用于制造多层管薄膜的吹头和方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于由热塑性塑料制造多层管薄膜的吹头和根据权利要求13的前序部分的用于由热塑性塑料制造多层管薄膜的方法。

背景技术：

工业制造的塑料薄膜通常具有几微米至几百微米的厚度并且由一个至十一个单层组成，所述单层的单厚度通常不小于一微米。最近的发现表明，带有小于1微米的厚度的单层改善了共挤薄膜的性能。这样的纳米层薄膜在铸造挤压领域是已知的。在吹塑薄膜挤出领域中，迄今还不能提供用于经济地制造高质量纳米层薄膜的适合批量生产的挤出工具。

用于制造管薄膜的吹头是预先已知的。这些吹头具有如下任务：将从一个或多个挤出机供应给它们的熔体分配成环形的熔体流并将其引导至吹头的环形间隙喷嘴。

吹头由中央的心轴和包围该心轴的外罩组成。在外罩和心轴之间存在环形间隙，熔体通过所述环形间隙被输送到环形间隙喷嘴。吹头包括熔体供应装置、预分配器(所述预分配器将供应的熔体流分成多个单熔体)、一个或多个分配器(所述一个或多个分配器将熔体均匀地分配到环形间隙中并将其引导至环形间隙喷嘴)和环形间隙喷嘴(熔体管从所述环形间隙喷嘴中排出)。

分配器有两种基本类型，呈圆锥形或圆柱形的形状的轴向分配器和径向分配器(也称为板式分配器)。

经常使用的吹头方案是轴向螺旋分配器，如在de102004151a1中所公开的那样。在这种结构类型中，分配器和合流处沿着轴向方向、即沿着挤出方向设置。在共挤吹头中，圆柱形的或圆锥形的轴向螺旋分配器彼此同轴地并且与心轴同轴地设置。这些轴向螺旋分配器具有螺旋形的凹槽，所述凹槽将熔体均匀地分配到环形间隙中。来自各个环形间隙的熔体在环形间隙喷嘴前合并并且作为熔体管离开环形间隙喷嘴。轴向螺旋分配器的特征在于其压力稳定性和尺寸稳定性。

另一吹头方案是径向分配器或板式分配器。在所述径向分配器或板式分配器中，分配器板彼此相叠地围绕吹头的心轴设置。径向设置的分配器通常具有螺旋的形状。径向设置的分配器分配熔体并将其引导到在心轴和分配器之间的环形间隙中。不同的熔体流前后相继地被引导到环形间隙中。环形间隙将熔体引导至环形间隙喷嘴。熔体作为熔体管离开环形间隙喷嘴。

径向螺旋分配器使用垂直于挤出方向设置的螺旋几何结构来产生无缝并且均质的熔体管。通过多个径向螺旋分配器的串联连接，可以相对容易地将多个熔体流联合成多层熔体流。从de10059306c1中已知一种作为径向的板式工具的径向螺旋分配器，在所述径向螺旋分配器中，塑料熔体从外部引入并且径向向内流动。

从ep2873508a1中已知一种吹头，该吹头除了轴向螺旋分配器之外还具有设置在下游的径向分配器。

通过产生许多纳米层，可以有针对性地改善所产生的薄膜的性能。举例来说，在此可能提及经改善的屏障作用或更好的热成型性能(tiefzieheigenschaften)。为了在吹膜挤出领域中也能够利用这些所谓的纳米层的优点，已经提出了多个可能的解决方案。

ep2639038a1公开了一种用于制造具有纳米层结构的薄膜的、带有板式分配器的吹头。它是由经加工的片堆叠而成的吹头，用于制造薄层。

通过堆叠许多特殊制造的片，可以价格低廉地制造三维内部轮廓。但是由于所用片的厚度，在该制造中不能在挤出方向上产生薄膜的高质量表面。无法避免在熔体通道中的侧凹(hinterschneidungen)和死区。此外，薄的片容易翘曲。伴随着通常高的压力(所述压力在板式分配器中以已知方式在挤出方向上作用)，这种设计方案在产量和使用寿命方面推到其极限。该系统具有相同厚度的预分配器孔和相同厚度的片，这导致在所制造的多层管薄膜中未定义的层厚度分布。

de102016012388a1公开了一种用于制造多层管薄膜的吹头和与此相关的方法，所述吹头示出了由多个板制成的径向分配器，其中，这些板是薄层分配器板，所述薄层分配器板的分配器板出口在周边边缘处具有最大为0.75mm的高度。

