CN111565909A - 用于调整吹塑挤出生产线中的膜的轮廓的方法、相关的膜和卷轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于主动调整通过吹塑挤出技术生产的膜的轮廓的方法、用所述方法获得的膜和由膜的卷绕产生的卷轴。

Description

用于调整吹塑挤出生产线中的膜的轮廓的方法、相关的膜和 卷轴

本发明涉及一种用于在吹塑挤出生产线中调整膜的轮廓的方法、相关的膜和卷轴。

无论是家用还是工业用的适合软包装塑料膜(通常称为“膜”)的生产在几十年内几乎一直在增长，并且随着数量需求的增加，产品的质量也在持续改进并越来越专业化。

特别地，绝大多数最广泛和使用的膜，特别是在工业领域中(与家用相比，其自然代表大多数消耗)，目前是用所谓的“吹塑”挤出生产线生产的，其利用公知的吹塑挤出技术。该技术使用适当定向和温度调节的气流来冷却并以期望的方式对从挤出模头出来的熔融塑料(“熔体”)定型。

这种技术的普及是全世界完全确定和公知的事实，毫无疑问地代表了具有最大全球普及的设备和技术的类型。

还有其它用于包装的塑料膜的生产的技术，例如所谓的“流延”(cast)技术，其中熔体通过与旋转的圆筒接触而冷却，通过冷却流体冷却；然而，除了一些特定的明确定义的市场之外，吹塑技术无疑是最广泛使用且最常见的。

这种广泛的传播当然与生产线的相对容易使用有关，此外从可以挤出的各种产品的角度来看，它们表现出相当大的灵活性；最后但并非最不重要的是，从物理和机械性能的观点表征膜的可能性，适当地调节冷却过程和膜的形成。

最重要的是，最后这个特征代表吹塑技术的真正优势，以及作为一种具有极低废料百分比(在某些条件下实际上为零，但在最坏的情况下也为百分之几的数量级)的方法和具有降低的能耗，因此与替代生产技术相比具有特别高的效率的固有优点。

吹塑技术的即使不是唯一的也是极少的难点或甚至是缺点之一涉及所生产的膜的横向轮廓的调整精度，其比用其它替代技术可获得的精度相对更低。

例如，由于在挤出熔体的横向尺寸和最终膜的横向尺寸之间具有基本上直接的关系(除非在模具的出口处有收缩效应，通常称为“颈缩”)，所以流延技术允许精确的并且最重要的是明确的的对局部厚度调整，这可以通过不同的系统实现。通常是对同一模具的轮廓进行机械调整；这是可能的，因为挤压模的两个“壁”基本上彼此独立，因此它们的相对位置可以容易地改变。

另一方面，在吹塑技术的情况下，唯一可能的调整是所谓的模具“定心”，其基本上由实心的内部盘(所谓的“公件”)和外部同心环(所谓的“母件”)组成；熔体进入在这两个元件之间产生的通道中，因此获得特征性的圆柱形或漏斗形的形状。

从已经描述的内容，可以清楚的是，利用吹塑技术生产的膜的轮廓的调整仅能够在一般水平上校正“宏观缺陷”，因为如已经指出的，仅存在达到(理论上)公件和母件之间的完美同心的可能性。另一方面，不可能局部地校正由模具内的材料的滑动或粘性的可能问题产生的任何缺陷，不幸的是，这种情况是常见的且频繁的，尤其是在“多用途”生产线的情况下(即，在几乎所有情况下)。

作为直接的和合理的结果，不可能校正局部轮廓的缺陷导致生产以存在所谓的“帘线(cords)”为特征的膜卷轴，所谓的“帘线”即其中膜的厚度与膜的其余部分不均匀的区域，可以是凹的或凸的区域，即相对于膜的平均厚度具有较大和较小的厚度。在这两种情况下，这种局部不均匀性的存在会导致大多数塑料膜通常经受的后续处理(连接、印刷、金属化等)中的严重问题。

