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Thermoplastische Verpackungsfolie Die Erfindung bezieht sich auf
thermoplastische Folien, die sich zum Verpacken von verschiedenen Gegenständen eignen
und auf ein Verfahren und Gerät zu ihrer Iierstellung.
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Zur Zeit werden versoniedene durchsichtige Filme zum Umhüllen von
Gegenstanden, wie etwa Brot verwendet. Zellophan ist einer der ältesten durchsichtigen
Filme, die für diesen Zweck verwendet werden. In der letzten Zeit wurden verschiedene
thermoplastische Filme erfolgreich zum Umhüllen von Brot verwendet. So wird Polyäthylen
seit ungefahr sieben Jahren als ein Brotverpackungsfilm verwendet und seit kurzer
Zeit wird Polypropylen benutzt. Während diese letzteren Filme alle erfolgreich auf
den Standard-Brotumhüllungsmaschinen verwendet werden, treten gewisse Schwierigkeiten
bei ihrer Verwendung.auf Hochgeschwindigkeits-Brotverpackungs-Maschinen auf, die
überwunden werden sollen. Eines der Hauptprobleme beim Verpacken von fast jeder
beliebigen Art von Artikeln mit thermoplastischem Film ist die schlechte "maschinelle
Bearbeitbarkeit1? des Films. Wie hierin verwendet, wird der Ausdruck"maschinelle
Verarbeitbarkeit als die Fähigkeit eines Filmes definiert, sich leicht und gleichmässig
falten zu lassen und die gefaltete Stellung beizubehalten, während er durch die
Falt- und Hitze-Verschweiss-Stationep einer Umhüllungsmaschine verläuft, und zwar
ohne Zurückziehen
oder Herausziehen irgendwelcher der uberlappten
Falten. Wenn ein Laib Brot durch eine Verpackunsmaschine bewegt wird, wie etwa die,
die im US-Patent Lr.
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3,064,403 beschrieben ist, wird ein überlappter Lengssaumentlang dem
Unterteil des Laibs gebildet und an ver@c@iedenen Stellen in der Brotverpackungsmaschine
werden überlappte Falten an den Enden des Laibs angeordnet. Nachdem alle diese Überlappungen
gemacht wurden, wird der Laib zur Wärmeverschweissungsstation gebracht, wo die überlappten
Teile durch Wärme verschweisst werden.
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Bis jedoch der Wärme-Verschwiess@ngs-Arbeitsgang durchgeführt ist,
muss der Brotlaib sich durch Die Brotverpackungsmaschine bewegen und die überlappten
Teile in richtiger Stellung halten, bis alle Umfaltungen hergestellt sind und die
Wärmeverschweisungsstation erreicht ist. Infolge der Reibung zwischen den Brotverpackungsmaschinen-Oberflächen
und dem um den Brot laib gelegten Film ist eine Kraft vorhanden, die gegen die überlappten
Teile wirkt und die Neigung hat, sie aus ihrer Stellung herauszuziehen. Sowohl-
die Steifheit als~ auoh-das Rutschen eines Films sind bedentsame Merkmale, die eine
klare Auswirkung auf die Verarbeitungsfähigkeit des Filmes haben, Zellulose Filme,
wie etwa Zellophan sind sehr steif und falten sich daher sauber und gleichmäßig
mit einem sehr geringen Herausziehen oder Zu- -rückziehen überlappter Teile. Die
Gleitfähigkeit von Zellophan wird nicht als kritisch angesehen, weil die Steifheit
es
Films die walten an ihrer St@lle hält und überwindet einen vernünftig hoh@n Grad
von Zur zwischen dem Zellop@an und den Faltlinienoberflächen. Einige thermoplastisc@e
Filme und insbesondere Polyäthylen @iederer Dichte habe@ keine @@osse @tei@@eit
und daher wird die Gleitei@enschaft dieser Filme bedeutsam. d)er @an@el an Eteif-@eit
einiger dieser Filme bedeutet, dass je@liches Lieihren zwischen dem Film und den
Faltlinien-Oberflächen um @erausziehen oder @urück@iehen der walten füiiren kaiin
und zu einer: unordentlic@en Aussehen der Verpackung. Um diese heibung zu überwirden,
wurden verschieden @ilfsmittel verwendet, wie etwa das @inzufügen von Gleitstoffen
un ilm.
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Dieser Gleitzuschlag blüht i @d@ch auf beide Oberflächen des @ilms
aus, woduch beide Oberflächen des Filmes leitend werden. Während dies bezüglich
der oberfläche des Films die der @rotverpackungsmaschine dargeboten, erwäns@ ht
ist, ist es nicht bezüglich der O@erflächen erw@nscht, die in Berührung miteinander
gefaltet werden, weil die Falten dann leicht ihre -Stellung verlassen, weil wegen
ihres nohen Gleitvermögens kein Hafter von @ilm-an-@ilm erfolgt, um sie an ihrem
Platz zu halten.
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Weitere Probleme, die nit dem Einpacken von Gegenständen in Polyolefin-Filmen
zusammenhängen, sind der enge Wärmeverschweissungs-Temperaturbereich sowohl von
Polyäthylen als auch Polypropylen und der Mangel an Stossfestigkeit
von
Polypropylenfilmen bei niederer Temperatur. Infolge des engen Wärmeverschwieissungs-Temperaturbereiches
dieser Filme wird die Überwachung der Temperatur der Wäxmeverschweissungselemente
bei einer Brotverpackungsmaschine äusserst kritisch und jegliche Abweichung davon
führt ent-Weder zu einem Mangel an richtiger Verschweissung oder zu einem Durchbrennen.
Da die wärmeverschweissung vom Druck sowohl als auch von der Temperatur abhängt
führen Druck versnderungen -infolge der unregelmässigen Form von Brotlaiben: noch
zu schwereren Wärmeverschweissungs-Problemen.
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Der Mangel von Stossfestigkeit von Polypropylen bei niederer Temperatur
macht diese Filme während der Winterzeit schwierig zu bearbeiten, wenn keine grossen
Mengen an Weichmachern hinzugefügt werden, weil das Polypropylen bei niederen Temperaturen
einen hohen Grad an Sprödigkeit aufweist.
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Hauptgegenstand der Erfindung ist eine Mehrschichtfolie aus mindestens
zwei filmbildenden Schichten von Sunststoffen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass
der statische Reibungskoeffizient der einen Aussenfläche genügend niedrig ist, um
die Folie glatt über die Berührungsflächen der ueblichen Verpackungsmaschinen laufen
zu lassen, während der Reibungskoeffizient der anderen Aussenfläche genügend hoch
ist, um diese klebend und auf sich selbst und der anderen Aussenfläche zu machen.
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Weitere Gegenstände der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung dieser Folien, sofern sie nicht auf dem üblichen Wege des Kaschierens
hergestellt werden sollen.
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Die Erfindung bezieht sich auf- aus Schichten aufgebaute thermoplastische
Folie mit einer stark gleitenden Qberflache auf einer Seite und einer klebrigen
oder schlecht gleitenden Oberfläche auf der anderen Seite, um verschiedene Gleitmerkmale
zu erreichen, die zu einer optimalenmaschinellen Verarbeitungsmöglichkeit des Filme
in Verpackungsmaschinen führen. Die hierin beschriebenen Folien eignen sich ganz
besonders gut als Brotverpackungsmi-Ltel zur Verwendung bei üblichen Brotpackmaschinen,
aber es ist selbstverständlich, dass sie auch beim Verpacken anderer Gegenstände
verwendet werden können. Daher sollen, wenn in der Beschreibung Brot allein als
der zu verpackende Gegenstand bezeichnet wird, auch andere Artikel darunter fallen.
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Wenn in der vorliegenden Beschreibung eine Filmoberfläche als mit
starkem oder mit geringem Schlupf bezeichnet ist, dann soll das bedeuten, daß die
Filmoberfläche einen niedrillen Reibungskoeffizienten oder einen hohen Reibungskoeffizienten
hat. SQ ist klar, dass in einem Sinne der "Schlupf" das Gegenteil von Reibung ist,
insofern als ein hoher Reibungskoeffiziet einen geringen oder niedrigen Schlupf
bewirkt und ein niedriger Reibungskoeffizient
einen guten oder hohen
Schlupf. Der Reibungskoeffizient ist ein Mass der relativen Schwierigkeit, mit der
die Oberfläche von sich selbst oder einem an deren Material gleitet. Es werden zwei
Arten von Reibung gemessen atische Reibung ist der Widerstand, der sich der Kraft
entgegensetzt, die erforderlich ist, um zu beginnen, eine Oberfläche über eine andere
zu bewegen und dynamische Reibung ist der Widerstand, der sich der Kraft entgegenstellt,
die erforderlich ist, um eine Oberfläche über eine andere mit einer veränderlichen,
festen oder vorher bestimmten Geschwindigkeit zu bewegen. Die hierin an:;eg,ebenen
Reibungskoeffizientmessungen wurden, wenn nichts anderes angegeben ist, auf einem
Thwing-Albert Egan-@chlupftester erarbeitet der den Reibungskoeffizienten von thermoplastischen
Filmoberflächen in übereinstimmung mit ASTM-Standard Test D 1894-61 flj misst.
