專利名稱：薄膜擠壓模的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于熱塑性薄片，薄膜及鑄膜的擠壓模。
背景技術(shù)：
“薄膜擠壓”是指一種通過一個模具擠壓熱塑性化合物以形成薄片、薄膜或鑄膜(薄片、薄膜或鑄膜為本領(lǐng)域的術(shù)語且可按以下方式區(qū)分薄片-厚度(尺度)大于10密耳；薄膜-厚度不大于10密耳；鑄膜-厚度為大約2-3密耳)來制造薄膜的方法。該方法包括‘吹塑薄膜擠壓’和‘狹縫式擠壓’，但不包括‘吹塑成型’。吹塑薄膜擠壓是一種擠壓薄膜的方法，在該方法中，迫使熔融熱塑性化合物通過一環(huán)形模具(此處，在模具外形成有一氣泡)。狹縫式擠壓是一種迫使熔融熱塑性化合物通過一直通式狹縫的擠壓薄膜的方法。相關(guān)內(nèi)容可參見Berins,M.L.(Ed),PlasticsEngineering Handbook of the Society of the Plastics Industry Inc．(第5版)，Chapman＆Hall,NYC,NY(1991)，第102-109頁。吹塑成型是一種制造一個部件的方法，在該方法中，應(yīng)將一熱塑性化合物的溫?zé)嵝团?空心管)放入一由幾部分組成的模具(所述部分限定了一個腔室)內(nèi)并利用空氣壓力迫使型坯呈現(xiàn)出模腔的形狀。參見Berins,Ibid.，第4頁。
狹縫式擠壓是眾所周知的技術(shù)。參見Berins,Ibid.，第105頁。狹縫式擠壓被用于制造薄片、薄膜或鑄膜。狹縫式擠壓所用的模具是指“T”形模具或“衣架(coathanger)”狀模具。相關(guān)內(nèi)容參見Berins,Ibid，第105頁以及Frados,J.(Ed.),Plastics Engineering Handbook of theSociety of the Plastics Industry Inc．(第4版)，Van Nostrand ReinholdCo.,NYC,NY(1976)，第108頁。
吹塑薄膜擠壓是眾所周知的技術(shù)。參見Berins,Ibid，第102-106頁，Dealy,J.，等．，以及Melt Theology and its Role in PlasticsProcessing,Van Nostrand Reinhold,NYC,NY(1990)，第531頁等及，F(xiàn)rados,Ibid，第174-180頁。該工藝的主要元件包括擠壓熱塑性化合物，迫使熱塑性化合物通過一模具，形成一氣泡，冷卻氣泡并破壞氣泡。
通常，吹塑薄膜模具包括一形成在一中央型芯和一外環(huán)之間的環(huán)形間隙，其可調(diào)節(jié)以擠壓具有不同寬度和厚度的薄膜。通常由所述模具、沿垂直方向向上擠壓薄膜。有三種模具與吹塑薄膜的擠壓相關(guān)。那些模具包括側(cè)喂式吹塑薄膜模具，底喂式吹塑薄膜模具及螺旋型芯模具。前兩種所提到模具的不同點在于側(cè)喂式模具使聚合物相對于模具軸線、沿大致徑向流入模具，而底喂式模具使聚合物相對于模具軸線、沿大致軸向流入模具。
