CN106003679B - 空气喷射构件和使用了该空气喷射构件的膜的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气喷射构件和使用了该空气喷射构件的膜的制造方法。空气喷射构件向沿一方向搬运的膜(3)的表面喷吹加热空气。空气喷射构件具有能够供加热空气流通的管道(17)、贯通管道(17)的侧壁(18)且与膜(3)的表面相对的喷射孔(12)和设置在管道的侧壁(18)的内表面(20)上的整流构件(25)，整流构件(25)形成与管道(17)的内部及喷射孔(12)连通的整流流路(26)。

Description

空气喷射构件和使用了该空气喷射构件的膜的制造方法

技术领域

本发明涉及空气喷射构件和使用了该空气喷射构件的膜的制造方法，特别涉及空气喷射构件的结构。

背景技术

已知有以双轴延伸聚丙烯膜、双轴延伸聚酯膜等为代表的双轴延伸膜。在双轴延伸膜的制造工序中，通常，通过挤压机对固体原料进行熔融可塑化，从T模将熔融状态的树脂材料以薄且宽幅的片状喷出，通过成形辊对树脂材料进行冷却固化。使用纵向延伸装置和横向延伸装置而使冷却固化后的树脂材料沿各自的方向延伸。

在这样的膜制造工序所使用的横向延伸装置中，膜由夹子把持宽度方向两端部，并在热处理装置(以下，称为拉幅机烘箱)的内部搬运。在本说明书中，将膜的搬运方向称为MD(Machine Direction：机器方向)方向，将与MD方向正交的膜的宽度方向称为TD(Transverse Direction：横向)方向。膜在拉幅机烘箱的内部，被喷吹从设于管道的喷射孔吹出的热风而被加热。在此状态下，将相对的夹子的间隔相对于TD方向扩展，由此进行膜相对于TD方向的延伸。

拉幅机烘箱具有例如按照分别进行预热、加热、保温、冷却的区域而分隔的多个调温区段，在各调温区段沿MD方向配置有用于喷射空气的多个空气喷射构件。作为空气喷射构件，通常使用管道。空气喷射构件隔着膜上下相对地配置。在空气喷射构件的与膜的表面相对的面(喷射孔形成面)上设有多个喷射孔。空气从与膜的表面垂直的方向朝膜喷吹。尤其是将膜一边加热一边延伸之前进行膜的预热的预热区段与其他的调温区段相比，要求提高对于膜的表面的热传递效率、以及无论在TD方向还是在MD方向都施加均匀的热量。

在专利文献1、2中公开了一种具备沿TD方向间歇地配置的多个喷射孔的空气喷射构件。在专利文献3中公开了一种为了沿TD方向施加均匀的热量而具备沿TD方向延伸的狭缝型的喷射孔的空气喷射构件。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-255511号公报

专利文献2：国际公开第2008/114586号

专利文献3：日本特开2010-158800号公报

非专利文献

非专利文献1：日本机械工程学手册基础篇α4流体工程学37～40页

构成空气喷射构件的管道通常侧壁薄，因此，贯通侧壁的喷射孔的流路长度极短。因此，加热空气在通过喷射孔时容易产生缩流(流路截面缩小的现象)或涡流等，在缩流、涡流等存在的状态下可能会与膜发生碰撞。当这样的流动紊乱的加热空气与膜发生碰撞时，难以向膜施加均匀的热量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够向膜施加更均匀的热量的空气喷射构件和使用了该空气喷射构件的膜的制造方法。

本发明涉及一种向沿一方向搬运的膜的表面喷吹加热空气的空气喷射构件。空气喷射构件具有：能够供加热空气流通的管道；贯通管道的侧壁且与膜的表面相对的喷射孔；以及设置在管道的侧壁的内表面上的整流构件，整流构件形成与管道的内部及喷射孔连通的整流流路。

在管道内流通的加热空气首先流入整流构件，在此被整流而流入喷射孔。因此，从喷射孔喷射的加热空气难以产生缩流或涡流等，能够向膜施加更均匀的热量。

本发明的另一实施方式涉及一种膜的制造方法，包括一边将膜沿一方向搬运，一边从空气喷射构件向膜的表面喷吹加热空气而对膜进行加热的工序。空气喷射构件具有：能够供加热空气流通的管道；贯通管道的侧壁且与膜的表面相对的喷射孔；以及设置在管道的侧壁的内表面上的整流构件，整流构件形成与管道的内部及喷射孔连通的整流流路。

发明效果

根据本发明，可提供能够向膜施加更均匀的热量的空气喷射构件和使用了该空气喷射构件的膜的制造方法。

附图说明

图1是应用本发明的拉幅机烘箱的示意性的侧方剖视图。

图2是拉幅机烘箱的内部的示意性的立体图。

图3是空气喷射构件的示意性的立体图。

图4是表示空气喷射构件的喷射孔的配置例的俯视图。

图5是表示空气喷射构件的喷射孔的另一配置例的俯视图。

图6是一实施方式的整流构件的概念图。

图7是另一实施方式的整流构件的概念图。

图8是说明喷流的概念图。

图9是说明喷流的速度分布的概念图。

图10是说明整流构件的效果的概念图。

图11是表示(x₀+t)/d与热传递率的关系的坐标图。

图12是表示各种实施例和比较例中的热传递率的坐标图。

标号说明

1 空气喷射装置

3 膜

6 夹子

7 空气喷射构件

12 喷射孔

15 拉幅机烘箱

17 管道

25、125 整流构件

26、126 整流流路

具体实施方式

以下，关于本发明的实施方式，参照附图进行说明。

图1示出了具备本实施方式的空气喷射装置的拉幅机烘箱的与TD方向平行的剖视图。图2示出了图1所示的拉幅机烘箱的内部的示意性的立体图。图3示出了空气喷射构件的示意性的立体图。

在膜的制造工序中进行膜的热处理的拉幅机烘箱15具备壳体16、向沿MD方向(一方向)搬运的膜3的表面喷吹空气的空气喷射装置1、用于分别把持搬运的膜3的TD方向的两侧而使膜3沿TD方向延伸的夹子6。空气喷射装置1及夹子6收容于壳体16。

空气喷射装置1具备：向被搬运的膜3的两表面分别喷吹加热空气的上下一对空气喷射构件7；向各空气喷射构件7供给规定的温度的加热空气的加热空气供给流路8；配置在加热空气供给流路8内而用于向各空气喷射构件7输送空气的风扇9。一对空气喷射构件7配置在将膜3夹在中间而彼此相对的位置。各空气喷射构件7具备喷射加热空气的多个喷射孔12。为了使向膜3的表面喷吹的空气的按压力在膜3的两表面处相等，在一对空气喷射构件7上将多个喷射孔12以同一图案配置。

向空气喷射装置1供给的膜3一边通过夹子6把持TD方向上的两端一边沿MD方向搬运。从隔着沿MD方向搬运的膜3而上下配置的一对空气喷射构件7的喷射孔12喷射热风。通过将热风向膜3的表面喷吹而对膜3加热。如图2所示，多对空气喷射构件7沿MD方向配置(在图2中仅示出了下侧的空气喷射构件7)，膜3一边被沿MD方向搬运一边由这些空气喷射构件7加热。

图3表示空气喷射构件的局部放大图。空气喷射构件7具有能够供加热空气流通的管道17。管道17具有贯通管道17的侧壁18且与膜的表面相对的多个喷射孔12。管道17的配置有喷射孔12的侧壁18形成喷射孔形成面19。喷射孔形成面19具有平面形状，与膜相对且与膜的表面平行地设置。在管道17的一端设有从风扇供给的加热空气的供给口20。喷射孔12具有圆形的流路截面，但也可以具有矩形等其他的流路截面。

