DE2519075B2

DE2519075B2 - Verfahren zum strecken einer sich bewegenden, fortlaufenden bahn aus einem thermoplastischen kunststoff

Info

Publication number: DE2519075B2
Application number: DE19752519075
Authority: DE
Inventors: George Piscataway; Troy Gerald Victor Bound Brook; NJ. Lopac jun. (V-StA.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1974-04-30
Filing date: 1975-04-29
Publication date: 1977-06-08
Also published as: JPS50146673A; FR2269410B1; JPS532668B2; DE2519075A1; FR2269410A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Strecken einer sich bewegenden, fortlaufenden Bahn aus einem thermoplastischen Kunststoff gegebener Anfangsdicke und Anfangsbreite in Längsrichtung der Bahn unter Verringerung der Anfangsdicke bei minimaler Verringerung der Anfangsbreite, wobei die (,0 Bahn durch einen Walzenspalt zwischen zwei unter Abstand voneinander angeordneten, gegensinnig drehenden Walzen bewegt wird, deren Abstand am Walzenspalt kleiner ist als die Anfangsdicke der Bahn.

Ein solches Verfahren beschreibt die US 30 83 410. Dort werden die beiden gegensinnig drehenden Walzen von der im Walzenspalt durchlaufenden Bahn angetrieben. Damit ist in Längsrichtung der Bahn nur eine

geringe Streckwirkung verbunden.

Durch die CH 4 59 545 ist es ferner bei dem obengenannten Streckverfahren bekannt, eine Bahn aus einem Kunststoffmaterial dadurch zusätzlich in der Längsrichtung zu verstrecken, indem die Bahn nach demWalzenspalt um eine schneller laufende Walze geführt und damit aus dem Walzenspalt mit einer vorbestimmten Streckkraft gezogen wird.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches dahingehend weitergebildet ist, daß die Streckwirkung der dem Verfahren unterworfenen Bahn in Längsrichtung der Bahn ohne zusätzliche Längsstreckeinrichtung verbessert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Walzen unter Friktion laufen.

Dadurch wird die Verstreckung verbessert, wobei gleichzeitig nur geringe Kompressionskräfte für das Verstrecken in Längsrichtung aufgebracht werden müssen. Auch läßt sich das Verfahren mit einer relativ großen Bandbreite von Ausgangs-Parametern günstig durchführen. Dies gilt insbesondere für die Auswahl des Streckverhältnisses und der Temperatur bei einer nachfolgenden Querausrichtung. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß der im Walzenspalt ausgeübte Druck die Vergrößerung beginnender Materialfehler zu verhindern sucht. Dies gilt insbesondere für sehr kleine Risse, die im allgemeinen in Maschinenrichtung ausgerichtet sind.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch in einem Querschnitt ein Paar von gegeusinnig drehenden Walzen, zwischen deren Walzenspalt eine Bahn aus einem thermoplastischen Kunststoff hindurchgeführt wird.

Eine kontinuierliche Bahn 10 aus einem thermoplastischen Film mit einer Anfangsdicke η wird in Pfeilrichtung a einer ersten Walze 12 zugeführt. Die Filmdicke ist in der Zeichnung zur besseren Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt. Die erste Walze 12 wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit Si angetrieben. Die Bahn 10 wird um die erste Walze 12 zu einem Walzenspalt 14 zwischen der ersten Walze 12 und einer zweiten Walze 16 geführt. Die erste Walze 12 und die zweite Walze 16 haben voneinander einen Abstand d, wobei der Abstand dkleiner ist als die Anfangsdicke n. Der Abstand d ist die Höhe des Walzenspaltes 14. Die zweite Walze 16 dreht mit einer Umfangsgeschwindigkeit S2, die kleiner ist als die Umfangsgeschwindigkeit 5i der ersten Walze. Die sich bewegende Bahn 10 wird im Bereich des Walzenspaltes 14 zwischen den beiden Walzen 12 und 16 gestreckt. Diese Streckung verringert die Dicke der Bahn 10 auf eine Enddicke fc. Nachdem die Bahn 10 durch den Walzenspalt 14 zwischen den beiden Walzen 12 und 16 geführt ist, wird er von der zweiten Walze 16 abgestreift und auf eine nicht gezeigte Aufwickelrolle aufgewickelt. Der Abstand flist vorzugsweise kleiner als etwa die Hälfte der Anfaingsdicke ti. Die Vorteile der Erfindung werden bei ansteigendem Verhältnis ti Id progressiv verbessert.

