專利名稱：為聚合膜生產(chǎn)機(jī)器提供惰性氣氛的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及生產(chǎn)聚合膜的方法和系統(tǒng)。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及在敞開空間的選定區(qū)域提供惰性氣氛以通過擠出生產(chǎn)聚合膜的方法和系統(tǒng)。
聚乙烯、聚丙烯膜之類的聚合膜是通過擠出生產(chǎn)的。這類膜產(chǎn)品的每一種都可包含許多層膜，一般包含三層或多層。
在本領(lǐng)域中，生產(chǎn)聚合膜所用的設(shè)備由許多加料線組成，加料線的數(shù)目與膜的層數(shù)相同。每一條加料線都有混合和裝料的漏斗，在漏斗中混合原始配料成分，原始配料包括化學(xué)試劑，例如聚合物、色素和其它添加劑，在制膜之前，用電將裝有輸送螺旋的圓筒形容器加熱。在化學(xué)試劑輸送過程中提供熱量，使其升高到適合模塑聚合膜的溫度。產(chǎn)品在擠出機(jī)中的摩擦，生產(chǎn)推動(dòng)產(chǎn)品通過擠出模所需的壓力。在離開擠出機(jī)前，聚合膜產(chǎn)品通過一個(gè)過濾器，分離出粗的和不希望有的材料。在擠出模中，產(chǎn)品通過不同的通道，在模的全長(zhǎng)范圍內(nèi)得到分布均勻的產(chǎn)品。
在離開模時(shí)，聚合膜被冷卻，使聚合物結(jié)晶，并使其在處理時(shí)更難損壞。在線性模的情況下，可向膜吹風(fēng)進(jìn)行冷卻，和使膜在裝冷卻水的圓筒上通過進(jìn)行冷卻。在膜冷卻以后，按所要求的寬度進(jìn)行切割，然后卷制成卷。在圓形模的情況下，在外部通過環(huán)形分布裝置吹風(fēng)和在膜的內(nèi)部通過擠出吹塑冷卻膜。
在加熱產(chǎn)品后，一些物理(例如熱分解)和化學(xué)(例如氧化和碳化)現(xiàn)象可能產(chǎn)生硬的黑色顆粒，它們既保留在擠出機(jī)中的過濾器上，也沉積在模的出口處。在這二種情況下，生產(chǎn)過程不得不停止，因?yàn)樵谶^濾器被堵塞的場(chǎng)合，產(chǎn)品不能再以所要求的流量進(jìn)入擠出模，或(在模出口有沉積物的情況下)沉積物使所生產(chǎn)的膜受損(例如厚度不同)。至少沉積物會(huì)粘附在模的出口上，對(duì)膜的質(zhì)量產(chǎn)生不利的和不希望有的影響，其中包括發(fā)生擦痕、膜的厚度不均勻和降低膜的變形。在停產(chǎn)期間，必須清洗擠出設(shè)備。整個(gè)操作會(huì)造成產(chǎn)品損失和生產(chǎn)能力的下降。由于設(shè)備經(jīng)常停車，也會(huì)使生產(chǎn)較大的膜卷出現(xiàn)進(jìn)一步的困難。
為了解決生產(chǎn)聚合膜的問題，采用各種現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行的嘗試均未獲得成功。顆粒在擠出機(jī)模中積累的問題已被人們所公認(rèn)。在商業(yè)上已經(jīng)推薦并采用了各種方法，例如改變模的結(jié)構(gòu)和加入化學(xué)添加劑?，F(xiàn)在來回顧一下對(duì)該課題的研究和解決方法。見J.D.甘德等人在聚合物工程和科學(xué)，1997年7月，37卷，7期，1113-1126頁上的論文“對(duì)塑料擠出過程中模邊緣積累的評(píng)述”。在美國(guó)專利3,847,522和2,252,689中敘述了在生產(chǎn)非線型(Unrelated to linear)聚合纖維過程中惰性氣體對(duì)旋轉(zhuǎn)擠出機(jī)臺(tái)面上復(fù)雜機(jī)械加工的應(yīng)用。在美國(guó)專利5,391,071中敘述了應(yīng)用化學(xué)溶劑清洗模的邊緣。
