HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Anwendungsgebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein kontinuierliches
Verfahren zum Binden und Verstrecken einer faserigen
Polyolefinnonwoven-Folie. Insbesondere bezieht sich die
Erfindung auf ein Verfahren, bei dem die Folientemperatur
während des Verstreckens variiert wird. Wenn das Binden
und Verstrecken ohne eine solche Temperaturveränderungen
vorgenommen werden, ist die erhaltene Folie in
signifikanter Weise weniger gleichmäßig in der Dicke als eine Folie,
welche nach dem vorliegenden Verfahren hergestellt wird.
Beschreibung des Standes der Technik
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Verfahren zum Herstellen faseriger Nonwoven-Folien aus
Polyolefinpolymeren sind an sich bekannt. Beispielsweise
beschreibt Steuber, US-PS 3,169,899 das Ablegen von
flashgesponnenen plexusfadenartigen Strängen aus Polyethylen-
Folienfibrillen auf einer sich bewegenden
Aufnahmeeinrichtung, um eine Nonwoven-Folie zu bilden. Verfahren zum
Anordnen von von einer Mehrzahl von Stellen auf einer sich
bewegenden Aufnahmeeinrichtung abgelegten Fasern sind in
Knee, US-PS 3,402,227 und Farago, US-PS 4,537,733
beschrieben.
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Einige Verfahren zum Binden und Verstrecken von faserigen
Polyolefinnonwoven-Folien sind bekannt. Ein besonders
zweckmäßiges Verfahren, welches insbesondere zur Herstellung
von gewichtsmäßig leichten Nonwoven-Folien aus
polyethylen-plexusfadenartigen Folienfibrillensträngen geeignet
ist, wird von Lee, US-PS 4,554,207 beschrieben. Lee
beschreibt ein Verfahren, welches umfaßt (a) Bilden einer
Folie aus flashgesponnenen plexusartigen
Polyethylen-Folienfibrillensträngen, (b) geringfügiges Verfestigen der
so gebildeten Folie, (c) Erwärmen der Folie ohne eine
nennenswerte Verstreckung auf eine Temperatur, welche in dem
Bereich von 3 bis 8ºC unter dem Schmelzpunkt von
Polyethylen ist, (d) anschließendes Verstrecken der Folie in
wenigstens zwei Stufen auf das wenigstens 1,2-fache der
ursrünglichen Länge unter Konstanthaltung der Temperatur der
Folie, und (e) abschließendes Kühlen der erwärmten und
verstreckten Folie auf eine Temperatur von weniger als 60ºC,
vorzugsweise mittels einer ersten Kühlung an der Oberfläche
der Folie und dann der gegenüberliegenden Oberfläche. Nahezu
jedes Mal, wenn die Folientemperatur 100ºC oder höher
während der Erwärmung, der Verstreckung und dem Kühlschritt
ist, werden Kräfte senkrecht auf die Oberfläche der Folie
aufgebracht, um die Querschrumpfung der Folie zu begrenzen.
Das Verfahren von Lee wird in Verbindung mit dem
gleichzeitigen Binden und Verstrecken einer faserigen
Polyethylennonwoven-Folie mittels Passage über eine Reihe
von erwärmten Walzen verdeutlicht, wodurch das
Einheitsgewicht der Folie um einen Faktor von bis zu zwei
vermindert wird.
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Die vorstehend genannten Verfahrensweisen sind technisch
zweckmäßig und kommerziell erfolgreich bei der Herstellung
von breiten Nonwoven-Folien, insbesondere von
plexusfadenartigen Polyethylenfolienfibrillensträngen (beispielsweise
"Typek" spinngebundenes Olefin, hergestellt von E.I. du
Pont de Nemours & Co.). Jedoch sind Schwierigkeiten
hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Folie bei den bekannten
Herstellungsverfahren insbesondere dann zu erwarten, wenn
gewichtsmäßig leichte Folien hergestellt werden sollen.
Dünne und dicke Bereiche treten manchmal bei
gewichtsmässig leichten Folien auf.
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Eine Zielsetzung der Erfindung ist darin zu sehen, ein
verbessertes Verfahren zum Herstellen einer gebundenen und
verstreckten, faserigen Polyolefin-Folie, welche eine
verbesserte Gleichmäßigkeit der Dicke selbst bei sehr kleinen
Einheitsgewichten hat, zur Verfügung zu stellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung gibt ein verbessertes, kontinuierliches
Verfahren zum Binden und Verstrecken einer faserigen
Polyolefinnonwoven-Folie an. Das Verfahren ist von jener Art,
bei der die Nonwoven-Folie zuerst auf eine Bindetemperatur
erwärmt wird, welche in der Nähe jedoch tiefer als der
Schmelzpunkt von Polyolefin liegt, die erwärmte Folie dann
auf das wenigstens 1,2-fache der ursprünglichen Länge in
wenigstens zwei Stufen verstreckt wird, und dann die
verstreckte Folie auf eine Temperatur unterhalb 60ºC
abgekühlt wird. Im wesentlichen jedes Mal, wenn die Folie sich
bei einer Temperatur von 100ºC oder höher während des
Erwärmens, Verstreckens und den Kühlstufen befinden, werden
Kräfte senkrecht auf die Folienoberfläche aufgebracht. Die
Weiterentwicklung nach der Erfindung, ausgehend von diesem
bekannten Verfahren, zeichnet sich dadurch aus, daß die
Folientemperatur unmittelbar, nachdem die Folie auf
Bindetemperatur erhitzt ist und während die Folie zu einer
ersten Streckstufe gefördert wird, um 5 bis 40ºC erniedrigt
wird, und daß die Folie dann abwechselnd erhitzt und
gekühlt wird in aufeinanderfolgenden Streckstufen des
kontinuierlichen Verfahrens. Vorzugsweise wird die
Folientemperatur von der Bindetemperatur um 10 bis
25ºC erniedrigt, wenn sie zu der ersten
Verstreckungsstufe weitertransportiert wird. Im allgemeinen
wird während der abwechselnden Erwärmung und Abkühlung der
Folie während des darauffolgenden Verstreckens die
Folientemperatur auf Werte von nicht größer als die
Bindetemperatur erhöht und auf Werte von nicht kleiner als 100ºC
abgesenkt. Vorzugsweise variiert die Folientemperatur während
der abwechselnden Erwärmung und Abkühlung um wenigstens
5ºC und um nicht mehr als 35ºC. Insbesondere variiert die
Folientemperatur um 10 bis 25ºC während des abwechselnden
Erwärmens und Abkühlens.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUR
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die
beigefügte Zeichnung näher erläutert, welche ein schematisches
Flußdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer
Vorrichtung mit mehreren beheizten Walzen zur Durchführung
des verbesserten Binde- und Verstreckungsverfahrens nach
der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Erfindung wird nunmehr detailliert bezüglich eines
bevorzugten Verfahrens zum Binden und Verstrecken, einer
breiten, gewichtsmäßig leichten Nonwoven-Folie aus
plexusfadenartigen Polyethylen-Folienfibrillensträngen
beschrieben und erläutert. Das Verfahren ist allgemein derart
ausgelegt wie dies detailliert in Lee, US-PS 4,554,207
beschrieben ist, deren Gesamtoffenbarungsgehalt durch die
Bezugnahme hierdurch miteingeschlossen ist. Obgleich die
vorliegende Erfindung hauptsächlich auf die Verarbeitung
einer derartigen faserigen Polyethylennonwoven-Folie
gerichtet ist, ist in ihrem weitesten Umfang die vorliegende
Erfindung dazu bestimmt, daß alle Verarbeitungsweisen
anderer faseriger Polyolefinmaterialien mitumfaßt werden.
Diese umfassen faserige Folien, Bahnen und andere
ähnliche Nonwovenmaterialien, welche aus Homopolymeren aus
Ethylen, Propylen und ähnlichen sowie Copolymeren hiervon
hergestellt sind.
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Die bekannten Verfahrensweisen zum Binden und Verstrecken
faseriger Polyolefinnonwoven-Folien umfassen die Schritte,
nach denen die Folie ohne eine nennenswerte Verstreckung
auf eine Binde- und Verstreckungstemperatur erwärmt wird,
welche in der Nähe aber niedriger als der Schmelzpunkt von
Polyolefin ist. Beispielsweise werden die
plexusfadenartigen Polyethylennonwoven-Folien nach der US-PS 4,554,207
auf eine Temperatur erwärmt, die im Bereich von 3 bis 8ºC
unter dem Schmelzpunkt von Polyethylen liegt, und dann
wird während der beiden oder mehreren Verstreckungsstufen
diese Temperatur aufrechterhalten oder nahezu
aufrechterhalten, bevor die abschließende Stufe des Abkühlens ohne
Verstrecken durchgeführt wird. Immer wenn die Temperatur
der Folie bei einer Temperatur von 100ºC oder höher liegt,
werden Kräfte senkrecht auf die Oberfläche der Folie
aufgebracht, um eine übermäßige Querschrumpfung zu verhindern.
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Das Verfahren nach der Erfindung stellt eine
Weiterentwicklung gegenüber dem unmittelbar zuvor beschriebenen Verfahren dar.
Während des Verstreckens der Folie in zwei oder mehr Stufen
wird an Stelle der Aufrechterhaltung der Temperatur der
Folie auf einem Wert im wesentlichen konstant innerhalb eines
Bereiches von 3 bis 8ºC unterhalb des Schmelzpunktes von
Polyolefin nach der Erfindung die Temperatur der Folie
zuerst abgesenkt, üblicherweise um 5 bis 40ºC, wenn die Folie
in die erste Verstreckungsstufe eintritt, und dann wird
während der Weiterverstreckung die Folie abwechselnd
erwärmt und abgekühlt, so daß die Folientemperatur über einen
großen Temperaturbereich von 5 bis 35ºC variiert, bevor die
abschließende Kühlung auf eine Temperatur von unterhalb
60ºC erfolgt. Während des abwechselnden Erwärmens und
Kühlens während des Verstreckens wird die Folientemperatur
üblicherweise auf einem Wert gehalten, welcher nicht
grösser als die anfängliche Bindetemperatur ist, auf welche die
Folie erwärmt wurde und die üblicherweise nicht auf Werte
unterhalb 100ºC absinkt. Obgleich die niedrigeren
Temperaturen dieser Bereiche bei der Folie für kurze
Zwischenzeiträume während des Verstreckens zugelassen werden können,
führt die Aufrechterhaltung der Temperatur der Folie bei
einer niedrigen Temperatur während einer längeren
Zeitperiode zu übermäßigen Eigenbelastungen und einem Reißen der
Folie.
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Um die günstigsten Vorteile von dem Verfahren nach der
Erfindung bezüglich der Gleichmäßigkeit der Foliendicke zu
erhalten, wird das Arbeiten in den oberen Teilen der
vorstehend angegebenen Temperaturbereiche bevorzugt. Somit
sind bevorzugte Bereiche für die anfängliche Absenkung der
Temperatur von der Temperatur, welche in der Nähe des
Schmelzpunktes von Polyolefin liegt und für die
anschliessende Temperaturvariation vorzugsweise 10 bis 30ºC bzw. 15
bis 25ºC. Während des Verstreckens variieren die
bevorzugten Temperaturen beim abwechselnden Erwärmen und Abkühlen
zwischen 105 und 130ºC.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist über einen großen
Bereich eines Einheitsgewichtes und von
Verstreckungsverhältnissen bei einer Vielzahl von unterschiedlichen
Polyolefin-Folien zweckmäßig. Bei den bevorzugten
plexusfadenartigen Filmfibrillenstrang-Polyolefinnonwoven-Folien
beträgt der bevorzugte Bereich des Ausgangsgewichts für die
Folien vor dem Binden und Verstrecken 35 bis 70 g/m²; der
bevorzugte Bereich der Verstreckungsverhältnisse insgesamt
in Längsrichtung ist 1,25 bis 1,7; und die bevorzugte
Anzahl von Verstreckungsstufen ist 3 oder 4. Innerhalb des
allgemeinen Bereichs der Ausgangsgewichte ist das
Verfahren effektiver bei gewichtsmäßig leichteren Folien als
bei gewichtsmäßig schwereren Folien.
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Die vorstehend angegebene Folientemperatur ist die
Temperatur der Mittelebene des Folienquerschnitts an jeder
beliebigen Stelle während des Binde- und
Verstreckungsverfahrens. Diese Temperatur kann durch übliche
Wärmeübertragungsermittlungen aus Messungen der Temperaturen der
Anlagenbeheizung der Folie und der Oberflächentemperatur der Folie
selbst bestimmt werden. Die hierin angegebene Temperatur
für die jeweils angegebene Walze ist jene der
Folienmittelebene, nachdem die Folie über einen 120-Grad-Bogen der
Walze gegangen ist.
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Bevorzugte Ausgangsmaterialien für das Verfahren nach der
Erfindung sind faserige Nonwoven-Folien aus
flashgesponnenen, linearen, plexusfadenartigen
Polyethylen-Folienfibrillen-Strängen. Diese Ausgangsfolien können nach den
allgemeinen Techniken von Steuber, US-PS 3,169,899 hergestellt
werden oder speziell nach dem spezifischen Verfahren
hergestellt werden, welches in Lee, US-PS 4,554,207 in Spalte 4,
Zeile 63 bis Spalte 5, Zeile 60 angegeben ist.
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Nach dem Verfahren nach der Erfindung wird eine
Ausgangsfolie einer Anlagenart zugeführt, welche schematisch in dem
Flußdiagramm der beiliegenden Zeichnung angegeben ist und
die näher im Zusammenhang mit den nachstehenden Beispielen
beschrieben ist. Wie in der Zeichnung gezeigt, wird die
Ausgangsfolie 40 über eine Reihe von Walzen geführt. Die
Temperatur der Folie steigt von Raumtemperatur auf die
gewünschte Bindetemperatur dadurch an, daß sie über innen mit
Öl beheizte Stahlwalzen 50, 51, 52 und 53 läuft. Wenn die
Folie in die Verstreckungsstufen der Anlage eintritt, wird
die Folie mittels der Walze 54 gekühlt und dann abwechselnd
in den darauffolgenden Verstreckungsstufen erwärmt und
abgekühlt, wenn sie in Kontakt in den innen mit Öl beheizten
Stahlwalzen 54, 55, 56 und 57 sich weiterbewegt. Die Walzen
50, 51, 52, 53 und 54 arbeiten derart, daß im wesentlichen
keine Verstreckung an der Folie durch diese Walzen bewirkt
wird. "Im wesentlichen keine Verstreckung" bedeutet, daß
beim Durchgang der Folie von der Walze 50 zu 54 die Folie
unter einer ausreichenden Spannung durch das Arbeiten der
jeweils aufeinanderfolgenden Walze mit einer geringfügig
größeren Geschwindigkeit als die vorangehende bleibt;
welche aber im allgemeinen um nicht mehr als 1% schneller
läuft. Wenn anschließend die Folie durch die
aufeinanderfolgenden Walzen, welche mit unterschiedlichen
Öltemperaturen arbeiten, erwärmt und abgekühlt wird, wird die
Geschwindigkeit der Folie beim Vorbeigang an den Walzen 54
bis 55, von der Walze 55 bis 56 und von der Walze 56 bis
57 erhöht, um drei Verstreckungsstufen bereitzustellen.
Dann erfolgt darauffolgend eine Kühlung einer Oberfläche
und dann der gegenüberliegenden Oberfläche der Folie durch
innengekühlte Stahlwalzen 58 und 59.
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Jedes Mal, wenn die Folientemperatur bei 100ºC oder höher
während des Durchgangs von der einlaßseitigen,
leerlaufenden Walze 80 zu der leerlaufenden Austrittswalze 61 sich
bewegt, werden Kräfte senkrecht auf die Folienoberfläche
aufgebracht, um ein übermäßiges Schrumpfen in einer
Querrichtung zu verhindern. Wie in der beigefügten Zeichnung
verdeutlicht ist, wird mittels Corona-Entladeeinrichtungen
85 und 86 eine elektrostatische Ladung auf die Folie
aufgebracht, welche eine Anziehungskraft bewirkt, um die
Folie in engem Kontakt mit den Walzen zu halten. Die Paare
von aus Stahl bestehenden und S-förmig umschluhgenen
Walzen 60/61, 62/63, 64/65, 66/67 und 68/69 und die
kautschukbeschichteten Quetschwalzen 70 bis 76 sowie die auf
die Folie beim Durchgang durch die Anlage aufgebrachte
Spannung stellen die mechanischen Kräfte senkrecht zur
Folie bereit. Diese Kräfte tragen auch dazu bei, daß die
Folie in innigem Kontakt mit den Erwärmungs-,Verstreckungs
- und Kühlwalzen bleibt. Um ferner die Querschrumpfung
möglichst gering zu halten, sind die paarweise vorgesehenen,
S-förmig umschlungenen Walzen derart angeordnet, daß die
freie unbelastete Länge der erwärmten Folie so klein wie
möglich ist (d.h. jener Folie, die bei einer Temperatur
von etwa wenigstens 100ºC ist). Das erhaltene
Folienerzeugnis 90 wird dann aufgewickelt.
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Verschiedene Folieneigenschaften sind nachstehend
angegeben und werden auch im Zusammenhang mit den Beispielen
weiter unten erwähnt. Diese Eigenschaften werden mittels
den folgenden Methoden bestimmt. Bei den Beschreibungen
der Testmethoden bezieht sich ASTM auf American Society of
Testing Materials, TAPPI auf Technical Association of
Pulp and Paper Industry, und AATCC auf American
Association of Textile Chemists and Colorists.
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Das Einheitsgewicht wird nach Maßgabe TAPPI-410 OS-61 oder
ASTM D3776-79 gemessen und in g/m² angegeben.
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Die Zugfestigkeitseigenschaften werden nach Maßgabe TAPPI-
T-404 M-50 oder ASTM D1117 1682-64 gemessen und in Newton
angegeben. Es ist noch zu erwähnen, daß die Tests bei
1-inch (2,54 cm) breiten Streifen durchgeführt wurden.
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Die Elmendorf-Reißfestigkeit wird nach Maßgabe TAPPI-T-
414 M-49 gemessen und wird in Newton angegeben.
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Die Delaminierungsbeständigkeit wird unter Verwendung
eines Instron-Testgeräts mit 2,5 cm x 7,2 cm
Linienkontaktklemmen und einem Instron Integrator gemessen, welche alle
von Instron Engineering, Inc., in Canton, Massachusetts,
hergestellt sind. Die Delaminierung einer 2,5 cm x 17 cm
Probe wird manuell mit einem 2,5 cm x 2,5 cm Randbereich
etwa in der Mittelebene der Folie dadurch begonnen, daß
die Folie mittels eines Stifts geschlitzt wird. Ein Ende
einer der geschlitzten Schichten wird in eine der
Linienklemmen gelegt, und das zugeordnete Ende der anderen
geschlitzten Schicht wird in die andere Linienklemme gelegt,
und es wird die zum Abziehen der Folie benötigte Kraft
gemessen. Die folgenden Instron-Einstellungen werden mittels
einer "C"-Lastzelle eingesetzt: Meßlänge von 10,1 cm;
Querhauptgeschwindigkeit 12,7 cm pro Minute;
Auswertungsgeschwindigkeit 5,1 cm pro Minute; und eine
Gesamtskalenbelastung von 0,91 kg. Die Delaminierungsbeständigkeit ist
gleich der Integratorablesung dividiert durch einen
geeigneten Umwandlungsfaktor, welcher von der
Lastzellengröße und den Meßeinheiten abhängig ist. Die Delaminierung
wird in Newton/cm angegeben.
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Die Gurley-Hill-Permeabilität wird nach Maßgabe TAPPI-T-
460 M-49 gemessen und in s/100cm³/cm² angegeben.
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Die hydrostatische Höhe wird nach Maßgabe AATCC 127-77
gemessen und in Zentimetern angegeben.
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Die Opazität ist durch die Messung der durch die einzelnen
5,1-cm (2-in)-durchmessergroßen Kreisabschnitte der Folie
durchgehende Lichtmenge bestimmt. Ein E.B. Gleichstrom-
Opazitätsmeßgerät, hergestellt von Thwing Albert
Instrument Company, wird zur Messung eingesetzt. Die Opazität
der Folie wird durch die arithmetische Mittelung von
wenigstens 15 derartiger einzelner Bestimmungen bestimmt.
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Eine opake Folie hat eine gemessene Opazität von 100%.
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Die Dicke sowie das Einheitsgewicht lassen sich mit einem
nuklearen Gewichtssensor, wie einem Measurex 2002 Beta-
Meßgerät, hergestellt von Measurex Systems, Inc., in
Cupertino, Kalifornien, bestimmen. Ein solches Meßgerät wurde
zur Messung der Dicke der Folien eingesetzt, die nach den
Beispielen hergestellt sind. Etwa 27,000 Punkte werden auf
einem 3 Fuß x 10 Fuß (0,91 m x 3,05 m) Stück gemessen, um
die mittlere Dicke oder das Einheitsgewicht und die
Standardabweichung der Daten zu bestimmen. Die
Dickengleichmäßigkeit wird als ein Koeffizient der Änderung, welche
die statistisch ermittelte Standardabweichung der
Messungen ist, angegeben, und als ein Prozentsatz des
Mittelwerts ausgedrückt.
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Die Temperatur der Folienoberfläche läßt sich mit Hilfe
eines üblichen Pyrometers messen. Die Temperatur der
Fluide zum Erwärmen und Abkühlen der Walzen läßt sich mit
üblichen Thermoelementen messen. Die Temperatur der Folie in
der Mittelebene läßt sich aus diesen Messungen ermitteln.
Für diese Ermittlungen sollten die
Wärmeübertragungseigenschaften der Walzenwände und der Nonwoven-Folie selbst
sowie die Wärmeübertragungskoeffizienten von dem Walzenfluid
zu der Walzenwand von der Walzenoberfläche auf das
Nonwoven-Sheet bekannt sein. Diese lassen sich empirisch wie
bei den nachstehenden Beispielen angegeben bestimmen.
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Der Hauptvorteil, den man bei der Anwendung der Erfindung
im Vergleich zu dem üblichen Verfahren erhält, bei dem
die Binde- und Verstreckungstemperatur im wesentlichen
konstantgehalten wird, ist das Vermögen des vorliegenden
Verfahrens, gebundene und verstreckte Folien mit einer
besseren Dickengleichförmigkeit, ohne einen
nennenswerten Verlust an Opazität, Festigkeit oder anderen
Folieneigenschaften herzustellen.
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In diesem Absatz wird eine verständliche Erklärung oder
Theorie im Hinblick darauf angegeben, weshalb das
vorliegende Verstreckungsverfahren eine verbesserte
Foliengleichförmigkeit erzeugt. Diese Erläuterungen dienen nicht zur
Beschränkung des Schutzumfangs der Erfindung, sondern
sollen lediglich zum besseren Verständnis hiervon beitragen.
Der vorliegende Erfinder hat festgestellt, daß in der Nähe
des Schmelzpunktes des Folienpolymers eine kleine
Veränderung der Temperatur zu einer großen Veränderung bei den
Spannungs-Dehnungseigenschaften der Folie führt. Eine
kleine Temperatursteigerung führt bei der Folie dazu, daß eine
wesentlich geringere Spannung zum Verstrecken derselben
erforderlich ist. Umgekehrt gesprochen führt eine kleine
Abnahme der Temperatur dazu, daß sich die Folie schwieriger
verstrecken läßt. Wenn daher eine Folie kleine
Ungleichmäßigkeiten in Form von dicken und dünnen Bereichen hat,
und diese während des Verstreckens erwärmt und abgekühlt
wird, behalten die Dickenbereiche ihre Temperatur länger
bei und lassen sich leichter verstrecken während einer
relativ längeren Zeitperiode als die dünneren Abschnitte.
Die dünnen Abschnitte verlieren ihre Wärme leichter und
ihre Temperatur sinkt leichter ab und lassen sich daher
schwieriger verstrecken. Wenn daher die Folie verstreckt
wird, werden die dickeren Abschnitte im Querschnitt
stärker reduziert als die Abschnitte, die ursprünglich dünner
waren. Als Gesamtergebnis ergibt sich eine Folie mit
einer signifikant verbesserten Dickengleichförmigkeit.
BEISPIELE 1 - 4
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Bei diesen Beispielen werden ungebundene, geringfügig
verfestigte Nonwoven-Folien aus plexusfadenartigen
Polyethylenfolienfibrillen-Strängen bei einer Folientemperatur
gebunden und verstreckt, welche sich während des
Verstrekkens nach Maßgabe der Erfindung verändert. Die erhaltenen
Folien werden mit jenen verglichen, die aus dem gleichen
Folienausgangsmaterial hergestellt waren , aber mit einer
im wesentlichen konstanten Temperatur nach Maßgabe der
üblichen Verfahrensweisen in gleicher Weise verstreckt
und gebunden wurden. Die Arbeitsgeschwindigkeiten und
-temperaturen der Walzen und der Folien sind in der Tabelle I
angegeben. Die physikalischen Eigenschaften der erhaltenen,
gebundenen und verstreckten Folien sind in Tabelle II
zusammen mit ihrer Dickengleichmäßigkeit aufgeführt. Hieraus
ist das zweckmäßige Merkmal nach der Erfindung zu erkennen,
gemäß dem die Folien eine wesentlich geringere
Dickenänderung als Folien haben, die nach üblichen Verfahren
hergestellt sind.
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Die Ausgangsfolie, die bei diesem Beispiel eingesetzt wird,
wird im wesentlichen wie in Beispiel 1 der US-PS 4,554,207
beschrieben hergestellt. Die Anlage, die zum Verstrecken
der Folie um das etwa eineinhalbfache der ursprünglichen
Länge eingesetzt wird, ist die gleiche, welche voranstehend
beschrieben und in der beigefügten Zeichnung dargestellt
ist. Alle in der Zeichnung gezeigten Walzen sind 1,65 m
lang. Die Walzen 50 bis 53 und 59 haben jeweils einen
Durchmesser von 0,61 Meter. Die Walzen 54 bis 58 haben jeweils
einen Durchmesser von 0,203 Meter. Die Quetschwalzen 70
bis 76 und die leerlaufenden Walzen 80 und 81 haben einen
Durchmesser von 0,102 Meter. Die
Corona-Entladeeinrichtungen 85 und 86, welche etwa 3 cm oberhalb der Oberfläche
der zugeordneten Walzen 50 und 52 liegen, werden mit einer
mittleren Spannung von 11 Kilovolt und einem mittleren
Strom von etwa 300 Mikroampere betrieben, um
elektrostatisch die Folien gegen die Walze zu drücken. Weitere
Betriebsbedingungen, Temperaturen, Walzengeschwindigkeiten
und Verstreckungsverhältnisse sind in den Tabellen I und
II angegeben. Es ist noch zu erwähnen, daß die Beispiele
nach der Erfindung mit arabischen Ziffern versehen sind;
jene Beispiele, welche als Vergleichsbeispiele nach
üblichen Verfahrensweisen hergestellt sind, sind mit
Großbuchstaben bezeichnet.
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Vor den in diesen Beispielen Testläufen
wurden die Walzenöltemperaturen und die
Folienoberflächentemperaturen gemessen, wie dies unter den Bedingungen bei dem
Beispiel 1 der US-PS 4,554,207 angegeben ist. Für diese
bei diesem Beispiel eingesetzten Folien und diesen
Beispielen 1 bis 4 wurde empirisch ermittelt, daß die
folgenden Wärmeübertragungskoeffizienten und zugeordneten
thermischen Eigenschaften gemessen wurden und diese
ermittelten Temperaturen an sich bekannt sind. Diese Werte werden
dann eingesetzt, um mit Hilfe von üblichen Techniken die
Mittelebenentemperaturen der Folie an den verschiedenen
Stellen beim Verfahrensablauf zu ermitteln.
Thermische Eigenschaften
Folie
Walze
Wärmeleitvermögen BTU/ft².hr.ºF/ft (Watt/m.ºK)
Wärmekapazität BTU/lb.ºF (Joul/kg.ºK)
Dichte lb/ft³ (g/cm³)
Wärmeübertragungskoeffizienten
BTU/ft².hr.ºF
(Watt/m².ºK)
An Walzen
Fluid zu Walze
An Walzenwand
Walze zu Folie
An Folie
Folie zur Atmosphäre
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Die Ergebnisse der Tests und Berechnungen zeigen, daß das
Arbeiten beim Binden und Verstrecken nach Maßgabe der
Erfindung in einer wesentlich gleichmäßigeren Foliendicke
sich niederschlägt. Ein Vergleich der Beispiele nach der
Erfindung in den Beispielen 1 und 2, bei denen die Folie
auf 132ºC erwärmt wurde, dann beim Eintritt in die erste
Verstreckungsstufe auf 105ºC abgekühlt wurde und dann
wechselweise in den darauffolgenden Verstreckungsstufen
erwärmt und gekühlt wurde, mit den Vergleichsbeispielen A
und B, bei denen die Temperatur der Folie im wesentlichen
während des Verstreckens nach der Erwärmung auf 132ºC
konstantgehalten wurde, verdeutlicht den Vorteil des
Verfahrens nach der Erfindung bei der Herstellung von Folien
mit besserer Dickengleichmäßigkeit. Beim Vergleich von
Beispiel 1 mit Vergleichsbeispiel A erhält man einen
Dickenvariationskoeffizienten, der 1,27-fach größer ist.
In ähnlicher Weise ergibt sich bei dem Vergleich der
Gleichmäßigkeit und dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel nach
Beispiel 2, daß das Vergleichsbeispiel um das 1,57-fache
schlechter hinsichtlich der Dickengleichmäßigkeit ist.
Der Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung wird auch
durch ähnliche Vergleiche bei den Beispielen 3 und 4
verdeutlicht, bei denen das Vergleichsbeispiel einen größeren
Dickenvariationskoeffizienten als das Beispiel gemäß dem
Verfahren nach der Erfindung um einen Faktor von 1,21 und
1,35 jeweils hat.
TABELLE I - ARBEITSGESCHWINDIGKEITEN UND -TEMPERATUREN
Beispiel 1 Temperatur ºC
Walze
Geschwindigkeit
Beispiel
Vergleichsbeispiel
Bemerkungen:
1. TO ist die Temperatur des Heizöls in der Walze.
TS ist die Temperatur der Oberfläche der Folie.
2. "-" bedeutet, daß die Folienoberflächentemperatur nicht genau bestimmt wurde. Jedoch war die Temperatur unterhalb 40ºC.
TABELLE II - AUFSTELLUNG DER DATEN
Beispiel
Beispielidentifizierung
Verstreckungsverhältnis
Stufe
Insgesamt
Folienabschlußgeschwindigkeit
Folientemperatur
An Walze
Folieneigenschaften
Einheitsgewicht g/m²
ursprünglich am Ende
Zugfestigkeit, N
längs
quer
Bruchdehnung %
Reißfestigkeit, N
Delaminierung, N/tm
Permeabilität
Hydrostatische Höhe
Opazität, %
Enddicke
im Mittel, mm
Gleichmäßigkeit
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Bemerkungen:
1. Die Verstreckung ist die ermittelte Längsverstreckung
und ist das Verhältnis von der schnellen zur
langsamen Walzengeschwindigkeit. Die jeweiligen Walzen
für den jeweiligen Schritt entsprechend der
Numerierung der beigefügten Zeichnung sind mit
Klammerausdrücken angegeben.
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2. Die aufgezeichnete Temperatur ist die ermittelte
Temperatur für die Mittelebene der Folie.
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3. Gurley-Hill-Permeabilität in s/100 cm³/cm².
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4. Dickengleichmäßigkeit ist als ein prozentualer
Koeffizient der Veränderung der gemessenen Dicke
ausgedrückt.
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5. "nm" bedeutet, daß keine Messung erfolgte.