CN107839208B - 基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型方法及装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型方法及装备，在机头口模的熔体出口至人字板之间安装有电极板，静电发生器给电极板通上静电，机头模芯接地，在电极板与机头的膜口之间形成稳定电场，通过静电场进行径向辅助牵伸，而动态测厚仪测得数据反馈，调整电场强度，通过微分电场模块动态调整，在熔融状态下进行薄膜均匀化；调整口模间隙、静电场强度、牵引速度和膜泡内的压力及风环的冷却速度，得到厚度均匀的薄膜后连续生产，合格的薄膜收卷。本发明多场耦合的成型方法及装备突破传统工艺，通过机械力场作为主导加以静电场辅助进行牵引膜进行扩张的薄膜吹塑方法，并结合压力场吹胀与冷却气流场，实现制备薄膜更加均匀，薄膜厚度下降。

Description

基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型方法及装备

技术领域

本发明涉及一种基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装置，属于塑料加工装备领域。

背景技术

吹塑薄膜设备具有设备投资少,取向大,可以生产更薄的薄膜，所以引起了很多学者的广泛关注，众多科学家也投身吹塑薄膜事业。高速、高效、模块化是现代吹塑薄膜的主要特点，目前很多材料也都可以利用吹塑薄膜技术做出相对完善的薄膜产品。

吹塑薄膜技术是塑料经挤出机塑化后进入机头，被机头环隙形口模挤成筒状型坯，型坯在上引的同时被经过机头的吹气管吹入压缩空气，进行横向扩张，又被上方的牵引辊纵向拉伸，形成管膜，此时冷却风环对管膜进行冷却定型，由收卷装置收卷，形成薄膜。根据薄膜牵引方向不同，可将吹塑薄膜的生产形式分为平挤上引吹塑(简称平挤上吹)、平挤平牵吹塑(简称平挤平吹)和平挤下垂吹塑(简称平挤下吹)三种，其中平挤上吹最为常见。

为了适应现代工业发展需求降低薄膜厚度，改善薄膜厚度不均匀、褶皱、透明度差及材料适应性差等问题研究者对吹塑薄膜装置做了大量的革新，已有多种自动厚度控制机头和多种风环以及多层共挤出技术面世，都能改善薄膜厚度的均匀性。这些技术也引导吹塑薄膜技术不断发展，但是往往靠单一的机械牵伸实现拉薄很难突破极限，膜厚细化方面也遇到瓶颈，科研技术人员也一直在探索如何更有效地提高膜均匀性，降低薄膜厚度的新方法。在静电纺丝领域材料直径更加细化，所以对静电纺丝和吹膜领域的相互融合也是很有前景。

发明内容

本发明以提高吹塑薄膜的膜均匀性和降低薄膜的厚度为目标，基于静电“拔河效应”原理，提出一种通过机械力场作为主导加以静电场辅助进行牵引膜进行扩张的薄膜吹塑方法，静电场对口模出口的熔体产生拉拔作用，并结合压力场吹胀、牵引装置的拉伸及冷却气流场冷却，改善以往吹塑薄膜技术导致的膜褶皱、厚度不均现象，实现薄膜的更均匀性制备以及膜的厚度下降。实现上述目的的方案是：基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型方法，首先引出薄膜，即物料经挤出机均匀塑化后从机头口模挤出，经牵引装置牵引后，在膜泡内通入压缩通气，并且压缩空气保持一定的压力，打开风环，对膜泡进行冷却，薄膜过程稳定后，完成引膜；然后打开静电发生器，在机头口模的熔体出口至人字板之间安装有电极板，静电发生器给电极板通上静电，机头模芯接地，在电极板与机头的膜口之间形成稳定电场，通过静电场进行径向辅助牵伸，而动态测厚仪测得数据反馈给可变阻尼，调整电场强度，通过微分电场模块动态调整，在熔融状态下进行膜均匀化；调整口模间隙、静电场强度、牵引速度和膜泡内的压力及风环的冷却速度，得到厚度均匀的薄膜后连续生产，合格的薄膜收卷。

本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型方法，可以在物料中加入极性材料，电场力对物料的拉伸会更具有方向性，制备的薄膜会更均匀。本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型方法，在模芯中间增设中心立柱，中心立柱在引膜完成后在模芯内上升，中心立柱的柱体是绝缘材料，中心立柱的内部是中空的，中心立柱的的柱体上有孔，膜泡需要的压缩空气通过孔通入膜泡中，在中心立柱的顶端设置金属环，金属环接地，金属环与电极板形成静电场，对膜泡产生径向拉伸，拉伸作用效果更强。

采用本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型方法的装置的方案是：基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备，由挤出机、控制装置、机头、冷却装置、温度传感器、静电发生器、动态测厚仪反馈装置、电极板、动态测厚仪、人字板、牵引装置、卷取装置等组成，挤出机位于模头一侧，物料通过在挤出设备加热并为模头输送熔体，模头为立式装置，能够制备厚度范围大和宽幅的薄膜；多个温度传感器分别控制挤出机机筒温度、机头温度、风环气体温度。电极板位于人字板与机头中间并且靠近机头保证静电作用在还没冷却的熔体上，电极板设置为环形，可以分为多块。可在机头的口模中间设置一中心立柱，中心立柱接地，电极板与机架要有一定距离，保证静电不受机架金属的干扰。每块电极板与静电发生器的正极连接。动态测厚仪与测量薄膜各部分厚度与静电发生器机组形成反馈，控制电场大小。冷却装置主要由风机组成，通过气管与机头连接。气流由下至上通过对薄膜进行冷却。风速可通过风机进行调节。显示装置置于挤出机的上方，通过各种控制仪器显示各部分工况并控制电机速度、各部分温度、风机等。人字板和牵引辊位于整个装置的上方，卷取装置实现对牵引辊引导的薄膜进行收集。本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备，在吹塑成型过程中，电极板挟持装置必须采用绝缘材料，并且与金属支架需要有一定的距离，防止电荷的流失导致电极板电荷不均造成的膜不均匀性。

本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备，把电极板均布在圆环形绝缘材料上，保证电极板不受机头影响，电极板分成多块并形成环形，每块电极板分别控制电压，通过电压的调节来微调静电场对熔体的拉伸作用，间接调整薄膜厚度的均匀性。

本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备，电极板均分成多块后上下两层排布，上层电极板块与下层电极板块错开，每块电极板分别控制静电电压，这种方案电极板在轴向的投影没有空隙，相邻的电极板不接触，减少电极板块之间的干扰。例如电机板分六块，第一、第三和第五块在上层，第二、第四和第六块在下层。对于宽幅薄膜，如果电极板分的块足够多，在周向上产生类似微分的效果，由于电场力的径向拉拔效应，可以起到动态调整薄膜厚度的作用，不仅使薄膜厚度更薄，周向更加均匀。

本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备，电极板接正向高压静电，中心立柱接地，设置两层或多层电极板对薄膜进行牵引拉伸，对熔体的拉拔分级完成，保证薄膜不会因为电场力的急剧变化而断裂或者强度不合格。

本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备，中心立柱做成空心结构，与气流场气管连接，方便吹膜。中心立柱做成可伸缩结构，中心立柱上设置的金属环与电极板在同一高度，即距离口模熔体出口的轴向距离相同，静电力对熔体的拉伸是径向方向；利用传感器进行遥控，在引膜完成后可进行遥控伸长，方便第二层电极板与中心立柱形成稳定电场，消除第一层电极板干扰，消除第一层电极板干扰。

本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备，对挤出机及机头采取保温控制，利用温度传感器及时反馈，始终保持温度在设定温度下上下浮动，保证物料在特定温度下的黏度。

本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备，每块电极板通过一可变阻尼与静电发生器相连接，并且每一块阻尼都与动态测厚仪相连，在动态测厚仪测得厚度时及时反馈给阻尼，阻尼调整阻抗大小，导致电场大小变化，对所有方向的薄膜进行微分电场模块动态调整，在熔融状态下进行膜均匀化，从源头上解决问题。

本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型方法及装备突破传统工艺，通过机械力场作为主导加以静电场辅助进行牵引膜进行扩张的薄膜吹塑方法，并结合压力场吹胀与冷却气流场，实现制备薄膜更加均匀，薄膜厚度下降。

附图说明

图1为本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备示意图；

图2为本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备的薄膜静电作用拉伸示意图；

图3为本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备的电极板周向断面示意图；

图4为本发明基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备的动态测厚仪与静电发生器反馈机制原理图。

图中：1-冷却装置；2-收卷装置；3-动态测厚仪；4-静电发生器及动态测厚反馈装置；5-机头；6-电极板；7-牵引装置；8-人字板；9-中心立柱；10-控制器；11-挤出机；12-可变阻尼。

具体实施方式

本发明提出基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型方法及装备，装备示意图如图1所示，包括给吹塑成型薄膜冷却的冷却装置1、收卷装置2、动态测厚仪3、静电发生器机组及动态测厚反馈装置4、使物料均匀通过并对物料进行交叉混合的机头5、多块电极板6、牵引装置7、稳定膜泡的人字板8、中心立柱9、对整个装置进行控制的控制器10、挤出机11。冷却装置1(即风环及送风装置)通过气管与机头5相连，冷却装置1对膜泡进行冷却，收卷装置2与牵引装置7相连接，收集由牵引装置7牵引的薄膜，动态测厚仪3与多块电极板6都与静电发生器及动态测厚反馈装置4相连，保证动态测厚仪测得的数据反馈给静电发生器4，机头5与挤出机11相连，挤出机11输送物料给机头5，机头5上设置风环，聚集气流保证气流在一定范围内。电极板6的所有板块均与静电发生器的正极相连，中心立柱9与机头5接地，与多块电极板6形成稳定的电场。控制器10位于合适操作的位置，方便操作。

由于薄膜为圆柱形，所以为了保证所有方向受力均匀，所以设计一款如图3所示的电极板，在一块绝缘板上均布多块电极板，并形成上下错开结构，保证薄膜的每一处都有电极板对应，每一块电极板均与静电发生器的正极相连，按照传统方案引出薄膜之后，打开静电发生器，静电发生器给电极板通上静电，中心立柱9与机头5接地，在电极板6与机头5之间形成稳定电场，拉伸示意图如图2，通过静电场进行辅助牵伸并且结合动态测厚仪3与静电发生器形成反馈，及时合理的控制每一块电极板的电场大小，保证薄膜厚度均匀，控制原理图如图4所示。在吹膜过程中，在形成稳定的薄膜之后打开静电发生器及动态测厚反馈装置4，在机械力场牵引和静电场辅助牵伸的扩张过程中，动态测厚仪3在测量每个区域的厚度，每块电极板通过一可变阻尼与静电发生器相连接，并且每一块阻尼都与动态测厚仪相连，在动态测厚仪测得厚度时及时反馈给阻尼，阻尼调整阻抗大小，导致电场大小变化，对所有方向的薄膜进行微分电场模块动态调整，在熔融状态下进行膜均匀化，从源头上解决问题。

Claims (7)

1.基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型方法，其特征在于：在物料中加入极性材料，首先引出薄膜；然后打开静电发生器，在机头口模的熔体出口至人字板之间安装有电极板，静电发生器给电极板通上静电，机头模芯接地，在电极板与机头的膜口之间形成稳定电场，通过静电场进行径向辅助牵伸，而动态测厚仪测得数据反馈给可变阻尼，调整电场强度，通过微分电场模块动态调整，在熔融状态下进行膜均匀化；调整口模间隙、静电场强度、牵引速度和膜泡内的压力及风环的冷却速度，得到厚度均匀的薄膜后连续生产，合格的薄膜收卷。

2.根据权利要求1所述的基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型方法，其特征在于：在模芯中间增设中心立柱，中心立柱在引膜完成后在模芯内上升，中心立柱的柱体是绝缘材料，中心立柱的内部是中空的，中心立柱的柱体上有孔，膜泡需要的压缩空气通过孔通入膜泡中，在中心立柱的顶端设置金属环，金属环接地，金属环与电极板形成静电场。

3.基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备，其特征在于：由挤出机、控制装置、机头、冷却装置、温度传感器、静电发生器、动态测厚仪反馈装置、电极板、动态测厚仪、人字板、牵引装置和卷取装置组成，挤出机位于模头一侧，物料通过在挤出设备加热并为模头输送熔体，模头为立式装置；多个温度传感器分别控制挤出机机筒温度、机头温度、风环气体温度；电极板位于人字板与机头中间并且靠近机头保证静电作用在还没冷却的熔体上，电极板设置为环形，电极板挟持装置采用绝缘材料，并且与金属支架需要有一定的距离，电极板与静电发生器的正极连接，机头接地；动态测厚仪与测量薄膜各部分厚度与静电发生器形成反馈，控制电场大小；冷却装置由风环、风机组成，风机通过气管与风环连接，气流由下至上通过对薄膜进行冷却；显示装置置于挤出机的上方；人字板和牵引辊位于整个装置的上方，卷取装置实现对牵引辊引导的薄膜进行收集；在机头的口模中间设置一中心立柱，中心立柱接地；中心立柱为可伸缩结构；电极板均布在圆环形绝缘材料上，保证电极板不受机头影响，电极板分成多块并形成环形，每块电极板分别控制电压。

4.根据权利要求3所述的基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备，其特征在于：电极板均分成多块后上下两层排布，上层电极板块与下层电极板块错开。

5.根据权利要求3所述的基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备，其特征在于：每块电极板通过一可变阻尼与静电发生器相连接，并且每一块阻尼都与动态测厚仪相连，在动态测厚仪测得厚度时及时反馈给阻尼，阻尼调整阻抗大小，导致电场大小变化，对所有方向的薄膜进行微分电场模块动态调整。

6.根据权利要求3所述的基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备，其特征在于：设置多层电极板对薄膜进行牵引拉伸，对熔体的拉拔分级完成。

7.根据权利要求3所述的基于静电拔河效应的多场耦合薄膜吹塑成型装备，其特征在于：中心立柱的柱体是绝缘材料，中心立柱的内部是中空的，中心立柱的柱体上有孔，膜泡需要的压缩空气通过孔通入膜泡中，在中心立柱的顶端设置金属环，金属环接地，金属环与电极板形成静电场，中心立柱上设置的金属环与电极板在同一高度。