[发明专利]用于冷却薄膜材料的设备和方法

说明书

本发明涉及一种用于冷却薄膜材料(100)的设备和方法，包括：可运动的带(10)，其中所述带用于在设备的第一预定位置(21)处接收薄膜材料(100)、用于传送所接收的薄膜材料(100)并用于在第二预定位置(31)处输出薄膜材料(100)，其中，所述设备被配置为冷却所接收的薄膜材料(100)和/或带(10)。

技术领域

本发明涉及一种用于冷却薄膜材料的设备和方法。在由塑料构成的薄膜材料、特别是连续薄膜的制造中使用这种设备和方法。

背景技术

为了制造这种连续薄膜，将熔化的塑料颗粒(所谓的熔体)施加到旋转的冷却辊(Chili Roll，CR)上，在此处形成片膜并且从此处开始在冷却情况下与旋转的冷却辊一起运动、随后与冷却辊分离并被进一步传送。考虑到薄膜的热、机械、光学密封性和其他属性，以及考虑到它们的再加工，聚合物的快速且受控的冷却以及由此对结晶过程的相关的控制和影响是特别重要的。在该再加工的范围中可以包括将片膜沿薄膜传送方向(机器方向定向，MDO)、横向于传送方向(横向方向定向，TDO)或者在两个方向(双轴定向，BO)上顺序地或同时地再加热和拉伸的阶段，相应地再加热并最终冷却、边缘切割以及将薄膜材料卷绕成卷。

在下文中，薄膜在所有的工艺阶段或生产步骤中都用上位概念“薄膜材料”表示，无论其是薄膜的粘性或多或少的原料、即熔体，还是在没有拉伸的情况下或在拉伸之前或之后、在冷却体的表面上形成的片膜或与其分离的薄膜片。从上下文中并且特别是从各个工艺步骤的描述中，能够清楚分别涉及薄膜材料的哪种具体状态。薄膜可以是通过将由熔体构成的材料经由挤压(例如借助扁平喷嘴)以一层或多层的方式施加到旋转的冷却辊的表面上并由此随后进行冷却来制造的所有类型。这也涉及可以借助空气、水或通过其他辊或以其他方式在背向辊的侧面能够同时冷却的薄膜。然而，其并不仅限于所有聚烯烃原料，例如聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)、聚酯(例如PET)、聚酰胺、聚丙交酯(PLA)、聚苯乙烯、聚碳酸酯以及所有落入上述定义的那些。

与由其他聚合物构成的薄膜不同，在由热塑性半结晶聚合物(例如聚丙烯、聚乙烯和聚酯)构成的薄膜的情况下，重要的是熔体尽可能快地和尽可能强烈地冷却到预定的温度范围内以由此影响结晶。

在已知的制造方法中，熔体(在PP薄膜材料的情况下约260度)从扁平喷嘴被施加并贴靠到冷却辊上以快速冷却。图1示出了这种情况下使用的现有技术的冷却设备。该冷却设备包括冷却辊CR，其在水浴40、50中运行。经施加的薄膜材料在其面向辊的侧面被冷却辊冷却，该冷却辊又借助在内部延伸的冷却通道中流动的水冷却或者通过向辊壳喷射水而从内部得到冷却。

在其中使用气刀90以实现贴靠的PP的情况下，薄膜材料的背向辊的侧面的冷却首先通过气刀的气流并随后通过水浴实现，冷却辊与薄膜材料一起浸入到该水浴中。例如聚酯的其他薄膜材料通过静电的钉扎方法贴靠到冷却辊上，并且必须仅通过冷却辊、即从CR侧面得到冷却。

图2示出了在薄膜材料借助上述已知的冷却设备执行冷却过程的情况下、在机组具有5,000kg/h的标称生产能力和薄膜最终厚度为20μm时在制造双轴顺序拉伸的PP薄膜时的温度曲线。其中，标记的线相应地示出了薄膜材料的背向辊的侧面和面向辊的侧面的关于时间的温度曲线以及膜芯中的关于时间的温度曲线。

薄膜材料的冷却在此示例中首先十分快速地在面向辊的侧面(CR侧面)通过CR的低温表面实现，在背向辊的侧面(外侧)同样快速但相对较慢地通过气刀的冷却效果实现。在进入水浴之后，背向辊的侧面被更强烈地冷却，当被转向到可能的其他冷却辊上时同样如此。膜芯的冷却仅通过膜的表面进行并且相应地延后发生。在此示例中，紧接在膜离开CR表面之后才在横截面上形成均匀的温度曲线。具体地，这些阶段如下进行：

在开始时执行冷却过程(Casting)，并且更确切地说以260度的熔体进行。在该示例中，在离开喷嘴(用于气刀的空间)后借助通过位于辊壳中的冷却通道进行冷却的冷却辊和水浴实现冷却。

十分快速的第一冷却效果在面向辊的膜的侧面通过低温的CR、并且在背向辊的侧面通过气刀实现。