądana głównie w zastosowaniach typu tekstylnego, np. na brezent impregnowany i plandeki.

Wyeliminowanie grubości i kształtu litery U może być przeprowadzone przez wygniatanie przy temperaturze poniżej temperatury topnienia, z zastrzeżeniem aby nie zniszczyć odporności na rozrywanie poprzeczne, lub przez rozciąganie skierowane na te linie poprzeczne, podobnie jak rozciąganie podłużne opisane w US-A-4285100 (Schwartz). Szczególną cechę obecnego rozwiązania stanowi wytwarzanie tych poprzecznych “linii ugięcia” w temperaturze, która w połączeniu ze stosowanym ciśnieniem, pozwala na wytworzenie silnego wiązania, korzystnie właściwie spawania w tych liniach, podczas gdy reszta laminatu krzyżowego jest pozostawiona w stanie słabo związanym lub wcale nie związanym. Podczas gdy zasadniczo słabe wiązanie jest konieczne dla odporności na rozrywanie (jak już wspomniano we wstępie) to silne wiązanie umieszczone na “liniach ugięcia” powoduje efekt, ze laminat krzyżowy może być powtarzalnie i silnie zginany w obydwu kierunkach, tak jak podczas trzepotania brezentu w silnym strumieniu powietrza bez rozwarstwienia. Faktycznie zastosowanie poprzecznych “linii ugięcia”, które jednocześnie stanowią linie silnego zginania, jest bardzo przydatne nie tylko dla laminatów krzyżowych z żebrami w kształcie U, ale również dla jakiegokolwiek laminatu krzyżowego.

Jest często korzystne aby laminat wykazywał dużą odporność na wyginanie wokół linii podłużnych, ale małą odporność wzdłuż linii poprzecznych. Jednakże istnieją również zastosowania, w których wymagana jest duża odporność na wyginanie we wszystkich kierunkach, np. w zwykłym procesie wytwarzania klejonych worków o zblokowanym spodzie. Dla takich zastosowań, laminat z podłużnymi żebrami jak opisano powinien korzystnie wykazywać dodatkową cechę, falistości lub zygzakowatości w kierunku podłużnym.

Można to uzyskać w prosty sposób, na przykład w worku tworzącym linię, przez przepuszczenie laminatu o opisanej strukturze żebrowej najpierw przez pierwszy zestaw rolek wpustowych, w których jedna rolka stanowi rolkę gumową a druga rolka uzębioną, która może mieć stosunkowo ostre krawędzie na wierzchołkach zębów, w ten sposób, że laminat ma nadawane trwałe wygięcie wzdłuż tych wierzchołków, a następnie przez drugi podobny zestaw rolek wpustowych, ustawionych dla wyginania laminatu w kierunku przeciwnym, tak że laminat na przemian jest wyginany w jednym i drugim kierunku. Podłużne żebra “w kształcie U” jak opisano powyżej pełnią istotną rolę w stabilizacji tego wyginania.

Zalecane kompozycje laminatu krzyżowego według wynalazku stanowią trójwytłaczane warstwy z warstwą główną dla wytrzymałości w środku i mniejszymi warstwami przy powierzchniach dla ułatwionego wiązania pomiędzy warstwami i dla własności uszczelnienia cieplnego laminatu krzyżowego, przy czym główna warstwa zawiera 10-30% polimeru o małej gęstości typu liniowego, a resztę stanowi polietylen o dużym ciężarze cząsteczkowym, polipropylen o dużym ciężarze cząsteczkowym, lub ich kombinacja. Są one dobrane dla nadania dużej sztywności dodatkowo do dużej wytrzymałości i zdolności do uszczelnienia cieplnego.

Dla zastosowania wynalazku, powinno się unikać lub minimalizować rozciąganie części na wierzchołkach rowkowanych rolek przynajmniej po jednej stronie krzyżowego laminatu, tak aby te części stały się grubsze niż części, które zostały ściśnięte.

Warunki te można korzystnie przystosować nawet do zwiększenia grubości części krzyżowej warstwy przełożonej na wierzchołkach rowków rolki.

Stwierdzono, że formowanie z zastosowaniem sił ściskających posiada odpowiedni efekt stabilizacyjny 1.

Przypadkowo może wystąpić nieznaczne rozciągnięcie w samym środku wierzchołka wrębu podczas rozciągania ściskającego, co powoduje otrzymywanie wąskiej cieńszej części przy środku żebra w kształcie zasadniczo U, w której to cienkiej części wypukła powierzchnia może wbrew zamierzeniom stać się wklęsła (patrz fig. 4). Jeżeli tylko to zjawisko nie będzie zakłócało ogólnego charakteru żeber, to produkt i sposób znajdują się stale w zakresie tego wynalazku.

Dla umożliwienia rozciągania szerokiej warstwy z zastosowaniem wysokich ciśnień dla ściskania i przy utrzymaniu wysokiej precyzji osadzenia powierzchni rowkowanych rolek

171 177 względem siebie, układ rozciągający jest korzystnie podzielony na segmenty wzdłuż szerokości krzyżowej warstwy przełożonej jak ujawniono szczegółowo we wspomnianym powyżej WOA-8805378, (patrz fig. 3, 4 i 5).

równi pż 'zsnanpra ιίΓν^Ηνρηί p dn nr^ppmwnrłTiinin cnn^nHii lćnnQtrnVr»ia tnkipcrn

W w j -ę k r w » n.^^e<ż_i ν* wp z łjwJ,/ λ. a d w^^*tfn.ia* zwp o^s o b K-· z-^tr jus ja wt^a *k ez^goz *_/ urządzenia wynika z opisu sposobu, jak również z rysunków przedstawiających urządzenie.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia rozwiązanie produktu, w którym zebra w kształcie litery U wystają tylko z jednej powierzchni, fig. 2 - rozwiązanie, w którym wystają one z obydwu powierzchni, fig. 3 bardziej szczegółowo żebro i sąsiedni materiał, fig. 4 - nieregularne żebro, również mieszczące się w zakresie wynalazku, i fig. 5 - zalecaną linię procesową dla wytwarzania struktury “zebro-U” według wynalazku jako schemat technologiczny, fig. 6A i 6B - schematycznie urządzenie do przeprowadzania procesu według fig. 5, fig. 7 i 8 - przekroje przez pary rowkowanych rolek przy ich powierzchniach w uchwycie, fig. 9 - schematyczny obraz linii odpowiedniej do przeprowadzania procesu według drugiego aspektu wynalazku, fig. 10 - przekrój przez jedna z rolek z fig. 9 przy jej powierzchni, a fig. 11 - przekrój przez drugą z rolek z fig. 9 przy jej powierzchni.

