专利名称：为聚合膜生产机器提供惰性气氛的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及生产聚合膜的方法和系统。更准确地说，本发明涉及在敞开空间的选定区域提供惰性气氛以通过挤出生产聚合膜的方法和系统。
聚乙烯、聚丙烯膜之类的聚合膜是通过挤出生产的。这类膜产品的每一种都可包含许多层膜，一般包含三层或多层。
在本领域中，生产聚合膜所用的设备由许多加料线组成，加料线的数目与膜的层数相同。每一条加料线都有混合和装料的漏斗，在漏斗中混合原始配料成分，原始配料包括化学试剂，例如聚合物、色素和其它添加剂，在制膜之前，用电将装有输送螺旋的圆筒形容器加热。在化学试剂输送过程中提供热量，使其升高到适合模塑聚合膜的温度。产品在挤出机中的摩擦，生产推动产品通过挤出模所需的压力。在离开挤出机前，聚合膜产品通过一个过滤器，分离出粗的和不希望有的材料。在挤出模中，产品通过不同的通道，在模的全长范围内得到分布均匀的产品。
在离开模时，聚合膜被冷却，使聚合物结晶，并使其在处理时更难损坏。在线性模的情况下，可向膜吹风进行冷却，和使膜在装冷却水的圆筒上通过进行冷却。在膜冷却以后，按所要求的宽度进行切割，然后卷制成卷。在圆形模的情况下，在外部通过环形分布装置吹风和在膜的内部通过挤出吹塑冷却膜。
在加热产品后，一些物理(例如热分解)和化学(例如氧化和碳化)现象可能产生硬的黑色颗粒，它们既保留在挤出机中的过滤器上，也沉积在模的出口处。在这二种情况下，生产过程不得不停止，因为在过滤器被堵塞的场合，产品不能再以所要求的流量进入挤出模，或(在模出口有沉积物的情况下)沉积物使所生产的膜受损(例如厚度不同)。至少沉积物会粘附在模的出口上，对膜的质量产生不利的和不希望有的影响，其中包括发生擦痕、膜的厚度不均匀和降低膜的变形。在停产期间，必须清洗挤出设备。整个操作会造成产品损失和生产能力的下降。由于设备经常停车，也会使生产较大的膜卷出现进一步的困难。
为了解决生产聚合膜的问题，采用各种现有技术进行的尝试均未获得成功。颗粒在挤出机模中积累的问题已被人们所公认。在商业上已经推荐并采用了各种方法，例如改变模的结构和加入化学添加剂。现在来回顾一下对该课题的研究和解决方法。见J.D.甘德等人在聚合物工程和科学，1997年7月，37卷，7期，1113-1126页上的论文“对塑料挤出过程中模边缘积累的评述”。在美国专利3,847,522和2,252,689中叙述了在生产非线型(Unrelated to linear)聚合纤维过程中惰性气体对旋转挤出机台面上复杂机械加工的应用。在美国专利5,391,071中叙述了应用化学溶剂清洗模的边缘。
在美国专利3,847,522中还发现一些在应用引入挤出机的惰性气体之前需要加热提高氮温度的比较复杂的方法。
因此，本发明的目的是提供一种生产聚合膜的方法和系统，其中的挤出模对干扰聚合物膜挤出过程的不希望有的氧化产物的生成或其所引起的损坏是不敏感的。
本发明的目的是提供一种在通过挤出生产聚合膜的过程中对敞开空间的选定区域提供惰性气氛的方法和装置。
本发明的一个方面是针对采用制膜设备生产聚合膜的方法。以惰性气氛的形式向漏斗入口和/或挤出机出口提供惰性气体。将原料聚合物(作为原始配料的一部分)加入漏斗入口。然后从挤出机的出口获得聚合物膜产品。
本领域的技术人员会从下面对优选的实施方案和附图的说明中发现本发明的其它目的、特性和优点，其中
