專利名稱:塑料(特別是硬pvc粉)薄膜連續(xù)擠出和吹塑的方法和裝置的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于塑料薄膜連續(xù)擠出和吹塑的方法，特別是適用于食品包裝用的不用增塑劑的硬聚氯乙烯薄膜。本法必適于防止硬PVC容易發(fā)生的所有的降解現(xiàn)象，并且即使在高產(chǎn)量下也能得到高質(zhì)量的產(chǎn)物。
實施本法所用的裝置，是由專門設(shè)計的帶進料螺桿的料斗、帶有“快壓”型擠出螺桿和吹塑機頭的擠出機所組成的。
目前，硬PVC薄膜的產(chǎn)品持續(xù)上升，對于多種使用領(lǐng)域具有重大的商業(yè)價值，特別是對于食品的透明包裝。隨著纖維素薄膜“玻璃紙”逐漸地從世界市場上消失，進一步提高了硬PVC薄膜的重要性。眾所周知，玻璃紙的生產(chǎn)價格再沒有任何競爭性，由于每一單位產(chǎn)品的能源消耗高，以及此法的嚴(yán)重的污染問題，涉及排放到大氣的氣體和排放液中都含有高濃度的酸性殘留物的嚴(yán)重問題。
在熱塑性薄膜中，能代替玻璃紙用單扭結(jié)或雙扭結(jié)型的透明包裝來包裝甜食品的，幾乎只有PVC薄膜。這種型式的包裝在世界包裝市場上是十分普遍和十分重要的部分。其他的熱塑性薄膜被認(rèn)為是無效的，這是由于其不具有良好的抗扭性。與其他聚合物即聚烯烴聚合物，像聚乙烯和聚丙烯相反，PVC在100℃以上具十分高的熱敏感性，超過此溫度就分解出鹽酸和碳從而不斷地被破壞。由于要得到融熔和均勻的物料，故要求擠壓吹塑時的溫度是在175-190°或甚至185-205℃之間。因此只好加入穩(wěn)定劑，藉助于具有協(xié)合作用的功能來改進此物料的熱穩(wěn)定性。
通過加入增塑劑使硬質(zhì)PVC薄膜的配方比較容易擠出，一般是加鄰苯二甲酸酯和己二酸酯，它們在化合物的制備期間可被樹脂粉所吸附，有利于材料的加工，結(jié)果減少了同樣的加工材料的熱應(yīng)力。
此外，為了保證產(chǎn)品具有良好的均勻性，有時采用雙制造工藝，即先將干混樹脂粉擠成粒料，然后，將所得粒料進行第二步 擠出，擠成吹塑膜。
顯而易見，采用這種中間造粒法會帶來很多不便，主要是兩次擠出和對物料所造成的兩次熱應(yīng)力，降低了薄膜的機械性質(zhì)(特別是抗張強度、沖擊強度)和美學(xué)性(即光霧性和透明性)，此外也增加了單位的能源消耗。
在硬PVC配方中加入增塑劑是很方便的，正如上面所述，生產(chǎn)工藝可以不用中間造粒的步驟，但是很多國家的衛(wèi)生條例不容許采用這類增塑劑，即禁止在作為食品包裝用的硬PVC配方中加入增塑劑。已知硬PVC需要十分有效的穩(wěn)定劑，一般是采用二辛基錫。如果同時存有增塑劑，則增塑劑很容易遷移到薄膜的表面，并穿過穩(wěn)定劑的組分形成一種染色劑帶入與之接觸的被包裝食品中去。另一方面，硬PVC的制造，從粉末開始就受限于采用熱穩(wěn)定性低的物料，而且，在制造過程中，熱傳導(dǎo)較低之處容易出現(xiàn)過熱帶，這樣就損害了被擠出的物料，例如引致變色、成網(wǎng)狀和其他缺陷，甚至達到總的降解，分解出鹽酸和碳。
低的熱應(yīng)力，雖然不影響擠出工藝，但可引起變色，使加了上蘭添加劑的干混合制造的薄膜顏色變綠，還會降低產(chǎn)品的機械性能。
更嚴(yán)重的會出現(xiàn)條紋狀，開始時顏色較淺，隨后成深粟子色直到出現(xiàn)完全碳化的小料。