在ep2326481b1中公开了一种用于制造多层管薄膜的带有径向分配器的吹头以及与此相关的方法，所述吹头将常规厚度的分配器板与微层分配器板结合。为此，首先将薄的熔体层前后相继地合并并且然后将薄的熔体层与较厚的层组合。在该吹头的情况下，微层分配器的分配器出口具有在0.508mm和2.54mm之间的高度。

板式分配器组件非常好地适合于生产薄熔体层，因为板式分配器组件能够实现小的熔体体积和短的流动路径。由于熔体流从分配器熔体通道排出后立即联合，取消轴向分配器中穿过合流几何结构的常规路径。因此，即使在低质量流量的情况下也可以实现足够高的流动速度。板式分配器共挤的缺点是：聚合物熔体的共同流动路径相对长。已知的是，聚合物在长的共同流动路径的情况下可能形成流动不均匀性，从而不利地影响层厚度分布。此外已知，敏感的聚合物在长的共同流动路径以及相关的热和材料交换过程中会受损。当各个层具有小的厚度、大的界面和长的共同流动路径时，优先出现这些效应。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种如下解决方案，所述解决方案结合了吹头中的轴向分配器和径向分配器的优点。

在开头所述类型的吹头中，该目的根据本发明通过如下方式来实现：至少一个分配器是轴向分配器并且至少一个分配器是板式分配器，其中，板式分配器在轴向分配器的环形元件中设置在去往环形间隙喷嘴的熔体合并处的上游。

根据本发明为此提供一种具有作为基础的轴向分配器的吹头。在此，一个或多个熔体通道不通过轴向分配器供给熔体，而是由径向分配器(也称为板式分配器)代替供给熔体。为此，一个或多个分配器板组合成板式分配器组件并且这样被安装到吹头中，使得这些分配器板而不是轴向分配器的螺旋供给熔体通道。

板式分配器组件中的层结构可以在厚度和供应的熔体类型方面适应相应的应用情况。这些熔体由一个或多个挤出机、优选两个挤出机供给。例如在用两个挤出机供给多层板式分配器组件时，可以实现交替的层结构。借助于板式分配器组件产生的层流被前后相继地合并并且在进一步的进程中在挤出方向上与来自轴向分配器的熔体流合并。熔体流的合并可以同时进行或前后相继地进行。然后将熔体流引导至环形间隙喷嘴。熔体通过一个或多个熔体供应装置被引导到吹头中。

在本发明的一种实施方式中，板式分配器的每个熔体通道的高度小于轴向分配器的每个熔体通道的宽度。

构成在轴向分配器中的熔体层可以由相同的或不同的材料制成。这些层可以具有相同的或不同的厚度。为此，熔体通过一个或多个熔体供应装置被引导到吹头中。

板式分配器中的层的数量可以从1到30并且此外可以变化，而轴向分配器的层的数量可以从1到11。但是也可以选择更多数量。两个分配器的各个层可以由一种材料或不同的材料制成。

视待生产的薄膜而定，板式分配器组件的组件设置在外部的或内部的熔体通道上或在它们之间的通道上。为此，在吹头中带有轴向螺旋的相应的环形元件由带有板式分配器的构件替换。因此产生薄膜结构，在所述薄膜结构中纳米层结构设置在管薄膜的内部中、外侧或内侧上。

在本发明的一个构型中，吹头具有两个轴向分配器，在所述两个轴向分配器之间设置带有板式分配器的熔体通道。

吹头也可以配备有多个板式分配器组件。所述多个板式分配器组件可以串联地或并联地运行。

在串联运行中，多个板式分配器组件为此沿着挤出方向连续地设置在熔体通道上。在并联运行中，板式分配器组件装为此设置在两个或多个熔体通道上。

并联运行也可以与串联运行结合。

在另一个实施方式中，轴向螺旋分配器和板式分配器组件彼此相叠地设置，其中，轴向螺旋分配器和板式分配器将它们的熔体排放到同一熔体通道中。

板式分配器组件也可以设置在熔体通道的合并处的下游并且直接在环形间隙喷嘴前将其熔体排放到沿挤出方向流动的熔体流上。

熔体的流动在板式分配器组件中从预分配装置到与熔体通道中的其他的熔体的合流处分布。熔体的流动可以径向地从内向外或从外向内取向。

为了将板式分配器组件安装在吹头中，首先借助于可拆卸的连接元件、例如螺纹连接将板式分配器板夹紧成分配器板包。该包代替轴向螺旋安装到环形元件中并且同轴地集成到吹头中。该解决方案的优点是：可以相对简单地集成到轴向分配器吹头的现有和经过验证的方案中，所述集成能够实现将已知的优点(例如同轴的轴向分配器的耐压性)传递到径向分配器的方案上。

