专利名称:塑料(特别是硬pvc粉)薄膜连续挤出和吹塑的方法和装置的制作方法
本发明是关于塑料薄膜连续挤出和吹塑的方法，特别是适用于食品包装用的不用增塑剂的硬聚氯乙烯薄膜。本法必适于防止硬PVC容易发生的所有的降解现象，并且即使在高产量下也能得到高质量的产物。
实施本法所用的装置，是由专门设计的带进料螺杆的料斗、带有“快压”型挤出螺杆和吹塑机头的挤出机所组成的。
目前，硬PVC薄膜的产品持续上升，对于多种使用领域具有重大的商业价值，特别是对于食品的透明包装。随着纤维素薄膜“玻璃纸”逐渐地从世界市场上消失，进一步提高了硬PVC薄膜的重要性。众所周知，玻璃纸的生产价格再没有任何竞争性，由于每一单位产品的能源消耗高，以及此法的严重的污染问题，涉及排放到大气的气体和排放液中都含有高浓度的酸性残留物的严重问题。
在热塑性薄膜中，能代替玻璃纸用单扭结或双扭结型的透明包装来包装甜食品的，几乎只有PVC薄膜。这种型式的包装在世界包装市场上是十分普遍和十分重要的部分。其他的热塑性薄膜被认为是无效的，这是由于其不具有良好的抗扭性。与其他聚合物即聚烯烃聚合物，像聚乙烯和聚丙烯相反，PVC在100℃以上具十分高的热敏感性，超过此温度就分解出盐酸和碳从而不断地被破坏。由于要得到融熔和均匀的物料，故要求挤压吹塑时的温度是在175-190°或甚至185-205℃之间。因此只好加入稳定剂，藉助于具有协合作用的功能来改进此物料的热稳定性。
通过加入增塑剂使硬质PVC薄膜的配方比较容易挤出，一般是加邻苯二甲酸酯和己二酸酯，它们在化合物的制备期间可被树脂粉所吸附，有利于材料的加工，结果减少了同样的加工材料的热应力。
此外，为了保证产品具有良好的均匀性，有时采用双制造工艺，即先将干混树脂粉挤成粒料，然后，将所得粒料进行第二步 挤出，挤成吹塑膜。
显而易见，采用这种中间造粒法会带来很多不便，主要是两次挤出和对物料所造成的两次热应力，降低了薄膜的机械性质(特别是抗张强度、冲击强度)和美学性(即光雾性和透明性)，此外也增加了单位的能源消耗。
在硬PVC配方中加入增塑剂是很方便的，正如上面所述，生产工艺可以不用中间造粒的步骤，但是很多国家的卫生条例不容许采用这类增塑剂，即禁止在作为食品包装用的硬PVC配方中加入增塑剂。已知硬PVC需要十分有效的稳定剂，一般是采用二辛基锡。如果同时存有增塑剂，则增塑剂很容易迁移到薄膜的表面，并穿过稳定剂的组分形成一种染色剂带入与之接触的被包装食品中去。另一方面，硬PVC的制造，从粉末开始就受限于采用热稳定性低的物料，而且，在制造过程中，热传导较低之处容易出现过热带，这样就损害了被挤出的物料，例如引致变色、成网状和其他缺陷，甚至达到总的降解，分解出盐酸和碳。
低的热应力，虽然不影响挤出工艺，但可引起变色，使加了上兰添加剂的干混合制造的薄膜颜色变绿，还会降低产品的机械性能。
更严重的会出现条纹状，开始时颜色较浅，随后成深粟子色直到出现完全碳化的小料。
当碳化小块料接触到挤出机的金属表面时，便起了热降解催化剂的作用，使PVC物料上发生所谓的“灼烧”。这是一种不可逆现象，要克服此现象，只有停产，拆下拉板和操作螺杆，凡是物料接触的部件都要仔细清理干净，这种费时的操作完成后，物料要重新升温才能重新开车。
当然，拆卸清洗和加热所需时间决定于机器的大小，但无论如何都要浪费大量的时间和影响生产。
在挤出机上加工硬PVC，只限低热稳定性的物料。为了降低在制造上需要高温但却须采用低热稳性物料的矛盾，进行了多次试验。对于物料，高温只允许在很短的时间，这是为了防止破坏物料。硬PVC化合物吹塑挤出的问题是绝对不加增塑剂，此问题可以通过采用一个具有“快压”型的单螺杆挤出机来解决，此挤出机的全过程很短，为的是要把可能出现的热应力坏影响尽可能的加以限制。
