DE3854528T2

DE3854528T2 - Verfahren zur herstellung von biaxial orientierten polymererzeugnissen und so hergestelltes erzeugnis.

Info

Publication number: DE3854528T2
Application number: DE3854528T
Authority: DE
Inventors: Darral Humphries; Ying-Cheng Lo
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1985-12-09
Filing date: 1988-05-11
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2008-05-12
Also published as: EP0414683A1; EP0226434A2; WO1989010828A1; EP0414683B1; DE3854528D1; US4874657A; EP0414683A4; JPS62183326A; US4789514A

Description

Der Erfindung zugrundeliegender allgemeiner Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von biaxial orientierten polymeren Produkten und durch diese Verfahren hergestellte Produkte. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf Verfahren zur Herstellung eines solchen Produkts durch kontinuierliches Schmieden gerichtet, wobei polymeres Ausgangsmaterial zwischen einem Paar einander gegenüberliegender Bänder fortbewegt wird.
Biaxial orientierte Polymere, wie Polypropylenpolymere, welche unter der Handelsmarke BEXOR verkauft werden, haben zahlreiche Vorteile gegenüber unorientierten Polymeren, indem diese größere Festigkeit, verbesserte Steifigkeit und überlegene Thermoformbarkeit besitzen. Biaxial orientierte Polymere wurden bereits erfolgreich hergestellt unter Verwendung der im U.S.-Patent 4,282,277 offenbarten Techniken, welches durch Bezugnahme hiermit eingefügt ist und für den Inhaber der vorliegenden Erfindung eingetragen ist, worin zuerst ein rohrförmiges Produkt durch hydrostatische Extrusion unter Verwendung eines Dorns in Kombination mit einem konischen Schneideisen hergestellt wird. Das rohrförmige Produkt wird dann geschnitten, zusammengedrückt und angelassen, wobei kostspielige Preß- und Anlaßvorrichtungen verwendet werden. Obwohl das Verfahren unter Verwendung von Dorn und konischem Schneideisen hervorragende biaxial orientierte Strukturen hervorbringt, ist ein erheblicher Aufwand erforderlich, um Restbiegungen aus den entstehenden Platten zu entfernen. Auch wenn die Biegung durch Rekonfiguration der extrudierten Röhren in flache Platten beseitigt wurde, führen restliche und unausgeglichene Spannungen im ursprünglichen Rohr dazu, sich schließlich wieder auszubilden, was zu Problemen bei der Verwendung der Platten führt.
Zusätzlich sind die Kosten für biaxial orientierte Platten, welche nach der Lehre des U.S.-Patents 4,282,277 (EP-A-0226434) hergestellt wurden, relativ hoch, denn gleichzeitig kann nur eine Bramme extrudiert werden und intermittierende Herstellung führt zu hohen Aubeuteverlusten. Außerdem hat es sich als schwierig und kostspielig herausgestellt, den Dorn innerhalb des Schneideisens korrekt auszurichten und gleichmäßige Platten während des Extrudierprozesses zu erzeugen.
Um die Kosten zu vermeiden, welche entstehen, wenn zuerst ein Rohr gebildet und anschließend aufgeschnitten und verflacht wird, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung das Extrudieren von Polymeren unter Verwendung von Schneideisen mit einer Vorwölbung entwickelt, wie in der U.S.-Patentanmeldung Nr. 806,994, angemeldet am 9. Dezember 1985, beschreiben. Die Verwendung von Vorwölbungen innerhalb von flachen Schneideisen überwindet die Ungleichmäßigkeiten, welche normalerweise bei flachen Schneideisen wegen der Reibung zwischen dem Werkstück und dem Schneideisen auftreten. Obwohl diese Methode zu einem Produkt führt, welches nicht aufgeschnitten und verflacht werden muß, bevor eine Platte hergestellt werden kann, ist das Verfahren ein intermittierendes, wobei in jedem Augenblick nur eine Platte hergestellt wird, im Gegensatz zu einem kontinuierlichen Prozeß. Darüber hinaus erfordert die Verwendung stationärer Schneideisen eine sehr große Maschine, welche den erforderlichen Extrusionsdrücken in der Größe von 10.000 psi (703 kg/cm²) oder mehr standhält. In durchgeführten Experimenten waren Drücke von 7.000 psi (492 kg/cm²) für flache Schneideisen mit Vorwölbungen erforderlich, während für Maschinen mit Doppelbändern Drücke von nur 1200 psi (84,4 kg/cm²) erforderlich waren. Wegen der hohen Extrusionsdrücke erfordern Maschinen mit flachen Schneideisen wesentlich höhere anfängliche Anlagekosten als Maschinen mit Doppelbändern.
Obwohl biaxialorientierte Platten durch Plattenschmieden und Kreuzwalzen hergestellt werden können, hat jedes dieser Verfahren gegenüber einem kontinuierlichen Verfahren den Nachteil, ein Batchverfahren zu sein und hat daher schwerwiegende Beschränkungen in den Größen und der Wirtschaftlichkeit. Folglich ist es schwierig, verlängerte Materialplatten herzustellen. Zusätzlich muß die Platte, wenn die Platte zwischen parallelen Platten geschmiedet wird, aus einem kreisförmigen Block hergestellt werden, um gleichmäßige biaxiale Orientierung zu erhalten. Der Block muß dann beschnitten werden, wodurch ein weiterer Bearbeitungsschritt hinzugefügt und Material verschwendet wird. Obwohl Platten, welche durch Kreuzwalzen hergestellt werden, eine nahezu rechteckige Form haben, weisen sie jedoch wellige Oberflächen auf, die aus dem ungleichmäßigen elastischen Rückfedern resultieren, welches durch die Walzknicke entsteht, wodurch die Platten nicht notwendigerweise für die weitere Verformung und Formung geeignet sind. Ferner führt wegen der kurzen Deformationszeiten beim Kreuzwalzen, das elastische Rückfedern zu einer Verringerung der angestrebten Eigenschaften, wie der Steifigkeit.
