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
技術領域：
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品。
背景技術：
已知在常規(guī)的塑料薄膜軟管生產的方法中(US-PS 5,607,639)，薄膜軟管由從擠出機噴嘴的拉拔孔中連續(xù)地擠出的薄膜材料制成，所述薄膜軟管在通過吹制而適當?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/或冷卻薄膜軟管內表面的單元而利用氣流進行。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)生產吹制的薄膜軟管的裝置，該裝置在靠近擠出機噴嘴的拉拔孔處分別設有第一內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有第二內部冷卻單元。第一內部冷卻單元由一系列同心的盤件制成，沿盤件外緣設有徑向槽狀空氣出口。外部冷卻單元也包括盤件，沿盤件內緣設有徑向環(huán)狀空氣出口。冷卻劑空氣流通過上部出口從軟管的內側排出。
關于薄膜生產，從擠出機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，因為在這種情況下可用的冷卻時間較短；這意味著，目前薄膜冷卻是整個薄膜生產技術中關鍵的一環(huán)。如上所述，對于常規(guī)的冷卻技術，最大的可用薄膜速度是約120m/min，這是進一步提高產量的障礙。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的是消除上述缺陷，即提出一種改進的技術，其中，與上述常規(guī)方案相比，根據(jù)本方案從擠出機噴嘴中擠出的薄膜產品可被更快速、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的生產率。
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裝置的拉拔孔中連續(xù)擠出并通過壓力介質膨脹至預定的尺寸后—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，以從內部和/或外部冷卻薄膜軟管；由于沿著薄膜軟管的內部和/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至出口。在進行外部冷卻的情況下，應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，同時使用流向相反的內、外螺旋冷卻劑流。
在冷卻的最后階段或者最后階段剛結束時，可在至少兩處(或更多處)沿縱向將仍然具有柱狀形狀的薄膜軟管切開，并將這樣制成的扁平薄膜帶一個一個地卷起。
根據(jù)本發(fā)明，用于冷卻擠出的薄膜軟管的裝置設置在擠出機噴嘴的拉拔孔區(qū)域、并具有至少一個內部和/或外部冷卻單元，所述冷卻單元設置在待生產的薄膜軟管的內部空間中并/或沿該薄膜軟管的外裙部設置，該裝置還設有與冷卻劑供應源相連的入口和出口。外部和/或內部冷卻單元具有至少一個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，所述裝置還設有由待冷卻的薄膜軟管的外裙部表面從內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。
外部冷卻單元可設有同軸地安裝在擠出機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裙部圓周設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源，并且噴嘴的徑向位置可在待冷卻的薄膜軟管的內部空間中調節(jié)。此外，內部空間中可在噴嘴的相對端設置移除管，該移除管在排放端開口以便從薄膜軟管的內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。
申請人在實驗中發(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生相對速度差，就可對薄膜進行不同于常規(guī)方案的基本原理和裝置的意想不到的有效冷卻。由此產生在外部環(huán)狀通道—有利地具有光滑壁—內和/或薄膜的內部空間內的冷卻劑流因作用于冷卻介質中的粒子的離心力并因不同溫度的介質的各部分的溫度差和壓力差，而被強制沿螺旋軌跡運動；介質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，所以在冷卻劑介質流的較熱和較冷部分的溫度差和壓力差的作用下產生了上述螺旋冷卻劑流，這是本發(fā)明的重要部分。因而，沿切向以預定速度輸入的冷卻劑被強制旋轉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)申請人的實驗，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，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)，因而離心力對其的作用較大，所以沿環(huán)狀空間流動的介質中較冷的層總是位于環(huán)狀空間的徑向外側。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)狀通道和內部環(huán)狀空間中。將起初較冷的介質從下方(在垂直裝置的情況下)沿切向輸入，以使由于介質受熱而上升的氣流不僅不阻礙反而進一步促進螺旋式介質流動。另一方面，基于同樣的考慮，將起初較熱的介質沿切向輸入環(huán)狀空間上方，以使由于冷卻而下降的空氣流也能促進介質的螺旋式流動。
