Verfahren zum Strecken von Kunststoff-Filmen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Strecken von Kunststoff-Filmen, welche bei gewöhnlicher Temperatur kristallin sind und beim Erhitzen amorph werden, beispielsweise solchen aus Kautschukhydrochlorid. Die Filme werden zunächst in Längsrichtung und dann in Querrichtung je auf mindestens die anderthalbfache Fläche im Vergleich zum vorhergehenden Zustand gestreckt. Die Temperatur der beiden Streckoperationen wird so geregelt, dass der gestreckte Film nicht klebrig ist, damit er aufgewickelt werden kann für den Versand usw.
Ungestreckter Kautschukhydrochlorid-Film ist kristallin. Er wird hergestellt durch Giessen einer Lösung oder Dispersion von hydrochloriertem Kautschuk in Benzol oder einem andern flüchtigen Lösungsmittel und darauffolgendem Verdampfen des Lösungsmittels. Es ist zu bemerken, dass Kautschukhydrochlorid aus Molekülen (oder Molekülaggregaten) von unterschiedlichem Gewicht zusammengesetzt ist, von denen die grösseren bei einer höheren Temperatur schmelzen und amorph werden als die kleineren. Beim Erhitzen schmelzen zunächst die kleineren Moleküle, und beim Erhöhen der Temperatur werden zunehmend grössere Moleküle geschmolzen.
Beim Strecken eines Films, welcher nur so weit erhitzt wurde, dass die kleineren Moleküle geschmolzen sind, plastifizieren diese Moleküle, welche amorph und in der gesamten Filmmasse dispergiert sind, die grösseren und kristallinen Moleküle, wodurch die Streckoperation erleichtert wird. Das Strecken bewirkt eine Rekristalli- sation der amorphen Moleküle. Im gestreckten Film vorhandene, amorphe Moleküle machen diesen klebrig. Gemäss vorliegender Erfindung wird das Erhitzen und Strecken so koordiniert, dass nach Beendigung des Streckens nur eine geringe Menge von amorphem Anteil zurückbleibt, die so klein ist, dass der gestreckte Film vollständig unklebrig ist und sofort aufgewunden werden kann, ohne Gefahr, dass die aufeinanderliegenden Schichten zusammenhaften.
Bei den bekannten Methoden zum Strecken von thermoplastischen Filmen besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen dem Strecken in Längsrichtung und dem Strecken in Querrichtung. Beim Längsstrekken gelangt der Film von einer mit geringerer Geschwindigkeit drehenden Walze auf eine mit höherer Geschwindigkeit drehende Walze, und das Strecken erfolgt in einem sich stetig verschiebenden, beschränkten Gebiet des Films, welches sich vom einen Rand des Films zum andern erstreckt. Dieses Gebiet ist so schmal, dass das Verfahren als Linienstrecken bezeichnet wurde. Wird der Film erhitzt, während er mit der ersten Walze in Berührung steht, so wird die Linie , entlang welcher die Streckung erfolgt, durch die Zone des Films gebildet, welche die Walze verlässt.
Wenn der Film durch die Wärme der Walze mit höherer Geschwindigkeit beim Erreichen derselben erwärmt wird, so besteht die Streck- Linie aus der schmalen Zone, in welcher der Film unmittelbar vor seiner Berührung mit dieser Walze auf die Strecktemperatur erhitzt wird.
Das Strecken in Querrichtung geht ganz anders vor sich. Die Mittel zum Strecken befinden sich an den entgegengesetzten Rändern des Films. Das Strekken erfolgt almählich und stetig innerhalb einer gro ssen, nicht unterstützten Fläche des Films, welche sich von der einen Streckvorrichtung am einen Filmrand bis zur andern Streckvorrichtung am andern Filmrand erstreckt.
Gemäss vorliegender Erfindung wird der Film zunächst in Längsrichtung und dann in Querrichtung gestreckt. Die für das Strecken in Längsrichtung nötige Wärme wird dem ungestreckten Film in dem Masse zugeführt, dass nur ein Teil seines kristallinen Gehalts amorph wird. Der Film wird dann erneut erhitzt zum Wiedererweichen der kleineren Moleküle, damit er für das nachfolgende Strecken plastifiziert wird. Dieses Widererhitzen erfolgt vorzugsweise allmählich, wobei in dem Masse, wie der Film gestreckt wird, weitere Wärme zugeführt wird, so dass die Menge des vorhandenen amorphen Anteils klein ist und nicht genügt, um den Film klebrig zu machen.
Vorteilhaft können zwei oder mehr Filme gleichzeitig in Querrichtung gestreckt und beim Strecken vereinigt werden. Durch Bedrucken einer Oberfläche, welche mit einer andern Filmschicht vereinigt wird, erhält man ein geschichtetes Endprodukt, in welchem der zwischen den Schichten befindliche Druck durch irgendeine spätere Behandlung des Schichtproduktes nicht beeinflusst wird. So kann man das Schichtgebilde in heisses Wasser eintauchen oder anderweitig behandeln, ohne dass der Druck beeinflusst wird. Dies ist sehr wertvoll bei Filmen der hier beschriebenen Art, welche sich zum Gebrauch für Schrumpfpackungen eignen, wobei man einen Gegenstand, vorzugsweise einen solchen von unregelmässiger Form, mit dem Film umgibt und dann durch Eintauchen in heisses Wasser oder anderweitiges Erhitzen ein Schrumpfen des Films bewirkt, damit dieser dicht am Gegenstand anschliesst.
Eine beispielsweise Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt:
Fig. 1 einen Aufriss der verwendeten Vorrichtung,
Fig. 2 einen Grundriss derselben,
Fig. 3 eine Detailansicht des Aufrisses bei der Linie 3-3 von Fig. 2, in welcher die Spannkette und der Keilriemen dargestellt sind;
Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie 4-4 von Fig. 3.
Die Fig. 1 zeigt die Vorratsrollen 1 und 2 mit einem ungestreckten Kautschukhydrochlorid-Film.
Diese können abwechselnd verwendet werden für die Zuführung von Film zur Herstellung von einschichtigem gestreckten Film, oder sie können gleichzeitig benutzt werden für die Zuführung von Filmen zur Herstellung eines geschichteten Films. Bei der Herstellung von geschichtetem Film kann die untere Oberfläche der oberen Rolle oder die obere Oberfläche der unteren Rolle bedruckt werden. Die Walze 4 ist eine Druckwalze, welche durch die Farbwalze 5 eingefärbt wird. Bei der verwendeten Druckfarbe handelt es sich um eine raschtrocknende Farbe, welche nach Entfernung des Lösungsmittels klebend sein kann.
Von den Vorratsrollen gelangen die Filme über Glättewalzen 6 und 7 um die Gummizugwalze 8 herum auf die erhitzte Trommel 9. Diese Trommel erhitzt den Film bzw. die Filme auf die gewünschte Temperatur. Bei der Verwendung mehrerer Filme werden diese beim Übergang über die erhitzte Trommel 9 aufeinandergeschichtet.
Von der erhitzten Trommel gelangt der ein- oder mehrschichtige Film unter die Streckwalze 12. Diese läuft mit einer grösseren Umfangsgeschwindigkeit als die erhitzte Trommel, beispielsweise mit doppelter Geschwindigkeit. Die Umfangsgeschwindigkeit kann eineinhalb- bis dreimal so gross oder grösser sein als diejenige der erhitzten Trommel. Als Walze 12 dient vorteilhaft eine Gummiwalze oder eine mit Gummi überzogene Walze, damit ein Gleiten des Films auf ihrer Oberfläche vermieden wird, sowie auch deswegen, weil eine Gummioberfläche sich rascher auf die Temperatur des erhitzten Films erhitzt als eine Metalloberfläche.
