CN1295509A - 生产交联聚烯烃泡沫体的方法和设备 - Google Patents

Abstract

已知聚烯烃板或薄片可在加热炉中交联和发泡,所述加热炉具有多个依次连续排列的区,在每一个区域上具有薄片加热装置。本发明的目的是提供更经济地制备交联聚烯烃泡沫体的方法。在本发明的方法方面,热空气按与所述聚烯烃板或薄片的传送方向相反的方向流过所述聚烯烃板或薄片。在本发明的设备方面;将用于加热聚烯烃板或薄片(2)的装置(24)安装并构建成使离开所述装置(24)的热空气(25)平行于所述板或薄片的平面(26)流动。优选用于加热聚烯烃板或薄片(2)的装置为围绕该板或薄片(2)的加热通道(30)。本发明适用于交联聚烯烃泡沫体的生产。

Description

生产交联聚烯烃泡沫体的方法和设备

                      技术领域

本发明涉及根据专利权利要求1的前序部分(precharacterizingclause)的交联和发泡可交联聚烯烃片材或和聚烯烃薄膜或用于发泡交联的聚烯烃片材或聚烯烃薄膜的方法，还涉及具体根据专利权利要求5的前序部分执行这种类型方法的设备。

所用的术语聚烯烃为具有以下通用结构的聚合物：其中R¹为氢，R²为氢、直链或支链基团。如果R¹和R²为氢，那么所给的聚合物具有以下类型的基团作为所述聚合物链的特征结构单元。后一种聚合物称为聚乙烯。

已知的聚乙烯可分为高压聚乙烯或低压聚乙烯，这取决于所用的制备方法。它们的不同主要在于它们的支化程度和它们的密度。具体区别可划分为LDPE(低密度聚乙烯)、LLDPE(线性低密度聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、HDHMWPE(高密度高分子量聚乙烯)和VLDPE(超低密度聚乙烯)级。

这种类型泡沫体的密度大约为25至200kg/m³。所述泡沫体基本具有闭孔结构。

增加聚合物的粘度和/或硬度需要交联，即存在的线性或支化大分子彼此相连得到三维聚合物网络的反应。这种类型的交联可在暴露于高能辐射下或在过氧化物或硅烷的辅助下发生。

所述特征泡沫结构是由于加入通常所说的发泡剂物质引起的化学反应产生，发泡剂在处理过程中在特定的温度下分解形成气体。常规的发泡剂的例子有偶氮化合物和重氮化合物。在发泡工业它们被称为泡孔产生(cell-generating)发泡剂。当暴露于热且有适合的催化剂时，这些发泡剂将放出气体，因此适合于生产发泡塑料组合物。

所述发泡可在产品离开挤出工具时发生，即紧接着挤出或注模，或在开模中发生。

首先，优选通过将聚烯烃与发泡剂和交联剂的混合物挤压通过带有缝型模头的挤塑机挤塑来制备密实的聚烯烃片材或聚烯烃薄膜。这种片材或薄膜也称为母体。调节这个生产过程中处理温度以使所述交联剂和发泡剂均不会达到其分解温度。随后在达到或超过所述交联剂分解温度但又未达到所述发泡剂的分解温度的温度水平进行上述聚烯烃的交联。直到所述交联基本完全才通过例如进一步导入热来开始所述发泡剂的分解和由此引发发泡过程。在整个生产过程中这个阶段是放热的。

                     技术背景

以上描述的方法和设备类型在本工业上是已知的。所述交联和发泡，或单独的发泡在含许多连续排列的区的烘箱中发生。风扇，以及称为风室的单元位于所述烘箱的每一个区中。每一个风室具有开口直接垂直向下的上层部分和开口直接向上的下层部分。每一个风室的两部分一个排在另一个上面，彼此之间相隔一定距离，并连接位于每一个相应区的风扇。所述聚烯烃片材和聚烯烃薄膜在每一个风室的部分之间运行。例如，将它们从辊上展开，通过每一个吹风室的一个排在另一个上面的部分之间，在这过程中加热、交联和发泡，并最后缠绕到卷辊上。在所述烘箱和卷辊之间一般有很多的冷却辊以传送和冷却所述聚烯烃片材和聚烯烃薄膜。所述过程一般是连续的，所述片材或薄膜一般在循环网带或输送带的辅助下被传送通过所述烘箱和风室的部分之间。