图1是本发明生产聚合膜装置的侧视图；图2a和2b是本发明中圆形分布系统的平面侧视图；图3是本发明气体分布系统的侧视图，该系统安装在薄层挤出模的出口上；和图4是吹塑制膜机外部和内部产生惰性气氛的示意图。
下述的本发明解决了由聚合物膜生产机器造成的氧化、碳化和沉积物生成问题。这是通过用惰性气体例如氮置换含有能引起氧化作用的水和氧的空气解决的。本发明不需要改变产品的配料成分，并能很容易地安装到挤出机上。本发明采用惰性气体层流阻挡层技术在敞开空间的指定区域获得惰性气氛。参见诺沃塔斯基的美国专利4,823,680，在此将其引入作为参考。
漏斗连续地加入聚合物颗粒，将其送往挤出机。在单个的聚合物颗粒之间保留有空气，在挤出机中的加热时，空气会氧化一部分配料，生成黑色硬的氧化产物，它们会堵塞挤出机的过滤器。本发明提供一个安装在膜挤出机出口上的惰性气体分布系统，使惰性气体对准挤出机的出口。这种将惰性气体注入挤出机的特殊方法使聚合物颗粒在无空气的条件下通过挤出机。本发明还提供一个安装在漏斗和挤出机之间的管道中的惰性气体分布系统，惰性气体通过它均匀地分布在全直径范围的管道表面区域内。
聚乙烯和聚丙烯膜之类的聚合膜是通过挤出生产的。这种膜一般可包含三层或多层不同的膜。
图1是生产膜的装置。装置100可由许多加料线组成，加料线的数目与膜的层数相同。每条加料线都有混合和装料的漏斗105，在其中混合原始配料110，制得适合单层和一个挤出机的组合物，原始配料110包含不同的化学试剂，例如聚合物和色素之类的添加剂。挤出机由具有输送螺旋120的电加热圆筒形容器115组成。在输送产品的过程中，挤出机被加热到适合模塑的温度。产品在挤出机中的摩擦产生推动产品通过挤出模所需的压力。在离开挤出机前，产品通过过滤器125，分离出所有粗的和不希望有的材料。在挤出模中，可使产品通过一些通道，在模的全长范围内得到产品的均匀分布。向挤出机出口区域，特别是向挤出模和挤出模附近提供的惰性气体量足以置换在该区域内的氧和水。惰性气体一般可包括任一种惰性气体，优选氮或氩。更优选由膜法制氮提供惰性气体。
在产品被加热后，物理(例如热分解)和化学(例如氧化和碳化)作用可能产生一些硬的黑色颗粒，它们既保留在挤出机中的过滤器上，也沉积在模的出口处。不希望有这些被氧化和被碳化的材料的生成，因为例如它们可能堵塞过滤器。堵塞的过滤器使产品不能按所要求的流量进入挤出模，或在模出口有沉积物的情况下，沉积物会使所生产的膜受损(例如厚度不均匀)。至少颗粒会粘附在模的出口处，对膜的质量产生不利的和不希望有的影响，其中包括产生擦痕、膜的厚度不均匀和降低膜的变形。通常必须停产。在停产期间，必须清洗挤出设备。这整个操作会造成产品损失和生产能力的下降。由于设备停产，可能对生产过程造成各种经济损失。
本发明对碳化和/或氧化作用生成不希望有的副产物并保留在挤出机的过滤器上或沉积在膜的出口处所产生的问题提供一个解决方法。如图1所示，在由水塔145冷却之前，在挤出机的过滤器处或过滤器附近和/或在模的出口处，可由惰性气氛单元135和140施加惰性气体的层流阻挡层。图1通过在膜160处或模160附近的惰性气氛单元135和140保证提供惰性气氛。优选由气体通过分布系统均匀地流入要形成惰性气氛的区域提供惰性气体。
将惰性气体引入膜生产过程的另一种方法是通过惰性气氛单元150和155在漏斗的进口区域提供惰性气氛(一般是通过在漏斗和挤出机之间的管道内的惰性气体分布系统)。由下文进一步说明这种方法。使挤出机产生惰性气氛漏斗连续地给挤出机加料。在单个聚合物颗料宰保留有空气，这些空气会氧化一部分配料，生成堵塞过滤器的黑色硬的氧化产物。本发明由在漏斗和挤出机(图2a和2b)之间的管道中安装的一个惰性气体分布系统组成。惰性气体通过该系统均匀地分布在管道的整个直径范围内。这种注入惰性气体的特殊方法能将不带空气的聚合物颗粒送入挤出机中。惰性气体的分布系统是由具有可控制孔隙率的金属烧结板或烧结管制造的。在多孔材料上的高压降给出均匀的惰性气体分布。惰性气体的出口速度足够低，以避免在管道210中产生涡流。在图2a和2b中描述了安装惰性气体分布系统的实际方法。图2a示出一个圆形的分布系统。漏斗215和挤出机螺旋220之间的管道210有一部分被分布系统225所替代，管道210和分布系统225之间是以空气不能进入也不能从管道中逸出的方式连接的。所以采用焊接之类的常规方法。分布系统225由分布环230组成，惰性气体通过管道235加入分布环中，分布环230能使气体自由流动。惰性气体通过圆筒形的多孔板240离开分布环230进入管道210。
如图2b所示，这装分布系统的第二种方法是安装多孔管250，多孔管250插在管道210中。多孔管250通过管道225直接与惰性气体加料系统连接。后者是安装分布系统的一种简单方法。在线性挤出模出口产生惰性气氛将与上述相似的惰性气体分布系统安装在薄膜挤出模的出口处(图3)。分布系统覆盖了挤出模310的全长，并在模出口的周围形成均匀的惰性气流，在那个特定的区域形成惰性气氛并降低产品在膜生产过程中的氧化和碳化作用。分布系统可由焊接在U形钢型材320上的多孔平板315制造。为了保证氮在模的全长范围内良好的均匀分布，在U型钢型材320和多孔板315之间形成的空腔330内安装一个内部惰性气体分布系统320，该系统可由按固定距离钻有一些孔眼的管道组成。内部分布系统325通过管道335与惰性气体加料装置连接。通过安装二个这样的分布系统，在塑料膜340的每侧安装1个，以它们使氮气流345从两侧喷到模出口处膜上的方式获得最佳的惰性气氛。整个系统能在超过3m长的距离均匀地分布惰性气体。如果需要，可将该系统延长，以覆盖更长的模。将惰性气体引入模中的另一种方法是利用表面被部分包覆的例如由半管包覆的多孔管。不论采用什么系统，都必须将分布系统安装在距模出口20mm的范围内。在不到20mm的距离向引入惰性气体的区域提供惰性气体。每米的惰性气体流量一般为约5-15m3/h，优选每米约8-12m3/h。使吹塑制膜机产生惰性气氛如上所述，吹塑制膜机具有一个圆环形的分布系统，向制成的膜吹冷却空气。惰性气体分布系统安装在模的出口和空气分布系统之间。由于挤出机的结构，惰性气体分布系统是圆环形的。如前所述，为将首先通入空腔的惰性气体进行良好的分布，该系统采用烧结的多孔板。图4示出使这种吹塑制膜机外部和内部产生惰性气氛的情况。惰性气体分布系统415和420置于挤出头410的顶部，图中只示出挤出头410的一部分。惰性气体分布在空腔435内，通过多孔板455均匀分布后离开。分布系统415用于在膜的外侧形成惰性气氛，它被置于挤出头410和空气喷咀425之间。该装置由与惰性气体来源连接的连接管430、圆环形空腔435和多孔板组成。分布系统420以均匀的压力分布气体，在挤出机出口处给来自内部的膜施加惰性气氛。该系统由与惰性气体供给装置的连接件440组成。