Dieser in Längsrichtung gestreckte Film wird sodann mit Hilfe irgendeiner Vorrichtung in Querrichtung gestreckt. Die hierzu vorzugsweise verwendete Ausrüstung besteht in einer Spannvorrichtung ähnlich derjenigen, wie sie zum Behandeln von Tuch verwendet wird. Die Spannketten 15 bewegen sich um die Kettenräder 17, und ihre Fortbewegungsgeschwindigkeit ist gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Walze 12. Jedes Glied jeder Kette (oder jedes 2. oder 3. Glied) weist einen Stift 20 auf (Fig. 3), und die Ränder des Films werden über diese Stifte gepresst, wenn die Stifte sich durch die Schlitze 22 nahe den Enden der Walze 12 bewegen. Die Stifte sind nicht zugespitzt, sondern weisen abgerundete Enden auf. Sie sollen den Film nicht durchstechen, da der durchstochene Film unter Zug reissen würde.
Vielmehr wird der Film über die Stifte umgebogen, und wenn Film und Stifte die Schlitze verlassen, so drücken die Keilriemen 23 die umgebogenen Ränder des Films dicht gegen die Seiten der Stifte. Dies erhellt aus Fig. 3 und 4. Praktisch wird der Film zwischen den Stiften etwas einsinken.
Die Spannketten laufen auseinander und strecken den Film in Querrichtung. Während des Streckvorganges in Querrichtung halten die Keilriemen die Ränder des Teils 25 des Films gegen die Seiten der Stifte 20.
Die Platte 30 wird erhitzt und strahlt genügend Wärme auf den Film ab, dass ein geringer Teil des Kautschukhydrochlorids während des gesamten Streckvorganges oder des grössten Teils desselben in amorphem Zustand gehalten wird. Der Abstand vom Film zur Platte beträgt etwa 25 mm.
Wenn der Film das Ende der Spannketten erreicht, gelangt er über die Abzugswalze 31 auf die Aufwickelrolle 32. Gewöhnlich wird eine zweite derartige Rolle vorgesehen, wie in der Zeichnung dargestellt ist, so dass der Film, wenn die eine Rolle voll ist, ohne Unterbruch der Streckoperation auf die andere Rolle aufgewickelt werden kann. Anschliessend kann der Film wie üblich abgewickelt werden.
Wenn man dem Film die Wärme für beide Streckoperationen, d. h. für diejenige in Längsrichtung wie auch für diejenige in Querrichtung, vor dem Längsstrecken zuführen würde, müsste der Film auf eine solche Temperatur erhitzt werden, dass ein relativ hoher Prozentanteil des Kautschukhydrochlorids geschmolzen wäre. Dadurch würde der Film klebrig werden, und die Klebrigkeit würde bestehen bleiben.
Auf der Aufwickelrolle würden die klebrigen Schichten aneinander haften und sich miteinander verbinden, so dass es unmöglich wäre, den Film wieder abzuwickeln. Die bleibende Klebrigkeit nach dem Abkühlen ist charakteristisch für den Kautschukhydrochlorid-Film, und wahrscheinlich besitzen nur sehr wenige andere Filme diese Eigenheit, obschon sie auch in gewissem Ausmass bei Filmen aus Vinylidenchlorid Vinylchlorid zu beobachten ist. Auch das Strecken solcher anderer Filme nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird beansprucht, wenn auch bei der Behandlung dieser Filme andere Temperaturen zur Anwendung gelangen.
Die zum Strecken verwendeten Filme aus Kautschukhydrochlorid enthalten im allgemeinen 5-10 Teile eines Ester-Plastifizierungsmittels, wie Butylstearat usw. auf 100 Teile des Kautschukhydrochlorids. Die nachfolgend angegebenen Temperaturen beziehen sich insbesondere auf die Behandlung derartiger plastifizierter Filme. Gewöhnlich wird unplastifizierter Film nicht zum Strecken verwendet; gegebenenfalls wird jedoch zum Strecken eines solchen Films eine Temperatur angewendet, welche um etwa 2,80 C über der unten angegebenen Temperatur liegt.
