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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Laminaten, die aus mindestens zwei Folien aus einem polymeren Kunststoff bestehen, wobei die Folien zusammengepresst und in Querrichtung verstreckt werden.
Es sind verschiedene Wege zum Verbinden von Folien bekannt, um ein Laminat zu bilden.
Wenn die Folien durch Extrudieren hergestellt werden, ist es üblich, auf einer oder zwei Oberflä- chen der Folien einen Druckkleber aufzubringen, so dass sich durch eine einfache Pressung zwischen den Folien eine Verbindung ergibt.
Die Verwendung eines Druckklebers hat den Nachteil, dass eine Schweissung durch das
Laminat hindurch unmöglich ist, und dass der Kleber in Form einer Lösung aufgebracht werden muss, was den Aufbringvorgang kompliziert.
Wenn die Verwendung eines Druckklebers erwünscht ist, der mit extrudiert wird und welcher ein Schweissen des Laminates ermöglicht, ist es nötig, hohe Temperaturen anzuwenden, wodurch die Handhabung der Folie schwierig wird. Weiters ist ein mitextrudierter Kleber haftend und es ist schwierig, eine derartige Folie auf Rollen aufzuwickeln infolge der Pressung, welche auf die Folie während des Aufwindens wirkt.
Bei einem aus der DE-OS 1294005 bekanntgewordenen Verfahren erfolgt das Verstrecken der Folien in Querrichtung, während die Folien in leichtem Kontakt miteinander stehen ; erst danach werden die Folien unter Anwendung von Druck in innigen Kontakt miteinander gebracht.
Darüber hinaus wird eine von den miteinander zu verbindenden Folien während des Verstreckens auf eine Temperatur erwärmt, welche oberhalb ihres Schmelzpunktes liegt.
Demgegenüber zeichnet sich das erfindungsgemässe Verfahren dadurch aus, dass die Folien entlang sich in Längsrichtung der Folien erstreckenden Linien zusammengepresst werden und gleichzeitig in Querrichtung verstreckt werden, wobei die Temperatur der Folienoberflächen geringer als die Schmelztemperatur ist.
Die Vereinigung von Druck und Verstrecken erzeugt eine überraschend verbesserte Bindewirkung verglichen mit einer allein durch Druck erzeugten. Dabei wird durch die Vereinigung von Druck und Streckung ein verbesserter Bindungseffekt bei Temperaturen erzeugt, die niedriger sind als die Schmelztemperaturen der Oberflächenschichten. Es ist insbesondere überraschend, dass diese Wirkung auch bei Raumtemperatur erhalten werden kann, bei welcher durch Druck allein kein merkbarer Bindungseffekt erreichbar ist.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens kann daher die getrennte Zufuhr eines adhäsiven Polymeren und/oder ein Erwärmen auf erhöhte Temperaturen entfallen.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in einer Vorrichtung ausgeführt werden, die eine Zuführeinrichtung für zwei oder mehr Folien zu einem Querstrecksystem aufweist, und aus einer Einrichtung zum Aufeinanderlegen der Folien in dem System, wobei das System eine Vorrichtung zum Aufbringen von Druck entlang sich in Längsrichtung der Filme erstreckender Linien aufweist, wodurch ein Laminat gebildet wird, das die Gestalt von vorübergehenden gleichmässig verteilten, längsverlaufenden Faltungen aufweist.
Das Strecken wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt und kann durch Hindurchlaufenlassen von zwei oder mehr Folien durch den Spalt von zwei oder mehr Walzenpaaren erfolgen, deren Walzen rillenartig ineinandergreifen, wobei die Rillen in Längsrichtung der durchlaufenden Folien liegen. Es werden auf diese Weise Faltungen beim Durchgang durch die Walzen während des Querverstreckens erzeugt und die Bindung tritt ein. Die während des Durchganges durch ein Walzenpaar erzeugten Faltungen können vor dem Durchlauf durch das nächste Paar zumindest teilweise ausgeglättet werden.
Zumindest eine der gerillten Walzen kann beheizt sein, um das Binden zusätzlich zu verbessern. Oftmals jedoch, wie bereits gesagt, erfolgt das gesamte Verstrecken unter Druck bei Raumtemperatur oder einer nahe dieser liegenden.
In Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens kann vorgesehen werden, dass das Laminat ausserdem in einer oder mehreren getrennten Stufen in Längsrichtung verstreckt wird.
Das sich hiebei ergebene Laminat ist biaxial verstreckt. Das Längsstrecken sollte vorzugsweise erst stattfinden, wenn das Querstrecken im wesentlichen vollendet ist.
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Durch das Vornehmen des Längsverstreckens nachfolgend auf das Querverstrecken wird eine hervorstechende Längsstreifung des Films vermieden, die sich ausbilden könnte, wenn die gerillten Walzen oder ähnliche Einrichtungen ihre Arbeit an einem in Längsrichtung orientier- ten Film vollführen.
Wenn eine besonders hohe Einreissfestigkeit und Punktwiderstandsfestigkeit erwünscht ist und ein relativ niedriger Nachgiebigkeitspunkt gestattet ist, wird das Verstrecken vorzugsweise auf einer Maschineneinrichtung durchgeführt, welche einen grösseren Einsprung in Querrichtung zulässt. Es wird dabei eine höhere Reissdehnung erhalten. Um diese Kontraktion gleichzeitig mit der in einer schmalen Zone durchgeführten Längsverstreckung zu ermöglichen - wie es gewöhn- lich erwünscht ist-wird das Laminat vorzugsweise mit sehr feinen in Längsrichtung verlaufenden
Faltungen zugeführt. Dies kann analog zu der in der US-PS Nr, 3, 233, 029 beschriebenen Vorgangs- weise erfolgen.
In diesem Zusammenhang wird ein geeignetes Ergebnis gewöhnlich erhalten, wenn die Folienfaltungen, die beim letzten Schritt der seitlichen Verstreckung auftreten, in der Bahn aufrechterhalten werden, wenn sie in die Längsverstreckzone hineingeführt werden.
Es wird normalerweise vorgezogen, dass zumindest eine der gegenüberliegenden Aussenflächen der Folie, die verschweisst werden sollen, eine Schicht aus einem Polymeren aufweist, das einen geringeren Schmelzpunkt hat als die übrige Folie. Es können auch beide der einander gegenüber- liegenden Flächen der Folien eine derartige Schicht aufweisen. Diese Schicht kann in Form von
Streifen oder von Flecken aus dem niedriger schmelzenden Polymeren vorliegen. Eine der einander zugekehrten Oberflächen der Folien, welche miteinander verbunden werden sollen, kann als eine Schicht aus einem niedriger schmelzenden Polymeren als der übrige Teil der Folie gebildet werden. Die Schicht aus niedrig schmelzendem Polymeren kann in Flecken- oder Streifenform aufgebracht werden.
Die Folien werden vorzugsweise durch Extrudieren von geschmolzenem Polymermaterial und am besten durch Extrudieren einer Mischung von einem Polymeren in einer Matrix von einem andern Polymeren gebildet. Vorzugsweise wird jede extrudierte Lage aus der polymeren Mischung dünner gemacht, während sie sich in geschmolzenem Zustand befindet, vor, während oder nach dem Extrudieren, um das Polymere in jeder Lage in eine fibrillare Kornstruktur zu bringen, die eine vorherrschende Orientierung der Aufsplitterung nach der Verfestigung aufweist.
Bevorzugte Verfahren, um ein derartiges Extrudieren durchzuführen, zusammen mit einer
Beschreibung von nach dem Verfahren hergestellten Endprodukten und einer vollständigen Beschrei- bung von verwendbaren Materialien für die polymere Mischung und für das niedriger schmelzende
Polymere, sind in der gleichlaufenden Anmeldung 50-8236 gegeben.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird beispielsweise an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in welchen Fig. l schematisch eine Maschine'darstellt, auf welcher das erfindungsgemässe Verfahren ausgeübt werden kann, Fig. 2 ein Detail von gerillten Walzen veranschaulicht, welche das Querstrecken in nichtebenen Zonen, die als Faltungen bezeichnet werden, durchführen,
Fig. 3 eine Skizze der Anordnung der Faltungen und der innerhalb derselben vorliegenden Orientierungen in eine nach dem Ablauf gemäss Fig. l quergestreckten Laminat zeigt, und Fig. 4 einen vergrösserten Querschnitt durch eine Folie von Fig. 3 wiedergibt, wie er sich bei Betrachtung durch ein Mikroskop gewöhnlich ergibt, wobei jedoch zur besseren Klarheit die Dicke in doppeltem Massstab gegenüber der Breite gezeigt ist.
Der Abschnitt Q in Fig. l ist jener Teil der Prozesslinie, in welchem das Querstrecken und das Laminieren an der Bahn --79-- erfolgt, wogegen in dem mit R bezeichneten Abschnitt das Längsverstrecken durchgeführt wird. Die Bahn --79-- besteht aus einem Paar von Folien, die getrennt zugeführt und zusammengebracht wurden, aber nicht endgültig miteinander zu einem Laminat vor Erreichen der ersten Walzen --72-- verbunden sind.
Das Walzensystem im Abschnitt Q besteht aus angetriebenen Klemmwalzen --71--, angetriebenen gerillten Walzen --72--, Umlenkwalzen --73-- und Walzen --74--, die einen Kernquerschnitt ähnlich einer Banane aufweisen. Diese Bananenwalzen --74-- nach jeder Stufe dienen zum Ausziehen der beim Querstrecken erzeugten Faltungen. Über die Umlenkwalze --75-- läuft die Bahn in den Abschnitt R, nämlich die Längsstrecklinie ein, wo sie durch ein Wasserbad --76-- gezogen wird, das zum Entfernen der durch das Strecken erzeugten Wärme und zur Aufrechterhaltung
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auf eine Bobbine --77-- aufgewickelt.
Der Pfeil 78 zeigt die Durchlaufrichtung an.
In Fig. 2 ist ein Paar von angetriebenen Rillenwalzen --72-- im Ausschnitt zusammen mit der Bahn --79-- gezeigt, die zwischen den Rillenbergen --80-- der Walzen --72-- gepresst und gestreckt wird.
Die relative Länge der Pfeile in Fig. 3 bei den Faltenstreifen I und II der Bahn-79-- zeigt die Relativgrössen der Orientierungen an, die durch das biaxiale Verstreckverfahren gemäss den Fig. l und 2 erzielt wurden.
In Fig. 3 wie auch in Fig. 4 deuten die Nummern I und II Streifungen an, die für gewöhnlich sich ändernde Breite und ungleiche Eigenschaften aufweisen. Es soll weiters erwähnt werden, dass die äusseren Schichten --81 und 82-der der Bahn --79-- nicht immer symmetrisch zur dünnen
Mittelschicht --83-- angeordnet sind. Diese Asymmetrie trägt zur Ausbildung einer Einreissgabe- lung zusätzlich bei.
Im folgenden sind einige Beispiele für die Erfindung aufgezeigt, bei welchen alle Prozent- angaben sich auf das Gewicht beziehen.
Beispiel 1 : Ein dreilagiger Folienschlauch mit folgender Zusammensetzung wird extrudiert :
Mittelschicht 70% des Gesamtgewichtes ; Mischung aus 85% isotaktischem Propylen des Gasphasentyps (Novolen) mit hohem ataktischem Gehalt mit 15% Äthylen-Vinyl-Acetat-Copolymerem (16% Vinylacetat). Beide Aussenschichten (eine 10% des Gesamten, die andere 20% des Gesamten) ; Äthylen-VinylAcetat-Copolymeres (16% Vinylacetat) als niedrigschmelzende Schichten.
Das Polypropylen hat einen Schmelzindex von 0, 3 bis 0, 5 nach ASTM D 1238 condition
L, wogegen das Äthylen-Vinyl-Copolymere einen Schmelzindex von 2, 5 entsprechend der gleichen ASTM, jedoch condition E, hat. Der Folienschlauch wird aus einem 1 mm dicken Schlitz bei
180 bis 230 C extrudiert und auf 0, 130 mm in geschmolzenem Zustand gezogen. Das Aufblasverhältnis wird sehr niedrig gehalten, z. B. 1, 2 : 1.
Hierauf wird der Schlauch wendelförmig zu einer flachen Folie mit einer Ausrichtung von 450 aufgeschnitten. Zwei derartige wendelförmig geschnittene Folien mit senkrecht zueinander liegender Struktur und mit den dünneren Oberflächenschichten einander zugekehrt, werden zusammen bei 20 C durch sieben Garnituren von gerillten Walzen (s. Fig. l und 2) geführt. Die Breite jeder Rille ist 1 mm und die Breite jeder Erhebung ist 0, 5 mm. Der Übergriff der Erhebungen und der Rillen (Unterschied der Spitzenhöhen) ineinander beträgt 2 mm. Zwischen jedem Durchgang durch eine Garnitur von gerillten Walzen werden die in dem Laminat gebildeten Faltungen ausgeglättet.
Durch die mechanische Bearbeitung zwischen den Walzen und infolge des Vorliegens von niedrigerschmelzenden Copolymerschichten werden die beiden Filme mit einer relativ niedrigen Bindefestigkeit kalt zusammengeschweisst, gemessene Schälfestigkeit 10 g pro cm-und zur gleichen Zeit querverstreckt.
Nach den sieben Durchgängen bei 20 C wird das Laminat im gleichen Durchgang durch eine gleichartige Garnitur von gerillten Walzen mit gleichen Abmessungen und Übergriff hindurchgeleitet, die jedoch auf 120 C erhitzt waren, wodurch Linien mit starker Bindung ausgebildet wurden. Schliesslich wurde das Laminat in Längsrichtung durch Verstrecken in drei Stufen mit einem Verstreckzonenspalt von ungefähr 1 cm (um die Querzusammenziehung möglichst gering zu halten) orientiert. Die letzte Verstreckung wird so eingestellt, dass das Gesamt-Längs-Kaltverstreckverhältnis einander gleich ist. Das Flächenverstreckverhältnis betrug 2, 4 : 1.
Versuchsergebnisse für das Produkt verglichen mit einer Polyäthylenfolie aus Polyäthylen niedriger Dichte von einer Qualität für hochbelastbare Säcke mit einem um 85% höheren Flächengewicht pro m2 und einem Schmelzindex von 0, 3 entsprechend der gleichen ASTM condition E, erbrachten einen Messwert von 100 g pro m2 für das Laminat und von 185 g pro m2 für die Polyäthylenfolie.
Die Aufprallfestigkeit (gemessen durch eine Fallkugel mit einem Durchmesser von 61 mm und einem Gewicht von 320 g) war 5, 5 m für die laminierte Folie von 100 g pro m2 und 2, 0 m für die Polyäthylenfolie von 180 g pro m2.
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Die Dorneinreissfestigkeit (Einreissen mit einer Geschwindigkeit von 100 mm pro min, Gesamtbreite des Probestückes 5 cm, Einschnittlänge 10 cm) war 5, 9 g in Maschinenrichtung und 6, 8 kg in Querrichtung für den laminierten Film von 100 g pro m2.
Für den Polyäthylenfilm von 180 g pro m2 war der Wert 1,3 kg.
Die Einreissfestigkeit nach Elmendorf (plötzliches Einreissen) :
Dieser Test ist eine Abart der üblichen Normen, der ein mehr symmetrisches Einreissen nachahmt. Ergebnis : Für den laminierten Film von 100 g pro m3 : In Längsrichtung 441 kg cm pro cm" ; in Querrichtung 344 kg cm pro cm2. Für den Polyäthylenfilm von 180 g pro m2 : In Längsrichtung 167 kg cm pro cm" ; in Querrichtung 172 kg cm pro cm2. Wenn ein Stück der Bahn durch Schälen entlaminiert und unter dem Mikroskop untersucht wird, zeigt sich, dass die Hauptschichten eine deutliche faserige Morphologie mit zick-zack-verlaufenden Körnungsausrichtungen aufweisen.
Beispiel 2 : Die Vorgangsweise von Beispiel 1 wurde wiederholt mit folgenden Abänderungen : Die dreilagige, gemeinsam extrudierte Folie hatte folgende Zusammensetzung : Mittelschicht (70% des Gesamten) : Mischung aus 85% isotaktischem Polypropylen (gleiche Art wie bei Beispiel 1) mit 15% Äthylen-Propylen-Gummi (gleicher Schmelzindex wie das Polypropylen). Beide Aussenlagen (jede 15% des Gesamten) aus Äthylen-Vinyl-Acetat-Copolymerem (gleiche Art wie bei Beispiel 1).
Der Film wurde stärker in seiner Dicke schmelzverdünnt nach dem Herauskommen aus dem Presskopf, nämlich durch Verziehen von einer Stärke von 1 mm auf eine solche von 0, 065 mm (60 g pro m2). Untersuchungen in polarisiertem Licht zeigten, dass die erhaltene Schmelzorientierung ungefähr einem 35%igen Kaltverstrecken entspricht. Nach dem wendelförmigen Aufschneiden dieser Folie wurden zwei solche Folien mit einer dritten Folie zur Erzeugung eines dreilagigen Laminats verbunden. Die dritte Lage, die in der Mitte angeordnet wurde, hatte in Längsrichtung verlaufende Körnungsrichtung, die durch Längsschneiden des Films erreicht wurde.
Das Laminieren und Verstrecken erfolgte auf einer Maschine wie bei Beispiel 1, aber sämtliche Stufen wurden bei einer Temperatur von 20 C durchgeführt und die Einrichtung war so eingestellt, dass eine GesamtFlächenverstreckung von 2, 5 : 1 erfolgte, wodurch die Enddicke des Laminats 72 g pro m2 entsprach. Die Schälfestigkeit der Bindung zwischen den Schichten wurde mit 10 g pro cm gemessen. Eine Untersuchung mit dem Mikroskop zeigte eine ähnliche Struktur wie bei Beispiel 1.
Folgende Testergebnisse wurden erhalten :
EMI4.1
<tb>
<tb> erfindungsgemässer <SEP> Film <SEP> Vergleich
<tb> 3 <SEP> Lagen <SEP> LDPE-Film
<tb> 72 <SEP> g/m2 <SEP> 184 <SEP> g/m2 <SEP>
<tb> Aufprallfestigkeit <SEP> (gemessen
<tb> nach <SEP> dem <SEP> brit. <SEP> Standard <SEP> 2782,
<tb> Verfahren <SEP> 306F) <SEP> 1000 <SEP> g <SEP> 530 <SEP> g
<tb> Einreissfestigkeit <SEP> (plötzliche <SEP> Reissfestigkeit <SEP> ent-"MD*) <SEP> 848 <SEP> g <SEP> 307 <SEP> g
<tb> sprechend <SEP> brit.
<SEP> Standard <SEP>
<tb> 2782, <SEP> Verfahren <SEP> 308B) <SEP> TD**) <SEP> 1120 <SEP> g <SEP> 620 <SEP> g
<tb> Bruchlast <SEP> fMD <SEP> 11, <SEP> 1 <SEP> kg <SEP> 10, <SEP> 6 <SEP> kg
<tb> (24, <SEP> 5 <SEP> mm <SEP> breite <SEP> Muster)
<tb> TD <SEP> 8, <SEP> 3 <SEP> kg <SEP> 10, <SEP> 7 <SEP> kg
<tb> Verstreckung <SEP> bei <SEP> Bruch <SEP> f <SEP> MD <SEP> 286% <SEP> 476%
<tb> TD <SEP> 347% <SEP> 620%
<tb>
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<tb> erfindungsgemässer <SEP> Film <SEP> Vergleich
<tb> 3 <SEP> Lagen <SEP> LDPE-Film
<tb> 72 <SEP> g/m2 <SEP> 184 <SEP> g/m2 <SEP>
<tb> Schrumpfung <SEP> fed <SEP> 28% <SEP>
<tb> 1 <SEP> min <SEP> : <SEP> 1300C <SEP> TD <SEP> 14% <SEP>
<tb> 1min <SEP> : <SEP> 155 C <SEP> fMO <SEP> 58% <SEP>
<tb> TD <SEP> 41% <SEP> - <SEP>
<tb>
*) Maschinenrichtung **) Querrichtung PATENTANSPRÜCHE :
1.
Verfahren zur Herstellung eines Laminats aus mindestens zwei Folien aus polymerem Kunststoff, wobei die Folien zusammengepresst und in Querrichtung verstreckt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien entlang sich in Längsrichtung der Folien erstreckender Linien zusammengepresst werden und gleichzeitig in Querrichtung verstreckt werden, wobei die Temperatur der Folienoberflächen geringer als die Schmelztemperatur ist.