聚合物成型加工原理07PPT课件

1、19-Nov-211 7.1 概述一.压延成型 1.压延成型： 指将加热塑化好的热塑性塑料通过两个以上相向旋转的辊筒间隙，而使其成为规定尺寸的连续片状材料的成型方法。 2.相向旋转： 第1页/共70页19-Nov-212第2页/共70页19-Nov-213压延用原料：聚氯乙烯（PVCPVC）最多聚苯乙烯丁二烯丙烯腈（ABSABS）氯乙烯醋酸乙烯共聚物聚乙烯（PEPE）聚丙烯（PPPP）醋酸纤维等第3页/共70页19-Nov-214压延的主要产品 压延成型一般用于薄膜、片材的生产；还可以生产人造革和涂层产品。 （1 1） 薄膜 厚度小于0.25mm为薄膜（2 2） 薄片 厚度大于0.25mm为薄

2、片（3 3） 压延的最适宜加工范围0.050.6mm 的软质 片材及薄膜 PVC0.100.7mm 的硬质 片材、薄膜及板材 PVC第4页/共70页19-Nov-215压延成型方法的优点（1 1） 加工量大 1年的加工量可达500010000吨（2 2） 生产速度快 薄膜生产的线速度可达60100m/min 甚至300m/min（3 3） 质量好 制品的厚度公差可控制在5%左右，表面平整（4 4） 连续生产，效率高第5页/共70页19-Nov-216压延成型方法的缺点（1 1） 设备庞大，投资大（2 2） 设备专用性强，产品调整困难（3 3） 维修困难 （设备庞大、辅机众多）（4 4） 幅宽同

3、样受到限制第6页/共70页19-Nov-2177.2 压延设备第7页/共70页19-Nov-218 前阶段：备料阶段 压延工艺 后阶段：压延、牵引、轧花、冷却、卷取、切割等一.前阶段 1.任务：塑料的配制、塑化和向压延机供料 2.要求：供料要均匀，物料温度分布要保持均匀，物料塑化要均匀。 3.方法及主要设备： a.塑料的配制：高速混合机 b.塑化与供料： 用密炼机塑化 用挤出机供料 用双辊供料 用高效塑化机塑化，与挤出机供料 用挤出机塑化，用两台双辊机塑化供料第8页/共70页19-Nov-219料料进进料料出出 高效塑化机： 4.辅助设备： a.金属探测仪：除去金属杂质 b.摆斗：喂料装置第9

4、页/共70页19-Nov-2110二.后阶段 1.压延机： a.分类： 按辊筒数目不同分为：双辊、三辊、四辊、六辊 按辊筒排列方式不同分为：如下图三辊： I型 三角型 四辊： I型 倒L型 正Z型 斜Z型 第10页/共70页19-Nov-2111双辊：一般用于塑炼、压片、供料四辊的优点：制品厚度薄且均匀、表面光滑、速度快（比三 辊快2 28 8倍，达6060240m/min240m/min）、还可以完成 双面贴胶工艺，有取代三辊的趋势五辊、六辊：设备庞大第11页/共70页19-Nov-2112b.辊筒排列原则： 尽量避免各个辊筒在受力时发生干扰，并充分考虑操作的要求和方便，及自动供料的需要。第

5、12页/共70页19-Nov-2113斜Z Z字型排列和倒L L型排列的比较（1 1）斜Z Z字型排列的优点1）各辊筒相互独立，受力时不互相干扰，传动平稳、操作稳定， 制品厚度易控制2）物料和辊筒的接触时间短、受热少、不易分解3）各筒拆卸方便，易于检修4）上料方便，便于观察存料，且便于双面贴胶5）厂房高度要求低（2 2）倒L L型排列的优点1）物料包住辊的面积比较大，产品的表面光洁度较好2）杂物不容易掉入第13页/共70页19-Nov-2114斜Z型排列的缺点： 物料包住辊筒的面积较小； 杂质易掉入。 第14页/共70页19-Nov-2115二、压延机的构造1 1、 总体要求高强度：压延机的压

