SE426035B - Sett och anordning for att kontinuerligt framstella ett biaxiellt streckt band av termoplastisk plast - Google Patents

Description

40 7801880-'1 termoplastiskt tillstånd värmd plastplattai.en press till mindre tjocklek på så sätt, att materialet rör sig biaxiellt utåt. Man låter materialet svalna medan presstrycket upprätthålles och er- håller en biaxiellt sträckt plastplatta. Detta förfarande kan icke användas för kontinuerlig tillverkning.

Problemet som ligger till grund för uppfinningen är att åstad- komma ett enkelt förfarande och en enkel anordning för kontinuerlig biaxiell sträckning av plastband, -folier och -profiler. I det följande användes den sammanfattande benämningen “band", vilket skall anses även innefatta folier och profiler med godtyckligt tvärsnitt. 7 Vid sättet enligt uppfinningen för framställning av biaxiellt sträckta band av termoplast föres ett icke sträckt plastband genom en kalibreringsanordning, som innefattar en formningszon och en kylningszon. Senast vid slutet av formningszonen föres plast- bandet på så sätt mellan begränsningsytor, vilkas avstånd är mindre än det icke sträckta bandets tjocklek, att bandets bredd ökas i förhållandet till bredden hos det icke sträckta bandet. I kylnings- zonen avkyles bandet mellan begränsningsytor med ett konstant av- stånd med ovannämnda storlek till under mjukningstemperaturen.

Den i formningszonen uppnådda biaxiella termoplastiska sträck- ningen fryses i kylningszonen till en kvarstående sträckning.

Om man utgår från att volymen V av ett godtyckligt bandavsnitt förblir tillnärmelsevis konstant vid sträckningen, så finns mellan sträckningen i längd- och tvärriktningen å ena sidan och tjockleks- minskningen å andra sidan ett matematiskt samband, som kan uttryckas sålunda V = d - l b = d 9 där d betecknar bandets tjocklek i icke sträckt tillstånd, b bandets bredd i icke sträckt tillstånd och l längden hos bandav- . 1 . 9 bg snittet i icke sträckt tillstånd, medan de med index g försedda uttrycken betecknar motsvarande storheter i sträckt tillstånd.

Denna ekvation är icke fullt exakt, eftersom sträckningen âtföljdes av en obetydlig volymsändring, vilken emellertid kan försummas i detta sammanhang. Om ett plant band eller en godtycklig profil sträckes, gäller de här angivna ekvationer på motsvarande sätt för ett tänkt volymsavsnitt inom profilen.

Den linjära sträckningsgraden angives vanligen i procent och motsvarar uttrycket 1 _ 1 procentuell sträckningsgrad = g 1 ' 100 % 10 15 20 25 30 35 40 7801880-1 Till skillnad härifrån användes i efterföljande ekvationer den relativa linjära sträckningsgraden, som definieras längsträckningsgrad Rl = lg/l tvärsträckningsgrad Rq = bg/b Lämpligen är båda sträckningsgraderna lika stora (Rl = Rq).

Vid sättet enligt uppfinningen kan den linjära procentuella sträck- ningsgraden väljas ungefär i området från 40 till 120 %, vilket motsvarar en relativt linjär sträckningsgrad av 1,4-2,2. Vid biaxiellt likformig sträckning sker därvid en ytförstoring av om- kring 2 till 5 gånger. Vid mindre sträckningsgrader sker icke de eftersträvade förbättringarna av egenskaperna i önskad omfattning.

Tjockleken hos det sträckta bandet erhålles ur ekvationen d d = _- g Rl-Rq Denna tjocklek åstadkommes medelst det lika stora avståndet a mellan begränsningsytorna vid slutet av formningszonen. Om V0 är hastigheten hos det icke sträckta bandet, uppnår bandet vid slutet av formningszonen hastigheten v v = vo - Rl Det sträckta bandets utträdeshastighet inställes medelst en lämplig draganordning på nämnda värde, om den icke inställer sig av sig själv genom bandets frammatning. Givetvis måste formnings- zonen ha den erforderliga bredden respektive breddutvidgningen i frammatningsriktningen, för att tillåta tvärutvidgningen av bandet.

