專利名稱：制造定向塑料帶材的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及制造定向塑料帶材的方法和裝置，特別是將塑料板材軋制和延伸成為具有預定要求厚度的帶材的方法和裝置。
在典型的現(xiàn)有技術(shù)的延伸方法中，例如在SignodeR方法中，是將一張熱塑性塑料注塑板材，如聚丙烯板材首先通過一對反向旋轉(zhuǎn)的近距設置的軋輥或輥筒滾軋而減小尺寸。當板材的厚度減小后，板材被一組定向輥子或張緊組件由軋輥中拉出和延伸至最終要求尺寸。
常用的另一種現(xiàn)有技術(shù)方法被稱為短間隙法，一般包括一個進口張緊器，一個延伸組件和一個出口張緊器。低速及加熱的張緊組件將注塑塑料板材，通常是塑料薄膜送入延伸組件中。延伸組件包括一對調(diào)至一定間距的輥子或輥筒。第一個輥子旋轉(zhuǎn)的速度與進口張緊器相同。第二個輥子旋轉(zhuǎn)的速度比第一個輥子快并與出口張緊器的速度相同。這樣一來，當塑料薄膜通過延伸組件時被延伸至最終要求尺寸。
這些現(xiàn)有技術(shù)的方法都有一些缺點。這些方法制造出的帶材的性能在不致大大降低其它要求的性能的情況下，只能保證有限的強度提高。而且，當板材延伸超出輥子之間距離時，會產(chǎn)生較大的縮頸現(xiàn)象。
本發(fā)明提供了一種新型軋制和延伸裝置和方法，以解決這些問題，以提供其它一些改進。
本發(fā)明的總目的是提供一種制造定向塑料帶材的新型裝置和方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種新型裝置，能夠通過一對輥子在一道工序中將工件軋制和延伸成為預定要求厚度的帶材。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造定向塑料帶材的新型方法和裝置，與以前所知的方法和裝置制造的帶材相比，這種帶材大大提高了拉伸強度和抗開裂性。
本發(fā)明的特殊目的是提供具有高拉伸強度，高抗開裂性和改進焊接特性的帶材。
概括地說，根據(jù)上面所述，本發(fā)明包括制造具有預定要求厚度定向塑料帶材的裝置和方法，該帶材用于帶扎包裝和類似用途。塑料工件或板材放置于緊靠在一起的一對輥筒或輥子之間，具有一定的軋隙以降低板材的厚度。一個輥子的直線轉(zhuǎn)速比另一個輥子大，兩個輥子反向轉(zhuǎn)動。這種裝置和方法能夠在此軋隙下達到同時大量軋制和延伸材料。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)和操作的組織和方式，與其另外的目的和優(yōu)點可以從下面的說明并參照附圖得到最好的理解。圖中對相同元件給出了相同標號，其中

圖1為按照本發(fā)明的制造定向塑料帶材的裝置的簡化局部前視圖;
圖2為圖1所示軋制和延伸輥子的放大簡化前視圖;
圖3為按圖1直線3-3剖切的放大局部橫剖面圖;
圖4為按圖1直線3-3觀察的不帶塑料板材的軋制和延伸輥子的簡化局部剖面圖。
由于本發(fā)明易于以不同的方式體現(xiàn)，這里如圖所示和詳細加以說明的特殊方案應理解為這些公開內(nèi)容應考慮作為本發(fā)明原理的一個例子，并不將本發(fā)明局限于此處的圖解和說明。
如圖1的示意說明，本發(fā)明包括一個零間隙組件20，用于將板材或工件22軋制和延伸或拉長為薄帶材。本發(fā)明所討論的僅是用一張板材或工件22，然而，應該了解可以是多張板材或工件22同時通過此組件。此處所用術(shù)語“零間隙”所涉及的觀念是在板材或工件軋制階段和延伸階段之間實質(zhì)上消除了任何間隙。換句話說，軋制階段和延伸階段實質(zhì)上是同時完成。零間隙組件20位于供料組件24與框架或支架28上的出口張緊器26之間。
供料組件24可以選用幾種形狀中任何一種，如圖1所示，它包括一個擠壓機30，用于擠出供制造帶材用的板材或工件22，以及進口張緊組件32。
擠壓機30擠壓出適當材料如聚丙烯等板材或工件22，傳送至進口張緊組件32，以便給零間隙組件20供料。板材22也可在進口張緊組件32內(nèi)預熱，以改進板材的加工性能。
