專利名稱：冷卻擠出的塑料薄膜軟管的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于冷卻擠出的塑料薄膜軟管—即吹制的管狀塑料薄膜—的方法和裝置。這種塑料薄膜軟管可以用于例如包裝各種產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
已知在常規(guī)的塑料薄膜軟管生產(chǎn)的方法中(US-PS 5,607,639)，薄膜軟管由從擠出機(jī)噴嘴的拉拔孔中連續(xù)地?cái)D出的薄膜材料制成，所述薄膜軟管在通過吹制而適當(dāng)?shù)匮由觳⒍ㄏ蚝髮⒈豢焖倮鋮s。冷卻通常借助于冷卻薄膜軟管外表面的冷卻環(huán)和/或冷卻薄膜軟管內(nèi)表面的單元而利用氣流進(jìn)行。各冷卻單元均通過傳熱從薄膜吸取熱量。
US-PS 6,068,462公開了一種用于連續(xù)生產(chǎn)吹制的薄膜軟管的裝置，該裝置在靠近擠出機(jī)噴嘴的拉拔孔處分別設(shè)有第一內(nèi)部冷卻單元和第一外部冷卻單元，該裝置在薄膜軟管的上部設(shè)有第二內(nèi)部冷卻單元。第一內(nèi)部冷卻單元由一系列同心的盤件制成，沿盤件外緣設(shè)有徑向槽狀空氣出口。外部冷卻單元也包括盤件，沿盤件內(nèi)緣設(shè)有徑向環(huán)狀空氣出口。冷卻劑空氣流通過上部出口從軟管的內(nèi)側(cè)排出。
關(guān)于薄膜生產(chǎn)，從擠出機(jī)噴嘴擠出的熔融薄膜的溫度一般在150℃至180℃之間；因此，在第一步驟中必須將不穩(wěn)定的薄膜快速冷卻至約80℃至100℃，以使其固化；然后在第二步驟中將薄膜冷卻至約20℃至25℃的保存溫度，以防止收縮并防止薄膜層粘結(jié)在一起；然后將其卷起。但在上述薄膜冷卻過程中，利用穿過徑向出口流出的空氣流不能總是確?？焖俸途鶆虻谋∧だ鋮s。在薄膜速度較高的情況下這尤其成問題，因?yàn)樵谶@種情況下可用的冷卻時(shí)間較短；這意味著，目前薄膜冷卻是整個(gè)薄膜生產(chǎn)技術(shù)中關(guān)鍵的一環(huán)。如上所述，對(duì)于常規(guī)的冷卻技術(shù)，最大的可用薄膜速度是約120m/min，這是進(jìn)一步提高產(chǎn)量的障礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是消除上述缺陷，即提出一種改進(jìn)的技術(shù)，其中，與上述常規(guī)方案相比，根據(jù)本方案從擠出機(jī)噴嘴中擠出的薄膜產(chǎn)品可被更快速、更均勻、更有效地冷卻。另一目的是通過提高薄膜冷卻效率而從整體上提高薄膜生產(chǎn)的生產(chǎn)率。
本發(fā)明提供了一種冷卻擠出的塑料薄膜軟管的方法，其中，通過沿薄膜軟管的內(nèi)和/或外裙部傳送加壓冷卻劑來將薄膜軟管—在所述薄膜軟管剛被從擠出機(jī)裝置的拉拔孔中連續(xù)擠出并通過壓力介質(zhì)膨脹至預(yù)定的尺寸后—冷卻至規(guī)定的溫度，所述冷卻劑主要是空氣并在拉拔孔區(qū)域輸入。該冷卻劑空氣在拉拔孔區(qū)域沿薄膜軟管的切向輸入，以從內(nèi)部和/或外部冷卻薄膜軟管；由于沿著薄膜軟管的內(nèi)部和/或外部表面作用在冷卻劑上的離心力以及由于冷卻劑流不同部分之間的密度差和壓力差，冷卻劑以螺旋冷卻劑流的形式從切向入口前進(jìn)至出口。在進(jìn)行外部冷卻的情況下，應(yīng)用帶有切向入口的環(huán)狀通道，該通道由與薄膜軟管的外裙部表面保持一定徑向距離的管狀套筒界定。
優(yōu)選地，同時(shí)使用流向相反的內(nèi)、外螺旋冷卻劑流。
在冷卻的最后階段或者最后階段剛結(jié)束時(shí)，可在至少兩處(或更多處)沿縱向?qū)⑷匀痪哂兄鶢钚螤畹谋∧ぼ浌芮虚_，并將這樣制成的扁平薄膜帶一個(gè)一個(gè)地卷起。
根據(jù)本發(fā)明，用于冷卻擠出的薄膜軟管的裝置設(shè)置在擠出機(jī)噴嘴的拉拔孔區(qū)域、并具有至少一個(gè)內(nèi)部和/或外部冷卻單元，所述冷卻單元設(shè)置在待生產(chǎn)的薄膜軟管的內(nèi)部空間中并/或沿該薄膜軟管的外裙部設(shè)置，該裝置還設(shè)有與冷卻劑供應(yīng)源相連的入口和出口。外部和/或內(nèi)部冷卻單元具有至少一個(gè)沿薄膜軟管的切向布置的入口，以便輸入冷卻劑尤其是冷空氣。此外，在使用外部冷卻單元的情況下，所述裝置還設(shè)有由待冷卻的薄膜軟管的外裙部表面從內(nèi)部界定并由套筒從外部界定的環(huán)狀通道。
在本裝置的優(yōu)選實(shí)施例中，外部冷卻單元的環(huán)狀通道從外部有利地通過拱形邊界部件，尤其是管狀套筒和/或錐形的斗形件限定。
外部冷卻單元可設(shè)有同軸地安裝在擠出機(jī)噴嘴上的冷卻劑分配筒，其切向入口與同軸地環(huán)繞薄膜軟管的槽狀輸入通道連通，然后，該輸入通道與環(huán)狀通道連通。
內(nèi)部冷卻單元可以配備冷卻劑分配單元，該冷卻劑分配單元沿薄膜軟管的內(nèi)裙部圓周設(shè)有帶切向空氣入口的噴嘴，所述噴嘴連接到有利地可控制的加壓空氣供應(yīng)源，并且噴嘴的徑向位置可在待冷卻的薄膜軟管的內(nèi)部空間中調(diào)節(jié)。此外，內(nèi)部空間中可在噴嘴的相對(duì)端設(shè)置移除管，該移除管在排放端開口以便從薄膜軟管的內(nèi)部空間中移去排放的冷卻劑；該移除管的另一端連接到(有利地為可控的)真空源。
申請(qǐng)人在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)通過使沿切向輸入的加壓冷卻劑流形成螺旋冷卻劑流從而在冷卻劑和薄膜之間產(chǎn)生相對(duì)速度差，就可對(duì)薄膜進(jìn)行不同于常規(guī)方案的基本原理和裝置的意想不到的有效冷卻。由此產(chǎn)生在外部環(huán)狀通道—有利地具有光滑壁—內(nèi)和/或薄膜的內(nèi)部空間內(nèi)的冷卻劑流因作用于冷卻介質(zhì)中的粒子的離心力并因不同溫度的介質(zhì)的各部分的溫度差和壓力差，而被強(qiáng)制沿螺旋軌跡運(yùn)動(dòng)；介質(zhì)將以這種方式通過環(huán)狀空間上升至出口。
根據(jù)本發(fā)明，由于切向的冷卻劑入口，所以在冷卻劑介質(zhì)流的較熱和較冷部分的溫度差和壓力差的作用下產(chǎn)生了上述螺旋冷卻劑流，這是本發(fā)明的重要部分。因而，沿切向以預(yù)定速度輸入的冷卻劑被強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)并沿螺旋軌跡穿過環(huán)狀空間；從而，冷卻劑的粒子受到離心力的作用。
然而，根據(jù)申請(qǐng)人的實(shí)驗(yàn)，由于離心力和冷卻劑冷部與熱部之間的密度差，在給定的橫切面內(nèi)，冷卻劑螺旋氣流包括若干層。眾所周知，冷空氣的密度較高(因而較重)，因而離心力對(duì)其的作用較大，所以沿環(huán)狀空間流動(dòng)的介質(zhì)中較冷的層總是位于環(huán)狀空間的徑向外側(cè)。根據(jù)上述原理，本發(fā)明的裝置按以下方式工作有利地以相反的流向、高速并總是沿切向地將不同溫度的介質(zhì)例如氣體輸送至柱狀空間，例如薄膜軟管的外部環(huán)狀通道和內(nèi)部環(huán)狀空間中。將起初較冷的介質(zhì)從下方(在垂直裝置的情況下)沿切向輸入，以使由于介質(zhì)受熱而上升的氣流不僅不阻礙反而進(jìn)一步促進(jìn)螺旋式介質(zhì)流動(dòng)。另一方面，基于同樣的考慮，將起初較熱的介質(zhì)沿切向輸入環(huán)狀空間上方，以使由于冷卻而下降的空氣流也能促進(jìn)介質(zhì)的螺旋式流動(dòng)。
已知可以在流動(dòng)的氣體和固體之間通過“消耗傳熱”的方式進(jìn)行熱能的傳遞。在這種情況下，熱傳遞包括通過流動(dòng)的粒子進(jìn)行的熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流。所以，熱能使與固體接觸的氣體粒子升溫，由此升溫的粒子傳遞熱量。這樣的熱傳遞較快，因?yàn)橥ㄟ^氣體運(yùn)動(dòng)可較快地傳遞熱能。這樣，靜止的空氣(具有絕熱性能)將通過流動(dòng)而變成良好的傳熱介質(zhì)。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)，單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量取決于傳熱系數(shù)、傳熱面、傳熱介質(zhì)的溫度以及薄膜的溫度。然而，因?yàn)樾枰粩嗟貜拇髿馕肟諝獠⑾虼髿馀懦隹諝猓孕枰笕萘康目諝饫鋮s劑系統(tǒng)以產(chǎn)生冷卻劑空氣。