DE2036624C2 - Verfahren zum Recken einer Folienbahn aus Polyäthylenterephthalat in Längsrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Recken einer Folienbahn aus Polyäthylenterephthalat in Längsrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie es aus der US-PS 25 47 736 bekannt ist.

Das bekannte Verfahren betrifft allgemein das gesteuerte Recken von Folienbahnen aus thermoplastischen Kunststoffen, wobei keine detaillierten Angaben über Reckgeschwindigkeit, Recktemperatur und Reckstrecke gemacht werden. Durch das bekannte Verfahren wird zwar das Schrumpfen der Folienbahn in der Breite verringert, in Querrichtung verlaufende Dickenungleichmäßigkeiten werden jedoch verstärkt. Wegen der Art des Gießvorganges hat nämlich eine Folienbahn aus thermoplastischem Kunststoff sich über die Folienbreite erstreckende Bereiche größerer oder kleinerer Dicke. Die Ursache dafür können Druckschwankungen an der Extrusionsöffnung sein, wobei die Druckschwankungen sporadisch oder periodisch auftreten können. Es können zwar auch in Maschinenrichtung verlaufende verdickte Zonen vorhanden sein, diese können jedoch im Unterschied zu Dickenschwankungen, die quer zur Maschinenrichtung verlaufen, relativ leicht dadurch behoben werden, daß die Extrusionsöffnung korrigiert wird oder daß der Bahn eine seitliche Schwingbewegung erteilt wird. In Querrichtung verlaufende Verdickungen sind schwerer zu beherrschen und haben insbesondere die Tendenz sich beim Recken zu verstärken. Diese Verstärkung dürfte darauf zurückzuführen sein, daß sich die dünneren Zonen leichter als die dickeren Zonen recken lassen, so daß sich die Dickenschwankungen durch das Recken vergrößern.

Aus der US-PS 32 56 379 ist ein Verfahren zum Verbessern der physikalischen Eigenschaften von Folienbahnen aus Polyäthylenterephthalat bezüglich einer Richtung bekannt, wobei die Folie zunächst quer zu dieser Richtung bei einer Temperatur von 80 bis 90° C um wenigstens den Faktor 2,5 und mit wenigstens 1000% pro Minute gereckt wird und danach die Folie in Längsrichtung auf wenigstens das 2,5fache der Ausgangslänge mit einer Geschwindigkeit von 60 000% pro Minute und bei einer Temperatur von 90 bis 160⁰C gereckt wird. Die anfängliche Reckung in Querrichtung soll dabei mit einer ausreichenden Geschwindigkeit erfolgen, um eine molekulare Orientierung der Ketten-Segmente und Kristallite zu erreichen, so daß sich bei der anschließenden Reckung in Längsrichtung eine maximale Erhöhung der physikalischen Eigenschaften ergibt. Abgesehen davon, daß nach dem Verfahren die Folie in zwei Richtungen gereckt werden muß, werden in Querrichtung verlaufende Dickenschwankungen verstärkt

Auch bei einem auc der DE-AS 11 15 445 bekannten Verfahren wird die Folienbahn in zwei Stuten biaxial ge^reckt. Die erste Reckung kann dabei bei einer Temperatur bis zu 35° C über der Glasphasenübergangstemperatur stattfinden. Auch bei diesem Verfahren werden in Querrichtung verlaufende Dickenschwankungen verstärkt.

Aus der US-PS 32 43 844 ist eine Vorrichtung zum Recken einer Folienbahn bekannt, die eine relativ kurze Reckstrecke besitzt und bei der indirekt wirkende Heizelemente vorgesehen sind. Über die Recktemperatur, die Reckgeschwindigkeit und die Art des Kunststoffes der Folienbahn werden jedoch keine Angaben gemacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das im

Oberbegriff des Anspruches 1 angegebene Verfahren dahingehend zu verbessern, daß die Vergrößerung der Dickenungleichmäßigkeiten in Querrichtung beim Rekken in Längsrichtung vermindert wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Das Recken der Folienbahn wird mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2 000 000% je Minute vorgenommen. Der Abstand zwischen den Heizelementen und dem zweiten Satz von Klemmwalzen ist vorzugsweise kleiner als 7,5 cm.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
F i g. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 in perspektivischer Darstellung die wesentlichen Elemente der Vorrichtung von F i g. 1 und

Fig.3 in einer graphischen Darstellung den Einfluß so der Recktemperatur und der Reckstrecke auf die Verstärkung von Dickenschwankungen in Querrichtung.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung 10 zum Recken einer Folienbahn IV aus Polyäthylenterephthalat gezeigt.

