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Verfahren zum fortschreitenden kalten Querstrecken eines kontinuierlich
in seiner Längsrichtung fortbewegten Filmes aus organischem thermoplastischem Material
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum fortschreitenden kalten Querstrecken
eines kontinuierlich in seiner Längsrichtung fortbewegten Filmes aus organischem
thermoplastischem Material. Wenn in der vorliegenden Beschreibung von kaltem Querstrecken
die Rede ist, so wird darunter ein Strecken des Filmes bei einer Temperatur unterhalb
des Schmelzpunktes des thermoplastischen Materials verstanden. Ein solches Kaltstrecken
wird jedoch häufig unterstützt, indem der Film auf eine Temperatur erwärmt wird,
die oberhalb Zimmertemperatur liegt. Der Zweck dieses Kaltstreckens ist der, eine
molekulare Orientierung in dem Film herbeizuführen und damit die Eigenschaften desselben
zu verbessern.
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Die Orientierung der Filme erfolgt bekannterweise sowohl in der Längs-
als auch in der Querrichtung, da der Film dann verbesserte Eigenschaften in sämtlichen
Richtungen über seiner Oberfläche annimmt.
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- Filme aus organischem thermoplastischem Material können in einem
kontinuierlichen Verfahren in der Längsrichtung gestreckt werden, indem sie in an
sich bekannter Weise von einem Satz Druckwalzen zu einem zweiten Satz Druckwalzen
geführt werden, welche mit einer höheren Geschwindigkeit umlaufen, oder durch beliebige
andere bekannte Verfahren. Das Querstrecken kann ebenfalls durch ein bekanntes kontinuierliches
Verfahren erfolgen, indem die Kanten des Filmes erfaßt und allmählich voneinander
getrennt werden, wenn der Film sich auf einer bestimmten Bahn bewegt. Es ist auch
schon bekannt, das Strecken des Filmes bei diesem Verfahren dadurch zu unterstützen,
daß die ganze Breite des zu streckenden Filmes erwärmt wird, beispielsweise durch
Strahlungserhitzer, oder indem das ganze Streckverfahren in einem Luftofen durchgeführt
wird. Die Einrichtung zum Ergreifen des Filmes kann verschiedenartig ausgebildet
sein. Beispielsweise können in an sich bekannter Weise Spannklemmen oder Haken dazu
dieneu, die Kanten des Filmes zu erfassen, wobei diese sich mit einer bestimmten
Geschwindigkeit voneinander weg bewegen, um hierdurch den gewünschten Betrag der
Querstreckung herbeizuführen. Bei einem anderen bekannten Verfahren wird jede Kante
des Filmes zwischen einer genuteten umlaufenden Rolle oder Scheibe und einem endlosen
Band erfaßt, wobei dieses Band mit der Nut über einen Teil des Umfanges der Scheibe
zusammenwirkt, und wobei jede Scheibe unter einem solchen Winkel zu dem Film angeordnet
ist, daß der Abstand zwischen den beiden Kanten des Filmes größer wird, wenn die
Scheibe umläuft. Eine solche bekannte Anordnung wird in der folgenden Beschreibung
als Scheiben-Bandsystem bezeichnet. Wenn der Film während des Streckens in einer
solchen gekrümmten Bahn bewegt wird, kann er
noch in an sich gleichfalls bekannter
Weise über eine gekrümmte Oberfläche bewegt werden, beispielsweise über die Oberfläche
einer Trommel, um ein Durchsacken des Filmmittelteiles zu verhindern. Es ist auch
schon bekannt, die ganze gekrümmte Oberfläche zu erwärmen, um das Strecken des Filmes
zu unterstützen. Es sind auch schon eine Anzahl anderer Vorrichtungen zum Querstrecken
des Filmes bekannt.
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Wenn der Film in der Längsrichtung gestreckt worden ist, kann er
dann später noch in der Querrichtung gestreckt werden und umgekehrt, wie an sich
bekannt.
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Der Grad der in dem Film erzeugten Orientierung und demgemäß der
Grad der Verbesserung der mechanischen Festigkeit hängt sowohl von der Geschwindigkeit
als auch von dem Maß der Streckung ab. Je größer die Geschwindigkeit ist, mit der
dem Film ein bestimmtes Streckverhältnis gegeben wird, um so größer ist die sich
ergebende molekulare Orientierung und demgemäß die Vergrößerung der mechanischen
Festigkeit. Beim bekannten Längsstrecken wird die ganze Streckung gewöhnlich auf
einer Linie quer über die Breite des Filmes lokalisiert und dies erfolgt mit der
maximal erreichbaren Geschwindigkeit. Beim
Querstrecken durch bekannte
Verfahren ist andererseits die Streckung über die ganze Breite des Filmes verteilt
worden, der während der ganzen Streckzeit unter Spannung gehalten wird, und die
maximale Verbesserung der Eigenschaften, welche theoretisch für ein bestimmtes Streckverhältnis
erreicht werden kann, ist nicht erzielt worden.
