CN1321797C - 管状薄膜挤出设备中的收卷装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管状薄膜挤出设备中的收卷装置,用于由塑料制造管状薄膜,其中,收卷装置具有至少一个为管状薄膜设计的导向辊,该导向辊包括一个有中空内室的支架管和一个外套面,沿着后者可以对管状薄膜进行引导,而导向辊的内室可以与一个压缩空气源相连通,并且至少在外套面朝向管状薄膜的区域中设计有穿透它的出气孔,使后者与内室相连通,其中,外套面由制备于支架管上的透气性含微孔层构成,而微孔的平均尺寸为5至100μm。此外,还给出了制造管状薄膜的一种方法。
Description
技术领域
本发明涉及由塑料生产管状薄膜的管状薄膜挤出设备中的一种收卷装置,其中收卷装置具有至少一个为管状薄膜设置的导向辊,该导向辊包括一个支架管,后者具有一个空心的内室,以及一个外套面,沿着该外套面可以使管状薄膜受到引导,其中,导向辊的内室可以连接到一个压缩空气源上,并且至少在朝向管状薄膜的区域中,加工有穿透外套面的空气溢出孔,它们与内室相连通。
背景技术
借助于管状薄膜挤出设备由塑料挤出管状薄膜的方法已为人们广泛了解。在已知方法中,由于所制得的管状薄膜存在着无法避免的厚度波动,它与绕曲在线圈上的管状薄膜重叠起来,为后续加工过程造成困难,因此,这种重叠需要通过适当的相应措施来加以克服。
这样的措施,如DE 21 56 079 C2中给出的措施是:作为管状薄膜挤出设备的收卷装置,设计一个所谓的导向辊收卷器,它拥有至少一个导向辊,后者在一个与挤出方向垂直的平面内双向地受到引导,并且所挤出的管状薄膜的各厚度误差位置在其整体宽度范围内连续分布。
在导向辊收卷器中由于其双向运动,管状薄膜必然要发生倾斜,即以相对于导向辊的纵向轴偏离90°的位置在导向辊的外套面上受到牵引,因此在现有的收卷装置中,导向辊固定不动,即安置于收卷器中不旋转。这样,在外套面上受引导的管状薄膜与固定不动的导向辊之间又产生了可观的摩擦力。
因此,人们已经尝试了许多不同手段,来减小导向辊与其上面引导的管状薄膜之间的摩擦。
在一种具有导向辊的收卷装置中,导向辊的内部空间可以连接到一个压缩空气源上去,并且在外套面上,至少在朝向管状薄膜的区域中加工有空气溢出孔,它们与内部空间相连通,如DE 199 12 209 A1中给出的那样。穿过空气溢出孔溢出的空气流,在外套面上引导的管状薄膜与导向辊之间,形成一个气垫,因此,管状薄膜在理想情况下在外套面上无接触地受到引导,并因此消除了其它情况下必然会形成的摩擦力。
不过,在目前投入使用的鼓入空气的导向辊中,存在的问题是:气流从空气溢出孔中跑出时,必须是高压、高速气流,才能在导向辊的整体外套面上形成均匀的气垫。由于导向辊的外套面在各空气溢出孔之间还必需留有无穿孔的区域,以便保证其稳定性,因此,无穿孔的区域也必需通过从周边的空气溢出孔那里得到空气,来获得尽量均匀的气垫。这个问题在实际中至今并没有得到满意解决,在更多的情况下,至今还不能避免在管状薄膜与导向辊的外套面之间发生个别部位的接触。由于这种原因,使得人们至今还不能应用导向辊收卷装置来生产高黏附性的管状薄膜。
此外,在EP 1 144 292 B1中给出了一种展宽装置,利用它通过一个弯曲成弧形的圆辊使材料带在宽度方向上伸展开。该圆辊具有一个含金属材料、内有开孔的透气壁,来对材料带实施悬浮性引导,其中穿孔的平均直径小于20μm,并且充入气体形态的液体。
