CN114347423A - 多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型方法及装置。装置包括内层旋转型芯、中层旋转型芯和外层旋转型芯。内层、外层旋转型芯同向旋转，中层旋转型芯反向旋转；聚合物熔体通过外模体与外层旋转型芯上的熔体通道进入外层旋转型芯与中层旋转型芯形成的外环形流道，并通过中层旋转型芯上的熔体通道进入中层旋转型芯与内层旋转型芯间的内环形流道，通过内、外环形流道的熔体在中层旋转型芯顶部汇合并通过模口形成圆周方向均匀流动的环形截面膜胚，对膜坯进行牵引、吹胀、收卷，进而实现具有编织取向结构的薄膜的吹塑成型。解决了吹塑薄膜横纵性能不均的问题，同时也避免了单层旋转薄膜由于膜的中平面周围存在不平衡的残余应力导致的薄膜卷曲问题。

Description

多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型方法及装置

技术领域

本发明涉及塑料薄膜加工技术领域，特别涉及多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型方法及装置。

背景技术

随着塑料化工产业的发展，塑料薄膜在日常生活中的应用越来越广泛，而吹塑成型因其没有废膜、薄膜利用率高、膜厚调节范围宽等特点广泛应用于薄膜生产领域。吹塑成型是将经挤出机熔融塑化后的粘流态熔体，经模头环形流道挤出制成圆筒状膜坯，然后向膜坯内吹入压缩空气，将膜坯吹胀，同时对膜坯进行牵引、冷却，最终收卷成为薄膜制品。然而传统的吹塑成型装置在吹塑成型过程中，模头环形流道间隙不稳定，易导致薄膜厚度不均匀；且在聚合物熔体通过环状流道时，由于轴向速度梯度，分子链会沿轴向发生定向排列，从而使最终得到的薄膜具有各向异性，周向强度明显低于轴向强度。这种各向异性对于含刚性分子结构的聚合物更加明显，甚至会影响薄膜的正常生产加工过程，且得到的薄膜无法满足实际工程应用。

要解决吹塑成型生产过程中的环形流道间隙不稳定及薄膜各向异性等问题就需要用到旋转吹塑成型。旋转吹塑成型利用环形流道内的环向剪切作用，促进分子链在被挤出模头之前就沿周向排列，通过调整芯棒转速、牵引速度等参数调控分子排列的顺向性，使薄膜性能趋向均匀化。申请号为202020181229.0的实用新型专利公开了一种口模旋转取向的吹膜模头，依靠口模处同心布置的外模环和内模芯的反向旋转挤出薄膜。申请号为202010818966.1的公开发明专利提供了一种成膜用旋转模头、成膜设备及成膜方法，通过环形挤出管路的内壁与外壁的反向旋转并挤出薄膜。然而通过旋转吹塑成型制得的单层薄膜由于反向旋转对熔体的作用，薄膜顶部取向方向与底部取向方向垂直，在薄膜冷却过程中，会在膜的中平面周围产生不平衡的残余应力，导致薄膜卷曲，影响其实际工程应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种原理简单、易于控制且薄膜综合性能优异的多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型方法，提高吹塑成型过程中环形流道的间隙稳定性，降低刚性分子链聚合物吹塑成型所制薄膜的各向异性，避免单层旋转薄膜由于膜的中平面周围存在不平衡的残余应力导致的薄膜卷曲现象，实现多层旋转薄膜的直接复合，得到平整、厚度均匀且纵横向性能均匀的具有编织取向结构的薄膜产品。

本发明的另一目的在于提供一种用于实现上述方法的多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置。

为了实现本发明目的，本发明提供的多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，包括外模体和内层旋转型芯、中层旋转型芯和外层旋转型芯，旋转型芯与外模体共同组成模头，模头各部分按照直径尺寸由大到小沿膜坯的挤出方向套叠，内层旋转型芯沿轴线方向开设有贯穿整个型芯的空气通道；

内层旋转型芯、中层旋转型芯和外层旋转型芯同轴旋转设置在外模体内，当外层旋转型芯和内层旋转型芯同向旋转时，中层旋转型芯进行反向旋转，

内层旋转型芯和中层旋转型芯之间在径向上留有间隙形成内环流道，中层旋转型芯和外层旋转型芯之间在径向上留有间隙形成外环流道，内环流道和外环流道相通，且中层旋转型芯的高度均低于内层旋转型芯和外层旋转型芯使得外层旋转型芯和内层旋转型芯之间留有间隙。

所述内层、中层、外层旋转型芯同心设置且在径向上均留有间隙而形成内、外环形流道，随着多层旋转型芯的多向旋转，内环形流道内的熔体受到内层、中层旋转型芯的异向旋转剪切作用，外环形流道内的熔体受到中层、外层旋转型芯的异向旋转剪切作用。

