一种双向同步拉伸薄膜的实验装置的制作方法

本实用新型属于高分子材料加工技术领域，具体涉及一种双向同步拉伸薄膜的实验装置。

背景技术：

近年来，我国对于特殊用途薄膜的生产需求越来越大，通过多年生产实践证明，普通包装薄膜的生产设备已经不适合特殊用途薄膜的生产了，它们也到了根据不同产品的要求，提高对产品的适应性了，有必要对双拉设备进行特定适应性的分类，来提高特殊用途薄膜的质量。

采用双向拉伸技术生产塑料薄膜，可以提高薄膜的机械性能，降低对气体、水汽等的渗透性，提升薄膜的透明度、表面光泽度等光学性能，缩小厚度偏差、提高尺寸均匀性。“《双向拉伸塑料薄膜》1999，尹燕平主编，化学工业出版社。”公开的双向拉伸设备主要有上下皮带辊对压式、伸曲链条式、螺杆传动式、辊组纵向拉伸——导轨横向拉伸组合式及线型磁电传动式。而至今一次拉伸法在薄膜的大生产中尚未普及，其主要原因在于：上下皮带辊对压式的纵向拉伸倍数不可调，生产效率低下；而其他几种设备的传动系统及纵向倍数调节系统十分复杂；纵向拉伸倍数不易过大；设备的价格十分昂贵。另外，通过大变形有限元的分析可知薄膜边缘在夹具作用下其受力状态不均匀而导致在拉伸的过程中容易出现破膜。专利(CN102343669A)提出一种聚酞亚胺薄膜双向拉伸机，通过电机与立式链条使薄膜横向拉伸，丝杠螺母扩幅机构使薄膜纵向拉伸，但是其结构复杂，并且由于薄膜边缘挂在针板上易出现破模。专利(CN104723546A)提出一种基于鞍形曲面过渡的薄膜无级双向拉伸方法，利用两个成一定夹角对称排布的圆形轮形成鞍形曲面实现纵向拉伸，但是圆形轮占用空间较大，纵向拉伸比调节幅度也有限，生产效率慢，且破损率高，成品率低、材料浪费比较多，制造成本高。同时薄膜拉伸过程中还会出现溶剂挥发，造成环境污染等问题。针对上述目前薄膜的双向拉伸方法及设备存在的问题，开发一种新型的薄膜双向拉伸装置具有重大意义。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的缺点和不足，根据流体力学原理，提出了一种结构简单、操作方便，拉伸薄膜效果好，薄膜的均匀性显著提高，且成品率高，使生产效率显著提高的双向同步拉伸薄膜的实验装置。

为此，本实用新型提供一种双向同步拉伸薄膜的实验装置，其设有底部带有导轨装置的主体框架、带有滑块的主机架、主控制器以及与主控制器电连接的装夹固定拉伸装置和驱动电机，主机架通过驱动电机的驱动滑块在导轨上横向滑动；主体框架的导轨上依次设有带有定位固定平台的固定抓紧区域和带有加热装置的加热拉伸区域，主机架上还固设有装夹固定拉伸装置，主控制器通过控制主机架的运动从而带动装夹固定拉伸装置在固定抓紧区域内的装夹、移动和在加热拉伸区域内进行装夹与拉伸、移动。

优选的，加热装置包括电加热装置，加热装置通过活动气缸带动其上下运动。

优选的，位于加热装置前侧上方的主体框架上还固设有配套使用的风机和加热罩，当装夹固定拉伸装置将薄膜置于加热拉伸区域内时，主控制器控制风机将加热罩内的热气吹出到薄膜上方。

优选的，加热装置的加热区上方周围还罩设有框架结构的聚能罩。

优选的，其还设有冷凝系统，主体框架外还罩设有密封防护罩，位于加热装置后侧上方上的密封防护罩上还设有排风口，排风口与冷凝系统相连接。

优选的，装夹固定拉伸装置包括由横向支撑杆和纵向支撑杆围成的固定在主机架上的框架结构，以及两端可分别在两个横向支撑杆上横向滑动的横向滑杆、两端可分别在两个纵向支撑杆上纵滑动的纵向滑杆，横向滑杆和纵向滑杆上还分别固定套设有与主控制器电连接的可纵向伸缩的横向气动夹爪装置和可横向伸缩的纵向气动夹爪装置，且横向气动夹爪装置和纵向气动夹爪装置位于同一水平面内；通过主控制器控制气动夹爪装置夹紧与松开，同时还通过主控制器控制横向滑杆和纵向滑杆分别在横向支撑杆和纵向支撑杆上滑动，从而带动横向气动夹爪装置纵向伸缩和纵向气动夹爪装置横向伸缩。

优选的，密封防护罩内通入氮气。

优选的，主机架、聚能罩、横向气动夹爪装置和纵向气动夹爪装置均采用耐热结构钢及耐热零部件，其局部能够耐温达到400℃。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的双向同步拉伸薄膜的实验装置，具有结构简单，操作方便，拉伸薄膜效果好，显著提高了薄膜的均匀性，且成品率高；同时使生产效率显著提高。

(2)本实用新型的双向同步拉伸薄膜的实验装置，采用双轴拉伸，双轴拉伸是在纵向和横向上拉伸聚合物的过程，在拉伸过程中，聚合物链朝向两个垂直方向，产生纵向和横向平衡性质的聚合物薄膜。同时，由于半结晶聚合物的长链性质，拉伸处理是改变聚合物结晶特征的有效方法，消除薄膜在光学性能上的各向异性，保持薄膜在高温定型中形成的光滑表面，获得具有优异机械、光学和热性能的薄膜。使用本实用新型的双向同步拉伸薄膜的实验装置，制备的拉伸薄膜，采用多点同步拉伸可以显著提高薄膜的性能，例如，一是拉伸强度和弹性模量增加；二是冲击强度和弯曲强度增加；三是耐寒、耐热性提高；四是材料利用率提高；五是电绝缘性提高。

本实用新型的双向同步拉伸薄膜的实验装置，结构简单，操作方便，拉伸薄膜效果好：具有优异机械、光学和热性能的薄膜，显著提高了薄膜的均匀性对拉伸薄膜材料利用率高，且成品率高，显著提高生产效率。装置使用过程中设备的功耗低，节能，最大限度的降低环境污染，符合当今追求的绿色环保节能理念。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中主机架位于加热拉伸区域内的结构示意图；

图3是本实用新型的结构示意图(带密封防护罩)；

图4是压缩状态的装夹固定拉伸装置的结构示意图；

图5是拉伸状态的装夹固定拉伸装置的结构示意图；

图6是图1的左视剖面图的结构示意图；

图7是图6中A的局部放大图的结构示意图。

图中标记：1.主体框架，2.主机架，3.导轨，4.固定平台，5.加热装置，6.活动气缸，7.风机，8.加热罩，9.聚能罩，10.密封防护罩，11. 排风口，12.横向支撑杆，13.纵向支撑杆，14.横向滑杆，15.纵向滑杆， 16.横向气动夹爪装置，17.纵向气动夹爪装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以助于理解本实用新型的内容。本实用新型中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的方法；所使用的原料和装置，如无特殊规定，均为常规的市售产品。

如图1-图7所示，本实用新型提供一种双向同步拉伸薄膜的实验装置，其设有底部带有导轨装置的主体框架1、带有滑块的主机架2、主控制器以及与主控制器电连接的装夹固定拉伸装置和驱动电机，主机架通过驱动电机的驱动滑块在导轨3上横向滑动；主体框架1的导轨3上依次设有带有定位固定平台4的固定抓紧区域和带有加热装置5的加热拉伸区域，主机架2上还固设有装夹固定拉伸装置，主控制器通过控制主机架2的运动从而带动装夹固定拉伸装置在固定抓紧区域内的装夹、移动和在加热拉伸区域内进行装夹与拉伸、移动。

如图6和图7所示，加热装置5包括电加热装置，采用红外线模块加热，加热均匀，温度可调。加热装置通过活动气缸6带动其上下运动，使温度控制在薄膜可拉伸的加工温度范围之内。位于加热装置5前侧上方的主体框架1上还固设有配套使用的风机7和加热罩8，当装夹固定拉伸装置将薄膜置于加热拉伸区域内时，主控制器控制风机7将加热罩8 内的热气吹出到薄膜上方。加热装置5的加热区上方周围还罩设有框架结构的聚能罩9。

本实用新型的一种双向同步拉伸薄膜的实验装置，其还设有冷凝系统，主体框架1外还罩设有密封防护罩10，减少了薄膜拉伸过程中外界环境对薄膜造成污染或干扰。位于加热装置5后侧上方上的密封防护罩 10上还设有排风口11，排风口11与冷凝系统相连接。密封防护罩10内通入压缩氮气，防止加热拉伸过程中氧气对薄膜造成氧化不利影响，使薄膜处于最佳的拉伸状态，保证拉伸后的薄膜透明度高、机械性能好。

如图4-图7所示，装夹固定拉伸装置包括由横向支撑杆12和纵向支撑杆13围成的固定在主机架2上的框架结构，以及两端可分别在两个横向支撑杆12上横向滑动的横向滑杆14、两端可分别在两个纵向支撑杆 13上纵滑动的纵向滑杆15，横向滑杆14和纵向滑杆15上还分别固定套设有与主控制器电连接的可纵向伸缩的横向气动夹爪装置16和可横向伸缩的纵向气动夹爪装置17，且横向气动夹爪装置16和纵向气动夹爪装置 17位于同一水平面内；通过主控制器控制气动夹爪装置夹紧与松开，同时还通过主控制器控制横向滑杆14和纵向滑杆15分别在横向支撑杆12 和纵向支撑杆13上滑动，从而带动横向气动夹爪装置16纵向伸缩和纵向气动夹爪装置17横向伸缩。主机架2、聚能罩9、横向气动夹爪装置 16和纵向气动夹爪装置17均采用耐热结构钢及耐热零部件，其局部能够耐温达到400℃以上，提高设备对耐温薄膜的适用性能，节省成本，延长其使用寿命。

