CN101878102B - 用于制造热塑性塑料薄膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造热塑性塑料薄膜的方法，其中在用于供电的第一能量源上连接一个或多个被驱动的元件，其中，借助于第二能量源确保该被驱动的元件的不间断电源USV，不间断电源USV是根据IEC62040-3的VFI类的USV。

Description

用于制造热塑性塑料薄膜的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造热塑性塑料薄膜的方法。
背景技术
由热塑性塑料制造的定向薄膜广泛散布在不同的应用中。目前在食品包装领域中不再不使用特别是双轴拉伸的聚丙烯薄膜。今天，在引入作为包装材料40年之后，为了继续改良薄膜的特性和扩展应用范围，我们注意到数量的增长和持续进步的发展。
按照惯用的制造方法(平膜法或者展伸法)，单层的聚合体首先在一个挤出机中被熔融，并且熔体通过一个扁平喷嘴被挤出。成型的熔体薄膜在一个通风辊子上被冷却、硬化，并且随后必要时被双轴拉伸。纵向拉伸通常首先通过不同的快速运行的辊子实现。随后在一个所谓的横向拉伸框(展幅机)中进行横向的定向，并且最终进行固定和卷绕。在另一个方法变体中，双轴拉伸也可以同步进行。双轴拉伸确保了重要的使用特性如机械强度、刚性、透明度和均匀的厚度。
在该制造方法中必要的是，在冷却预膜时、纵向拉伸时，以及在横向拉伸和固定时保持确定的温度。由于这个原因，在每个机组上设置用于加热或者用于冷却薄膜的装置。在纵向拉伸之前例如通过已加热的辊子进行加热，也可以使用一个包围薄膜的空气加热箱。在纵向拉伸之后，薄膜再度被冷却。然后以所希望的横向拉伸温度进行一次新的加热。这样被加热的薄膜通过横向拉伸框的所谓拉伸范围引导，并且通过钳链的多种多样的引导在薄膜的运行方向上持续拉伸。为了达到薄膜的尽可能均匀的拉伸，在拉伸框中通过加热元件维持尽可能均匀的温度。
薄膜在这个拉伸过程中只可尽可能地机械负载，如它能抵制的力量一样，并且在此不能被撕裂。撕裂总是导致生产过程的中断、较长的停机时间和较大的经济损失。
即使在处理薄膜时，材料幅面也必须通过一定的张应力总是被保持在纵向和横向上，以便运行中的材料幅面可以保持平坦和无皱。在此同样重要的是，这个拉应力不超越薄膜的机械强度，因为否则又将再一次导致撕裂。
在制造过程中还必须注意的是，薄膜所承受的张应力或者拉伸应力通过厚度和温度改变。薄膜的结构和成分也影响机械强度。幅面应力和在拉伸时的比例的正确设置取决于多个不同的因素，并且因此其本身是个难题。正确的幅面应力是至关重要的，因为当幅面应力太小时，产生褶皱、扭曲、刀形弧弯、膨胀和其它损坏。足够的拉伸对薄膜的机械强度、均匀的厚度和多个其它使用特征是重要的。可惜在制造过程中经常出现撕裂，因此薄膜的制造变得不经济。特别是在横向拉伸框的区域内的撕裂引起浪费的清洁措施，因为在撕裂后，后面的薄膜幅面与横向拉伸框的加热元件发生接触、被熔融，并且与该元件粘在一起。其后果是多个小时的生产停机时间和严重的经济损失。
在制造薄膜期间，多个不同的原因可能导致撕裂。例如薄膜可以通过不均匀的厚度具有局部受限的机械弱点。原材料的污染、例如斑点能够生成这种类型的薄弱位置，不均匀的加热能够具有相似的效果。在实践中往往被证明是很困难的，对撕裂给出一个明确的原因，并且将该原因可靠地排除。针对这方面的调查是困难的，因为它的目的始终是在生产机组上避免撕裂。重复错误的情况成本过高。所以常常保留无法解释的薄膜撕裂，这作为统计现象被容忍，而它的原因从未被查明。
发明内容
本发明的目的是，在薄膜幅面的制造期间减少撕裂的次数，意即提供一种方法，通过该方法，薄膜能够可靠被制造、并且每个时间单位中没有或者带有尽可能少的次数的撕裂。该方法应确保，材料幅面可以无皱或者无膨胀地被引导以及被输送，并且必要时可以在纵向和横向上足够高地被拉伸。
该方法应在材料幅面不同的运行速度的情况下、以及针对不同的材料同样成功地被使用。
