SE461713B - Foerfarande foer framstaellning av en termoplastfilm genom straengsprutning - Google Patents

Description

461 713 10 15 känslighet för dragresonans vid relativt låg dragnings- eller upptagningshastighet, typiskt vid en upptagningshastighet av cirka 12 m/min eller mer. Dragningsresonans är ett fenomen förenat med sträckningsrörelser och visar sig i uppträdandet av periodiska variationer av tjockleken av den strängsprutade massan i dragen form. Dragningsresonans är huvudsakligen en funktion av upptagningshastigheten samt dragningsförhållandet, varvid dragningsförhâllandet är förhållandet av munstyckesspalt- bredden till filmtjockleken. Med hänsyn till det senare förvän- tas dragningsresonansen för en given strängsprutningsmassa av linjär lågdensitetspolyeten vara Starkare vid dragning till en mindre fílmtjocklek och den börjar då vid en lägre dragnings- hastighet än för en större filmtjocklek.

Film uppvisande dragningsresonans kan uppvisa tjockleks- variationer av storleksordningen f 5 % eller mer, vilket anses _vara kommersiellt icke godtagbart. Sådana tjockleksvariationer 20 30 35 40 försämrar produkthomogenitet och reducerar tillförliïlíghßten och försäljningsbarheten för filmen. Följaktligen har LLDPE som har framställts genom konventionell spaltmunstyckesträngsprut- ningsteknik dragits vid upptagningshastigheter som understiger den kritiska punkten varvid dragningsresonans börjar, som van- ligen är vid en produktionshastighet av 9 till 12 m/min. Detta är en faktor som begränsar produktiviteten allvarligt.

Inom industrin finns det följaktligen ett behov av en metod för framställning av LLDPE-film genom spaltmunstyckesträngsprut- ningsteknik vid relalivt höga dragninqshastigheter under väsentlig elimínering av dragningsresonans i den strängsprutade massan varigenom en termoplastfilm erhålles som är homogen med avseende på tjocklek inom ett kommersiellt godtagbart intervall.

Syftet med föreliggande uppfinning är åstadkommandèt av en homogen termoplastfilm med användning av linjär lågdensitets- polyeten som drages vid upptagningshastígheter större än 12 m/min vid vilken punkt dragningsresonans typiskt uppträder med konventionell spaltmunstyckesträngsprutningsutrustning.

Speciellt är det ett syfte med uppfinningen att framställa en sådan film vid mycket höga upptagningshastigheter av storleks- ordningen TOO m/min eller mer utan att dragningsresonans börjar uppträda i det strängsprutade materialet.

För detta ändamål har det visat sig att väsentlig elimine- ríng av dragníngsresonans i strängsprutat LLDPE-material kan 10 15 20 25 50 35 40 461 713 uppnås genom reduktion av dragningsgapet mellan spaltmunstycket och dragningsvalsen eller -valsarna. Det har speciellt visat sig att ett dragningsgap av cirka noll till högst cirka 15 cm mellan spalten i strängsprutmunstycket och dragningsvalsen möjliggör att LLDPE-filmen drages vid hastigheter av 100 m/min eller mer med tjockleksvariationer som väl uppfyller kommersiella toleranser med avseende på homogenitet.

Uppfinningen avser sålunda ett förfarande för framställning av en termoplastfilm kontinuerligt och under väsentligen eliminering av dragningsresonans däri, genom kontinuerlig strängsprutning av ett strängsprutningsmaterial innefattande åtminstone 30 viktprocent linjär iågdensitetspolyeten, som uppvisar en benägenhet för drag- ningsresonans vid höga dragningshastigheter när det föres genom ett spaltmunstycke i form av en bana,'vilket strängsprutningsmate- rial uppvisar en temperatur överstigande kristallísationstempera- turen, känneteuknat av: dragning av banan genom ett kort dragnings- gap medelst en dragningsvals, som är anordnad närliggande spalten i munstycket så-att dragningsgapet ej överstiger 15 cm, varvid banan drages till en film med kommersiellt godtagbar, homogen tjock- lek, vilken film bildas vid upptagningshastigheter av 75 m/min eller högre; och bibehållande av det korta dragningsgapet vid nämnda has- tigheter.

