热缩的薄膜和封套的制作方法

专利名称：热缩的薄膜和封套的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热缩的薄膜和应用该薄膜作为包裹结构物之封套的一种方法。
背景技术：
确实非常需要热缩的聚合物薄膜。特别是需要一个方向上的收缩率大于另一个方向的热缩的薄膜。
聚烯烃薄膜，特别是聚乙烯薄膜，经常被制作成吹塑薄膜。薄膜吹塑涉及把一聚合物熔体持续地挤过一环形模具来制成一连续的筒状粘稠的聚合物，而后通过例如该筒状物的内侧与外侧之间的一压力差使该筒状物的直径扩大。通常，该挤压的薄膜是以向上方式被挤出的。当薄膜向上移动时，空气被吹入该薄膜中而使该薄膜扩张成一管状。该管状物通常在该模具上方某距离处用一对夹辊进行封口。生成的薄膜是一薄壁的管状薄膜卷。
聚合物薄膜也常常是交联的以获得各种所希望的特性，诸如增高的强度及韧性、对溶剂及其它有害的化学物质有较强的耐受力、改良的高温性能、稳定的电性能及弹性记忆性能。对于热缩的产品来说，该弹性记忆性能是最重要的。交联提供了弹性记忆性能，该弹性记忆性能使热缩的薄膜具有在安装时用热使其复原的能力。因为它们已经被交联，这些薄膜可容易地收缩以适应各种各样的尺寸或形状。
聚合物产品通常是通过辐射或化学方法进行交联的。这两种方法可以达到许多相同的结果，但它们是非常不相同的。在辐射交联中，已制成的聚合物产品被暴露在一辐射源中，诸如高能电子束；该束起动该交联工艺。在化学交联中，诸如过氧化物的化学添加剂被添加至一聚合物化合物。然后该聚合物化合物被加热以起动该交联工艺，并且与此同时制成了产品。
热缩的材料被应用于众多产品中，诸如热缩管件、管路涂层以及电信接合件。这些薄膜因其耐用且具挠性结构而对这些用途是理想的。热缩的薄膜可应用于许多其它产品中，这些产品需一种紧密、挠性且强固的包裹材料。
现有技术的热缩的薄膜的一问题是它们在机器方向并且也在横向方向显著地收缩，该机器方向即是挤出方向，该横向方向即是垂直于该挤出方向的方向。这在当试图包裹管状物件时特别成问题，在此场合希望具有仅在一个方向收缩的一种薄膜。对这种用途使用在两个方向上收缩的热收缩的薄膜不是有效的并导致必须使用比需求量更多的薄膜，因为在该管件的圆周及长度两方面都有收缩。
因此，本发明的目的是提供一种热缩的薄膜，当它被暴露于热中时，在一个方向具有显著的收缩，同时在另一个方向基本保持其尺寸。本发明满足这些需求以及与热缩的薄膜及制造工艺有关的其它问题。本发明还提供了胜过现有技术的其它优点，并解决与此有关的问题。
发明的内容根据本发明提供了一种热缩的吹塑薄膜，它克服了许多前述的问题。此外，本发明创造了这种热缩的薄膜的独特应用和使用热缩的薄膜的各物件。
在一个方面，本发明是一种热缩的聚合物吹塑薄膜，当该薄膜被加热至至少为135℃时，在机器方向收缩约7％至约12％，而在横向方向收缩约18％至约25％。
在另一方面，本发明是包裹结构物的一种方法，该方法包含以下步骤提供一热缩的薄膜卷，其中当所述薄膜在约10至30秒之间被加热至温度约135℃时，在横向方向快速地收缩约18％至约25％，而在机器方向收缩约小于2％；使所述薄膜包裹住一结构物；使所述薄膜自身熔合；使包裹结构物的所述薄膜暴露在约135℃温度下历时约10至30秒之间，由此使该薄膜在横向方向收缩约18％至约25％，而在机器方向收缩小于约2％。
本发明提供了前述的及其它的特性，并且通过当前优选实施例的下例详细说明，结合附图进行阅读，本发明的优点将变得更加明显。该详细说明及各附图仅是本发明的解释而并不限制本发明的范围，本发明的范围由附上的各权项及其等效物所决定。


