CN102950763B - 由热塑性塑料制造薄膜的方法和设备以及所制造的薄膜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由热塑性塑料制造薄膜带的方法和设备，其中热塑性塑料在作为来自宽缝喷嘴的塑料熔体的至少一个层中沿着挤压方向被挤压，并随后通过至少一个辊排出，其中在挤压方向和挤压方向的横向方向上施加拉力，从而在纵向和横向上拉伸薄膜带，其中，在挤压方向和挤压方向的横向方向上施加拉伸力过程中，薄膜带具有至少与其熔化温度相当的温度。

Description

由热塑性塑料制造薄膜的方法和设备以及所制造的薄膜

技术领域

本发明涉及一种由热塑性塑料制造薄膜带的方法。本发明尤其涉及一种方法，其中热塑性塑料在作为来自宽缝喷嘴的塑料熔体的至少一个层中沿着挤压方向被挤压，并随后通过至少一个辊排出，其中在挤压方向和挤压方向的横向方向上施加拉力，从而在纵向和横向上拉伸薄膜带。

本发明还涉及一种用于制造这种薄膜带的设备。

此外，本发明还涉及利用所述方法和设备来制造的薄膜带。

背景技术

在借助挤压熔体来由热塑性塑料制造薄膜带时，基本上分为两种不同的方法，一种是利用宽缝喷嘴制造平面薄膜，另一种是利用圆缝喷嘴制造吹塑薄膜。

在利用宽缝喷嘴制造平面薄膜时，从宽缝喷嘴流出的熔体借助冷却辊被拉伸到一定的厚度并冷却。在这个过程中，薄膜的透明度、光泽度和一些机械性能都受到很大影响。典型的是，所生产的薄膜带具有沿挤压方向定向的聚合物链，这会造成薄膜带的各向异性式的性能。相应的方法例如可参见EP 0 319 401 B1、US 5,709,932或EP 1 900498 A1。

US 2007/0267774A1公开了一种挤压来自宽缝喷嘴的薄膜带的设备。被挤压的熔体施加到冷却辊上，环绕冷却辊运行，并在与冷却辊表面的接触期间结晶。固态薄膜形式的薄膜带从冷却辊上取下，紧跟着通过纵向伸展区，而后是横向伸展区，直到最后成卷。

与此相反，在吹塑薄膜的制造方法中，挤压从环形模具中流出的并后来成形为软管的塑料熔体，在所谓的软管形成区，熔体在纵向和横向上都被拉长。这发生在受挤压聚合物的熔融区之上，即以熔体的形式。薄膜比其受挤压时更快地从排放处拉出。薄膜因此在纵向上拉伸。通过吹风，薄膜额外地在横向上拉伸。因此得到了双轴向拉伸的薄膜，然而由于强化冷却较弱，与平面薄膜相比，其例如在光学性能方面较差。

US3,471,606在差不多50年之前就已经建议，将来自宽缝喷嘴的挤压薄膜首先送入由两对循环链形成的机构中。循环链对安装在薄膜传送装置上，且其高度和角度可以调节。尤其是，它们在挤压方向（在所示示例中是向下）上可调节成彼此扩散开，因此当新的挤压薄膜通过循环链对时可以从侧面抓取，并进行横向拉伸。随后可以提供可选的冷却辊，利用冷却辊可进行纵向拉伸。在正常情况下，US3,471,606是引导熔体形式的薄膜带通过循环链对，以便能够对熔体形式的薄膜带进行横向拉伸，即在高于熔融区的温度下。

发明内容

本发明的任务是改进现有技术或提供可选方案。

按照本发明的第一方面，这一任务通过一种由热塑性塑料制造薄膜带的方法得到了解决，在这种方法中，塑料在来自宽缝喷嘴的层中沿着挤压方向被挤压，并随后通过辊排出，其中在挤压方向和挤压方向的横向方向上对薄膜带施加拉力，从而使薄膜带在纵向和横向上拉伸，其中该层可处于薄膜形式的状态或熔体形式的状态，其中，薄膜形式的状态在层冷却时调节到低于熔融区，或者熔体形式的状态在层加热时调节到高于熔融区，其中，薄膜带(a)首先以熔体形式在挤压速度下被挤压，(b)然后直接以熔体形式被引导至冷却辊装置，其中薄膜带以高于挤压速度的圆周速度围绕着冷却辊或平整辊转动，使得薄膜带受到纵向拉伸，(c)然后从冷却辊装置中导出，以及(d)受到横向拉伸，其中，该层的两个拉伸步骤均在熔体形式的状态下实施，使得这两次拉伸都是以拉长熔体的形式进行。

在这里进行概念性解释：

“热塑性塑料”已经是众所周知的。在实际生产薄膜带时，大多使用的是含有或由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE,HDPE，LDPE)、聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)或聚氯乙烯(PVC)制成的复合聚合物。

在本发明的范围，通常指的是复合聚合物。

挤压薄膜带应“在至少一个层”进行。在实践中，挤压单层薄膜是最简单的情况。但是也可以同时挤压多个层。如果没有必要使整个复合聚合物及其每个层在还是熔体的形式时在纵向和横向上拉伸，而是也只对一个层满足这个条件的时候，在这种情况下本发明也适用。

