Verfahren zur Herstellung von allseitig verstreckten Folien
Aus der Patentschrift Nr. 349 406 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von allseitig, d. h. in allen Richtungen ihrer Ebene verstreckten Folien aus thermoplastischen Kunststoffen bekannt, bei dem Rohre aus diesen Kunststoffen bei einer Temperatur innerhalb des Temperaturbereiches zwischen Schmelzpunkt bzw. Erweichungspunkt und 600 C unterhalb dieses Punktes an einem Ende durch Anwendung von Innendruck kugelartig aufgeweitet werden und so dann, ausgehend von dem halbkugelartigen Übergang zwischen aufgeweitetem und noch nicht aufgeweite tem Rohr, einer sukzessiven halbkugelartigen Aufweitung des gesamten Rohres um den gleichen Betrag unterworfen werden.
Nach diesem Verfahren können allseitig verstreckte Folien aus Polyvinylchlorid und dessen Mischpolymerisaten sowie Mischungen, wie Weich Polyvinylchlorid hergestellt werden, wobei der Temperaturbereich, in dem die kugelförmige Aufweitung durchgeführt wird, zwischen dem Erweichungspunkt und 600 C, vorzugsweise 300 C unterhalb dieses Punktes liegt. Der Erweichungspunkt von Polyvinylchlorid, d. h. derjenige Punkt, an dem der Kunststoff zu erweichen beginnt, liegt bei etwa 80" C. Bei Polymermischungen, wie z. B. Weich-Polyvinylchlorid, liegt der Erweichungspunkt je nach der Menge an zugesetzten Nebenbestandteilen entsprechend tiefer.
Als untere Grenze dürften etwa-50 C anzusehen sein.
Es wurde nun gefunden, dass das obige Verfahren der kugelförmigen Aufweitung von Rohren oder Schlauchfolien zu allseitig verstreckten Folien aus Polyvinylchlorid, Mischpolymerisaten des Vinylchlorids oder Polyvinylchlorid enthaltenden Mischungen mit Vorteil auch am Erweichungspunkt und bis dar über liegender Temperatur durchgeführt wird. Dieser Temperaturbereich erstreckt sich vom Erweichungspunkt bis 800 C oberhalb desselben. Als besonders günstig für die Durchführung des Verfahrens hat sich bei Polyvinylchlorid selbst der Temperaturbereich von 80-130 C herausgestellt.
Dieses Verfahren ist bisher noch nicht bekannt.
Üblicherweise werden Schlauchfolien aus Polyvinylchlorid sofort nach Austritt aus der Ringdüse der Strangpresse aufgeweitet, wenn das Material noch die für die Verarbeitung in der Strangpresse erforderliche Temperatur von 165-200 C hat. Hierbei tritt allerdings keine Verfestigung der Folie ein, sondern es wird lediglich die Dicke der Folie auf ein gewünschtes Mass gebracht.
Es ist ferner bekannt, dass Stäbe aus Polyvinylchlorid durch Reckung im Temperaturbereich von 80-130 C verfestigt werden können (vgl. Krekeler und Peukert, Die Anderung der mechanischen Eigenschaften thermoplastischer Kunststoffe durch Warmrecken , Forschungsbericht des Wirtschaftsund Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen, Nr. 135, 1955). Es war jedoch nicht vorauszusehen, dass es gelingen würde, eine kugelförmige, allseitige Verstreckung von Rohren und Schlauchfolien in diesem Temperaturbereich ohne Abreissen der erweichten dünnwandigen thermoplastischen Masse durchzuführen.
Verfestigte Folien aus Polyvinylchlorid wurden bisher nur in der Weise hergestellt, dass ebene Folienbahnen zuerst in der Quer- und anschliessend in der Längsrichtung oder in umgekehrter Reihenfolge gereckt wurden. Das erfindungsgemässe Verfahren bietet demgegenüber den Vorteil, dass die Verstreckung in allen Richtungen gleichzeitig durch geführt wird, was wesentlich einfacher und rationeller ist. Es können sowohl Folienschläuche als auch durch Aufschneiden des Folienschlauches ebene Folienbahnen hergestellt werden.