Indem das Doppelband-Konzept verfolgt wird, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung, um Plattenmaterialien zu schaffen, die Verwendung einer Doppelband-Heizpresse des Typs, welcher üblicherweise verwendet wird, um Gegenstände wie Trägerplatten herzustellen, worin Holz partikel oder Fasern in Gegenwart von Klebemitteln zusammengepreßt werden, untersucht. Diese Art von Verfahren wird bei niedrigeren Drücken durchgeführt als bei denen, die erforderlich sind, um Polymere biaxial zu orientieren und hat sich durch Versuche als unbefriedigend herausgestellt. Die Erfinder haben auch Doppelband- Maschinen untersucht, welche zur Herstellung von Metallblechen oder Brammen durch kontinuierlichen Guß verwendet werden. Jedoch benötigen kontinuierliche Gußmaschinen nur einen Druck, der ausreichend ist, um die Schmelze zu erhalten, die hierdurch bearbeitet wird. Bei dieser Art von Maschinen wird das geschmolzene Material zwischen einem Paar zusammenlaufender Bänder aufgebracht und verteilt sich lateral und longitudinal zwischen den Bändern, um kontinuierlich ein Metallblechprodukt zu bilden. Das gleiche allgemeine Verfahren wird im U.S.- Patent 3,852,387 angewendet, um Plastikplatten herzustellen, wobei eine viskose, extrudierte Schmelze zwischen zusammenlaufenden Bändern gepreßt wird.
Wegen der Unzulänglichkeiten dieser Versuche scheint wenig Aussicht zu bestehen, die existierenden Verfahren mit gegenüberliegenden Bändern für das biaxiale Orientieren von Ausgangsmaterial zur Herstellung biaxialorientierter Polymerplatten verwenden zu können.

Kurze Übersicht über die Erfindung

Im Anbetracht der zuvor erwähnten Schwierigkeiten, welche bei der Herstellung biaxialorientierter Polymerprodukte mittels kontinuierlicher Verfahren im Gegensatz zu intermittierenden Verfahren auftreten, ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, sowohl Verfahren zur Herstellung solcher Produkte durch kontinuierliches Schmieden, als auch solche Produkte selbst zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung zieht ein Verfahren zur Herstellung von biaxial orientierten Polymerprodukten, wie Polymerplatten in Betracht, bei dem ein festes Werkstück eines polymeren Ausgangsmaterials in einer axialen Richtung zwischen einem Paar sich bewegender gegenüberliegender endloser Oberflächen, welche in Stromabwärtsrichtung zusammenlaufen, eingeführt wird.
Die Oberflächen, welche die Form von Bändern haben können, laufen mit einem Winkel in einem Näherungsbereich von größer als Null Grad und weniger als 6 Grad in Abhängigkeit von zahlreichen Faktoren, wie Polymerzusammensetzung, Oberflächenreibung, Werkstückbreite und - dicke und Werkstücktemperatur, aufeinander zu. In dieser konvergierenden Zone wird ausreichende Unterstützung der Bandoberflächen zur Verfügung gestellt, um den Druckverformungswiderstand des polymeren Ausgangsmaterials zu überwinden. Das Ausgangsmaterial wird gleichzeitig in einer longitudinalen Richtung verlängert und in lateraler Richtung verbreitert, während es in der Dicke verringert wird. Durch einen solchen Prozeß wird das Material mittels einer Reibungswirkung der Oberflächen mit dem Werkstück vorwärts bewegt und geht am Ende der Deformationszone mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Oberfläche als biaxialorientierte Platte hervor. Die Temperatur des Werkstückes wird während des Formens zwischen dessen Glasübergangstemperatur und dessen viskoser Fließtemperatur gehalten und die der Oberflächen unter solchen Bedingungen, welche den Oberflächenreibungseffekt und den inneren Widerstand des Polymer gegenüber dem kompressiven Fluß angleicht. Unmittelbar nachdem die Dicke des Werkstücks reduziert wurde, wird es für einen Zeitraum und bei einer Temperatur zurückgehalten, welche ausreichend sind, dessen Morphologie mittels Kristallisation oder Kreuzvernetzung zu stabilisieren, so daß das Produkt nach dem biaxialen Orientierungsschritt stabil bleibt.
Vorzugsweise wird das Material und die Oberflächen auf eine Temperatur oberhalb der Glasumwandlungstemperatur des Polymer, aber unterhalb der Temperatur, bei welcher viskoser Fluß auftritt und während der Deformation des Werkstückes bei dieser Temperatur gehalten, während das Produkt entweder während des Rückhalteschrittes gekühlt oder erwärmt wird, um die Stabilisierung der Struktur durch Kristallisation oder Kreuzvernetzung zu gestatten.
Vorzugsweise ist das Polymer aus der Gruppe der semikristallinen Materialien ausgewählt, welche Polypropylen, Polyethylen, Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, Polyacetal, Polyamid, Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat umfaßt. Das Polymer kann ebenso aus der amorphen Gruppe der Materialien ausgewählt sein, welche Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat und Polyethylenterephthalat umfaßt. Die zuvor genannten Polymere können auch mit bis zu 60 Gew.% Füllstoffen, wie Calciumcarbonat, Talkum, Glimmer oder Aluminiumtrihydrat biaxialorientiert werden. Füllmaterialien, welche feuerfeste oder feuerhemmende Platten liefern, z. B. solche, welche Aluminiumtrihydrat enthalten, können verwendet werden, um Konstruktionspanele, z. B. für Flugzeuginnenausstattungen herzustellen, was bisher nicht möglich war, da es den Platten, welche aus solchen Polymeren mit Füllstoffen hergestellt wurden, an genügender Biege- und Schlagzähigkeit mangelte.
Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren der vorliegenden Erfindung umfassen kontinuierliche Schmiedevorrichtungen in Form einer Doppelbandpresse, welche ein Paar temperaturgeregelter, gegenüberliegender Bänder aufweisen, welche zusammenlaufen, um das Polymer innerhalb eines ersten Bereichs biaxial zu orientieren. Der erste Bereich umfaßt ein Paar gegenüberliegender Platten, welche das Band stützen und den korrekten Bandabstand erhalten. Die gegenüberliegenden Bänder können sich auch in einen zweiten Bereich erstrecken, in welchem die Platte, welche durch kontinuierliches Schmieden biaxial orientiert wurde, stabilisiert wird, während diese zwischen den Bänder zurückgehalten wird.
Ebenso wird vorgeschlagen, eine Anordnung zu verwenden, worin ein Paar zusammenlaufender Bänder, welche von konvexen Rollen oder Plattenabschnitten unterstützt werden, Ausgangsmaterial kontinuierlich zusammendrückt, während das Werkstück biaxial orientiert wird, um eine biaxial orientierte Platte zu schaffen. Mit dieser Ausführung verleiht das Stützsystem dem Band eine konvexe Oberfläche, welche den Oberflächenreibungseffekt am Werkstück kompensiert und eine Platte liefert, welche über deren Breite gleichmäßig biaxialorientiert ist.
Die Verwendung von kontourierten oder flachen Bändern ist nicht immer ausreichend, um gleichmäßige biaxiale Orientierung aller Polymere, wie thermoplastische Polyester, Polyamide und Polymethylmethacrylate, welche einen relativ hohen Reibungskoeffizienten gegenüber Metallen haben, zu erhalten. In diesen Fällen wird vorgeschlagen, einen Schmierfilm zwischen dem Polymer und den Bändern aufzubringen, um das gleichmäßige Ausbreiten und die biaxiale Orientierung sicherzustellen. Ein solcher Schmierfilm kann auf verschiedenen Wegen zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise kann ein Fließadditiv in das polymere Ausgangsmaterial eingebracht werden oder ein Oberflächenfilm eines Polymer mit geringer Reibung, wie Polyethylen kann zwischen das polymere Ausgangsmaterial und die Bänder gebracht werden. Ein hochtemperaturbeständiges, chemisch inertes Schmiermittel kann vor der Deformation auf die Polymeroberfläche gepinselt oder in anderer Weise aufgetragen werden.
Die neue Polymerplatte hat ebene Oberflächen, ist semikristallin oder amorph und hat eine Dichte, die gleich oder größer als die des unorientierten Polymers ist, als welchem sie hergestellt wird. Die Platte weist durch deren Dicke hindurch eine gleichmäßige Verteilung von deformierten kristallinen Aggregaten in einer Matrix aus deformierten amorphen Molekülen oder nur deformierte amorphe Moleküle auf, mit einer gleichmäßig durch die Platte verteilten Spannung.
Beim weiteren Studium der Beschreibung und der angefügten Ansprüche werden dem Fachmann weitere Gegenstände und Vorteile dieser Erfindung ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Verschiedene andere Gegenstände, Eigenschaften und innewohnende Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser zu würdigen sein, wenn sie in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden, in welchen gleiche Referenzzeichen gleiche oder ähnliche Teile in verschiedenen Ansichten bezeichnen und worin:
Figur 1A eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Vorrichtung verwendet wird, um biaxialorientierte Platten herzustellen, welche eine neue und verbesserte Struktur aufweisen; Figur 1B eine Fortsetzung der Figur 1A darstellt, welche die durch die Vorrichtung der Figur la hergestellte Platte zurückhält, während diese Platte geglüht und/oder gekühlt wird;
Figur 1C die Aufsicht auf die Vorrichtung der Figur 1B zeigt, welche mit einer gestrichelten Linie eine Dichtringplatte zeigt, welche zum Entspannen der Platte verwendet wird, während diese geglüht und/oder gekühlt wird;
Figur 2 eine Aufsicht auf einen Teil der Vorrichtung der Figur 1 darstellt, welche das Verfahren zeigt, durch welches des Polymerausgangsmaterial biaxial orientiert und in eine stabile biaxialorientierte Platte überführt wird;
Figur 3 einen Querschnitt der Figur 1 zeigt, worin die Dimensionen mit übertriebener Dickendarstellung des Ausgangsmaterials gezeigt sind, welches in die Vorrichtung der Figur 1 eintritt;
Figur 4 einen Querschnitt der Figur 1 zeigt, worin das Ausgangsmaterial der Figur 3 mit übertriebener Dicke dargestellt ist, welches durch die Vorrichtung der Figur 1 biaxial orientiert wird;
Figur 5 einen Querschnitt der Figur 1 zeigt, worin das Ausgangsmaterial mit übertriebener Dicke dargestellt ist, nachdem es biaxial orientiert wurde; Figur 6 einen Querschnitt der Figur 1 zeigt, worin die Platte mit übertriebener Dicke dargestellt, entspannt wird, wobei diese während einer Vorwärtsbewegung gekühlt und /oder geglüht wird;
Figur 7 einen Querschnitt einer biaxialorientierten Platte mit übertriebener Dicke darstellt, wie die Platte aus der Vorrichtung der Figur 1 hervorgeht, bevor diese weiter geglüht und/oder gekühlt wird, was in den Figuren 1B und 1C geschieht;
Figur 8 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt, worin eine konvexe Platte verwendet wird um ein konvexes Profil an wenigstens einem der Bänder zu erhalten, während das Band das Ausgangsmaterial verbreitert;
Figur 9 eine perspektivische Ansicht eines quadratischen Musters von semikristallinem, unorientiertem Polymer vor dessen biaxialer Orientierung zeigt;
Figur 10 eine perspektivische Ansicht des Muster der Figur 9 nach der biaxialen Orientierung zeigt, welche die Umwandlung von Sphäroliten in flache, plättchenähnliche Strukturen zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform In Figur 1A ist eine Doppelbandpresse dargestellt, welche im allgemeinen mit der Ziffer 10 bezeichnet ist und in Übereinstimung mit den Grundzügen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Die Doppelbandpresse 10 nimmt das Polymerausgangsmaterial, welches im allgemeinen mit der Ziffer 11 bezeichnet wird, am Stromaufwärtsende 12 auf und liefert biaxialorientierte Platten 13 am Stromabwärtsende 14. Die Doppelbandpresse 10 hat einen Arbeitsbereich 16, welcher das Ausgangsmaterial 11 biaxial orientiert und einen Entspannungsbereich 17, welcher das biaxialaorientierte Ausgangsmaterial entspannt, während es geglüht und/oder gekühlt wird, so daß die entstehende Platte 13 planar und stabil ist.
Idealerweise wird das Ausgangsmaterial 11 stromaufwärts zur Doppelbandvorrichtung 10 der Figur 1A hergestellt, und zwar durch Aufgabe von Pellets (nicht dargestellt) des Werkstückes in einen Extruder (nicht dargestellt), Extrudierung des Werkstückes, Kühlung des Werkstückes (nicht dargestellt) und direktes Eingeben des Werkstückes in die Doppelbandmaschine 10 als endloser Körper. Alternativ kann das Ausgangsmaterial 10 auch durch Verschweißen von Brammen mittels Wärme (nicht dargestellt) unmittelbar vor dem Aufgeben des Ausgangsmaterial in die Doppelbandmaschine endlos gemacht werden.
Die Doppelbandpresse 10 besitzt zwei obere Walzen 21 und 23 und zwei den oberen Walzen gegenüberliegende untere Walzen 24 und 26. Um die oberen Walzen 21 und 23 herum ist ein Metallband 28 ausgebildet, während um die unteren Walzen 24 und 26 ein Band 29 ausgebildet ist. Die Bänder 28 und 29 sind vorzugsweise aus verchromtem Stahl hergestellt, sind nahtlos und weisen eine Härte von mindestens 45 Rockwell-Härtegraden (Rc) auf. Wie in der Figur 1A zu sehen ist, werden die Abschnitte der Bänder 28 und 29 im Arbeitsbereich 16 zwischen den Walzen 21 und 24 durch ein Paar gegenüberliegender Ober- und Unterplatten 41(a) bzw. 42(a) mit dem Ausgangsmaterial 11 in einen im wesentlichen gleichmäßigen Kontakt gebracht. Der Winkel α zwischen den Bändern 28 und 29 im ersten Abschnitt 16 liegt in einem Näherungsbereich von größer als Null und weniger als sechs Grad.
Der optimale Winkel zur Erzielung einer ausgeglichenen biaxialen Orientierung, ist eine Funktion der Dicke des Polymerausgangsmaterials 11, dessen Breite, der Polymerzusammensetzung und des gewünschten Verhältnisses der Orientierung. Für Polypropylenausgangsmaterial mit 0,5 Inch (12,7 mm) Dicke und 6 Inch (15,2 cm) Breite liegt der Winkel a für eine ausgeglichene biaxiale Orientierung mit einem Verhältnis von 2,2-2,5 typischerweise im Bereich von 2,48 Grad bis 3,14 Grad. Die spezifischen Winkel für bestimmte Materialien werden mittels eines experimentellen Programms abgeleitet, welches geschaffen wurde, um die Einflüsse von Temperatur, Oberflächenreibung, Polymerzusammensetzung und des gewünschten Orientierungsverhältnisses zu bestimmen.
Die Walzen 21 und 24 werden mittels herkömmlicher Vorrichtungen auf eine Temperatur zwischen der Glasumwandlungstemperatur des Polymer und der viskosen Fließtemperatur des Ausgangsmaterials 11 erhitzt. Vorzugsweise wird das Ausgangsmaterial 11 ebenfalls auf eine Temperatur oberhalb der Glasumwandlungstemperatur, aber unterhalb der viskosen Fließtemperatur, erwärmt und zwar bevor das Ausgangsmaterial den ersten Bereich 16 passiert. Wenn das Ausgangsmaterial 11, welches biaxial orientiert werden soll, Polypropylen ist, wird dieses im allgemeinen auf ca. 140-160 ºC erwärmt, so auch die Platten 41(a) und 42(a) und die Walzen 21 und 24. Die Temperaturerhöhung während der Bearbeitung des Ausgangsmaterials 11 überschreitet die viskose Fließtemperatur von Polypropylen.
Die Regelung der relativen Temperaturen der Oberflächen und des Ausgangsmaterials innerhalb des oben beschriebenen gesamten Temperaturbereichs, ist ein wesentlicher Parameter zum Ausgleich der Oberflächenreibung und des Fließwiderstands des Polymer, wodurch eine im wesentlichen gleichförmige biaxiale Orientierung durch die gesamte Dicke hindurch erzielt wird. Beispielsweise konnte im Falle des Polypropylen gezeigt werden, daß eine im wesentlichen gleichförmige biaxiale Orientierung erzielt wird, wenn die Oberflächen auf etwa 160 ºC und das Ausgangsmaterial auf etwa 146 ºC erwärmt werden.
Die Doppelbandmaschine 10 weist eine konstante Bandgeschwindigkeit vom Einlaßende 12 der Maschine bis zum Auslassende 14 auf. Dementsprechend verringert die Doppelbandmaschine 10 die longitudinale Gleitreibung, welche nicht von der Deformation des Werkstückes hervorgerufen wird. Longitudinale Gleitreibung tritt auf, wenn flache oder konische Schneideisen verwendet werden und das Ausgangsmaterial durch die Schneideisen geschoben wird. Reibungskräfte, welche zwischen den Bändern 28 und 29 und dem Ausgangsmaterial 11 auftreten, werden durch das Ausbreiten des Polymerausgangsmaterials hervorgerufen. Diese Kräfte sind wesentlich geringer als die Gleitreibungskräfte, welche bei der Festkörperextrusion des Ausgangsmaterials 11 auftreten, wenn dieses durch Schneideisen getrieben wird.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 2-7 in Verbindung mit den Figuren 1A, 1B und 1C, sind die relativen Größenverhältnisse des Ausgangsmaterials 11 dargestellt, während das Ausgangsmaterial bearbeitet wird, um die Platte 13 zu erzeugen. Wie in Figur 3 zu sehen ist, tritt das Ausgangsmaterial 11 zwischen die Öffnung der Walzen 21 und 24 ein, wobei es eine relativ hohe vertikale Dimension Y und eine relativ schmale Breite X besitzt.
Während das Ausgangsmaterial 11 durch den Arbeitsbereich 16 wandert (Figur 4), verringert sich die Y-Ausdehnung und die laterale X-Ausdehnung vergrößert sich, ebenso wie die Z-Ausdehnung durch Rückfluß gegen die Bandoberflächen (siehe Figur 2). Wenn das Ausgangsmaterial 11 das Ende des Arbeitsbereiches 16 erreicht, hat es sich in der X- Richtung in solch einem Maße verbreitert, daß es sich nun nahezu vollständig über die Bänder 28 und 29 erstreckt.
Wie in den Figuren 5 und 6 zu sehen ist, behält das Ausgangsmaterial 11 seine Größe, während es durch den Rückhaltebereich 17 wandert. Der Rückhaltebereich 17 umfaßt zwei Paare von gegenüberliegenden Platten 41(b)-42(b) und 41(c)-42(c) für die Wärmebehandlung des Werkstückes 11, nachdem es im Arbeitsbereich 16 lateral gestreckt und in vertikaler Richtung verringert wurde. Im Rückhaltebereich 17 können die Platten 41(b)-42(b) zum Glühen des Werkstückes 11 geheizt oder zum Fixieren der Struktur des Werkstückes gekühlt werden. Ist das Werkstück 11 ein kreuzvernetzbares Polymer wie Polypropylen, so wird das Plattenpaar 41(a)-42(a) erwärmt um das Werkstück zu glühen, während das Plattenpaar 41(c)-42(c) gekühlt wird, um die Struktur des Werkstückes zu stabilisieren. Wie in der Figur 7 zu sehen ist, verläßt das Werkstück 11 das Aus laufende 14 der Doppelbandpresse 10 als eine fertige Platte 13, welche eine stabile, planare Struktur hat.
Biaxialorientierte Polymere kühlen in Doppelbandmaschinen relativ langsam ab und dies beschränkt die Produktionsleistung. Maschinen mit langen Kühlbereichen sind weder unter mechanischen Gesichtspunkten noch aus Kostengründen anzustreben, so daß es in einigen Fällen besser ist, zwei Maschinen zu verwenden, eine für die Hauptdeformation, das Glühen und begrenztes Kühlen und eine zweite Niederdruckmaschine für die ausgedehntere Kühlung.
Unter besonderer Bezugnahme auf Figur 1B und Figur 1C, ist dort eine zusätzliche Glüh- und/oder Kühlvorrichtung gezeigt, welche im allgemeinen mit der Ziffer 39 bezeichnet wird, worin die Platte 13 zwischen Bändern 43 und 44, welche um die Walzen 45-46 bzw. 47-48 geführt werden, zurückgehalten wird, während sie unmittelbar nach dem Verlassen der Doppelbandmaschine 10 der Figur 1 geglüht, gekühlt oder in anderer Weise wärmebehandelt wird. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, werden die Bänder 43 und 44 in direkten Kontakt mit der Platte 13 mittels gegenüberliegender Platten 49 und 50, welche erwärmt oder gekühlt sein können, gebracht. Die Platten 49 und 50 unterstützen die Bänder 43 und 44 isobar auf einem Ölfilm, welcher durch dynamische Randdichtungen erhalten wird. Die Vorrichtung 13 der Figuren 1B und 1C stellen ein flexibles System zur Verfügung, welches sich einer Reihe von Situationen anpaßt. Beispielsweise erfordern einige Produkte, wie amorphe Polymere, eine relativ lange Glühzeit, wobei in diesem Falle die Platten 49 und 50 der Vorrichtung 39 geheizt werden können.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zwischen Band 28 und Ausgangsmaterial 11, gegebenenfalls zwischen Band 29 und Ausgangsmaterial, eine Rolle 80 einer gemusterten Metallfolie 81 eingefügt werden, um ein Muster entsprechend dem auf der Metallfolie in die fertige Platte 13 einzuprägen.
Die flachen Platten 13, welche durch die in den Figuren 1-7 dargestellten Verfahren und Vorrichtungen erzeugt wurden, sind im wesentlichen biaxialorientierte, semikristalline oder amorphe, thermoplastische Polymerplatten, welche im Gegensatz zu denen der U.S. 4,282,277, eine im wesentlichen durch ihre Dicke hindurch gleichmäßige Spannung haben.
U.S.-Patentanmeldungen Nr. 933,951, hinterlegt am 24. November 1986 und 806,944, hinterlegt am 9. Dezember 1985, welche hiermit durch Bezugnahme eingefügt sind, offenbaren das Konzept des Quetschens des Werkstückes 11 in der Y-Richtung, während es in X-Richtung mehr an den Innenseitenbereichen als an den Außenseitenbereichen gespreizt wird. Entsprechend der in Figur 8 beschriebenen Ausführungsform der Erfindung, ist die Doppelbandmaschine 10 dahingehend modifiziert worden, daß zumindest die Oberplatte 41(a) über einen Teil ihrer Länge im Querschnitt konvex geformt ist, wobei die Konvexität bis zur Flächigkeit am Auslaßende des Arbeitsbereichs 16 hin abnimmt. Die spezifische Geometrie der Oberplatte 41(a)' wird durch ein Feld hydraulischer Stützen eingestellt, welche auf der Oberseite der Oberplatte verteilt sind. Vorzugsweise ist die Unterplatte 42(a)' flach und wird durch einen starren Rahmen 75 gestützt. Im Zwischenraum zwischen den endlosen Bändern 28 und 29 und deren entsprechenden Platten 41(a)' und 42(a)' sind Felder von in dichtem Abstand angeordneten Stützrollen verteilt, um sicherzustellen, daß die Bänder frei über die Platten laufen können.
Das durch Platte 13 dargestellte Endprodukt, wenn es aus semikristallinem Polymer hergestellt wurde, ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine Mikrostruktur besitzt, welche sphärolitisch-kristalline Aggregate umfaßt, welche quer zur Produktebene komprimiert und in der Produktebene biaxial orientiert sind. Das Produkt ist im wesentlichen frei von durch Verfahren hervorgerufene Mikrohohlräumen und Mikrofasern. Das Produkt behält zumindest die gleiche Dichte wie das unorientierte Polymer und ist weniger permeabel als ein Produkt, welches mittels herkömmlicher Festkörperstreckverfahren hergestellt wurde.
Das durch die biaxialorientierte Platte 13 dargestellte Produkt kann bis zu 60 Gew.% Füllstoffe enthalten. Vor dem Aufkommen von hydrostatisch extrudiertem BEXOR war es sehr schwierig, wenn nicht gar unmöglich, im kommerziellen Maßstab orientiertes thermoplastisches Material herzustellen, welches eine wesentliche Menge von Füllstoffen enthielt. Enthält ein semikristallines, thermoplastisches Polymer Füllmaterial und wird es entsprechend der vorliegenden Erfindung bearbeitet, so kann das Polymer - wie oben beschrieben - erfolgreich orientiert werden und wird eine Struktur aufweisen, die denen bekannter Produkte nicht gleicht, da das Produkt im wesentlichen frei von Mikrohohlräumen und Mikrofasern ist und innerhalb des thermoplastischen Polymer diskrete, plättchenähnliche, sphärolitische, kristalline Aggregate besitzt, welche quer zur Produktebene komprimiert und in der Produktebene biaxial orientiert sind.
Das Plattenprodukt 13 kann - so wie es ist - für Konstruktionszwecke oder ähnliches verwendet werden, wird aber auch in vielen Fällen als Vorprodukt zur Herstellung von Endprodukten, wie beispielsweise hartverformten Produkten, verwendet. Viele hartverformte Produkte sind sogenannte spannungsverformte Produkte, wobei das thermoplastische Polymer mittels eines Schneideisens bei genügender Wärme und Druck geformt wird, um das thermoplastische Polymer im Festzustand zu deformieren. Die Eigenschaften des im festen Zustand spannungsverformten Endprodukts hängen primär vom Ausmaß der Verformung ab. Jedoch weisen im festen Zustand spannungsverformte Produkte, welche aus erf indungsgemäßen biaxial orientierten Plattenvorprodukten hergestellt wurden, Eigenschaften auf, welche den Eigenschaften von ähnlichen Produkten, welche aus unorientiertem thermoplastischem Polymer hergestellt wurden, überlegen sind.
Beispielsweise haben spannungsverformte Produkte, welche aus erfindungsgemäßen biaxial orientierten, thermoplastischen Plattenvorprodukten hergestellt wurden, einen wesentlich gleichförmigen Querschnitt, denn die überlegenen Eigenschaften des orientierten thermoplastischen Polymer hindern das thermoplastische Polymer spürbar am Einschnüren des Querschnitts. Daher ist das gebildete Produkt gleichförmiger steif als dies sonst der Fall wäre. Die tatsächlichen Eigenschaften von Spannungsverformten Produkten können innerhalb des Produkts in Abhängigkeit von der Stärke der Bearbeitung oder der angewendeten Deformierung von Punkt zu Punkt variieren. Jedwede Flansche an den Produkten, welche im wesentlichen unbearbeitet blieben, weisen die gleichen überlegenen charakteristischen Eigenschaften auf, wie die des ursprünglichen, biaxial orientierten Vorprodukts. Für einige Produkte ist dies sehr wichtig, da die Flansche entscheidende strukturelle Festigkeit und Zähigkeit schaffen. Die Lippen oder Flansche um die Ecken von Verkleidungen von Kühlschranktüren, Lebensmittelkühlbehältern, Wannen oder Tragebehältern sind Vertreter dieser Art von Produkten. Gleichfalls besitzt jedes Teil des Produkts, welches durch Strecken vergrößert wurde, verbesserte Eigenschaftsmerkmale im Vergleich zu dem ursprünglichen orientierten Vorprodukt. Daher haben Erzeugnisse, welche aus erfindungsgemäßen biaxialorientierten Vorprodukten hergestellt sind, überlegene Eigenschaften im Vergleich zu solchen Produkten, welche mit oder ohne Füllstoffe aus unorientierten thermoplastischen Polymer der gleichen Zusammensetzung hergestellt wurden.