通过所述风扇和风室的热空气的辅助将所述片材或薄膜加热。将各区的热空气的温度调节至各自所要求的值。通常，先发生所述聚烯烃的交联，在紧接着的所述烘箱更热的区发生所述材料的发泡。这个类型的烘箱大多数分成三至五个区，并如上所述，每一个区域包括至少一个风扇、含有两部分的风室及产生热和控制温度的装置。因此这种类型结构的设备的成本是相当大的，也因此使用该已知的方法需要高的基本投资和运行成本。

                        目标

本发明所基于的目标是创造前面描述的类型的方法，具体地讲，该方法可在花费很少下成本有效地进行。本发明的另外一个目标是提供前面描述的类型的设备，该设备可较为便宜地生产和运行。

                      本发明的公开

本发明目标的方法方面通过具有专利权利要求1的特征的方法达到，设备方面通过具有专利权利要求5的特征的设备达到。

根据本发明，热空气沿着所述聚烯烃片材或聚烯烃薄膜向所述片材或薄膜传送方向相反的方向流动。当使用这种逆流系统类型时，首先接触热空气的是那些已经在烘箱中相对长时间的片材的部分。随后热空气通道带着热空气沿着所述片材流动，并因此将其部分热能传递给所述片材。因此热空气的温度在其最先接触所述片材时至接触到在相反一端部分的片材时发生降低，在那里热空气在较低的温度水平并被引导回所述风扇。

由于被带入以接触所述片材的空气在所述发泡过程发生的区域在较高的温度水平而在所述聚烯烃的交联的区域为较低的温度水平(聚烯烃的交联在较低的温度水平下发生)，因此这种类型的方法可特别成本有效地进行。

热空气沿着所述聚烯烃片材或聚烯烃薄膜的上面和下面流动是有利的。这样确保了在整个片材或薄膜的厚度上有均匀的加热。

在本发明的最佳实施方案中，所述热空气和聚烯烃片材或聚烯烃薄膜之间的热传递通过控制热空气的流速来调节，而热空气的流速通过将部分沿着所述片材或薄膜流动的热空气转移走来控制。在所述风扇的恒定产出空气量下，容易影响在热空气的流动方向上所需的温度水平并因此将准确量的热供应给所述片材或薄膜的每一区域，所述热是那些区域的各自化学反应(如交联或发泡)所需的。

将热空气在基本密封的循环系统中传导是有利的。这个除在进行所述方法的成本上具有有利的作用外，还导致特别有利于环境的方法，因为环境污染，如在废气中有毒物质的含量可通过所述密封设计显著地减少。

在本发明的设备方面，将加热所述聚烯烃片材或聚烯烃薄膜的装置安装和构造使得从所述装置释放出的热空气的流动方向沿着大致平行于所述片材或薄膜的平面运行。由此空气在所述片材或薄膜上流动并因此能将其热含量均匀地传递给所述片材或薄膜。热空气的温度沿着其流动通道而降低。已经在部分的片材或薄膜上流过的热空气的热含量有利于所述片材下游的部分并提供热给这些部分。因此，这种新设备沿着热空气的流动通道具有不同的温度，而不需要先有技术的高的设备成本。从本发明获得所述益处的具体原因是热空气在所述片材或薄膜上流动的方式是有利于热传递的。

热空气流动的方向最好是所述片材或薄膜的纵向方向，优选将热空气按传送所述片材或薄膜通过所述烘箱的逆流方向传导。这个还允许连续运行所述新设备，如将非常长的聚烯烃薄膜以匀速传送过所述设备。本发明的逆流方法的有利之处已经在所述新方法的说明中给出。

在本发明的最佳实施方案中，加热所述聚烯烃片材或聚烯烃薄膜的装置具有至少一个围绕所述片材或薄膜的加热通道。所述加热通道完全围绕所述聚烯烃片材或聚烯烃薄膜，优选在其横向方向上，并基本上延续到位于所述烘箱内的片材或薄膜的整个纵向部分。这使得在所述发泡过程中释放的放热能可以供给热空气并直接传递至在热空气流动方向的下游的片材或薄膜的区域。根据本发明的热通道的设计比建造许多连续排列的风室要简单，因为所述片材或薄膜直接位于所述热通道中，而不象在先有技术中必须通过一个排在另一个上面的吹风室的两部分之间的空间。这导致了低的基本投资。另外，所述新设备比传统的设备具有更低的重量。