进一步地，还包括熔体泵过渡段，熔体泵过渡段的一端与外模体连接，另一端用于与挤出机连接。

进一步地，中层旋转型芯和外层旋转型芯上均径向开设有熔体通道。

进一步地，中层旋转型芯和外层旋转型芯上的熔体通道位于同一高度。如此设置，使得熔体能够更加连续顺利地进入外环形流道和内环形流道。

进一步地，还包括模头上压盖，模头上压盖设置在外模体上方。

进一步地，还包括定模连接座、电机和由电机驱动的齿轮传动机构，齿轮传动机构包括外啮合齿轮机构和单排双级行星齿轮机构，

单排双级行星齿轮机构包括外齿圈、行星架和太阳齿轮，外齿圈通过定模连接座与外模体固定连接，行星架与外层旋转型芯固定连接，太阳齿轮与中层旋转型芯固定连接；

外啮合齿轮机构包括主动齿轮和与主动齿轮啮合连接的从动齿轮，主动齿轮与电机的输出轴连接，从动齿轮与内层旋转型芯固定连接且与单排双级行星齿轮机构的行星架连接。

所述旋转型芯由单一电机通过多层齿轮传动机构进行驱动，主动齿轮与电机连接，实现动力的输入，从动齿轮与内层旋转型芯固定连接且与单排双级行星齿轮机构的行星架连接，从而带动行星架旋转进而实现内层旋转型芯和外层旋转型芯的同向转动，行星架转动同时带动太阳齿轮转动，从而实现中层旋转型芯的反向转动。

进一步地，中层旋转型芯的顶部逐渐变尖。

本发明还提供多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型方法，包括步骤：

将熔体输运单元、挤出单元和牵引单元依次连接，所述挤出单元采用权利要求～任一所述的多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置；

熔体输运单元将物料充分熔融塑化后输运至所述多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置，熔体依次进行外环形流道和内环形流道；

通过外环形流道、内环形流道的熔体在模口方向压力流动作用下于中层旋转型芯顶部汇合并通过外层旋转型芯与内层旋转型芯间的空隙形成圆周方向均匀流动的环形截面膜胚；

从外层旋转型芯与内层旋转型芯间的空隙离开的膜胚在牵引单元的作用下向上牵引的同时，空气通过内层旋转型芯内的空气通道进入膜坯内部吹胀膜坯；

压平吹胀后的膜坯，得到薄膜。

本发明提供的所述方法，利用多层旋转型芯的多向旋转运动使内、外环形流道中的熔体受到方向相反的环向剪切应力，通过模口方向的压力流动使熔体汇合并通过模口形成圆周方向均匀流动的环形截面膜胚，进而实现具有编织取向结构的薄膜的吹塑成型。

进一步地，所述牵引单元包括人字板和牵引辊，所述牵引辊用于牵引膜胚，所述人字板用于压平吹胀后的膜坯。

进一步地，所述牵引单元还包括收卷装置，所述括收卷装置用于将压平后得到的薄膜收卷成筒。

本发明相对于现有技术，至少具有以下有益效果：

(1)通过旋转运动在各旋转型芯之间产生持续的环向剪切作用，促进聚合物分子链在被挤出模头之前就沿圆周方向取向，通过调整型芯转速、牵引速度等参数调控分子排列的顺向性，降低刚性分子链聚合物吹塑成型时薄膜的各向异性，在旋转型芯旋转挤出过程中，膜坯内外层除受到轴向应力作用外，还受到各旋转型芯旋转所施加的环向应力，其合力方向不再是沿膜坯轴向而是与其有一定的角度，因此，分子链的取向方向偏离轴向，周向强度与轴向强度趋于一致，各向异性减弱，使其性能趋于各向同性；

(2)通过各旋转型芯旋转挤出膜坯，使环形流道中的熔体实现圆周方向上的均匀分布，提高吹塑成型过程中环形流道间隙的稳定性，使所得膜坯厚薄均匀，提升薄膜产品厚度均匀性；

(3)单一电机驱动多层型芯的多向旋转，降低使用成本；

(4)通过多层旋转型芯间的多层环形熔体流道实现多层旋转薄膜的直接复合，降低工艺难度，避免单层旋转薄膜的卷曲现象。

附图说明

图1为本成型装置整体示意图。

图2为本成型装置模头部分的结构示意图。

图3为本成型装置应用于吹膜工艺时的设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都是本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供的一种多层型芯多向旋转的薄膜吹塑装置，包括内层旋转型芯6、中层旋转型芯5、外层旋转型芯4、外模体16、模头上压盖3、熔体泵过渡段15、定模连接座14、轴承以及齿轮传动机构。各旋转型芯与外模体16共同组成模头，模头各部分按照直径尺寸由大到小沿膜坯的挤出方向套叠。

