專利名稱：熔體擠出機(jī)和用于制備熱塑性樹脂膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熔體擠出機(jī)和用于制備熱塑性樹脂膜的方法，更具體地，涉及一 種適用于非晶態(tài)熱塑性樹脂的熔體擠出機(jī)和用于制備熱塑性樹脂膜的方法。
背景技術(shù)：
熱塑性樹脂的纖維素樹脂膜如?；w維素膜以下列這樣的方式形成熔體擠出機(jī) 熔化纖維素樹脂并且將樹脂擠出到模頭中，并且將熔融的樹脂從模頭中以膜的形狀排出， 并且冷卻和凝固樹脂。為了保持熱塑性樹脂膜的恒定質(zhì)量，熔體擠出機(jī)被分成多個(gè)溫度控制區(qū)，并且每 一個(gè)溫度控制區(qū)被控制為目標(biāo)溫度。關(guān)于熔體擠出機(jī)的溫度控制裝置，專利文獻(xiàn)1公開了 將加熱器放置在機(jī)筒周圍，在加熱器周圍安置用于冷卻介質(zhì)的通道，并且當(dāng)樹脂溫度超過 目標(biāo)值時(shí)，冷卻介質(zhì)被供給到通道中以控制溫度。此外，專利文獻(xiàn)2公開了將加熱器放置在機(jī)筒的外圍，并且將冷卻水在結(jié)合到機(jī) 筒中的螺桿中循環(huán)以控制溫度。專利文獻(xiàn)1 日本專利申請(qǐng)公開2004-314399專利文獻(xiàn)2 日本專利申請(qǐng)公開10-10935
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題當(dāng)通過熔體擠出機(jī)將非晶態(tài)熱塑性樹脂熔體擠出時(shí)，在供給部中的機(jī)筒溫度變化 引起螺桿前端壓力的變化。因此，在供給部中的溫度調(diào)節(jié)是重要的。然而，在專利文獻(xiàn)1中的熔體擠出機(jī)中，在將冷卻介質(zhì)供給到機(jī)筒中時(shí)，機(jī)筒被突 然地冷卻，這引起大的溫度變化直至達(dá)到恒定的溫度。此外，在專利文獻(xiàn)2中的熔體擠出機(jī)中，將在螺桿中循環(huán)的冷卻水用于冷卻，因此 熔融的樹脂對(duì)冷卻水的溫度敏感，并且機(jī)筒溫度的精確控制是困難的。本發(fā)明是考慮到這些情形而實(shí)現(xiàn)的，并且其一個(gè)目的是提供一種機(jī)筒溫度變化小 并且螺桿前端壓力變化小的熔體擠出機(jī)，以及使用該設(shè)備制備熱塑性樹脂膜的方法。解決問題的手段為了達(dá)到該目的，本發(fā)明第一方面提供一種熔體擠出機(jī)，其包括機(jī)筒；螺桿，所 述螺桿結(jié)合到所述機(jī)筒中；加料斗，所述加料斗被安置在所述機(jī)筒的基端并且供應(yīng)非晶態(tài) 熱塑性樹脂；熔融樹脂排出口，所述熔融樹脂排出口被安置在所述機(jī)筒的前端；和溫度檢 測(cè)裝置、環(huán)繞所述機(jī)筒的加熱裝置和環(huán)繞所述加熱裝置的冷卻裝置，所述溫度檢測(cè)裝置、所 述加熱裝置和所述冷卻裝置被安置在沿著所述機(jī)筒的長(zhǎng)度分開的多個(gè)溫度控制區(qū)中，其中 控制所述冷卻裝置和所述加熱裝置，使得所述冷卻裝置恒定地進(jìn)行冷卻并且所述加熱裝置 進(jìn)行加熱，以在位于所述加料斗那側(cè)的至少一個(gè)溫度控制區(qū)中獲得目標(biāo)溫度。當(dāng)從所述加料斗供應(yīng)非晶態(tài)熱塑性樹脂時(shí)，樹脂通過機(jī)筒中的螺桿而旋轉(zhuǎn)，并且
