CN1061930A - 一种薄膜的制造方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种生产薄膜的方法和设备，为了达到薄膜在热 处理中和/或热处理后，通过纵向平面上改变薄膜侧 边缘的外形由基本上是非直线区域至基本上是直线 区域，它包括在机器方向上松弛薄膜的装置。本发明 的方法及设备提供了比现有方法更为简单的机构。

Description

本发明涉及一种薄膜，特别是聚合薄膜的生产方法和设备，尤其是拉幅设备。

连续生产薄膜的方法，例如分子取向，特别是二轴取向方法，以及对热塑性薄膜进行热定型采用拉幅设备，这种设备包括薄膜在通过该设备的输送过程中夹持薄膜边缘的装置，在分子取向和热定型薄膜的生产中，边缘的夹紧通常包括大量的夹持器或夹子，他们环绕设置于薄膜各边的环状回路的链或轨道传送。这些夹具啮合薄膜的边缘是这样的强有力，以致于当薄膜在取向和/或热定型受到拉力时而薄膜仍夹持在夹具中。

一种薄膜，特别是一种二轴取向热塑性薄膜可以接受松弛处理，例如使薄膜收缩以改善其尺寸稳定性及减少其收缩性。当温度提高到薄膜热定型所需温度时，横切方向（TD）的松弛可以在拉幅机端部通过靠紧在一起运动的拉幅机轨道，即“前束”来实现。这是需要的，例如为了生产更均质的薄膜，在拉幅机中能够在机器方向（MD）及TD方向实现松弛。

日本专利申请NO-63-1174公开了在拉幅机中通过减少相邻夹具之间的距离，以实现在二轴取向薄膜生产中MD松弛的方法。具体公开了夹具沿着可变螺距的螺旋螺纹移动的方法。

日本专利申请NO-62-211124公开了获得MD松弛的另一类似方法，除了减少在拉幅机中相邻夹具之间的距离外，通过采用夹具链的内夹具部分中的连接实现。所述的连接允许在链中相邻夹具之间相互弯曲。

现有的获得MD松弛方法的不足之处是要求有相互连接夹具的复杂机构，并且也缺乏柔软性。

我们现在提出的生产薄膜的方法及设备能克服或至少基本上减轻上述的一个缺点。

因此，本发明提供了一种生产薄膜的方法，包括在机器方向拉伸薄膜及对已被拉伸薄膜进行热定型。这样，薄膜的侧边在热定型中和/或热定型之后，在纵向平面上发生变化，从薄膜的边缘大体上为非直线的区域到薄膜的边缘大体上为直线的区域，在热定型中和/或热定型之后，薄膜在机器方向至少收缩0.1%。

本发明还提供了包括形成环形回路的链的拉幅设备，所述的链包括，当薄膜在拉幅机通过时用于与薄膜材料啮合的夹具。所述的夹具至少安排在两个区域内，第一个区域包括有第一个位置的夹具，确定了当薄膜通过该区域时薄膜的侧缘在纵向平面上有大体上为非直线的轨迹。第二区域包括有第二个位置的夹具，确定了当薄膜通过该区域时薄膜的侧缘在纵向平面上有大体上为直线的轨迹。所述的夹具在薄膜通过拉幅机时由第一个位置移动到第二个位置。

本发明对于生产由任何合成的聚合材料形成的薄膜特别适宜，合适的热塑性材料包括一种1-链烯（例如乙烯，丙烯和丁烯-1），一种酰胺，聚碳酸酯，以及特别是一种可通过缩合一种或多种二羧酸或他们的低烷基（至多6个碳原子）双酯/〔例如对苯二甲酸，间苯二甲酸，邻苯二甲酸，2，5-2，6-或2，7-萘二甲酸，琥珀酸，己二酸，壬二酸，4，4′-联苯二羧酸，六氢化对苯二甲酸，或1，2-双-对-羧基苯氧基乙烷（任意地带有一元羧酸，例如新戊酸）〕，与一种或多种二醇特别是脂族二醇类（例如乙二醇，1，3-丙二醇，1，4-丁二醇，新戊二醇和1，4-环己烷二甲醇）得到的合成线型聚酯构成的均聚物或共聚物。特别优选一种聚对苯二甲酸乙酯薄膜，尤其是这样一种薄膜，它的二轴取向是通过在两个相互垂直方向，典型温度在70℃至125℃范围内连续拉伸及典型温度在150℃至250℃范围内热定型获得的薄膜，例如在英国专利838708中描述的那样。

薄膜也可以包含一种由聚芳基醚或它们的硫代类似物构成的聚合薄膜，特别是聚芳基酮醚，聚芳基砜醚，聚芳基醚酮醚，聚芳基醚砜醚或一种共聚物或他们的硫代类似物。这些聚合物的实例公开于EP-A-1879，EP-A-184458和US-A-4008203，特别合适的材料是注册商标STABAR由ICI，PLC出售的材料，这些聚合物的混合物也可被应用。

按照本发明所生产的薄膜可仅在机器方向被取向，但最好是通过在两个相互垂直的方向上拉伸以达到二轴取向，即在机器方向（MD）和横切方向（TD），以便在薄膜的纵向平面上获得满意的机械和物理特性的结合，通过挤压热塑性聚合管可以达到同步的二轴取向，挤压之后进行淬火，再加热，接着通过内部气体压力而膨胀以减少横切取向，并在某一速率下抽出以减少纵向取向。在拉幅过程中通过挤压热塑性材料如平面挤压型材，可达到连续的伸长，随后首先在一个方向上然后在另一相互垂直的方向上拉伸。一般来说;最好首先在MD上进行拉伸，即沿着薄膜拉伸机器的前进方向，然后是在TD方向拉伸。被拉伸的薄膜可以是而且最好是在尺寸约束下，温度在其玻璃化温度之上进行热定型使尺寸稳定，通过使薄膜松弛，即在热定型过程中或之后控制收缩就可以得到改善了尺寸稳定性的薄膜。

取向和热定型平直的热塑性薄膜的常规方法通常包括实施之前的操作过程，这过程在拉幅设备中完成，其后包括，例如TD拉伸及热定型。例如直线型聚酯薄膜，如聚对苯二甲酸乙酯薄膜，通常在MD上的取向是在TD取向之前，通过慢和快速抽拉滚筒进行拉伸。TD取向是通过在拉幅设备中拉伸，接着的热定型是在相同的或另一拉幅设备中进行。

因为当薄膜通过拉幅机时，薄膜的两侧边通常被夹住，薄膜的中部有较小的约束，有轻微的下垂或变成弓形。因此，在拉幅机中的薄膜不需要完全是平直的或平面的。在纵向平面上薄膜中部和边缘的形状可有轻微的改变，这种“弓形”现象与本发明是不相关的，只是这种弓形可以通过使用本发明加以减小，即认为弓形是可以用本发明解决的问题。

在本发明的可供选择的实施例中，除了夹持薄膜侧边之外，还介绍了可以应用于夹持、固定或支持薄膜中部的装置。

透过现有技术中的拉幅机看，薄膜侧边大体上在纵向平面上是直线的，即从拉幅机的入口至出口，薄膜的侧边构成一条近似直线纵向线，实际上非直线的意思是薄膜的侧边偏离了一条近似直线纵向线。因此，拉幅机每单位长度的薄膜的轨迹长度在非直线区域大于直线区域，当薄膜从非直线区到直线区时就能使它在MD方向上收缩。当从非直线区到直线区时薄膜的轨迹长度的减小相应地大于0.1%，较好的是小于8%，更好的是在1%至5%范围内，特别是在2%至4%范围内。在从非直线至直线区时，薄膜较好的收缩为小于8%，更好的是在1%至5%范围内，具体的在2%至4%范围内。

采用本发明的方法及设备生产的拉伸过的薄膜呈现出在MD上的残余收缩小于1%，更好的是小于0.5%，特别的是在150℃加热薄膜5分钟时进行测量则小于0.1%。本发明的方法和设备较好地用于生产二轴取向薄膜，除了上述MD残余收缩值外，TD的残余收缩值小于1%，更好的情况小于0.5%，具体的是在150℃加热薄膜5分钟时测量则小于0.1%。

在纵向平面上薄膜侧边的轨迹是由夹持薄膜侧边的夹具适当确定的。象在现有技术拉幅机中一样，在直线区域夹具位于相同的角度及相同的纵向平面。这些夹具被认为是“不交错排列的”。

相反，按照本发明，在非直线区域夹具的位置是可变的，例如相邻的或近邻的夹具可以在不同的位置，例如倾斜，夹具面向不同的角度和/或在拉幅机中不同的纵向平面上。夹具的倾斜可以通过在纵向平面上移动夹具一个角度来达到。这样，夹具的面形成一个角度直至达到相对于原来纵向平面的士90°，在不同的纵向平面内可以使用倾斜夹具和夹具的组合。上述的夹具被认为是“交错的”，与不交错即直线区相比，交错的作用是增加每单位拉幅机长度的薄膜轨迹的长度。在拉幅机中，薄膜通过上述交错排列的夹具喂进，沿着拉幅机的一些位置借助合适的装置，夹具运动到相同位置和或相同的纵向平面上，例如夹具倾斜和/或相对于纵向平面上升或下降。引起每单位拉幅机长度薄膜轨迹长度的减小，使薄膜在MD方向得到松弛。在拉幅机的前端，夹具可交错排列或用另一种方法，交错夹具的区域可以在进入拉幅机的一段距离开始，例如从前端至后端的次序拉幅机可包括不交错排列区/交错排列区/不交错排列区。如图1下面所示，交错区可开始于拉幅机的A₁至A₃的任何一区。同样，交错区或结束于拉幅机的A₁至A₃的任何一区域，如图1下面所示。在本发明较好的实施例中，交错区域开始于A₁和A₂之间，交错区域结束和不交错区开始于A₂与A₃之间。

夹具可通过任何一种合适的装置从交错排列位置移动到不交错排列位置，例如夹具在纵向平面位移，例如借助于凸轮、拉杆、螺旋或滑动机构。或者倾斜夹子表面，例如借助于凸轮或拉杆。类似地，夹具可以不交错排列位置移动到交错排列位置，例如在拉幅机前端使用上述的任一种装置。

从技术中可知，在本发明的方法和设备中可使用更广泛的夹具如矩形的或弯曲的夹具。

在本发明的可供选择的实施例中，用于夹持薄膜侧边，在直线纵向平面之外的交错的夹具可以从薄膜脱离，因此仅只夹持薄膜的夹具是在相同的纵向平面上。这样，薄膜的侧边可从非直线改变为直线而不需调节任何夹具的位置，即简单地脱开一些夹具。夹具可用任何公知的方法脱开，例如，通过使用开口的斜面，在一些夹具脱开之后，如果夹持薄膜的夹具之间的距离太大，薄膜就会变形，则可使用辅助的夹子与夹具相结合，以便在夹具之间的位置夹住薄膜，可取的办法是采用调节一些夹具的位置和脱开一些夹具结合起来。

由于使用交错排列的夹具，薄膜的移动方向是变化的。实际上薄膜的方向改变一次或两次，这取决于夹具的型式和位置，每次一个夹具与其相邻的夹具比较有不同的位置，即以不同的角度倾斜和/或在不同的纵向平面上。图3的下面给出了合适的交错排列的结构及产生薄膜移动方向的变化的例子。图5给出了交错排列结构的另外的例子。

在本发明提出的实施例中，薄膜移动方向的改变在非直线（或交错排列的夹具）区域大于2次，较好的小于2000次，更好的在20至1000次范围内，具体在120至700次范围内，在本发明的实施例中，薄膜在改变移动方向上形成的内角（如图4所示）在90°至170°之间，较好的在120°至150°之间，更好的在130°至140°之间。

下面通过附图对本发明作详细说明。

图1是按照本发明一个实施例中拉幅设备的平面示意图;

图2是当薄膜通过拉幅机时的侧面垂直示意图;

图3表示薄膜在不同交错排列的夹具结构下的两个例子的侧面垂直示意图;

图4是另一交错排列夹具结构的侧面示意图;

图5表示另一个不同交错排列夹具结构例子的侧面示意图。

参看图1，具有后缘（2）和前缘（3）的薄膜（1）以箭头所示的方向通过拉幅机（4）。薄膜被附装到循环链（5）的夹具（未画出）所夹持。拉幅机划分为A₁、A₂和A₃区域。薄膜的机器方向上的拉伸发生于A₁，A₂是热定型区，A₃是冷却区。

参看图2，薄膜具有一侧边（6），当它进入拉幅机时基本上是直线的，薄膜由夹具（7）夹持。在A₁区，夹具（7）安排在两个纵向平面上，形成交错排列结构，造成薄膜的侧边（6）基本上是非直线的。在A₃区，夹具（7）一起运动到单个纵向平面，形成不交错排列结构，薄膜的侧边（6）基本上是直线的。

参考图3，小箭头表示薄膜的侧边（6）运动方向的变化在交错排列区发生。在图3A和B中薄膜的方向已改变了8次。

参考图4，当运动方向发生变化时，薄膜的侧边（6）形成一内角（8）。

就下面的例子对本发明作进一步说明。

实例1

熔融的聚对苯二甲酸乙酯用常规方法挤压，通过直的薄膜成形槽型模具到冷却鼓上，在温度为90℃，比率为3.3的MD上进行拉伸。然后单轴被取向的薄膜进入拉幅设备，在那里，薄膜的两边缘由附装在循环链上的夹具夹住。在2米长度链上的每个交替的夹具相对于前面相邻的夹具垂直位移5毫米，形成较高的和较低的“交错”排列的夹具安排。这样，通过拉幅机的薄膜轨道长度与通常的“不交错排列”安排相比，即与位于相同纵向平面的夹具比较约增加1.2%，尔后薄膜在拉幅机中在温度为120℃，比率为3.3在TD上进行拉伸，然后较低的夹具使用夹具打开斜面脱开并通过薄膜收缩到一个直线纵向平面以获得MD松弛。所获得的薄膜是100微米厚和70厘米宽，在150℃下加热5分钟，在MD上估算的模距薄膜的残余收缩量，并测量薄膜在长度上的变化。计算出5次测量的平均值，其结果在表1中给出。

实例2

这是一个按照本发明的比较性例子，除在拉幅机整个长度上采用通常的“不交错排列”夹具按排外。重复实例1中的程序，其结果示于表1。

表1

实例 MD收缩^＊

1  0.92%

2  1.08%

（比较性的）

＊这些数值是横过薄膜测量的，在薄膜的边缘和中心之间没有明显的差别。

上述结果说明采用本发明的方法和设备可以使残余MD收缩量得到改善。

Claims (10)

1、一种生产薄膜的方法，包括在机器方向拉伸薄膜及对已拉伸薄膜进行热处理，这样在热处理中和/或热处理之后，薄膜的侧边在纵向平面上发生变化，从基本上是非直线的薄膜边缘区域至基本上是直线的薄膜边缘区域，在热处理中和/或热处理之后，薄膜在机器方向上至少收缩约0.1%。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征是在非直线区域薄膜运动方向的变化大于2次。

3、按照权利要求2所述的方法，其特征是薄膜运动方向的变化由20至1000次。

4、按照权利要求1和2中任何一项所述的方法，其特征是由薄膜在改变运动方向中形成的内角在90°至170°之间。

5、按照上述权利要求中任何一项所述的方法，其特征是由非直线至直线区域薄膜轨迹长度的减少在1%至5%范围内。

6、按照权利要求5所述的方法，其特征是薄膜的轨迹长度的减少在2%至4%范围内。

7、按照上述任何一项权利要求所述的方法，其特征是薄膜在热处理之前在横切方向上被拉伸。

8、按照上述任何一项权利要求所述的方法，其特征是薄膜为一种聚对苯二甲酸乙酯薄膜。

9、一种由形成环形回路的链所组成的拉幅设备，所述的链包括当薄膜通过拉幅机时夹住薄膜材料的夹具，所述的夹具至少安排在两个区域，第一个区域包括具有第一位置的夹具，当薄膜通过该区域时，对于薄膜的侧边缘它确定了在纵向平面上基本上是非直线的轨迹，第二个区域包括具有第二位置的夹具，当薄膜通过该区域时，对于薄膜的侧边缘它确定了在纵向平面上基本上是直线的轨迹，当薄膜通过拉幅机时所述的夹具可由第一位置改变到第二位置。

10、一种按照权利要求9所述的拉幅设备，它用于由权利要求1至8任何一项所定义的方法。

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