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Die Mehrfachschichtenfilme aus thermoplastischem Material, die die
notwendige Eigenschaft haben hoha Schlupfmerkmale auf einer Oberfläche und geringe
Schlupfmerkmale auf der anderen Fläche zu haben, können jede beliebige Anzahl von
Schichten aufweisen, so lange die äusseren Lagen äussere Oberflächen haben, die
die Anforderungen erfüllen. Die äussere Oberfläche der Lagen mit "hohem Schlupf"
sollte einen Reibungskoeffizienten haben, der genügend niedrig ist, damit sie glatt
in Beruhrung mit einer solchen Oberfläche läuft, wie sie in Verpackungsmaschinen
vorhanden
ist. Die äussere Oberfläche oder die Schicht mit "niederem
Schlupf" sollte einen Reibungskoeffizienten haben, der genügend hoch ist, damit
diese Oberfläche etwas klebrig ist und eine Neigung hat, an der Seite mit hohem
Schlupf anzuhaften, wenn sie damit in Berührung gebracht wird. Es hat sich gezeigt,
daß die Oberfläche mit grossem Schlupf einen statischen Reibungskoeffizienten von
Weniger als ungefähr 0,7 bis 0,8 hat, und wünschenswerterweise einen Reibungskoeffizienten
von weniger als ungefähr 0,4 bis 0,5, um einen guten Schlupf zwischen dieser Oberfläche
und den Oberflächen der Verpackungsmaschine zu erzielen. Wenn die Verpackungsmaschine
saubere Oberflächen hat, kann ein Reibungskoeffizient von weniger als ungefähr 0,7
bis 0,8 auf einer Seite mit grossem Schlupf verwendet werden. Wenn jedoch -die Maschinenoberflächen
eine normale Ansammlung verschiedener Ablagerungen haben, sollte der Koeffizient
der Reibung auf der Seite mit hohem Schlupf geringer sein als ungefähr 0,4 bis Q,5,
Der Reibungskoeffizient- auf der Seite mit niederem Schlupf sollte um mindestens
0, 4 und wünschenswerterweise 0,8 oder mehr grösser sein als der Reibungskoeffizient
der Seite mit hohem Schlupf, um die klebrigen Merkmale zu erreichen, die erforderlich
sind, um den überlappten Bodenraum während der Bewegung der Verpackung durch die
Packmaschinen an seinem Platz zu halten.
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Die Merkmale hohen Schlupfes für dieOberfläche des Filmes, der mit
der Brotverpackung8maschine in Berührung kommen soll, wird am besten erreicht durch
Verwendung eines Schlupfzusatzes in dieser Schichte Der Ausdruck "Schlupfzusatz"
soll jeden Zuschlag bedeuten, der einem gegossenen Film aus thermoplastischem Harz
die Eigenschaft eines verhältnismä seig niedrigen Reibungskoeffizienten verleint.
Schlupfzus-ätze haben die Eigenschaft, auf die Oberfläche eines Films auszublühen
oder auszuschwitzen und ihn dadurch zu schmieren. Wenn ein Schlupfzusatz auf die
Oberfläche eines Filmes ausgeblüht hat, wird gesagt, dass er entwickelt ist. Um
die Geschwindigkeit und die Gleichmässigkeit der Entwicklung von Schlupfzusätzen
zu erhohen, ist es wünschenswert, Anti-Blockmittel zu verwenden. ITit zu wenig Anti-Blockmittel
wird der Schlupf zusatz nicht gleichmässig durch eine ganze Filmrolle hindurch entwickelt.
Wenn zuviel Anti-Blockmittel vorhanden ist, hat der Film die Neigung, körnig und
optisch unzufriedenstellend zu werden. Die optimale Menge muss fallweise für jeden
Filmaufbau bestimmt werden Geeignete Schlupfzusätze sind die Fettamidtypen und insbesondere
Erucyl-Amid und Mischungen von Erucyl-Amid mit anderen Fettsäuren Geeignete Anti-Blockmittel
sind DiatomeenerdE und fein verteiltes SiO2.
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Beispiuele von Harzen, die sich zur Verwendung für die Schichten mit
hohem Schlupf eignen,, sind die Polyolefine, wie etwa Polyäthylen und Polypropylen
niederer und mittle-rer Dichte, und Propylen-Kopolyemere, , wie etwa Avisun TD 514,
Enjay CD 231 und Kercules SA-511.
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Derhohe Schlupf der Oberfläche, die mit der erpackungsmaschine in
Beruhrung kommen soll, wird am blesten-ersielt durch Hinzufügen eines Schlupfzusatzes
zu dieser Schicht ate oben beschrieben, weil der Schlupfzusatz an der Oberfläche
dieser Schicht ausblüht und auf die Packmaschinenoberflächen übergeht.
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Die klebrige oder mit geringem Schlupf versehene Oberfläche wird erzielt,
indem ein Harz für diese Schicht verwendet wird-,. das einen hohen Reibungskoeffizienten
besitz. Daher eignet sich jedes beliebige Harz, das Filme mit hohem Reibungskoeffizienten
ergibt und ohne weiteres durch Wärme an der verwendeten Schicht mit besonders hohem
Schlupf angebracht werden kann, zur Verwendung als Schicht geringen Schlupfes der
hierin beschriebenen :Filme.
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Beispiele geeigneter thermoplastischer Harze, die. geeignete hohe
Reibungskoeffizientenmerkmale besitz-en, sind Polyäthylen geringer Dichte und Kopolymere
eines Olefinmonomers, wie etwa Äthylen oder Propylen, mit einem äthyleneisch ungesättigten
Ester wie etwa Vinylazetate, Äthylacrylat, , Methylacrylat und Methylmethacrylat.
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Die Harze, die sich zur Verwendung als die verschiedenen Zwischenschichten
der Mehrfachschichten-Thermoplas tikfilme eignen, sind wünschenswerterweise diejenigen,
die gute optische Eigenschaften haben, d.'hb diejenigen, die klare Filme ergeben,
wie etwa die vers-chieden Olefin-Homopolymere und Kopolymere. Polyäthylen-Homopolymere,
Polypropylen-Homopolymere , Popylen-Kopolymere niederer und mittlerer Dichte und
die Kopolymeren wie oben auf zählt, sind Beispiele von solch geeigneten Harzen.
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Polyäthylene niederer Dichte sind solche mit einer Dichte von 0,910
bis 0,925 gm/cm3. Polyäthylene mittlerer Dichte sind diejenigen mit einer Dichte
von 0.926 bis 0,940 gm/cm3.
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Die hierin beschriebenen Polymere können in verschiedener Weise kombiniert
werden, um Filme zu ergeben, die jede beliebige Anzahl von Schichten haben, so Iang
eine der beiden äusseren Schichten eine Oberfläche-aufweist, die hohe Schlupfmerkmale
hat, und die andere äussere Schicht eine aussere Oberflache, die geringe Schlupfmerkmale
aufweist, wie vorstehend beschrievenv Fig. 1 ist enne schematische Darstellung der
verschiedenen Stufen bei dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren der Filme
nach der erfindung Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Geräts zum Herstellen
eines mehrschichtigen thermopiastischen Films nach der Erfindung,
Fig.
3 ist eine Schnittansicht des Schichtenaufbaugerätes, verbunden mit dem Filmauspressdüsenkopf,
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch das Schichtenaufbaugeret, nach der Linie 4-4, Fig.
5 ist eine Schnittseitenansi cht des Diisenkopfes, 6 6 ist eien Schnittseitenansicht
einer zweiten Schichtenaufbaugerät-Ausführungsform nach der Erfin@ung, Fig. 7 ist
eine @@erschnittsansicht durch das Schichtenaufbaugerät nach Fig. 6, entlang der
Linie 7-79 Fig. b ist eine Querschnittsansicht des Schichtenaufbaugeräts nach Fig.
