CN109774109B - 薄膜拉伸设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种薄膜拉伸设备，包括出膜系统；多维拉伸系统；收膜系统；控制系统；多维拉伸系统包括用于将预制膜片加热到预设温度的加热结构；位于预制膜片第一侧的第一拉伸机构和位于预制膜片第二侧的第二拉伸机构，两者均包括沿预制膜片的纵向布置的多个固定组件，每个固定组件均包括能够固定预制膜片的侧边的第一固定部和第二固定部，第一固定部和第二固定部沿预制膜片的纵向布置；驱动固定组件横向m倍拉伸预制膜片的横向拉伸驱动件，控制系统与横向拉伸驱动件连接；通过调节第一固定部与第二固定部之间的距离以纵向n倍拉伸预制膜片的纵向拉伸驱动件，控制系统与纵向拉伸驱动件连接。本发明能够实现不同的薄膜拉伸方式，扩大了使用范围。
Description
技术领域
本发明涉及高分子薄膜加工技术领域，更具体地说，涉及一种薄膜拉伸设备。
背景技术
由于高分子的长链特性，拉伸加工是制备高性能高分子材料的有效方法，已发展成为高分子薄膜的主流加工技术。
不同高分子薄膜采用不同的拉伸方式，如热收缩膜采用单向拉伸的方式，并且通过控制薄膜的被拉伸距离来控制其横向颈缩，即单向不受限拉伸；而PP包装膜、电容膜、PE锂电池隔膜等采用双向拉伸技术以实现薄膜两个方向力学性能的均衡；同时，功能性薄膜如新型显示用光学补偿膜更是采用了斜向拉伸技术，该技术被日本瑞翁公司所垄断。
但是，目前的一种薄膜拉伸设备仅可实现一种拉伸方式，适用于特定薄膜的加工，使用范围受限。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种薄膜拉伸设备，以实现不同的薄膜拉伸方式，扩大使用范围。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种薄膜拉伸设备，包括用于输出预制膜片的出膜系统；用于将所述预制膜片拉伸成成型薄膜的多维拉伸系统；用于收卷所述成型薄膜的收膜系统；用于控制所述多维拉伸系统的控制系统；所述多维拉伸系统包括：
用于将所述预制膜片加热到预设温度的加热结构；
位于所述预制膜片第一侧的第一拉伸机构和位于所述预制膜片第二侧的第二拉伸机构，两者均包括沿所述预制膜片的纵向布置的多个固定组件，每个所述固定组件均包括能够固定所述预制膜片的侧边的第一固定部和第二固定部，所述第一固定部和所述第二固定部沿所述预制膜片的纵向布置；
驱动所述固定组件横向m倍拉伸所述预制膜片的横向拉伸驱动件，所述控制系统与所述横向拉伸驱动件连接；
通过调节所述第一固定部与所述第二固定部之间的距离以纵向n倍拉伸所述预制膜片的纵向拉伸驱动件，所述控制系统与所述纵向拉伸驱动件连接。
优选的，上述薄膜拉伸设备中，所述横向拉伸驱动件和所述纵向拉伸驱动件均为两个，分别与所述第一拉伸机构和所述第二拉伸机构一一对应设置。
优选的，上述薄膜拉伸设备中，还包括：
在所述预制膜片纵向移动的过程中能够配合形成对所述预制膜片产生横向张力的轨道张角的第一张开轨道和第二张开轨道，所述第一拉伸机构的固定组件可移动地设置在所述第一张开轨道上，所述第二拉伸机构的固定组件可移动地设置在所述第二张开轨道上；
两个所述横向拉伸驱动件分别为：
驱动所述第一拉伸机构的固定组件沿所述第一张开轨道移动的第一横向驱动件；
驱动所述第二拉伸机构的固定组件沿所述第二张开轨道移动的第二横向驱动件。
优选的，上述薄膜拉伸设备中，所述第一横向驱动件、所述第二横向驱动件和所述纵向拉伸驱动件均为电机。
优选的，上述薄膜拉伸设备中，所述第一张开轨道和所述第二张开轨道结构相同，均包括：
主动带轮，所述横向拉伸驱动件的输出端与所述主动带轮连接；
从动带轮，所述从动带轮与所述主动带轮的连线与所述预制膜片的传输方向具有夹角；
连接所述主动带轮与所述从动带轮的传输带，所述固定组件设置在所述传输带上。
优选的，上述薄膜拉伸设备中，所述第一固定部与所述第二固定部均为能够夹紧所述预制膜片的侧边的夹具。
优选的，上述薄膜拉伸设备中，m为1-8，n为1-8；所述预设温度范围为室温-300℃；所述预制膜片的厚度为0.01-2mm；所得成型薄膜的厚度为0.005-0.2mm。
优选的，上述薄膜拉伸设备中，所述加热结构为热风循环加热装置；所述出膜系统采用挤出流延方式或者辊筒张力放卷方式。
优选的，上述薄膜拉伸设备中，还包括用于检测预制膜片拉伸前后的微观结构的结构检测系统。
优选的，上述薄膜拉伸设备中，所述结构检测系统为小角X射线散射系统。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供的薄膜拉伸设备包括用于输出预制膜片的出膜系统；用于将预制膜片拉伸成成型薄膜的多维拉伸系统；用于收卷成型薄膜的收膜系统；用于控制多维拉伸系统的控制系统；其中，多维拉伸系统包括：用于将预制膜片加热到预设温度的加热结构；位于预制膜片第一侧的第一拉伸机构和位于预制膜片第二侧的第二拉伸机构，两者均包括沿预制膜片的纵向布置的多个固定组件，每个固定组件均包括能够固定预制膜片的侧边的第一固定部和第二固定部，第一固定部和第二固定部沿预制膜片的纵向布置；驱动固定组件横向m倍拉伸预制膜片的横向拉伸驱动件，控制系统与横向拉伸驱动件连接；通过调节第一固定部与第二固定部之间的距离以纵向n倍拉伸预制膜片的纵向拉伸驱动件，控制系统与纵向拉伸驱动件连接。
薄膜拉伸设备应用时，预制膜片从出膜系统输出到多维拉伸系统，通过多维拉伸系统将预制膜片拉伸成成型薄膜；接着利用收膜系统收卷上述成型薄膜。多维拉伸系统在拉伸预制膜片的过程中，预制膜片的两个侧边通过固定组件固定，首先利用加热结构将预制膜片加热到预设温度，然后根据需要获得的成型薄膜的拉伸需求，通过控制系统控制横向拉伸驱动件和纵向拉伸驱动件，通过横向拉伸驱动件驱动固定组件横向m倍拉伸预制膜片，和/或通过纵向拉伸驱动件调节第一固定部与第二固定部之间的距离以纵向n倍拉伸预制膜片。
综上所述，本发明提供的多维拉伸系统可以仅实现横向或纵向的单向拉伸，也可以实现纵向和横向的双向同步、异步拉伸，故能够实现不同的薄膜拉伸方式，扩大了使用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的薄膜拉伸设备的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的薄膜拉伸设备实现纵向拉伸时预制膜片的形变示意图；
图3是本发明实施例提供的薄膜拉伸设备实现双向同步拉伸时预制膜片的形变示意图；
图4是本发明实施例提供的薄膜拉伸设备实现双向异步拉伸时预制膜片的形变示意图；
图5是本发明实施例提供的薄膜拉伸设备实现斜向拉伸时预制膜片的形变示意图；
图6是本发明实施例采用小角X射线散射系统对拉伸后的薄膜进行结构表征，所得二维小角散射花样图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种薄膜拉伸设备，实现了不同的薄膜拉伸方式，扩大了使用范围。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考附图1，本发明实施例提供的薄膜拉伸设备包括用于输出预制膜片的出膜系统1；用于将预制膜片拉伸成成型薄膜的多维拉伸系统2；用于收卷成型薄膜的收膜系统3；用于控制多维拉伸系统2的控制系统4；其中，多维拉伸系统2包括：用于将预制膜片加热到预设温度的加热结构；位于预制膜片第一侧的第一拉伸机构和位于预制膜片第二侧的第二拉伸机构，两者均包括沿预制膜片的纵向布置的多个固定组件，每个固定组件均包括能够固定预制膜片的侧边的第一固定部22和第二固定部23，第一固定部22和第二固定部23沿预制膜片的纵向布置；驱动固定组件横向m倍拉伸预制膜片的横向拉伸驱动件，控制系统4与横向拉伸驱动件连接；通过调节第一固定部22与第二固定部23之间的距离以纵向n倍拉伸预制膜片的纵向拉伸驱动件，控制系统4与纵向拉伸驱动件连接。
需要说明的是，上述纵向是指预制膜片的输送方向；横向为垂直于预制膜片输送方向的方向，也属于预制膜片的宽度方向。
薄膜拉伸设备应用时，预制膜片从出膜系统1输出到多维拉伸系统2，通过多维拉伸系统2将预制膜片拉伸成成型薄膜；接着利用收膜系统3收卷上述成型薄膜，收膜系统3具体采用张力控制的卷绕方式，实现薄膜的卷对卷连续收集。
多维拉伸系统2在拉伸预制膜片的过程中，预制膜片的两个侧边通过固定组件固定，首先利用加热结构将预制膜片加热到预设温度，然后根据需要获得的成型薄膜的拉伸需求，通过控制系统4控制横向拉伸驱动件和纵向拉伸驱动件，通过横向拉伸驱动件驱动固定组件横向m倍拉伸预制膜片，和/或通过纵向拉伸驱动件调节第一固定部22与第二固定部23之间的距离以纵向n倍拉伸预制膜片。
整个工作过程中薄膜的拉伸工艺参数均由控制系统4设定调节，如拉伸温度、拉伸方式、拉伸倍率、拉伸速率等。
综上所述，本发明提供的多维拉伸系统2可以仅实现横向或纵向的单向拉伸，如图2所示，也可以实现纵向和横向的双向同步、异步拉伸，如图3-4所示，故能够实现不同的薄膜拉伸方式，扩大了使用范围。
优选的，横向拉伸驱动件和纵向拉伸驱动件均为两个，分别与第一拉伸机构和第二拉伸机构一一对应设置。这样一来，第一拉伸机构和第二拉伸机构的横向拉伸和纵向拉伸均单独驱动，能够实现预制膜片两侧的不同倍数拉伸，从而实现斜向拉伸，如图5所示，进一步增加了可实现的薄膜拉伸方式，该薄膜拉伸设备可用于包装、电子、显示等领域的包装膜、电池隔膜、光学薄膜的加工，如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酯(PET)等。
薄膜所有加工参数如拉伸温度、速度、拉伸比均可通过控制系统4精确、独立调控。
本实施例的纵向和横向拉伸是完全独立的，可同时进行或独立进行。只进行纵向拉伸或横向拉伸，即为单向拉伸；同时进行双向拉伸时为双向同步；先进行纵(横)向拉伸，再进行横(纵)向拉伸为双向异步；纵向与横向同时进行，并且预制膜片第一侧与第二侧的拉伸倍数不同，即为斜向拉伸。
可以理解的是，上述第一拉伸机构和第二拉伸机构还可以共用一个横向拉伸驱动件和一个纵向拉伸驱动件，此时，预制膜片两侧的同步以相同倍数拉伸。
如图1所示，薄膜拉伸设备还包括在预制膜片纵向移动的过程中能够配合形成对预制膜片产生横向张力的轨道张角的第一张开轨道和第二张开轨道，第一拉伸机构的固定组件可移动地设置在第一张开轨道上，第二拉伸机构的固定组件可移动地设置在第二张开轨道上。本实施例中，两个横向拉伸驱动件分别为：驱动第一拉伸机构的固定组件沿第一张开轨道移动的第一横向驱动件；驱动第二拉伸机构的固定组件沿第二张开轨道移动的第二横向驱动件。
本实施例中，通过第一张开轨道和第二张开轨道的轨道张角即可实现预制膜片纵向输送的同时实现横向拉伸；通过调节上述轨道张角及轨道长度，即可实现不同的横向拉伸倍数。本发明利用两个张开轨道准确定位固定组件的位置，从而提高了拉伸精度。当然，本发明还可以通过伸缩气缸实现同样的横向拉伸预制膜片横向的两端的效果，本发明在此不再详细赘述。
优选的，第一横向驱动件、第二横向驱动件和纵向拉伸驱动件均为电机。本发明通过电机驱动固定组件在相应的张开轨道上移动，由图1所述，预制膜片两侧的固定组件之间的距离由初始的T1拉伸为T2，实现横向的拉伸；通过电机驱动同一个固定组件的第一固定部22与第二固定部23相对移动，第一固定部22与第二固定部23之间的距离由初始的M1拉伸为M2(M3)，实现纵向的不对称倍数的斜向拉伸。当然，上述各驱动件还可以为其他能够提供动力的结构，如气缸、发动机等。
为了简化结构，第一张开轨道和第二张开轨道结构相同，如1所示，两者均包括主动带轮21，横向拉伸驱动件的输出端与主动带轮21连接；从动带轮24，从动带轮24与主动带轮21的连线与预制膜片的传输方向具有夹角；连接主动带轮21与从动带轮24的传输带，固定组件设置在传输带上。本发明利用传输带作为张开轨道，通过电机驱动主动带轮21，接着通过传输带将动力传递给从动轮，固定组件随着传输带循环移动，实现了循环不间歇工作，提高了工作效率。可以理解的是，上述两个轨道的结构也可以不同。本发明还可以采用传动链，滚珠丝杠等，实现同样的驱动固定组件沿张开角度移动的效果。
进一步的，第一固定部22与第二固定部23均为能够夹紧预制膜片的侧边的夹具。本实施例采用夹具夹紧预制膜片，固定强度较好，提高了工作可靠性。可替换的，第一固定部22和第二固定部23还可以为真空吸附嘴或者粘接扣等。
具体的实施例中，m为1-8，n为1-8；多维拉伸系统2能够对预制膜片实现纵向1-8倍拉伸和横向1-8倍拉伸，两个方向拉伸倍率控制完全独立。
预设温度范围为室温-300℃，满足大多数高分子薄膜的拉伸工艺需求。
预制膜片的厚度为0.01-2mm；所得成型薄膜的厚度为0.005-0.2mm，能够覆盖薄膜的几乎所有尺寸。
具体的实施方式中，加热结构为热风循环加热装置，热风循环加热装置采用热风循环的方式对多维拉伸系统2内的预制膜片加热，加热比较均匀，且热风循环加热腔体的温度范围较宽；预制膜片的第一侧和第二侧分别为驱动侧和操作侧，热风循环加热装置有鼓风电机，称为驱动侧；设备另一侧称为操作侧，用于检修、观察设备工作状态等，多维拉伸系统2的操作侧与驱动侧的纵向拉伸比可独立控制，因此可实现单向，双向同步、异步，斜向拉伸等多种拉伸方式。当然，本发明也可以采用其他结构形式的加热装置。
出膜系统1采用挤出流延方式或者辊筒张力放卷方式。挤出流延方式就是把高分子原料加热熔融，用螺杆挤出，最后在流延辊上形成预制膜片。辊筒张力放卷方式就是把成卷的膜往外放卷，放卷时控制辊筒速度或者张力。可以理解的是，出膜系统1还可以采用其他的方式，本实施例在此不再一一赘述。
优选的，上述薄膜拉伸设备还包括用于检测预制膜片拉伸前后的微观结构的结构检测系统5。本发明利用结构检测系统5检测预制膜片拉伸前后的微观结构演化，如薄膜的结晶度、晶体取向度等，实现了对薄膜加工的多尺度结构跟踪检测。
如图6所示，结构检测系统5为小角X射线散射系统。本发明采用小角X射线散射系统检测拉伸前或拉伸后薄膜的微观结构，检测尺度范围为0.1-1000纳米，涵盖高分子材料不同尺度的结构。
实施例1
采用放卷的方式将聚乙烯预制膜片输入多维拉伸系统2，预制膜片厚度为1.0mm。设定拉伸方式为单向拉伸；拉伸温度为100℃；拉伸倍率为纵向(操作侧)5倍，纵向(驱动侧)5倍，横向1倍；拉伸速度为20m/min。具体拉伸工艺参数如表1所示。采用小角X射线散射系统对拉伸后的薄膜进行结构表征，所得二维小角散射花样如图6所示。可以看出在水平方向有一对散射信号，表明单向拉伸后生成了法向沿拉伸方向取向排列的片晶结构。
实施例2
采用挤出流延的方式制备聚丙烯预制膜片，厚度为0.8mm。将聚丙烯预制膜片输送至多维拉伸系统2，设定拉伸方式为双向同步拉伸；拉伸温度为155℃；拉伸倍率为纵向(操作侧)5倍，纵向(驱动侧)5倍，横向8倍；拉伸速度为15m/min。具体拉伸工艺参数如表1所示。采用小角X射线散射系统对拉伸后的薄膜进行结构表征，所得二维小角散射花样如图6所示。可以看出在水平和竖直方向各有一对散射信号，表明双向拉伸后生成了法向分别沿纵向和横向取向排列的片晶结构。
实施例3
采用放卷的方式将聚乙烯预制膜片输入拉伸系统，预制膜片厚度为0.5mm。设定拉伸方式为斜向拉伸；拉伸温度为110℃；拉伸倍率为纵向(操作侧)1倍，纵向(驱动侧)3倍，横向2倍；拉伸速度为60m/min。具体拉伸工艺参数如表1所示。采用小角X射线散射系统对拉伸后的薄膜进行结构表征，所得二维小角散射花样如图6所示。可以看出在与水平方向倾斜的方向有一对散射信号，表明斜向拉伸后生成了法向沿拉伸方向倾斜排列的片晶结构。
表1不同实施例薄膜拉伸工艺参数
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种薄膜拉伸设备，包括用于输出预制膜片的出膜系统(1)；用于将所述预制膜片拉伸成成型薄膜的多维拉伸系统(2)；用于收卷所述成型薄膜的收膜系统(3)；用于控制所述多维拉伸系统(2)的控制系统(4)；其特征在于，所述多维拉伸系统(2)包括：
用于将所述预制膜片加热到预设温度的加热结构；
位于所述预制膜片第一侧的第一拉伸机构和位于所述预制膜片第二侧的第二拉伸机构，两者均包括沿所述预制膜片的纵向布置的多个固定组件，每个所述固定组件均包括能够固定所述预制膜片的侧边的第一固定部(22)和第二固定部(23)，所述第一固定部(22)和所述第二固定部(23)沿所述预制膜片的纵向布置；
驱动所述固定组件横向m倍拉伸所述预制膜片的横向拉伸驱动件，所述控制系统(4)与所述横向拉伸驱动件连接；
通过调节所述第一固定部(22)与所述第二固定部(23)之间的距离以纵向n倍拉伸所述预制膜片的纵向拉伸驱动件，所述控制系统(4)与所述纵向拉伸驱动件连接；
所述横向拉伸驱动件和所述纵向拉伸驱动件均为两个，分别与所述第一拉伸机构和所述第二拉伸机构一一对应设置，第一拉伸机构和第二拉伸机构的横向拉伸和纵向拉伸均单独驱动，能够进行纵向拉伸或横向拉伸的单向拉伸；还能够进行纵向和横向的双向同步或双向异步以相同倍数拉伸；还能够实现预制膜片两侧的不同倍数拉伸，从而实现斜向拉伸。
2.根据权利要求1所述的薄膜拉伸设备，其特征在于，还包括：
在所述预制膜片纵向移动的过程中能够配合形成对所述预制膜片产生横向张力的轨道张角的第一张开轨道和第二张开轨道，所述第一拉伸机构的固定组件可移动地设置在所述第一张开轨道上，所述第二拉伸机构的固定组件可移动地设置在所述第二张开轨道上；
两个所述横向拉伸驱动件分别为：
驱动所述第一拉伸机构的固定组件沿所述第一张开轨道移动的第一横向驱动件；
驱动所述第二拉伸机构的固定组件沿所述第二张开轨道移动的第二横向驱动件。
3.根据权利要求2所述的薄膜拉伸设备，其特征在于，所述第一横向驱动件、所述第二横向驱动件和所述纵向拉伸驱动件均为电机。
4.根据权利要求2所述的薄膜拉伸设备，其特征在于，所述第一张开轨道和所述第二张开轨道结构相同，均包括：
主动带轮(21)，所述横向拉伸驱动件的输出端与所述主动带轮(21)连接；
从动带轮(24)，所述从动带轮(24)与所述主动带轮(21)的连线与所述预制膜片的传输方向具有夹角；
连接所述主动带轮(21)与所述从动带轮(24)的传输带，所述固定组件设置在所述传输带上。
5.根据权利要求1所述的薄膜拉伸设备，其特征在于，所述第一固定部(22)与所述第二固定部(23)均为能够夹紧所述预制膜片的侧边的夹具。
6.根据权利要求1所述的薄膜拉伸设备，其特征在于，m为1-8，n为1-8；所述预设温度范围为室温-300℃；所述预制膜片的厚度为0.01-2mm；所得成型薄膜的厚度为0.005-0.2mm。
7.根据权利要求1所述的薄膜拉伸设备，其特征在于，所述加热结构为热风循环加热装置；所述出膜系统(1)采用挤出流延方式或者辊筒张力放卷方式。
8.根据权利要求1-7任一项所述的薄膜拉伸设备，其特征在于，还包括用于检测预制膜片拉伸前后的微观结构的结构检测系统(5)。
9.根据权利要求8所述的薄膜拉伸设备，其特征在于，所述结构检测系统(5)为小角X射线散射系统。
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