專利名稱：用于在薄膜上進(jìn)行處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明首先涉及一種用于給薄膜，尤其是塑料膜穿孔的方法，在上述方法中將薄膜導(dǎo)引在一個空心的穿孔圓筒上，上述空心的穿孔圓筒設(shè)置若干被一些間隔分開的通孔，并用纖維增強塑料制成，和將一種流體壓力差加到薄膜上，以便在薄膜中形成穿孔和/或凹穴。
在該技術(shù)中例如從US A-3054148已知這種方法。這個文獻(xiàn)尤其公開了一種用于制造裝飾性熱塑性薄片制品的方法，其中使一種均勻軟化的熱塑性材料薄片與一個連續(xù)移動的模制元件接觸，而同時使熱塑性材料薄片的表面經(jīng)受一個流體壓力差，比如真空進(jìn)行處理，以便軟化的材料流入模制元件的穿孔直至發(fā)生斷裂時為止。模制元件可以是一種空心的圓筒，所述模制元件按照一個預(yù)定的設(shè)計穿孔。一般認(rèn)為，模制元件可以用各種材料制造，上述材料其中包括一種合成樹脂或塑料薄片，上述合成樹脂或塑料片可以用纖維或織物層壓制品增強。已知加入纖維一般賦予塑料材料更高的強度。然而，優(yōu)選的是編織線網(wǎng)。在所示的特定實施例中，模制元件是以一種方式圍繞一個固定支承的圓筒形鼓輪的表面安裝，這使得模制元件可以繞鼓輪自由旋轉(zhuǎn)。所得的產(chǎn)品適合于用作人造織物和機(jī)織材料。
一般，對制造穿孔圓筒的材料來說，重要的是能容易加工，優(yōu)選的是用一種激光器加工。以便使上述材料具有所希望的特性和/或性能。另外，對某些應(yīng)用來說，其中圓筒不是例如用一種支承輥支承在它的整個圓周上，而是只在圓筒的兩端處用所謂的端環(huán)保持，這種類型的圓筒必須是剛性的(在縱向方向上)，尤其是如果長度比較大，以便圓筒容易處理，不容易損壞，而同時圓筒的凹陷下垂保持在容許限內(nèi)。在先有技術(shù)中，一般認(rèn)為，不能用纖維增強的塑料材料生產(chǎn)具有一個較大直徑和較小壁厚的空心圓筒，同時圓筒依然具有用于給塑料膜穿孔所必須的機(jī)械和化學(xué)性能。
還已知，在包括高溫的載荷下，塑料材料由于蠕變的結(jié)果比金屬例如鎳更容易變形。
本發(fā)明目的是提供一種用空心圓筒給一種薄膜尤其是一種塑料膜穿孔的方法，上述空心圓筒容易處理，極硬，并且可以例如用高能輻射很容易加工。
在前言中所述的這種類型的方法按照本發(fā)明其特征在于穿孔圓筒是一種薄壁式圓筒，及纖維增強塑料中的纖維至少朝一個方向定向。
在本說明書中，把纖維增強塑料材料理解為意思是指一種塑料基材層，所述塑料基材層并入到增強纖維中。按照本發(fā)明，這些纖維至少朝一個方向定向。另外，由于定向的纖維，穿孔圓筒可以具有一個比較小的壁厚(至多約1mm)，因而達(dá)到了重量減輕和改善的處理和加工。由于增加了強度和剛性，所以不需要有象US-A-3 054 148中那樣的完全的支承鼓輪。
纖維可以用短纖維(也通稱為短切纖維)形式，象在塑料基材中隨機(jī)分布的長纖維那樣，和象單向纖維那樣加入。利用單向纖維原則上提供可以達(dá)到的最高強度。另外，在具有單向纖維的各層中可以達(dá)到最高的纖維含量，并因此當(dāng)使用這類纖維時可以達(dá)到最高的彈性模量。