在各附图中，相同的标号在全部若干视图中标注本发明优选实施例的对应零件或元件图1为一优选的吹塑薄膜挤压线的部件的简图，该挤压线用于制造本发明的一种热缩的薄膜；图2a～2g为应用本发明的热缩的薄膜作为一气幕的一封套的工艺简图；和图3为用本发明的热缩的薄膜包裹的一气幕的简图。
详细说明本发明涉及一种热缩的薄膜16及其应用。尤其是本发明涉及一种热缩的薄膜16，它在一个方向(横向方向)比另一个方向(机器方向)更显著地收缩。该机器方向定义为该聚合物被挤出的方向。该横向方向为垂直于该机器方向的方向。
如图1所图示，最好应用一管子挤压吹塑薄膜工艺来制造该热缩的薄膜16。薄膜16也可应用一挤压及拉幅工艺或一铸膜工艺来制造，该两工艺是已知技术。被加工的初始材料是聚合物材料，最好是诸如可从Equistar Corporation买到的Petrothene NA-191的一种低密度聚乙烯。为了挤压该聚合物，聚合物材料的丸粒被送入挤压机30的料斗4内。然后料斗4把该聚合物材料送入一螺旋器(未图示)内。当驱动装置及减速器2转动该螺旋器时，该聚合材料被驱使向前并朝向料桶的远端。可通过一个普通技术人员熟知的传统方法来提供用于挤出工艺的热量，诸如通过在该挤压腔30的外表面周围安装加热器。当该聚合物材料沿该螺旋器移动时它熔化和被混合至一基本均匀的温度及熔化的粘度。该工艺的该挤压线速度、拉伸比、温度及其它参数最好由控制面板6预设定及控制。
然后该熔化的聚合物材料被挤压通过一模具24。模具24具有赋予薄膜16形态的一小孔或开口，应用于本发明中的模具24是一环形模具24，当熔化的聚合物34排出模具24时，环形模具24使它具有一管状的形状。
利用该在管内侧压力与外侧压力之间产生一压力差使熔化的聚合物34的该管被吹胀并保持一管状形状。产生该压力差的一个优选方法是应用向该管内吹入空气的一空气供应源42。随着空气被吹入该管，该移动的管被内部气压所扩张及吹胀，该内部气压高于该管外部的大气压力。
然后当聚合物材料的熔化状的管子向上移动时被冷却。该冷却工艺可通过用一空气环26在该管的外表面周围吹送一股冷却空气来做到。在某些情况下，除外部冷却空气外，也可提供内部空气冷却系统。最终，在某些其它情况下，特别是对于一厚管，冷却是通过水喷或一环来实现的。当熔化的聚合物材料34冷却时，它进入到一相变中而转变成固体的聚合物薄膜36。使熔化的聚合物薄膜34结晶而变为一固体的点定义为冰冻线或结晶线。超出该冰冻线该管的变形可以忽略，并且该管仅由单相材料组成，该单相材料是固化的聚合物。
然后薄膜管36被压缩成一扁平片材。用于压缩该管的一较好方法是通过使用一压缩框架10。轧辊12在该管的上端形成一气密的密封并把该管压缩成双层的扁平片材。然后通过一卷绕器22把薄膜16缠绕成一薄膜16的卷。然后薄膜16进行交联。该交联可在正要进行缠绕薄膜16的步骤之前完成，并可被包含作为挤压及吹塑薄膜16的连续工艺的一部分。该交联也可在薄膜16被缠绕成一卷之后作为一单独的步骤来完成。
该薄膜吹塑工艺具有自由的边界，并且流向主要是延长式的。该薄膜吹塑工艺赋予该薄膜以不相等的双轴向取向。取向的该两轴线是该管被拉伸的轴向方向或机器方向和由于该管的吹胀而形成的圆周的方向或横向方向。由于双轴向取向的结果，该吹塑的薄膜16的机械性能在两个方向上几乎是一致的。