Die Umfangsgeschwindigkeit der Ersten Walze 12 soll wenigstens l,5mal größer sein als die Umfangsgeschwindigkeit der zweiten Walze 16. Es ist jedoch vorteilhafter, wenn sie wenigstens das Zweifache der Umfangsgeschwindigkeit der zweiten Walze 16 beträgt. Die größte Geschwindigkeitsdifferenz, die gefahren

kann, hängt einerseits von Faktoren ab, wie der wert^en ^ (beispielsweise dem Punkt, an dem eine Art o^er _der Bahn eintritt) und der gewünschten ^^reduzierung der Bahn. Als allgemeine Regel

c*saet werden, daß die Relativgeschwmdigkeiten ¹⁰¹¹¹¹ -j „Walzen sich selten um mehr als einen Faktor ^der„?ia8bis9unterscheklensoll_ea
^VOc erden Bahnen aus thermoplastischen Polymeren

«!let Beispiele derarager thermoplastischer PoIy^ve die einzelne oder in Mischungen verwendet

10

Polyolefine, in=»!»»'™*"--"··"', —

niedrigdichtes Polyäthylen, Polypropylen,

Polybuten-!, Polystyrol, unvemetzte

ctvrol/Butedien-Mischpolymere und .

Polyisobutylen; Polyäthylenoxid und

Mischpolymere von Athylenoxid mit

^oolymerisierbaren Monomeren wie

ProDvlenoxid; Acryl-Polymere wie

Polvmethylmethacrylat und Polyäthylacrylat; 2

roDolymere von Äthylen una ein oder mehr

coDolymerisierbare Monomere wie Propylen,

Vinylacetat Acrylsäure, Athylacrylat

Methylmethacrylat und Vinylchlorid;

Vinylpolymere wie Homopolymer

undCopolymere von Vinylchlorid, Vinylacetat und

Vinylidenchlorid; Polyurethanpolymere wie das

lineare Polymer hergestellt durch Reaktion von

Polväthylenadipinat mit Butandiol und

Bis 4-isocyanatphenylmethan; Polycarbonate;

Polysulfone; Polyformaldehyd; Polyester, wie

Polväthylenterephthalat und andere. Während der Zeit in der sich die Bahn im Bereich des wILenspaltes befindet, muß sie bei einer Temperatur «halten werden, bei der die Streckung und damit die Ausrichtung der Molekülketten eintritt Wie es bekannt C, „ibt es einen relativ breiten Temperaturbereich, der '1 Strecken verwendet werden kann. Diese Tempera-Sn sind bekannt oder können leicht für jeden thermoplastischen Film abgeleitet werden, egal ob er aus einem einzigen Polymer oder einer Mischung von Pnlvmeren besteht Während die Strecktemperatur theoretisch jede Temperatur zwischen der Einfr.ertemneratur des thermoplastischen Polymers und dem kristallinen Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt «in kann liegt die ausgewählte Temperatur normalerweise geringfügig unterhalb des Erweichungspunktes, beispielsweise etwa 5 bis 20⁰G

Die angenäherten Erweichungspunkte einiger bevorzugter thermoplastischer Polymere sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

Polymer

Ungefährer Erweichungspunkt in ⁰C

Polyäthylenoxid
Polyäthylen niederer Dichte
Polyäthylen hoher Dichte
Polyoxymethylen

