CN1488490A - 吹塑薄膜的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种吹塑薄膜的生产方法，其包括：通过圆口模头将处于熔化状态的原料树脂挤出而形成管形薄膜；通过引入管形薄膜内空间的气体介质的压力使所述管形薄膜膨胀，同时将管形薄膜冷却而通过吹出冷却空气至管形薄膜的外表面而使其固化，并在导向元件逐渐压平的同时拉出薄膜，其中，将第一次与导向元件接触时固化的管形薄膜的温度Tf(℃)调节至不高于Tr(5)[℃]；其中，Tr(5)代表管形薄膜的热变形比变成5％时测得的温度，测量时，负载的应力值等于在薄膜生产条件下导向元件接收的摩擦力。

Description

吹塑薄膜的生产方法
相关申请
本申请基于2002年08月30日提交的日本第2002-254087号专利申请，该申请的所有内容引入本文作为参考。
技术领域
本发明涉及吹塑薄膜的生产方法。
背景技术
吹塑技术广泛用于生产由热塑性树脂制造的膜，热塑性树脂例如为聚烯烃，包括低密度聚乙烯，高密度聚乙烯等，其原因是进行吹塑的设备相对简单且便宜。
图1示意说明了通过吹塑技术生产薄膜的常规设备。按照该设备，将熔化的热塑性树脂通过挤出机的圆口模头2挤出，拉伸挤出的管形薄膜4并进行冷却，同时，向管形薄膜的内空间中引入气体介质如空气，从而通过气体介质的压力作用而使管形薄膜可膨胀至预定尺寸。然后，使管形薄膜4固化至具有最终的直径，再通过一对导向元件11进行导向，所述导向元件11由平板设置成V形而构成，以引导管形薄膜的相对表面相互接近，从而使管形薄膜4被逐渐压平。再使薄膜通过一对夹膜辊而得到折叠压片，即折叠管形薄膜。
此后，将折叠压片转化成两片分开的平膜，其具有由纵切机切割的折叠压片突出部。然后，将压平的管形薄膜或形成的平膜围绕卷取辊缠绕。
就吹塑技术而言，已提出了各种尝试。例如，日本第109274/1997号发明专利申请公开了一种水骤冷吹塑技术，其中，用水快速冷却膨胀至预定尺寸的管形薄膜的外表面。按照该方法，通过调节管形薄膜的冷却速度，管形薄膜的内表面温度保持在足够高，使得在其通过一对卷取辊而使管形薄膜内表面的相对部分熔合在一起。
日本第109274/1997号发明专利申请公开指出，所述方法的优点在于，由于抑制了薄膜的阻塞，因此可高速拉出形成的薄膜。此外，通过快速冷却方法，水骤冷吹塑技术通常提供高度透明的薄膜。
日本第2001-239583号发明专利公开了一种在高速和优良稳定性下制备高透明吹塑薄膜的方法。按照该方法，吹塑过程符合下述条件：
             a×b≥1600和
             a×c≥720
其中，“a”表示吹塑的薄膜的厚度，单位为μm，“b”表示吹塑薄膜时吹塑速度，单位为米/分钟，“c”表示熔化的树脂冷却时冷却速度的峰值，单位为℃/秒。
日本第29243/1998号发明专利公开了一种通过空气骤冷吹塑技术制备薄膜的方法，其特征在于，熔体流速为3-8的芳族结晶热塑性树脂由圆口模头向下挤出，其温度调节至等于或低于该芳族结晶热塑性树脂的熔点。按照日本第29243/1998号发明专利，可采用尺寸紧凑的设备由芳族热塑性树脂低成本地制备高透明性薄膜。同时，日本第29243/1998号发明专利公开了一种吹塑薄膜的生产设备，其中，导向元件和卷取辊集成为一个单一装置，其可向上和向下移动。
在形成吹塑薄膜时，通常需要指出，原料树脂比较粘稠，形成的吹塑薄膜有可能会有间隙和/或褶皱，这使得薄膜的市场价值变低。
发明内容
基于上述内容完成了本发明，本发明的目的是提供吹塑薄膜的生产方法，生产的吹塑薄膜具有平滑的表面，不会形成间隙和/或褶皱，甚至可采用热塑性树脂作为原料树脂，如具有相当高粘性的工程塑料，即具有高弹性模量和低断裂伸长。
经过深入研究，本发明的发明人发现，采用空气骤冷吹塑技术生产薄膜，并同时充分降低管形薄膜在通过冷却而固化管形薄膜而到达导向元件时的温度，如上所述的突出的问题可有利地得到解决。基于这一发现，本发明的发明人完成了本发明。
更具体地说，本发明提供了一种空气骤冷吹塑技术生产吹塑薄膜的方法，其包括：通过圆口模头将处于熔化状态的原料树脂挤出而形成管形薄膜；通过引入管形薄膜内空间的气体介质的压力使所述管形薄膜膨胀，同时将管形薄膜冷却而通过吹出冷却空气至管形薄膜的外表面而使其固化，并在导向元件逐渐压平的同时拉出薄膜，其中，将第一次与导向元件接触时固化的管形薄膜的温度Tf(℃)调节至不高于Tr(5)[℃]；其中，Tr(5)代表管形薄膜的热变形比变成5％时测得的温度，测量时，负载的应力值等于在薄膜生产条件下导向元件接收的摩擦力。
为了抑制在吹塑形成薄膜时出现间隙和/或褶皱，从各个考虑角度进行了研究，并进行了各种尝试。例如，可提及下述技术：
(1)采用导向元件与管形薄膜以熔化状态被膨胀的位置之间设置热绝缘圆柱形夹套，以防止管形薄膜的温度不希望发生的降低[参见日本第53728/1992号发明专利申请公开]。
(2)采用设有气体吹出口的导向板(导向元件)，以使在拉出薄膜的过程中，通过由导向板上的气体吹出口吹出的气体向内挤出固化的管形薄膜[参见日本第7120/1992号发明专利申请公开]。
(3)采用备有振动吸收机构的辊，以减少在管形薄膜上由导向元件接受的摩擦力，并减少在管形薄膜拉出过程中发生的振动[参见日本第2000-289106号发明专利申请公开]。
(4)采用熔化树脂接触的具有气体可渗透部分的一对柔性导向元件，以将缠绕、冷却并配制由模头挤出的熔化的树脂而形成压平的薄膜[参见日本第2001-162667号发明专利申请公开]。
但是，需要指出，本发明在解决手段方面是完全不同于目前提出的公知的方式。
附图说明
参考附图，通过以下对本发明优选实施方式的描述，会更为清楚地理解本发明。但是，这些实施方式和附图仅用于说明和解释，无论如何不是对本发明保护范围的限制。在附图中，相同的参考标号用于指定在几个附图中相同的部件：
图1是按照吹塑技术常规生产设备的示意图；
图2是显示本发明优选实施方案吹塑薄膜生产设备的示意图；和
图3是由热机械分析仪获得的下面将讨论的1-3和比较例1和2获得的薄膜温度与热变形比之间的关系图。
具体实施方式
可用于实施本发明的原料树脂包括烯烃树脂，如低密度聚乙烯(LDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，线形低密度聚乙烯(LLDPE)，聚丙烯，α-烯烃聚合物和乙烯与不饱和酯的共聚物；乙烯-乙烯基醇共聚物；软质聚氯乙烯；软质聚偏二氯乙烯；聚酰胺；聚苯乙烯；多芳基化合物；和热塑性液晶聚合物，如热塑性液晶聚酯。
就形成的薄膜的加工性能和耐热性而言，热塑性液晶聚合物的熔点优选为200-400℃，更优选250-350℃。
本发明的方法的特征在于，将第一次与导向元件接触时固化的管形薄膜的温度Tf(℃)调节至不高于前面所述的温度Tr(5)。
按照本发明的方法，在与导向元件接触时使管形薄膜充分冷却，从而可充分抑制不希望出现的管形薄膜变形，这种变形是由于导向元件造成的摩擦力作用产生的。因此，可以提供高质量的基本上无间隙和褶皱的薄膜。
在吹塑薄膜生产过程中，公知通过在用卷取辊折叠时对薄膜充分冷却可避免薄膜的阻塞。为此，普遍对由圆口模头挤出的熔化树脂调节冷却速度。但是，对于当与引导薄膜向着卷取辊的导向元件接触时固化的管形薄膜的温度作用，目前还未进行过彻底的调查。再次指出，本发明的发明人已经首次弄清楚，在与上述预定温度范围的导向元件接触时固化薄膜的温度调节可有效地抑制在薄膜上形成间隙和褶皱。
