一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置

1.本发明涉及塑料拉伸成型装置，尤其涉及一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置。


背景技术：

2.塑料薄膜已经发展成为我国产量最大、品种最多的塑料制品之一，广泛应用于包装、电子电器、农业、建筑装饰及日用品等领域，其产量约占塑料总产量的20％。塑料薄膜的成型方法很多，如压延法、吹塑法、拉伸法等。其中，双向拉伸成为近年来颇受关注的方法之一，采用双向拉伸技术生产的塑料薄膜与未拉伸以及单向拉伸的薄膜相比，机械性能有显著的提高，拉伸后的拉伸强度是未拉伸薄膜的3-5倍，在阻隔性能、光学性能、耐热性能等方面均有提高。
3.薄膜双向拉伸使薄膜在玻璃化温度以上、熔点以下的适当温度范围内，通过拉伸机的在外力作用沿纵向和横向进行一定倍数的拉伸，从而使分子链或结晶面在平行于薄膜平面的方向上进行取向而有序排列，然后在拉紧状态下进行热定型，使取向的大分子结构固定，最后经冷却及后续处理便可制得薄膜。传统的薄膜双向同步拉伸装置是通过固定在两个环形轨道与两个传动链夹，随着传动链夹之间的距离逐渐增大，使传动链夹带动薄膜的两侧边的距离逐渐增大，对薄膜实现横向拉伸。在纵向拉伸过程中，每个环形轨道均包括内侧轨与设置于内侧轨外的外侧轨，内侧轨与外侧轨之间的距离自前至后逐渐减小，传动链夹运行于拉伸段上时，传动链夹的相邻链板的夹角相应增大，导致与相邻链板相连的夹具之间的距离增大，从而实现对薄膜的纵向拉伸。但在传统的链夹式薄膜双向拉伸过程中，薄膜双向同步拉伸装置的结构复杂，在夹具处很难保证薄膜的表面质量，造成不必要的成本损失。
4.因此，如何在对薄膜双向拉伸提高使用性能的同时，避免拉伸处薄膜的表面破损，减少废料的产生，是目前双向薄膜拉伸成型方法中需要解决的关键问题。


技术实现要素：

5.本发明针对现有高分子薄膜单向拉伸的强度不均匀以及双向拉伸中薄膜夹具处易破损的问题，提出一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置，对薄膜横向与纵向进行同步拉伸。其中，横向拉伸利用电磁产生横向张力，通过膜外电磁发生器与膜内磁力球协同对薄膜进行拉伸，薄膜纵向通过牵引辊之间的速度差来达到纵向拉伸的目的，从而保证了双向拉伸薄膜使用性能，并避免夹具拉伸处薄膜的表面破损，减少废料的产生。
6.本发明的技术方案:一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置，包括吹膜系统、初次冷却系统、慢拉辊、加热系统、横向拉伸系统、快拉辊、二次冷却系统和收卷系统，各部分组成按吹膜系统、初次冷却系统、慢拉辊、加热系统、横向拉伸系统、快拉辊、二次冷却系统、收卷系统的顺序水平依次排列。其中吹膜系统主要包括挤出机、气孔、模头和引膜辊。横向拉伸系统主要包括电磁铁单体、磁力球、挡板、主动齿轮、变向齿轮和从动齿轮。在吹膜系统中，吹膜驱动电机提供动力驱动挤出机螺杆旋转，待加工材料在机筒中受热至熔融状态在模头处挤
出，模头中心处设有气孔，气流在气孔吹出，在气泵充气作用与引膜辊的牵引作用下薄膜被初次拉伸，产生具有一定吹胀比的初始薄膜。通过牵引，薄膜经过初次冷却系统，初次冷却系统包括三个竖直布置的冷却辊，薄膜在初次冷却系统作用下充分冷却至室温，随后薄膜经过慢拉辊，此时慢拉辊应保持低转速状态，只起到牵引的作用，经过慢拉辊后薄膜进入加热系统，加热系统包括预热区、拉伸区及定型区，其中拉伸区温度较高、其次是预热区和定型区，横向拉伸系统置于加热系统中的拉伸区，横向拉伸系统置包括磁悬浮阵列、磁力球若干、磁悬浮阵列驱动电机、主动齿轮、变向齿轮和从动齿轮，其中磁悬浮阵列由若干个电磁铁单体组成，每个电磁铁单体水平间隔4-5cm布置，电磁铁单体端部设有圆形凹槽，凹槽直径大于磁力球直径，表面贴附有铝箔胶带，可增加凹槽表面光滑度，减小与纵向通过的薄膜之间的摩擦。磁力球数量与电磁铁单体数量相同，考虑到当磁力球直径较小时不易操控，而当直径过大，受重力影响容易掉落，所以选用直径为3-4cm的磁力球。磁悬浮阵列上设有水平布置的挡板，挡板长度与磁悬浮阵列长度相同，挡板上设有限位槽，当悬浮于薄膜内部的磁力球因电磁铁单体磁力消减掉落时，挡板可接住掉落的磁力球并使其滚落至限位槽内。挡板底端分别设有从动齿轮，布置在起始端磁力球正下方，竖直方向上与起始端磁力球同轴线，当两侧从动齿轮转动时，两侧起始端磁力球位置不发生改变。薄膜经手动牵引经过预热区后，进入拉伸区，此时横向拉伸系统中薄膜两侧磁悬浮阵列处于平行位置，待薄膜经过磁悬浮阵列起始端时，磁悬浮阵列进入调试状态，手动将磁力球依次放入薄膜内，内部磁力球在磁力作用下依次与膜外电磁铁吸合在一起，待磁力球全部放入薄膜内时，开启拉伸区温度控制开关，薄膜在拉伸区受热至高弹状态，开启磁悬浮阵列驱动电机，并通过控制电路调节电机轴转动，主动齿轮随电机轴转动相应角度，在磁悬浮阵列中，一侧从动齿轮直接与主动齿轮相啮合，另一侧从动齿轮经变向齿路与主动齿轮啮合后，两侧从动齿轮转向相反，在从动齿轮带动下两侧磁悬浮阵列横向展开，磁悬浮阵列由初始的平行位置转变为呈一定角度的张开位置，待达到指定的拉伸比后，关闭磁悬浮驱动电机，两侧磁悬浮阵列呈“八字型”排布，从而达到对薄膜横向拉伸的目的。薄膜纵向拉伸依靠慢拉辊与快拉辊，通过调节慢拉辊与快拉辊之间的速度差来达到薄膜纵向拉伸的目的。经双向拉伸后薄膜进入二次冷却系统，其结构与初次冷却系统结构相同，待薄膜冷却至室温后，通过收卷系统进行收集成卷。
7.本发明一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置，横向拉伸利用电磁原理，通过薄膜外磁悬浮阵列带动悬浮于薄膜内的磁力球共同横向扩张，可达到对薄膜横向拉伸的目的。同时，纵向拉伸依靠调节慢拉辊与快拉辊之间的速度差来达到薄膜纵向拉伸的目的。保证薄膜双向拉伸提高使用性能的同时，简化了传统双向拉伸装置复杂的结构，并避免拉伸处薄膜的表面破损，减少废料的产生。
附图说明
8.图1为本发明一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置主视图。
9.图2为本发明一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置俯视图。
10.图3为本发明一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置的吹膜系统示意图。
11.图4为本发明一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置的横向拉伸系统示意图。
12.图5为本发明一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置的磁悬浮阵列侧视图。
13.图中：1—吹膜系统；1-1—挤出机；1-2—气孔；1-3—模头；1-4—牵引辊；2—初次冷却系统；3—慢拉辊；4—加热系统；5—横向拉伸系统；5-1—电磁铁单体；5-2—磁力球；5-3—挡板；6—快拉辊；7—二次冷却系统；8—收卷系统；9—主动齿轮；10—变向齿轮；11—从动齿轮。
具体实施方式
14.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
15.本发明涉及一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置，见图1、2所示，主要包括吹膜系统1、初次冷却系统2、慢拉辊3、加热系统4、横向拉伸系统5、快拉辊6、二次冷却系统7和收卷系统8，其中吹膜系统1主要包括挤出机1-1、气孔1-2、模头1-3、牵引辊1-4、见图3所示，横向拉伸系统5主要包括电磁铁单体5-1、磁力球5-2、挡板5-3、主动齿轮9、变向齿轮10和从动齿轮11，见图4和图5所示。本发明中各部分组成按吹膜系统1、初次冷却系统2、慢拉辊3、加热系统4、横向拉伸系统5、快拉辊6、二次冷却系统7和收卷系统8的顺序水平依次排列。在吹膜系统1中，吹膜驱动电机提供动力驱动挤出机螺杆旋转，待加工材料在机筒中受热至熔融状态在模头1-3处挤出，模头1-3中心处设有气孔1-2，气流在气孔1-2吹出，在气泵充气作用与牵引辊1-4的牵引作用下薄膜被初次拉伸，产生具有一定吹胀比的初始薄膜。通过牵引，薄膜经过初次冷却系统2，初次冷却系统2由三个竖直布置的冷却辊组成，薄膜在初次冷却系统作用下充分冷却至室温。随后薄膜经过慢拉辊3，此时慢拉辊3应保持低转速状态，只起到牵引的作用，经过慢拉辊3后薄膜进入加热系统4，加热系统4包括预热区、拉伸区及定型区，其中拉伸区温度较高、其次是预热区和定型区，横向拉伸系统5置于加热系统4中的拉伸区，横向拉伸系统5包括磁悬浮阵列、磁力球5-2若干、磁悬浮阵列驱动电机、主动齿轮9、变向齿轮10和从动齿轮11，其中磁悬浮阵列由若干个电磁铁单体5-1组成，每个电磁铁单体5-1水平间隔4-5cm布置，电磁铁单体5-1端部设有圆形凹槽，凹槽直径大于磁力球5-2直径，表面贴附有铝箔胶带，可增加凹槽表面光滑度，减小与纵向通过的薄膜之间的摩擦。磁力球5-2数量与电磁铁单体5-1数量相同，考虑到当磁力球5-2直径较小时不易操控，而当直径过大，受重力影响容易掉落，所以磁力球5-2选用的直径为3-4cm。磁悬浮阵列上设有水平布置的挡板5-3，挡板5-3长度与磁悬浮阵列长度相同，挡板5-3上设有限位槽，当悬浮于薄膜内部的磁力球5-2因电磁铁单体5-2磁力消减掉落时，挡板5-3可接住掉落的磁力球5-2并使其滚落至限位槽内，见图5所示。挡板5-3底端分别设有从动齿轮11，从动齿轮11设置在始端磁力球正下方，竖直方向上与始端磁力球同轴线，当两侧从动齿轮11转动时，两侧始端磁力球位置不发生改变，不产生横向位移，见图1、4所示。当薄膜经手动牵引经过预热区后，进入拉伸区，此时横向拉伸系统5中的磁悬浮阵列处于平行位置，待薄膜经过磁悬浮阵列始端时，磁悬浮阵列进入调试状态，手动将磁力球5-2依次放入薄膜内，内部磁力球5-2在磁力作用下依次与膜外电磁铁5-1吸合在一起，待磁力球全部放入薄膜内时，开启拉伸区温度控制开关，薄膜在拉伸区受热至高弹状态，开启磁悬浮阵列驱动电机，并通过控制电路调节电机轴转动，主动齿轮9随电机轴转动相应角度，在磁悬浮阵列中，一侧从动齿轮11直接与主动齿轮9相啮合，另一侧从动齿轮11经变向齿路10与主动齿轮9啮合后，两侧从动齿轮11转向相反，在从动齿轮11带动下两侧磁悬浮阵列横向展开，磁悬浮阵列由初始的平行位置转变为呈一定
角度的张开位置，待达到指定的拉伸比后，关闭磁悬浮驱动电机，两侧磁悬浮阵列呈“八字型”排布，从而达到对薄膜横向拉伸的目的，见图2、3所示。薄膜纵向拉伸依靠慢拉辊3与快拉辊6，通过调节慢拉辊3与快拉辊6之间的速度差来达到薄膜纵向拉伸的目的。经双向拉伸后薄膜进入二次冷却系统7，二次冷却系统7与初次冷却系统2结构相同，待薄膜冷却至室温后，通过收卷系统8进行收集成卷。

技术特征：
1.一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置，其特征在于：包括吹膜系统、初次冷却系统、慢拉辊、加热系统、横向拉伸系统、快拉辊、二次冷却系统和收卷系统，各部分组成按吹膜系统、初次冷却系统、慢拉辊、加热系统、横向拉伸系统、快拉辊、二次冷却系统、收卷系统的顺序水平依次排列，其中吹膜系统主要包括挤出机、气孔、模头和引膜辊，横向拉伸系统主要包括电磁铁单体、磁力球、挡板、主动齿轮、变向齿轮和从动齿轮；在吹膜系统中，吹膜驱动电机提供动力驱动挤出机螺杆旋转，待加工材料在机筒中受热至熔融状态在模头处挤出，模头中心处设有气孔，气流在气孔吹出，在气泵充气作用与引膜辊的牵引作用下薄膜被初次拉伸，产生具有一定吹胀比的初始薄膜；初始薄膜经过初次冷却系统，初次冷却系统包括三个竖直布置的冷却辊，薄膜在初次冷却系统作用下充分冷却至室温，随后薄膜经过慢拉辊，经过慢拉辊后薄膜进入加热系统，加热系统包括预热区、拉伸区及定型区，其中拉伸区温度较高、其次是预热区和定型区，横向拉伸系统置于加热系统中的拉伸区，横向拉伸系统置包括磁悬浮阵列、磁力球若干、磁悬浮阵列驱动电机、主动齿轮、变向齿轮和从动齿轮，其中磁悬浮阵列由若干个分布均匀的电磁铁单体组成，电磁铁单体端部设有圆形凹槽，凹槽直径大于磁力球直径；磁力球数量与电磁铁单体数量相同，磁悬浮阵列上设有水平布置的挡板，挡板长度与磁悬浮阵列长度相同，挡板上设有限位槽，挡板底端分别设有从动齿轮，布置在起始端磁力球正下方，竖直方向上与起始端磁力球同轴线，主动齿轮随电机轴转动相应角度，在磁悬浮阵列中，一侧从动齿轮直接与主动齿轮相啮合，另一侧从动齿轮经变向齿路与主动齿轮啮合后，两侧从动齿轮转向相反，薄膜纵向拉伸依靠慢拉辊与快拉辊，经双向拉伸后薄膜进入二次冷却系统，二次冷却系统结构与初次冷却系统结构相同，待薄膜冷却至室温后，通过收卷系统进行收集成卷。2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置，其特征在于：电磁铁单体水平间隔4-5cm布置。3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置，其特征在于：电磁铁单体端部设有的圆形凹槽表面贴附有铝箔胶带。4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置，其特征在于：磁力球直径为3-4cm。

技术总结
本发明公开一种磁悬浮薄膜双向拉伸装置，包括吹膜系统、初次冷却系统、慢拉辊、加热系统、横向拉伸系统、快拉辊、二次冷却系统和收卷系统，各部分顺序水平依次排列。横向拉伸系统主要包括电磁铁单体、磁力球、挡板、主动齿轮、变向齿轮和从动齿轮。薄膜在经过慢拉辊后进入加热系统，磁悬浮阵列由初始的平行位置转变为呈一定角度的张开位置，利用电磁原理，通过薄膜外磁悬浮阵列带动悬浮于薄膜内的磁力球共同横向扩张，可达到对薄膜横向拉伸的目的。纵向拉伸依靠调节慢拉辊与快拉辊之间的速度差来达到薄膜纵向拉伸的目的。保证薄膜双向拉伸提高使用性能的同时，简化了传统双向拉伸装置复杂的结构，并避免拉伸处薄膜的表面破损，减少废料的产生。少废料的产生。少废料的产生。


技术研发人员：杨卫民 杜长彪 廖波 丁玉梅
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：2021.12.29
技术公布日：2022/3/8