Wie sich aus F i g. 1 ergibt, wird die durch die Vorrichtung 10 zu reckende Bahn W von einer Vorratsquelle 11 zugeführt und über eine Auflagerwalze 12 sowie in den Spalt eines ersten Satzes von Klemmwalzen 13 bewegt, von diesem an einer Heizeinrichtung 14 vorbei und nach dem Beheizen in den Spalt eines zweiten Satzes von Klemmw^lzen 15 und schließlich über eine Auflagerwalze 16 zu einer Aufwickelwalze 17.

Die Vorratsquelle 11 kann eine beliebige geeignete Vorratsquelle, beispielsweise eine Zufuhrwalze oder eine Kunststoffolienbahn, wie sie beispielsweise aus einer Polyäthylenterephthalatfertigungsstraße austritt,

Der erste Satz von Klemmwalzen 13 (die sogenannten »langsamen Walzen«) besteht aus einer oberen Klemmwalze 18 und einer unteren Klemmwalze 19 und wird mit einer ersten Geschwindigkeit angetrieben, während der zweite Satz von Klemmwalzen 15 (die sogenannten »schnellen Walzen«) aus einer oberen Klemmwalze 20 und einer unteren Klemmwalze 21 besteht und mit einer zweiten Geschwindigkeit angetrieben wird, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, wodurch auf die Folienbahn W Reckkräfte ausgeübt werden.

Wenn sich die Folienbahn Wan der Heizeinrichtung 14 vorbeibewegt, welche aus indirekt wirkenden Heizelementen besteht, die teils oberhalb und teils unterhalb der Folienbahn Wund in einem Abstand von dieser angeordnet sind, wird die Folienbahn auf eine kritische Recktemperatur erwärmt, die wesentlich oberhalb ihrer Glasphasen-Übergangstemperatur liegt. Durch das Beheizen der Folienbahn W wird diese dehnbarer und leichter verformbar oder reckbar gemacht und die gesam'e Reckung geschieht im wesentlichen nach dem Beheizen, d. h. in der kurzen Strecke S zwischen der Heizeinrichtung 14 und dem schnellen Satz von Klemmwalzen 15. In dieser verkürzten Strecke 5 und bei dieser kritischen Temperatur kann die Folienbahn W wirksam gereckt und orientiert werden, wobei die Dickenschwankungen in der Folienbahn W im wesentlichen so gehalten werden, wie sie vorher waren. Das Recken der Folienbahn W geschieht durch den Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem langsamen und dem schnellen Satz von Klemmwalzen 13 bzw. 15 und der Betrag der Längsreckung wird durch diesen Unterschied in der linearen Geschwindigkeit dieser Walzen in an sich bekannter Weise bestimmt.

Nachdem die Folienbahn W auf diese Weise gereckt worden ist, kann sie auf die Aufwickelwalze 17 zur weiteren Verwendung aufgewickelt werden oder eine weitere Behandlung erfahren, z. B. in der Querrichtung gereckt werden.

Beim kontinuierlichen Recken von Polyäthylenterephthalatfolie in einer Anlage der beschriebenen Art wird die Folie vorzugsweise mit Geschwindigkeiten von mindestens 5000% je Minute und gewöhnlich innerhalb des Bereiches von 100 000% bis 1 000 000% je Minute, gereckt. Natürlich sind bei einem kontinuierlichen Verfahren die höchsten Geschwindigkeiten wünschenswert, um eine hohe Folienfertigung zu erhalten und es wurden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Reckgeschwindigkeiten bis zu 2 000 000% je Minute angewendet. Das erfindungsgemäße Verfahren definiert daher die kritischen Bedingungen zum Erzielen bei hohen Reckgeschwindigkeiten orientierter Polyäthylenterephthalatfolie, die wünschenswerte physikalische, chemisehe und elektrische Eigenschaften und eine stark vergleichmäßigte Dicke besitzt. Bei der vorangehend beschriebenen Vorrichtung wird die Reckgeschwindigkeit durch die Bahngeschwindigkeit, das Reckverhältnis und die Reckstrecke bestimmt.

