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CN101808799A - 熔体挤出机和用于制备热塑性树脂膜的方法 - Google Patents

熔体挤出机和用于制备热塑性树脂膜的方法 Download PDF

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CN101808799A CN200880108663A CN200880108663A CN101808799A CN 101808799 A CN101808799 A CN 101808799A CN 200880108663 A CN200880108663 A CN 200880108663A CN 200880108663 A CN200880108663 A CN 200880108663A CN 101808799 A CN101808799 A CN 101808799A
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Abstract

当从加料斗供应非晶态热塑性树脂时，树脂通过机筒中的螺杆而旋转，并且产生摩擦热。考虑到这一点，在本发明的一个方面的熔体挤出机中，产生特别高的摩擦热的温度控制区恒定地通过冷却装置冷却且通过加热装置加热以获得目标温度，从而显著地降低机筒温度变化。这可以稳定螺杆前端压力，并且降低从机筒排出的树脂膜的厚度的变化。

Description

熔体挤出机和用于制备热塑性树脂膜的方法
技术领域
本发明涉及一种熔体挤出机和用于制备热塑性树脂膜的方法，更具体地，涉及一种适用于非晶态热塑性树脂的熔体挤出机和用于制备热塑性树脂膜的方法。
背景技术
热塑性树脂的纤维素树脂膜如酰化纤维素膜以下列这样的方式形成：熔体挤出机熔化纤维素树脂并且将树脂挤出到模头中，并且将熔融的树脂从模头中以膜的形状排出，并且冷却和凝固树脂。
为了保持热塑性树脂膜的恒定质量，熔体挤出机被分成多个温度控制区，并且每一个温度控制区被控制为目标温度。关于熔体挤出机的温度控制装置，专利文献1公开了将加热器放置在机筒周围，在加热器周围安置用于冷却介质的通道，并且当树脂温度超过目标值时，冷却介质被供给到通道中以控制温度。
此外，专利文献2公开了将加热器放置在机筒的外围，并且将冷却水在结合到机筒中的螺杆中循环以控制温度。
专利文献1：日本专利申请公开2004-314399
专利文献2：日本专利申请公开10-109351
发明内容
本发明所要解决的问题
当通过熔体挤出机将非晶态热塑性树脂熔体挤出时，在供给部中的机筒温度变化引起螺杆前端压力的变化。因此，在供给部中的温度调节是重要的。
然而，在专利文献1中的熔体挤出机中，在将冷却介质供给到机筒中时，机筒被突然地冷却，这引起大的温度变化直至达到恒定的温度。
此外，在专利文献2中的熔体挤出机中，将在螺杆中循环的冷却水用于冷却，因此熔融的树脂对冷却水的温度敏感，并且机筒温度的精确控制是困难的。
本发明是考虑到这些情形而实现的，并且其一个目的是提供一种机筒温度变化小并且螺杆前端压力变化小的熔体挤出机，以及使用该设备制备热塑性树脂膜的方法。
解决问题的手段
为了达到该目的，本发明第一方面提供一种熔体挤出机，其包括：机筒；螺杆，所述螺杆结合到所述机筒中；加料斗，所述加料斗被安置在所述机筒的基端并且供应非晶态热塑性树脂；熔融树脂排出口，所述熔融树脂排出口被安置在所述机筒的前端；和温度检测装置、环绕所述机筒的加热装置和环绕所述加热装置的冷却装置，所述温度检测装置、所述加热装置和所述冷却装置被安置在沿着所述机筒的长度分开的多个温度控制区中，其中控制所述冷却装置和所述加热装置，使得所述冷却装置恒定地进行冷却并且所述加热装置进行加热，以在位于所述加料斗那侧的至少一个温度控制区中获得目标温度。
当从所述加料斗供应非晶态热塑性树脂时，树脂通过机筒中的螺杆而旋转，并且产生摩擦热。考虑到这一点，在本发明中，产生特别高的摩擦热的温度控制区恒定地通过冷却装置冷却且通过加热装置加热以获得目标温度，从而显著地降低机筒温度变化。这可以稳定螺杆前端压力，并且降低从机筒排出的树脂膜的厚度的变化。
在根据本发明的第二方面的熔体挤出机中，在第一方面中加热装置具有使用AC功率调节器控制加热器的输出的系统。该输出通过AC功率调节器控制，因此可以连续地变化。这允许精确的温度控制。
在根据本发明的第三方面的熔体挤出机中，在第二方面中加热器的输出的平均值为10％至90％。加热器的输出的10％至90％的平均值允许在快速响应的情况下进行控制。
在根据本发明的第四方面的熔体挤出机中，在第一至第三方面中控制冷却装置，以使用恒定流量和恒定温度的介质恒定地进行冷却。使用恒定流量和恒定温度的介质恒定地进行冷却允许采用较简单的冷却装置和控制系统进行温度控制。
在根据本发明的第五方面的熔体挤出机中，在第一至第三方面中控制冷却装置，以基于温度检测装置的检测结果改变介质的流量和温度中的至少一个并且恒定地进行冷却。基于检测机筒温度的温度检测装置的检测结果改变流量或温度，从而降低加热装置的操作率(operating rate)，并且允许高精度的温度控制。
在根据本发明的第六方面的熔体挤出机中，在第一至第三方面中所述设备还包括检测冷却装置的介质的进入和返回之间的温差的温度检测装置，并且冷却装置受到控制，以基于温度检测装置的检测结果改变介质的流量和温度中的至少一个并且恒定地进行冷却。
检测介质的进入和返回之间的温差，并且基于结果改变介质的流量或温度，从而允许高精度的温度控制。
在根据本发明的第七方面的熔体挤出机中，在第四至第六方面中介质是冷却剂。
在根据本发明的第八方面的熔体挤出机中，在第四至第六方面中介质是空气。
适用于冷却装置的介质是如上定义的。
本发明的第九方面提供一种用于制备热塑性树脂膜的方法，所述方法包括以下步骤：使用根据第一至第八方面中任一项的熔体挤出机，熔化热塑性树脂并且将所述树脂从模头中熔体挤出为膜的形状；将熔体挤出的膜状热塑性树脂流延；和卷绕流延的热塑性树脂。
在第九方面中，可以将根据第一至第八方面中任一项的熔体挤出机用于稳定螺杆前端压力且获得厚度变化小的热塑性树脂膜。
发明效果
根据本发明，热塑性树脂的熔体挤出可以在机筒温度变化很小并且螺杆前端压力稳定的情况下进行。
附图简述
图1是熔体挤出设备的示意性构造图；和
图2是应用于本发明的膜生产设备的构造图。
符号说明
10    熔体挤出机
12    机筒
14    螺杆
16    热塑性树脂
18    加料斗
20、22、24、26、28    加热装置
30、32、34、36、38    冷却装置
40、42、44、46、48    温度检测装置
50、52、54、56、58    温度控制装置
60    供应口
62    排出口
64    管道
66    模头
68、70、72    冷却辊
74    剥离辊
76    卷绕机
实施本发明的最佳方式
下面将采用优选实施方案描述本发明。但是，可以在不偏离本发明的范围内以各种方式进行变化，并且可以使用与该实施方案不同的实施方案。因此，在本发明范围内的所有变化均被权利要求覆盖。在本说明书中，以″至″表示的数值范围表示包括″至″之前和之后的数值的范围。
图1是根据本发明的熔体挤出机的示意性构造图。熔体挤出机10包括机筒12，以及结合到机筒12中的螺杆14。螺杆14在其基端(base end)连接至未示出的螺杆驱动电动机，并且通过螺杆驱动电动机旋转地驱动。
用于将非晶态热塑性树脂16供应到机筒12的加料斗18被安装到机筒12的基端。粒料形式的热塑性树脂16被供应到加料斗18中。
机筒12在纵向上被分成多个温度控制区，例如Z1至Z5。加热装置20、22、24、26和28被安置成分别与温度控制区Z1至Z5对应地环绕机筒12。冷却装置30、32、34、36和38被安置成环绕加热装置20、22、24、26和28。类似地，检测机筒12的温度的温度检测装置40、42、44、46和48分别与温度控制区Z1至Z5对应地被安置在机筒12中。安置温度控制装置50、52、54、56和58，它们基于温度检测装置40、42、44、46和48的检测结果控制冷却装置30、32、34、36和38和加热装置20、22、24、26和28。
机筒12的内部从供应口60开始依次包括：供给部(由A所示的区域)，其分配从供应口60供应的树脂；压缩部(由B所示的区域)，其捏合并且压缩树脂；和测量部(由C所示的区域)，其测量捏合和压缩的树脂。用于排出由螺杆1供给的熔融树脂的排出口62被安置在机筒12的前端(tip)。
将描述这样构造的熔体挤出机的操作。将非晶态热塑性树脂16如酰化纤维素树脂从加料斗18经由供应口60供应至机筒12中。热塑性树脂16在被温度控制装置50、52、54、56和58控制温度的机筒12中通过螺杆14熔化并且捏合，并且挤出到机筒12的排出口62。
在温度控制区Z1至Z5中，基于温度检测装置40、42、44、46和48的检测结果，温度控制装置50、52、54、56和58控制冷却装置30、32、34、36和38和加热装置20、22、24、26和28以达到各自的目标温度。
在温度控制区Z1的一个实例中，将被安置在机筒12中的温度检测装置40的检测结果输出至温度控制装置50中。温度控制装置50将温度检测装置40的输出值(机筒温度)与设定的目标温度比较，并且计算校正的值。温度控制装置50基于校正值进行控制曲驱动加热装置20和冷却装置30。设定的目标温度取决于温度控制区而不同。
在本发明中，在与供给部A对应的Z1和Z2中，温度控制装置50和52控制冷却装置和加热装置，使得冷却装置30和32恒定地进行冷却并且加热装置20和22进行加热以获得目标温度。
常规的温度控制装置通过开/关控制系统控制冷却装置并且通过开/关控制系统或可变输出系统控制加热装置以获得目标温度。具体地，基于温度检测装置的检测结果，当温度高于目标温度时，打开冷却装置并且关闭加热装置，而当温度低于目标温度时，关闭冷却装置并且打开加热装置。
当通过熔体挤出机熔化并且挤出非晶态热塑性树脂时，通过螺杆、机筒和树脂的摩擦热，供给部的温度通常比目标温度高。即使熔体挤出机包括环绕机筒的冷却装置和加热装置，在供给部中也基本上打开/关闭冷却装置，并且很少打开加热装置。因此，在供给部中仅仅驱动操作率低的冷却装置，从而导致相对于目标温度的大的机筒温度变化。
由于在供给部中的机筒温度变化引起导致膜厚度变化的螺杆前端的压力变化，因此对于稳定的热塑性树脂膜防止供给部中的机筒温度变化是重要的。
在本发明中，已经发现，考虑到与供给部对应的温度控制区中的摩擦热，控制冷却装置和加热装置使得冷却装置恒定地进行冷却并且加热装置进行加热以获得目标温度。
同时，因为冷却装置在与供给部对应的温度控制区恒定地进行冷却，因此冷却装置被放置成环绕被放置在机筒周围的加热装置，以避免由过冷引起的机筒温度变化。
接着，将描述适用于熔体挤出机的冷却装置和加热装置的优选控制方法。
用于熔体挤出机的加热装置20和22优选具有使用AC功率调节器控制加热器的输出的系统。输出通过AC功率调节器控制，因此可以连续地变化，并且者允许精确的温度控制。
加热装置20和22的加热器的输出的平均值优选为10％至90％。加热器的输出的10％至90％的平均值允许在快速响应的情况下进行控制。在这方面，加热器的平均值还优选为5％至30％。
温度控制装置50和52优选通过使流量恒定并且温度恒定的介质通过而恒定地进行冷却。供给部的温度可以通过较简单的冷却装置和控制系统控制。例如，作为被安置在加热装置20和22周围的冷却装置30和32，形成介质的通道，并且使流量恒定并且温度恒定的空气或冷却剂通过通道以容易地实现恒定的冷却。
然后，基于温度检测装置40和42的检测结果改变冷却装置30和32的介质的流量和温度中的至少一个，以允许高精度的温度控制。作为其组合，假定(1)恒定流量的介质通过，检测机筒的温度，并且改变介质的温度，(2)恒定温度的介质通过，检测机筒的温度，并且改变流量，以及(3)检测机筒的温度，并且改变冷却剂的流量和温度。
组合(1)可以通过以下方法容易地实现：改变温度控制装置50和52的控制系统，并且在介质通道中安置阀门。组合(2)可以通过以下方法容易地实现：改变温度控制装置50和52的控制系统，并且在介质通道中安置温度调节装置。组合(3)可以通过以下方法容易地实现：改变温度控制装置50和52的控制系统，并且在介质通道中安置阀门和温度调节装置。
然后，可以安置检测冷却装置的介质的进入和返回之间的温差的温度检测装置，用于级联控制，包括基于温度检测装置的检测结果改变介质的流量和温度中的至少一个的控制回路，从而允许更高精度的温度控制。
这可以通过以下方法容易地实现：改变温度控制装置50和52的控制系统，并且安置检测冷却装置的介质的进入和返回之间的温差的温度检测装置。
作为冷却装置的介质，可以适当地使用冷却剂或空气。例如，可以使用水或盐水作为冷却剂。此外，作为空气，可以使用空气或氮气。
当通过常规的熔体挤出机控制温度时，供给部的温度变化为±3℃。同时，当使用本发明时，供给部的温度变化为±0.6℃。根据本发明，变化减小到(by)1/5，并且螺杆前端压力变化减小到(by)1/8。
最后，将参考图2描述适用于本发明的熔体挤出设备的用于制备热塑性树脂膜的方法。
如图2中所示，热塑性树脂膜的生产装置主要包括熔化热塑性树脂16的熔体挤出机10，将熔化的热塑性树脂16熔体挤出成膜形状的模头66，将从模头66排出的热热塑性树脂膜16A(以下称为膜16A)以多级形式冷却的多根冷却辊68、70和72，从最后的冷却辊72剥离膜12A的剥离辊74，以及卷绕冷却的膜16A的卷绕机76。
通过熔体挤出机10熔化的热塑性树脂16经由管道64供给到模头66中，并且从模头66的排出口以膜形状排出。然后，通过以多级形式排列的三根冷却辊68、70和72以多级形式冷却从模头66排出的热膜16A。膜16A通过三根冷却辊68、70和72冷却和凝固并且输送。通过卷绕机76卷绕冷却的膜16A。在需要时，为了引起膜中的延迟，在通过卷绕机76卷绕之前引入横向拉伸或垂直拉伸的步骤。
熔体挤出机可以用于稳定螺杆前端压力，并且获得厚度变化小的热塑性树脂膜16A。

Claims (9)

1.一种熔体挤出机，其包括：
机筒；
螺杆，所述螺杆结合到所述机筒中；
加料斗，所述加料斗被安置在所述机筒的基端并且供应非晶态热塑性树脂；
熔融树脂排出口，所述熔融树脂排出口被安置在所述机筒的前端；和
温度检测装置、环绕所述机筒的加热装置和环绕所述加热装置的冷却装置，所述温度检测装置、所述加热装置和所述冷却装置被安置在沿着所述机筒的长度分开的多个温度控制区中，
其中控制所述冷却装置和所述加热装置，使得所述冷却装置恒定地进行冷却并且所述加热装置进行加热，以在位于所述加料斗那侧的至少一个温度控制区中获得目标温度。
2.根据权利要求1所述的熔体挤出机，其中所述加热装置具有使用AC功率调节器控制加热器的输出的系统。
3.根据权利要求2所述的熔体挤出机，其中所述加热器的输出的平均值为10％至90％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的熔体挤出机，其中控制所述冷却装置以使用恒定流量和恒定温度的介质恒定地进行冷却。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的熔体挤出机，其中控制所述冷却装置，以基于所述温度检测装置的检测结果改变所述介质的流量和温度中的至少一个并且恒定地进行冷却。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的熔体挤出机，所述熔体挤出机还包括检测所述冷却装置的所述介质的进入和返回之间的温差的温度检测装置，其中
控制所述冷却装置，以基于所述温度检测装置的检测结果改变所述介质的流量和温度中的至少一个并且恒定地进行冷却。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的熔体挤出机，其中所述介质是冷却剂。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的熔体挤出机，其中所述介质是空气。
9.一种用于制备热塑性树脂膜的方法，所述方法包括以下步骤：
使用根据权利要求1至8中任一项的熔体挤出机，熔化热塑性树脂并且将所述树脂从模头中熔体挤出为膜的形状；
将熔体挤出的膜状热塑性树脂流延；和
卷绕流延的热塑性树脂。
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