通过较少构件的相对简单的替换，例如现有的轴向分配器吹头可以补充或加装来自板式分配器的一个或多个层。

环形元件(板包被安装在所述环形元件中)模块化地由基础环形元件、板式分配器组件和安装环构造。通过这种模块化构造，板式分配器组件、预分配器以及在预分配器和板式分配器组件之间的熔体供应装置可以容易地替换并且在厚度、材料类型和材料数量以及层数方面适应所要求的薄膜类型。

来自板式分配器组件的熔体流首先前后相继地合并为一个熔体流并且然后与来自轴向分配器的熔体流联合。熔体流可以具有共同的或多级的合流处。合流处在流动方向上尽可能靠近吹头出口、即环形间隙喷嘴。

不同的处于接触的聚合物熔体的长的共同流动路径可能导致对共挤薄膜的质量产生负面影响。特别是由于在薄层的情况下故意选择表面对体积的大的比例，这些层可能易受界面效应的影响。通过熔体流的在流动方向上尽可能晚的合流，可以使层的材料的和热的补偿最小化。为此，例如将各个熔体流与已经构成的薄层块紧密地合并。以这种方式，可以将轴向分配器技术的其他优点用于薄层技术。

来自板式分配器组件的熔体层的合流处可以垂直于相应的熔体通道或与相应的熔体通道成锐角，所述合流处通到所述相应的熔体通道中。优选地，该角度在20°和45°之间。理想地，该角度在30°至40°之间。

由于板式分配器中的熔体流的相对于体积大的表面，有利于在吹头与熔体之间或在各个熔体层之间的热交换。视所加工的聚合物熔体的和所选择的工艺参数的选择而定，不希望的热传递可能使聚合物的加工变得困难并且降低产生的薄膜的质量。通过有针对性的调温或分配器的元件彼此热隔离可以防止这种情况。

在本发明的一种实施方式中，内熔体管层的分配器设置在内环形元件即心轴的外壁中，所述内环形元件限定内熔体通道。在本发明的另一实施方式中，外熔体管层的分配器设置在外环形元件即吹头的壳体的内壁中，所述外环形元件限定外熔体通道。在这种情况下，分配器可以是轴向分配器或径向分配器(即板式分配器)。两种实施方式也可以组合。

优选地，轴向分配器设置有单个倒置的螺旋，即螺旋不设置在环形元件的外侧中而是设置在内侧中。优选地，壳体壁中的外螺旋可以实施为倒置的螺旋。这防止了螺旋加强部的形成并且因此提高了薄膜的质量。

在将这些层引入到最里面的管薄膜层(schlauchfoliensicht)中时，板式分配器从内向外排放到最里面的熔体通道中。如果相反将这些层引入到外管薄膜层中，则板式分配器从外向内排放到最外面的熔体通道中。

在本发明的另一个实施方式中，板式分配器组件中的横截面选择为使得每个熔体流在预设置的运行状态下都遭受类似高的压力损失。通过自调整的在流变学上相似的条件，实现均匀的层分布。在另一种情况中，可以有针对性地通过如下方式产生不同的层厚度：预给定不同的压力损失。几何的适配例如可以在预分配中、在从预分配器到板式分配器通道的供应中、在分配器几何结构或熔体流的合流中进行。

在开头所述类型的方法中，该目的根据本发明通过如下方式实现：由热塑性塑料制成的多层管薄膜的这些层不仅在轴向分配器中而且在板式分配器中制造，所述板式分配器将其熔体排放到轴向分配器的熔体通道中。在此，在吹头中将来自轴向分配器的熔体层与来自板式分配器的熔体层组合。后者来自板式分配器的熔体层在下游的熔体通道中前后相继地合并成层结构。该经合并的熔体流然后与来自轴向分配器的熔体流合并。但是，来自板式分配器的熔体流也可以直接放置到来自轴向分配器的熔体流上。

带有多个在串联运行中或并联运行中的板式分配器的吹头也是可能的。

在串联运行中，多个板式分配器组件为此彼此相叠地设置在熔体通道上。在并联运行中，板式分配器组件为此设置在两个或多个熔体通道上。

并联运行也可以与串联运行结合。

轴向分配器和板式分配器组件也可以彼此相叠地设置，所述轴向分配器和板式分配器组件将它们的熔体排放到同一熔体通道中。

纳米层技术与吹膜挤出的优点的结合为经济地并且节约资源地制造具有改进的性能和小的厚度公差的薄膜提供了巨大潜力。这里提出的吹头方案建立在轴向螺旋分配器的经考验的结构型式上并且在此以有意义的方式结合了轴向的和径向的结构型式。

附图说明

由从属权利要求和附图的以下描述得出本发明的技术方案的其他的细节、特征和优点，在所述附图中示例地示出了本发明的优选实施例。

在附图中示出：

图1：根据本发明的吹头，

图2：带有在并联运行中的板式分配器的根据本发明的吹头，

图3：带有在串联运行中的板式分配器的根据本发明的吹头。

具体实施方式

在图1中，以截面示出了根据本发明的吹头的一个优选实施方式。

吹头1结合轴向分配器与板式分配器。吹头1包括内圆柱形心轴2。在该实施例中，心轴2由同轴的环形元件3、4、5、6、7包围，其中，最外面的环形元件7同时是壳体。心轴2本身也是环形元件。在心轴2和内环形元件3之间以及在各个环形元件之间构造环形间隙、即熔体通道8、9、10、11、12。心轴2、第一环形元件3和第三环形元件5在其外周面上具有螺旋13、14、15。第六环形元件7、即壳体在其内周面上具有螺旋16。螺旋13、14、15、16的深度朝向环形间隙喷嘴17减小。第二环形元件4和第四环形元件6没有螺旋，即它们具有光滑的周面。第三环形元件5具有板式分配器18。第三环形元件在其内周面上具有用于板式分配器组件21的留空部并具有安装环24。板式分配器组件21包括多个分配器板25，所述分配器板形成板式分配器组件21并且具有熔体供应装置(这里未示出)。在这些分配器板之间设置板式分配器熔体通道26。板式分配器18具有熔体供应装置(在此不可见)、螺旋分配器、熔体通道26和熔体出口27。分配器板25通过螺纹连接或其他可拆卸的连接彼此连接并且固定在安装环24上。然后带有安装环24的板式分配器组件21与第三环形元件5(即基础环形元件)一起装入到吹头1中。板式分配器组件21将其熔体流从板式分配器熔体通道26前后相继地排放到熔体通道10中。熔体通道8、9、10、11、12在环形间隙喷嘴17前组合成间隙。

熔体通过多个熔体供应装置28输送到吹头1中，在那里通过不同的预分配器(这里未示出)输送给螺旋13、14、15、16和板式分配器18的始端。

通过轴向分配器、这里是轴向螺旋分配器，熔体均匀地分布在相应的熔体通道8、9、11、12的周边上并朝向环形间隙喷嘴17输送。其他的熔体流通过预分配器(未示出)供应给板式分配器组件21并在板式分配器组件中分配为使得熔体流作为均匀的熔体管流通过分配器出口27排出到熔体通道10中。板式分配器同轴地设置在轴向分配器中。在熔体通道10中，来自各个板式分配器熔体通道26的熔体流前后相继地合并。该经合并的熔体流现在前后相继地与来自熔体通道8、9、11、12的熔体流合并并且被引导至环形间隙喷嘴17，在那里熔体流作为多层熔体管排出。

因为熔体管的位于外部的层、即内层和外层朝向熔体管中心发生螺旋排出，所述位于外部的层然后与其他层的熔体接触，能够实现制造没有条纹和波浪状区域的多层薄膜。

如果根据本发明的吹头应该用于大于5个厚层的多层管薄膜，则在外环形元件和心轴之间相应地设置另外的环形元件。如果根据本发明的吹头应该用于制造具有少于5个厚层的多层管薄膜，则在外环形元件和心轴之间相应地设置较少的环形元件。

板式分配器也可以在层的数量方面被适配，其方式是：使用更多或更少的板。

图2示出了并联运行中的吹头1。与图1的吹头相比，该吹头1具有两个板式分配器18、19。板式分配器18设置在环形元件4中，配属于所述板式分配器的板式分配器组件21将熔体排放到熔体通道9中。第二板式分配器19设置在环形元件5中。分配器19的板式分配器组件22将熔体排到熔体通道10中。该熔体流前后相继地与来自其他熔体通道8、9、11的熔体流合并并且被引导至环形间隙喷嘴17，以作为熔体管离开吹头1。

图3示出了在串联运行中的吹头1。该吹头也具有两个板式分配器18、20。板式分配器18和20彼此相叠地设置在同一环形元件5中。两个板式分配器组件21和23都将其熔体排放到同一熔体通道10中。该熔体流前后相继地与来自熔体通道8、9、11、12的熔体流合并并且被引导至环形间隙喷嘴17，以作为熔体管离开吹头1。

附图标记列表

1吹头

2心轴

2、3、4、5、6、7环形元件

8、9、10、11、12熔体通道

13、14、15、16螺旋

17环形间隙喷嘴

18、19、20板式分配器

21、22、23板式分配器组件

24安装环

25分配器板

26板式分配器熔体通道

27板式分配器熔体出口

28熔体供应装置。