Vidare har det överraskande visat sig att den med förfarandet enligt uppfinningen bildade IIDPE-filmen är signifikanta storleks- ordningar starkare i såväl maskinriktningen som tvärriktningen.

Dessa upptäckter och andra fördelar med uppfinningen framgår av föreliggande beskrivning.

Enligt en föredragen utföringsform omfattande principerna enligt uppfinningen är en konventionell spaltmunstyckesträng- sprutningsapparatur för framställning av blöjfilm anpassad för tillhandahållande av ett dragningsgap av mellan noll och cirka 15 cm, exempelvis 2,5 cm. En första vals i samverkan med ett luftschaber utnyttjas för dragning av det strängsprutade materialet till önskvärd tjocklek och bredd. Det strängsprutade LLDPE-materia- let är strängsprutat vid en temperatur överstigande dess kristalli- sationstemperatur. Avståndet mellan spalten i munstycket (beteck- nas här ibland helt enkelt munstyckesspalt) och den första valsen är det kritiska dragningsgapet. Enligt den föredragna formen med ett luftschaber är gapet avståndet mellan spalten och gapet bildat genom valsen och luftschabern som verkar på LLDPE-banan. Drag- 10 15 20 30 35 461 713 níngsvalsen arbetar antingen utan tillförsel av värme eller vid en förhöjd temperatur, speciellt för efterföljande präglingsändamål.

Dragningsvalsen är företrädesvis belagd med polytetrafluüretefl för uppnående av bättre filmsläppkarakteristika. Vid dragningsvalsen kristalliserar LLDPE och det har visat sig att det korta dragnings- gapet ger fördelarna enligt föreliggande uppfinning.

Efter dragningsvalsen kan filmen införas i ett gap bildat genom en präglingsvals som samverkar med en gummivals för bild- ning av ett präglíngssystem för prägling av filmytan till önsk- värd textur. En kylningsvals användes därefter för kylning och härdning av filmen efter det att denna har passerat genom präg- lingsvalssystemet, varvid filmen slutligen lindas upp på en upp- tagningsvals. Det strängsprutade LLDPE-materialet upphettas så- lunda enligt föreliggande uppfinning till en temperatur över- stigande dess kristallisatíonstemperatur och strängsprutas genom spaltmunstycket. Ömdelbart efter införandet i det korta gapet som bibehàlles mellan spaltmunstycket och dragningsgapet åstad- kommes dragning av LLDPE till önskvärd tjocklek och bredd för filmen. Med användning av denna kort-dragningsteknik har en 100 % LLDPE-film dragits till en bredd av 80 cm och en tjocklek av 0,025 mm med så hög hastighet som 170 m/min med endast nomi- nell tjockleksvariatíon. För kommersiella ändamål anses a1la_upp- tagningshastigheter av cirka 90 m/min eller mer mycket gynnsamma.

Fastän föreliggande uppfinning löser problemet med drag- ningsresonans vid spaltmunstyckesträngsprutning av LLDPE-filmer dragna vid höga upptagningshastigheter, vet man ännu ej exakt varför kort-dragningstekniken är så effektiv. Elimíneringen av dragningsresonans genom en kort-dragningszon är helt oväntad.