帶有加入纖維的單層塑料具有各向異性的彈性性能，亦即性能與載荷在其中起作用的方向有關(guān)，上述加入的纖維沿一個方向定向。按照本發(fā)明，實際上是利用這種各向異性現(xiàn)象來抵消在載荷方向上的變形，該載荷可能在穿孔方法中產(chǎn)生。載荷的確切方向及因此纖維在塑料基材中定向的最有利方向可以因不同情況而不同。
改善的處理穿孔圓筒的方便可能要求不超過壁厚的上限，同時考慮軸向長度和直徑?？偙诤裼欣氖窃?.010-1mm(10-1.000微米)范圍內(nèi)。更優(yōu)選的是，總壁厚是在0.010-0.700mm范圍內(nèi)的總壁厚，和最優(yōu)選的是在0.020-0.300mm范圍內(nèi)的總壁厚。
為了抵消彎曲，尤其是在長圓筒情況下，對于定向的纖維方向來說，優(yōu)選的是平行于圓筒的縱向軸線。
對另一些實施例，纖維定向的方向優(yōu)選的是垂直于圓筒的縱向軸線。
在某些情況下，對許多載荷，也可能是在不同方向上同時對圓筒起作用。為了能成功地吸收這些載荷，在按照本發(fā)明所述的穿孔方法中所用的圓筒有利的是包括一種帶纖維的纖維增強塑料層，上述纖維具有兩個不同定向的纖維方向，如一種纖維制成的布或針織織物，一種纖維織物或一種纖維布。
按照圓筒的另一個實施例，圓筒包括一個第一層和一個第二層，上述第一層具有在纖維第一定向方向上的纖維，而上述第二層具有在纖維第二定向方向上的纖維，第一和第二定向方向相同。如上所述，具有單向纖維的分開各層可以具有高纖維含量(與無紡布在環(huán)氧樹脂中纖維含量按體積計約為35％相比，單向碳纖維在環(huán)氧樹脂中纖維含量按體積計為63％)，上述高纖維含量對彈性性能是有利的。按照本發(fā)明所述圓筒的纖維含量優(yōu)選的是按體積計大于45％，更優(yōu)選的是按體積計大于55％。這種類型的穿孔圓筒有利的是由至少兩層纖維增強塑料組裝而成，在一層中的纖維朝一個方向定向，不同層的纖維方向不是相互平行。在第一層中纖維定向的方向有利的是與圓筒的縱向軸線形成一個角度α，而第二層中纖維定向的方向有利的是與圓筒的縱向軸線形成一個角度-α。圓筒有利的是還可以包括一個額外的層，所述額外的層具有纖維第三定向方向上的纖維，上述第三定向方向或是平行于或是垂直于圓筒的縱向軸線。更優(yōu)選的是，這個額外的層位于第一層和第二層之間。
合適角度α的一些實例是0°，30°，45°和大于60°的角度。一種三層層壓制品相對于圓筒的縱向軸線具有例如0°和±60°，或0°±45 °，或0°和90°(x2)的角度。另一些實例是相對于圓筒的縱向軸線為90°±30°，90°±45 °或0°(x2)和90°。有利的是也可以應(yīng)用多層的層壓制品，優(yōu)選的是具有一對稱的結(jié)構(gòu)，正如在厚度方向上所看到的。
即使是目前，具有平行于圓筒縱向軸線定向的纖維的這層也大于其它層的層厚。另外圓筒總壁厚與半徑R(以mm計)的比值有利的是小于或等于0.0050(dtot/R≤0.0050)。這種類型的圓筒非常薄并因此重量輕，但仍還有所需的機(jī)械性能并且可以很容易加工。
纖維的定向方向，層厚和材料都可以改變，盡管有優(yōu)選的方向和材料，這如上所述，取決于所要求的最終處理。
合適的纖維材料一些實例包括碳纖維，無機(jī)纖維如玻璃纖維和硼纖維，金屬纖維和有機(jī)聚合物纖維，如彈力纖維，例如芳香族聚酰胺纖維和彈力高強度聚乙烯纖維，及上述纖維的各種組合。碳纖維和無機(jī)纖維尤其是優(yōu)選的，而其中碳纖維是最優(yōu)選的纖維。用于塑料基材的塑料不是關(guān)鍵，因為與纖維相比，這種塑料基材很少對圓筒的機(jī)械性能產(chǎn)生影響。塑料可以從已知的熱塑性塑料如聚酯類和熱固性塑料如環(huán)氧樹脂類中選定。因為在成本價格和強度之間極好的關(guān)系，所以碳在環(huán)氧樹脂中的組合是優(yōu)選的。這種組合的強度實際上是Kevlar(商品名)/環(huán)氧樹脂的強度兩倍，是玻璃/環(huán)氧樹脂的強度的三倍。具有甚至更高強度的另一些組合包括碳/聚酰亞胺，石墨/環(huán)氧樹脂和碳化硅/陶瓷。然而，這些組合是價格很貴的。上述單層材料市場上可買到。
許多纖維和塑料基材的單層組合的彈性參數(shù)尤其是在I.M.Daniel等人所著“復(fù)合材料的工程力學(xué)”(牛津大學(xué)出版，1994年)中作了介紹，并匯總列于下面表1中。
表1
在按照本發(fā)明所述的穿孔方法中，穿孔圓筒設(shè)置若干通孔或連續(xù)的孔，穿過上述圓筒的各孔把流體壓力差加到薄膜的一個表面上。用一種真空加到薄膜的下側(cè)是有利的，為了真空的目的將空心的穿孔圓筒內(nèi)部連接到一個合適的真空源上。另一種可能性是用一種增壓流體如氣體或液體在薄膜的外側(cè)上形成一個過大的壓力，上述薄膜導(dǎo)引在圓筒上，所述圓筒設(shè)置了若干孔。穿孔的塑料膜用下述方法生產(chǎn)通過將一種薄膜例如聚乙烯薄膜加熱，并將已加熱的薄膜以下述方式導(dǎo)引在穿孔圓筒上和利用真空將薄膜部分地吸入各孔中，上述真空是穿過圓筒中各孔加到薄膜上。當(dāng)所加的真空足夠高時，薄膜在各孔中永久地變形并破裂，結(jié)果是薄膜中在這些位置處形成穿孔。作為加熱薄膜一種可供選擇的方案，這種方法也可以用熔化的薄膜進(jìn)行，上述熔化的薄膜由粒狀物生產(chǎn)。
如果在一個圓筒設(shè)置若干孔的情況下，只有輕微的壓力差加到薄膜上，則薄膜不會斷裂，它只能簡單地變形。因此，這種類型的圓筒可以用于穿孔和用于變形(壓花)二者，這視選定的工作條件和薄膜性能而定。
通孔的縱向軸線有利的是與圓筒上孔所在位置處的一個切面形成一個角度β，這個角度不等于90°。這意味著一個通孔的縱向軸線不與圓筒的縱向軸線相交。在這種類型通孔的一種傾斜結(jié)構(gòu)情況下，能夠在穿孔期間在薄膜中形成通稱為斜孔的東西，上述斜孔有利于壓住在最終產(chǎn)品中閉合的穿孔。薄膜的這種性能尤其是當(dāng)薄膜用于安全衛(wèi)生的制品中時是理想的。
關(guān)于這方面，應(yīng)該注意，DE-A1-19842956公開了一種穿孔的薄片制品，上述穿孔的薄片制品具有若干這樣的斜孔，并且一種穿孔的圓筒具有若干斜孔。
對于圓筒的壁厚d，一個孔的液力直徑D和角度α之間的關(guān)系，優(yōu)選的是d≥D/cosα，上述角度α是孔的縱向軸線與圓筒上孔所在位置處的切線形成。結(jié)果，在一個垂直于圓筒表面的方向上未檢測出入射光直接穿過通孔。
為了改善從圓筒中取出穿孔的薄膜，圓筒厚度(d)與圓筒工作側(cè)上孔的最大半徑(rmax)的比值有利的是大于1.15。這意味著塑料膜不粘附到圓筒上并且也不能通過各孔變得卡在圓筒的內(nèi)側(cè)上。
用按照本發(fā)明穿孔的一種薄膜所制的產(chǎn)品的一些實例包括一些能吸收的物品，如用于個人衛(wèi)生例如尿布的吸收物品，但也包括各種裝飾品。