6 nach der linie 8-8, Fig. 9 ist eis verschnitt eines zusammengesetzten Harz pfropf@ns,
der in einem Abschnitt des Schichtenaufbaugerätes nach Fig. 6 entlang der Linie
12-12 ausgebildet wird, Fig.10 ist ein Querschnitt durch einen zusammengesetzten
Harzpfropfen, der in einem zweiten- Abschnitt des Schichtenaufbaugeräts nach Fig.
y gebildet wird, -nach der Linie 13-13, Fig.11 ist ein Querschnitt eines zusammengesetzten
- Harzpfropfens, wie er sich in: dem Düsenkopf ausbreitet, Fig. 12 ist ein Querschnitt
-des Mehrschichtenfilms, der von dem Schichtenaufbauberät nach Fig. 9 erzeugt wirdi
und
Fig. 13 ist eine schematische Darstellung des Schichten aufbaugerätes
nach der erfindung als Überzugsgerät verwendet, Fig. 14 ist eine schematische Schnittansicht
eines Films aus zwei Schichten mit verscniedenen Schlupfeigenschaften, Fig. 15 ist
eine schematische Schnittansicht eines aus drei Schichten bestehenden Filmes mit
verschiedenen Schlupfmerkmalen, und Fi. 16 ist eine schematische Schnittansicht
eines Filmes mit vier Schichten mit verschiedenen Schlupfmerkmalen.
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Beispiele geeigneter Gestaltung sind in Fig. 14 bis 16 dargestellt.
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Fig. 14 zeigt einen aus zwei Schichten bestehenden Film, worin die
Schicht 110 eine Schicht mit hohem Gleitvermögen ist und die Schicht 111 eine Schicht
mit niederem Gleitvermögen.
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Beispiele von aus zwei Schichten bestehenden Filmaufbauten sind: Polyäthylene
von niederer oder mittlerer Dichte als Schlupfschicht mit hohen Schlupf mit Polyäthylen-Vinylazetat
als Schicht niederen Schlupfes; Propylencopolymer oder Poypropylen-Homopolymer als
Schichten hohen Schlupfes
mit Polyäthylen-Vinylazetat als Schicht
mit niederem Schluof; iuid Polyäthylen mittlerer Dichte als Schicht hohen schlupfes
mit Polyäthyleii niederer Dichte als Schicht geringen Schlupfes.
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Fig. 15 zeigt einen Filmauf@au aus drei Schichten, worin die schicht
112 die Schicht iit hohem Gleitvermögen ist, die Schicht 114 die Schicht mit geringem
Gleitvermögen und die Schicht 113 die Zwischenschicht.
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Ein Beispiel eines ganz besonders vorteilhaften Filmaufbaus aus drei
Schichten ist ein solches, bei dem Poiypropylen die Schicht -hohen Gleitvermögens,
Polyäthylen-Vinylazetat die Schicht niederen Gleitvermögens und Polyäthylen die
Zwischenschicht bildet.
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Fig. 16 zeigt einen Mehrschichtenfilm mit 4 Schichten, worin 115 die
Schicht mit' hohem Schlupf ist, 116 eine Schicht, die das Anhafter zwischen der
Schicht 115 und der Schicht 117 fördert und die Schicht 118 die- äussere Schicht,
die niedere Schlupfmerkmale hat.
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Ein Beispiel eines Mehrschichtenfilms mit vier Schichten ist ein solches,
worin Polypropylen die Schicht mit höhem Schlupf bildet, Polyäthylen eine der Zwischenschichten
mit einem Kopolymer aus Äthylen und Vinylazetat, die eine Schicht zwischen der Polyäthylen-
und der Polypropylen
-Schicht bildet, und wobei Äthylen-Vinylazetat-Kolymer
die äussere Schicht bildet @it einer äusseren Oberfläcne, die niedere Gleitfänigkeitsmerkmale
zeigt Es hat sich @ezeigt, dass @@hrschichtenfilme wie etwa @ie beschriebenen errzeugt
werden können, indem eine @ehrzabl von Strömen von thermoplastischen Harzen zusammengebracht
wird, bevor sie durch eine film-erzeugende Düsenöffnung ausgepresst werden0 Bisher
wurde es nicht für möglich gehalten, einen Mehrschichtenfilm in einer solchen Art
und Weise herzustellen weil anzunehmen war, dass eine gewisse Verschlechterung der
weniger stabilen Harze stattfinden würde, und zwar infolge der Piotwendigkeit, die
Düse auf den hohen Temperaturen zu halten, die notwendig sind, um die Fliess-und
Filmmerkmale der gewünschten stabileren Harze zu erzielen.
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Die Schichtbildung wird bewirkt, indem eine Vielahl von geschmolzenen
thermoplastischen Harzströmen entlang unabhängigen, parallelen Kanälen über eine
Strecke geführt wird, die genügt, um den laminaren Fluss eines jeden der Ströme
herzustellen; indem benachbarte Oberflächen parallel sich bewegender Ströme in einem
gemeinsamen Kanal zusammengeführt werden, wodurch ein zusammengesetzter Hsrzblock
gebildet der Grenzflächen zwischen den Harzströmen an ihren Berührungspunkten hat;
da# der Harzblock seitlich
entlang einer Achse aus@edehnt wird,
die im wesentlichen senkrecht aur @@iessrichtung des zusammengesetzten @arzstran@es
iie@t, aber im wesentlichen parallel zu den Ebenen aer Gele. zflächen der Schichten,
und dass das aus@ede@n@e Harz@aterial durch eine lanze enge Öffnung ausgearesst
wird, die parallel zu der genannten Achse und direkt unter-ditser lieFt.
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Von dem @eitpunkt, zu dem die @arze r:eschmolzen werden, @is zu dem,
zu dem sie aus der langen schmalen Öffnung als ein Film aus mehreren Schlichten
ausgepresst werden, müssen sie auf einer Temperatur über Schmelzpunkt @ehalten werden,
aber unter der, bei der sie durch Wärme allmählich verschlechtert werden, d.h.-,
es hat sich gezeigt, dass wähtrend die parallelen hanäle, entlang denen sich aie
harzströme bewegen, sowie die gemeinsamen Kanäle, entlang denen sie veriaufen, nachdem
sie zusammengebracht wurden, über der Temperatur liegen können, bei der eine Wärmeverschlechterung
bei dem Harz mit dem niedrigsten Schmelzpunkt normalerweise eintritt, die Geschwindigkeit
der Harzströme und die Entfernung, über die sie laufen müssen so sind, dass auch
beim am wenigsten stabilen Harz eine Wärmezersetzung eintritt.
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In Fig, 1 ist eine schematische pérspektivische Ansicht der verschiedenen
Stufen gezeigt, die zwei thermoplastische
Harze durchlaufen, wenn
sie gemäss der hier beschriebenen @rfindung zu Schichten zusammengebracht werden.
wie gezeift, werden zwei geschmolzene thermoplastische Iiarze A und B in unabhängige,
parallele Kanäle eingeführt, die durch @rennwände 1, 2 und 3 gebildet sind. Während
des Hindurchiliessens der Harze h und B durch die Stufe @ wird eine Schicht oder
ein nicht turbulenter Strom hergestellt.
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Die Harze kommen dann in dem gemeinsamon Kanal zusammen, der zwischen
den @rennwänden 1 und 3 hergestellt wird, und zwar unter dem tnde der Trennwand
2, um einen zusammengesetzten Harzstrang zu bilden. wenn die Harze aus ihren unabhängigen
Kanälen in den gemeinsamen Kanal austreten, bewegen sie sich mit im wesentlichen
der leichen Geschwindig-Zeit, um ein übermässiges @cheren an ihrer Grenzfläche zu
verhüten, das eine urbulenz und ein Vermischen miteinander bewirken wurde. Der Fluss
in einzelnen Schichten wird während des Durchlaufes der zusammengesetzten Harzmasse
durch die @tufe II aufrechterhalten. Während der -Stufe II tritt ein gewisses Verkleben
zwischen den Harzen an ihrer Grenzfläche &uf. 5 wird angenommen, dass eine gewisse
geringe gleichmässige physikalische Vermischung zwischen den Harzschichten an ihren
Grenzflächen infolge ihres geschmolzenen Zustandes auftritt. während der Stufe III
wird der zusammen : esetzte Harzstrang seitlich entlang einer Achse ausgedehnt,
die senkrecht
zur Bliessrich-tung liegt, um so einen expandierten
Schichtenstrom zu erzeugen, der im wesentlichen die endgültige Breite des gewünschten
Filmes hat. Während der seitlichen Expansion des zusammengesetzten Harzstranges
wird die Unversellrtzeit der einzelnen Schichten aufrechterhalten, was mindestens
teilweise auf die fsliessbedingungen in Schichten ohne wirbelndes Fliessen zurückzuführen
ist. Der Harzstrang sollte nicht in irgendeinem wesentlichen-Ausmass in Querrichtung
ausgedehnt werden, da dies zu Nichtgleichmässigkeit der Verteilung führt.
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Während der Stufe IV wird der ausgedehnte Strom aus mehreren Schichten
gleichmässig entlang seiner- -Länge zu einem Film von Schichten aus Harz von ungefähr
20 mil Stärke zusammengepresst. Dies wird körperlich erreicht durch Auspressen des
ausgedehnten Schichtenstroms durch eine längliche Formäffnung. Der Harzfilm in Schichten
wird unter im wesentlichen laminaren Fliessbedingungen-ausEepresst, um die Unversehrtheit
der verschiedenen Harzschichten zu wahren. Nach dem Auspressen aus der Düsenöffnung
wird der Film auf eine Stärke von ungefähr 1 mil in üblicher Art und Weise ausgezogen,
wie das nachstehend erläutert wird.
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In Fig. 2 stellen die Bezugszeichen 10, 11 und 12 übliche Strangpressen
dar, die geschmolzenes thermoplastisches
Harz zu dem Schichtaufbauger@t
13 für geschmolzenes Harz durch die Leitung 14, 15 und 16 führen. Ukese geschmolzenen
Harzströme werden in dem @@@ichtenaufbauger@t für geschmolzenes Harz in einer Art
und Weise kom@iniert, (tie nachstehend erläutert wird und der kombinierte trom wird
dann in den Düsenkopf 17 eingeführt. Vom @@senkopf 17 wiro ein thermoplastischer
Film aus mehreren Schichten auf die Kühlwalze 19 ausgepresst, wo der Film sich verfestigt.
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Von der Kühlrolle 19 wird der sus mehreren Schichten bestehende thermoplastische
Film 18 durch rollen entlang einen We geführt, auf dem er weiter abgekühlt wird
/ oder in jeder beliebigen bekannten Art und Weise behandelt wird und einer (nicht
gezeigten) Aufspulrolle zugeführt wird. Während bei der Beschreibung n nach der
Erfindung ein Hinweis auf das Abkühlen des Filmes auf einer Kühlrolle erfolGt, soll
dies keinerlei Beschränkung darstellen, da jede Art der Behandlung des Filmes nach
dem Strangpressen aus einem Düsenkopf angewendet werden kann, wie etwa Eintauchen
in ein Wasserbad oder Aufbringen auf eine Bahnunterlage, die als tiberzug für die
Schichten dient.
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Fig. 3 zeigt Einzelheiten der Bauweise der bevorzugten Ausführungsform
des geschmolzenen Harzschichtenaufbaugeräts nach der Erfindung in seiner Verbindung
mit einem Düsenkopf. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform besteht das harzschichtenaufbaugerät
13 aus einem Körper 20 mit rechteckig geformten, unabhängigen Kanälen 21, 22 und
23,
die durch Trennwände 24 und 25 gebildet werden, die mittig
und senkrecht darin verlaufen. Unabhängige Kanäle 21, 22 und 23 münden in einen
gemeinsamen Kanal 26 an einem Punkt, der vom unteren Ende des dargestellten Schichtenaufbaugerätes
13 entfernt liegt. @it den unabhängigen Kanälen 21 und 2@ stehen kanäle 27 und 28
in Verbindung. Der Kanal 27 ist mit der Strang@resse 12 (Fig. 2) durch die Leitung
16 verbunden und der Kanal 28 mit der Strangpresse 10 durch die Leitung 14. Die
Leitung 1-5 von der Strangpresse 11 s@eht mit einen. unabhängigen Kanal 22 in Verbindung.
Der @@r@er 20 ist an geeigneten Stellenum seinen Umfang mit Gewindelöchern versehen
zur Anbringung von üblichen nicht dar@estellten Widerstandsheizelementen, um die
gewünschte lemperatur der Qrz aufrechtzuerhalten, während sie sich durch die unabhängigen
Kanäle 21, 22 und 23 abwärts bewegen.
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Das untere Ende des Schichtenaufbaugerätes 13 für die @chmelze ist
mit einem Filmstrangpressformkopf 17, wie dargestellt; verbunden. Der Formkopf 17
ist an dem Schichtenaufbaugerät 13 durch beliebige geeignete Mittel befestigt, wie
etwa Schraubenbolzen 29, die in Gewindelöchern im Formkopf 17 liegen, und durch
den Flansch 30 am unteren Ende des Schichtenaufbaugerätes 13 für das geschmolzene
Harz verlaufen.
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Ein gemeinsamer Kanal 26 für das Schichtenaufbaugerät 13
öffnet
sich direkt in die Karzaufnahmesammelammer 31 des Formkopfes 17. Die Sammelkammer
31 ist im allgemeinen von rechteckigem Querschnitt und läuft entlang der Längsrichtung
des Formkopfes 17. Eine itn allgemeinen rechteckig geformte Sammelkammer ist wünschenswert
um eine gleichmässige Stärke über die Filmbreite der verschiedenen.Harzschichten
des Mehrfachschichtenfilms aufrechtzuerhalten, der ausgepresst werden soll. Die
Sammelkammer 31 steht mit dem gemeinsamen Kanal 26 über die Öffnung 32 in Verbindung.
Die Sammelkammer 31 ist wünschenserterweise so bearbeitet, dass ihr Querschnittsbereich
sich zu den Enden zu verringert. D. h. der Querschnitt der Mittelteile ist grösser
als an den Endteilen. Dies wird bewirkt durch gleichmässiges Verringern der Höhe
der Sammelkammer 31, wenn sie sich ihren Enden zu nähert, aber nicht der Breite.
Dies ist in Fig. 5 dargestellt. Diese letztere Nassnahme erhöht weiterhin die Gleichmässigkeit
der Stärke der verschiedenen Lagen des Mehrfachschichtenfilms, der ausgepresst werden
soll, offensichtlich infolge einer Verringerung der Strecke, die das Harz, das die
Randteile des Filmes bildet, zu durchlaufen hat, bevor es ausgepresst wird. Der
Krümmer 29 öffnet sioh in die Düsenöffnung 33.
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Im Betrieb werden.Harze mit abweichenden Eigenschaften in den Strangpressen
10, 11 und 12 geschmolzen und werden dem, Schichtenaufbaugerät 13 für geschmol2enes
Harz über Leitungen 14, 15 bzw. 16 zugeführt. Das geschmolzene Harz,
das
in das Schichtenaufbaugerät 13 für geschmolzenes Harz über die leitung 14 einströmt,
wird in den äusseren unabhängigen Kanal 23 durch den Kanal 28 eingeführt.
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Das geschmolzene Harz, das von der Strangpresse 11 über die Leitung
15 kommt, tritt-in den mittigen unabhängigen Kanal 22 ein. Das geschmolzene Harz
aus der Strangpresse 12, das in das Schichtenaufbåugerät 13 für geschmolzenes Harz
über die Leitung 16 eintritt, in den anderen äusseren unabhängigen Kanal 21- über-den
Kanal 27 ein. Die drei Harzströme Sliessen durch das Schichtenaufbaugerät 13 für
geschmolzenes Harz in ihren entsprechenden unabhängigen Kanälen, bis die Kanäle
in einen gemeinsamen Kanal 26 münden. In dem gemeinsamen Kanal 26 werden die Harze,
die die verschiedenen Schichten des Mehrschichtenfilms bilden sollen,. entlang im
wesentlichen parallelen Wegen zusammengebracht und der zusammengesetzte Harzblock
fliesst den gemeinsamen Kanal 26 abwärts in die Sammelkammer 31 des Formkopfes 1?
über die--Öffnung 32. Es erfolgt kein Mischen der Harzschichten, während sie durch
den -gemeinsamen Kanal 26 in die Sammelkammer 31 und aus der Öffnung 33 herausfliessen.
Der Mehrschichtenfilm 18 wird durch die lange schmale Öffnung 33 ausgepresst, worin
er; über eine kurze Strecke der Umgewbungstemperatur ausgesetzt ist,. bevor er in
Beruhrung mit der Kühlrolle 19 kommt. Der Film 18 kann in jeder beliebigen geeigneten
Art und Weise weiter abgekühlt und'/ oder behandelt und dann zu einer Rolle aufgewunden
werden.
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Die Verhältnisse der stärke und / oder der @ewichte verschiedener
Lagen, die die Mehrschichtfilmzusammensetzung bildet, die durch das vorstehend beschriebene
Verfahren erzeugt werden soll, erden durch die Verhiltnisse der Zufuhrgeschwindigkeiten
der Harzkomponenten durch den Adapter bestimmt. Da die Gescnwindigkeit eines H@rzstromes
umgekehrt proportional dem Querschnittsbereich des stromes ist, ergibt sich, dass
für ein besonderes Verhältnis von Zuffuhrgeschwindigkeiten das Geschwindigkeitsverhältnis
der Harzströme durch die Ouerschnittsflächen der Ströme bestimmt wird und auf jeden
beliebigen vorherbestimmten wert festgelegt werden kann.