然而优选的是，当多层薄膜带的多个或甚至全部的层处在熔体形式的状态时，薄膜带在横向和纵向上均被拉伸。

根据本申请，薄膜带的纵向拉伸理解为沿挤压方向的拉伸，即沿着薄膜带从宽缝喷嘴流出和随后经设备的其它部分继续传送的方向的拉伸，而横向拉伸指的是与纵向拉伸呈90°的拉伸。

通常需要指出的是，在本专利申请的范围内，不定冠词和不确定的数字理解为“至少”+该数字。当提及“一个”、“两个”的时候，如果从上下文中不能确定在那里具体指的究竟是“一个”或“两个”，其应理解为“至少”＋该数字。

用语“拉伸(Verstrecken)”在本申请的范围内理解为一个总概念。如果是拉伸结晶的薄膜带，即处于薄膜形式的状态下的薄膜带，则使用低于这一总概念的用语“延展(Recken)”。相反，如果是拉伸处于熔体形式的状态下的薄膜带，优选是高粘度的熔体，即其温度高于熔融区但低于从熔体到气体形式状态的过渡区，则使用用语“拉长(Ziehen)”。

简单地说，“熔融区”指的是这样的温度范围或温度，在其之下挤压层不再以熔体的形式而是以凝固薄膜的形式出现。在制造平面薄膜时，这种性能变化通常发生在冷却辊装置中的直接设于宽缝喷嘴之后的冷却辊上，其中冷却辊装置或是包括简单的冷却辊，或是包括平整辊。

如果塑料的温度高于熔融区，塑料则呈熔体形式的状态。相反，如果塑料的温度低于熔融区，塑料则呈薄膜形式的状态。在两者之间是中性区。

在熔体形式的状态与薄膜形式的状态之间可以如下地区分，其中观察在快速短暂的变形之后恢复到原始状态的情形：如果是熔体，当发生松弛变形时其复原程度明显小于薄膜的情况。熔体会流动，而薄膜相反几乎不流动。

在Maxwell的弹阻模型中，熔体几乎没有弹性，而是只有较弱的阻尼。

在几种热塑性塑料中可以观察到结晶现象。当熔体凝固时，在聚合物的内部发生分子链的局部调整。分子链按照晶核一个挨一个地排列，并形成所谓的晶片。

晶体的形成依赖于冷却条件、聚合物内的添加剂和填料，以及凝固期间的流动条件。后续的拉伸也会改变分子的排列，并因而改变材料的性能。

关于聚合材料结晶的许多现象依旧无法作最终的解释，甚至都不能核实。许多模式都通过实验性结论来支持并得以实施。

所有的聚合物都是由特别长的分子链构成。热塑性聚合物的特征在于，当温度升高时它们会熔化。在熔体中，分子链以线球的形式不规则地排列，相互纠结在一起。在许多热塑性聚合物中，当受到冷却时这种无序作为非晶态结构保留在凝固的固体内。相反，如果对部分结晶的聚合物的熔体进行冷却，分子链则逐渐减少移动，并开始有规则地排列。这导致形成了有序的状态，也称作结晶。

在聚合物的结晶过程中，分子链的片段相互平行地排列。如果分子在整个分子链长度都是平行地排列，则在能量上是最有利的。因为熔体内的分子链还仍然以彼此纠结在一起的线团形式存在，这种排序实际上根本不能实现，或者只有在特别高的压力下才能实现。因此，实际上晶体是由折叠的分子链形成，这些分子链形成较大结构单元的基本结构，例如薄片结构。此时这种排序还不能视为是完整的。因此，每个晶体都是由有序的（结晶的）和无序的（非晶态的）分区组成。

通常，热塑性塑料和低分子固体物质的区别在于它们在加热时的状态。所有纯的、已经定义的并具有小或低的摩尔质量的有机材料显示出有固定的熔点。在一个已经确定的、精确计算到十分之一度的温度下，物质从固体状态转化成液体状态。

相反，热塑性塑料具有各自的不同长度和不同分枝的聚合物链。因此，聚合物没有准确的熔点，而是有一个所谓的“熔融区”。当温度较高时它们变软和有弹性。粘稠的熔体会变形，并在冷却时重新变成固体状态。

因此，加工温度的依据是聚合物的熔融区。例如，聚乙烯的熔融区为110°C~135°C，聚丙烯的熔融区为约165°C，聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯的熔融区为约260°C。聚氯乙烯在约160°C时熔化，开始分解。

热塑性塑料的结晶区的定量分析可以通过确定晶体熔点来核实。对于非晶态部分，玻璃化转变温度是相应的参数。玻璃化转变指高聚合材料从脆的、硬的、像玻璃一样的状态到柔性的、软的、有弹性的状态的可逆式转变。这一转变在于一个窄的温度范围、即玻璃化转变温度下进行加热时发生。“冷冻温度”可被理解为同义词，其描述的是在聚合物冷却时发生的相同过程。玻璃化转变对塑料的机械性能特别重要。由于生产薄膜时所使用的大部分聚合物既有非晶形区也有结晶区，因此在加工和使用薄膜时玻璃化转变温度和晶体熔点是重要的参数。