當(dāng)碳化小塊料接觸到擠出機的金屬表面時，便起了熱降解催化劑的作用，使PVC物料上發(fā)生所謂的“灼燒”。這是一種不可逆現(xiàn)象，要克服此現(xiàn)象，只有停產(chǎn)，拆下拉板和操作螺桿，凡是物料接觸的部件都要仔細(xì)清理干凈，這種費時的操作完成后，物料要重新升溫才能重新開車。
當(dāng)然，拆卸清洗和加熱所需時間決定于機器的大小，但無論如何都要浪費大量的時間和影響生產(chǎn)。
在擠出機上加工硬PVC，只限低熱穩(wěn)定性的物料。為了降低在制造上需要高溫但卻須采用低熱穩(wěn)性物料的矛盾，進行了多次試驗。對于物料，高溫只允許在很短的時間，這是為了防止破壞物料。硬PVC化合物吹塑擠出的問題是絕對不加增塑劑，此問題可以通過采用一個具有“快壓”型的單螺桿擠出機來解決，此擠出機的全過程很短，為的是要把可能出現(xiàn)的熱應(yīng)力壞影響盡可能的加以限制。
為了要得到高均勻性的產(chǎn)品，甚至在高產(chǎn)量下也能生產(chǎn)出高質(zhì)量的薄膜，需要用根據(jù)本發(fā)明的特殊的方法。即-要絕對按規(guī)定，在原料進入擠出機之前，予先壓縮，以防止從吹塑機頭出來的物料波動并保證生產(chǎn)的均勻性。
-本法各步驟大大地減少所占空間和時間(壓縮、融熔、攪均、降壓和脫氣、連續(xù)的壓縮和攪勻)以便保證從機械和美學(xué)觀點上來看具有高質(zhì)量的產(chǎn)品。
-從吹塑機頭出來的融熔物料均勻分散，保證了薄膜的厚度十分均勻。
本發(fā)明的目的是在于得到食物級的厚度均勻且薄的硬PVC薄膜，具有權(quán)利要求
1的特征部份，是完全可印的，對印刷墨水具有十分優(yōu)良的抗性。完全可用于食品包裝，可作為糖果的最內(nèi)層包裝。
根據(jù)本發(fā)明的方法，其特征在于原料(硬PVC的干混合)是在冷態(tài)、連續(xù)先壓縮的條件下進入擠壓機。
先壓縮是由進料螺桿和擠壓機的操作螺桿之間的協(xié)同動作而得到保證，更重要的條件是進料螺桿的角速度超過擠壓機操作螺桿的角速度。
本發(fā)明的詳細(xì)解釋將在下列加以說明，并以所給附圖作為參考，其中圖1，是擠出機的主要部件(縱剖面)圖;
圖2，是圖1中沿著Ⅱ-Ⅱ線的剖面放大圖。從此處可以看到本發(fā)明的油管(28)和熱絕緣(26);
圖3，是圖1擠出機中央?yún)^(qū)相當(dāng)于脫氣區(qū)和相鄰的區(qū)的縱剖面放大圖;
圖4，是圖3沿著Ⅳ-Ⅳ線的剖面圖，即脫氣泵的剖面放大圖;
圖5，是圖4的脫氣泵活塞Ⅴ-Ⅴ部份剖面的放大圖;
圖6，是脫氣泵軸的位置圖(是時間的函數(shù));
圖7a，7b，7c，7d是根據(jù)本發(fā)明的擠出機螺桿各部位的軸向剖面圖，在圖7c和7d，特別表明內(nèi)部油管的保溫(26);
圖8，是圖7b中的尺度縮小的斷流環(huán)的放大詳圖。
圖9，是擠出機螺桿的前端;
圖10，是帶有可替換過濾器的擠出吹塑機頭圖，(軸向剖面)。
圖1中10號表示擠出機，包括位于擠出機機筒14的擠出螺桿12。在料斗16中，粉狀樹脂與穩(wěn)定劑和滑劑相混合，在壓縮下通過位于管道18的進料螺桿20(圖2)，穿過內(nèi)開孔24(圖2)送入套有擠出螺桿12的機筒14內(nèi)，如圖1所示。
