CN114291630A - 一种单向拉伸薄膜无器具分切设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单向拉伸薄膜无器具分切设备，包括单向拉伸薄膜放卷装置和纠偏装置，其特征在于，所述无器具分切设备不设置切刀，设置有多个收卷装置，所述收卷装置包括导辊和收卷辊，所述收卷装置沿单向拉伸薄膜传输方向间隔设置，所述导辊设置于放卷装置和收卷辊之间。本发明利用单向拉伸薄膜在一个方向易撕的特性，实现单向拉伸薄膜的无器具分切和收卷。

Description

一种单向拉伸薄膜无器具分切设备及方法

技术领域

本发明涉及薄膜分切设备技术领域，具体涉及一种单向拉伸薄膜无器具分切方法及设备。

背景技术

拉伸技术是在加热的塑料薄膜纵向和横向拉伸进行塑料薄膜分子顺序的调整，因加工工艺和参数的不同，取向不同，从而改变薄膜的特性。单向拉伸(MDO)薄膜是利用辊之间的速度差对薄膜进行进一步纵向拉伸，从而提高薄膜的挺度、透明度，以及某些力学性能，此时纵向的取向远大于横向。MDO薄膜拉伸分为四个阶段：加热，拉伸，退火，冷却。在拉伸过程中，薄膜在两个辊子之间拉伸，辊子以不同的速度旋转，薄膜的厚度减小了，且光学和机械性能得到了改善。

为了便于薄膜的后续使用，通常需要对薄膜进行分切处理，常见的分切方式有刀具分切和激光分切。刀具分切薄膜时易产生碎屑等废料，此外，强度高的薄膜的分切对刀具和底膜的损耗很大，刀具和底膜的定期更换极大提高了生产成本，降低了生产效率，而且分切位置存在毛丝，同时分切平整度不及激光分切。常见的激光分切装置多是根据激光的高热性对薄膜进行分切，分切完成后薄膜的切割位置处易受热发生卷边，导致薄膜切割后的质量较差。因此，有必要对现有的薄膜分切设备做出改进。

发明内容

本发明提供一种单向拉伸薄膜无器具分切设备及方法，利用单向拉伸薄膜在一个方向易撕的特性，实现单向拉伸薄膜的无器具分切和收卷。

在下文中，“单向拉伸薄膜”(MDO)是指单向拉伸使分子链沿拉伸方向平行排列的聚合物薄膜，若无特殊说明，所述“取向方向”指单向拉伸薄膜的拉伸方向，“横向”是指在膜平面上与拉伸方向相垂直的方向。在单向拉伸薄膜中，取向方向的原子间主要以化学键相连接，而垂直于取向方向的分子间则是范德华力，因此拉伸后的薄膜在拉伸方向的强度和模量得到增加，断裂伸长率减小，而横向的模量和强度则有所下降。

薄膜单向拉伸时首先会产生颈缩，颈缩区域薄膜厚度减小，且颈缩现象向两端的未拉伸区域扩展，引起球晶颗粒向微纳米纤维结构转变；一些较小的片晶结构通过拉伸转变为纤维状晶体结构，引起高分子链取向排列，从而导致顺式构相到全反式构相的转变；当高分子链的取向与外力方向一致时，取向过程基本完成并阻碍进一步的拉伸作用。在取向过程中，影响薄膜拉伸的参数很多，包括预热辊的数量和温度，预热辊和拉伸辊的加热形式，薄膜的拉伸倍数，薄膜的定型时间和温度以及冷却辊的温度等。拉伸比是一个很重要的工艺参数，纵向拉伸比对薄膜的物理、力学性能都有重大的影响。在一定的温度下，拉伸比愈大，分子链的取向度愈大。即薄膜在取向方向上的力学强度提高、模量增大、断裂伸长率减小，冲击强度、耐折性增大等变好。薄膜经过纵向拉伸后，高分子链呈单轴取向，大大提高了膜片的纵向力学性能，而横向性能则出现劣化，呈现出各向异性。一般薄膜的纵向拉伸倍数取6～8倍，甚至更高。拉伸各区的温度分布是影响薄膜拉伸取向、结晶的关键因素。温度是通过聚合物粘度和松弛时间的作用来影响取向过程的。温度升高，聚合物粘度降低，在恒定应力作用下，高弹形变和粘性形变都要增大，高弹形变增加有限，粘性形变发展却很快，有利于聚合物取向。实践证明，采用比较低的预热、拉伸温度或者拉伸后立即进行冷却，是提高薄膜取向度、减小结晶度的有效方法。预热温度过高会导致形成球晶，薄膜透明性下降；而拉伸温度过高，链段易于解取向，大大降低薄膜的物理、力学性能。