在本发明的其中一些实施例中，模头上压盖3设置在外模体16上方，以便在外模体16内安装轴承，为外层旋转型芯4提供支撑，提高其旋转稳定性；熔体泵过渡段15的一端与外模体16的外壁固定连接，另一端用于与挤出机连接，使塑化后的熔体进入模头进而成型；定模连接座14与外齿圈13通过螺栓连接，使外齿圈13固定，并为外模体16的安装提供支撑。

在本发明的其中一些实施例中，内层旋转型芯6、中层旋转型芯5、外层旋转型芯4同轴旋转设置在外模体16内，从外到内依次是外层旋转型芯4、中层旋转型芯5、内层旋转型芯6，其中，当外层旋转型芯4和内层旋转型芯6同向旋转时，中层旋转型芯5进行反向旋转，使得内、外层环形流道中熔体所受的环形剪切应力方向相反。

在本发明的其中一些实施例中，中层旋转型芯5顶部逐渐变尖，且高度均低于内层旋转型芯6、外层旋转型芯4，使内环流道2、外环流道1中受到方向相反环向剪切应力的熔体能够于中层旋转型芯5顶部顺利汇合，在熔体状态下实现多层旋转薄膜的直接复合，实现厚度方向上的取向叠加，使所得薄膜中平面周围存在的残余应力实现统计学意义上的平衡，避免导致薄膜卷曲。

在本发明的其中一些实施例中，内层旋转型芯6、中层旋转型芯5、外层旋转型芯4同心设置且在径向上均留有间隙而形成内环形流道2和外环形流道1，外环形流道1通过外模体16上的径向圆形流道与熔体泵过渡段15相通；外层旋转型芯4与中层旋转型芯5中部均设有径向熔体通道且位于同一高度，使熔体能够连续顺利地进入外环形流道1和内环形流道2；内层旋转型芯6内部设计有贯穿整个型芯的空气通道，从而使压缩空气能够通入膜坯内部使其吹胀。

本发明中，电机驱动的齿轮传动机构带动内层旋转型芯6、外层旋转型芯4做同向旋转，同时带动中层旋转型芯5做反向旋转。旋转型芯与齿轮固定连接，并由轴承进行硬支撑。

在本发明的其中一些实施例中，齿轮传动机构为多层齿轮传动机构，包括外啮合齿轮机构和单排双级行星齿轮机构。其中，单排双级行星齿轮机构的外齿圈13与定模连接座14通过螺栓固定连接，行星架10与外层旋转型芯4固定连接，太阳齿轮9与中层旋转型芯5固定连接。位于定模连接座14下方的外啮合齿轮机构的主动齿轮7与电机连接，实现动力的输入；从动齿轮8与内层旋转型芯6固定连接且与单排双级行星齿轮机构的行星架10连接，从而带动行星架10旋转进而实现内层旋转型芯6和外层旋转型芯4的同向转动。行星架10转动同时带动太阳齿轮9转动，从而实现中层旋转型芯5的反向转动。

通过前述实施例提供的多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置，来自于熔体输运单元的聚合物熔体通过外模体与外层旋转型芯中部设置的熔体通道进入外层旋转型芯4与中层旋转型芯5形成的外环形流道1，并继续通过中层旋转型芯5中部设置的熔体通道进入中层旋转型芯5与内层旋转型芯6间的内环形流道2，通过内、外环形流道的熔体在中层旋转型芯5顶部汇合并通过模口形成圆周方向均匀流动的环形截面膜胚，接着对膜坯进行牵引、吹胀、收卷，进而实现具有编织取向结构的薄膜的吹塑成型。其中，纳入内环形流道2与外环形流道1的熔体由于受到的环向剪切应力方向刚好相反，在模口方向压力流动作用下，内外层高分子熔体分子链将形成90°左右的取向夹角，通过吹塑成型可形成具有编织取向结构的薄膜，大幅提升了薄膜的横向性能，能够有效解决吹塑薄膜横纵性能不均的问题，同时也可以避免单层旋转薄膜由于膜的中平面周围存在不平衡的残余应力导致的薄膜卷曲问题。

在本发明的其中一些实施例中，还提供了采用前述多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置进行薄膜吹塑成型的方法。

将前述实施例中的成型装置应用于吹塑成型，如图3所示，其设备包括依次连接的熔体输运单元、挤出单元和牵引单元；其中，熔体输运单元为单螺杆挤出机19，与多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置中的熔体泵过渡段15连接，挤出单元为本多层型芯多向旋转的薄膜吹塑装置，牵引单元包括人字板18、牵引辊17和收卷装置；熔体输运单元和牵引单元均采用传统吹膜工艺中相应的设备即可。