擠出螺桿12具有7個不同作用區(qū)(參閱圖1和3)。在料斗16的地方設(shè)有導(dǎo)入?yún)^(qū)E，E區(qū)的擠出機螺桿12的外徑、內(nèi)徑和螺距幾乎不變，其優(yōu)點是不用加熱。區(qū)E后是第一次壓縮和融熔區(qū)K1，需稍為加熱，K1區(qū)的螺桿具有一定的外徑，逐漸增大的內(nèi)徑(錐形體)和一定的螺距。隨后是加熱區(qū)H，用來勻化物料，螺桿有一定的螺距和外徑。然后是加熱分解區(qū)D，其中螺桿具有一定的外徑、顯著縮小的直徑和一定的螺距。隨后是加熱脫氣區(qū)G，在此區(qū)，螺桿的內(nèi)徑不變，比前述直徑小且具有一定的螺距。配備一個除氣泵。然后是第二加熱壓縮區(qū)K2，此區(qū)的螺桿具有一定的外徑，逐漸增大的內(nèi)徑(錐形體)和一定的螺距。在脫氣區(qū)G之后。
壓縮區(qū)K2之后是均勻加熱區(qū)A，其中的螺桿具有不變的外徑，但限制螺桿的部分長度，沿同一長度有一定的內(nèi)徑，所述螺桿具有錐形的末端，接近擠出模板。此區(qū)的作用是將物料擠壓成完全塑化的管狀塑料。其后，利用同一徑向吹塑和軸向伸展的方法使此塑化管變薄。
正如已說過的，圖6表示脫氣泵的軸的行程(以毫米為單位)與時間(秒)的函數(shù)關(guān)系。
可以看出對應(yīng)于時間t1時的活塞沖擊十分迅速，并在t1至t2時間內(nèi)保持操作，而在t2時突然返回到起始點，在t2到t3時間內(nèi)不操作，然后在t3到t4又操作起來，如此循環(huán)。
圖7a，7b，7c，7d描述擠出螺桿，其中部位E是物料導(dǎo)入?yún)^(qū)，PVC粉與穩(wěn)定劑和滑劑(沒有增塑劑)混合。為了保證原料按規(guī)定沿著螺桿進入和防止過熱與熱破壞，下面二個概念是非常重要的-利用進料螺桿和擠出螺桿之間的協(xié)同動作，將原料在進料區(qū)予先壓縮，以保證物料有較好的熱傳導(dǎo)性。
-在擠出螺桿內(nèi)部油循環(huán)的第一部位進行熱絕緣，以防止物料出現(xiàn)如前面已述的粘結(jié)現(xiàn)象、降速和波動?？拷鼊蚧瘏^(qū)的末端插入斷流環(huán)3(參閱圖8)，具有校準(zhǔn)孔4和5，可阻礙塑料沿著擠出螺桿正常流動，強制它進行塑化而無需提高溫度。這就大大改進了塑化物料的工作條件，特別是對于硬聚氯乙烯，它對溫度升高是十分敏感的并且能在相對低的溫度下很容易地進行塑化。螺桿末端是尖頭6(圖9)帶有一個前斷流環(huán)6a。藉助拉板(帶有過濾器7，見圖10)使完全塑化和充分勻化的物料穿過管8到達具圓形截面的吹塑機頭的開口9，并且沿著圓周10以塑管的形式出來，塑管的厚度經(jīng)過徑向吹塑和其軸向拉伸之后，厚度逐漸減小。
根據(jù)本發(fā)明，為了要改變予壓的程度，可使擠出機的操作螺桿12保持恒定的較低的角速度而改變進料螺桿20(圖2)的角速度。利用此法，很容易改變予壓程度，適合于用不同性質(zhì)的原料(正如根據(jù)樹脂的K值來改變添加劑等一樣)。
以下將敘述先壓縮硬PVC粉所具有的效果。硬PVC粉分解而分離出鹽酸、自氧化物和網(wǎng)狀物。硬PVC的原料粉，或更特別的，硬PVC的干混合料，是一種十分松軟的物料，具有很差的熱傳導(dǎo)性，這就意味著，如果將擠出機機筒的第一部份內(nèi)的粉末外圍加熱的話，該熱不容易傳到物料的中心;因此，如果進料區(qū)的溫度足夠高，物料的四周(即加熱點上)就會發(fā)生熱分解。
但是，如果根據(jù)本發(fā)明，先將硬PVC原料粉予先壓縮，即在進料螺桿20和擠出螺桿12的導(dǎo)入?yún)^(qū)E之間予先壓縮，參閱圖1，PVC原料粉的熱傳導(dǎo)系數(shù)顯著增高，因為物料變得更加緊密，使傳送到物料四周的熱能輕易地傳到所述物料的內(nèi)部，而不會有任何破壞的危險。