该目的通过一个用于生产热塑性塑料制的薄膜的方法解决，在此，一个或多个被驱动的元件被连接在用于供电的第一能量源上，其特征在于，为了在薄膜幅面的制造期间减少与短暂断电关联的撕裂的次数，借助于第二能量源确保这些被驱动的元件的不间断电源USV，不间断电源USV是根据IEC62040-3的VFI类的USV。
基本上已知的是，公众电网的电能供应虽然很少全部中断，但是电源电压和电源频率一方面通过用户波动的用电需求，另一方面也通过电源干扰承受固定的波动。电源干扰既可能通过用电用户的不必要的电压反馈，也可能通过偶然的事故如受天气情况限制的干扰造成。例如在暴风雨中通过闪电或者在土方工程中通过建筑机器、还有大型电动机或者电弧炉的开和关，甚至用户载荷的开和关，和发电设备电压下降或者电压升高都能导致短路。这样造成的在短时间段中发生的电压下降被称为短暂断电，其通常例如在照明用具中不被察觉。
虽然能源供应商经常在电网的供电点上调节电源电压和电源频率，但是由此只补偿了用于维持通过较长时间段计算的额定值的干扰的总和。上述短暂断电未通过该调节措施被排除，特别是当被影响的用电用户以较低的额定电压被接入局域电网中时。例如在西欧，在电网中约97％的干扰短于3秒钟。受天气情况限制的闪电是这种类型的短暂断电的一个重要原因，其在时间上和地点上都是不可预见的。
在现有技术中描述，电子数据处理系统必须防止这种类型的波动，以便避免数据损失。常常也以一般形式指向敏感用电用户的问题。但是在现有技术中没有指明，在供电中这种类型的局部波动也能影响用于制造薄膜的设备，特别是例如短于三秒的短时间的干扰至今没有引起注意。
在本发明的范围中惊喜地发现，在制造薄膜期间的薄膜撕裂常常与供电中这种类型的短时间波动发生在同一时间或者接近的时间。特别是大量至今作为无法解释被容忍的撕裂被归溯到这个短暂断电的原因。此外查明了在一定的质量波动和短暂断电之间的关联。
惊喜的是可实现，生产设备的质量和稳定性鉴于撕裂通过确保被驱动的元件的无间断地供电明显改善。我们发现，不管是短暂的电压干扰还是短暂断电-例如通过附近的闪电所引发的-都可能引发撕裂和质量波动。
在本发明的范围中发现，在短暂断电期间，撕裂十分可能是间接通过不同的配件的不同的惯性造成。这特别适用于双轴拉伸薄膜的方法。当用于纵向拉伸的辊子在电压消失时因为它的相对高的惯性矩还转动几百毫秒时，在横向拉伸框中的链已经在几十毫秒后停止。在横向拉伸中通过高的幅面应力，薄膜随后在链静止时被直接撕裂，并且落到加热元件上。预先安置的传动装置仍继续将薄膜输送到拉伸框，该拉伸框不再继续输送薄膜。由此，在拉伸框前附加的生成薄膜阻塞。
此外，在本发明的范围中发现，聚合物熔体的挤出通过短暂断电被影响。在挤出机中，薄膜的单独的成分被熔融，并且通过一个螺杆混合，该螺杆同时沿着挤出机输送熔体。因此，上述螺杆在本发明的观点中也是一个被驱动的元件。在挤出区域中，短暂断电例如通过压强波动产生效果，这会影响厚度，并且这样间接导致在其上发生撕裂的薄弱位置。
令人意外地，在安装在一个或者多个被驱动的元件处桥接短暂断电的USV之后，在其他生产条件相同的情况下出现显著减少的撕裂，特别是即使当邻近的闪电时，生产过程也继续保持稳定，并且在质量上没有产生撕裂或者波动。在被驱动的元件的供电系统中，这个改变实现了在生产过程中均匀地保持一个稳定的幅面应力和拉伸应力，以至于例如对于在拉伸时改良的运行安全，必须容忍没有减少的拉伸因素或者一个差的厚度、或者增加的褶皱构成、或者膨胀。
在本发明的观点中，USV是按照EN-50091-1所述的一个装置，其包含一个蓄能器，通常与整流器和电子控制装置和调节装置相连，它在原电源的电压或者频率波动时补偿干扰，直到干扰过去，以至于确保了对负载的持续供电。
在本发明的观点中，薄膜是弹性的，并且具有小于1000μm的厚度的面状材料幅面。薄膜可以是一层或多层构造的。在本发明的观点中，薄膜包含未被拉伸的薄膜、单轴定向的薄膜和双轴定向的薄膜。
在本发明的观点中，热塑性塑料是聚合物，它们在温度升高时变软，并且可塑变形，例如聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、环烯烃聚合物、聚乳酸等等。
在本发明的观点中，纵向是材料幅面运行在其中的方向，该方向也被标识为机械运行方向。在本发明的观点中，横向是以一个90度角延伸、意即横向于机械运行方向。
用于制造薄膜的方法本身是已知的。所有方法是共同的，即聚合物在一个挤出机中被熔融，通过一个扁平喷嘴被挤出，并且为了硬化被排出到辊子上。在双轴拉伸的情况中，随后预膜被单轴或者双轴拉伸(定向)、被热凝固、可选的被表面处理和卷绕。此外，本发明能够有利地被用于在吹膜过程中对被驱动的部件的稳定供电。
双轴拉伸(定向)能够被同时或者顺序实现。在平膜过程中顺序拉伸时，通常首先纵向拉伸(在机器运行方向上)，然后横向拉伸(垂直于机器运行方向)。
附图说明
图1示出了用于三相电流(AC3～)或交流负载(ACK)的不间断电源(USV)；
图2示出了具有恒定电压的用于直流负载(DC)的不间断电源；
图3示出了具有可变电压的用于多个直流负载(DC1...DCn)的不间断电源；
图4示出了蓄能器直接连接到中间电路电容器；
图5示出了蓄能器经由直流调节器(DC／DC变换器)连接到中间电路电容器。
具体实施方式
下面作为例子首先描述一个包括顺序拉伸的平膜挤出。
首先如在挤出方法中常见的，单层的聚合物在一个挤出机中被压缩，并且被液化，其中，必要时可能已经在聚合物或者聚合物共混物中包括添加的添加剂。然后熔体同时通过一个扁平喷嘴(宽槽喷嘴)被挤压和成型，并且一层或者多层薄膜被挤出到一个或者多个排出辊子上，在此它们被冷却和硬化。在聚丙烯薄膜处，通风辊子的温度在从10℃到120℃的区域中，优选为20℃到80℃的区域。
预膜借助于两个、相应于所需的拉伸比例、不同的快速运行的辊子被纵向拉伸。聚丙烯薄膜的纵向拉伸比例在3到8的区域中，温度值为80℃到150℃。两个拉伸辊子具有一个自己的传动装置，通过该传动装置调节每个辊子的圆周速度以及由此的拉伸系数。
在纵向拉伸之后，借助于一个钳框进行横向拉伸，对于聚丙烯薄膜，温度在120℃到180℃，并且横向拉伸比例从5到10。为了这个横向拉伸，薄膜幅面在加热范围中以所需的横向拉伸温度被加热，例如通过喷嘴箱喷出的热空气，它们被引到薄膜幅面的上方和下方，或者通过一个对流加热器或红外线发射器。在进入加热范围中时，薄膜在两端上被一个循环传动的钳链的钳抓紧。钳引导薄膜通过总的横向拉伸框。在穿过加热范围后，薄膜进入拉伸范围。通过钳链的发散的引导，薄膜在穿过拉伸范围的路线上持续地被拉宽，直到它在终点达到预设的宽度。在拉伸范围的区域中，温度可以通过相应的装置在运行方向上被改变。在拉伸范围中拉伸之后，薄膜穿过定位。在该区域中我们将薄膜借助于钳保持在一个不变的宽度和一个在运行方向上恒定或者降低的温度上，以便固定通过横向拉伸而获得的定向。根据所需的收缩特性也可以在固定中会聚地行驶，以便通过定向带来的应力被部分地消除。在离开固定范围时，钳开启，并且薄膜通过旋转的辊子继续输送，在此以室温被冷却，如必要时在用于处理的预设的表面上，等离子体处理、电晕处理或者火焰处理，并且随后被卷绕。
可选的，双轴定向的薄膜可以在同步拉伸方法之后被制造。在此，与顺序拉伸方法的区别在于，薄膜在冷却成预膜之后，通过适宜的设备同时在纵向和横向上被拉伸。已知的这样的为了实现方法的方法和设备在现有技术中为例如LISIM方法或者MESIM方法(机械同步拉伸)。在EP1 112 167和EP0 785 858中详细阐述了LISIM方法，在此对其明确进行的参考。在US2006／0115548中详细阐述了MESIM方法，同样对其明确进行参考。
根据方法，同步拉伸在一个持续的同步拉伸方法之后进行。在此薄膜在一个与横向拉伸框类似的拉伸炉中通过一个运输系统被输送，该运输系统根据LISIM方法工作。在此，薄膜边同样被钳抓住，但是该钳单独借助于一个直线电机被驱动。单独的钳，例如每一个第三个钳配有永久磁铁，并且同时用做一个直线电机驱动的次要部件。通过几乎整体环绕的传输路线，直线电机驱动的主要部件被平行于导向轨地设置。未被驱动的钳只用做横向于运行方向吸收薄膜力，并且维持停止点之间的张应力。