Figury 1 i 2 przedstawiaj ą grubsze żebra, które mają przekrój podobny do spłaszczonej litery U, i zagięcia w przeciwnym kierunku przy lub blisko granic żeber. Przekrój laminatu krzyżowego pokazanego na fig. 1 powstaje zwykle wtedy, gdy np. cztery warstwy są wzięte razem w procesie “bocznego kalandrowania” (tj. przez pracujące ściskająco rowkowane rolki) i są oddzielane na dwa laminaty krzyżowe przy końcu linii procesowej i jest stosowany tylko jeden etap “bocznego kalandrowania”. W bardziej skutecznej procedurze, w której są stosowane dwa wzajemnie zgrane etapy “bocznego kalandrowania” z podłużnym rozciąganiem pomiędzy nimi, będzie formowany przekrój według fig. 2. Przekrój ten będzie również normalnie rezultatem zastosowania jednego etapu “bocznego kalandrowania” samodzielnie bez jakiegokolwiek następującego potem rozdzielenia.

Na figurze 3 przedstawiono ilustrację definicji kąta (v), który stanowi kąt pomiędzy dwiema stycznymi płaszczyznami na wklęsłej stronie żebra w pobliżu jego dwóch granic w miejscach, w których kąt jest maksymalny. Wartość v wynosi przynajmniej 10°, wzięta jako średnia dla rozmaitych żeber poprzez laminat krzyżowy.

Na figurze 4 pokazano zebro w kształcie litery V, które może być utworzone jeżeli na wierzchołku formującej żebro rowkowanej rolki nastąpi lekkie rozciągnięcie. To odchylenie jest do przyjęcia jako kompromis umożliwiający zastosowanie tańszego oprzyrządowania.

Proces technologiczny z fig. 5 łączy najbardziej zalecaną procedurę, która obejmuje dwie operacje (operacje 4, 6) “bocznego kalandrowania”, zaś operacje sposobu formowania żeber laminatu (operacje 9, 10) zostały opisane bardziej szczegółowo powyżej.

Przykład I. Przykład ten bazuje na przykładzie 3 według wO-A-88/05378 z niektórymi modyfikacjami jak będzie wyjaśnione poniżej.

Przykład dotyczy wytwarzania wysokowytrzymałościowego laminatu krzyżowego w procesie przemysłowym z zastosowaniem technologii, w której arkusz jest rozciągany i laminowany gdy ma podwójną grubość i jest oddzielany przy końcu procesu. Każda warstwa stanowi warstwę współwytłaczaną i zawiera:

jedną warstwę powierzchniową, która działa jako warstwa uwalniająca w procesie wytwarzania, oraz która jednocześnie polepsza własności uszczelnienia cieplnego (poniżej będzie nazywana jako uwalniająco/uszczelniąjąca warstwa) i następną warstwę powierzchniową, która powoduje wiązanie warstw laminatu ze sobą.

Zostaje wytłoczona rurowa warstwa, zawierająca warstwę główną w środku, która to warstwa zapewnia zasadniczo wytrzymałość, oraz wspomniane powyżej warstwę uwalniającą i warstwę laminowaną..

Te trzy warstwy tworzą odpowiednie 75% (główna), 15% (uwalniająca) i 10% (laminowana) całkowitej warstwy.

Rozmiar wytłoczonej warstwy wynosi 62 gm1. Główna warstwa wytłoczyny zawiera 70% HMHDPE o gęstości 0,95 (indeks przepływu wytopu około 0,05% według ASTM D-1238

171 177 warunek E) 20% LLDPE typu heksenu, o indeksie przepływu wytopu 0,8 (ASTM D-1238 warunek E) i 10% homopolipropylenu o indeksie wytopu 0,3 (ASTM D-1238 warunek L).

Warstwa iiwalniająco/us7c7elniająca składa się z jednorodnej mieszaniny 70% tego samego LLDPE + 30% EPDM (etylenopropyleno-dimenu) o indeksie przepływu wytopu około 0,4 (ASTM-D1238 warunek E) o nazwie handlowej “Nordel NDR 5715 (Nordel jest znakiem towarowym).

Temperatura wytłaczania wynosi 240°C, średnica pierścieniowego otworu wytłaczającego wynosi 385 mm a stosunek nadmuchu 1:1,2. Każda z rurowych warstw jest cięta spiralnie pod kątem 30° a cztery takie warstwy, każda mająca szerokość 1250 mm, są laminowane i rozciągnięte, przy czym warstwy powierzchniowe są zwrócone ku sobie w następującej kolejności: warstwa laminacyjna do warstwy laminacyjnej; warstwa uwalniająco/uszczelniająca do warstwy uwalniająco/uszczelniającej; warstwa laminacyjna do warstwy laminacyjnej.

Początkowo zespół czterech warstw, które ciągle nie są związane ze sobą, zostaje wstępnie ogrzany na parze rolek do około 50°C i podawany pod naprężeniem do urządzenia pokazanego na figurach 6A i 6B jak opisano poniżej.

Urządzenie według fig. 6 zawiera długąrowkowanąrolkę 9 i wzajemnie przestawne szeregi krótkich rowkowanych rolek 10 i 11 po przeciwnych stronach rolki 9. Każda z tych rolek ma profil rowka jak pokazano na fig. 7. Każda rolka zawiera podstawę 6a lub 6b, nachylone zewnętrznie ściany boczne 5a lub 5b i szczyt 7a lub 7b. Ściany boczne 5a i 5b przeciwległych rolek sąrównoległe na części ich grubości. Każda podstawa 6a i 6b ma taką wielkość, że warstwa nie ulga ściskaniu pomiędzy szczytem a podstawą, nawet jeżeli ulega ściskaniu pomiędzy ścianami bocznymi 5a i 5b. Jest to uzyskane przez takie ukształtowanie każdej podstawy aby uzyskać małą przestrzeń 8 pomiędzy warstwą a podstawą. Szczyty 7a na jednej rolce są korzystnie oddzielone o około 1 mm, a w aktualnym przykładzie 1,4 mm. Kąt pomiędzy równoległymi częściami ścian bocznych wynosi 55° apromień krzywizny na szczytach 0,20 mm. Rolki 10 i 11 są zamontowane tak, że mogą być dociśnięte do rolki 9 z dowolną wybraną siłą. Praktycznie rolka 9 jest napędzana (za pomocą niepokazanych środków) a rolki 10 il 1 mogą następnie być napędzane przez rolkę 9 poprzez arkusz 4.