Durch Beheizen der Folienbahn W mil Strahlungswärme in einer verkürzten Reckstrecke und Erhöhen der Folientemperatur auf mindestens 10^C und vorzugsweise auf 20⁰C oberhalb der normalen Recktemperatur (die normale Recktemperatur liegt etwas b=> oberhalb der Glasphasen-Übergangstemperatur), wird die Dickenverstärkung auf einen Wert herabgesetzt, der wesentlich unter dem bisher Erreichbaren liegt. Die Temperaturen, die zum Erzielen dieser Dickenverbesserung bei Polyäthylenterephthalatfolien erforderlich sind, machen eine indirekt wirkende Heizeinrichtung notwendig, um zu verhindern, daß die Folie beispielsweise an beheizten Walzen kleben bleibt, was geschieht, wenn eine amorphe Folie eine Fläche berührt, die wesentlich über die Glasphasenübergangstemperatur des Polymeren beheizt ist.

Das Recken zur molekularen Orientierung erfordert die Dehnung einer Folie über ihre elastische Streckgrenze hinaus, d. h. um einen irreversiblen Betrag, bei einer Temperatur, die eine ausreichende molekulare Mobilität ergibt, um eine molekulare Orientierung ohne Reißen von Molekularketten zu ermöglichen. Bei höheren Temperaturen können jedoch die molekularen Bewegungen so frei werden, daß eine Kristallisation ohne den Einfluß der ausgeübten Spannung erfolgen kann, wodurch sphärolithische Kristalle erhalten werden. Sphärolithische Kristalle tragen wenig zu den wünschenswerten mechanischen Eigenschaften bei und verhindern das Entstehen von hoch vervollkommneten Strukturen. Es ist daher üblich, bei einer möglichst niedrigen Temperatur und über eine verhältnismäßig große Strecke zu recken, jedoch ist dieses Recken im allgemeinen durch die hohe Dickenverstärkung gekennzeichnet.

Ferner "erursacht, wenn die Temperatur niedrig ist, ein Recken über eine kurze Strecke im allgemeinen ebenfalls eine hohe Dickenverstärkung, jedoch hat sich überraschend ergeben, daß durch Recken bei höheren Temperaturen über eine solche kurze Strecke die Dickenverstärkung auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.

Die Bedeutung der Recktemperatur läßt sich aus einer graphischen Darstellung erkennen, bei der die Dickenverstärkung (endgültige Dickengleichmäßigkeit dividiert durch die anfängliche Dickengleichmäßigkeit) über die Recktemperatur für kurzstreckiges und langstreckiges Recken aufgetragen ist. Fig. 3 enthält eine Darstellung der Dickenverstärkung über der Recktemperatur, aus welcher die Änderung in der Richtung der Kurve ersichtlich ist, die bei einer Temperatur in der Nähe von 100° C auftritt.

Die Temperatur oberhalb welcher das Recken für Polyäthylenterephthalat ausgeführt wird, liegt innerhalb des Bereiches von 90⁰C bis 160°C. Daher muß das Recken in der ersten Richtung bzw. das Längsrecken oberhalb dieser kritischen Temperatur in einer verkürzten Strecke ausgeführt werden, so daß sich die Folie homogen über die ganze Fläche der unter Spannung befindlichen Folie dehnt und eine Dickenverstärkung dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.

Dieses Phänomen wird durch eine Reihe von Versuchen veranschaulicht, welche die Notwendigkeit einer hohen Recktemperatur zeigen.

Bei diesen Versuchen wurden, wie in Fig. 3 dargestellt, gegossene Folienbahnen (im wesentlichen frei von Orientierung und Kristallinität) durch die Verwendung von Klemmwalzen gereckt, bei welchen die ungereckte Folie zuerst von einem langsamen Satz von Klemmwalzen erfaßt wurde, über eine freie Strecke bewegt wurde und dann durch einen schnellen Satz von Klemmwalzen erfaßt wurde, der sich um einen Faktor schneller als der langsame Satz von Klemmwalzen bewegte, der gleich dem Reckverhältnis ist. Zur Orientierung wurde die Folienbahn durch ein benachbartes Paar von elektrischen Strahlungsheizelementen oberhalb und unterhalb der Folienbahn in der freien

Strecke zwischen dem langsamen und dem schnellen Satz von Klemmwalzen beheizt. Die Folientemperatur wurde durch die elektrische Eingangsleistung der Heizelemente geregelt und durch ein »Optitherm«-Gerät der Firma Barnes gemessen, das zur Messung der Temperatur der Folienbahn nach dem Austreten aus dem Spalt zwischen den Heizelementen angeordnet war. Die Folienbahn erreichte ihre höchste Temperatur längs der Austrittslinie aus den Heizgeräten, worauf die Reckung eingeleitet wurde. Nach dem Recken wurde die Folienbahn rasch auf eine Temperatur unterhalb der Glasphasenübergangstemperatur im schnellen Satz von Klemmwalzen abgekühlt. Die Folienbahn erreichte daher ihre Streckgrenze beim Austritt zwischen den Heizelementen, wo das Recken eingeleitet wurde. Der Gesamtbetrag der Reckung erfolgte in der verkürzten Strecke zwischen den Heizelementen und dem schnellen Satz von Klemmwalzen. Die Reckstrecke war verstellbar ebenso wie der Abstand von der Austrittslinie zwischen den Heizelementen zur Eintrittslinie in den schnellen Satz von Klemmwalzen. Proben der bei den Versuchen verwendeten Folie hatten einen sich wiederholenden Dickenfehler mit einer Längserstrekkung von etwa 8,4 cm. Sie wurden um das 3,4fache der anfänglichen Länge gereckt. Die in F i g. 3 gegebenen Kurven zeigen die Ergebnisse der Reckung, bei welchen die relative Dickenverstärkung bei langstreckiger Reckung (10,2 cm bei diesem Beispiel), die mit A bezeichnet ist, und bei kurzstreckiger Reckung (2,5—5 cm bei diesem Beispiel), mit B bezeichnet, als Funktion der Temperatur gezeigt ist Aus diesen Kurven ergibt sich, daß kurzstreckiges Recken (2,5 —5 cm) bei einer Temperatur oberhalb etwa 90⁰C für die Herabsetzung der Dickenverstärkung wirksamer ist. Diese Temperatur liegt etwa 10⁰C oberhalb der Glasphasenübergangstemperatur der zur Herstellung orientierter Folie verwendeten amorphen Polyäthylenterephthalatfolie.

Ein ähnliches Recken bei einer Folie mit isolierten Querrippen setzt die Dickenverstärkung herab, welche durch das Recken verursacht wird, wenn die Reckstrekke kleiner als die Längserstreckung des isolierten oder gelegentlichen Dickenfehlers ist. Bei Dickenschwankungen periodischer oder sich wiederholender Art wird die Verringerung der Dickenverstärkung sehr wesentlich, wenn die Reckstrecke unter den mittleren Scheitelabstand zwischen den Fehlern, gemessen vor und nach dem Recken, herabgesetzt wird. Beispielsweise ist eine Reckstrecke von 7,6 cm wirksam bei der Herabsetzung der Dickenverstärkung einer Folie mit einem Scheitelabstand der Fehler der gegossenen Folie von 5 cm, wenn die Folie um das 3,4fache ihrer ursprünglichen Länge gereckt wird, d. h. mit einem Scheitelabstand nach dem Ziehen von 17,3 cm oder einem Mittelwert von 11,2 cm des »gezogen« und des »gegossen« Abstandes.

Je kürzer die Reckstrecke ist, desto wirksamer ist die Verringerung in der Dickenverstärkung.

Die Verstärkung verringert sich kontinuierlich mit der Streckenverkürzung, jedoch wird die durchführbare Mindeststrecke durch die räumlichen Beschränkungen der Einrichtung bestimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Recken einer Folienbahn aus Polyethylenterephthalat in Längsrichtung, bei dem die Folienbahn aus zunächst amorphem Polyäthylenterephthalat von einer Vorratsquelle und durch zwei im Abstand voneinanderliegenden Klemmwalzensätzen geführt wird, wobei der erste Satz von Klemmwalzen mit einer ersten Geschwindigkeit und der zweite Satz von Klemmwalzen mit einer zweiten, höheren Geschwindigkeii angetrieben wird, um die Folienbahn zu recken, und wobei die Folienbahn zwischen den beiden Klemmwalzensätzen mittels indirekt wirkender Heizelemente auf eine Temperatur oberhalb ihrer Glasphasenübergangstemperatur erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Recken bei einer Temperatur zwischen 90 und 160⁰C und mit einer Geschwindigkeit von mindestens 100 000% je Minute erfolgt, wobei der Abstand zwischen den Heizelementen und dem zweiten Satz von Klemmwalzen kleiner ist als der mittlere Scheitelabstand zwischen wiederkehrenden, quer zur Folienbahn verlaufenden Dickenabweichungen, gemessen vor und nach dem Recken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, daß das Recken der Folienbahn mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2 000 000% je Minute vorgenommen wird.