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Zweck der Erfindung ist nunmehr, ein verbessertes Verfahren zum fortschreitenden
kalten Querstrecken eines kontinuierlich in seiner Längsrichtung fortbewegten Filmes
aus organischem thermoplastischem Material vorzuschlagen und insbesondere ein Verfahren,
durch das es möglich ist, quergestreckte Filme mit einer hohen mechanischen Festigkeit
für ein bestimmtes Querstreckverhältnis herzustellen.
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Das Verfahren zum fortschreitenden kalten Querstrecken eines kontinuierlich
in seiner Längsrichtung fortbewegten Filmes aus organischem thermoplastischem Material,
in dem die Streckkräfte an den Kanten des Filmes angreifen, während dieser im Streckbereich
auf eine Temperatur erhitzt wird, durch die das Strecken unterstützt wird, ist dadurch
gekennzeichnet, daß gleichzeitig fortlaufend über die Länge und Breite des Filmes
im Querstreckbereich immer nur ein Punkt bzw. eine kleine Fläche des Filmes kurzzeitig
einer das Strecken unterstützenden Temperatur ausgesetzt und vorzugsweise anschließend
gekühlt wird.
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Dabei kann die Erhitzung im Querstreckbereich gleichmäßig sowohl
in der Forts chritts richtung als auch in der Querstreckrichtung des Filmes in einzelnen
Linien verlaufen. Zweckmäßig erfolgt die Erhitzung auf einer Linie, die sich von
einer Kante des Filmes an oder in der Nähe des Punktes, wo die Querstreckung beginnt,
bis zu der anderen Kante des Filmes, an oder in der Nähe des Punktes, wo die Querstreckung
beendet ist, erstreckt und vorzugsweise anschließend längs einer parallel verlaufenden
Linie gekühlt wird.
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Weiterhin kann dabei die Erhitzung im wesentlichen auch auf zwei Linien
stattfinden, die symmetrisch zur Mittellinie des Filmes angeordnet sind, wobei sich
jede der Linien von jeder Kante des Filmes an oder in der Nähe der Punkte, wo die
Querstreckung beginnt, bis zu dem oder in die Nähe des Punktes der Mittellinie des
Filmes, wo die Querstreckung aufhört, erstreckt und vorzugsweise anschließend längs
parallel verlaufender Linien gekühlt wird. Es kann die Erhitzung auch auf zwei Linien
erfolgen, die symmetrisch zur Mittellinie des Filmes angeordnet sind und wobei die
beiden Linien sich von dem oder in der Nähe des Punktes der Mittellinie des Filmes,
wo die Querstreckung des Filmes beginnt, bis zu den gegenüberliegenden Kanten des
Filmes an oder in der Nähe der Punkte, wo die Querstreckung aufhört, erstrecken
und vorzugsweise anschließend längs parallel verlaufender Linien gekühlt wird. Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Film zur Unterstüzung der Streckung in
dem Punkt oder auf der kleinen Fläche auf eine Temperatur zwischen 70 und 1200 C,
vorzugsweise von etwa 800 C erhitzt.
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Bei diesem Verfahren konzentriert sich jede Zunahme der gesamten
Breite des Filmes auf eine beschränkte Fläche des Filmes. Mit anderen Worten ist
für ein bestimmtes endgültiges Streckverhältnis die gesamte Zunahme der Breite des
Filmes, welche nur über einen kleinen Teil der Länge des Streckbereiches erfolgt,
nur auf einen kleinen Teil der Breite des Filmes beschränkt. Gleichzeitig erfolgt
die Gesamtzunahme eines kleinen Teils der Breite des Filmes nur auf einem kleinen
Teil der Länge des-Streckbereiches.
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Demgemäß ist die Streckgeschwindigkeit und der Betrag der Molekularorientierung,
welche in jedem Teil des Filmes erfolgt, größer als sie erreicht werden kann, wenn
die ganze Breite des Filmes über die ganze Länge des Streckbereiches auf die Streclrtemperatur
erhitzt werden würde. Infolgedessen ist die Verbesserung der physikalischen Eigenschaften
des Filmes größer als nach den bisher bekannten Verfahren, in welchen die Gesamtbreite
des Filmes über den gesamten Streckbereich auf die Strecktemperatur erhitzt wurde.
Der größe Betrag der Orientierung wird erreicht, wenn die Fläche des Filmes, welche
zu irgendeiner Zeit auf die Strecktemperatur erhitzt wird, auf ein Minimum beschränkt
wird, d. h., daß die besten Ergebnisse beim Verfahren gemäß der Erfindung erzielt
werden, wenn die Erhitzung des Filmes soweit wie möglich lokalisiert wird. Gleichzeitig
ergibt sich hieraus, daß zur Herstellung eines Filmes von hoher Qualität das Verfahren
der Erhitzung derart durchgeführt werden muß, daß eine gleichmäßige Querstreckung
in dem ganzen Film erreicht wird, ausgenommen an den Rändern, welche später abgeschnitten
werden.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren und die zur Durchführung
desselben angewandte Erhitzung ist schematisch auf den Zeichnungen dargestellt.
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Fig. 1 bis 3 zeigen die einfachste Ausführungsform der Erfindung,
bei der ein Film in einer Ebene quergestreckt wird, indem in an sich bekannter Weise
Greifmittel sich auf jeder Seite des Filmes voneinander weg bewegen; die Fig. 4
und 5 zeigen das Verfahren der Erhitzung eines Filmes, der durch das bekannte Scheiben-Bandsystem
quergestreckt wird.
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In den Fig. 1 bis 3 ist die Art der Querstreckung dargestellt, welche
in einer bekannten Querstreck- oder Spannvorrichtung durchgeführt wird, und bei
der AB die Linie darstellt, in der das Strecken beginnt und A'B' die Linie, in der
das Strecken beendet ist. Die gestrichelten Linien A'B bzw. AC' und BC' bzw. A'C
und B'C bezeichnen die Linien, auf denen Punkte des Filmes gleichmäßig auf eine
Temperatur erhitzt werden, durch die das Querstrecken unterstützt wird.
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Unter gleichmäßigen Bedingungen der Zufuhr und des Abnehmens der Erhitzung
erfolgt das Strecken von Punkten des Filmes nur auf den dargestellten gestrichelten
Linien, so daß nach Beendigung der Strekkung des Filmes dieser quer über seine Breite
gleichmäßig gestreckt worden ist. Die Punkte XYZ bezeichnen die Bewegung eines Punktes
des Filmmaterials bei den verschiedenen Behandlungen. Die Fig. 1 bis 3 zeigen also,
daß unter diesen Bedingungen Punkte auf dem Film, welche von einer Kante nicht durch
eine Linie von Erhitzern getrennt worden sind, sich parallel zu dieser Kante bewegen,
und daß, wenn der Film symmetrisch auf jeder Seite gestreckt und durch eine Linie
oder symmetrisch durch zwei Linien AC' und BC' bzw. A'C und B'C von Erhitzern erhitzt
worden ist, Punkte auf diesem Film zwischen diesen Linien der Erhitzer sich rechtwinklig
zu den Linien AB und A'B' oder parallel zu der Längsachse des Filmes bewegen.
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Die Fig.4 und 5, in denen die Bezugszeichen die gleiche Bedeutung
haben wie in den Fig. 1 bis 3, zeigen, wie die obigen Betrachtungen dazu verwendet
werden können, um eine erste Annäherung der Kurve für eine Erhitzungseinheit oder
-einheiten, bei denen der Film in nichtlinearer Weise - gestreckt wird, zu erhalten.
So bewegen sich bei in einer einzigen Linie
angeordneten Erhitzern,
die sich von 4' zu B quer über den Film erstrecken, wie aus Fig. 4 hervorgeht, Punkte
des Filmes, von den bezeichneten Stellungen X, X', X" usw. bis zu den Stellungen
Z, Z' Z" usw. (entsprechende Stellungen in jeder dieser Reihen sind im Verhältnis
zu der ursprünglichen und endgültigen Breite des Filmes angeordnet) und laufen zunächst
auf Kurven, welche der Form der Kurve A-A' entsprechen und nach Überschreiten der
Stellen Y, Y', Y", an der sie unter den Einfluß des Erhitzers gelangt sind, laufen
diese Punkte auf Kurven, die dem entsprechenden Teil der Kurve B-B' entsprechen.
Demgemäß liegt die erforderliche Linie, auf der die Erhitzung stattfindet, auf den
Punkten Y, Y', Y" der Unterschneidung der beiden Arten von Kurven durch die entsprechenden
Punkte quer über die Breite des Filmes. In ähnlicher Weise verlaufen bei Anwendung
von zwei Erhitzern, wie in Fig. 5 dargestellt ist, die Punkte X, X', X" usw. nach
Z, Z', Z" usw. je nachdem, ob sie sich rechts oder links von der Mittellinie des
Filmes befinden zunächst entlang Kurven der gleichen Form, wie der entsprechende
Teil der Kurven A-A' auf der linken bzw. B-B' auf der rechten Seite, und nachdem
diese Kurven die Stellen Y, Y', Y" gekreuzt haben, wo sich die Erhitzer befinden,
verlaufen diese Kurven auf geraden Linien parallel zu der Mittelachse des Filmes.
Demgemäß sind die erforderlichen Erhitzungslinien bestimmt durch die Punkte Y, Y',
Y" der Unterschneidung der Kurven von X, X' X" usw. mit den parallelen Linien von
den entsprechenden Stellungen Z, Z', Z" usw.
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Es ist einleuchtend, daß bei Anwendung des den Gegenstand der Erfindung
bildenden Verfahrens jeder Teil des Filmes, der gestreckt wird, nicht auf die die
Streckung unterstützende Temperatur gleichzeitig erhitzt, gestreckt und wieder gekühlt
werden kann. Demgemäß kann dies, wenn die Linien der Erhitzung genau den angegebenen
Kurven folgen, zu verschiedenen Streckbedingungen zwischen denTeilen des Filmes
führen, wo der Erhitzer sich in der Nähe des Beginns der Streckbehandlung befindet,
wo er sich in der Nähe des Endes der Streckbehandlung befindet und wo er sich in
einer Zwischenstellung befindet. Das Ausmaß dieser Differenz hängt von dem Verfahren
und dem Grad der angewandten Erhitzung, dem Filmmaterial, der Geschwindigkeit, mit
der der Film durch die Einrichtung geführt wird, und der Streckbehandlung ab.
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Was bezüglich der Durchführung der Erhitzung ausgeführt worden ist,
trifft nur für die Verhältnisse zu, bei denen ein Film erhalten wird, der gleichmäßig
quer über seine Breite gestreckt worden ist. Wenn ein hoher Grad der Gleichmäßigkeit
erwünscht ist, so sind entsprechende Durchführungsmaßnahmen hinsichtlich der Erhitzung
erforderlich, die durch Versuche festgestellt werden müssen. Diese Korrektur hinsichtlich
der beschriebenen Linien der Erhitzung ist besonders notwendig, wenn das Filmmaterial
ein solches ist, bei dem ein allmählicher Anstieg der Streckmöglichkeit mit steigender
Temperatur stattfindet und wenn auf die Erhitzung keine Kühlung folgt. Darüber hinaus
liegt der Punkt, an dem die Streckung beginnt, häufig etwas jenseits des Punktes,
an dem die Erhitzung stattfindet, und es kann daher häufig notwendig sein, die Erhitzer
etwas in der Richtung des Filmvorschubes zurückzuversetzen.
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Die organischen thermoplastischen Stoffe, welche gemäß der Erfindung
kalt quergestreckt werden können, sind solche, welche in Filmform aus einem im wesentlichen
amorphen Zustand hergestellt werden können und die in einen im wesentlichen kristallinen
Zustand
übergeführt werden können, beispielsweise Polystyrol, Polyvinylidenchlorid, Polyacrylnitril,
aus film- und faserbildenden Polyamiden und film- und faserbildenden aromatischen
Superpolyestern, wie Polyäthylenterephthalat.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren ist besonders
brauchbar zum Querstrecken von organischen thermoplastischen Stoffen, welche sich
bei erhöhter Temperatur besonders leicht verstrecken lassen. Das Verfahren ist besonders
brauchbar zum Querstrecken von Polyäthylenterephthalat, bei dem die beste Erwärmungstemperatur
für ein leichtes Verstrecken zwischen 70 und 1200 C, insbesondere bei 800 C, liegt.
Bei solchen Stoffen ist es häufig wünschenswert, den Film in an sich bekannter Weise
etwas unter die Temperatur vorzuerhitzen, bei der das Strekken erleichtert wird,
und zwar unmittelbar bevor das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren angewandt
wird. Auf diese Weise läßt sich die endgültige Erhitzung und Streckung besonders
rasch und wirksam durchführen, insbesondere in dem Fall, wenn eine Kühlung im Anschluß
an die Erhitzung angewandt wird.
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Gewünschtenfalls kann der durch das den Gegenstand der Erfindung
bildende Verfahren quer zu strekkende Film in an sich bekannter Weise schon in der
Längsrichtung gestreckt worden sein oder nachher in der Längsrichtung gestreckt
werden.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren ist nicht auf
Filme beschränkt, die in Form eines flachen Blattes vorliegen, es kann auch auf
flach liegende schlauchförmige Filme angewandt werden.