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薄膜的产量不仅受当前挤出机容量的限制，而且也受膜泡稳定性和在尽可能短距离内装置的冷却能力的制约。一个巧妙的冷却系统结合了水和空气来作为冷却媒介，通过这种方式，之前的那些限制都得以克服。除了薄膜的产量得到可观的增加外，薄膜的质量同时也得以提高。 （图片）
Perfect Cool冷却系统在生产吹膜产品时能实现高产率，同时提高膜泡的稳定性 为了生产吹塑薄膜，塑料熔体必须通过一个环状口模被挤出，然后通过空气使其膨胀而形成薄膜。在此过程中，管状薄膜在成型段（口模出口和冷却线之间的区域）要经受剧烈的冷却过程。在这里，热传递主要通过对流冷却来进行，也就是说，热量从薄膜传输到周围的空气中。在这个区域中，通过接触来传递热量的方式几乎不存在，而通过热辐射冷却方式产生的热量损失也可近似忽略。除了冷却机理不同以外，在内部和外部的圆周面上的冷却方式也有显著的不同。必须指出的是以下两种冷却方式之间的区别：
◆ 外部冷却
◆ 内部冷却
冷却环设计
采用开口式空气冷却环是用于冷却圆筒形薄膜的最老式的冷却方法。通常来讲，这样的空气式冷却环通过一个沿挤出方向和膜泡外表面的圆形环上释放冷却空气来产生在环周围均匀的冷却空气。现今，用于吹塑膜外部冷却的双口冷却环被认为是该领域内的最高技术。在该环内部，上口的空气以相对于下口上更快的平均速度被排出。与此同时，文丘里效应确保膜泡的形状与空气冷却环的相一致，使得空气的平均流速增加并因而提高了热量传输。
不管冷却环如何设计，由冷却环空气泄露方向排出的空气气流在管泡附近会减慢并且其温度连续增加。因此，空气的冷却容量随着距离的增加而降低，也就是沿吹膜高度的增加而降低。
内部冷却
在吹制膜挤出过程中增加对膜泡冷却的一种方式是采用所谓的IBC(内部膜泡冷却)系统。这些单元通过在膜泡内流通空气来提高系统散热能力。然而，散除膜泡内表面的热量却受到了限制。这由从外表面和内表面移除的热量比得以证实：该比例通常位于75:25%和80:20%之间。由外表面移除的热量占优势地位首先应归因于传统内部冷却系统使膜泡内表面散热的能力受限。一方面，这是由于膜泡内空气的流速相对低并且是无规流动而产生的，另一方面，从上述提到的空气受热和随之产生的由膜泡内表面到与之相接触的空气的低效热传导降低了其热容（图1所示）。（图片）
图1 激光照射下显示绿色的粒子添加到由传统IBC系统引入的空气中的物质。
除了空气的涡流外，能持续导出热量的定向空气流动的缺失非常明显。 在过去的几年中，采用市面上的双环空气冷却环生产时其从膜泡外表面与从内表面移除的热量之比已经转换成了90:10%。这些系统通过使空气的流动增加三倍来提高其热传导。与此同时，这为膜泡的提高起到了协助作用，但是薄膜(外部：内部)的不平衡冷却甚至更明显。
以水替代空气
过去，人们做了许多努力以图来来克服传统膜泡冷却方法的限制。一个有潜力的成功方法通过使用水来提高系统的冷却能力。考虑到这两种物质的热特性(表1所示)，与用空气相比，用水来作为冷却媒质明显更值得考虑。表1 空气和水的热性能比较
（图片）与空气相比，水的更大热容为薄膜和水之间达到更好的热传导提供了潜力。而且，因为水的热容和密度更高，其能比空气吸收更多的热量。当前市场上所有已知的方法或许可以有独特的益处，首先，其提高了系统对膜泡的冷却，它们中的大部分也必不可少地增加了设备的成本和复杂性。而且，它们并未就第二个因素即限制了吹膜系统的产量、也就是膜泡的稳定性提供任何解决方案。