为制作本发明的热缩的薄膜，若干不同的参数必须保持在所期望的范围内。一个重要的参数是吹胀比。该吹胀比(BUR)定义为最终管半径Rf对刚好位于环形模具24的出口处的初始管外半径R0的比例BUR＝Rf/R0在传统的吹塑薄膜工艺中，该吹胀比范围为1～3。已经发现增大吹胀比会加大横向方向的收缩。但是，增大吹胀比也使薄膜管不稳定，在本实施例中，较好的吹胀比保持在约4至约6之间。
拉伸比也是本发明方法的一重要参数。该拉伸比(Dr)定义为聚合物的卷取速度(V)对模具挤出速度(V0)之比例Dr＝V/V0该拉伸比对薄膜16的弹性模数有影响。通常当拉伸比增大时在机器方向的弹性模数增大而在横向方向的弹性模数减小。在本发明的一优选实施例中该拉伸比为约3.0至约3.5。
制作热缩的薄膜的另一个重要参数是膨胀比。当熔化的聚合物32排出模具24的开口时，它改变厚度。该膨胀比定义为刚排出模具24后的熔化的聚合物32的厚度(Tp)对模具24的开口的厚度(T0)的比例SR＝Tp/T0在本发明的一优选实施例中，该膨胀比最好保持约低于2。影响该膨胀比的两个主要参数是拉伸比及模具24的构造。
在本发明的工艺中，在模具24中的聚合物材料的温度通常在约170℃至约200℃之间。在挤压腔内部的该聚合物的温度通常在约135℃至约175℃之间。
制作热缩的薄膜的另一个重要参量是该聚合物的交联方法。交联赋予聚合物一种“记忆”，该“记忆”导致该聚合物暴露于热中时恢复至接近其原始的形状。交联聚合物的较好方法是通过辐射的方法。应用一高能电子束起动聚合物的交联。可用一电子加速器来产生该电子束。在一基本封闭的环境中实施该辐射交联。较好的是，该辐射交联是在3～7英尺厚的地下室中完成。该地下室的上部称为“容室”，而该地下室的下部分是实际发生辐照的地方，称为“射束室”。薄膜16通过绞盘或导辊送进入该地下室。辐照的量影响到薄膜16的性质。已经发现增大辐照的量会减小机器方向及横向方向的收缩。然而，已经发现增大辐照使机器方向收缩减小的程度与横向方向收缩减小相比程度更大些。较好的辐射量是电子束的一次用量为约5兆拉德至约20兆拉德。
当本发明的薄膜16首次被加热时它会收缩并具有若干有用的及不同的性质。在一个实施例中，本发明的薄膜16在横向方向的收缩约为在机器方向的收缩的两倍。现有技术的薄膜在机器方向的收缩比在横向方向的收缩要大些，而本发明的薄膜在横向方向的收缩更加显著。较好的是，当薄膜16在约135℃下被加热约3分钟时，薄膜16在机器方向收缩约7％至约12％，而在横向方向收缩约18％至约25％。薄膜16最好是厚约75微米至约150微米。
此外，当薄膜16被加热时，它在横向方向的收缩比在机器方向快速得多。在薄膜16的一优选实施例中，当薄膜16在一炉子中在约135℃下被加热时，薄膜16在约10秒钟在横向方向收缩约18％至约25％。而当薄膜16在一炉子中在约135℃下中被加热时，薄膜16花费约3分钟在机器方向收缩约7％至约12％。结果是，通过把加热限制在约10至30秒钟之间，就可获得材料基本仅在横向方向收缩的材料的好处。
本发明的另一个区别及重要性质是可应用热熔解方式使薄膜16自身熔合。虽然非交联的聚合物薄膜会自身熔合，但该薄膜的已熔合部分将与该薄膜的剩余部分的厚度近似地相同。此外，现有技术的交联的聚合物薄膜不会通过热熔解而熔合，因为交联增大了聚合物产品在高温下保持结构一体性的能力，而因此阻止了熔合。当交联的材料暴露在高于其熔点的温度下时，它会变软及熔化但不会流动。本发明的薄膜16不像大多数交联的聚合物，它能够用热熔解而熔合在一起。此外，本发明的薄膜16的已熔合部分的厚度是薄膜16的未熔合部分的大约两倍。这提供了比未交联的已熔合聚合物薄膜16更高的强度及柔性。