在本发明的另一个实施方案中，用于加热所述聚烯烃片材或薄膜的装置具有以在热空气使用前进行至少部分再循环的装置。优选是在所述加热通道中提供的至少一个挡片材，在该挡片材的辅助下至少部分流过所述热通道的热空气可被转移进入位于所述加热通道外面的烘箱的区域。该挡片材可简单地减少流过所述加热通道的热空气的体积并因此降低了在所述加热通道中的余留的部分热空气的流速。这允许通过围绕所述材料的热空气的流速和温度来控制在热空气和所述片材或薄膜之间的热传递。

最好将所述挡片材安装在所述加热通道的壁上以形成该壁的一部分，并且其可被旋转。特别通过将该挡片材向下旋转时，可容易地将一些热空气导出所述加热通道。

在本发明的一个实施方案中，将所述挡片材大约安装在所述加热通道的纵向方向中心部位，安装该挡片材的部位是在所述聚乙烯片材或薄膜的上面。本发明的这个实施方案如将所述风扇也连接在所述片材或薄膜上面的烘箱中，离所述挡片材不远处是特别有利的。

在本发明的另外一个实施方案中，提供了冷却辊以传送并冷却所述聚烯烃片材或薄膜。将它们至少一个建造在所述烘箱的一个壁里面，这样形成的间隙较小。在这个实施方案中，本发明的新设备基本上完全是一个密封系统。这样减少了所述新设备的能量损耗并改进其环境适应性。它还基本阻止外界的空气渗透进入所述新设备。与传统的设备比较，这样排列所述冷却辊还减少了所述新设备的整体长度。

                  附图的简要描述

本发明的要点的实施例在以下使用附图进行详细的描述。

图1.图示在第一个实施方案中用于交联和/或发泡聚烯烃片材或聚烯烃薄膜的设备的局部的纵向部分；和

图2.图示在第二个实施方案中的设备的局部的纵向部分；为了简化，这里没显示出所述聚烯烃片材或聚烯烃薄膜。

进行本发明的方式

用于交联和发泡可交联的聚烯烃片材或聚烯烃薄膜2或用于发泡可交联聚烯烃片材或聚烯烃薄膜2的新设备1的第一个实施例在图1中图示了其局部的纵向部分。

为了上述的目的，设备1具有长的烘箱3，在图1和2中显示为连续的烘箱的形式。在其前面表面4(显示在图1的左边)，烘箱3具有两个开孔5和6(一个排列在另一个之上)。该烘箱还具有两个开孔10和11(一个排列在另一个之上)在其后面表面7上，在后面表面7的上面的开孔10上还有空隙12。

网状的输送带13，在引导辊14和15的引导下穿过烘箱3前表面4上的开孔5和6和后表面7上的开孔10和11。在图1的右手边上显示了作为驱动辊的辊15。其转动方向通过箭头16标明。

聚烯烃片材或薄膜2(以下称为片材或薄膜)具有长卷材状，起始位于辊17，其转动方向通过箭头20标明。也可直接将所述薄膜从挤出机模口传送至输送带13上，即没有使用辊17。薄膜2贴在输送带13上基本上延续了整个烘箱3的长度并随后被引导至冷却辊21上至卷辊22，其显示在图1的右边。卷辊22的转动方向相应于辊17。辊17和卷辊22两者均固定在支架23上，这样使得它们可以转动。

设备1还具有位于烘箱3上的装置24，用于通过热空气25加热烘箱3里的片材2。根据本发明，用于加热片材或薄膜2的装置24安装并构造使得从该装置产生的热空气25的流动方向沿着大致平行于所述片材或薄膜的平面26运行。在图1中热空气25的流动方向在片材或薄膜2的纵向方向上运行，更精确地讲，与在输送带13的辅助下穿过烘箱3的薄膜2的传送方向相反。