在美國(guó)專利3,847,522中還發(fā)現(xiàn)一些在應(yīng)用引入擠出機(jī)的惰性氣體之前需要加熱提高氮溫度的比較復(fù)雜的方法。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)聚合膜的方法和系統(tǒng)，其中的擠出模對(duì)干擾聚合物膜擠出過程的不希望有的氧化產(chǎn)物的生成或其所引起的損壞是不敏感的。
本發(fā)明的目的是提供一種在通過擠出生產(chǎn)聚合膜的過程中對(duì)敞開空間的選定區(qū)域提供惰性氣氛的方法和裝置。
本發(fā)明的一個(gè)方面是針對(duì)采用制膜設(shè)備生產(chǎn)聚合膜的方法。以惰性氣氛的形式向漏斗入口和/或擠出機(jī)出口提供惰性氣體。將原料聚合物(作為原始配料的一部分)加入漏斗入口。然后從擠出機(jī)的出口獲得聚合物膜產(chǎn)品。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)從下面對(duì)優(yōu)選的實(shí)施方案和附圖的說明中發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的其它目的、特性和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1是本發(fā)明生產(chǎn)聚合膜裝置的側(cè)視圖；圖2a和2b是本發(fā)明中圓形分布系統(tǒng)的平面?zhèn)纫晥D；圖3是本發(fā)明氣體分布系統(tǒng)的側(cè)視圖，該系統(tǒng)安裝在薄層擠出模的出口上；和圖4是吹塑制膜機(jī)外部和內(nèi)部產(chǎn)生惰性氣氛的示意圖。
下述的本發(fā)明解決了由聚合物膜生產(chǎn)機(jī)器造成的氧化、碳化和沉積物生成問題。這是通過用惰性氣體例如氮置換含有能引起氧化作用的水和氧的空氣解決的。本發(fā)明不需要改變產(chǎn)品的配料成分，并能很容易地安裝到擠出機(jī)上。本發(fā)明采用惰性氣體層流阻擋層技術(shù)在敞開空間的指定區(qū)域獲得惰性氣氛。參見諾沃塔斯基的美國(guó)專利4,823,680，在此將其引入作為參考。
漏斗連續(xù)地加入聚合物顆粒，將其送往擠出機(jī)。在單個(gè)的聚合物顆粒之間保留有空氣，在擠出機(jī)中的加熱時(shí)，空氣會(huì)氧化一部分配料，生成黑色硬的氧化產(chǎn)物，它們會(huì)堵塞擠出機(jī)的過濾器。本發(fā)明提供一個(gè)安裝在膜擠出機(jī)出口上的惰性氣體分布系統(tǒng)，使惰性氣體對(duì)準(zhǔn)擠出機(jī)的出口。這種將惰性氣體注入擠出機(jī)的特殊方法使聚合物顆粒在無空氣的條件下通過擠出機(jī)。本發(fā)明還提供一個(gè)安裝在漏斗和擠出機(jī)之間的管道中的惰性氣體分布系統(tǒng)，惰性氣體通過它均勻地分布在全直徑范圍的管道表面區(qū)域內(nèi)。
聚乙烯和聚丙烯膜之類的聚合膜是通過擠出生產(chǎn)的。這種膜一般可包含三層或多層不同的膜。
圖1是生產(chǎn)膜的裝置。裝置100可由許多加料線組成，加料線的數(shù)目與膜的層數(shù)相同。每條加料線都有混合和裝料的漏斗105，在其中混合原始配料110，制得適合單層和一個(gè)擠出機(jī)的組合物，原始配料110包含不同的化學(xué)試劑，例如聚合物和色素之類的添加劑。擠出機(jī)由具有輸送螺旋120的電加熱圓筒形容器115組成。在輸送產(chǎn)品的過程中，擠出機(jī)被加熱到適合模塑的溫度。產(chǎn)品在擠出機(jī)中的摩擦產(chǎn)生推動(dòng)產(chǎn)品通過擠出模所需的壓力。在離開擠出機(jī)前，產(chǎn)品通過過濾器125，分離出所有粗的和不希望有的材料。在擠出模中，可使產(chǎn)品通過一些通道，在模的全長(zhǎng)范圍內(nèi)得到產(chǎn)品的均勻分布。向擠出機(jī)出口區(qū)域，特別是向擠出模和擠出模附近提供的惰性氣體量足以置換在該區(qū)域內(nèi)的氧和水。惰性氣體一般可包括任一種惰性氣體，優(yōu)選氮或氬。更優(yōu)選由膜法制氮提供惰性氣體。
在產(chǎn)品被加熱后，物理(例如熱分解)和化學(xué)(例如氧化和碳化)作用可能產(chǎn)生一些硬的黑色顆粒，它們既保留在擠出機(jī)中的過濾器上，也沉積在模的出口處。不希望有這些被氧化和被碳化的材料的生成，因?yàn)槔缢鼈兛赡芏氯^濾器。堵塞的過濾器使產(chǎn)品不能按所要求的流量進(jìn)入擠出模，或在模出口有沉積物的情況下，沉積物會(huì)使所生產(chǎn)的膜受損(例如厚度不均勻)。至少顆粒會(huì)粘附在模的出口處，對(duì)膜的質(zhì)量產(chǎn)生不利的和不希望有的影響，其中包括產(chǎn)生擦痕、膜的厚度不均勻和降低膜的變形。通常必須停產(chǎn)。在停產(chǎn)期間，必須清洗擠出設(shè)備。這整個(gè)操作會(huì)造成產(chǎn)品損失和生產(chǎn)能力的下降。由于設(shè)備停產(chǎn)，可能對(duì)生產(chǎn)過程造成各種經(jīng)濟(jì)損失。
本發(fā)明對(duì)碳化和/或氧化作用生成不希望有的副產(chǎn)物并保留在擠出機(jī)的過濾器上或沉積在膜的出口處所產(chǎn)生的問題提供一個(gè)解決方法。如圖1所示，在由水塔145冷卻之前，在擠出機(jī)的過濾器處或過濾器附近和/或在模的出口處，可由惰性氣氛單元135和140施加惰性氣體的層流阻擋層。圖1通過在膜160處或模160附近的惰性氣氛單元135和140保證提供惰性氣氛。優(yōu)選由氣體通過分布系統(tǒng)均勻地流入要形成惰性氣氛的區(qū)域提供惰性氣體。
將惰性氣體引入膜生產(chǎn)過程的另一種方法是通過惰性氣氛單元150和155在漏斗的進(jìn)口區(qū)域提供惰性氣氛(一般是通過在漏斗和擠出機(jī)之間的管道內(nèi)的惰性氣體分布系統(tǒng))。由下文進(jìn)一步說明這種方法。使擠出機(jī)產(chǎn)生惰性氣氛漏斗連續(xù)地給擠出機(jī)加料。在單個(gè)聚合物顆料宰保留有空氣，這些空氣會(huì)氧化一部分配料，生成堵塞過濾器的黑色硬的氧化產(chǎn)物。本發(fā)明由在漏斗和擠出機(jī)(圖2a和2b)之間的管道中安裝的一個(gè)惰性氣體分布系統(tǒng)組成。惰性氣體通過該系統(tǒng)均勻地分布在管道的整個(gè)直徑范圍內(nèi)。這種注入惰性氣體的特殊方法能將不帶空氣的聚合物顆粒送入擠出機(jī)中。惰性氣體的分布系統(tǒng)是由具有可控制孔隙率的金屬燒結(jié)板或燒結(jié)管制造的。在多孔材料上的高壓降給出均勻的惰性氣體分布。惰性氣體的出口速度足夠低，以避免在管道210中產(chǎn)生渦流。在圖2a和2b中描述了安裝惰性氣體分布系統(tǒng)的實(shí)際方法。圖2a示出一個(gè)圓形的分布系統(tǒng)。漏斗215和擠出機(jī)螺旋220之間的管道210有一部分被分布系統(tǒng)225所替代，管道210和分布系統(tǒng)225之間是以空氣不能進(jìn)入也不能從管道中逸出的方式連接的。所以采用焊接之類的常規(guī)方法。分布系統(tǒng)225由分布環(huán)230組成，惰性氣體通過管道235加入分布環(huán)中，分布環(huán)230能使氣體自由流動(dòng)。惰性氣體通過圓筒形的多孔板240離開分布環(huán)230進(jìn)入管道210。
如圖2b所示，這裝分布系統(tǒng)的第二種方法是安裝多孔管250，多孔管250插在管道210中。多孔管250通過管道225直接與惰性氣體加料系統(tǒng)連接。后者是安裝分布系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)單方法。在線性擠出模出口產(chǎn)生惰性氣氛將與上述相似的惰性氣體分布系統(tǒng)安裝在薄膜擠出模的出口處(圖3)。分布系統(tǒng)覆蓋了擠出模310的全長(zhǎng)，并在模出口的周圍形成均勻的惰性氣流，在那個(gè)特定的區(qū)域形成惰性氣氛并降低產(chǎn)品在膜生產(chǎn)過程中的氧化和碳化作用。分布系統(tǒng)可由焊接在U形鋼型材320上的多孔平板315制造。為了保證氮在模的全長(zhǎng)范圍內(nèi)良好的均勻分布，在U型鋼型材320和多孔板315之間形成的空腔330內(nèi)安裝一個(gè)內(nèi)部惰性氣體分布系統(tǒng)320，該系統(tǒng)可由按固定距離鉆有一些孔眼的管道組成。內(nèi)部分布系統(tǒng)325通過管道335與惰性氣體加料裝置連接。通過安裝二個(gè)這樣的分布系統(tǒng)，在塑料膜340的每側(cè)安裝1個(gè)，以它們使氮?dú)饬?45從兩側(cè)噴到模出口處膜上的方式獲得最佳的惰性氣氛。整個(gè)系統(tǒng)能在超過3m長(zhǎng)的距離均勻地分布惰性氣體。如果需要，可將該系統(tǒng)延長(zhǎng)，以覆蓋更長(zhǎng)的模。將惰性氣體引入模中的另一種方法是利用表面被部分包覆的例如由半管包覆的多孔管。不論采用什么系統(tǒng)，都必須將分布系統(tǒng)安裝在距模出口20mm的范圍內(nèi)。在不到20mm的距離向引入惰性氣體的區(qū)域提供惰性氣體。每米的惰性氣體流量一般為約5-15m3/h，優(yōu)選每米約8-12m3/h。使吹塑制膜機(jī)產(chǎn)生惰性氣氛如上所述，吹塑制膜機(jī)具有一個(gè)圓環(huán)形的分布系統(tǒng)，向制成的膜吹冷卻空氣。惰性氣體分布系統(tǒng)安裝在模的出口和空氣分布系統(tǒng)之間。由于擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)，惰性氣體分布系統(tǒng)是圓環(huán)形的。如前所述，為將首先通入空腔的惰性氣體進(jìn)行良好的分布，該系統(tǒng)采用燒結(jié)的多孔板。圖4示出使這種吹塑制膜機(jī)外部和內(nèi)部產(chǎn)生惰性氣氛的情況。惰性氣體分布系統(tǒng)415和420置于擠出頭410的頂部，圖中只示出擠出頭410的一部分。惰性氣體分布在空腔435內(nèi)，通過多孔板455均勻分布后離開。分布系統(tǒng)415用于在膜的外側(cè)形成惰性氣氛，它被置于擠出頭410和空氣噴咀425之間。該裝置由與惰性氣體來源連接的連接管430、圓環(huán)形空腔435和多孔板組成。分布系統(tǒng)420以均勻的壓力分布?xì)怏w，在擠出機(jī)出口處給來自內(nèi)部的膜施加惰性氣氛。該系統(tǒng)由與惰性氣體供給裝置的連接件440組成。該連接件配置在擠出頭的內(nèi)部，穿過原有的空氣通道445。惰性氣體分布在空腔450內(nèi)，并通過多孔板460均勻分布后離開。實(shí)施例實(shí)施例1用直徑50mm的針加料250kg/h的漏斗與擠出機(jī)連接。在管道內(nèi)安裝一個(gè)管狀的分布系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)注入5nm3/h氮。這使注入點(diǎn)和擠出機(jī)之間的氧含量低于1％(體積)。所以，生產(chǎn)過程減少了由于擠出機(jī)端部過濾器的堵塞而引起的停產(chǎn)，減少的程度視配料的類型而定。當(dāng)采用對(duì)氧化作用敏感的配料(例如由于它們含有大量的細(xì)粉末)加工時(shí)，已注意到停產(chǎn)次數(shù)從3次減少到1次。實(shí)施例2i)采用30nm3/h的氮給長(zhǎng)3m的模產(chǎn)生惰性氣氛，其在產(chǎn)生惰性氣氛系統(tǒng)和模出口之間形成的氣氛中氧含量低于1％(體積)。由于在模出口上有沉積物引起的停產(chǎn)次數(shù)從每天3次減少到每天1次。
ii)在90cm長(zhǎng)的模兩側(cè)安裝氮分布系統(tǒng)。氮的總流量為20nm3/h，在模的出口形成含氧低的氣氛，結(jié)果停產(chǎn)次數(shù)從每天12次減少到每天1次。
在本發(fā)明的敞開空間的選定區(qū)域，采用惰性氣體產(chǎn)生惰性氣氛的方法也可應(yīng)用于聚合膜生產(chǎn)機(jī)器的其它方面，例如聚合纖維和增流注塑機(jī)(flow molding machine)。
雖然為了方便起見，在一個(gè)或多個(gè)附圖中只示出本發(fā)明的一些特殊部件，但可按照本發(fā)明將每個(gè)部件與其它一些部件組合起來。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還會(huì)考慮到另一些實(shí)施方案，規(guī)定將這些實(shí)施方案也包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)聚合膜的方法，所用的制膜設(shè)備具有一個(gè)漏斗入口和一個(gè)擠出機(jī)出口，所述的方法包括向覆蓋所述擠出機(jī)出口的區(qū)域提供一部分惰性氣體；將原料聚合物送入所述的漏斗入口；和從所述的擠出機(jī)出口獲得聚合膜產(chǎn)品。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述的方法包括采用產(chǎn)生層流阻擋層惰性氣氛技術(shù)提供所述的一部分惰性氣體。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述的方法包括在擠出模處提供所述的一部分惰性氣體。
4.權(quán)利要求1的方法，其中該方法包括通過分布系統(tǒng)提供一部分惰性氣體，其量足以置換覆蓋所述擠出機(jī)出口的所述區(qū)域內(nèi)所含的氧和水。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述提供一部分惰性氣體，包括使惰性氣體通過距擠出機(jī)出口內(nèi)的模出口不到約20mm的分布系統(tǒng)。
6.權(quán)利要求1的方法，還包括通過分布系統(tǒng)向所述的漏斗入口區(qū)域提供一部分惰性氣體，其量足以置換覆蓋所述漏斗入口的所述區(qū)域內(nèi)所含的氧和水。
7.權(quán)利要求1的方法，其中每米擠出機(jī)出口區(qū)域所述惰性氣體的流量為約8至12m3/h。
8.一種生產(chǎn)聚合膜的方法，所采用的制膜設(shè)備具有一個(gè)漏斗入口和一個(gè)擠出機(jī)出口，所述的方法包括向覆蓋所述漏斗入口的區(qū)域提供一部分惰性氣體；將原料聚合物送入所述的漏斗入口；和從所述的擠出機(jī)出口獲得聚合物膜產(chǎn)品。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述提供一部分惰性氣體，包括通過分布系統(tǒng)加入足夠量的惰性氣體，以置換覆蓋所述漏斗入口的所述區(qū)域內(nèi)所含的氧和水。
10.權(quán)利要求8的方法，所述提供一部分惰性氣體，包括使惰性氣體通過距擠出機(jī)出口內(nèi)的模出口不到約20mm的分布系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明是針對(duì)采用產(chǎn)生層流阻擋層惰性氣氛技術(shù)的方法和系統(tǒng),用惰性氣體籠罩著覆蓋聚合膜出口和/或原料入口的敞開空間的選定區(qū)域。
文檔編號(hào)B29C47/00GK1265351SQ00102230
公開日2000年9月6日 申請(qǐng)日期2000年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月16日
發(fā)明者R·M·德維爾德, P·Y·杜羅 申請(qǐng)人:普拉塞爾技術(shù)有限公司