TWI524983B - 用於熱塑膜材料之縱向定位的方法及裝置 - Google Patents

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Description

用於熱塑膜材料之縱向定位的方法及裝置
本發明係關於一種用於熱塑膜材料之縱向定位的方法及裝置，特別對已在相當低溫下單軸拉伸之薄膜的正交積層片之製造有所期待。
已知藉由下列定向步驟在正交積層片中獲得最好的全方位強度性質：首先，在從擠壓模頭抽出期間進行一強、幾乎單軸的熔融定向；或仍然較好的是，當聚合物材料呈半熔融時進行幾乎單軸的定向，然後在相當低溫下進一步定向。“全方位強度性質”於此指為抗張強度、屈服點、抗撕裂蔓延性及耐刺穿性之組合。為何此定向步驟組合較佳尚難以獲得令人滿意的說明，但是可簡單地說當在這些步驟中進行定向時，分子鏈將具有寬範圍不同程度的定向，及相當低定向的那些將幫助該薄膜當其遭受撕裂或刺穿力量時再定向，而取代裂開。
但是，在低溫下拉伸會例如於由高密度聚乙烯(HDPE)或整規或間規聚丙烯(PP)所組成之薄膜中發生明顯問題。一方面，此問題為當縱向拉伸一薄膜時，其在橫向方向上會有高度的收縮傾向；同時如其厚度將減低。就所達成的性質而言，當溫度低(例如，在10-40℃間，其對HDPE及PP來說為最理想的拉伸溫度範圍)時，此趨勢最高。另一方面，此問題為在這些低溫下，該材料會在合理長的區域內趨向於“頸縮(neck in)”，而取代逐漸發展出定向。此意謂著該拉伸必需在緊密間隔開之拉伸輥或拉伸棒間進行，除非採取特別將會防止該薄膜在橫向方向上經歷不得不的收縮之預防措施。
在本發明家的專利US 3233029(其在約40年前公告)中，已提出此問題的解決方案，換句話說，其藉由在拉伸前於一或多個短拉伸區域內縱向打摺來“預計”該薄膜趨向於實質上部分橫向收縮，如其將在本申請專利範圍第1項的介紹中更精確切地表示。
在此專利中，所描述的打摺機制由二組間隔開安裝在軸上之碟片組成，其中一組在薄膜上及一組在下面以變成打摺，以便在一組中的碟片嚙合在其它組之碟片間。因此，迫使該薄膜形成摺疊或捲旋。其進一步揭示該薄膜應該通過一冠形輥(採用其，以便讓在薄膜邊緣上的應力等於中間)較佳。冠形意謂著該輥在中間具有最大直徑，該直徑朝向其末端逐漸減少。最後，其揭示出可合宜地藉由以毛氈覆蓋拉伸棒且保持此毛氈溼潤以在拉伸區域中冷卻該薄膜較佳。水亦藉由其潤滑作用幫助讓薄膜橫向收縮來消除打摺。在最後產物中並無打摺餘留。
本發明家進行操縱以讓此舊發明可作用在有彈性的HDPE及PP中，但是此僅作用在相當窄的寬度上而不足以用於工業製造，例如正交積層的工業用袋子或正交積層的蓋板。當嘗試將本發明應用至較硬的薄膜(諸如從平面(plain)HDPE或PP製得之薄膜)時，或當嘗試應用在較大寬度(例如，1公尺寬)的薄膜上時，由薄膜所施加之橫向力量總是以細的縱向延伸線形式造成該薄膜橫向拉伸。此顯示出施加縱向打摺因此允許薄膜在縱向拉伸期間橫向收縮的原理至今僅在亦產生橫向拉伸及沿著窄的縱向線衰減之條件下工業地進行。
所描述的問題由從申請專利範圍第1項的特徵部分所顯露出之改良克服。藉由所提及的會聚方式遞送該薄膜，由打摺裝置所發揮的橫向作用力會減低及可藉由最佳化地調整而幾乎完全消除，以便避免經橫向拉伸、減弱的縱向線形成。將在特定的描述中討論較佳的打摺程度，即，在打摺前與打摺後之薄膜寬度間的比率(後者沿著從邊緣至邊緣的直線測量)。
本發明對主要由HDPE、PP或這些聚合物之摻合物所組成的薄膜之相關的縱向拉伸具有特別的重要性，因為該薄膜其相當低的價格、硬性及可達成的強度性質，讓其最合適於使用在工業物件(諸如例如，工業用袋子、蓋板、防水布、補強的瀝青板、池塘襯墊、溫室薄膜及“家用纏繞膜”)的正交積層片中。但是，若此呈窄長條形式的薄膜可在或接近正常室溫下經定向時，本發明亦可應用至全部其它熱塑性聚合物材料薄膜。至於實施例，本發明可應用至以聚醯胺類、聚酯類為主的薄膜，諸如聚對酞酸乙二酯、聚偏二氯乙烯及氯乙烯與偏二氯乙烯之結晶共聚物。亦預計其對以可冷拉伸之生物可降解的聚合物材料為主之薄膜變成有用。
最合宜的是，該減少區域應該不超過原始薄膜寬度的3倍，不超過兩倍較佳及不超過相等寬度又更佳。
上述已提及在相當低溫下拉伸的優點，且根據本發明之拉伸應該正常在溫度不高於60℃(不高於50℃較佳及不超過40℃又更佳)下進行。該欲拉伸的薄膜可呈扁平管(lay-flat tube)形式。此對從單軸定向薄膜來製造正交積層片具有特別的參考性，因為此正交積層片的正常製造方法包括一螺旋狀切割縱向定向管之步驟。