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Wie bereits vorher erklärt, ist es wünschenswert, dass die relativen
Geschwindigkeiten der Harzströme, wenn sie in der gemeinsamen Kammer des Schichtenaufbaugeräts
entlang im wesentlichen parallelen Wegen zusammenkommen, ungefähr-die-gleichen sind,
um ein übermässiges Scheren und Wirbeln an-den Grenzflächen zu vermeiden, was zu
einer Nichtgleichmässigkeit der Stärke der verschiedenen Schichten über die Bahnbreite.
führen wurde Das folgende Beispiel zeigt die Arbeitsweise der Ausführungsform, wie
sie in Fig. 2 bis 5 dargestellt ist.
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@eispiel 1.
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@in Polyäthylen geringer Dichte (Spencer. 5555) wird in die trangpresse
11 eingeführt, worin es zum Schmelzen ei ungefähr 300°C erhitzt wird. Die Strangpresse
11 ist eine übliche @etnas-Standard-Strangpresse mit einem Rohrdurchmesser VOli
156 mm. Das geschmolzene Polyäthylen fliesst in den unabhängigen Kanal 22 des Schichtenaufbau-@eräts
13 für geschmolzenes Harz über die Leitung 15 mit ; einer Geschwindigkeit von ungefähr
112,5 kg/Std. Polypropylen (Herculs PA 953) wird in die Strangpresse 10 ein-@eführt
@Rohrdurchmesser 120 mm @lack Clawson), worin ein :rktitzen auf etwa 282°C erfolgt
und das Material schmilzt.
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Das @eschmol@ene Polypropylen wird in den una@hängigen Kan@al 23 des
Schichtenaufbaugeräts 13 mit @ilfe der Leitung 14 und des Kanals 28 mit einer Geschwindigkeit
von ungefähr 112,5 kg/Std. eingeführt. Ein Copolymer von-Äthylen-Vinylazetat (DuPont
3170) wird in die Strangpresse 12 (32 mm Rohrdurchmesser Black- Glawson)' eingeführt
und bei ungefähr 205°C geschmolzen.Das geschmolzene Copolymer wird dann in den unabhängigen
Kanal 21 des Schichtenaufbaugerä@s 13 mit Hilfe der Leitung 16 und des Kanals 27
mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 6,8 kg/Std. eingeführt. Diese Harzströme
bewegen sich in ihren entsprechenden unabhängigen Kanälen unter laninarer Strömung
abwärts und kommen entlang. im wesentlichen parallelen wegen in einem gemeinsamen
Kanal 26 zusammen, um einen zusamm ngesetzten
Harzblock zu bilden.
Das Schichtenaufbaugerät 13 wird auf einer Temperatur von ungefähr 3000C mit hilfe
von Widerstandserhitzern gehalten, die auf dem Körper 20 angeordnet sind. Von dem
gemeinsamen Kanal 26 bewegt sich der zusammengesetzte Harzblock durch die Öffnung
32 des Kopfes 17 in die Harzaufnahmesammelkammer 31, wo er seitlich entlang der
Länge des Krümmers in einen Laminatstrom ausgebreitet wird. Der ausgedehnte Schichtenstrom
wird dann durch die kiffnung 33 auf die Kühlrolle 19 gepresst, die auf einer Temperatur
von etwa 26,7°C gehalten wird.
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Der I?iim Wird auf eine Rolle mit einer Geschwindigkeit von ungefähr
100 m/Min. aufgewunden, Der sich ergebende Film hat eine Stärke von ungefähr von
1. mil infolge der Abzugswirkung der Kühllrolle, die aus den aust-epressten Filpi
eine Zugwirkung ausübt, und besteht aus drei klar getrennten Lagen, wie in Fig.
2 dargestellt Der Filmaufbau aus drei getrennten Lagen besteht aus ungefähr 62 Gewichtsprozent
Polyäthylen niederer Dichte, das die Schicht 113 bildet, ungefähr 35 Gewic@tsprozent
Polypropylen, das die Schicht 112 bildet, und ungefähr 3 Gewichtsprozent Äthylen-Vi@yl@zetat-Copolymer,
das die Schicht 114 bildet. Das Polypropylen enthält 0,075 Gewichtsprozent Erucyl-Amid
als Gleitzusatz und 0,075 Gewichtsprozent Diatomeenerde als Antiblockmittel. Die
Gesamtfilmstärke beläuft sich auf 1 mil. Der statische Reibungskoeffizient der äusseren
Oberflache der Polypropylenschicht beläuft
sich auf 0,3 bis 0,4
und der statische Reibungskoeffizient der äusseren Oberflache der Polyäthylen-Vinylazetat-Schicht
ist grösser als 2,0 ausserhalb der Skale und nicht messbar. Die optischen Eigenschaften
des thermopiastischen Films aus mehreren Schichten sind gut, der Glanz ist ungefähr
80, gemessen mit Gardener-Haze-Messer mit einer 450 Glanzkopfvorrichtung und einem
Filmschlier von ungefähr 2,8, gemessen mit einem Gardener-Schleier-Messer. Der Film
wies eine Kerbstärke bei Baumtemperatur (22,8°C) von 150 g auf (F50 t 8 3/4") und
eine Niedertemperatur- (-6,7°C) Kerbstärke von 90 g auf. Die Wärmeverschweissungsfestigkeit
bei 138°C 1 lag zwischen. 100 und 200 g je 25 mm Breite je 40 cm je Minute. Dieser
Film wurde verwendet, um Brot auf verschiedenartigen AMF-Brotpackmaschinen (Modelle.
3-22, 3-121, 3-175 und 3-175R) mit Packgeschwindigkeiten von 40 bis 60 Packen Je
Minute bei verschiedenen Arten von Brot und Korinthenbroten zuverpacken. Die Gesamtzahl
der nachzùpackenden Brote betrug weniger als 1/2% und viele von diesen wurden aus
anderen Gründen neu gepackt, wie etwa Endetiketten oder Aufreissbandschwierigkeiten.
Ausgezeichnete Bodenüberlappungsverschweissungen wurden bei allen Arten von Maschinen
über einen weiten Bereich von Bodenschweisstemperaturen (116 bis 138°C) erzielt.
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Bei dem Filmaufbau aus drei Schichten, wie er in dem torstehenden
Beispiel 1 beschrieben wurde, kann aeder beliebige geeignete Farbstoff eingebracht
werden0 bs hat
sich als vorteilhaft gezeigt, solche Farbstoffe
der Polyäthylenschicht beizufügen, da praktisch jreinerlr£i Pigmentwanderung zu
den Auss--enschichten erfol@t, wo die Pigmentwanderung bei gewissen Farbstoffen
ein Problem darstellt infolge der ungünstigen Auswirkungen de.
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Absetzens des Farbstoffes aul den Düsenlippen. @eispielsweise würde
ein durchsichtiger Tango-Orannge-Film hergestellt durch Hinzufügen von 3.15 kg eines
Konzentrats, das 12,5 Gewichtsprozent Tango-Orange-Farbstoff je 45 kg Polyäthylen
enthielt, um eine orangefarbige Mehrschicht-Folie zu erzeugen. Eine weisse undurchsichtige
folie wurde erzeugt durch Hinzufügen von 15 Gewichts@rozent Titandioxyd zur £-olyäthylensciiicht.
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Bei dem dreischichtigen Aufbau, wie in vorstehendem Beispiel 1 beschrieben,
sollte die Polypropylenschicht ein Minimum von ungefähr 10 bis 15 Gewichtsprozent
des Gesamtgewichts ausmachen, vorzugsweise ungefähr 35 bis 60 Gewichtsprozent. Unter
ungefähr 10 sind die Vorteile des Polypropylens nicht so leicht erzielbar. Die obere.
Grenze wird hauptsächlich durch wirtschaftliche tiberlegungen bestimmt.
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Die Polyäthylen-Vinylazetat-Schicht des dreischichtigen Laminats,-wie
im vorstehenden Beispiel 1 beschriebens sollte ungefähr 1 bis ungefähr 10 Gewichtsprozent
und vorzugsweise 2 bis 4% ausmachen für Brotumhüllungsfolien.
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We@n eine höhere Wärmeverschweissungsfestigkeit wünschenswert ist,
sollten 4 bis 10% verwendet werden. Wenn 4 f. eviichtsprozent. Äthylen-Vinylazetat-Kopolymer
in de.
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Laminat vorhanden sind, wird eine Wärmeverschweissungsfestigkeit vonungefähr
100 bis 150 g erreicht, was zum Einwickeln von Brot genügt. Bei 10 Gewichtsprozent
wird eine Wärme@erschweissungsfestigkeit von ungefähr 400 g erzielt.
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Es hat sich gezeigt, dass die Menge Vinylazetat im Kopolymer nicht
jiber 16 Gewichtsprozent hinausgehen sollte, weil sonst @trang@@essprobleme auftreten.