Für höher plastifizierte Filme werden Temperaturen angewendet, die etwa um 2,80 C tiefer liegen als die angegebenen. Obwohl es nicht üblich ist, Filme mit einem Gehalt an Plastifizierungsmitteln von bis zu 50 oder 60 Teilen auf 100 Teile Kautschukhydrochlorid zu strecken, können solche Filme bei Temperaturen von nur 71" C gestreckt werden.
Gewöhnlich wird die Trommel 9 auf eine Temperatur zwischen 96 und 104,50 C erhitzt. Die einem Film durch das Erhitzen verliehene Plastizität ver ändert sich etwas mit der Zeit, während welcher der Film auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wurde.
Sehr befriedigende Ergebnisse erzielte man bei der Behandlung eines Kautschukhydrochlorid-Films von etwa 0,038 mm Dicke mit einem Gehalt an Ester Plastifizierungsmittel von 5-10% unter Verwendung einer Erhitzungstrommel 9 mit einem Durchmesser von 30,48 cm, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 6-13,7 m/Minute rotierte, sowie einer Walze 12, welche die doppelte Umfangsgeschwindigkeit der Trommel 9 aufwies.
Der so auf das Doppelte seiner ursprünglichen Länge gestreckte Film wurde sodann mit einer Geschwindigkeit von 12,2-27,4 m/Minute über die auf eine Temperatur von 162,80 C erhitzte Platte 30 geführt. Der Film befand sich ungefähr 25 mm über der erhitzten Platte und wurde auf eine Temperatur von etwa 76,7-87,8" erhitzt. Hierbei wurde mit Hilfe der Spannketten die Breite des Films verdoppelt. Somit war die Fläche des behandelten Films gegenüber derjenigen des Ausgangsfilms auf das Vierfache vergrössert.
Der angegebene Temperaturbereich erwies sich als befriedigend, trotzdem die Geschwindigkeit des Films beträchtlich geändert wurde. Bei höheren Temperaturen wurde der Film so stark plastisch, dass er bei den Stiften der Spannketten zerriss.
Unter Einhaltung der genannten Arbeitsbedingungen betrug de Filmtemperatur bei der Aufwickelrolle, welche sich etwa 1,8-2,4 m von der näheren Kante der Platte 25 entfernt befand, etwa 37,80 C. Der Film war nicht klebrig.
Wenn der Film beim Übergang von der erhitzten Trommel auf die Walze 12 in Längsrichtung gestreckt wird, erhöht sich die Prozentmenge an kristallinem Kautschukhydrochlorid. Ein vollständig kristalliner Film ist nicht klebrig. Je grösser der Gehalt an kristallinem Kautschukhydrochlorid im Film ist, desto schwieriger ist es jedoch, den Film zu strecken. Die Hitze, welche beim Strecken des Films erzeugt wird, wenn dieser von der Trommel 9 auf die Walze 12 übergeht, ist einer der Faktoren, welcher eine Vergrösserung des Prozentanteils an amorphem Material im Film und eine Herabsetzung seiner Streckgrenze zur Folge hat. Jedoch ist der Film, und insbesondere der gestreckte Film sehr dünn, und wegen seiner gro ssen Oberfläche strahlt er rasch Wärme ab.
Würde der Film nach Verlassen der Walze 12 nicht erhitzt, so würde er sich rasch auf eine Temperatur abkühlen, bei welcher das Strecken schwierig würde. Durch Zuführen von Wärme während der Streckoperation in Querrichtung wird die Maximaltemperatur herabgesetzt, welche in irgendeinem Zeitpunkt des gesamten Verfahrens erforderlich ist.