已知可以在流動的氣體和固體之間通過“消耗傳熱”的方式進行熱能的傳遞。在這種情況下，熱傳遞包括通過流動的粒子進行的熱傳導和熱對流。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，因為通過氣體運動可較快地傳遞熱能。這樣，靜止的空氣(具有絕熱性能)將通過流動而變成良好的傳熱介質。
根據(jù)實驗，單位時間內傳遞的熱量取決于傳熱系數(shù)、傳熱面、傳熱介質的溫度以及薄膜的溫度。然而，因為需要不斷地從大氣吸入空氣并向大氣排出空氣，所以需要大容量的空氣冷卻劑系統(tǒng)以產生冷卻劑空氣。另一方面，例如為了在薄膜生產過程中獲得高質量的產品，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，可以在一定范圍內改變傳熱系數(shù)。對于空氣，傳熱系數(shù)主要受相對濕度和空氣流速(薄膜和空氣之間的相對速度差)的影響。傳熱的程度會受到上述兩個因素的顯著影響。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50倍。
申請人的實驗結果顯示，冷卻劑氣體的速度受到薄膜強度的限制。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)實驗，影響薄膜軟管的來自螺旋冷卻劑流的離心力也對薄膜軟管的穩(wěn)定性有著有利的影響，從而帶來令人驚異的額外的技術效果。


下面將參照附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，附圖以舉例的方式示出本發(fā)明的幾個實施例，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)的四個實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)的另一個實施例的垂直剖面圖；圖6示出薄膜和冷卻空氣的速度矢量三角形的圖表；圖7是另一個示出速度差矢量的絕對值的圖表；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的螺旋冷卻劑流的層結構。
具體實施例方式
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現(xiàn)方式。
參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的冷卻技術的第一實施例示出了一種內部冷卻剛從擠出機噴嘴孔(未示出)擠出的薄膜軟管F的技術。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的向上方向平行的方向傳送冷卻劑的方式形成鮮明的對比)。這樣，通過切向入口使冷卻劑流渦動(旋轉)，從而，根據(jù)本發(fā)明，由于影響著沿薄膜軟管F內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的柱狀內部空間中沿螺旋狀軌跡(如實線所示)流動。因而，如申請人的實驗所示，向上朝公知的引出輥對H前進的薄膜軟管和沿螺旋形路線向上流動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內從下向上前進(并同時受熱)的內部冷卻劑空氣流通過在該薄膜軟管F內同軸設置的中心管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的實施例中，只進行了與圖1所示方案類似的內部冷卻，其中，冷卻劑空氣流同樣是通過至少一個切向入口從下方被推動進入薄膜軟管F的內部空間(如箭頭所示)，并且同樣(如上所述)產生螺旋冷卻劑流(如實線所示)。
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的內部空間中產生內部螺旋式空氣循環(huán)一從而形成較高的速度差。薄膜軟管F內部空間中的螺旋空氣流被驅動而穿過布置在薄膜軟管F內部空間中央的管子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H具有與上述相同的功能。
根據(jù)圖3所示的第三實施例，根據(jù)發(fā)明進行組合式外部和內部薄膜冷卻。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部冷卻相結合的。這個系統(tǒng)基本上代表了加強的類螺旋式外部冷卻和薄膜軟管F內部的空氣循環(huán)的特定組合。
為進行外部空氣冷卻，將具有預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)定的柱狀段從內側界定，并由柱狀套筒P從外側界定。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H向上拉動薄膜軟管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的內部空間保持流動的內部空氣也被冷卻(如螺旋狀的實線所示)。冷卻的內部空氣通過中心管C被引導回薄膜軟管F的下部，從而進一步提高了冷卻效率。被引導回下部入口區(qū)域的內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，當該內部空氣流到達回流管C的上端時，其又變得較涼。
根據(jù)圖1至圖3的實施例可用于生產任何類型的薄膜軟管F。然而，在需要生產扁平薄膜的情況下，則首先從擠出機擠出薄膜軟管F并根據(jù)本發(fā)明對其進行冷卻，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切成兩個或多個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(未單獨示出；例如，旋轉切割盤)沿縱向切成具有給定尺寸的帶，所述帶由引出輥對H引出。