另一方面，例如為了在薄膜生產(chǎn)過程中獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品，必須遵從特定的幾何條件和比例，因而傳熱表面不能改變；這意味著，薄膜的表面是給定的(恒定的)。第三，可以在一定范圍內(nèi)改變傳熱系數(shù)。對(duì)于空氣，傳熱系數(shù)主要受相對(duì)濕度和空氣流速(薄膜和空氣之間的相對(duì)速度差)的影響。傳熱的程度會(huì)受到上述兩個(gè)因素的顯著影響。靜止的干燥空氣的傳熱系數(shù)為約5W/m2K，而潮濕的、劇烈流動(dòng)的空氣的傳熱系數(shù)為約250W/m2K。因而，通過改變傳熱系數(shù)，可使所去除的熱量增加多達(dá)50倍。
申請(qǐng)人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，冷卻劑氣體的速度受到薄膜強(qiáng)度的限制。然而，根據(jù)本發(fā)明，通過沿切向輸入冷卻劑，可以將薄膜和冷卻劑之間的速度差提高到驚人的程度。此外，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，影響薄膜軟管的來自螺旋冷卻劑流的離心力也對(duì)薄膜軟管的穩(wěn)定性有著有利的影響，從而帶來令人驚異的額外的技術(shù)效果。


下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，附圖以舉例的方式示出本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，其中圖1至圖4概略性地示出根據(jù)本發(fā)明的薄膜冷卻系統(tǒng)的四個(gè)實(shí)施例的理論操作和布置；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的薄膜冷卻系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的垂直剖面圖；圖6示出薄膜和冷卻空氣的速度矢量三角形的圖表；圖7是另一個(gè)示出速度差矢量的絕對(duì)值的圖表；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的螺旋冷卻劑流的層結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
圖1至圖4示出根據(jù)本發(fā)明的用于薄膜冷卻的方法和裝置的理論解釋和一些潛在的實(shí)現(xiàn)方式。
參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明的冷卻技術(shù)的第一實(shí)施例示出了一種內(nèi)部冷卻剛從擠出機(jī)噴嘴孔(未示出)擠出的薄膜軟管F的技術(shù)。作為冷卻劑的加壓空氣沿橫切向輸入(與傳統(tǒng)的沿徑向和沿與軟管前進(jìn)的向上方向平行的方向傳送冷卻劑的方式形成鮮明的對(duì)比)。這樣，通過切向入口使冷卻劑流渦動(dòng)(旋轉(zhuǎn))，從而，根據(jù)本發(fā)明，由于影響著沿薄膜軟管F內(nèi)表面的冷卻劑流的離心力、以及冷卻劑流不同部分之間的密度差和壓力差，冷卻劑流將在薄膜軟管F的柱狀內(nèi)部空間中沿螺旋狀軌跡(如實(shí)線所示)流動(dòng)。因而，如申請(qǐng)人的實(shí)驗(yàn)所示，向上朝公知的引出輥對(duì)H前進(jìn)的薄膜軟管和沿螺旋形路線向上流動(dòng)的冷卻劑流之間的速度差顯著增加。
需要注意的是，薄膜軟管F的外裙部表面(被以受控的方式從內(nèi)部冷卻)還接觸大氣環(huán)境，因此薄膜軟管F在一定程度上也被從外部冷卻。在薄膜軟管F內(nèi)從下向上前進(jìn)(并同時(shí)受熱)的內(nèi)部冷卻劑空氣流通過在該薄膜軟管F內(nèi)同軸設(shè)置的中心管C的上部出口而被吸走(如虛線所示)。在圖1的頂部，引出輥對(duì)H用于在薄膜軟管F被卷起前將其壓延。
在根據(jù)圖2的實(shí)施例中，只進(jìn)行了與圖1所示方案類似的內(nèi)部冷卻，其中，冷卻劑空氣流同樣是通過至少一個(gè)切向入口從下方被推動(dòng)進(jìn)入薄膜軟管F的內(nèi)部空間(如箭頭所示)，并且同樣(如上所述)產(chǎn)生螺旋冷卻劑流(如實(shí)線所示)。
