吹塑薄膜的生产设备和生产方法pdf

　　本发明公开了一种吹塑薄膜的生产设备，所述吹塑薄膜是经圆口模头挤出熔化状的原料树脂以形成管形薄膜，并通过引入管形薄膜内空间的气体介质压力而使所述管形薄膜膨胀，同时将管形薄膜冷却形成的。所述设备包括：一个设置在圆口模头附近的冷却环；至少一个与圆口模头同轴设置的风环；以及一个调节装置，用于将由风环吹出的气体介质的温度调节至有效地保持仍处于熔化状态的管形薄膜，使其处于被吹塑的状态。本发明还公开了一种吹塑薄膜的生产方法。

　　1： 一种吹塑薄膜的生产设备，所述吹塑薄膜是经圆口模头挤 出熔化状的原料树脂形成管形薄膜，并通过引入管形薄膜内空间 的气体介质压力而使所述管形薄膜膨胀，同时将管形薄膜冷却形 成的，所述设备包括： 一个设置在圆口模头附近的冷却环； 至少一个与圆口模头同轴设置的风环；以及 一个调节装置，用于将由风环吹出的气体介质的温度调节至 有效地保持仍处于熔化状态的管形薄膜，使其处于被吹塑的状态。

　　3： 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；和 由与圆口模头同轴设备的至少一个风环及设置于圆口模头附 近的冷却环吹气体介质，气体介质的温度应有效地保持仍处于熔 化状态的管形薄膜，使其处于被吹塑的状态。

　　本申请基于2002年08月30日提交的日本第号专利申请，该申请的所有内容引入本文作为参考。

　　吹塑技术大范围的使用在生产由热塑性树脂制造的薄膜，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。按照常规的吹塑技术，将熔化的热塑性树脂通过挤出机的圆口模头挤出，用外表面拉伸挤出的管形薄膜，通过从冷却环中吹出的空气流冷却所述外表面，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，使膨胀的管形薄膜通过一对夹膜辊以将管形薄膜压平而得到折叠压片。此后，将压平地管形薄膜的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。

　　采用如上所述的吹塑技术，由圆口模头从挤出机挤出的管形薄膜在其纵向上得到拉伸，并由于收缩和扩展作用，在横向至纵向上也得到拉伸。同时，通过冷却以及在冷却过程中由熔化状态向固态膜输送，使得物理性质得以确定。因此，在吹塑中，冷却过程对于确定形成薄膜的物理性质具有重要作用。

　　人们一直试图抑制吹塑获得的薄膜在质量方面的变化。例如，日本第182868/1994号发明专利申请公开公报中描述了一种吹塑薄膜生产设备，该设备具有用于控制从冷却环吹出的空气流量的控制装置，从而，由圆口模头挤出的管形薄膜的冷霜线位置可保持在圆口模头上方的预定高度。如上所述的冷霜线是通过冷却使管形薄膜固化而具有设计直径的加工线号发明专利申请公开公报中描述了一种吹塑薄膜生产方法以及用于该方法的设备，其中，除了在圆口模头附近设置第一风环外，还在由圆口模头挤出的热塑性树脂的膜泡发生迅速膨胀的位置设置第二个具有多个环状裂缝的风环。按照该设备，由第一风环吹出的空气冷却膜泡，并且，可调节冷却条件而使膜泡温度当到达第二风环位置时可降至预定的温度范围。

　　但是，业已发现，按照日本第182868/1994号发明专利申请公开公报中所公开的吹塑薄膜生产设备，虽然冷霜线位置的控制可有效地在一定程度下进行工作，但形成的薄膜可能会表现出在薄膜厚度上的变化以及会出现间隙和褶皱，所有这些均是由膜泡即在熔化状态下的管形薄膜的摆动引起的。

　　另一方面，日本第39916/1994号发明专利申请公开公报指出，优选将第二风环设置成在通常与膜泡吹出的方向或向着膜泡外部的方向平行的方向上吹出冷却空气，该文献还指出，“由冷却空气的吹出产生的减压气压会直接影响膜泡，足以引起在该位置处膜泡的膨胀”。该方法试图控制膜泡膨胀开始的位置，以抑制通过长颈型吹塑形成的膜泡的不稳定性，即使采用低熔体张力的热塑性树脂。

　　但是，虽然日本第39916/1994号发明专利申请公开公报公开了将第二风环位置处膜泡的温度调节至预定温度范围，但其并未说明膜泡的温度变化。同时，该文献描述由第二风环吹出的空气会创造减压气氛，但这很可能会以膜泡被冷却的方式造成突然变化。因此，日本第39916/1994号发明专利申请公开公报所述的方法需要对操作条件进行精确调节以抑制形成的薄膜质量方面的变化。

　　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设备和生产方法，可有效地抑制形成的薄膜质量方面的变化。

　　在吹塑生产薄膜时，为了抑制形成的薄膜质量方面的变化，优选抑制熔化态的薄膜的摆动，并同时减少冷却过程中冷却分布曲线的变化。由此，本发明的发明人进行了深入的研究，并完成了本发明。

　　更具体地说，本发明提供了一种吹塑薄膜的生产设备，所述吹塑薄膜是经圆口模头挤出熔化状态的原料树脂并通过引入内空间的气体介质压力而使所述管形薄膜膨胀，同时将管形薄膜冷却形成的。这种成膜设备包括一个设置在圆口模头附近的冷却环，至少一个与圆口模头同轴设置的风环，以及一个调节装置，用于将由风环吹出的气体介质的温度调节至有效地保持仍处于熔化状态的管形薄膜，使其处于被吹塑的状态。

　　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3是按照本发明另一个优选实施方式，吹塑薄膜生产设备的示意纵向截面图；和

　　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。

　　本发明特别适用来生产由热塑性液晶聚合物制造的薄膜。热塑性液晶聚合物具有这样的性能，当热塑性液晶聚合物由挤出机模头的狭缝中挤出时，该聚合物的分子会沿挤出方向取向，造成在薄膜的纵向(以下称之为MD，机械方向)和与MD垂直的方向(以下称之为TD，横向)间产生特性差异。换句话说，当热塑性液晶聚合物从模头狭缝中挤出时，该聚合物会变成各向异性薄膜。但是，当热塑性液晶聚合物通过吹塑技术制成薄膜时，形成的薄膜也会在TD方向上伸展，减轻各向异性，从而可易于获得各向同性薄膜。

　　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(是向光学各向异性熔体相转化的温度)优选为200-400℃，更优选250-350℃。

　　本发明的设备以将熔化状态的原料树脂经圆口模头挤出而形成管形薄膜，并通过引入管形薄膜内空间的气体介质压力而使管形薄膜膨胀，同时使管形薄膜冷却。该设备设有设置在圆口模头的附近的冷却环，至少一个与圆口模头同轴设置的风环，以及一个调节装置，用于将由风环吹出的气体介质的温度调节至有效地保持仍处于熔化状态的管形薄膜，使其处于被吹塑的状态。

　　处于熔化状态的管形薄膜可被温度调节至上述范围由风环吹出的气体介质以原样支撑。结果，可以有效地抑制处于熔化状态的薄膜进行不希望出现的摆动以及在冷却条件下不希望出现的变化，从而抑制形成的薄膜在质量方面的变化。

　　在本发明的设备中采用的风环优选设有高度调节机构。利用这种高度调节机构，冷霜线的位置可根据原料树脂的种类和/或所需的薄膜厚度调节至所需的高度，从而，本发明的设备可易于用于生产各种薄膜。

　　参看图1，显示了按照本发明的优选实施方案，吹塑薄膜生产设备的示意纵向截面图。所显示的设备包括一个圆口模头2和冷却环12，该冷却环带有吹出口11。冷却环12的位置是紧邻圆口模头2的上方，并与之呈同轴关系。设备还包括在冷却环12中围绕吹出口11并与圆口模头2同轴设置的保护筒20，用于包围膜泡(即管形薄膜处于熔化状态)的颈部7。保护筒20具有上端部，在其上，安装风环31，其与圆口模头2同轴设置。虽然未显示，但与一般的吹塑薄膜生产设备相同，进行布置以引入熔化状态的气体介质进入以熔化状态由圆口模头2挤出的管形薄膜4的内空间。在图1中，显示了一个实例，其中，热塑性液晶聚酯用作原料树脂，由圆口模头2挤出的管形薄膜通过引入管形薄膜4内空间的气体介质膨胀，并当其到达冷霜线时被冷却至固化。

　　根据原料树脂的种类和形成的薄膜的物理性质选择膨胀比，即刚从圆口模头2挤出后管形薄膜4的内径r0与在冷霜线的内径rf的比值，通常选择该值为2-10。

　　保护筒20可防止由冷却环12吹出的气体介质从管形薄膜4扩散或漏出，从而减小导致管形薄膜4摆动。因此，优选采用保护筒20。该保护筒20内有内径L，其通常为r0×2至rf，即由圆口模头2挤出的薄膜4内径r0的两倍至冷霜线的内径rf。

　　同时，为了保持保护筒20内表面与熔化状态的管形薄膜4之间的距离在一个稳定的数值，保护筒20的内部应设计成漏斗形状。

　　图1所示的设备也包括一个环状引导元件13，其安装在冷却环12的吹出口11周围。环状引导元件13使从冷却环12吹出的冷却空气向上流过管形薄膜4。

　　冷却环12通过第一温度调节装置14如加热器，然后通过第一阀15与第一吹风机16流体联接。因而，来自第一吹风机16的空气流经第一阀15流至第一温度调节装置14那里，空气流温度调节至预定值。来自第一温度调节装置14的温度控制的空气向上流过冷却环12的吹出口11，从而应用于管形薄膜4以冷却管形薄膜。

　　类似地，风环31通过第二温度调节装置32，然后通过第二阀33与第二吹风机34流体联接。因而，来自第二吹风机34的气体介质流通过第二阀33供给第二温度调节装置32，并在空气流通过第二温度调节装置32加温后进一步供向风环31，由风环31吹出空气流至熔化状态的管形薄膜4。

　　风环31设有调节装置50，用于将由其吹出的气体介质的温度调节至某一范围，以有效地保持管形薄膜4在管形薄膜吹塑的条件下。该风环31具有温度传感器51，其用于检测由其吹出的气体介质的温度。在图1所示的设备中，将调节装置50构造成控制第二温度调节装置32，如加热器，以及第二吹风机34。参考标号52代表CPU(中央处理器)，该CPU 52可用作调节装置50。调节装置50可调节由第二温度调节装置32控制的气体介质的温度，并且，可调节由第二吹风机34供应的气体介质的流量至各自值。考虑到各种生产薄膜的条件，它们可预先计算，从而由风环31吹出的气体介质的温度可被调节至预定值。调节装置50可设计为调节第二阀33。

　　在本发明的吹塑薄膜生产方法中，在静态过程中，这些预定值无需变化。但是，当通过温度传感器51检测到由风环31吹出的气体介质温度变化时，可构造调节装置50从调节返回至前一阀的气体介质的温度，从而消除温度变化。同样，也可以采用用于检测熔化状态的管形薄膜4的检测装置。而且，当由该检测装置检测到熔化状态的薄膜4的温度变化时，可构造调节装置50以调节气体介质的温度至适宜的数值，从而有效地消除薄膜4的温度变化。

　　再参看图1，也可将调节装置50构造成可控制第一温度调节装置14和第一吹风机16，两个装置与冷却环12流体联接。同时，也可进行设置以使由冷却环12吹出的气体介质温度根据在冷却环12内设置的温度传感器53进行的温度测定结果进行控制。

　　考虑原料树脂的种类，所需形成的薄膜形状和/或薄膜的物理性质，可适当地选择由冷却环12吹出的气体介质温度，选择该温度值优选低于原料树脂的熔点Tm值220至60℃[即在(Tm-220)℃至(Tm-60)℃]，更优选该值低于原料树脂的熔点Tm值180至80℃[即在(Tm-180)℃至(Tm-80)℃]。同时，由冷却环12吹出的气体介质的速度通常为1-10m/s，更优选2-5m/s。

　　另一方面，由风环31吹出的气体介质的温度必须在能够有效地保持处于熔化状态的管形薄膜在管形薄膜吹塑的条件下。因此，考虑原料树脂的种类，所需形成的薄膜形状，薄膜的物理性质，风环31所处相对于冷霜线气体介质的流动方向，可适当地选择由风环31吹出的气体介质的温度。通常，由风环31吹出的气体介质的温度优选为低于原料树脂熔点Tm 80℃[即(Tm-80)℃]至高于原料熔点Tm 20℃[即(Tm+20)℃]，更优选地，由风环31吹出的气体介质的温度优选为低于原料树脂熔点Tm60℃[即(Tm-60)℃]至高于原料熔点Tm 5℃[即(Tm+5)℃]。同时，由冷却环12吹出的气体介质的速度通常为1-10m/s，更优选3-10m/s。

　　由风环31吹出的气体介质的方向并不具体限制在特定方向，条件是，其取向能够使处于熔化状态的管形薄膜4支持在适当的位置。

　　风环31与冷却环12同轴设置。虽然风环31可位于冷却环12上方和冷霜线下方的任何位置，但优选其位于冷霜线cm的位置。

　　同时，风环31可具有任何适宜的结构，对其具体结构并无限制。其可具有这样的结构，该结构具有单一的狭缝作为气体介质可吹出的吹出口。然而，风环31也可具有包含多个狭缝作为吹出口的结构。

　　优选风环31设有或可操作性地带有高度调节机构21，取决于冷霜线在任何高度(即，位置)，其位置可根据所采用的原料树脂的种类变化。

　　图2为截取一部分的正视图，说明吹塑薄膜生产设备中采用的高度调节机构21。在所示的实施方案中，采用保护筒20作为高度调节机构21的基础。具体而言，保护筒20由第一筒体22(在其上安装风环31)和第二筒体23组成，第二筒体与第一筒体同轴可滑动地，即伸缩性地插入第一筒体22中。第一筒体22具有至少一个在其中限定的狭槽24，使得在与保护筒20的纵轴平行的方向上扩大至一定长度，其用于接收调节螺杆26，从该狭槽24延伸并穿越地参与限定在第二筒体23中限定的螺孔25中。

　　因此，易于理解，高度调节机构21可确定第一筒体22相对于第二筒体23的位置，及相对于冷霜线整体上说可具有调节轴长度，当调节螺杆26紧固时，也固定它们在相互间一定的位置。

　　需要注意，虽然未在图1中示出，但固化后的管形薄膜4在通过一对夹膜辊时可被转化成折叠压片。折叠压片可进一步转化成两片分离的薄膜，这种薄膜具有由切刀切割开的折叠压片突出物。折叠压片或分离的薄膜可缠绕于卷取辊上。

　　由每一冷却环12，风环31和风环41吹出的气体介质，以及引入管形薄膜4内空间的气体介质可为任何一种气体介质，只要其不会对原料树脂有不利的影响，所述风环41可选择性地采用，在本发明另一个优选的实施方案中对其进行描述。这些气体介质的实例包括空气，氮气和二氧化碳。其中，考虑到生产成本，优选采用空气。

　　图3说明了本发明设备的另一个优选实施方案。在所述的设备中，除了风环31外，采用第二风环41并设置在冷霜线下方。虽然未显示，但该第二风环41也具有第三阀，第三温度调节装置，如加热器，以及第三吹风机，并且也与用于调节由第二风环41吹出的气体介质的温度的调节装置50流体联接。可以与如上讨论过的由第一风环31吹出的气体介质温度调节类似的方式，对由第二风环41吹出的气体介质的温度进行调节。同时，由第二风环41吹出的气体介质的速度和流动方向可与如前讨论的由第一风环31吹出的气体介质的情形类似。

　　在图3所示设备中的其它结构特征与图1中所示和所述的设备相类似，因而为简明起见，对其不进行详细描述。图3设备中与图1设备的元件类似的元件采用相同的参考标号。

　　以下，通过具体实例说明本发明的热塑性液晶聚合物薄膜的生产方法，其并非对本发明保护范围的限制。应当指出，通过以下方式对热塑性液晶聚合物薄膜的性能进行评价，如管形薄膜(膜泡)的薄膜厚度变化和外观以及稳定性评价：

　　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垂直的方面(TD)上24个点处进行测量，即在总共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。

　　如图4所示，将两个激光移位传感器60和60(一个包括激光束发射口61，另一个包括激光束接收口62，其与激光束发射口61排成一行)面对面设置，从而截取在冷霜线，测量由薄膜截取的激光束的强度。根据所截取的激光束强度的变化，探测薄膜摆动程度，即薄膜摆动的幅度W(mm)。薄膜摆动幅度W的标准偏差(ó)用作膜泡稳定性的指数。标准偏差越小，则说明膜泡的稳定性越高。

　　采用参照图1所示和所述的设备，在下述条件下对熔点为283℃的热塑性液晶聚酯(“VECTRA A950”，由Polyplastics Co.，Ltd.生产)进行吹塑，得到管形薄膜，其缠绕于卷取辊上。形成的热塑性液晶聚酯薄膜平均厚度为25μm，平均折叠宽度为314mm。

　　如表1所示，形成的薄膜膜厚度的变化量为5μm，作为薄膜生产过程中稳定性指数的标准偏差(ó)为1.0mm。同时，在形成的薄膜中未发现褶皱，对其的评价是“优”。

　　以与实施例1类似的方式进行液晶聚酯的吹塑，只是由冷却环12和风环31吹出的气体介质的温度和速度调节至如表1所示的值，得到热塑性液晶聚酯薄膜平均厚度为25μm，平均折叠宽度为314mm。在实施例2和3中形成的薄膜膜厚度的变化量，其外观，以及作为每种薄膜生产过程中稳定性指数的标准偏差(ó)如表1所示。

　　采用具有与图1所示和所述设备类似结构的设备，其中，不采用保护筒20，也无风环31，在下述条件下对热塑性液晶聚酯(“VECTRA A950”)进行吹塑，得到管形薄膜，其缠绕于卷取辊上。形成的热塑性液晶聚酯薄膜平均厚度为25μm，平均折叠宽度为314mm。

　　形成的薄膜显示出，膜厚度的变化量为13μm，作为薄膜生产过程中稳定性指数的标准偏差(ó)为2.5mm。同时，在形成的薄膜中发现有很多褶皱，对其的评价是“差”。

　　采用具有与图1所示和所述设备类似结构的设备，其中，不采用风环31，在下述条件下对热塑性液晶聚酯(“VECTRA A950”)进行吹塑，得到管形薄膜，其缠绕于卷取辊上。形成的热塑性液晶聚酯薄膜平均厚度为25μm，平均折叠宽度为314mm。

　　形成的薄膜显示出，膜厚度的变化量为11μm，作为薄膜生产过程中稳定性指数的标准偏差(ó)为2.0mm。同时，在形成的薄膜中发现存在褶皱，对其的评价是“中”。

　　采用具有与图1所示和所述设备类似结构的设备，在下述条件下对熔点为325℃的热塑性液晶聚酯(“VECTRA C950”，由Polyplastics Co.，Ltd.生产)进行吹塑，得到管形薄膜，其缠绕于卷取辊上。形成的热塑性液晶聚酯薄膜平均厚度为50μm，平均折叠宽度为314mm。

　　如表2所示，形成的薄膜膜厚度的变化量为6μm，作为薄膜生产过程中稳定性指数的标准偏差(ó)为1.2mm。同时，在形成的薄膜中几乎未发现褶皱，对其的评价是“良”。

　　采用具有与图1所示和所述设备类似结构的设备，在下述条件下对熔点为340℃的热塑性液晶聚酯(“VECTRA Ei950”，由Polyplastics Co.，Ltd.生产)进行吹塑，得到管形薄膜，其缠绕于卷取辊上。形成的热塑性液晶聚酯薄膜平均厚度为100μm，平均折叠宽度为314mm。

　　如表2所示，形成的薄膜膜厚度的变化量为5μm，作为薄膜生产过程中稳定性指数的标准偏差(ó)为1mm。同时，在形成的薄膜中未发现褶皱，对其的评价是“优”。

　　采用具有与图1所示和所述设备类似结构的设备，在下述条件下对熔点为135℃的HDPE(“HI-ZEX 7000F”，由MitsuiChemicals，Inc.生产)进行吹塑，得到管形薄膜，其缠绕于卷取辊上。形成的热塑性液晶聚酯薄膜平均厚度为25μm，平均折叠宽度为314mm。

　　如表2所示，形成的薄膜膜厚度的变化量为7μm，作为薄膜生产过程中稳定性指数的标准偏差(ó)为1.2mm。同时，在形成的薄膜中未发现褶皱，对其的评价是“优”。

　　采用具有与图1所示和所述设备类似结构的设备，其中，不采用风环31，在下述条件下对HDPE(“HI-ZEX 7000F”)进行吹塑，得到管形薄膜，其缠绕于卷取辊上。形成的热塑性液晶聚酯薄膜平均厚度为25μm，平均折叠宽度为314mm。

　　形成的薄膜显示出，膜厚度的变化量为14μm，作为薄膜生产的全部过程中稳定性指数的标准偏差(ó)为3.0mm。同时，在形成的薄膜中发现存在褶皱，对其的评价是“差”。

　　由以上描述可以清楚地看出，与比较例1-3所例举的方法相对照，实施例1-6例举的本发明的方法可有效地改善吹塑过程中的稳定性，并提供质量变化，如膜厚变化很小的均匀薄膜。

　　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能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。

　　本发明公开了一种吹塑薄膜的生产设备，所述吹塑薄膜是经圆口模头挤出熔化状的原料树脂以形成管形薄膜，并通过引入管形薄膜内空间的气体介质压力而使所述管形薄膜膨胀，同时将管形薄膜冷却形成的。所述设备包括：一个设置在圆口模头附近的冷却环；至少一个与圆口模头同轴设置的风环；以及一个调节装置，用于将由风环吹出的气体介质的温度调节至有效地保持仍处于熔化状态的管形薄膜，使其处于被吹塑的状态。本发明还公开了一种吹塑薄。