Während dieses Streckens in Querrichtung oder unmittelbar vorher kann der in Längsrichtung gestreckte Film auf eine Temperatur erhitzt sein, die über der im vorangehenden Beispiel empfohlenen Temperatur liegt, wo man, wie erläutert, dem Film während des ganzen Streckvorganges in Querrichtung Wärme zuführt, jedoch ohne dass der Film in irgendeinem Moment höher als bis zur ursprünglichen Erhitzungstemperatur von nicht über 104,50 C erhitzt wird. Die Heizplatte erstreckt sich ungefähr gleich weit wie die Fläche 30, d. h. die Zone, in welcher die Streckung in Querrichtung erfolgt, so dass also kein weiteres Strecken erfolgt, nachdem der Film die Nähe der Heizplatte verlassen hat.
Jenseits der Streckzone wird die Breite des Films durch die Spannketten aufrechterhalten, bis der Film sich unterhalb die Temperatur abgekühlt. hat, bei welcher ein Schrumpfen erfolgen kann.
Wird der fertige Film anschliessend genügend erhitzt, so verliert er seine Dehnung zum grösseren Teil oder vollständig. Diese Schrumpfeigenschaft bei erhöhter Temperatur wird benützt, indem man einen Gegenstand in den gestreckten Film einschliesst und dann den Film zum Schrumpfen erhitzt, so dass er um den Gegenstand herum eine enganliegende Umhüllung bildet. Streckt man beispielsweise ein Filmstück, welches in senkrecht zueinanderstehenden Richtungen fünf Einheiten misst, unter den beschriebenen Bedingungen in Längs- und Querrichtung, so misst es nachher 10 Einheiten in beiden Richtungen.
Durch Eintauchen in siedendes Wasser erhält es die Neigung, auf eine Fläche zuammenzuschrumpfen, welche in beiden Richtungen 6 Einheiten misst. Wird der Film zum Einschliessen eines Gegenstandes verwendet, so verwendet man natürlich eine solche Filmfläche, dass der Gegenstand durch seine Ausmasse ein maximales Schrumpfen verhindert. Auf diese Weise zieht sich der Film satt um den Gegenstand herum zusammen, selbst wenn dieser eine unregelmässige Form besitzt. Schliesst man beispielsweise einen Gegenstand in einen erfindungsgemäss behandelten Film ein, welcher auf 400 % seiner ursprünglichen Fläche gestreckt wurde (wie im Beispiel), und taucht man den eingepackten Gegenstand in siedendes Wasser, so schrumpft der Film um etwa 3540% in beiden Richtungen.
Man kann beispielsweise ausgehen von einem einschichtigen Film mit einer Dicke von 0,04 mm, oder von zwei Filmschichten von je 0,02 mm Dicke, welche aufeinandergeschichtet werden. Werden zwei solcher dünner Schichten vereinigt, so können eine oder beide davon auf der innern Oberfläche bedruckt sein.
Wird ein solcher Film in Längsrichtung auf das Doppelte seiner ursprünglichen Länge und anschliessend in Querrichtung auf die doppelte ursprüngliche Breite gestreckt, so erhält man einen relativ dünnen Film von 0,01 mm Dicke. Kautschukhydrochlorid-Filme von dieser Dicke besitzen gute Fettabdichtungseigenschaften und eignen sich zum Überziehen von Papier, Karton usw. Sie sind auch feuchtigkeitsundurchlässig, docht hängt der Grad ihrer Feuchtigkeitsundurchlässigkeit ab von ihrem Gehalt an Plastifizierungsmitteln.
Für manche Anwendungen ist es wünschenswert, den gestreckten Film zu stabilisieren, so dass er, ohne zu schrumpfen, auf eine relativ hohe Temperatur erhitzt werden kann. Um dies zu erreichen, wird der fertige Film in gespanntem Zustand, so dass er nicht schrumpfen kann, auf eine Temperatur erhitzt, welche um etwa 110 C höher liegt, als die Temperatur, bei welcher er verwendet werden soll. Hierauf kann der Film bei der gewünschten erhöhten Temperatur ohne Schrumpfgefahr verwendet werden. Beispielsweise wird ein Film, welcher gegenüber hohen Sommertemperaturen von z. B. 49 C stabilisiert werden soll, während einigen Minuten unter Spannung auf 600 C erhitzt.