Lediglich als Vergleich und wie im U.S.-Patent 4,282,277 dargestellt, ist die typische Struktur eines Polymer, welches in diesem Beispiel isotaktisches Polypropylen ist, das als Ausgangspolymer 11 verwendet wurde, bildhaft in Figur 9 dargelegt. Die Struktur der biaxial orientierten Platte 13 ist bildhaft in Figur 10 gezeigt.
Im unorientierten Ausgangsmaterial 11 der Figur 9 ist zu sehen, daß das Kristallwachstum an den Kernen 100 begann und gefaltete Kettenkristalle 101 wuchsen radial bis sie benachbarte Kristalle trafen und ein Feld von rosettenähnlichem Muster bildeten. In der biaxial orientierten Platte 13 sind die Kristalle unter Bildung einer laminaren Struktur verflacht, überlappt und verhakt.
Ist das polymere Ausgangsprodukt Polypropylen, so kann es beispielsweise eine anfängliche Dicke von 0,5 Inch (12,7 mm) besitzen, mit einer biaxial orientierten Platte 13, welche eine Dicke von etwa einem Zehntel Inch (2,54 mm) aufweist.
Das verwendete Polypropylen hat etwa 65-70 % Kristallinität. Dichtemessungen zeigen, daß nur geringe oder keine Änderungen der Kristallinität vom Ausgangsmaterial 11 zur Platte 13 auftreten, die einzige Anderung liegt in der Morphologie.
Im Hinblick auf amorphe Polymere, wie PMMA, PVC und Polycarbonate, verbessert die biaxiale Orientierung Die Kerbschlagzähigkeit durch Absorbieren der Schlagenergie durch Aufplatzen, im Gegensatz zur Energieabsorbtion durch Lochbildung oder Bruch, wie dies der Fall bei unorientierten Polymeren ist.
Ausgangsmärkte für Produkte, welche mittels der erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen hergestellt werden, sind ballistische Schilde, geformte Gegenstände, welche überragende physikalische und mechanische Eigenschaften erfordern, und Lochstreifen zur Herstellung von Klemmentafeln (terminal boards) in der Elektronikindustrie.
Die Erfindung ist mit der bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von rechtwinkligen, relativ steifen, thermoplastischen Platten 13 gerichtet, welche eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke im Bereich von 0,03 Inch (0,76 mm) bis 0,5 Inch (2,7 mm) und ein Dicken-Breiten- Verhältnis von weniger als 0,04 haben. Die Platten bestehen aus einer verdichteten, biaxial orientierten Struktur mit im wesentlichen dem gleichen Orientierungsverhältnis in allen Ebenen der Platten. Die Platten 13 haben die kombinierten Eigenschaften von hoher Festigkeit, Steifigkeit, geringer Temperatureinwirkung und gleichmäßiger thermischer Ausdehnung. Die Platten 13 werden im wesentlichen durch kontinuierliche Festkörperkeilverformung rechtwinkliger Brammen 11 zwischen zwei flachen zusammenlaufenden Bändern 28 und 29, gefolgt von einer sofort anschließenden Nachbehandlung im Bereich 17 zwischen parallelen Bändern 28, 29, um die Produktstruktur beim gewünschten Orientierungsverhältnis zu stabilisieren, hergestellt. Die Bramme, welche bis zu 60 Gew.% Füllmaterial enthalten kann, wird während sie sich zwischen den Bändern 28 und 29 befindet, gleichzeitig in beiden, in der transversalen und longitudinalen Richtung gespreizt, um eine biaxial orientierte Plattenstruktur mit einer Elongation in beiden Richtungen zu mindestens 100 % zu bilden.
Das Verfahren ist in der Lage, eine kontinuierliche Platte mit einer nicht vorherbestimmten Länge herzustellen. Jedoch können die Platten auch endlich mit einer Länge von über 20 Fuß (6,1 m) je Platte 13 sein, um einzelne Platten zur Verfügung zu stellen, welche angenehmer handhabbar sind und gegebenenfalls in kürzere Längen entsprechend dem jeweiligen Verwendungszweck geschnitten werden. Die Vorrichtung 10 bleibt in Betrieb und behält die Temperatur- und Druckparameter während des Zeitraums zum Wechseln der Brammen bei der Produktion von Einzelplatten 13 bei.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Platten 13 sind im allgemeinen im Querschnitt und in der Plattenebene rechtwinklig und sind aus semikristallinem thermoplastischem Polymer gebildet, welches biaxial orientiert ist. Die Platten 13 weisen eine Dichte auf, welche gleich oder größer der Dichte des unorientierten Polymer ist und besitzen eine Mikrostruktur, welche im wesentlichen frei von verfahrensbedingten Mikrovoiden und Mikrofibrilen ist. Wie in der Figur 10 zu sehen ist, umf aßt jede Platte 13 komprimierte, plättchenähnliche, kristalline Aggregate 101, welche in der Ebene der Plattenausdehnung biaxial orientiert sind und wobei die Platten eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung deformierter kristalliner Aggregate über die Länge und Breite und durch die Dicke hindurch aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Platten werden vorzugsweise als kontinuierliche, rechtwinklige Polymerplatten mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke hergestellt, wobei jede Platte ein biaxialorientiertes, semikristallines, thermoplastisches Polymer umfaßt, welches eine Dichte hat, welche mindestens gleich der Dichte des Polymer im unorientierten Zustand ist. Jede Platte besitzt eine Mikrostruktur, welche in wesentlichen frei von verfahrensbedingten Mikrohohlräumen und Mikrofasern ist und welches ferner diskrete, plättchenähnliche kristalline Aggregate umfaßt, welche aus komprimierten, ursprünglich sphärolitischen Aggregaten gebildet ist, wobei die Aggregate in der Ebene der Plattenausrichtung biaxial orientiert sind. Jede Platte besitzt im wesentlichen gleichmäßig verformte kristalline Aggregate über die Länge und Breite und durch die Dicke hindurch, was zu einer Platte führt, welche thermisch stabil und im wesentlichen konstante mechanische und physikalische Eigenschaften in allen Ebenen aufweist.
