吹膜設備,生產吹膜帶的方法和使用其生產的膜的制作方法
【專利說明】吹膜設備，生產吹膜帶的方法和使用其生產的膜
[0001]本發明涉及吹膜設備，生產吹膜帶的方法和使用其生產的膜。
[0002]吹膜設備是已知的。將顆粒形式的塑料材料供應給設備，隨后該塑料材料在擠出機內在高壓下塑化而形成粘性塊體。這種塊體在吹膜模具中成形為環形并且通過環形噴嘴離開吹膜模具。在剛剛離開環形噴嘴時，塊體就已形成膜管。沿著管形成區域向上拉膜管，在該區域內將加壓氣體引入膜管的內部。這會導致膜管橫向膨脹。通過主動冷卻方法可實現在距環形噴嘴允許的距離處冷卻上升的熔體。在膜管向上過程中，膜管以大部分結晶狀態流過校準籠隨后通過將管壓扁的壓扁框架。壓扁單元將雙層膜帶引向預擠壓裝置。預擠壓裝置通常包括輥對，膜行進穿過輥之間的通常被稱作為“夾點”的間隙。預擠壓裝置之后是擠壓裝置，在該擠壓裝置中，雙層膜帶確切地形成為在層之間實際上沒有氣體。從那一時刻開始，最遲而不是在預擠壓之前，提供雙層膜帶。預擠壓裝置和擠壓裝置之間的距離的計算方式為:在兩對輥對之間的傳輸期間，膜可釋放來自擠出工藝的熱量。通過這種方式，將膜帶額外地冷卻以可處理膜帶。這種處理可為切割膜管，以制造兩個分開的膜帶。
[0003]許多設備操作為沒有預擠壓裝置而是將膜從壓扁框架直接引導到擠壓裝置。在具有這種構造的設備中，在上升的膜接觸到擠壓輥對時，該上升的膜就已冷卻到施加在膜表面上的力不會損傷膜或僅輕微損傷膜的程度。實際上，擠壓裝置通常以比從環形噴嘴擠出膜的速度顯著更大的速度來向上牽引膜。示例性的速度比可以是10:1到20:1。在形成環形形狀期間，在環形噴嘴上方立刻使用加壓氣體從內部沖擊吹膜，并因此吹膜在橫向方向上被拉伸。與此同時，擠壓輥對以高速在向上的方向中牽引膜，從而得到在霜線之下的縱向拉伸。
[0004]總體來說，因此在霜線之下雙向地拉伸膜管。根據最終的膜制品的預期用途，縱向拉伸或橫向拉伸可占優勢。
[0005]但是，吹膜設備通常具有這樣的技術缺點，膜的視覺品質不如流延膜的品質。這是由于上升的膜管冷卻得相對慢的事實。融化塑料的冷卻過程越長，膜表面就會越模糊且透明度越低。
[0006]為了能夠使用擠壓輥對在上升的膜上施加足夠的力，必須將膜充分地冷卻。鑒于所擠出的膜的低冷卻速度，這會導致吹膜設備的高的結構高度。因此在擠壓單元上方，雙層膜帶被盡快地重新定向到水平方向上，被引導經過該設備并且隨后向下用于之后的處理步驟。將雙層膜帶繞成卷用以進一步運輸的纏繞器通常設置在設備地點的地板上與設備接近。
[0007]有時，拉伸裝置設置在纏繞器的上游，其中在本發明中，用語“拉伸”應理解為用于“縱向拉伸”的通用語。
[0008]拉伸設備至少在縱向方向上將膜拉伸5%，優選50%以及以上，通常高達1000%。這種設備通常稱作“MDOs”，其是指“機器方向取向”，即是指塑料分子在機器的方向上，即在塑料傳輸通過設備的方向上的取向。
[0009]例如，DE 2146266公開了一種拉伸設備，其中擠出機設置在處于豎直行進的吹管反轉器上方的機架上。在牽引輥對之后是輥組，其之后依次是第二擠壓輥對。第二擠壓輥對轉動得比第一擠壓輥對快，從而雙層膜帶被在機器方向上拉伸。第一擠壓輥對的上游的膜管的冷卻路徑是可調節的，使得膜管在可能的最高溫度下通過該路徑，從而可將膜帶理想地拉伸而無需額外地加熱。通過第二擠壓輥對可簡單地調節拉伸率，這是由于輥組的輥至少在開始時是被動的。
