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Verfahren zum kontinuierlichen Verstrecken von Filmen aus isotaktischem Polypropylen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontuinier1ichen Verstrecken von Filmen aus 1sotáktischem Polypropylen.
Die mechanischen Eigenschaften von Filmen aus synthe synthetischen Polymeren werden verbessert, wenn man die Filme unter ihren Schmelzpunkten streckt, wodurch ihre Moleküle orientiert werden. Filme aus isotaktischen Polymeren müssen auf eine erhöhte, dem Schmelzpunkt des Polymers benachbarte Temperatur erhitzt und in jeder Streckrichtung in hohem Grade gestreckt werden, damit sie einen orientierten Film einheitlicher Stärke bilden können. Wenn die Temperatur zu hoch ist, bewirkt das Strecken ein Fliessen des Polymers und sogar die Bildung von Löchern oder ein Reissen des Films ohne Orientierung der Polymermoleküle. Wenn die Temperatur dagegen zu niedrig ist, wird der Film ungleichmässig gestreckt und neigt zum Reissen.
Der erforderliche hohe Grad der Streckung bewirkt eine beträchtliche Verringerung der Stärke des Films, besonders wenn der Film in zwei Richtungen gleichzeitig gestreckt wird, und eine beträchtliche Zunahme der Geschwindigkeit des in einem kontinuierlichen Verfahren gestreckten Films.
Es ist wichtig, dass die Erhitzung des Films genau geregelt wird und die Molekularorientierung nm in einem kurzen Zeitraum erfolgt, da sonst Filme von ungleichmässiger Stärke erhalten werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Verstrecken von Filmen aus isotaktischem Polypropylen, die in zumindest einer Richtung in der Ebene des FUmes verstreckt und somit molekularorientiert werden, insbesondere von Filmbahnen oder schlauchförmigen Filmen, die durch Schmelzstrangpressen und anschliessendes Abschrecken hergestellt sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass die Filmbahn oder der schlauchförmige Film aus isotaktischem Polypropylen, erforderlichenfalls nach erfolgter Vorerwärmung, einem Erhitzungsabsch1Útt zugeführt wird, in dem er mittels Infrarotstrahlung auf eine Temperatur von 120 bis 1700 C, welche unter dem kristallinen Schmelzpunkt des Polypropylens liegt, erhitzt und in zumindest einer Richtung auf das Vier-bis Zehnfache seiner ursprünglichen linearen Dimension verstreckt wird.
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wendet werden, doch ist dies nicht notwendig, da auch bei Kühlung mit Leitungswasser gute Ergebnisse erzielt werden.
Eine Filmbahn kann auch auf festen Flächen zum Erstarren gebracht oder rasch gekühlt werden.
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kann kontinuierlich durchgeführt werden, indem der Film mit einer bestimmten Geschwindigkeit dem Bereich zugeführt wird, in dem er rasch erhitzt wird, worauf der Film Walzen zugeführt wird, die mit höherer Umfangsgeschwindigkeit umlaufen.
Beim Durchwandern des genannten schmalen Bereichs wird der Film gestreckt und kann dann auf einer gekühlten Walze gekühlt werden.
Schlauchförmiger Film kann in der Längsrichtung, in der Querrichtung oder gleichzeitig in der
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Längs- und Querrichtung gestreckt werden. In dem zuletzt genannten Fall erbält man einen schlauchförmigen Film mit der allgemeinsten Verwendbarkeit. Die zur Läagsstreclamg erforderliche Zugspannung
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schrift Nr. 198510 beschrieben. Durch gleichzeitige Einwirkung von Zugspannuagen in der Längs- und Querrichtung kann eine Streckung in der Längs- und Querrichtung bewirkt werden,
Die Erhitzung kann mit Hilfe von elektrischen Infrarot-Heizelementen erfolgen, die auf einer oder beiden Seiten des Films angeordnet werden können. Zur Erzeugung eines einheitlichen Films muss der Film bei einer Temperatur in dez Nähe seines Schmelzpunktes gestreckt und auf eine möglichst einheirliche Temperatur erhitzt werden.
Damit der Temperaturunterschied, um den der Film in dem erfindungs-
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in dem er rasch erhitzt wird, auf eine Temperatur vorerhitzt werden, die unter den einwirkenden Zugspannungen noch kein Strecken gestattet, beispielsweise auf 80-1100 C. Diese Voreshitzung ist besondem bei der Erzeugung von relativ dickem Film zweckmässig.
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in keiner Weise auf die dargestellten Verfahren beschränkt.
Fig. 1 erläutert die Anwendung der Erfindung auf die Herstellung eines längsgestreckten flächen Films. Fig. 2 erläutert die Anwendung der Erfindung auf schlauchförmigen Films
In Fig. 1 ist 1 eine Strangpressvorrichtung, aus der geschmolzenes isotaktisches Polypropylen durch einen Austrittsschlitz ausgespritzt wird. 2 ist ein Wasserbad von 40 C, in dem der gespritzte Film abgeschreckt wird. Die Pfeile deuten die Bewegungsrichtung des Films an. 3 stellt eine Reihe von Klemmwalzen dar, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit umlaufen, die der Geschwindigimi ! : entspricht, mit welcher der Film das Abschreckbad verlässt. Mit 7 ist eine auf 100 C erhitzte Wale lad mit 4 ein Infrarot-
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angeordnet ist.
Dieses Heizelement erhitzt den Film rasch auf eine Temperatur in dem Bereich von 120 bis 1700 C. Mit 8 ist eine auf 00 C gekühlte Walze bezeichnet, die den Zweck hat, ein Schrumpfen des Films nach dem Strecken zu verhindern. 5 bezeichnet eine Reihe von Klemmwalzen, die mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit angetrieben werden als die Walzen 3. Das bevorzugte Verhältnis zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen 5 und 3 ist von der TempeBattir abhängig, bei welcher der Film gestreckt wird, und liegt normalerweise zwischen 2 : 1 und 10 : 1. 6 ist eine Haspel zum Aufwickeln des orientierten Films.
In Fig. 2 ist mit 11 eine ringförmige Strangpressdüse bezeichnet, aus der ein schlauchförmiger Film
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bsseichset.Rohrsonde zur Einführung von Druckluft an den Walzen 12 vorbei in den Filmschlauch dar, wie es in der österr. Patentschrift Nr,'t. 98510 beschrieben ist. 14 ist ein in der UmfangsrichtHing angeordnetes InfrarotHeizelement, das den Film rasch auf eine Temperatur im Bereich von 120 bis 170 C erhitzt. Mit 15 sind
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der Rohrsonde 13 eingeführre Luft aufgeblasen und infolge der Erhitzung durch das Heizelement 14 gestreckt worden ist.
Mit 16 sind Walzen bezeichnet, die den Filmschlauch abgeflacht halten, wobei die beiden Seiten des Filmschlauches aber von der durch die Sonde 13 eingefü uten Luft noch in einem kleinen Abstand voneinander gehalten werden. Mit 17 sind Infrarot-Heizelemente bezeichnet, die den Film etwa auf die Temperatur erhitzen, bei der er gestreckt wird, so dass er eine abgeflachte Form annimmt. Bei 18 sind wassergekühlte Klemmwalzen dargestellt, die eine grössere Umfangsgeschwindigkeit haben als die Walzen 12.19 bezeichnet eine Haspel zum Aufwickeln des orientierten flachliegenden Filmschlauches. 20 ist eine kreisförmige Heizeinrichtung, welche den Bereich, in dem das Strecken erfolgt, mit erhitzter Luft versorgt und dadurch eine Abgabe von Wärme von dem Film an die Atmosphäre während des Streckens verhindert.