在本發明的較佳具體實例中，該下游輥或輥總成包含至少一個香蕉型輥，其中其凸面側指向該上游輥總成。“香蕉型輥”為正常使用於一具有彎曲軸線的輥(其通常形成如為圓形的弧)之名稱。香蕉型輥正常使用來移除皺紋或打摺，但是於此使用於相反用途。就其最簡單的形式來說，一香蕉型輥由一稍微彎曲放進橡膠管(其可在此軸上轉動)中的軸組成。該管正常經例如滑石潤滑。在更多的工業設計中，於彎曲軸與橡膠管間有一緊密並連在一起的球軸承或滾子軸承陣列。該橡膠管可例如由一環陣列(其每個安裝至一軸承)取代。
該香蕉型輥之彎曲度可調整。習知香蕉型輥之調整熟知且可藉由調整軸末端的角位置來進行。為了允許可變的彎曲，該軸從複合物(例如，埋入聚合物材料中之玻璃纖維或碳纖維)製得較佳。
不論是使用具有可調整或固定彎曲度的香蕉型輥，彎曲半徑由收縮區域的長度及所選擇的打摺程度決定。此將在特定的描述中解釋。
至於使用至少一個香蕉型輥作為下游輥或作為下游輥總成的部分之工藝同等物，於此可提供許多短輥，其以一起形成接近圓形的弧之多邊形的部分之此方式各別安裝。
當該薄膜離開減少區域的下游部分之最後輥或輥總成而朝向拉伸輥或棒繼續進行時，其以實質上垂直其在減少區域內之移動的方向導引較佳，且與此垂直方向偏離不超過10°較佳。如其應該進一步以相關的圖形說明解釋，提供此預防措施以便均衡薄膜在其寬度上之縱向張力。
類似於下游輥或輥總成之架構，該上游輥或輥總成可合宜地由香蕉型輥或數個平行的香蕉型輥組成，其中該輥的凹面指向該下游輥或輥總成。該香蕉型輥形成弧形較佳，其中該弧在任何場所處的切線與由下游輥或輥總成所產生之薄膜張力垂直。此意謂著若該上游及下游輥為香蕉型輥時，這些輥通常形成同中心的弧。此在較佳具體實例的特定說明中進一步闡明。
可優良地以一突出的圓形段部分之陣列來提供該上游香蕉型輥或上游香蕉型輥的最後一個，以便開始打摺。亦類似於下游減少區域的架構，可將每個香蕉型輥之彎曲度製成可調整。
如已提及，該薄膜從該減少區域的下游部分出去且與其在此區域內的移動呈實質上垂直較佳。亦較佳且為了類似的理由，以與其在該減少區域內的移動呈實質上垂直之方向(且偏離此方向最高10°較佳)朝向第一上游輥遞送。
除了在至減少區域的輸入口處使用一或多個香蕉型輥外，該上游輥或輥總成可為一冠形輥或在直軸上一起形成冠形的短輥之輥總成，其中該短輥經由可彼此各自獨立地轉動的軸承與一共同軸連接。
藉由安裝在上游輥或輥總成與下游輥或輥總成間之有溝紋的香蕉型輥，或以其它方式藉由陣列或互相咬合的碟片來協助在該減少區域內的寬度逐漸減少較佳。用於此目的之有溝紋的香蕉型輥可由不同外徑之交替接續的碟片組成或由提供溝紋的短輥段組成，藉此該碟片或輥段經由軸承安裝在一彎曲軸上或它們本身可作用為軸承。
較佳的是，不以固定方式設定在二個此有溝紋的香蕉型輥間之咬合，而是藉由嘗試將二個有溝紋的香蕉型輥推在一起之可調整的力量將該咬合製成可變。此可調整的力量可藉由彈簧、氣壓式設備或藉由重力產生。當該打摺不規則(如通常在開始處)時，嘗試增加咬合的力量以最強烈地作用在打摺程度最低之薄膜上。假如將二個有溝紋的香蕉型輥推在一起之設備已經藉由實驗合適地調整，逐漸打摺將遍及該薄膜之寬度變均勻。
若以固定方式設定在有溝紋的香蕉型輥間之咬合而沒有採取特別的預防措施時，或若嘗試將輥推在一起之可調整的力量設定成太高時，結果可為有溝紋的香蕉型輥將對打摺程度最低之薄膜進行橫向拉伸(取代逐漸製得均勻的打摺)，藉此產生縱向延伸的細線。
已發現當該薄膜通過平滑香蕉型輥或平滑或直輥時，在均勻打摺的薄膜中，於零或低張力下打摺之系統趨向於變成無規化。此會在薄膜已永久伸長前發生與使用在本發明中的平滑輥相關之問題。為了抵消此無規化，可在此平滑輥之緊接著作用的上游及緊密鄰近其處有一引導設備。這些設備可較佳為採用來將全部打摺摺疊在相同邊上之輪帶。
以數個步驟與數個咬合型有溝紋的香蕉型輥組或碟片陣列來進行如所描述的打摺較佳，且讓在該組中的陣列之間距從較粗的打摺發展至較細。
除了所描述般使用有溝紋的香蕉型輥外，可藉由一組窄輸送帶跟隨及引導該薄膜通過此區域的至少一部分來幫助寬度在該減少區域內逐漸減少，如此二組的窄帶會在會聚進展期間於該區域中彼此逐漸越來越咬合。
本發明亦關於合適於進行上述描述的方法之任何裝置，並強調具有溝紋合適於形成或控制打摺之香蕉型輥本身視為一種發明。
現在，應該參考圖形更詳細描述本發明。
圖式簡單說明
第1圖為一相片闡明，在透視圖中，薄膜於縱向定位期間橫向收縮的趨勢之基本原則允許讓薄膜以打摺狀態進料至拉伸區域中。照片顯示出在描述於實施例1之拉伸前及後的扁平管狀薄膜(主要由HDPE組成)樣品。該樣品採截自在停止期間於冷拉伸機器外者。
第2a及2b圖為一顯示出機械方向拉伸線之主要示意圖，其包括用來在拉伸前打摺薄膜之裝置。第2a圖顯示出整條線，其為一包含沿著在第2b圖中的a-a之剖面的垂直剖面。第2b圖為沿著在第2a圖中的b-b之水平剖面。為了清楚闡明的目的，在不同輥間之距離(與輥直徑比較)通常顯示出不成比例地短。亦未顯示出該打摺輥之有溝紋的表面圖案。
第3圖顯示出一概略剖面，經由該軸線，一咬合型有溝紋的輥對段可形成、調整或控制該打摺。在該有溝紋的輥為香蕉型輥之實例中，其應該了解為一摺紋圖。
第4a及b圖為一幾何圖形，其提供作為計算打摺製程參數的基礎。
第5圖顯示出有溝紋的香蕉型輥之較佳工藝架構(如第3圖的原理)之細節，但是其為更堅固及耐用的架構。
第6圖顯示出一香蕉型輥在寬度減少區域之輸入口或引出口處的中間之詳細架構。
第7圖以圖式透視圖顯示出當該等打摺壓平在平滑輥上時，打摺薄膜的數個位置。為了清楚的目的，未顯示出引導輪帶及平滑輥。
第8圖顯示出第6圖的另一種香蕉型輥，換句話說形成接近圓形之弧的多邊形之部分的短平滑輥陣列。
第9圖顯示出類似於第3及5圖之另一種有溝紋的香蕉型輥，換句話說形成接近圓形之弧的多邊形之部分的短、有溝紋的輥陣列。
在第1圖的相片中，指出如為(1)之區域為在已進行任何定向前之已打摺的HDPE薄膜。區域(2)已經通過在15℃下拉伸(換句話說，以比率1.5：1)的第一步驟，藉此其已變成在加壓下延伸且彼此十字交叉之“拉伸線”內經機械方向定向。該薄膜除了其熔融定向外多數仍然未定向。可直接觀察由冷拉伸所產生的定向，因為來自HDPE或PP之薄膜在溫度低於約40-50℃下的拉伸會產生封閉的微空洞(其作用如為白色顏料顆粒)。此熟知。
區域(3)已經通過第3拉伸步驟(在實施例(1)中的最後步驟)且已到處轉變成白色，同時該經加壓之十字交叉拉伸線已逐漸增加及發展成一在巨觀規模上均勻的結構。在那時，該薄膜已於橫向方向中收縮且打摺已消失。在鬆弛前之最後拉伸比率為3.8：1及在鬆弛後為2.8：1。
所描述的定向製程之發展(從加壓、互相十字交叉的“拉伸線”開始，繼續為這些“線”一起逐漸發展及增加)意謂著最後的定向薄膜以微觀程度觀看時變成不均勻。具有零或幾乎零定向(除了熔融定向外)的薄膜將到處有微區域，且在毗連的微區域中該定向對該定向形成小角度之薄膜將到處有微區域。此微不均勻類型將幫助薄膜當接受橫向力量時進行再定向，因此對抗撕裂蔓延性及耐刺穿性來說，從此拉伸薄膜所製得之正交積層片非常優良。
如從實施例1顯露，用來打摺之最後有溝紋的輥每個之間距已為15毫米，及該打摺的平均“波長”到此為止符合。該打摺所需要的細度依在冷拉伸期間之橫向收縮力量及在該薄膜與遏阻拉伸輥間之摩擦力而定。低橫向收縮力量及/或高摩擦力需要特別細微的打摺。
在第2a及b圖中，從捲軸(5)取得薄膜(4)且讓其通過軋輥(6)，藉由自動張力測量並提供制動系統(無顯示)以將張力保持在調整值處。
該薄膜從輥對(6)行進通過一區段(其將在相關的第4b圖中討論)至作用為至寬度減少區域的輸入口之第一平滑香蕉型輥(14)。在此區域之引出口者為平滑香蕉型輥(15)，及在該等平滑香蕉型輥間安裝三對互相咬合型有溝紋的香蕉型輥(16、17及18)。由該平滑香蕉型輥(14)的圓形軸線所決定之平面基本上與由該平滑香蕉型輥(15)的圓形軸線所決定的平面相同，然而其可允許小偏差，且類似地，由每個有溝紋的輥之圓形軸線所決定在寬度減少區域中之平面接近隨後的相同平面。香蕉型輥的圓形軸線基本上全部同中心。這些圓形弧的半徑之選擇在相關的第4a圖中討論。
如在一般描述中討論，三對有溝紋的香蕉型輥每對在調整之壓力下持續一起加壓，但是此未顯示在圖形中。
當通過平滑香蕉型輥(15)上時，該薄膜改變方向及在接近垂直方向之角度下從此輥出去，其接著通過寬度減少區域。以此方式至在該機器的拉伸部分中之第一輥(即，輥(7))，其通過二對互相咬合、直的有溝紋的輥(19及20)。這二對有溝紋的輥亦在調整之壓力下(設備未顯示)持續一起加壓。
香蕉型輥(14)及(15)及全部有溝紋的輥(彎曲或直的)皆為空輥。
緊接在平滑輥(15)及(7)每個之上游且緊密鄰近這些輥每個有一引導設備，以避免該平滑輥讓該均勻的打摺無規化。為了清楚的目的，這些引導設備於此未顯示出，但是可參考第7圖及相關的描述。
該薄膜之打摺主要由同中心安排的香蕉型輥(14)及(15)與在該薄膜中之張力組合所造成。但是，這些設備單獨將正常產生粗且不均勻的打摺。
在所描述的安排中，於輥對(16)上之溝紋分隔相當大，因為其需要相當低的力量以形成粗、均勻的打摺或捲旋，且因為在此位置處所形成的細微打摺當進行至輥對(17)時會趨向於轉成粗的打摺。
在輥對(17)上的間距採用為由輥對(16)所形成之打摺數的雙倍，且將在輥對(18)上的間距製成進一步加倍。平滑香蕉型輥(15)將該些打摺或捲旋壓平，如描述在相關的第7圖中。可有一引導設備以保證以均勻方式來進行此。為了避免打摺在從輥至輥的路上發展成較粗，從輥對(17)至輥對(18)及從輥對(18)至輥對(15)的距離相當短。
在至咬合型直的有溝紋的輥(19)之路上，該打摺再次採用起立形式。在輥(19)上的間距採用為將打摺數帶回至由輥對(17)所形成的數目。如此選擇，因為雖然有所描述的引導輪帶，該平滑香蕉型輥(15)會在壓平打摺之安排中造成某些失序，然後需要較大的間距再建立該次序。打摺或捲旋數目再次藉由通過輥對(20)而加倍，然後藉由平滑驅動輥(7)及塗佈橡膠的軋輥(8)維持。
在輥(15)與(19)間之距離相當長。此選擇的理由在相關的第4b圖中討論。在輥對(20)與輥(7)及(8)間之距離短，以避免細微的打摺發展成較粗。(該圖形在這些點上未相當照比例。)
平滑經驅動的輥(7)及其塗佈橡膠的相對輥(8)在拉伸期間由平滑輥(9)(其在基本上與輥(7)相同的圓周速度下驅動)幫助保留在該薄膜上。
亦驅動平滑輥(10)、(11)及(12)。輥(13)為一塗佈橡膠的軋輥。輥(10)比輥(9)移動較快，以進行第一拉伸步驟；輥(11)比輥(10)移動較快，以進行第二拉伸步驟；及輥(12)比輥(11)移動較快，以進行第三拉伸步驟。輥(7)至(12)每個藉由循環水維持在固定溫度。此溫度可等於、稍微低於或稍微高於正常室溫。若選擇例如在30℃或40℃下拉伸時，該薄膜必需預熱，而此可藉由將環境保持在此高溫下最簡單地達成。
從所描述的拉伸線觀看，該薄膜繼續進行至退火站，於此該薄膜將加熱例如至60-80℃且允許鬆弛。此為習知裝置且在圖形中由盒子(114)表示。但是應注意的是，該薄膜當允許鬆弛時將發展成較寬，因此將趨向於再形成一部分打摺的形式，除非此例如藉由使用數個香蕉型輥來避免。
薄膜在鬆弛期間的張力由輥(115)及(116)之速度設定，後者具有一塗佈橡膠的相對輥(117)，及此張力藉由張力測量香蕉型輥(118)自動控制。最後，該薄膜捲撓在捲線機(119)上。
顯示在第3圖中之原始有溝紋的空輥可如所提及般為直的或彎曲。因此，例如，該二條軸線(20)可了解如為從與紙平面垂直的平面摺出。調整該打摺形狀及藉由環(22)(其在固定軸(23)上空轉)製成均勻。環(24)將環(22)保持成彼此精確地間隔開。環(22)及(24)從自潤滑材料(例如，鐵弗龍(Teflon))製得。
在打摺/拉伸機器線開始期間，每對有溝紋的輥應該彼此不嚙合。當該線與該薄膜開始運轉時，咬合逐漸建立(例如，藉由氣壓式設備)，如此將在一般描述中解釋。更穩定之有溝紋的香蕉型輥之架構顯示在第5圖中，當然，打摺用之直的有溝紋的輥可製成到處轉動且在末端處具有軸承。
在下列與第4a圖相關之計算中，已製得模擬，其中二個平滑香蕉型輥(各別在第2a圖中之(14)及(15))的軸線(在此圖形中為(AB)及(CD))等於其凸面及凹面形狀之半徑。此模擬可允許，因為其截面的半徑正常將少於3公分。
(A)、(E)、(G)、(I)及(C)代表該薄膜在該製程的不同步驟處之一邊邊緣；及(B)、(F)、(H)、(J)及(D)代表另一邊緣。從(A)至(B)的距離(沿著弧形測量)為該薄膜當其進入“寬度減少區域”時之寬度；及從(C)至(D)的距離(亦沿著弧形測量)為該打摺的薄膜當其從此區域出去時之寬度；(P)為5個弧形的同中心軸線之中心。
打摺程度為在未打摺、未拉伸的薄膜與已打摺的薄膜當此進入輥(7)(參見第2a圖)時之寬度間的比率。打摺薄膜的寬度於此從邊緣至邊緣筆直地測量。此比率基本上等於在弧形長度(AB)除以弧形長度(CD)間之比率，其依次基本上等於半徑(PA)除以半徑(PC)。
當數公分寬的薄膜長條以比率n：1在相當低溫下縱向拉伸時，其正常將趨向於幾乎相等地減少其寬度及厚度(即，二者皆以約n：1的比率)，但是稍微依其熔融定向而定。因此，例如，在拉伸比率4：1下，寬度及厚度二者正常以比率約2：1減低。對以比率4：1拉伸寬薄膜來說，已發現其約為HDPE或PP薄膜之沒有斷裂風險的最大拉伸(當拉伸溫度為約20℃時)，因此，打摺程度理論上應該為約2：1。拉伸比率4：1於此指為在拉伸期間並無鬆弛發生及薄膜仍然在最高張力下發生狀態。但是，事實上非常難以形成完美均勻的打摺，且為了保證在拉伸後無微量打摺餘留，已發現使用所提及的拉伸比率4：1及溫度約20℃，打摺程度在1.5：1至1.6：1間最適當。
在圖形中，半徑(PA)為半徑(PC)的1.5倍，其與打摺程度1.5：1相應。已進一步顯示出“減少區域”之長度等於完全打摺的薄膜(其已經發現相當適當)之寬度(弧形CD)。因此，在二個薄膜邊緣(AC)及(BD)間之角度為0.5弧度=28.6°。
在下列中，已進一步規定弧形(CD)及減少區域的長度為1.00公尺，弓的長度(AB)因此為1.5公尺。然後，半徑(PA)將為3.00公尺及半徑(PC)為2.00公尺。弧形(EF)可合適地位於弧形(AB)與弓(CD)間的中間，及弧形(GH)可合適地位於(EF)與(CD)間的中間。此意謂著弧形(EF)之半徑為2.50公尺及弧形(GH)之半徑為2.25公尺。如在相關的第2a圖中提及，弧形(IJ)應該非常接近弧形(CD)。已規定其半徑應該為2.08公尺。
在弧形(AB)與弦(AB)的中間之間的距離為3公尺×(1-cos0.25)=9.4公分。如已經在第1圖之說明中提及，所需要的打摺細度依橫向收縮力量及在薄膜與遏阻拉伸輥間之摩擦力而定。已發現若其標準規格基本上不超過0.10毫米時，在輥(7)上15毫米的間距正常合適於以HDPE或PP為基礎的管狀薄膜。隨著參考第2a圖之說明，通過平滑香蕉型輥(15)的打摺數目與此間距相應。因此，考慮不同半徑，在輥對(18)上之間距為15×2.08÷2.00=15.6毫米。建構輥對(17)以產生打摺量的一半，及其間距將為30×2.25÷2.00=33.75毫米。最後，建構輥對(16)以產生此一半的打摺數，及其間距將為60×2.5÷2=75毫米。若藉由在有溝紋的輥(14)上稍微且平滑的突出圓形段部分來製備打摺時，這些突出之間距將為60×3/2=90毫米。
幾何圖形第4b圖以垂直於第4a圖之平面的平面繪製及進行通過在第4a圖中稱為(K)及(L)之點。(M)為該薄膜離開輥對(6)之點，參見第2b圖。繪製在線(ML)上的(N)，使得(MK)=(MN)。
(MK)為該薄膜的中間從輥對(6)通過至香蕉型輥(14)之路徑，及(ML)為該薄膜邊緣通過相同輥間之路徑。因此，(LM)為在這二條路徑間之差異及此差異在張力上產生差異。已規定可允許1%的差異，及下列計算的目的為建立出該距離(KM)之最小長度。
角度(LKN)為圓周角度，因此為角度(KMN)的一半大，因為二者為小角度，可應用下列方程式：
轉換成：
(KM)×(LN)=1/2×(KL)2
另一個方程式(其表示出最大1%的距離差異)為：
(LN)=1/100×(KM)。
結合二個方程式可獲得：
(KM)2 =50(KL)2 ，(KM)=7.07×(KL)
如在相關的第4a圖中計算，(KL)=9.4公分，因此(KM)=7.07×9.4=66公分。
可在從輥(15)至輥(7)之波長差異re上進行類似計算。
在第5圖中，該有溝紋的香蕉型輥之可轉動的波浪狀部分由許多環(25)(其經由球軸承(26)固定至圓形彎曲軸(23))組成。墊圈(24)及(24a)保證球環的適合性能。
平滑香蕉型輥之架構(如顯示在第6圖)類似於顯示在第5圖中者，除了環(25)不具有波浪形狀及連接至機器支架在彎曲軸(23)中間處支撐其的桿(27)外。沒有此支撐在薄膜中的張力會扭曲由該軸之撓曲軸線所決定的平面。為了簡化圖形，支撐桿(27)顯示出與此平面(即，紙平面)平行，但是更實際的是，其應該安排相對於此平面呈歪斜以便最可能抵消薄膜張力。
與支撐桿(27)相應，有一“半環”(28)，其為此桿的延伸或固定至軸(23)。薄膜在此半環上滑動，及摩擦熱藉由將冷卻水泵入通過在桿中的管道(無顯示)移除。
在第7圖中，起立的捲旋(101)逐漸轉換成全部壓至相同邊之壓平打摺(103)。已顯示出一個於此之間的位置(102)。該等打摺如此一般在平滑香蕉型輥(15)及平滑的直輥(7)上全部壓平至相同邊，參見第2圖。進行此操作的裝置可為逐漸扭轉型薄金屬板之毛刷狀陣列。此意謂著在其上游末端處，它們通常與該平滑輥的軸線垂直及朝向其下游末端，其角度改變成與此軸平行。緊接著這二個平滑輥每個的上游沒有任何引導裝置，這些輥將趨向於讓該打摺無規化。此無規化亦可藉由簡單的毛刷或自由轉動的碟片陣列抵消至某些程度，但是此簡單安排將不會將打摺旋轉至相同邊。
在第8圖中，該有溝紋的香蕉型輥由許多短、直的有溝紋的輥(29)取代，每個在其末端處由球軸承(30)及(31)支撐。每對毗連的球軸承包裝在外罩(32)中，該外罩透過桿(33)固定至機器支架或用來打開及關閉在輥間之咬合的設備。
第9圖與第8圖相同，除了(如在第7圖中)無可轉動、經水冷卻、薄膜在其上滑動之“半環”外。
在固定軸上，短段可空載、經由球軸承連接至該軸。如所提及，此可為第一香蕉型輥(14)之合適的替代品。建立許多短、各自獨立地移動的段之冠形輥的優點為每段可遵循該薄膜速度，在輥表面上幾乎沒有任何滑動。
實施例
從下列組成物擠壓出100微米厚的管狀薄膜：
中間層，總共70%：100%的HMWHDPE；
內部表面層，總共10%：m.f.i.=1之LLDPE。
外部表面層，總共20%：60%的金屬茂PE+40%的LLDPE；m.f.i.=1。
壓平薄膜的寬度：54公分。在15℃下，於顯示在第2a及b圖之裝置中打摺及拉伸該壓平薄膜，且改質顯示在下列：
香蕉型輥(15)的半徑為1.00公尺及香蕉型輥(14)的半徑為1.50公尺，仍然提供打摺程度1.5：1。僅以二個步驟進行拉伸。省略有溝紋的輥對(16)。輥對(18)具有半徑1.06公尺及對(17)為1.15公尺。經驅動之有溝紋的輥(7)之間距為15毫米，且從此類似於與第4a圖相關的計算來計算其它有溝紋的輥之間距。
該拉伸輥的溫度藉由循環水維持在15℃。在70℃之烘箱(114)中，於低張力(由輥(118)與連接的裝置控制)下處理該薄膜。
拉伸比率(測量如為在拉伸輥之最後與第一組的速度間之比率)為2.8：1，及在鬆弛後之最後拉伸比率為2.8：1。
然後，螺旋狀切割該扁平管狀薄膜以產生單一薄膜，其中該主要定向方向與機器方向形成角度45°，且在70°下於軋輥間將其連續積層至類似薄膜，藉此該含金屬茂的層作用為積層層。
4．．．薄膜
5．．．捲軸
6．．．軋輥
7．．．平滑輥
8．．．塗佈橡膠的相對輥
9．．．平滑輥
10．．．平滑輥
11．．．平滑輥
12．．．平滑輥
13．．．輥
14．．．第一平滑香蕉型輥
15．．．平滑香蕉型輥
16．．．互相咬合型有溝紋的香蕉型輥對
17．．．互相咬合型有溝紋的香蕉型輥對
18．．．互相咬合型有溝紋的香蕉型輥對
19．．．互相咬合、直的有溝紋的輥
20．．．互相咬合，直的有溝紋的輥
114．．．盒子
115．．．輥
116．．．輥
117．．．塗佈橡膠的相對輥
118．．．香蕉型輥
119．．．捲線機
第1圖為一相片闡明，在透視圖中，薄膜於縱向定位期間橫向收縮的趨勢之基本原則允許讓薄膜以打摺狀態進料至拉伸區域中。照片顯示出在描述於實施例1之拉伸前及後的扁平管狀薄膜(主要由HDPE組成)樣品。該樣品採截自在停止期間於冷拉伸機器外者。
第2a及2b圖為一顯示出機械方向拉伸線之主要示意圖，其包括用來在拉伸前打摺薄膜之裝置。第2a圖顯示出整條線，其為一包含沿著在第2b圖中的a-a之剖面的垂直剖面。第2b圖為沿著在第2a圖中的b-b之水平剖面。為了清楚闡明的目的，在不同輥間之距離(與輥直徑比較)通常顯示出不成比例地短。亦未顯示出該打摺輥之有溝紋的表面圖案。
第3圖顯示出一概略剖面，經由該軸線，一咬合型有溝紋的輥對段可形成、調整或控制該打摺。在該有溝紋的輥為香蕉型輥之實例中，其應該了解為一摺紋圖。
第4a及b圖為一幾何圖形，其提供作為計算打摺製程參數的基礎。
第5圖顯示出有溝紋的香蕉型輥之較佳工藝架構(如第3圖的原理)之細節，但是其為更堅固及耐用的架構。
第6圖顯示出一香蕉型輥在寬度減少區域之輸入口或引出口處的中間之詳細架構。
第7圖以圖式透視圖顯示出當該等打摺壓平在平滑輥上時，打摺薄膜的數個位置。為了清楚的目的，未顯示出引導輪帶及平滑輥。
第8圖顯示出第6圖的另一種香蕉型輥，換句話說形成接近圓形之弧的多邊形之部分的短平滑輥陣列。
第9圖顯示出類似於第3及5圖之另一種有溝紋的香蕉型輥，換句話說形成接近圓形之弧的多邊形之部分的短、有溝紋的輥陣列。
4．．．薄膜
5．．．捲軸
6．．．軋輥
7．．．平滑輥
8．．．塗佈橡膠的相對輥
9．．．平滑輥
10．．．平滑輥
11．．．平滑輥
12．．．平滑輥
13．．．輥
14．．．第一平滑香蕉型輥
15．．．平滑香蕉型輥
16．．．互相咬合型有溝紋的香蕉型輥對
17．．．互相咬合型有溝紋的香蕉型輥對
18．．．互相咬合型有溝紋的香蕉型輥對
19．．．互相咬合、直的有溝紋的輥
20．．．互相咬合、直的有溝紋的輥
114．．．盒子
115．．．輥
116．．．輥
117．．．塗佈橡膠的相對輥
118．．．香蕉型
119．．．捲線機

Claims (46)

  1. 一種對一熱塑性聚合物薄膜提供一縱向定位之方法，其包含下列步驟：在一個包含至少一對彎曲的互相咬合型有溝紋的輥或彎曲的咬合型碟片組之減少區域內減少一薄膜的寬度，以形成一規則之縱向延伸打摺圖案，其中寬度減少在該減少區域內逐漸發生，其中該減少區域內之長度不短於原始薄膜寬度的一半，且其中該減少區域長度受限於一上游輥或輥總成及一下游輥或輥總成，該上游輥或輥總成及該下游輥或輥總成被安裝成它們各別的轉動軸線具有不同的方向，且從位在該薄膜的中間處的中間方向與機器方向形成90°之角度，並且逐漸朝向該薄膜之邊緣改變，以便以會聚方式在該減少區域內遞送該薄膜；以及其中該薄膜係與其在該減少區域內之移動有角度地朝向該上游輥或輥總成遞送，此角度係足夠接近90°以均衡該薄膜當其進入該上游輥或輥總成時在其寬度上之縱向張力；且當離開該減少區域的下游部分之最後輥或輥總成時，該薄膜係與其在減少區域內之移動有角度地受到導引，此角度係足夠接近90°以均衡該薄膜當其離開最後輥或輥總成時在其寬度上之縱向張力；以及在二或多個拉伸輥或棒之間及/或其等之上的一或多個短區域中進行固態拉伸，其中該等拉伸區域係藉由組成該薄膜之聚合物材料當經縱向拉伸時會橫向收縮 的固有趨勢而適於將該等打摺完全拉直。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該薄膜主要包含HDPE、PP或這些聚合物之混合物。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該減少區域不長於該原始薄膜寬度的3倍。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該薄膜呈扁平管形式。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該拉伸在溫度不高於60℃下進行。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該下游輥或輥總成包含至少一個香蕉型輥，且其凸面側指向該上游輥或輥總成。
  7. 如申請專利範圍第1或2項的方法，其中該下游輥總成包含各別安裝且一起形成想要的打摺圖案之多邊形周長的部分之許多短輥。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中當離開該減少區域的下游部分之最後輥或輥總成時，該薄膜在一偏離垂直於其在該減少區域內之移動不超過10°之方向上受到導引。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該上游輥或輥總成包含一香蕉型輥或數個平行香蕉型輥，且該凹面側指向該下游輥或輥總成。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該或該等香蕉型輥形成弧形，且該弧在任何場所處的切線與由該下游輥或 輥總成所產生之薄膜張力垂直。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該薄膜以一偏離垂直於其在該寛度減少區域內的移動不超過10°之方向朝向該上游輥遞送。
  12. 如申請專利範圍第1或2項的方法，其中該上游輥或輥總成為一冠形輥或在一直軸上一起形成冠狀的短輥之總成，該等短輥經由能夠彼此各自獨立地轉動之軸承與一共同軸連接。
  13. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在該減少區域內之寬度的逐漸減少係由互相咬合型碟片所幫助，其中該等碟片呈有溝紋的香蕉型輥對形式安裝在該上游輥或輥總成與該下游輥或輥總成間。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該香蕉型輥包含不同外徑呈交替接續的碟片或具有溝紋之短輥段，且該等碟片或輥段安裝在一彎曲軸上。
  15. 如申請專利範圍第13項之方法，其中某些或全部的咬合型碟片可各別調整其咬合。
  16. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該寬度逐漸減少係藉由至少一對互相咬合型有溝紋的香蕉型輥所幫助，其中該咬合可藉由能作用以一起移動二個輥之可調整力量而變化。
  17. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在該減少區域內之寬度的逐漸減少係藉由一組跟隨及引導該薄膜通過該減少區域之至少一部分的窄輸送帶所幫助，且二組前 述窄輸送帶在輸送前進期間於該減少區域中彼此逐漸越來越咬合。
  18. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在數個步驟中以數組有溝紋的輥進行該打摺，且在該等組中的溝紋間距係互相不同，以便從一較粗的打摺發展至一較細的打摺。
  19. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中當在永久拉長前呈打摺狀態的薄膜通過一平滑香蕉型輥或平滑直輥上時，有緊接著該輥的上游作用且緊密鄰近該輥的引導設備，以便抵消該輥的無規化打摺。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中這些引導設備為適用於將全部打摺摺疊在相同側上之旋動型輪帶。
  21. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該減少區域不長於該原始薄膜寬度的2倍。
  22. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該減少區域不大於等於該原始薄膜寬度。
  23. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該減少區域包含至少兩對彎曲的互相咬合型有溝紋的輥或彎曲的咬合型碟片組。
  24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中第二對輥或碟片係位在第一對輥或碟片與該下游輥或輥總成間的中段處。
  25. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該減少區域包含至少三對彎曲的互相咬合型有溝紋的輥或彎曲的咬合型碟片組。
  26. 如申請專利範圍第25項之方法，其中第二對輥或碟片係位在第一對輥或碟片與該下游輥或輥總成間的中段處。
  27. 如申請專利範圍第26項之方法，其中第三對輥或碟片係位在第二對輥或碟片與該下游輥或輥總成間的中段處。
  28. 一種用於熱塑膜之縱向定位的裝置，其依次在機器方向上包含：i)一寛度減少站，其包含至少一對包含咬合型有溝紋的輥或咬合的碟片組之咬合型打摺輥，以便在該薄膜寬度上施加規則之縱向延伸打摺；及ii)一用來在固態下縱向拉伸該薄膜之縱向拉伸站，其包含一或多個間隔開的拉伸輥或棒對；其中該寬度減少站延伸不低於原始薄膜寬度的一半；其特徵在於該寛度減少站包含一上游輥或輥總成及一下游輥或輥總成與一設置於其間的寬度減少區域，其中該上游及下游輥或輥總成的各別轉動軸線具有不同方向，且從位在該薄膜的中間處的中間方向與機器方向形成90°之角度並且逐漸朝向該薄膜之邊緣改變，以使得該薄膜被引導通過該寬度減少站同時該薄膜之邊緣朝向中心會聚；其中該薄膜係與其在該減少區域內之移動有角度地朝向該上游輥或輥總成遞送，此角度係足夠接近90°以均衡該薄膜當其進入該上游輥或輥總成時在其寬度上之縱向張力；且當離開該減少區域的下游部分之最後 輥或輥總成時，該薄膜係與其在減少區域內之移動有角度地受到導引，此角度係足夠接近90°以均衡該薄膜當其離開最後輥或輥總成時在其寬度上之縱向張力。
  29. 如申請專利範圍第28項之裝置，其中在該上游輥或輥總成與該下游輥或輥總成間之距離不長於原始薄膜寬度的3倍。
  30. 如申請專利範圍第28或29項之裝置，其中該下游輥為香蕉型輥，且其凸面側指向該上游輥或輥總成。
  31. 如申請專利範圍第28或29項之裝置，其中該下游輥總成包含各別安裝並一起形成想要的打摺圖案之多邊形周長的部分之許多短輥。
  32. 如申請專利範圍第28或29項的裝置，其中該薄膜從該下游輥以一偏離垂直於其移動通過該寛度減少站之方向不超過10°的方向被導向該縱向拉伸站。
  33. 如申請專利範圍第28或29項的裝置，其中該上游輥為一香蕉型輥，且其凹面側指向該下游輥或輥總成。
  34. 如申請專利範圍第33項之裝置，其中該香蕉型輥形成一弧形，且該弧之切線與由該下游輥或輥總成所產生的薄膜張力垂直。
  35. 如申請專利範圍第28或29項的裝置，更包括該寛度減少站上游之薄膜提供設備，其中該薄膜以一偏離垂直於其在該寛度減少區域內的移動不超過10°之方向導向該上游輥或輥總成。
  36. 如申請專利範圍第28或29項的裝置，其中該上游輥或輥 總成為一冠形輥或一在直軸上一起形成冠狀之短輥的總成，該等短輥透過能彼此各自獨立地轉動的軸承與一共同軸連接。
  37. 如申請專利範圍第28或29項的裝置，其中該寛度減少站更包含至少一對包含設置在該上游與下游輥或輥總成間之互相咬合碟片之輥，且呈有溝紋的香蕉型輥對形式。
  38. 如申請專利範圍第37項之裝置，其中該有溝紋的香蕉型輥包含不同外徑呈交替接續的碟片或具有溝紋之短輥段，且該等碟片或輥段安裝在一彎曲軸上。
  39. 如申請專利範圍第37項之裝置，其中某些或全部咬合的碟片可各別調整其咬合。
  40. 如申請專利範圍第37項之裝置，其中包含至少一對互相咬合型有溝紋的香蕉型輥，其中該咬合可藉由能作用以一起移動二個輥之可調整力量而變化。
  41. 如申請專利範圍第28或29項的裝置，其中該寛度減少站更包含一組跟隨及引導該薄膜通過在該等上游與下游輥或輥總成間之區域的至少一部分之窄輸送帶，二組前述窄輸送帶在薄膜會聚前進期間於該區域中彼此逐漸越來越咬合。
  42. 如申請專利範圍第28或29項的裝置，其中該寛度減少站包含數對咬合型打摺輥，且在該等連續對的咬合型打摺輥間之溝紋間距減少。
  43. 如申請專利範圍第28或29項的裝置，其中該打摺輥之下 游及為該縱向拉伸站之上游的至少一個平滑輥之緊接的上游，設有適用於將全部的打摺摺疊在一個方向上之打摺引導設備。
  44. 如申請專利範圍第43項之裝置，其中該等打摺引導設備包含旋動型輪帶。
  45. 如申請專利範圍第28項之裝置，其中在該上游輥或輥總成與該下游輥或輥總成間之距離不大於該原始薄膜寬度的2倍。
  46. 如申請專利範圍第28項之裝置，其中在該上游輥或輥總成與該下游輥或輥總成間之距離不大於等於該原始薄膜寬度。
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