在烘箱3中加热薄膜2的装置24具有风扇27和围绕薄膜2的加热通道30。在烘箱3中所述加热通道在薄膜2的横向方向上完全围绕所述薄膜并基本延续位于所述加热器中的薄膜2的整个长度部分。在图1中加热通道30首先包括在右手边相对短的部分31(在风扇27的下游)，以及与其相连并延伸至所述烘箱3的前面表面4上的相对长的部分32。在加热通道30的右手边的部分31具有流动口33，它直接相切或平行于所述薄膜的平面26。加热通道30还具有装置34用以在使用前将热空气25至少部分再循环。这个装置34是在加热通道30的相对长的部分32的壁上配置的挡片材35，其可被用于转移部分热空气25(通过箭头36标明)至位于所述加热通道30外部的回收导管37中。图1中的挡片材35已经被固定在加热通道30的部分32的上层壁上，其可旋转并形成该壁的一部分。所述挡片材大约位于所述加热通道30的长的部分的中部位置。

将一条用于传送和冷却所述薄膜2的冷却辊21建造在后表面7的空隙12里面，这样在这个冷却辊21和后面表面7之间仅有很小的间隙40。

操作所述新设备1和完成所述新方法的程序如下。

在图1中输送带13以特定的传输速度顺时针方向运行，以致图1中的输送带13下面部分从右向左移动而所述输送带的上面部分从左向右移动。输送带13由辊14和15驱动和传导。

将薄膜2安排在输送带13的上面，使得在烘箱3中接触热空气25。热空气通过风扇27首先引入加热通道30的右手部分31，并从这部分通过流动口33流出，沿着薄膜2与所述薄膜的平面26相切。所述热空气随后传入加热通道30的相对长的左手部分32并沿着所述薄膜的上面或下面，与所述输送带13及所述薄膜2的传送方向的相反的方向流动。这样加热了所述聚烯烃片材或聚烯烃薄膜2而产生化学反应，调节热空气及所述薄膜的温度，使得接近烘箱3的前表面4的部分高于进行交联所述薄膜需要的温度并低于发泡所述薄膜需要的温度。在加热通道30后面(在所述薄膜的传送方向上)部分，其向着更靠近烘箱3的后表面7，热空气的温度在适合于发泡薄膜2的范围。热空气25的流动方式通过箭头41标明。

在所述薄膜的传输方向的烘箱的后面区域(在图1的右手边)，由于通过发泡剂产生的气体使所述薄膜向三维扩散，并在冷却辊21(其还具有引出辊的功能)的辅助下，通过吹气和/或牵拉从所述输送带13上移开并最终在其交联和发泡条件下缠绕在卷辊22上。通过吹气从所述输送带上移开所述薄膜通常在借助于位于输送带13下面的流动口33流出的热空气未达到。

例如通过在所述空气循环系统中的气体燃烧器或通过将热空气引入所述循环系统中建立和控制热空气的温度。在热空气和聚烯烃片材或薄膜2之间的热传递通过控制热空气25的流速来调节，这种调节通过在所述挡片材35的辅助下将一些沿着薄膜2流动的热空气转移出加热通道30至回收管37中。这样减少了在空气的流动方向上从挡片材的位置起的加热管道30的下游部分的余留的热空气的流速。因而有可能通过控制热空气的流速影响从热空气至所述薄膜的热传递。

上述“交联”和“发泡”步骤明显取决于在所述烘箱的具体区域的薄膜的各个部分的温度和停留时间。因此，在给定的温度下，可通过增加所述停留时间(即延长所述烘箱)来提高产率。延长所述加热通道在工程上是简单的，并可在低的成本下进行，因为不必象在传统的烘箱中，那样安装另外的风室、风扇和热空气燃烧室，包括各自的控制装置。

在图2中显示本发明的第二个实施例，其中相同或相近的特征用相同的数字表示。为了简化，图2没显示出聚烯烃片材或聚烯烃薄膜2、辊17或卷辊22及它们各自的支架23。

从图2可看出，在烘箱3的右手部分表明，显示用于加热所述片材的装置24的加热通道30具有右手部分和相对长的左手部分，31和32，而在图2的左手部分的装置24表明仅具有相对长的部分32。这种不同的原因在于直到烘箱3的尾端所述薄膜才发泡并且直到这个区域其才被从所述输送带上拉开。因此加热通道30的右手部分31也只能配备在烘箱的这个部分。

在这个实施例中，加热通道30分为两部分，一个接着另一个放置，以最大可能达到匹配产品生产和/或增加生产率的要求。很明显，图2中显示的一个接着另一个放置的两个加热通道，每一个还可具有一个或更多的装置以回收一些热空气。

在所述输送带13底下构建的加热通道部分还可安装挡片材35。不象图1和2，另外还可能允许将加热通道30左手的相对长部分32的下部分在烘箱3的前面表面4的内壁前终止，这样流出加热通道30的空气不但可从所述输送带下面的加热通道部分通过输送带流走(如图1和2的情况)还可通过使用在所述烘箱的前面表面4的内壁与所述加热通道的末端之间的空间将空气带入所述回收管37。

这里给出更成本有效的和更有利于环境的生产发泡聚烯烃片材或发泡聚烯烃薄膜的方法。

Claims (14)

1．用于交联和发泡可交联的聚烯烃片材或聚烯烃薄膜或用于发泡交联的聚烯烃片材或聚烯烃薄膜的方法，其中基本连续地将聚烯烃片材或聚烯烃薄膜传带到与热空气接触，其特征在于：所述热空气沿着所述聚烯烃片材或聚烯烃薄膜向传送所述片材或薄膜方向的相反方向流动。

2．根据权利要求1的方法，其特征在于：所述热空气沿着聚烯烃片材或聚烯烃薄膜的上面和下面流动。

3．根据权利要求1或2的方法，其特征在于：在所述热空气和所述聚烯烃片材或聚烯烃薄膜之间的热传递通过控制所述热空气的流速来调节，所述热空气流速通过将一些沿着所述片材或薄膜流动的热空气转移走来控制。

4．根据前面权利要求任何一项的方法，其特征在于：所述热空气在基本密封的循环系统中传导。

5．用于交联和发泡可交联的聚烯烃片材或聚烯烃薄膜或用于发泡交联的聚烯烃片材或聚烯烃薄膜的设备，具体地讲，用于进行根据前面权利要求任何一项方法的设备，该设备具有烘箱(3)和位于烘箱(3)中依靠热空气(25)加热聚烯烃片材或聚烯烃薄膜(2)的装置(24)，其特征在于：用于加热聚烯烃片材或聚烯烃薄膜(2)的装置(24)被安装并构造成使得从该装置(24)产生的热空气(25)按大约平行于所述片材或薄膜的平面(26)的流动方向运行。

6．根据权利要求5的设备，其特征在于：热空气(25)按所述片材或薄膜的纵向方向的流动方向运行。

7．根据权利要求5或6的设备，其特征在于：热空气(25)按传送片材或薄膜(2)通过烘箱(3)的逆流方向传导。

8．根据权利要求5至7的任何一项的设备，其特征在于：用于加热聚烯烃片材或聚烯烃薄膜(2)的装置(24)具有至少一个围绕所述片材或薄膜(2)的加热通道(30)。

9．根据权利要求8的设备，其特征在于：加热通道(30)在聚烯烃片材或聚烯烃薄膜(2)的横向方向上完全围住聚烯烃片材或聚烯烃薄膜(2)并实际延续位于烘箱(3)中的片材或薄膜(2)的整个纵向方向部分。

10．根据权利要求5至9的任何一项的设备，其特征在于：用于加热聚烯烃片材或聚烯烃薄膜(2)的装置(24)具有用于在使用前循环至少部分热空气(25)的装置(34)。

11．至少根据权利要求8和10的设备，其特征在于：用于在使用前循环至少部分热空气(25)的装置(34)是在加热通道(30)中配置的至少一个挡片材(35)，借助于该挡片材流过所述加热通道的热空气(25)的至少一部分(36)可被转移到烘箱(3)的位于所述加热通道(30)外部的区域。

12．根据权利要求11的设备，其特征在于：将所述挡片材(35)固定在加热通道(30)的壁上，这样其可旋转并构成该壁的一部分。

13．根据权利要求11或12的设备，其特征在于：将挡片材(35)大约安装在加热通道(30)的纵向方向中心位置，该挡片材的安装部位是在所述聚乙烯片材或薄膜的上面。

14．根据权利要求5至13的设备，其特征在于：提供了冷却辊(21)以传送并冷却聚烯烃片材或薄膜(2)，将它们至少一个建造在烘箱(3)的壁(7)上，这样形成的间隙(40)较小。

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