Die Erfindung wird weiter in den nachstehenden Beispielen beschrieben, welche die Erf1n. dung jedoch
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l : PolypropylenR. T. Vanderbilt Company in New York erzeugt wird und in der brit. Patentschrift Nr. 687, 532 beschrie- ben ist, wurde durch ein Füllkörperfilter mit einem Durchmesser von 95, 25 mm gepresst, das 35 g Sand mit der Körnung 40/60 und 55 g Sand mit der Körnung 20/40 enthält, dann durch eine 203, 2 mm breite
Schlitzdüse, deren Schlitzränder 0, 2 mm voneinander entfernt waren. Die Schmelze wurde dann in Was ser von 40 C abgeschreckt, wie dies schematisch in Fig. 1 angedeutet ist. Das verwendete Polypropylen hat eine Schmelzviskosität von 7,7#105 Poise bei 1900 C, gemessen in einem Parallelplattenviskosimeter. 0, 81o des Polymers war in Diäthyläther löslich.
Die in die Schlitzdüse eintretende Schmelze hatte eine Temperatur von 2700 C, während die Schlitzränder auf 3000 C erhitzt wurden. Vor dem Strecken war der Filmez mm breit und 0, 15 mm stark. Dann wurde der. Film in der in Fig. 1 gezeigten Anlage längsgestreckt, wobei die langsamen Walzen 3 mit einer solchen Geschwindigkeit umliefen, dass der Film eine Geschwindigkeit von 61 cm/min hatte. Die Infrarot-Heizeinrichrung war ein drahtgewickelter kera- mischer Heizkörper von 1 kW. Dieser Heizkörper war etwa 25 mm oberhalb des Films montiert und seine
Temperatur wurde durch Änderung der an ihn angelegten Spannung geregelt. Dann lief der Film über die
Walze 8 zu den schnellen Walzen 5 und weiter zur Aufwickelwalze 6.
Die zur Herstellung eines einwandfreien Films an die Infrarot-Heizeinrichtung angelegte Spannung wurde durch Versuche ermittelt und ist in der nachstehenden Tabelle angegeben. Wenn sie zu niedrig war, wurde der Film ungleichmässig gestreckt, wobei Teile auf ein höheres Streckverhältnis gestreckt wurden, als dem Geschwindigkeitsverhältnis zwischen den langsamen und den schnellen Walzen entspxach, wäh- rend andere Teile fast ungestreckt verblieben. Selbst wenn der Film gleichmässig gestreckt wurde, erhielt er bei einer zu niedrigen Temperatur infolge von Poren ein silbriges Aussehen. Bei einer zu hohen Tem- peratur erfolgte entweder ein Schmelzen oder Reissen des Films oder die Festigkeit des gestreckten Films wurde nicht erhöht, sondern verringert.
Es wurde jene Mindesttemperatur angewendet, bei der noch ein einheitlich gestreckter Film ohne silbriges Aussehen erhalten wurde.
Die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Streckverhältnisse wurden durch Messen der Längen- veränderung von Messmarken auf dem Film vor und nach dem Strecken ermittelt und waren etwas niedri- ger als das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen den schnellen und den langsamen Walzen. Bei Streckver- hältnissen über 10 : 1 wurden selbst beim Anlegen einer Spannung von 250 V an alle Heizkörper alle Filme silbrig.
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<tb> der <SEP> Filme <SEP> gemäss <SEP> der <SEP> britischen <SEP> Norm <SEP> 903, <SEP> Teil <SEP> A. <SEP> 2, <SEP> [1956],Streckverhältnis <SEP> 4 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 6 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 7 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 8 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 9 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 10 <SEP> :
<SEP> 1
<tb> Spannung <SEP> (Volt) <SEP> 210 <SEP> 210 <SEP> 210 <SEP> 210 <SEP> 230 <SEP> 230 <SEP> 230
<tb> Reissfestigkeit <SEP> kg/c. <SEP> tn% <SEP> 1090 <SEP> 1410 <SEP> 1860 <SEP> 2250 <SEP> 2320 <SEP> 2880 <SEP> 3270
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Beispiel2 :IsotaktischesPolypropylenmiteinerSchmelzviskositätvon105Poisebei190 C,gemessen in einemParalleiplatten-Viskosimeter, wurde durch eine Ringdüse mit einemAussendurchmesser von 51,4mm und einerSpaltweite von 0,76 mm vertikal abwärts gegossen.Die Giessgeschwindigkeit betrug 8,62kg/Std.,
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152 cm/min vertikal abwärts zu Klemmwalzen (12 in der Zeichnung), deren Umfangsgeschwindigkeit ebenfalls 152cm/min betrug. Wie in Fig. 2 dargestellt, wurden die Strangpressdüse, der Kühlzylinder und die Walzenanordnung 12 von einem Luftzuführungsorgan 13 durchsetzt.