在薄膜边被钳抓紧之后，预膜以类似的方式穿过一个加热区，在该加热区中，钳的导向轨主要是平行延伸的。在该区域中，预膜通过一个适宜的加热装置从导入温度被加热到拉伸温度。此后开始同步拉伸过程，通过彼此独立的钳车在薄膜方向上加速，并且因此分离，意即它们的相互距离变大。以这种方式，薄膜在长度上被拉伸。同时，该过程被叠加以横向拉伸，即通过导向轨在钳加速的区域中发散而实现。
然后，如顺序拉伸原则上已知的，薄膜被固定。当温度升高时，如必要，薄膜在纵向和横向上受约束地在张紧状态中微微松弛。特别有利的是能够在纵向和横向上同步松弛。在此，钳车减速，因此它们的相互距离缩小。同时，运输系统的导向轨轻微会聚。
按照方法，同步拉伸按照一个与LISIM方法相等的原理进行。在此，薄膜同样在一个拉伸炉中通过一个由钳构成的运输系统被输送到导向轨上。在每个薄膜边上存在一对夹板，该夹板被设置在相对置的钳和与钳类似的元件上，并且通过一个剪切铰链相互连接。通过该剪切铰链可以改变钳的相互距离。通过剪切铰链被拉开，钳的相互距离变大。反之，当剪切铰链会聚时，距离缩小。在拉伸炉中，各夹板对(包括剪切铰链)的两条导向轨被会聚地设置，因此剪切铰链被拉开，并且钳在薄膜的运行方向上加速，并且它们的相互距离变大。因此薄膜在长度上被拉伸。同时，通过夹板对的、发散的设置在每个薄膜边上进行一个同步的横向拉伸。
吹膜过程本身在现有技术中是已知的。在此，熔体通过一个环形喷嘴挤出成为一条软管，该软管在下方的末端通过辊子被压缩，并且在长度上被拉伸。压缩空气将软管吹到一定的周长，因此原则上双轴拉伸同步进行。
所有这些过程是共同的，用于挤出熔体的元件、用于引导和必要时拉伸薄膜的元件被驱动，并且由一个原电源供电。被驱动的元件是例如挤出螺杆、所有被驱动的辊子，通过它们薄膜被引导，必要时被拉伸，并且被卷绕；在顺序拉伸中的钳链、或者在LISIM方法中的设有一个直线电机的钳、以及在MESIM方法中的剪切铰链。下面将这些被驱动的装置概括称为元件。
按照本发明，通过USV确保了，这些用于挤出熔体和引导、拉伸或者卷绕薄膜幅面的元件被无干扰地供电。按照本发明使用的SUV是这样设置的，即原电源的电压不足、电压过高、频率改变和谐波被补偿、或者桥接。USV原则上包含蓄能器、整流器和电子控制装置和调节装置。
一般地，被应用的USV应提供直至10MW的最大功率，其中持续功率显著较小。最大桥接时间取决于蓄能器的电容和当前所需的功率，并且根据需要为几百毫秒和几分钟之间。
作为蓄能器原则上可以使用蓄电池、超导线圈和电容器。这些不同的蓄能器的特征区别在于能源密度和功率密度，以及功率持续时间，以至于不同类型的干扰通过各蓄能器的独特的选择被消除。意外的是对于本发明的目标，以双层电容形式的电容器、所谓的超级电容器特别有利。已被证明，薄膜撕裂或者质量波动不只是通过电网中长时间持续的干扰造成，而是许多至今为止被作为统计错误容忍的撕裂能够通过原电源的短暂断电被解释，在此，干扰短于1秒，例如为10-500毫秒。干扰通常根本不被其他用户注意，并且通常也不造成干扰效果。意外地发现，这种类型的干扰既影响薄膜制造过程，也影响生产的薄膜的质量。特别是用于横向拉伸薄膜的被驱动的元件，例如钳链或者LISIM方法里的被驱动的钳相对于该短暂断电令人意外地示出高敏感度。按照本发明可以特别是在横向拉伸的区域中，通过按照一个基于超级电容器的USV明显减少撕裂的次数。表明，特别是即使在雷雨时方法的稳定性也明显改善。
在本发明的范围中，特别适宜作为USV的只有VFI类别的USV。在本发明的观点中，定义VFD、VFI和VI具有在产品标准IEC62040-3中规定的意义。
在VFI(电压和频率独立)类别的USV中，输入端直接被导到一个整流器上，该整流器供给第二能量源。在一个三线交流电系统中，最终输出端由一个振动子换流器供给，该振动子换流器运转正常，意即在USV输入端上已有的电网电压，该电网电压通过整流器(GR)获取所需能源，并且在电网断电时通过第二能量源被供给。用户在USV的输出端上需要一个交流电系统或者三相交流电系统，USV安装在US侧的变压器插座和用户接口(L1／L2／L3)之间(见图1)。在输出段上的交流电压或者三相电压在每个案例中独立于输入电压的质量，通过一个附加连接的振动子换流器(WR)由所谓的中间电路的直流电压生成。为了提高供电安全，VFI-USV具有一个所谓的旁路接通，该旁路接通平行于整流器／换流器组合地被连接。在过载时，在USV输出端或者在GR／WR-支线中出现一个内部错误，则被连接的用户“不间断”地被转换到该旁路支线中，并且因此继续被供电。蓄能器被安装在USV的中间电路中，并且当在输入端的电压中断时，支持该中间电路。
VFI-USV不只保护电流中断、电压不足和电压过高的后果，而是也保护频率的波动和谐波。它们也被标识为定义“在线”、“双转换”、“持续运行”或者“双转换器”。
如用户需要，例如三相交流电驱动装置，包括一个电压-中间电路的直流电系统，则USV的蓄能器被构建在已有的系统中。这可以或者直接(图2和图4)或者通过一个DC／DC转换器(图5)被连接在电压-中间电路上。
如用户要求，例如直流电驱动，包括可变的输出端电压的一个直流电系统，则需要输入端整流器、电压-中间电路和USV的蓄能器。然后可变的直流电压通过DC／DC转换器由中间电路的直流电压生成(图3)。蓄能器可以或者直接(图3和图4)或者通过一个DC／DC转换器(图5)被连接在电压-中间电路上。
所有电路变体共同的是，能源通过一个中间电路电容器缓冲。电容器的电容位于几个mF(0.1mF-10mF)的级别，并且不足以桥接直到3秒的短暂断电。为此蓄能器必须应用一个较高的能源密度。
蓄电池作为蓄能器虽然基本上适宜，并且具有相对高的能源密度。但是它的功率密度对于应用不足够[Bine InformationsdienstProjektinfo11／03)。这意味着，对于带有高功率的应用必须使用非常多的蓄电池，这同时需要很多空间。然后在制造薄膜的机组中常常不具备这个空间。
当需要高功率时，提供一个蓄电池同时一个蓄能器的解决方案，其能够对一个长于10分钟的时间为机组供电。但是因为在电网中大多数干扰短于三秒，因此提供的能源量过大。
使用蓄电池的解决方案的另一个问题是，该蓄电池在约3到4年后不能再运转，并且相应的必须被完全更换。此外，蓄电池的老化状况可能在工作中被视为不满意。
与此相对，在相同的功率的情况下，使用具有双层电容器的电容器电池的解决方案明显需要较小的空间，该体积比可比的蓄电池小约100倍。因为这样的双层电容器的能源密度比蓄电池的能源密度小约100倍，所以当体积相同时，只能桥接约10秒的时间。这正好相应于用于桥接短暂断电所需的时间。
此外，双层电容器相对于蓄电池具有约为三倍更长的约为10年的使用寿命。另外，它的寿命状况和因此更换电容器的时间点能够参见电容被确定。
因此在本发明的范围中，双重电容器是用于克服通过短暂断电在制造薄膜的机组中引起问题的优选的解决方案。

Claims (27)

1.一种用于制造热塑性塑料薄膜的方法，其中一个或多个被驱动的元件连接到用于供电的第一能量源，其特征在于，为了在薄膜幅面的制造期间减少与短暂断电关联的撕裂的次数，借助于第二能量源确保该被驱动的元件的不间断电源USV，不间断电源USV是根据IEC62040-3的VFI类的USV。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，USV包括蓄能器、整流器和电子控制装置和／或调节装置。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，USV桥接供电中断达从大于0到3分钟的持续时间。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，USV桥接供电中断达100ms到500ms的持续时间。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，USV的功率为大于0直到10MW。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，USV的功率为0.5MW到8MW。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，USV的功率为1MW到3MW。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，蓄电池、超导线圈或者电容器被用作为蓄能器。
9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，USV补偿断电、电压不足、电压过高、频率波动或者谐波。
10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，蓄能器是双层电容器。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，串联和／或并联的双层电容器的整体在电压处于100V和1000V之间的情况下电容为1F到10000F。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，串联和／或并联的双层电容器的整体在电压处于400V到800V的情况下电容为3F到5000F。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，电源的中断被桥接达大于0直到3秒的持续时间。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，电源的中断被桥接达100ms到500ms的持续时间。
15.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，制造多层薄膜。
16.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，制造单层薄膜。
17.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，制造单轴定向的薄膜。
18.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，制造双轴定向的薄膜。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，对于双轴定向，首先在纵向上拉伸，然后在横向上拉伸。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，对于双轴定向，同时在纵向和横向上进行。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，对于双轴定向，首先在横向上拉伸，然后在纵向上拉伸。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，在同时的定向的情况下，被驱动的钳的速度通过直线电机控制。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，钳在同时的定向的情况下借助于剪切铰链在机械运行方向上被加速。
24.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，制造由聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚烯烃或者聚乳酸制成的薄膜。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，制造由聚乙烯、聚丙烯或者环烯烃聚合物制成的薄膜。
26.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，被驱动的元件是挤出螺杆、辊子、钳链、直线电机或剪切铰链。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，对于一个元件或者对于多个元件或者对于所有上述元件，确保不间断电源。
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