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Verfahren zum @erstellen von Bändern, Bögen und dergl. aus Polyolefinen
mit verminderter Tendenz zum fibrillieren Die @rfindung betrifft ein Verfahren zum
Herstellen von Bändern, Bögen und dergl, aus Polyolefinen mit verminderter Tendenz
zum Fibrillieren.
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Ls ist @ekannt, da# bestimmte Polymere, wie beispielsweise Polyäthylen,
Polypropylen, vinylidenchlorid, Polystyrol, Vinylchlorid, Polyäthylenterephthalat
und andere, durch Verstrecken unter Dehnung molekular orientiert werden können.
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Durch die molekulare Orientierung wird die Zugfestigkeit des verstreckten
Mterials in der Verstreckungsrichtung stark eihöht. Die @rhöhung der Zugfestigkeit
ist dabei dem Grad
der Orientierung, welcher wiederum vom Ma# der
Verstreckung abhängt, direkt proportional. Jedoch tritt gleichzeitig eine Verminderung
der Zugfestigkeit quer zur Orientierungsrichtung ein.
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Werden Bänder, Bögen und dergl. aus derartigen Polymeren in einer
Richtung besonders stark verstreckt, dann tritt eine derart starke Verminderung
der Zugfestigkeit quer zur Verstreckungsrichtung ein, daß bereits eine schwache
Kraft, die auf die Bänder, Bögen und dergl. in der Querrichtung einwirkt, zur Rißbildung
führt, wobei die Risse parallel zur Verstreckungsriclitung verlaufen. Diese Erscheinung
wird normalerweise als Fibrillierung bezeichnet.
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Um die Fibrillierung zu vermeiden, hat man die Verstreckung daher
nur bis zu einem bestimmten Grade durchgeführt, d. 11. nur soweit, daß eine genügende
Festigkeit des blaterials in der Querrichtung erhalten blieb. Im hinblick hierauf
konnten jedoch keine Bänder, Bögen und dergl. sehr hoher Zugfestizkeit hergestellt
werden, so daß die bekannten Materialien in ihren Verwendungsmögl iclikeiten beschränkt
sind.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum herstellen
von Bändern, Bögen und dergl. zu entwickeln, bei dem eine hohe Zugfestigkeit durch
Verstreckung in einer Richtung erreicht, gleichzeitig jedoch eine Fibrillierung
weitestgehend verhindert wird.
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Überraschenderweise wurde gefunden, daß eine Fibrillierung weitestgehend
verhindert werden kann, wenn die Bögen, Bänder und dergl. aus Polymeren hergestellt
werden, die Füllmaterialien erhalten.
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Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum herstellen von Bändern,
Bögen und dergl. aus Polyolefinen mit verminderter Tendenz zum Fibrillieren0 bei
dem ein Polyolefin zu einem Band, Bogen oder dergl. extrudiert, das extrudierte
Material abgeschreckt, das abgeschreckte Material wieder erhitzt und in einer Richtung
in einem Verhältnis von 10 : 1 bis 15 : 1 verstreckt wird, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß man ein Polyolefin verwendet, das 2 bis 40 Gewichtsprozente eines Füllstoffes
enthält.
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Sämtliche Verfahrensschritte des Verfahrens nach der Erfindung können
kontinuierlich durchgeführt werden.
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Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besonders geeignete
Polyolefine sind z. B. Polyäthylen, Polypropylen, Polybuten sowie Mischpolymerisate
und Polyallomere hiervon.
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Po-lypropylen hat sich als besonders geeignet erwiesen, weil es nach
der Verstreckung eine hohe Zugfestigkeit und zur gleichen Zeit eine niedrige e Dichte
besitzt.
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Die beim Verfahren der Erfindung verwendbaren Fiillstoffe sind
solche,
die mit den Polyolefinen gut mischbar sind und den Form-und Extrudierungsbedingungen
der Polyolefine unterworfen werden können. Als besonders geeignete Füllstoffe haben
sich Talkum und Gummis, beispielsweise aus Polyisobutylen, Athylenpropylenmischpolymerisaten
und Terpolymeren erwiesen.