Dann wanderte der Filmschlauch durch drei kreisförmige drahtgewickelte elektrische Heizkörper von je lkW, die dicht nebeneinander angeordnet wares und über spannungsregelnde Transformatoren mit Strom versorgt wurden. Der Innendurch- messer des obersten Heizkörpers betrug 152mm, der der beiden unteren Heizkörper 229 mm.
Der oberste
Heizkörper erhielt Strom bis zu 67% seiner Kapazität, was einer Stromaufnahme von 5 3/4 A entsprach.
Der zweite Heizkörper wurde auf 79% seiner Kapazität erhitzt, was ebenfalls einer Stromaufnahme von
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5 3/4 A entsprach, und der dritte wurde auf 82% seiner Kapazität erhitzt. was einem Strom von 6 A entsprach. 191 mm unter dem dritten Heizkörper dieser Gruppe trat der Film durch einen weiteren drahtgewickelten elektrischen Heizkörper mit einem Innendurchmesser von 483 mm, der mit Strom im Ausmass von 601o seiner Kapazität beschickt wurde, was einem Strom von 6 A entsprach. Der Film lief dann durch eine Reihe von Abflachwalzenwiesie In Fig. 2 bei 15 dargestellt ist, zu den Klemmwalzen 18 in Pig. 2.
Zur Inbetriebnahme des Verfahrens wurde der Film durch denKuMzylinder und die Dusenschlitzräder stranggepresst, die so eingestellt waren, dass ein stranggepresster Schlauch von einheitlicher Wandstärke erhalten wurde. Dieser wurde dann durch die ändern Teile der Anlage geführt. wobei die Walzen 18 zunächst mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 152 cm/min umliefen. Die von einem regelbaren Getriebe angetriebenen Walzen 18 wurden dann beschleunigt und durch das Luftzuführungsorgan 13 wurde soviel Luft in den Schlauch eingeführt, dass dessen Durchmesser aufrechterhalten wade.
Nach Beschleunigung der Streckwalzen 18 auf eine Umfangsgeschwindigkeit von 10,06 m/min, wurde in den Schlauch so viel Luft eingeführt, dass er nach dem Durchtritt durch die drei dicht nebeneinander angeordneten Heizkörper von 1 kW (14 in Fig. 2) aufgeweitet wurde.
Nach dem Flachlegen wurde ein Film mit einer Breite von 508 mm und einer durchschnittlichen Stärke von 0, 015 mm erhalten, der eine einheitliche Molekularorientierl1ng besass.
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<tb> 6 <SEP> : <SEP> 1Maschinenrichtung: <SEP> Bruchspannung <SEP> 10.10 <SEP> kg/cm2
<tb> Bruchdehnung <SEP> 48 <SEP> % <SEP>
<tb> Querrichtung <SEP> : <SEP> Bruchspannung <SEP> 1590 <SEP> kg/cmS
<tb> Bruchdehnung <SEP> 52 <SEP> 0/0 <SEP>
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PATENTANSPRÜCHE :
1.
Verfahren zum kontinuierlichen Verstrecken von Filmen ans isomktischem Polypropylen, die in zumindest einer Richtung in der Ebene des Films verstreckt und somit molekularorlentien werden, insbesondere von Filmbahnen oder schlauchförmigen Filmen, die durch Schmelzstra. ngptessen und anschliessendes Abschrecken hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Filmbahn oder der schlauchförmige Film aus isotaktischem Polypropylen,erforderlichenfalls nach erfolgter Vorerwärmung, einem Erhitzungsabschnitt zugeführt wird, in dem er mittels Infrarotstrahlung auf eine Temperatur von 120 bis 1700 C, welche unter dem kristallinen Schmelzpunkt des Polypropylens liegt, erhitzt und in zumindest einer Richtung auf das Vier-bis Zehnfache seiner ursprünglichen linearen Dimension verstrecio :
wird.