因此，由于吹塑技术的概念无法解决问题的根本，过去已经尝试通过在障碍上游插入障碍来“绕过”障碍，即，尝试将厚度缺陷分布在所生产的卷轴的整个宽度上，以便避免形成上述帘线。

因此产生了旋转模具，其通过围绕它们自己的轴线旋转，在卷轴的整个宽度上提供局部厚度缺陷的连续分布。

复合挤出技术的到来和随后的快速普及，即同时使用不同的挤出机(通常3-11台)来制备多层膜，其相对于单层膜具有不可比拟的更好的特性，导致该解决方案随后的过度复杂化和可靠性的缺乏，这很快被放弃。

随后采用所谓的“摆动驱动器”，即，其中，膜一旦形成，就通过一对“对角”杆旋转的系统，所述“对角”杆将膜厚度的系统缺陷分布在卷轴中。

这种解决方案仍然被普遍使用，但是没有完全解决问题：事实上，在特别粘的或特别硬的膜的情况下，其具有很大的适用性限制，因为在这些情况下，所述对角杆的旋转非常容易产生褶皱或折叠，这不可挽回的损害卷轴的质量。

因此，最近，通过以主动和非被动方式作用于膜来调整膜轮廓，即，通过有效地调整其厚度；这种目前绝对通用的解决方案通常但不排他地通过位于外冷却环下方的所谓“分段盘”来执行，该分段盘提供用于冷却膜的外部部分。

在该盘的圆周上，获得“n”个区段，其由金属扇区或与边界条件兼容的任何其它材料物理地划分。这些区段调节气流的量或温度(或两个参数)，因此根据上述参数的值调整膜厚度。

基本上，以调整通过相关区段的气流量的可能性为参考，气流量越大，将保证膜的局部冷却越大；因此，膜的局部厚度将大于膜的其余部分，然而，当膜的其余部分较热时，其将具有在纵向和/或横向被“拉伸”的可能性，从而使膜的其余部分的最终厚度减小。

这种技术，与上述利用摆动驱动器来分配卷轴中的误差的可能性一起，导致了卷轴自身的轮廓质量，如果还不能与流延技术所获得的质量相比，至少足以满足随后的转换操作(连接、印刷、金属化等)的需要。

然而，如前所述，摆动驱动器的旋转不总是可有利地应用；因此，轮廓的主动调整仍然是校正厚度缺陷的唯一可能性。

然而，即使这种解决方案也具有已知的和明显的限制，因为轮廓的主动调整作用在熔体的横截面上，根据膨胀比(所谓的BUR或吹胀比)是可变的；特别地，对于这种生产线的“正常”使用范围内的吹胀比，即从2:1到4:1的范围内，调节环的节段通常但不一定具有大约25mm的尺寸，实际上使其工作区段“膨胀”了2-4倍，因此分辨率相对降低。

换句话说，该区段必须作用于从挤出模头出来的具有恒定尺寸的熔体部分，如已经指出的，通常宽度为约25mm，但是在吹塑技术中，这是绝对正常的，并且在一些情况下，需要改进膜的特性，以实现在横向于膜运动(“TD”)的方向上的某种取向，使膜泡膨胀，直到其等于起始模头直径的2-4倍的直径。因此，仿佛对其进行轮廓调整的单个区段被横向“拉伸”，物理上将其尺寸增加了等于BUR的量。

因此，即使当应用上述所有权宜之计时，用吹塑技术生产的膜的轮廓缺陷也决不能完全消除，因为它们是挤出工艺本身的固有缺陷，使用以其物理-化学特性的“统计分布”为特征的聚合物树脂，这又受到这种可变性影响，这不能确定，当然也不能控制。

因此，本发明的目的是从全新的观点来解决这个技术问题，通过覆盖/掩蔽膜的轮廓缺陷，而不是消除缺陷：此外，如可以看出的，基本上不可能完全消除它们，因为缺陷还取决于构成膜的聚合物的性质固有的因素，并且因此，这些缺陷通常具有比调整仪器的分辨率更小的横向尺寸。

如上所述，实际上，轮廓调整系统所作用的最小宽度大约为25mm，该值又乘以BUR；因此，通过分段盘的轮廓的调整系统的分辨率总是至少大于或等于25mm，即，不能以任何方式校正宽度小于该值的可能的厚度缺陷。

考虑到膜的横截面并假设轮廓缺陷相对于中心线被识别为峰或谷，本发明的目的不是消除峰和谷，而是填充峰和谷之间的空间直到达到恒定厚度，即，产生能够覆盖在膜生产过程中产生的不可避免的缺陷的“自发的、可变的缺陷”。

因此，本发明的目的是确定一种用于调整利用吹塑技术生产的膜的轮廓的装置和方法，其克服了现有技术的缺点。

本发明可以显著地克服前面指出的所有问题，本发明提出提供一种用于主动调整利用吹塑技术生产的膜的轮廓的装置和方法，其能够避免现有技术在精度和功能性方面所揭示的限制。

因此，本发明的目的涉及一种用于在具有吹塑技术的挤出生产线中主动调整单层或多层膜轮廓的方法，所述方法的特征在于，其包括轮廓的主动调整步骤，其中，所述膜轮廓借助于横向可移动的正弦波产生，其振幅基本上等于轮廓的基本调整所达到的轮廓公差并且具有可变的滑动频率，其中，轮廓的主动调整步骤借助于具有“n”个区段的盘实现，所述“n”个区段由金属扇区或任何其它兼容材料物理地划分，所述金属扇区或任何其它兼容材料调节冷却气流的量或温度或这两个参数。

另一方面，该正弦波的周期与能够产生所述波的调整系统的分辨率紧密相关，因此实际上受到可用硬件，即轮廓调整系统的结构特征的限制。

该波是可完全定义的“正弦曲线”，并且在振幅和频率上都被定义，后者与未被轮廓的基本调整系统校正的缺陷的程度成比例。

轮廓的主动调整步骤，即通过正弦曲线产生轮廓，是通过控制算法实现的，该控制算法基于通过随后的现场实验验证的理论计算，允许正弦波的即时产生，而不必在膜的实际生产阶段期间等待来自厚度计的任何反馈，但是保持在膜的每个点处可预测的最大缺陷值，该最大缺陷值基于理论计算并且在特定生产的初始开发阶段中在测量系统的每个读数处发现。

实际上，每个生产都有车间(plant)的初始开发阶段以达到方案：在该开发阶段，厚度计在仅通过基本调整检测产生的膜的每个点处的厚度缺陷，即没有根据本发明的方法的调整。正弦波的振幅和频率值是基于该测量结果确定，特别是对于生产中的膜，以及基于通过现场实验验证的理论计算，然而，如已经指出的，正弦波的周期是一个量，虽然也相当重要，但实际上是由轮廓调整系统的构造特征决定的，如可以看到的，该轮廓调整系统可以获得最多样和可变的形式。

因此，在根据本发明的主动调整方法中，在膜生产的初始开发阶段中定义与现有误差的程度成比例的正弦波的振幅，在该初始开发阶段中，在利用基本调整生产的膜的每个点中检测厚度，从而检测轮廓的缺陷。

因此，正弦曲线在振幅上由存在的误差的程度限定，而频率取决于生产线的操作条件(速度、厚度、流速等)。

因此，频率难以先验地定义，本领域技术人员当然能够基于对所述波对膜的轮廓的影响的分析而通过实验来限定它。

因此，厚度计用于确定“无”正弦波的膜的轮廓，如前所述，该测量允许确定波的振幅；它们向轮廓调整系统提供正确的反馈以用于第一次校正，即，根据本发明的方法，用具有正确振幅的正弦波对膜轮廓进行主动调整步骤。

随后，进行第一次膜轮廓的主动调整步骤，其中正弦波具有确定的振幅并且具有基于生产线的特性的理论计算的频率，并且厚度测量系统提供第二次反馈，其也允许优化用于给定生产的波频率。

因此，在根据本发明的主动调整方法中，在膜的第一生产阶段中，通过施加具有限定振幅的正弦波来限定正弦波的频率。

在这一点上，轮廓调整系统自动进行，而厚度测量系统不断地与调整系统相互作用以验证由此确定的正弦曲线的可靠性和有效性，在第一次启动时计算和确定的数据的有偏差情况下可能修改正弦波。

然而，上述操作涉及膜的特定生产的第一次开始；换句话说，一旦确定了表征正弦波的最重要的值(即，振幅和频率，因为如已经提到的，周期是由轮廓调整系统的构造形式确定的值，并且因此受到机械性质的约束)，就将其保存在与所述生产相关的特定配置中，使得每次实现相同的生产时，可以调用和重新使用它们。

这样，一旦确定并保存了这些值，生产线的状态设置时间绝对会减少并与生产要求相适应，理论上甚至比具有摆动驱动器的“典型”调整系统所需的时间更低，如可以看到的，摆动驱动器总是不仅受限于分段盘的反应速度，而且受限于驱动器的旋转速度。

本发明的其他目的还涉及具有可通过根据本发明的主动调整方法获得的轮廓的单层或多层膜，以及由所述单层或多层膜形成的卷轴。

在本专利申请的文本中，轮廓的基本调整是指首先通过模具中的凸-凹联接器，然后通过轮廓的精密控制盘，即通过具有“n”个区段的盘实现的调整，所述“n”个区段被金属扇区或与边界条件兼容的任何其它材料物理地分开，所述金属扇区或与边界条件兼容的任何其它材料调整冷却气流的量或温度(或两个变量)，如上所述，这能够减少但不消除膜厚度缺陷。

基本上，通过产生与已经存在的实体的缺陷相当的实体的缺陷并且使其在膜的整个宽度上横向移动，根据本发明的方法/系统能够覆盖/掩蔽不能由现有的调整系统校正的缺陷，从而引起膜的一种“虚拟滑动(virtual skidding)”，或者获得与摆动驱动器的物理旋转所发生的相同的效果。

根据本发明的方法的膜轮廓的主动调整步骤可以借助于实现膜轮廓的基本调整的相同分段盘来执行。

实际上，上述相同并且当前仅用于轮廓的基本调整的分段盘，还可以使用特定控制算法操作，该特定控制算法将现有的基本调整轮廓与第二次主动调整轮廓“叠加”，第二次主动调整轮廓基于各种因素(其通常但不排他地可以是生产线的速度、要生产的膜的最终宽度、膜的厚度等)借助于正弦波横向地可移动，具有基本上等于轮廓的基本调整所达到的轮廓公差的振幅并且具有可变的滑动频率，使得能够根据本发明主动调整膜轮廓。

根据本发明的解决方案具有许多优点，这些优点与吹塑技术的多层膜的方法和生产线的不同方面有关。

根据本发明的解决方案的第一个优点实际上是，它使得摆动驱动器的存在完全无用，具有相当大的益处

i)在生产率方面：实际上，与目前提供摆动驱动器的现有技术系统的情况相反，甚至特别粘性或刚性的膜也可以成功地处理；

ii)从购买挤出生产线的最初投资的角度来看，经济上显著节省，其中摆动驱动器在经济上是相当大的部分。

此外，由于消除了摆动驱动器，因此在轮廓的控制盘的区段与膜上的相对位置之间存在直接且恒定的对准，并且因此在最终卷轴上存在直接且恒定的对准；换句话说，在存在摆动驱动器的情况下，由盘调整的单个区段连续地改变最终卷轴上的位置，使得例如无法在固定和可控制的位置中产生厚度的主动“帘线”，这对于某些应用是极其重要的资源。

这种要求的一个例子是生产用于工业和家庭用途的具有低厚度的拉伸膜；在这些情况下，即在膜的标称厚度甚至可以小于10微米的情况下，重要的是生产具有两个薄的侧条的膜，所述两个薄的侧条具有高得多的厚度，甚至是标称厚度的两倍，以便在然而不明显增加重量的情况下增加膜的电阻性质。

显然，这种类型的产品不可能用“传统”生产线生产，因为如果使用摆动驱动器，盘的区段和最终卷轴之间的对准将完全丧失，同时也阻挡驱动，除了在卷轴的边缘处产生期望的帘线之外，由于不能正确地调节它们，还将产生另外的不期望的帘线。

另一类似的情况，但目的相反，涉及所谓的单向拉伸单元，也称为MDO的实施，其通过在卷绕方向上拉伸膜多次来减小膜的最终厚度。由于拉伸操作期间产生的颈缩所产生的物理效应，借助于以不同的速率拉动膜的旋转圆筒进行的该操作还不可避免地导致产生两个侧边缘，这两个侧边缘具有比膜的其余部分更大的厚度。

在这种情况下，显然需要形成初始膜的轮廓，即在单向拉伸单元MDO之前的膜的轮廓，其边缘具有凹入的趋势，使得随后的拉伸操作不会导致产生不希望的多余厚度。

此外，如上所述，在轮廓的调整盘的区段和卷轴中的膜的物理位置之间具有完美且恒定的对准的可能性允许基于X射线技术、β射线或IR射线(或需要该配置的任何其它技术)的所谓的“门式”(portal)厚度测量系统的容易且有利的使用。

这种可能性目前受到所述“门式”测量系统的强烈限制，不仅必须具有射线发射源，而且必须具有完全平行于发射源定位的接收器。

显然，这种可能性对于传统的吹塑挤出生产线是不可行的，这也是由于驱动器的旋转使膜相对于模具连续地不对准。否则，必须提供复杂的和“慢速”的计算算法，该算法仅基于摆动驱动器的计算位置，因此不能考虑膜的任何可能的横向“滑动”。除了明显地取决于膜的性质之外，由于摆动驱动器的对角条的构造，这种滑动总是可能的并且实际上是极其频繁的。

因此，现有技术的方法和系统使用不太精确的厚度读取系统，即所谓的“电容式”系统，其分辨率与“门式”系统不能相比，并且最重要的是，它们不能以合理的可靠性程度读取聚合物例如PA和EVOH的厚度，特别是在食品包装领域中使用的，这是由于相对于氧气的特定阻隔特性，即在必须保证任何气调(modified atmosphere)的包装中。

在附图1中，示出了生产的膜轮廓的一个例子

a)具有吹塑挤出生产线，而没有根据本发明的方法的膜轮廓的主动调整步骤，并且提供具有膜轮廓的基本调整步骤(图1A)；

b)具有吹塑挤出生产线，其具有根据本发明的方法的膜轮廓的基本调整步骤和膜轮廓的主动调整步骤(图1B)；

和从所述膜a)(图1C)和从所述膜b)(图1D)开始获得的卷轴轮廓的实例。

从作为整体的图1中，可以清楚的是，不仅主动膜系统/调整方法允许改善单个膜或膜的单个局部部分的轮廓，而且它还允许获得“高质量”的卷轴，即，最大厚度公差的改善超过30％的卷轴，这是极其重要的结果。

事实上，膜轮廓的规则化还使得卷轴轮廓明显改善，与利用旋转驱动器获得的结果相比，具有改善的结果，旋转驱动器不能物理地改变膜的轮廓，而是简单地以自补偿的方式“分散”误差。

图2示意性地示出了允许实施根据本发明的方法的挤出生产线的示例，其示出：

-至少一个挤出机10(挤出机可以是完全可变的数目，取决于所需的最终产品)；

-挤出模头11或“机头”(在出口直径和膜的层数两方面，挤出模头可以是任何形状或尺寸)；

-外部冷却环12，其无差别地使用环境空气或温度调节空气；

-分段盘13，用于基本调整轮廓和通过引入“自发”缺陷来主动调整轮廓(如上文详细描述的，通过调整气流或其局部温度，或通过所述两个参数的组合，或通过确定膜的局部厚度变化的任何其它方法，各种解决方案是可能的)；所述分段盘可以利用与用于冷却环12的空气相同的空气，使用独立的空气源，或者使用与其它用途相同的空气源，无论其是直接从环境中获得的还是经过温度调整的；

-校准器篮14；

-一系列用于使管变平的滚筒(roller)15；

-驱动器16，其典型地但不排他地由彼此接触的一对机动化滚筒组成；

-支撑结构17，其支撑前述元件；

-所述管的切割系统18，其分离所述两个最终膜；

-两个桥式厚度读取系统19，每个系统用于生产的每个膜；读取系统可以是“门式”类型，如所指出的，其更精确，或者也可以是“电容”类型；

-一对卷绕机20，用于形成所述卷轴。

显然，挤出生产线的最终结构在许多细节上可以与上面图2中示意性表示的不同，而不损害目前所表达的轮廓的调整概念。

如图3所示，例如，为了在使用挤出生产线时寻求最大灵活性，也可以在生产线上设置摆动驱动器21和用于电容型读取厚度的系统22，如果要生产单个卷轴，或者没有管状切割步骤，则这是有用的。对于这种类型的生产，通常不是特别“高质量”，因此对具有完美轮廓的需求较少，驱动器的摆动的传统解决方案与通过分段盘的膜的厚度的唯一基本调整一起被认为是绝对足够的，而本文提出的解决方案在任何情况下都不允许轮廓的精确调整，这是由于不能确定形成管的两侧中的哪一侧，可以归结于用于读取的单个桥测量系统所读取的可能的轮廓缺陷。因此，在图3所示的吹塑挤出生产线中，根据最终膜的特性，可以应用根据现有技术的方法或根据本发明的方法。

Claims (7)

1.一种用于在利用吹塑技术的挤出生产线中主动调整单层或多层膜轮廓的方法，所述方法的特征在于，其包括用于主动调整所述轮廓的步骤，其中所述膜轮廓借助于正弦波产生，所述正弦波能够横向移动，所述正弦波具有基本上等于所述轮廓的基本调整所达到的轮廓公差的振幅，并且具有可变的滑动频率，其中，用于主动调整所述轮廓的步骤借助于具有“n”个区段的盘实现，所述盘被金属扇区或任何其它兼容材料物理地划分，所述金属扇区或任何其它兼容材料调节冷却气流的量或温度或这两个参数；

2.根据权利要求1所述的主动调整方法，其中，所述正弦波具有与未被所述轮廓的基本调整系统校正的缺陷的程度成比例的振幅和频率。

3.根据前述权利要求中的一项或多项所述的主动调整方法，其中，所述正弦波借助于控制算法限定。

4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的主动调整方法，其中，所述正弦波的振幅与存在的误差的程度成比例，所述正弦波的振幅在膜生产的初始生长步骤中被限定，其中，在通过基本调整产生的膜的每个位置中检测厚度，并且因此检测轮廓缺陷。

5.根据权利要求4所述的主动调整方法，其中，在所述膜的第一生产阶段中，通过施加具有限定的振幅的正弦波来限定所述正弦波的频率。

6.一种单层或多层膜，其特征在于，所述单层或多层膜具有通过根据权利要求1至5中的一项或多项所述的主动调整方法获得的轮廓。

7.一种卷轴，所述卷轴包括权利要求6的单层或多层膜。

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