有时在剪切模量曲线中不能准确地确定聚合物的熔融区。相反，在所谓的DSC曲线中，即被施加高于温度的吸热性热流或放热性热流，则可通过明显的峰值来良好地识别熔融区。

以聚乙烯为例，可以看出在对聚合物加热时在约160°C~170°C处出现明显的峰值。这一温度范围也称为晶体熔融区。

在冷却聚乙烯时，在大约115°C处出现放热峰。

在本专利申请范围内，广义上说，“熔融区”可理解为晶体熔融区和再结晶温度之间的温度范围。狭义上说，只有晶体熔融区或再结晶温度才能视为熔融区。如果受挤压的熔体在两个拉伸过程中都保持在晶体熔化温度之上，则双轴向拉伸肯定在熔体形式下进行。

低于晶体熔化温度也是可以的，只要熔体仍高于再结晶温度，就不会失去有利的可加工的熔体性能。

“薄膜带”可以是薄膜形式的或熔体形式的，这里，“薄膜带”理解为“熔体”和“薄膜”的上位概念。

薄膜带“随后”从冷却辊装置中排出和“之后”受到横向拉伸，这可以理解为“随便多晚之后”或“随便多久之后”。但是，不能加上“紧接着”，即“直接”。

本发明的第一个方面的优势是，可以执行其中对薄膜带的光学和机械性能进行调节的工艺：这是因为在薄膜带的层处于熔体形式时实施两个拉伸步骤，不需使用过大的设备或施加过大的力就可以制造双轴向拉伸的薄膜。

薄膜带以熔体形式保持在挤压工序和冷却辊装置内的纵向拉伸之间。薄膜带在从宽缝喷嘴中流出时本来就是热的，必然保持熔体形式。因此建议保持第一热能，并立刻在冷却辊装置中进行纵向拉伸。不必执行加热措施或过度的保温措施。

本发明需要首先纵向拉伸熔体，随后才进行横向拉伸。按照本发明，在薄膜带的层还是熔体形式的时候实施这两个拉伸步骤，尽管都知道，正是这种利用冷却辊装置的冷却辊使熔体快速急剧地冷却才保证按照平面薄膜挤压法制造的薄膜带具有出色的光学性能。

其中首先进行横向拉伸的US 3,471,606受到较大的限制，而本发明表明，如果首先进行纵向拉伸则优势明显。因此，尤其是能够在宽缝喷嘴之后立刻利用辊进行纵向拉伸，其中该辊优选为冷却辊。在这样一种结构中，一直到那里之前所使用的设备与传统的平面薄膜挤压设备基本上没有区别。因此，可以根据所期望的薄膜结果进行调节，在横向拉伸之前是通过快速冷却还是通过缓慢冷却或只是稍微冷却来执行这个过程。

在一个可行的实施方案中，薄膜带保持在冷却辊上，并且在横向拉伸步骤之前保持在高于熔融区的温度下。

在一个优选的实施方案中，薄膜带在冷却辊上冷却至薄膜形式的状态，在这种状态下，可以比熔体形式更容易地从冷却辊上取下来。

需要指出的是，本发明既可以通过简单的冷却辊也可以通过平整辊来实施，其中对于平整辊的情况来说，是挤压到冷却辊上或对辊上是无关紧要的。在本申请的范围内，为了便于阅读有时只提及冷却辊。如果在上下文中没有出现对立物，可以理解为“简单的冷却辊或平整辊”。

优选使用剥离装置将薄膜带从冷却辊上取下来，该剥离装置尤其是具有气压机构或抽吸机构。在将薄膜带从冷却辊上取下时得到的支持越大，薄膜带脱离冷却辊时就保持得越热。这样的话只需要很少的热能就可以使薄膜带为了横向拉伸而进入熔体形式的状态，或保持在这种状态。

薄膜带的至少一个层可在两个拉伸步骤的过程中具有高于其熔化温度的温度，由此拉伸步骤就表现为拉长，即，拉伸熔体形式的层或在理想的情况下拉伸熔体形式的整个薄膜带。这不需要很大的力，因此总的来讲设备的价格合理且结构紧凑。

已经提到，薄膜带的层可以在两个拉伸步骤期间具有高于其再结晶温度的温度。这个温度通常低于晶体熔化温度。但是，如果之前没有达到再结晶温度，其间也没有再次达到再结晶温度，那么薄膜带的层在这两个温度之间的过渡区内呈熔体形式。

尤其可以考虑的是，使用冷却辊来将熔体冷却至虽然明显低于挤压温度但仍高于熔融区或处于熔融区内的温度。也可以毫无困难地通过冷却辊的温度来设定在挤压步骤后薄膜带应冷却到哪种程度，或者薄膜保温到哪种程度。在冷却辊之后得到的薄膜带的温度尤其是受到辊温、接触面积和接触时间的影响。

在该方法的运行期间，冷却辊的温度会影响晶体的粒度并进而影响薄膜的性能，这种影响特别容易调节。在现有的设备中，冷却辊的温度通过适当的技术措施可以很容易地恒定保持在2K之内。通常在实际操作中，为了调节冷却辊的温度可使冷却液体泵送经过冷却辊。通常在辊冷却液的回流管路内测温。如果辊表面温度与薄膜温度之间的温差是可接受的，则可以假定回流温度每次都与辊表面温度大致相符。

