CN1140653A - 制造高度定向的聚酯板材的方法和设备 - Google Patents

Abstract

制造高度定向的聚酯板材的方法和设备，包括一种两步抽拉工艺。第一抽拉工序在无间歇滚轧和张拉轧辊组内进行，该轧辊组合有一对对置的并在它们之间形成一个辊隙的轧辊，其特征在于，上述轧辊以明显不同的线性表面速度沿相反的方向转动以便形成一定的抽拉速度比。这就确定了它们相对于对置轧辊中后一个轧辊的第二抽拉速度比，对结晶态聚酯板件进行加热，以促进它在设备的第二抽拉工序中的再次张拉，设备的总的抽拉速度比约为6∶1。

Description

制造高度定向的聚酯板材的 方法和设备

本发明总的涉及到制造定向塑料板材的方法和设备，较具体地，涉及到一种制造具有高的抗拉强度和模量值的高度定向的聚酯板材的方法和设备。

按照典型的现有技术的张拉工艺例如SIGNODE工艺，首先让一种热塑性材料的铸造板材(例如聚丙烯板材)通过一对紧密相隔的反向旋转的轧辊或滚筒进行滚轧以减小其尺寸，也就是减小其厚度。在该铸造板材的厚度减小后，由一系列的定向辊子或者张紧辊组将它轴出或者说拉出上述轧辊之外，使之获得所需的最终尺寸或厚度。

现有技术中另一种常用来制造张拉板材的工艺或者说方法是一种称为短间隙方法的工艺，一般设有一个入口张紧装置、一个张拉辊组和一个出口张紧装置，按照这个工艺，加热过的低速入口张紧装置将一种铸造板料(通常是薄板)推进到由一对安装成具有预定间距的轧辊或者说滚筒组成的张拉辊组内，其第一个轧辊的转速与上述的张紧装置的转速相同，而第二个轧辊的转速则大于该第一个轧辊，并等于出口张紧装置的转速。这样，当上述薄板通过整个设备时就受到张拉而达到所需的最终尺寸或者说最终厚度。

上述的现有技术的方法或工艺存在几个缺点，例如，由这些方法或工艺制成的带材的性能方面，在不明显降低其它所需性能的情况下，强度的提高有限，此外，当板件通过轧辊向形成的间距或者说间隙而受到张拉时，会发生明显的颈缩现象。

美国专利申请No.07/958803(现为美国专利No.5387388)公开过一种可同时滚轧和张拉上述板件从而使上述问题减至最小的新方法和设备，但是，这种方法和设备也暴露出其它操作问题，这些问题同样需要加以解决，才能获得具有其它所需性能的同时滚轧和张拉的热塑料板材。例如，按照美国专利No.5387388中所述的无间歇工艺和设备制造同时滚轧和张拉的热塑料板材时暴露后的一个操作问题或者说缺点是：业已发现，当热塑料板件准备进行加工，也就是说，要通过无间歇轧辊组的反向旋转的轧辊之间形成的辊隙同时进行滚轧和张拉时，它的两个相对的表面的温度不一致，其原因是，当热塑料板件绕在无间歇轧辊组的第一轧辊或者说前一个轧辊运行时，其内表面(也就是板件与无间歇轧辊组的第一轧辊或者说前一个轧辊相接触的表面)将会被该第一轧辊或者说前一个轧辊加热，或者，至少是上述的表面几乎不会被周围的空气所冷却，因为该表面直接与上述的穿一轧辊或者说前一个轧辊相接触，而不直接暴露在大气中。与此相反，上述热塑料板件的外表面(也就是不与无间歇轧辊组的第一轧辊或者说前一个轧辊直接接触的表面)则由于暴露在大气中而受到有效地冷却。热塑料板件的内、外表面的这种温度差异会导致整个塑料板产生密度差异，这对于加工后的板材的各种性能例如抗拉强度、可焊性及有关的性能、以及抗开裂性等有不利的影响。

上述的无间歇同时滚轧和张拉的方法和设备的另一个问题或者说缺点是，加工后的热塑板材其相对的边缘部分有所增厚，换句话说，板材的其宽度方向没有均匀的厚度或者说平直度。因此，要将加工好的板材随后加工成热塑料带材时，增厚的边缘部分不能用来加工这种带材，除非对上述的板材进行进一步的加工，以便使其边缘的厚度有效地减小至所需的可用来制造带材的厚度。

于是，美国专利申请No.08/352721所公开和实施的发明针对着使热塑料板件通过无间歇轧辊组中反向转动的轧辊间形成的辊隙而同时进行滚轧和张拉来制造定向热塑料带材的方法和设备，并且为克服上述的无间歇同时滚轧和张拉方法和设备中存在的滚轧和张拉后板件密度不均匀和边缘增厚的缺点，还对上述滚轧和张拉板件采用了各种加热技术，从而克服了上述缺点这些技术在上述专利申请08/352721中有较具体的说明，因此该专利被纳入本专利作为参考。

但是，正如美国专利No.5,387,388和美国专利申请No.08/352721中所公开和说明的对上述现有无间歇工艺的进一步研究和分析表明，当这类工艺用于制造聚酯板材或带材、特别是制造聚对苯二甲酸乙二醇酯板材或带材时，得到的板材或带材没有高的抗拉强度和高的模量值。

因此，需要发展一种设备和相关的方法，以制造高度定向的聚酯板材或带材，这种设备和方法采用与特殊的或者说独特的加热技术相结合的特殊的或者说独特的定向、张拉或者说抽拉技术，从而可制出具有高抗拉强度和高模量值的聚酯板材或带材。

因此，本发明的一个目的是提供一种新的和改进过的制造高度定向的聚酯板材和带材的方法和设备。

本发明的另一个目的是提供一种新的和改进过的、克服了现有工艺和设备中的各种不足缺点和问题的制造高度定向的聚酯板材或带材的方法和设备。

本发明的再一个目的是提供一种新的和改进过的制造高度定向的聚酯板材或带材的方法和设备，这种方法和设备能够使板件以单道方式通过一对无间歇轧辊间形成的辊隙使之同时受到滚轧和张拉而制成具有预定厚度的板材或带材。

本发明的又一个目的是提供一种新的和改进过的制造高度定向的聚酯板材和带材的方法和设备，所制成的板材或带材，其抗拉强度和模量值明显高于至今已知的现有技术的方法和设备所制出的板材或带材。

本发明还有一个目的是提供一种新的和改进过的制造高度定向的聚酯板材和带材的方法，和设备，这种方法和设备由于对原始板件或材料采用各种加热、滚轧和挤压技术而提高了滚轧和张拉后的成品板材或带材的厚度均匀性和平直度。

简言之，上述的和其他的目的可按照本发明的提供的制造高度定向的聚酯板材或带材的方法和设备来达到，所述板材或带材具有预定的用于捆带包装或类似用途的所需厚度，这种具有上述预定的所需厚度的板材或带材是将聚酯板件通过一对彼此紧密隔开的轧辊或滚筒间形成的辊隙而同时受到滚轧和张拉而制成的。上述辊隙的尺寸明显地小于板件的原始厚度，并且，上述的轧辊以明显不同的线性表面速度沿相反的方向转动。

为了提高上述的同时滚轧和张拉的板材或带材(也就是制成的定向板材或带材)的各种性能例如抗拉强度和模量或刚度，按照本发明，对上述的固态板件实行一种独特的定向工序和一种独特的加热工序。具体说来，上述的定向工序实际上是一种两步抽拉工序，其中第一次抽拉作业是在无间歇轧辊组内有效地完成的，而第二次抽拉作业是通过一个与无间歇轧辊组的后一个轧辊相协调的出口张紧辊组来完成的。与此同时，加热工序含有一个预定的加热模式，例如，通过无间歇轧辊组的前一个轧辊和后一个轧辊间接地加热固态聚酯板件，并且在相对于无间歇轧辊组的前一个轧辊的特定位置上直接加热固态聚酯板件，以便精确和均匀地控制和确定聚酯板件的取向。另外，当聚酯板件通过无间歇轧辊组的轧辊间的辊隙时受到碾压而产生的机械功也可对板件进行额外的加热，从而促进板件的张拉及其定向过程。

为了提高上述的同时滚轧和张拉的聚酯板材的平直度，从而增加由这种板材加工成的带材的数量，在聚酯板件进入无间歇轧辊间形成的辊隙之前(或者在该辊隙内)一开始就让其具有较薄的边缘部分。鉴于板件在无间歇轧辊组内同时进行滚轧和张拉而使边缘部分增厚的倾向，故按照本发明的加工技术，将使板件受到同时滚轧和张拉时，其边缘部分的厚度与其中央部分的厚度一样(沿板件横向宽度看)。可以通过例如在无间歇轧辊组内采用特定形状的轧辊来形成迫使板件通过的辊隙，而使板件具有较薄的边缘部分(在无间歇轧辊间有效地形成具有梯形横截面形状的间隙)。同理，按照形成板件的较薄边缘部分的第二种方式或者说模式，可采用具有特定形状的挤压模和铸塑辊子，以便使挤压后的铸塑板件同样具有大致为梯形的形状，从而使板件边缘部分变薄。由于板件同时进行滚轧和张拉，其较薄的边缘部分会因此而变厚，结果，板件的边缘部分的厚度就会变得与其中央部分的厚度一样。

通过下面结合附图的详细说明，将会对本发明的各种其他目的、特征和相应的优点更加了解，在附图的几个视图中相同的标号表示相同的或相应的部分，附图中：

图1是按照本发明设计的用来按照本发明的无间歇制造工艺(或者说技术)制造定向塑料带材的设备的局部前视图；

图2是构成图1中的无间歇轧辊组的滚轧和张拉辊于局部放大前视简图；

图3是沿图1中的3-3线切取的构成图1的无间歇轧辊组的滚轧和张拉辊子的局部放大剖视图；

图4是沿平行于图1的3-3线的一条线或方向切取的构成图1中的无间歇轧辊组的滚轧和张拉辊子的缩小的局部剖视简图；

图5是与图1类似的示意图；，示出了按照本发明的原则设计的用来制造高度定向的聚酯板材或带材的滚轧和张拉设备或者说系统；

图6是类似于图5的示意图，示出了按照本发明的原则发展的独特的加热程序或者说工序，该程序用于本发明的入口张紧辊组、无间歇轧辊组和出口张紧辊组，或者说与其相结合，有助于制成高度定向的聚酯板材或带材；

图7A和7B是可用于图5或图6中的滚轧和张拉辊子的两个不同实施例的前视图；用于生产且有较薄的边缘部分的滚轧和张拉的聚酯板材或带材，以便增加具有所需平直度(沿板材或带材的横向宽度看)的有用板材或带材的数量；

图8A和8B是两种挤压模的横截面简图，这种挤压模能够生产出具有较薄的边缘部分的板件，因此可增加滚轧和张拉后的板材或带材中具有所需平直度(沿板材或带材的横向宽度看)的有用部分的数量；和

图9是与图8A和8B的剂压模相结合使用的铸塑辊子的前视图，用于对从图8A和8B的挤压模中抽出的板件进行铸塑和进一步成形，并使这种板件能够导入下一个工位无间歇滚轧和张拉辊组中。

下面参看附图(具体是图1)，图中示出了一种用来将板件22同时进行滚轧和张拉(或者说拉伸)成薄带坯材的无间歇轧辊组(总的以标号20示之)。本发明仅讨论和说明只有一个单板件22被导过轧辊组20的情况，但是，必须明白，可以同时将一张以上的板件或者说工件22导引通过组件20。还应明白，本专利说明书通篇要用到的短语或者说术语“无间歇”(zero-gap)指的是这样一种概念，即板件的滚轧工步与张拉或者说拉伸工步之间基本上没有任何间隔，换句话说，板件的滚轧工序与张拉(或者说拉伸工序基本上是同时进行的。此外，要注意到，如图1所示，无间歇轧辊组20位于板件或者说工件的送料辊组24与出口张紧辊组26之间，上述辊组24和26都设置在或者说安装在机架或者说支架28上。

送料辊组24可以是几种形式中的任一种，如图1所示，它含有一个用来挤压坯料板件或称工件22的挤压机30和一个入口张紧辊组32。挤压机30将一种适当的材料例如聚丙烯、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯PET)等制成板件22，该板件被导入入口张紧辊组32中，该组件32又将板件22送入无间歇轧辊组20。板件22在通过入口张紧辊组32时进行加热，以便使它在进入无间歇轧辊组20时已有效地受到预热，从而提高其加工性能、张拉或者说拉伸性能和定向性能，以及由此而产生的板件22材各种特性，关于上述的加热技术将在下面讨论图5和图6的系统或者说装置时结合制造高度定向的聚酯板材或带材进行较深入的讨论。

入口张紧辊组32由多个辊子或滚筒34、36、38和40组成，通过一种适宜的机构例如轴(未示出)将它们安装在机架或者说支架28上。辊子34、36、38和40可以是实心的或者是空心的，在最佳实施例中(如图1所示)，辊子34、36、38和40实际上仅仅用来正确地将板件22输送到或者说供入到无间歇轧辊组20中，它们基本上不对板件22进行任何张拉或滚轧。辊子的数目可以与图1所示数目不同。从图中可看出，辊子34、36、38和40排列成垂直隔开的两排，下面一排辊子36和40置于上排辊子34和38之间或者说相对于辊子34和38而偏置。辊子34和38安装成可沿顺时针方向转动，而辊子36和40安装成可沿逆时针方向转动，因此，当板件22绕过或者说通过入口张紧辊组32时，它是按照正确的模式或者说沿着一定的相对于辊子34、36、38和40的转动方向的方向而通过这些辊子的。辊子34、36、38和40分别通过适当的机构例如马达和轴和传动机构(未示出)使之匀速地转动，并且它们的转动速度或线性表面速度大致与无间歇轧辊组20的上辊42相同，这一点在下面再作较详细的讨论。

板件22通过送料辊组24之后，继续向前进入无间歇轧辊组20，以便同时进行滚轧和张拉，制成具有预定所需厚度的板件成品22。无间歇轧辊组20含有一对安装成可以反向关系转动的辊子或者说滚筒42和44。辊隙46(即辊子42与44这间的距离)可随所需板件成品22的最终厚度而明显改变。无间歇辊子42和44可以是实心的或者是空心的，并可以用任何普通机构(未示出)例如使热流体通过它们进行加热，以便提高板材的张拉性能。无间歇辊子42和44的辊子表面可以是平的(如图1-4所示)，也可以是带有某种轮廓的(下面还要较具体地说明)以便在板件22通过无间歇辊组20的辊子42和44时改变其形状而制出带有预定厚度和形状特征的最终板材制品。

从图2可清楚看出，无间歇轧辊组20的上辊42是沿顺时针方向转动的(如图中有关箭头所示)，而其下辊44则是沿反时针方向转动(同样如图中有关箭头表示出)的，因此，板件22首先绕过上辊42的大部分圆周表面，然后进入并通过辊子42和44之间的辊隙46，再绕过下辊44的大部分圆周表面。更具体地说，可以看出板件22分别与无间歇轧辊组的辊子42和44的圆周表面接触，接触的圆周表大于它们各辊圆周表面的一半以上，还可以看出，由于板件22按上述特定方式通过辊子42和44之间的辊隙46并绕过辊子42和44的外圆周表面，所以，辊子42和44是分别与板件相对的表面或者说相对的两侧面相接触的。

按照本发明的无间歇轧辊组的实施例(如图1-4所示以及结合这些图所作的详细说明)，无间歇轧辊组20的滚轧和张拉的辊子42和44是彼此上下排列的，但是，很显然，辊子42和44也可以是并列安装的，此时，上辊42就置于下辊44的左边，这样，辊子42就是板件22接触的或者说遇到的第一辊或者说入口辊，而下辊44(现在是右辊)就是板件22接触的或者说相碰的第二辊或者说出口辊。从图2可以清楚地看出，辊子42和44分别安装在转轴52和54上。

下面具体参看图4，图中示出辊子42和44的传动系统，可以看出，辊子42和44的轴52和54通过轴承69和68分别与传动轴48和50工作连接，适当的传动装置(例如电动马达)56和58安装在支架28上，并通过驱动轴60和62分别带动辊子42和44，上述驱动轴60和62通过适当的联轴器64和66与轴48和50连接，其中联轴器66最好是一种万向联轴器，以便使机构变得更紧凑。下辊44通过轴承68和70与支架28相连接，联轴器66和轴承68、70可允许下辊44由调节器72和74调节而作相对于机架28的移动，这样，下辊44就可以移近或移离固定的上辊42，以便根据需要改变辊子42与44之间的辊隙46的大小。传动轴48和50分别由独立的传动装置56和58带动，下辊44的转动速度比上辊42的转动速度大，具体地说，按照本发明的原理，如果加工的板件22是例如聚丙烯板件，则下辊44转动时其线性表面速度最好是上辊42的7-12倍，但是，正如下面将要详细说明的一样，如果加工的板件22是聚酯板件(最好是例如聚对苯二甲酸乙二醇酸(PET)板件)，下辊44转动时的线性表面速度或抽拉速比就应为上辊的4-5倍。

从上面所述可明显看出，当板件22通过无间歇轧辊组20中上辊42和下辊44之间形成的辊隙46时，上辊42实际上起到一个制动器的作用，而且滚轧减薄作业本身实际上也可起到对板件22的下表面(也就是与上辊42接触的表面)的制动作用，与此同时，下辊44抽拉板件22并使之加速前进，辊子44实际上是碾压工件的上表面(也就是与辊子44接触的表面)。当板件22加速通过辊子42与44之间的辊隙46时，同时受到滚轧和张拉而达到预定的最终厚度，实际上，这一厚度可能小于辊子42和44之间形成的辊隙的尺寸，具体地说，板件成品22的厚度取决于上辊42与下辊44之间的线性表面速度差或抽拉速度比，也就是说，下辊44相对于上辊42转动得越快，板件成品22就越薄。还要注意到，在板件进入辊子42与44间的辊隙46之前或者刚离开辊隙46的瞬间，可能受到一些张拉作用，这也取决于辊子42与44间的表面速度差。因此，如上所述，在对板件22进行滚轧与张拉作业并将它加工成最终板件成品的过程中或者说在滚轧与张拉作业之间实际上是没有间歇、间隔或者说没有时间限制的，业已发现，由于这种同时滚轧和张拉过程，使板件沿宽度方向的颈缩现象比按照现有技术进行张拉或者说抽拉加工的板件要小得多，在现有技术中，板件只有在滚轧工序之后才进行并完成张拉的。

加工的好的板件22从无间歇轧辊组20出来后，被引导而通过出口张紧辊组26。该出口张紧辊组26可以是多种形式中的任何一种，如图1所示，该组件最好含有多个辊子或者说滚筒76、78、80、82、84和86，它们由适当的机构，例如轴(未示出)安装在支架28上。辊组26，具体说是辊子76-86用来将板件成品22从辊组20牵拉出来。辊子76、78、80、82、84和86可以是实心的，也可以是空心的，其数目可以比图中所示的多或少。在本实施例中，辊子76、78、80、82、84和86对加工好的板件22基本上不起任何张拉作用，但是，从面下的说明可以看出，如果将图1所示系统加以改进用以制造高度定向的聚酯板材，那么经改进的装置的出口张紧辊组的辊子就要履行与制造此类聚酯板材有关的十分重要的张拉(拉伸)或者说抽拉的功能，以便制成具有所需的高抗拉强度和模数的聚酯板材。下面再参看图1的实施例，从图中可看出，辊子76、78、80、82、84和86安装成垂直隔开的两排，从横向看，下排辊子78、82和86分别位于上排辊子76、80和84之间。上辊76、80、84全都沿顺时针方向转动，而下辊78、82和86全都沿反时针方向转动，这样便能将加工好的板件22正确地引导过出口张紧辊组26。通过适当的传动机构例如马达或传动轴的组件(未示出)使辊子76、78、80、82、84和86匀速地转动，按照本发明的这一实施例，辊子76、78、80、82、84和86的转动速度以及其线性表面速度实际上与无间歇轧辊组20的下辊44相同。

显然，按照本发明的另一个原则，可以在进入无间歇轧辊组20之前或者在离开无间歇轧辊组20之后使用另一种张拉工艺以及实施这种工艺的装置例如短间歇张拉装置(或者说系统或辊组)，以便进一步改进或者说提高成品板材22的性能，并且，正如上面已经提到的，上述这种附加的装置或系统以及相应的张拉技术将在下面结合高度定向的聚酯板材的具体加工或制造技术进行较深入的阐述。

上面已经说明了本发明第一实施例的装置的细节，下面来说明按照本发明使用这些装置的方法。具体说来，板件22从挤压机30送进入口张紧辊组32，并绕过张紧辊子34、36、38和40，再正确地导入无间歇轧辊组20，然后绕过无间歇轧辊组20中的上辊42，该上辊42转动的线性表面速度与入口张紧辊子34、36、38和40的线性表面速度相同。当板件22进入无间歇轧辊组20时，便沿着上辊42的外圆周表面前进，直到到达上辊42与下辊44之间形成的辊隙46，如上所述，转动较快的下辊44牵拉板件22通过辊隙46，而转动较慢的上辊42以及滚轧减薄工艺本身实际不上起到一种对板件22的下表面(也就是板件22与上辊接触的表面)进行制动的作用，因此，板件22加速通过轧辊42与44之间的辊隙46，当它通过该辊隙46时，便同时受到滚轧和张拉，而达到预定的最终厚度。然后，由出口张紧辊组26将加工好的板件22从无间歇轧辊组20的下辊44拉出。因此从上所述可清楚看出，按照本发明的方法，能够制得薄而平的并且已经定向的板材22，然后可按要求对该板材22进行表面处理和/或热处理，并根据捆带包装的使用要求用与普通工艺相同的方法将其切成薄带，

需要再次重申的是，按照上述装置的工艺制得的薄带比以前按现有技术的装置和工艺制成的薄带，质量要好得多，这一点也可由下表所列各种数据得到例证：

                    表1

                    单一抽拉工艺      无间歇工艺抗拉强度(千磅/英寸²)        45               64延伸率(％)                   25               13模数(2和5千磅/英寸²)        400              963焊接强度(磅)                 79               187焊接百分数                   55               89焊接当量                     25               57裂缝(英寸)                   00.7             00.07

从上表可清楚看出，无间歇工艺制成自带材具有高的抗拉强度，并具有较高的焊接强度和焊接百分数，而且，在达到高的抗拉强度的同时，实际上消除了带材的开裂现象。但是，按照现有的制造技术和工艺，当抗拉强度提高时，裂缝就增加，焊接强度和百分数就降低。另外，由于按照无间歇工艺生产的带材的抗拉强度约为普通工艺生产的带材的1.47倍，而且，本发明的这种带材的延伸率约为普通带材的一半，故可获得较好的蠕变性能。上述结果在生产聚乙烯或聚对苯二甲乙二醇酯(PET)的聚酯带材时更具有若干市场优点。较具体地说，如果，带材的破裂强度是与其具体应用有关的控制因素，那么，带材具有较高的抗拉强度便可只使；用或者说代之以只有现用材料或带材的70％左右的带材。同理如果刚度是一个控制因素、特征或者说属性，那么，按照本发明生产的带材由于可沿捆带机的导槽推进而能够可靠而顺利地进入捆带机。再者，如果带材的焊接强度是控制因素，或者说特征，那么，含有比现用的或常规用的原材料少一半的带材将具有相当的焊接强度。

应用本发明的工艺而获得的带材的各种性能为多种用途的带材提供了极大的设计灵活性。例如，可以相信，按本发明的工艺生产的带材具有较强的沿纹理间的连结力，同时又能较容易地沿纹理撕开，而且，按本发明的无间歇工艺生产的带材不存在大多数现有技术带材常见的组织分层现象。由于本发明的带材不存在组织分层现象，故也可获得较高的焊接强度。如前面所述，如果在入口张紧辊组与无间歇轧辊组之间加上一道预张拉工序，或者在无间歇轧辊组与出口张紧辊组之间加上一道后张拉工序，就可以达到图1-4所示的本发明的实施例的装置和工艺所能达到的全部性能。但是，要注意，如果对板件22进行预张拉工序，可能达到较高的拉伸模量，但是，如果对加工好的板件22进行后张拉工序。板件中的材料就具有较大的细纤化作用的的倾向。

下面再参看图1的装置或者说系统。业已发现，当板件22通过入口张紧辊组32(具体地说是接近无间歇轧辊组20的上轧辊42)时，板件22的上表面或者说外表面(也就是不与无间歇轧辊组20的上辊42的圆周表面相接触的表面)将比其下表面或者说内表面(与上述的上辊42的圆周表面相接触的表面)冷却得快，因为板件22的上表面或者说外表面直接暴露在大气中。由于板件上、下表面不均匀的或者说不等速的冷却，或者说由于板件22的上、下表面间形成了温度差，所以在板件的整个厚度上就会出现密度差异，这种密度差异对板件的某些性能或者说特性有不利影响。因此，为了改正、解决或者说消除上述问题，已发展了一种像前面提到的未决专利申请No.08/352721中较具体地阐述过的、改进的预热系统或者说装置，由于这种改进的系统或装置不属于本专利申请的内容，故这里不作详细说明，但是仍纳入本专利申请作为参考。

另外，通常也知道，在加工板件22(也就是按上述方法的滚轧与张拉板件22)的过程中，板件22的边缘部分会比靠近其中央的部分要厚些，其原因在一份与本专利同一天提出申请的美国未决专利No(标题是“生产定向塑带的方法和装置以及所制成的带材”)中已说明过，解决这一问题的措施是在紧接轧辊42与44间形成的辊隙46的入口的位置上设置一个沿板件22侧边部分分布的边缘加热器。但是，尽管采用了这种边缘加热器，还是发现在板件的表面上仍然存在凹入和凸起的区域，而且，按照上述未决专利申请No.的另一做法，又增设了长条状加热器与上述边缘加热器一起使用。由于上述的板件边缘加热装置和技术也不属于本专利申请的内容。所以在此不作详细说明，但仍纳入本专利申请作为参考。还要注意到，按照本发明的一个特定的原则，下面将公开一种用来减薄所制板件的侧边增厚部分的非加热式附加结构装置及相关的工艺技术。

再者，另然图1-4所示的无间歇滚轧和张拉板件的系统在大量生产聚乙烯和聚酯板材和带材方面，特别是采用了专利申请No.08/352721(1994.12.12申请)和专利申请No.(与本专利申请同一天提出)中的各种改进措施加以改进之后，诚然是十分满意并且可成功地投入商业应用的，但是，在结合制造包括聚酯特别聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的板材或带材所进行的进一步研究表明，图1-4所示的装置或者说系统本身以及按照前面所述的方法和模式进行操作不能制造出高度定向的聚酯板材或带材，也就是说不能制造出具有例如抗拉强度值为100,000磅/英寸²、模量值为3,000,000-5,000,000磅/英寸²的板材或带材。因此，下面结合制造具有抗拉强度值为100,000磅/英寸²和模量值为3,000,000-5,000,000磅/英寸²的高度定向的聚酯板材或带材来说明与图1-4所示相似的但按照本发明的特定原则加以相应改进的装置和操作模式。

固态的聚酯以两种不同的形式存在，也就是非晶态聚酯和结晶态聚酯。本发明主要针对制造由非晶态聚酯衍生出来的结晶态聚酯的工业板材或带材。非晶态聚酯可以通过热诱导结晶化或定向诱发晶化而转变为结晶态聚酯或者说结晶化。例如美国专利4,022,863(Thorms J.Karass等，1977，5，10)公开过聚酯的热诱导结晶，但是，制成的聚酯带材是乳白色的，并且其抗开裂性能不高。因此，本发明的打算采用一种改进的无间歇滚轧和张拉装置通过非晶态聚酯的定向导致晶化的方法来制造结晶态聚酯板材。

下面更具体地参考图5和图6来说明，图中以标号100总的表示一种改进的聚酯轧辊组或者说装置，该装置包含一个由上辊142和下辊144组成的无间歇轧辊组120、一个由辊子134、136、138和140组成的入口张紧辊组132和一个由辊子178、180、182和184组成的出口张紧辊组126，在入口张紧辊组132的辊子140与无间歇轧辊组120的上辊142之间加入一个导辊141，同样地，在无间歇轧辊组120的下辊144与出口张紧辊组126的辊子178之间也加入一个导辊177。

为了防止聚酯板件122在通过轧辊142与144之间的辊隙146时进行定向诱发的晶化作用之前便在通过入口张紧辊组132并向着无间歇轧辊组120前进时发生热诱导的晶化作用，板件122温度必须在一段时间内保持在玻璃化温度(Tg)以下(约80℃)。如果聚酯板件122在任何较长的时间内加热到高于玻璃化温度(Tg)，就会发生结晶，变得富有粘性或者说发粘，这样，板件122就不能沿其传送路线正确导引过入口张紧辊组132和无间歇轧辊组120，因此，按照本发明的规定，入口张紧辊组的所有辊子134、136、138和140以及导辊141和无间歇轧辊组120的上辊142都加热至并且保持在75的温度。

为了正确地加工聚酯板件122，也就是说，为了得到取向一致的聚酯板材(这种板材本身又具有始终一致的抗拉强度、模量、抗蠕变性能抗开裂性能和其他特性或参量)，必需使板件122在沿输送路线通过本装置时的精确位置上开始定向，由于聚酯板件的分子定向(以及由此而发生的晶化作用)是在无间歇轧辊组120的上辊和下辊142、144之间形成的辊隙146内进行的，所以板件开始定向及对板件定向的控制的最有利的位置是即将进入辊子142、144之间形成的辊隙146前的部位。从操作的观点来看，并参看图5，如果将上辊142的端视图看作一个钟面，那么，板件122的定向最好在该钟面的右下角的一刻钟(换言之，从两点钟的位置至六点钟的位置之间)的范围内开始进行，但是，上于六点钟位置是辊子142、144之间的辊隙的位置，所以在六点钟的位置上可能难以开始进行上述的定向，因此，最好在实际上尽可能接近六点钟的位置上开始定向。为此，按照本发明，在上辊142的外部设置一个红外加热器143，用以加热板件122，这种加热可改变板件122在该部位的抗拉强度，使板件在该部位变得较易延伸，并由此而控制板件122在该部位的定向，或者说迫使其在该部位开始定向。如图5和6所示，红外加热器143实际上是设置在钟面上五点半(5：30)的位置(虽然该加热器可置于上述的两点钟至五点半钟的范围内的任何位置上)上。另外，红外加热器143的长度从两点钟位置连续延伸到五点半的位置，以便根据板件122通过辊组120的速度扩大板件122的加热区。虽然红外加热器143会使板件122在该部位的温度升高至高于玻璃化温度(Tg)，但是，由于该部位靠近下、下辊142、144间形成的辊隙146，并在该处进行定向导致晶化过程，所以，热诱导的晶化作用可减至最小。由于板件122的温度升高到可能高于玻璃化温度(Tg)值，故板件122容易粘附在上辊142上。因此，为了防止板件122粘附在上辊142上，从设置在板件输送路线上例如入口张紧导辊141前面的喷射装置145将一种水基水溶性乳剂(含水、空气和1-2wt％的油)喷射到板件122的下表面上。从图5和6可清楚地看出，板件122的下表面变成向着无间歇轧辊组120的上辊142的内表面，因此，上述乳剂可防止板件122与无间歇轧辊组120的上辊142间的粘附作用。而且，定向的板件122也不会粘附在无间歇轧辊组120的下辊144上，因为，一旦聚酯板件122在无间歇轧辊组120的上、下辊142、144间的辊隙146内进行了定向，非晶态聚酯就转变成不具有粘附特性的或者说不具有发粘性质的结晶态聚酯。

为了使板件122在无间歇轧辊组120的下辊144与上辊142之间的辊隙146内正确地定向，下辊144的转动速度应使其线性表面速度明显地大于上辊142的转动速度和实际的线性速度。具体说来，按照本发明，下辊144的线性表面速度定为大约是上辊142的线性表面速度的4-5倍，这样，作用在板件122上的抽拉速度比便处于4-5∶1的范围内。同理，出口张紧辊组的辊子178、180、182和184转动的速度应使其线性表面速度(及其抽拉速度比)比下辊144大一倍。具体说来，按照本发明，出口张紧辊子178、180、182和184的线性表面速度定为下辊144的1.1-1.5倍左右，从而使作用在板件122上的抽拉速度比也处在1.1-1.5∶1的范围内。从上面的说明可以看出，本发明是一种板件122的总抽拉速度比约在6∶1的范围内的两步抽拉工艺。例如，如果下辊144转动的线性表面速度为上辊142的4.5倍，而出口张紧辊178、180、182和184转动时它们的线性表面速度为下辊144的1.34倍，那么，板件122的总的或者说所受到的抽拉速度比可达到6.03。另一方面，如果下辊144与上辊142之间的线性表面速度差或者抽拉速度比分别为5.0或5∶1，而出口张紧辊组178-184与下辊144之间的线性表面速度差或抽拉速度比分别是1.2或1.2∶1，那么总的抽拉速度比也是6∶1。为了加速板件122在下辊144与出口张紧辊组178-184之间进行的第二次张拉或者说第二级张拉和定向，将下辊144加热到150℃，而出口张紧辊组178-184则保持在室温(RT)下。经过第二次的或者说第二级的张拉和定向之后，得到的聚酯板材的抗拉强度可达100,000磅/英寸²，模量值可达3,000,000-5,000,000磅/英寸²。

如上所述，在用本发明的无间歇装置或者说系统制造定向板件的过程中，制出的板件容易出现增厚的边缘部分或者说边缘区。因此，还要注意到如上所述的，设置适宜的边缘加热器和带状加热器(如未决美国专利申请No.较为详细说明的那种)，可以纠正或者基本上消除上述的边缘增厚问题，从而增加了实际生产的可用于最终制造包装捆带的板材或带材的体积。按照其他非加热型的、基于机械设计方案的制造技术也可提高板件的平直度或者说增大成品板板中沿其宽度方向的均匀平坦部分。例如，参看图7A和7B，图中示出两个可用于图5和6系统的无间歇轧辊组120中的用来制造高度定向聚酯板件的形状不同的轧辊的前视图。从图7A和7B可看出，异形轧辊204和206分别在208和209的中央部位处有效地向里凹陷，而它们的侧边部分211和213则具有直线形的或者说水平的形状或轮廓。这样，当板件122在辊隙146内受到滚轧和张拉时，其边缘部分所受到的加工程度就比中央部位要大，从而使板件122的边缘部分变得较薄。当板件122在辊隙146内加工时，其边缘部分也会有如上所述的增厚现象，因此，板件122或板件成品122最终边缘区就会具有所需程度的减薄且均匀平直，其效果与上面所述的采用边缘加热器和带状加热器技术的相似。从图7A和7B还可看出，轧辊204和206的轮廓或者说形状上的主要差别在于，图7A中的轧辊204的中央部分是圆柱体形215，与其轴向相邻的两部分217是锥形的或截头锥形的，其最外端部或者说边缘部分219是圆柱体形的，但是，该圆柱体形219的直径大于中央圆本体形215。与此相类似，图7B所示的轧辊206，其中央部分209是凹弧形的，而最外端部221是圆柱形的，其直径大于中央部分209。

最后参看图8A、8B和9，另一种可用来提高板件的平直度或增大成品板材中沿其宽度方向的均匀平直部分的制造工艺技术包括采用特定形状的挤压模223和225(分别示于图8A和8B)挤压板件122的工步。从这些图中可看出，实际上，挤压模223和225分别具有一个梯形的压模口227和229，因此制出的聚酯板件122同样具有梯形的模截面，或者，换句话说，该板件122的边缘部分231和233比其中部分薄得多。这样，当该梯形截面形状的板件122经受滚轧和张拉时，其边缘部分的厚度便基本上与中央部分相同，因此，可使板件122沿其几乎整个宽度方向具有大致均匀的厚度(当然，如上所述，最靠外边的区域除外)。从图中还可看出，压模223和225之间的唯一重要差别在于，压模223制出的板件122，其厚度比压模225制出的类似板件要厚。

图9示出一组垂直排列的铸塑辊子235、237和239，上辊235和下辊239的形状分别与上述轧辊204和206大致相似，而中间辊237是圆柱形的，因此，可以看出，分别在铸塑辊子235与237之间以及237与239之间形成的间隙241和243实际上是梯形的，这样，当板件122从压模口227或229挤压出时，首先绕在铸塑锟子上，再插入间隙241，而后绕到辊子237上，然后从间隙243拉出。因此，可以看出，间隙243的梯形形状与间隙241的梯形形状实际上是上下颠倒的。构成或者说形成梯形间隙241和243另一种方法是将辊子235和239做成圆柱形，而将辊子237做成类似于辊子204或206的形状。当板件122通过上述间隙241和243之后，再送到无间歇轧辊组120，以便按照上述本发明的技术进行加工。

因此，可以看出，按照上面所述，特别是按照本发明的各项原则发展的制造和装置技术，经过滚轧和张拉制成的高度定向的聚酯板材具有高的抗拉强度和模量，同时又改善了板材的平直度或均匀性，从而增加了可由该板材制成的或者说得出的聚酯带材的数量。

显然，可以根据上述的各项原则对本发明进行多种改进或者说改变。因此，应当明白，本发明还可以在所附权利要求规定的范围内，按照另外的不同于上面具体说明的(或者说上述的)方法予以实施。

Claims (22)

1.制造高度定向的聚酯板材用的设备，含有：一对相互间形成一个让实心聚酯板件通过的辊隙的对置的轧辊，当上述板件沿预定的运行方向单道地通过上述辊隙时，同时受到滚轧和张拉；用来驱动上述成对对置的轧辊以明显不同的线性表面速度沿相反的方向转动的机构，以便按照由上述成对对置的轧辊的不同线性表面速度确定的上述成对对置的轧辊的预定的第一抽拉速度比在上述成对对置的轧辊之间的辊隙内同时滚轧和张拉上述的板件；至少一个设置在上述成对对置的轧辊中的一个轧辊后面(从预定的板件运行方向看去)的辅助辊子，用来抽拉上述的受过滚轧和张拉的板件使之离开上述的成对对置的轧辊；和，用来驱动上述的至少一个辅助辊子以明显不同于上述成对对置的轧辊中的后一个轧辊的线性表面速度转动的机构，以便按照一个预定的第二抽拉速度比再次张拉上述的已滚轧和张拉过的板件。

2.根据权利要求1的设备，其特征在于，上述的聚酯板件的材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯。

3.根据权利要求1的设备，其特征在于，上述的至少一个辅助辊子是一组构成出口张紧辊组的辊子，用来相对于上述的成对对置的轧辊张紧上述的受过滚轧和张拉的板件。

4.根据权利要求1的设备，其特征在于，上述的第一抽拉速度比为4-5∶1，而上述的第二抽拉速度比为1.1-1.5∶1，因此，上述聚酯板件所受的总抽拉速度比约为6∶1，上述的高度定向的聚酯板材的抗拉强度约为100,000磅/英寸²，其模量值为3,000，000-5,000,000磅/英寸²。

5.根据权利要求1的设备，其特征在于，上述的聚酯板件在通过上述成对对置的轧辊间的辊隙之前是非晶态的，当该板件通过上述成对对置的轧辊间的辊隙时，由于受到定向诱发的晶化作用而立刻变成结晶态；设置了加热上述成对对置的轧辊中前一个轧辊的装置，以便将上述板件预热到低于上述板件的玻璃化温度(Tg)，以防止上述非晶态聚酯板件粘附到上述成对轧辊中的前一个轧辊上；设置了加热上述成对对置的轧辊中的后一个轧辊的装置，使其温度提高到明显地高于上述板件的玻璃化温度(Tg)，促进上述的结晶态聚酯板件的上述再次张拉。

6.根据权利要求5的设备，其特征在于，还含有：在即将进入上述的成对对置的轧辊间的辊隙之前的位置上加热上述聚酯板件至高于其玻璃化温度的温度装置，以便通过在上述成对对置的轧辊间的辊隙内的上述滚轧和张拉来控制上述聚酯板件的定向；和，用来在上述成对对置的轧辊之间形成的辊隙之前的位置上对上述聚酯板件的一个表面喷洒乳剂的机构，以防止上述聚酯板件被加热到高于上述玻璃化温度(Tg)的温度时粘附到上述成对对置的轧辊中的前一个轧辊上。

7.根据权利要求1的设备，其特征在于，上述成对对置的轧辊各自的轮廓包含一个凹陷的中央部分和两个圆柱形的端部部分，以便使上述板件在导过上述对置的轧辊间形成的辊隙后其边缘部分的厚度比中央部分薄，从而使上述板件在通过上述成对对置的轧辊间的辊隙时同时受到滚轧和张拉后提高其沿宽度方向的平直度。

8.根据权利要求7的设备，其特征在于，上述成对对置的轧辊的中央部分的轮廓是弧形的。

9.根据权利要求7的设备，其特征在于，上述成对对置的轧辊中央部分的轮廓是梯形的。

10.根据权利要求1的设备，其特征在于，还设有挤压上述板件的压模装置，该压模装置具有预定的横截面形状，以便使经过挤压的板件具有比中央部分薄的边缘部分，从而使上述板件在通过上述成对对置的轧辊间的辊隙时同时受到滚轧和张拉后提高其沿宽度方向的平直度。

11.根据权利要求10的设备，其特征在于，上述压模装置的预定横截面形状是梯形。

12.根据权利要求11的设备，其特征在于，还设有一组垂直排列并在它们之间形成间隙的铸塑辊子，上述的间隙具有梯形的形状，以便接纳上述压模挤压过的具有梯形截面的板件。

13.制造高度定向的聚酯板材的方法，包含如下工步：设置一对对置的并在它们之间形成可让一种实心板件通过的辊隙的轧辊，以便使上述板件以单道方式沿预定运行方向通过上述的辊隙时，同时受到滚轧和张拉；驱动上述成对对置的轧辊以明显不同的线性表面速度沿相反的方向转动，以便在上述成对对置的轧辊间形成的辊隙内按照由上述成对对置的轧辊的不同线性表面速度确定的上述成对对置的轧辊间的第一抽拉速度比对上述的板件同时进行滚轧和张拉；在上述成对对置的轧辊中的后一个轧辊的后面(沿上述预定的运行方向看)至少设置一个辅助辊子，用来将上述经过滚轧和张拉的板件拉出上述成对对置的轧辊之外；和，驱动上述的至少一个辅助辊子以与上述成对对置的轧辊中后一个轧辊明显不同的线性表面速度转动，以便按照预定的第二抽拉速度比再次强拉上述的受过滚轧和张拉的板件。

14.根据权利要求13的方法，其特征在于，上述的聚酯板件是用聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的。

15.根据权利要求13的方法，其特征在于，上述的至少一个辅助辊子是一组构成的一个出口张紧辊组的辊子，用来相对于上述成对对置的轧辊张紧上述的经过滚轧和张拉的板件，所有组成上述出口张紧辊组的辊子都以同一转速转动，以便与上述成对对置的轧辊中的后一个轧辊形成上述的第二抽拉速度比。

16.根据权利要求13的方法，其特征在于，上述的第一抽拉速度比为4-5∶1，而上述的第二抽拉速度比为1.1-1.5∶1，因此，加在上述聚酯板件上的总的抽拉速度比约为6∶1，上述的高度定向的聚酯板材的抗拉强度值约为100,000磅/英寸²，其模量值约为3,000,000-5,000,000磅/英寸²。

17.根据权利要求13的方法，其特征在于，还包含如下工步：上述的聚酯板件在通过上述成对对置的轧辊间的辊隙之前是非晶态的，当它通过上述辊隙时，便发生定向诱发的晶化，而变成结晶态聚酯板件，加热上述成对轧辊中的前一个轧辊，以便也将上述板件预热至低于玻璃化温度(Tg)的温度，从而防止上述的非晶态聚酯板件粘附到上述成对轧辊中的前一个轧辊上；和，加热上述成对的轧辊中的后一个轧辊至大致高于上述板件的玻璃化温度(Tg)的温度，以促进上述结晶态聚酯板件的再次张拉。

18.根据权利要求17的方法，其特征在于，还包含如下工步：在即将进入上述成对对置的轧辊间的辊隙前的位置上将上述板件加热到高于其玻璃化温度(Tg)的温度，以便通过在上述成对对置轧辊间的辊隙内的上述滚轧和张拉控制上述聚酯板件的预定取向；并且在上述成对对置的轧辊间的辊隙前的位置上对上述聚酯板件上将要与上述成对对置的轧辊中的前一个轧辊相接触的表面喷洒一种乳剂，以便防止在上述聚酯板件被加热到高于其玻璃化温度(Tg)的温度时与上述成对对置的轧辊中的前一个轧辊发生粘结。

19.根据权利要求13的方法，其特征在于，还含有如下工步：设置一对具有凹陷的中央部分和圆柱形的两端部分的对置轧辊，以便使上述的板件在导过上述成对对置的轧辊间的辊隙后具有比中央部分薄的边缘部分，从而使上述的同时受到滚轧和张拉的板件在通过上述成对对置的轧辊间的辊隙后提高其沿宽度方向的平直度。

20.根据权利要求13的方法，其特征在于，还含有如下工步：设置用来挤压上述板件的压模装置，该压模装置具有一种预定的横截面形状，从而使上述挤压过的板件具有比中央部分薄的边缘部分，以便使上述同时受到滚轧和张拉的板件在通过上述成对对置的轧辊间的辊隙后提高其沿其宽度方向的平直度。

21.根据权利要求20的方法，其特征在于，上述压模装置的预定横截面形状是梯形。

22.根据权利要求21的方法，其特征在于，还含有如下工步：设置一组垂直排列并在它们之间形成一定间隙的铸塑辊子，上述的间隙具有梯形的形状，以便接纳通过上述挤压模制成的梯形截面的板件。

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