[0010]作為MDO的替換，可在纏繞器的上游提供所謂的壓扁包作為拉伸裝置。其將膜不可逆地在機器方向上“擴展”0.5%到5%之間，這僅用于補償沿雙層膜帶的寬度方向與膜帶的直行方向上的重量差，從而可更容易地纏繞和處理膜。
[0011]兩個拉伸裝置，即MDO和壓扁包在技術方面具有可比性，這是由于其實現了膜的縱向拉伸。為此，在第一較慢的輥后立即，或例如在附加的從動輥之后，是較快的驅動輥。由于兩個輥之間的速度差(所述兩個輥也可設計為通過靜摩擦分別傳輸膜的擠壓輥對)可改變膜的長度。
[0012]兩個區域(在其中膜以各個輥的周向速度而傳輸)之間的距離，也稱作“拉伸區”，或當投影到機器方向上時稱作“拉伸長度”。
[0013]在膜帶繞過輥的大至包覆中心部分處，通過靜摩擦來傳輸膜帶，因此膜帶的速度為輥的周向速度。在膜帶于升離點處離開輥的表面之前，靜摩擦結束。當隨后的輥以更高的周向速度行進時，即當膜帶從靜摩擦狀態轉變到動摩擦的更快狀態然而仍然在輥表面上且僅隨后從輥表面升離時，這尤其重要。
[0014]當膜行進到輥上時也適用同樣的原則:膜帶已經與輥的旋轉表面在接觸點處發生接觸，但是靜摩擦僅在接觸點之后開始。
[0015]為了方便起見，此處使用了用語“點”。膜帶從輥處沿著升離線升離并且開始沿著接觸線與輥表面發生接觸。在側視圖中，二維的膜帶在一個維度上縮小而變成線，使得升離線和接觸線各自相應地在一個維度上縮小而變成點。
[0016]必須要指出地是，作為輥的替代，原則上也可使用擠壓輥對用以傳輸膜。為了方便起見，當涉及擠壓輥對和本領域技術人員已知的替換物時，本申請主要僅使用用語“輥”。
[0017]擠壓輥對傾向于產生安全地抓住膜，這是由于能從兩側來抓住膜表面。但是，從一側來抓住的輥也會在膜上產生足夠的縱向力，例如取決于與待處理的各個膜相互作用的輥的表面設計，并且例如取決于輥的包角。簡單的驅動輥通常會具有壓力輥，以確保膜實際上由驅動輥更可靠地抓住并且阻止滑動。
[0018]本發明要解決的問題是改善現有技術或為其提供替換物。
[0019]根據本發明的第一個方面，這種問題由吹膜設備得以解決，所述吹膜設備具有用于擠出膜管的環形噴嘴，具有縱向和橫向拉伸膜管的管形成區域，具有用于在機器方向上移動膜管的冷卻裝置，具有用于將膜管壓扁成雙層膜帶的壓扁區，并且具有在冷卻裝置的一側的用于牽引膜管的牽引輥對，其中，處理輥線設置在牽引輥的一側用于縱向拉伸雙層膜帶，帶有用于雙層膜帶的加熱裝置，其中在吹膜設備中，機器方向豎直取向為在從下到上的方向中并且處理輥線設置在牽引輥對的上方。
[0020]對以下用語進行如下說明:
[0021]如前文解釋，“牽引輥對”優選地可以是簡單的牽引輥對。但是，在本發明中，預牽引輥對也可連接在牽引輥對的上游處，其中牽引通常也指擠壓裝置或擠壓件。
[0022]在具有兩輥對的裝置的情況中，最終實施擠壓的牽引輥對原則上設置在預牽引輥對的上方。