然而，顯著的區(qū)別在于冷卻劑空氣不是被吹入的，并且也沒有不斷吸出已受熱的空氣，而是在薄膜軟管F的內(nèi)部空間中產(chǎn)生內(nèi)部螺旋式空氣循環(huán)一從而形成較高的速度差。薄膜軟管F內(nèi)部空間中的螺旋空氣流被驅(qū)動(dòng)而穿過布置在薄膜軟管F內(nèi)部空間中央的管子C和空氣/流體熱交換器E。通過使用所述熱交換器E并通過螺旋冷卻劑流，可以從薄膜軟管F中將熱量吸出(例如，利用未示出的熱交換器E的水循環(huán))。上部引出輥對(duì)H具有與上述相同的功能。
根據(jù)圖3所示的第三實(shí)施例，根據(jù)發(fā)明進(jìn)行組合式外部和內(nèi)部薄膜冷卻。薄膜軟管F主要沿外部薄膜表面被冷卻，但該外部冷卻是與內(nèi)部冷卻相結(jié)合的。這個(gè)系統(tǒng)基本上代表了加強(qiáng)的類螺旋式外部冷卻和薄膜軟管F內(nèi)部的空氣循環(huán)的特定組合。
為進(jìn)行外部空氣冷卻，將具有預(yù)定壓力的冷卻空氣流輸入環(huán)狀通道G，該通道由薄膜軟管F的未穩(wěn)定的柱狀段從內(nèi)側(cè)界定，并由柱狀套筒P從外側(cè)界定。在底部切向入口處(如虛線箭頭所示)，冷卻劑空氣在壓力作用下被輸送至環(huán)狀通道G。冷卻劑空氣流將以螺旋的形式從底部切向入口處向上流動(dòng)至環(huán)狀通道G的敞開的上端處的出口(該螺旋流由螺旋狀的細(xì)虛線表示)，在這期間薄膜軟管F被從外部有效地冷卻。
在通過引出輥對(duì)H向上拉動(dòng)薄膜軟管F的過程中，由于薄膜軟管F被從外部冷卻，所以在薄膜軟管F的內(nèi)部空間保持流動(dòng)的內(nèi)部空氣也被冷卻(如螺旋狀的實(shí)線所示)。冷卻的內(nèi)部空氣通過中心管C被引導(dǎo)回薄膜軟管F的下部，從而進(jìn)一步提高了冷卻效率。被引導(dǎo)回下部入口區(qū)域的內(nèi)部空氣流由薄膜軟管F的仍然較熱的未穩(wěn)定段的熱量加熱，當(dāng)該內(nèi)部空氣流到達(dá)回流管C的上端時(shí)，其又變得較涼。
根據(jù)圖1至圖3的實(shí)施例可用于生產(chǎn)任何類型的薄膜軟管F。然而，在需要生產(chǎn)扁平薄膜的情況下，則首先從擠出機(jī)擠出薄膜軟管F并根據(jù)本發(fā)明對(duì)其進(jìn)行冷卻，然后在冷卻過程中或者在其它的操作中(例如圖4所示的工藝)將薄膜軟管F切成兩個(gè)或多個(gè)具有給定尺寸的薄膜條，并且可以將這些薄膜條卷起。
在圖1至圖3中，薄膜軟管F被引出輥對(duì)H壓平，即，該薄膜軟管F變平，然后被以公知的方式卷起。然而，在根據(jù)圖4的方案中，薄膜軟管F不是被壓平，而是被切割裝置(未單獨(dú)示出；例如，旋轉(zhuǎn)切割盤)沿縱向切成具有給定尺寸的帶，所述帶由引出輥對(duì)H引出。
切割步驟可以在冷卻薄膜軟管F的最后階段中進(jìn)行或者在該最后階段之后立即進(jìn)行，在此過程中，在至少兩處或更多處沿縱向?qū)⑷匀还钠鸪芍鶢畹谋∧ぼ浌芮袛啵缓髮⑦@樣制成的薄膜帶一個(gè)一個(gè)地卷起。這樣，不僅提高了冷卻效率，還可以更簡便、更高產(chǎn)地生產(chǎn)扁平薄膜。
對(duì)于圖4中的裝置，根據(jù)本發(fā)明，以如下方式冷卻薄膜軟管F將冷卻劑空氣從下方沿切向輸入并使其沿螺旋軌跡向上流動(dòng)。但通過位于薄膜軟管F內(nèi)并作為“節(jié)流閥”的塞子D來阻止螺旋冷卻劑流自由流出，該塞子D接近彼此隔開一定距離布置的引出輥對(duì)H的高度。溫度升高的冷卻劑空氣可以以受控的方式通過塞子D和冷卻的薄膜軟管F上部已穩(wěn)定部分之間的空隙和/或通過設(shè)在塞子D中的開口(未示出)流出到外部區(qū)域。
在圖4中，塞子D與中心管C相結(jié)合。所以，在這種系統(tǒng)中，只對(duì)薄膜軟管F進(jìn)行內(nèi)部冷卻。這意味著冷卻劑空氣流—從下部切向入口沿切向輸入薄膜軟管F的內(nèi)部空間—將以螺旋流的形式向上流動(dòng)，從而可使流動(dòng)狀態(tài)非常有利并且平穩(wěn)。
此外，可對(duì)圖1至圖4中所示的方案進(jìn)行各種組合和變型。實(shí)驗(yàn)顯示，外部冷卻和內(nèi)部冷卻的組合使用可對(duì)薄膜軟管F進(jìn)行最有效的冷卻并可獲得最高的薄膜生產(chǎn)速度。