Polypropylen
Vinylidenchlorid-Mischpolymer

Polyvinylacetat
Polyäthylenterephthalat
Polystyren (syndiotaktisch)
Unplastifiziertes Polyvinylchlorid Polymethylmethacrylat
Polycarbonat

65 98 135 185 165 195 175 255

105-110 212 160 230 Werden Mischungen von Polymeren verwendet, so ist die ausgewählte Temperatur normalerweise ein Kompromiß, abhängig vom Erweichungspunkt jedes Bestandteils. Die Strecktemperatur ist in fast allen Fällen, bei denei. eine Mischung von Polymeren verwendet wird, höher als die Einfriertemperatur eines jeden in der Mischung in signifikanter Quantität anwesenden Polymers. Vernünftigerweise beginnt man bei einer Temperatur, die etwas über der höchsten Einfriertemperatur der Polymere in der Mischung liegt und steigert die Temperatur schrittweise, bis der gewünschte Strekkungsgrad und Orientierungs^rad erreicht ist

Mittel, um die Bahn auf der geeigneten Temperatur zu halten, während sie sich in dem Walzenspalt befindet sind bekannt Beispielsweise kann die Bahn in Kontakt mit einem signifikanten Teil des Umfangs der langsameren Walze gehalten werden, wie dies zeichnerisch dargestellt ist wobei die langsamere Walze auf einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht um die ι Bahn auf die gewünschte Strecktemperatur zu erwärmen. Alternativ kann die Bahn entweder extrudiert oder auf andere Weise direkt auf die langsamere Walze geformt werden, in welchem Fall die langsamere Walze auf einer Temperatur gehalten wird, derart, daß die s Bahn auf die gewünschte Strecktemperatur gekühlt wird, wenn sie in den Walzenspalt eintritt. In jedem Fall hat die thermoplastische Bahn in festem Zustand eine Temperatur unterhalb ihres kristallinen Schmelzpunktes, wenn sie in den Walzenspalt zwischen der langsameren und der schnelleren Walze eintritt.

Es wird bevorzugt die Bahn an beiden Walzen zu halten, wie dies zeichnerisch dargestellt ist. Es ist möglich, eine Bahn gerade durch den Walzenspalt zu führen, ohne daß sie an einer der beiden Walzen 3s gehalten wird. Bei dieser Führung werden die erwähnten Vorteile aber nicht in dem Maße erzielt wie bei der gezeigten und bevorzugten Ausführungsform.

Die Behandlung der Bahn, nachdem diese dem Verfahren nach der Erfindung unterworfen wurde, «st zu einem bestimmten Grade durch die Natur der Bahn bestimmt. Hochkristalline Polymere, beispielsweise hochdichte Polyäthylene, müssen lediglich vor dem Aufwickeln heruntergekühlt werden. Weil amorphe Polymere, beispielsweise Polystyrol, eine starke Tendenz haben, ihre früheren Dimensionen nach dem Orientieren anzunehmen, muß Vorsorge getrotten werden, um das Schrumpfen vor dem Aufwickeln zu verhindern. Diese Überlegungen sind dem Fachmann bekannt, und herkömmliche Mittel können fur diese 50 Zwecke eingesetzt werden.

Beispiel I

Eine Bahn aus Polyäthylenoxid einer Dicke von 0,1397 mm mit einem Molekulargewicht von etwa 600 000 (bestimmt durch Theologische Messungen)

ho wui ^e in einem Walzenspalt mit zwei gegensinnig drehenden Walzen, wie zeichnerisch dargestellt, gestreckt. Der Versuch wurde mehrfach durchgeführt, wobei verschiedene Walzenspaltöffnungen zwischen den beiden Walzen bei jedem Versuch eingestellt

<>5 wurden. Tabelle I, unten, zeigt die Versuchsbedingungen für jeden Versuch. Tabelle II, unten, zeigt die jeweiligen Eigenschaften der bei jedem Versuch erhaltenen gestreckten Bahnen.

<s

Tabelle I

Versuchsbedingungen und Daten für Beispiel 1

Versuchs-Nr. 1

Anfangsbreite (mm)

Endbreite (mm)

Anfangsdicke (mm)

Enddicke (mm)

Langsamere Walze, Temp, in °C

Schnellere Walze, Temp, in ⁰C

Langsamere Walze, Geschw. (m/Min.)

Schnellere Walze, Geschw. (m/Min.)

Walzenspaltöffnung (mm)

Trennkraft (kp)^#)

*) Das die Kraft anzeigende System für die Zweiwalzenstreckvorrichtung war für eine Maximallast von 113 000 kp bestimmt. Die Genauigkeit des Systems liegt bei ±226 kp.

Tabelle Il

Physikalische Eigenschaften der Proben des Beispiels 1

355,6	355,6	355.6	355,6
327	331,8	335	335
0,1397	0,1397	0,1397	0,1397
0,0216	0,0193	0,0183	0,019558
59	59	59	59
57	57	57	57
0,6	0,6	0,6	0,6
3,7	3,7	3,7	3,7
2	1	0,12	zwischen 0,025
			und 0,135
0	0	0	Π3

	Ausgangs	Versuchs-Nr.	2	1	3	4
	material		Walzenspaltöffnung (mm)
		1	2	1237	0,12	0,025-0,05
				64
			1230	keine Ausb.	1235	1226
Eigenschaften in Maschinenrichtung:		62	<1	59	62
Zugspannung (kp/cm²)	118	keine Ausb.	85,433	keine Ausb.	keine Aus.
% Längung	752	<1	0,0183	<1	<1
Spannung der Ausbeute (kp/cm²)	81	89,233		87,666	85,733
% Längung der Ausbeute	10	0,0203	1540	0,0185	0,0188
Elastizitäts-Sekantenmodul (kp/cm²)	33,000		690
Mittlere Dicke (mm)	0.137	1505	1540	1510	1538
Eigenschaften in Querrichtung:		836	7	754	796
Zugspannung (kp/cm²)	122	1505	7250	1510	1538
% Längung	816	5	0,0181	8	8
Spannung der Ausbeute (kp/cm²)	90,8	7400	0,0228-	7180	6770
% Längung der Ausbeute	11	0,0206	0,0318	0,0181	0,0203
Elastizitäts-Sekantenmodul (kp/cm²)	3070	0,0254—		0,0228-	0,0228-
Mittlere Dicke (mm)	0.14	0,0343		0,0292	0,0252
Gesamt-Dickenschwankung (mm)*)	—

*) An den Kanten ergeben sich wegen des Aufstauens des Kantenbettes, das charakteristisch für das Zusammenziehen ist höhere Dicken.

Die bei Versuch A hergestellte Bahn war gleichförmig klar und transparent Nach dem Strecken unter den Versuchsbedingungen des Versuchs 4 wurde der Walzenspalt auf 0,254—0,279 mm während des Versuchs gepffneL Bei geöffnetem Walzenspalt entwickelte sich ein geringes, aber wahrnehmbares Zusammenziehen, und die Bahn wies Anlauflinien auf, die generell in Querrichtung verliefen. Wenigstens etwa 85—90% der Bahn waren mit diesen Anlauflinien bedeckt Die Anlauflinien zeigten ein nicht gleichförmiges Strecken an. Um eine klare, transparente Bahn durch die herkömmlichen Verfahren unter Ziehen der Bahn durch einen offenen Walzenspalt zu erhalten, hätte die Polyäthylenoxidbahn des Beispiels 1 bei einem Streckverhältnis zwischen 8 : ί und 9:1 verstreckt werden müssen.

Beispiel Π

Eine Bahn aus Polyäthylenoxid von 0,254 mm Dicke mit einem Molekulargewicht von etwa 600 000 wurde ähnlich wie in Beispiel 1 gestreckt Die Tabelle III unten zeigt die beim Strecken verwendeten Versuchsbedingungen. Tabelle IV unten zeigt die jeweiligen Eigenschaften der gestreckten Bahnen wie auch repräsentative Eigenschaften einer ähnlidien Polyäthylenoxidbahn, die auf herkömmliche Weise bei einem Streckverhältnis von 6 :1 verstreckt worden war.

Tabelle III

Versuchsbedingungen und Daten für Beispiel 2

	VerMidis-Nr. 1	2
Anfangsbreite (mm)	254	254
Endbreite (mm)	250,8	250,8
Anfangsdicke (mm)	0.254	0,254
Enddicke (mm)	0.13	0,13
Temperatur der langsameren	59	59
Walze (⁰C)
Temperatur der schnelleren	58	58
Walze (⁰C)
Geschwindigkeit der lang	1,8	1,29
sameren Walze (m/Min.)
Geschwindigkeit der schnel	3.33	3,6
leren Walze (m/Min.)
Spaltöffnung (mm)	0.127	0,0762
Trennkraft (kp)¹)	907	3402

*) Das die Kraft anzeigende S>stern war fiir eine maximale l.asi von 113400 kp konstruiert. Die (ienauigkeil des Systems liegt bei ±227 kp.

Tabelle IV

Physikalische Eigenschaften der Proben des Beispiels

Eigenschaften in Maschinenrichtung:

Zugspannung (kp/cm²) ⁰O Eängung

Spannung der Ausbeute (kp/cm-) % Längung der Ausbeute Elasti/itäts-Sekantenmodul (kp/cm²) Mittlere Dicke (mm)

Eigenschaften in Querrichtung:

Zugspannung (kp/cm²) '"<' Eängung

Spannung der Ausbeute (kp/cm²) % Längung der Ausbeute Elastizitäts-Sckantenmodul (kp/cm²) Mittlere Dicke (mm)

Ausgang-	Beispiel 2	2	Herkömm
material	Versui'hs-Nr.	756,4	liches
		68	Strecken
	1	keine Ausb.	Beispiel Nr
103.1	460.9	1	1096.7
682	134	5303	64
91.4	keine Ausb.	0.0922	keine Aus
15	1	156.8	1
2793	3791	708	3705
0.2545	0.127	156.8	0.053
125.1	169.4	11	138.5
770	936	6545	862
105.5	149.7	0.0942	138.5
14	14		8
3501	5160	5751
0,2545	0.1328	0,038
Hier/u 1 Bkiit	Zeichnungen

Claims

•i Patentansprüche:

1. Verfahren zum Strecken einer sich bewegenden, fortlaufender. Bahn aus einem thermoplastischen Kunststoff gegebener Anfangsdicke und Anfangsbreite in Längsrichtung der Bahn unter Verringerung der Anfangsdicke bei minimaler Verringerung der Anfangsbreite, wobei die Bahn durch einen to Walzenspalt zwischen zwei unter Abstand voneinander angeordneten, gegensinnig drehenden Walzen bewegt wird, deren Abstand am Walzenspalt kleiner ist als die Anfangsdicke der Bahn, dadurch gekennzeichnet, daß beide Walzen (12,16) unter Friktion laufen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn vor dem Eintritt in den Walzenspalt (14) um die schneller laufende Walze (12) geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn nach dem Verlassen des Walzenspaltes (14) um die langsamer laufende Walze (16) geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der schneller laufenden Walze (12) wenigstens das l,5fache der Umfangsgeschwindigkeit der langsamer laufenden Walze (16) beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der schneller laufenden Walze (12) wenigstens das Zweifache der Umfangsgeschwindigkeit der langsamer laufenden Walze (16) beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d) zwischen den Walzen (12, 16) am Walzenspalt (14) kleiner ist als die Hälfte der Anfangsdicke (u) der Bahn.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Bahn beim Durchlaufen des Walzenspaltes (14) etwa (5 bis 20⁰C) unterhalb des Erweichungspunktes des thermoplastischen Kunststoffes liegt, aus dem die Bahn besteht.