6、力大，速度快，且要求平稳高精度：运行平稳，厚度均匀2 2、 总体尺寸例：大连橡胶塑料机械厂生产的 SY-4S-1800 SY-4S-1800 型塑料四辊压延机长：10米开外宽：6米以上高：5米左右重：140吨第15页/共70页19-Nov-2116第16页/共70页19-Nov-2117.压延机的结构（四辊） （一）主机 1.机座： 2.机架： 用混凝土固定于地下，前述机器的机座在地下深1.16米，宽3.56米，长5.6米用铸钢制成。主要是两侧的夹板（用于支撑辊筒的轴承、调节装置和其它附件）第17页/共70页19-Nov-21183.辊筒： 性能要求： 辊筒要求有足够的强度、刚度； 作业面应耐

7、磨、耐腐蚀、高强度 材料 冷铸钢； 壳：冷硬铸铁 芯：球墨铸铁 铬钼合金 表面光洁度：很光 Ra ：0.08m 14 刚性好，限制长径比第18页/共70页19-Nov-2119 辊筒加热方法：蒸汽加热、煤气、过热水、电加热。 辊筒结构：铸钢或合金钢制成，有空心式和钻空式。直径600900mm，长度18002500mm，长径比2.53 ：1 。 第19页/共70页19-Nov-2120（3 3）轴承轴承的作用 轴承的分类（滑动、滚动）、优缺点（4 4）辊距调节装置第二辊固定，其余均可调。辊距不同，产品的厚度不同，且对物料的剪切也不同一般分为粗调和精调两套装置第20页/共70页19-Nov-212

8、16.驱动装置：对每个辊筒各自驱动，各配三个电动机，一台驱动和两台调距电动机。如果是一台电机，就需要复杂一些的传动方式（齿轮传动、皮带传动、链条传动、蜗杆蜗轮传动等） 7.轴交叉装置和预应力装置 8.其它装置：润滑系统、切边装置、挡料装置、安全防护。第21页/共70页19-Nov-2122第22页/共70页19-Nov-2123第23页/共70页19-Nov-2124（二）辅机 1.引离辊：将薄膜从辊筒上均匀的剥离，同时对制品进行一定的拉伸。转速比辊筒大30%，需加热，所以为空心。 2.轧花装置：有轧花辊和橡胶辊组成。 轧花辊 橡胶辊轧花辊温度和速度 3.冷却装置： 冷却定型 四辊 铝质磨砂辊

9、筒第24页/共70页19-Nov-2125第25页/共70页19-Nov-2126 4.传输带： 作用： 继续冷却； 消除内应力，使应力松弛。 5.测厚仪：射线、射线和射线测厚仪 6.卷取装置： 卷取张力要适当； 卷取速度V要适当。 V=2nR n：转速 R：薄膜圈的直径 张力用张力辊调节 转速用限往开关控制张力辊张力辊第26页/共70页19-Nov-2127第27页/共70页19-Nov-21287.3 压延过程中的流动分析一.术语： 1.钳住区：物料在压延过程中受到辊筒挤压时受到压力的部分。 2.始钳住点：辊筒开始对物料加压的点。 3.终钳住点：加压终点。 4.中心钳住点：两辊筒的中心点。

10、 5.最大压力点：钳住区压力最大点，又称钳住点。第28页/共70页19-Nov-2129第29页/共70页19-Nov-2130第30页/共70页19-Nov-2131二.选择坐标 原点：钳住点 X轴：两辊筒横截面的对称线 Y轴：两辊筒圆心连线 Z轴：辊筒轴向V V0 00 0H H= =y yh h= =y yH H= =y yY YX X第31页/共70页19-Nov-2132基本方程 根据质量不灭定律： （7-1）式 ：熔体密度 Vx、Vy、Vz：分别是物料流动时在X、Y、Z三方向的分速度。 t：时间 根据X轴的动量守衡定律： （7-2）式 P：作用在流体上的压力 g x：重力加速度 ：

