DE1404397A1 - Verfahren zur Herstellung von Filmbahnen aus Polyaethylenterephthalat - Google Patents

Description

IJMng. HANS RUSCHRE r ι* ^u\i*i: \ KpUn₉. HEM AGULAR. . Bl«m..oti Mi-Jn₈ ... _q

8Möndien27,P.enzönouer ir.2 M 8O8 ^:

Ktiaohen, 'den $. Juli 1968

Minnesota Mining and iSanufäoturing Saint Paul» Minnesota, ?

zur Eeretelltaag von Filintiaim^n au« Polyätb^len-

Erfindung betrifft ein Verfahrea sttr Ilöra toXXiiD^ von bahnen aus PolyäthylGatöX'epliiJaalat/ü&i des eist- biaxial gestreckte Pilmbata bei Temperaturen bis 22Q^ Sm L^üßöriehtung einer awoltsn Rechnuri^ w& ajlndastexis dae t_g*kfuohö unterworfea und gleichseitig waraefixiert wird.

Aus der auatraliychen Patentschrift 21$ 896 ist ein Backverfahren bokaniit_t bei dem jeaoch die weitere Ifegsstreckung boendet iat, bevor die Märmefixiertiog erfolgt* W&db den in dieser f&teatachrift eatitalteBeit Beispiel©» «rfölgt aie aweite Hecloaisastufe bei Teapörat^rea scwisches W,Q> wi& 160¹¹C. Es worden dabei «war boachtliciio Be§f@&tigkeit&» feati^kGiten orsieXt» bei denen
pfung dor garockton BaIm in Kauf
hinaus ergibt steh bei tasi <3ort baschriebenaii ¥ör|^9lses_t insbe-

£Ärt-7§TAh_S.2_Nr.1Satz₃(f_aaÄnci_erans_Sa,

BAD

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ι. eonder« durch die anechliesaend an das Recken erfolgende · Wärmefixierung, eine erhebliche Schrumpfung, Faltenbildung an des Kanten und Abschr&gung des filme«· Dadurch wird es er» forderlich, erhebliche an den Seiten des Filmes stehende 'Teile absusohneiden» die aufgrund ihrer Übermäßigen Stärke nicht au den erforderlichen Bindern von gleichmäßiger Stärke geschnitten werden können» Bs ergibt sich also ein erheblicher Abfall· ErfiadungogeisäS wird atm dort unvermeidliche Schrumpfung, faltenbildung an den Kanten und Abschrägen des Pilmee vermieden, so daö sieh eine weit größere verwertbare Breite der Filmbann ergibt· Darüberhinaue «eigen die erfindusgageolSS erhältlichen Bänder trots der Vermeidung einer mit ämr Schrumpfung verbundenen ät&rkesttnaho· eine verbessert« K*i3feeti^keit und Bruch« festigkeit· *

Die Aufgab« der Erfindung beoteht somit darin, daß eine Folienbahn von erheblicher ßeiSfeetigfceit un& gpannungsstärke hergestellt wird» ohne daß ei»$ Schruspfung« Kunsolbildun^ oder Abschr%ung des Filaee «rrol&t oder eine Veraindorung der Querabaeosun^ iur Erxielunjj derartiger Bigenschaften llch ist*

erfindttngsiemä0e Verfahren sur Berstellang von Polyethylenterephthalat, bei des mix» biaxial gestreckte ?ilJBbahn bei Temperaturen bis 220T in LUß28richtun£ einer »weiten Reckuna; um sindestsn« das t_t5-fache unterworfen wird, unter

^v - SAD 0'!QIMAL

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einer wlirtaefixlenuig, ist dadurch daß bei Anwendung einer temperatur oberhalb Von 15Q<C, jedoch unterhalb des Erweichungspunkte* die ?il&balu* weiter gereckt und d&bal gleichzeitig wäwaefixiert wird und dann isntor Konstanthaltung ihrer Abmeaeuagen auf ^temperatur»» von t&ehstena 25**: abgeeohreokt wird· -