为了要得到高均匀性的产品，甚至在高产量下也能生产出高质量的薄膜，需要用根据本发明的特殊的方法。即-要绝对按规定，在原料进入挤出机之前，予先压缩，以防止从吹塑机头出来的物料波动并保证生产的均匀性。
-本法各步骤大大地减少所占空间和时间(压缩、融熔、搅均、降压和脱气、连续的压缩和搅匀)以便保证从机械和美学观点上来看具有高质量的产品。
-从吹塑机头出来的融熔物料均匀分散，保证了薄膜的厚度十分均匀。
本发明的目的是在于得到食物级的厚度均匀且薄的硬PVC薄膜，具有权利要求
1的特征部份，是完全可印的，对印刷墨水具有十分优良的抗性。完全可用于食品包装，可作为糖果的最内层包装。
根据本发明的方法，其特征在于原料(硬PVC的干混合)是在冷态、连续先压缩的条件下进入挤压机。
先压缩是由进料螺杆和挤压机的操作螺杆之间的协同动作而得到保证，更重要的条件是进料螺杆的角速度超过挤压机操作螺杆的角速度。
本发明的详细解释将在下列加以说明，并以所给附图作为参考，其中图1，是挤出机的主要部件(纵剖面)图;
图2，是图1中沿着Ⅱ-Ⅱ线的剖面放大图。从此处可以看到本发明的油管(28)和热绝缘(26);
图3，是图1挤出机中央区相当于脱气区和相邻的区的纵剖面放大图;
图4，是图3沿着Ⅳ-Ⅳ线的剖面图，即脱气泵的剖面放大图;
图5，是图4的脱气泵活塞Ⅴ-Ⅴ部份剖面的放大图;
图6，是脱气泵轴的位置图(是时间的函数);
图7a，7b，7c，7d是根据本发明的挤出机螺杆各部位的轴向剖面图，在图7c和7d，特别表明内部油管的保温(26);
图8，是图7b中的尺度缩小的断流环的放大详图。
图9，是挤出机螺杆的前端;
图10，是带有可替换过滤器的挤出吹塑机头图，(轴向剖面)。
图1中10号表示挤出机，包括位于挤出机机筒14的挤出螺杆12。在料斗16中，粉状树脂与稳定剂和滑剂相混合，在压缩下通过位于管道18的进料螺杆20(图2)，穿过内开孔24(图2)送入套有挤出螺杆12的机筒14内，如图1所示。
挤出螺杆12具有7个不同作用区(参阅图1和3)。在料斗16的地方设有导入区E，E区的挤出机螺杆12的外径、内径和螺距几乎不变，其优点是不用加热。区E后是第一次压缩和融熔区K1，需稍为加热，K1区的螺杆具有一定的外径，逐渐增大的内径(锥形体)和一定的螺距。随后是加热区H，用来匀化物料，螺杆有一定的螺距和外径。然后是加热分解区D，其中螺杆具有一定的外径、显著缩小的直径和一定的螺距。随后是加热脱气区G，在此区，螺杆的内径不变，比前述直径小且具有一定的螺距。配备一个除气泵。然后是第二加热压缩区K2，此区的螺杆具有一定的外径，逐渐增大的内径(锥形体)和一定的螺距。在脱气区G之后。
压缩区K2之后是均匀加热区A，其中的螺杆具有不变的外径，但限制螺杆的部分长度，沿同一长度有一定的内径，所述螺杆具有锥形的末端，接近挤出模板。此区的作用是将物料挤压成完全塑化的管状塑料。其后，利用同一径向吹塑和轴向伸展的方法使此塑化管变薄。
正如已说过的，图6表示脱气泵的轴的行程(以毫米为单位)与时间(秒)的函数关系。
可以看出对应于时间t1时的活塞冲击十分迅速，并在t1至t2时间内保持操作，而在t2时突然返回到起始点，在t2到t3时间内不操作，然后在t3到t4又操作起来，如此循环。
图7a，7b，7c，7d描述挤出螺杆，其中部位E是物料导入区，PVC粉与稳定剂和滑剂(没有增塑剂)混合。为了保证原料按规定沿着螺杆进入和防止过热与热破坏，下面二个概念是非常重要的-利用进料螺杆和挤出螺杆之间的协同动作，将原料在进料区予先压缩，以保证物料有较好的热传导性。