11、作用在流体上的剪切应力，第一下标x表示应力分量的作用面与x轴垂直，第二下标xyz分别表示应力分量的作用方向。0 0= =z z/ /) )z zV V( (+ +y y/ /) )y yV V( (+ +x x/ /) )x xV V( (+ +t t/ /x xg g+ +) )z z/ /x xz z+ +y y/ /x xy y+ +x x/ /x xx x( (+ +x x/ /P P- -= =）z z/ /x xV Vz zV V+ +y y/ /x xV Vy yV V+ +x x/ /x xV Vx xV V+ +t t/ /x xV V（第32页/共70页19-Nov-213

12、3假设与简化一.假设 1.流体是不可压缩的，没有弹性的牛顿流体； 2.等温过程； 3.稳态的层流流动，无滑移现象； 4.假设流体是在无限宽平行板中的一维流动； 5.忽略重力的影响； 6.假设压力只沿X轴方向有变化，在Y轴方向为定值。 第33页/共70页19-Nov-2134二.简化 根据假设1将（7-1）化简为： （7-3）式 =dVx/dy （7-2）式可化成 （7-2*）式0 0= =z z/ /z zV V+ +y y/ /y yV V+ +x x/ /x xV Vx xg g+ +x x/ /P P- -= =）z z/ /x xV Vz zV V+ +y y/ /x xV Vy yV

13、 V+ +x x/ /x xV Vx xV V+ +t t/ /x xV V（）2 2z z/ /x xV V2 2+ +2 2y y/ /x xV V2 2+ +2 2x x/ /x xV V2 2（+ +) )( (/ / / / / /x x）z zz zV V+ +y yy yV V+ +x xV V（3 31 1+ +t t/ /0 0= =第34页/共70页19-Nov-2135 根据假设3： =0 根据假设4： =0， 根据假设5： g x=0 （7-2）式化简为： （7-3）式 t t/ /x xV Vz z/ /x xV Vy y/ /y yV Vx x/ /x xV V=

14、=x x/ /P P2 2y y/ /x xV V2 2第35页/共70页19-Nov-2136始钳住点与终钳住点的关系一.求流速Vx 与Y无关 对（7-4）一次积分得： = dVx/dy=( )y/+C1 （7-5）式 由边界条件：y=o，dVx/dy=0 得 C1=0。 二次积分得： Vx= （ ）y2/2 +C2 （7-6）式 由边界条件：y=h，Vx(h)=V 得： C2=V（ ）（y2-h2）/2 Vx= V+（ ） （y2-h2）/2 （7-7）式 V：辊筒表面线速度x x/ /P Px x/ /P Px x/ /P Px x/ /P Px x/ /P P第36页/共70页19-N

15、ov-2137 h：对称面至辊筒表面距离， h=h(x)=H0+R （R2x2） （7-8）式 h= H0 + x2/2R最后简化得： Vx=V+（ ）y2-(H0+x2/2R)2/2二.求流量表达式 Q=2 Vxdy =2hV- ( )h2/3 （7-11）式 x x/ /P Ph h0 0 x x/ /P P第37页/共70页19-Nov-2138三.压力梯度及压力表达式 1.压力梯度表达式： =（V-Q/2h） 3/ h2x x/ /P P2.压力表达式： a.进行变量代换 =/ （2RH0） （7-13）式 变形得： dP/dx= 2RH0(3/ h2) (V-Q/2h) = 2RH0

16、3/ H0( 1+x2)2 V-Q/2 H0( 1+x2) (7-15)式第38页/共70页19-Nov-2139b. 引入无因次量 2=（Q/2VH0）-1=（Q-2VH0）/2VH0 （7-16）式 设物料脱离滚筒表面处（终钳住点）：x=X, h=H H/H0 = 1+ x2 同时： Q2VH 2 x2 则： P=(V/H0) 9R/32 H0 g(x,)+5 3 （7-18）式 g(x,)=(x2 1 5 3 x2)/(1+ x2)2X+(13)arctgX 三. 压力表达式第39页/共70页19-Nov-2140四.讨论 1.当x=，P=0，终钳住点，为最小压力点。 2.当x= -，P