螺旋型芯模具是普遍采用的，其原因在于能夠生產(chǎn)出這樣的環(huán)形壓出型材，該型材僅具有一些難于發(fā)覺的較小熔接線且通常在其周邊具有均勻的厚度和速率。為了實現(xiàn)上述內(nèi)容，所述螺旋型芯將聚合物進(jìn)料分為至少兩股液流，每股液流均被送入在型芯內(nèi)切出的一朝上的螺旋通道。通向形成于型芯和所述環(huán)之間的環(huán)形間隙的螺旋通道在從模具的環(huán)形間隙壓出聚合物時，允許聚合物混合并疊交。參見Berins,Ibid，第104頁，Dealy,Ibid.第537-538頁，F(xiàn)rados,Ibid第176-177頁。但是，螺旋型芯模具的優(yōu)點與造價相關(guān)。例如，螺旋型芯模具能產(chǎn)生導(dǎo)致高剪切速率的高背壓(其能導(dǎo)致聚合物降解)，溫度均勻性不良會導(dǎo)致流量差，所述流量差必然使外側(cè)環(huán)相對于型芯作偏心運動以獲得均勻的薄膜，且流動較為復(fù)雜，因此難于在理論上簡化模型。在這些模具中也會加長滯留時間(其能夠?qū)е戮酆衔锝到?。參見Dealy,Ibid第538頁。所有這些問題中的一個或這些問題的結(jié)合均難以形成具有均勻晶體結(jié)構(gòu)或組織的壓出型材。
因此，需要一種新型的薄膜擠壓模，其能提供工作均勻性(例如，溫度、壓力、厚度及流量)，并減小在模具中的聚合物滯留時間，以便可以獲得具有均勻晶體結(jié)構(gòu)或組織的壓出型材。
發(fā)明的概述一種薄膜擠壓模，包括一聚合物輸入口，一聚合物供給通道及一聚合物計量間隙。所述輸入口，通道及間隙處于流體相連狀態(tài)。所述通道的特征在于寬度和橫截面面積。所述間隙的特征在于寬度和成型區(qū)長度(a land length)。通道的寬度和間隙的寬度在空間上共同擴張，橫截面面積和成型區(qū)長度沿寬度變化，以便從間隙通過的質(zhì)量流沿寬度是均勻的。
附圖的描述為了理解本發(fā)明，在附圖中給出了目前較理想的一種形式；但是應(yīng)理解，本發(fā)明不應(yīng)局限于圖中示出的精確結(jié)構(gòu)和裝置。


圖1為本發(fā)明第一實施例中內(nèi)部部分的橫截面平面圖；圖2為通常沿圖1中線2-2所示的剖面圖；圖3為通常沿圖1中線3-3所示的剖面圖；圖4為本發(fā)明第二實施例中內(nèi)部部分的橫截面平面圖；圖5為通常沿圖4中線5-5所示的剖面圖；圖6為通常沿圖4中線6-6所示的剖面圖；圖7為本發(fā)明第三實施例中內(nèi)部部分的橫截面平面圖；圖8為通常沿圖7中線8-8所示的剖面圖；圖9為通常沿圖7中線9-9所示的剖面圖；圖10為本發(fā)明第四實施例的縱剖圖；圖11說明了對于一種特定聚合物，一種環(huán)形模具中作為寬度的函數(shù)(以度表示)的聚合物供給通道面積與成型區(qū)長度的關(guān)系；圖12說明了在聚合物供給通道中，圖11所示特定聚合物作為寬度的函數(shù)(以度表示)的剪切速率的曲線圖。
本發(fā)明的描述本發(fā)明的基本型式為一種薄膜擠壓模，其具有一聚合物輸入口，一聚合物供給通道，及一聚合物計量間隙，它們均處于流體連接狀態(tài)，且通道的橫截面(A)和間隙的成型區(qū)長度(l)沿寬度(W)彼此相對改變。
聚合物經(jīng)輸入口進(jìn)入所述模具。聚合物由所述輸入口流經(jīng)將聚合物分配至計量間隙的通道。聚合物經(jīng)所述間隙排出。通道和間隙在空間上共同擴張；其意味著，對于一直通模具，通道的寬度和間隙的寬度相等，對于一環(huán)形模具，通道的寬度(或例如以弧度或角度測定的圓周)與間隙的寬度(或例如也以弧度或角度測定的圓周)相等。從間隙流出的質(zhì)量流沿所述寬度是均勻的，以確保通道橫截面(A)的面積與間隙的成型區(qū)長度(1)彼此相對變化。
所述通道的特征在于其寬度和其橫截面。通道的橫截面(A)將沿通道的寬度(w)變化。確定A的變量以確保聚合物從計量間隙、沿間隙寬度在所有點都具有均勻的質(zhì)量流。因此，通常，在聚合物輸入口的通道截面面積(Ai)大于在離聚合物輸入口最遠(yuǎn)的通道內(nèi)的位置處的通道橫截面面積(At)或Ai＞At。
間隙的特征在于其寬度(w)，其高度(h)，及成型區(qū)長度(l)。假定高度(h)是恒定的(但是也可如下面更加詳細(xì)描述的那樣是可變化的)。但是，成型區(qū)長度(l)沿間隙寬度改變。成型區(qū)長度(或“成型區(qū)”)為通道至計量間隙的出料位置的距離。從流體力學(xué)的觀點來看，由于通常假定間隙寬度和高度是恒定的，因此利用一成型區(qū)控制流動。所以，通常，在距離聚合物輸入口(li)最近處的成型區(qū)長度(l)大于距離聚合物輸入口最遠(yuǎn)處的成型區(qū)長度(lt)或li＞lt。
原則上，聚合物從聚合物輸入口至計量間隙的出料位置的質(zhì)量流量必須沿寬度是均勻的。為了實現(xiàn)前述內(nèi)容，從聚合物輸入口至計量間隙的出料位置的壓差必須沿所述寬度是均勻的。這一壓差是沿寬度的規(guī)定點處的通道中壓差和在沿寬度的同一規(guī)定處、橫切計量間隙的壓差的總和。因此，當(dāng)通道的橫截面面積減小時，成型區(qū)長度也會減小。實際上，聚合物供給通道具有一定錐度。該錐度的設(shè)計應(yīng)允許聚合物通過計量間隙、以均勻的排放量排出所述通道。通道的橫截面最好為圓形，但并不限于此。
由于狹小的計量間隙在聚合物和模具體之間起到了有效熱交換器的作用，因此，這種設(shè)計的優(yōu)點在于提高了質(zhì)量流從間隙、沿其寬度的均勻性，及整個模具溫度的均勻性。以沿所述寬度的減小的薄膜厚度變量表示質(zhì)量流的均勻性。另外，減小了聚合物在模具內(nèi)的滯留時間。以整個模具中的減小的溫度變量表示溫度均勻性。例如，在一直徑12英寸的螺旋形模具中變化的溫度為大約14°，而在一直徑12英寸的本發(fā)明的模具中變化的溫度為大約2°。
間隙的高度(h)可隨意調(diào)節(jié)以補償不同聚合物的粘度變量。如以下所述的那樣，供給通道和計量間隙可由模具的區(qū)段限定。這些區(qū)段可通過其間的一填隙片連接在一起?？刹捎貌煌穸鹊奶钕镀瑏砀淖冮g隙的高度。
下面，將對上面的說明作進(jìn)一步解釋。
參照附圖，其中，相同的標(biāo)號表示相同的元件，圖1描述了一個擠壓模10。側(cè)喂狹槽式模具10包括一聚合物輸入口12，其與一聚合物供給通道14流體連通，所述聚合物供給通道與一聚合物計量間隙16流體連通。在圖2和3中，在沿模具寬度(w)的不同位置處以橫截面描述了模具10，同時一第一板18和一第二板20重疊且由一填隙片22分離。圖2和3的對照表明，在離輸入口12較近位置(w2)處的橫截面面積(A2)大于離輸入口12較遠(yuǎn)位置(w3)處的橫截面面積(A3)(或A2＞A3)。同樣，在離輸入口12較近位置(l2)處的間隙16的成型區(qū)長度(l)大于離輸入口12較遠(yuǎn)位置(l3)處的成型區(qū)長度(l3)(或l2＞l3)。
在圖4中說明了一種中央加料狹縫式模具30。模具30包括一聚合物輸入口32，其與一聚合物供給通道34流體連通，所述聚合物供給通道與一聚合物計量間隙36流體連通。模具30相對于中心線C對稱。在圖5和6中，模具30包括板38和板40，在其間插入一填隙片42。圖5和6的對照表明，在離輸入口32較近位置(w5)處的通道34′的橫截面面積(A5)大于離輸入口32較遠(yuǎn)位置(w6)處的通道34′的橫截面面積(A6)。同樣，圖5中間隙36的成型區(qū)長度(l5)大于圖6中的成型區(qū)長度(l6)。
在圖7中描述了一個環(huán)形模具50。環(huán)形模具50包括一聚合物輸入口52，一聚合物供給通道54，及一聚合物計量間隙56。間隙56在一環(huán)形排出間隙64收尾。間隙64從間隙56偏轉(zhuǎn)聚合物流，以便形成一氣泡狀部分，且間隙64繞模具周緣的距離是均勻的。在圖8和9中，環(huán)形模具50包括一第一板58和一第二板60，在其間插入一填隙片62。圖8和9的對照表明，在離輸入口52較近的通道54′的橫截面面積(A8)大于離輸入口52最遠(yuǎn)的通道54′的橫截面面積(A9)。同樣，圖8中所示的間隙56的成型區(qū)長度大于圖9中所示的成型區(qū)長度(l9)。
參照圖10，其描述了一種用于制造多層(如三層)膜的薄膜擠壓模70。(本發(fā)明不應(yīng)局限于三層膜)。模具70包括分別流體連通的聚合物輸入口72,72′,72″，其聚合物供給通道74,74 ′,74″與聚合物加料間隙76,76′,76″流體連通，聚合物加料間隙76,76′,76″本身通向一環(huán)形間隙78。間隙78從間隙76偏轉(zhuǎn)聚合物流，以便形成一氣泡狀部分。間隙78最好具有繞模具周緣均勻的間距。
模具70包括一基板80。第一基板82位于基板80的上方且由一填隙片90分離。板84位于板82的上方，同時填隙片92介于它們之間。板86位于板84的上方，同時填隙片94介于它們之間。環(huán)狀環(huán)88環(huán)繞板82,84及86。環(huán)88位于外部填隙片96上，而外部填隙片96本身位于基板80上。填隙片96的高度通常等于結(jié)合在一起的填隙片90,92及94的高度。在這一實施例中，通道橫截面面積(A)與成型區(qū)長度(l)的關(guān)系與以前的參照聚合物供給通道和距離間隙的尺寸，可理解被處理的特定聚合物。特別的是，必須了解聚合物的降解機理。例如，一些聚合物可通過鏈斷裂降解，而其它的聚合物可通過交聯(lián)降解。通過這些研究，通過在壁處獲得適宜的剪切速率、壓差及聚合物的滯留時間，能夠進(jìn)行使降解達(dá)到最小化的設(shè)計。因此，如果聚合物通過交聯(lián)降解，那么在壁處的剪切速率必須足夠高以使壁保持干凈(即，使聚合物的滯留時間達(dá)到最小)。尼龍66表現(xiàn)出了較高的交聯(lián)趨勢，因此可以需要大約1/40秒的剪切速率；因此，能夠以非常低的剪切速率處理試圖通過鏈斷裂來降解的尼龍66。高粘度聚乙烯(HDPE)通過交聯(lián)和凝膠成形而降解，因此需要較高的剪切速率，但該剪切速率不應(yīng)高至導(dǎo)致降解的程度；通過鏈斷裂降解的聚丙烯允許使用較低的剪切速率。參照附圖11，其給出了作為環(huán)形模具寬度(w)函數(shù)的成型區(qū)長度(l)與橫截面面積(A)的尺寸關(guān)系，以及一種高粘度聚乙烯(HDPE)，其在190℃為0.33的流動指數(shù)(MFI)，0.964g/cc的粘度，1.92×105的分子量(Mw)，及1.66×104的分子序數(shù)平均值(Mn)。圖12給出了前述模具和HDPE的作為寬度(w)函數(shù)的剪切速率關(guān)系。
對于環(huán)形模具需要考慮的另一個問題是，在分離的聚合物流重新匯合之處，即在與聚合物輸入口徑向相對位置處的聚合物供給通道中可形成一熔接線。由于熔接線在薄膜上會產(chǎn)生有害效果，因此最好避免出現(xiàn)熔接線。熔接線的焊合取決于確保兩股聚合物流重新結(jié)合所需的足夠時間。該焊合或重新結(jié)合取決于兩股聚合物流彼此擴散的速度。所述擴散速度(D)與數(shù)均分子量(Mn)的平方成反比或D=1/Mn2。另一方面，如果兩股流體的接觸時間(或滯留時間)過長，隨后可產(chǎn)生聚合物降解，其本身可表現(xiàn)為一可視性熔接線。因此，必須考慮聚合物種類，其分子結(jié)構(gòu)(如分子量，支化(branching)等)，其抗降解性，及其加工溫度來設(shè)計兩聚合物流重新結(jié)合的通道面積。
在不脫離其思想或?qū)嵸|(zhì)特性的情況下，本發(fā)明包含在其它的特定形式中。因此，應(yīng)參照所附加的權(quán)利要求，而不是前述說明來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1．一種薄膜擠壓模，其包括一具有一個槽的第一板；一具有一個槽的第二板；一由所述第一槽和所述第二槽限定的聚合物供給通道，其具有一定寬度，并具有一定橫截面面積；一聚合物輸入口，其貫穿所述板中的一塊或兩塊并與所述聚合物供給通道流體相連；一在所述第一板和所述第二板之間限定的聚合物計量間隙，其與聚合物供給通道流體相連且具有被限定為所述通道和一間隙末端之間距離的長度；其特征在于，所述通道的橫截面面積和所述間隙的長度之間的關(guān)系是它們可彼此相對變化，以便沿所述寬度獲得均勻的聚合物排放。
2．一種薄膜擠壓模，其包括一具有一個槽的第一板；一具有一個槽的第二板；一填隙片；一由所述第一槽和所述第二槽限定的聚合物供給通道，其具有一定寬度，并具有一定橫截面面積；所述填隙片在所述聚合物供給通道一側(cè)、介于所述第一板和所述第二板之間；一聚合物輸入口，其貫穿所述板的一塊或兩塊并與所述聚合物供給通道流體相連；一在所述第一板和所述第二板之間限定的聚合物計量間隙，其與聚合物供給通道流體相連且位于與所述填隙片相對的所述聚合物供給通道的一側(cè)，且具有限定為所述通道至一間隙末端之間距離的長度；其特征在于，所述供給通道的橫截面面積和所述間隙的長度之間的關(guān)系是它們可彼此相對變化，以便沿所述寬度獲得均勻的聚合物排放。
3．根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的模具，其特征在于所述模具為狹縫式模具。
4．根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的模具，其特征在于所述模具為側(cè)喂狹縫式模具。
5．根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的模具，其特征在于所述模具為中央加料狹縫式模具。
6．根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的模具，其特征在于所述模具為環(huán)形模具。
7．根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的模具，其特征在于所述關(guān)系為正比。
8．根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的模具，其特征在于所述關(guān)系為所述橫截面面積和所述長度隨著所述寬度減小。
全文摘要
一種薄膜擠壓模,包括一聚合物輸入口,一聚合物供給通道及一聚合物計量間隙。所述輸入口、通道及間隙均流體相連。所述通道的特征在于具有寬度和橫截面面積。所述間隙由一寬度和一成型區(qū)長度限定。通道的寬度和間隙的寬度在空間上共同擴張,橫截面面積和成型區(qū)長度沿寬度變化,以便從間隙通過的質(zhì)量流沿寬度是均勻的。
文檔編號B29C47/12GK1319491SQ0111210
公開日2001年10月31日 申請日期2001年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月29日
發(fā)明者巴里·L·戴維斯 申請人:思凱德公司