当然也可以测量薄膜的温度和/或辊表面的温度，例如通过无接触式的红外测量方法。

为了使从喷嘴流出的熔体膜尽可能密封地贴靠在冷却辊的表面上，建议使用气刀、气动刮刀、真空箱和/或气动刷。这些都是借助于气流来工作。借此可以避免空气进入冷却辊和薄膜之间，这是因为所进入的空气可能会导致冷却延迟，并因此造成薄膜浑浊或使其它性能变差。

在冷却辊装置和横向拉伸之间，薄膜带可被引导经过加热站。按照本申请，“加热站”指设有主动加热装置的加热站，其可保持或提高从中通过的薄膜带的温度。只是在工作期间被加热的机架不属于此类范畴。只有当加热装置可以独立运行地进行加热时，尤其是具有例如加热液体（如水或油）的进入口和回流口和/或电流接线时，才算作主动加热装置。在简单的情况下，加热装置例如可以是加热辊，其优选在其内部借助液体或电能来加热，或者例如从外部或内部通过激光束来加热，或者，加热装置例如可以是辐射加热器，或者是薄膜从中穿过的加热炉。在冷却辊装置处的第一拉伸步骤和横向上的第二拉伸步骤之间加热薄膜带的情况下，可以很容易地对熔体形式的薄膜带实施第二拉伸步骤，这首先是因为冷却辊之前已经将热能从薄膜带中吸走。

在横向拉伸步骤期间可以调节薄膜带的温度，从而制造出可靠的薄膜产品。

但是，根据发明人的最新评价，如果设备的整体布局得当，则不需要在横向拉伸步骤期间调节薄膜带的温度或使薄膜带经过加热站。

在本发明的一个建设性的实施方案中，可以借助两个可转动的和可调节的圆盘来横向拉伸薄膜带。可以特别紧凑地构造具有两个这种圆盘的拉宽站，但仍然可提供很高的工艺调节能力。

尤其可以考虑，薄膜带在进入冷却辊装置进行纵向拉伸之后还要通过两个与薄膜带的边缘相关地配置的圆盘而被横向拉伸，通过圆盘来引导至少保持熔体温度的薄膜带，其中，薄膜带至多能够将处于进口位置和出口位置之间的圆盘的半个圆周包起来，并且圆盘的在进口和出口之间的假想连线相对于垂直线倾斜一个角α。尤其是，如果薄膜带完全以熔体形式出现，只需在挤压方向的横向方向上施加很小的拉力就可以实现所期望的横向拉伸，通过相对于垂直线倾斜的圆盘可以很容易地和低成本地完成这项工作。

圆盘的角度优选可以调节，以便能够在挤压方向的横向方向上设定不同的拉伸比，并且使得这种构造的装置容易起动。

作为具有两个旋转圆盘的该建设性实施方案的另选或补充，建议借助两个分散开的皮带来横向拉伸薄膜带。

尤其可以考虑，在纵向拉伸之后将薄膜带的边缘夹在两个循环运行的皮带对之间，并且从挤压方向上看该皮带对之间的距离逐渐增加，使得薄膜带在通过时其边缘夹在皮带对之间，并且由于皮带对之间的距离逐渐增加而使薄膜带在挤压方向的横向方向上受到拉伸。

本领域的技术人员将会认识到，由于按照本发明只需要很小的力也可以执行许多其它的解决方案，因此为横向拉伸提供了所需要的横向运动。

可以规定，在横向拉伸期间通过形状配合连接在侧部保持薄膜带，尤其是通过形状配合连接在侧边将薄膜带夹住，从而在挤压方向的横向方向上改善拉力的导入。

在横向拉伸之后，薄膜带的层可以冷却到薄膜形式的状态，或者仍还保持在熔体状态。如果是后一种情况，则规定随后对薄膜带进行冷却，直到它们变成薄膜形式，为此，例如可考虑通过至少一个冷却辊和/或施加冷却气流来进行控制。

可以规定，对冷却辊装置和横向拉伸之间的处于层的薄膜形式状态的薄膜带进行纵向延展和/或退火处理。

可以通过纵向拉伸装置(MDO)进行纵向延展，在所述纵向拉伸装置中，薄膜带通常在支撑辊和延展辊之间被拉长，比原始长度长5%，并且可以毫不费力地达到10倍于原始长度和更大。由于是薄膜形式的状态，因此称为薄膜带或层的“延展”。

在退火处理时，运行中的薄膜带受到热处理，通常利用退火辊或包括多个退火辊的退火拉伸机构。退火处理包括，借助于主动的加热装置或冷却装置来影响薄膜带的温度，以便保持、仅稍微冷却或稍微提高薄膜带的温度。例如，退火辊可以通过用于液体的输送管、内部导管和排出管而与液体循环系统连接，在所述循环系统中，对液体（首先是水或油）进行主动的加热、冷却和/或测温。在一个简单的示例中，在液体循环系统内测量液体的回流温度，并在容许有微小误差的情况下从中推断出辊的温度。可以调节该退火处理，考虑到薄膜带在进入退火辊时和离开退火辊时之间的温度差别，使运动中的薄膜带经受±50K、±30K、±10K或更少的温度变化。

当然，在本申请范围谈论的是技术性的平均温度。塑料的温度在薄膜带内不仅可以熔体形式的状态也可以薄膜形式的状态稍微地波动2K或更多。

按照本发明的第二方面，所面临的任务是提供一种用于由热塑性塑料制造薄膜带的设备，其包括与宽缝喷嘴相通的挤压器和布置在宽缝喷嘴之后的辊，从宽缝喷嘴流出的呈熔体形式并具有层的薄膜带通过所述辊导出，还包括紧跟在宽缝喷嘴后面的冷却辊装置，以及在继续穿过时安置在同一设备上的横向拉伸站，其中该设备设置成在工作中使薄膜带以高于层的熔融区的温度在熔体形式的状态下被引导至冷却辊装置和横向拉伸站。

前面已经阐明，如果冷却辊装置和横向拉伸站都能够对熔体形式的薄膜带执行拉伸工艺，即只须执行单纯的熔体拉长，那么设备的结构可以特别紧凑，但效率特别高。

换句话说，用于由热塑性塑料制造薄膜带的设备具有用于纵向拉伸和横向拉伸薄膜带的装置，其中，具有至少与熔融区相当的温度的薄膜带可以输送给用于纵向拉伸和横向拉伸的装置，其中提供了输送机构和/或调节机构，其功能是将薄膜带以熔体的形式输送给这两个装置。

薄膜带的纵向拉伸装置应由冷却辊构成，它们布置在宽缝喷嘴之后，并直接作用于以熔体形式从宽缝喷嘴流出的薄膜带。

也就是说，提供了在传统的平面薄膜挤压装置中常见的冷却辊，该冷却辊具有两种不同的功能：一方面它能够以高于来自宽缝喷嘴的挤压速度的表面圆周速度转动。这导致薄膜带被纵向拉伸。同时，该辊构造成冷却辊，即具有用于冷却液的流体输送管线，该辊通过冷却液保持在低于熔化温度和低于薄膜带流向辊时的温度的温度。

例如，冷却辊可以比流到其上的熔体更冷10K到200K之间。

通常需要指出的是，在本申请的范围内，“调节”被理解为总的概念。调节也包括控制，但是尤其也包括技术上精确意义的调节，即通过均衡额定值和测得的实际值进行调节。

可以建议为该设备提供用于第一带路径和用于第二带路径的带导向几何体，以便在两种运行方式之间进行选择，即一方面是把横向拉伸站纳入在内的第一带路径，另一方面是绕开横向拉伸站的第二带路径，其中，绕开横向拉伸站也可以理解为这样一种情况，其中虽然薄膜带也经过横向拉伸站的元件，但是它们并不对薄膜带施加横向拉伸力。例如，如果采用旋转圆盘作为横向拉伸站，那么这些圆盘相互间平行地排列，或者如果是循环运动的传送带，那么这些传送带相互间平行地排列。

作为另选或补充，可以建议为了影响设备的两种工作方式之间的关系而提供控制装置。例如，为了制造薄膜带，像在挤压平面薄膜时一样，紧跟在宽缝喷嘴后面的冷却辊被冷却成使得在抵达横向拉伸站之前，例如在离开冷却辊的时候，熔体形式的状态就已经不复存在，而是薄膜已经凝固。或者与此相反，工作方式设定成在此时避免快速的冷却，并且薄膜带尽可能热地被引导至横向拉伸站，其中，只是使薄膜带稍微冷却，以便薄膜带能更好地被引导和从辊上脱离。或者，理想的方式是，可以在这两个极端之间调节一个或多个运行点，或无级式调节每个运行点。

对于横向拉伸站建设性地提议，薄膜带的横向拉伸装置具有两个相互间隔开并且与薄膜带边缘相关地配置的圆盘，通过圆盘可将薄膜带在进口区和出口区之间引导在圆盘的部分圆周上，其中圆盘通过调节装置布置成处于进口区和出口区之间的假想连线的区域内，并相对于垂直线转动角α。

此外可以规定，圆盘的负责引导薄膜带的圆周部分配置有用于支撑薄膜带的机构。例如，可以考虑使用径向突出的针，或将进口区和出口区之间的圆盘包围起来的皮带。

已经提到，薄膜带的横向拉伸装置可备选地包括两对相互间隔开且相关于薄膜带边缘配置的循环传动带，这些带各自限定了能够夹住薄膜带边缘的带隙，其中，循环传动带对之间的间隔构造成在薄膜带的通过方向上显著地增加。

本领域的技术人员可以清楚，这里所述的用于执行横向拉伸的方案仅作为示例，在物理学上有许多实现横向运动的可能性。

在任何一种情况下都可以规定，薄膜带的横向拉伸装置安置在隔热的和必要时可主动地被加热的壳体内，从而保证在横向拉伸薄膜带的过程中，这个薄膜带或薄膜带的至少一个层具有高于熔融区的温度。

该设备可以针对所建议方法的每一个步骤而设置一个站。

已经提到，按照本发明，薄膜带不一定必须是只由热塑性塑料的一个层组成，而是也可以形成为多层，其中各个层既可以由相同的聚合物组成，也可以由不同的聚合物组成。

本发明还展示了几种以简单的方式在横向上给薄膜或熔体额外定位的可能性。该方案相对简单，因此特别实用，并带来了薄膜的其它性能。

附图说明

下面将借助两个实施例和附图对本发明进行详细的说明。在图中：

图1是根据本发明的设备的示意图；

图2是图1所示的薄膜带的横向拉伸装置的正视图；

图3是图2所示装置的侧视图；

图4是图2和图3所示装置的作用方式；以及

图5是平面薄膜装置的备选结构形式的示意性侧视图。

具体实施方式

图1以非常示意性的简单图示显示了按照所谓的平面薄膜挤压法由热塑性塑料制造薄膜带的设备。该设备包括挤压机1，所述挤压机通过熔体输送管10与宽缝喷嘴2相通，在挤压机内准备好的热塑性塑料的熔体流通过所述宽缝喷嘴排放到冷却的浇注辊3上，浇注辊按图中所示的转向运行，熔体通过形成薄膜带而从宽缝喷嘴排走。当然，除了这里所示的只有一个挤压机1的设备，也可以提供多个挤压机，用于由热塑性塑料制造相应的多层薄膜带。

浇注辊3按所示转向以圆周速度运行，该圆周速度调节成高于与熔体形式的薄膜带从宽缝喷嘴2的流出速度同步的速度，造成的结果是，从宽缝喷嘴2沿所谓的挤压方向流出的薄膜带在挤压方向上受到拉力，并由此被纵向地拉伸。所施加的拉力的程度和由此产生的纵向拉伸通过之前描述的使浇注辊3的圆周速度高于薄膜带从宽缝喷嘴2的流出速度的同步速度来确定。此外，由于在薄膜带从宽缝喷嘴2流出时受方法的制约而使得薄膜带具有至少与熔化温度相当的温度，因此之前所述的纵向拉伸在薄膜带还是熔体形式的时间点完成，因此只须施加微小的力。

按图1示意性所示的方式已经在浇注辊3上纵向拉伸到一定程度的薄膜带然后被输送到用于薄膜带的横向拉伸的装置4，所述装置具有用E标记的进口，其中，薄膜在穿过横向拉伸装置4之后在标有A的出口处离开该装置4，并且可进行进一步的处理，例如成卷和类似的工序。

薄膜带的横向拉伸装置4的具体结构见图2和图3。

薄膜带在进口E处进入到将装置4包围起来的隔热壳体46内，首先经多个加热辊48的引导，如果薄膜带在进口E处进入装置4时并不具有仍然高于其融化温度的温度，那么这些加热辊将受到调温处理，使得薄膜带的温度重新至少与其熔体温度相当。

这样调温到高于其熔化温度的温度下的薄膜带通过对中装置45在边缘侧缠绕到两个圆盘40上，圆盘可借助于具有相应轴承的驱动装置41沿所示方向被驱动转动。可以看到，装置的结构关于图2中所示的中心轴线M对称，因此，这里所给出的关于装置4的说明对以中心轴线M为基准而划分的装置的左半边和右半边都适用。

可借助宽度调节单元42来调节圆盘相对于中心轴线M的位置，以便适应薄膜带的原始宽度BA，即对中装置45的区域的宽度。

除此之外，提供了角度调节单元43，其使得圆盘布置成相对于垂直线倾斜角α。

尤其是从图3中可以看出，通过对中装置45输送的并且具有至少熔化温度的薄膜带在大约6点钟的位置在进口位置400处缠绕到圆盘40的圆周上，并在继续通过装置时大致包覆了圆盘40的半个圆周，一直到在位于12点钟位置的出口位置401处重新脱离圆盘的圆周，并通过多个换向辊和调温辊49被输送给装置4的出口A。

由于借助角度调节单元43，圆盘的位于出口位置401和进口位置400之间的假想连线可以相对于垂直线转动角α，因此，边缘侧位于圆盘圆周上的薄膜带在从进口位置400到出口位置401的过程中在挤压方向的横向方向上受到拉伸，产生的结果是，通过沿挤压方向的横向方向的拉伸力的作用，薄膜带的原始宽度BA变成最终宽度BE。

由于薄膜带在通过装置4的过程中一直保持在至少与其熔化温度相当的温度下，因此，为了增加宽度所需的在挤压方向的横向方向上的拉力相对较小，并可由相对于垂直线倾斜布置的圆盘40来提供。

为了起动该装置4，圆盘40首先由角度调节单元43保持在垂直方向上，即角α趋于零，并且薄膜带不经受横向拉伸和宽度增加。当薄膜带连续地通过装置4时，圆盘40借助角度调节单元43运行至所期望的倾角α，从而使薄膜带逐渐地出现所期望的横向拉伸和宽度增加。

尤其是从图4中可以看到，横向拉伸的大小或程度是由倾斜度、即两个圆盘40的倾角α来确定。拉伸比“R”可以从标在图4中的参数来确定，其中D为圆盘的直径，α为圆盘的倾角，BA为薄膜的原始宽度，BE为薄膜的最终宽度或成品宽度，BA与BE之间的关系是：

BE＝BA+2·D·sinα

通过下述公式得出拉伸比“R”：

$R=\frac{\mathrm{BE}}{\mathrm{BA}}=1+\frac{2\·D\·\sin }{\mathrm{BA}}$

为了更好地将横向拉伸所需的拉力施加到薄膜上，例如可以为圆盘40提供配属于圆周区域的针架44，该针架支撑了针，所述针刺穿薄膜带，并因此在薄膜带和圆盘40之间产生形状配合连接，由于圆盘40相对于垂直线倾斜了角α，因此可以几乎无损失地将拉力引入到薄膜带中。这时在薄膜带的边缘区域出现的穿孔是合理的，这是因为为了使薄膜带的边缘均匀，在成卷之前本来也要裁剪薄膜带的边缘，由此将穿孔部分裁掉。

如果对上述实施形式稍作改动，薄膜带在浇注辊3首先不是被纵向拉伸，而是例如为了达到高的光泽度而首先淬火到低于熔化温度的温度，那么可以想象，在所示装置4内的圆盘40也是以高于薄膜带在进口E处的输送速度的圆周速度运行。在这样一种情况下，薄膜带首先由加热辊加热到高于熔化温度的温度，然后在通过装置4时在缠绕到圆盘40上之前首先在挤压方向上、即在纵向上被拉伸，然后在位于圆盘40上面的时候在挤压方向的横向方向上被拉伸。

此外，从图3中可以看出，至少在圆盘40的部分包覆区内设有加热装置47，例如是可调节的红外热辐射器，目的是在通过装置4的时候和尤其是在受到圆盘40作用的时候防止薄膜带的温度下降到低于规定的薄膜带的延展温度的温度。

因此，利用本发明的设备和方法能够以很低的成本制造按照平面薄膜法从宽缝喷嘴挤压出来的薄膜带，所述薄膜带类似于仍然还处于熔体-液体状态的吹塑薄膜，其无论是在挤压方向还是在挤压方向的横向方向上均受到一定程度的拉伸，从而以简单的方式和方法在纵向和横向上得到额外的定位。只要能保证至少存在熔化温度，或者设有温度传感器和相应的调温元件如辊、辐射加热器和类似物，就可以根据设备的要求几乎不加调节地控制纵向拉伸和横向拉伸期间的薄膜带的温度，以便在纵向拉伸和横向拉伸期间得到薄膜带的受控的温度控制。

如果为了形成薄膜带而制造多层的复合物，按照本发明可以规定，在实施纵向拉伸和横向拉伸的期间，薄膜带的至少一个单独的层具有按照本发明规定的至少与熔化温度相当的温度。

由于设备成本只是稍微增加，因此根据本发明的设备既适合于制造新的薄膜带生产设备，也适合于对现有的按照平面薄膜方法工作的设备进行改造。

通过按照本发明规定的纵向拉伸和横向拉伸仍处于熔体形式的薄膜带，薄膜的性能如透明度、平整度和强度得以提高，使得按照平面薄膜挤压法制造的薄膜带可以取代至今按照吹塑薄膜方法制造的薄膜带，并且按照平面薄膜方法工作的设备的生产灵活性得以进一步提高，而投资需求没有过度增加。

图5所示的平面薄膜设备50基本上包括挤压机（未显示），带有宽缝喷嘴52的挤压喷嘴51沿挤压方向与所述挤压机连接。在运行时，薄膜带53如聚丙烯熔体从所述挤压喷嘴流出。对于聚丙烯而言，薄膜带53的典型温度值是210°C~290°C。

薄膜带53从宽缝喷嘴52出来之后立刻流到冷却辊54上。冷却辊54可以调温到最高例如约200°C。例如可采用热介质油作为热流体，该热流体通过泵在加热装置和冷却辊54之间的输入管和回流管中循环流动。

在运行中，薄膜带53流到较凉的冷却辊54上，通过冷却辊来轻微地预固定其性能，但是仍然是熔体形式。例如，发明人的试验表明，聚丙烯材质的薄膜带53在冷却辊54的出口55处具有例如140°C~180°C的温度。

在冷却辊54的出口55处连接了形式为两个拉伸履带57、58的横向拉伸站56，所述履带通过气动系统（未显示）对薄膜带53进行操作。该气动系统可使两个拉伸履带57、58沿运动方向50、60运动。

可以选择用比冷却辊更高的输送速度来驱动横向拉伸站56。除了横向拉伸，横向拉伸站也可以进行纵向拉伸，其中对仍然处于熔体形式的状态下的薄膜带53进行纵向拉伸。

同时，在薄膜带53的边缘设有拉伸履带57、58的抓取元件，它们沿挤压方向呈发散性布置，使得横向拉伸站56在进口62处为薄膜提供的宽度比在出口63处要小一些。借此可以横向拉长熔体形式的薄膜带53。

薄膜带53在从横向拉伸站56的出口63出来后环绕着冷却辊61运动，冷却辊例如被冷却到接近于设备间室温的温度，例如在15°C~40°C的范围内。薄膜带53以较大的包角环绕着冷却辊61，其中同时设有抽风装置64来负责在薄膜带53与冷却辊61的表面之间产生良好的接触，以促使热量从薄膜带53传递到冷却辊61的内部。此外还提供有压紧辊65。

之后连接了另一个冷却辊66，其同样被薄膜带53环绕。这个冷却辊也被例如调节到大约室温下，优选比第一个冷却辊61稍微热一些，例如在约25°C~60°C的温度范围内。

在这里所示的实施例中，为该另一个冷却辊66配置了清理辊67。

第一个冷却辊61和另一个冷却辊66总体上构成了针对薄膜带53的密封的冷却站，当薄膜带53经过另一个冷却辊66之后，薄膜带53不再是熔体形式，而是已经凝固。薄膜外层的温度、优选全部层的温度至少降低到再结晶温度以下。

在厚度测量站68处确定并记录所流出的薄膜带69的最终厚度。

Claims (19)

1.由热塑性塑料制造薄膜带的方法，其中塑料在来自宽缝喷嘴的层中沿着挤压方向被挤压，并随后通过辊排出，其中在挤压方向和挤压方向的横向方向上对薄膜带施加拉力，从而使薄膜带在纵向和横向上拉伸，其中所述层处于熔体形式的状态，其中熔体形式的状态在层加热时调节到高于熔融区，

其特征在于，薄膜带

(a)在宽缝喷嘴的排出口处或直接在宽缝喷嘴的排出口之后首先以熔体形式在挤压速度下被挤压，

(b)然后直接以熔体形式被引导至冷却辊装置，其中薄膜带以一定的圆周速度围绕着冷却辊或平整辊运行，使得薄膜带受到纵向拉伸，

(c)然后从冷却辊装置中导出，以及

(d)受到横向拉伸，

其中，所述层的两个拉伸步骤均在熔体形式的状态下实施，使得这两次拉伸都是以拉长熔体的形式进行。

2.由热塑性塑料制造薄膜带的方法，其中塑料在来自宽缝喷嘴的层中沿着挤压方向被挤压，并随后通过辊排出，其中在挤压方向和挤压方向的横向方向上对薄膜带施加拉力，从而使薄膜带在纵向和横向上拉伸，其中所述层处于薄膜形式的状态，其中薄膜形式的状态在层冷却时调节到低于熔融区，

其特征在于，薄膜带

(a)在宽缝喷嘴的排出口处或直接在宽缝喷嘴的排出口之后首先以熔体形式在挤压速度下被挤压，

(b)然后直接以熔体形式被引导至冷却辊装置，其中薄膜带以一定的圆周速度围绕着冷却辊或平整辊运行并冷却至薄膜形式的状态，使得薄膜带受到纵向拉伸，

(c)将所述薄膜带在所述薄膜形式的状态下从冷却辊或平整辊上取下来，以及

(d)受到横向拉伸，

其中，所述层的两个拉伸步骤均在薄膜形式的状态下实施，使得这两次拉伸都是以拉长薄膜的形式进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，薄膜带的层在纵向和横向拉伸过程中具有高于其晶体熔化温度的温度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，薄膜带的层在纵向和横向拉伸过程中具有高于其再结晶温度的温度。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用剥离装置将薄膜带从冷却辊上取下来。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在纵向拉伸和横向拉伸之间，薄膜带被引导通过加热站。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在横向拉伸时调节薄膜带的温度。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在横向拉伸时不调节薄膜带的温度。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于两个可转动的和可调节的圆盘来横向拉伸薄膜带。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于两个发散式布置的皮带来横向拉伸薄膜带。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在横向拉伸之后，薄膜带的层具有熔体形式的状态。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在横向拉伸之后，薄膜带被引导通过冷却站，直到薄膜带的层具有薄膜形式的状态。

13.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对纵向拉伸和横向拉伸之间的处于薄膜形式的状态下的薄膜带进行纵向延展和/或退火处理。

14.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述剥离装置是带有针对空气的过压或欠压生成工具。

15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述圆周速度高于挤压速度。

16.用于由热塑性塑料制造薄膜带的设备，所述设备包括与宽缝喷嘴相通的挤压机和设于宽缝喷嘴之后的冷却辊装置，从宽缝喷嘴流出的呈熔体形式并具有层的薄膜带通过所述冷却辊装置导出，以及在继续通过中安置在同一设备上的横向拉伸站，

其特征在于，所述设备设置成在工作中将薄膜带以高于所述层的熔融区的温度在熔体形式的状态下引导至冷却辊装置和横向拉伸站。

17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，横向拉伸站具有两个相互间隔开且与薄膜带边缘相关地配置的圆盘，通过圆盘将薄膜带在进口区和出口区之间引导成环绕着圆盘的部分圆周，其中圆盘借助于调节装置布置在进口区和出口区之间的假想连线的区域内，并相对于垂直线转动了一个角度。

18.根据权利要求16或17所述的设备，其特征在于，具有用于第一带路径和用于第二带路径的带导向几何体，以便在两种运行方式之间进行选择，即一方面是将横向拉伸站纳入在内的第一带路径，另一方面是绕开横向拉伸站的第二带路径。

19.利用根据权利要求1～15中任一项所述的方法和/或借助根据权利要求16～18中任一项所述的设备来制造的薄膜。