Logiskt skulle man förvänta att en Högre dragningszon som medger att deformatíonen (spänningen) anbringas över ett längre tids- intervall, skulle vara bättre och mindre krävande att justera för det molekylära nätverket. Förbättringen med avseende på fysikaliska egenskaper är också helt oväntad. Man skulle vänta att längre uppehállstíd tillgänglig under ett längre dragnings- förlopp skulle medge att det molekylära nätverket_avspänner spän- níngarna pålagda genom strängsprutningsförloppet och att detta skulle leda till en mer slumpvis (isotrop) orientering som är typiskt för starkare filmer. I bägge fallen har det motsatta upptäckts, dvs kort-dragningen medförde fullständig eliminering av dragningsresonans samt en anmärkningsvärt stark film. fx 10 15 20 25 30 35 5 461 713 Som framhållíts ovan är en annan oväntad biverkan och för- del med denna kort-dragningsteknik att LLDPE-filmen uppvisar signifikant bättre dragningsegenskaper än film framställd medelst ett konventionellt förfarande. Detta fenomen är åter ej full- ständigt klarlagt men högre dragegenskaper i såväl maskinriktning som tvärriktning erhålles, vilka vida överstiger dragegenskaper som erhålles med konventionella spaltmunstyckesträngsprutnings- filmframställningsförlopp.

Dessa och andra fördelar med uppfinningen förklaras ytter- ligare med hänvisning till ritningarna, varpå fig. 1 visar i per- spektiv en schematisk vy av en apparat som belyser en teknik för dragning av en LLDPE-film enligt föreliggande uppfinning, inklu- sive präglingsvalsar och en upptagningsvals; fig. 2 visar en schematisk vy i höjdled som belyser det relativa anordnandet av spaltmunstycket, dragningsvalsen och luftschabern i apparaten visad i fig. 1; fig. 3 visar ett diagram vari draghållfastheten är satt i samband med det strängsprutade materialets víkthalt av linjär lágdensitetspolyeten för en 0,025 mm tjock film med en densitet av 0,935 g/cms, varvid resten av filmen utgöres av lâgdensitetspolyeten; och fig. 4 visar en schematisk vy i höjd- led som belyser en annan teknik för dragning och prägling av en termoplastfílm enligt föreliggande uppfinning.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att- väsentligen eliminera dragningsresonansen som typiskt uppträder: när ett strängsprutat material innehållande linjär lagdensitets- polyeten eller blandning av LLDPE med polyeten, polypropen eller sampolymerer därav, drages för framställning av termoplastfilm med upptagningshastigheter överstigande cirka 12 m/min. Samti- digt är ett syfte med uppfinningen att därigenom framställa en termoplastfilm som är väsentligen homogen med avseende på tjock- lek inom kommersiella toleranser och som också uppvisar förbätt- rade draghållfastheter som ej kan erhållas med någon konventio- nell spaltmunstycke-sprutningsfilm-framställningsprocess eller kanske ej ens med konventionell blåst-rör-filmframställnings- teknik. Följande ingående beskrivning som skall betraktas med hänvisning till de bifogade ritningarna är belysande för känne- tecken och fördelar med förfarandet samt produkten framställd med förfarandet enligt föreliggande uppfinning. 10 15 20 25 30 35 461 713 Det är uppenbart att vissa värden för det strängsprutade materialet, operationsbetingelser för filmframställningsappara- turen och själva filmparametrarna som användes vid uppställ- ningen av angivna data, vart och ett är representativt för ett intervall vari föreliggande uppfinning kan väntas vara effektiv.

Exempelvis är ej densiteten av det strängsprutade materialet innehållande linjär lågdensitetspolyeten begränsad till den specifika densiteten som användes vid sammanställningen av föl- jande data, eftersom kortdragningstekniken för eliminering av dragningsresonans förväntas vara fördelaktig inom hela interval- let av densiteten som kommersiellt använd linjär lågdensitets- polyeten uppvisar. Likaledes kan också själva procentandelen av linjär lågdensitetspolyeten som utgör det strängsprutade materialet variera. Ej heller är tjockleken av filmen framställd i enlighet med uppfinningen begränsad till något speciellt värde, dvs 0,025 mm tjockleken som användes här är endast representativ för en blöjfilm av konventionell tjocklek.

Under hänsynstagande till detta hänvisas till fig. l och Z som schematiskt visar ett system för dragning och prägling av termoplastfilm enligt principerna för föreliggande uppfinning.

Dragnings- och präglingsapparaturen indikeras allmänt med 9.

Ett upphettat strängsprutningsmaterial eller smälta som beskrivs närmare i det följande matas till en spaltmunstycke-strängsprut- ningsanordning 10 från en lämplig källa (ej visad) och sträng- sprutas genom en längsträckt munstyckespalt ll i form av en bana 12. Banan 12 drages horisontellt genom ett förkortat drag-' ningsgap 13 medelst dragningsvalsen D. Dragningsvalsen D sam- verkar med ettluftschaber 14, varigenom i själva verket ett "dragningsnyp" bildas varigenom banan 12 bringas att passera.

Sålunda bildat nyp utnyttjas för-dragning av den strängsprutade banan 12 till en film 15 av önskvärd tjocklek och bredd. Drag- ningsgapet 13 uppvisar en väsentligen konstant längd X mätt vinkelrätt från munstyckespalten ll till dragníngsnypet.

Filmen 15 passerar sedan från dragningsvalsen D till ett system av präglingsvalsar. En av valsarna är en stålvals S upp- visande en yta som är präglad exempelvis genom konventionella gravyrmetoder med ett önskat mönster som skall tilldelas filmen 15. Den andra valsen i präglingsvalssystemet är en fjädrande vals eller gummivals R som tillhandahåller en fjädrande yta för 10 15 20 25 30 7 461 715 samverkan med den icke-fjädrande stàlvalsen S när stàlvalsmönst- ret pressas in i filmen 15. Periferihastigheten för gummivalsen och stálvalsen bibehålles vid en hastighet vid eller något över- stigande den av dragningsvalsen D för att god frigöring av filmen från dragningsvalsen D skall uppnås. _ Den präglade filmen fortskrider från präglingsvalssystemet till en upptagnings~ eller upplindningsvals T. Upptagningsvalsen T kan likaledes operera vid en periferihastighet svarande mot den för präglingssystemet och dragningsvalsen för förhindande av eventuellt ytterligare sträckning av den nypräglade filmen; alternativt kan upptagningsvalsen T operera vid en periferíhas- tíghet överstigande den för präglíngsvalsen varigenom filmen 15 sträcks. En kylvals (ej visad) kan användas intermediärt i för- hållande till präglingsvalssystemet och upptagningsvalsen T om det är nödvändigt att filmen kyles och härdas efter det att denna har passerat genom präglingsvalssystemet.

I enlighet med upptäckerna enligt föreliggande uppfinning upprätthàlles en dragningsgap-längd X som ej överstiger cirka IS cm. Med detta sålunda förkortade dragningsgap 13 kan ett strängsprutat material innehållande linjär lâgdensitetspolyeten dragas till film vid upptagningshastigheter som mycket översti- ger 12 m/min, vilken senare hastighet representerar den ungefär- liga hastigheten vid vilken konventionell spaltmunstycke-drag- ningssträngsprutningsteknikEGT upphov till dragningsresonans i det strängsprutade materialet. Dragningsresonans i det sträng- sprutade LLDPE-materialet elimineras sålunda för alla praktiska ändamål genom förkortning av dragningsgapet. P Enligt en föredragen teknik för framställning av filmen 15 enligt föreliggande uppfinning upphettas den LLDPE-bildande delen av en smälta till en temperatur överstigande dess kristal- lisationstemperatur som är cirka IIOOC, såväl som smälttempera- turen för det strängsprutade materialet som vanligen är omkring 122°C. En smälttemperatur av cirka 190-Z30°C har använts med fördel. Munstycket 10 och munstyckespalten 11 bibehålles vid en förhöjd temperatur i allmänhet nära cirka 260°C.