Urządzenie zawiera podłużną jednostkę rozciągającą, składającą się z czterech gładkich rolek 17, 18, 19 i 20 (19 i 20 tworzą uchwyt) napędzanych z taką szybkością, aby nadawać pożądany stopień rozciągnięcia, a ponadto zawiera przynajmniej dwie dalsze pary zazębiających się rowkowanych rolek 21,22 i 24,25. Mająone projekt pokazany na fig. 8 i wszystkie stanowią rolki napędzane.

Konwencjonalne zazębiające się rolki A i B dla rozciągania poprzecznego warstwy 4 są pokazane na fig. 8 i mają okrągłe wręby utworzone z podstawy 3a, 3b, ściany boczne 2a i 2b, i szczyty 1a i 1b. Szczyty na jednej rolce mają rozstawienie około 4 mm.

Po pierwszym zestawie konwencjonalnych rowkowanych rolek 2122 krzyżowa warstwa przełożona jest przepuszczana po bananowej rolce 23, która lekko rozciąga poprzecznie krzyżową warstwę przełożoną i rozprzestrzenia ją przez eliminowanie fałd utworzonych przez rowkowanie rolki 21 i 22.

Warstwa jest następnie przepuszczana przez drugi zestaw konwencjonalnych rowkowanych rolek 24, 25 tworząc kształt pofałdowany i bez dalszego rozciągania na boki, przez ogrzane rolki przy 80°C - 26, 27, które “prasują” pofałdowaną krzyżową warstwę przełożoną. Rolki 2122,24 i 25 powodująpoprzecz.ne rozciąganie laminatu. Warstwa musi być stosunkowo zimna podczas przechodzenia przez te rolki, bo w przeciwnym wypadku nie będzie zachowana pamięć części o zwiększonej grubości.

Następnie przez uchwyt rowkowanych rolek 21, 22 i 24, 25 jest wdmuchiwany strumień powietrza na obie strony krzyżowej warstwy przełożonej dla ochłodzenia warstwy i usunięcia ciepła rozciągania, minimalizując tym samym tendencję do “przewężenia”. Temperatura otoczenia wynosi 33°C (próba prowadzona w kraju tropikalnym).

Długa rolka 9 jest utworzona z 25 segmentów stali utwardzonej, każdy o długości 60 mm, a dwa rzędy krótkich rolek, każdy zawierający 13 rolek, są również wytworzone ze stali

171 177 utwardzonej i każda jest dopasowana do segmentu. Każdy segment jest zakończony na każdym końcu połówką wrębu, która jest około 0,05 mm szersza niż połowa szerokości innych wrębów, tak aby umożliwić niedokładności przy montowaniu rolek a jednocześnie zabezpieczyć wąskie obszary warstwy przełożonej, przez silnym ściśnięciem poprzez zęby końcowe na rolkach 10 jak również zęby końcowe na rolkach 11. Segmenty sąmocno skręcone razem osiowo na wspólnym rdzeniu. Segmenty mają średnicę 200 mm a krótkie rolki średnicę 150 mm. Prędkość warstwy wchodzącej do rolek wynosi około 25 m/min.·

Docisk rolek na rowkowanych rolkach 9, 10,11 jest wyregulowany na wartość, która jest możliwie duża bez pozostawienia otworów w krzyżowej warstwie przełozonej, w danym przypadku do 200 kg na centymetr długości.

Jak już wspomniano, krzyżowa warstwa przełożona jest wstępnie ogrzana do 50°C. Rolki do “bocznego kalandrowania” (9,10, 11) i do następnego podłużnego rozciągania (17 do 20) są utrzymywane w temperaturze 40°C.

Podłużne rozciąganie jest ustawione dla nadawania stosunku rozciągania 1,25:1 w produkcie finalnym.

Zazębianie pierwszego zestawu rowkowanych rolek (21, 22) zastosowanych po podłużnym rozciąganiu jest ustawione dla nadawania finalnego stosunku rozciągania poprzecznego 1,33:1. Finalny stosunek rozciągania powierzchniowego jest zatem 1,25 x 1,33 = 1,66:1. Ponieważ początkowy rozmiar warstwy wynosi 62 gm² a końcowa warstwa jest dwuwarstwowa, oznacza to, że finalny rozmiar powinien wynosić (2 x 62) : 1,66 = 75 gm-2. Finalny rozmiar jest również bezpośrednio weryfikowany jak wspomniano poniżej.

Tak więc podobnie jak we wspomnianym przykładzie 3 WO-A-88-05378, krzyżowa warstwa przełożona opuszczająca pierwszy zestaw rowkowanych rolek (21, 22) po “bocznym kalandrowaniu” (9, 10, 11) i podłużnym rozciąganiu (17 do 20) jest lekko rozciągana po szerokości na bananowej rolce 23 przed wejściem do drugiego zestawu konwencjonalnych rowkowanych rolek 24, 25. Odległość od krawędzi do krawędzi krzyżowej warstwy jest utrzymywana stała po przejściu przez drugi zestaw rowkowanych rolek 24, 25, jednakże odmiennie do warunków w tym przykładzie, pominięto drugie podłużne rozciąganie a pofałdowany materiał przechodzi bezpośrednio na ogrzane rolki 26,27 dla obróbki cieplnej. Rolki te są ogrzane do 80°C, a przy końcu tej obróbki materiał praktycznie osiąga tę temperaturę.