发明内容
本发明的任务是:构造一种开始提到类型的、用于管状薄膜挤出设备中的收卷装置,它应当能确保对管状薄膜进行均匀、可靠的无接触引导。
为了完成所提出的任务,本发明建议:导向辊的外套面由一个制备于支架管上的、透气的微孔层构成,其中微孔的平均尺寸在5至100μm之间。
在本发明的框架内业已表明:这样一个形成导向辊的外套面的微孔层,将输送到导向辊的内室中的压缩空气流,通过导向辊外套面上的大量极细小而且彼此紧密挨靠在一起的微观穿孔溢出后,被分散开,形成一个极其均匀稳定的气垫,在它的上面,管状薄膜能够确保无接触地受到引导,即使是管状薄膜具有很高的粘连倾向性和黏附力。
为了形成外套面,使用的微孔层厚度最好为0.5至2.0mm。原因是在这样的层厚尺寸下,能够保证在微孔层透气的同时,获得所期望的气流的细小分布。
在较好的情况下,本发明的导向辊,在通入0.5至4bar(0.05至0.4Mpa)的压缩空气时,空气流量为:压力为0.5bar(0.05Mpa)时是0.21/min.dm2,而压力为4bar(0.4Mpa)时达到大约1.61/min.dm2。鼓入的压缩空气的压力为0.5至4bar(0.05至0.4Mpa),与现有的在外套面上钻出空气溢出孔的情况相比,要显著低于目前使用的导向辊中的气体压力。同时,空气的鼓入量及空气的消耗量也明显减少了。由此带来的结果是:本发明的导向辊,不仅降低了所必需的空气量,而且还使所需的鼓风机或其他压缩空气源的尺寸减小了,从而降低了能耗,也大幅度减轻了本发明的导向辊在使用过程中产生的噪音。
在支架管上形成的外套面上的微孔层,要满足本发明的要求,即保证平均微孔尺寸在5至100μm之间,可以由不同的方法制得。例如,在具有几种熔点不同的组分的粉末混合物的基础上可以制得该微孔层。
特别是能够在金属和陶瓷组分的基础上制得该微孔层。
在本发明的收卷装置的一个优选实施例中,我们建议管状薄膜以一个包绕角度α围绕导向辊的外套面而受到引导,而朝向管状薄膜的区域,其中的出气孔成形于支架管上,被一个角度β包围着,它相对于包绕角度α向其两侧扩展相同的角度γ,在2°至8°之间。换言之,管状薄膜以一个包绕角围绕导向辊的圆周受到引导。其中,由接近导向辊的外套面上的贴靠区域,和管状薄膜沿切线离开导向辊的圆周的区域,划定了包绕角的边界。在本发明的框架内已经发现,当支架管内的出气孔的边界限定于由管状薄膜的包绕角所封闭的区域内时,并不总能够确保避免管状薄膜与导向辊的外套面之间的相互接触,尤其在向导向辊的外套面进行贴靠以及从该外套面离开的区域中。在众多场合下,如果在支架管中设置出气孔的区域,并且因此在那里围绕着导向辊的外套面也形成了气垫,相对于包绕角向其两侧分别扩展2°至8°的一个角度,将显示出优势。在一个优选的实施例中,管状薄膜环绕导向辊的包绕角为180°。而经过扩展后,支架管中设置出气孔的区域为一个大约为190°的角度区域,其中相对于包绕角所扩展出来的10°平均地分配在管状薄膜的贴靠区与离开区中。
在本发明的一个具有特别优势的实施例中,在相对于管状薄膜的包绕角向外扩展、并设置着出气孔的外套面区域中,还设计有相对于导向辊的其它区域具有更高透气性的微孔层。因此,在这些区域中能够对管状薄膜施加较强的鼓风作用,并形成力量较大的气垫,来避免这些区域中不经意间发生管状薄膜粘附于导向辊的外套面上的情况。这样,考虑如下情况:在相对于包绕角扩展的这些区域中,当管状薄膜还未完全包住导向辊的整体外套面时,为形成气垫所必需的空气能够无阻拦地溢出跑掉。这些跑掉的空气,通过在这些区域中制备于导向辊上的透气的微孔层所具有的较高的孔隙度得到补偿而平衡。为此,可以使这些区域中微孔层的孔隙度相对于导向辊上的其它区域来说,达到比如说双倍的水平,比如,可以通过将平均的微孔尺寸增大一倍的方式来实现。为此,在制备本发明的导向辊时,在这些区域中可以通过改变微孔层的构成材料的配方来达到要求。
因此,导向辊的圆周上具有较高的孔隙度的条带状区域,制备成沿着导向辊的纵向伸展方式。它们被配置给环形围绕导向辊受到引导的管状薄膜的贴靠区与离开区。
由塑料制备管状薄膜的方法是,管状薄膜从一个由至少一台挤出机喂料的薄膜吹制头中制出,并且借助于鼓风吹制成管状,随后由一台具有至少一个导向辊的导向辊收卷器、在部分地包绕在导向辊的外套面上的状态下受到引导。导向辊中鼓入压缩空气,后者通过设置于导向辊的外套面上的出气孔朝向管状薄膜方向溢出,因此在导向辊与管状薄膜之间形成气垫,来实现对管状薄膜在导向辊的外套面上的无接触引导。
本发明建议:压缩空气以层状气流的形式从外套面溢出,并且为管状薄膜形成一个层流空气垫。
对于这样构成的方法来说,其基本常识是:在迄今所使用的导向辊中,例如在一定的间隔距离上设置并通过导向辊上的钻孔来作为出气孔,为了形成空气垫,溢出的空气必须是高速、高流量的,因此总是呈湍流的气流形式。这样在导向辊周围形成的气垫是非均匀的,因此不能总是避免管状薄膜与导向辊之间的接触。
在本发明的设计中,由于气流从外套面上呈层流形式溢出,形成一种层流空气垫,因此完全克服了这个问题。
本发明中,特别设计引导气流通过一个有微观穿孔的透气层所构成的导向辊的外套面,借助于它使气流分散成大量的层状式的分气流,并且层流式分气流分别穿过导向辊的外套面中的各微孔溢出,并围绕之形成层流空气垫。
通过这种方式,可以利用本发明的方法来制造高黏附性的管状薄膜,尤其是基于诸如醋酸乙烯酯共聚物(EVA)复合物、聚异丁烯(PIB)复合物、在线性低密度聚乙烯(LLDPE)薄膜中有离子体的复合物的管状薄膜。
在本发明方法的一个优选实施例中,管状薄膜以170°至190°的包绕角度围绕导向辊受到引导,并且借于管状薄膜与导向辊之间的空气垫形成于导向辊的圆周上的一个角度范围中,后者相对于包绕角来说沿着两边各自向外扩展2°至8°。管状薄膜的该包绕角度,即它围绕着导向辊的外套面受到引导的角度范围,自身的数值优选170°至190°,并且最好为180°。
在相对于管状薄膜的包绕角来说各自向外扩展的2°至8°的范围内,最好通过使穿过导向辊的外套面的空气流量高于包绕角内区域中的流量,来形成层流空气垫。这样,在这里进行较强力的鼓风,并对管状薄膜形成较强的支撑作用。
附图说明
以下借助于附图中给出的实施例对本发明的其他构造和细节进行详细说明。图中所示为:
图1本发明的导向辊切面的示意性图示,
图2图1中箭头V处的导向辊的外套面的显微照片,
图3导向辊上微孔层的扫描电子显微镜照片,
图4被管状薄膜带包绕的导向辊的立体图,
图5图4中的导向辊的侧面视图。
具体实施方式
在图1中给出了导向辊1,设计装备于管状薄膜挤出设备的收卷装置中,此设备用于由塑料生产管状薄膜。在现有的方法中,如DE 199 12 209 A1中描述的那样,管状薄膜因包绕在导向辊1的外套面F上而受到牵引。
导向辊1包括一个支架管10,由诸如金属之类的形状稳定的材料制成,在其圆周外套面上,至少在其朝向管状薄膜的区域中,具有出气孔100,如有规律地加工出来的钻孔。该支架管10包围着导向辊1的一个中空的内部空间14。
支架管10的两个端面被端面板11a、11b封闭起来,在它们的外侧上,为了将导向辊1固定于收卷装置上,各自联接上一个支承轴颈12a、12b。由于管状薄膜以不同的角度在导向辊1的外套面F上受到牵引,这种导向辊1通常都位置不变地固定于收卷装置上,即不转动。
穿过支承轴颈12a设置一个空气进入通道13,该通道13也穿过与之连接的端面板11a,通入到导向辊1的中空内室14中。与此空气进入通道13相连接的是一个压缩空气源,如鼓风机,它能够从这里将空气流沿着箭头L送入到导向辊1的内室14中去。之后,该空气流可以通过出气孔100在支架管10的圆周面中朝向受牵引的管状薄膜方向向外流出。
图1所示的导向辊1的基本特征是:起着引导管状薄膜作用的外套面F由一个制备于穿孔的支架管10外侧上的微孔层15构成。
这个微孔层15的厚度可以在0.5至2mm之间,并且在一种具有多种不同熔点组分的粉末混合物的基础上制成,比如基于金属和陶瓷组分制成。
微孔层15的突出特征,如可以从图2所示的显微照片中看到的那样,是其中有大量极细小的花纹穿过,它们构成了可以透过空气的微孔。微孔层15中的微孔尺寸在大约5至100μm之间。在图2中除了用代号15标示的透气的较暗区域外,还可以看到不规则的、颜色较亮的微观穿孔,它们彼此紧密地挨靠在一起的,在图中用代号150标示。图2的照片由显微镜在100倍放大倍数下拍得。
图3中借助于扫描电子显微镜(RSM)得到的电镜照片中,也可以看到微孔层中尺寸在大约5至100μm之间不规则而且颜色较暗的微孔,处于相对较亮的金属基体中。
如同在图1的示意图中可以看到的那样,通过空气进入通道13由鼓风机进入到导向辊1内室14中的空气流L,穿过支架管10的出气孔100,进入支架管10的外侧表面与位于它上面的微孔层15之间的界面层G,并从那里穿过各个不规则而且彼此紧密挨靠在一起的微孔150,而到达导向辊1的外套面F,后者同时也是微孔层15的外侧表面。从微孔150中,空气流以极细小的微气流L1流出。这里,由于微孔150的微孔尺寸很小,只有5至100μm,因而这些微气流L1流速很低,以层状气流L1形式流出,并因此在导向辊1的外套面F上聚集起来,为管状薄膜的无接触牵引形成一个层流空气垫。
换言之,在穿孔的支架管10的外侧上制备的微孔层15,其作用是:将高速穿过出气孔100流入的气流L,分散为大量极细微的层状气流L1,并且能从平均微孔尺寸为5至100μm的各细小分布的微孔中溢出,因此在围绕导向辊1的外套面F上获得一个层流空气垫的结果。
在这样的导向辊中,为输入的空气流L设计的工作压力,取决于移动中的产品、即与所生产的管状薄膜有关,一般在0.5至4bar(0.05至0.4Mpa)之间。如果导向辊中鼓入的气流L为0.5bar(0.05Mpa)的正压,由此产生的气体流量为大约0.2l/min.dm2,即该流量的气体以细小气流L1的形式从导向辊1中流出。当鼓入的气流为4bar(0.4Mpa)的正压时,空气消耗量相应地为1.6l/min.dm2。
这种导向辊1也能够用于牵引具有强烈粘性的管状薄膜,如EVA-复合膜、PIB-复合膜以及在LLDPE薄膜中有离子体的复合物,不会出现粘附于导向辊1上的情况。
比如说,可以使用上述收卷装置生产下列产品:由高VA比例的共挤出EVA-复合物得到外套面防护膜,由含PIB的共挤出LLDPE复合物制取伸展膜,或者金属化的复合物,以及高质量薄膜,产品绝对无划痕、能达到很高的光学要求。
由于本发明所提供的微观穿孔薄膜优先在金属和陶瓷组分的基础上制造,因此可以利用现有的方法、以简单的方式将其放置于预先制成的导向辊上,并随后通过抛光或者外径车削得到所期望的形状。
如果导向辊1具有图4和5中所示的构造,上述导向辊1的运行安全性可以达到非常高的水平。
在图4中人们看到的导向辊1,作用是使收卷装置中送入的管状薄膜5,按照人们已知的有关导向辊收卷器的工作方式进行转向。这里,管状薄膜5如同从图5中特别清晰地给出的那样,以一个包绕角α绕着导向辊1的外套面F受到牵引。其中,在用代号1a所标示的区域中,加工有图1中可以看到的支架管10中的出气孔100。因此,在区域1a中,完整地包围着导向辊1的圆周、为构成外套面F而制成的微孔层15,使得所期望的层流空气垫能够形成于管状薄膜5和导向辊1的外套面F之间。
在导向辊1的支架管10中,出气孔100,以及因此沿着导向辊1的外套面F形成空气垫的区域,并不局限于由包绕角α所限定的外套面F上的区域范围内,而是一个由角度β所包围的、相对于包绕角α更大的区域。如从图5所示中看到的那样,该角度β在包绕角α的两侧向外各自扩展了相同的角度γ,其数值最好在2°至8°之间。换言之,在图5所给的实施例中,管状薄膜5围绕导向辊1的包绕角α选择为180°,而角度β大约为190°,而相应地角度γ大约为5°。
在角度γ所覆盖的区域中,形成了贴靠导向辊1及离开它的所谓的管状薄膜5的上行及下行区,在该区域中,管状薄膜5沿切线贴靠到导向辊1的外套面上去,或从它上面离开。
在图5中用代号1b标示的区域,对应于管状薄膜5的贴近及离开区域。其中导向辊1的外套面F上的透气微孔层15,为这样一些微孔层15b的条带形式,相对于透气微孔层15来说,它们具有更高的透气性,比如通过增加孔隙度的方式来实现。因此,形成沿着导向辊1的纵向伸展的条带状区域,其中微孔层15b设计具有更高的透气性,它受到包绕角度γ的限制。依据微孔层15b所具有的这种逐渐升高的透气性,管状薄膜在该区域中受到更加强力的气流作用,并相应地形成更强的气垫,来避免管状薄膜5在导向辊1的这些贴近及离开区域中无意中发生粘附。这样,在贴近及离开区域中气体的消耗量,就受到导向辊1的圆周尚未完全被管状薄膜5包绕过来的影响,而得到补偿平衡。这样构成的导向辊1,其运行安全性因而得到明显改善,也保证了在膜具有强附着和粘连性的情况下,能够可靠地实现无接触、而且不留痕迹地牵引绕过导向辊1。
上述导向辊优先应用于所叙述的所谓的管状薄膜挤出设备的导向辊收卷器中。不过,对于专业人员来说,很容易理解到:这样构成的棒或者辊,也适合于其他应用,只要是需要对条带状的塑料制品进行尽量无接触的引导和/或者转向。例如,为此我们可以举出的例子为:在快冷-辊-膜挤出设备中、以及在制备旋丝纤维或者熔体吹制-纤维条带的挤出设备中的导向和转向辊。
Claims (12)
1、一种管状薄膜挤出设备中的收卷装置,用于通过塑料制造管状薄膜(5),其中,收卷装置具有至少一个为管状薄膜(5)设计的导向辊(1),该导向辊(1)包括一个有中空内室(14)的支架管(10)和一个外套面(F),沿着后者可以以包绕角度(α)对管状薄膜进行引导,而导向辊(1)的内室(14)可以与一个压缩空气源相连通,并且至少在外套面(F)的朝向管状薄膜(5)的区域(1a)中设计有穿透它的出气孔(100),使后者与内室(14)相连通,其特征为:外套面(F)由设置于支架管(10)上的透气性微孔层(15)构成,其中微孔的平均尺寸为5至100μm,在朝向管状薄膜(5)的区域(1a)中出气孔(100)形成于支架管(10)上,并且区域(1a)由角度(β)所包围,角度(β)相对于包绕角度(α)向包绕角度(α)的两侧各扩展角度(γ),角度(γ)为2°至8°。
2、如权利要求1所述的收卷装置,其特征为:导向辊(1)的微孔层(15)的厚度(d1)为0.5至2.0mm。
3、如权利要求1或2所述的收卷装置,其特征为:当导向辊(1)中通入0.05至0.4Mpa的压缩空气时,空气流量相应为0.05Mpa压力下的0.21/min.dm2至0.4Mpa压力下的1.61/min.dm2。
4、如权利要求1所述的收卷装置,其特征为:导向辊(1)的微孔层(15)是在具有几种不同熔点组分的粉末混合物的基础上制得。
5、如权利要求4所述的收卷装置,其特征为:导向辊(1)的微孔层(15)是在金属和陶瓷组分的基础上制得。
6、如权利要求1所述的收卷装置,其特征为:包绕角度(α)为170°至190°。
7、如权利要求1所述的收卷装置,其特征为:在外套面(F)上被角度(γ)所包围的区域(1b)中,构成设置于支架管(10)上的一个透气的微孔层(15b),微孔层(15b)相对于设置于外套面(F)上的其它区域中的透气性微孔层(15)具有更高透气性。
8、一种通过塑料制备管状薄膜(5)的方法,其中,管状薄膜(5)从一个由至少一台挤出机喂料的薄膜吹制头中制出,并且借助于鼓风机吹制成管状,随后由一台具有至少一个导向辊(1)的导向辊收卷装置在以包绕角度(α)部分包绕在外套面(F)上的状态下受到引导,其中,导向辊(1)中鼓入压缩空气,后者通过设置于导向辊(1)的外套面(F)上的出气孔朝向管状薄膜(5)方向溢出,其方式为,在导向辊(1)与管状薄膜(5)之间形成气垫,来实现对管状薄膜(5)在导向辊(1)的外套面(F)上的无接触引导,其特征为:压缩空气作为层状气流(L1)从外套面(F)上溢出,并且为管状薄膜(5)形成一个层状空气垫;而且在位于导向辊(1)的圆周上被角度(β)所包围的区域中,在管状薄膜(5)与导向辊(1)之间生成空气垫,角度(β)相对于包绕角度(α)向包绕角度(α)的两侧各扩展角度(γ),角度(γ)为2°至8°。
9、如权利要求8所述的方法,其特征为:空气流(L)穿过构成导向辊(1)的外套面(F)的微孔层(15)中的微孔(150),朝向管状薄膜(5)流动,并且该空气流(L)穿过微孔(150)而被分散成大量的层状气流(L1),它们从微孔(150)中溢出而形成层流空气垫。
10、如权利要求8或9所述的方法,其特征为:包绕角度(α)在170°至190°之间。
11、如权利要求8所述的方法,其特征为:在导向辊(1)的由角度(γ)所包围的区域中,以高于包绕角度(α)区域内的空气流量穿过导向辊(1)的外套面(F),来形成层流空气垫。
12、如权利要求8所述的方法,其特征为:制造高黏附性的管状薄膜(5),它们基于醋酸乙烯酯共聚物复合物、聚异丁烯复合物、在线性低密度聚乙烯薄膜中有离子体的复合物。
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