CN102695589A - 用于螺旋切割管状薄膜的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及螺旋切割热塑性材料的管状薄膜的方法，其中薄膜为平折形式，从卷轴排出，借助转动退绕装置而绕薄膜的中间轴线转动，并且当转动管在心轴上继续前进时，其被刀具切割成非管状的形式，该刀具的位置相对于周围环境固定，并且将薄膜从心轴取下，其特征在于，当充气的薄膜朝向心轴前进时或当充气的薄膜经过心轴的上游端时，或者在这两种情况下，该充气的薄膜由被驱动的支撑器件支撑，该被驱动的支撑器件围绕管状薄膜的外侧设置，所述支撑器件的运动适于与薄膜的转动和前进运动的组合相配合。

Description

用于螺旋切割管状薄膜的方法和设备

在由可定向的聚合物材料制成的定向薄膜的交错层合物的制造中，过程中的一个步骤通常是螺旋切割管状薄膜，该管状薄膜已经大体上沿其纵向方向定向。由此形成非管状薄膜，其主要方向与薄膜的新纵向方向形成大于0°而小于90°的角度，例如45°定向。然后，可以连续地层合两个或更多个这种偏置定向薄膜，它们的主要定向方向彼此交错。纵向定向薄膜还可以包含在层合中。

WO08/006858（Rasmussen）中充分描述了生产交错层合物的整个过程，从挤出到层合且包括层合，并且描述了该过程中存在的一些问题。已经在工业上用于交错层合物的薄膜的聚合物组分主要基于HDPE、LLDPE（和这两者的混合物）或结晶PP。

要求1954的优先权的GB816607（Rasmussen）中描述了在交错层合物的制造过程中对定向管状薄膜实施螺旋切割的基本专利。例如从要求保护方法的US5248366（Rasmussen）和要求保护设备的US5361469（Rasmussen），获知实施螺旋切割的具体实践方法以及用于该目的的设备。这两个专利的描述实际上是相同的。

根据该方法，退绕的平折薄膜使得退绕装置处于转动状态，并且通过控制充气至确实的管状（圆柱形）形状。管通过空气的压力而得到加强。该管前进至中空切割心轴且在中空切割心轴上继续前进，该中空切割心轴的直径稍稍小于充气的管的直径。用于充气的空气通过该中空心轴吹入到管状薄膜中，并且通过心轴表面和薄膜之间的窄空间流出。由此，在心轴上运动的薄膜变得是空气润滑的。

管状薄膜与退绕器件一起转动，从而，管状薄膜上的每个点在心轴的表面上沿螺旋路径运动。相对于心轴处于稳定位置的刀具将薄膜切割成非管状形状，并且薄膜从心轴排出。其新的纵向方向将与其起始纵向方向形成一定的角度。

已知的螺旋切割过程中的这些步骤与本发明结合使用，并且它们将在主要的方法权利要求的引言中被更精确地描述。将会看到，具有两种可供选择的方式，标记为a）和b），以实现管状薄膜绕其轴线的转动。就这一点而言，上述美国专利中附图的研究将方便理解权利要求的语言。每个专利的图1中示出了途径a），而每个专利的图2和3中示出了途径b）。

根据上述美国专利的方法和设备还包括用于控制平折管在充气区域中的前进和伸展的器件。如所述专利中所描述的，这些器件被驱动并且包括一对从动带，或者包括平行从动带的两个阵列，或者包括具有小直径（至少在被驱动的每个阵列中的下游辊子）的平行辊子的两个阵列，或者对于较窄的平折管而言简单地包括一对从动圆筒状辊子。在各种情况下，这些被驱动的支撑器件传送薄膜，使得薄膜从平折形式伸展为椭圆形形式。在已经离开支撑器件的情况下，薄膜在不受支撑的情况下、在内部空气压力的影响下从椭圆形逐渐变化成圆形形状。与本发明有关的是，这种传送器件仅仅只是可选的，然而在某些情况下是优选的。

对螺旋切割纵向定向的管状聚合物薄膜的改进在WO09/090208（Rasmussen）中有所提及，并且是WO2010/015512的目的，WO2010/015512在本申请的优先权日当天或之前还没有公开。根据该改进，管状平折薄膜在从卷轴排出与开始充气之间在“转鼓式”退绕架中被纵向地拉伸，并且薄膜在螺旋切割之后被稳定。与本发明有关的是，在“转鼓式”退绕架中的拉伸也是可选的，但是如以下将要解释的，当以偏置的单轴定向方向制造特别薄的薄膜时，这两个发明的组合可能是非常有利的。

上述螺旋切割方法（不考虑“转鼓式”退绕机中的拉伸）已经在工业上成功应用了超过20年，然而，当待切割的薄膜的规格已经低于大约20-30微米或充气的管状薄膜管的半径已经高时，出现了问题。在这种情况下，发现在管内侧需要太高的空气压力来重复强化薄膜，“太高”意思是不管所述传送器件，该压力将产生不规则的横向拉伸或者甚至撕裂管状薄膜。这对于利用交错层合技术而言是严重的限制，原因是交错层合提供的强度特性的增大理想地应当用来通过生产非常薄但仍然足够强的薄膜材料而节省原材料。

根据本发明的方法的特征在于，当充气的薄膜朝向心轴前进时或当充气的薄膜经过心轴的上游端时，或者在这两种情况下，该充气的薄膜由运动支撑器件支撑，该运动支撑器件围绕管状薄膜的外侧设置成大致圆形布置。

通过这种预防措施，可以极大地减小充气的管上的扭矩效果，并且可以基本上降低管内侧的压力。此外，显著地增大了螺旋切割的精度，从而可以减少由边缘修整形成的废料。这具有重要的经济意义。

优选地，围绕充气的管的支撑器件包括支撑装置的圆形阵列，该支撑装置为轮、短辊子或带，该阵列整体以与转动退绕装置的转动速度相同的转动速度进行转动，同时每个被驱动的支撑装置使得薄膜沿其轴向方向前进。这意味着，包含在该传送系统中的每个轮或辊子的轴线至少在其下游端处与充气的管状薄膜的轴线垂直。

在每个实施例中，每个支撑器件的速度应当优选地由与薄膜自身不同的机械器件驱动，并且当这些机械器件以比薄膜被输送至充气区域的速度稍高的速度进行作用时效果最佳。目的是对在支撑器件上滑动的薄膜进行拉幅，从而帮助管的前进。

当支撑器件为带（该带的下游端处布置为圆形阵列）时，带在其上游端处的布置存在不同的选择。一个选择是它们也布置为圆形阵列。当薄膜在开始充气时已经被已知的器件传送时，如图2所示，这种类型的传送是合适的，如上所述。

或者，带的阵列在上游端中可以布置为椭圆形阵列。这在图4中示出。这样，本发明的传送带可以定位成靠近上述美国专利中示出的已知的传送器件。

如图5所示，第三个选择是上游端中带的阵列布置为两个平面阵列，这两个平面阵列面向彼此，并且彼此靠近。这样，它们能够在实际上从平折到完全充气的管的整个路线期间支撑该薄膜。

支撑器件的圆形阵列以及转动退绕装置可以形成一个整体的架，换言之，可以一起构建，或者支撑器件的圆形阵列可以布置在单独的架中，该单独的架与转动退绕装置同步转动。

或者，围绕充气的管状薄膜的支撑器件每个都可以定位在固定位置中。在这种情况下，支撑器件必须成一定角度地安装，从而它们在与切割角度相对应的角度下引导充气的薄膜。然而，本发明的这个实施例通常不如利用被驱动的轮、短辊子或带的转动圆形阵列的实施例那么实用。

此外，支撑器件优选地闭合在一起，从而在充气的薄膜离开支撑器件的位置处，每对相邻的支撑器件的中间到中间的距离最大为30cm，优选地最大为20cm，并且更优选地最大为10cm。

本发明的另一个实施例的特征在于，心轴的上游端为锥形，并且支撑器件的传送效果受限于或终止于所述锥形部分上的区域内。由此，充气的管状薄膜上的扭矩效果能够得到可能最佳的降低。

本发明的另一个实施例的特征在于，心轴整体以与退绕装置相同的转动速度进行转动。

作为另外一种选择且更实用地，心轴的包括其锥形端部的下游部分以与转动退绕装置相同的转动速度转动，而心轴的包括发生切割的位置的其余部分静止不动。使至少心轴的末端以与退绕装置相同的速度转动的原因在于，a）心轴和在空气润滑下在心轴上运动的管状薄膜之间的空间应当优选地尽可能地窄，b）被驱动的支撑器件应当尽可能地靠近心轴的末端，并且应当优选地与心轴的锥形末端叠置，c）在紧接着管状薄膜离开被驱动的支撑器件之后，该管状薄膜通常不会是理想的圆柱形。结果，充气的管状薄膜的一部分通常将在心轴的末端上或者心轴的末端附近接触心轴，并且不管空气润滑，这可能影响螺旋切割的精度和/或降低实施该过程的速度。然而，当至少心轴的下游部分以与充气的管相同的速度转动时，这种接触几乎不会造成破坏。

本发明的另一个实施例的特征在于，所使用的平折薄膜为具有角撑部的薄膜，在薄膜从具有角撑部的平折形状到确实管状形状的转化期间，布置在每个角撑部中的一个或多个从动传送带子传送角撑部的内侧折叠部。图3示意性地示出的这种薄膜的引导额外地有助于降低充气的管状薄膜上的扭矩效果。传送袋子的运动应当优选地比薄膜稍快。这种预防措施还能够与通过围绕管状薄膜的外侧设置的支撑器件的传送无关地得到实施，因此被认为是本发明自身的优点。

从而，本发明的这个独立的方面能够与上述美国专利中公开的发明有利地结合，其特征在于，所使用的平折薄膜为具有角撑部的薄膜，在薄膜从具有角撑部的平折形状到确实管状形状的转化期间，布置在每个角撑部中的一个或多个从动传送带子传送角撑部的内侧折叠部。

能够理解，该过程中所使用的平折管状薄膜将通常主要沿其纵向方向进行定向。然而，其也能够主要与其纵向方向成锐角地进行定向，原因是这可以通过从圆形挤出模具拧动脱离而实现。例如，如果开始管状薄膜具有螺旋主定向，其与纵向方向形成30°的角度（这在实施过程中是能够获得的），并且在60°下进行螺旋切割，那么所得到的薄膜可能与其纵向方向成90°定向。

本发明还包括适合于实施每个方法实施例的任何设备，如权利要求19至34所要求保护的设备。

现在将参考原理性的简略附图进一步详细地解释本发明。

图1示出了被驱动的支撑器件的圆形阵列的下游端，该支撑器件为被驱动的带的形式，处于排出管状薄膜的位置处。其是穿过承载带的10个短辊子的轴线的剖视图。带的驱动来自于图2所示的辊子。简图1还示出了充气的管状薄膜和在中空心轴上的锥形末端上的位置的横截面图。

图2示出了被驱动的带的同一个圆形阵列处的上游端，包括驱动带的短辊子以及非常示意性的驱动每个短辊子的器件。没有示出在过程的这个阶段通常是部分地而非完全充气的管状薄膜。

图1和2是结合US5248366或US5361469的图1和2的最佳研究。

图3以示意性的方式示出了具有角撑部的管状薄膜传送充气至管状形状，每个角撑部借助布置在角撑部内侧的传送带子而被支撑和传送。

图4示出了图2所表示的布置的变型，也就是被驱动的支撑带的上游端形成椭圆形阵列的构造。

图5示出了被驱动的支撑带的上游端的另一种变型，其中图4所示的椭圆形阵列退化为面向彼此且彼此非常靠近的两个平面阵列。

在图1中，（1）为充气的管状薄膜，对应于上述美国专利中的（10）。（2）为传送带，（3）为引导这些带的短辊子。（4）为中空心轴的锥形末端，对应于美国专利中的“圆形”末端（16）。箭头（5）示出了支撑带的圆形阵列以及中空心轴的转动。为了简化起见，没有示出转动框架，短辊子的阵列通过轴承组装到该转动框架上。该框架通常应与转动退绕架（美国专利中的附图标记6）直接连接。

从简图中可以看到，薄膜（1）在带之间的空间处稍稍向外突出。然而，当其到达心轴的主体时，其将与心轴配合，只是具有几毫米或几厘米的间距。

在图2中，驱动带（2）的短辊子（6）通过柔性杆（7）连接，柔性杆中的5个通过环状带子和带子盘（8）由退绕架（美国专利中的附图标记6）驱动。当然，这仅仅是如何驱动辊子（6）的简化了的实例。与图1中类似，没有示出短辊子的阵列通过轴承组装到其上的转动框架，并且该框架通常应与退绕架直接连接。

在图3中，退绕的平折管（1）具有角撑部，其内折叠部（10）差不多延伸到其中部。其穿过转动退绕架中的两个押送辊子之间的辊隙（11），该辊隙在所述美国专利中也具有附图标记（11）。紧接着该辊隙之后，从动引导带子（9）进给到角撑部中，以传送与内折叠部相邻的薄膜材料。它们向外引导该折叠部，同时管状薄膜由于空气的压力而逐渐充气，该空气的压力是如所述两个美国专利中图1和3中所示而形成的。

在图4和5中，驱动支撑带（2）的两组短辊子或轮（6）安装在长轴（12）上，并且通过带子盘（8）进行驱动。在图4所示的椭圆形布置中，还具有通过柔性杆（7）的连接，与图2所示的圆形布置类似。当然，传送系统的上游端处的辊子或轮（6）的总数量必须等于下游端处的辊子或轮（3）的数量，但是这从图中看不出来。

图5中示出了平折管状薄膜（1）。当其跟随带（2）时，其将首先变成椭圆形，然后越来越接近圆形形状，并且最终如图1所示。

当带（2）从图4和5所示的位置运动到图1所示的位置时，所有的或大部分的将变得扭转（除了并非优选的它们具有圆形横截面的情况之外）并且将在返回路径上扭转回到起始位置。从而，图4中两端处所示的带实际上将扭转90°，而中间处的带实际上将不会扭转。

这种扭转间不会破坏传送效果，原因是平的带在整个路线期间将大致与在薄膜充气期间所传送的薄膜相切。然而，为了将扭转平带（2）保持在辊子或轮（6）上——以及图1中的（3）上——在（6）和（3）和/或平的带（2）中需要引导轨道。为了简化起见，没有示出这些轨道。

Claims (34)

1.一种螺旋切割热塑性材料的管状薄膜的方法，其中薄膜为平折形式，从卷轴排出，借助转动退绕装置而绕薄膜的中间轴线转动，这种转动通过以下方式获得

a）将卷轴安装在退绕架中，这使得卷轴的轴绕其中间点转动，同时平折薄膜在排出区域中从该卷轴排出，该排出区域与该卷轴的转动轴线平行地延伸，

b）或者保持卷轴的轴固定并且借助绕该卷轴转动的旋转装置退绕该平折薄膜，由此与卷轴的轴平行的排出区域与旋转装置一起绕该卷轴旋转，并且平折薄膜在该卷轴的一端上被拖动离开，使得其将会围绕其中间轴线以与旋转装置的转动速度相同的转动速度进行转动，

并且在a）和b）中的每种情况下，退绕的转动平折薄膜充气成确实管状形式，由此，管的轴与转动退绕装置的转动轴线大致重合，并且转动的管前进至心轴且在心轴上继续前进，该心轴的直径稍稍小于充气的管的直径，该心轴是中空的且用于充气的空气通过该心轴吹入，

并且当转动的管在心轴上继续前进时，通过刀具将该转动的管切割成非管状的形式，并且从该心轴取下切割的薄膜，该刀具的位置相对于周围环境固定，

其特征在于，当充气的薄膜朝向心轴前进时或当充气的薄膜经过心轴的上游端时，或者在这两种情况下，该充气的薄膜由运动支撑器件支撑，该运动支撑器件围绕管状薄膜的外侧设置成大致圆形布置且靠近心轴的上游或者处于心轴的上游端处。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动支撑器件包括支撑装置的圆形阵列，所述支撑装置安装成使得该阵列整体以与转动退绕装置的转动速度相同的转动速度进行转动。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该阵列和转动退绕装置形成一个整体的架。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该阵列安装在单独的架中，该单独的架与转动退绕装置同步转动。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，每个支撑器件都由与薄膜自身不同的机械器件驱动，该机械器件优选地在比薄膜的速度高的速度下进行作用，由此该薄膜在支撑器件上滑动。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，每个支撑器件都是轮或短辊子。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，每个支撑器件都是带。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述上游端中带的阵列被布置为圆形阵列。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述上游端中带的阵列被布置为椭圆形阵列。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述上游端中带的阵列被布置为面向彼此并且彼此靠近的两个平面阵列。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在充气的薄膜离开支撑器件的位置处，每对相邻的支撑器件的中间到中间的距离最大为30cm，优选地最大为20cm，并且更优选地最大为10cm。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，心轴的上游端为锥形，并且支撑器件的传送效果受限于或终止于所述锥形部分上的区域内。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，心轴整体以与退绕装置相同的转动速度进行转动。

14.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于，心轴的包括其锥形端部的下游部分以与转动退绕装置相同的转动速度转动，而心轴的包括发生切割的位置的其余部分静止不动。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所使用的平折薄膜为具有角撑部的薄膜，在薄膜从具有角撑部的平折形状到确实管状形状的转化期间，布置在每个角撑部中的一个或多个从动传送带子传送角撑部的内侧折叠部。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所使用的平折薄膜沿其纵向方向定向。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所使用的平折薄膜与其纵向方向成锐角地定向。

18.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于，在转动退绕与充气区域之间，平折薄膜通过拉伸辊沿其纵向方向定向，该拉伸辊的轴与退绕架的转动一起转动。

19.一种用于将基本上为预定直径的柔性管状薄膜螺旋切割成平的带子的设备，其包括：平折管状薄膜的卷轴；用于将平折管从该卷轴排出的转动退绕装置，该退绕装置布置成通过以下方式进行转动

a）将卷轴安装在退绕架中，这使得卷轴的轴绕其中间点转动，同时平折薄膜在排出区域中从该卷轴排出，该排出区域与该卷轴的转动轴线平行地延伸；或

b）保持卷轴的轴固定并且借助绕该卷轴转动的旋转装置退绕该平折薄膜，由此与卷轴的轴平行的排出区域与旋转装置一起绕该卷轴旋转，并且平折薄膜在该卷轴的一端上被拖动离开，使得其将围绕其中间轴线以与旋转装置的转动速度相同的转动速度进行转动；

供应器件，该供应器件用于将变平的管状薄膜供应到第一位置；在所述第一位置处的器件，其用于使所述变平的薄膜以基本上预定的速度从所述第一位置前进到伸展区域，在该伸展区域处，所述变平的薄膜从所述变平的形式伸展为圆柱形形式，该圆柱形的轴线与转动退绕装置的转动轴线对准；大致圆柱形的心轴，伸展的圆柱形管状薄膜沿其轴向经过该心轴；切割器件，所述切割器件用于将沿心轴经过的圆柱形管状薄膜螺旋切割为平的带子；以及用于与心轴的轴线成角度地将螺旋切割的带子从心轴移除的器件，其中所述心轴是中空的，其外径稍稍小于伸展的管状薄膜的直径，并且所述设备包括在所述伸展区域中用于在压力下通过所述中空心轴沿所述第一位置的方向连续地供应空气的器件，该压力足以使所述变平的管状薄膜充气为刚性的大致圆柱形的管，以便在该管状薄膜的螺旋切割期间与所述心轴进行滑动配合并且抵抗变形，其特征在于所述设备包括可动的支撑器件，该可动的支撑器件围绕管状薄膜的外侧设置成大致圆形布置且靠近心轴的上游或者处于心轴的上游端处，所述心轴布置成驱动所述管的圆柱形表面，其中运动的轴向和圆周分量与薄膜的轴向运动和转动退绕装置的转动对准。

20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述可动的支撑器件包括支撑装置的圆形阵列，所述支撑装置安装成使得该阵列整体以与转动退绕装置的转动速度相同的转动速度进行转动。

21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，该阵列和转动退绕装置形成一个整体的架。

22.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，该阵列安装在单独的架中，该单独的架与转动退绕装置同步转动。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的设备，还包括用于驱动所述支撑器件的驱动器件，该驱动器件优选地作用为轴向速度分量大于在薄膜在被驱动的支撑器件上滑动的位置处的薄膜的轴向速度。

24.根据权利要求19至23中任一项所述的设备，其特征在于，每个支撑器件都是轮或短辊子。

25.根据权利要求19至23中任一项所述的设备，其特征在于，每个支撑器件都是带。

26.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，所述上游端中带的阵列被布置为圆形阵列。

27.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，所述上游端中带的阵列被布置为椭圆形阵列。

28.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，所述上游端中带的阵列被布置为面向彼此并且彼此靠近的两个平面阵列。

29.根据权利要求19至28中任一项所述的设备，其中，在充气的薄膜离开支撑器件的位置处，每对相邻的支撑器件的中间到中间的距离最大为30cm，优选地最大为20cm，并且更优选地最大为10cm。

30.根据权利要求19至29中任一项所述的设备，其特征在于，心轴的上游端为锥形，并且支撑器件的传送效果受限于或终止于所述锥形部分上的区域内。

31.根据权利要求19至30中任一项所述的设备，其特征在于，心轴整体以与退绕装置相同的转动速度进行转动，而切割器件静止不动。

32.根据权利要求19至30中任一项所述的设备，其特征在于，心轴的包括其锥形端部的下游部分以与转动退绕装置相同的转动速度转动，而心轴的包括发生切割的位置的其余部分静止不动。

33.根据权利要求19至32中任一项所述的设备，其特征在于，所使用的平折薄膜为具有角撑部的薄膜，在所述伸展区域中设置有布置在每个角撑部中的一个或多个传动带子，相应的角撑部的内侧折叠部抵靠所述传动带子，由此控制角撑部的打开。

34.根据权利要求19至33中任一项所述的设备，还包括拉伸辊，所述拉伸辊布置成在转动退绕装置与伸展区域之间纵向地拉伸薄膜，其中所述拉伸辊安装成与退绕装置一起转动并且绕转动退绕装置的轴线转动。

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