用于热塑性薄膜材料的纵向定向的方法及装置的制作方法

专利名称：用于热塑性薄膜材料的纵向定向的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于热塑膜材料的纵向定向的方法及装置，特别涉及已在相对低 的温度下单轴拉伸的薄膜的交错积层(crosslaminate)的制造。
背景技术：
已知通过下列定向步骤在交错积层中获得最好的全方位强度性质首先，在从挤 压模抽出期间进行强的、几乎单轴的熔融定向，或更好的是，当聚合物材料半熔融时进行几 乎单轴的定向，然后在相对低的温度下进一步定向。“全方位强度性质”在此指抗张强度、屈 服点、抗撕裂蔓延性及耐刺穿性的组合。为何定向步骤的这种组合较佳尚难以给出令人满 意的说明，但是可简单地说当在这些步骤中进行定向时，分子链将展示出宽范围不同程度 的定向，及那些相对较低的定向将帮助该薄膜当其遭受撕裂力或刺穿力时再定向，而不是 裂开。但是，在低温下拉伸会例如在由高密度聚乙烯(HDPE)或等规或间规聚丙烯(PP) 所构成的薄膜中发生明显问题。一方面，此问题为当纵向拉伸薄膜时，其在横向方向上会有 高度的收缩倾向，同时其厚度将减小。就所获得的性质而言，当温度低(例如，在10-40°C之 间，这是对HDPE及PP来说为最理想的拉伸温度范围)时，此趋势最高。另一方面，此问题 为在这些低温下，该材料会在适当长的区域内趋向于“缩幅(neck in)”，而不是逐渐形成定 向。此意味着该拉伸必需在紧密间隔开的拉伸辊或拉伸棒间进行，除非采取特别的、将会防 止该薄膜在横向方向上经历必然的收缩的预防措施。在本发明人的专利US 3233029 (其在约40年前公布)中，已提出此问题的解决方 案，即，其通过在拉伸前在一个或多个短拉伸区域内纵向打褶来“预留”该薄膜趋向于横向 收缩的实质部分，如将在本权利要求1的前序部分中更精确地表述的。在上述专利中，所描述的打褶机构由两组间隔开安装在轴上的盘片组成，其中一 组在要打褶的薄膜上面另一组在下面，使得一组中的盘片啮合在另一组的盘片之间。因此， 迫使该薄膜形成折迭或褶皱。该专利进一步公开该薄膜优选通过一冠形辊，该冠形辊使得 在薄膜边缘上的应力等于薄膜中间的应力。冠形意味着该辊在中间具有最大直径，直径朝 向其末端逐渐减小。最后，该专利公开了优选地通过以毛毡覆盖拉伸棒且保持此毛毡湿润 以在拉伸区域中冷却该薄膜。水也通过其润滑作用帮助让薄膜横向收缩来消除褶。在最后 产品中并无褶余留。本发明人成功使得该旧发明应用于有弹性的HDPE及PP，但是仅用于相当窄的宽 度上而不足以用于工业制造例如正交积层的工业用袋子或正交积层的保护层。当尝试将本 发明应用至较硬的薄膜(诸如由平白(Plain)HDPE或PP制得的薄膜)时，或当尝试应用在 较大宽度(例如，1米宽)的薄膜上时，由薄膜所施加的横向力总是以细的纵向延伸线形式 造成该薄膜横向拉伸。施加纵向打褶因此允许薄膜在纵向拉伸期间横向收缩的原理至今仅 在也产生沿着窄纵向线的横向拉伸及减弱的条件下在工业中进行。

发明内容
所描述的问题由从权利要求1特征部分的改进克服。通过所提及的会聚方式递送 薄膜，由打褶装置所施加的横向作用力被减小并可通过最佳化的调整而几乎完全消除，以 便避免形成横向拉伸的、减弱的纵向线。将在具体的描述中讨论优选的打褶程度，即，在打 褶前与打褶后薄膜宽度之间的比率，打褶后薄膜的宽度沿着从边缘至边缘的直线测量。本发明对主要由HDPE、PP或这些聚合物的混合物所构成的薄膜的纵向拉伸具有 特别的重要性，因为这种薄膜相对低的价格、硬度及可获得的强度性质，让其最合适用于工 业产品(诸如，工业用袋子、保护层、防水布、加强的油毛毡、池塘衬垫、温室薄膜及“房屋缠 绕膜”)的交错积层中。但是，本发明也可应用至全部其它热塑性聚合物材料薄膜，只要此 呈窄长条形式的薄膜可在正常室温下或接近正常室温下被定向。作为例子，本发明可应用 至以聚酰胺类、聚酯类为主的薄膜，诸如聚乙二醇对苯二甲酸酯、聚偏二氯乙烯及氯乙烯与 偏二氯乙烯的结晶共聚物。还预计其可用于基于可冷拉伸的生物可降解的聚合物材料的薄 膜。最合适的是，该减小区域应该不长于原始薄膜宽度的3倍，优选的不超过两倍，更 优选的不超过薄膜宽度。上述已提及在较低的温度下拉伸的优点，根据本发明的拉伸应该通常在温度不高 于60°C下进行，优选不高于50°C，更优选的不超过40°C。要拉伸的薄膜可呈压平的管的形 式。这对用单轴定向薄膜来制造交错积层特别具有参考性，因为这种交错积层的通常制造 方法包括螺旋状切割纵向定向管的步骤。在本发明的优选具体实例中，下游辊或辊组件包含至少一个香蕉型辊，其凸面侧 指向上游辊组件。“香蕉型辊”是通常用于具有弯曲轴线、通常形成为圆弧的辊的名字。香 蕉型辊通常用来去除皱纹或褶，但是这里用于相反的用途。就其最简单的形式来说，香蕉型 辊由稍微弯曲的、放进橡胶管中的轴组成，橡胶管可在此轴上转动。该管通常用例如滑石润 滑。在更工业化的设计中，在弯曲轴与橡胶管之间有紧密并排的球轴承或滚子轴承阵列。该 橡胶管可例如由环阵列取代，其中每个环配合至轴承上。该香蕉型辊的弯曲度可调整。传统香蕉型辊的调整是已知的，可通过调整轴末端 的角位置来进行。为了允许可变的弯曲，该轴由复合物(例如，埋入聚合物材料中的玻璃纤 维或碳纤维)制成。不论是使用具有可调整弯曲度的香蕉型辊或使用固定弯曲度的香蕉型辊，弯曲半 径都由收缩区域的长度及所选择的打褶程度决定。这将在具体的描述中解释。作为使用至少一个香蕉型辊作为下游辊或作为下游辊组件的一部分的技术等同 方案，可提供许多短辊，这些短辊独立安装从而一起形成接近圆弧的多边形的一部分。当薄膜离开减小区域的下游部分最后的辊或辊组件，而朝向拉伸辊或棒继续进行 时，薄膜优选以基本上垂直于其在减小区域内的运动的方向被导引，且优选与此垂直方向 偏离不超过10°。如在参照附图的说明中进一步解释的，提供此预防措施以便均衡薄膜在 其宽度上的纵向张力。类似于下游辊或辊组件的结构，上游辊或辊组件可合适地由香蕉型辊或多个平行 的香蕉型辊组成，其中辊的凹面指向该下游辊或辊组件。所述香蕉型辊优选形成弧，弧在任 何位置处的切线与由下游辊或辊组件所产生的薄膜张力垂直。若该上游辊及下游辊都为香蕉型辊时，这意味着这些辊形成大致同心的弧。这在优选实例的具体说明中进一步阐明。该上游香蕉型辊或上游香蕉型辊的最后一个可有利地具有突出的、圆形节段部分 的阵列，以便开始打褶。同样类似于减小区域下游的结构，可使得每个香蕉型辊的弯曲度可调整。如已提及，薄膜优选基本上垂直于其在减小区域内的运动而从该减小区域的下游 部分离开。同样优选的且由于类似的理由，薄膜以与其在该减小区域内的运动呈基本上垂 直的方向(且优选偏离此方向最高10° )朝向第一上游辊递送。作为在至减小区域的输入口处使用一个或多个香蕉型辊的替换方案，该上游辊或 辊组件可为冠形辊或在一直轴上一起形成冠形的短辊的辊组件，所述短辊经由轴承与一共 同轴连接，从而可彼此各自独立地转动。优选的，通过安装在上游辊或辊组件与下游辊或辊组件之间的有沟纹的香蕉型 辊，或以其它方式通过盘片阵列或互相咬合的盘片，来协助宽度在该减小区域内逐渐减小。 用于此目的的有沟纹的香蕉型辊可由交替接续、不同外径的盘片组成或由具有沟纹的短辊 节段组成，因此盘片或短辊节段经由轴承安装在一弯曲轴上，或盘片或短辊节段本身可起 到轴承的作用。优选的是，不以固定方式设定在两个这种有沟纹的香蕉型辊之间的咬合，而是通 过试图将两个有沟纹的香蕉型辊推向一起的可调整的力使该咬合可变。此可调整的力可通 过弹簧、气动装置或通过重力产生。当打褶不规则(如通常在开始处)时，试图增加咬合的 力最强烈地作用在打褶程度最低的薄膜处。如果将两个有沟纹的香蕉型辊推向一起的装置 已经通过实验合适地调整，则逐渐打褶将在薄膜的整个宽度上变得均勻。如果以固定方式设定在有沟纹的香蕉型辊之间得咬合而没有采取特别的预防措 施时，或如果试图将辊推向一起得可调整的力设定成太高时，结果可为有沟纹的香蕉型辊 将在打褶程度最低的薄膜处进行横向拉伸，因此产生纵向延伸的细线，而不是逐渐使得打 褶均勻。已发现当薄膜通过平滑香蕉型辊或平滑辊或直辊时，在处于零张力或低张力下的 均勻打褶的薄膜中，打褶系统趋向于被打乱。这可能是与本发明中使用的、在薄膜永久伸长 前的平滑辊有关的问题。为了抵消此打乱，可设置在此平滑辊的紧邻上游且紧密邻近此平 滑辊处起作用的引导装置。这些装置可优选为适于将全部褶折翻在相同侧上的轨道。优选的，在多个步骤中以多组咬合的有沟纹的香蕉型辊或盘片阵列来进行所描述 的打褶，在所述组中的阵列的节距从较粗的打褶发展至较细的打褶。代替所描述的使用有沟纹的香蕉型辊，可通过跟随及引导薄膜通过此区域的至少 一部分的窄输送带组来帮助宽度在该减小区域内逐渐减小，使得两组窄输送带在会聚前进 期间在该区域中彼此逐渐越来越咬合。本发明还涉及适合于执行上述方法的任何装置，并强调具有沟纹适合于形成或控 制打褶的香蕉型辊本身视为一种发明。


现在，将参考附图更详细描述本发明。图1为透视图的照片，示出通过使得薄膜以打褶状态进料至拉伸区域中而允许薄膜在纵向定向期间横向收缩的趋势的基本原理。照片示出在实施例1中描述的拉伸前及后 的压平管状薄膜(主要由HDPE组成)样品。该样品取自在停止期间冷拉伸机器外。图2a及2b为示出顺丝绺方向(machine direction)拉伸线的主要示意图，其包 括用来在拉伸前打褶薄膜的装置。图2a示出整条线，为包含沿着在图2b中的a-a的剖面 图的竖直剖面图。图2b为沿着在图2a中的b-b的水平剖面图。为了清楚阐明的目的，在 不同辊间之距离(与辊直径比较)不成比例缩短地大致示出。也未显示出该打褶辊的有沟 纹的表面图案。图3示出穿过轴线的概略剖面图，示出可形成、调整或控制该打褶的一对咬合的 有沟纹的辊的节段。在该有沟纹的辊为香蕉型辊的情况中，该图应该理解为展开图。图4a及b为几何图形，其提供作为计算打褶过程参数的基础。图5详细示出有沟纹的香蕉型辊的优选技术结构(大体如图3)，但是其为更坚固 及耐用的结构。图6详细示出在宽度减小区域的入口或出口处的香蕉型辊中间的结构。图7以示意透视图示出当这些褶压平在平滑辊上时，打褶薄膜的多个位置。为了 清楚的目的，未显示出引导轨道及平滑辊。图8显示出图6的香蕉型辊的替换方案，即短的平滑辊阵列形成接近圆弧的多边 形的一部分。图9示出类似于图3及5的有沟纹的香蕉型辊的替换方案，即短的、有沟纹的辊阵 列形成接近圆弧的多边形的一部分。图10示出包括能够彼此独立转动的多个节段的冠形辊的一部分。这种结构代替 图2a和2b中示出的第一香蕉型辊。
具体实施例方式在图1的照片中，指示为1的区域为在进行任何定向前的已打褶的HDPE薄膜。区 域2已经通过在15°C下拉伸(S卩，以比率1.5 1)的第一步骤，因此其已变成在“拉伸线” 内沿顺丝绺方向定向，该“拉伸线”在斜纹路上延伸且彼此十字交叉。该薄膜多数仍然未离 开其熔融定向而定向。可直接观察由冷拉伸所产生的定向，因为由HDPE或PP制成的薄膜 在温度低于约40-50°C下的拉伸会产生封闭的微空洞(其用作白色颜料颗粒)。这是熟知 的。区域3已经通过第3拉伸步骤(在实施例(1)中的最后步骤)且已到处转变成白 色，同时该偏斜的十字交叉拉伸线已逐渐增加并发展成在宏观规模上均勻的结构。在那时， 该薄膜已在横向方向中收缩且打褶已消失。在松弛前的最后拉伸比率为3. 8 1及在松弛 后为2. 8 1。所描述的定向过程的发展(从偏斜的、互相十字交叉的“拉伸线”开始，这些“线” 继续一起逐渐发展及增加)意味着最后的定向薄膜在微观规模上观看时变成不均勻。薄膜 到处有这样的微区域，这些微区域具有零或几乎零定向(离开熔融定向)的，并且薄膜将到 处有这样的微区域，在该微区域中定向与毗连的微区域中的定向形成小角度。这种类型的 微观不均勻将有助于薄膜当受到横向力时进行再定向，因此对于由这种拉伸薄膜制成的交 错积层中的抗撕裂蔓延性及耐刺穿性来说非常优良。
如实施例1所示，每个用来打褶的最后的有沟纹的辊的节距为15毫米，褶的平均 “波长”与之对应。该打褶所需要的细度取决于在冷拉伸期间的横向收缩力及在薄膜与遏阻 拉伸辊间之间的摩擦力。低的横向收缩力量及/或高摩擦力需要特别细微的打褶。在第2a及b图中，从卷轴5取得的薄膜4通过压送辊6，压送辊6通过自动张力测 量并提供制动系统(未显示)以将张力保持在调整值处。该薄膜从辊对6行进通过一个部分(其将结合图4b讨论)到达起到至宽度减小 区域的入口的第一平滑香蕉型辊14。该区域的出口为平滑香蕉型辊(15)，在这些平滑香蕉 型辊之间安装三对互相咬合的有沟纹的香蕉型辊(16、17及18)。由该平滑香蕉型辊14的 圆形轴线所确定的平面基本上与由平滑香蕉型辊15的圆形轴线所确定的平面相同，然而 可允许小偏差，且类似地，由宽度减小区域中的每个有沟纹的辊的圆形轴线所确定的平面 接近位于相同的平面中。所有香蕉型辊的圆形轴线都基本上同心。这些圆形弧的半径的选 择结合图4a讨论。如在总的描述中所讨论的，三对有沟纹的香蕉型辊的每对在调整的压力下总是被 压在一起，但是这在图中未示出。当通过平滑香蕉型辊15上时，该薄膜改变方向，并在接近垂直于它通过宽度减小 区域时所遵循的方向的角度下离开该辊。在到达机器的拉伸部分中的第一辊(即，辊7)的 途中，薄膜通过两对互相咬合、直的有沟纹的辊19及20。这两对有沟纹的辊也在调整的压 力(未示出装置)下总是被压在一起。香蕉型辊14及15及全部有沟纹的辊(弯曲或直的)都是空转辊。引导装置紧接在平滑辊15及7中每一个的上游，且紧邻辊15及7的每一个，以避 免平滑辊打乱该均勻的打褶。为了清楚的目的，这些引导装置在此未显示出，但是可参考第 7图及相关的描述。该薄膜的打褶主要由香蕉型辊14及15的同中心布置与在该薄膜中的张力组合所 引起。但是，这些方式单独地将通常产生粗的且不均勻的打褶。在所描述的布置中，辊对16上的沟纹分隔较大，因为需要较小的力以形成粗的、 均勻的褶或褶皱，且因为如果在该位置处形成细微的褶，则当进行至辊对17时细微的褶会 趋向于转成粗的褶。在辊对17上的节距适于使得由辊对16形成的褶数加倍，且在辊对18上的节距使 得褶数再加倍。平滑香蕉型辊15将这些褶或褶皱压平，如结合图7所描述的。可以设有引 导装置以保证以均勻方式来进行压平。为了避免褶在从辊至辊的路上变成较粗，从辊对17 至辊对18的距离及从辊对18至辊对15的距离相对短。在通往咬合的、直的、有沟纹的辊19的路上，该褶再次采取竖立的形式。在辊19 上的节距适于使褶数回到由辊对17所形成的数目。如此选择是因为，虽然有所描述的引导 轨道，但该平滑香蕉型辊15会在压平的褶的布置中造成某些混乱，然后需要更大的节距再 建次序。褶或褶皱的数目由于通过辊对20而再次加倍，然后通过平滑从动辊7及涂覆橡胶 的压送辊8维持。在辊15与19之间的距离较长。如此选择的理由结合图4b讨论。在辊对20与辊 7及8之间的距离短，以避免细微的褶变得较粗。(该图在这些点上未严格按照比例绘制。)平滑从动辊7及其涂覆橡胶的配对辊8在拉伸期间在平滑辊9 (其在基本上与辊7相同的圆周速度下驱动)的帮助下保持该薄膜。平滑辊10、11及12也被驱动。辊13为涂覆橡胶的压送辊。辊10比辊9运动较 快，以进行第一拉伸步骤；棍11比辊10运动更快，以进行第二拉伸步骤；及辊12比辊11运 动更快，以进行第三拉伸步骤。辊7至12中的每个通过循环水维持在固定温度。此温度可 等于、稍微低于或稍微高于正常室温。若选择例如在30°C或40°C下拉伸时，该薄膜必需预 热，而此可通过将环境保持在此升高的温度下最简单地实现。该薄膜从所描述的拉伸线继续进行至退火站，在这该薄膜将被加热至例如 60-80°C且允许松弛。此为现有装置且在图中由方块114表示。但是应注意的是，该薄膜当 允许松弛时将变得较宽，因此将趋向于再形成部分打褶的形式，除非这例如通过使用数个 香蕉型辊来避免。薄膜在松弛期间的张力由辊115及116的速度设定，辊116与涂覆橡胶的辊117 配对，该张力通过张力测量香蕉型辊118自动控制。最后，该薄膜卷绕在卷绕机119上。显示在图3中的基本有沟纹的空转辊可如所提及的为直的或弯曲的。因此，例如， 两条轴线20可理解如为从与纸平面垂直的平面展开。通过环22 (其在固定轴23上空转) 调整打褶的形状并使其均勻。环24将环22保持成彼此精确地间隔开。环22及24由自润 滑材料(例如，特富龙(Teflon))制成。在打褶/拉伸机器线开始时，每对有沟纹的辊应该彼此不啮合。当薄膜沿该线行 进时，咬合逐渐建立(例如，通过气动装置)，如在总的说明中所解释的。有沟纹的香蕉型辊 的更稳定的结构显示在图5中，当然，用于打褶的、直的有沟纹的辊可制成整体转动，且在 末端处具有轴承。在下列与图4a相关的计算中，作出以下近似两个平滑香蕉型辊(分别在此图中 为AB及⑶，在图2a中为14及15)的轴线等于其凸面及凹面形状的半径。此近似可允许， 因为它们横截面的半径通常小于3厘米。A、E、G、I及C代表薄膜在该过程的不同步骤处的一个边缘，B、F、H、J及D代表另 一边缘。从A至B的距离(沿着弧形测量)为当薄膜进入“宽度减小区域”时薄膜的宽度； 及从C至D的距离(同样沿着弧形测量)为当打褶的薄膜离开该区域时的宽度；P为5个 弧形的同心轴线的中心。打褶程度为在未打褶、未拉伸的薄膜与已打褶的薄膜当其进入辊7(参见第2a图) 时的宽度间的比率。在这里，打褶薄膜的宽度从边缘至边缘笔直地测量。该比率基本上等 于在弧形长度AB除以弧形长度CD之间的比率，其又基本上等于半径PA除以半径PC。当数厘米宽的薄膜条带以比率η 1在较低的温度下纵向拉伸时，其通常将趋向 于几乎相等地减小其宽度及厚度，即，二者皆以约V η 1的比率减小，但是或多或少地取 决于其熔融定向。因此，例如，在拉伸比率4 1下，宽度及厚度二者通常以比率约2 1 减小。对以比率4 1拉伸宽薄膜来说(已发现HDPE或PP薄膜在没有破裂风险的情况 下可被拉伸的大约最好的比率)，当拉伸温度为约20°C时，因此，打褶程度理论上应该为约 2 1。拉伸比率4 1指这样的状态，即无松弛发生并且薄膜仍然处在拉伸期间出现的最 高张力下。但是，事实上非常难以形成完美均勻的打褶，且为了保证在拉伸后无打褶痕迹余 留，已发现在所提及的拉伸比率为4 1及温度约为20°C的情况下，打褶程度在1.5 1至 1.6 1之间最适当。
在图中，半径PA为半径PC的1.5倍，其与打褶程度1.5 1相应。已进一步显示 出，“减小区域”的长度等于完全打褶的薄膜的宽度(弧CD)，已经发现这非常适当。因此， 在两个薄膜边缘AC及BD间的角度为0. 5弧度=28. 6°。在下文中，已进一步规定弧形⑶及减小区域的长度为1. 00米，弓AB的长度因此 为1.5米。然后，半径PA将为3. 00米及半径PC为2. 00米。弧EF可合适地位于弧AB与弓 ⑶之间的中间，及弧GH可合适地位于EF与⑶之间的中间。这意味着弧EF的半径为2. 50 米及弧形GH的半径为2. 25米。如结合图2a所提及，弧IJ应该非常接近弧形⑶。已规定 其半径应该为2. 08米。在弧AB的中间与弦AB的中间之间的距离为3米X (1-cosO· 25) =9.4厘米。如 已经在图1的说明中提及，所需要的打褶细度取决于横向收缩力及在薄膜与遏阻拉伸辊之 间的摩擦力。已发现若其标准规格基本上不超过0. 10毫米时，在辊7上15毫米的节距通常 适合于基于HDPE或PP的管状薄膜。参考图2a的说明，通过平滑香蕉型辊15的褶数与此 节距相应。因此，考虑不同半径，在辊对18上的节距为15X2.08 + 2.00 = 15. 6毫米。辊 对17构造成产生一半的褶数，其节距将为30X2.25 + 2.00 = 33. 75毫米。最后，辊对16 构造成产生此一半的褶数，其节距将为60X2. 5 + 2 = 75毫米。若通过在有沟纹的辊14上 稍微且平滑的突出圆形节段部分来制备褶时，这些突出的节距将为60X3/2 = 90毫米。几何图形的图4b在与图4a的平面垂直的平面上绘制，并通过在图4a中称为K及 L的点。M为该薄膜离开辊对6的点，参见图2b。绘制在线ML上的N，使得MK =丽。MK为薄膜的中间从辊对6通过到达香蕉型辊14的路线，ML为薄膜边缘通过这些 辊间的路线。因此，LM为在这两条路线之间的差异，该差异产生张力上的差异。已规定可 允许的差异，下列计算的目的为建立出该距离KM的最小长度。角度LKN为圆周角度，因此为角度KMN的一半大，因为二者都为小角度，可应用下 列等式 转换成KMXLN = 1/2 X KL2另一个方程式(其表示出最大的距离差异)为LN =1/100 X KM。结合两个等式可获得KM2 = 50KL2，KM = 7. 07 X KL如在结合图4a中计算的，KL = 9. 4厘米，因此KM = 7. 07X9. 4 = 66厘米。可针对从辊15至辊7的路线长度的差异进行类似计算。在图5中，有沟纹的香蕉型辊的可转动的波浪状部分由许多环25 (环25经由球轴 承26固定至圆形弯曲轴23)组成。垫圈24及24a确保球环的适当性能。平滑香蕉型辊的结构(如图6所示)类似于图5中示出的，除了环25不具有波浪 形状及连接至机器支架的臂27在弯曲轴23中间处支撑弯曲轴23之外。没有此支撑，则在 薄膜中的张力会扭曲由轴的弯曲轴线所确定的平面。为了简化图形，支撑臂27示出与此平 面(即，纸平面)平行，但是实际上，其应该安排相对于此平面倾斜，以便最大可能地抵消薄膜张力。“半环” 28与支撑臂27相应，其为此臂的延伸或固定至轴23。薄膜在此半环上滑 动，摩擦热通过将冷却水泵入通过在臂中的管道(未示出)移除。在图7中，竖立的褶皱101逐渐转换成全部位于相同侧的压平的褶103。示出一 个位于之间的位置102。这些褶如此在平滑香蕉型辊15及平滑的直辊7上(参见图2)全 部压平至相同侧。进行此操作的装置可为逐渐扭转的薄金属板的梳状阵列。这意味着在其 上游端处，它们与该平滑辊的轴线大致垂直，并且朝向其下游端，其角度改变成与该轴线平 行。如果紧接着这两个平滑辊15和7的每一个的上游处没有任何引导装置，则这些辊将趋 向于打乱褶。这种打乱可通过简单的梳子或自由转动的盘片阵列在一定程度上抵消，但是 这种简单装置将不会使得褶翻转至相同侧。在图8中，有沟纹的香蕉型辊由许多短的、直的有沟纹的辊29取代，每个辊在其末 端处由球轴承30及31支撑。每对毗邻的球轴承装在壳体32中，该壳体通过臂33固定至 机器支架上或用来打开及闭合在辊之间的咬合的装置上。图9与图8相同，除了(如在图7中)有不可转动、经水冷却、薄膜在其上滑动的 “半环” 34之外。在图10中，35是固定轴，短节段36在该固定轴上可空转，并经由球轴承37连接至 该轴。如所提及的，这可为第一香蕉型辊14的合适的替换方案。建立许多短的、独立运动 的节段的冠形辊的优点为，每个节段可遵循薄膜速度，在辊表面上几乎没有任何滑动。实施例由下列成分挤出100微米厚的管状薄膜中间层，总共70 % 100 % 的 HMWHDPE ；内表面层，总共 10% :m. f. i. =1 的 LLDPE0外表面层，总共20% :60% 的茂金属 PE+40% 的 LLDPE ；m. f. i. =1。压平薄膜的宽度54厘米。在15°C下，在示于图2a及b的装置中打褶及拉伸该压 平薄膜，且如下修改香蕉型辊15的半径为1. 00米及香蕉型辊14的半径为1. 50米，仍然给出打褶程 度1.5 1。仅以两个步骤进行拉伸。省略有沟纹的辊对16。辊对18具有半径1.06米， 及辊对17半径为1. 15米。从动的、有沟纹的辊7的节距为15毫米，且据此类似于与图4a 相关的计算来计算其它有沟纹的辊的节距。该拉伸辊的温度通过循环水维持在15°C。在炉114中，在70°C下以低的张力(由 辊118及其连接的装置控制)处理该薄膜。拉伸比率(作为在最后一组拉伸辊与第一组拉伸辊的速度之间的比率测量)为 2.8 1，及在松弛后之最后拉伸比率为2.8 1。然后，螺旋状切割该压平管状薄膜以产生单个薄膜，在单个薄膜中该主要定向方 向与顺丝绺方向形成角度45°，且在70°下在压送辊间将其连续层积到类似的薄膜，因此 该含茂金属的层用作层积层。
权利要求
一种通过在固态下拉伸为热塑性聚合物薄膜提供纵向定向的改进的方法，拉伸在两个或更多个拉伸辊或棒间和/或上的一个或多个短区域中进行，在该方法中，将从边缘至边缘沿直线所测量的宽度在该拉伸前减小，这种减小以纵向延伸的褶的规则图案的形式呈现，因此宽度的减小及这些拉伸区域的长度适于使得薄膜通过该聚合物材料当被纵向拉伸时会横向收缩的固有趋势将褶完全拉直，因此在至少一对互相咬合的有沟纹的辊或咬合的盘片组之间形成所述褶，改进之处的特征在于，在不短于该原始的薄膜宽度的一半的减小区域内逐渐进行宽度的减小，且该区域由以变化的转动轴线方向安装的上游辊或辊组件及下游辊或辊组件所限定，该方向在薄膜的中间处与顺丝绺方向形成90°角度且朝向薄膜边缘逐渐改变，以便以会聚方式在该减小区域内递送薄膜。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，该薄膜主要由HDPE、PP或这些聚合物的混合物 组成。
3.如权利要求1或2的方法，其特征在于，该减小区域不长于该原始的薄膜宽度的3 倍，优选的不超过两倍，更有选的不大于该宽度。
4.如权利要求1、2或3的方法，其特征在于，该薄膜呈压平的管的形式。
5.如权利要求1、2、3或4的方法，其特征在于，该拉伸在温度不高于60°C下进行，优选 在不高于50°C下，更优选的在不超过40°C下。
6.如前述权利要求的任一项的方法，其特征在于，下游辊或辊组件包含至少一个香蕉 型辊，且其凸面侧指向上游辊或辊组件。
7.如权利要求1-5中任一项的方法，其特征在于，下游辊组件由单独安装且一起形成 用于想要的打褶图案的多边形周边的一部分的许多短辊组成。
8.如前述权利要求的任一项的方法，其特征在于，当离开该减小区域的下游部分的最 后的辊或辊组件时，薄膜在偏离垂直于其在该减小区域内的运动不超过10°的方向上被导 引。
9.如前述权利要求的任一项的方法，其特征在于，上游辊或辊组件由香蕉型辊或多个 平行的香蕉型辊组成，且凹面侧指向下游辊或辊组件。
10.如权利要求9的方法，其特征在于，所述香蕉型辊或多个香蕉型辊形成弧，且该弧 在任何位置处的切线与由下游辊或辊组件所产生的薄膜张力垂直。
11.如前述权利要求的任一项的方法，其特征在于，薄膜以偏离垂直于其在该宽度减小 区域内的运动不超过10°的方向朝向第一上游辊递送。
12.如权利要求1-8中任一项的方法，其特征在于，该上游辊或辊组件为冠形辊或在一 直轴上一起形成冠状的短辊的组件，所述短辊经由轴承与一共同轴连接，从而能够彼此独 立地转动。
13.如前述权利要求的任一项的方法，其特征在于，由互相咬合的盘片帮助宽度在减小 区域内逐渐减小，优选地，这些盘片呈安装在上游辊或辊组件与下游辊或辊组件之间的、有 沟纹的香蕉型辊对的形式。
14.如权利要求13的方法，其特征在于，该香蕉型辊由交替接续、不同外径的盘片或具 有沟纹的短辊节段组成，且这些盘片或短辊节段安装在一弯曲轴上。
15.如权利要求13的方法，其特征在于，某些或全部的咬合盘片能够单独调整其咬合。
16.如权利要求13的方法，其特征在于，通过至少一对互相咬合的有沟纹的香蕉型辊帮助宽度逐渐减小，其中该咬合能够通过用于将两个辊向一起移动的可调整力而变化。
17.如前述权利要求的任一项的方法，其特征在于，通过跟随及引导薄膜通过所述减小 区域的至少一部分的窄输送带组帮助宽度在该减小区域内逐渐减小，且所述两组窄输送带 在输送前进期间在该区域中彼此逐渐越来越咬合。
18.如前述权利要求的任一项的方法，其特征在于，在多个步骤中以多组有沟纹的辊进 行打褶，在所述多组中的沟纹的节距互相不同以便从较粗的打褶发展至较细的打褶。
19.如前述权利要求的任一项的方法，其特征在于，当在永久拉长前呈打褶状态的薄膜 通过平滑香蕉型辊或平滑直辊上时，引导装置紧接着该辊的上游且紧密邻近该辊起作用， 以便抵消所述辊对打褶的扰乱。
20.如权利要求19的方法，其特征在于，这些装置为适于将全部的褶折转到相同侧上 的螺纹形轨道。
21.一种用于热塑性薄膜(4)的纵向定向的装置，其在顺丝绺方向上依次包含i)宽度减小站，其包含至少一对咬合的打褶辊(16)，该至少一对咬合的打褶辊包含咬 合的有沟纹的辊或咬合的盘片组，用于横跨该薄膜宽度施加规则的纵向延伸的褶；及 )用来在固态下纵向拉伸薄膜的纵向拉伸站，该纵向拉伸站包含一对或多对间隔开 的拉伸辊(9，10)或棒，在每个所述对之间的间隔较短；其特征在于，该宽度减小站包含上游辊(14)或辊组件及下游辊(15)或辊组件，宽度减 小区域设置于上游辊或辊组件与下游辊或辊组件之间，其中该上游辊或辊组件及下游辊或 辊组件各自的转动轴线具有变化的方向，且该变化为在该薄膜的中心处与该顺丝绺方向形 成90°，并在中心的两侧上朝向薄膜的边缘逐渐变化，使得薄膜被引导通过该宽度减小站， 同时薄膜的边缘朝向中心会聚。
22.如权利要求21的装置，其特征在于，在该上游辊(14)或辊组件与该下游辊(15)或 辊组件之间的距离不长于原始的薄膜宽度的3倍，优选的不超过原始的薄膜宽度的2倍，更 有选的不大于原始的薄膜宽度。
23.如权利要求21或22的装置，其特征在于，下游辊(15)为香蕉型辊，且其凸面侧指 向上游辊或辊组件。
24.如权利要求21或22的装置，其特征在于，下游辊组件由单独安装并一起形成用于 想要的打褶图案的多边形周边的一部分的许多短辊(29)组成。
25.如权利要求21-24中任一项的装置，其特征在于，薄膜从所述下游辊(15)以偏离垂 直于其运动通过该宽度减小站的方向不超过10%的方向被导向该纵向拉伸站。
26.如权利要求21-25中任一项的装置，其特征在于，上游辊(14)为香蕉型辊，且其凹 面侧指向下游辊或辊组件。
27.如权利要求26的装置，其特征在于，所述香蕉型辊形成弧，且该弧的切线与由下游 辊或辊组件所产生的薄膜张力垂直。
28.如权利要求21-27中任一项的装置，还包括宽度减小站上游的薄膜提供装置(6)， 其中该薄膜以偏离垂直于其在宽度减小区域内的运动不超过10°的方向被导向所述上游 辊(14)或辊组件。
29.如权利要求21-25中任一项的装置，其特征在于，上游辊(14)或辊组件为冠形辊或 在一直轴上一起形成冠状的短辊的组件，所述短辊通过轴承与一共同轴连接，从而能彼此独立地转动。
30.如权利要求21-29中任一项的装置，其特征在于，宽度减小站还包含至少一对辊， 该至少一对辊包含设置在该上游辊或辊组件与下游辊或辊组件之间的互相咬合的盘片 (22)，且该至少一对辊优选地呈有沟纹的香蕉型辊对的形式。
31.如权利要求30的装置，其特征在于，所述有沟纹的香蕉型辊由交替接续、不同外径 的盘片或具有沟纹的短辊节段组成，且这些盘片或辊节段安装在一弯曲轴上。
32.如权利要求30的装置，其特征在于，某些或全部咬合的盘片能够各自调整其咬合。
33.如权利要求30的装置，其特征在于，包含至少一对互相咬合的有沟纹的香蕉型辊， 其中该咬合能够通过将两个辊向一起移动的可调整力而变化。
34.如权利要求21-33中任一项的装置，其特征在于，该宽度减小站还包含跟随及引导 薄膜通过在上游辊(14)或辊组件与下游辊(15)或辊组件之间的区域的至少一部分的窄输 送带组，所述两组窄输送带在薄膜会聚前进期间在该区域中彼此逐渐越来越咬合。
35.如权利要求21-34中任一项的装置，其特征在于，该宽度减小站包含多对咬合的打 褶辊(16，17，18)，且在这些连续对之间的沟纹节的距减小。
36.如权利要求21-35中任一项的装置，其特征在于，打褶引导装置设置在打褶辊的下 游及纵向拉伸站的上游处的至少一个平滑辊(7)的紧接上游(8)处，该打褶引导装置适用 于将所有的褶(101)折迭到一个方向(103)上，且优选地包含螺纹形轨道。
37.一种用来处理薄膜的装置，包含有沟纹的香蕉型辊。
38.如权利要求37的装置，其包含一对互相咬合的有沟纹的香蕉型辊。
39.如权利要求38的装置，其中该咬合能够通过用于将两个辊向一起移动的可调整力 而变化。
40.如权利要求37或38的装置，其由交替接续、不同外径的盘片或具有沟纹的短辊节 段组成，因此这些盘片或辊节段经由轴承安装在一弯曲轴上，或这些盘片或辊节段本身起 到轴承的作用。
全文摘要
一种用于热塑性薄膜材料(4)的纵向定向的方法及装置，包括纵向拉伸区域上游的宽度减小区域，通过其该薄膜宽度逐渐减小以便允许纵向拉伸而没有缩幅。该宽度减小区域包含至少一对、优选多对用来打褶该材料的打褶辊(16，17)，打褶辊包含咬合沟纹或盘片，所述宽度减小区域的长度优选小于该薄膜的原始宽度的3倍。该宽度减小区域具有上游辊(14)及下游辊(15)或辊组件，它们具有弯曲地轴线及选择性地还具有用来提供平滑宽度减小的输送带。在至少两对、优选多于两对的、相对靠近在一起的拉伸辊(9，10，11，12)之间纵向拉伸。可以在多个阶段中提供这些褶，且每个阶段的褶数增加，同时引导装置将所有的褶压至一侧。特别对聚乙烯及聚丙烯薄膜来说，该方法允许实现高抗张强度、屈服点、抗撕裂蔓延性及耐刺穿性。
文档编号B29C55/18GK101883670SQ200880119018
公开日2010年11月10日 申请日期2008年10月30日 优先权日2007年10月31日
发明者N·W·拉斯马森, 奥利-本特·拉斯马森 申请人:奥利-本特·拉斯马森