-在挤出螺杆内部油循环的第一部位进行热绝缘，以防止物料出现如前面已述的粘结现象、降速和波动。靠近匀化区的末端插入断流环3(参阅图8)，具有校准孔4和5，可阻碍塑料沿着挤出螺杆正常流动，强制它进行塑化而无需提高温度。这就大大改进了塑化物料的工作条件，特别是对于硬聚氯乙烯，它对温度升高是十分敏感的并且能在相对低的温度下很容易地进行塑化。螺杆末端是尖头6(图9)带有一个前断流环6a。藉助拉板(带有过滤器7，见图10)使完全塑化和充分匀化的物料穿过管8到达具圆形截面的吹塑机头的开口9，并且沿着圆周10以塑管的形式出来，塑管的厚度经过径向吹塑和其轴向拉伸之后，厚度逐渐减小。
根据本发明，为了要改变予压的程度，可使挤出机的操作螺杆12保持恒定的较低的角速度而改变进料螺杆20(图2)的角速度。利用此法，很容易改变予压程度，适合于用不同性质的原料(正如根据树脂的K值来改变添加剂等一样)。
以下将叙述先压缩硬PVC粉所具有的效果。硬PVC粉分解而分离出盐酸、自氧化物和网状物。硬PVC的原料粉，或更特别的，硬PVC的干混合料，是一种十分松软的物料，具有很差的热传导性，这就意味着，如果将挤出机机筒的第一部份内的粉末外围加热的话，该热不容易传到物料的中心;因此，如果进料区的温度足够高，物料的四周(即加热点上)就会发生热分解。
但是，如果根据本发明，先将硬PVC原料粉予先压缩，即在进料螺杆20和挤出螺杆12的导入区E之间予先压缩，参阅图1，PVC原料粉的热传导系数显著增高，因为物料变得更加紧密，使传送到物料四周的热能轻易地传到所述物料的内部，而不会有任何破坏的危险。
虽然其他专利和同样的专门技术文献已经提过使用粉料时挤出机采用进料螺杆，但总的说来，所使用的装置并不应用先压缩原理，即利用进料螺杆的角速度高于挤出机螺杆的角速度，因此根据本发明，它们只起简单的配料装置的作用。
本发明的另一个十分重要的特点涉及机筒第一区E中的操作螺杆12内部的热绝缘，和先压缩进料一样重要。通过旋转接头加油，使操作螺杆内部有一定的油量循环，旋转接头由一个外部控制单元来调节。油温应低于被处理物料的温度，以便将剩余的热量移走。
这一作用是用来防止热破坏，螺杆的第一部位不保温的情况下，予先压缩的粉料与螺杆表面相接触时被机筒上采用的电阻加热，此螺杆具有较低的温度，可使粉末粘结和发生减速现象，可引致突然减速，跟着造成不能控制被处理物料的前进程序，在螺杆末端造成显著的压力振动，吹塑机头的出口出现不能接受的物料流量变化。
在螺杆进料区采用保温，可防止粘结现象，保证进料最正常以及挤出工艺的平衡。
考虑到前述的情况，本发明的原理设法在区E(图1)末端得到已经予先压缩的粉料，这样就可再将粉末加热直足够高的温度，而在继续往前运送时不会有减速的现象，故此能得到良好的融熔条件并能轻易地通过定位腔，在螺杆末端获得良好的塑化条件，因此可增加流量和降低成本，获得高质、高产的产品。
拉板，如图10所示，是称为“辐射”型的拉板，比已知的“心形”“螺旋形”和其他不适于硬PVC粉的挤出拉板具有更好的分布物料的性能。
可以指出，根据本发明的拉板的重要性是装在吹塑机头里面的过滤器正好是在运送前对着出口。可以将溶液中的其他杂物过滤干净，轻易地更换滤纲而不需要拆卸挤出机头。
这样，本挤出法就有可能得到高产的硬PVC薄膜(主要的)而无需采用增塑剂，同时具有非常薄的厚度，这是依靠下列各因素的良好平衡所致。
-粉状原料是通过进料螺杆20和导入区E挤出螺杆12(图1)的协同动作的予先压缩而输入的。
-挤出螺杆12的一部份内部油循环的保温，即区E的保温，防止了粘结和降速，故能保证良好的操作条件。