该连接件配置在挤出头的内部，穿过原有的空气通道445。惰性气体分布在空腔450内，并通过多孔板460均匀分布后离开。实施例实施例1用直径50mm的针加料250kg/h的漏斗与挤出机连接。在管道内安装一个管状的分布系统，通过该系统注入5nm3/h氮。这使注入点和挤出机之间的氧含量低于1％(体积)。所以，生产过程减少了由于挤出机端部过滤器的堵塞而引起的停产，减少的程度视配料的类型而定。当采用对氧化作用敏感的配料(例如由于它们含有大量的细粉末)加工时，已注意到停产次数从3次减少到1次。实施例2i)采用30nm3/h的氮给长3m的模产生惰性气氛，其在产生惰性气氛系统和模出口之间形成的气氛中氧含量低于1％(体积)。由于在模出口上有沉积物引起的停产次数从每天3次减少到每天1次。
ii)在90cm长的模两侧安装氮分布系统。氮的总流量为20nm3/h，在模的出口形成含氧低的气氛，结果停产次数从每天12次减少到每天1次。
在本发明的敞开空间的选定区域，采用惰性气体产生惰性气氛的方法也可应用于聚合膜生产机器的其它方面，例如聚合纤维和增流注塑机(flow molding machine)。
虽然为了方便起见，在一个或多个附图中只示出本发明的一些特殊部件，但可按照本发明将每个部件与其它一些部件组合起来。本领域的技术人员还会考虑到另一些实施方案，规定将这些实施方案也包括在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种生产聚合膜的方法，所用的制膜设备具有一个漏斗入口和一个挤出机出口，所述的方法包括向覆盖所述挤出机出口的区域提供一部分惰性气体；将原料聚合物送入所述的漏斗入口；和从所述的挤出机出口获得聚合膜产品。
2.权利要求1的方法，其中所述的方法包括采用产生层流阻挡层惰性气氛技术提供所述的一部分惰性气体。
3.权利要求1的方法，其中所述的方法包括在挤出模处提供所述的一部分惰性气体。
4.权利要求1的方法，其中该方法包括通过分布系统提供一部分惰性气体，其量足以置换覆盖所述挤出机出口的所述区域内所含的氧和水。
5.权利要求1的方法，其中所述提供一部分惰性气体，包括使惰性气体通过距挤出机出口内的模出口不到约20mm的分布系统。
6.权利要求1的方法，还包括通过分布系统向所述的漏斗入口区域提供一部分惰性气体，其量足以置换覆盖所述漏斗入口的所述区域内所含的氧和水。
7.权利要求1的方法，其中每米挤出机出口区域所述惰性气体的流量为约8至12m3/h。
8.一种生产聚合膜的方法，所采用的制膜设备具有一个漏斗入口和一个挤出机出口，所述的方法包括向覆盖所述漏斗入口的区域提供一部分惰性气体；将原料聚合物送入所述的漏斗入口；和从所述的挤出机出口获得聚合物膜产品。
9.权利要求8的方法，其中所述提供一部分惰性气体，包括通过分布系统加入足够量的惰性气体，以置换覆盖所述漏斗入口的所述区域内所含的氧和水。
10.权利要求8的方法，所述提供一部分惰性气体，包括使惰性气体通过距挤出机出口内的模出口不到约20mm的分布系统。
全文摘要
本发明是针对采用产生层流阻挡层惰性气氛技术的方法和系统,用惰性气体笼罩着覆盖聚合膜出口和/或原料入口的敞开空间的选定区域。
文档编号B29C47/00GK1265351SQ00102230
公开日2000年9月6日 申请日期2000年2月15日 优先权日1999年2月16日
发明者R·M·德维尔德, P·Y·杜罗 申请人:普拉塞尔技术有限公司