下列各实例显示了本文公开的本发明其它优选实施例及优点实例由86.4％聚乙烯-petrothene NA191和13.6％添加剂与色料浓缩物的混和组成的一聚合物化合物，在下列条件下被制成一吹塑薄膜并应用一吹塑薄膜挤压工艺进行交联并用一电子束进行辐照。
挤压条件挤压机 1-1/4Killion料桶温度区域1179℃区域2188℃区域3188℃薄膜模具188℃螺旋器类型Saxton冲击压力28,269kPa薄膜速度1.95m/min吹胀比5.64薄膜尺寸宽度11.1125cm厚度0.0089cm至0.0102cm收缩结果
兆拉德 ％机器方向，％横向方向5 -17 -3710-13 -2815-8-2420-8-2025-8-18本发明具有胜过现有技术的许多用途及优点。基本上在一个方向上收缩的一薄膜16能具有许多不同的优点及用途，本文描述了其中某些较好的用途及优点。首先，该热缩的薄膜16可用作围绕各种形状物件的紧密包裹材料或密封材料。例如，薄膜16特别适合于用作热缩性管件、管路涂层及电器接合件。薄膜16还具有耐用的且挠性的结构，使它成为这种用途的理想材料。薄膜16也可用作提供不规则形状物体的一种包裹材料。
基本上仅在横向方向收缩的薄膜16节省了材料并降低了制造成本。例如对于管件包裹，在两个方向收缩的热缩的薄膜会围绕该管件的周边并沿该管件的长度收缩。应用本发明的薄膜16，沿该管件的长度没有收缩因此用于包裹这种结构物所需的薄膜16较少。
热缩的薄膜16提供了把紧密的包裹材料置于一结构物上的简易方法。由于薄膜16在加热前处于膨胀状态，它可容易地置于该物件上方，它被覆盖在该物件上然后通过加热而复原来紧密地贴合该物件。
本发明的薄膜16的一个特别有益的用途是用作一气幕66的一封套。在现有技术中，该封套通常是短袜形状的材料。气幕66被塞进该短袜中。当气幕66被起动并被充气时，它通过该短袜爆出并在一汽车侧面内部周围提供一空气缓冲垫。
气幕的热缩的材料的应用使得由于气幕66及薄膜16的柔顺及柔软性能造成容易把该气幕集成到现有的汽车组件中，这可以通过稍微模制出用于气幕66的空间轮廓来达到。本发明的薄膜16提供了一种“免置架的(off-the-shelf)”覆盖物材料，该材料可被用来很大地缩短气幕模件设计所需的时间。在过去，模件覆盖物加工刀具花费了模件设计中一段最长的开发时间。把热收缩材料用作封套消除了由这种长开发时间导致的固有研发限制。应用热缩的薄膜16作为封套还节约成本并比现有技术包裹物更有效。
在一个实施例中，该工艺从提供本发明的一热缩的薄膜16卷开始。需求的长度通过计算裹绕一给定尺寸的气幕66所需的薄膜16的量来确定。应用于此种用途的薄膜16最好是警告色的，诸如黄色、橙色、萤光绿色及类似颜色。
然后分配薄膜16并切成预定长度及置于该气幕的周围，如图2中所图示。然后一密封杆68下降到薄膜16上面，杆68加热薄膜16并熔化薄膜16。
如图3图示的气幕组件70然后被加热至约135℃历时约10至30秒钟，以使薄膜16收缩并生成围绕该气幕的一紧密封套。加热薄膜16的较好方法把气幕组件70暴露于红外光中，该红外光被有色的薄膜16所吸收。加热该气幕组件的另一个方法是把组件70置于传输带上，该传输带在温度约600℃的炉中以约1.22m/min的速度移动。
应用本发明的薄膜16作为气幕的封套有许多优点。当气幕66被充气时，本发明的该薄膜封套从穿孔处爆开并且没有破裂线。这提供了精确预测该封套何处将破裂的能力。
本发明的该薄膜封套还非常耐用并提供了包裹气幕的一种更简易的方法。薄膜16还是半透明的，这提供了透过该薄膜阅读条型码的能力。也可通过添加一阻燃剂使薄膜是阻燃的。
可以预料到对本发明的该热缩的薄膜及工艺可做出无数的修改而不背离本发明的精神及范围，该精神及范围如各权项中所限定。例如，该薄膜可用来提供一种密封件。还有，对大型管件产品，把该熔化的材料吹塑成一管件的步骤可以在水池中或真空箱内实施。因此，虽然本发明在本文中已描述有关的若干实施例，但前述的公开的意图不是或不能被认作是限制本发明或排除任何其它的这样的实施例、结构、变化或修改及等效结构。相反地，本发明仅由附录于此的各权项及其等效物所限定。
权利要求
1.一种热缩的聚合物吹塑薄膜，当该薄膜被加热至至少135℃时，它在机器方向收缩约7％至约12％而在横向方向收缩约18％至约25％。
2.如权利要求1的薄膜，其中，所述薄膜包括一低密度的聚乙烯聚合物。
3.如权利要求1的薄膜，其中，当所述薄膜在约135℃的炉中被加热约3分钟时，该薄膜在机器方向收缩约7％至约12％。
4.如权利要求1的薄膜，其中，当所述薄膜在约135℃的炉中被加热约10至30秒钟时，该薄膜在横向方向收缩约18％至约25％。
5.如权利要求1的薄膜，其中，该薄膜是通过辐照而交联的。
6.如权利要求1的薄膜，其中，该薄膜可应用热熔解而在自身上面熔合。
7.如权利要求1的薄膜，其中，所述薄膜在自身上面被熔合的区域中该薄膜的厚度不减小。
8.用于包裹结构物的一种方法包括(a)提供一热缩的薄膜的卷，其中当所述薄膜被加热至温度约135℃历时约10至30秒钟之间时，所述薄膜在横向方向快速地收缩约18％至约25％而在机器方向收缩少于约2％；(b)围绕一结构物包裹所述薄膜；(c)使所述薄膜自身熔合；(d)把所述已包裹的结构物暴露于约135℃温度下约10至30秒钟，由此使该薄膜在横向方向收缩约18％至约25％而在机器方向收缩小于约2％。
9.如权利要求8的方法，其中，所述结构物是可充气的气幕。
10.如权利要求8的方法，其中，可充气的气幕被辊压成基本为一筒形的结构物。
11.如权利要求8的方法，其中，所述薄膜围绕所述结构物的圆周收缩。
12.如权利要求8的方法，其中，所述薄膜用作所述结构物的一封套。
13.如权利要求8的方法，其中，所述薄膜被加热至约135℃。
14.如权利要求8的方法，其中，所述薄膜被置于一传输带上，该传输带在加热至约600℃的一炉子中以约1.22n/min的速度移动。
15.用如权利要求1的该薄膜包裹的一种结构物。
16.利用如权利要求8的方法制作的包裹结构物的一种薄膜。
17.具有一封套的一种气幕，该封套包括如权利要求1的该热缩的聚合物吹塑薄膜。
18.具有如权利要求8的方法制作的一气幕的一种汽车。
19.一种热缩的薄膜，当所述薄膜被加热时它在横向方向收缩得比在机器方向更快。
20.一种热缩的薄膜，当所述薄膜被加热时它在横向方向具有的收缩量比在机器方向的收缩量更大。
全文摘要
本发明涉及一种热缩的吹塑薄膜。此外，还创造了这种热缩的薄膜的独特用途以及应用热缩的薄膜的各物件。当该薄膜在约135℃下被加热时，该薄膜在机器方向收缩约7％至约12％而在横向方向收缩约18％至约25％并且可被用作具有各种形状的物件的一种热缩的包裹材料。
文档编号B29C63/40GK1639232SQ02814307
公开日2005年7月13日 申请日期2002年6月11日 优先权日2001年7月16日
发明者D·坎特雷尔, G·凯泽 申请人:泰科电子有限公司