專利名稱：生產(chǎn)氣泡片材的工藝和設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)尤其由聚丙烯制成的氣泡片材(blister sheet)的工藝和設備。
背景技術(shù)：
氣泡片材指的是聚丙烯蜂窩片材，其可以具有從300至3,000g/m2的基本重量(即每平方米的重量)。這種產(chǎn)品具有特定的特性，比如相當大的剛度和硬度，即使其具有良好的彈性(即斷裂強度)。其還具有30-50％的填充系數(shù)，即塑料體積相對于產(chǎn)品總體積的比例。
由于這種特定的蜂窩結(jié)構(gòu)，氣泡片材具有令人特別感興趣的阻力/比重比例；尤其，這個特性在特別傾向于逐漸減小包裝產(chǎn)品重量從而消除過度包裝(overpackaging)現(xiàn)象的包裝工業(yè)中尤其令人感興趣和重要。
現(xiàn)有技術(shù)描述和使用大概地由熱接合的三個不同膜所構(gòu)成的氣泡片材，其中一層膜(中心膜)是熱成形的膜。由于熱成形的緣故，中心膜獲得了蜂窩狀性質(zhì)，從而保證了三個方向上慣性靜力矩的顯著增大并且因此增大了相對阻力模量。
圖1中提供了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品的示意性圖示，其中示出了上或頂膜、中心熱成形膜以及下或底膜。中心膜的特殊構(gòu)造給最終產(chǎn)品帶來了機械性能(剛度、負荷抗力等)以及功能特性(輕質(zhì)、延展性等)，近年來已經(jīng)發(fā)展到在各種應用中使用例如如圖1所示的氣泡片材以及類似產(chǎn)品并且得到了極好的效果。
然而，上述氣泡片材的生產(chǎn)具有諸多缺點。實際上，目前生產(chǎn)氣泡片材的工藝極其復雜，其成本很高并且尤其不與現(xiàn)有工業(yè)需求相協(xié)調(diào)。
現(xiàn)在實質(zhì)上有兩種工藝用于生產(chǎn)具有蜂窩結(jié)構(gòu)的氣泡片材，該氣泡片材由三個不同的膜(包括中心的熱成形膜)構(gòu)成；這兩種工藝有著基本的區(qū)別在第一種情況中，生產(chǎn)工藝是間歇處理，即離線的，而在第二種情況中，生產(chǎn)工藝是連續(xù)的，然而其不能獲得質(zhì)量過關(guān)的最終產(chǎn)品。所獲得的氣泡片材實際上缺少一些保證其通用性的特定特性。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第一種工藝(間歇處理)開始于已經(jīng)纏繞在繞線軸上的具有相同內(nèi)部結(jié)構(gòu)(通常為單層，即由一種材料構(gòu)成)的三個膜。對于起始產(chǎn)品，使用事先已經(jīng)在另一特定工廠生產(chǎn)出的產(chǎn)品。
然后借助于機械動作或者在形成真空的情況下由特定的匹配輥(conforming roll)松開、加熱和熱成形構(gòu)成中心層的膜，而將與中心膜相結(jié)合作為頂層和底層的兩層膜又被松開且被加熱到一個高于材料軟化溫度(“維卡”溫度)的溫度并且隨后通過兩個壓輥的機械動作粘附至熱成形膜。
如此獲得的產(chǎn)品是類似于圖1所示的氣泡片材。
這種工藝具有諸多問題和缺點。首先，為了獲得氣泡片材，需要多個步驟該工藝設想三個平膜的第一擠出步驟，具有隨之發(fā)生的熱能/電能消耗，然后是冷卻(又使用能量)，在繞線軸上供給品的存儲(比如擠出步驟的連續(xù)工藝到間歇工藝)，三個膜的第二次加熱和冷卻以實施熱成形和結(jié)合，從而時間和成本進一步顯著增加。整個工藝的能量平衡明顯地根本就不合適。
而且，為了滿足客戶在基本重量(即厚度)、色彩等方面的要求(依賴于氣泡片材所需的特性)，必須具有很好地供應有單個膜繞線軸的倉庫，即邏輯上和經(jīng)濟上很麻煩的倉庫。獲得和保持基本重量和膜類型的大型倉庫的必要性還導致了運輸成本的增加。由于大量的生產(chǎn)廢料，這種工藝還缺乏方便性，生產(chǎn)廢料在單個膜的每次繞線軸改變(即每次重新開始間歇操作)時明顯地產(chǎn)生，并且還由于最終產(chǎn)品邊緣的切割而產(chǎn)生，所述切割對于保證氣泡片材不僅滿足物理機械要求而且還滿足某些美學要求來說是必要的。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使用的第二種工藝是實質(zhì)上基于鑄造技術(shù)的連續(xù)工藝，即設想擠出平塑料膜，該膜借助于通過水或其它冷卻液的循環(huán)而保持在低溫的圓柱體而冷卻。
然而，用第二種工藝獲得的氣泡片材的質(zhì)量對于機械特性以及外觀來說是不夠的。這種低劣的最終質(zhì)量明顯地也影響了在某些應用中使用該產(chǎn)品的可能性。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的連續(xù)工藝能概括性地描述如下兩種膜同時擠出，其中之一直接澆注到冷卻的匹配圓柱體上，該圓柱體具有蜂窩的負片(negative)，在其中由特定泵形成真空。
因而膜通過使用其自身來源于擠出的含熱量而熱成形并且因此消除了對其進行二次加熱的必要性；構(gòu)成底部的下膜如上所述同時擠出，并且隨后直接澆注到熱成形膜的后部上，并且還由于增加接觸壓力的壓輥而立即粘附于其上，從而方便了粘附。
然而，底部在仍然高溫的狀態(tài)下(尤其是在高基本重量的情況下，即當膜的含熱量非常高并且沒有被匹配圓柱體完全吸收時)粘附至熱成形膜的事實導致了產(chǎn)品的變形。尤其，能觀察到氣泡的邊緣變得更加明顯，這顯著地限制了最終產(chǎn)品的平面度，導致了在氣泡片材必須與其它產(chǎn)品(比如舉例來說TNT、紙張、鋁等)相結(jié)合時的負面影響。
其次，形成上或頂層的膜來自于已經(jīng)成形的膜的繞線軸并且被不連續(xù)地結(jié)合。因此必須對其進行加熱(重復能量消耗的問題)并且借助于機械壓輥系統(tǒng)將其粘附至熱成形膜；后者又必須再次被加熱以方便粘附，又帶來了能量浪費。
而且，這種工藝具有另外的、間接和甚至更嚴重的問題；實際上，第三層的結(jié)合在底膜已經(jīng)完全冷卻時進行，因此整個氣泡片材的熱就不平衡。實際上，上部具有接近維卡值的溫度而下部具有大致等于室溫的溫度。
這個事實不可避免地形成了內(nèi)張力，因此必須使用特定的爐將其最小化，這樣就“松弛”了整個產(chǎn)品，并且至少在理論上穩(wěn)定和取消了殘余張力。然而，實際上，根本就不容易獲得滿意的結(jié)果，尤其是當氣泡片材的最終基本重量必須經(jīng)常變化的時候?；局亓康倪@種變化實際上需要不同的操作條件，這些操作條件只能在一定的短暫時間之后才能達到，而在這個短暫時間中有著隨之而來的廢品的大量產(chǎn)生。
此外，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第二種工藝還包括兩個截然不同且接連的階段，這兩個階段形成了相當?shù)哪芰坷速M以及不能總是適于最終使用的最終產(chǎn)品質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
申請人現(xiàn)在已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的具體工藝能克服因此，本發(fā)明的目標涉及生產(chǎn)氣泡片材的工藝，其設想下述步驟a)從相應顆粒開始擠出上或底膜、中心膜以及下或頂膜；b)熱成形中心膜；c)校準和部分冷卻底和頂膜；d)加熱底和頂膜的至少一側(cè)并將底和頂兩膜與熱成形的膜相結(jié)合。
本發(fā)明的又一目標涉及生產(chǎn)氣泡片材的設備，其包括至少三個構(gòu)成擠出組的擠出機頭，隨后是熱成形組以及校準和冷卻組，所述熱成形組以及校準和冷卻組又連接至一結(jié)合組。
本發(fā)明的目標還涉及由根據(jù)本發(fā)明的工藝獲得的氣泡片材作為防護元件或包裝元件的用途。
每個擠出膜優(yōu)選地包括至少三層。
根據(jù)本發(fā)明的工藝的主要優(yōu)點在于在一個生產(chǎn)階段中生產(chǎn)氣泡片材，并且繼而具有較低的能量消耗以及間接地具有較低的環(huán)境沖擊，主要是由于廢品的急劇減少。
另一個優(yōu)點表現(xiàn)為不會出現(xiàn)分層，歸因于由每個形成片材的膜由通過共擠工藝同時擠出的三層構(gòu)成這個事實所保證的絕對粘附。
這樣，還可以限制，甚至完全消除，另一個出現(xiàn)在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的工藝中的問題，即必須找到具有良好物理機械特性并且同時允許在相對低溫下結(jié)合并且不會有構(gòu)成氣泡片材的三個膜之間的分離危險的混合物材料。
這種混合物明顯是生產(chǎn)工藝要求和最終產(chǎn)品(即氣泡片材)性能之間折中的結(jié)果，但是由于其是折中的結(jié)果，當然就不能100％地同時滿足兩個需求。
尤其，能借助于根據(jù)本發(fā)明的工藝獲得的氣泡片材包括上或頂膜、中心熱成形膜以及下或底膜。
每單個膜優(yōu)選地包括三層，根據(jù)圖2所示的A-B-A結(jié)構(gòu)，其中外面A層包括共聚聚丙烯膜(優(yōu)選地是嵌段的或無規(guī)的聚丙烯共聚物，并且有乙烯和/或丁烯單體插在丙稀鏈中)，其具有使得其尤其適于高溫結(jié)合同時還保證粘附和相對低的焊接溫度的化學特性。
內(nèi)層B包括均聚聚丙烯膜，即包括丙稀單體，其具有特別高的物理機械性能，并且因此適于保證最終產(chǎn)品(即氣泡片材)具有從機械抗力和輕質(zhì)的角度來說合適的質(zhì)量。
尤其，熱成形步驟b)設想中心膜被維持在接近維卡值(一個嚴格地與聚合物類型相關(guān)的數(shù)值)的溫度，以允許其能毫無問題地被熱成形。接近維卡值的溫度指的是從維卡溫度至低于維卡溫度約5℃的溫度的范圍中的溫度。
然后其不被完全地冷卻。
底和頂膜的校準和部分冷卻階段c)設想利用一系列砑光機與最終產(chǎn)品所需的特性相關(guān)的所述膜的校準。尤其，校準和部分冷卻階段c)包括所述膜在與所需的最終基本重量相關(guān)并且在任何情況下范圍為大約100至1,000μm的可變厚度進行校準。所述砑光機將底和頂膜冷卻至低于維卡值但盡可能接近它的溫度，尤其是冷卻到從維卡溫度至低于維卡溫度5℃的溫度的范圍中的溫度。
然而砑光機不會完全吸收兩層膜的含熱量。
在擠出、熱成形、校準和部分冷卻階段a)-c)結(jié)束時，三個膜被完全地晶化并且因此在沒有機械動作時是不可變形的，但是仍然相對較熱。
因此階段d)設想使用有限數(shù)量的熱來對底和頂膜的至少一側(cè)進行加熱以實現(xiàn)頂和底膜與中心熱成形膜借助于兩個壓輥的結(jié)合。
根據(jù)本發(fā)明用于生產(chǎn)氣泡片材的工藝的其它優(yōu)點是首先，它是開始于顆粒并且無需中間步驟而直接生產(chǎn)成品的連續(xù)工藝。因此無需繞線軸倉庫，從邏輯和運輸?shù)慕嵌瓤炊季哂邢鄬?jīng)濟的優(yōu)點。
還可以直接生產(chǎn)所需的任何基本重量(顯然是在有限變化范圍內(nèi))以及具有任何著色，實際上是“剛好及時”的，并且以最少的廢品獲得厚度變化。
根據(jù)本發(fā)明的工藝還允許了源于只需稍微加熱頂和底兩膜的顯著能量節(jié)省，這是因為足夠高的含熱量維持為接近與氣泡(也就是與中心熱成形膜)的結(jié)合。
根據(jù)本發(fā)明的工藝還具有又一優(yōu)點設想使用具有高機械性能的材料作為三個膜的中心層(即層B)而沒有影響各單個膜的可焊接性能。
也可以使用具有高度可焊接特性的材料作為三個膜的外層(即層A)，而沒有影響最終產(chǎn)品的機械性能。
而且，根據(jù)本發(fā)明的工藝具有在開始操作期間最少化廢料的確實優(yōu)點，因為其是連續(xù)的工藝，并且尤其是處于規(guī)范條件(regimecondition)之下，因為存在著為了供給層B的擠出機而再循環(huán)邊切口的可能性，并且最終產(chǎn)品的特性沒有顯著變化。
用根據(jù)本發(fā)明的工藝獲得的氣泡片材的特征還在于殘余內(nèi)張力的完全缺失，尤其是在膜具有對稱結(jié)構(gòu)的情況下(即其中頂和底膜的厚度基本上相同)，這是因為與中心氣泡(即熱成形層)的同時結(jié)合，并且因此具有相同的熱條件。
而且，氣泡片材具有高的平面度，這是因為膜的結(jié)合在接近維卡值的溫度下實現(xiàn)并且因為對于外層A使用了特定材料，這種材料在相對有限的接觸壓力之下允許相當?shù)恼掣健?br> 最后，由于頂和底膜的砑光機校準，根據(jù)本發(fā)明的工藝允許毫無問題地生產(chǎn)具有高基本重量的膜。


從下述示例性和非限制性的描述中，并結(jié)合所附的示意性附圖(圖3)，根據(jù)本發(fā)明的工藝的特點和優(yōu)點將會更加明顯，該附圖示出了根據(jù)本發(fā)明用于生產(chǎn)氣泡片材的設備的升高的側(cè)視圖。
圖3實際上示出了實施氣泡片材生產(chǎn)工藝的設備的示意圖，并且尤其涉及三個膜的擠出和結(jié)合機頭區(qū)域。
具體實施例方式
參考圖3，1表示擠出機頭，2表示校準組的砑光機，3表示熱形成匹配圓柱體，4表示用于結(jié)合的加壓組，5表示后加熱圓柱體，6表示牽引圓柱體，7表示頂和底膜A，8表示熱成形膜B，9表示回火爐。
不再更詳細地對這些組進行描述，因為它們對于該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是公知的。
頂和底膜的校準和冷卻組借助于砑光機2進行并且保證了極好的尺寸公差。實際上，其通過簡單地作用在鑄造砑光機之間的距離上允許了寬的基本重量范圍內(nèi)的膜生產(chǎn)，并且形成與它們切線一致的小彎月形材料，同時很明顯以生產(chǎn)線的速度。如前所述，所述砑光機提供了頂和底部聚丙烯膜在非常短時間內(nèi)的完全晶化，因而抑制了非常緩慢或僅僅是部分的晶化時產(chǎn)生的典型“斑點”結(jié)構(gòu)。然而，尤其在高的基本重量時，頂和底膜的含熱量沒有被完全地吸收。
這個步驟對于根據(jù)本發(fā)明的工藝來說是基本的，其具體地基于使用在擠出過程中供應至膜的部分熱，以實現(xiàn)其與氣泡或中心成形膜的結(jié)合；后者借助于冷卻的且具有將中心膜8溫度帶入低于維卡溫度的內(nèi)部吸引力的匹配圓柱體3以傳統(tǒng)的方式類似地形成，然而在這種情況下還保留了中心膜的一部分含熱量。
膜行程(即頂、底和中心膜遵循的路徑)非常重要并且實現(xiàn)為使得頂和底膜7在可能的最佳條件下接近后加熱圓柱體5。這意味著頂和底膜7在直接允許結(jié)合的溫度下或者在實現(xiàn)結(jié)合需要最少的可能熱量的任何情況下達到后加熱圓柱體5。對于兩層外膜，結(jié)合借助于兩個壓輥4同時實現(xiàn)，然后將產(chǎn)品從另一對輥或牽引圓柱體6拉出。
底和頂膜優(yōu)選地在膜行程或膜供給路徑具有基本上相同長度的情況下達到與中心熱成形膜的結(jié)合。
中心熱成形組和兩個側(cè)面校準和冷卻組隨后將三個膜供給至膜行程或供給路徑的長度基本上相同的結(jié)合組。
在結(jié)合之后，還可以有回火爐9，其在要生產(chǎn)出具有非常不對稱結(jié)構(gòu)的氣泡片材時非常有用，即其設想非常不同于頂膜的底膜、由于兩層膜的不同含熱量以及因此的不同冷卻速度而會導致形成殘余內(nèi)張力的結(jié)構(gòu)差異。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)氣泡片材的工藝，其包括以下步驟a)從相應顆粒開始擠出底膜、中心膜、頂膜；b)熱成形中心膜；c)校準和部分冷卻底和頂膜；d)加熱底和頂膜的至少一側(cè)并將底和頂兩膜與熱成形的膜相結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，每個膜部件是至少三層的多層結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，每個膜部件是共擠出三層產(chǎn)生的多層結(jié)構(gòu)，其中共擠的三層結(jié)構(gòu)由一層內(nèi)部聚丙烯均聚物層和兩層外部聚丙烯共聚物層組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的工藝，其特征在于，共擠的三層結(jié)構(gòu)具有由一層內(nèi)部聚丙烯均聚物層(B)和兩層外部聚丙烯共聚物層(A)組成的ABA結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的工藝，其特征在于，聚丙烯共聚物是由丙烯以及乙烯和/或丁烯單體的重復性單元所組成的無規(guī)或嵌段共聚物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，在熱成形步驟b)中，中心膜被維持在接近維卡值的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，在熱成形步驟b)中，中心膜被維持在從維卡溫度至低于維卡溫度5℃的溫度的范圍中的溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，底和頂膜的校準和部分冷卻階段c)設想在大約100至1,000μm范圍內(nèi)的厚度進行校準。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，底和頂膜的校準和部分冷卻階段c)被冷卻至從維卡溫度到一個接近維卡溫度的溫度的范圍中的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，底和頂膜的校準和部分冷卻階段c)被冷卻至從維卡溫度至低于維卡溫度5℃的溫度的范圍中的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，頂和底膜與中心熱成形膜的結(jié)合同時進行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，底和頂膜在膜行程或膜供給路徑具有大致相等長度的情況下達到與中心熱成形膜的結(jié)合。
13.一種生產(chǎn)氣泡片材的設備，其包括至少三個構(gòu)成擠出組的擠出機頭，隨后是熱成形組以及校準和冷卻組，所述熱成形組以及校準和冷卻組又連接至一結(jié)合組。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的設備，其特征在于，頂膜和底膜的校準和冷卻組借助于砑光機(2)進行。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的設備，其特征在于，鑄造砑光機(2)之間的距離是可變的。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的設備，其特征在于，熱成形組包括冷卻的且具有內(nèi)部吸引力的匹配圓柱體(3)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的設備，其特征在于，其包括結(jié)合組之前的后加熱圓柱體(5)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的設備，其特征在于，結(jié)合組包括加壓圓柱體(4)。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的設備，其特征在于，結(jié)合組后面有牽引圓柱體(6)和回火爐(9)。
20.根據(jù)權(quán)利要求13的設備，其特征在于，所述中心熱成形組以及兩個側(cè)面校準和冷卻組將三個膜供給至結(jié)合組，其中膜行程或供給路徑的長度基本上相同。
21.由根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一的工藝能獲得的氣泡片材作為防護元件或包裝元件的用途。
全文摘要
一種生產(chǎn)氣泡片材的工藝，其包括以下步驟a)從相應顆粒開始擠出底膜、中心膜、頂膜；b)熱成形中心膜；c)校準和部分冷卻底和頂膜；d)加熱底和頂膜的至少一側(cè)并將底和頂兩膜與已熱成形的膜相結(jié)合。
文檔編號B29C69/02GK1819918SQ200580000056
公開日2006年8月16日 申請日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日
發(fā)明者F·隆巴迪尼 申請人:科利納集團有限責任公司