Podłużne naprężenie pomiędzy ostatnim zestawem rowkowanych rolek 24, 25 a pierwszą ogrzaną rolką 26 jest utrzymywane wysokie, przez co fałdy wprowadzone do materiału za pomocą tych rowkowanych.rolek mogą być utrzymywane bardzo równo rozprowadzone, jednakże przy wejściu do obróbki cieplnej, podłużne naprężenie jest redukowane do praktycznego minimum, (to jest poza zacisk pomiędzy rolkami 26 i 28), tak że tarcie pomiędzy ogrzanymi rolkami a materiałem jest utrzymywane tak niskie aby umożliwić wyeliminowanie fałd poprzez skurcz poprzeczny. Duże naprężenie mogłoby spowodować zbyt silny efekt prasowania. Niskie naprężenie dopomaga w skurczeniu materiału w kierunku podłużnym, tym samym stabilizując ten wymiar. Dla umożliwienia zmiany naprężeń, rolka 29 jest napędzana z kontrolowaną prędkością i tworzy uchwyt wraz- z gumową rolką 28. Rolki 27 i 28 stanowią rolki luźne.

Pomiędzy rolkami jednostki do obróbki cieplnej 26, 27 i rolkami jednostki chłodzącej 29 i 30 jest zainstalowana bardzo delikatnie działająca rolka bananowa 31 do rozpościerania. Rolka 29 i jej przeciw rolka uchwytowa 32 są napędzane, podczas gdy rolka 30 stanowi rolkę luźną. Naprężenie wzdłuż linii są kontrolowane poprzez rolki kontrolujące naprężenie 33, 34, 35 i 36.

Wzajemne zazębienie pomiędzy ostatniąparąrowkowanych rolek 24 i 25 jest bardzo dokładnie ustawione tak, aby występowało ciągle kilka drobnych fałd w materiale opuszczającym ostatniąrolkę obróbki cieplnej, ale aby po oddziaływaniu normującej rolki bananowej nie pozostawały już żadne fałdy.

Podobnie jak we wspomnianym przykładzie 3 materiał jest rozdzielany na dwa laminaty krzyżowe przez oddzieranie pomiędzy drugą i trzecią warstwą.

171 177

Przekrój jest zbadany mikroskopowo, zaś zdolność do samopodtrzymywania zostaje sprawdzona poprzez zaginanie na krawędzi, z pasmem oddziałującym poprzez swój własny iężar.

Dla porównania w sposób podobny przetestowano rozmaite próbki zwykłej warstwy

LDPE.

Przekrój jest podobny do pokazanego na fig. 1, z kątem v (odniesienie do fig. 3) zwykle wynoszącym 30° i grubościąw środku żeber stanowiącą około 1,5-krotność przeciętnej grubości pomiędzy żebrami.

Zdolność do samopodtrzymywania według wspomnianego testu odpowiada zdolność warstwy 140 gm'2 LDPE, i stwierdzono, że rozmiar laminatu krzyżowego wynosi 73 gm'2, co ściśle zgadza się z wyliczoną wartością wspomnianą powyżej.

Przykład II

Przykład I został powtórzony z tą różnicą, że wyjściowe folie są wykonane na bazie polipropylenu. Kompozycja środkowej warstwy współwytłaczanych folii (75% całkowitej folii) wynosi: 80% homopolipropylenu o indeksie przepływu wytopu 0,3 (ASTM Nr D-1238 warunek L) + 20% LLdPe (to samo ASTM, ale warunek E).

Warstwy powierzchniowe, stanowiące 10% i 15% całkowitej folii, są takie same jak w przykładzie I.

Rozmiary folii: 60 gm-² dla próby odpowiadającej przykładowi I.

Procedura według tych przykładów jest dokładnie naśladowana.

Rezultaty:

Profil przekroju poprzecznego: kształty żeber-U blisko odpowiadają odpowiednim próbkom według przykładów I i II, z tym, że próba odpowiadająca przykładowi I prowadzi do uzyskania bardziej wyrównanej grubości pomiędzy żebrami.

Zdolność do samopodtrzymywania, wyrażona jako grubość folii LLDPE, równoważnej pod tym względem jest około 20% wyższa niż wykazywana przez laminaty krzyżowe według przykładu I.

Połączone rozciąganie, laminowanie i formowanie “żeber-U” jest prowadzone według przebiegu pokazanego na fig. 6a z tym wyjątkiem, że urządzenie pokazane jako prostokąt obecnie stanowi układ rolek pokazany schematycznie na fig. 9.

Ogólny opis przebiegu rozciągania i procesu:

Pierwszy etap ściskającego rozciągania poprzecznego i formowania następuje pomiędzy z jednej strony rowkowaną rolką 37, a z drugiej strony dwoma wzajemnie przestawnymi szeregami krótkich rowkowanych rolek 38 i 39 pomiędzy którymi znajduje się warstwa przełożona. Podobny drugi etap ściskający zachodzi pomiędzy rowkowaną rolką 40 a dwoma szeregami krótkich rolek 41 i 42.

Każdy z tych zestawów urządzenia do ściskającego rozciągania i formowania składa się z (patrz fig. 6b) rolki 9, przestawnych szeregów krótkich rolek 10 i 11 i przyłączonego wyposażenia 12,13, 14 i 15, zaś wzór powierzchniowy na rowkowanych rolkach odpowiada pokazanemu na fig. 7. Wymiary rolek i wzoru powierzchniowego są wspomniane poniżej.

Dla wytrzymania wysokich sił ściskania, każda z rowkowanych rolek jest wykonana ze stali utwardzonej. Wzór powierzchniowy jest nadany poprzez skrawanie z dok-l^n^moic^iiv+-/- 5 mikronów··'.

Cztero-warstwowa przełożona warstwa przychodzi z rolki (niepokazanej) na której zostaje ogrzana do 60°C. Jest ona pobrana przez gładkie rolki wpustowe 43/44 zanim napotka rowkowane rolki 37,38,39 dla pierwszego rozciągania poprzecznego i formowania. Z rolki 37 warstwa przechodzi do pierwszego urządzenia do rozciągania podłużnego, zbudowanego z rolek 45, 46, 47 i 48 i następnie napotyka rolki 40, 41 i 42 dla drugiego poprzecznego rozciągania i formowania. W celu “zgrania” tych dwóch etapów formowania, powierzchnie rolek 45, 46 i 47 posiadają bieżnie prowadzące jak pokazano na fig. 10 i 11. To prowadzenie będzie opisane dokładniej poniżej. Główne rozciąganie podłużne w tej części urządzenia następuje pomiędzy rolkami 45 i 46.

171 177

Rozciągnięta warstwa przełożona przechodzi następnie do urządzenia do drugiego rozciągania podłużnego, składającego się z gładkich rolek 49 i 45 i przechodzi dalej jak pokazano na schemacie technologicznym fig. 5, lub inaczej mówiąc poprzez etapy oznaczone 7 do 12 na fig. 5. Jak z tego wynika, krzyżowy laminat z czterech warstw zostaje rozdzielony na dwa dwuosiowe rozciągnięte dwuwarstwowe laminaty przy końcu całej linii procesowej.

Wszystkie rolki posiadają napędy, z wyjątkiem rolek w przestawnych szeregach 38/39 i 41/42 i z wyjątkiem rolek 44, 48 i 55 (które są napędzane jedynie poprzez przeciwrolki poprzez warstwę przełożoną). Rolki 44, 48 i 55 stanowią rolki powleczone gumą stosowane dla utworzenia wpustu, podczas gdy wszystkie inne rolki stanowią rolki stalowe i mają wewnętrzne krążenie wody albo dla utrzymania temperatury warstwy, albo też dla chłodzenia (patrz poniżej).

Temperatura:

Jak wspomniano, przełożona warstwa podawana pomiędzy rolkami wpustowymi 43 i 44 pozostała juz ogrzana do 60°C w urządzeniu niepokazanym. Rolka 43 jest również ogrzana do tej samej temperatury. Pracujące ściskająco rowkowane rolki 37,38 i 39 powinny być utrzymywane w trochę niższej temperaturze niż warstwa przełożona. Jeżeli omyłkowo miałyby one nadaną wyższą temperaturę, wówczas występowałoby niebezpieczeństwo “przewężenia” występujące w środku żeber jak pokazano na fig. 4 lub głębszego niż pokazano. Z tego względu rolka 43 i łożyska oraz obudowa, w których znajdują się krótkie rolki 38 i 39, są utrzymywane w temperaturze 50°C i na rolki 38 i 39 jest stale nadmuchiwane powietrze otoczenia. Temperatura otoczenia wynosi około 20°C. Po drugim rozciąganiu poprzecznym i formowaniu, laminat zostaje ochłodzony do około 20°C, zanim nastąpi jakiekolwiek istotne dalsze rozciąganie i laminat jest utrzymywany blisko tej temperatury we wszystkich etapach przed próbką cieplną Z tego względu rolki 49 do 54 na fig. 9 i rolki 21, 22, 24, 25, 29 i 30 są kontrolowane przy temperaturze 20°C.

Główne rozciąganie podłużne podczas drugiego etapu następuje pomiędzy rolkami 52 i 53, przez co laminat może być wystarczająco ochłodzony poprzez przejście nad rolkami 49 do 52. Podobnie jak w przykładzie I, temperatura rolek do obróbki cieplnej (29 i 30, patrz fig. 6a) jest utrzymywana przy 80°C.

Prędkości rolek, stosunki rozciągania:

Jeżeli w tekście poniżej będą wspomniane prędkość ta dotyczy prędkości obwodowych. Prędkość przy końcu całkowitej linii rozciągania, tj. po rozdzieleniu na dwuwarstwowe laminaty krzyżowe, jest ustawiona na 60 m/min (1 ms'¹).

Dla uniknięcia zmarszczeń, rolka 37 biegnie 5% szybciej niż rolka 48, a dla zabezpieczenia dokładnego przenoszenia na rolkę 45, porusza się ona 5% szybciej niż rolka 37. Stosunek prędkości pomiędzy rolkami 45 i 46, który ustala głównie rozciąganie podłużne pomiędzy dwoma etapami formowania, jest zmienny. Regulacja tego stosunku będzie opisana poniżej. Rolka 47 porusza się z tą samą prędkością, co rolka 46.

Dla wytworzenia optymalnych własności wytrzymałościowych podłużnie rozciągnięty laminat jest korzystnie rozluźniony, przynajmniej częściowo, pomiędzy rolkami 47 i 40. Z tego względu stosunek pomiędzy prędkościami tych rolek jest również zmienny. Jest on wyregulowany do wartości, która nadaje w przybliżeniu minimalne naprężenie na laminat bez powstawania jakichkolwiek zmarszczeń.

Gładkie podłużne rolki rozciągające 49, 50, 51 i 52 poruszają się wzajemnie z tą samą prędkością, która jest 5% szybsza niż prędkość rolki 40. Stosunek pomiędzy rolką 52 i 53 jest ponownie zmienny (odnośnie nastawy: patrz poniżej). Rolki 54 i 55 poruszają się z tą samą prędkością, co rolka 53. Ustawienie naprężeń podczas pozostałej części linii rozciągania (patrz fig. 6a) odpowiada opisanemu w przykładzie I.

Zamierzony stosunek podłużnego rozciągania w wyrobie finalnym wynosi 1,35:1. Jest on uzyskany metodą prób i błędów, przy czym zmieniają się stosunki prędkości pomiędzy rolkami 45/46 i 52/53, przy jednoczesnym utrzymywaniu tych dwu stosunków równych.

Wzajemne zazębienie pierwszego zestawu rowkowanych rolek (2122) zastosowanego po pełnym rozciąganiu podłużnym jest ustawione dla nadania końcowego stosunku rozciągania

171 177 poprzecznego 1,35:1, to jest takiego samego jak stosunek rozciągania podłużnego. Finalny stosunek rozciągania powierzchniowego jest zatem 1,35x1,35=1,82:1. Odpowiada to finalnemu rozmiarowi po rozdzieleniu na dwie dwu-błonowe warstwy, w jednej próbie 65 x 2 : 1.82 = 71 gm'² i w drugiej próbie 1,30 x 2 : 1,82 = 143 gm², co również jest ustalone bezpośrednio. Podobnie jak w przykładzie 1, wzajemne zazębianie pomiędzy ostatrnąparąrowkowanych rolek (24,25) jest wyregulowane bardzo dokładnie tak, aby stale jeszcze występowały niekiedy drobne fałdy w materiale, gdy opuszcza on ostatnią rolkę obróbki cieplnej, ale aby po oddziaływaniu normującym bananowej rolki 31 nie występowały już żadne pofalowania.

