高分子材料横纵向延展成膜动态连续强化的设备及方法

本发明涉及高分子材料相关的加工及自增强，特别涉及一种高分子材料横纵向延展成膜动态连续强化的设备及方法。

背景技术：

1、塑料薄膜在我国塑料制品市场中占据了极大的比例。其中，大约60％的塑料薄膜应用于包装领域。热塑性塑料薄膜能够在包装物品时实现紧密包覆，有效防止物品表面发生刮擦。因此，热塑性塑料薄膜广泛地应用于食品、医疗等领域，给人们的生活带来了极大的便利。

2、随着产品需求的不断提升，各领域对热塑性薄膜性能的要求也不断上升。目前，市场上大多塑料薄膜，普遍存在力学性能差或横纵向力学性能差异大等问题，在使用过程中极易破损或撕裂。这些薄膜既无法达到产品需求，也会造成资源浪费。因此，提升薄膜的机械性能得到了人们广泛的研究。

3、目前提升薄膜机械性能的方法有化学方式和物理方式。化学方式中使用的添加剂，不仅会增加环境污染风险，也会提高生产成本。相较而言，物理手段更为环保、低成本。双向拉伸技术是通过物理方式提高薄膜机械性能的代表。但是，其制备的薄膜质量稳定性差，性价比低，无法实现稳定生产和满足市场需求。

4、公开号为cn116100794 a的发明申请公开了一种双向拉伸聚酯薄膜成型装置，主要采用两个相互垂直的横向拉伸组与纵向拉伸组完成双向拉伸，但该方法无法实现连续化高速生产，效率极低，无法应用于大批量的工业生产中。

5、公开号为cn 103240870 a的发明申请公开了一种薄膜同步双向拉伸机，该拉伸机中设置有两个呈一定张角的回转轮，由夹具夹持住薄膜在回转轮上滑动，以此得到同步双向拉伸的效果，而当薄膜即将离开回转轮的圆周壁时，两回转轮上的夹具即松开与其相接触的薄膜。该方法虽然能够实现薄膜的连续化生产，但是机械结构、控制系统极为复杂，设备稳定性差，维修困难。

技术实现思路

1、为了至少克服现有技术存在的不足之一，本发明提供一种高分子材料横纵向延展成膜动态连续强化的设备和方法，利用纯物理手段实现高分子材料的连续横纵向延展拉伸加工自增强，以达到在相同成本下改善传统加工塑料薄膜易破损撕裂、质量不足的缺陷。

2、为了实现本发明目的，本发明提供的一种高分子材料横纵向延展成膜动态连续强化的设备，包括多级多辊脉冲横向延展模块，所述多级多辊脉冲横向延展模块包括横拉基辊、光面冷却辊、螺旋横拉辊、光面纵拉辊和纵拉压辊，光面冷却辊、螺旋横拉辊和光面纵拉辊依次围绕横拉基辊设置，螺旋横拉辊上设置有偏心螺旋段，使得高分子材料在强化过程中承受沿轴向的力，从而在横向方向延展成膜，且纵拉压辊与光面纵拉辊相对设置。

3、螺旋横拉辊上设置了偏心螺旋段，使得高分子材料在强化过程中承受沿轴向的力，从而可以在横向方向延展成膜，提升制品的横向性能，同时光面纵拉辊对制品进行纵向拉伸，调控制品横向延展与纵向拉伸的比例。

4、进一步地，还包括挤出控温装置，所述挤出控温装置用于挤出高分子材料，挤出的高分子材料进入所述多级多辊脉冲横向延展模块。

5、进一步地，所述螺旋横拉辊可设置多个，围绕横拉基辊设置，通过改变螺旋横拉辊的个数来控制横向延展的次数。

6、进一步地，还包括定型收卷辊模块，定型收卷辊模块用于对经多级多辊脉冲横向延展模块延展后的高分子材料进行整形收卷。

7、进一步地，所述定型收卷辊模块包括螺旋定型辊、光面定型辊、牵引过渡辊、收卷辊，光面定型辊、牵引过渡辊、收卷辊依次设置，螺旋定型辊与光面定型辊相对设置，且螺旋定型辊上设置有偏心螺旋段以提供沿螺旋方向的力；工作时，高分子材料通过螺旋定型辊进行降温冷却，螺旋定型辊可以通过模温机进行控温，同时螺旋定型辊上的偏心螺旋段具有正位移输送特性，可以提供制品一个沿螺旋方向的力，保证制品在冷却过程中不收缩；光面定型辊能压紧在螺旋定型辊上，保证制品在冷却过程中不收缩。

8、螺旋定型辊上偏心螺旋段可以防止尖角将制品刺破，且具有正位移输送能力，通过其正位移输送能力可将薄膜沿着辊的轴向方向进行延展，薄膜在室温附近能够保持其延展后的形状，提高制品的横向性能。

9、进一步地，螺旋定型辊为定辊，只能转动，光面定型辊为动辊，为转动设置，且光面定型辊和螺旋定型辊之间的距离可调以适应不同厚度的制品。

10、进一步地，通过控制横拉基辊的转速来调控动态连续强化的频率，从而实现对高分子材料凝聚态结构的按需调控。

11、进一步地，所述横拉基辊为定辊，只能转动，螺旋横拉辊为动辊，为转动设置，且螺旋横拉辊和横拉基辊之间的距离可调。通过调节两者之间的距离以获得不同辊距，从而可以适应不同厚度的高分子材料。

12、优选地，螺旋横拉辊可以通过蜗轮蜗杆配合，利用手轮旋转，并调节其上下位置。

13、进一步地，光面纵拉辊为定辊，只能转动，纵拉压辊为动辊，为转动设置，且纵拉压辊与光面纵拉辊之间的距离可调。通过调节纵拉压辊相距光面纵拉辊的距离，从而调整两者之间辊距，以适应不同厚度的制品。

14、进一步地，通过调节光面纵拉辊与纵拉压辊的转速来实现横向延展与纵向拉伸一定范围内的无级调控，通过不同的横纵拉比例调控不同的制品性能，且可极好地平衡制品横纵向力学性能，实现自增强。

15、进一步地，光面冷却辊的温度可通过模温机在低于挤出温度下调整，以保证高分子材料在最佳温度下完成后续连续化加工。

16、进一步地，横拉基辊与螺旋横拉辊可以通过模温机精确控制温度，以保证高分子材料在最佳温度下完成横向延展。

17、本发明还提供一种高分子材料横纵向延展成膜动态连续强化的方法，采用前述设备，高分子材料经过横拉基辊与光面冷却辊冷却至加工温度后，通过螺旋横拉辊对高分子材料进行横向延展，并通过光面纵拉辊对横向延展后的制品进行纵向拉伸，纵拉压辊压紧在光面纵拉辊，以保证拉伸过程中制品不打滑。

18、本发明提供的一种高分子材料横纵向延展成膜动态连续强化的方法及设备，可以利用简单的机械装置，轻松实现了对高分子材料连续加工自增强的作用，该方法简单有效、方便快捷，设备成本低，结构简单，无需引入其他原料，绿色环保。

19、本发明提供的一种高分子材料横纵向延展成膜动态连续强化的方法及装备，改善了传统工艺生产的塑料薄膜力学强度低，横纵向力学性能差异大等缺陷，与传统塑料薄膜生产工艺相比，本发明的有益效果包括以下几点：

20、1、装备结构简单，易于推广。传统的塑料薄膜双向拉伸机占用大量空间，且能耗与维修成本较高；而本发明仅需一套辊压设备，就能够灵活地调控横向延展、纵向拉伸比例，且设备结构简单，造价低廉，占地面积小，能耗低，控制接线简单，极易进行产业推广。

21、2、无需外加原料，绿色环保。目前市场上塑料薄膜的增强手段多以改变配方、使用添加剂为主，配方的探索需要消耗大量人力物力，研发成本较大，不仅提高了产品的生产成本，还可能造成环境污染；而本发明依靠纯物理手段，无需外加原料，不会产生任何污染，几乎不会增加生产成本。

22、3、方法效果显著。本发明所制备的双向拉伸薄膜力学性能明显提高，包括杨氏模量、屈服强度、拉伸强度等各项力学性能平均可提升30％以上，最高可提升50％以上。