Bei der 6rfinduxtge&es&& durchgeführten kontinui*rllehen fixierung und weitere«, Orientierung sine* suvor orientierten PolyJithylentarephtbalattilEJO wird eine Seihe you parallelen glatten und sylindrieciien FUhrun£aval*eii oder -troassöla angewandt. Bei dieser Holhö Über !schreitet der taagential* Aböteaid Ewlochoa jedes* aufeinanderfolgenden Valepaar od*r die voa den ?ilsa awiochen aufoinanderrollladen v/aleen durchlaufeu» Wegatreoice nicht mehr ele etwa 20 5( der iilmbreite, Di« Oberflächeder iichlußführun^ovfaee wird bei einer fea^er&tur sieht oberhalb von 25⁴C und die Oberfläche der endereii FUhruncewalBen der ^Tiäraefixierunßi3töaperatur dee P line β obtrhßlb 15ö^ «ehalten· Der ?ila wird ununterbroohtn bei glelchnäßiger Zu-

in die Welsenrelhe sugtführt» Über

seine gesamte Breite alt Jeder W&s* in Berührung gehalten uad durch die Wcdxenreihe» die aiit einer koßotant^n Auelaögeeehvindigkeit arbeitet« die größer als die 2uflihrun|ieaeeohvindigkeit ist* eeotreckt· Wea*ntlioh i*t» daß der ViXa nach Erreichung der gewünschten hohen Väraiefijtitrußgiteaptratur auf «ine tenperatur züoht oberhalb iron 25*C e^oeehreokt solange er «ioh nooh in Kontakt alt den Führungeweleen

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und la Packung β Eustond 1st· Falle durch eine einzelne kalte F0hrungsw6l«e icolne ausreichende Abschreckung dee Filmes erreicht wird, fcann eine susätsliofce weitere kalt© Waise oder mehrere *ur Anwendung komraoa,

Ia 4er Zeichnung ist in Fig* t ein »oheBatlsoher Aufriß einer Vorrichtung *ur kontinuierlichen Wärsefixierung eines orientierten polymeren Film» unter gleichseitiger fteakung dieses FilELta und in Hg« 2 eine ähnliche Ansicht einer abweichenden AttefUhrung»fors

Ton besonderer Bedeutung i»t das Verrahrtn für einen biaxial orientierten Polyäthylenterepiithalatfila, volwi die «weite Reekung au einer «rhsblich ^rößerea Orientierm^ in der richtung ale in der Querrichtung fUhri imd die Qutrwondarung dee filme» unter 2ueasBsen«lehung der Händer der PilaraßDsa sur FilpiBitte hin bohrend der Keckunss- und Wäraöfixierun^astufe, s.B. durch geeignete Anordnung mehrerer Xeittiralsen» vensindert wird und der Pilia bei einer Teaptratur von 2$K sbgeachreoHt wird, ehe άί^ die Quervessderung verhindernden Spannkräfte frei gegeben werden· · . - "' ·.

Zn Fig» 1 femt eine Zufuhrwalee .oder ~ rolle 10 e-inen langen > Abschnitt eine» filme* 11 # der «uvor biaxial orientiert wurde» und «war. durch Becken bei einer Temperatur etwa· Über «einer SiftfrierteBperfttur bis mif Umm «tvt Vfache »einer ureprUng-

_x_ ..·.-. - BAD 80 93 01/0A41 . '

lichen Dimension in jeder Richtung. Der Film war aber nicht '. hitzegehärtet. Ein Klemmwalzenpaar 12, dessen· größere Walze mit einer federnden Grummiummantelung versehen ist, zieht den Film 11 von der Zufuhrrolle 10 und dient zusammen.·mit den angetriebenen· Zuführungswalzen 13 dazu, eine konstante Zufuhrgeschwindigkeit an die Walzen 14, 15 und 16 anzulegen. Solald der Film von der Zufuhrrolle 10 gezogen ist, beschneiden die Messer 17 wieder den Film um saubere·Kanten zu gewährleisten, da Kantenunregelmäßigkeiten Ursache für eine Zerreißung des Films· sein können. Angetriebene Auslaßwalzen 18 und Klemmwalzen 19, deren größere ebenfalls gummiert ist, dienen zum Ziehen des Films durch eine Reihe von Walzen 14, 15 und 16 und zum Anlegen einer konstanten Auslaßgeschwindigkeit, die größer als