上述根據(jù)本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的一個(gè)共同的特征是冷卻氣體一例如空氣—在壓力的作用下沿薄膜軟管F的切向平面輸入，也就是說，橫切于薄膜的前進(jìn)方向。需要注意的是根據(jù)本發(fā)明需要通過作用在沿薄膜軟管的內(nèi)表面和/或外表面的冷卻劑流上的離心力使冷卻劑流靠近薄膜沿弧形的有利地為螺旋狀的軌跡運(yùn)動(dòng)，否則，切向的冷卻劑流易于從薄膜中流出。對(duì)于冷卻劑流的限定方式，將柱狀的吹制薄膜軟管F本身用于內(nèi)部冷卻(參見圖1至4)，而將圍繞薄膜軟管F—優(yōu)選同軸—設(shè)置的外部管狀套筒P用于外部冷卻，該管狀套筒P在薄膜軟管F的外表面和該套筒P的內(nèi)表面之間形成一外部環(huán)狀空間G(參見圖3)。
如果僅分析切向冷卻劑輸入流本身，則可以認(rèn)為冷卻劑流將在薄膜軟管F的切平面內(nèi)沿圓形/環(huán)形軌跡運(yùn)動(dòng)；然而，申請(qǐng)人在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，薄膜軟管F的內(nèi)部空間中或者外部環(huán)狀通道G(也參見下面的圖8)中的冷卻劑流的各部分之間形成有相對(duì)壓力差。這些壓力差可以歸結(jié)為兩個(gè)原因第一，冷卻劑的切向流入；第二，由不同冷卻劑層的不同溫度升高程度導(dǎo)致的冷卻劑流不同層的密度差異。因而，根據(jù)本發(fā)明，傳熱介質(zhì)—即冷卻劑流在環(huán)狀空間內(nèi)也進(jìn)行相對(duì)軸向位移。所以，上述理論上的環(huán)狀“圓形/環(huán)形軌跡”實(shí)質(zhì)上變成了根據(jù)本發(fā)明的冷卻劑流的“螺旋軌跡”，從而產(chǎn)生了意想不到的效果(見下文)。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的裝置1的更詳細(xì)的優(yōu)選實(shí)施例，該裝置設(shè)計(jì)用于冷卻吹制的擠出塑料薄膜軟管F。在工作原理方面，該實(shí)施例對(duì)應(yīng)于圖1和圖3的方案的組合，即同時(shí)進(jìn)行外部冷卻和內(nèi)部冷卻。
在圖5中，裝置1配備有外部冷卻單元1A和內(nèi)部冷卻單元1B。外部冷卻單元1A包括冷卻劑分配筒2，該冷卻劑分配筒安裝在已知的擠出機(jī)的擠出機(jī)噴嘴3(未詳細(xì)示出，僅在圖5中以細(xì)點(diǎn)劃線示出)上。
在薄膜的生產(chǎn)過程中，薄膜軟管F以連續(xù)的薄膜軟管F的形式從擠出機(jī)噴嘴3通過拉拔孔4擠出。在圖5中，在冷卻劑分配筒2的頂部設(shè)有向上成錐形延伸的斗形件5，該斗形件的錐度根據(jù)柱狀薄膜軟管F的膨脹程度選擇，該薄膜軟管離開拉拔孔4后被空氣氣流吹鼓(以公知方式)。
此外，外部冷卻單元1A設(shè)有位于斗形件5上方的外部管狀套筒P，該外部環(huán)狀套筒與薄膜軟管F的已成柱狀的未穩(wěn)定段同軸并保持一定的徑向距離。在本實(shí)施例中，錐狀的斗形件5和柱狀的外部套筒P從外部共同界定環(huán)狀通道G。薄膜軟管F本身構(gòu)成外部環(huán)狀空間G和薄膜軟管F的內(nèi)部空間8之間的“分界壁”。冷卻劑分配筒2設(shè)有切向入口6，該入口與筒2中形成的類似狹槽的環(huán)狀輸送道7相通，該環(huán)狀輸送道與薄膜軟管F的拉拔孔4同軸。
在本例中，在例如1.0MPa的壓力下通過切向入口6和環(huán)狀輸送道7沿切向輸入溫度在10℃至20℃之間的冷卻劑空氣，該旋轉(zhuǎn)的冷卻劑空氣流首先沿切向進(jìn)入由斗形件5界定的外部環(huán)形通道G的下部。在該下部，由于前面已詳細(xì)說明的作用，外部冷卻劑空氣流17將在由斗形件5和套筒P界定的外部環(huán)形通道G內(nèi)沿薄膜軟管F的外表面以螺旋形軌跡上升，從而有效地冷卻薄膜軟管F。(圖中)僅局部示出該螺旋上升的冷卻劑空氣流17(為使圖面更清晰)。在本例中，外部環(huán)形通道G的頂部是敞開的，所以(已經(jīng)被薄膜軟管F的熱量加熱的)冷卻劑空氣流17可以在套筒P的上邊緣處自由地進(jìn)入周圍環(huán)境中(如圖5中虛線箭頭所示)。
根據(jù)圖5，內(nèi)部冷卻單元1B從內(nèi)部對(duì)薄膜軟管F進(jìn)行冷卻。與薄膜軟管F同軸地設(shè)置有一中心冷卻劑移除管C，在本例中該中心冷卻劑移除管的頂端是敞開的并與薄膜軟管F的內(nèi)部空間8相通；該中心冷卻劑移除管的底端與抽吸(排放)單元(未示出)相連。與管C同軸地設(shè)置有一從筒2中伸出的外管9，從而在管C的外表面與外管9的內(nèi)表面之間形成環(huán)狀通道10，在本例中，冷卻劑空氣在壓力的作用下通過該環(huán)狀通道吹入薄膜軟管F的內(nèi)部空間8中(在壓力下輸入的空氣由虛線箭頭示出)。
通道10的上端連接有一冷卻劑分配單元11，該單元包括一可沿徑向調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)(類似于雨傘的骨架)。在本例中，冷卻劑分配單元11包括徑向且傾斜的管子12，所述管子的下端通過密封的鉸鏈?zhǔn)竭B接部連接到通道10，并且各個(gè)管子的外端都設(shè)有至少一個(gè)帶切向冷卻劑流入口13A的噴嘴13。管子12與桿14的徑向外端相鉸接，所述桿14的內(nèi)端與設(shè)置成可沿管C滑動(dòng)的套管15相鉸接。通過軸向移動(dòng)套管15，能對(duì)靠近薄膜軟管F的噴嘴13的徑向位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。
如上所述，通道10的下端連接到一壓縮機(jī)(圖中未示出)，以將溫度為20℃的冷卻劑空氣通過通道10、管子12以及噴嘴13壓入薄膜軟管F的內(nèi)部空間8中。申請(qǐng)人在實(shí)驗(yàn)中所使用的冷卻空氣的壓力是0.4MPa。需要注意的是，所使用的冷卻劑的壓力總是取決于薄膜的厚度；因此，在薄膜較厚的情況下，可以選用較高的輸入空氣壓力；申請(qǐng)人的試驗(yàn)所使用的薄膜厚度值在10至25微米范圍之間。
根據(jù)本發(fā)明，噴嘴13的冷卻劑入口13A與薄膜軟管F的內(nèi)表面相切，并可以相對(duì)于該內(nèi)表面進(jìn)行調(diào)節(jié)。入口13A的冷卻劑流共同形成沿薄膜軟管F的內(nèi)裙部做螺旋運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部螺旋冷卻劑流。這些冷卻劑空氣流16將從下向上流動(dòng)，從而有效地冷卻薄膜軟管F。(內(nèi)部螺旋冷卻劑流16在圖5中由虛線部分示出)。
在內(nèi)部空間8中略微升溫的內(nèi)部螺旋冷卻劑流16中的空氣通過移除管C的頂端排出(如圖5中虛線箭頭所示)，為此，申請(qǐng)人在實(shí)驗(yàn)中使用了氣壓為0.07MPa的真空裝置。在冷卻劑移除管C的下端連接有真空泵(未示出)。
在圖5中，在外部環(huán)狀通道G中連續(xù)使用至少一種向上流動(dòng)的螺旋冷卻劑流17；在內(nèi)側(cè)，內(nèi)部螺旋冷卻劑流16也以螺旋形式上升，但其旋轉(zhuǎn)方向與氣流17相反。在內(nèi)側(cè)和外側(cè)使用的方向相反的螺旋冷卻劑空氣流16和17除了進(jìn)行有效的冷卻之外，還對(duì)薄膜軟管F的未穩(wěn)定的塑料材料的定向特別有利，因?yàn)樗隹諝饬魇贡∧ぼ浌蹻集中并確保沿裙部產(chǎn)生的內(nèi)部作用和外部作用相平衡，這意味著所述空氣流有利于使薄膜軟管F在縱向和橫向方向上的延伸以及壁厚保持均勻，與傳統(tǒng)工藝相比，這可確保很高的產(chǎn)品質(zhì)量。
根據(jù)申請(qǐng)人的實(shí)驗(yàn)，通過圖5所示的裝置可獲得意想不到的薄膜冷卻效果，這能夠進(jìn)一步提高薄膜生產(chǎn)速度—甚至是較大程度的提高，從而對(duì)當(dāng)前所使用的擠出機(jī)械的生產(chǎn)率起到重要的作用。需要注意的是，甚至可以通過經(jīng)由移除管C排出內(nèi)部空間8中的空氣來同時(shí)對(duì)薄膜軟管的直徑進(jìn)行控制。此外，該方法還可用于將薄膜軟管F的直徑保持在一恒定值，這在擠出薄膜生產(chǎn)中是另一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，關(guān)于速度矢量三角形(如圖6所示)的理論解釋，應(yīng)該指出，冷卻劑空氣的流速表示為Vl，薄膜軟管F的推進(jìn)速度表示為Vf，其間的夾角表示為α，速度差矢量表示為Vd。
首先，對(duì)其中冷卻劑空氣沿與薄膜軟管平行的方向推進(jìn)的裝置進(jìn)行分析。在這種情況下，速度差與速度矢量的絕對(duì)值之差相同。圖6中，該速度差矢量也表示為Vd。換句話說，這意味著，如果空氣的速度為例如100m/min，薄膜的速度是50m/min，則速度差Vd即為50m/min。但是，如果將冷卻劑空氣沿相對(duì)于薄膜成α角的方向輸入，那么速度差將仍是速度矢量的差，當(dāng)然這個(gè)差值大于速度絕對(duì)值之間的差值。
如果將冷卻劑沿與薄膜(的前進(jìn)方向)相反的方向輸入，則將產(chǎn)生最大的速度差。在這種情況下，(速度差)將是對(duì)絕對(duì)值的總和。據(jù)申請(qǐng)人觀察，在實(shí)踐中使兩個(gè)速度矢量垂直(α＝90°)似乎可得到切實(shí)可行的最大效果(參見圖6)，從而最大速度差可以較高，在使用上述數(shù)據(jù)的情況下約為111m/min。
因而，圖6清楚地示出如果薄膜和冷卻劑各自的速度矢量Vf和Vl之間包括給定的夾角α，則可以以公知方式很容易地確定速度差矢量Vd。因而，夾角α和速度差矢量之間是余弦函數(shù)關(guān)系。
如果在上述示例中薄膜速度是50m/min、空氣速度是100m/min，則速度差矢量(Vd)的絕對(duì)值將是夾角α的根據(jù)圖7中圖表的函數(shù)。該圖表清楚地示出(對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言)提高速度差Vd可明顯增大傳熱系數(shù)。但冷卻(劑)輸出(量)也會(huì)增加。此外，通過增加冷卻輸出，可使薄膜的前進(jìn)速度與薄膜擠出的生產(chǎn)率一起提高。這將給薄膜生產(chǎn)者帶來重要的附加效果，因?yàn)榈侥壳盀橹贡∧に俣扔捎诒∧だ鋮s技術(shù)的不足而受限。
圖8示出圖5中的外部環(huán)形通道G和內(nèi)部空間8的細(xì)部(以較大的比例)，還示出了各個(gè)部分—即螺旋冷卻劑流16和17各自的徑向?qū)印Ｔ诒∧ぼ浌蹻和外部環(huán)狀套筒P之間的外部環(huán)形通道G中，冷卻劑流17的層這樣形成并定位最靠近外部套筒P的是層h—即空氣流中最冷的部分，最靠近薄膜軟管F的是層m—即空氣流中最熱的部分。另一方面，對(duì)于薄膜軟管F的內(nèi)部空間8中的螺旋冷卻劑流16，在徑向上最靠外的層h是氣流中最冷的部分，而最熱的層m位于離薄膜軟管F最遠(yuǎn)的位置。所以，由于外部環(huán)狀通道G中的氣流17的最熱的層m與薄膜軟管F接觸，而同時(shí)在另一側(cè)—即在內(nèi)部空間8中，氣流16的最冷的層h離薄膜軟管F最近，因此進(jìn)一步提高了傳熱效率。
最后，申請(qǐng)人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果清楚地示出，根據(jù)本發(fā)明的傳熱方法和裝置可有效地提高薄膜冷卻的效率。除上述實(shí)施例外，還可以在權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明的方案進(jìn)行各種變型和組合。如上所述，本發(fā)明可以在實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。即使在現(xiàn)有的擠出機(jī)中，也可以以較低的成本非常方便地使用該裝置。
所用標(biāo)號(hào)的列表F-薄膜軟管4-拉拔孔C-管子5-斗形件H-引出輥對(duì)6-切向入口E-熱交換器7-環(huán)狀輸送道G-環(huán)狀通道8-內(nèi)部空間P-套筒9-管子D-塞子10-通道Vl-冷卻劑速度矢量11-冷卻劑分配單元Vf-薄膜速度矢量 12-管子Vd-速度差矢量13-噴嘴α-夾角 13A-入口1-薄膜軟管冷卻裝置14-桿1A-外部冷卻單元 15-套管1B-內(nèi)部冷卻單元 16-內(nèi)部螺旋冷卻劑流2-冷卻劑分配筒17-外部螺旋冷卻劑流3-擠出機(jī)噴嘴
權(quán)利要求
1.一種冷卻擠出的塑料薄膜軟管的方法，包括以下步驟(a)向剛從用于連續(xù)擠出吹制的薄膜軟管的裝置一主要是擠出機(jī)噴嘴一的拉拔孔擠出的薄膜軟管的未穩(wěn)定段輸送加壓的冷卻劑一主要是冷卻空氣；(b)使加壓冷卻劑通過切向入口進(jìn)入薄膜軟管未穩(wěn)定段的內(nèi)部和/或外部表面上的切向冷卻劑流中，以便從內(nèi)部和/或外部冷卻薄膜軟管的未穩(wěn)定段從而使其穩(wěn)定；(c)利用作用在沿著薄膜軟管的內(nèi)部和/或外部表面的冷卻劑流上的離心力，并利用冷卻劑流不同部分之間的密度差和壓力差，在冷卻劑入口至出口之間使切向冷卻劑流形成至少一個(gè)螺旋冷卻劑流；(d)在進(jìn)行外部冷卻的情況下，使用與薄膜軟管的外裙部表面隔開一定徑向距離的管狀套筒來提供環(huán)形通道，以用于外部螺旋冷卻劑流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，同時(shí)使用優(yōu)選流向相反的內(nèi)部螺旋冷卻劑流和外部螺旋冷卻劑流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在冷卻和穩(wěn)定步驟的最后階段中或該階段剛結(jié)束時(shí)，在至少兩個(gè)位置將管狀薄膜軟管沿縱向切開，以形成扁平薄膜帶。
4.一種冷卻擠出的塑料薄膜軟管的裝置，該裝置設(shè)置在擠出機(jī)噴嘴的拉拔孔區(qū)域，所述裝置包括(a)設(shè)置在待制造的薄膜軟管的內(nèi)部空間中的內(nèi)部冷卻單元和/或沿該薄膜軟管的外裙部設(shè)置的外部冷卻單元；(b)至少一個(gè)連接到冷卻劑供應(yīng)源的冷卻劑入口，以及用于各內(nèi)部和/或外部冷卻單元的出口；所述冷卻劑入口設(shè)置成與薄膜軟管相切，以便按切向氣流的形式輸送冷卻劑，尤其是冷卻空氣，從而通過作用在沿著薄膜軟管的內(nèi)部和/或外部表面的冷卻劑流上的離心力，并通過冷卻劑流不同部分之間的密度差和壓力差，在冷卻劑入口至出口之間使切向冷卻劑流形成螺旋冷卻劑流，以從外部和/或內(nèi)部冷卻薄膜軟管的未穩(wěn)定段；(c)在具有外部冷卻單元的情況下的用于外部螺旋冷卻劑流的環(huán)狀通道，該通道由待冷卻的薄膜軟管的外裙部表面從內(nèi)部界定，并由管狀元件從外部界定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，外部冷卻單元的環(huán)狀通道由套筒和/或錐形的斗形件從外部界定。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于，外部冷卻單元設(shè)有同軸地安裝在擠出機(jī)噴嘴上的冷卻劑分配筒，該分配筒的切向入口與同軸地圍繞薄膜軟管的槽狀輸送道連通，然后，該輸送道與環(huán)狀通道連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，內(nèi)部冷卻單元設(shè)有空氣分配單元，該分配單元沿薄膜軟管的內(nèi)圓周設(shè)有帶切向空氣入口的噴嘴，所述噴嘴連接到加壓冷卻劑供應(yīng)源，并且噴嘴的徑向位置可以在薄膜軟管的內(nèi)部空間中調(diào)節(jié)；此外，內(nèi)部空間中在噴嘴的相對(duì)端設(shè)有移除管，該移除管在排放端開口以排出冷卻劑，該移除管的另一端連接到真空提供裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冷卻擠出的塑料薄膜軟管(F)的方法，通過沿薄膜軟管(F)的內(nèi)部和/或外裙部輸送加壓的冷卻劑而使該薄膜軟管冷卻。在一拉拔孔(4)區(qū)域?qū)⒗鋮s劑沿薄膜軟管(F)的切向輸入，通過作用在沿著薄膜軟管(F)的內(nèi)部和/或外部表面的冷卻劑上的離心力，并通過冷卻劑不同部分之間的密度差和壓力差將由此產(chǎn)生的冷卻劑而以螺旋氣流(16、17)的形式從切向入口(6)輸送至出口。所述裝置(1)包括裝配有冷卻劑分配單元(11)的內(nèi)部冷卻單元(1B)，該冷卻劑分配單元設(shè)有帶切向入口(13A)的噴嘴(13)。所述裝置的外部冷卻單元(1A)具有切向入口(6)，該切向入口與環(huán)繞薄膜軟管(F)并由管狀元件(5、P)界定的環(huán)狀通道(G)連通。
文檔編號(hào)B29C47/88GK1798644SQ200480015026
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者A·佩茨, T·伊萊什 申請(qǐng)人:Dr－派克Ⅱ有限公司