DE2146713A1

DE2146713A1 - Verfahren zur Herstellung von voluminösem Kunststoffmatenal sowie nach diesem Verfahren hergestelltes Material

Info

Publication number: DE2146713A1
Application number: DE19712146713
Authority: DE
Inventors: Robert Dorr Harrison John William Winchester Mass Lowry (V St A )
Original assignee: WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co
Priority date: 1970-09-30
Filing date: 1971-09-18
Publication date: 1972-04-06
Also published as: CA958861A; NL7113404A; BR7106197D0; US3872194A; FR2108124A1; AU3350071A

Description

W.R. Grace & Co. (Prio 30. September 1970 -

U.S. 76 723 - 8553) 3, Hanover Square

New York, N.Y. / V.St.A. Hamburg, 17. September 1971

Verfahren zur Herstellung von voluminösem Kunststoffmaterial sowie nach diesem Verfahren hergestelltes Material

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffmaterial, insbesondere von voluminösem Material sowie auf das nach diesem Verfahren hergestellte Material.

Die Erfindung betrifft insbesondere die Herstellung von voluminösem Material, das zur Verpackung und Polsterung von zu transportierenden Gegenständen verwendet werden kann. Dabei soll das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial in seiner nichtvoluminösen Form transportiert und gespeichert werden können, so daß gegenüber dem Stand der Technik ein Transport und eine Lagerung im nichtvoluminösen Zustand und dann an der gewünschten Verpackungsstelle eine einfache Umwandlung in die voluminöse Form möglich wird.

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Bisher wurde Kunststoff zum Polstern von zu verpackenden Gegenständen verwendet, wie beispielsweise in den US-Patentschriften 3 218 178, 3 392 081 und 3 *tO5 020 beschrieben. Diese Stoffe konnten jedoch nicht im nichtvoluminösen Zustand transportiert und gespeichert und dann an der Verpackungsstelle in die voluminöse Form umgewandelt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von voluminösem Kunststoffmaterial zu schaffen, welches auf einfachste Weise von der nichtvoluminösen Form in die voluminöse Form umgewandelt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine im wesentlichen ebene Bahn oder ein im wesentlichen ebener Bogen aus Kunststoff mit latenten Änderungen bzw. Verformungen in mindestens einer Oberfläche zur Aktivierung dieser latenten Änderungen bzw. Verformungen behandelt wird, so daß ein voluminöses Material entsteht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein im wesentlichen ebener Bogen bzw. eine im wesentlichen ebene Bahn aus Kunststoff dadurch hergestellt, daß auf einer Oberfläche eines Bogens bzw. einer Bahn aus polymeren! Material ein Muster eingeformt wird, daß das polymere Material dann

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vernetzt und danach das vernetzte Material gestreckt wird, so daß ein im wesentlichen ebener Bogen bzw. eine im wesentlichen ebene Bahn aus Kunststoff mit einer latenten Änderung bzw. Verformung auf der genannten Oberfläche entsteht.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird auf einer Oberfläche eines Bogens aus polymerem Material ein Muster gebildet, das polymere Material vernetzt und danach gestreckt, um einen im wesentlichen ebenen Bogen aus Kunststoff zu erzeugen, der eine latente Änderung in der genannten Oberfläche aufweist.

.Zur Durchführung des Verfahrens können irgendwelche geeigneten Kunststoffe verwendet werden. So hat sich beispielsweise Polyäthylen als brauchbar erwiesen. Zweckmäßigerweise wird Polyäthylen durch Bestrahlung vernetzt.

Die Behandlung zur Erzeugung des voluminösen Materials besteht vorzugsweise in einer Wärmebehandlung.

Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Material eignet sich besonders gut für die Verpackung. Die Gegenstände können in das Material eingepackt werden, bevor die Behandlung zur Gewinnung des voluminösen Materials durchgeführt wird.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele zeigenden Figuren näher erläutert.

Fig. 1, 2. und 3 - zeigen Draufsichten auf drei verschiedene Formen

von gemusterten voluminösen Bögen.

Fig. k und 5 - zeigen senkrechte Schnitte durch zwei Formen; gemusterter Bahnen mit unterschiedlich tiefen Musterungen .

Fig. 6 - zeigt in perspektivischer Darstellung eine Form eines zusammengesetzten Bogens.

Fig. 7 - zeigt schematiseh ein Verfahren zxxr Behandlung von voluminösem Material.

Fig, 8 - zeigt schematiseh eine Draufsicht auf eine Verpackung aus einem voluminösen Bogen gemäß Fig. 1, 2 oder 3.

Fig. 9 - zeigt schematiseh einen Schnitt durch eine Verpackung, die in anderer Weise aus einem voluminösen Bogen gemäß Fig. 1,2 oder 3 hergestellt ist.

Fig.10 - zeigt schematiseh ein Verfahren zur Herstellung von voluminösem Material.

Fig. 11- zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine andere Form eines zusammengesetzten Bogens.

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In den dargestellten Ausrührungsbeispielen "werden Bögen aus Polyäthylen niedriger Dichte verwendet, die eine Dichte von 917, einen Schmelzindex von 2 und einen Schmelzpunkt von 104°C haben. Es kann jedoch auch Irgendein anderes geeignetes polymeres Material, beispielsweise vernetztes Polymere verwendet werden.

Die niehtvoluminösen Bögen haben eine Stärke von etwa 5O₄8 .um und die voluminösen Bogen eine Stärke von etwa 1143 ,um bis

^um. Die Bögen werden nach dem Prägen mit bis zu 12 Megarad bestrahlt und in jeder Richtung In einem Verhältnis von 4:1 gestreckt .

In den Fig. 1, 2 und 3 sind drei Bögen aus gemustertem, voluminösem Polyäthylen mit drei verschiedenen Mustern gezeigt, welche sieh als besonders vorteilhaft erwiesen haben. Fig. 4 und 5 zeigen gemusterte Bögen mit Mustern unterschiedlicher Tiefe in einer Oberfläche. Fig. 1 zeigt ein Blatt 20 mit einem sich wiederholenden Muster aus Nuten, Prägungen oder Verformungen in Gestalt einer Vielzahl.von Kreuzen 21, von denen jedes einen kurzen Zweig 22, einen langen Zweig 23 und zwei einander gegenüberliegende Arme 24 und 25 hat. Man erkennt, daß jede zweite Diagonalreihe 26 umgekehrt zu der benachbarten Diagonalreihe 27 ausgerichtet ist

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und eine sehr enge Anordnung von Formen ermöglicht, was zu einer guten Voluminösität bei kleinen nichtvoluminös gemachten Schutzbereichen führt. Somit weist der Bogen 20 eine im wesentlichen durchgehende Oberflächenverformung für die Polsterung von zu verpackenden Gegenständen auf.

Das gemusterte Material gemäß Fig. 2 ähnelt sehr stark dem aus Fig. 1. Bei beiden Mustern ergibt sich der Vorteil, daß die Musterwiederholungen sehr einfach durch Prägen oder Vakuumformen einer kontinuierlichen Bahn auf Rollen durchgeführt werden kann, wobei Prägerollen oder Vakuumformeinrichtungen verwendet werden können, wie später beschrieben. Die Y aus Fig. 2 ergeben eine gute voluminöse Abdeckung. Jedes dieser Y 31 hat eine lange Erstreckung 32 mit zwei kurzen Armen oder Erstreckungen 33 und 3*1, die sich von einem Ende verzweigen. Ih jeder der Reihen 35 und 36 sind die Y abwechselnd umgekehrt angeordnet und jede Reihe ist gegenüber der benachbarten Reihe versetzt, so daß das verzweigte Ende eines Y so ausgerichtet ist, daß es zwei benachbarte Arme von benachbarten Y der benachbarten Reihe aufnimmt.

Eine andere Musterung zur Herstellung eines voluminösen Bogens ist in Fig. 3 dargestellt. Diese Art von Mustern eignet sich besonders für Gegenstände, die bezüglich einer bestimmten Abmessung der Ab-

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deckung auf die Mitte ausgerichtet werden müssen. So kann beispielsweise im Bogen HO die Mittelprägung Ί1 eine Mittelstellung angeben, während die äußeren Prägungen 42, 43 und ¹U das Muster wiederholen, so daß der gesamte Umfang eines zu verpackenden Gegenstandes geschützt werden kann.

Fig. 4 und 5 zeigen, daß auch beispielsweise in Bögen gemäß Fig. die Prägungen von gleichmäßiger Tiefe wie die Prägungen 45 in Fig. 4 oder von ungleichmäßiger Form sein können, wie durch die Verformungen oder Änderungen 46 und die tieferliegenden Verformungen 47 in Fig. 5 angedeutet.

In Fig. 6 ist ein Bogen aus voluminösem Material mit sich wiederholenden Wellen 50 gezeigt, die sich in einer Richtung parallel zueinander erstrecken. Von diesem Bogen ist ein Teil abgeschnitten und um 90° versetzt mit dem ersten Teil verklebt worden, so daß ein zusammengesetzter Bogen doppelter Stärke entstanden ist. Selbstverständlich können die Bogen 51 und 52, die mit im Winkel von 90° zueinander angeordneten Wellen miteinander verklebt sind, auch so miteinander verbunden werden, daß die Wellen unter irgendeinem anderen Winkel verlaufen. Die Bögen können sich entweder über ihren gesamten Bereich oder nur an ihren äußeren Kanten berühren. In einer anderen Form können die Bögen in abgeflachter Form mit-

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einander verklebt sein, wobei die Verklebung ausreichend schwach ist, um ein Auseinanderziehen in den Trennbereichen zu ermöglichen, während die Verklebung eine ausreichende festigkeit aufweist, um sie dort zusammenzuhalten, wo die Trennkräfte entsprechend gering sind. Es sei darauf hingewiesen, daß die Bögen üblicherweise zu einer Einheit oder einem lalinierten Bogen verbunden werden, bevor sie zur Wiederherstellung der durch das Erinnerungsvermögen des Materials gegebenen Verformungen behandelt werden. Ferner ist es möglich, Bögen mit unterschiedlichen Mustern zu verbinden oder in gewissen Fällen auch Bögen mit latenter Verformung mit Bögen oder dünnen Folien zu verbinden, die keine latente Oberfläehenverformung enthalten, die jedoch üblicherweise eine entsprechende Gesamtgrößenveränderung ergeben, beispielsweise durch Schrumpfen, so daß keine Zerstörung erfolgt, wenn der Bogen mit der latenten Verformung in seine voluminöse Form zurückkehrt. In Fig. 11 ist ein Laminat 53 dargestellt, in dem der Bogen 20 aus Fig. 1 die Zwischenschicht bildet, während zwei äußere Schichten aus zwei üblichen Polyäthylenfolien 5¹J und 55 bestehen.

In den Fig. 7, 8 und 9 sind Abwandlungen eines Verfahrens zur geschützten Verpackung von Gegenständen dargestellt. Eine Rolle 59 aus einer im wesentlichen ebenen Bahn aus Kunststoff mit einer latenten voluminösen Änderung in der Oberfläche wird auf einen Ab-

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rollständer 60 gebracht (Fig. 7). Die Vorderkante 6l der Rolle 59 wird dann durch einen Ofen 62 und eine Schneideinrichtung 63 geführt. Soll beispielsweise ein Krug 64 in das schützende voluminöse Material eingewickelt werden, so wird eine Länge des bereits voluminös gemachten Materials durch die Schneideinrichtung 63 gezogen und an einem nichtdargestellten Messer abgerissen. Die Schneideinrichtung kann selbstverständlich auch durch Fußbetätigung oder auf andere geeignete Weise aktiviert werden. Das Material wird dann um den Krug gewickelt, wie in Fig. 8 dargestellt, und mittels Klebstoff oder Wärme gesiegelt (wie bei 65 angedeutet). Der Gegenstand oder Krug wird dadurch mindestens teilweise von dem Bogen bedeckt und durch ihn geschützt. Wenn die Vorderkante 6l durch die Schneideinrichtung 63 gezogen wird, so gelangt eine zusätzliche Materiallänge in den Ofen, wo es voluminös gemacht bzw. bearbeitet wird, um die Rückkehr in den voluminösen Zustand zu erreichen. Als Ausführungsbeispiel wurde die Verwendung einer Materialbahn 20 gezeigt, jedoch kann selbstverständlich jedes andere voluminöse, gemusterte Material in gewünschter Form verwendet werden. Die Bahn 20 besteht aus einem Polyäthylen geringer Dichte, und die Ofentemperatur ist auf etwa 87,8⁰C eingestellt. Diese Ofentemperatur kann selbstverständlich in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des Materials durch den Ofen verändert werden.*Gegebenenfalls können

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zwischen dem Ofen und der Schneideinrichtung 63 Zwischenrollen vorgesehen werden, um ein Abkühlen des voluminösen Materials zu ermöglichen. Das Material kann jedoch jederzeit vor der Verwendung voluminös gemacht werden. So kann beispielsweise ein großer Vorrat von vorgeschnittenen Bögen in einem Bereich des Verpackungsraumes voluminös gemacht werden und dann je nach Verpackungsanfo7derung über verschiedene Zeitspannen in verschiedenen Bereichen verteilt werden.

Die Verpackung kann auch irgendeine von der in Fig. 8 gezeigten Form abweichende Gestalt haben. So kann beispielsweise eine Verpackung dadurch hergestellt werden, daß man eine Bahn 20 direkt von der Rolle durch die Schneideinrichtung 63 führt, ohne sie durch den Ofen 62 laufen zu lassen. Die nichtvoluminöse Bahn wird dann vor der Behandlung um den Krug 64 gewickelt und danach durch Einsetzen des in das Material eingewickelten Kruges in einen Ofen ) oder in ein Heißwasserbad behandelt und voluminös gemacht. Selbstverständlich können auch Heizeinrichtungen, wie etwa Bestrahlungslampen zur Behandlung der Bahn dienen, um diese in den voluminösen Zustand zurückzubringen.

In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein beispielsweise in einem Kasten zu verpackender Gegenstand mittels Zerdrücken

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und/oder Einbringen von voluminösen Bögen zwischen dem Gegenstand und den Seiten des Kastens gepolstert, um ihn in der in Fig. 9 gezeigten Weise für den Versand zu isolieren. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird das Bahnmaterial vor dem Voluminösmachen in den Kasten eingebracht, und der Kasten wird dann in eine Behandlungseinheit, beispielsweise einen Ofen befördert, um das Material voluminös zu machen und den zu verpackenden Gegenstand schützend innerhalb des Kastens festzulegen. Das Enderzeugnis beider Vorgänge ist in Fig. 9 dargestellt, wo ein Kasten 66, voluminöses Material 67 und eine mittels diesem gepolsterte Vase 68 gezeigt sind.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise ein üblicher Extruder 70 (Fig. 10) mit einer Bahnform 71 verwendet. Aus ihr wird kontinuierlich eine Bahn 72 aus Polyäthylen mit geringer Dichte von 917, einem Schmelzindex von 2 und einem Schmelzpunkt von 10Ί°0 extrudiert. Die Bahn wird bei 177°C mit einer Stärke von 762 .um extrudiert. Sie durchläuft mit der Extrusxonstemperatur von 177°C zwei kalte Prägerollen 73 und 74. Diese Prägerollen werden auf 21,1°C gehalten, und beim Durchlaufen der Bahn 72 wird diese gepreßt und sowohl geprägt als auch unter die Erweichungstemperatur des Kunststoffes abgekühlt. Aus den Pig. H und 5 erkennt man, daß die Prägerollen

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komplementäre oder gegenüberliegend versetzte Formen haben, so daß eine Rolle in einem gegebenen Bereich auf eine Seite der Bahn drückt und die gegenüberliegende Rolle eine entgegengesetzte Verformung in diesem Bereich gestattet. Soll die Bahn 72 eine gemusterte Fläche entsprechend dem Bogen 20 aus Fig. 1 haben, so sind die Rollen 73 und 74 entsprechend gemustert. Soll die Bahn vakuumverformt werden, so wird nur eine Rolle 73» 74 benötigt. Diese Rolle hat die gewünschte Form bzw. das Muster auf ihrer Oberfläche, und es wird an sie ein Unterdruck angelegt, um die Bahn in den gemusterten Bereich einzuziehen. Wird eine Vakuumformrolle verwendet, so ist sie im allgemeinen etwas in Transportrichtung versetzt, so daß sie die Bahn 72 mit geringerer Temperatur, in diesem Fall etwa 107 C aufnimmt. Die Rolle arbeitet wiederum vorzugsweise auf einer Temperatur von 21,1 C.

Nachdem die Bahn geformt bzw. gemustert ist, wird sie durch die Bestrahlungskammer 75 geleitet, die einen MEV-Generator enthält. Sie durchläuft diese Kammer mit etwa 38,1 cm pro Minute und nimmt bei Umgebungstemperatur eine 6 MA-Dosis von 9 Megarad auf. Dadurch wird die Bahn vernetzt und eine latente Verformung in ihrer Oberfläche gebildet. Andere Einrichtungen zur Vernetzung können ebenfalls verwendet werden. Das Wesentliche besteht darin, daß die

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latente Verformung in der Oberfläche, die sich in dem Material befindet, schnell festgelegt wird, so daß bei nachfolgendem Entfernen des Musters für die Gewinnung einer ebenen Kunststoffbahn das Muster innerhalb der Bahn selbst in gleicher Form erhalten bleibt. Es hat sich gezeigt, daß die.Bestrahlungskammer die schnellste Einrichtung darstellt, um eine Vernetzung der geformten Kunststoffbahn zu erreichen. Diese gelangt von der Bestrahlungskammer lh zu einer Einrichtung zur Verringerung ihrer Stärke, welche eine Vorheizeinrichtung 76 aufweist, die in Fig. 10 als ein Behälter für Wasser auf einer Temperatur von 100⁰C dargestellt ist und welche die Bahntemperatur auf die Erstreckungstemperatur bringt, worauf die Bahn dann zu einer Streckeinrichtung transportiert wird. Ein Spannrahmen streckt die Bahn, bis sie im gewünschten Umfang ungeformt bzw. nicht, mehr voluminös ist. Die Bahn 72 wird auf dem Spannrahmen im Verhältnis 16:1, 4:1 in jeder Richtung biaxial gestreckt. Die biaxiale Streckung liegt im üblichen Fall vorzugsweise zwischen 9:1 und 20:1. Dies führt zu einer geebneten Bahn mit einer Stärke von etwa 50,8 /Um. Selbstverständlich können in Abhängigkeit vom gewünschten Verwendungszweck auch andere Stärken hergestellt werden. Nach der Verstreckung wird die Bahn im gestreckten Zustand gehalten, bis sie mittels Luft auf die Umgebungstemperatur abgekühlt ist. Danach wird die Bahn für die Lagerung und spätere

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Verwendung aufgerollt. Selbstverständlich können auch Bögen hergestellt werden oder die Bahn kann direkt zu einer Bearbeitungseinrichtung geführt werden, die das Material voluminös macht. Dies kann insbesondere dann zweckmäßig seiri, wenn die Bahn verwendet wird, um den Gegenstand vor dem Voluminösmachen zu verpacken, wie dies vorstehend bereits beschrieben wurde.

Im Üblichen Fall wird bei der Herstellung der Bögen bzw. Bahnen 51 und 52 gemäß. Fig. 6 nur eine Vers treckung in einer Richtung, und zwar in Richtung der Erstreckung der Wellen vorgenommen. Vorzugsweise liegt diese Verstreckung zwischen 3:1 und 6:1.

Den Bahnen kann in gewissen Fällen eine besondere Polsterwirkung gegeben werden, indem man sie mit nichtverformten ebenen Bahnen oder mit dünnen überbrückenden Folien laminiert, so daß man eine Bahn über den tiefliegenden Bereichen zu beiden Seiten der geformten Bahn erhält, durch die die Verformungen überdeckt werden. Diese laminierte Folie ist üblicherweise ebenfalls verstreckt, so daß sie eine straffe Oberfläche bildet, wenn die Zusammensetzung behandelt worden ist, um sie voluminös zu machen. Das Laminat kann in der gleichen Weise, hergestellt werden, wie anhand von Fig. 6 beschrieben.

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Die vorliegenden Bahnen bzw. Bögen können für verschiedene Zwecke verwendet werden, beispielsweise können sie im nichtvoluminösen Zustand zwischen zwei Gegenstände gebracht werden, so daß sie nach der Behandlung diese Gegenstände voneinander wegdrücken und sie voneinander entfernt halten. Ferner können beispielsweise Picknick-Tabletts hergestellt werden, die zur Aufbewahrung die Form von flachen Scheiben haben und später für die Verwendung in die voluminöse Form gebracht werden.

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Claims

Ansprüche

l.\ Verfahren zur Herstellung von voluminösem Material, dadurch gekennzeichnet, daß man in einer int wesentlichen ebenen Bahn bzw. einem im wesentlichen ebenen Bogen aus Kunststoff in mindestens einer Oberfläche eine latente Verformung vorsieht und diese Bahn bzw. diesen Bogen zur Wirksammaehung der latenten Verformung behandelt und ein voluminöses Material erzeugt .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen ebene Bahn bzw. der im wesentlichen ebene Bogen aus Kunststoff durch die Herstellung eines Musters auf einer Oberfläche einer Bahn bzw. eines Bogens aus polymerem Material hergestellt wird, daß das polymere Material dann vernetzt und danach verstreckt wird, um die im wesentlichen ebene Bahn bzw. den im wesentlichen ebenen Bogen aus Kunststoff mit einer latenten Verformung in einer Oberfläche zu erzeugen.

3. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Oberfläche einer Bahn eines polymeren Materials ein Muster hergestellt wird, daß das polymere

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Material vernetzt und danach verstreckt wird, um eine im wesentlichen ebene Bahn aus Kunststoff mit einer latenten Verformung in der Oberfläche zu erzeugen.

¹J. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen ebene Bahn aus Kunststoff zur Aktivierung der latenten Verformung und zur Wiederherstellung des Musters in der Oberfläche wärmebehandelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn aus polymeren Material auf eine Temperatur oberhalb der Kunststofferweichungstemperatur erwärmt und das Muster in die Oberfläche eingeformt wird, während das polymere Material oberhalb der Kunststofferweichungstemperatur gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn aus polymeren! Material nach dem Einformen des Musters in die Oberfläche abgekühlt wird, daß die Bahn danach auf die Verstreckungstemperatur des Kunststoffes erwärmt und in den ebenen Zustand gestreckt wird und daß die geebnete Bahn unter Beibehaltung des geebneten Zustandes abgekühlt wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn aus polymerem Material nach dem Abkühlen von der Kunststofferweichungstemperatur zur Vernetzung des polymeren Materials bestrahlt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der polymeren Bahn zur Bildung eines Laminates mit einer weiteren Materialbahn bedeckt wird.

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