CN1060719C - 聚合物片材的受压横向拉伸的工艺及设备 - Google Patents

Abstract

片材4通过表面有圆形或螺旋形延伸的槽的相互啮合的有槽轧辊A和B之间，被横向伸展成有褶片材。每个槽有一基座6a，6b外倾向一个齿顶7a，7b的侧壁5a，5b。相邻侧壁5a，5b的一部分相互平行。齿顶间距小于3毫米，膜由齿顶伸展，并通过压拢轧辊在侧壁间受到挤压。有褶材料一般接着被基本上纵向伸展，以消除褶，然后可以在另一套相互啮合的有槽轧辊之间再次被横向伸展。

Description

聚合物片材的受压横向拉伸的工艺及设备

本发明涉及使聚合物片材在相互啮合的有槽轧辊之间通过而一举实现材料的横向拉伸与压缩的聚合物片材拉伸工艺与装置。

已知四十年来，材料的横向拉伸只是靠使膜料在有槽轧辊之间通过来实现的，这样的有槽轧辊的槽呈螺旋形或圆环形绕每一轧辊延伸，它包括一个槽底和每一侧的一个齿顶，以及从槽底延伸到齿顶的侧壁，当轧辊合拢其间的辊隙时，齿顶的啮合使材料被横向拉伸成基本上沿机器方向延伸的褶。褶是沿机器方向还是沿其对角线方向延伸取决于槽为圆环形还是螺旋形。

在所有这些方法中，即使在最大啮合点，膜料也是自由地悬在齿顶之间。如果齿顶比薄膜的厚度窄，齿顶的影响使拉伸主要发生在齿顶上，但是如果齿顶比较宽，则拉伸不规则地出现在齿顶之间。因此，该工序通常要重复几次，但仍会产生异型产品、且该型材不均匀。

在有些工艺中，辊槽的侧壁是向外斜的。例如在JP-B-4829386中给出这样一个设备，其中齿高为10毫米，相邻齿顶间距也是10毫米左右。在每一槽中，膜料在相应槽的槽底与齿顶(曲率半径为4毫米)之间受到挤压，但膜料在槽内其它位置显然没有受到压缩。所以在侧壁之间膜料不被挤压。这一步骤的主要目的似乎是单轴取向，这是因为双轴取向是在“全面”工艺(及JP-B-4619831的工艺)中靠使片材随后通过相互啮合的有轴向延伸的槽的轧辊之间得以实现的。在施瓦茨的US 4，116，892中也描述了通过侧壁外斜方式相互啮合的有槽轧辊来进行横向拉伸。

在这种工艺里，所有拉伸都由齿顶产生而外斜的侧壁几乎不起作用。一种被普遍认为更令人满意的设计有一竖直侧壁，因而使膜料在相互啮合的齿顶之间的自由移动有更大的空间。在GB1，526，722，1，526，723，尤其是1，526，724中有对这种设备的描述。

可惜在这种设备中齿顶间距不能太小，如2毫米以下，否则有使齿顶发生机械损坏的严重危险。另外，当齿顶相距较近，如2毫米或稍多时，只有比较薄的聚合物片材(例如200或300克／平方米以下)能被处理。

通常都希望尽量减小齿顶损坏的危险，并获得更均匀的断面和／或能拉伸较重材料，另外，最好也能一次通过便对片材实现比以前所能达到的更均匀的结果。这些目的不但对单片材横向拉伸是需要的，而且对适当片材的原纤维化及粘接叠层也都是需要的。

在本发明中，连续聚合物片材由以下工艺拉伸，它包括使材料通过相互啮合的有槽轧辊来进行横向拉幅，轧辊中的每一槽基本绕轧辊呈螺旋形或圆环形延伸，它包括一槽底、每侧的一个齿顶和在槽底与齿顶间延伸的外倾侧壁，片材因而被横向拉伸成基本上沿机器方向延伸的褶，相邻齿顶间距小于3毫米，相互啮合的槽的侧壁上有基本上相互平行的区段，通过压拢轧辊使片材主要在每对基本平行的侧壁区段之间被压缩，从而通过结合拉幅与压缩实现拉伸。

本发明的设备包括上面已详细说明的相互啮合的有槽轧辊，其中相邻齿顶间距小于3毫米，相互啮合的槽的侧壁有基本上相互平行的区段，设备包括压拢轧辊以在每对基本上相互平行的侧壁区段之间挤压片材的装置。

通过本发明能在拉伸样品均匀性方面明显得到改善，并提高强度特性(尤其是抗撕裂传播强度，抗刺穿强度和冲击强度)。对于厚膜，尤其是厚到不能被以前工艺满意地处理的膜，可用本发明处理，以给出型材规则而可接受的产品，而对较薄的膜的外理则可得到基本均匀、无齿廓的膜。

如果膜料在处理过程中被原纤维化(如处理前穿孔或依赖发泡或在膜中加细粒)便能得到更薄更均匀的原纤维化标样。在拉伸过程中粘接两片片材时，常能实现较好的粘接。齿顶损坏的危险也降低了。

本发明的横向拉伸可描述为一个横向压延过程，它既包括横向拉伸也包括压延，而以前工艺只包括拉伸。拉伸发生在膜料进入轧辊间的缝隙时，膜料在缝隙中时也常发生拉伸。压缩发生在两轧辊受压点。重要的是齿顶间距(沿轧辊轴向长度测量)应比较小，要小于3毫米，因为齿顶间距若大于此值，就得不到本发明的优点。实际上，间距通常约为2毫米或低于2毫米，因为在低于2毫米的间距值时能得到最好结果，间距增加，结果变坏。例如，2．5毫米对多数工序和材料常是一适宜的最大值。在这样小的齿顶间距下，每一侧壁的长度也不可避免地较小(一般小于2毫米)，这一点是很重要的。在压力下，片材在基本平行的表面之间的冷流动只能在一很短距离内进行。如果侧壁远长于2毫米，得到的膜结构将很不均匀。齿顶间距以及每个侧壁长度一般在1到2毫米的范围内。

每一齿顶最好有一基本为柱形的局部截面，其曲型半径为0．1到0．5毫米，通常为0．2到0．4毫米，齿顶半径最好与膜厚为同一数量级。例如，当齿顶半径约为0．2毫米、膜厚为200μm时，能得到好结果，但在如500μm的膜厚时，仍能得到较为满意的结果。

齿顶与槽底一般归为侧壁的一部分，该部分断面基本平直，并典型地延伸在齿顶到槽底之间距离的25％-75％的位置上，与一啮合槽的区段平行的区段一般就是这一平直区段。一般来说，最好使膜在侧壁尽可能长的区段上受压，但是即使该区段只延伸在侧壁高度的一小段上，也能得到满意的结果。侧壁相对于轴的角度一般为45°到70°，所以在齿顶处内壁确定的角度为40°到90°，最好是50°到60°。

每一槽的槽底的成形最好能使膜料在齿顶与相应槽底之间不受挤压，以便如图2所示那样在齿顶处被拉伸的膜与槽底之间留有一小空间。

槽可以是严格或基本上呈圆环形或螺旋形。槽与实际圆周(即机器方向)间的角度一般不超过20°，最好低于15°，因为如果角度太大，便不易保证满意的啮合。所以槽与轴间的角度最好大于70°。轧辊的啮合槽必须准确匹配，以使它们无阻塞地啮合。轧辊应用钢或其它坚硬材料制成，最好是硬化钢。

对任何具体聚合物片材，横向拉伸的程度部分依赖于熔融取向的程度和角度、轧辊间压力、片材厚度和片材穿过轧辊的速度。一般来说，压拢轧辊的压力至少为轴向长度每厘米17公斤便可给出有用的横向拉伸，例如，在相对低运行速度，如5-10米／分钟下，至少拉伸10％。然而，压拢轧辊的压力在轴向长度上最好在50公斤／厘米以上，通常高于100公斤／厘米，如200到300或高达500公斤／厘米，或者更高，因为这样可在高运行速度如40米／分钟或加倍或更高时给出好的横向拉伸。单次通过啮合轧辊之间的横向拉伸量最好不低于15％，例如，高达50％或更高。拉伸量是横向拉伸前材料的直线宽度与横过有褶材料的一条中线的长度之差。

每对侧壁间的距离必须在整个轧辊长度上基本相同，以使膜料在轧辊各位置上都受同样压力。每对侧壁间距最好在±5微米以内，或最大不超过10至15微米。但是在如大于50厘米的轧辊长度上不易保证这样的精度，如果达不到均匀间距，便有损坏齿顶的危险，还生产出低质量的膜。即使把长轧辊加工得足够精确，轧辊间或沿轧辊长度上小的或偶然的温度差也将引起轧辊不同的热膨胀。由于偏差的存在，也不易在很长的轧辊上均匀加压。聚合材料上的折痕或脏物也会在一个小区域上聚力，损坏齿顶。

至少一根轧辊最好由多根偏向长(或主)轧辊的较短轧辊构成。轧辊之一最好包括一长轧辊，另一轧辊具有多个短轧辊，它们以每厘米轴向长度上相等的压力基本独立地偏向长轧辊，并轴向定位使其全长与长轧辊啮合。如果需要，可以有一个以上的长轧辊轴向排列以补足片材全宽，但一般地只有一根长度为所需片材宽度的长轧辊和多个短轧辊。用这种方法，即使在膜宽，即长轧辊之长，在2米以上，如5米或更多的情况下，也能实现本发明的结果。

一般有三个或更多根短轧辊，每根长度一般小于50厘米，每根只负责拉伸膜的一部分，短轧辊的排列使全部膜料都被拉伸，并且可选择使拉伸区有少量重叠。通常在所需轴承与支撑件所允许的条件下选择使短轧辊尽可能短，例如典型地为4到15厘米长，因为这样有利于对宽膜的处理及高压下的操作。有时最好选择短轧辊的长度小到，如大体上仅为1或2个圆环槽的长度。每根短轧辊各自以所需压力通过如弹簧的动作，最好是通过液压或气动装置压向长轧辊。在没有膜料时，应避免啮合轧辊的直接接触，并且，如果机器用于不同宽度的膜料，或其侧边缘位置有变化，可以通过如开关液压或气压，方便地在膜料的一边或两边将短轧辊推入或脱离接触。

短轧辊最好排列成在长轴上不同圆周位置上相互交错的列，交错排列方式使短轧辊一起基本上覆盖长轧辊的全长，并可选择有小的重叠。短轧辊最好在长轧辊上直径相对位置上排成两交错的行。通过如此排列短轧辊，可将长轧辊的偏差降至极小。在每一短轧辊相应于轧辊间的重合区的两端，可将轧辊稍加锥削以减弱拉伸效果。

为了便于加工，长轧辊本身可由多个轴向相互紧固连接的轧辊段构成。每个轧辊段最好大体上与每个短轧辊相配。在连接处，每个轧辊段或者以一部分槽为端，或最好以一部分齿顶为端。为了避免固接各段时所需高精度，以及为了加强各段端部，每对相连部分槽或部分齿顶可制得分别比槽或齿顶宽，如宽0．1到0．5毫米。产生的光学和其它性质上小的不规则性对片材的大多数应用都是可以接受的。

如果槽为螺旋形，就必须同时驱动两啮合轧辊(例如长轧辊及所有短轧辊)，但是如果槽为圆环形，只驱动啮合轧辊之一便可。短轧辊因而可以是托辊。为了降低每根短轧辊的轴向长度，每一短轧辊的轴承(一个或多个)最好位于轧辊内，且短轧辊都绕装在一叉型或其它合适支撑件上的固定轴转动。当必须驱动短轧辊时，可将短轧辊柔性连接在一起，因而有必要使轴承位于轧辊轴向以外。例如，驱动可沿一系列柔性连接短轧辊的可弯曲轴，靠位于每对相邻短轧辊之间的连接器传送。连接器包括一对有爪或其它相互咬合的部件的板，这对板能压到一起，但各自能在径向和轴向移动一小段距离。

在另一可替换的系统中，短轧辊被安排在一共同的长轧辊芯上，在每根短轧辊与辊芯之间采用一个柔性连接器。连接器包括弹簧或橡皮或其它合适的柔性装置，靠这些装置，短轧辊可与辊芯一起转动，而且加在辊芯上、指向长轧辊的轧辊压力通过短轧辊传送。柔性连接器最好也包括导引件，它只允许短轧辊相对于辊芯作轴向和径向运动，而不允许切向运动。例如，钢的柱形槽区段可绕一涂橡胶的辊芯固定。这个设备能将片材在相邻轧辊的不同拉伸区之间的边界里的伤痕降到极小，但不易达到高且均匀的压力。

希望至少有一个啮合轧辊能被支撑着沿其轴向滑动，以实现轧辊啮合齿的自动调节。例如，当有长的和短的轧辊时，长轧辊可固定安装，而短轧辊可安装得能沿轴通过轴向运动实现自动调节。

通过上述工艺得到的有褶片材还可受各种后处理。材料最好不经以前的除褶工序立即以一足以消除褶的拉伸率做纵向拉伸。这能导致均匀拉伸，而且常能有利地在较低温度，即接近或低于室温的温度下，进行拉伸。这种方法一般能降低片材的易裂性。

初始的横向拉伸(一般接着进行纵向拉伸)产生微观引发或拉伸带，它们给出满意的性质，无须进一步处理。然而，得到的纵向拉伸了的材料最好接着进行横向拉伸。因此可重复本发明确定的工艺，最好在约50℃或以下，以给出厚度变化最小的双轴取向片材。另一方面，用常规的啮合有槽轧辊来横向拉伸片材也可令人满意，即其中每一槽基本上绕每一轧辊螺旋形或圆环形延伸，并由一对齿顶和侧壁确定，且片材主要在齿顶拉伸而在相邻侧壁之间不受挤压。因为微观拉伸带对随后的拉伸起引发作用，即使拉伸时温度低于50℃，用较粗有槽轧辊(例如齿顶间隔高达40或50毫米)也能得到满意的结果。

经过本发明的初始横向拉伸工序后的片材的宽度(即两边缘的横向线性间隔)最好是初始宽度的100％到130％，在100％到110％更佳，经过纵向拉伸后，最好是初始宽度的70到100％左右，若是100％更佳，经过采用啮合有槽轧辊的任何进一步横向拉伸后，最好是纵向拉伸后宽度的110％到200％，若是120％到180％更佳。所以，横向宽度在第一次横向和纵向拉伸工序后最好保持基本不变，但在最终的横向拉伸后会增加。

正常片材初始厚度可在1毫米以下，一般在600微米以下，最好在500微米以下，或者(以重量表达)最好低于600克／平方米，若低于500克／平方米更佳。其厚度一般在200克／平方米以上和高于200或300微米，虽然也可以更薄，如薄到100微米。聚合材料最好包括聚烯烃聚合物，最好包括乙烯或丙烯均聚物或共聚物，特别地它可以是等规或间规聚丙烯、高密度聚乙烯(HDPE)(常常是高分子量)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)，以及混合物和共挤压出物。

片材可包括多层在工序前粘接或未粘接的材料。在一最佳工序中，片材包括两可粘接片材的未粘接叠层，叠层在工序中粘接。特别地，本发明的为所述纵向拉伸所紧跟着的横向拉伸能导致比已知的有槽轧辊层合工艺更大的粘接力。待粘接的两片材中最好至少有一片是有一个正对片材中的另一片材的粘接表面层的共挤出层。一般当所有拉伸步骤的工作温度明显低于叠层接触面仅靠简单接触便粘在一起的温度时，能得到最优物理性质及其它强度性质。

本发明所用片材可包括多层单轴取向片材，它们的取向方向相互横截。所以此工序可产生交叉叠层膜的双轴拉伸。通过对一种管状膜进行熔融取向，并以相对于取向的一个角度将其螺旋切割，可产生一斜取向的片材。将其与一种用类似方法制得的取向片材交叉相叠从而制备出上述交叉叠层膜。因而双轴拉伸可如上述与层间粘接相结合。所得片材最好是一交叉叠层膜，如GB1，526，722中所述那样。本发明能对较先前所用的聚合物更硬的聚合物组合物做处理，以生产厚度较以前所能得到的更均匀的最终片材。

一般都希望聚合物片材至少有一面尽可能光滑。如果在本工艺中所得到的拉伸后的片材由两层或更多层可分离片材的叠层构成，并且这些可分离叠层在该工序后被撕开，则可能在一侧获得惊人的光滑度。可分离片材的相对面的表面质量及光滑程度都可能非常高。例如，表面可具有提高的光泽度、更大的摩擦系数、印刷时改善的印刷质量表面，以及改善的热及超声密封性。用扫描电子显微镜检测时，它完全没有微观构形。

为了便于分离，每对可分离对中至少应有一个片材是具有面对分离对中另一片材的分离表面层的共挤出层。该剥离表面层可以是任何促进剥离的材料。可以选择进一步给撕开的片材赋以所希望的表面性质，如摩擦或简单热密封性质。例如，热密封套可用一撕得的光滑内表面(提供良好密封)和一有波纹的外表面(提供排气稳定性，因为灰尘会集在波纹的沟槽中)制成。也可提供有光泽的外表面，用于印刷。

在选择经本发明的工艺后的两层或更多层片材可撕开的材料的同时，也可选择两层或更多层片材按上述方式相互粘接的材料。所以，若干分叠层(有些可以是共挤压膜形式)可用在本发明的工艺中，以使由二层、三层或更多层组成的一套片材粘接成叠层，而相邻叠层可撕开。例如，在横向和纵向拉伸过程中，每一可撕开叠层可通过将两个共挤压膜粘接在一起的方法得到，两共挤压膜各自包括一表面层、至少一增强层和一表面粘接层，两表面粘接层相对，适当选择在叠层最里面的表面层，或者在两套共挤出层之间加一独立分离层便可实现叠层的撕开。

如在这样工艺中常发生的那样，当通过啮合轧辊间的片材厚度较大时，褶就会很深，因而对有褶片材进行热处理，同时至少允许有横向收缩，将是有益的。片材可在撕开之前或之后进行热处理。如在通过啮合轧辊之间的过程中因过度拉伸形成相对薄的区，当加热至适当温度时，这些薄区有很强的收缩倾向。由此引起横向收缩，所以通过热处理可以减少或完全消除横向拉伸材料的厚度变化。热处理最好引起至少7％的横向收缩，常常为至少12％。一般来说，收缩低于30％。加热可在炉中进行，但最好通过将材料与热轧辊接触来实现，这种方式能对横向收缩产生稳定的效果。热处理最好在片材仍有纵向褶时进行，以便在片材料仍接触加热的轧辊时实现均匀收缩。有关适当热处理及能有利地进行处理的交叉叠层方面的进一步信息可参考US 4，629，525。

用于本发明中生产的叠层片材的一最优主层由高分子量高密度聚乙烯和明显的低分子量低密度聚乙烯混合构成，后者最好从共聚合物和／或支链聚乙烯中选取，它们有与高分子量聚乙烯相同或更高的断裂伸长(室温下，慢拉伸条件下测量)，而且它们能在形成一特殊微相的同时，在组分的均匀熔融混合物冷却时，从高分子量聚乙烯中分离出来。两种聚乙烯的混合比最好在25∶75到75∶25之间。将分子量明显低于高分子量聚乙烯的聚丙烯包括进来也是有利的，以聚丙烯和两种聚乙烯的联合重量为基础，它的含量为0到70％。

本文中高分子量高密度聚乙烯(HMHDPE)按ASTM D1238条件E的熔化流动指数最好为0．2或更低，低密度聚乙烯(LDPE)最好是线性低密度聚乙烯(LLDPE)。

本发明的实施方案中拉伸的片材包括两层或多层可分离片材叠层，工艺完成后可分离片材被撕开，其另一目的是提供一种改进的片材，它的一面主要由较硬聚合材料组成，另一面主要由较软材料组成。主要由硬材料组成的一面能大大改进磨损及刺穿性质。

当片材在有槽轧辊之间拉伸时，一层较硬聚合材料的存在总倾向于形成较深齿廓，但在导致本发明的实验中发现，受到有槽轧辊拉伸时，片材芯处的硬材料的齿廓比在一个或两个表面上的同样材料的齿廓小。

因此，在拉伸过程中把硬聚合物层安排于片材的中间或其附近，再用上述撕开方法使其位于或接近表面是非常有利的。

例如，一侧的较软材料可以是一聚乙烯组合物，最好是上述HMHDPE和LLDPE的混合物，另一侧的较硬材料可以是纯或接近纯的HMHDPE。

下面结合附图说明本发明：

图1显示GB 1，526，724中描述的有槽轧辊系统的啮合表面，放大约二十倍；

图2显示根据本发明的有槽轧辊系统的啮合表面，放大倍数与图1相近；

图3是涉及本发明的设备的端视简图，包括涉及本发明的两个啮合轧辊和纵向拉伸轧辊；

图4是图3中设备顶部的侧视图；

图5是图3中啮合轧辊的平面图，连接器及所有其它部件略去。

图6到8是从不同片材横截面的显微照片制得的草图。图8用作比较。

用以对膜4进行横向拉伸的常规啮合轧辊A和B在图1中显示，它们有圆环形或螺旋形槽，槽由槽底3a，3b、侧壁2a，2b和齿顶1a，1b构成。齿顶约500微米宽，间距约2毫米。如果齿顶半径小(半径大小一般接近膜厚的数量级)，则膜绕每一齿顶在位置4′被拉伸，并处于相对放松状态，在齿顶间位置4″受拉伸较少。如果齿顶半径远大于膜厚，拉伸主要发生在齿顶之间。

本发明所用轧辊的啮合槽如图2所示。每一槽包括一个槽底6a或6b，外倾侧壁5a或5b，以及一个齿顶7a或7b。相对轧辊的侧壁5a和5b在其长度的一段上相互平行。每一槽底6a和6b的尺寸都做得使膜在齿顶和槽底之间不受挤压，即使膜在侧壁5a和5b之间是受到挤压的。例如，每一槽底形状都使得膜与槽底之间有一小空间8。齿顶7a间距最好小于2毫米。

图3到图5的设备包括一长的有槽轧辊9和在轧辊9的相对侧排成两交错列的短轧辊10和11。每个轧辊都有图2所示的槽的断面。轧辊10和11分别由臂12和13支持，臂12和13在框架14上绕轴旋转，并由液压或气动装置15驱动以使轧辊10和11能以任意选定力量压在轧辊9上。实际上，轧辊9也受驱动(驱动装置未示出)，而轧辊10和11由轧辊9通过片材4来驱动。然而，如果需要，轧辊10和11可通过柔性连接器16被一起驱动。

设备可包括一纵向拉伸装置，它包括(见图3)被以能给出所需拉伸度的速度驱动的四个平滑轧辊17、18、19和20，它也可包括至少另一对啮合有槽轧辊21和22。这些可以是图1或图2中所示的设计，如何选择取决于目的何在。如果选择图1所示常规设计，齿顶间距将足够大(例如40毫米)，齿顶宽度大到使得一次拉伸的拉伸率高达1．8∶1或更高，而不会损坏轧辊表面。用这样粗糙的轧辊表面构形，以前工艺中会得到无用的结果。由于有在第一阶段形成的微拉伸带，本发明能得到较好的结果。然而，齿顶最好在其端部锥削，其半柱面齿顶半径约为0．1到0．4毫米。

有槽轧辊9、10、和11(以及，如果有的话，21和22)必须用硬材料，一般为淬火钢制成。典型的轧辊直径都在50到250毫米之间，一般在75到200毫米范围内。例如长轧辊直径可以为150毫米左右，短轧辊直径可为100到150毫米。

允许轧辊10和11作轻微轴向运动以改进精确啮合。表面5a和5b之间的间隔沿轧辊9的长度上应在±5微米以内。典型设备中，每个轧辊10是12厘米长，齿顶间距1．4毫米，每个齿顶的半径为0．2毫米，侧壁在齿顶确定的角度为55°，片材4在进入设备前可预加热到如35°到50℃，长轧辊也可加热到同样温度。轧辊17到20也可预加热，但温度最好更低些。从轧辊9和11间辊隙中引出的片材会有纵向褶结构，如图6所示(它显示4层交叉叠层，在受压区有240微米厚)。

图7中所示交叉叠层为例1中的一个制成的两层叠层；拉伸前每层约90克／平方米厚，300毫米宽。通过具有图2所示表面结构的轧辊9、10和11之间后，就具有图6所示结构，接着被纵向拉伸，主要是为了消除有褶结构，随后在图1所示齿顶间距为1．8毫米的有槽轧辊间通过四次，最后再纵向拉伸。

图8的膜在例2中成型，它采用与图7的膜同样片材，经过同样工序，所不同的是用图1所示齿顶间距为1．8毫米的有槽轧辊代替图2中的有槽轧辊。两种情况(图7和图8)的膜被允许在每个常规有槽轧辊拉伸步骤之间自由延伸，同时保持一波纹形状。在最终常规有槽轧辊步骤与最终纵向拉伸之间不允许有自由延伸。各方向总的拉伸率约为1．4∶1，最终厚度为90克／平方米。很明显，用本发明制成的膜的厚度，见图7，比用常规有槽轧辊制成的膜的厚度(见图8)均匀得多。

例1

两个共挤出膜通过图3中的轧辊10和9以及10和11间辊隙，轧辊齿顶间距为1．4毫米，端部半径为0．2毫米，直径约为100毫米。每个短轧辊为120毫米长。有槽轧辊20、21的齿顶间距为1．8毫米，端部半径为0．25毫米。各膜由三层组成，一个热密封表面层，厚度占15％，由LLDPE构成；一个交叠层，厚度占10％，由80％的LLDPE和20％的EPDN在相对的表面上构成；以及一中间层，占膜厚的75％，由50％的HMHDPE和50％的LLDPE构成。膜排列成相接触的叠层。膜在240℃被挤压成管状膜，吹胀率为1∶1，接着沿45°角螺旋切割以形成正交叠层。各膜都约为90克／平方米(约为100微米厚)，两个膜通过有槽轧辊9和10／11之间时，在每个120毫米长的轧辊上的液压为1．46吨(近似为轴向120公斤／厘米)。进入设备的速度为10米／分钟，环境及各轧辊温度为35℃。膜然后被横向拉伸，形成图6所示的有褶结构。不用任何拉幅以消除褶，膜接着被纵向拉伸，接着再如图7所述四次横向拉伸，最后再纵向拉伸。因此得到图7所示构形。对于90克／平方米的膜的落球(1公斤铝球)冲击强度为150厘米，而与此相对照的图8里现有技术工艺的87克／平方米的膜的落球冲击强度仅为90厘米。

例2

重复例1的工序，不同的只是在初始横向拉伸后停止该工序，并记录在每根12厘米轧辊上加不同液压时，绕轧辊9处理后的拉伸率。在所有这些拉伸率中，测得的值为通过有褶膜的中线长度与拉伸前膜的直线宽度之比。即使当加在轧辊上的力低达17公斤／厘米时，拉伸率也为20％或1．2。下列是记录下的值。

力(吨)  0．209  0．418  0．627  0．835  1．04  1．25

拉伸     20％    30％    40％    45％    50％   60％

例3

本例涉及以有商业价值的工艺对高强度交叉叠层的制造，在该工艺所用技术中，片材成双层被拉伸、叠层，并在工艺结束时分开，每一层都是共挤出膜，它包括：

(1)在制造过程中用作分离层的一表面层，它同时也改善了热密封性质(下面记为分离／密封层)，以及

(2)另一表面层，它能促进叠层中各层的相互粘接(粘连)。

一管状膜被挤压，它包括一中间主层(主要强度集中在该层中)，以及上述分离层及交叠层。

这三层各自占全膜的75％、15％和10％。挤压出的膜厚为70克／平方米。

主层包括一非常完全的混合组分：50％的高分子量高密度聚乙烯(HMHDPE，商标为“Hostalen9255”)和50％的线性低密度聚乙烯(LLDPE，其熔化指数为1．0，商标为“Dowlex2045”)。

分离／密封层由100％的相同LLDPE组成。

叠层包括70％相同的LLDPE加30％商标为“Nordal 1500”的EPDM的完全混合物。

挤压温度为240℃，环形挤压孔的直径为385毫米，吹胀率为1∶1．2。每一管状膜在45°角下被螺旋切割，四张这样的膜，每张宽度为100厘米，交叠并以下列顺序将表面层相对地拉伸：

(1)交叠层对交叠层，

(2)分离／密封层对分离密封层

(3)交叠层对交叠层

最初，四张未粘接在一起的膜的组合在一对温度达40℃的轧辊上预热，然后填入图3和例1所示的设备中。

长轧辊9由20节淬火钢制成，每节长120毫米。两行短轧辊各自包括10个轧辊，它们也由淬火钢制成并各与一节配合。每一节在各端以一较其它槽的半个宽度宽0．2毫米的半槽收尾，以便为轧辊安装的不精确作准备。各节沿一共同轴拧紧在一起。轧辊节与短轧辊直径为150毫米。轧辊上压力由液压提供，每根短轧辊上为1．46吨。膜进入轧辊的速度约为25米／分钟。有槽轧辊9被加热到40℃。

接着的纵向拉伸时，轧辊温度为30℃，放松状态下测得的拉伸率为1．3∶1。两对常规有槽轧辊21和22给出30℃温度下的总拉伸率为1．4∶1左右。这些轧辊的齿顶间距为4毫米，半圆齿顶半径为1毫米。通过第一套轧辊后(但没通过第二套)，有褶膜被香蕉型轧辊延伸。在有槽轧辊间被拉伸时，膜处在一低的纵向张力作用下，这一张力使得膜在有槽轧辊间纵向收缩，最后的纵向拉伸率为1．25∶1。膜然后被在30℃温度下用常规纵向拉伸轧辊进一步纵向拉伸直到褶消失。

纵向拉伸后，将叠层在实际上无张力的状态下(张力由浮动轧辊调整)引入一自由收缩热处理装置，它们在该装置中一套上述常规有槽轧辊之间在30℃温度下首先被横向拉伸，然后，在仍有规则褶构形时被立即传送至一个80℃的热轧辊，并从该轧辊传送到另外两个80℃热轧辊。褶通过收缩而消失，但是它们起到了保证均匀收缩的作用。叠层仍在几乎无张力状态下从热轧辊传送到一水冷轧辊。最后，该叠层通过一套轧辊，并被撕开成两部分，每一部分都被牢固叠合。在撕开前，所有四张膜几乎在界面每一点都粘在一起。撕离是靠两套轧辊装置在低牵引张力下完成的。最后，两个2层叠层在卷轴上卷起来。调节有槽轧辊的啮合及纵向拉伸率给出在两个方向上都为1．4∶1的最终拉伸率。

最终的2层交叉叠层的厚度约为70克／平方米。

为了研究这种4层叠层在生产事故情况下剥离成两部分的可靠性如何，在最后的横向拉伸位置和纵向拉伸装置之间在膜上切出各种不规则形状的洞。然而，即使洞周围的材料因拉伸而不规则地变形，4层叠层仍能靠撕离工序干净地撕开成两部分。

以下将最终的2层叠层上在拉伸操作过程中紧贴在一起并随后被相互分开的表面称作A表面，将另一表面称作B表面。

对这些表面的目检表明，当有光直接照射所述表面时，A表面更显光泽。两相互接触的A表面之间的静摩擦系数是两B表面间静摩擦系数的2．5倍(见下表)。

这说明表面平整性，表面平整性又决定密封性质。

在扫描电子显微镜下对本发明的叠层的检测表明，A表面上微观凹凸不平之处明显比B表面上的少。可以认为这是由于位于微观表面空洞附近的材料因空洞的切口效应倾向于被过度拉伸，而微观小突起倾向于拉伸不足或不拉伸。当一张膜的表面在拉伸过程中与另一张膜的表面紧贴时，这些差别便明显减少，就象本发明中在有槽轧辊之间受轧辊压力的横向拉伸所实现的那样。

静摩擦系数：

            A对A     B对B

机器方向    1．2     0．42

横向        1．2     0．40

最佳热密封中的静态撕离强度，封口在横向：

A对A：    5．5公斤／英寸(2．2公斤／厘米)

B对B：    4．8公斤／英寸(1．9公斤／厘米)

应该看到，A和B表面都由同一类LLDPE构成。

Claims (26)

1．一种拉伸连续聚合物片材的方法，其中在一个通过相互啮合的有槽轧辊(9，10，和11)之间进行连续聚合物片材(4)的横向拉幅工序拉伸，在轧辊中，每一槽绕轧辊呈螺旋形或圆环形延伸并包括一个槽底(6)、在每一侧的一个齿顶(7)和在槽底与齿顶之间延伸的外倾侧壁(5)，片材由此被横向拉伸，其上有基本上沿加工方向的褶，其特征在于：轧辊的总长度至少为50厘米，相邻齿顶间距小于3毫米，相互啮合的槽的侧壁有相互平行的部分，通过将轧辊压拢到一起，主要在每对所述基本上平行的侧壁部分之间挤压片材，其压力沿轧辊长度是均匀的，沿轴向长度的压力值至少为17公斤／厘米，从而以靠结合拉幅与挤压实现拉伸；利用至少另一后续拉伸步骤将所述的褶拉伸开。

2．权利要求1的方法，其中基本上每一槽的槽底与齿顶的间距都为2毫米或更小，相邻齿顶间距为2毫米或更小。

3．权利要求1的方法，其中，有褶片材被立即在一足以消除褶的拉伸率下被拉伸。

4．权利要求3的方法，其中，使纵向拉伸后的片材宽度为片材原始宽度的70％到100％。

5．权利要求3的方法，其中，纵向拉伸过的片材接着被通过相互啮合的有槽轧辊横向拉伸，轧辊中每一槽都绕轧辊呈螺旋形或圆环形延伸并由一对齿顶和侧壁确定，因而片材在相邻侧壁间不受挤压地在横向上拉伸。

6．权利要求3的方法，其中，纵向拉伸后的片材靠重复执行权利要求5的横向拉伸工艺被横向拉伸。

7．权利要求1的方法，其中，片材由两层可粘接片材的未粘接叠层组成，叠层靠此工艺粘接。

8．权利要求7的方法，其中，两层片材中至少有一层为共压叠层，它有一个对着另一片材的粘接表面层。

9．权利要求7的方法，其中，所有拉伸步骤可在低于靠简单接触把片材表面粘接起来的温度的温度下完成。

10．权利要求1所述的方法，其中的片材是粘接或不粘接的叠层，它包含至少两层主要以同轴方式取向的材料，取向的主要方向互相交叉。

11．权利要求9的方法，其中所述的取向是熔化取向。

12．权利要求1的方法，其中，拉伸了的片材包括两层或更多层可分离片材的叠层，在处理后，可分离片材被撕开。

13．权利要求12的方法，其中，每一对可分离片材中有一个为共压叠层，它有一对着另一片材的分离表面层。

14．权利要求1的方法，其中，片材包括由高分子量、高密度聚乙烯和低分子量、低密度聚乙烯的混合物形成的一个主层。

15．权利要求1的方法，其中，对片材进行拉伸，使片材是基本无褶的。

16．一种使用权利要求1的方法的设备，轧辊的每条槽绕轧辊基本上呈螺旋形或圆环形延伸，并包括一个槽底(6)、在每一侧的一个齿顶(7)和从槽底延伸到齿顶的外倾侧壁，其特征在于：轧辊的总长度至少为50厘米，相邻齿顶间距小于3毫米，相互啮合的槽的侧壁有基本上相互平行的一段，以及有将轧辊压拢到一起，以在每对基本上平行的侧壁之间挤压片材的装置，其压力沿轧辊长度基本均匀，沿轴向的压力至少为17公斤／厘米，还包括一长轧辊和多根以每厘米轴向长度基本相同的压力压向长轧辊并轴向排列在一起以在长轧辊全长与之啮合的短轧辊和拉伸褶的装置。

17．权利要求16的设备，其中，相邻齿顶间距为2毫米或更小。

18．权利要求17的装置，其中，短轧辊各自独立压向长轧辊，并在长轧辊不同圆周位置上排列成两相互交错行。

19．权利要求17的设备，其中，短轧辊排列在长轧辊上沿直径相对的位置上排列成两相互交错行。

20．权利要求17的设备，其中，短轧辊安排在一共同轧辊芯上，芯与每一轧辊之间有一柔性连接器，以使轧辊与芯一起传动并使轧辊偏向长轧辊。

21．权利要求16的设备，其中，布置有一系列轧辊，用以接收来自相互啮合的有槽轧辊的片材并使之纵向拉伸。

22．权利要求21的设备，其中，布置有一对相互啮合的有槽轧辊，用以接收来自系列轧辊的片材，而且其中每一啮合有槽轧辊上的槽绕轧辊以螺旋形成圆环形延伸。

23．权利要求20的设备，其中，包括在拉伸前将若干层合起成叠层状来粘接片材的装置，以及通过撕离方法将拉伸了的片材分成两张或更长片材的装置。

24．权利要求16的设备，其中，轧辊之一被沿轴向可滑动地支撑着，以实现相啮合槽的自动调节。

25．权利要求16的设备，其中，短轧辊安装在一传动轴上，短轧辊的轴承位于其内部。

26．权利要求16的设备，其中，每根短轧辊只包括一个或二个圆环形槽。

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