Det speciella linjära lågdensitetspolyetenhartset som an- vändes här säljes kommersiellt under beteckningen Dowlex 2037 och uppvisar ett smältindex av 2,5 g/10 min och en densitet av 0,935 g/cms. Såsom angivits ovan kan smältan innefatta en bland- ning av termoplastmaterial med den linjära lågdensitetspoly- 10 15 20 25 30 35 461 713 etenen, såsom en polymer som utgöres av polyeten, polypropen eller sampolymerer därav. Med Dowlex 2037 har det visat sig vara fördelaktigt att tillhandahålla ett dragningsgapavstànd X av cirka 2,5 cm, varvid det strängsprutade materialet drages genom detta avstånd till en film av en tjocklek av cirka 0,025 mm, vilket är en typisk tjocklek för filmer av blöjtyp. För efter- följande filmpräglingsändamål, såsom genom präglíngsvalsarna R och S, uppvisar dragningsvalsen D en yttemperatur som hâlles i intervallet cirka 110-1Z5°C. Dragningsvalsen D är företrädesvis belagd med polytetrafluoreten för att bättre filmsläppkarakte- ristika skall uppnås. Präglíngsvalssystemet utnyttjar en vatten- kyld gummivals R och en präglingsstâlvals S som uppvisar en yt- temperatur som hålles i intervallet cirka 25-45°C om ingen sträckning är önskvärd och vid cirka 70°C under sträckning.

Genom användning av kortdragnings-strängsprutníngsmetoden med den ovan angivna apparaturen anordnad såsom beskrivits för efterföljande prägling av filmen erhölls strängsprutningsdata som speglar dragningsupptagningshastigheten för drafiningsvalsen D och bredden av sålunda bildad film 15 med användning av en smälta av 100 % linjär lågdensitetspolyeten som drages till en film av 0,025 mm tjocklek utan att dragningsresonans uppträder.

Dragningshastigheter av storleksordningen cirka 75 m/min till cirka 170 m/min användes och filmbredder av cirka 80-100 cm drogs. En dragningshastighet överstigande 100 m/min med nominel- la tjockleksvariationer betraktas såsom en kommersiellt godtag- bar hastighet för framställning av film innefattande linjär låg- densitetspolyeten. ' En ovanlig och oväntad fördel med kortdragningstekníken är att den bildade filmen uppvisar signifikant bättre dragnings- egenskaper än en ekvivalent film erhållen med förfaranden såsom konventionell eller "längre-dragnings"-spaltmunstyckesträngsprut- ning. I diagrammet i fig. 3 visas de mekaniska egenskaperna för en 0,025 mm tjock film av blöjtyp framställd av smältor uppvi- sande varierande vikthalt linjär lägdensitetspolyeten och fram- ställd med kortdragningstekniken. Díagrammet som är visat är sammanställt med användning av blandningar av LLDPE och LDPE.

Den slutliga draghållfastheten för de bildade filmerna uppmätt i MPa visas för maskinriktningen (MD, príckad linje), tvärrikt- ningen (CD, streckprickad linje) och vid 25 % töjning i maskin- 'Ja 10 15 20 25 30 35 9 461 713 riktningen (25 $ MD, heldragen linje). Dessa slutliga draghàll- fasthetsvärden reflekterar punkten vid vilken filmen spricker eller bryts sönder. Såsom framgår av detta diagram uppvisar 100 % linjär làgdensitetspolyetenfilm framställd medhdenna tek- nik och uppvisande en medeldensitet av 0,935 ochen tjocklek av 0,025 mm en slutlig draghållfasthet i maskinríktningen av cirka 0,04 MPa/2,5 cm bredd i maskinriktningen, 0,03 MPa/2,5 cm bredd i tvärríktningen och 0,017 MPa/2,5 cm bredd vid ZS % töjning i maskinriktningen. Dessa draghâllfasthetsmätningar som är visade i diagrammet och i följande tabell har erhållits för en film- remsa med en bredd av 2,5 cm.

I följande tabell jâmföres draghållfasthetsegenskaperna för den kortdragna filmen enligt föreliggande uppfinning som fram- ställts med höga upptagningshastigheter med en film strängsprutad med konventionell spältmunstyckesteknik av ett identiskt sträng- sprutat LLDPE-material med en tjocklek av 0,025 mm varvid en låg upptagningshastighet av 9 m/min och ett konventionellt gap av cirka 22,5 cm används.