Wzór powierzchni rolek, odległość pomiędzy rolkami, średnice rolek, naciski rolek:

Jak wspomniano powyżej, powierzchnie rolek 37, 38, 39, 40, 41 i 42 są utworzone jak pokazano w przykładzie na fig. 7. Bardziej szczegółowo, kąt pomiędzy równoległymi częściami powierzchni rolek wynosi 55° a rozstawienie mierzone od środka do środka każdego szczytu wynosi 1,60 mm, t.j. 0,2 mm większe niż stosowane w przykładzie I. Przyczyna tego jest taka, że urządzenie musi być przystosowane do rozciągania cięższej warstwy mianowicie w drugich próbach 4 x 135 gm'2, co jest równoważne grubości około 600 mikronów.

Promienie krzywizny na szczytach wynoszą: na rolkach 37, 38, 39 0,20 mm i na rolkach 40, 41, 42 0,30 mm. W panujących okolicznościach stwierdzono, że 0,2 mm jest bliskie najmniejszej wartości, która może być zastosowana bez wytwarzania przewężenia jak pokazano na fig. 4 i prowadzi do bardzo skutecznego pofalowania przekroju materiału, czego rezultatem jest że laminat łatwo “wpada na tor” następnych rolek.

Przyczyną, dla której promień krzywizny na_; szczytach rolek 40,4142 jest większy niż ten stosunek mianowicie 0,30 mm, polega na tym, że ściśnięte pasmowo uformowane części w drugim etapie formowania stają się następnie węższe niż ściśnięte pasmowo uformowane części w pierwszym etapie formowania, co ma ten skutek, że staje się bardziej wyraźne zgrubienie żeber. Jeżeli linia rozciągania była przeznaczona tylko do wytwarzania laminatów krzyżowych bez “żeber - U” (jak produkty finalne według przykładu 3) to bardziej korzystne będzie zastosowanie promienia krzywizny wynoszącego 0,20 mm na szczytach rolek 40, 41, 42.

Rolki 45, 46 i 47, pełniące funkcję przenoszenia i podłużnego rozciągania laminatu bez nadawania konfiguracji falistej mają znacznie bardziej płytkie rowki (bieżnie) z tym samym rozstawieniem, jak rozstawienia na rowkowanych rolkach do ściskającego formowania i rozciągania. Na rolce 45 kąt pomiędzy osią rolki a powierzchniami wrębów wynosi 45°, poprzez który są one w przybliżeniu dopasowane do konfiguracji falistej warstwy krzyżowej (patrz fig. 10) podczas gdy odpowiadający kąt na rolkach 46 i 47 wynosi tylko 30° (patrz fig. 11) w celu umożliwienia poprzecznego skurczenia laminatu do czego wykazuje on naturalną tendencję podczas rozciągania podłużnego.

Stwierdzenie powyższe, że rowki (bieżnie) na podłużnych rolkach rozciągających mająto samo rozstawienie, co rowkowane rolki do ściskającego rozciągania i formowania ma być rozumiane na bazie uśredniającej, jak następuje: podobnie jak w przykładzie I długie rowkowane rolki są utworzone z segmentów (w tym przypadku każdy segment ma długość 80 mm) skręconych ze sobą na wspólnym rdzeniu, i każdy segment zakończony jest na każdym końcu pół-rowkiem, który jest szerszy o 1005 mm niż połowa szerokości innych rowków. (Wyjaśnienie: patrz przykład I). Ten nadmiar 0,05 mm przy każdym końcu każdego segmentu jest brany pod uwagę w obliczeniu średniego rozstawienia, tak że błędy nie dodają się poprzez rolki.

Falisty laminat wykazuje silną tendencję do rozszerzania się bocznie przed rozciąganiem podłużnym, podczas gdy rozciąganie podłużne stwarza tendencję do kurczenia bocznego. W warunkach rozciągania dobranych w tym przykładzie, przeważa tendencja do rozszerzania, w innych warunkach może być przeciwnie. Jednakże bieżnie na rolkach pozwalają na uniknięcia jakiegokolwiek rozszerzenia lub skurczenia. Dla zrealizowania tego efektu odległość pomiędzy rolkami 37/45, 45/46, 46/47 i 47/40 jest tylko kilka mm i jest regulowana. Rolki te są bardzo precyzyjnie ustawione dla utrzymania falistego laminatu właściwie “na torze”. Z tego względu, ramy rolek są wykonane wystarczająco sztywne, i jest dobrana stosunkowo duża średnica (300 mm) wszystkich rolek, ponieważ inaczej zginanie mogłoby zniekształcić ustawienie. Inne

171 177 napędzane rolki mają tę samą średnicę (300 mm) lecz w tym przypadku ze względu na konieczność posiadania wystarczających powierzchni ogrzewająco/chłodzących.

Odległość pomiędzy rolkami 43/37 i pomiędzy każdą parą sąsiednich rolek w szeregu 40 - 54 ma znaczenie mniej krytyczne i jest dobrana na około 20 - 50 każda. Łożyska, i obramowania są tak rozmieszczone, że rolki mogą być rozstawione podczas przechodzenia po linii.

Krótkie rowkowane rolki w szeregach 38/39 i 41/42 mają średnicę 150 mm tak jak w przykładzie I. Nacisk pomiędzy tymi rolkami i odpowiadającymi im długimi rolkami 37 i 40 odpowiednio jest ustawiony na największą wartość, która może być przykładana bez powodowania powstawania otworów w warstwie krzyżowej. Przy podawaniu warstwy przełożonej 4 x 65 = 230 gm'² jest dobrany docisk rolki wynoszący 200 kg na centymetr długości rolki, a przy podawaniu 4 x 130 = 520 gm'2 warstwy przełożonej, docisk rolki wynosi 300 kg na centymetr długości rolki.