穿孔圓筒中的通孔可以很容易用高能輻射如一種激光器或電子束制成。通孔可以任意地安排成一種規(guī)則的圖形或安排成一種結(jié)構(gòu)，在上述結(jié)構(gòu)中各孔在一起形成一個圖像?？赡苓€包括裝飾性圖形，并且還將若干孔聚集，上述孔一起限定例如一種標(biāo)識或其它標(biāo)志。上述許多孔可以具有不同的直徑，例如將具有一第一直徑的第一類孔安排在一個第一區(qū)中，和具有一第二直徑的第二類孔安排在一個第二區(qū)中，上述第二區(qū)不與第一區(qū)相對應(yīng)。另一些可能的結(jié)構(gòu)包括這些具有不同直徑或區(qū)的孔的組合式圖形，上述這些具有不同直徑或區(qū)的孔一部分相互重疊。上面有關(guān)孔所作的陳述也以同樣方式應(yīng)用于與穿孔的孔組合中的凸起元件，如一種隆起和凹槽。
如果一種穿孔圓筒是自支承式的，亦即保持在(錐形)端環(huán)中，則纖維增強塑料層中的纖維優(yōu)選的是在軸向上定向，以便凹陷下垂有利的是相對于壓花圓筒的縱向軸線在0-20°范圍內(nèi)。如果穿孔圓筒用一個支承輥支承，則在纖維增強塑料層中的纖維優(yōu)選的是在徑向上定向，由于膨脹，有利的是相對于圓筒的縱向軸線在70-90°范圍內(nèi)。
如果圓筒合適地生產(chǎn)用于這種目的，則壓花和穿孔有利的是可以結(jié)合。在這種情況下，圓筒包括一個具有若干通孔的分段和一個凸起區(qū)，上述若干通孔用來形成穿孔，而上述凸起區(qū)用于壓花。
因為纖維增強塑料材料很容易加工，例如，如上所述，利用高能輻射如一種激光器加工，而且也通過沖孔，沖壓或利用水力噴射切割，所以能以任何形式應(yīng)用各孔和不均勻的凸起結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求11-14所述的用于生產(chǎn)一種穿孔圓筒的方法。
本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求15-25所述的一種穿孔圓筒。
下面參照


本發(fā)明，其中圖1示出一個用于按照本發(fā)明所述一種薄膜的穿孔和某些其它處理相結(jié)合的圓筒實施例；及圖2-4示出圖1所示的圓筒設(shè)置若干孔的那個分段的詳圖。
圖1示出一種薄壁式空心圓筒10，上述薄壁式空心圓筒10由在圓周方向上用碳纖維增強的環(huán)氧樹脂制成，并在兩端處各設(shè)置一個平滑區(qū)12，(只示出其中之一)，所述平滑區(qū)12用于使薄塑料薄膜卷材14平滑。平滑區(qū)12包括許多成一種線性圖形的突出物，為了簡化起見，在這個圖中上述這些突出物整體用標(biāo)號13表示。在所示的圓筒10的旋轉(zhuǎn)方向上，各突出物迫使薄膜卷材14的邊緣向外。除了平滑區(qū)12之外，有一個凸起區(qū)16，上述凸起區(qū)16包括一個若干隆起18的圖形，在上述各隆起18之間具有若干凹槽式分段，用于將凸起加到薄膜卷材14上。在所示情況下，在中央有一個穿孔區(qū)20，上述穿孔區(qū)20包括一個用激光器所加的通孔22的圖形。一個真空裝置連接到圓筒10的內(nèi)部，以便可以通過各孔22吸取薄膜卷材14，上述真空裝置圖中未示出。
圖2示出一個穿過穿孔區(qū)20的剖視圖。各孔22由間隔24限定。圓筒10工作側(cè)上一個孔22的最大半徑用rmax表示。圓筒的厚度用d表示。d/rmax大于1.15。各圓角26保證薄膜14成功地松脫。
圖3示出各孔22不是在徑向上朝圓筒半徑R的方向上安排，而是斜著安排，因此一個孔22的縱向軸線與孔22所在位置處的切面1形成一個角度β≠90°?？偟谋诤裼胐tot表示。
圖4示出圖1所示圓筒10的另一種詳圖。一個孔22的液力直徑用D表示?？?2的縱向軸線與圓筒10上孔22所在位置處的一個切面1形成一個角度α，應(yīng)用關(guān)系式d≥D/cosα，以便當(dāng)朝垂直于圓筒的切面的方向上看孔22時，不能看見任何光的直接透射。這種圓筒實施例尤其有利于得到帶斜孔的塑料膜。
權(quán)利要求
1.用于給一種薄膜(14)，尤其是一種塑料膜穿孔的方法，其中薄膜(14)在一個空心的穿孔圓筒(10)上被導(dǎo)引，上述圓筒(10)設(shè)置若干被一些間隔(24)分開的通孔(22)并且用纖維增強塑料制成，將一個流體壓力差加到薄膜(14)上，以便在薄膜(14)中形成若干穿孔和/或凹穴，其特征在于穿孔圓筒是一種薄壁式圓筒(10)，和纖維增強塑料的纖維至少沿一個方向定向。
2.按照權(quán)利要求1所述的穿孔方法，其特征在于圓筒的總壁厚是在0.010-1mm范圍內(nèi)的總壁厚。
3.按照權(quán)利要求1所述的穿孔方法，其特征在于圓筒的總壁厚是在0.010-0.700mm范圍內(nèi)的總壁厚。
4.按照權(quán)利要求1所述的穿孔方法，其特征在于圓筒的總壁厚是在0.020-0.300mm范圍內(nèi)的總壁厚。
5.按照上述權(quán)利要求其中之一所述的穿孔方法，其特征在于纖維含量按體積計大于45％。
6.按照權(quán)利要求5所述的穿孔方法，其特征在于纖維含量按體積計大于55％。
7.按照上述權(quán)利要求其中之一所述的穿孔方法，其特征在于一個通孔(22)的縱向軸線與圓筒(10)上對應(yīng)孔(22)所在位置處的一個切面(1)形成一角度β，情況是β≠90°。
8.按照上述權(quán)利要求其中之一所述的穿孔方法，其特征在于圓筒(10)的壁厚(d)，一個孔(22)的液力直徑(D)和角度α之間的關(guān)系是d≥D/cosα，上述角度α是孔(22)的縱向軸線與圓筒(10)上孔(22)所在位置處的切面(1)形成的。
9.按照上述權(quán)利要求其中之一所述的穿孔方法，其特征在于圓筒(10)的壁厚(d)與圓筒(10)工作側(cè)上一個孔(22)的最大半徑(rmax)的比值大于1.15。
10.按照上述權(quán)利要求其中之一所述的方法，其特征在于薄膜(14)另一個分段同時壓花，穿孔圓筒(10)的外表面還包括一個凸起區(qū)(16)。
11.用于生產(chǎn)一種供穿孔薄膜用的穿孔圓筒的方法，上述方法包括以下步驟借助于高能輻射在用纖維增強塑料制成的薄壁式空心圓筒(10)上形成若干孔(22)，上述纖維增強塑料的纖維沿至少一個方向定向。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于各孔(22)以下述方式形成，以便一個連續(xù)孔(22)的縱向軸線與圓筒(10)上對應(yīng)孔(22)所在位置處的切面(1)形成一個角度β，β≠90°。
13.按照權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于各孔(22)以下述方式形成，以使圓筒的壁厚(d)，一個孔(22)的液力直徑(D)和角度α之間的關(guān)系是d≥D/cosα，上述角度α是孔(22)的縱向軸線與圓筒(10)上孔(22)所在位置處的一個切面(1)形成。
14.按照上述權(quán)利要求11-13其中之一所述的方法，其特征在于各孔(22)以下述方式形成，以使圓筒(10)的壁厚(d)與工作側(cè)上一個孔(22)的最大半徑(rmax)的比值大于1.15。
15.用于給薄膜穿孔的穿孔圓筒，包括一個空心圓筒(10)，上述空心圓筒(10)設(shè)置若干被一些間隔(24)分開的通孔(22)，并且由纖維增強塑料制成，其特征在于穿孔圓筒是一種薄壁式圓筒，且纖維增強塑料中的纖維沿至少一個方向定向。
16.按照權(quán)利要求15所述的穿孔圓筒，其特征在于圓筒的總壁厚是在0.010-1mm范圍內(nèi)的總壁厚。
17.按照權(quán)利要求15所述的穿孔圓筒，其特征在于圓筒的總壁厚是在0.010-0.700mm范圍內(nèi)的總壁厚。
18.按照權(quán)利要求15所述的穿孔圓筒，其特征在于圓筒的總壁厚是在0.020-0.300mm范圍內(nèi)的總壁厚。
19.按照上述權(quán)利要求15-18其中之一所述的穿孔圓筒，其特征在于纖維含量按體積計大于45％。
20.按照權(quán)利要求19所述的穿孔圓筒，其特征在于纖維含量按體積計大于55％。
21.按照上述權(quán)利要求15-20其中之一所述的穿孔圓筒，其特征在于一個通孔(22)的縱向軸線與圓筒(10)上對應(yīng)孔(22)所在位置處的一個切面(1)形成一個角度β，設(shè)定β≠90°。
22.按照上述權(quán)利要求15-21其中之一所述的穿孔圓筒，其特征在于圓筒(10)的壁厚(d)，一個孔(22)的液力直徑(D)和角度α之間的關(guān)系是d≥D/cosα，上述角度α是孔(22)的縱向軸線與圓筒(10)上孔(22)所在位置處的切面(1)形成的。
2 3.按照上述權(quán)利要求15-22其中之一所述的穿孔圓筒，其特征在于圓筒(10)的壁厚(d)與工作側(cè)上一個孔(22)的最大半徑(rmax)的比值為大于1.15。
24.按照上述權(quán)利要求15-23其中之一所述的穿孔圓筒，其特征在于各通孔(22)具有不同的直徑。
25.按照上述權(quán)利要求15-24其中之一所述的穿孔圓筒，其特征在于圓筒還包括至少一個用于給薄膜壓花的凸起區(qū)(16)。
全文摘要
用于給一種薄膜(14)，尤其是一種塑料膜穿孔的方法。在上述方法中把薄膜(14)導(dǎo)引在一個穿孔圓筒(10)上，結(jié)果是在薄膜(14)中形成若干穿孔，采用一種薄壁式空心圓筒(10)，所述薄壁式空心圓筒(10)包括至少一層(52)纖維增強的塑料，所述纖維增強塑料層中的纖維至少沿一個方向定向。這種類型的纖維增強式圓筒具有所需的剛度并且價格不貴。
文檔編號B29C59/02GK1538898SQ02811917
公開日2004年10月20日 申請日期2002年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月12日
發(fā)明者K·J·范維佩倫, B·P·迪貝爾斯, K J 范維佩倫, 迪貝爾斯 申請人:斯托克印刷公司