吹塑成型过程中，单螺杆挤出机19将物料充分熔融塑化后输运至本多层型芯多向旋转的薄膜吹塑装置；接着，来自单螺杆挤出机19的聚合物熔体通过模体与外层旋转型芯4中部设置的熔体通道进入外层旋转型芯4与中层旋转型芯5形成的外环形流道1，并继续通过中层旋转型芯5中部设置的熔体通道进入中层旋转型芯5与内层旋转型芯6间的内环形流道2，通过内环形流道2、外环形流道1的熔体在模口方向压力流动作用下于中层旋转型芯5顶部汇合并通过外层旋转型芯4与内层旋转型芯6间的空隙即模口形成圆周方向均匀流动的环形截面膜胚；从模口离开的膜坯在牵引辊17的作用下向上牵引的同时，压缩空气通过内层旋转型芯6内的空气通道进入膜坯内部从而使其吹胀，接着由人字板18压平，最后收卷成筒，得到厚度均匀平整的薄膜产品。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围：即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰,都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，包括外模体(16)和内层旋转型芯(6)、中层旋转型芯(5)和外层旋转型芯(4)，内层旋转型芯(6)沿轴线方向开设有空气通道；

内层旋转型芯(6)、中层旋转型芯(5)和外层旋转型芯(4)同轴旋转设置在外模体(16)内，当外层旋转型芯(4)和内层旋转型芯(6)同向旋转时，中层旋转型芯(5)进行反向旋转；

内层旋转型芯(6)和中层旋转型芯(5)之间在径向上留有间隙形成内环流道(2)，中层旋转型芯(5)和外层旋转型芯(4)之间在径向上留有间隙形成外环流道(1)，内环流道(2)和外环流道(1)相通，且中层旋转型芯(5)的高度均低于内层旋转型芯(6)和外层旋转型芯(4)使得外层旋转型芯(4)和内层旋转型芯(6)之间留有间隙。

2.根据权利要求1所述的多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，还包括熔体泵过渡段(15)，熔体泵过渡段(15)的一端与外模体(16)连接，另一端用于与熔体输运单元连接。

3.根据权利要求1所述的多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，中层旋转型芯(5)和外层旋转型芯(4)上均径向开设有熔体通道。

4.根据权利要求3所述的多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，中层旋转型芯(5)和外层旋转型芯(4)上的熔体通道位于同一高度。

5.根据权利要求1所述的多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，还包括模头上压盖(3)，模头上压盖(3)设置在外模体(16)上方。

6.根据权利要求1所述的多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，还包括定模连接座(14)、电机和由电机驱动的齿轮传动机构，齿轮传动机构包括外啮合齿轮机构和单排双级行星齿轮机构，

单排双级行星齿轮机构包括外齿圈(13)、行星架(10)和太阳齿轮(9)，外齿圈(13)通过定模连接座(14)与外模体(16)固定连接，行星架(10)与外层旋转型芯(4)固定连接，太阳齿轮(9)与中层旋转型芯(5)固定连接；

外啮合齿轮机构包括主动齿轮(7)和与主动齿轮(7)啮合连接的从动齿轮(8)，主动齿轮(7)与电机的输出轴连接，从动齿轮(8)与内层旋转型芯(6)固定连接且与单排双级行星齿轮机构的行星架(10)连接。

7.根据权利要求1-6任一所述的多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，中层旋转型芯(5)的顶部逐渐变尖。

8.多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型方法，其特征在于，包括步骤：

将熔体输运单元、挤出单元和牵引单元依次连接，所述挤出单元采用权利要求1～7任一所述的多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置；

熔体输运单元将物料充分熔融塑化后输运至所述多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型装置，熔体依次进行外环形流道(1)和内环形流道(2)；

通过外环形流道(1)、内环形流道(2)的熔体在模口方向压力流动作用下于中层旋转型芯(5)顶部汇合并通过外层旋转型芯(4)与内层旋转型芯(6)间的空隙形成圆周方向均匀流动的环形截面膜胚；

从外层旋转型芯(4)与内层旋转型芯(6)间的空隙离开的膜胚在牵引单元的作用下向上牵引的同时，空气通过内层旋转型芯(6)内的空气通道进入膜坯内部吹胀膜坯；

压平吹胀后的膜坯，得到薄膜。

9.根据权利要求8所述的多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型方法，其特征在于，所述牵引单元包括人字板(18)和牵引辊(17)，所述牵引辊(17)用于牵引膜胚，所述人字板(18)用于压平吹胀后的膜坯。

10.根据权利要求8-9任一所述的多层型芯多向旋转的薄膜吹塑成型方法，其特征在于，所述牵引单元还包括收卷装置，所述括收卷装置用于将压平后得到的薄膜收卷成筒。

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