制造长带材的设备和方法

专利名称：制造长带材的设备和方法
技术领域：
本发明涉及制造长带材设备和方法。更具体地说，本发明涉及用开口管法连续制造长带材的设备和方法。
现有的吹制薄膜成形工艺包括把一薄膜管(或泡)吹成一圆筒体并保持该圆筒形直到管转变成带材。该管由一模具吹制并拉出，并以基本恒定的速度转动。在转变成带材之前，管被压扁成两层薄片，再将吹制薄膜进一步处理并切成带材。在授与Halter的US 4189288和授与Co的US4699580中提出了压扁管的吹制薄膜加工的典型实例。压扁板、辊或其它限管装置用来封闭和传动薄膜管。
但是，这些闭式的压合方法在压扁管时有使薄膜皱折的倾向。在压扁管时形成的折痕是永久的折痕，在该折痕附近部分通常要切掉并报废。另外，压合所施加的层压压力常使两层薄膜粘在一起，因此消除了涂复其它材料及与其它材料同时挤压的可能性，这种层压力会使它们破坏。而且，当管封闭时，压合会挡住进入管内的通路，严重限制管内冷却或涂复处理。这就使得当管内要处理时，吹制薄膜很复杂而且昂贵;还要加工穿过挤压模的气道。即使有了这些气道，在模具被空气冷却时，穿过气道的空气也被模具加热，上述两点对于带材的成形都是不利的。
在授与Dyer的美国专利US3342657中公开了一种热塑薄膜的成形设备，它在一管中成形薄膜并且不封闭管而把管切成带。但是，虽然这机构使用环形的转动挤压模，管子并不是吹制的。相反地，管形薄膜被拉过在管中用作冷却及加热装置的心轴。另外，管在心轴之间延伸和定向。在管成形时，这些心轴堵住了进入管内的通路，并且没有可控制管的外径的装置。而且，还必须把传动辊放到管中以把管往前方传送。
授与Goto的日本特开昭JP63-151429公开了一种使用开口管法制造平的薄膜的方法。但是，这种设备看来不能如所述的那样工作。另外，也没有对管的尺寸进行控制，也没有采取措施防止管与内部多级阻挡层的接触和防止操作停顿。改变内部的气压是其公开的改变管的直径的唯一方法，但是这个简单的方法不是以精确的生产商业上可接受的均匀的厚带，而且空气泄漏还使操作复杂化。
而且，在已知的成形带的装置中，切带装置及稳定管的装置的元件有许多缺点。已知的把管切成平带的切带装置是在机器中或沿纵向或沿与纵向稍有偏离的方向切管的，带的厚度变化范围较大。这可能导致在卷带中出现厚带，这是由于带的厚度不均匀引起的。
已知有多种稳定吹制薄膜管的装置。含有一个小直径辊的圆筒形壳的定径笼必定是置于管的固化线的上方，以防止管与辊粘住及产生表面缺陷。但是，由于管已经凝固，这一位置实际上失去了该笼的限径特点。管在其上拉伸成最终直径的内心轴需要除去内部热量的装置，这使起动和操作困难并使成本增加。在管和心轴之间的接触也造成了表面缺陷。
在授与Herrigton的美国专利US397632及授与Planeta的US4728277中都述及了空气的环。在US3976732中，在吹制管的周围设置了多个空气环，它有不同的直径以机械方法限定吹制管的直径。这些空气环是圆锥形的而不是圆柱形的，不能提供稳定的薄膜管径。US4728277公开了一个薄膜处理装置，其中，用多个稳定装置使空气环轴向整齐排列，用来控制吹制管的形状。每个装置使用两股与管壁平行的相对运动的空气流来产生低压区而把薄膜保持适当的位置上。但这并不使薄膜管径保持足够稳定。而且，复杂的气动系统依靠空气冲击吹制管并围绕着吹制管流动，而不是对管提供连续的气垫。
授与Shinmoto等人的美国专利US4655988公开了控制挤压的吹制管的直径的真空系统。在该系统中，多个导气臂扭曲得像一个涡流，形成一种结构，其中，内径可以像一个膜片那样可调节。当空气在导气臂和薄膜之间形成缓冲垫时，正是上述结构的内径的改变控制了管的尺寸。
尺寸反馈系统测量出在固化线上方的吹制薄膜管的直径，并改变管内的空气量以控制直径。这些装置用声响或光学传感器监控管径。但是，当管成形到最终直径时，该方法还可对已经发生的尺寸误差进行补偿。因此可根据空气控制系统的每一反应而改变管的直径。而且，在所有已知系统中，这是作为对管操作的一部分而完成的，在这种操作中，管在两个辊的压合实际上是封闭的。在这些系统中，由于空气容积和压力的变化使管径膨胀或收缩，并且必须能测量直径的变化以达到正确的动作。但是这些系统控制管的直径不快而且不够精确因此不能用在开口管法中。
而且，在用一个不严密的内部密封件或塞子来代替两个辊的压合时采用这些控制直径的尺寸反馈系统是不适当的，管径会对内压或容积的很小变化作出反应。但是这些压力控制系统中没有一个能足够快速而且精确地作出反应来足以防止由于密封件泄漏造成的直径变化。因此这些系统不允许开口管法中的不严密的密封件。而且，在这些方法中，工艺的干扰，例如聚合物性能或温度变化会导致管径偏大并略微降低固化线的高度。
开口管(或泡)成形带材的方法克服了封闭管法的上述缺点，并提供了例如可进行内管冷却和涂复的许多附加的优点。本发明提供了连续制造长带材例如有涂胶表面的带材的设备和方法，而不要中间的手工处理工序，也不需要浪费材料的修整边缘的工序。该系统从加入原材料到最终成品总的是成整体的，也不需要修整边缘来达到产品要求的宽度。因此，制造成本降低，因为对于某些产品，修整边缘的成本很高。开口管方法允许管的内部操作压力范围宽得多，并允许从挤压模的前方(相对于管的前进方向)能方便地进到管内。这一点可以用含有普通的比例空气调节器的容积控制系统来提供。
切带在偏斜情况下进行，因此消除了与带的截面厚度变化有关的绕卷问题，并大大改善了带卷的稳定性及外观。可制造出一连续的单股材料，以便于制成长带材和均匀卷绕产品。而且，开口管系统可制造出宽度范围为5mm到管的圆周长度的带材，并且在制造带材时不用停机便可改变带的宽度。由于制造的薄膜或带不需要随后的切带和翻转，所以这种设备和方法是适应性很强的带材宽度均一的制造设备和方法。
本发明的设备包括一框架、一安装在框架上的挤压模、一安装在挤压模前方的框架上的传送装置和一安装在传送装置前方的框架上的切管器，挤压模连续地往前方挤出来自固定的挤压机的热塑性材料，形成中部一般为圆柱形纵向空腔的管。新颖的传送装置包括装设来与管贴合并往前方拉管的传动辊。一传动装置使挤压模和传送装置相对于切管器转动，这就使得管和切管器之间产生相对转动。在管往前方运动时，与管的传送方向偏一角度的切管器把管切成具有要求宽度的连续的长带。在框架上装有一空气密封件用来基本密封管内腔，防止空气通过空腔的开口端逸出。管的加压器控制在管的中部圆柱形纵向内腔中的空气容积以使管侧向向外膨胀到要求的范围。
一新颖的限径结构使管置于与挤压模同轴的位置并防止管膨胀超出限径结构的内径。限径结构也包括一空气支承层，它精确地保持所选定的恒定的管径。
在本发明的方法中，把热塑性材料沿传送方向挤压通过一环形模孔形成具有中部一般为圆柱形纵向空腔的管来制造长的带材。该管的纵向内腔被加压而使管侧向向外膨胀到外径符合预定的范围，传送装置把管往前方传送，该传送装置包括多个与管贴合并抽拉管的传动辊。切管器把管切成连续的长带。切管器相对于管的传送方向偏一角度，并限定管的中部内腔的开口端。管和切管器之间的相对转动使得切管器在管往前方运动时，可把管切成具有要求宽度的连续的带材，管内腔被密封以防止空气通过管腔的开口端逸出。
下面参见附图及实施例详细说明本发明，附图中

图1是本发明设备的主要部分的示意图;
图2是本发明设备的前视图，示出了挤压模、限径结构、空气密封件、传送装置和切管器的布置;
图3a和3b是传送装置的直径范围的示意图;
图4是图2的传送装置和空气密封件的放大的侧视图;
图5是沿图4的5-5线的横截面图;
图6是图2中挤压模和限径结构的放大的前视图，其中部分结构已切去以示出内部细节;
图7是图6的限径结构的放大的横截面图;
图8是本发明设备的管探测和控制系统的示意图;
图9是图2切管器的前视图;
图10是图2和图9的切管器的侧视图，示出调整切管器相对于管的传送方向偏斜量的装置;
首先参见图1的示意图，设备10设计成用来连续制造长卷或长带材料12，包括单层带和多层带，例如胶合带的多层带。该设备10一般包括一个可转动的挤压模14，该模14用来挤压有流动性的材料，例如热塑性聚合物材料的形成泡或管16。有流动性的材料从一个或多少挤压机20通过管道或通道18传送到挤压模14中。一个回转接头22在转动时可使通道18把材料传送到挤压模中。使用两台挤压机20可制造例如涂胶背衬。一台挤压机20制造背衬材料而另一台挤压机20制造粘结剂。从挤压模14中挤出的管16穿过一个用来保持一定的管径的限经装置24。在限径装置24的前方，在管16中设置了唇边密封件26，而包括多个辊30的传送装置28设置在唇边密封件26的前方。随后管16越过一心轴32，一个切带器或切管器34把管16切成至少一条细长带12。当挤压模14和管16相对于切管器34转动时，切管器34连续地把管16切成带12。随后，带12绕过一个空动辊36缠绕到一个卷带器，例如一水平卷带器38上。
这里，所用的术语“前方”系指在设备10加工材料、例如管材16时材料向前传送的方向。在图中，该“前方”为由挤压模14向上的方向，如图1中箭头40所示。该“前方”并非指任何与垂直或水平方向的关系。
挤压机参见图1至6，挤压模14可以是用在吹制薄膜成形方法中的普通加热结构，最好是能同时挤出具有例如一层聚合物背衬材料层和一层分布在管16外面的压敏胶(“PSA”)或其它胶层的多层管16。各种吹制成形薄膜挤压模的说明请参见美国专利US 3342657、4643657、和4753767;日本特开昭63-151429和英国专利GB1553831(它们作为本申请的对比文件)。
挤压模14是可转动的，可以装在转动台42的中心，而转动台42装在框架44上。转动台42以高达115转/分的速度旋转。输送管46直接位于挤压模14下面，在旋转轴的中心处，该管46也是通道18的一部分，通道18与是一种转动的接头的回转接头22相连。回转接头22可以是用来在温度高达288℃，压力高达41×106N/m2下处理高粘性流体的工业零件。回转接头22的固定端用另一个输送管48连到固定的挤压机20上，使有流动性的材料可以从每个挤压机20输送到转动的挤压模14中。挤压模14是电加热的，并通过与输送管46同心安装并与转动轴中心对齐的一个滑环组件形成电线接头。这种设置允许操作中挤压模14能完全转动。该转动的运动也传给管16。
挤压模14最好包括一心轴50和包围住心轴50的一个环形通道52。有流动性的材料基本上连续地穿过该环形通道52而形成一个基本上是圆筒形的管16，当管16形成时，它沿中心轴线向前方移动。另外，穿过心轴50和挤压模14中设置一通气道54。该通气道54的一端通过气管58与压缩空气源56相连通，而另一端则与管16的纵向的中部腔60相连通。在设备10开始起动阶段，压缩空气通过通气道54供入中部腔60而使管16膨胀。在设备10正常操作时，通气道54用合适的阀(未示出)密封。管16的膨胀得到了与未膨胀管有区别的吹胀管。在挤压模14的出口端装着一气冷环62，用作冷却挤压模14中的吹制膜管16的导向装置。
可以设置两个固定的挤压机20用来熔化、混合和推出有流动性的材料，并通过回转接头22把它们传送入挤压模14中。两个挤压机20中一个用来挤出背衬材料，另一个用来挤出粘结剂，以制造背衬有粘结剂的带坯。粘结剂层一般在管16的外面。这些挤压机20可以是任何合适的结构，例如一种带有一被驱动的螺旋杆的螺旋挤压机，它熔化并推动材料通过加热筒输送到挤压模14中。而挤压机20并不随挤压模14转动。
驱动装置一个驱动装置64装在框架44上，用来驱动挤压模14和传送装置28作相对于切管器34的转动。虽然推荐使切管器34固定不动而转动挤压模14和传送装置28，但也可以保持挤压模14和传送装置28固定而转动切管器34。这样提供管16和切管器34之间的相对转动便可不必使用多个刀片而在管16往前方移动时，由切管器34把管16切成基本上连续的具有一定宽度的条带12。驱动装置64可以带有转速计的直流伺服电动机，该转速计用一输入电压信号来控制挤压模14的转速，并通过传动齿轮66与挤压模14相连接。
传送装置传送装置28装在挤压模14前方的框架44上，它把管16往前方拉。传送装置28拉住开口管16但不使管16变形及封闭，因而可以从管16的前方一侧进入管16。另外，传送装置28是从开口的柔软的管的外面而不是如已知方法那样从管的封闭部分的顶部来带动管16，因此传送管16时，只与管16的外面，而不与管16的里面相接触，传送装置28包括多个，最好是四个传动辊30，设置来与管16贴合并把管往前方拉。传动辊30最好是绕着管16均匀分布。传动辊30最好装在规则的多边形的各边，在用四个传动辊30时，为一个正方形。在用四个传动辊30时，它们设置在一正方形的四边，该正方形的周边不小于所需管16的周边，并不大于所需管16的半径的八倍，如图3a和3b所示。
传动辊30装在转台68上，因此能够通过滑环组件70用与传动辊30类似运动来独立控制管16的往前方运动和转动速度。转台68装在用作传动装置28的支架的支撑轨道72上，而滑环组件70位于支撑轨道72的后面(与管16送进方向相反)。这样，传动装置28沿垂直方向和转动方向同时控制管16的运动。在图4和5的实施例中，用分开的电动机分别控制向前传送的速度及转动。转动电动机74通过传动链76转动转台68而提供转动速度。驱动电动机78通过传动带80驱动或转动传动辊30而提供向前运动的速度。电动机74，78可以是普通的伺服电动机，它们通过标准斜齿轮或软性钢索来操作。转速计82用来测量传动辊30的转速。
传动辊30的表面最好包一层高摩擦低粘性的硅橡胶，这种橡胶具有高的摩擦特性和高的防粘特性。管16的内部压力迫使管16压到辊30上，与橡胶的高摩擦特性相结合，将管16拉过传动装置28。高的防粘性允许管16在滚筒30之间通过而不会粘到滚筒30上而导致损坏。控制传动装置28工作的管16中的内压由下面要说明的空心轴32的操作来控制。在唇边密封件26下面的气压由一个或多个支撑管84来控制，支撑管的一端通过唇边密封件26插入管16的里面，而另一端连到气压源(未示出)上。这些支撑管84通过喷入或抽出空气来控制管16的直径。另外，已经了解有四个传动辊30的传动装置28可产生高达89N的升力(取决于材料)，远大于拉管16通过设备10所需的力，也比任何只在一侧设置的传送装置28所预期提供的力大得多。
限径结构限径结构24装在位于挤压模14和传送装置28之间的框架44上，它有两个重要作用。它使管16相对于设备10的其它元件定位和对准，并且它还在挤压模14挤出管16后控制管16膨胀到外径符合要求的范围内。所述的实施例中限径结构24是一个两端开口的圆筒形，使管16可通过其内部。限径结构也可是椭圆形或多边形，具有低的纵横比，只要在固化线86的区域中，周边的大小沿管16的轴线，几乎是一定的则可。在该固化线86处，管16的有流动性的材料凝固(指液相到固相的物态变化)。限径结构24的位置要设在能防止在固化线86及低于该线的区域中，吹制的薄膜管16发生过分的径向或侧向膨胀。更具体地言，固化线86是管的薄膜冷到某一温度的位置，在该温度下，薄膜抵抗进一步径向延伸的阻力大于管16的内外压差所施加的力。在固化线86的前方，管16不会进一步膨胀。
参见图6和7，限径结构24位于挤压模14和空气环62的前方，并与它们同轴，该结构24包括一外壳90及在外壳90内的环形衬套92。该环形衬套92带有一个通常是圆柱形的中心通道94，它接纳管16，允许管16沿其轴向向前方运动，并且实际上限止其侧向运动。衬套92的高度取决于管16经历的加工条件的变量，在大数情况下，为管的半径的一至六倍。管16的固化线86就位于衬套92的顶部和底部之间。衬套92的内径近似等于或略大于所要求的最终膜管径，以形成通道94。
衬套90必须能允许熔融的管的材料滑动而没有明显的摩擦或阻刮现象，因此要有低的摩擦系数。管16受压力作用，其直径达到近似于衬套92的内径。在最佳实施例中，使用了一压缩空气表面或压缩空气层98。该空气支承层98也用作调径机构，以便通过增加或减小在衬套92内表面的空气压力来增减管径。在该实施例中，衬套壁96，它限定了与通道94分开的一空气室100。空气进口102提供从压缩空气源(未示出)来的送入空气室100的压缩空气。
衬套92是多孔的;该多孔性允许空气从空气室100通过衬套92的衬套壁96而进入通道94，形成沿着衬套92的内表面的空气层98。该空气层98在足够大的压力下，在管16凝固时把管16限止在要求的外径范围，并防止管16与衬套92接触产生表面缺陷。当管16部分朝衬套92膨胀，空气流被阻止，靠近这些部分的气压增加而迫使管16侧向向里，离开衬套92，把管16稳定在中部通道94中。在所述实施例中，衬套壁96的多孔材料是流速为约5.49LPM/cm2，压降为9.95KN/m2和流速为约13.2LPM/cm2，压降为29.85KN/m2的多微孔材料。这种多微孔材料可以是多孔金属或塑料，但是也可以用各种孔度的其它多孔材料。只要保持所需的压降，任何尺寸的孔104都可使用。限径结构24是有一单室的连续的多孔内表面。空气层98也是连续的表面而不是由许多分离的气流构成。这就允许用更低的气流速度来形成空气层98，和允许限径结构24和吹制管16之间采用更小的间隙。这使得最终的管径比现有的调径装置得到的更均匀，因为管16在凝固时夹持在一不变的位置。另外，还可以提供限径结构24中的温度曲线。
因此，限径结构24使用基于三个力平衡的空气浮动原理在管16之外、限径结构24之内的区域中压力产生的力;管16内压力产生的力;聚合物管16延伸的力。管16将移动到离开限径结构24一定距离以使三力平衡。用静压力来推开管16直到三个力平衡，而不是使用动力学的文丘里管作用把管16吸向限径结构24。也可以把管16推离限径结构24的内部一定距离以增加冷却和生产速率。
限径结构24装在框架44上，其相对于挤压模14的位置，可使限径结构24能在一预定的范围内调节，以使固化线86落在中部通道94内。只要固化线86保持在外壳90内，就可制造出具有一固定直径的管16。衬套92平行于通道94的中心纵轴线的长度为通道94的直径的一半到三倍。
另外，在已知的装置中，工艺中的干扰会改变管径。在使用限径结构24时，工艺中的干扰只改变管16的形状，因为其最终直径在固化线之上处形成且固化线86往前方移动。但是由于管16容纳在限径结构24内，故管16的直径并不改变。大的干扰(例如针孔、过密封或少量漏气，或薄膜多孔性)可以通过一个安装在限径结构24的底座上的简单开关控制系统通过管16中喷入或抽出空气来监控管形而进行补偿。另外，其他简单的控制系统可用测量直径以比较管内气压与空气支承层98的空气压力而达到微量地控制和调整直径。
因此，限径结构24能比现有无效的方法增加管径的稳定性，并使管16稳定以及增加逐点测量直径系统的精确性。限径结构24能允许在工艺条件有明显变化时，仍能使吹制薄膜管管径的变化范围控制在例如小于0.5%管径的很小的范围内。
管的传感器如图8所示，一个管的探测及控制系统108在管16进入限径结构24的通道94前检测一部分管16并监测管16的形状。随后，管的探测系统108对管压调节器110发出一信号，该调节器110可以是用手2定位的比例控制器。在探测到的管16部分偏离要求的范围时，管的探测系统108则根据这一信号调整管16内的空气容积而移动固化线86并调整管径。
该管的探测和控制系统108是光学的，包括简单的开关系统，在所述实施例中使用装在限径结构24后方(与管的传送方向相反)的两个红外(IR)光束传感器114、116。该红外光束传感器114、116监测管16的形状，并发出信号到压力调节器110，该调节器110用手工定位到指标压力可调节管16中部纵向腔60中的空气容积。第一红外光束传感器114探测出进入通道94的管16的一部分外径大于第一预定尺寸后，就向电磁阀118发出一反馈信号，指示管的外径过大。随后电磁阀118就打开以减少管腔60中的空气容积。而第二红外光束传感器116探测出进入通道94的管16的一部分的外径小于第二预定尺寸(该值比第一预定尺寸小)后，就向另一个电磁阀120发出一反馈信号，指示管的外径过小。在该情况下，电磁阀120打开以增加管16中心腔60中的空气容积。如果传感器114、116中的一个连续动作，则表明指标空气压力定得太高或太低，应由手工调节压力调节器110的定位点。
切带宽度的控制一个脉冲发生器122与传送装置28的一个辊30相连接，并对传送装置28的驱动电动机78的数字控制器发生一反馈信号。该信号也送到频率/电压(F/V)板124，该板124对分别控制挤压模14、传送装置28、和切管器34的转动的伺服电动机126、128和130提供参考电压。这些伺服电动机126、128和130的参考电压被放大器132修整或放大以控制往前进料速度、转动速度和由宽度测量器134测得的切带宽度之间的关系。修整或放大量自动围绕定位点调整以维持恒定的切带宽度。
空气密封件空气或唇边密封件26装在框架44上用来密封管16的中部腔60以防止空气从腔60的开口端逸出，并帮助控制管16中的压力。密封件26是一个塞形或盘形体138，它带有一个弹性的外唇边140，用来密封住吹制薄膜管16，使得管16能加压到高于大气压的水平。密封件26的外唇140是一个光滑的圆形表面，最好是由例如氟橡胶之类的弹性材料模塑成形。唇边密封件26用周边弹簧142使其定位于并压紧到管16的内表面上，该弹簧142使密封件26与管16之间产生和保持连续的接触。这就减少了在直径变化范围内的漏气量。作为密封件26的变型，可用低摩擦材料来覆盖住唇边140以减少拉力和振动。这允许薄膜管16在密封件26上光滑滑动，不会发生阻刮及变形，也不需要应用过大的拉力。唇边密封件26提供了由穿过密封体138的通道144进入管16的后方部分的通路。密封件26也通过穿过密封件26的支撑管84来控制管16的中部纵向腔60中的气压，并代替闭管工艺中所用的压辊的密封作用。
切管器切管器34装在传送装置28前方的框架44上用来把管16切成连续的细长带12。切管器34也限定了管16的中部腔60的开口端，并且切管器34相对于前方方向偏离一角度。切管器34可制造从5mm到等于管16的周边长的任一宽度的平带材或卷材12。因此宽度可任意变化并可在不停机的情况下在膜管引进中改变宽度。与现有技术的切管器不同，该切管器34以大偏斜角切带，因此消除了薄带横截面厚度的变化问题(如厚带)，并生产很稳定的带卷。在由普通方法制成的带卷中，厚度的变化将自己积累起来。也就是，在最后卷带时，这些变化会引起隆起，因为它们在每转绕带时都位于同一位置，这样他们的作用就放大了。相反地，由于本发明的切管器34使用了大的切带角，在卷绕带12时，任何厚度的变化并不对准。因此厚度的变化与设备的或带的传送方向成一角度，使得它们不易被觉察到。当在开口管法中使用切管器时，相应于切带角的模型膜切割线并不与机器或纵向平行而最好与该方向成80°角至90°角。然而，由于切带角可以控制，横截面厚度的变化可以位于0°到90°间的任一角度。
另外，在切带过程中管16保持开口和圆筒形。这就减少了采用封闭的和扁平的管时常引起的损坏和变形，这种简单的整体的传送装置排除了可使切边质量降低的外力对切带过程的干扰，而且，根据带的材料，切管器34可使用划线器、剪刀，或剃刀等切带装置。在所述的实施例中使用了划线器切带装置。
如图9和图10所示的最佳切管器34包括两个辊148及150之间形成的压口，它的角度可相对于管的传送方向调整。一个压辊148装在管腔60内，而另一个压辊150装在管16的外面。外辊150由橡胶制的两半辊152、154构成，而内辊148则是硬质的钢制划切辊。内辊148对切管器34提供驱动力，并由切管器电动机156驱动，该电动机156允许压辊148、150在转动方向及向前方两方向驱动管16。其运动速度由压合的速度及压合角决定。一把简单的划刀158装在外辊150的两半152、154之间的间隙中，以切开或割开管16。
空气支承的心轴32设置在密封件26的前方的管腔60内。它把管16支撑在其位置上，并以一贯的，圆筒形的，无皱折的，低摩擦的方式把管16传送到切管器压口中。通过空气支承的心轴32供应的空气使管16变成刚性的并对其起润滑作用，同时，它还供应传送装置28所需的内压以改善传动性能。心轴32必须是实心圆柱体，它是多孔的以维持圆筒状的管形。当通过空气心轴32供应的空气保持密封件26上方的压力略大于12.5mm水柱高时，对制管最有利。
压辊148、150之间的压口由气动圆柱体162开闭。另外，压辊148、150的切带角通过相对框架转动切管器34来改变。这由把切管器34装在能相对于框架44转动的安装板164上来完成。在这种系统中，最终的带材12的宽度可用各种方法来控制。由于管16相对于切管器34而转动，故这些方法可使用单一的划刀158来改变带12的宽度。在一种方法中，切带角是倒转的。也就是说，压辊148、150的角度必须定得略大于预料的、以适应在压合区或压合区前面由于侧滑或移动而造成的反向拉伸。带12往前方运动的速度可通过改变传送装置的辊30的转速来改变，而管16的转速保持恒定。
在一个最佳方法中，在切带角倒转后，管16的转速可通过改变挤压模14，传送装置28和一压辊148、150的转速来改变，而保持往前方传送管的速度不变。另外，过大的压合角由压合中的侧滑来补偿。因此转速调整变成张力调整。这方法能很好控制切带的宽度。
另外，管探测及控制系统108也通过驱动电动机78控制传送装置28的传动辊30的转动，并控制挤压模14、传送装置28相对于框架44的转速以达到控制切带的宽度。
切带宽度W与垂直传送速度Vt(Vt，由驱动电动机78产生)和转速Vr(Vr，由转动电动机74、驱动器64、和管的半径产生)有关。公式如下W＝2πr(sina)式中tga＝ (2πrVr)/(Vt)
r是管16的半径，a是管16的切口偏离前方方向的角度。
在另一实施例中，管16不必转动，因此挤压模14、传送装置28，或切管器34都不转动。在没有转动的情况下，用带多个切刀的切管器来改变切带的宽度。
操作本发明的设备10按下面方法操作来制造细长的带材12。例如类似聚乙烯的聚烯烃类的有流动性的材料从挤压机20中挤出，沿向前方向穿过转动的挤压模14的环形孔隙，形成一带开口端的管16，其中部有圆柱形纵向腔60。当管16形成时，中部腔60用流体最好是空气来加压，使管16侧向向外膨胀到外径达到所需的范围内。管16开始由一对起动压辊166往前方传送，这对压辊在成形操作开始后，缩离管16。管16由传送装置28往前方传送，传送装置28与管16贴合并拉管16，并与挤压模14同步转动。
管16的位置和它的外径由通过移动管16使其穿过不转动的限径结构24来控制。限径结构24具有环形的多微孔衬套92，使管16具有要求的外径，并在衬套92中凝固。压缩空气在比环境空气更高的压力下强制穿过具有足够多的孔度的多孔衬套92而进入限径结构24的中部通道94中，沿着将管16约束在其中的衬套92形成一薄层空气98。沿衬套92内表面形成的薄空气层98处在足够高的压力下，以便在管16凝固时把管16的外径限制在要求的范围内，并防止管16和衬套92接触。衬套92的孔度又要低到使邻近管16向衬套膨胀而妨碍气体流动的部位的气压增加而迫使管16侧向向内并离开衬套92，以便把管16稳定在一个中部通道94中。
在进入限径结构通道94前，部分管16的外径被探测出，用来调整管16内的气压，以便在管16的被探测部分偏离要求的范围时膨胀或收缩管16。这一步骤用光学传感装置114、116来完成，当进入通道94的管16的外径超过第一预定尺寸或小于第二预定尺寸时，这些传感装置114、116能探测出。当外径大于第一预定尺寸时，便提供一反馈信号以降低管16内的气压，而当外径小于第二预定尺寸时，则提供一反馈信号以增加管16内的气压。
在通过限径结构24后，管16被拉过唇边密封件26，该密封件26维持管16的后面部分的压力，并允许受控地通过在密封体138中的通道144。最后，管16浮动越过空气支承心轴32，随后被一固定的划刀158以与向前方向相偏离的角度切成连续的细长带12。管16和切管器34之间的相对转动使得当管往前方运动时，能用一刀片将管16切成要求的各种宽度的连续的长带，从而消除了首先把管16切成全周边的平的或折叠的薄片必经的边缘修整或其它废料的存在。挤压模14、传送装置28和切管器34的转动速度，和管16的送进速度由探测及控系统108来控制以便改变长带12的宽度。唇边密封件26防止压缩空气从管腔60的开口端逸出。
除了提供一宽度任选范围外，管16的转动，可使最终成品带12中的模塑膜管切划线和厚度的变化更均匀。另外，与把管状薄膜拉过心轴相比，转动可形成具有更低的固有强度的吹制薄膜。用这种设备10，制品上的模具刮痕或挤压线与挤压方向平行。这些刮痕相对于成品带的长度方向的角度可在0°～90°角之间变化。而且，成品带卷更光滑。也就是说，切管器34的压辊148、150不会使成品带产生折痕。这与用螺旋切管器制造的成品带不同，后者会产生折痕，而且与采用摆动或转动吹制薄膜模的系统也不同，这些模只可使挤压方向与成品带的长度方向成0°～5°角。
很明显，这种新的开口管成形带卷的设备、系统和方法提供了优质的带材。该系统的许多元件已专门为该系统研制，它们本身也是新的。在不违背本发明的范围或精神下可作出许多改变及改型。例如这种设备和方法可用来制造非吹制管或环形物，也可用在液态环境中，其中管不是吹制成形的，也不要求框架。
权利要求
1.一种制造长带材的设备，包括一个挤压模(14)，用来沿传送方向连续挤压有流动性的材料以形成具有带有圆柱形的中心纵向内腔(60)的管(16)；对管加压的装置(110)用来控制在所述的管(16)的内腔(60)中的流体压力以使管(16)侧向向外膨胀，并控制管(16)的直径；控制管(16)直径的装置，它设置在使所述的管(16)在该控制装置内凝固前能达到其最终尺寸的位置；一个传送装置(28)，用来与所述的管(16)接合，并沿传送方向拉所述的管(16)，而不会使所述的管(16)变形及封闭，同时允许从管(16)的前方一侧进入所述管(16)的内腔(60)，所述的传送装置(28)包括多个传动辊(30)，它们只与所述管(16)的外面相接合并把所述的管(16)往前方拉，而不与所述管(16)的内面相接触；设在传送装置(28)前方的切管装置(34)，用来把所述管(16)切成连续的长带，并因此限定所述管(16)内腔(60)的开口端，其中切管装置(34)相对于管的传送方向偏离一个角度，并且所述管(16)保持开口和管状直到所述的管(16)被切割；和一个流体密封件(26)，用来密封所述管(16)的内腔(60)，以控制加压流体从所述腔(60)的开口端逸出，其中所述内腔(60)的一部分延伸到所述流体密封件(26)的前方，而所述的切管装置(34)设置在所述流体密封件(26)的前方。
2.根据权利要求1的设备(10)，其特征在于所述的传送装置包括四个传动辊(30)。
3.根据权利要求1的设备(10)，其特征在于它还包括用来提供所述的管(16)和切管装置(34)之间相对转动的装置，使得当所述管(16)往前方运动时，所述的切管装置(34)可把所所的管(16)切成有要求宽度的连续的带。
4.根据权利要求3的设备(10)，其特征在于所述的提供相对转动的装置提供(a)切管装置和(b)一起转动的以带动管转动的挤压模(14)和传送装置(28)之间的相对运动。
5.根据权利要求4的设备(10)，其特征在于还包括用来控制所述的挤压模(14)、传送装置(28)和切管装置(34)的转动速度以决定所述长带的宽度的控制器(64)。
6.根据权利要求1的设备(10)，其特征在于所述的切管装置(34)包括设置在所述的流体密封件(26)前方和所述管(16)的外面的一刀片(158)，还包括压辊(148、150)，它们设置在所述的刀片(158)附近，在用刀片(158)把所述的管(16)切成长带时，所述的压辊(148、150)将管(16)夹住并驱动它前进。
7.根据权利要求1的设备(10)，其特征在于所述的流体是空气。
8.根据权利要求7的设备(10)，其特征在于所述的控制装置包括一个设置在所述的挤压模(14)和传送装置(28)之间的限径结构(24)，它用来在所述的挤压模(14)形成管(16)后，控制所述的管(16)膨胀到要求的外径范围，所述的限径结构(24)包括设置在所述的挤压模(14)前方的一外壳(90);在所述外壳(90)中的衬套(92)，它有一内通道(94)，该通道(94)至少有一部分具有恒定的横截面形状和恒定的周边，用来接收所述的管(16)，使所述的管(16)可沿其纵轴往前方运动，所述的外壳(90)和衬套(92)具有低摩擦的壁(96)。
9.根据权利要求8的设备(10)，其特征在于所述的衬套(92)是环形的，所述的通道(94)中部位于所述的环形衬套(92)内，所述的通道(94)一般是圆柱形的。
10.根据权利要求9的设备(10)，其特征在于所述的外壳(90)和衬套壁(96)限定了一个与所述的通道(94)隔开的气体室(100);所述的限径结构(24)还包括从压缩气体源把压缩气体提供给所述的气体室(100)的气体进口(102);所述的衬套(92)具有足够的多孔的孔度允许气体从所述的气室(100)穿过所述的衬套(92)进入所述的通道(94)中，所述的气体沿着所述衬套(92)的内表面形成一层有足够大的压力的气体层(98)以在所述的管(16)凝固时限制所述的管(16)在要求的外径尺寸范围内，并防止所述的管(16)与所述的衬套(92)接触，所述的衬套(92)的孔度，又要低到使邻近管(16)向衬套(92)膨胀而防碍气体流动的部位的气压增加而延使所述的管(16)侧向向里并离开所述的衬套(92)，使所述的管(16)稳定在所述的中部通道(94)内。
11.根据权利要求9的设备，其特征在于还包括管的探测装置(108)，用来在所述的管(16)进入通道(94)前探测出所述管(16)的一部分，并对肽所述管(16)加压的所述的管的加压装置(110)发出一信号以便当所述的管(16)被探测的部分管径偏离要求范围时，能调整所述的管(16)内的气体容积而调整管径。
12.根据权利要求11的设备，其特征在于所述的管的探测装置(108)包括第一光学传感装置(114)，用来当进入所述的通道(94)的所述的管(16)的外径大于第一预定尺寸时，探测出所述管(16)的一部分，并向所述的管的加压装置(110)发出一反馈信号;第二光学传感装置(116)，用来当进入所述的通道的所述的管(16)的外径小于比第一预定尺寸小的第二预定尺寸时，探测出所述管(16)的一部分，并向所述的加压装置(110)发出一反馈信号。
13.根据权利要求9的设备，其特征在于还包括定位装置，用来相对于所述的挤压模(14)可调的安装所述的限径结构(24)以便使所述的限径结构(24)能向前方或后方在一预定的范围内可调地定位，使得所述的管在所述外壳(90)的通道(94)中凝固，所述的衬套(92)具有平行于所述的通道(94)的中心纵轴线的长度，并等于所述通道(94)直径的一半到三倍。