3產(chǎn)生摩擦熱?？紤]到這一點(diǎn)，在本發(fā)明中，產(chǎn)生特別高的摩擦熱的溫度控制區(qū)恒定地通過冷卻裝置冷卻且通過加熱裝置加熱以獲得目標(biāo)溫度，從而顯著地降低機(jī)筒溫度變化。這可以 穩(wěn)定螺桿前端壓力，并且降低從機(jī)筒排出的樹脂膜的厚度的變化。在根據(jù)本發(fā)明的第二方面的熔體擠出機(jī)中，在第一方面中加熱裝置具有使用AC 功率調(diào)節(jié)器控制加熱器的輸出的系統(tǒng)。該輸出通過AC功率調(diào)節(jié)器控制，因此可以連續(xù)地變 化。這允許精確的溫度控制。在根據(jù)本發(fā)明的第三方面的熔體擠出機(jī)中，在第二方面中加熱器的輸出的平均值 為10%至90%。加熱器的輸出的10%至90%的平均值允許在快速響應(yīng)的情況下進(jìn)行控制。在根據(jù)本發(fā)明的第四方面的熔體擠出機(jī)中，在第一至第三方面中控制冷卻裝置， 以使用恒定流量和恒定溫度的介質(zhì)恒定地進(jìn)行冷卻。使用恒定流量和恒定溫度的介質(zhì)恒定 地進(jìn)行冷卻允許采用較簡(jiǎn)單的冷卻裝置和控制系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制。在根據(jù)本發(fā)明的第五方面的熔體擠出機(jī)中，在第一至第三方面中控制冷卻裝置， 以基于溫度檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果改變介質(zhì)的流量和溫度中的至少一個(gè)并且恒定地進(jìn)行冷 卻?；跈z測(cè)機(jī)筒溫度的溫度檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果改變流量或溫度，從而降低加熱裝置的 操作率(operating rate)，并且允許高精度的溫度控制。在根據(jù)本發(fā)明的第六方面的熔體擠出機(jī)中，在第一至第三方面中所述設(shè)備還包括 檢測(cè)冷卻裝置的介質(zhì)的進(jìn)入和返回之間的溫差的溫度檢測(cè)裝置，并且冷卻裝置受到控制， 以基于溫度檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果改變介質(zhì)的流量和溫度中的至少一個(gè)并且恒定地進(jìn)行冷 卻。檢測(cè)介質(zhì)的進(jìn)入和返回之間的溫差，并且基于結(jié)果改變介質(zhì)的流量或溫度，從而 允許高精度的溫度控制。在根據(jù)本發(fā)明的第七方面的熔體擠出機(jī)中，在第四至第六方面中介質(zhì)是冷卻劑。在根據(jù)本發(fā)明的第八方面的熔體擠出機(jī)中，在第四至第六方面中介質(zhì)是空氣。適用于冷卻裝置的介質(zhì)是如上定義的。本發(fā)明的第九方面提供一種用于制備熱塑性樹脂膜的方法，所述方法包括以下步 驟使用根據(jù)第一至第八方面中任一項(xiàng)的熔體擠出機(jī)，熔化熱塑性樹脂并且將所述樹脂從 模頭中熔體擠出為膜的形狀；將熔體擠出的膜狀熱塑性樹脂流延；和卷繞流延的熱塑性樹 脂。在第九方面中，可以將根據(jù)第一至第八方面中任一項(xiàng)的熔體擠出機(jī)用于穩(wěn)定螺桿 前端壓力且獲得厚度變化小的熱塑性樹脂膜。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，熱塑性樹脂的熔體擠出可以在機(jī)筒溫度變化很小并且螺桿前端壓力 穩(wěn)定的情況下進(jìn)行。附圖簡(jiǎn)述

圖1是熔體擠出設(shè)備的示意性構(gòu)造圖；和圖2是應(yīng)用于本發(fā)明的膜生產(chǎn)設(shè)備的構(gòu)造圖。符號(hào)說明10 熔體擠出機(jī)12 機(jī)筒