-高速压缩挤出螺杆，是按照上述条件而特别设计的，保证了压缩、融熔、脱气和匀化各条件的要求而无需对PVC物料采用热应力。
-一个辐射型的吹塑机头，正如所述，可以挤出非常薄的硬PVC薄膜，(即从15微米开始)，也使挤出机具有非常高的产量。
-可更换的过滤器，很容易更换过滤网而无需拆卸挤出机头。
权利要求
1.塑料薄膜连续挤出和吹塑的方法，特别是适用于硬聚氯乙烯粉，而无需使用增塑剂。薄膜可用于食品包装。其特征在于藉助进料螺杆(20)和挤出机的操作螺杆(12)之间的协同动作将原料预先冷压缩。为了上述目的，所述螺杆(20)具有可变和可控制的角速度，而且尽可能恒定的高于所述挤压机的操作螺杆(12)的角速度。所述原料是在挤出机的第一进入区E预先压缩，区E中的操作螺杆是热绝缘的，即装配有热绝缘的装置以防止所述的螺杆内部循环的流体在所述的区上造成任何影响，以及可在以后的各区中从被处理的物料中移出热量以防止降解现象。所述挤出机包括两个部分或两个区间，是由校准口(4，5)隔离开，所述的第一区间包括上面提过的热绝缘进入区(E)、因压缩而加热的第一区(K1)、以及加热塑化区(H)的第一部份；第二区间包括；加热塑化区(H)的剩余部份；加热分解区(D)、加热脱气区(G)，第二加热压缩区(K2)和一个物料加热排出区(A)，所述螺杆末端有一个带有过滤器的吹塑机头，此过滤器易于更换而无需要求拆卸所述的吹塑机头。
2.根据权利要求
1的实施本法的装置。其特征在于此装置包括一个进料斗(16)，原料由此进入螺杆(12)的第一区(E)，螺杆(12)与进料螺杆(20)相连，而螺杆(20)有一个可控制的比挤出机的操作螺杆(12)高的角速度;所述螺杆(12)的第1部份是热绝缘的，即装配有热绝缘的装置以防止所述的螺杆内部循环的流体在此区造成任何影响，以及可在以后的各区中从被处理的物料中移出热量以防止发生降解现象。所述挤出机包括两部位，由校准口(4，5)隔离开，第一部位包括所述的热绝缘进入区(E)、第一加热区缩区(K1)和加热塑化区(H)的一部份，而第二部位包括加热塑化区(H)的剩余部份;热分解区(D);加热脱气区(G);第二加热压缩区(K2)和一个物料加热排出区(A)，以及螺杆末端有一个带有一个过滤器的吹塑机头，此过滤器易于更换而无需要求拆卸所述的吹塑机头。
3.根据权利要求
2的装置，其特征在于螺杆(12)内部流体的循环，流经一个旋转接头，利用外部控制单元尽可能稳定地控制着其量和温度，以防止在第一区之后的螺杆各区被处理的物料发生降解现象，对于第一区循环的加热流体是热绝缘的，故可防止物料的粘结和减速，避免在吹塑机头出口发生不能接受的流量变化而破坏了本法的正常进行。
专利摘要
塑料薄膜的连续挤出和吹塑的方法和装置，特别适用于以硬聚氯乙烯粉为原料，又无需采用增塑剂。该原料借助连接进料斗(16)的进料螺杆(20)和挤出机操作螺杆(12)之间的协同动作而得到预先压缩。螺杆(20)具有可控制的高于螺杆(12)的角速度。螺杆(12)包括第一区(E)，在该区的螺杆是热绝缘的，加热流体轴向通入螺杆本体；第一加热压缩区(K1)；加热塑化区(H)；加热分解区(D)；第二加热压缩区(K2)和一个加热排出区(A)，末端有一个带一个可更换的过滤器的吹塑机头。
文档编号B29C47/10GK85101859SQ85101859
公开日1987年1月17日 申请日期1985年4月1日
发明者贾恩·嘉乐·特拉梅赞尼 申请人:菲亚浦公司Fiap S.P.A导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan