СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЯЧЕИСТОГО ПОЛОТНА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CELLULAR WEB PRODUCTION AND PLANT FOR ITS IMPLEMENTATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к производству упаковочных материалов, в частности к способу и установке для производства многослойного полимерного ячеистого полотна.
Уровень техники
Известен способ непрерывного получения непрерывного полотна с пересекающимися слоями (патент РФ №2115558, МПК В32В 5/08, B29D 9/00, В32В 31/20, опубл. 20.07.1998), включающими первый и расположенный на нем второй композиционный слой, образованный взаимно в основном параллельными волокнами в матрице, при этом волокна в первом композиционном слое расположены под углом (отличным от 0°) по отношению к волокнам во втором композиционном слое, причем способ включает в себя нанесение на первый композиционный слой непрерывного композитного полотна, слоя параллельных непрерывных волокон и на следующей стадии нанесение на указанные волокна некоторого количества материала матрицы, при этом направление непрерывных волокон параллельно продольному направлению композитного полотна, in situ формование при повышенной температуре из нанесенных волокон и материала матрицы второго композиционного слоя, при этом сформированный композиционный слой прочно соединяется с композиционным слоем композитного полотна, удаление разделительного слоя.
Также известен способ изготовления слоистого материала с крестообразным расположением слоев (патент РФ №2266824, МПК В32В 7/02, В32В 31/00, В32В 27/32, B65D 30/14, опубл. 27.12.2005), при котором формируют полотно из наложенных друг на друга различных пленок, каждая из которых имеет основное направление ориентации и при этом эти направления пересекаются, и затем наложенные друг на друга пленки дополнительно ориентируют при температуре ниже их диапазона плавления путем совместного растягивания в продольном направлении полотна, а также в поперечном направлении полотна перед или после этого растягивания в продольном направлении, причем поперечное растягивание выполняют между валиками с канавками, и наложенные друг на друга пленки соединяют с образованием слоистого материала перед, в процессе или после указанных продольного и поперечного растягивания, причем указанное полотно из наложенных друг на друга пленок состоит из двух составляющих А и В из пленок или комплектов пленок соответственно, причем составляющая А на одной стороне и составляющая В на другой стороне полотна из наложенных друг на друга пленок, причем составляющая А является либо пленкой, в которой основное направление ориентации, по существу, следует продольному направлению полотна из наложенных друг на друга пленок, либо комплектом пленок, в котором результирующее основное направление ориентации, по существу, следует указанному направлению, и указанная ориентация или результирующая ориентация является более сильной, чем ориентация или результирующая ориентация в составляющей В в том же направлении, и, кроме того, составляющая В представляет собой либо пленку, в которой основное направление ориентации, по существу, перпендикулярно продольному направлению полотна, либо комплект пленок, в котором результирующее основное направление ориентации, по существу, перпендикулярно продольному направлению полотна, в котором модуль упругости в составляющей А в неориентированном состоянии по меньшей мере на 15% ниже модуля упругости составляющей В в неориентированном состоянии и указанная ориентация или результирующая ориентация составляющей В сильнее, чем ориентация в составляющей А в указанном перпендикулярном направлении.
Также известен способ для производства многослойного полотна (патент РФ №2384414, МПК В32В 27/32, В32В 27/00, В29С 69/02, В29С 69/00, опубл. 20.03.2010), ближайший по технической сущности и принятый за ближайший аналог, включающий следующие этапы: а) экструзию нижней пленки, средней пленки и верхней пленки из соответствующих гранул; b) термоформование средней пленки, имеющей сотовую структуру; с) калибрование и частичное охлаждение нижней и верхней пленок; d) нагрев по меньшей мере одной стороны нижней и верхней пленок для осуществления соединения верхней и нижней пленок со средней термоформованной пленкой и соединение нижней и верхней пленок с термоформованной пленкой.
В данном способе изготовленное полотно состоит из трех слоев, образованных тремя пленками, одна из которых имеет сотовую структуру. Одним из недостатков такого полотна являются его недостаточная прочность и устойчивость к деформации и иным внешним воздействиям.
Известны также устройства для получения полимерного ячеистого полотна - например, известно устройство для изготовления изделий из смеси на основе композиционного термопластичного материала (патент РФ №45358, МПК B62D 25/16, опубл. 10.05.2005), содержащее экструдер с корпусом, выполненным в виде пустотелой емкости, с загрузочным бункером, механизмом подачи смеси и формообразователем заготовок заданного профиля, основной нагреватель, охладитель, вакуумформовочный узел с системой охлаждения и термостатирования, причем между формообразователем заготовок заданного профиля и вакуумформовочным узлом размещен стабилизационный блок для заготовок, состоящий из накопительной уравнительной панели для заготовок и дополнительного нагревателя.
Также известно устройство для производства многослойного полотна (патент РФ №2384414, МПК В32В 27/32, В32В 27/00, В29С 69/02, В29С 69/00, опубл. 20.03.2010), содержащее три экструзионные головки, образующие экструзионный блок, за которыми следует блок термоформования средней пленки, блоки калибрования и охлаждения верхней и нижней пленок и цилиндры последующего нагревания верхней и нижней пленок, расположенные перед соединительным блоком, на который подаются пленки с блока термоформования и блоков калибрования и охлаждения.
В данном устройстве используется один основной экструдер с базовым полимером. Расплавленный материал подается по системе труб через насосы расплава в каждую из трех экструзионных головок одновременно. Однако процесс пуска линии можно проводить только последовательно, заправляя пленку расплава в систему формующих и калибрующих валов. В результате во время заправки одной из пленок, материал частично вытекает из двух незадействованных головок. Это приводит к завышенному образованию отходов при пуске и наладке экструзионной линии.
Сущность изобретения
Задачей заявляемого изобретения является получение ячеистого полотна разной плотности, имеющего улучшенные физико-механические свойства, в первую очередь, прочность и жесткость.
Основное отличие предлагаемого способа заключается в возможности производства ячеистого полотна, состоящего из трех слоев, которые образованы четырьмя пленками, средний слой которого образуют две пленки, имеющие выступы, которые при сваривании друг с другом позволяют создать средний слой, имеющий ячеистую структуру и являющийся более прочным, нежели средний слой, образованный одной пленкой, такой как описано в патенте РФ №2384414. Вследствие того, что средний слой ячеистого полотна состоит из двух пленок, в данном случае можно говорить о том, что ячеистое полотно согласно заявленному способу является «четырехслойным».
Важным отличием предлагаемого способа является то, что две пленки, образующие средний слой, обладают структурой, имеющей зеркальную симметрию по отношению друг к другу.
Подобная симметричность пленок способствует минимизации анизотропии полотна, вызванной процессом вытяжения пленок во время экструзии и вакуум-формования.
В ближайшем аналоге из-за различного вытяжения листа по высоте термоформующего стакана толщина стенки пузырька (соты) изменяется от большего к меньшему по мере приближения к вершине пузырька.
В полученном по заявляемому способу полотне обе пленки, образующие средний слой, имея по существу одинаковую толщину стенок выступов на всей протяженности выступа, при сваривании образуют ячеистую структуру, имеющую зеркальную симметрию, в результате чего полностью исключается возникновение дифференциала внутренних напряжений между слоями при остывании, а также в ходе дальнейшей эксплуатации полотна, особенно в условиях изменяющихся внешних температур.
Симметрия пленок, образующих средний слой, достигается тождественностью вакуум-формующих валов, на которых формуются каждая из пленок, образующих средний слой. В свою очередь, соединенные друг с другом, они воспринимают этапы охлаждения и технологической усадки сходным образом, т.е. во время охлаждения не возникает дополнительных напряжений из-за различной усадки одной из пленок по отношению к другой.
Способ изготовления блистерного полотна в соответствии с ближайшим аналогом предполагает использование дополнительного полимерного компонента, вводимого в каждый отдельный слой, для обеспечения склеивания слоев и относительно низкой температуры сварки. Это осуществляется путем введения указанного материала в слой и создания структуры «А-В-А», где А - адгезивный полимерный компонент, В - базовый полимер. При этом использование адгезивного полимерного компонента приводит к снижению физико-механических свойств готового полотна, что обусловлено сравнительно низким модулем упругости адгезивных полимеров по сравнению с базовыми полимерами.
В заявляемом способе нет необходимости использовать адгезивный компонент, т.е. для обеспечения необходимых физико-механических свойств полотна достаточно использовать только базовый полимер, в качестве которого используются полиолефины, в частности, полипропилен.
За счет отсутствия необходимости получения трехслойной структуры каждой пленки снижается трудоемкость процесса, например, за счет отсутствия необходимости загрузки дополнительного компонента, и себестоимость готового продукта, появляется возможность повторной переработки материала, так как, в отличие от аналога, полотно состоит только из базового полимера.
Отсутствие необходимости ввода адгезивного компонента обусловлено тем, что сваривание двух пленок, образующих средний слой, происходит посредством термической диффузии, являющейся достаточной для обеспечения надежности сваривания.
В заявленной установке используется четыре экструдера, за счет чего заправка пленки расплава в систему формующих и калибрующих валов производится одновременно. Следовательно, уменьшается образование отходов.
Заявленная установка имеет два воздушных греющих ножа: верхний и нижний. Данные воздушные ножи позволяют нагревать только поверхности слоев, предназначенные для сваривания, при их присоединении. Следовательно, нет необходимости в нагревании, поддержании температуры всего слоя.
Заявленная установка позволяет получать ячеистое полотно, состоящее из трех слоев, которые образованы четырьмя пленками, средний слой которого образуют две пленки, имеющие выступы, которые при сваривании друг с другом позволяют создать средний слой, имеющий ячеистую структуру, обладающую зеркальной симметрией. Вследствие того, что средний слой ячеистого полотна состоит из двух пленок, в данном случае можно говорить о том, что ячеистое полотно, получаемое при помощи данной установки, является «четырехслойным».
Прочность сваривания слоев обеспечивается посредством термической диффузии.
Одним из преимуществ заявленного изобретения является непрерывность процесса изготовления ячеистого полотна.
Согласно первому аспекту изобретения предлагается способ производства ячеистого полотна, содержащий этапы, на которых осуществляют экструзию первой средней пленки, второй средней пленки, верхней пленки и нижней пленки из гранул полимеров, осуществляют вакуум-формование первой средней пленки и второй средней пленки на вакуум-формующих валах с выступами посредством придания первой средней пленке и второй средней пленке структур, имеющих зеркальную симметрию по отношению друг к другу, формируют средний слой за счет сваривания посредством нагревания первой средней пленки и второй средней пленки, обеспечивающего их термическую диффузию, причем каждый выступ первой средней пленки сваривают с соответствующим выступом второй средней пленки, формируют верхний слой посредством формования и калибровки верхней пленки путем ее пропускания через формующие и калибрующие валы, формируют нижний слой посредством формования и калибровки нижней пленки путем ее пропускания через формующие и калибрующие валы, получают ячеистое полотно посредством соединения верхнего слоя и нижнего слоя со средним слоем посредством нагревания нижней поверхности верхнего слоя, верхней поверхности нижнего слоя, нижней и верхней поверхностей среднего слоя вблизи зоны соединения при помощи нагретого воздуха. Предпочтительно при формировании средней пленки осуществляют дополнительный локальный нагрев пленок на выступах в местах сваривания. Способ может дополнительно содержать этап, на котором после получения ячеистого полотна дополнительно нагревают ячеистое полотно и охлаждают ячеистое полотно. Нагревание нижней поверхности верхнего слоя, верхней поверхности нижнего слоя, нижней и верхней поверхностей среднего слоя перед соединением указанных слоев производят посредством горячего воздуха, подаваемого из фильер, по меньшей мере, двух воздушных греющих ножей, и последующего прижима прижимными валами. При этом нагревание нижней поверхности верхнего слоя, верхней поверхности нижнего слоя, нижней и верхней поверхностей среднего слоя перед соединением указанных слоев предпочтительно производится одновременно. При формировании среднего слоя осуществляют дополнительный локальный нагрев выступов для улучшения качества сварного соединения. В данном случае под локальным нагревом понимается нагрев пленок только в тех участках, которые вступают в контакт с другой пленкой при их сваривании.
Согласно дополнительным аспектам изобретения, вакуум-формование первой средней пленки и второй средней пленки происходит на двух горизонтально расположенных вакуум-формующих валах, установленных в одной вертикальной плоскости. В способе используется 4 экструдера. Согласно одному из аспектов данного изобретения за счет выбора режимов работы применяемого оборудования и состава ингредиентов осуществляют регулировку процесса экструзии верхней, нижней, первой средней и второй средней пленок таким образом, чтобы формируемые из них верхний, нижний и средний слои различались по физико-механическим свойствам.
При этом могут изменяться следующие физико-механические свойства: прочность, твердость, светопропускание, цвет, способность поглощать или пропускать электромагнитные волны в разных диапазонах частот, упругость и др.
Например, согласно одному аспекту верхний слой может быть изготовлен из пленки обладающей высокой прочностью для предохранения упакованных объектов от повреждения, средний слой - высокой упругостью для ослабления влияния внешних усилий и для плотного прилегания упаковочного материала, а нижний слой - высокой эластичностью для обеспечения плотного прилегания и защиты поверхности упакованных объектов от повреждений. Согласно другому аспекту, пленки могут быть изготовлены различных цветов для обеспечения маркировки объектов. Согласно еще одному аспекту изобретения, пленки могут быть изготовлены из материалов с различной способностью пропускать электромагнитные волны (включая свет) для предотвращения разрушающего или портящего воздействия на упакованный объект.
Толщина стенок выступов первой средней пленки, второй средней пленки обеспечивается по существу одинаковой на всей протяженности выступа за счет выбора режима работы вакуум-формирующих валов, а именно высоты выступов и температуры нагрева пленки. При этом формируют первую среднюю пленку и вторую среднюю пленку с выступами конической формы, однако пленки могут формироваться с выступами пирамидальную, цилиндрическую, сферическую или другую подходящую форму. Предлагаемый способ обеспечивает получение пленок, имеющих толщину от 0,1 до 1,0 мм. Высота выступов первой средней пленки и второй средней пленки составляет от 3 до 20 мм.
Согласно дополнительным аспектам изобретения экструзию проводят при температуре 170-240°С. Вакуум-формование проводят при давлении 6-20 кПа и температуре валов 50-80°С. Нагретый воздух, подаваемый из фильер, по меньшей мере, двух воздушных греющих ножей, имеет температуру 280-450°С. Разрежение воздуха для вакуум-формования предпочтительно создается компрессорной установкой. Калибрование верхней пленки и нижней пленки проводят при температуре калибрующих валов от 13-25°С. Скорость соединения нижнего и верхнего слоя со средним слоем предпочтительно составляет 1,5-2,2 м/мин. Прижимные валы имеют температуру 90°С. При этом сваривание первой средней пленки и второй средней пленки проводят при температуре пленок около 170-200°С. Дополнительный нагрев ячеистого полотна проводят в печах термостабилизации при температуре от 80 до 250°С.
Согласно еще одному аспекту изобретения ячеистое полотно охлаждают равномерным потоком воздуха, имеющим температуру от 15 до 35°С. Торцы ячеистого полотна могут подвергаться запайке при помощи нагревателей П-образного профиля, С-образного профиля или любого другого профиля. Предпочтительно формируют первую среднюю пленку и вторую среднюю пленку с высотой выступов от 3 до 20 мм.
При этом все описанные этапы способа предпочтительно выполняются непрерывно. Согласно дополнительному аспекту изобретения после охлаждения ячеистого полотна обрезают кромки упомянутого ячеистого полотна, а обрезанные кромки ячеистого полотна измельчают и подготавливают для повторного использования. При этом экструзию первой средней пленки, второй средней пленки, верхней пленки и нижней пленки предпочтительно проводят одновременно. Также предпочтительно одновременно проводят формирование среднего слоя, верхнего слоя и нижнего слоя. Для обеспечения зеркальной симметрии пленок, образующих средний слой, предпочтительно используют тождественные вакуум-формующие валы.
Согласно другому аспекту изобретения предлагается установка для производства ячеистого полотна согласно описанному выше способу, которая включает в себя: четыре экструдера для экструзии первой средней пленки, второй средней пленки, верхней пленки и нижней пленки из гранул полимеров; блок формирования среднего слоя, включающий в себя вакуум-формующие валы, выполненный с возможностью осуществлять вакуум-формование первой средней пленки и второй средней пленки с выступами, обладающих структурой, имеющей зеркальную симметрию по отношению друг к другу, и формировать средний слой за счет сваривания посредством нагревания первой средней пленки и второй средней пленки с образованием ячеистой структуры, обеспечивающего их термическую диффузию, причем каждый выступ первой средней пленки сваривается с соответствующим выступом второй средней пленки; блок формирования верхнего слоя, включающий в себя формующие валы верхнего слоя, калибрующие валы и натяжные валы, выполненный с возможностью формировать и калибровать верхний слой; блок формирования нижнего слоя, включающий в себя формующие валы нижнего слоя, калибрующие валы и натяжные валы, выполненный с возможностью формировать и калибровать нижний слой; и блок формирования полотна, включающий в себя верхний и нижний греющие ножи и прижимные валы, выполненный с возможностью соединять верхний слой и нижний слой со средним слоем с образованием ячеистого полотна посредством нагревания нижней поверхности верхнего слоя, верхней поверхности нижнего слоя, нижней и верхней поверхностей среднего слоя вблизи зоны соединения при помощи нагретого воздуха, подаваемого из фильер греющих ножей, и последующего прижима слоев прижимными валами. Предпочтительно установка дополнительно содержит нагревательный блок, выполненный с возможностью нагревать ячеистое полотно после его получения, и блок охлаждения ячеистого полотна, выполненный с возможностью охлаждать нагретое полученное ячеистое полотно. При этом вакуум-формующие валы предпочтительно являются тождественными, а блок формирования среднего слоя дополнительно содержит блок синхронизации работы вакуум-формующих валов, выполненный с возможностью гарантировать то, что первая и вторая пленки после вакуум-формования и перед свариванием будут иметь зеркально симметричную форму. Согласно некоторым аспектам изобретения блок синхронизации работы вакуумно-формующих валов представляет собой механический блок синхронизации или электрический блок синхронизации. При этом установка может дополнительно содержать нагреватели П-образного профиля, С-образного профиля или любого другого профиля, а также устройство продольного реза для обрезки кромок и дробилки, выполненные с возможностью измельчать обрезанные кромки ячеистого полотна для их повторного использования.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является получение ячеистого полотна с улучшенными физико-механическими свойствами (например, прочностью, жесткостью), повышение эффективности процесса изготовления полотна, сокращение временных и энергетических затрат, а также уменьшение механических напряжений и улучшение качества соединений. Кроме того, получаемое согласно предлагаемому способу полотно является по существу «четырехслойным» (состоящим из четырех пленок), что приводит к увеличению прочности, а также уменьшению механических напряжений и улучшению качества соединений. Дополнительным преимуществом предлагаемого изобретения является возможность получения ячеистого полотна с различными свойствами слоев, а также возможность повторного использования материала, являющегося отходами производства, например, обрезанных кромок и т.д.
Краткое описание чертежей:
На фиг. 1 представлена общая схема устройства.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Способ
Согласно первому варианту реализации способ производства ячеистого полотна включает в себя следующие этапы.
Экструзия пленок
Предварительно гранулированный термопластичный материал подвергается взвешиванию, дозированию и перемешиванию.
Далее подготовленный материал поступает в четыре экструдера, где гранулы по мере продвижения вдоль цилиндра расплавляются, гомогенизируются, расплавленный материал уплотняется.
Полученный расплав в виде вязкой однородной массы продавливается через пакет сетчатых фильтров, где происходит фильтрация непроплавленных частиц полимеров, а также возможных однородных включений, для получения однородного материала, который поступает в шестеренчатый насос расплава.
Шестеренчатый насос расплава обеспечивает равномерную подачу расплава в фильеры экструдеров, где материал распределяется по всей ширине головки и продавливается через зазор между пластинами фильер, благодаря чему формируются пленки (процесс экструзии).
Выходящий из фильер вязкотекучий расплав полимера представляет собой пленку толщиной от 0,1 до 1,0 мм.
Таким образом, экструдируют первую среднюю пленку, вторую среднюю пленку, верхнюю пленку и нижнюю пленку.
Температура пленки в вязкотекучем состоянии составляет 170-240°С (температура экструзии).
Вакуум-формование
После экструдирования первой средней пленки и второй средней пленки их направляют на вакуум-формование. Вакуум-формование первой средней пленки и второй средней пленки происходит на двух горизонтально расположенных вакуум-формующих металлических валах, установленных соосно в одной вертикальной плоскости. Вакуум-формующие валы вращаются в направлении навстречу друг к другу с одинаковым модулем скорости. Например, вакуум-формующие валы могут представлять собой металлические цилиндры с вакуумными отверстиями и выступами, имеющими форму усеченных конусов, пирамидальную форму, цилиндрическую форму, сферическую форму или другую подходящую форму. Вакуум-формование первой средней пленки и второй средней пленки с образованием выступов осуществляется посредством воздействия вакуума на полимерную пленку, находящуюся в вязкотекучем состоянии, подаваемую непрерывно на формующую часть вакуум-формующих валов.
Первая средняя пленка и вторая средняя пленка после вакуум-формования обладают структурой, имеющей зеркальную симметрию по отношению друг к другу, при этом толщина стенок выступов первой средней пленки, второй средней пленки по существу одинакова на всей протяженности выступа.
Процесс вакуум-формования проводят при давлении 6-20 кПа и температуре вакуум-формующих валов 50-80°С, при этом разрежение воздуха для вакуум-формования создается компрессорной установкой. Нагрев валов обеспечивается горячим агентом, подаваемым со станции термостатирования.
Высота выступов первой средней пленки и второй средней пленки после вакуум-формования составляет от 3 до 20 мм.
Зазор между вершинами формующих частей (усеченных конусов, цилиндров и т.д.) составляет 0,5-0,8 мм.
Формирование среднего слоя
Средний слой формируется на вакуум-формующих валах из двух средних пленок: первой средней пленки и второй средней пленки.
Средний слой формируется за счет сваривания посредством термической диффузии первой средней пленки и второй средней пленки. Процесс сваривания первой средней пленки и второй средней пленки происходит при попадании этих пленок в зазор между вакуум-формующими валами. В процессе сваривания каждый выступ первой средней пленки сваривается с соответствующим выступом второй средней пленки. В результате образуется ячеистая структура, имеющая зеркальную симметрию. Таким образом, после сваривания посредством термической диффузии первой средней пленки и второй средней пленки, средний слой оказывается сформированным и обладает ячеистой структурой, имеющей зеркальную симметрию.
Сваривание первой средней пленки и второй средней пленки проводят при температуре пленок около 170-200°С.
Формирование верхнего слоя и нижнего слоя
После экструдирования верхней пленки и нижней пленки их направляют на формующие и калибрующие валы для формирования верхнего слоя и нижнего слоя. Формирование верхнего слоя и нижнего слоя происходит посредством пропускания верхней пленки, образующей верхний слой, и нижней пленки, образующей нижний слой, через формующие и калибрующие валы.
При пропускании пленок через формующие валы, охлаждаемые водой или другим агентом, пленки охлаждаются, полимер при этом переходит из вязко-текучего состояния в высокоэластическое.
После прохождения через формующие валы пленки попадают в зазор калибрующих валов, которые вращаются во встречном направлении с одинаковым модулем скорости, и сдавливается до требуемой толщины. Калибрование (выравнивание толщины) происходит равномерно по всей ширине пленки.
От величины зазора между калибрующими валами зависит толщина готовой пленки. Величина зазора между калибрующими валами одной пары регулируется и составляет от 0,1 до 1,2 мм.
Калибрование верхней пленки и нижней пленки проводят при температуре калибрующих валов от 13-25°С.
После прохождения через формующие и калибрующие валы верхний слой и нижний слой проходят через натяжные валы и поступают на прижимные валы для соединения с внутренним слоем.
Соединение верхнего слоя и нижнего слоя со средним слоем
Все слои, по мере их изготовления, системой направляющих валов подают на прижимные валы, на которых происходит соединение всех слоев.
Поток горячего воздуха подают из фильер, по меньшей мере, двух воздушного греющих ножей в пространство между внешними слоями и единым внутренним слоем.
За счет термического воздействия происходит подплавление поверхностей слоев полимерного полотна. Подплавление необходимо для обеспечения прочного соединения слоев.
При соединении слоев, нагреваются только поверхности слоев, которые соединяются между собой: нижняя поверхность верхнего слоя, верхняя поверхность нижнего слоя, нижняя и верхняя поверхности среднего слоя.
Далее все три слоя, проходя через прижимные валы, под давлением соединяются между собой, образуя прочное соединение. В результате образуется ячеистое полотно.
Прижимные валы подогреваются горячим агентом, подаваемым со станции термостатирования, и имеют температуру 90°С.
Скорость соединения нижнего и верхнего слоя со средним слоем составляет 1,5-2,2 м/мин.
Описанный выше способ может дополнительно содержать этап дополнительного нагревания ячеистого полотна.
Готовое полотно захватывается валами первого протяжного устройства и поступает в печи термостабилизации.
В печах полотно подвергается дополнительному нагреву (от 80 до 250°С) для снятия внутренних напряжений в материале и ускорения процесса усадки перед нарезкой на листы заданного размера.
Кроме того, после дополнительного нагревания для снятия внутренних напряжений способ может дополнительно содержать этап охлаждения ячеистого полотна.
После печей термостабилизации готовое ячеистое полотно поступает на узел охлаждения, где происходит его охлаждение.
Вентиляторы нагнетают и подают поток охлажденного воздуха, имеющего температуру от 15 до 35°С, равномерно распределяя его по всей ширине готового полотна.
Еще одним возможным дополнительным этапом способа является обрезка кромок ячеистого полотна.
После охлаждающего узла ячеистое полотно захватывается валами второго протяжного устройства с устройством продольного реза для обрезки кромок. Обрезанные кромки ячеистого полотна измельчают и подготавливают для повторного использования.
Еще одним возможным дополнительным этапом способа является запайка торцов ячеистого полотна.
После обрезки кромок ячеистое полотно поступает на устройство запайки кромок. Торцы ячеистого полотна подвергаются запайке при помощи нагревателей П-образного профиля, С-образного профиля или любого другого профиля.
Дополнительным вариантом осуществления предлагаемого способа является способ, при котором экструдирование первой средней пленки, второй средней пленки, верхней пленки и нижней пленки происходит одновременно.
Еще один дополнительный вариант осуществления способа предусматривает, что формирование среднего слоя, верхнего слоя и нижнего слоя происходит одновременно.
Еще в одном варианте осуществления способа, все этапы выполняются непрерывно.
При формировании среднего слоя может осуществляться дополнительный локальный нагрев выступов для улучшения качества сварного соединения. В данном случае под локальным нагревом понимается нагрев пленок только в тех участках, которые вступают в контакт с другой пленкой при их сваривании.
В способе используется 4 экструдера, что позволяет изготавливать верхний, нижний и средний слои с различными физико-механическими свойствами. При этом могут изменяться следующие физико-механические свойства: прочность, твердость, светопропускание, цвет, способность поглощать или пропускать электромагнитные волны в разных диапазонах частот, упругость и др.
Например, верхний слой может быть изготовлен из пленки обладающей высокой прочностью для предохранения упакованных объектов от повреждения, средний слой - высокой упругостью для ослабления влияния внешних усилий и для плотного прилегания упаковочного материала, а нижний слой - высокой эластичностью для обеспечения плотного прилегания и защиты поверхности упакованных объектов от повреждений. Пленки могут быть изготовлены различных цветов для обеспечения маркировки объектов. Пленки могут быть изготовлены из материалов с различной способностью пропускать электромагнитные волны (включая свет) для предотвращения разрушающего или портящего воздействия на упакованный объект.
Толщина стенок выступов первой средней пленки, второй средней пленки обеспечивается по существу одинаковой на всей протяженности выступа за счет выбора режима работы вакуум-формирующих валов, а именно высоты выступов и температуры нагрева пленки.
Установка
Другим аспектом настоящего изобретения является установка для осуществления способа производства ячеистого полотна.
Установка (фиг. 1) включает в себя следующие основные элементы: 1, 2 - вакуум-формующие металлические валы; 3, 4 - формующие валы нижнего слоя; 5, 6 - формующие валы верхнего слоя; 7, 8 - прижимные валы; 9 - экструзионная головка А; 10 - экструзионная головка В; 11 - экструзионная головка С; 12 - экструзионная головка D; 13 - верхний воздушный греющий нож; 14 - нижний воздушный греющий нож; 15 - натяжные валы.
Установка содержит четыре экструдера А, В, С и D, которым соответствуют четыре экструзионные головки 9, 10, 11, 12. При этом экструзионная головка 9 предназначена для формирования верхней пленки, экструзионная головка 10 предназначена для формирования первой средней пленки, экструзионная головка 11 предназначена для формирования второй средней пленки, экструзионная головка 12 предназначена для формирования нижней пленки.
Первая и вторая средние пленки подаются в блок формирования среднего слоя, включающий в себя вакуум-формующие валы 1, 2, выполненный с возможностью осуществлять вакуум-формование первой средней пленки и второй средней пленки с образованием выступов, причем первая средняя пленка и вторая средняя пленка после вакуум-формования обладают структурой, имеющей зеркальную симметрию по отношению друг к другу, и формировать средний слой за счет сваривания посредством термической диффузии первой средней пленки и второй средней пленки с образованием ячеистой структуры, имеющей зеркальную симметрию, причем каждый выступ первой средней пленки сваривают с соответствующим выступом второй средней пленки.
Верхняя пленка подается в блок формирования верхнего слоя, включающий в себя формующие валы 5, 6 верхнего слоя, калибрующие валы и натяжные валы.
Нижняя пленка подается в блок формирования нижнего слоя, включающий в себя формующие валы нижнего слоя 3, 4, калибрующие валы и натяжные валы.
После формирования верхний, средний и нижний слои подаются в блок формирования полотна, включающий в себя верхний и нижний греющие ножи 13, 14 и прижимные валы 15, выполненный с возможностью соединять верхний слой и нижний слой со средним слоем с образованием ячеистого полотна посредством нагревания нижней поверхности верхнего слоя, верхней поверхности нижнего слоя, нижней и верхней поверхностей среднего слоя при помощи нагретого воздуха, подаваемого из фильер воздушных греющих ножей 13, 14 и последующего прижима прижимными валами 15.
Дополнительно установка может быть оборудована нагревательным и охлаждающим блоками. При этом после этого сформированное полотно последовательно поступает вначале нагревательный блок, выполненный с возможностью дополнительно нагревать ячеистое полотно для снятия внутренних напряжений и ускорения процесса усадки, а затем в блок охлаждения ячеистого полотна.
Использование двух и более экструдеров позволяет изготавливать полотно с отдельными слоями, различающимися по физическим свойствам, например, цветом, плотностью или физико-механическими показателями. Это расширяет область возможного применения готового полотна, в том числе в виде различной упаковки или наружной рекламной продукции.
Наличие двух или четырех отдельных экструдеров предоставляет возможность последовательного запуска экструзионных головок без дополнительного расходования сырья на параллельные головки.
Предпочтительно установка работает следующим образом.
Гранулированный термопластичный материал при помощи вакуумных загрузчиков по сырьевым магистралям из силосов и сырьевых контейнеров поступает в приемные бункеры дозаторов-смесителей.
Автоматическое устройство производит взвешивание и дозирование, согласно установленному рецепту, перемешивание материала в смесительном бункере.
Проходя через магнитные сепараторы дозаторов, материал по пневмотранспорту поступает в экструдеры А, В, С, D на экструзионные головки 9-12 (фильеры).
Попадая в экструдер, гранулы полимерного материала захватываются вращающимся шнеком и перемещаются вдоль оси материального цилиндра экструдера по винтовому каналу шнека.
По мере продвижения сырья вдоль цилиндра гранулы расплавляются, расплавленный материал гомогенизируется и уплотняется.
Полученный расплав в виде вязкой однородной массы продавливается через пакет сетчатых фильтров и поступает в шестеренчатый насос расплава.
Шестеренчатый насос расплава обеспечивает равномерную подачу расплава в фильеру, имеющую прямоугольный профиль.
Выходящий из фильеры вязкотекучий расплав полимера имеет температуру 170-200°С и представляет собой пленку толщиной от 0,1 до 1,0 мм.
Вакуум-формование двух средних пленок происходит на двух горизонтально расположенных вакуум-формующих металлических валах 1, 2, установленных соосно в одной вертикальной плоскости. В качестве примера, вакуум-формующие валы 1, 2 могут представлять собой металлические цилиндры с вакуумными отверстиями, по всей наружной поверхности которых методом фрезерования выполнены цилиндрические усеченные конусы. Согласно другим вариантам реализации изобретения возможны другие формы отверстий.
Предпочтительно цилиндрические конусы являются формующей частью валов 1, 2.
Формирование ячеистого профиля пленок осуществляется посредством воздействия вакуума на полимерную пленку, находящуюся в вязкотекучем состоянии и подаваемую на формующую часть вакуум-формующих валов 1, 2.
Зазор между вершинами формующих частей (конусов) составляет 0,5-0,8 мм.
Вакуум-формующие валы 1, 2 вращаются в направлении навстречу друг к другу с одинаковым модулем скорости.
Нагрев вакуум-формующих валов 1, 2 обеспечивается горячим агентом, подаваемым со станции термостатирования.
На вакуум-формующие валы 1, 2 с формующих головок экструдеров 9 и 10 одновременно поступают две пленки.
Пленки, поступая на вакуум-формующие валы 1, 2, притягиваются к их поверхностям за счет силы вакуума, создаваемого подачей воздуха с компрессорной установки.
Вакуум-формование проходит при температуре 50-80°С и давлении 6-20 кПа.
В процессе вакуум-формования пленки принимают ячеистый профиль с коническим сечением.
При этом ячейки верхнего и нижнего слоя прижимаются друг к другу и за счет термической диффузии свариваются между собой, образуя ячеистую полую структуру.
Усилие прижима обеспечивается регулировкой зазора между вакуум-формующими валами 1, 2, и, в свою очередь, влияет на прочность сварного соединения между вершинами выступов, которые образуют средний слой полотна.
Одновременно с формированием среднего слоя происходит процесс формирования пленок двух внешних слоев полимерного полотна на экструзионных плоскощелевых головках экструдеров С и D 11, 12.
Расплав полимера с головок экструдеров С и D 11, 12 поступает на формующие валы нижнего слоя 3, 4 и формующие валы верхнего слоя 5, 6.
Пленки с экструдеров С и D поступают на калибрующие валы.
Величина зазора между калибрующими валами одной пары составляет 0,5-1,2 мм.
Вращение калибрующих валов обеспечивается зубчатыми шестернями во встречном направлении вращения с одинаковым модулем скорости.
Наружные сформованные пленки проходят через натяжные валы 15 и поступают на прижимные валы 7, 8.
Прижимные валы 15 подогреваются до 90°С горячим агентом, подаваемым со станции термостатирования.
Поток горячего воздуха подается из фильер верхнего или нижнего воздушных греющих ножей 13, 14 в пространство между внешними слоями и единым внутренним слоем.
За счет термического воздействия происходит поверхностное подплавление внешних поверхностей слоев полимерного полотна.
Далее все слои, проходя через прижимные валы 15, под давлением свариваются между собой, образуя прочное сварное соединение (полотно).
Готовое полотно захватывается валами первого протяжного устройства и поступает в печи термостабилизации.
В печах полотно подвергается дополнительному нагреву для снятия внутренних напряжений в материале и ускорения процесса усадки перед нарезкой на листы заданного размера.
После печей термостабилизации готовое полотно поступает на узел охлаждения.
Узел охлаждения представляет собой металлическую конструкцию в форме конической вытянутой фильеры с щелевыми раструбами.
Вентиляторы нагнетают поток охлажденного воздуха и через щелевые раструбы подают воздух, равномерно распределяя его по всей ширине готового полотна.
После охлаждающего узла полотно захватывается валами второго протяжного устройства с устройством продольного реза для обрезки кромок.
В дополнительных вариантах реализации обрезанные кромки поступают в дробилки, а измельченные кромки (дробленка) по пневмотранспорту поступают в загрузочные воронки сырья на экструдерах С, D для повторного использования.
После протяжных валов полотно поступает на устройство запайки кромок, которое представляет собой рамную конструкцию с установленными по краям нагревателями с П-образной или С-образной рабочей частью или рабочей частью, имеющей любую другую конфигурацию.
Торцы полотна, проходя через нагреватели П-образного профиля, Сообразного профиля или любого другого профиля достигают температуры, близкой к температуре плавления полимера.
После нагревателей установлены ролики, конфигурация которых определяет геометрию профиля.
Проходя через ролики, края полотна принимают форму, обусловленную конфигурацией роликов, например, форму полукруглого профиля или другого подходящего профиля.
Далее полотно поступает на автоматическое устройство поперечного реза.
Полотно нарезается на листы заданных размеров.
Готовые листы укладываются на поддон и подвергаются кондиционированию в цехе.
После кондиционирования листы упаковываются или передаются на следующие стадии производства.