進口張緊組件32包括一組用適當?shù)难b置，例如軸(未示出)安裝在框架或支架28上的輥子或輥筒34，36，38和40。輥子34，36，38和40可以是實心或空心的。如圖中最佳實施例所示，輥子34，36，38和40實際僅用于正確輸送板材22使供料進入零間隙組件20。它們基本不對板材22施加延伸或軋制。所用輥子的數(shù)目可不同于圖1所示。輥子34，36，38和40排列為兩排，底部一排輥子36和40位于頂部一排輥子34和38之間的下面一定距離處。輥子34和38順時針方向轉(zhuǎn)動，而輥子36和40反時針方向轉(zhuǎn)動。因此當板材22繞在進口張緊組件32上時，它穿過輥子34，36，38和40。每個輥子34，36，38和40均用適當?shù)难b置(未示出)，如電動機和軸組件帶動，以均勻速度轉(zhuǎn)動。全部輥子34，36，38和40均以與零間隙組件20中的頂輥子42相同的速度或直線表面速度轉(zhuǎn)動，這點在下面將詳細討論。
當板材22通過供料組件24后，它送至零間隙組件20軋制和延伸成為具有預定要求厚度的加工板材22。零間隙組件20包括一對輥子或輥筒42和44，它們按相對方向轉(zhuǎn)動。軋隙46為輥子42和44之間的最小距離，它根據(jù)板材22要求的最終厚度可以作大的改變。
零間隙輥子42和44可以是實心的或空心的，它可以用已知方式加熱(未示出)，例如在輥子42或44中用加熱的流體循環(huán)，這樣來提高板材的延伸性能。零間隙輥子42和44可以是平滑的，如圖所示，或者具有型面，以便在板材22通過輥子42和44時改變它的形狀。
如圖2所示，頂輥子42被順時針方向驅(qū)動，如箭頭所示，而底輥子44被反時針方向驅(qū)動，如另一箭頭所示。板材22首先送進至圍繞頂輥子42周邊一部分，通過輥子42和44之間的軋隙46，然后又圍繞底輥子44周邊的一部分。板材22通過輥子42和44時，只與每個輥子42和44周邊的一半接觸。每個輥子42和44只接觸板材的一個相對面。
如圖所示和這里詳細說明的最佳實施例中，軋制輥子42和44處于上下排列。然而，應該了解輥子42和44也可以并列排列。在并列排列中，頂輥子42成為板材接觸的第一個輥子，而底輥子44成為板材接觸的第二個輥子。
如圖4所示，零間隙輥子42和44相應與固定在心部52和54的軸48和50連接。驅(qū)動裝置56和58(例如電動機)安裝在支架28上，并分別通過軸60和62驅(qū)動輥子42和44，軸60和62借助聯(lián)軸器64和66分別與軸48和50連接。聯(lián)軸器66可采用萬向式聯(lián)軸器。底輥子44借助軸承68和70連接到支架28上。聯(lián)軸器66和軸承68和70允許輥子44使用作動筒72和74相對于支架28移動。這樣就可使底輥子44向固定的頂輥子42移近或移開，從而改變軋隙46的尺寸。每個軸48和50可以獨立地被單獨的驅(qū)動器56和58驅(qū)動，并且底輥子44被以較快的速度驅(qū)動。更特殊的是輥子44被驅(qū)動時，其直線表面速度范圍最好比頂輥子42的直線表面速度快7～12倍。
這樣一來，當板材22通過軋隙46時，頂輥子42起制動作用，以及軋制壓縮也同樣在板材22的下表面起制動作用，而這時底輥子44拉拔和加速板材22。當板材22加速通過軋隙46時，在通過軋隙46的同時被軋制和延伸至最終預定厚度。所要求的加工好的板材22由軋隙46送出時，其尺寸可能小于軋隙46的尺寸。加工板材22的厚度取決于頂輥子42和底輥子44之間直線表面速度之差。底輥子44轉(zhuǎn)動得越快，加工板材22越薄。根據(jù)底輥子44速度的不同，在軋隙的前面或后面可能出現(xiàn)輕度的延伸。因此，在軋制和延伸功能之間實際存在零間隙。一個結(jié)果是與以往建議的延伸方法比較，板材寬度的縮頸大大減少，該方法中僅在軋制工序完成后才能進行板材的延伸。