Jede Platte besitzt vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,03 Inch (0,076 mm) bis etwa 0,5 Inch (12,7 mm) ,vorzugsweise z. B. 0,05 Inch (1,27 mm) bis 0,3 Inch (7,62 mm), mit einem Dicke-Breiten-Verhältnis von weniger als etwa 0,04, vorzugsweise z. B. 0,001 bis 0,01. Die Platten werden gegebenenfalls in Längen von wenigstens 20 Fuß (6,1 in) hergestellt, vorzugsweise entsprechend der weiteren Verwendung.
Die Platte kann Füllmaterial enthalten, welches bis zu 60 Gew.% der Platte umfassen kann.
Bei einem Gegenstand der Erfindung werden rechtwinklige, biaxial orientierte Platten kontinuierlich aus einem thermoplastischen amorphen Polymer hergestellt, wobei die Platte eine Dichte hat, welche wenigstens so groß ist wie die Dichte des unorientierten amorphen Polymer. Diese amorphe Platte besitzt eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Spannung über die Länge und Breite und durch die Dicke hindurch und hat in allen Ebenen im wesentlichen konstante physikalische und mechanische Eigenschaften.
Orientierungsverhältnisse im Bereich von 1,5 bis 4,0 werden im allgemeinen für Materialien, wie beispielsweise Polypropylen als anzustreben angesehen. Um dieses Orientierungsverhältnis zu erzielen ist es erforderlich, maschinen zu verwenden, die in der Lage sind, Drücke in der Größenordnung von 1000 psi (70,3 kg/cm²) zu erreichen. Maschinen, wie Doppelbandmaschinen welche von Kurt Held und Edward Kusters, Bundesrepublik Deutschland, vertreiben werden, erzielen solche Drücke; jedoch benötigen diese Maschinen Modifikationen um eine Hochdruckeingangszone mit festem Winkel aufzunehmen. Materialien wie Polyethylen, Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, Polypropylen und amorphes Polyvinylchlorid wurden mit Orientierungverhältnissen von 2,0 bei Drücken zwischen 650 psi (45,7 kg/cm²) und 1000 psi (70,3 kg/cm²) erfolgreich biaxial orientiert. Bei diesen Drücken wurden Materialien wie Polymethylmethacrylat, welches ein amorphes Material ist, und Polyacetalhomopolymer, welches ein semikristallines Material ist, biaxial orientiert.
Ohne nähere Ausführungen wird angenommen, daß ein Fachmann, der die vorstehende Beschreibung benutzt, die vorliegende Erfindung im vollen Umfang benutzen kann. Die folgenden spezifischen Ausführungsformen sind daher als rein illustrativ und keinesfalls als Beschränkung der übrigen Offenbarung anzusehen.
Im vorstehenden Text und den folgenden Beispielen sind alle Temperaturen unkorrigiert in Grad Celsius angegeben und alle Anteile und Prozentangaben sind auf das Gewicht bezogen; soweit nicht anders angegeben.
Das Folgende sind erläuternde Beispiele für das Schmieden von Polypropylen mittels Doppelbändern in erfindungsgemäße biaxial orientierte Platten.

Beispiel 1

Isotaktische Polypropylen-Brammen der Himont Corporation HE6023, welche durch Schmelzextrusion hergestellt wurden, wurden in 13,2 cm (5,2 Inch) breite und 30 cm (11,8 Inch) lange Streifen geschnitten. Die Dicke der Streifen betrug 1,27 cm (0,50 Inch). Die Streifen hatten eine Dichte von 0,903, eine Kristallinität von 67,8 % und einen Kristallschinelztemperaturpeak von 169 ºC (336 ºF), bestimmt mittels Differential-Scanning-Calorimetry (D.S.C). Ein Schmelzflußindex von 0,4 dgm/min wurde an bearbeitetein Brammenmaterial gemessen.
Die Oberflächen der Streifen waren leicht mit einem quadratischen 1 cm (0,39 Inch) Rastermuster geritzt. Die gerasterten Streifen wurden in einem Umluftofen 60 Minuten lang bei der Anzeigeteinperatur von 146 ºC (295 ºF) erwärmt und mit der Mittellinie der Streifenlänge entlang der Mittellinie des Bandes parallel zur Maschinenrichtung auf das untere Band einer Doppelbandmaschine plaziert. Die Maschine hatte die folgenden Abmessungen - Länge der Deformationszone 19,5 cm (7,7 Inch), Deformationswinkel 3,140, Parallelzone 31 cm (12,2 Inch), Bandbreite 66,0 cm (26,0 Inch), Bandabstand der Eingangswalzen 5,8 cm (2,3 Inch), Bandabstand der Auslaufwalzen (stromabwärts) 0,2 cm (0,08 Inch). Die Maschine unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten dadurch, daß die Parallelzone nicht von Platten unterstützt war.
Zwei Streifen wurden Stoß an Stoß der oben beschriebenen Doppelbandmaschine mit einer Bandgeschwindigkeit von 1,2 m/min (3,9 Fuß/Min) zugefüttert. Als der erste Streifen die Auslaßwalzen passiert hatte, wurde die Maschine angehalten und der zweite Streifen wurde fertiggestellt, während er sich in der Deformationszone und Parallelzone befand. Die Maschine wurde schnell mit Luft auf Umgebungstemperatur gekühlt. Beim Entfernen des gekühlten Streifens aus der Maschine wurde festgestellt, daß dieser am Ende der Deformationszone im wesentlichen gleichmäßig biaxial orientiert war.
Messungen an dem oben erwähnten Raster zeigten eine Rasterlänge in Maschinenrichtung von 2,32 cm (0,91 Inch) und in Querrichtung von 2,00 cm (0,79 Inch). Das Verhältnis der Orientierung in Maschinenrichtung zur Querrichtung betrug 1,16 zu 1.
Da die Parallelzone in diesem Test nicht unterstützt war, trat eine Relaxation des Orientierungverhältnisses in dieser Zone ein. Bei der Durchführung des obigen Beispiels mit geeigneter Unterstützung in der Parallelzone bei ansonsten gleicher Ausrüstung, z. B. wie in Figur 1 dargestellt, wurde diese Relaxation vermieden und ein gekühlte Produkt konnte hergestellt werden, welches die oben beschriebene Orientierung besitzt.

Beispiel 2

Ein Beispiel, identisch dein in Beispiel 1 genannten, wurde mit einem von 3,140 auf 2,480 verringerten Deforinationswinkel durchgeführt. Die Messungen der Raster nach der Verforinung zeigten eine Rasterlänge in Maschinenlaufrichtung von 2,00 cm (0,79 Inch) und eine Rasterlänge in Querrichtung von 2,33 cm (0,92 Inch). Somit betrug das Orientierungsverhältnis von Maschinenrichtung zu Querrichtung 0,86 zu 1.
Aus den obigen Beispielen wird ersichtlich, daß für eine gleichmäßige biaxiale Orientierung von Polypropylenstreifen bei den beschriebenen Bedingungen der Deformationswinkel zwischen 3,140 und 2,480 liegt.
Entsprechend dem Vorgehen in den voranstehenden Beispielen wurden Platten aus Polyethylen mit hoher Dichte, Polyethylen mit ultrahohein Molekulargewicht, Polyacetal, PVC und Polymethylmethacrylat hergestellt. (Polymerplatten mit Füllstoffen können gleichfalls hergestellt werden, beispielsweise aus Polypropylen, welches 30 Gew.% Mica-Flocken oder Talkum oder 40 Gew.% Calciumcarbonat oder 60 Gew% Aluminiuintrihydrat- Flammenhemmstoff enthalten.)
Aus der voranstehenden Beschreibung kann der Fachmann leicht die Charakteristika der Erfindung entnehmen und ohne von deren Geist und Umfang abzuweichen, verschiedenen Änderungen und Modifikationen der Erfindung vornehmen, um diese den unterschiedlichen Verwendungen und Bedingungen anzupassen.
Theoretisch liefern zuvor beschriebene Verfahren und Vorrichtungen flache Platten in jeder Breite. Eine Platte mit einer Breite von 48 Inch kann beunruhigende Situationen bei Transport, Lagerung und Maschinenführung beinhalten. Eine 48 Inch-Platte kann bequem aus einer Bramme oder Vormaterial hergestellt werden, welche 18 Inch breit und 0,5 Inch hoch sind. Die Plattenbreite wird lediglich durch mechanische Grenzen der Bandvorrichtung beschränkt.
Bei der Doppelbandanordnung bewirkt die Reibung zwischen den gegenüberliegenden Bändern und dem Werkstück nur eine Spreizkomponente, denn das Werkstück wird longitudinal mit der gleichen Geschwindigkeit transportiert wie das Doppelband. Die Verringerung dieser Spreizung oder lateralen Reibungskoinponente kann durch eine Reihe von Maßnahmen erreicht werden. Das Einfügen eines Polymerfilms mit geringer Reibung, welches aus einem Material wie TEFLON oder Polypropylen hergestellt ist, zwischen die Bänder und das Werkstück kann in einfacher Weise dadurch erzielt werden, daß der Film von am Eingangsende der Doppelbandinaschine angebrachten Rollen eingespeist wird. Schmiermittel können auf den Oberflächen der Bänder und/oder auf dem Werkstück aufgetragen werden oder Schmierzusätze können dem Polymer selbst zugesetzt werden.
Das beschriebene Verfahren wurde mathematisch berechnet, indem eine beschreibende Gleichung vorgeschlagen wurde, welche das Deformationsverhalten des Polymer beschreibt und eine lateral-fluß-finite-Elementeanalyse umfaßt. Es wurde gefunden, daß das biaxiale Orientierungsverhältnis (B.O.R.) des Polymer in der Deformationszone der Doppelbandmaschine als Funktion der folgenden Parameter ausgedrückt werden kann:
B.O.R. = g(W0, t, θ, λ, Vb, T)
worin gilt
Wo = Breite der Bramme des Ausgangsmaterials;
λt = Dickenreduzierung nach der Deformation;
θ = Keilwinkel der Deformationszone;
u = Band-Polymer-Reibungskoeffizient
Vb = Bandgeschwindigkeit und
T = Band- und Polymertemperatur

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines biaxialorientierten polymeren Produktes (13) durch Zuführung eines festen polymeren Ausgangsmaterials (11) in einer axialen Richtung zwischen mindestens einem Paar sich bewegender gegenüberliegender endloser Oberflächen (28 und 29) und biaxialer Orientierung des Materials (11) durch gleichzeitige Verlängerung des Materials (11) in einer Längsrichtung (z) beim Ausdehnen des Materials (11) in einer seitlichen Richtung (x) durch Reduzierung der Materialdicke während des Fortbewegens des Materials (11) mit den Oberflächen (28 und 29), wenn sich die Oberflächen bewegen, und Beibehalten der Temperatur des Ausgangsmaterials (11) und der Oberflächen (28 und 29) zwischen der Glasuinwandlungstemperatur und der viskosen Fließtemperatur des Polymeres, während das Material (11) biaxial ausgerichtet wird, und Zurückhalten des Ausgangsmaterials (11), nachdem seine Dicke auf die Dicke des polymeren Produktes (13) reduziert ist, für eine ausreichende Zeitspanne, um dessen Morphologie und Konfiguration zu stabilisieren, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden beweglichen endlosen Oberflächen (28 und 29) in Stromabwärtsrichtung mit einem Winkel (α) in einem Näherungsbereich von größer als Null Grad und weniger als 6 Grad zusammenlaufen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die beweglichen Oberflächen (28 und 29) aufeinander mit einem Winkel (α) in einem Näherungsbereich von 2.48 Grad bis 3.14 Grad zusammenlaufen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei vor dem Beginn des Prozesses die beweglichen Oberflächen (28 und 29) auf ein Temperaturniveau zwischen der Glasumwandlungstemperatur und der viskosen Fließteinperatur des Polymers erhitzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polymer ein semikristallines Polymer ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Polymer aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polypropylen, Polyethylen, ultrahochmolekularem Polyethylen, Polyacetal, Polyamid, Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polymer ein amorpher Stoff ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der amorphe Stoff aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polyvinylchlorid, Polymethacrylat, Polykarbonat und Polyethylenterephthalat besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Prozeß kontinuierlich ist und der Schritt des Zurückhaltens des Ausgangsmaterials (11) unmittelbar nach dem Deformieren des Materials stattfindet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das polymere Produkt (13) plattenförinig ist und der Querschnitt des festen polymeren Ausgangsmaterials rechteckig ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, 5 und 8, wobei das polymere Produkt (13) plattenförmig ist und das Ausgangsmaterial (11) aus Innen- und Außenabschnitten besteht und wobei die Reibung zwischen dem Material und den gegenüberliegenden endlosen Oberflächen durch stärkeres Auspressen der Innen- als der Außenabschnitte des Materials kompensiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die sich bewegenden gegenüberliegenden endlosen Oberflächen auf Bändern sind.