Rezultaty:

Przetestowano próbki z laminatu krzyżowego 71 gm2 w ten sam sposób jak w przykładzie I, przy czym próbki z laminatu 143 gm'2 sątestowane poprzez badanie mikroskopowe. Obydwa zestawy próbek wykazują wypukłą stronę żeber w układzie naprzemiennym, po jednej i po drugiej stronie laminatu jak pokazano na fig. 2. Rozmiar pomiędzy żebrami jest wyraźnie bardziej równy niż obserwowany na laminacie z przykładu I. Kąt v (odniesienie do fig. 3) wynosi zwykle około 40° po jednej stronie i 30° po drugiej stronie, a grubość w środku żeber stanowi około 1,8-krotność średniej grubości materiału pomiędzy żebrami.

Zdolność do samopodtrzymywania według testu wspomnianego w przykładzie I dla laminatu krzyżowego o rozmiarze 71 gm'2 odpowiada zdolności dla· laminatu LDPE o rozmiarze 160 gm-².

W porównaniu z prostszą^ i tańszą linią procesową zastosowaną, w przykładzie I, proces zastosowany w przykładzie II posiada następujące korzyści:

1. Może on powodować wytwarzanie wypukłej strony żeber naprzemiennie po jednej i po drugiej stronie (fig. 2) nawet jeżeli materiał jest rozdzielony w środku przy końcu procesu.

2. Może on wytwarzać strukturę “żebro-U” przy większych prędkościach liniowych.

3. Może on pracować przy materiale grubszym.

4. Materiał pomiędzy żebrami staje się bardziej wyrównany.

Przykład III. Celem tego przykładujest wykazanie, wj aki sposób można zmodyfikować procedurę według przykładu II dla wytworzenia laminatu krzyżowego bez “żeber-U”, gdy jest to pożądane, i w związku z tym demonstruje on korzyści z przeprowadzania dwóch ściskających etapów rozciągania poprzecznego w sposób zgrany.

Procedura według przykładu II jest powtarzana dokładnie w ten sposób z następującymi wyjątkami:

1. Stosunek podłużnego rozciągania i poprzecznego rozciągania, zmierzony przy końcu procesu wynosi za każdym razem 1,40 : 1. Tak więc stosunek rozciągania powierzchniowego wynosi 1,40 x 1,40 = 1,96 : 1.

2. Temperatura obróbki cieplnej wynosi 100°C (rolki 26 i 27).

3. Wzajemne zazębienie pomiędzy ostatnim zestawem rowkowanych rolek jest ustawione poprzez metodę prób i błędów do wartości trochę mniejszej niż tej, która odbudowywuje kształt U. (Jeżeli ona znacznie mniejsza, wówczas grubość staje się bardziej nieregularna).

Proces jest prowadzony zarówno dla folii z czterema warstwami krzyżowymi każda po 65 gm-² i każda po 130 gm'².

Dla porównania, przeprowadzono podobne próby bez “zgrania” i w tym celu linia jest uruchamiana w dwóch etapach. Po wstępnym ogrzaniu 4-warstw, obydwa etapy rozpoczynają się pomiędzy rolkami 47 i 48. Pierwszy etap kończy się na rolce 55, za którą4-warstwowa folia jest nawinięta na szpulę dla ponownego użycia w drugim etapie.

W tym etapie czterowarstwowa folia przechodzi przez całą ścieżkę od 47/48, łącznie z obróbką cieplną, chłodzeniem i rozdzieleniem.

Przed pierwszym etapem, czterowarstwowa folia jest ogrzewana do 60°C a rolki 47/48 są ogrzewane do tej samej temperatury, podczas gdy wszystkie następne rolki są utrzymywane w temperaturze 50°C. Przed drugim etapem, czterowarstwowa folia jest ogrzewana do 50°C a rolki do ściskającego rozciągania poprzecznego są utrzymywane w tej temperaturze podczas gdy rolki do rozciągania podłużnego są utrzymywane przy 20°C.

Następne procesy są przeprowadzane w tych samych warunkach jak wyjaśniono powyżej w związku z procedurą “zgrywania”.

W obydwu etapach rolki 47/48 są stosowane do nadawania czterowarstwowej folii 5% odkształcenia przed rozciąganiem ściskającym Całkowite stosunki odkształcenia są takie same jak w procesie “zgrywania”.

171 177 uS £

Fig. 6B.

171 177

Fig. 7.

β eb

Fig.8.

171 177

Fig.

Fig. 11.

171 177

Fig. 1

Fig.2.

Fig. 4.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz Cena 4,00 zł

Claims (22)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Laminat krzyżowy składający się z przynajmniej dwóch warstw utworzonych z ukierunkowanego termoplastycznego materiału polimerowego, w którym każda warstwa krzyżowa jest ukierunkowana jednoosiowo lub dwuosiowo w sposób niewyrównoważony, a główne kierunki poszczególnych warstw krzyżująsię ze sobą, przy czym laminat krzyżowy wykazuje wzór prążkowań utworzony przez zmiany grubości odpowiadające zmiennym stosunkom rozciągania w kierunku prostopadłym do tych prążkowań, znamienny tym, ze wzór tworzy żebra, które są grubsze niż przeciętna grubość laminatu i mająwklęsłąi wypukłąpowierz.chnię i tym, że materiał w lub w pobliżu granic żeber w stanie bez naprężeń jest zagięty w kierunku przeciwnym do zebra.
2. 2. Laminat według zastrz. 1, znamienny tym, ze żebra sąumieszczone według regularnego wzoru na całej jego szerokości.
3. 3. Laminat według zastrz. 2, znamienny tym, że strony wypukłe żeber w układzie naprzemiennym znajdują się na jednej i na drugiej stronie laminatu krzyżowego.
4. 4. Laminat według zastrz. 2, znamienny tym, że wypukłe strony żeber znajdują się po jednej i tej samej stronie laminatu krzyżowego.
5. 5. Laminat według zastrz. 2, znamienny tym, że średnie rozstawienie pomiędzy sąsiednimi zebrami wynosi pomiędzy 1 i 10 mm, mierząc od szczytu do szczytu.
6. 6. Laminat według zastrz. 2, znamienny tym, że średnia grubość materiału pomiędzy granicami żeber, wyznaczona jako położenia, w których grubość żebra dochodzi do średniej grubości laminatu krzyżowego w miejscowym obszarze dookoła i obejmująca zebro i kilka żeber sąsiednich, jest przynajmniej 15%, a korzystnie przynajmniej 30% niższa niż maksymalna grubość żebra.
7. 7. Laminat według zastrz. 6, znamienny tym, że miejscowe grubości mają wielkość co najmniej 30%, a korzystnie 50% średniej grubości laminatu.
8. 8. Laminat według zastrz. 2, znamienny tym, że kąt pomiędzy dwiema stycznymi płaszczyznami na wklęsłej stronie zebra w pobliżu jego obydwu granic w położeniach, w których ten kąt jest maksymalny, wynosi przynajmniej 10°, wzięte jako średnia dla rozmaitych żeber poprzez laminat krzyżowy.
9. 9. Laminat według zastrz. 8, znamienny tym, że wspomniany kąt wynosi pomiędzy 25° i 90°.
10. 10. Laminat według zastrz. 2, znamienny tym, że zgrubienie żeber i ich zarys podobny do kształtu litery U zostały częściowo wyeliminowane we wzorze linii poprzecznych.
11. 11. Laminat według zastrz. 2, znamienny tym, że jego poszczególne warstwy stanowią trój wytłaczane warstwy z warstwą główną w środku i warstwami przy powierzchniach i ze warstwa główna składa się z 10 - 30% polietylenu o małej gęstości, głównie typu liniowego, zaś resztę stanowi polietylen o dużym ciężarze cząsteczkowym, polipropylen o dużym ciężarze cząsteczkowym lub kombinacja obydwu.
12. 12. Laminat według dowolnego z zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5 albo 6 albo 7 albo 8 albo 9 albo 10 albo 11, znamienny tym, że jest dodatkowo falisty lub zygzakowaty w widoku w przekroju podłużnym.
13. 13. Sposób wytwarzania laminatu krzyżowego w postaci ciągłego pasma o wzorze żebrowym, w którym pasmo krzyżowej warstwy przełożonej utworzonej z przynajmniej dwu warstw, każda składająca się z ukierunkowanego termoplastycznego materiału polimerowego, przy czym każda warstwa jest jednoosiowo lub nierównoważnie dwuosiowo ukierunkowana i przynajmniej jedna z warstw wykazuje kąt pomiędzy swoim kierunkiem podłużnym a swoim głównym kierunkiem zorientowania, i te przynajmniej dwie warstwy są przełożone razem w krzyżującym się układzie odpowiednich głównych kierunków zorientowania, i są rozciągnięte w kierunku poprzecznym do kierunku podawania pasma poprzez proces z zastosowaniem

    171 177 rowkowanych rolek, i w procesie tym przynajmniej dwie warstwy są w sposób ciągły laminowane ze sobą znamienny tym, że wspomniane warstwy rozciąga się poprzecznie i formuje się poniżej temperatury topnienia materiału termoplastycznego, pofalowanego kształtu przekroju no nr^r^airnttiyi uzar^uv i InK hnn nrmpoei*=» uu j. rj i jujiluuUj łvi a\-· m j mu » » j aas^-f a^tn^-b * >~o m e ^Ł V¹ formowania, stabilizuje się części szczytowe pofalowań na przynajmniej jednej stronie laminatu krzyżowego i rozciąga się poprzecznie krzyżowąwarstwę przelożonąpomiędzy stabilizowanymi częściami za pomocą rowkowanych rolek, z utrzymaniem kształtu lub zapamiętywania kształtu materiału w stabilizowanych częściach i następnie obrabia się cieplnie krzyżową warstwę przełożoną tak, ze materiał pomiędzy stabilizowanymi częściami kurczy się wzdłuż hipotetycznej płaszczyzny leżącej zasadniczo w środku pomiędzy powierzchniami krzyżowej warstwy przełożonej w miejscowym obszarze skurczu w kierunku leżącym prostopadle do kierunku ruchu pasma i w razie potrzeby, częściowo ponownie odkształca się stabilizowane części zapamiętanego pofalowania, które zostało ustalone podczas poprzecznego rozciągania za pomocą rowkowanych rolek.
14. 14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, ze obróbkę cieplną prowadzi się przez poddawanie krzyżowej warstwy przełożonej, umiarkowanemu naprężeniu poprzecznemu.
15. 15. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że obróbkę cieplną poprzecznej warstwy przełożonej z fałdami we wstępnie określonym stopniu prowadzi się przez kontaktowanie jej z gorąctą gładką rolką pod niewielkim naprężeniem.
16. 16. Sposób według zastrz. 13 albo 14 albo 15, znamienny tym, że krzyżowe warstwy przekłada się w stanie podłużnego rozciągnięcia przed lub bezpośrednio po formowaniu i stabilizowaniu tych części.
17. 17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że części szczytowe stabilizuje się przez prowadzenie formowania przy utrzymywaniu temperatury krzyżowej warstwy przełożonej bliskiej temperatury topnienia materiału termoplastycznego.
18. 18. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że stabilizację części szczytowych prowadzi się poprzez usieciowanie podczas napromieniowywania.
19. 19. Sposób według zastrz. 13 albo 14 albo 15 albo 17, znamienny tym, że formowanie i stabilizowanie zakrzywionych części prowadzi się równocześnie przez przepuszczanie krzyżowej warstwy przełożonej przez pracujące ściskowo rowkowane rolki.
20. 20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, ze przynajmniej cztery krzyżowo przełożone warstwy prowadzi się razem pomiędzy rowkowanymi rolkami, i że warstwa przełożonajest oddzielana w dowolnym późniejszym etapie procesu wytwarzania na wiele krzyżowych warstw przełożonych.
21. 21. Sposób według zastrz. 13 albo 14 albo 15, znamienny tym, że utrzymanie pamięci w stabilizowanych częściach przeprowadza się przez rozciąganie pomiędzy rowkowanymi rolkami krzyżowej warstwy przełożonej przy czym materiał przy stabilizowanych częściach jest bliski temperatury pokojowej, korzystnie pomiędzy 15-40°C.
22. 22. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że podczas wspomnianej obróbki cieplnej następuje całkowity skurcz poprzeczny pasma krzyżowej warstwy przełozonej i również skurcz podłużny.

    * * *