■ψ

die Zuführungsgeschwindigkeit ist. Die Kanten des Films 11, werden durch die Messer 20 abgeschnitten, die entsprechend

der zulässigen Toleranzen hinsichtlich"der Dicke des Filmproduktes eingestellt sind» Das erhaltene Produkt wird zwecks ' Lagerung in Rollenform aufgewickelt.

Jede in der Reihe von den Walzen 14, 15 und 16, wie auch die · erste der angetriebenen Auslaßwalzen 18, ist. aus einem wärmeleitenden Material, wie z. B. verchromtem Stahl, hergestellt und mit einem hohlen Innenraum versehen, durch den eine Flüssigkeit zwecks Wärmeaustausch stetig in-Umlauf gesetzt wird. Dies kann z. B. durch ein erhitztes Öl erfolgen, so daß die Oberflächentemperatur der Walzen bei etwa 200⁰C

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gehalten wird, während die Walze 16 und die erste der Auslaßwalzen 18 bei 25⁰G gehalten werden, und zwar mittels durchgeführten kalten Wassers. Jede dieser Walzen hat einen Durchmesser von etwa 11,5 cm mit Ausnahme der Walze 14 i die ungefähr zweimal so groß ist. Aufeinanderfolgende Walzen in den Reihen "befinden sich in einem Abstand von etwa 1 mm voneinan-"der. So durchschreitet der JiIm ohne Unterstützung eine Wegstrecke zwischen den kleineren Walzen von etwa 21,6 mm und zwischen den großen Walzen 14 und der ersten kleineren Walze von etwa 26,5 -mm« . ../

Es wurde festgestellt, daß der G-rad breitenmäßiger Einschnürung im Film sich dem Verhältnis der von dem erhitzten Film : zwischen den Walzen durchlaufenen Wegstrecke zur ursprünglichen Filmbreite nähert. "Einschnürung" ist die Schwindung

• Nler
oder !Reduktion iri^Breite, hervorgerufen durch eine Längs- . stre"ckung. Wird.der Abstand zwischen Walzen größer,.dann neigt der Film '11 zu einer Verringerung in der Breite, und es ergibt sich eine geringere Dickenverminderung. Stehen die ■Walzen dichter aneinander, dann ist der Flächenabschnitt des nicht abgestützten, den Abstand zwischen den Walzen durchlaufenden Films mehr begrenzt, und die Verstreckungsspannungen sind mehr konzentriert. Bei Wärmefixierungstemperaturen über etwa 150⁰C haftet jedoch der Film stärker an den erhitzten Walzen oder Trommeln,, und der gesamte Streckungsvorgang be schränkt eich praktisch auf die nicht gestützte Filmfläche.

[■ [ 80^801/0441 · ' ^.

Es ist vorzuziehen, daß das Verhältnis tangentialen Abstandes zwischen den Walzen zur ursprünglichen Pilmbreite etwa ■ 5 "bis 10 °/o, in keinem Palle aber weniger als etwa 2$ beträgt..

