生产气泡片材的工艺和设备.pdf

一种生产气泡片材的工艺，其包括以下步骤：a)从相应颗粒开始挤出底膜、中心膜、顶膜；b)热成形中心膜；c)校准和部分冷却底和顶膜；d)加热底和顶膜的至少一侧并将底和顶两膜与已热成形的膜相结合。

1.  一种生产气泡片材的工艺，其包括以下步骤：
a)从相应颗粒开始挤出底膜、中心膜、顶膜；
b)热成形中心膜；
c)校准和部分冷却底和顶膜；
d)加热底和顶膜的至少一侧并将底和顶两膜与热成形的膜相结合。

2.  根据权利要求1的工艺，其特征在于，每个膜部件是至少三层的多层结构。

3.  根据权利要求1的工艺，其特征在于，每个膜部件是共挤出三层产生的多层结构，其中共挤的三层结构由一层内部聚丙烯均聚物层和两层外部聚丙烯共聚物层组成。

4.  根据权利要求3的工艺，其特征在于，共挤的三层结构具有由一层内部聚丙烯均聚物层(B)和两层外部聚丙烯共聚物层(A)组成的ABA结构。

5.  根据前述任一权利要求的工艺，其特征在于，聚丙烯共聚物是由丙烯以及乙烯和/或丁烯单体的重复性单元所组成的无规或嵌段共聚物。

6.  根据权利要求1的工艺，其特征在于，在热成形步骤b)中，中心膜被维持在接近维卡值的温度。

7.  根据权利要求1的工艺，其特征在于，在热成形步骤b)中，中心膜被维持在从维卡温度至低于维卡温度5℃的温度的范围中的温度。

8.  根据权利要求1的工艺，其特征在于，底和顶膜的校准和部分冷却阶段c)设想在大约100至1,000μm范围内的厚度进行校准。

9.  根据权利要求1的工艺，其特征在于，底和顶膜的校准和部分冷却阶段c)被冷却至从维卡温度到一个接近维卡温度的温度的范围中的温度。

10.  根据权利要求1的工艺，其特征在于，底和顶膜的校准和部分冷却阶段c)被冷却至从维卡温度至低于维卡温度5℃的温度的范围中的温度。

11.  根据权利要求1的工艺，其特征在于，顶和底膜与中心热成形膜的结合同时进行。

12.  根据权利要求1的工艺，其特征在于，底和顶膜在膜行程或膜供给路径具有大致相等长度的情况下达到与中心热成形膜的结合。

13.  一种生产气泡片材的设备，其包括至少三个构成挤出组的挤出机头，随后是热成形组以及校准和冷却组，所述热成形组以及校准和冷却组又连接至一结合组。

14.  根据权利要求13的设备，其特征在于，顶膜和底膜的校准和冷却组借助于砑光机(2)进行。

15.  根据权利要求14的设备，其特征在于，铸造砑光机(2)之间的距离是可变的。

16.  根据权利要求13的设备，其特征在于，热成形组包括冷却的且具有内部吸引力的匹配圆柱体(3)。

17.  根据权利要求13的设备，其特征在于，其包括结合组之前的后加热圆柱体(5)。

18.  根据权利要求13的设备，其特征在于，结合组包括加压圆柱体(4)。

19.  根据权利要求13的设备，其特征在于，结合组后面有牵引圆柱体(6)和回火炉(9)。

20.  根据权利要求13的设备，其特征在于，所述中心热成形组以及两个侧面校准和冷却组将三个膜供给至结合组，其中膜行程或供给路径的长度基本上相同。

21.  由根据权利要求1-12中任一的工艺能获得的气泡片材作为防护元件或包装元件的用途。

生产气泡片材的工艺和设备
技术领域
本发明涉及生产尤其由聚丙烯制成的气泡片材(blister sheet)的工艺和设备。
背景技术
气泡片材指的是聚丙烯蜂窝片材，其可以具有从300至3,000g/m²的基本重量(即每平方米的重量)。这种产品具有特定的特性，比如相当大的刚度和硬度，即使其具有良好的弹性(即断裂强度)。其还具有30-50％的填充系数，即塑料体积相对于产品总体积的比例。
由于这种特定的蜂窝结构，气泡片材具有令人特别感兴趣的阻力/比重比例；尤其，这个特性在特别倾向于逐渐减小包装产品重量从而消除过度包装(overpackaging)现象的包装工业中尤其令人感兴趣和重要。
现有技术描述和使用大概地由热接合的三个不同膜所构成的气泡片材，其中一层膜(中心膜)是热成形的膜。由于热成形的缘故，中心膜获得了蜂窝状性质，从而保证了三个方向上惯性静力矩的显著增大并且因此增大了相对阻力模量。
图1中提供了根据现有技术的产品的示意性图示，其中示出了上或顶膜、中心热成形膜以及下或底膜。中心膜的特殊构造给最终产品带来了机械性能(刚度、负荷抗力等)以及功能特性(轻质、延展性等)，近年来已经发展到在各种应用中使用例如如图1所示的气泡片材以及类似产品并且得到了极好的效果。
然而，上述气泡片材的生产具有诸多缺点。实际上，目前生产气泡片材的工艺极其复杂，其成本很高并且尤其不与现有工业需求相协调。
现在实质上有两种工艺用于生产具有蜂窝结构的气泡片材，该气泡片材由三个不同的膜(包括中心的热成形膜)构成；这两种工艺有着基本的区别：在第一种情况中，生产工艺是间歇处理，即离线的，而在第二种情况中，生产工艺是连续的，然而其不能获得质量过关的最终产品。所获得的气泡片材实际上缺少一些保证其通用性的特定特性。
根据现有技术的第一种工艺(间歇处理)开始于已经缠绕在绕线轴上的具有相同内部结构(通常为单层，即由一种材料构成)的三个膜。对于起始产品，使用事先已经在另一特定工厂生产出的产品。
然后借助于机械动作或者在形成真空的情况下由特定的匹配辊(conforming roll)松开、加热和热成形构成中心层的膜，而将与中心膜相结合作为顶层和底层的两层膜又被松开且被加热到一个高于材料软化温度(“维卡”温度)的温度并且随后通过两个压辊的机械动作粘附至热成形膜。
如此获得的产品是类似于图1所示的气泡片材。
这种工艺具有诸多问题和缺点。首先，为了获得气泡片材，需要多个步骤：该工艺设想三个平膜的第一挤出步骤，具有随之发生的热能/电能消耗，然后是冷却(又使用能量)，在绕线轴上供给品的存储(比如挤出步骤的连续工艺到间歇工艺)，三个膜的第二次加热和冷却以实施热成形和结合，从而时间和成本进一步显著增加。整个工艺的能量平衡明显地根本就不合适。
而且，为了满足客户在基本重量(即厚度)、色彩等方面的要求(依赖于气泡片材所需的特性)，必须具有很好地供应有单个膜绕线轴的仓库，即逻辑上和经济上很麻烦的仓库。获得和保持基本重量和膜类型的大型仓库的必要性还导致了运输成本的增加。由于大量的生产废料，这种工艺还缺乏方便性，生产废料在单个膜的每次绕线轴改变(即每次重新开始间歇操作)时明显地产生，并且还由于最终产品边缘的切割而产生，所述切割对于保证气泡片材不仅满足物理机械要求而且还满足某些美学要求来说是必要的。
根据现有技术使用的第二种工艺是实质上基于铸造技术的连续工艺，即设想挤出平塑料膜，该膜借助于通过水或其它冷却液的循环而保持在低温的圆柱体而冷却。
然而，用第二种工艺获得的气泡片材的质量对于机械特性以及外观来说是不够的。这种低劣的最终质量明显地也影响了在某些应用中使用该产品的可能性。
根据现有技术的连续工艺能概括性地描述如下：两种膜同时挤出，其中之一直接浇注到冷却地匹配圆柱体上，该圆柱体具有蜂窝的负片(negative)，在其中由特定泵形成真空。
因而膜通过使用其自身来源于挤出的含热量而热成形并且因此消除了对其进行二次加热的必要性；构成底部的下膜如上所述同时挤出，并且随后直接浇注到热成形膜的后部上，并且还由于增加接触压力的压辊而立即粘附于其上，从而方便了粘附。
然而，底部在仍然高温的状态下(尤其是在高基本重量的情况下，即当膜的含热量非常高并且没有被匹配圆柱体完全吸收时)粘附至热成形膜的事实导致了产品的变形。尤其，能观察到气泡的边缘变得更加明显，这显著地限制了最终产品的平面度，导致了在气泡片材必须与其它产品(比如举例来说TNT、纸张、铝等)相结合时的负面影响。
其次，形成上或顶层的膜来自于已经成形的膜的绕线轴并且被不连续地结合。因此必须对其进行加热(重复能量消耗的问题)并且借助于机械压辊系统将其粘附至热成形膜；后者又必须再次被加热以方便粘附，又带来了能量浪费。
而且，这种工艺具有另外的、间接和甚至更严重的问题；实际上，第三层的结合在底膜已经完全冷却时进行，因此整个气泡片材的热就不平衡。实际上，上部具有接近维卡值的温度而下部具有大致等于室温的温度。
这个事实不可避免地形成了内张力，因此必须使用特定的炉将其最小化，这样就“松弛”了整个产品，并且至少在理论上稳定和取消了残余张力。然而，实际上，根本就不容易获得满意的结果，尤其是当气泡片材的最终基本重量必须经常变化的时候。基本重量的这种变化实际上需要不同的操作条件，这些操作条件只能在一定的短暂时间之后才能达到，而在这个短暂时间中有着随之而来的废品的大量产生。
此外，根据现有技术的第二种工艺还包括两个截然不同且接连的阶段，这两个阶段形成了相当的能量浪费以及不能总是适于最终使用的最终产品质量。
发明内容
申请人现在已经令人惊讶地发现，根据本发明的具体工艺能克服
现有技术中的缺点。
因此，本发明的目标涉及生产气泡片材的工艺，其设想下述步骤：
a)从相应颗粒开始挤出上或底膜、中心膜以及下或顶膜；
b)热成形中心膜；
c)校准和部分冷却底和顶膜；
d)加热底和顶膜的至少一侧并将底和顶两膜与热成形的膜相结合。
本发明的又一目标涉及生产气泡片材的设备，其包括至少三个构成挤出组的挤出机头，随后是热成形组以及校准和冷却组，所述热成形组以及校准和冷却组又连接至一结合组。
本发明的目标还涉及由根据本发明的工艺获得的气泡片材作为防护元件或包装元件的用途。
每个挤出膜优选地包括至少三层。
根据本发明的工艺的主要优点在于在一个生产阶段中生产气泡片材，并且继而具有较低的能量消耗以及间接地具有较低的环境冲击，主要是由于废品的急剧减少。
另一个优点表现为不会出现分层，归因于由每个形成片材的膜由通过共挤工艺同时挤出的三层构成这个事实所保证的绝对粘附。
这样，还可以限制，甚至完全消除，另一个出现在根据现有技术的工艺中的问题，即必须找到具有良好物理机械特性并且同时允许在相对低温下结合并且不会有构成气泡片材的三个膜之间的分离危险的混合物材料。
这种混合物明显是生产工艺要求和最终产品(即气泡片材)性能之间折中的结果，但是由于其是折中的结果，当然就不能100％地同时满足两个需求。
尤其，能借助于根据本发明的工艺获得的气泡片材包括上或顶膜、中心热成形膜以及下或底膜。
每单个膜优选地包括三层，根据图2所示的A-B-A结构，其中外面A层包括共聚聚丙烯膜(优选地是嵌段的或无规的聚丙烯共聚物，并且有乙烯和/或丁烯单体插在丙稀链中)，其具有使得其尤其适于高温结合同时还保证粘附和相对低的焊接温度的化学特性。
内层B包括均聚聚丙烯膜，即包括丙稀单体，其具有特别高的物理机械性能，并且因此适于保证最终产品(即气泡片材)具有从机械抗力和轻质的角度来说合适的质量。
尤其，热成形步骤b)设想中心膜被维持在接近维卡值(一个严格地与聚合物类型相关的数值)的温度，以允许其能毫无问题地被热成形。接近维卡值的温度指的是从维卡温度至低于维卡温度约5℃的温度的范围中的温度。
然后其不被完全地冷却。
底和顶膜的校准和部分冷却阶段c)设想利用一系列砑光机与最终产品所需的特性相关的所述膜的校准。尤其，校准和部分冷却阶段c)包括所述膜在与所需的最终基本重量相关并且在任何情况下范围为大约100至1,000μm的可变厚度进行校准。所述砑光机将底和顶膜冷却至低于维卡值但尽可能接近它的温度，尤其是冷却到从维卡温度至低于维卡温度5℃的温度的范围中的温度。
然而砑光机不会完全吸收两层膜的含热量。
在挤出、热成形、校准和部分冷却阶段a)-c)结束时，三个膜被完全地晶化并且因此在没有机械动作时是不可变形的，但是仍然相对较热。
因此阶段d)设想使用有限数量的热来对底和顶膜的至少一侧进行加热以实现顶和底膜与中心热成形膜借助于两个压辊的结合。
根据本发明用于生产气泡片材的工艺的其它优点是：首先，它是开始于颗粒并且无需中间步骤而直接生产成品的连续工艺。因此无需绕线轴仓库，从逻辑和运输的角度看都具有相对经济的优点。
还可以直接生产所需的任何基本重量(显然是在有限变化范围内)以及具有任何着色，实际上是“刚好及时”的，并且以最少的废品获得厚度变化。
根据本发明的工艺还允许了源于只需稍微加热顶和底两膜的显著能量节省，这是因为足够高的含热量维持为接近与气泡(也就是与中心热成形膜)的结合。
根据本发明的工艺还具有又一优点：设想使用具有高机械性能的材料作为三个膜的中心层(即层B)而没有影响各单个膜的可焊接性能。
也可以使用具有高度可焊接特性的材料作为三个膜的外层(即层A)，而没有影响最终产品的机械性能。
而且，根据本发明的工艺具有在开始操作期间最少化废料的确实优点，因为其是连续的工艺，并且尤其是处于规范条件(regimecondition)之下，因为存在着为了供给层B的挤出机而再循环边切口的可能性，并且最终产品的特性没有显著变化。
用根据本发明的工艺获得的气泡片材的特征还在于残余内张力的完全缺失，尤其是在膜具有对称结构的情况下(即其中顶和底膜的厚度基本上相同)，这是因为与中心气泡(即热成形层)的同时结合，并且因此具有相同的热条件。
而且，气泡片材具有高的平面度，这是因为膜的结合在接近维卡值的温度下实现并且因为对于外层A使用了特定材料，这种材料在相对有限的接触压力之下允许相当的粘附。
最后，由于顶和底膜的砑光机校准，根据本发明的工艺允许毫无问题地生产具有高基本重量的膜。
附图说明
从下述示例性和非限制性的描述中，并结合所附的示意性附图(图3)，根据本发明的工艺的特点和优点将会更加明显，该附图示出了根据本发明用于生产气泡片材的设备的升高的侧视图。
图3实际上示出了实施气泡片材生产工艺的设备的示意图，并且尤其涉及三个膜的挤出和结合机头区域。
具体实施方式
参考图3，1表示挤出机头，2表示校准组的砑光机，3表示热形成匹配圆柱体，4表示用于结合的加压组，5表示后加热圆柱体，6表示牵引圆柱体，7表示顶和底膜A，8表示热成形膜B，9表示回火炉。
不再更详细地对这些组进行描述，因为它们对于该领域的普通技术人员来说是公知的。
顶和底膜的校准和冷却组借助于砑光机2进行并且保证了极好的尺寸公差。实际上，其通过简单地作用在铸造砑光机之间的距离上允许了宽的基本重量范围内的膜生产，并且形成与它们切线一致的小弯月形材料，同时很明显以生产线的速度。如前所述，所述砑光机提供了顶和底部聚丙烯膜在非常短时间内的完全晶化，因而抑制了非常缓慢或仅仅是部分的晶化时产生的典型“斑点”结构。然而，尤其在高的基本重量时，顶和底膜的含热量没有被完全地吸收。
这个步骤对于根据本发明的工艺来说是基本的，其具体地基于使用在挤出过程中供应至膜的部分热，以实现其与气泡或中心成形膜的结合；后者借助于冷却的且具有将中心膜8温度带入低于维卡温度的内部吸引力的匹配圆柱体3以传统的方式类似地形成，然而在这种情况下还保留了中心膜的一部分含热量。
膜行程(即顶、底和中心膜遵循的路径)非常重要并且实现为使得顶和底膜7在可能的最佳条件下接近后加热圆柱体5。这意味着顶和底膜7在直接允许结合的温度下或者在实现结合需要最少的可能热量的任何情况下达到后加热圆柱体5。对于两层外膜，结合借助于两个压辊4同时实现，然后将产品从另一对辊或牵引圆柱体6拉出。
底和顶膜优选地在膜行程或膜供给路径具有基本上相同长度的情况下达到与中心热成形膜的结合。
中心热成形组和两个侧面校准和冷却组随后将三个膜供给至膜行程或供给路径的长度基本上相同的结合组。
在结合之后，还可以有回火炉9，其在要生产出具有非常不对称结构的气泡片材时非常有用，即其设想非常不同于顶膜的底膜、由于两层膜的不同含热量以及因此的不同冷却速度而会导致形成残余内张力的结构差异。