Gegenüber dem in dem obengenannten Patent Nr. 349 406 beschriebenen Verfahren weist das erfindungsgemässe Arbeiten in einem Temperaturbereich oberhalb des Erweichungspunktes den Vorteil auf, dass ein geringerer Innendruck zur Aufweitung der Rohre erforderlich ist und dass entsprechend der plastischen Beschaffenheit des Kunststoffes ein grösserer maschineller Durchsatz möglich ist.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können Aufweitungen und Längsreckungen des Polyvinylchlorid-Folienschlauches bis zu 500 /o erzielt werden.
Diese allseitige Verstreckung führt zu beträchtlichen Festigkeitssteigerungen. Das Ausmass der Festigkeitssteigerung ist von der Temperatur, bei der die Reckung durchgeführt hird, abhängig. Je niedriger die Temperatur ist, um so höher ist die erzielte Festigkeit. Beispielsweise können durch Aufweitung um 300 0/0 bei 850 C Festigkeitswerte der fertigen Folie von etwa 1100 kg/cm2, bei 1300 C etwa 900 kg/cm2 erreicht werden. Demgegenüber haben die ungereckten handelsüblichen Polyvinylchlorid Blasfolien Festigkeitswerte von 500-650 kg/cm2.
Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist eine Heiz- bzw. Kühlstrecke erforderlich, um das Ausgangsrohr bzw. den Schlauch auf die erfindungsgemässe Temperatur zu bringen. Sofern der Ausgangsschlauch kalt ist, muss er auf die erfindungsgemässe Temperatur aufgeheizt werden. Er kann auch heisser sein, als zum Aufweiten erforderlich ist, z. B. wenn die Aufweitung im Anschluss an die Herstellung des Ausgangsschlauches im Extruder durchgeführt werden soll. In diesem Falle muss er nach Austritt aus der Schneckenstrangpresse in einer Kühlstrecke auf die erfindungsgemässe Temperatur abgekühlt werden.
Zum Zwecke einer möglichst genauen und gleichmässigen Temperierung auf die erfindungsgemässe Temperatur kann es von Vorteil sein, wenn der Ausgangsschlauch nach Verlassen der Kalibriervorrichtung der Schnecken strangpresse erst abgekühlt und in der anschliessenden Heizstrecke wieder auf die erfindungsgemässe
Temperatur aufgeheizt wird.
Zweckmässig am Austritt des Ausgangsschlauches aus der Heiz- bzw. Kühlstrecke wird er durch Innendruck fortschreitend halbkugelförmig aufgeblasen, anschliessend mit Vorteil abgekühlt und in bekannter Weise flachgelegt und abgezogen. Es wird vorzugsweise dafür gesorgt, dass der Ausgangsschlauch beim Durchlaufen der Heiz-bzw. Kühlstrecke sich nicht vorzeitig innerhalb derselben aufweitet und an das Führungsrohr anpresst. Hierzu kann vorteilhafterweise das Verfahren der belgischen Patentschrift Nur. 582268 angewandt werden, bei dem der durch die Heizstrecke laufende Ausgangsschlauch einem Aussendruck ausgesetzt wird, der verhindert, dass eine unerwünschte vorzeitige Aufweitung eintritt.
Für den Anfahrvorgang kann es zweckmässig sein, eine Zusatzheizvorrichtung gemäss der belgischen Patentschrift Nr. 568 388 zu verwenden. Dadurch wird diejenige Stelle des Schlauches, an der die Aufweitung beginnen soll, um einige Grad höher erwärmt, so dass die Aufweitung mit Sicherheit an dieser Stelle beginnt. Nach dem Anfahren kann die Zusatz-Heizvorrichtung abgeschaltet werden.
Die Heiz- bzw. Kühlvorrichtung (= Temperaturvorrichtung) kann eine Heissluftkammer oder ein Flüssigkeitsbad sein, das elektrisch oder mit Dampf beheizt ist und durch eine Regeleinrichtung auf der erfindungsgemässen Temperatur gehalten wird. Gegebenenfalls kann die Heizung auch als elektrische Strahlungsheizung oder auf andere Weise ausgeführt sein.
Das Verfahren lässt sich auf Rohre und Schläuche aus Polyvinylchlorid sowie auf solche aus Mischpolymerisaten von Vinylchlorid mit anderen mit diesem mischpolymerisierbaren Monomeren, sofern diese mindestens zu 50 O/o aus Polyvinylchlorid aufgebaut sind, ferner auf Gemische von Polyvinylchlorid oder Mischpolymerisaten des Vinylchlorids mit anderen thermoplastischen Materialien anwenden. Auch Mischungen von Polyvinylchlorid mit z. B. Weichmachern, wie Weich-Polyvinylchlorid, lassen sich nach dem erfindungsgemässen Verfahren verfestigen.
Beispiel 1
Ein Ausgangsrohr aus Polyvinylchlorid mit 100 mm Durchmesser, 4,5 mm Wanddicke und 500kg/cm2 Festigkeit in Umfangs- und Längsrichtung wird auf 850 C erwärmt und mittels Innendruck fortschreitend halbkugelförmig gegen eine Hülse mit 300 mm Durchmesser aufgeweitet und abgekühlt.
Der so aufgeblasene Folienschlauch hat eine Wanddicke von etwa 0,5 mm und eine Festigkeit von etwa 1100 kg/cm2 in allen Richtungen.
Beispiel 2
Ein Ausgangsrohr aus Polyvinylchlorid mit 200mm Durchmesser und 10 mm Wanddicke wird nach Verlassen des Mundstückes einer Strangpresse durch eine geeignete Temperiervorrichtung geführt und darin auf eine Temperatur von 1200 C gebracht.
Nach dem Austritt aus der Temperiervorrichtung wird das Rohr durch Innendruck gegen einen zylindrischen Kühler von 500 mm Durchmesser fortschreitend halbkugelförmig aufgeblasen. Der so hergestellte Folienschlauch hat einen Durchmesser von 500 mm, eine Dicke von 1 mm und eine Festigkeit von etwa 1000 kg/cm2 in allen Richtungen.
Beispiel 3 a) Aus 80 /0 Polyvinylchlorid und 20 ovo Weichmach er (Dioctylphthalat) wird ein Weich-PVC-Ausgangsschlauch mit 50mm Durchmesser und 1 mm Wanddicke hergestellt. Der Erweichungspunkt liegt bei 50 C, gemessen als Dämpfungsmaximum im Torsionsschwingungsversuch (ca. 1 Hz) nach Schmieder-Wolf. Die Festigkeit beträgt ca. 150 kg/cm2, die Bruchdehnung ca. 400 /o in Längs- und Umfangsrichtung.
Der Ausgangsschlauch wird bei 90" C durch Innendruck fortschreitend halbkugelförmig auf 250 mm Durchmesser aufgeblasen, gegebenenfalls getempert und dann abgekühlt; die Wanddicke beträgt ca. 40 y, entsprechend einem Reckverhältnis von 5 : 1 in Umfangsrichtung und 5 : 1 in Längsrichtung (Gesamtreckung 25:1). Nach Ablassen des Innendrucks schrumpft der gereckte, nicht getemperte Schlauch auf ca. 180 mm Durchmesser zurück; der getemperte Schlauch schrumpft dagegen nur geringfügig zurück. Die Bruchfestigkeit beträgt ca. 240 kg/ cm2, die Bruchdehnung 100-1500/0 in allen Richtungen.
Beim Wiedererwärmen auf ca. 100" C schrumpft der gereckte Schlauch auf ca. 80 mm Durchmesser und bei ca. 1300 C auf das Ausgangsmass von 50 mm Durchmesser zurück. b) In ähnlicher Weise kann der Ausgangsschlauch auch bei einer tieferen Temperatur als 900 C, z. B. bei 60 C, aufgeweitet werden. Die Festigkeit des gereckten Schlauches beträgt dann ca. 270 kg/cm2, die Bruchdehnung ca. 100 0/0.
Ebenso kann der Schlauch auch bei einer höheren Temperatur als 900 C, z. B. bei 1200 C, aufgeblasen werden; die Festigkeit ist dann ca. 200 kg/cm2, die Bruchdehnung 150 bis 200 O/o.
In analoger Weise können auch Weich-PVC Schläuche mit anderen Weichmacher-Konzentrationen aufgeblasen werden. Der Erweichungspunkt hängt vom Weichmachergehalt ab; er liegt, gemessen als Dämpfungsmaximum (wie oben) z. B. für 75 o/o PVC und 25 O/o Weichmacher (Dioctylphthalat) bei ca. 370 C, für 60 ovo PVC und 40 ovo Weichmacher (Dioctylphthalat) bei ca. 0 C.
Process for the production of films stretched on all sides
From the patent specification No. 349 406 a method for the production of all-round, i.e. H. Known in all directions of their plane stretched films made of thermoplastics, in which pipes made of these plastics are expanded spherically at one end by applying internal pressure at a temperature within the temperature range between melting point or softening point and 600 C below this point and so then starting of the hemispherical transition between the expanded and not yet expanded pipe, a successive hemispherical expansion of the entire pipe by the same amount are subjected.
This process can be used to produce films made of polyvinyl chloride and its copolymers, stretched on all sides, and mixtures such as soft polyvinyl chloride, the temperature range in which the spherical expansion is carried out being between the softening point and 600 ° C., preferably 300 ° C. below this point. The softening point of polyvinyl chloride, i.e. H. the point at which the plastic begins to soften is around 80 ° C. In the case of polymer mixtures, such as soft polyvinyl chloride, the softening point is correspondingly lower, depending on the amount of secondary constituents added.
The lower limit should be around -50 ° C.
It has now been found that the above process of spherical expansion of tubes or tubular films to form films of polyvinyl chloride, copolymers of vinyl chloride or mixtures containing polyvinyl chloride, which are stretched on all sides, is also advantageously carried out at the softening point and up to the temperature above. This temperature range extends from the softening point to 800 C above the same. In the case of polyvinyl chloride itself, the temperature range of 80-130 ° C. has proven to be particularly favorable for carrying out the process.
This procedure is not yet known.
Usually tubular films made of polyvinyl chloride are expanded immediately after exiting the ring nozzle of the extrusion press, if the material still has the temperature of 165-200 C required for processing in the extrusion press. In this case, however, there is no solidification of the film, but only the thickness of the film is brought to a desired level.
It is also known that rods made of polyvinyl chloride can be solidified by stretching in the temperature range of 80-130 C (see Krekeler and Peukert, The change in the mechanical properties of thermoplastic plastics through hot stretching, research report by the North Rhine-Westphalia Ministry of Economics and Transport, No. 135, 1955). However, it could not be foreseen that it would be possible to carry out a spherical, all-round stretching of tubes and tubular films in this temperature range without tearing off the softened, thin-walled thermoplastic mass.
Solidified films made of polyvinyl chloride have hitherto only been produced in such a way that flat film webs were stretched first in the transverse direction and then in the longitudinal direction or in the reverse order. In contrast, the method according to the invention offers the advantage that the stretching is carried out simultaneously in all directions, which is much simpler and more efficient. Both film tubes and flat film webs can be produced by cutting open the film tube.
Compared to the method described in the above-mentioned patent no. 349 406, working according to the invention in a temperature range above the softening point has the advantage that a lower internal pressure is required to expand the pipes and that, depending on the plastic nature of the plastic, a greater mechanical throughput is possible .
With the method according to the invention, widenings and longitudinal stretching of the polyvinyl chloride film tube of up to 500 / o can be achieved.
This all-round stretching leads to considerable increases in strength. The extent of the increase in strength depends on the temperature at which the stretching is carried out. The lower the temperature, the higher the strength achieved. For example, by expanding it by 300 0/0 at 850 C, strength values of the finished film of around 1100 kg / cm2, and at 1300 C around 900 kg / cm2 can be achieved. In contrast, the unstretched commercial polyvinyl chloride blown films have strength values of 500-650 kg / cm2.
When the method according to the invention is carried out in practice, a heating or cooling section is required in order to bring the outlet pipe or hose to the temperature according to the invention. If the outlet hose is cold, it must be heated to the temperature according to the invention. It can also be hotter than required for expansion, e.g. B. if the expansion is to be carried out in the extruder after the production of the outlet hose. In this case, after exiting the screw extruder, it must be cooled to the temperature according to the invention in a cooling section.
For the purpose of the most precise and uniform temperature control possible to the temperature according to the invention, it can be advantageous if the outlet hose first cools after leaving the calibration device of the screw extruder and then returns to the according to the invention in the subsequent heating section
Temperature is heated.
Appropriately at the exit of the outlet hose from the heating or cooling section, it is gradually inflated hemispherically by internal pressure, then advantageously cooled and laid flat and pulled off in a known manner. It is preferably ensured that the outlet hose when passing through the heating or. The cooling section does not expand prematurely within the same and press against the guide tube. For this purpose, the method of the Belgian patent Nur. 582268 can be used, in which the outlet hose running through the heating section is exposed to an external pressure that prevents unwanted premature expansion from occurring.
For the start-up process, it can be useful to use an additional heating device according to Belgian patent specification No. 568 388. As a result, the point on the hose where the expansion is to begin is heated a few degrees higher, so that the expansion certainly begins at this point. After starting up, the additional heating device can be switched off.
The heating or cooling device (= temperature device) can be a hot air chamber or a liquid bath which is heated electrically or with steam and is kept at the temperature according to the invention by a control device. If necessary, the heater can also be designed as an electrical radiant heater or in some other way.
The process can be applied to pipes and hoses made of polyvinyl chloride and to those made from copolymers of vinyl chloride with other monomers that can be copolymerized with it, provided that at least 50% of these are made up of polyvinyl chloride, and also to mixtures of polyvinyl chloride or copolymers of vinyl chloride with other thermoplastic materials apply. Mixtures of polyvinyl chloride with z. B. plasticizers, such as soft polyvinyl chloride, can be solidified by the inventive method.
example 1
A starting tube made of polyvinyl chloride with a diameter of 100 mm, a wall thickness of 4.5 mm and a strength of 500 kg / cm2 in the circumferential and longitudinal direction is heated to 850 ° C. and gradually expanded hemispherically against a sleeve with a diameter of 300 mm and cooled by means of internal pressure.
The film tube inflated in this way has a wall thickness of about 0.5 mm and a strength of about 1100 kg / cm2 in all directions.
Example 2
A starting tube made of polyvinyl chloride with a diameter of 200 mm and a wall thickness of 10 mm is passed through a suitable temperature control device after leaving the mouthpiece of an extruder and is brought to a temperature of 1200 ° C.
After exiting the temperature control device, the tube is inflated progressively in a hemispherical shape by internal pressure against a cylindrical cooler 500 mm in diameter. The film tube produced in this way has a diameter of 500 mm, a thickness of 1 mm and a strength of about 1000 kg / cm 2 in all directions.
Example 3 a) From 80/0 polyvinyl chloride and 20 ovo plasticizer (dioctyl phthalate), a soft PVC outlet hose with a diameter of 50 mm and a wall thickness of 1 mm is produced. The softening point is 50 C, measured as the damping maximum in the torsional vibration test (approx. 1 Hz) according to Schmieder-Wolf. The strength is approx. 150 kg / cm2, the elongation at break approx. 400 / o in the longitudinal and circumferential direction.
The starting tube is inflated progressively hemispherically to a diameter of 250 mm at 90 "C by internal pressure, tempered if necessary and then cooled; the wall thickness is approx. 40 y, corresponding to a stretching ratio of 5: 1 in the circumferential direction and 5: 1 in the longitudinal direction (total stretch 25: 1) After releasing the internal pressure, the stretched, non-tempered tube shrinks back to approx. 180 mm in diameter; the tempered tube, on the other hand, only shrinks back slightly. The breaking strength is approx. 240 kg / cm2, the elongation at break 100-1500 / 0 in all Directions.
When reheating to approx. 100 "C, the stretched tube shrinks to approx. 80 mm in diameter and at approx. 1300 C back to the initial dimension of 50 mm. B) In a similar way, the initial tube can also be used at a temperature lower than 900 C, for example at 60 ° C. The strength of the stretched tube is then approximately 270 kg / cm2, and the elongation at break is approximately 100%.
Likewise, the hose can also be used at a temperature higher than 900 C, e.g. B. at 1200 C, inflated; the strength is then approx. 200 kg / cm2, the elongation at break 150 to 200%.
In an analogous manner, soft PVC hoses with other plasticizer concentrations can also be inflated. The softening point depends on the plasticizer content; it lies, measured as the attenuation maximum (as above) z. B. for 75 o / o PVC and 25 o / o plasticizer (dioctyl phthalate) at approx. 370 C, for 60 ovo PVC and 40 ovo plasticizer (dioctyl phthalate) at approx. 0 C.