Es sollte jedoch ein absolutes @inimum von ungefähr 10% bis: 12 Azetat-@onomer iri
dem copolymer vorhanden sein, um eine gute @itzeverschweissungsfes@igkeit zu erreichen.@s
hat sich gele@entlich als wünschenawert gezeigt, kleine Mengen an Gleitnittel und
Antiblockmittel der PolyL;thylen-Vinylazetat-Schicht zuzufügen, um@@olienförderungsschwierigkeiten
zu vermeiden, die sich bei manchen @rotpackmaschinen in-@olge der hohen Kle@rigkeit
der Schichten ergeben. Die verwendete Menge sollte nicht so gross sein, dass der
Gleitunterschied aufgehoben wird, der notwendig isz., um eine gute Verarbeitungsmöglichkeit
in der Verpackungsmaschine zu erzielen, und die optimale menge für eine besondere
Maschine ist leicht festzustellen. Während eine solche Abänderung der Schichten
mit niedrigem Gleitvermögen die notwendigen Gleitunterschiede des Filmes nieht aufhebt,
wie sie in den Packmaschinen vorhanden sind, verändert
sie jedoch
die Oberflächenmerkmale dieser @chicht b@im Messen des Gleitfähigkeitsunterschiedes
mit dem St andard-Gleitfähigkeitstest, wie vors @ehend beschrieben.
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Aus Gründen, die nicht klar verständlich sind, ist der Gleitunterschied
der Polyäthylen-Vinylazetat-Schicht, die den Gleitmittelzusatz enthält, nicht immer
messbar unter Verwendung des Standardgleittests, , obwohl dieser Unterschied durch
Abtasten mit den Figern und Reiben einer Seite des Films gegen die andere erkennbar
ist, wodurch nachgewiesen werden kann, dass-ein wesentlicher Gleitunterschied in
der Tat vorhanden ist. Ein abgewandelter Gleittest wurde entwickelt, um den Gleitfähigkeitsunterschied
zu messen. Da der Film einen Gleitunterschied in Brotverpackungsmeschinen zeigte,
wurden die Bedingungen, wie sie in Brotfabriken vorhanden sind, imitiert. Brotfabriken
sind normalerweise warm und der Film wird von eng aufgespulten Rollen abgespult,
wo er sich unter Druck befindet. Muster von Dreischichtfolie mit Gleitzusatz in
der Polyäthylen-Vinylazetat-Schicht wurden paarweise (mit der eite hoher Gleitfähigkeit
regen die Jeite hoher Gleitfähigkeit und der' Seite geringer Gleitfähigkeit gegen
die beite geringer Gleitfähigkeit) in einer mechanischein Presse unter 2,5 kg/cm2
Druck über Nacht in einem Kaun konstanter temperatur und konstanter Feuchtigkeit
mit einer @emperatur von 37,8°C und 12% relativer Feuchtigkeit gehalten. nin Bereich
von 75 x 50 mm eines jeden
@usterpaares wurde dem Dtck der Presse
ausgesetzt. Dies Muster wurde dann aus der Presse entnommen und die Filmsc@ichten
getren@t. Gleittests wurdeii auf dein Thwing-@lbert-Egan-Gleittester durchgeführt
und das Gleiten in dem bereich eines jeden Musterpaares @emessen, das dem Druck
der Presse ausgesetzt worden war. Dieser abgewandelte iest ergab @rgebnisse, die
sehr nahe an denen la@en, die durch den Standard-Gleittest auf den Azetatschichten
erzielt wurden, die keinen Gleitzusatz enthielten, wie in Beispiel 1 aufgezeichnet.
Der statische Reibungskoeffizient der Seite mit hohen Gleitvermögen oder der Polypropylenseite,
betrug ungefähr 0,36, und der statische Reibungskoeffizient der Polyathylen-Vinylazetat-Seite
mit niederem Gleitvermögen betrug über 2,0 (ausserhalb der Skala). Dies ist aus
diesen @rgebnissen klar, dass der Gleitfähigkeitsunterschied dieses besonderen Laminats
mindestens teilweise latent ist und nur voll unter Brotverpackungsmaschinenbedingungen
entwickelt wird.
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Wie aus dem vorstehenden Beispiel 1 hervorgeht, hat die äussere Oberfläche
der Polypropylenschicht ein hohes Gleitvermögen, wie durch die Messüng des Reibungskoeffizienten
gezeigt, und liegt in der Nachbarschaft von 0,3 bis 0,4. Wenn die äussere Oberfläche
der Polypropylenschicht mit den Brotpackmaschinenoberflächen in Berührung kommt,
gestattet dieses hohe Gleitvermögen dem eingepackten Brotlaib, durch die Maschine
mit einem Minimum an Reibung
hindurchzulau@en, wo@@rch @ie @endenz
@u@ @ r@@k@iehe@ der @ndfalte auf ei@ @i@d@s@@@ss verri@@e@t @i@@. @ie andere äussere
Oberfl@@he @@s Polyäthyle@-@inyl@@eta@-@opolymer zei@t niedri@e Gleitei@ ensc@af@e@,
wie @@r@@ den hohen Reibu@gskoeffizienten @ezei@t. Die @le@ri@@ er zu er äussere@
Oberflä@@e der @opoly@er@@ i@@nt ermöglicht es, @ass Ule @oderüberlap@un@ un@ die
@@@@@l@e an ihrer Stelle @en@lten werden, während d@@ ei@@e@@@@@e Brot sich durch
die Pack@@sc@inen bewe t, un@ verrin. ert da@urch auch die @eigung @@m @uräckziehen
der @ndfalten und der @odenüberlappun@en auf ein @indestmass. Zusätzlich zum @alten
der überla@pten Falten an inrem Platz gestattet des Äthylen-Vinylazetat-Kopolymer
auch, dass die innere Polyäthylenschicht durch jlize on der ä@sseren Polypropylenschicht
befestigt wird, da diese @aterialien sich nicht; leicht durch Hitze versc@weissen
lassen. Die niedere Schmeltemperatur des Äthylen-Vinylazetat-Kopolymers kombiniert
mit der hohen Schmelztemperatur der Polypropylenschicht ergibt eine Erhöhung des
Wärmeverschwe-issungstemperaturbereiches des Mehrfachschichtenfilms gegenüber dem
eines einfachen Polyäthylen- oder Polypropy-@len-Homopolymer-Films. So wird die
Gefahr, dass ein Durchbrennen erfolgt oder eine fehlerhafte Wärmeverschweissung
auftritt, stark verringert.
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Für den Aufbau des Films aus drei Schichten hat es sich als wünschenswert
gezeigt, ein Polypropylenhomopolymer mit einem Schmelzfluss im Bereich 8 - 15 (Gramm
je 1C
Minuten) zu verwe@@@n. Whrejjl entweder Polyäthylen-@omopolymer
niederer oder mi@tlerer Dicnte für die innere @c@icht dcs @reischic@tigen Filmaufoaus
verwendet werden @ann, hat es sic@ alswünsch@nswertgezeigt, einen @olyät@ylen-@
omopolymer mit einer Dichte im Bereich von 0,925 @is 0,935 zu verwenden mit einer
Schmelzfluss von 1,75 bi@ 2,5, obwo@@l Polyäthylene mit einem Schmelzfluss bis nin@uf
zu 4,0 verwendet werden können.
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Das Polypropylen-@omopolymer, das bei dem dreischichtigen Filmaufbau
verwendet wurde, zeigt dem Mehrfachfilm eine Steif@eit, die Polyäthylen niederer
Diciite allein nicht besitzt. Das @olyäthylen niederer Dichte, das. jedoch bei den
Mehrfachschichtenfilmauf@ an verwendet wird, zeigt dem Gesamtfilm gute Stossfestigkeit
bei niederer temperatur, die Polypropylen allein. nicht besitzt, ;so ist die Eolie
eine Allwetterfolie und kann sowohl in heissem als auch kaltem @lima verwendet werden.
Die folgende Tabelle ver-@leicht die @iedertemperatur-Stossfestigkeit des Dreischichtenfilms
nach dem vorstehenden Beispiel 1 mit dem Polypropylen-homopolymer und Polyäthylen-Homopolymer:
-£abelle I.
-
Vergleich der Stossfestigkeiten.
-
1 mil Film Kerk-Widerstandsfähigkeit bei -6,67°C (@ 3/4") Polyäthylen
(mittl.
-
Dichte) 109 Gramm Polypropylen 100%iges Versagen bei 28 Gramm Dreifachschichtenaufbau
nach beispiel 1 90 Gramm
So ergibt sich aus der vorstehenden Tabelle,
dass der Dreischichten-@nfbau eine aussergewöhnlich bessere Stossfestigkeit bei
niederer Temperatur hat als l'olypropylen und fast so gut ist wie ein vollstandig
aus Polyäthylen bestehender Film.
-
Wenn die Vorteile der Dreischichtenfilmbauweise als Brotpackfolie
gegenüber den Eigenschaften von Polyäthylen oder Polypropylen zusammengefasst werden,
ergibt es sich, dass dünne Filme in der Grössenordnung von 1 mil stärke eine Steifheit
haben, die besser ist als bei einem Bolyäthylenfilm niederer Dichte von 1 mil Stärke
infolge des Vorhandenseins der Polypropylenschicht, dass eine bessere Stossfestigkeit
bei niederer Temperatur als bei Polypropylen allein vorhanden ist, und- zwar infolge
des Vorhandenseins der anderen Schicht, und dass ein breiterer Wärmeverschweissungstemperaturbereich
vorhanden ist als entweder bei Polyäthylen oder Polypropylen, wobei dennoch eine
Oberfläche vorhanden ist, die Eigenschaften hoher Gleitfähigkeit hat, um besser
durch Brotpackmaschinen zu verlaufen, während die andere Seite eine geringe Gleitfähigkeit
hat, die den überlappten Untersaum und die Endfalten in richtieer Stellung hält,
während der eingepackte Brotlaib durch die Packmaschine laut.
beispiel
2.
-
Dieses Beispiel zeigt. einen Filmaufbau aus zwei Scllichten, wie in
Fig. 14 dargestellt. Der Aufbau aus zwei Schichten wird mit dem Gerät hergestellt,
wie es-in Fig.
-
2 bis 5 dary-es-tellt ist mit der @bwandlung, dass nur zwei Kanäle
für den Harzstrom vorhanden sind, um einen Aufbau aus zwei Schichten zu schaffen.
Der- Zweischichtenfilm besteht aus 85 Gewichtsprozent Polyäthylen mittlerer Dichte
(Union Carbide 4709 oder pencer TDX-3107) und 15 Gewichtsprozent Polyäthylen niederer
Dichte -(Spencer 5555). Das Polyäthylen mittlerer Dichte enthält 0,075 Gew ichtsprozent
Erucyl-Amid als Gleitzusatz und 0,075 Gewichtsprozent Diatomeen-Erde als Anti-Blockmittel.
Die Polyäthylenschicth niederer Dichte enthält keinen Gleitmittelzusatz. Der Film
aus zwei Schichten wurde mit einem Standard-Polyåthylen-Erotpackfilm verglichen,
der aus Polyäthylen mittlerer Dichte hergestellt war, der 0,075% Gleitmittelzuschlag
und 02075% Anti-Blockmittel enthielt, für das Umhüllen von Brot auf einer AMF 3.175
Brotpackmaschine. Die Eigenschaften des Films aus zwei Schichten nach-diesem Beispiel
und des Standard-Polyäthylenfilms werden in der folgenden Tabelle verglichen :
@@@elle
11.
-
@i@ensc@aftsver@leich.
-
@@@@@@@-@ilm aus zwei @chich- Polyäthylenten @@ch @ei@piel 2 @ilm
1. Stärke 0,92 mil 1,0 mi@.
-
2. Dichte 0,9245 g/cm3 0,927 @/cm3 3. @eibungskoeffizient a) stark
gleitende eite v, - 0,42 0,40 b) schwach gl@itende Seite 2,0 0,40 4. Glanz 77 -
81 7@ -5. Dunst 3,0 Der aus zwei Schichten bestehende Film mit verscrincener Gleitfähigkeit
auf seilen beiden beiden wurde mit der weniger gut gleitenden Seite (niedere Dichte)
auf das Brot zu gebracht, während die Seite mit hoher Gleitfähigkeit (mittlere Dichte)
die Faltlinie berührte. @in sehr weiches und schwierig einzupackendes Brot w@rde
mit der Geschwindigkeit von 50 Laib je Minute verpackt. Obwohl der aus zwei Schichten
bestehende Film in seiner Dichte geringer und dünner war und dauer eine geringe-Steifheit
aufwies, verhielt er sich gut und erzeugte eine enger anliegende Verpackung mit
engeren Endfalten als das bei der itandard-Polyäthylen-Brotfolie erreicht
werde@
konnte. denn das gleiche Brot mit der gleichen Gesc@wind@keit mit der Standard-Polyäthylen-@rotfolie
vrpackt wurde, ergab sich ein Gleiter der Endfalten und es ergaben sich Packungen
mit Eselsohren.
-
Bei der Ausführungsform nach dem vorstehenden -beispel 2 kann das
Polyäthylen mittlerer Dichte in Mengen vorhanden sein, die von ungefähr 50 bis ungefähr
90 Gewichtsprozent ehe, und das Polyäthylen niederer Dichte stellt den Rest dar.
bei der vorstehenden Beschreibung und in Beispiel 1 wurde die Schichtaufbaueinrichtung
für das geschmolzene Harz nach vier. 3 mit drei Quellen für geschmolzenes thermoplastisches
Harz und drei das Harz zuführenden Kanälen dargestellt. Diese Beschreibung ist.
jedoch nur zur Illustration gedacht und nicht beschränkend, da es klar ist, dass
jede Anzahl von kanälen, zwei oder mehr, verwendet werden kann, um einen Mehrfachschichtenfilm
zu erzeugen, der eie entsprechende Anzahl von Schichten aufweist. Ebenso müssen
die in die verschiedenen Kanäle eingeführten Harze keine verschiedenen Harze sein,
sondern es könnte sich um das glieche Harz han-Cteln, das aus einer einzigen Strangpresße
getrennt zugeführt wird.
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Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform für ein
Schichtenaufbaugerät,
das nützlich ist bei der Herstellung von Mehrschichten-Folien nach den hierin bes@@riebenen
Merkmalen. In dieser Figur stellt das Schichtenaufbaugerät 13 ein abgewandeltes
Gerät dar, mit einem körper 41, mit einem mittig und serkrecht angeordneten Kanal
42, <1-er im-- allgemeinen von kreisförmigem Querschnitt ist und durch das Gerät
hindurch läuft.
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An geeigneten Stellen entlang der Lunge des hanals 42 befinden sich
Ringdüsen 43 und 44. Die Rinp;düse 43 ist mit einer (nicht gezeigten) Strangpresse
über die Leitung 45 und den Kanal 46 verbunden. Die Ringdüse 44 ist mit einer (nicht
gezeigten) Strangpresse über die Leitung 47 und den Kanal 48 verbunden. Die Ringdüse
43 hat eine ringförmige Kammer 49 darin, die mit dem Kanal 42 konzentrisch liegt.
Im Boden der ringförmigen Kammer 49 befinden sich gebogene Düsenöffnungen 50a und
50b; die durch eine kreisförmige Trennwand 51 gebildet werden, die mit dem Kanal
42 in Verbindung steht,- um Harzmaterial hineinzupressen. In gleicher Art ist inder
Ringdüse 44 eine ringförmige Kammer 52 vorhanden, die konzentrisch um die Peripherie
des Kanals 42 liegt.
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Die Ringdüse 44 hat eine gebogene Öffnung 53, die durch eine halbkreisförmige
Trennwand 54 in ihren Bodenteilen gebildet wird die mit dem Kanal 42 in Verbindung
steht.
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Ein erstes Harz wird von einer (nicht gezeigten) Strangpresse in das
obere Ende des Ranals 42 über den Kanal 55 eingeleitet.
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Der Kanal 42 öffnet sich in die Matrizensammelkammer einer Schlitzdüse
mit einer länglichen, schmalen Öffnung, wie. etwa der, die in Fig. 3 dargestellt
ist.
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Löcher können in den Körper 41 für das Schichtenaufbaugerät eingebracht
werden, um (nicht gezeigte) Widerstandsheizelemente zur Anwendung bringen zu können.
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Fig. 7 ist eine Schnittansicht für das Schichtenaufbaugerät nach Fig.
6 entlang der Linie 7-7 und zeigt im Querschnitt die ringförmige Matrize 43. In
gleicher Art und Weise das Fig. 8 eine Schnittansicht der Ringdüse 44 entlang der
Linie 8 b. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, sind die Düsenöffnungen 50a, 50b und
53 in Böden der Düsen 43 und 44 gewölbt. Die Ringdüse 43 ist so gebaut, dass das
von ihr in den Kanal 42 ausgepresste Harz eine gebogene Schicht auf beiden Seiten
des Harzstranges bildet, der den Kanal 42 abwärts läuft. Indem gebogene Düsenöffnungen
50a und 5Ob, wie dargestellt, vorgesehen werden, sind die beiden Lagen dieses Harzes
gleichmässiger inihrer Stärke über die gesamte Breite der fertigen Filmbahn. Das
ist deswegen der Fall,. weil
während der seitlichen Ausdehnung
des zusammengesetzten Harzblocks in der Matrizensammelkammer die Harzschichten von
bogenförmiger Gestalt sich zu im wesentlichen flachen parallelen Lagen ausdehnen,
anstatt in längliche pfannkuchenförmige Lagen, wie sie sich ergeben würden, wenn
die ringförmigen Matrizenoberflächen kreisförmig waren.
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Daher liegen die gebogen geformten Öffnungen im Verhältnis zu der
Filmstrangpressmatrize so, dass eine Linie, die durch die beiden Endpunkte einer
jeden gebogenen Öffnung verläuft, parallel zur Längsachse der Offnung der Düse liegt.
In gleicher vArt und. Weise drückt die Düse 44 das Harz aus, das nur eine Schicht
des fertigen Erzeugnisses bilden soll, und ist ebenfalls bogenförmig, um die Gleichmässigkeit
der Stärke zu verbessern. Diese gebogene Gestalt der ringförmigen Matrizenöffnung
ist wichtig, um Filme zu erzielen, die eine gleichmässige Lagenstärke haben.
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Die Arbeitsweise, der in Fig. 6 bis 8 dargestellten Ausführungsform
ist wie folgt. Harze mit verschiedenen Merkmalen, die in üblichen Strangpressen
geschmolzen wurden, werden in das Schichtenaufbaugerät 40 über Leitungen 45, 47
und 55 eingeführt.
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Das erste Harz tritt in das Schichtenaufbaugerät 40 durch die Leitungen
55 ein und verläuft als ein runder
Stran@ @hwärts durch den Kanal
42, bis es die kreisförmige Düse 43 erreicht.
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@in weites @arz wird in das b"chichtenaufbaugerät 40 über die Leitung
45 eingeführt und dringt in die Kammer 49 der rin@ förmigen Matrize 43 durch den
Kanal 46 ein. Von der ringförmigen Kammer 49 wird es durch die bogenförmig gestalteten
Däsenöffnungen 50a und 50b ausgepresst und bilnet zwei bogenförmige Umhüllungen
um den ersten Harzstrang, der sich an der ringförmigen Düse 43 entlang bewegt. Diese
Umhüllungen aus dem zweiten Harz verlaufen, we@n sie mit dem ersten Harzstrang in
Kontakt kommen, auf @egen, die im wesentlichen parallel zum Durchiluss des ersten
Harzblockes liegen. Der zusammengesetzte Harzblock, der den primären Harzpflock
und die sekundären Harzumhüllungen umfasst, sieht dann so aus wie im Querschnitt
in zeigt 9 gezeigt. In Fig. 9 bis 12-stellt 60 das erste Harz dar, 61a und 61b die
zweiten Harzumhüllungen und 62 die dritte Harzummantelung.
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Der zusammengesetzte Harzblock läuft dann durch die ringförmige Düse
44. Ein drittes Harz wird durch gebogene Öffnungen 53 ausgepresst und bildet eine
gebogene Umhüllung um ungefähr - die Hälfte des zusammengesetztten Harzblocks. Der
zusammengesetzte Harzblock erscheint nun so, wie im Querschnitt in Fig. 10 dargestellt.
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Wenn der ummantelte zusammengesetzte Block, der die drei Harze umfasst-,
in die Sammelkammer einer iilmauspressdüse eintritt, wie in Fig. 3 dargestellt,
breitet er sich seitlich entlang der Längsrichtung aus und erscheint so, wie in
Fig. 11. gezeigt.
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Der Mehrschichtenfilm, wie er aus der Düsenöffnung 58 ausgepresst
wird, hat einen Quersc-hnitt, wie in Fig. 12 gezeigt. Wie gezeigt, enthält der Mehrfachschichtenfilm,
wie er von dem in Fig. 6 dargestellten Gerät erzeugt wird, vier Schichten, wobei
die primäre Harz schicht 60 auf beiden Seiten von sekundären Harzschichten 61a und
61b umgeben ist und auf der sekundären Harzschicht 61a befindet sich eine tertiäre
Harzschicht 62.
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Das folgende Beispiel zeigt die Arbeitsweise der Ausführungsform des
Schichtenaufbaugerätes nach Fig. 6.
-
Beispiel 3.
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Das Verfahren nach beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß
das Schichtenaufbaugerät nach Fig.. 6 durch das nach Fig. 3 ersetzt wurde. Ein Mehrschichtenfilm
mit vier Schichten, wie in Fig. 12 dargestellt, wird erzielt. Die Schicht 60 ist
Polyäthylen, die Schicht 61a und 61b sind Polypropylen und die Schicht 62 ist ein
Kopolymer von Äthylen-Vinylazetat.
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Während in der Beschreibung der Ausführungsform, wie in Fig. 6 dargestellt,
ein Verfahren und Gerät zum Herstellen eines Mehrschichtenfilm mit vier schichten
beschrieben wurde, ist es klar, daß die ringförmigen Düsen Profile haben können,
die andere Filmgestalten erzeugen. Während bei der in Fig. 6 daraestellten Ausführungsform
zwei ringförmige Düsen gezeigt wurden, ist es jedoch auch klar, daß mehr als zwei
verwendet werden können oder auch nur eine.
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Während bei der vorstehenden Beschreibung des Schichten aufbaugerätes
nach der Erfindung dieses so beschrieben wurde, daß es einen freien Film aus mehrfachen
Schichten auspresst, ist das Gerät auch nützlich zum Überziehen, um einen Überzug
aus mehreren Schichten auf jede beliebige geeignete Bahnunterlagsschicht aufzupressen,
wie etwa Papier, Zellophan, Metall, Metallfolien, Harzfilme, Textilien usw0 Fig.
13 zeigt das Schichtenaufbaugerät nach der Erfindung als Überzugsgerät verwendet.
Die Bahnunterlage 70 wird von einer Rolle 71 abgewickelt und verläuft um eine Gummidruckrolle
72 in den Zwischenraum zwischen der Gummidruckrolle 72 und der kühlrolle Das Das
Harz 18 aus mehreren Schichten, das aus der Düse h7 ausgepresst wird, wird auch
in den Zwischenraum eingeführt, wo es mit der Unterlagesschicht 70 in Berührung
kommt und kl
bend daran befestigt wird. Der Mehrfachschichtenharzfilm
18 kann mit der Bahnunterlagsschicht 70 vor dein @inführen in den Zwischenraum zwischen
den walzen in Ber@hrung gebracht werden oder mit der Unterlagsschicht erst in dem
Zwischenraum in Berührung kommen oder kann erst mit der Kühlrolle in Berührung gebracht
werden, bevor das einführen in den Zwischenraum zwischen den Walzen erfolgt. Von
der Kühlrolle 19 aus wird die Unterlasschicht 73, die mit dem Mehrfachschichtenüberzug
versehen wurde, durch Schneidrollen 74 und 75 geführt und zu einer wolle 76 aufgewunden.
-
Der Mehrfachschichtenüberzug kann jede beliebige gewünschte Anzahl
von Schichten aufweisen. Ebenso kann mehr als eine Anwendung eines Mehrschichtenüberzuges
durchgführt werden, entweder auf di gleiche eite oder auf gegenüberliegende Seiten
der Bahnunterlage und die Vielzahl von Über zügen kann von gleicher oder verschiedener
Art sein.
-
Das folgende Beispiel zeigt die Verwendung-des Schichtenaufbaugerätes
nach der Erfindung als Überzugsgerät: Beispiel 4 Die Strangpressen 10, 11 und 12
und das Schichtenaufbaugerät 13 sind die gleichen, wie in Beispiel 1 verwendet.
-
Ein Polyäthylen niederer Dichte wird in die Strangpresse
11
ein@eführt und ein Lopolymer von hthylen-Vi@@lazetat wird iii die beiden @trangpressen
10 und 12 ein@eführt. Die @ahnunterlage 70 ist 1,Omil Saran-überso@e@es (beide Seiten)
Cellophan. Des Polyäthylen wird in das Schichtenaufbaugerät mit einer Geschwindigkeit
von ungefähr 112 kg/Std. eingeführt und jeder der Äthylen-Vinylazetat-kopolymer-Ströme
wird in das Schicht tenaufbaugerät mit einer Geschwindigkeit von 6,75 kg/ Std. einC.ebracht.
Das Zellophan wird durci die Uberzu@sstation geführt, wie in Fig. 13 gezeigt, und-
zwar mit einer Geschwiadigkeit von etwa 100 m/Min. Das sich ergebende Zellophan,
das mit mehrfachen Schichten überzogen ist, hat eine Stärke von ungefähr 3,0 mil
und ist nü@zlich als Verpackungsfilm.