Der 3?ilm wird auf etwa 25⁰C abgeschreckt, ehe er die erste der angetriebenen Auslaßwalzen' 18 verläßt. Diese .Wärmefixierung wird ohne Verschlechterung anderer Eigenschaften¹ bewirkt;. ■ obgleich der HIi sich nur geringfügig in Breitenrichtung einschnürt,·erfährt er eine Zunahme in der Dicke und wird in dem zentralen Plächengebiet etwas dünner als an seinen Kanten. Werden Zuführungs- 'und Auslaßgeschwindigkeit verdoppelt, dann erreicht der PiIm eine etwas niedrigere Höchsttemperatur, und entweder muß die Walze 14 einen etwas größeren Ditrchmesser . haben oder· die (Temperatur des durch sie zirkulierten Öles muß gesteigert werden. .

schmelzflüssiger polymerer PiIm 21, vor-*

zugsweise mit gebördelten oder wulstigen Kanten, auf eine ..£. umlaufende Abschreök-ungswalze 22 in Strangform ausgepreßt ' ■ und von dieser bei konstanter Geschwindigkeit mittels angetriebener Klemmwalzen· 23 ,und Zufuhrwalzen 24 zu einer Reihe' von Leerlaufwalzen 25 gezogen. Durch die Leerlaufwalzen 25 ■^{ zirkulierende heiße Flüssigkeit hält deren Oberflächentempe-'. xatur bei oder etwas über der Einfriertemperatur des Filma aufrecht, und eine durch die erste der fünf angetriebenen Zugwalzen 26 strömende kalte flüssigkeit schreökt den Film

80 980 1/0441. ^: ' . .' · :

auf Umgebungstemperaturen ab. Die Walzen 26 werden bei konstanter Geschwindigkeit angetrieben, z. B. mit der 5-bis 6- . fachen Geschwindigkeit der Zufuhrwalzen 24. Hierbei wird der PiIm in Längsrichtung gestreckt.

Die angetriebenen Zugwalzen 26 dienen auch als Zufuhr- oder Lieferwalzen für einen zweiten Satz von Leerlaufwalzen 27, 28 und 29» die denjenigen 14, 15. bzw. 16 in Pig. I hinsichtlich Konstruktion, Größei Abstand und Betriebstemperatur entsprechen. Ein Satz von angetriebenen Auslaßwalzen 30 und angetriebenen Klemmwalzen 31 stellen konstante Filmaustraggeschwindigkeit ein und bringen ihn zu Messern 22, die die wulstigen oder gebördelten Kanten wegschneiden. Bariach wird der PiIm zwecks Lagerung in Rollenform aufgewickelt.

Beispiel 1

Eine Holle eines Polyäthylenterephthalatfilms, der zuvor in · jeder Richtung biaxial auf das 3-fache verstreckt und hitzegehärtet war, wurde durch eine Apparatur nach Pig. 1 geführt, die jedoch nur vier erhitzte Spannwalzen aufwies, die je einen Durchmesser von etwa 11,43 cm hatten und auf eine lemperatur von etwa 205*0 erhitzt waren. Die Auslaßwalzen wurden ' bei einer, konstanten Geschwindigkeit von 6,1 m je Minute betrieben und die Zufuhrwalzen so eingestellt, daß sich verschiedene Verhältnisse von Auslaß- zu Zuführungsgeschwindigkeit ergaben· Die Abschreckung erfolgte auf 25⁰C.

8 0 9B0 1/0.ΛΑ1

Alle Filmprodukte dieses Beispiels waren etwas dünner im zentralen Flächengebiet als an den Kanten. Da z. B. als Trägerteil eines Magnettonbandes, für den sich besonders nochmal gedehntes Polyäthylenterephthalat (vorzugsweise mit einer Dicke von.etwa 0,0254 mm oder geringer) eignet, nur eine sehr ge- .:. ringe Stärkenabweichung zugelassen werden kann, bemüht man sich, durch nochmalige Streckung die Abweichungen bis auf ί 1 Ji zu bringen. In den Tabe-llen Al und A2 ist der Prozentsatz der G-esamtbreite des doppelt gestreckten Filmprodukts angeführt, der in jeder Probe dieser bevorzugten Uorm Genüge leistet. Die prozentuale Einschnürung der Breite von der ursprünglichen

Filmbreite von 49,5 cm aus (nach Beschneidung mit den Messern 17) ist für jede Probe tabellarisch angegeben. ■ .' ''-

In den Tabellen A1 und A2 befinden sich auch die Angaben über die Schwindung bei Hitze, die bei Filmstreifen in einem Ofen mit Luftumwälzung für 2 Minuten erhalten wurden* Die.Schrumpfung war praktisch innerhalb 30 Sekunde'n beendet» land'.ein weiteres Einwirlcenlassen. der gleichen Eemperatup. hatte, nur geringen Effekte . ■'■■-...',...

In den Tabellen A.1 und .A2 sind. We'rte ang.egeben-p die cjterch ■'Prüfung eines 2_E54 om teeiten.Filmstreifeios.saf ftnem Sj nun^SEiessgerät bei einem anfängliche?!. ,EiaspsiMlcX^s van 2g54 om,..einer-relativen. KleiambeWegisng^oa..^^- em.-ge Minute w&ä. bei 25⁶O erhalten wureleru Bie BelmiiiigswsEt^ hei 5 ^iger Dehnung sind bedeutungsvoll_f da"oriemti©rties

ORISIMALiNSPEGtED

äthylenterephthalat häufig beim Gebrauch eine elastische Dehnung bis zu 5 i° erfährt« Die Zugfestigkeiten sind in kg/cm angegeben. ' .

(Tabelle A1 ■

iAusgangsfilm

Auslaß/Zufuhr- ; verhältnis ITilmdicke in mm Breiteneinschnürung'

gilmbreite innerhalb i 1 i» Stärkeabweichung ■ .

Schrumpfung bei 95⁰C

Schrumpfung bei 150⁰C

Zugfestigkeit bei| .5 $iger Dehnung (kg/cm )

Zugfestigkeit bei' Bruch (kg/cm ) Bruchdehnung

1,5

1,7 ' 1,9

0,074	0,057	0,051	0,04
-·	13,8 io	16,4 %	15,4
-	25,0 io ,	33,1 #	44,8
0,2 io I	2,2 io	" 3,0 io	3,0
ι ,ο io	8,4 io	. 7,8 #	5,6
1012	1166	-	1532
1560	2450		3500
292 i»	153 ^		94 is

■14Ό43Β7

Tabelle A2

A u s s a η ff s f i 1 m

Auslaß/Zufuhrverhältnis

lilmdicke in mm
Breiteneinschnürung· Filmbreite innerhalb £ 1 °/o Stärkeabweichung Schrumpfung bei 95⁰C Schrumpfung bei· 15O⁰C

Zugfestigkeit bei
5 piger Dehnung

Zugfestigkeit bei
Bruch (kg/cm )

Bruchdehnung

0,074

0,2 ia 1,0 $>

1012 1560 · 292 $

2,1

0,0039 12,3 fo'

52,6 $

3,6 $>

11,0 $>

2,3

0,036 10,8 ^

66,1 i>.

3,6 ^

10,8 fr 2590

der biaxial orientierte Polyäthylenterephthalatfilm als Ausgangsfilm in Beispiel 1 mit den Leerlaufwalzen bei einer ■ temperatur von nur 107⁰C und bei einem Auslaß-Zufuhrverhältnis von 1,7, ansonsten aber .unter den Bedingungen naohgedehnt wurde, bei denen die Werte der Tabellen A1 und A2 erhalten wurden, hatte der entstandene PiIm nur 54,4 f° der Breite innerhalb einer Stärkenabweichung von - 1 ^. Me Sohrumpfung des Pilmea war dann bei 95⁰G 13,0 f_r bei 150⁰G 37,4 ^V Dies beweist, da$_v· eine vorhergehende Hitzehärtung durch weitere.Streckung zerstört wird und beweist auf! gute Hifzehärtungseigenschaften der erfindungsgemäßen Filme gemäß den !Tabellen k% und A2. ..." ■ ,

8 0 9 3 0-1 /0

1404337 - 12 -

Beispiel 2

Ein Polyäthylenterephthalatfilm wurde suerst um das 2,73-fache in Längsrichtung gereckt und dann etwas das 3-fache in der Kreuxriohtung gereckt, worauf dann der biaxial orientierte Film durch einen Wärmefixierungeofen geführt wurde, dessen Lufttemperatur etwa 233⁹C betrug. Dieser Film wurde au einer Breite von 58 cm geschlitzt und weiterhin bei den nachfolgend angegebenen Temperaturen gereckt und wärmefixiert» worauf er auf Raumtemperatur von etwa 23⁰C abgekühlt wurde. Bei jeder Temperatur wurde Eunlohst eine niedrige Ziehgesehwindiglcöit angewandt, die allmählich gesteigert wurde, bis ü.qt Ulm brach, worauf schliesslich um einiges bis au etwa dem Maximum verringert wurde, bei dem der Film sicher ohne irgendeinen Bruch gereckt werden konnte· Sie physikalischen Eigenschaften der erhaltenen Produkte bei dem angegebenen absohlleBeenden Zugverhältnis bei jeder Temperatur sind in Tabelle C cusammengefaest.

^y Tabelle O

Ausgangs- Weiterhin gereckter S¹IIm

film . .

lemperatur - 96t 157t 179t 207t

Auslaß/Zufuhr- - 1,5 1,75 1,85 2,0 1,8 verhältnis

Filmstärke i* 37 27 22 20 18 20

'Mikron ' .

Ausbeute an fla-. - 79* 78* 77* 92* 90*

cheat Film, be sogen auf die abschlies* eende 7Hmbrelte

fabelleG

g film

längssehrum-

pfung bei \5<yv 1*1?

Zugspannung
beim Bruch
(kg/cm²) 1550 Weiterhla gerenkter Film

25,

2200 28QQ 17,'

3330 2670

Die erfindunge&eajaS erhältlichen Filia® sind streifen »um *\ufiaaciieÄ vxm tragen VOA achlEisernden ua4 Metall t und durch folgendes ScfenltsEslas Um erhält Eioii fest© dekor&tiw ^MPase3m^K, die mas, wenden kanne Inaböüünderävon AuJtnahmebilnädra salus^lster B^sit® ·'ale HeiS-Durclx Aufz.B. aus

ia Geweben verdie Herstellung

ο η η ο η 1 / Π Λ /,

Claims (2)

1. Patentanwälte '

   Dr.-Ing. HANS RUSCHKE

   8Mönd»en27_IPienzenquerSir,2

   München, den $. Juli 1968

   Patentanspruch

   Verfahren zur Herstellung einer biaxial gereckten, flachen und dünnen Polyäthylenterephthalat-Filiribahn mit einer vorherbestimmten gleichmäßigen Dicke, wobei eine weitere Streckung in der Längsrichtung eines vorher biaxial gereckten Filns erfolgt, dadurch gekenn« zeichnet, daß in kontinuierlicher Welse did vorher biaxial gereckte Filmbahn 1) auf eine Temperatur zwischen 205⁰C und dem Erweichungs« punkt des Films erhitzt wird und 2) anschließend auf eine Tempe- ' ratur von ungefähr 25°C abgeschreckt wird, wobei der Film dauernd in Längsrichtung angreifenden Reokkräften zur Erzielung· einer in Längsrichtung insgesamt erfolgenden Reckung von wenigstens dsm 1,5-fachen der ursprünglichen Abmessung sowie In Querrichtung an« greifenden Kr&ften zur ira wesentlichen Aufreohterhaltung der ganzen Filmbreite unterzogen wird, indem der Film schlangenartäg über und unter eine Vielzahl dicht angeordneter, gegebenenfalls erhitzter Walzen gezogen wird, so daß die Filn#>ahn".-o la wesentlichen daueriad in anhaftender Welse von einer WalzenoberfIMsIa© zur Erzielung eines festen, dünnen, flachen, hitzegehär-totoa Poly« äthylentörephthalatfilDJS mife gleichmäßiger Stärke gestützt srird*

   Unterlagen (Art. 7 § Τ Abs.
2. 2 Nr.\ Satz 3 des Ändemngsges. v. 4. £. ia67)

   ft η Q s η' 1 /ΠΛΛ-1