Slutlig Konventionell Enligt uppfinningen draghåll- spaltmunstycke- (MPa/2,5 cm bredd) fasthet strängsprutning (MPa/2,5 cm bredd) MD 0,027 0,04 CD 0,024 0,03 Så¶m1är\ñsat är draghållfastheterna vid spaltmunstycke-kortdragna filmer enligt uppfinningen signifikant och oväntat bättre såväl i maskinriktningen (MD) som tvärriktningen (CD) än vad som erhålles med konventionell spaltmunstycketeknik. Vidare uppnås, under det att MD~hållfastheten för den konventionella metoden _ är 11 % högre än CD-hållfastheten 36 % högre än MD-hållfasthet för LLDPE-filmer enligt uppfinningen.

Man bör vidare lägga märke till att filmen framställd med kortdragningstekniken enligt uppfinningen också uppvisar förbätt- rade draghållfasthetsegenskaper i jämförelse med blåst film framställd av ett identiskt strängsprutningsmaterial_ Filmen framställd med kortdragningstekniken är sålunda överlägsen med avseende på dragningsegenskaper i förhållande till konventionellt gjutna filmer och blåsta filmer framställda av ett identiskt strängsprutningsmaterial. 10 461 715 10 15 20 Ovanstående beskrivning av kortdragningstekniken för fram- ställning av en termoplastfilm omfattande principerna enligt föreliggande uppfinning är belysande och ej begränsande. Det är pppenbart att det finns andra ekvivalenta former av uppfinningen som utnyttjar de fördelaktiga egenskaperna och resultaten som uppnås med uppfinningen utan att man går utanför ramen för före- liggande uppfinning. I fig. 4 visas exempelvis en alternativ utföringsform för framställning av en termoplastfílm enligt före- liggande uppfinning med efterföljande prägling. Enligt denna andra utföríngsform har dragníngsvalsen D som beskrivits med hän- visning till den tidigare diskuterade utföringsformen avlägsnats ur apparaturen. Stålpräglingsvalsen S fungerar härvid både för dragning av det strängsprutade materialet från spaltmunstycket 10 genom ett nyp bildat med luftschabern 14 och efterföljande präglíng av filmen 15, varigenom ett mönster bildas genom tryck- ning därpå i samverkan med gummivalsen R. Upptagníngsvalsen T lindar därefter upp den präglade filmen IS. Andra variationer är uppenbara för fackmannen. ' (fr,

Claims (7)

1/ 461 713 Patentkrav

1. Förfarande för framställning av en termoplaetfilm kontinuerligt och under väsentligen eliminering av dragnings- resonans däri, genom kontinuerlig strängeprutning av ett strangsprutningsmaterial innefattande åtminstone 30 viktpro- cent linjär lágdensitetapolyeten, som uppvisar en benägenhet för dragningsresonans vid höga dragningehastigheter när det föras genom ett spaltmunetycke (ll) i form av en bana (12), vilket strangsprutningsmaterial uppvisar en temperatur över- stigande krietallisationetemperaturen, k ä n n e t e c k - n a t av: dragning av banan genom ett kort dragningegap (13) medelst en dragningsvale (D), som är anordnad närliggande spalten i munstycket sa att dragningsgapet ej överstiger 15 cm, varvid banan drages till en film (15) med kommersiellt godtagbar, homogen tjocklek, vilken film bildas vid upptag- ningahastigheter av 75 m/min eller högre; och bibehållande av det korta dragningsgapet (13) vid nämnda hastigheter.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t.e c k n a t därav, att banan (12) dragee genom det korta dragningegapet, som bildas genom ett luftechaber (14) och dragningevalsen (D).

3. Förfarande enligt krav 1,' k ä n n e t e c k n a t därav, att dragningsgapet är 2,5 cm.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det eträngsprutade materialet innefattar en bland- ning av linjär làgdensitetspolyeten och làgdeneitetapolyeten.

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att strängsprutningsmaterialet innefattar en polymer som utgöres av polyeten, polypropen eller sampolymerer därav.

6. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att strängeprutningsmaterialet utgöres av 100 1 linjär lagdensitetspolyeten.

7. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, en bildad funkar en tjocklek av ca o,o2s mm.