Plastbandet kan föras genom kalibreringsanordningen på olika sätt. Bandet kan t ex i fruset tillstånd medelst en draganordning t ex dragvalsar framdragas vid änden av kalibreringsanordningen.

Dragkraften överföres därvid till det genom kalibreringsanordningen glidande bandet.

Man kan åstadkomma den för bandets förflyttning erforderliga kraften även före ingången till kalibreringsanordningen medelst en skjutanordning, exempelvis medelst skjutvalsar, och uppvärma bandet i kalibreringsanordningen till termoelastiskt tillstånd samt i den följande formningszonen låta ytförstoringen och efterföljande avkylning ske på ovan beskrivet sätt. Detta arbetssätt användes t ex om ett icke kontinuerligt tillverkat plastband utan enskilda bandavsnitt eller plattor bearbetas. Det helt kontinuerliga arbets- sättet är emellertid att föredraga.

Slutligen är det även möjligt att ansluta kalibreringsanord- ningen trycktätt till utgångsmunstycket i en strängsprutmaskin och att avkyla plaststrängen i form av ett band ned till termo- lO 15' 20 zš 30 35 40 7801880-1 elastiskt tillstånd.

*Den termoplastiska massans hydrostatiska tryck överföres till det termoelastiska bandet som skjutkraft, som skjuter bandet genom de efterföljande zonerna av kalibreringsanordningen. Man kan även låta de beskrivna skjut- och draganordningarna verka samtidigt.

De yttre drag- eller skjutkrafterna framtvingar den efter- strävade termoelastiska deformationen eller sträckningen. Det upp- står mycket stora reaktionskrafter på kalibreringsanordningens be- gränsningsytor och därigenom stora friktionskrafter mellan plast- bandet och kalibreringsanordningen. Friktionen övervinnes lämpligen genom användningen av ett smörjmedel mellan plastbandets yta och kalibreringsanordningens begränsningsytor. För att en smörjmedels- film av tillräcklig tjocklek skall säkerställas, måste smörjmedels- trycket vara lika stort som trycket från den termoelastiska plast- strängen vid stället som berör smörjmedelfilmen. Detta tryck fram- kallas i enklaste fallet genom släpströmning, som uppstår genom att plasüæmdet före införandet i kalibreringsanordningen belägges med smörjmedlet och drager detta med sig in i kalibreringsanordningen.

Om på detta sätt det erforderliga smörjmedeltrycket icke kan upp- rätthållas på hela vägen genom kalibreringsanordningen, kan ytter- ligare smörjmedel under erforderligt tryck inpumpas vid ett eller flera ställen genom öppningar i begränsningsytorna. Detta kan sär- skilt vara nödvändigt i det fall att plastbandet inom kalibrerings- anordningen icke på alla sidor fast omslutes av begränsningsytorna och smörjmedlet kan flyta bort vid bandets sidokanter, vilket i ; allmänhet är nödvändigt för en obehindrad breddutvidgning. Smörj- medelsfilmen kan inom området för.breddsträckningen ha en tjock- lek av omkring 0,01 till l mm. Smörjmedelfilmen säkerställer en god värmeövergång mellan plastbandet och kalibreringsanordningen.

Som smörjmedel lämpar sig alla vätskor, som icke ofördelaktigt påverkar plastens egenskaper. Lågviskösa smörjmedel, till vilka hör exempelvis tunnflytande oljor, glycerin och vatten, har den förde- len aüzde sünktminskar glidmotståndet men kan även på grund av läckströmning ställvis medföra särskilt tunna smörjmedelfilmer med motsvarande högre glidmotstånd. Smörjmedelsfilmer med likformig tjocklek och mindre läckförluster uppnås med smörjmedel med högre viskositet, exempelvis från l till 500 Pa.sec. Exempel på sådana smörjmedel är högviskösa oljor och fetter eller vattenhaltiga polymerisatlösningar, exempelvis de som beskrives i tyska öppen- läggningsskriften 2 459 306, eller organiska polymerisatlösningar. , n, i.. _..__f_, , ._.._...._._._ ......,.___.,?.,- 10 15 20 25 30 35 40 7801880-'1 Förfarandet kan utföras med alla plaster, som vid vissa tempera- turer över mjukningstemperaturen och under temperaturen för det termoplastiska tillståndet har ett termoelastiskt tillståndsområde, i vilket en molekylorientering kan uppnås och kvarhållas genom avkylning. Denna orientering är den egentliga orsaken till egenskaps- förbättringen. Det termoelastiska tillståndsomrâdet hos plaster har ingående beskrivits i G. Schreyer "Konstruieren mit Kunst- stoffen" (1972), sid. 384-414, 456-492. Till de användbara plaster- na hör t ex polymetylmetakrylat eller blandpolymerisat av mer än 80 % metylmetakrylat med andra akryl- eller metakrylestrar eller -nitriler, samt polystyren, styren-akrylnitril-blandpolymerisat, polyvinylklorid och dess slagsega modifikationer, polyolefiner, polyamider, polyoximetylen, termoplastiska polyestrar. De nämnda plasterna på bas av metylmetakrylat är att föredraga. Eftersom temperaturen i sträckningszonen kan inställas mycket noggrant, kan även plaster med ett mycket smalt temperaturområde för det termo- elastiska tillståndet användas. Plasterna behöver icke vara termo- plastiskt formbara. Man kan t ex även använda ett kontinuerligt gjutet plastband av polymetylmetakrylat, som på grund av sin höga molekylvikt eller på grund av bryggbildning visserligen blir termo- elastiskt men icke termoplastiskt. Om det använda plastbandet fram- ställes genom strängsprutning, bestämmes kraven på molekylvikt och smältviskositet hos plasten på i och för sig känt sätt av förhållandena vid strängsprutningen. I princip kan för förfaran- det enligt uppfinningen varje plastmaterial anses lämpligt, vars termoelastiska spänning inom det för formningen och infrysningen erforderliga tidsintervallet icke väsentligt avtager. För termo- plastisk polymetylmetakrylat ligger det lämpligaste området för molekylvikten vid lO0 000 till 400 000.

Temperaturen hos plastbandet inom formningszonen bestämmes av läget för det termoelastiska tillståndsområdet. En inom detta område låg temperatur har den fördelen att relaxationer i stor utsträckning undvikes men samtidigt den nackdelen att stora de- formationskrafter måste användas. För polymetylmetakrylat är form- ningstemperaturer av 130 till 1500 C väl lämpade. Efter formningen kyles inom kylzonen åtminstone till 800 C.

Man erhåller ett gynnsammare efterkrympningsförhållande för det sträckta plastbandet, om man reglerar arbetstemperaturerna så att plastbandet under sträckningsförloppet eller under en väsent- lig del av detsamma föreligger i termoelastiskt tillstånd endast i 10 l5 20 25 30 35 40 7801880-1 6 ett närmast ytan beläget område och i kärnområdet är termoplastiskt.

En sådan temperaturfördelning kan särskilt åstadkommas, om kali- breringsanordningen är ansluten direkt till en strängsprutmaskin och plaststrängen före sträckningen kyles endast på ytan. I den termoplastiska kärnan relaxerar sträckspänningarna, så att endast de närmast ytan belägna skikten förblir orienterade vid sträckningen.

De mekaniska egenskaperna hos dessa liksom med en sträckt hud över- dragna plastband motsvarar egenskaperna hos genomgående sträckta plaster, om de utsättes för påkänningar genom elastisk böjning, eftersom därvid i allmänhet spänningar uppstår endast i den yttre huden och endast obetydliga spänningar uppträder i mitten av tvärsektionen. De på detta sätt framställda plastbanden har mindre benägenhet att efterkrympa vid förhöjd temperatur.

Den biaxiella sträckningen vid förfarandet enligt uppfinningen innefattar sträckning både i längd- och tvärriktningen av plast- bandet. Båda sträckningsförloppen kan genomföras samtidigt, genom att man för plastbandet genom en kalibreringszon, vars fria höjd kontinuerligt avtager och vars fria bredd kontinuerligt ökar, och i vilken breddökningen och höjdminskningen är så anpassade till varandra, att den fria tvärsnittsytan kontinuerligt avtager. Den samtidiga biaxiella sträckningen är även möjlig i det fall att formningszonen är så utförd, att den angivna måttändringen endast gäller för själva plastbandet, medan formningszonens fria bredd kan vara större än bandets bredd.,I detta fall måste man ordna så att smörjmedelsfilmen icke genom läckströmning tilldet fria1fl:gmmet bredvid plastbandet alltför starkt minskas.

Man kan emellertid även utföra längdsträckningen och tvärsträck- ningen i skilda förlopp, varvid lämpligen först sträckning sker i längdriktningen och därefter i tvärriktningen. Sträckningen i längdriktningen kan ske på i och för sig känt sätt, t ex medelst dragvalsar, varpå det enaxligt sträckta bandet kyles till under mjukningstemperaturen och föres in i kalibreringsanordningen, i vilken det före formningen först åter värmes till termoelastiskt tillstånd. Vid den förberedande enaxliga sträckningen går man lämp- ligen så långautöver den i slutprodukten önskade längdsträcknings- graden, att den för den efterföljande sträckningen i tvärriktningen erforderliga formningsenergin redan är infrusen i den enaxligt sträckta strängen. I en kalibreringszon med konstant avstånd mellan begränsningsytorna värmes plastbandet till det termoelastiska till- ståndet, varpå de termoelastiska krafterna utjämnas på så sätt, 10 15 20 25 30 35 40 7801880-1 ~i att en del av längdsträckningen under breddning av bandet övergår till en tvärsträckning.

Ett särskilt fördelaktigt förfarande för längdsträckningen be- står i att man låter smörjmodlet allsidigt verka på det termoelas- tiska plastbandet med ett sådant hydrostatiskt tryck, att plast- bandet under insnörning sträcker sig i längdriktningen. Plastbandet kan utan mellankommande kylning vidareföras till en breddsträck- ningszon av ovan beskrivet slag.

'Jämte dessa särskilt lämpliga utföringsformer är talrika andra varianter tänkbara, vilka kan kännetecknas av olika ordningsföljd för längd- och tvärsträckningsförloppen och vid vilka drivkrafterna för plastbandet kan bringas att verka på olika sätt.

På bifogade ritningar visas fördelaktiga anordningar för ut- förandet av förfarandet enligt uppfinningen i samband med biaxiell sträckning av polymetylmetakrylat med 70 % i varje sträcknings- riktning.

Fig. l visar en sektion genom en formningsanordning för sam- tidig längd- och tvärsträckning.

Fig. 2 visar en sektion genom den i fig. l visade anord- ningen längs planet II-II.

Fig. 3 visar samma sektion som fig. 2 med utelämnande av plast- bandet.

Fig. 4 visar en tvärsektion genom kalibreringsanordningen i planet IV-IV i fig. 3.

Fig. 5 visar en sektion genom en formningsanordning, i vilken först utföres en längdsträckning och därefter en tvärsträckning.

Fig. 6 visar en sektion genom anordningen enligt fig. 5 längs planet VI-VI.

Vid anordningen enligt fig. l införes plastbandet l i fast tillstånd, dvs. under mjukningstemperaturen, medelst valsparet 3 i formningsanordningens tempereringszon 4. Vid inloppsöppningen 5 påföres smörjmedel 6 på bandets ytor. I tempereringszonen 4, vars fria höjd 7 är konstant och överensstämmer med det införda plast- bandets tjocklek inklusive smörjmedelsfilmen, värmes plastbandet till omkring 140° o. den fria höjden kontinuerligt till omkring l/3 av det ursprungliga värdet. Samtidigt ökar den fria bredden 9 till omkring 1,7 gånger I den efterföljande formningszonen 8 avtager plastbandets ursprungliga bredd. Formningszonen hälles likformigt på en temperatur av 1400 C. Breddsträckningen underlättas och bort- flytning av smörjmedlet åt sidorna minskas, om kalibreringsanord- 10 15 20 25 30 35 40 7801880-1 8 ningens inre begränsningsyta i formningszonen 8 har en flack båg- formig tröskel 28 (se fig. 3 och 4) eller liknande profilering.

Det kan vara lämpligt att i omrâdet för formningszonen 8 medelst en eller flera ledningar 10 inpumpa nytt smörjmedel för att kompen- sera läckningsförluster. Det vid kanterna bortgående smörjmedlet kan avledas genom ledningar ll.

Det biaxiellt sträckta bandet föres från formningszonen 8 till kylningszonen l2, som exempelvis kyles till 300 C och ur vilken plastbandet föres med en temperatur av högst 800 C. Mellan kylnings- zonen 12 och formningszonen 8 är lämpligen infogad en termisk isola- tion l3. Den fria höjden och bredden hos kylningszonen är konstant och överensstämmer med måtten vid utloppet ur formningszonen.

Det utgående biaxiellt sträckta plastbandet 14 befrias medelst en avstryknings- och/eller tvättanordning 15 från smörjmedelsfilmen.

Tvättningen kan undvaras, om plastbandet l innan det införes i formningsanordningen beklädes med en skyddsfolie, som sträckes till- sammans.med bandet. Om vatten eller en polymerlösning i vatten eller ett flyktigt lösningsmedel användes som smörjmedel, kan smörjmedelsfilmen eller den efter avstrykningen kvarblivande resten därav torkas genom värmestrålning eller varmluft. Det kylda och från flytande smörjmedel befriade bandet kan dragas bort med drag- valsar 16 och tillföras en lindnings- eller delningsanordning.

En anordning för utförande av sträckningsförfarandet i tvâ steg visas i fig. 5 och 6. Den följande beskrivningen av anordningen hänför sig även till bíaxiell sträckning av polymetylmetakrylat med 70 % i två riktningar. Plastbandet, som skall sträckas, fram- ställes medelst ett sprutmunstycke och kyles i tempereringszonen l8 till termoelastiskt tillstånd, dvs. till l4O0 C. Massans tryck vid utträdet ur sprutmunstycket uppgår till omkring 20 Bar.

I tempereringszonen 18 tillföres genom ett bandet omfattande spår 19 en smörjmedelsfilm 20 på bandets yta, vars mängd ständigt så avpassas, att en tunn film bildas. I sträckningszonen 21 hålles medelst en ledning 22 smörjmedelsmängden ständigt så stor, att plastbandet 23 insnöres till 35 % av sin ursprungliga bredd och tjocklek och dess hastighet i frammatningsriktningen ökas i mot- svarande grad. Till sträckningszonen 2l är breddningszonen 24 an- sluten, vars fria höjd 25 motsvarar tjockleken hos det från sträck- ningszonen 21 kommande bandet inklusive tjockleken hos smörjmedels- filmen. I breddningszonen 24 minskas åter bandets hastighet, efter- som bandet i motsvarighet till den lagrade elastiska energin vidgar 10 7801880-1 sig i sidled till bredden 26. Avlägsnandet av smörjmedlet och bort- föringen av det biaxiellt sträckta bandet sker på samma sätt som vid den i fig. l och 2 visade anordningen.

Om en vågprofil eller ett på ytan profilerat plastband skall framställas, anordnas mellan sträckningszonen 8 respektive bredd- ningszonen 24 och kylningszonen 12 respektive 27 en motsvarande vecknings- eller profileringskanal. I denna kan t ex det hittills plana sträckta bandet veckas sinus- eller trapetsformigt. Därefter fryses i kylninqszonen sträckningen och veckningen eller profile- ringen samtidigt. I princip är det naturligtvis möjligt att enligt uppfinningen biaxiellt sträcka icke plana eller olika tjocka plast- band.

Claims (14)

7801880-1 PATENTKRAV

1. l. Sätt att kontinuerligt framställa ett biaxiellt sträckt band av termoplastisk plast, vid vilket ett icke sträckt, till formbart tillstånd värmt plastband medelst drag- och/eller skjutkraft förs genom en formningszon mellan begränsningsytor, vilkas avstånd är mindre än det ännu icke sträckte bandets och därvid förlängs i sin flytriktning genom formníngszonen och töjs pâ bredden, samtidigt som dess tjocklek minskas, samt i anslutning därtill kyls till under plastens mjukningstemperatur i en efterföljande kylningszon, k ä n n e t e c k n a t av att formningen av plastbandet genomförs elastiskt inom det temperaturomràde, i vilket det befinner sig i termoelastiskt tillstànd, och kylningen genomförs under bibehållande av den vid formningen àstadkomna elastiska deformeringen.

2. Sätt enligt kravet 1, mellan begränsningsytorna vid slutet av formníngszonen bestämmas av ekva- kännetecknat avattavstàndeta tionen a: d och bandets hastighet v vid slutet av formníngszonen bestämmas av ekvatio- Den v = vg . Rl varvid d betecknar det icke sträckte bandets tjocklek V0 betecknar det icke sträckte bandets hastighet Rl betecknar längdsträckningsgraden (kvoten mellan längden hos ett bandavsnitt efter och före sträckningen) Rq tvärsträckningsgraden (kvoten mellan det sträckte och icke sträckta bandets bredd).

3. Sätt enligt nagot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att bandet förs genom formníngszonen medelst drag- eller skjutvalsar, vilka verkar pa plastbandet vid delar därav som är kylda till under mjukningstem- peraturen.

4. Sätt enligt kraven l och 2, plastbandet framställs i en strängpress och trycks genom formníngszonen medelst det i strängpressen härskande hydrostatiska trycket. kännetecknat av att

5. Sätt enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t av att plastbandet i termoplastiskt tillstànd förs in i en tempereringszon, i vilken 11 7801880-1 det kyls till termoelastiskt tillstànd, och därefter införs i formningszonen, vars fria tvärsektion i förhållande till tvärsektionen hos tempereringszonen har större bredd, mindre höjd och mindre tvärsnittsyta, och att bandet inom formningszonen kyis till under mjukningstemperaturen. kännetecknat avatt

6. Sätt enligt nagot av kraven l-5, plastbandet före införandet i formningszonen paförs ett Smörjmedel.

7. Sätt enligt kravet 6, smörjmedel använder en 0,1- till lü-procentig vattenhaltig lösning av en kännetecknat av att man som vattenlöslig polymer.

8. Sätt enligt nagot av kraven 1-7, termoplasten är polymetylmetakrylat eller ett till mer än 80% av metyl- kännetecknat avatt metakrylat bestående sampolymerisat.

9. Anordning för utförande av det i nagot av de föregående kraven angivna sättet att framställa ett biaxiellt sträckt band av termoplastisk plast, varvid ett icke sträckt plastband i termoelastiskt tillstànd förs genom en formningsanordning, vilken innefattar en genomloppskanal för bandet k ä n n e t e c k n a d av att formningsanordningen innefattar en formnings- zon (8; 21, 24), i vilken åtminstone inom ett parti (8, 21) höjden hos kanalens tvärsnitt avtar i plastbandets flytriktning sett, samt en i denna flytriktning efterföljande kylningszon (12, 27), som är försedd med en kylanordning och vars fria höjd är konstant och överensstämmer med höjden av formningszonen vid dennas slut.

10. Anordning enligt kravet 9, k ä n n e t e c k n a d av att formningszonen innefattar ett parti (18, 24) inom vilket bredden hos genom- loppskanalens tvärsnitt tilltar i plastbandets flytriktning.

11. ll. Anordning enligt nagot av kraven 9 och 10, k ä n n e t e c k n a d av att den fria tvärsnittsarean inom formningszonen (8, 21) kontinuerligt avtar i plastbandets flytriktning.

12. Anordning enligt något av kraven 9-11, att en eventuellt med uppvärmnings- eller kylningsanordningar försedd tem- kännetecknadav pereringszon (4, 18), vars fria tvärsektion överensstämmer med tvärsektionen vid början av formningszonen (8, 21) och som är konstant, är anordnad före formningszonen.

13. Anordning enligt nagot av kraven 9-12, k ä n n e t e c k n a d av att ett smörjspar är anordnat före formningszonen.

14. Anordning enligt nagot av kraven 9-13, k ä n n e t e c k n a d av att den är ansluten trycktätt till munstycket i en strängpress. GB 926 566