[0023]牽引輥對與設置在其下方的輥或輥對不同，這是由于牽引輥可引導為完全壓扁或幾乎壓扁狀態的管，即作為雙層膜帶。牽引輥對與壓扁膜的表面的兩側均相結合，以降低加壓氣體被向上擠壓到膜管的內空間之外的可能性。
[0024]牽引棍的直徑通常達到約300mm。也可以為在200mm到400mm之間或更大。當附加地設置了預牽引輥時，其通常具有與牽引輥相同的尺寸。
[0025]“處理輥線”是用于雙層膜帶的傳輸路徑，在所述路徑中使得雙層膜帶接受機械處理和熱處理，特別是在機器方向上，即當在該區域的水平面上看時在傳輸的縱向方向上的不可逆地拉伸。
[0026]在處理輥線上設置有至少兩個、三個、四個、五個、六個或更多的輥(或擠壓輥對)，其中這些至少兩個、三個、四個、五個、六個或更多的輥必須實現在處理輥線內的不同功能。這些功能可以是:保持、加熱、拉伸、回火、冷卻、橫向拉伸、沖壓或層壓。
[0027]一個輥可同時實現數個功能，例如保持和加熱。
[0028]通常，人們的目標是使用盡可能最小數量的輥。
[0029]“加熱裝置”是主動加熱裝置，S卩，其更特別地裝配有帶電加熱線圈、紅外輻射器、激光發射器、熱水導管、油加熱、通常為帶有回路的燃料驅動加熱器和/或相對主動的加熱裝置。擠出導致了大量熱量的積累。該熱量無論如何都會上升。這些以及膜管也攜帶熱量并將熱量傳輸到拉動區的事實會導致在設備的運行期間，在牽引輥對上方的裝配件非常熱。但是，用語加熱裝置并不是指這些被動加熱的部件。相反，有待提供主動加熱裝置。
[0030]在大多數情況中，可通過以下事實來確認這種加熱裝置:其除了實際加熱外還具有溫度傳感器或加熱裝置具有控制系統，更特別地具有滯環控制系統。
[0031]在這種背景中，必須指出地是，在本專利申請的范圍內，用語“控制”也包括“開環控制”的概念。因此，上文提及的“控制”更特別地是指技術上的“閉環控制”，即不僅具有用于調整電流值的傳感器還包括“開環控制”，即例如加熱螺線，其僅間歇地打開并隨后再次關閉。
[0032]作為加熱裝置上的溫度傳感器的替換或附加，也可通過以下事實容易地將加熱裝置與在運行期間變熱的裝備區分開，當設備是冷的時候，預加熱裝置快速導致加熱裝置升溫。因此，加熱裝置也可用于將設備加熱，與如果在設備的上部區域中的設備部件通過設備的運行而被加熱相比，這加熱更快。
[0033]在一個特別優選的實施方式中，布置在牽引輥對的“上方”是指處理輥線無論如何至少部分地垂直直接地位于牽引輥對的上方的布置，這意味當投影在延伸穿過牽引輥對的水平面上時，會導致與牽引輥對的投影相交叉的設計。
[0034]如果繞過處理輥線的周向線能以這樣的方式投影，則已足夠。因此不需要處理輥線中的一個輥可在水平面上投影，使得該輥的投影與牽引輥對的投影相交，但是后者是優選的實施方式。
[0035]如果處理輥線的至少一個、兩個、三個、四個、五個、六個或多個輥設置成其軸線平行于牽引輥，則是特別有利的。
[0036]如已經提及，每個單獨的輥可分別由牽引輥對替換。
[0037]替換地或累加地，處理輥線的輥可以具有與該牽引輥對相同的尺寸，例如具有范圍從200mm到400mm或更大的直徑，優選地在250mm到300mm之間，但是也可以比牽引棍對小很多，例如具有在10mm和200mm之間或更小的直徑。
[0038]當處理輥線的至少一個輥，優選地處理輥線的兩個、三個、四個、五個、六個或更多的輥可分別投影在水平面上，使得其與一個或兩個牽引輥重疊至少一半時，實現了特別緊湊的布置。
[0039]替換地或累加地，當投影在水平面上時，如果處理輥線的輥也彼此相重疊至少一半，則是有利的。
[0040]不言而喻，若設計得合適，則超過一半的重疊可更有利。
[0041]不太緊湊但是仍然在本發明的擴展范圍之內的幾何結構可以是這樣的幾何結構，在其中前文提及的投影不直接導致與牽引輥的重疊。而是，必須想象繞過牽引輥對的圓形包圍線的幾何結構。該包圍線形成了水平的圓形表面。如果處理輥線的一個、數個或甚至所有的輥的垂直投影落入這個表面內，無論部分還是全部，這仍然可產生非常緊湊的設備。簡而言之，處理輥線的輥不必須精確垂直地在牽引輥對的上方而是在其大體附近。
[0042]在較廣泛的意義上，當處理輥線確實提供為側向地與牽引輥對相鄰，分別與吹膜設備的上部區域相鄰，但是處理輥線的至少一個輥，優選地處理輥線的數個輥或甚至全部的輥，設置成在測量學上比處理輥線更高時，則也可實現“上方”的位置。如果提供了輥對，則必須在這種背景下考慮輥對夾點的測量學高度。
[0043]根據本發明的這個方面，在牽引輥對上方的具有用于雙層膜帶的加熱裝置的處理輥線的布置可有利地用于將膜加熱到在其經過牽引輥后所具有的溫度之上的溫度。已經說明，膜必須冷卻以安全地穿過牽引輥對，這是因為在那里會在膜上施加力。因此，膜必須被冷卻到具有尺寸穩定性的溫度以下，以不損傷膜。
[0044]但是，為了實施膜的機械處理，更特別地通過拉力進行拉伸形式的處理，如果膜已經被加熱則可以是有利的。例如，MDO可在機械縱向拉伸的上游通過大功率的加熱輥來加熱膜。
[0045]本發明基于這樣的發現，在膜向上而不向下的路徑上，膜可得利于從擠出機和吹膜模具產生的熱量。實際上，使上升的膜冷卻下來并不容易，但是反之，可以假設在處理輥線內會有較小的溫度梯度。與DE 2146266相反，產品的品質因此驚人地相當好。
[0046]這歸因于以下事實，本發明在初始熱量仍然存在的位置處進行精確地干涉，即膜已經被冷卻到恰好足以被牽引輥對抓住但是仍然相對暖熱并且因此不需要被大幅度地加熱。本發明提出了將加熱裝置設置在牽引輥對上方，這是因為加熱裝置不必與在設備中的其他位置一樣而在那個位置再次強烈地加熱。因此，對于任意類型的需要加熱的機械處理，這種布置還導致了顯著的能量節省。
[0047]在現有技術領域中找不到這類設置:EP 1147877A2在其圖5顯示的第二實施方式中公開了用于拉伸膜的生產設備，其中初始熱量卻不再存在于在拉伸輥對之間的拉伸區中，這是因為雙層膜帶首先被側向地引導繞過牽引輥對并且在相當往后的位置處拉被伸。更特別地，只有少量或甚至沒有來自吹膜過程的上升的第一熱量。
[0048]同樣的適用于US 6413346B。
[0049]US 2976567顯示了流延膜設備，而不是吹膜設備。因此其在吹膜模具上方和因此在擠壓輥對上方并沒有牽弓I輥對也沒有熱累積效應。
[0050]在US 7396498B1中，雙層膜帶的選擇性拉拽發生在直接接近吹膜頭的非常接近底部處，即實際上在廠房的地板上。
[0051]US 5458841在預牽引輥對和牽引輥對