切割步驟可以在冷卻薄膜軟管F的最后階段中進行或者在該最后階段之后立即進行，在此過程中，在至少兩處或更多處沿縱向將仍然鼓起成柱狀的薄膜軟管切斷，然后將這樣制成的薄膜帶一個一個地卷起。這樣，不僅提高了冷卻效率，還可以更簡便、更高產地生產扁平薄膜。
對于圖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。但通過位于薄膜軟管F內并作為“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相結合。所以，在這種系統(tǒng)中，只對薄膜軟管F進行內部冷卻。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的內部空間—將以螺旋流的形式向上流動，從而可使流動狀態(tài)非常有利并且平穩(wěn)。
此外，可對圖1至圖4中所示的方案進行各種組合和變型。實驗顯示，外部冷卻和內部冷卻的組合使用可對薄膜軟管F進行最有效的冷卻并可獲得最高的薄膜生產速度。
上述根據(jù)本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的一個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動，否則，切向的冷卻劑流易于從薄膜中流出。對于冷卻劑流的限定方式，將柱狀的吹制薄膜軟管F本身用于內部冷卻(參見圖1至4)，而將圍繞薄膜軟管F—優(yōu)選同軸—設置的外部管狀套筒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，則可以認為冷卻劑流將在薄膜軟管F的切平面內沿圓形/環(huán)形軌跡運動；然而，申請人在實驗中發(fā)現(xiàn)，薄膜軟管F的內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壓力差。這些壓力差可以歸結為兩個原因第一，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—即冷卻劑流在環(huán)狀空間內也進行相對軸向位移。所以，上述理論上的環(huán)狀“圓形/環(huán)形軌跡”實質上變成了根據(jù)本發(fā)明的冷卻劑流的“螺旋軌跡”，從而產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的更詳細的優(yōu)選實施例，該裝置設計用于冷卻吹制的擠出塑料薄膜軟管F。在工作原理方面，該實施例對應于圖1和圖3的方案的組合，即同時進行外部冷卻和內部冷卻。
在圖5中，裝置1配備有外部冷卻單元1A和內部冷卻單元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的擠出機噴嘴3(未詳細示出，僅在圖5中以細點劃線示出)上。
在薄膜的生產過程中，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本身構成外部環(huán)狀空間G和薄膜軟管F的內部空間8之間的“分界壁”。冷卻劑分配筒2設有切向入口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，該旋轉的冷卻劑空氣流首先沿切向進入由斗形件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入周圍環(huán)境中(如圖5中虛線箭頭所示)。
根據(jù)圖5，內部冷卻單元1B從內部對薄膜軟管F進行冷卻。與薄膜軟管F同軸地設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節(jié)的機構(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式連接部連接到通道10，并且各個管子的外端都設有至少一個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的內端與設置成可沿管C滑動的套管15相鉸接。通過軸向移動套管15，能對靠近薄膜軟管F的噴嘴13的徑向位置進行調節(jié)。
如上所述，通道10的下端連接到一壓縮機(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的內部空間8中。申請人在實驗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；申請人的試驗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的內表面相切，并可以相對于該內表面進行調節(jié)。入口13A的冷卻劑流共同形成沿薄膜軟管F的內裙部做螺旋運動的內部螺旋冷卻劑流。這些冷卻劑空氣流16將從下向上流動，從而有效地冷卻薄膜軟管F。(內部螺旋冷卻劑流16在圖5中由虛線部分示出)。
在內部空間8中略微升溫的內部螺旋冷卻劑流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，申請人在實驗中使用了氣壓為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的螺旋冷卻劑流17；在內側，內部螺旋冷卻劑流16也以螺旋形式上升，但其旋轉方向與氣流17相反。在內側和外側使用的方向相反的螺旋冷卻劑空氣流16和17除了進行有效的冷卻之外，還對薄膜軟管F的未穩(wěn)定的塑料材料的定向特別有利，因為所述空氣流使薄膜軟管F集中并確保沿裙部產生的內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，這可確保很高的產品質量。
根據(jù)申請人的實驗，通過圖5所示的裝置可獲得意想不到的薄膜冷卻效果，這能夠進一步提高薄膜生產速度—甚至是較大程度的提高，從而對當前所使用的擠出機械的生產率起到重要的作用。需要注意的是，甚至可以通過經由移除管C排出內部空間8中的空氣來同時對薄膜軟管的直徑進行控制。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，這在擠出薄膜生產中是另一個重要的優(yōu)點，關于速度矢量三角形(如圖6所示)的理論解釋，應該指出，冷卻劑空氣的流速表示為Vl，薄膜軟管F的推進速度表示為Vf，其間的夾角表示為α，速度差矢量表示為Vd。
首先，對其中冷卻劑空氣沿與薄膜軟管平行的方向推進的裝置進行分析。在這種情況下，速度差與速度矢量的絕對值之差相同。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，當然這個差值大于速度絕對值之間的差值。
如果將冷卻劑沿與薄膜(的前進方向)相反的方向輸入，則將產生最大的速度差。在這種情況下，(速度差)將是對絕對值的總和。據(jù)申請人觀察，在實踐中使兩個速度矢量垂直(α＝90°)似乎可得到切實可行的最大效果(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(對于本領域普通技術人員而言)提高速度差Vd可明顯增大傳熱系數(shù)。但冷卻(劑)輸出(量)也會增加。此外，通過增加冷卻輸出，可使薄膜的前進速度與薄膜擠出的生產率一起提高。這將給薄膜生產者帶來重要的附加效果，因為到目前為止薄膜速度由于薄膜冷卻技術的不足而受限。
圖8示出圖5中的外部環(huán)形通道G和內部空間8的細部(以較大的比例)，還示出了各個部分—即螺旋冷卻劑流16和17各自的徑向層。在薄膜軟管F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，對于薄膜軟管F的內部空間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，而同時在另一側—即在內部空間8中，氣流16的最冷的層h離薄膜軟管F最近，因此進一步提高了傳熱效率。
最后，申請人的實驗結果清楚地示出，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。除上述實施例外，還可以在權利要求的保護范圍內對本發(fā)明的方案進行各種變型和組合。如上所述，本發(fā)明可以在實踐中得到廣泛應用。即使在現(xiàn)有的擠出機中，也可以以較低的成本非常方便地使用該裝置。
所用標號的列表F-薄膜軟管4-拉拔孔C-管子5-斗形件H-引出輥對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-內部冷卻單元 16-內部螺旋冷卻劑流2-冷卻劑分配筒17-外部螺旋冷卻劑流3-擠出機噴嘴
權利要求
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入薄膜軟管未穩(wěn)定段的內部和/或外部表面上的切向冷卻劑流中，以便從內部和/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螺旋冷卻劑流；(d)在進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)權利要求1所述的方法，其特征在于，同時使用優(yōu)選流向相反的內部螺旋冷卻劑流和外部螺旋冷卻劑流。
3.根據(jù)權利要求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束時，在至少兩個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，該裝置設置在擠出機噴嘴的拉拔孔區(qū)域，所述裝置包括(a)設置在待制造的薄膜軟管的內部空間中的內部冷卻單元和/或沿該薄膜軟管的外裙部設置的外部冷卻單元；(b)至少一個連接到冷卻劑供應源的冷卻劑入口，以及用于各內部和/或外部冷卻單元的出口；所述冷卻劑入口設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部界定，并由管狀元件從外部界定。
5.根據(jù)權利要求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)權利要求4或5所述的裝置，其特征在于，外部冷卻單元設有同軸地安裝在擠出機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)權利要求4至6中任一項所述的裝置，其特征在于，內部冷卻單元設有空氣分配單元，該分配單元沿薄膜軟管的內圓周設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源，并且噴嘴的徑向位置可以在薄膜軟管的內部空間中調節(jié)；此外，內部空間中在噴嘴的相對端設有移除管，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)域將冷卻劑沿薄膜軟管(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)的內部冷卻單元(1B)，該冷卻劑分配單元設有帶切向入口(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B29C47/88GK1798644SQ200480015026
公開日2006年7月5日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權日2003年4月30日
發(fā)明者A·佩茨, T·伊萊什 申請人:Dr－派克Ⅱ有限公司