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Die Füllstoffe können in die Polyolefine mittels irgendeiner Mischvorrichtung,
beispielsweise einem BanburyMischer, eingemischt werden. Die speziell im Einzelfalle
zu verwendende Menge der zugesetzten Füllstoffe hängt dabei von der Art des Füllstoffes
selber und von der erwünschten Zugfestigkeit der herzustellenden Bänder, Bögen und
dergl. ab, Insbesondere bei Verwendung von organischen Füllstoffen werden vorzugsweise
5 bis 40 % Füllstoffe, bezogen auf das Gesamtgemisch, verwendet Ganz allgemein hat
sich gezeigt, daß die lsTiderstandsfähigkeit gegen Fibrillierung minder Erhöhung
des Füllstoffgehaltes zunimmt, die Zugfestigkeit dagegen etwas abnimmt. Es wurde
gefunden, daß bei einem Prozentsatz von weniger als 10 % Füllstoff die Verminderung
der maximal erreichbaren Zugfestigkeit vernachlässigbar ist, während die Fibrillierung
im wesentlichenovollständig eliminiert wird. Bei Füllstoffkonzentrationen, die über
10 % liegen, wird die Fibrillierung nahezu vollständig eliminiert, jedoch nimmt
die Zugfestigkeit etwas ab.
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Nach gründlichem Vermischen der Polyolefine und der Füllstoffe wird
die erhaltene Mischung in an sich bekannter Weise mittels eines Extruders mit einer
geeigneten Extrudieröffnung extrudiert. Unmittelbar nach der Extrudierung wird das
extrudierte Material @eispielsweise in einem Flüssigkeitsbad oder auf einer gekühlten
Walze abgeschreckt. Das extrudierte material kann dann sofort verstreckt werden.
Gegebenenfalls kann das @laterial vor der Verstreckung jedoch auch noch aufbewahrt
werden.
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Die Verstreckung des @laterials erfolgt, nachdem dieses auf die erforderlich
Verstreckungstemperatur erhitzt worden ist. Die Verstreckung wird dabei mit @ilfe
von Walzenpaaren, durchgeführt, die mit verschiedenen. Geschwindigkeiten umlaufen.
Die @rhitzung kann mittels hei#er @uft oder durch @inwirkung der Wärme von Infrarotrhitzern
erfolgen.
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Die Verstreckungstemperatur kann in vorteilhafter Weise z.
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B. 232°C (405°@) bei Verwendung von Hei#lufterhitzern betragen. @erden
Infraroterhitzer verwendet, dann beträgt die watteichte@pro @ekunde z. B. 20 @att/pro
Quadratsekunden. Der @rad der Verstreckung hängt etwas von der Zusammensetzung des
laterials ab, denn dieses bestimmt die Streckgrenze (yield point). we@@erhin hangt
der Grad der Vestreckung von der erwunschten Zugfestigkeit ab. Je grö@er der Verstreckungsgrad
ist, desto höher ist die äu#erste Zugfestigkeit. Besonders vorteilhafte Verstreckungsverhältnisse
liegen zwischen
10 : 1 bis 15 : 1.
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Die Verminderung der Fibrillierungstendenz des Polyolefins durch Einverleiben
von Füllstoffen hängt offensichtlich mit der molekularen Orichtierung des Polyolefins
zusammen. Wird ein Polyolefin extrudiert und abgekühlt oder abgeschreckt, dann befinden
sich die Moleküle des Polyolefins in einer ungeordneten Zustand, d. h. die Moleküle
sind in einem zufälling entstandenen Muster verteilt. Durch Verstreckung in einer
Richung werden die ungeordneten Moleküle gezqungen, sich in deiser Richtung auszurichten.
Dadurch wird die Zugfestigkeit in der Richtung der Verstreckung erhöht, während
die Zugestigkeit transversal zur Verstreckungsrichtung absinkt.
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Wird nun ein Polyolefin mit Füllstoffen extrudiert, dann befinden
sicll die Moleküle des Polyolefins ebenfalls in einem ungeordneten Zustand. Nach
der Verstreckung in einer Richtung ist jedoch in diesem Falle die Ausrichtung der
Moleküle unterbrochen oder uneinheitlich. Aufgrund dieser mangelhaften Ausrichtung
bleibt ein Teil der ursprünglichen transversalen Zugfestigkeit erhalten. Dieses
erhalten-gebliebene transversale Zugfestigkeit genügt, um eine Fibrillation zu verhindern.
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Das Verfahren der Erfindung einet sich zur Herstellung von
beispielsweise
Bögen, Beuteln und Folien für Vernackungs zwecke, Strängen, Stäben, Fäden, Bändern,
Gürteln und dergleichen, bei denen eine hohe Zugfestigkeit in einer Richtung und
eine gute Widerstandfähigkeit gegenüber Fibrillierung erforderlich ist.
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Nach dem Verfahren der Lrfindung herstellbare Bänder können beispielsweise
die in der Verpackungsindustrie verwendeten Stahlbänder ersetzen [)ie Verpackungsbänder
sind bekanntlich besonders den verschiedensten Arten von Bieungs- und Verwindungskräften
ausgesetzt, weshalb sie nicht fibrillieren sollen und eine hohe Zugfestigkeit aufweisen
müssen. bei der herstellung von Verpackungsbändern können diese direkt in der gewünschten
Grö#e und Form extrudiert werden. Es können aber auch zunächst Bögen extrudiert
werden, die dann verstreckt und in die entsprechenden Bandgrößen zerschnitten werden.
Das Zerschneiden der Bänder kann auch vor der Verstreckung durchgeführt werden.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Polyolefinbänder zeigen gegenüber
den bekannten und herkömmlichen Stahlbändern eine Reihe bedeutender Vorteile: geringere
herstellungskosten, geringeres Gewicht, leichtere tiandhabung, bessere Wetterfestigkeit,
bessere Anpassungsfähigkeit an das zu verpackende Material und dergl.
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Nach dem Verfahren der Erfindung können auch dünne Folicn,
Bänder
und Streifen hergestellt werden, die auf einer oder auf beiden Seiten mit einem
druckempfindlichen Haftmittel versehen sind.
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Die nach dem Verfahren der Erfindung herstellbaren Bänder können an
ihren freien Enden, gegebenenfalls auch nach bekannten Fusionsverfahren, vor der
Verstreckung zusammenceklebt werden. Selbstverständlich können die £reien Enden
der Bänder vor oder nach der Verstreckung audi mit mechanischen Mitteln miteinander
verbunden werden1 Die nach dem Verfahren der Erfindung herstellbaren Bögen, Bänder
und dergl. können auch beprägt werden.
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Die foogenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.
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Beispiel 1 Eine in einer üblichen Mischvorrichtung hergestellte, aus
90 % !>olypropylen und 10 % Polyisobutylengummi bestehende Mischung wurde in
einen Extruder gegeben, der eine 0,125 mal 3,81 cm gro#e Schlitzöffnung besa#. (0,049"
mal 1,5") Die Mischung wurde bei 255°C zu einem Band extrudiert, das sofort in einem
Wasserbad von 21 0c (700F) abgeschreckt wurde.
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Anschließend wurde das Band in einen Ofen von 235 0C geführt, bis
es cine Temr'eratuy von 140°C erreichte. Anschließend wurde
das
Band in einem Verhältnis von 12 : 1 längsverstreckt.
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Das in einer Richtung verstreckte Band besaß eine Dicke von 0,0381
cm (0,015") und eine Breite von 1,219 cm (0,48"), eine zugfestigkeit von 4340 kg/cm2
(62 000 psi), eine gute Steifheit und eine schr gute Widerstandfähigkeit gegenüber
Fibrillierung.
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Beispiel 2 Linc aus 90 S Polypropylen und 10 % franz. Talkum bestehencie
Mischung wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, zu einem Band extrudiert. DasBand
wurde dann auf eine Temperatur von 250°C erhitzt und anschlie#end in einem Verhältnis
von 10 : 1 längsverstreckt.
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Das in einer Richtung verstreckte Band hatte eine Zugfestigkeit von
4270 kg/cm2 (@1 000 psi), eine gute Steifheit und eine sehr gute Widerstandsfähigkeit
gegenüber Fibrillicerung.
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Beispiel 3 @ind Mischung aus 80 % Polypropylen und 20 % Polyisobutylengummi
wurde, wie in Beispiel 1 beschri@ben, zu einem Band
extrudiert
und verstreckt.
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Das verstreckte Band besaf eine Zugfestigkeit von 3710 i:g/ cm2 (53
000 psi), eine gute Steifheit und eine hervorracende Widerstandsfähigkeit gegenüber
Fibrillierung.
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Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel) Zu Vergleichszweckcn wurde Polypropylen,
das keinen Fiillstoff enthielt, nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren zu
einem Band extrudiert und verstreckt.
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Das Band besa# eine Zugestigkeit von 4550 kg/cm2 (65 000 psi), fibrillierte
jedoch sehr stark, wenn es gebogen oder gewunden wurde.
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Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeignete Polyisobutylene
werden beispielsweise beschrieben in dem "Textbook of Polymer Science" von Billmeyer,
Verlag: Interscience Publisher / Wiley, 1964, Seiten 588 bis 392.
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Geeignete Äthylen-Propylenmischpolymerisate werden beispielsweise
beschrieben in dem Buch "Linear and stereoregular addition Polymers" von Gaylord
und Maek, Verlag: Interscience Publisher / Wiley, 1959, Seiten 321, 380,-381, 456
und 457.