本发明涉及热塑性塑料材料的、冷拉伸取向薄膜、其制造方法及由其构成的袋子。 热塑性塑料袋或袋子已被广泛地用于各种材料的包装、运输或储存，这些材料包括机密文件、粉末和粒料、大体积轻质材料、以及例如干草和青贮饲料的农业产品。根据本发明的热塑性塑料袋亦可普遍适用于上述这些产品。
大体积轻质材料例如玻璃纤维绝缘体和泥炭一般以压实的方式装在热塑性塑料袋子中装船运输。这些袋子一般称作管形绝缘袋子或袋，而且其形式为一延长的封袋或为在填充被装材料前将一端进行焊封的管状物。这些袋子的绝大部分是由本领域公知的‘吹塑薄膜’工艺制成的，这种工艺之所以具有这样的普遍性是基于这样的事实：其可以快速且容易地用于生产各种不同宽度和厚度的连续管，而这种连续管可以被容易地切成一定的长度、并使一端封闭而生产出一种顶端开口的袋。
很容易理解地是，相对于可以接受的薄膜性质，薄膜的厚度（膜厚）越薄，热塑性塑料材料的使用量越少。减少袋壁厚度一直是工业上最为努力的目标。由吹塑薄膜工艺制成管式的袋子的壁的膜厚一般在3-6mil（密耳）地范围内，该厚度一般取决于由于内容物重量而需要的纵向抗拉强度、用于防止压实的内容物膨胀的袋的抗拉力以及用于材料分布的抗刺穿性。生产用于制作袋子的管的膜泡直径/膜头直径比一般为3∶1，以使薄膜的拉伸性能得到优化。
典型的薄膜制造工艺基本上包括将熔融的热塑性塑料材料通过一个圆口模头挤出以形成一个管，该模头的模口隙距一般为0.125cm，所形成的管的一端通过一组夹/拉辊子而被封闭住。然后，空气进入模头中心，以将薄膜管吹制到需要的厚度和宽度，同时，提高夹辊子的速度以将薄膜的厚度拉伸到需要的厚度。对于大多数袋的制造工序，该薄膜管然后被裁切成需要的尺寸并被缠绕到两个薄膜辊子上，然后再经纵切并被送到印刷和制袋工序。
典型地，在一种最简单的吹塑薄膜工艺中，如上述那样制作的薄膜管所具有的吹胀比为3∶1，以保证提供具有最后要求完成的袋的3倍厚度的非取向薄膜，而薄膜的宽度一般大约宽出10cm左右。由薄膜管切成的片材通过一纵向取向装置，并在低于热塑性塑料材料的熔融温度的条件下，例如对于线型低密度聚乙烯为105摄氏度，通过位于夹辊之间的窄间隙（一般为0.125cm）被拉伸，以形成最后所要求的袋厚。这种冷拉伸薄膜然后可以通过已知的现有工艺制成袋子。
尽管上述的这种一般工艺对于薄型薄膜的生产特别是对于用于多层袋的薄膜的生产是适合的，但它基本上不适合于厚型薄膜的生产。例如，利用这种吹塑薄膜工艺，在吹胀比为3∶1的情况下，很难生产出具有厚度超过0.015cm的线型低密度聚乙烯薄膜。这是由于这种薄膜的热熔体强度不足以支撑膜泡，而后者的下垂会导致对膜厚和宽度失去控制。
考虑到吹塑薄膜工艺可有效的制造管状以及随后为片状的薄膜，有必要将这种有效性扩展到使厚型取向薄膜及由此制造的塑料袋能够容易的制造。
本发明的目的就是提供一种使用吹塑薄膜工艺制造厚型取向薄膜的改进的方法。
本发明的再一个目的是提供一种厚型取向薄膜。
本发明的另一个目的是提供包含厚型取向薄膜的改进的袋子。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种热塑性塑料材料的、单轴向共取向薄膜。
在说明书中及权利要求书中所用的术语“热塑性塑料”是指任何热塑性塑料材料，只要这种材料能够形成一种单轴向共取向薄膜、以及用于制作袋的任何厚度及强度的层和片。具体应用到的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯和聚丁二烯族的聚合物。例如高密度和线型低密度聚乙烯和1，2-聚丁二烯将会提到。但是当聚氯乙烯、聚酯例如耐纶、以及聚苯乙烯在本发明的实践中可以和其它热塑性材料相容并能形成一体的单轴向共取向薄膜时，这些材料亦可作为热塑性材料的例子用于本发明的具体实践中。
术语“聚乙烯”包括乙烯均聚物和共聚物，例如醋酸乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丁烯二醇、n-己烯、4-甲基-1-戊烯和与乙烯共聚的辛烯共聚物，以及它们的混合物。
术语“共取向薄膜”、层压薄膜或层压片是指这样的最终薄膜或片，其通过同时冷拉伸多层热塑性塑料薄膜制成，这些薄膜如此的非常接近地接触在一起，以致于在撑压温度下的拉伸工序的作用下，它们紧密地相接并一体地形成一个最终的单层薄膜或片。由于薄膜层中的每一层均已经经过单轴向取向处理，因此最终的薄膜构成的是一体的单轴向共取向薄膜。
在一个优选的方面，热塑性塑料材料包含有线型低密度聚乙烯。
根据本发明的薄膜可以这样令人满意的制作出：为了组成一种两层结构，将已夹膜的吹塑薄膜管直接送入纵向取向装置，而非在冷拉伸前将吹塑薄膜管纵切成片。施加到经夹膜的管上的冷拉伸操作会使两层薄膜形成一体的结构，同时，每一层被单轴向取向，以籍此形成单轴向共取向薄膜、单层层压片或片材。
现有技术中，换句话说，在普通转让给本申请人的公布日为1987年6月30日的美国专利4，677，007中教导说，在冷拉伸阶段，管形薄膜的壁的过度粘连或者说内部热焊（tacking）可以通过在配方中以常用的1%W/W的含量加入无机填料例如硅或钙的碳化物粉末来加以克服而避免出现这种焊接。因此，在该技术中，在冷拉伸阶段，管形薄膜的片之间的一体化被看作是不欢迎的。另外，该现有技术教导说，在冷拉伸之前，需要一个额外的步骤将管切成片。因此，上述现有技术显然与本发明不相一致。
如果需要一体的、单轴向共取向的厚型薄膜，经夹膜的吹塑薄膜管应该很容易的进行折叠以形成多层（多于两层）的片，用于送入到冷拉伸纵向取向装置中去。
作为另一种方案，不相似的非取向热塑性塑料材料的多层膜状料可以设置于单单一层单轴向共取向薄膜中。所以，例如带有黑白染料的薄膜，非金属化薄膜和金属化薄膜，以及聚乙烯和耐纶薄膜可以令人满意的被一体化。
本发明的薄膜与层压薄膜的显著区别在于，后者包含至少两层不同的薄膜或片，这些层彼此直接或通过粘合剂粘合在一起。层压制品中的这些薄膜或片是不同和彼此无联系的，并且经常会在随后彼此分开的。
本发明的薄膜区别于共挤出薄膜之处在于，为了制造后者，一般的，两层或多层薄膜，其中每一层均为吹塑薄膜管的形式，在热的、非纵向取向的条件下，粘在一起以形成非单轴向取向薄膜。为了使共挤出薄膜具有单轴向取向，在理想的纵向使原始薄膜的长度的牵引比大约为3∶1到4∶1时，所需要的吹塑薄膜管的厚度为至少9mil，但这种薄膜在例如上所述膜泡成型方法中控制起来是很困难的。因此，包含有多层膜的共挤出薄膜并不会在随后被冷拉伸。
热塑性塑料的冷拉伸与热拉伸的区别在于，在前一种工艺中，薄膜的拉伸是在热塑性塑料材料的熔点之下进行的，同时晶粒出现了。在热拉伸工艺中，拉伸和取向在结晶前进行。
因此，在本发明的另一个方面，本发明提供了一种制造热塑性塑料材料的、一体的冷拉伸单轴向共取向薄膜的方法，该方法包括下列步骤：同时将多层热塑性塑料非取向薄膜送入一冷拉伸取向装置，然后冷拉伸所述的多层非取向薄膜，其中所述薄膜在所述冷拉伸作用下彼此如此非常地靠近，从而使所述多层薄膜形成所述的一体单轴向共取向薄膜。
如上所限定的方法中，特别有利的是，该多层非取向薄膜中包含有一经夹膜处理的吹塑薄膜管的壁。
因此，本发明进一步提出了一种制造热塑性塑料材料的、一体的冷拉伸单轴向共取向薄膜的方法，该方法包含下列步骤：
将熔融的热塑性塑料材料通过一个模头挤出以形成一挤出管;
将所述管经夹膜处理以制成一由多层非取向薄膜构成的扁平管;
将所述扁平管送入一冷拉伸取向装置，然后沿一单方向冷拉伸所述管，其中所述多层非取向薄膜在所述冷拉伸作用下彼此如此非常地靠近，从而形成所述的一体单轴向共取向薄膜。
上述所限定的方法可有利地改变成为用于使用不相似材料所构成的吹塑薄膜制造单轴向共取向薄膜的方法。
因此，本发明进一步又提出了一种制造热塑性塑料材料的、一体的冷拉伸单轴向共取向薄膜的方法，该方法包含下列步骤：
将熔融的第一热塑性塑料材料通过一个模头挤出以形成一第一挤出管;
将所述第一挤出管经夹膜处理以制成一第一扁平管;
将熔融的第二热塑性塑料材料通过一个模头挤出以形成一第二挤出管;
将所述第二挤出管经夹膜处理以制成一第二扁平管;
将至少所述第一扁平管和所述第二扁平管同时送入一冷拉伸取向装置，然后沿一单一方向冷拉伸所述第一扁平管和第二扁平管，其中所述管在所述冷拉伸作用下彼此如此非常地靠近，从而形成所述的一体单轴向共取向薄膜。
在另外一个方面，本发明提供了一种由上述所限定的方法所制造的薄膜或由上述所限定的薄膜构成的热塑性塑料袋。
本发明实践的明显的价值为可使用多种热塑性塑料，这些塑料可被单独的冷拉伸以制造出单轴向取向的薄膜。本发明的进一步的价值在于可用吹塑薄膜工艺制造预冷拉伸薄膜。但是，本发明的价值还在于，可以使用由其它的方法例如通过流延、层压或共挤出工艺生产的非取向薄膜。
根据本发明的袋子也可以用下列方法制得，这些方法分别描述在由普通方式转让给本申请人的公布于1986年3月18日的美国专利4，576，844，公布于1987年6月9日的美国专利4，672，684，上面描述过的4，677，007，公布于1987年7月14日的美国专利4，680，207，以及公布于1987年7月21日的美国专利4，681，781中。这些文献的主题引用在此作为参考。
因此，上述的袋子的生产可以是这样的，包括冷拉伸形成所需要的厚型的单轴向共取向薄膜，而且最好由薄型吹塑薄膜制得。另外，根据本发明的袋子可以制成包括不是由上述方法制得的更薄型薄膜。例如，一种现有的重载热塑性塑料薄膜的船运用袋子（AMEX牌，ICI PLC的商标），其2mil厚的外层包含5层共挤塑，该共挤塑包括有一层0.2mil厚的耐纶中心层，其通过0.1mil厚的粘合剂层（乙烯-丙烯酸共聚物）在每一侧分别与一层0.8mil厚的线型低密度聚乙烯相粘连，这种袋子可被根据本发明的、在一个2mil厚的外层中包括0.0677mil厚的耐纶层的共取向袋子所代替，该用于代替的袋子可根据本发明，在3∶1的纵向牵引比的条件下，通过冷拉伸一个由2mil厚薄型共挤塑5层薄膜夹在二层2mil厚的线型低密度聚乙烯中而形成的夹心结构而制得。最终的2mil厚的薄膜中具有仅0.0667mil厚的耐纶层。实际上，本发明的这个实施例的实践的最终结果是由于利用线型低密度聚乙烯层代替0.1333mil厚的耐纶层而节约了费用，并且提高了抗刺穿性。
根据本发明另外优选的袋子是一种用于传送证件和有价值的文件的称作“信袋”的袋子，这种袋子一般由3mil厚的热塑性塑料薄膜构成，该薄膜包括一由2.25mil厚的高密度聚乙烯构成的外挤出层和一含铝粉的、0.75mil厚的乙烯醋酸乙烯共聚物的内衬层，而且外挤出层因含有二氧化钛而变成不透明的。这些构成现有信袋的薄膜是非单轴向取向的，而且为了使薄膜在3∶1/4∶1的牵引比下取向，最终的共挤出吹塑薄膜应该至少9mil厚以避免如上所述的缺陷。
但是，根据本发明，在纵向牵引比为4∶1的条件下，同时拉伸层厚为4.5mil、含二氧化钛的高密度聚乙烯扁平管和层厚为1.5mil的金属铝/EVA共聚物构成的扁平管，可制得一个3mil厚的单轴向共取向一体薄膜。这种4.5mil和1.5mil厚的管可以通过吹塑薄膜工艺很容易而且令人满意的制得。如上所述的最终冷拉伸组合薄膜具有提高的物理性能和增强的抗刺穿性。
尽管，一般可以接受的观点是，所有的聚乙烯薄膜均能被单轴向取向到一定程度，但是，术语“单轴向取向”或“共取向”在本说明书中及权利要求书中用来涉及聚乙烯薄膜时是指该聚乙烯薄膜已经经过吹塑并被冷拉伸到至少原长的2.5倍，最好4倍，但也可到6倍。
以下将以例子的方式结合附图对本发明的几个实施进行详细描述。
图1是一个前视图，局部剖开，示出一个根据本发明的顶端开口管形袋。
图2是沿图1中2-2线的剖视图。
图3示出了根据本发明的一个信袋的俯视示意图。
图4示出了图3所示信袋的剖视示意图。
图5示意地示出了一个典型的经改进可接受多层热塑性塑料薄膜的冷拉伸纵向取向装置。
图1和图2示出了一个大致矩形的单层管形袋1，该袋1具有一个前壁2和一个后壁3，其均由一体的单轴向共取向薄膜构成，该薄膜是通过在纵向牵引比为3∶1的条件下，冷拉伸一由两层2mil厚的线型低密度聚乙烯及位于它们之间的5mil厚的共挤出的5层层压塑料构成的夹芯结构而制成的。该共取向薄膜的耐纶层的厚度仅为0.0667mil。管型袋的一端在4处热封以形成一个4mil厚的背面接缝的单层顶开口袋子。
在另一个实施例中，利用图5所示的改进的冷拉伸纵向取向装置，在纵向牵引比为4∶1的条件下，将一由层厚4.5mil的含二氧化钛高密度聚乙烯制成的一扁平吹塑管和一由层厚为1.5mil的金属铝/EVA共聚物构成的扁平管同时一起冷拉伸以形成一3mil厚单轴向共取向一体的薄膜。这种薄膜根据本发明可用于制作信袋100，如图3和图4所示。
在信袋100中，含白色二氧化钛的聚乙烯层102作为其外层，银色铝/EVA共聚物作为其在“折过”或者说封闭位置处的内层104。夹袋106用于盛放需要运输的包裹（未示），袋子由具有热熔性粘胶层110的硅树脂外封条108封口。
在根据本发明并如图3和图4所示的信袋的一个替代实施例中，层102和104分别包含一聚丙烯/EVA共挤出层，该共挤出层均已经与一线型低密度聚乙烯进行了共取向处理。参看图5，本发明的实践中使用的共取向装置由标号10示出，其包括有送料卷轴20、22和24，薄膜预热辊26、28，慢拉伸辊30、受夹辊34作用的快拉伸辊32、冷却辊36和储膜轴38。箭头示出了在生产中的各辊的转动方向，籍此，一卷单轴向共取向薄膜40得以生产出。
在所示的实施例中，卷轴20和22分别卷有线型低密度聚乙烯薄膜卷42、44，同时，卷轴24将5层共挤出“AMEX”牌热塑性塑料薄膜送出。
预热辊26、28具有足够高的温度以在薄膜接触该辊子26、28的相对短暂的时间内将薄膜的温度提高到大约105摄氏度。在慢拉伸辊30和快拉伸辊32的作用下，该三层薄膜同时被冷拉伸以形成一体的单轴向共取向薄膜40。该薄膜40由辊子36冷却并被送到卷轴38。
因此，可以看出，本发明非常容易地达到了发明的目的以及其内在的优点。尽管为了本发明的公开的目的，已经对本发明的几个特定实施例进行了图示和描述，但本领域的技术人员还可以在本发明的后附权利要求书所限定的范围及精神内对各种构件的设置及结构安排作出各种各样的变化。