图4示出了喷射孔形成面上的喷射孔的配置例。喷射孔12形成沿TD方向延伸的多个(在本实施方式中为3列)喷射孔列R1、R2、R3。各个喷射孔列R1、R2、R3由沿TD方向等间隔地配置的多个喷射孔12构成。多个喷射孔列沿MD方向排列。第一列和第三列的喷射孔列R1、R3在TD方向上相同位置设置喷射孔12，第二列的喷射孔列R2相对于第一列和第三列的喷射孔列R1、R3，在TD方向上错开喷射孔12的排列间距的1/2。在图示的实施方式中，喷射孔12的排列间距为30mm，喷射孔12的直径为25mm。因此，喷射孔12存在于TD方向的大致整个区域，能够在TD方向上大致均匀地喷射加热空气。

图5示出了喷射孔形成面上的喷射孔的另一配置例。多个喷射孔12位于以使相邻的边22彼此全长重叠的方式配置的多个相同的正三角形21的各顶点23。多个喷射孔12即正三角形21的各顶点23以在MD方向上相互不重叠的方式配置。设正三角形21的3条边分别与MD方向构成的3个角度中的最小的角度为θ时，角度θ优选满足以下的关系。在此，n是喷射孔列的数目。

【数学式1】

在满足式(1)时，多个喷射孔12的TD方向的间隔x即将全部的喷射孔12沿MD方向投影到与TD方向平行的直线上而得到的喷射孔12的中心位置的间隔全部相等。间隔x由式(2)表示。在此W是正三角形的一边的长度。

【数学式2】

图6是空气喷射构件的整流构件的概念图，图6(a)是表示形成有整流构件的管道的侧壁的内表面(喷射孔形成面的背面)的立体图，图6(b)是表示沿着图6(a)的6b-6b线的各整流构件的剖视图。整流构件25是从管道17的侧壁18的内表面20突出的圆筒形状的突起。在整流构件25设有使其轴向中心位置在管道17的厚度方向上贯通的贯通孔即整流流路26，整流流路26与管道17的内部及喷射孔12连通。整流构件25通过焊接、螺纹紧固等方法而固定于管道17，但也可以与管道17一体形成。整流流路26的流路长度x₀与整流构件25从管道17的侧壁18的内表面20的突出长度相等。整流构件25与各个喷射孔12对应地设置，但是一个整流构件25也可以具有多个整流流路26。整流流路26具有与喷射孔12相同的中心轴C及相同的流路截面。具体而言，整流流路26和喷射孔12具有直径d的圆形的流路截面，且它们的中心轴C一致。因此，整流构件25的整流流路26和喷射孔12形成具有均匀的截面的一个直线状的流路。

图7是表示空气喷射构件的整流构件的另一实施方式的概念图，图7(a)是表示管道的侧壁的内表面(喷射孔形成面的背面)的立体图，图7(b)是表示沿着图7(a)的7b-7b线的各整流构件的剖视图。在相互相对的2个整流构件125之间形成有与多个喷射孔12连通的狭缝状的整流流路126。本实施方式基于图5所示的喷射孔12的配置图案，整流流路沿着图5所示的喷射孔列R1、R2、R3、R4等延伸。虽然图示省略，但是在图4所示的喷射孔12的配置图案的情况下，整流流路能够以沿着图4所示的喷射孔列R1、R2、R3延伸的方式构成。

在此，说明整流构件25、125的效果。通常喷流与平面(以下，称为碰撞平面)碰撞时的行为如图8那样模式化(基于非专利文献1而作成)。不会受到碰撞平面的影响的喷流的区域称为自由喷流区域。与碰撞平面发生了碰撞的喷流向其周围扩展，从而形成壁面喷流区域。由自由喷流区域的下游侧的壁面喷流区域包围的区域称为碰撞喷流区域。存在于碰撞喷流区域的中心的驻点的热传递率最高，在壁面喷流区域中，热传递率低。

图9示出了喷流的速度分布的示意图(基于非专利文献1而作成)。喷流在喷射孔12的紧下游处具有与喷射孔12大致相同的面积的速度分布均匀的区域。在其下游域，喷流与周围空气的搅拌进展，在喷流的外周部，速度下降。速度未减小的区域称为势核。势核朝向下游侧逐渐缩小，最终消失。在该下游侧，随着从喷射孔12远离，喷流的中心速度下降，喷流经由发展区域(过渡区域)而到达完全发展区域(喷流的速度分布与距喷射孔12的距离无关而成为相似形的区域)。势核包括驻点，热传递率最高。因此，为了向膜高效率地传递热量，重要的是尽量维持势核的区域(截面积)的同时使喷流与膜3碰撞。

为了提高喷流的热传递率，缩小喷射孔12与膜3之间的距离是有效的。然而，若喷射孔12与膜3之间的距离短，则风压变大，其结果是，可能会引起膜的不均、膜与喷射孔12的接触等在膜的制造上不希望的问题。因此，重要的是将喷射孔12与膜3之间的距离保持恒定并尽量维持势核的区域。

图10(a)表示以往的空气喷射构件的喷射孔12的附近的喷流的状态。在喷射孔12的附近，空气流紊乱，如图示那样容易产生缩流。管道17的壁厚通常小，因此有缩流在喷射孔12的下游侧产生的倾向。因此，在缩流的状态即势核的区域缩小的状态下，或者在势核的区域紊乱的状态下，喷流可能会与膜3发生碰撞。其结果是，向膜3传递的热量在TD方向上容易变得不均。

图10(b)表示本实施方式的空气喷射构件7的喷射孔12的附近的喷流的状态。在本实施方式中，在喷射孔12的上游侧设有整流构件25。流入整流构件25的整流流路的空气从形成整流流路26的壁面27剥离，可能与图10(a)同样地产生缩流。然而，在整流流路26中流动的过程中，空气流与壁面27再碰撞，恢复直行性，以更均匀的速度分布到达喷射孔12。其结果是，在喷射孔12的附近形成势核大的区域，在下游侧也容易维持势核。在膜3的表面上势核的区域增加，向膜3传递的热量在TD方向上均匀化。

以上的说明以空气流发生缩流的情况为对象，但也有时通过喷射孔12的空气伴有涡流。即使在这样的情况下，通过设置整流构件25，涡流的规模也缩小，空气流的直行性也增加。因此，在膜3的表面上势核的区域增加，向膜3传递的热量在TD方向上均匀化。

为了得到整流效果，整流流路的流路长度x₀优选长至一定程度。另一方面，当整流流路的流路长度x₀过长时，整流流路作为助跑区间起作用，如图10(c)所示，在到达喷射孔12时，形成发展区域或完全发展区域。其结果是，难以形成势核。

整流构件25的流路长度x₀的优选范围优选规定成将整流构件25的流路长度x₀与管道17的壁厚t的合计值用喷射孔12的直径d进行了标准化后的值(x₀+t)/d。以图6所示的喷射孔12的排列图案为对象，通过数值解析求出了(x₀+t)/d与热传递率的相互关系。数值解析使用了气流解析软件“Solid works Flow simulation”(solid works公司制)。空气从壁面剥离的行为因雷诺数而不同，因此以雷诺数成为10⁴以上的流场为对象。膜3的输送速度设为160m/min，以使从喷射孔12的空气的吹出风速成为20m/s的方式设定风扇9的空气供给量。膜3的初始温度为20℃。图11表示算出喷射孔12与膜3之间的热传递率的结果。在0.2≤(x₀+t)/d≤4的范围内，热传递率提高，在0.3≤(x₀+t)/d≤0.5的范围内，热传递率极大。根据以上的情况，整流构件25的流路长度x₀、管道17的壁厚t及喷射孔12的直径d的关系优选满足0.2≤(x₀+t)/d≤4的关系，更优选满足0.3≤(x₀+t)/d≤4的关系，进一步优选满足0.3≤(x₀+t)/d≤0.5的关系。

在与上述的解析同样的条件下，通过实验测定了热传递率。(x₀+t)/d为0.5。在具备图4所示的喷射孔12的空气喷射构件7上设置图6所示的整流构件25的情况为实施例1，未设置的情况为比较例1。在具备图5所示的喷射孔12的空气喷射构件7上设置图6所示的整流构件25的情况为实施例2，未设置的情况为比较例2。在具备图5所示的喷射孔12的空气喷射构件7上设置图7所示的整流构件125的情况为实施例3。图12表示算出了喷射孔12与膜3之间的热传递率的结果。实施例1相对于比较例1，热传递率高15％左右。实施例2相对于比较例2，热传递率也高15％左右。由此，无论喷射孔12的排列图案如何通过实验都确认到了整流构件25的效果。在实施例3中得到了与实施例2相同程度的热传递率，确认了狭缝形状的整流流路(实施例3)具有和与喷射孔12同轴的整流流路(实施例2)同等的热传递率改善效果。

Claims (8)

1.一种空气喷射构件，向沿一方向搬运的膜的表面喷吹加热空气，其中，

所述空气喷射构件具有：

管道，能够供加热空气流通；

喷射孔，贯通所述管道的侧壁且与所述膜的所述表面相对；以及

整流构件，从所述管道的所述侧壁的内表面突出并具有与所述喷射孔同轴的圆形的流路截面，

所述整流构件形成与所述管道的内部及所述喷射孔连通的整流流路，

所述整流构件的所述整流流路和所述喷射孔形成具有均匀的截面的一个直线状的流路。

2.根据权利要求1所述的空气喷射构件，其中，

所述整流构件具有贯通该整流构件的至少一个所述整流流路。

3.根据权利要求2所述的空气喷射构件，其中，

所述整流流路和所述喷射孔同轴且具有直径d的圆形的流路截面，在设所述整流流路的流路长度为x₀，所述管道的壁厚为t时，满足0.2≤(x₀+t)/d≤4.0的关系。

4.根据权利要求3所述的空气喷射构件，其中，

满足0.3≤(x₀+t)/d≤0.5的关系。

5.根据权利要求1所述的空气喷射构件，其中，

所述空气喷射构件具有相互相邻的两个所述整流构件，在所述两个整流构件之间形成有与多个所述喷射孔连通的狭缝状的所述整流流路。

6.根据权利要求1所述的空气喷射构件，其中，

所述空气喷射构件具有分别由多个所述喷射孔构成的多个喷射孔列，形成各喷射孔列的多个所述喷射孔沿与所述膜的搬运方向正交的方向排列，所述多个喷射孔列沿所述膜的搬运方向排列。

7.根据权利要求1所述的空气喷射构件，其中，

所述空气喷射构件具有多个所述喷射孔，所述多个喷射孔以位于多个正三角形的各顶点且在所述膜的搬运方向上相互不重叠的方式配置，所述多个正三角形以相邻的边彼此全长重叠的方式配置。

8.一种膜的制造方法，包括一边将膜沿一方向搬运，一边从空气喷射构件向所述膜的表面喷吹加热空气而对所述膜进行加热的工序，其中，

所述空气喷射构件具有：

管道，能够供加热空气流通；

喷射孔，贯通所述管道的侧壁且与所述膜的所述表面相对；以及

整流构件，从所述管道的所述侧壁的内表面突出并具有与所述喷射孔同轴的圆形的流路截面，

所述整流构件形成与所述管道的内部及所述喷射孔连通的整流流路，

所述整流构件的所述整流流路和所述喷射孔形成具有均匀的截面的一个直线状的流路。

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