通过导向元件施加于管形薄膜上的摩擦力数值会根据生产条件而变化，如原料树脂的种类，构成导向元件的材料，导向元件的表面条件，温度，湿度和/或引入管形薄膜内空间的气体介质。在实施本发明的方法中，在薄膜的生产过程中，由导向元件向管形薄膜施加的摩擦力值(Fd)是考虑到各种上述因素后计算出来的。然后，采用初步实验测量当负载与摩擦力(Fd)等值的应力时的薄膜热变形比，然后测量在热变形比变成5％时的温度[Tr(5)]。采用该温度作为参考值，调节固化后的管形薄膜温度落入预定温度范围内。
首先参看图2，示意显示了本发明的吹塑薄膜生产设备。在该图中，以热塑性液晶聚酯作为原料树脂为例进行说明。由圆口模头2挤出熔化状态的原料树脂，形成管形薄膜4。虽然未显示，也设置了将气体介质引入熔化状态的管形薄膜4的内空间，从而使熔化状态的管形薄膜可通过气体介质的作用逐渐膨胀。当到达冷霜线10时，将在熔化状态下的该管形薄膜冷却并固化，所述冷却是通过由设置在紧邻圆口模头上方的冷却环吹出的冷却空气完成。从而，固化后的管形薄膜4与一对导向元件11接触，管形薄膜4的相对两面相互间紧密地设置。在所示的实施方案中，导向元件11具有平板形式，从而在其顶部间隔处形成V形。但是，需要指出，代替平板，导向元件11可为多个辊。导向元件11可由金属制造而成，如采用铝或不锈钢；由棉花，化学纤维等制成的织物纤维；聚合物，如聚四氟乙烯；纸浆材料，如波面纸板；玻璃状无机材料等。导向元件11还可以采用上述材料中的两种或多种的复合材料，如由聚合物和金属制成的板，或者，织物纤维缠绕于其上的塑料辊。同时，每种导向元件11可具有平滑的表面或者具有轻微不规整表面。
参看图2，风环31设置在导向元件11上方的位置与管形薄膜4的外表面相对。风环31可吹出冷却气体如空气至管形薄膜的外表面以冷却固化后的管形薄膜4。同时，温度传感器32设置在风环31上方及导向元件11的下方，如用于检测固化的管形薄膜4温度的红外温度传感器。
温度传感器32与中央处理器(CPU)33的输入端电联接，所述中央处理器具有输出端，连接调节器34和阀35。通过控制调节器34和阀35，该CPU33可调节由风环31吹出至管形薄膜4的冷却气体量，从而，当与导向元件11接触时，使固化的管形薄膜4的温度变成不高于前面讨论的温度Tr(5)。
在薄膜生产过程中对管形薄膜4的温度进行控制的方式如下所述。首先，采用CPU33设定由初步实验确定的前面讨论的温度Tr(5)(步骤1)。同时，通过温度传感器32检测在管形薄膜4与导向元件11接触时的温度，通过CPU33读取检测的温度(步骤2)。此后，CPU33对两个数据进行比较，并确定管形薄膜4的温度是否不高于[Tr(5)](步骤3)。如果管形薄膜4的温度高于预定温度[Tr(5)]，则从风环31吹出至管形薄膜4的空气量应当增加，以响应来自CPU33的输出信号(步骤4)。另一方面，如果管形薄膜的温度不高于预定温度[Tr(5)]，则可省略描述为“步骤4”的步骤，并重复步骤2之后的过程。这样，对在与导向元件11接触时管形薄膜4的温度进行控制，使所述温度值不高于预定温度。
应当指出，虽然在图2中显示出原料树脂，并描述为由圆口模头2向上挤出以形成管形薄膜4，但本发明可应用于由圆口模头使原料树脂向下挤出或从侧面挤出。
此外，还应当指出，管形薄膜4的温度可通过以下手段控制到不超过预定温度[Tr(5)]，(A)在沿管形薄膜4被拉出的方向上移动导向元件11(向上和向下)，(B)调节管形薄膜4周围的大气温度，或(C)调节由风环31吹出的气体介质的温度。
以下，通过具体实施例说明本发明的薄膜生产方法，但这些实施例并非对本发明保护范围的限制。应当指出，通过以下方式对薄膜的热变形比，外观和薄膜厚度变化进行评价：
(1)热变形比：
采用热机械分析仪[“TMA-50”，由Shimadzu Corporation生产]，切割出宽度为5mm，长度为20mm的试验用薄膜，并对其确定温度下的长度变化值进行实验，其中，在薄膜的机械轴向上负载试验用薄膜，采用预定值的应力，该应力值等于薄膜由导向元件接受的摩擦力。在预定温度下的热变形比根据观察到的温度变化值进行计算。
在不同温度下测量长度变化。绘制热变形比值以图示说明温度与热变形比间的关系。
根据图形，确定热变形比变成5％时的温度。
(2)外观
目视观察形成的1000米薄膜样品，并对其进行评价。
优：未观察到褶皱。
良：观察到1-10个褶皱。
中：观察到11-50个褶皱。
差：观察到51个或更多的褶皱。
(3)薄膜厚度变化
将形成的薄膜在机械轴的方向(MD)上切割，得到长度为4m的样品。将样品的薄膜厚度在20个点处进行测量，在MD方向上间隔20cm，在与MD垂直的方向(TD)上的24个点处进行测量，即总共480(＝20×24)个点上测量，最大薄膜厚度与最小薄膜厚度间的差值取为薄膜厚度的变化量。
实施例1
采用图2所示和所述结构的设备，在下述条件下对热塑性液晶聚酯(“VECTRA A950”，由Polyplastics Co.，Ltd.生产)进行吹塑，得到管形薄膜，其平均厚度为25μm，平均折叠宽度为314mm。圆口模头2包括外径为49.5mm的内部元件和内径为50.0mm的外部元件。挤出的熔化原料树脂量设置为13kg/hr；拉出薄膜时的薄膜卷取速度设定为9.9m/min；冷霜线10位于圆口模头2上方300mm处。同时，风环31位于圆口模头2上方1,000mm处，两个导向元件11的长度均为2m，是由不锈钢板(SUS 304)制造的，将导向元件设置成V形，它们最低端位于圆口模头2上方2,000mm处。导向元件11的低端间距为200mm，上端间距为20mm。通过控制从风环31吹出的空气量，将在第一次与导向元件11接触时薄膜4的温度(Tf)调节至100℃。
形成的薄膜的外观与厚度变化如表1所示。
在薄膜的生产过程中，由导向元件11施加于管形薄膜4上的摩擦力计算为0.32N/mm。
从形成的薄膜上切割在MD上长度为20mm和在TD上宽度为5mm的试验薄膜，并在试验薄膜上负载等于薄膜由导向元件接受的摩擦力的应力的条件下测量热变形比。
热变形比变成5％时的温度[Tr(5)]为120℃。
比较例1
重复实施例1的过程，只是不采用风环31，吹塑薄膜，薄膜平均厚度为25μm，平均折叠宽度为314mm。在该比较例中，第一次与导向元件11接触时管形薄膜4的温度为160℃，而在到达导向元件11的上端时的温度为140℃。
形成的薄膜的外观与厚度变化如表1所示。
在薄膜的生产过程中，由导向元件11施加于管形薄膜4上的摩擦力计算为0.32N/mm。
从形成的薄膜上切割在MD上长度为20mm和在TD上宽度为5mm的试验薄膜，并在试验薄膜上负载等于薄膜由导向元件接受的摩擦力的应力的条件下测量热变形比。
热变形比变成5％时的温度[Tr(5)]为120℃。
比较例2
重复实施例1的过程，只是对由风环31吹出的空气量进行控制，以调节第一次与导向元件11接触时管形薄膜4的温度为130℃，得到吹塑薄膜，薄膜平均厚度为25μm，平均折叠宽度为314mm。在该比较例中，管形薄膜4的温度在到达导向元件11的上端时为110℃。
形成的薄膜的外观与厚度变化如表1所示。
在薄膜的生产过程中，由导向元件11施加于管形薄膜4上的摩擦力计算为0.32N/mm。
从形成的薄膜上切割在MD上长度为20mm和在TD上宽度为5mm的试验薄膜，并在试验薄膜上负载等于薄膜由导向元件接受的摩擦力的应力的条件下测量热变形比。
热变形比变成5％时的温度[Tr(5)]为120℃。
           表1
    形成薄膜的评价
   外观  薄膜厚度变化
实施例1    优   5μm
比较例1    差   10μm
比较例2    中   6μm
实施例2
采用图2所示和所述结构的设备，在下述条件下对热塑性液晶聚酯(“VECTRA C950”，由Polyplastics Co.，Ltd.生产)进行吹塑，得到管形薄膜，其平均厚度为50μm，平均折叠宽度为314mm。圆口模头2包括外径为39.0mm的的内部元件和内径为40.0mm的外部元件。挤出的熔化原料树脂量设置为26kg/hr；薄膜卷取速度设定为10m/min；冷霜线10位于圆口模头2上方350mm处。同时，风环31位于圆口模头2上方1,000mm处，两个导向元件11的长度均为2m，是由不锈钢板(SUS 304)制造的，将导向元件设置成V形，它们最低端位于圆口模头2上方2,000mm处。导向元件11的低端间距为200mm，上端间距为20mm。通过控制从风环31吹出的空气量，将在第一次与导向元件11接触时薄膜4的温度(Tf)调节至120℃。
形成的薄膜的外观与厚度变化如表2所示。
在薄膜的生产过程中，由导向元件11施加于管形薄膜4上的摩擦力计算为0.3N/mm。
从形成的薄膜上切割在MD上长度为20mm和在TD上宽度为5mm的试验薄膜，并在试验薄膜上负载等于薄膜由导向元件接受的摩擦力的应力的条件下测量热变形比。
热变形比变成5％时的温度[Tr(5)]为140℃。
实施例3
采用图2所示和所述结构的设备，只是长度为2m，由不锈钢板(SUS 304)制造的导向元件11上涂敷有玻璃纤维增强的Teflon层(FGF-500-4，由Chukoh Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha生产)，并且，通过控制从风环31吹出的空气量，将在第一次与导向元件11接触时薄膜4的温度(Tf)调节至130℃，得到管形薄膜，其平均厚度为25μm，平均折叠宽度为314mm。
形成的薄膜的外观与厚度变化如表2所示。
在薄膜的生产过程中，由导向元件11施加于管形薄膜4上的摩擦力计算为0.15N/mm。
从形成的薄膜上切割在MD上长度为20mm和在TD上宽度为5mm的试验薄膜，并在试验薄膜上负载等于薄膜由导向元件接受的摩擦力的应力的条件下测量热变形比。
热变形比变成5％时的温度[Tr(5)]为145℃。
           表2
    形成薄膜的评价
  外观  薄膜厚度变化
实施例2   优  6μm
实施例3   良  5μm
虽然结合仅用于说明目的的优选的实施方案并参考附图完整地描述了本发明，但本领域的技术人员在阅读了本发明的说明书后显然可以想象很多种变化和改进。因此，除非与本发明保护的范围有异，这种变化和改进均包括在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种吹塑薄膜的生产方法，通过空气骤冷吹塑进行，其包括：
通过圆口模头将处于熔化状态的原料树脂挤出而形成管形薄膜；
通过引入管形薄膜内空间的气体介质的压力使所述管形薄膜膨胀，同时将管形薄膜冷却而通过吹出冷却空气至管形薄膜的外表面而使其固化，并在导向元件逐渐压平的同时拉出薄膜，其中，将第一次与导向元件接触时固化的管形薄膜的温度Tf(℃)调节至不高于Tr(5)[℃]；
其中，Tr(5)代表管形薄膜的热变形比变成5％时测得的温度，测量时，负载的应力值等于在薄膜生产条件下导向元件接收的摩擦力。
2.根据权利要求1的方法，其中，处于熔化状态的原料树脂以向上的方向由圆口模头挤出。
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