一种单向拉伸薄膜无器具分切设备，包括单向拉伸薄膜放卷装置和纠偏装置，其特征在于，所述无器具分切设备不设置切刀，设置有多个收卷装置，所述收卷装置包括导辊和收卷辊，所述收卷装置沿单向拉伸薄膜传输方向间隔设置，所述导辊设置于放卷装置和收卷辊之间。

所述单向拉伸薄膜的拉伸倍数不低于10倍。

若单向拉伸薄膜的拉伸倍数不足，会造成分切过程中出现大量毛丝，影响得到的窄带的质量，不利于生产，因此要将单向拉伸薄膜经过高倍拉伸，提高单向拉伸薄膜内分子的取向度。本发明中单向拉伸薄膜优选拉伸倍数优选不低于40倍，优选不低于60倍，更优选不低于80倍。

进一步的，所述单向拉伸薄膜为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚四氟乙烯(PTFE)薄膜、聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜、聚酰亚胺薄膜、超高分子量聚乙烯薄膜等，优选超高分子量聚乙烯薄膜。

进一步的，所述单向拉伸薄膜的厚度为10μm-100μm。

进一步的，所述单向拉伸薄膜的宽度至少为50mm。

进一步的，所述单向拉伸薄膜撕裂所用的力不大于5N。

撕裂单向拉伸薄膜所用的力与单向拉伸薄膜的厚度和牵伸倍数相关。一般情况下，单向拉伸薄膜越薄，撕裂时所用的力就越小。超高分子量聚乙烯薄膜是初始膜经过几十至上百倍拉伸后得到的高强薄膜，厚度小于30μm，沿拉伸方向几乎不用力都可以撕裂。

进一步的，所述收卷装置还包括去毛丝装置。

去毛丝装置主要用于切断单向拉伸薄膜间隙的毛丝，如果这些毛丝不切断，便会缠绕在收卷辊上，影响最终产品的质量；此外，如果缠绕太多，则不得不关停设备进行处理，降低了生产效率。因此，很有必要对单向拉伸薄膜间隙的毛丝进行处理。

进一步的，所述去毛丝装置为激光或电热丝。电热丝是一种将电能转化成热能的功能性合金材料，它的最高工作温度可达1千摄氏度以上。电热丝一般用于封闭式的空间，因为电热丝通电加热时电热丝的表面是带电的，使用时具有一定的危险性。本申请优选CO₂激光器，比较适合用于单向拉伸薄膜类材料的分切，不会产生烧边的问题。本申请在导辊与收卷装置之间设置激光或电热丝装置，可以有效地去除单向拉伸薄膜间隙的毛丝，提高分切效率，降低分切成本。

去毛丝装置可以根据实际生产需要可以选择打开或是不开。大部分单向拉伸薄膜在撕裂的时候都会产生毛丝，此时需要打开去毛丝装置。如果单向拉伸薄膜在撕裂的过程中不会产生毛丝，则无需打开去毛丝装置。

本申请放卷装置包含有纠偏装置，纠偏装置可以保证单向拉伸薄膜平整地向收卷方向输送。

进一步的，所述放卷装置为主动放卷或被动放卷。优选被动放卷。

进一步的，所述导辊为对辊，其中一个为橡胶压辊，另一个为主动钢辊。对辊的作用一是作为动力输送单向拉伸薄膜，二是保证单向拉伸薄膜的平整。

进一步的，第一个导辊上配有计米器。

进一步的，所述收卷装置间的间隙至少为600mm。

进一步的，所述放卷装置，导辊，收卷辊的传输速度最大为1000m/min。三者的传输速度需保持一致，保证各个收卷装置同步收卷，从而保持单向拉伸薄膜的平整性。

一种单向拉伸薄膜无器具分切方法，其特征在于，包括如下步骤：

1.将单向拉伸薄膜卷材固定到放卷装置上；

2.将单向拉伸薄膜卷材起始部分等分或不等分成N条窄带，N≥2；

窄带与单向拉伸薄膜之间的角度为10-90度，优选30度。当单向拉伸薄膜间隙有毛丝时，此角度的选择可以保证毛丝被切断。角度太小，不利于收卷辊的安装；角度太大，则有可能无法切断毛丝。最后一条窄带则直接水平收卷，无需设置角度。

3.将N条窄带分别穿过各组导辊，依次缠绕到间隔设置的各个收卷辊上；

4.先打开收卷装置，再设定导辊的线速度，打开导辊开始分切，得到宽度不小于2mm的窄带，经收卷辊进行收卷。

本发明的有益效果：

本申请利用单向拉伸薄膜易撕的特性，通过将单向拉伸薄膜起始部分等分或不等分成N条窄带，然后再依次缠绕到收卷装置上，实现单向拉伸薄膜的无器具分切。在实际的生产过程中，刀具和底膜是损耗品，需要定期更换从而保持正常运转。其中，刀具的成本较高。此种方式在单向拉伸薄膜分切过程中，无需设置和更换刀具及底膜，可以极大地节约生产成本。更重要的是，与有切刀的分切设备相比，切刀切断单向拉伸薄膜会切断切断部位的分子链，从而导致边缘部位的强度缺陷；本发明单向拉伸薄膜是顺着分子链排布自然裂开的，不会破坏分子链内部的结构，保留单向拉伸薄膜的原始强度。在相同的宽度下，无器具分切的窄带强度是高于切刀分切的，进而可以提升窄带产品的产品性能。

此外，单向拉伸薄膜在撕裂、收卷的过程中，单向拉伸薄膜间隙会产生毛丝。如果这些毛丝不去除，便会缠绕在收卷辊上，影响最终产品的质量；如果缠绕太多，则不得不关停设备进行处理，降低了生产效率。本申请在导辊与收卷装置之间设置激光或电热丝装置，可以有效地去除单向拉伸薄膜间隙的毛丝，提高分切效率，降低分切成本。

附图说明

图1：单向拉伸薄膜无器具分切设备示意图。

附图标记：1.放卷装置；2.纠偏装置；3.收卷装置；4.导辊；5.计米器；6.去毛丝装置；7.收卷辊；8.卷材；9.单向拉伸薄膜。

41.橡胶压辊；42.主动钢辊；91.窄带。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将通过文字和/或结合附图对本发明实施例中的技术方案进一步进行清楚、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。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。

在此，还需要说明的一点是，在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图和说明中仅仅描述了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了对与本发明关系不大的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

本发明加工的单向拉伸薄膜可以为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚四氟乙烯(PTFE)薄膜、聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜、聚酰亚胺薄膜、超高分子量聚乙烯薄膜等的一种或几种，优选超高分子量聚乙烯薄膜。超高分子量聚乙烯薄膜以其最小的密度、极高的比强度和比模量、良好的化学稳定性、耐紫外性、耐腐蚀性等优点，广泛应用在军事、公安、边防、武警等防弹防护领域以及高性能绳索网具等民用领域，成为防护领域和民用领域的主流材料，在防弹、绳缆等领域以及航空航天、深海、医疗等尖端领域有着广泛的使用前景。

单向拉伸薄膜的强度分为低强、中强、高强、超高强，低强是指强度为0-10g/D；中强是指强度为10-20g/D；高强是指强度为20-35g/D；超高强是指强度≥35g/D。

超高分子量聚乙烯薄膜的强度大于20g/D，属于高强薄膜。“单向拉伸高强薄膜”是指经过高倍牵伸，牵伸至接近原纤化，具有很高强度的薄膜。牵伸的倍数可达上百倍。当薄膜拉伸至接近原纤化的时候，薄膜的强度极高，并且具有在拉伸方向上易撕的特性，用很小的力都可以很容易撕开；在另一个方向则很难撕开。此外，这样的薄膜呈各向异性，取向方向和垂直取向方向的薄膜强度有很大的差异，沿取向方向具有很高的强度，垂直取向的方向则强度很小。此处，原纤化是指纤维表面分裂出细小的微纤维(直径1-4μm)。薄膜牵伸至接近原纤化，还没有达到原纤化，这样牵伸程度的薄膜强度高，易撕裂。本申请中“单向拉伸薄膜”优选单向拉伸的高强薄膜。

实施例1

本实施例涉及一种单向拉伸薄膜无器具分切设备，结合图1，本实施例的单向拉伸薄膜无器具分切设备如下：

一种单向拉伸薄膜无器具分切设备，如图1所示，包括依次设置的单向拉伸薄膜放卷装置1、纠偏装置2、以及8个间隔设置的收卷装置3，所述放卷装置1是被动放卷装置，所述8个收卷装置3沿单向拉伸薄膜传输方向间隔排列，相邻两收卷装置3之间的距离为80cm。每个收卷装置3均包含一对导辊4和一个收卷辊7。所述导辊4包括一个橡胶压辊41和一个主动钢辊42。导辊4的作用一是作为动力输送单向拉伸薄膜，二是保证单向拉伸薄膜的平整。

在每个导辊4和其对应的收卷辊7之间均设置有一个激光去毛丝装置6，用于去除分切之后的单向拉伸薄膜9与窄带91间隙的毛丝。橡胶压辊41上设置有计米器5。

所述无器具分切设备在工作过程中，放卷装置1上设置有单向拉伸薄膜卷材8，所述卷材8放卷得到单向拉伸薄膜9，单向拉伸薄膜9的拉伸倍数为10倍，单向拉伸薄膜9沿设定方向前进，依次经过纠偏装置2和计米器5。单向拉伸薄膜9由各个收卷装置3分切为窄带91，具体分切过程为单向拉伸薄膜9经过导辊4时，由于单向拉伸薄膜9在取向方向上强度大、在横向方向上的强度小，因此在收卷辊7提供的卷绕力的撕扯下，单向拉伸薄膜9分出一条窄带91，窄带91由收卷辊7进行收卷。单向拉伸薄膜9在行进方向上经过了8组收卷装置，因此本实施例中的单向拉伸薄膜9被收卷为8个窄带卷材。

实施例2

本实施例涉及一种单向拉伸薄膜无器具分切方法，采用实施例1中的无器具分切设备对单向拉伸薄膜进行分切。具体步骤如下：

1.将超高分子量聚乙烯(UHMWPE)薄膜卷材8固定到放卷装置1上，其中卷材8释放得到UHMWPE薄膜9的宽度为160mm，厚度为25μm，其中HMWPE薄膜9的拉伸倍数为40倍；

2.由操作工人从UHMWPE薄膜卷材8中抽出UHMWPE薄膜9，并将UHMWPE薄膜9穿过纠偏装置2和计米器5，随后将UHMWPE薄膜9等分成8条窄带91；

3.将8条窄带依次穿过各组导辊4并缠绕到间隔设置的各个收卷辊7上；

4.先打开收卷辊7，再设定导辊3的线速度为100m/min，打开导辊3开始分切，并打开计米器和激光装置，得到宽度为20mm，纤度为4100旦，拉伸强度达到25/d，拉伸模量达到1200g/d的超高分子量聚乙烯薄膜窄带91，经收卷辊7进行收卷。

Claims (10)

1.一种单向拉伸薄膜无器具分切设备，包括单向拉伸薄膜放卷装置和纠偏装置，其特征在于，所述无器具分切设备不设置切刀，设置有多个收卷装置，所述收卷装置包括导辊和收卷辊，所述收卷装置沿单向拉伸薄膜传输方向间隔设置，所述导辊设置于放卷装置和收卷辊之间。

2.根据权利要求1所述的一种单向拉伸薄膜无器具分切设备，其特征在于，所述单向拉伸薄膜的拉伸倍数不低于10倍。

3.根据权利要求1所述的一种单向拉伸薄膜无器具分切设备，其特征在于，所述单向拉伸薄膜为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚四氟乙烯(PTFE)薄膜、聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜、聚酰亚胺薄膜、超高分子量聚乙烯薄膜。

4.根据权利要求1所述的一种单向拉伸薄膜无器具分切设备，其特征在于，所述收卷装置包括去毛丝装置。

5.根据权利要求4所述的一种单向拉伸薄膜无器具分切设备，其特征在于，所述去毛丝装置为激光或电热丝。

6.根据权利要求1所述的一种单向拉伸薄膜无器具分切设备，其特征在于，所述放卷装置包含有纠偏装置。

7.根据权利要求1所述的一种单向拉伸薄膜无器具分切设备，其特征在于，所述导辊为对辊，其中一个为橡胶压辊，另一个为主动钢辊。

8.根据权利要求1所述的一种单向拉伸薄膜无器具分切设备，其特征在于，所述放卷装置，导辊，收卷辊的传输速度最大为1000m/min。

9.根据权利要求1-7所述的一种单向拉伸薄膜无器具分切设备的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将单向拉伸薄膜卷材固定到放卷装置上；

(2)将单向拉伸薄膜卷材起始部分等分或不等分成N条窄带，N≥2；

(3)将N条窄带分别穿过各组导辊，依次缠绕到间隔设置的各个收卷辊上；

(4)先打开收卷装置，再设定导辊的线速度，打开导辊开始分切，得到宽度不小于2mm的窄带，经收卷辊进行收卷。

10.根据权利要求9所述的一种单向拉伸薄膜无器具分切设备的方法，其特征在于，所述单向拉伸薄膜与所述窄带之间的角度为10-90度。

Images