14 螺桿16 熱塑性樹月18 加料斗20、22、24、26、2830、32、34、36、3840、42、44、46、4850、52、54、56、5860 供應(yīng)口62 排出口64 管道66 模頭68、70、72 冷卻輥74 剝離輥76 卷繞機(jī)實(shí)施本發(fā)明的最佳方式下面將采用優(yōu)選實(shí)施方案描述本發(fā)明。但是，可以在不偏離本發(fā)明的范圍內(nèi)以各 種方式進(jìn)行變化，并且可以使用與該實(shí)施方案不同的實(shí)施方案。因此，在本發(fā)明范圍內(nèi)的所 有變化均被權(quán)利要求覆蓋。在本說明書中，以"至"表示的數(shù)值范圍表示包括"至"之前 和之后的數(shù)值的范圍。圖1是根據(jù)本發(fā)明的熔體擠出機(jī)的示意性構(gòu)造圖。熔體擠出機(jī)10包括機(jī)筒12，以 及結(jié)合到機(jī)筒12中的螺桿14。螺桿14在其基端(base end)連接至未示出的螺桿驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)，并且通過螺桿驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)。用于將非晶態(tài)熱塑性樹脂16供應(yīng)到機(jī)筒12的加料斗18被安裝到機(jī)筒12的基端。 粒料形式的熱塑性樹脂16被供應(yīng)到加料斗18中。機(jī)筒12在縱向上被分成多個(gè)溫度控制區(qū)，例如Z1至Z5。加熱裝置20、22、24、26 和28被安置成分別與溫度控制區(qū)Z1至Z5對(duì)應(yīng)地環(huán)繞機(jī)筒12。冷卻裝置30、32、34、36和 38被安置成環(huán)繞加熱裝置20、22、24、26和28。類似地，檢測(cè)機(jī)筒12的溫度的溫度檢測(cè)裝 置40、42、44、46和48分別與溫度控制區(qū)Z1至Z5對(duì)應(yīng)地被安置在機(jī)筒12中。安置溫度控 制裝置50、52、54、56和58，它們基于溫度檢測(cè)裝置40、42、44、46和48的檢測(cè)結(jié)果控制冷卻 裝置30、32、34、36和38和加熱裝置20、22、24、26和28。機(jī)筒12的內(nèi)部從供應(yīng)口 60開始依次包括供給部(由A所示的區(qū)域)，其分配從 供應(yīng)口 60供應(yīng)的樹脂；壓縮部(由B所示的區(qū)域)，其捏合并且壓縮樹脂；和測(cè)量部(由C 所示的區(qū)域)，其測(cè)量捏合和壓縮的樹脂。用于排出由螺桿1供給的熔融樹脂的排出口 62 被安置在機(jī)筒12的前端(tip)。將描述這樣構(gòu)造的熔體擠出機(jī)的操作。將非晶態(tài)熱塑性樹脂16如?；w維素樹 脂從加料斗18經(jīng)由供應(yīng)口 60供應(yīng)至機(jī)筒12中。熱塑性樹脂16在被溫度控制裝置50、52、 54,56和58控制溫度的機(jī)筒12中通過螺桿14熔化并且捏合，并且擠出到機(jī)筒12的排出口 62。在溫度控制區(qū)Z1至Z5中，基于溫度檢測(cè)裝置40、42、44、46和48的檢測(cè)結(jié)果，溫
匕
臼
加熱裝置 冷卻裝置 溫度檢測(cè)裝置 溫度控制裝置
5度控制裝置50、52、54、56和58控制冷卻裝置30、32、34、36和38和加熱裝置20、22、24、26 和28以達(dá)到各自的目標(biāo)溫度。在溫度控制區(qū)Z1的一個(gè)實(shí)例中，將被安置在機(jī)筒12中的溫度檢測(cè)裝置40的檢測(cè) 結(jié)果輸出至溫度控制裝置50中。溫度控制裝置50將溫度檢測(cè)裝置40的輸出值(機(jī)筒溫 度)與設(shè)定的目標(biāo)溫度比較，并且計(jì)算校正的值。溫度控制裝置50基于校正值進(jìn)行控制曲 驅(qū)動(dòng)加熱裝置20和冷卻裝置30。設(shè)定的目標(biāo)溫度取決于溫度控制區(qū)而不同。在本發(fā)明中，在與供給部A對(duì)應(yīng)的Z1和Z2中，溫度控制裝置50和52控制冷卻裝 置和加熱裝置，使得冷卻裝置30和32恒定地進(jìn)行冷卻并且加熱裝置20和22進(jìn)行加熱以 獲得目標(biāo)溫度。常規(guī)的溫度控制裝置通過開/關(guān)控制系統(tǒng)控制冷卻裝置并且通過開/關(guān)控制系統(tǒng) 或可變輸出系統(tǒng)控制加熱裝置以獲得目標(biāo)溫度。具體地，基于溫度檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，當(dāng) 溫度高于目標(biāo)溫度時(shí)，打開冷卻裝置并且關(guān)閉加熱裝置，而當(dāng)溫度低于目標(biāo)溫度時(shí)，關(guān)閉冷 卻裝置并且打開加熱裝置。當(dāng)通過熔體擠出機(jī)熔化并且擠出非晶態(tài)熱塑性樹脂時(shí)，通過螺桿、機(jī)筒和樹脂的 摩擦熱，供給部的溫度通常比目標(biāo)溫度高。即使熔體擠出機(jī)包括環(huán)繞機(jī)筒的冷卻裝置和加 熱裝置，在供給部中也基本上打開/關(guān)閉冷卻裝置，并且很少打開加熱裝置。因此，在供給 部中僅僅驅(qū)動(dòng)操作率低的冷卻裝置，從而導(dǎo)致相對(duì)于目標(biāo)溫度的大的機(jī)筒溫度變化。由于在供給部中的機(jī)筒溫度變化引起導(dǎo)致膜厚度變化的螺桿前端的壓力變化，因 此對(duì)于穩(wěn)定的熱塑性樹脂膜防止供給部中的機(jī)筒溫度變化是重要的。在本發(fā)明中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，考慮到與供給部對(duì)應(yīng)的溫度控制區(qū)中的摩擦熱，控制冷卻 裝置和加熱裝置使得冷卻裝置恒定地進(jìn)行冷卻并且加熱裝置進(jìn)行加熱以獲得目標(biāo)溫度。同時(shí)，因?yàn)槔鋮s裝置在與供給部對(duì)應(yīng)的溫度控制區(qū)恒定地進(jìn)行冷卻，因此冷卻裝 置被放置成環(huán)繞被放置在機(jī)筒周圍的加熱裝置，以避免由過冷引起的機(jī)筒溫度變化。接著，將描述適用于熔體擠出機(jī)的冷卻裝置和加熱裝置的優(yōu)選控制方法。用于熔體擠出機(jī)的加熱裝置20和22優(yōu)選具有使用AC功率調(diào)節(jié)器控制加熱器的 輸出的系統(tǒng)。輸出通過AC功率調(diào)節(jié)器控制，因此可以連續(xù)地變化，并且者允許精確的溫度 控制。加熱裝置20和22的加熱器的輸出的平均值優(yōu)選為10%至90%。加熱器的輸出 的10%至90%的平均值允許在快速響應(yīng)的情況下進(jìn)行控制。在這方面，加熱器的平均值還 優(yōu)選為5%至30%。溫度控制裝置50和52優(yōu)選通過使流量恒定并且溫度恒定的介質(zhì)通過而恒定地進(jìn) 行冷卻。供給部的溫度可以通過較簡(jiǎn)單的冷卻裝置和控制系統(tǒng)控制。例如，作為被安置在 加熱裝置20和22周圍的冷卻裝置30和32，形成介質(zhì)的通道，并且使流量恒定并且溫度恒 定的空氣或冷卻劑通過通道以容易地實(shí)現(xiàn)恒定的冷卻。然后，基于溫度檢測(cè)裝置40和42的檢測(cè)結(jié)果改變冷卻裝置30和32的介質(zhì)的流 量和溫度中的至少一個(gè)，以允許高精度的溫度控制。作為其組合，假定(1)恒定流量的介質(zhì) 通過，檢測(cè)機(jī)筒的溫度，并且改變介質(zhì)的溫度，(2)恒定溫度的介質(zhì)通過，檢測(cè)機(jī)筒的溫度， 并且改變流量，以及(3)檢測(cè)機(jī)筒的溫度，并且改變冷卻劑的流量和溫度。組合⑴可以通過以下方法容易地實(shí)現(xiàn)改變溫度控制裝置50和52的控制系統(tǒng)，并且在介質(zhì)通道中安置閥門。組合(2)可以通過以下方法容易地實(shí)現(xiàn)改變溫度控制裝置 50和52的控制系統(tǒng)，并且在介質(zhì)通道中安置溫度調(diào)節(jié)裝置。組合(3)可以通過以下方法容 易地實(shí)現(xiàn)改變溫度控制裝置50和52的控制系統(tǒng)，并且在介質(zhì)通道中安置閥門和溫度調(diào)節(jié)器。然后，可以安置檢測(cè)冷卻裝置的介質(zhì)的進(jìn)入和返回之間的溫差的溫度檢測(cè)裝置， 用于級(jí)聯(lián)控制，包括基于溫度檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果改變介質(zhì)的流量和溫度中的至少一個(gè)的 控制回路，從而允許更高精度的溫度控制。這可以通過以下方法容易地實(shí)現(xiàn)改變溫度控制裝置50和52的控制系統(tǒng)，并且安置檢測(cè)冷卻裝置的介質(zhì)的進(jìn)入和返回之間的溫差的溫度檢測(cè)裝置。作為冷卻裝置的介質(zhì)，可以適當(dāng)?shù)厥褂美鋮s劑或空氣。例如，可以使用水或鹽水作 為冷卻劑。此外，作為空氣，可以使用空氣或氮?dú)?。?dāng)通過常規(guī)的熔體擠出機(jī)控制溫度時(shí)，供給部的溫度變化為士3°C。同時(shí)，當(dāng)使用 本發(fā)明時(shí)，供給部的溫度變化為士 0.6°C。根據(jù)本發(fā)明，變化減小到(by) 1/5，并且螺桿前端 壓力變化減小到(by) 1/8。最后，將參考圖2描述適用于本發(fā)明的熔體擠出設(shè)備的用于制備熱塑性樹脂膜的 方法。如圖2中所示，熱塑性樹脂膜的生產(chǎn)裝置主要包括熔化熱塑性樹脂16的熔體擠出 機(jī)10，將熔化的熱塑性樹脂16熔體擠出成膜形狀的模頭66，將從模頭66排出的熱熱塑性 樹脂膜16A(以下稱為膜16A)以多級(jí)形式冷卻的多根冷卻輥68、70和72，從最后的冷卻輥 72剝離膜12A的剝離輥74，以及卷繞冷卻的膜16A的卷繞機(jī)76。通過熔體擠出機(jī)10熔化的熱塑性樹脂16經(jīng)由管道64供給到模頭66中，并且從 模頭66的排出口以膜形狀排出。然后，通過以多級(jí)形式排列的三根冷卻輥68、70和72以 多級(jí)形式冷卻從模頭66排出的熱膜16A。膜16A通過三根冷卻輥68、70和72冷卻和凝固 并且輸送。通過卷繞機(jī)76卷繞冷卻的膜16A。在需要時(shí)，為了引起膜中的延遲，在通過卷繞 機(jī)76卷繞之前引入橫向拉伸或垂直拉伸的步驟。熔體擠出機(jī)可以用于穩(wěn)定螺桿前端壓力，并且獲得厚度變化小的熱塑性樹脂膜 16A。
權(quán)利要求
一種熔體擠出機(jī)，其包括機(jī)筒；螺桿，所述螺桿結(jié)合到所述機(jī)筒中；加料斗，所述加料斗被安置在所述機(jī)筒的基端并且供應(yīng)非晶態(tài)熱塑性樹脂；熔融樹脂排出口，所述熔融樹脂排出口被安置在所述機(jī)筒的前端；和溫度檢測(cè)裝置、環(huán)繞所述機(jī)筒的加熱裝置和環(huán)繞所述加熱裝置的冷卻裝置，所述溫度檢測(cè)裝置、所述加熱裝置和所述冷卻裝置被安置在沿著所述機(jī)筒的長(zhǎng)度分開的多個(gè)溫度控制區(qū)中，其中控制所述冷卻裝置和所述加熱裝置，使得所述冷卻裝置恒定地進(jìn)行冷卻并且所述加熱裝置進(jìn)行加熱，以在位于所述加料斗那側(cè)的至少一個(gè)溫度控制區(qū)中獲得目標(biāo)溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔體擠出機(jī)，其中所述加熱裝置具有使用AC功率調(diào)節(jié)器控制 加熱器的輸出的系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熔體擠出機(jī)，其中所述加熱器的輸出的平均值為10%至 90%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的熔體擠出機(jī)，其中控制所述冷卻裝置以使用恒 定流量和恒定溫度的介質(zhì)恒定地進(jìn)行冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的熔體擠出機(jī)，其中控制所述冷卻裝置，以基于所 述溫度檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果改變所述介質(zhì)的流量和溫度中的至少一個(gè)并且恒定地進(jìn)行冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的熔體擠出機(jī)，所述熔體擠出機(jī)還包括檢測(cè)所述 冷卻裝置的所述介質(zhì)的進(jìn)入和返回之間的溫差的溫度檢測(cè)裝置，其中控制所述冷卻裝置，以基于所述溫度檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果改變所述介質(zhì)的流量和溫度 中的至少一個(gè)并且恒定地進(jìn)行冷卻。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的熔體擠出機(jī)，其中所述介質(zhì)是冷卻劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的熔體擠出機(jī)，其中所述介質(zhì)是空氣。
9.一種用于制備熱塑性樹脂膜的方法，所述方法包括以下步驟使用根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的熔體擠出機(jī)，熔化熱塑性樹脂并且將所述樹脂從 模頭中熔體擠出為膜的形狀；將熔體擠出的膜狀熱塑性樹脂流延；和 卷繞流延的熱塑性樹脂。
全文摘要
當(dāng)從加料斗供應(yīng)非晶態(tài)熱塑性樹脂時(shí)，樹脂通過機(jī)筒中的螺桿而旋轉(zhuǎn)，并且產(chǎn)生摩擦熱。考慮到這一點(diǎn)，在本發(fā)明的一個(gè)方面的熔體擠出機(jī)中，產(chǎn)生特別高的摩擦熱的溫度控制區(qū)恒定地通過冷卻裝置冷卻且通過加熱裝置加熱以獲得目標(biāo)溫度，從而顯著地降低機(jī)筒溫度變化。這可以穩(wěn)定螺桿前端壓力，并且降低從機(jī)筒排出的樹脂膜的厚度的變化。
文檔編號(hào)B29C47/08GK101808799SQ20088010866
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者藤田昭秀 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社