雖然其他專利和同樣的專門技術(shù)文獻已經(jīng)提過使用粉料時擠出機采用進料螺桿，但總的說來，所使用的裝置并不應(yīng)用先壓縮原理，即利用進料螺桿的角速度高于擠出機螺桿的角速度，因此根據(jù)本發(fā)明，它們只起簡單的配料裝置的作用。
本發(fā)明的另一個十分重要的特點涉及機筒第一區(qū)E中的操作螺桿12內(nèi)部的熱絕緣，和先壓縮進料一樣重要。通過旋轉(zhuǎn)接頭加油，使操作螺桿內(nèi)部有一定的油量循環(huán)，旋轉(zhuǎn)接頭由一個外部控制單元來調(diào)節(jié)。油溫應(yīng)低于被處理物料的溫度，以便將剩余的熱量移走。
這一作用是用來防止熱破壞，螺桿的第一部位不保溫的情況下，予先壓縮的粉料與螺桿表面相接觸時被機筒上采用的電阻加熱，此螺桿具有較低的溫度，可使粉末粘結(jié)和發(fā)生減速現(xiàn)象，可引致突然減速，跟著造成不能控制被處理物料的前進程序，在螺桿末端造成顯著的壓力振動，吹塑機頭的出口出現(xiàn)不能接受的物料流量變化。
在螺桿進料區(qū)采用保溫，可防止粘結(jié)現(xiàn)象，保證進料最正常以及擠出工藝的平衡。
考慮到前述的情況，本發(fā)明的原理設(shè)法在區(qū)E(圖1)末端得到已經(jīng)予先壓縮的粉料，這樣就可再將粉末加熱直足夠高的溫度，而在繼續(xù)往前運送時不會有減速的現(xiàn)象，故此能得到良好的融熔條件并能輕易地通過定位腔，在螺桿末端獲得良好的塑化條件，因此可增加流量和降低成本，獲得高質(zhì)、高產(chǎn)的產(chǎn)品。
拉板，如圖10所示，是稱為“輻射”型的拉板，比已知的“心形”“螺旋形”和其他不適于硬PVC粉的擠出拉板具有更好的分布物料的性能。
可以指出，根據(jù)本發(fā)明的拉板的重要性是裝在吹塑機頭里面的過濾器正好是在運送前對著出口。可以將溶液中的其他雜物過濾干凈，輕易地更換濾綱而不需要拆卸擠出機頭。
這樣，本擠出法就有可能得到高產(chǎn)的硬PVC薄膜(主要的)而無需采用增塑劑，同時具有非常薄的厚度，這是依靠下列各因素的良好平衡所致。
-粉狀原料是通過進料螺桿20和導(dǎo)入?yún)^(qū)E擠出螺桿12(圖1)的協(xié)同動作的予先壓縮而輸入的。
-擠出螺桿12的一部份內(nèi)部油循環(huán)的保溫，即區(qū)E的保溫，防止了粘結(jié)和降速，故能保證良好的操作條件。
-高速壓縮擠出螺桿，是按照上述條件而特別設(shè)計的，保證了壓縮、融熔、脫氣和勻化各條件的要求而無需對PVC物料采用熱應(yīng)力。
-一個輻射型的吹塑機頭，正如所述，可以擠出非常薄的硬PVC薄膜，(即從15微米開始)，也使擠出機具有非常高的產(chǎn)量。
-可更換的過濾器，很容易更換過濾網(wǎng)而無需拆卸擠出機頭。
權(quán)利要求
1.塑料薄膜連續(xù)擠出和吹塑的方法，特別是適用于硬聚氯乙烯粉，而無需使用增塑劑。薄膜可用于食品包裝。其特征在于藉助進料螺桿(20)和擠出機的操作螺桿(12)之間的協(xié)同動作將原料預(yù)先冷壓縮。為了上述目的，所述螺桿(20)具有可變和可控制的角速度，而且盡可能恒定的高于所述擠壓機的操作螺桿(12)的角速度。所述原料是在擠出機的第一進入?yún)^(qū)E預(yù)先壓縮，區(qū)E中的操作螺桿是熱絕緣的，即裝配有熱絕緣的裝置以防止所述的螺桿內(nèi)部循環(huán)的流體在所述的區(qū)上造成任何影響，以及可在以后的各區(qū)中從被處理的物料中移出熱量以防止降解現(xiàn)象。所述擠出機包括兩個部分或兩個區(qū)間，是由校準(zhǔn)口(4，5)隔離開，所述的第一區(qū)間包括上面提過的熱絕緣進入?yún)^(qū)(E)、因壓縮而加熱的第一區(qū)(K1)、以及加熱塑化區(qū)(H)的第一部份；第二區(qū)間包括；加熱塑化區(qū)(H)的剩余部份；加熱分解區(qū)(D)、加熱脫氣區(qū)(G)，第二加熱壓縮區(qū)(K2)和一個物料加熱排出區(qū)(A)，所述螺桿末端有一個帶有過濾器的吹塑機頭，此過濾器易于更換而無需要求拆卸所述的吹塑機頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的實施本法的裝置。其特征在于此裝置包括一個進料斗(16)，原料由此進入螺桿(12)的第一區(qū)(E)，螺桿(12)與進料螺桿(20)相連，而螺桿(20)有一個可控制的比擠出機的操作螺桿(12)高的角速度;所述螺桿(12)的第1部份是熱絕緣的，即裝配有熱絕緣的裝置以防止所述的螺桿內(nèi)部循環(huán)的流體在此區(qū)造成任何影響，以及可在以后的各區(qū)中從被處理的物料中移出熱量以防止發(fā)生降解現(xiàn)象。所述擠出機包括兩部位，由校準(zhǔn)口(4，5)隔離開，第一部位包括所述的熱絕緣進入?yún)^(qū)(E)、第一加熱區(qū)縮區(qū)(K1)和加熱塑化區(qū)(H)的一部份，而第二部位包括加熱塑化區(qū)(H)的剩余部份;熱分解區(qū)(D);加熱脫氣區(qū)(G);第二加熱壓縮區(qū)(K2)和一個物料加熱排出區(qū)(A)，以及螺桿末端有一個帶有一個過濾器的吹塑機頭，此過濾器易于更換而無需要求拆卸所述的吹塑機頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的裝置，其特征在于螺桿(12)內(nèi)部流體的循環(huán)，流經(jīng)一個旋轉(zhuǎn)接頭，利用外部控制單元盡可能穩(wěn)定地控制著其量和溫度，以防止在第一區(qū)之后的螺桿各區(qū)被處理的物料發(fā)生降解現(xiàn)象，對于第一區(qū)循環(huán)的加熱流體是熱絕緣的，故可防止物料的粘結(jié)和減速，避免在吹塑機頭出口發(fā)生不能接受的流量變化而破壞了本法的正常進行。
專利摘要
塑料薄膜的連續(xù)擠出和吹塑的方法和裝置，特別適用于以硬聚氯乙烯粉為原料，又無需采用增塑劑。該原料借助連接進料斗(16)的進料螺桿(20)和擠出機操作螺桿(12)之間的協(xié)同動作而得到預(yù)先壓縮。螺桿(20)具有可控制的高于螺桿(12)的角速度。螺桿(12)包括第一區(qū)(E)，在該區(qū)的螺桿是熱絕緣的，加熱流體軸向通入螺桿本體；第一加熱壓縮區(qū)(K1)；加熱塑化區(qū)(H)；加熱分解區(qū)(D)；第二加熱壓縮區(qū)(K2)和一個加熱排出區(qū)(A)，末端有一個帶一個可更換的過濾器的吹塑機頭。
文檔編號B29C47/10GK85101859SQ85101859
公開日1987年1月17日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者賈恩·嘉樂·特拉梅贊尼 申請人:菲亞浦公司Fiap S.P.A導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan