[发明专利]PLA吹塑薄膜在线热调控装置及在线热调控方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子材料制备领域的热调控装置和调控工艺，具体设计一种对塑料薄膜吹塑加工的在线热调控装置及在线热调控方法。

背景技术

随着塑料制品给环境带来的压力逐渐增大，可降解材料的使用已经成为人们的共识。PLA作为可降解塑料中的代表，以其优异的生物相容性、可降解性、良好的机械性能、透气性能和原料的可再生等优势，成为可能替代传统石油基塑料的环境友好高分子材料，引起学者们越来越多的关注。

在现今塑料制品的使用中，塑料薄膜的比重尤为凸显，对环境造成较大的压力，在此前提下，PLA薄膜的使用走入人们的视线，以期望其替代现有塑料薄膜。

吹塑是塑料薄膜生产的主要方式之一，由吹塑法生产PLA薄膜有成本低、产率高、占地少等优点。但是，传统的吹塑设备及工艺并不适用于PLA材料，其原因在于，PLA分子链刚性强，分子链缠结不足，熔体强度差，在传统吹塑加工中不易形成稳定的拥有理想吹胀比的膜泡。同时，PLA冷却速率极快，冷却后的PLA膜泡较硬，无法吹涨。成型后的PLA薄膜，强度虽然达到使用要求，但由于PLA本身的性质，薄膜呈现明显的脆性，极差的韧性和抗撕裂性使得传统工艺方法吹塑成型的薄膜材料的应用领域受到严重限制。

因此，除了从根本上改善PLA分子链的柔顺性或分子量外，对传统的吹塑设备及工艺进行改进，使其更适用于PLA类生物可降解材料的吹塑成型，是推广可降解材料的应用的更为快速有效的手段。

发明内容

本发明的目的是在传统塑料薄膜吹塑加工中，创新性的增加在线热调控装置，并对热调控工艺进行合理设计，使之能在加工过程中，控制PLA薄膜的结晶速率及取向程度，改善产品的综合性能，扩大此类薄膜的使用领域。该热调控装置安装更换方便，与现有的薄膜吹塑生产线兼容、配套，其装置和工艺方法简单，投资低、易于推广。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种PLA吹塑薄膜在线热调控装置，包括分段加热装置，测温系统和控温系统，还包括口模和人字板，人字板外部有一个夹持辊，夹持辊连接一个收卷装置，测温系统、控温系统、分段加热装置组成闭环控制系统，一段分段加热装置至少设置一个独立的控温系统。

在口模和人字板之间，聚合物膜管经吹涨形成膜泡，膜泡外围(包括人字板及夹持辊外围)设置至少一段加热装置，分段加热装置内侧至少设置一个测温系统，一段加热装置至少设置一个独立控温系统。测温系统、控温系统、分段加热装置组成闭环控制系统，即测温系统精确测定膜泡温度，反馈到计算机，计算机将即时温度信息传输到控温系统，控温系统根据温度设定，对加热装置进行控制，实现精确加热。

在线热调控装置采用分段红外加热装置、或分段热风加热装置、或分段高频感应电加热装置。

测温系统采用电子测温系统。

温系统采用每段分段加热装置温度独立控制技术。

一种PLA吹塑薄膜在线热调控方法，其特征在于：使用了本发明所述的PLA吹塑薄膜在线热调控装置，并包括：

PLA粒料经挤出装置熔融塑化挤出，经口模后形成模管，收卷装置牵引模管经过人字板，后模管被夹持辊夹持，送风装置向模管内部输送气体，形成PLA膜泡，启动分段加热装置从膜泡外围加热并进行热调控，测温系统检测膜泡表面温度，随后使用控温系统对膜泡进行加热调控，加热调控温度范围为30-150℃，同时通过调节牵伸比、吹胀比的工艺参数，实现对薄膜结晶速率、结晶度、取向程度等宏观性能的有效调节。

分段加热装置对PLA膜泡进行热调控。

通过测温系统和控温系统的设置，或改变分段加热装置的数量与位置，实现对PLA薄膜的有效热调控，温度范围30-150℃。

本发明的工作原理是，通过在膜泡的拉伸、吹涨时对其进行热调控，延缓膜泡的冷却速率，加强PLA分子链的运动能力，促进结晶和取向的凝聚态形成，并对其进行有效控制，从而改善薄膜制品的力学性能，使之更能符合使用需要。

本发明应用在传统薄膜吹塑加工生产线上，从气体进入膜管形成稳定膜泡后对膜泡进行热调控，改善薄膜产品的力学性能。根据我们的实验结果，此在线热调控装置及适当的调控工艺，可有效改善PLA薄膜的力学性能。本发明也可以应用于聚丁二酸丁儿酯(PBS)、聚己内酯(PCL)等，难以用传统吹塑工艺生产的新型可降解塑料的吹塑薄膜生产中，以控制、改善产品性能。