加工板材22由零間隙組件20送出后，它繞在出口張緊組件26上。出口張緊組件26可以有幾種形狀中任何一種，如圖1所示，它包括一組用適當裝置，如軸(未示出)安裝在支架28上的輥子或輥筒76，78，80，82，84和86。它們用于將板材22由零間隙組件20內(nèi)正確拉出。輥子76，78，80，83，84和86可以是實心的或空心的。所用輥子的數(shù)目可以比圖1所示多一些或少一些。輥子76，78，80，82，84和86基本不對板材22進行任何延伸。輥子76，78，80，82，84和86排列為兩排，底排輥子78，82和86位于頂排輥子76，80和84之間下面一定距離處。輥子76，80和84順時針方向轉(zhuǎn)動，而輥子78，82和86反時針方向轉(zhuǎn)動，因此當板材22繞在出口張緊組件26上時，它穿過輥子76，78，80，82，84和86。輥子76，78，80，82，84和86被適當?shù)难b置(未示出)，如電動機和軸組件驅(qū)動以均勻速度轉(zhuǎn)動。全部輥子76，78，80，82，84和86以基本相同于零間隙組件20中底輥子44的直線表面速度轉(zhuǎn)動。
應該了解，在零間隙組件20的前面或后面，本發(fā)明中還可以采用其它的延伸工序和裝置，例如短間隙延伸裝置，以進一步改進板材22的性能。
在公開了本發(fā)明裝置的特點后，現(xiàn)在將討論本發(fā)明的一種方法。
由擠壓機30送進至進口張緊組件32的板材22，繞在進口張緊輥子34，36，38和40正確排列，以便送進至零間隙組件20。然后板材22送進至繞在零間隙組件20的頂輥子上。頂輥子42和進口張緊輥子34，36，38和40被以相同的直線表面速度驅(qū)動。
當板材22進入組件20時，它圍繞頂輥子42的周邊前進直至它到達頂輥子42和底輥子44之間的軋隙46。轉(zhuǎn)速較快的底輥子44拉動板材22通過軋隙46，而轉(zhuǎn)速較慢的頂輥子42和所軋制壓縮對板材22的下表面的速度下制動。這樣一來，板材22加速通過軋隙46和在通過軋隙46的同時被軋制和延伸至其最終預定的厚度。
出口張緊組件26由底輥子44中拉出加工的板材22。這種方法可制造出薄的平坦定向板材22，該板材已準備好進行要求的表面處理和(或)熱處理，并且如果需要可以切割為薄帶材，按照已知的程序可供帶材包裝和類似用途之用。
上述裝置和方法所制造的帶材，其質(zhì)量大大優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)方法所生產(chǎn)的帶材，正如下面表格所示。下面進行試驗和對比的每一種帶材，材料和厚度都是相同的，寬度為0.236英寸。列于下表的現(xiàn)有技術(shù)的“單拉”法生產(chǎn)的帶材是按SignodeR工藝生產(chǎn)，采用一道軋制工序，然后由軋制輥子出來后再拉拔和延伸材料。
表1名稱單位單拉法零間隙法拉伸強度,KPSI4564延伸率,0/02513模量,2和5KPSI400963焊縫強度,Lbs79187焊縫百分率5589焊縫當量,KPSI2557開裂,In0.70.07如上表所示，零間隙法生產(chǎn)的帶材具有較高的拉伸強度，較強的焊縫強度和較高的焊縫百分率。并且，在達到高拉伸強度的情況下基本上消除了開裂，而在現(xiàn)用方法中，當拉伸強度提高后，會導致更大的開裂和焊縫強度百分率降低。再者，由于零間隙法材料的拉伸強度為標準帶材的1.47倍和延伸率約為標準帶材的一半，可獲得較好的蠕變性能。
對聚丙烯材料，這種方法還具有某些市場優(yōu)勢。特別是如果帶材的以磅重斷裂強度為使用的控制因素時，則材料較高的拉伸強度允許以僅占現(xiàn)用材料重量70%的帶材代替。如果剛度是控制因素，則本方法生產(chǎn)的帶材能可靠地圍繞捆帶機的導槽送料，以及如果焊縫強度是控制因素，則少于一半現(xiàn)用原材料即可得到等效的以磅為單位的接頭強度。
本發(fā)明方法得出的各種性能給作為多用途帶材帶來了極大的設計靈活性。可以認為，生產(chǎn)的帶材與紋理垂直的橫向結(jié)合強度較高，而且還較容易沿與紋理垂直的橫向撕開帶材。此外，與大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)不一樣，零間隙法生產(chǎn)的帶材能通過結(jié)構(gòu)分層試驗。由于帶材的結(jié)構(gòu)分層合格，可獲得較高的焊縫強度。
如果在進口張緊器與零間隙組件之間采用預延伸工序，或者如果在零間隙組件與出口張緊器之間采用后延伸工序，則會獲得如所述的最佳實施例同樣的全面性能。然而，預延伸工序可提供更寬容的過程和獲得較高的拉伸模量。后延伸工序可提供具有更大形成原纖維組織傾向的材料。
在示出和討論了本發(fā)明的最佳實施例后，可以想象，那些本專業(yè)的技術(shù)人員可以在不脫離權(quán)利要求的精神和范圍條件下，對本發(fā)明作出各種改進。本發(fā)明并不只限于前面公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種軋制和延伸工件用的裝置，具有一對在其間接收工件的反向輥子和驅(qū)動器，該驅(qū)動器以差別相當大的直線速度同時驅(qū)動上述輥子，并在通過輥子的一道次內(nèi)對實際位于輥子之間軋隙內(nèi)的工件同時進行軋制和延伸。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的輥子的放置間距小于所述的工件的厚度。
3.按照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述的輥子轉(zhuǎn)動的方向相反。
4.按照權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于上述一個輥子用其周邊的一部分接觸上述工件的一面，另一個輥子用其周邊的一部分接觸上述工件的另一面。
5.按照權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述輥子與工件接觸的周邊的部分大于周邊的一半。
6.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于上述驅(qū)動器驅(qū)動一個輥子的直線表面速度比驅(qū)動另一個輥子約快7～12倍。
7.一種制造定向塑料帶材的方法，包括下列工序?qū)⑴髁瞎ぜ瓦M至一對輥子之間的軋隙，并在通過輥子的一道次內(nèi)對實際位于上述軋隙內(nèi)的工件同時進行軋制和延伸。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述的軋制和延伸工序包括一個輥子順時針方向轉(zhuǎn)動，而另一個輥子反時針方向轉(zhuǎn)動。
9.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述的軋制和延伸工序還包括上述工件的一面與一個輥子周邊的實際一部分接觸，而上述工件的另一面與另一個輥子周邊的實際一部分接觸。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于每個輥子與工件接觸的部分大于其周邊的一半。
11.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述的軋制和延伸工序還包括一個輥子的轉(zhuǎn)動速度大于上述另一個輥子的轉(zhuǎn)動速度。
12.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于以一種預定的直線表面速度驅(qū)動一個上述輥子，而以超過上述預定速度約7～12倍的直線表面速度驅(qū)動上述另一個輥子。
13.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于它包括在上述輥子之間的軋隙內(nèi)軋制工件從而減少工件的厚度和在上述軋隙內(nèi)同時送進工件時其一面的速度比相反的一面快，從而在軋隙內(nèi)對工件進行延伸的工序。
14.一種按照權(quán)利要求7的方法制造的定向塑料帶材。
15.一種按照權(quán)利要求13方法制造的定向塑料帶材。
全文摘要
一種制造具有預定要求厚度的定向塑料帶材的裝置和方法，該帶材可用于帶材包裝和類似用途，通過一對緊靠在一起的輥筒或輥子之間預定的軋隙來減少板材的厚度。一個輥子的直線轉(zhuǎn)速大于另一個輥子，兩輥子的轉(zhuǎn)動方向相反。這種裝置和方法可達到實際在軋隙內(nèi)同時進行材料的軋制和延伸。
文檔編號B29C43/24GK1089900SQ9311892
公開日1994年7月27日 申請日期1993年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月9日
發(fā)明者多納德·L·萬·厄登, 馬紐·C·恩利克, 多納德·W·諾蘭 申請人:塞恩德公司