稳定性和冷却能力
为了克服这些缺陷，德国沃尔姆斯的Kiefel挤出有限责任公司已开发出ECP(增强冷却包)和名为Perfect Cool的内部冷却系统。这两个冷却系统已一种聪明的方法将水和空气冷却相结合，并且这种结合基于稳定和冷却的需要。在开发出用于口模直径小于200mm、其最初用于生产重载性货运袋的挤出机的第一套系统后，Perfect Cool也被用于开发直径大于200mm挤出机的内部冷却系统。
内部冷却系统的核心是安装在膜泡里面的冷却体，并且其表面由内部冷却循环水所冷却。冷却体的几何形状和其表面被设计来使膜泡和冷却体之间的排斥和吸引力互相平衡，因而即使在更高的膜泡挤出速率下也能保证其稳定性。冷却体表面的几何形状能在膜泡和冷却体表面之间产生湍流空气流，这就为空气和冷却体之间提供了很好的热传导。这使空气以较低的温度上升到膜泡的冷却线并以可持续的方式来提高对膜泡的内部冷却。此系统更能保证膜泡从不会和作为媒介的水或者冷却体(图2所示)的表面发生接触。 （图片）
图2 通过采用水作为冷却媒介，在不用使水与薄膜接触的情况下系统的冷却能力得以提高。冷却体表面的纹理有益于提高膜泡的稳定性。 膜泡的外部冷却仍然采用了使用多年的具有双口冷却环的层状空气流冷却的方法。空气环的边缘部分被进行了修改以配合新型的内部冷却系统，因而平衡内部空气的湍流和外部空气的流动。
在传统系统中，内部空气快速流过并在和热的膜泡接触后保持高温，而在新系统中，冷却空气沿挤出方向在整个成型段通过和冷却体的不断接触而被系统内的冷却体所冷却，如图2所示。在此期间，热量由空气中导出并传导给冷却体中的水。而且，与传统的IBC系统相比，该系统膜泡内的整个空气流沿薄膜方向导出，并且通过这种方式确保了从将薄膜内的热量移除(图3所示)。 （图片）
图3 挤出吹膜时内部冷却系统的比较：
ECP和Perfect Cool(左部分)对传统的IBC系统 产品产量和质量的提升
冷却空气沿冷却体方向的定向流动是ECP和Perfect Cool系统具有高效移除膜泡内表面热量的性能的主要原因。膜泡内外表面的可控冷却也使系统对膜泡内部多达50%的冷却成为可能。此外，达到更高的生产产能也成为可能，而且膜泡的均匀冷却对产品性能也有正面的影响(举例来说，降低了薄膜边缘破裂的趋势)；同时，薄膜发生阻塞的可能性也被降低了，因而能达到更高的生产率 (图4所示)。（图片）
图4 由于膜泡内表面良好的导热性而使薄膜质量得以提高 Kiefel挤出公司的研发不止简单地停留在冷却系统的开发上，整个吹膜系统都在其研发范围内。其将更多的注意力放在了薄膜吹塑口模、空气冷却环及挤出机螺杆的改良这些研发上。一项混合环的革新设计使得系统能产生与适度的料筒温度相关的均一熔体，并同时能达到高产能。只有这样全面的研发成果才有可能在通过提高冷却能力来提高薄膜质量的同时来全面挖掘系统产能的潜力。
结论
高性能吹膜系统的产能不再受当前挤出机容量的限制，而是一方面受系统薄膜成型区冷却容量的限制，另一方面手膜泡稳定性的制约。用水作为冷却媒介为增加吹膜系统在膜泡内的冷却容量提供了最大的可能性，并从而克服了排气能力的限制。此文描述的Kiefel冷却系统可作为模块集成到由吹模设备专业生产商所制造的Kirion系列的所有机器上，这正是由于精准地基于了这样的设计理念并对用户带来大量的益处。
6/15/2009
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