一种双向拉伸薄膜的实验的方法，使用上述的双向同步拉伸薄膜的实验装置，依次包括以下步骤：

1)样品装载工序：使用前，横向滑杆14和纵向滑杆15分别位于横向支撑杆12和纵向支撑杆13的两端，即横向气动夹爪装置16和纵向气动夹爪装置17处于拉伸状态，固定平台4位于装夹固定拉伸装置的框架结构中间，将待拉伸薄膜放入固定抓紧区域内的定位固定平台4上后，接通电源，通过主控制器控制启动装夹固定拉伸装置的横向滑杆14和纵向滑杆15同时向框架结构中间移动，从而带动横向气动夹爪装置16和纵向气动夹爪装置17同时向框架结构中间收缩，与此同时通过主控制器控制横向气动夹爪装置16和纵向气动夹爪装置17张开夹紧待拉伸薄膜，完成待拉伸薄膜的装夹固定；

2)预热工序：通过主控制器启动驱动电机，带动装载有待拉伸薄膜的主机架2沿着导轨3从固定抓紧区域内滑动到加热拉伸区域内，将待拉伸薄膜对准加热装置5的正上方，通过主控制器控制风机7将加热罩8 内的热气吹出到薄膜上方，再通过主控制器控制活动气缸6带动加热装置5向上移动到指定位置处，加热装置5放出的红外线透过聚能罩9靠近薄膜，控制其温度，使温度控制在薄膜可拉伸的加工温度范围之内；

3)拉伸工序：步骤2)中达到适宜温度后，通过主控制器控制启动装夹固定拉伸装置的横向滑杆14和纵向滑杆15同时从框架结构中间分别向横向支撑杆12和纵向支撑杆13的两端移动，从而带动横向气动夹爪装置16和纵向气动夹爪装置17同时向框架结构中间拉伸，对薄膜进行拉伸；

4)加热烘干工序：通过主控制器控制风机7的风速，经过加热罩8 吹出来热的保护气体，扰动气流运动，从而增加薄膜中溶剂的挥发，热的保护气体经过排风口11排出，进入冷凝系统，实现了对加热过程中挥发溶剂的回收，制得烘干后的拉伸薄膜；同时还降低了密封防护罩10箱体中的溶剂残留，更有利于优质薄膜的生产；

5)待步骤4)中对拉伸后的薄膜进行烘干后，再通过主控制器控制将活动气缸6带动加热装置5向下移动到指定位置处后，并关闭加热装置5；通过主控制器控制横向气动夹爪装置16和纵向气动夹爪装置17张开，去下拉伸薄膜产品。

本实用新型的双向同步拉伸薄膜的实验装置，具有结构简单，操作方便，拉伸薄膜效果好，显著提高了薄膜的均匀性；同时使生产效率显著提高。双轴拉伸是在纵向和横向上拉伸聚合物的过程，在拉伸过程中，聚合物链朝向两个垂直方向，产生纵向和横向平衡性质的聚合物薄膜。同时，由于半结晶聚合物的长链性质，拉伸处理是改变聚合物结晶特征的有效方法，消除薄膜在光学性能上的各向异性，保持薄膜在高温定型中形成的光滑表面，获得具有优异机械、光学和热性能的薄膜。使用本实用新型的双向同步拉伸薄膜的实验装置，制备的拉伸薄膜，采用多点同步拉伸可以显著提高薄膜的性能，例如，一是拉伸强度和弹性模量增加；二是冲击强度和弯曲强度增加；三是耐寒、耐热性提高；四是材料利用率提高；五是电绝缘性提高。

当选择待拉伸薄膜材质为PE或者PI时，薄膜步骤3)中对薄膜进行拉伸参数：拉伸速度1-400mm/s，拉伸比为1-9倍，效果最优。

本实用新型的双向同步拉伸薄膜的实验装置，通过调节主机架的精加工，装夹固定拉伸装置的横向气动夹爪装置16和纵向气动夹爪装置17 的调平，均可以显著提高薄膜的平整性。

综上，本实用新型的双向同步拉伸薄膜的实验装置，结构简单，操作方便，拉伸薄膜效果好：具有优异机械、光学和热性能的薄膜，显著提高了薄膜的均匀性对拉伸薄膜材料利用率高，且成品率高，显著提高生产效率。装置使用过程中设备的功耗低，节能，最大限度的降低环境污染，符合当今追求的绿色环保节能理念。

以上仅是本实用新型的实施例而已，例如薄膜步骤3)中对薄膜进行拉伸参数选择，可根据所选择待拉伸薄膜材质进行具体优化选择。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”、“外”、“中间”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具备特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

惟以上所述者，仅为本实用新型的具体实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，故其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本实用新型权利要求书涵盖之范畴。