14.一种制造长带材的方法，包括下面步骤沿传送方向通过一环形模具孔(52)挤出可流动的材料形成具有圆柱形的中部纵向内腔(60)的开端管(16);用流体对所述的管(16)的内腔(60)加压以使所述的管(16)侧向向外膨胀到外径符合预定的范围;用传送装置(28)往前方传送所述的管(16)，通过只在管(16)的外面与管接合把所述的管(16)往前方拉，而不与所述管(16)的内部接触，也不使所述的管(16)变形或闭合，还允许从所述管(16)的前方一侧进入所述管(16)的中部纵向内腔(60);对所述的管(16)限制以控制所述管的直径并使所述的管(16)在受限制下在凝固前达到它的最终尺寸;用一个切管器(34)以与管的传送方向偏一角度把所述的管(16)的开口端切成连续的长带材，其中在所述的管(16)切开之前，保持开口及成管形;防止加压流体通过所述的腔(60)的开口端逸出。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于还包括提供在所述的管(16)和所述的切管器(34)之间相对转动的步骤，使得在所述的管(16)往前方传送时，所述的切管器(34)把所述的管(16)切成具有要求宽度的长带。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于所述的提供相对转动的步骤还包括使所述的挤压模(14)和所述的传送装置(28)一起转动以相对于所述的切管器(34)转动所述的管(16)。
17.根据权利要求15的方法，其特征在于还包括控制所述的挤压模(14)，传送装置(28)、和切管器(34)的转动速度以改变所述的长带材的宽度的步骤。
18.根据权利要求14的方法，其特征在于所述的管(16)用空气加压。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于所述的限径步骤包括沿传送方向使所述的管(16)运动穿过一环形衬套(92)以使所述的管(16)在提供一限径作用的所述的衬套(92)内凝固，而使管(16)的外径落在要求的范围内。
20.根据权利要求19的方法，其特征在于所述的环形衬套(92)是多微孔的，并包括一中部通道(94)，所述的方法还包括下列步骤强制压缩气体通过多微孔的衬套(92)进入中部通道(94)以使得沿着多微孔衬套(92)形成一比环境空气有更高的压力的一薄层气体(98);和用所述的薄层气体(98)把所述的管(16)部分限制在所述的通道(94)中，其中所述的衬套(92)具有足够大的多孔性，允许气体穿过衬套(92)从气体室(100)到所述的通道(94)，气体沿着所述衬套(92)的内表面形成有足够高的压力的一层气体(98)在所述管(16)凝固时把所述的管(16)限制在要求的外径范围并防止所述的管与所述的衬套(92)接触，所述的衬套(92)的孔度又要低到使得邻近管(16)向衬套(92)膨胀而防碍气体流动的部位的气压增加而迫使所述的管(16)侧向向里并离开所述的衬套而把所述的管(16)稳定在所述的中部通道(94)内。
21.根据权利要求20的方法，其特征在于还包括在所述的管(16)进入所述的通道(94)前探测所述的管(16)的一部分并提供一信号以调整所述的管(16)内的气体容积，而在所述的管(16)的探测部分尺寸发生变化，离开要求的范围时使所述的管(16)膨胀或收缩的步骤。
22.根据权利要求21的方法，其特征在于所述的探测所述的管(16)的一部分的步骤还包括下列步骤光学探测所述的管(16)的部分进入所述的通道(94)的所述的管(16)的外径超过第一预定尺寸时，提供一信号使所述的管(16)内的空气容积减小;和光学探测所述的管(16)部分，在进入所述的通道(94)的所述的管(16)的外径比小于所述的第一尺寸的第二尺寸更小时，提供一信号使所述管(16)内的空气容积增加。
23.根据权利要求19的方法，其特征在于还包括相对于所述的挤压模(14)设置所述的环形衬套(92)，以使得所述的管(16)材料在所述的通道(94)范围内凝固的步骤。
24.一种由挤压形成的材料带(12)，其特征在于所述的挤压方向相对于所述的带的长度方向偏5°至90°角，任何挤压痕线与挤压方向平行，而且所述的材料带是光滑的。
全文摘要
一种连续制长带的设备和方法。其中，一挤压模连续挤出有流动性的材料形成具有中部纵向腔的开口管，传送装置包括与管接触并把管往前方拉的多个传动辊。驱动器使挤压模及传送装置转动。与管的传送方向夹一角度并限定管的开口端的切管器，在所述的管往前方传送时，把管切成具有要求长度的连续的长带。一空气密封件密封管的内腔防止空气从管的开口端逸出，管的加压器控制在管的中部纵向腔中的气压以使管侧向向外膨胀。
文档编号B29C69/00GK1065037SQ9210189
公开日1992年10月7日 申请日期1992年3月21日 优先权日1991年3月21日
发明者阿纳托勒·阿克斯罗德, 马克·A·伯曼, 詹姆斯·B·西塞维斯克, 史蒂文·J·勒尼厄斯, 约翰·W·劳克斯, 戴维·W·奥斯廷, 约瑟夫·W·佩特林, 罗纳德·P·斯旺森, 尤金·威尔 申请人:明尼苏达州采矿制造公司