17、=Pmax，为最大压力点。 Pmax= （9R/8H0）5v3/H0 （7-19）式 3.始钳住点，P=0，设x= -x0 ,得： g(-x0 , )= - 5 3 终钳住点处要使P=0，则： g(, )= - 5 3 g(-x0 , )= g(, )第40页/共70页19-Nov-2141此式反映了-x0与 的关系，即始钳住点与终钳住点的关系。由图可看出，始钳住点越大，终钳住点就越大0 0 x x- -第41页/共70页19-Nov-2142五 压力分布曲线相对压力P：钳住区任一点压力和最大压力的比。 P=P/Pmax=1+ g(x , ) / 5 3/2 （7-20）式 1.始钳住点： x

18、 = -x0 , g(-x0 , )= - 5 3， P=0 2.最大压力点： x = -，g(-, )= 5 3，P=1 3.中心钳住点： x = 0， g(0, )=0， P=1/2 4.终钳住点： x = ，g(, )= - 5 3，P=0 X XP P- -x xa am mP P2 2/ /x xa am mP P0 0= =P P0 0= =P P0 0 X X- -第42页/共70页19-Nov-2143 X XP P- -x xa am mP P2 2/ /x xa am mP P0 0= =P P0 0= =P P0 0 X X- -第43页/共70页19-Nov-2144六

19、 辊筒的分离力A. 分离力F：物料对辊筒的分离力。 F=B Pdx=2VRB(1/ H0)-(1/h0) B：辊筒工作面长度 -x0 ：始钳住点 ：终钳住点 h0：始钳住点处物料厚度B. 横压力P 表示每厘米辊筒工作面长度的分离力。 P=F/B 0 0 x x- -第44页/共70页19-Nov-2145七 钳住区的速度分布 Vx=V1+3（2-1）（ x2-2）/2（1+ x2 ） =y/h 当x=时，Vx=V； 当为确定值时，Vx只是x和的函数，而当x确定时，也确定。例如： 2=0.1，而x分别为-4 ,-2 ,- ，0时，速度分布情况如图： 第45页/共70页19-Nov-21464 4

20、2 2- - -0 0y y x xv v 减减 小小第46页/共70页19-Nov-2147 1.当x=时， Vx=V，速度 分布为直线； 2.- x时，压力梯度为负值，速度分布为凸曲线； 3.当x-时，压力梯度为正值，速度分布为凹曲线； 4.当x= -（ x）*时，在y=0处，Vx=0； 5.当-x0 x -（ x）*时，速度有正有负。第47页/共70页19-Nov-2148速度和压力分布曲线 第48页/共70页19-Nov-2149 7.4 影响压延制品质量的因素第49页/共70页19-Nov-2150一.原料因素 1.树脂： a.分子量高、分子量窄的树脂可得到物理机械性能、热稳定性和表

21、面均匀性好的制品，但也会增加压延温度和设备的负荷，且塑化成型温度与分解温度越接近，对生产薄膜越不利； b.灰分含量高，主要影响薄膜的透明度； c.水分或挥发物过高会使制品带有气泡。 第50页/共70页19-Nov-21512.稳定剂、增塑剂的影响 a.压延中含增塑剂越多的软PVC，在相同的条件下粘度越低，因此在不改变压延机负荷下，就可提高辊筒的转速或降低压延温度； b.若采用不适当的稳定剂，辊筒表面蒙上一层石蜡状物质，导致制品表面不光和粘辊。 原因： 所用稳定剂与树脂的相容性较差 稳定剂分子对金属具有亲和力 避免方法： 选用适当的稳定剂：金属皂类 加入吸收金属皂类更强的填料：水氧化铝 加入酸性

22、润滑剂 第51页/共70页19-Nov-21523.供料的事前混合与塑炼 目的在于分别使配方中的各种组分分数和塑炼均匀，以满足压延加工的要求。二.压延机的操作因素 1.辊温与辊速： 配方相同时，辊速不同，辊温也应不同。 各辊温度依次升高，一般相差510，、两辊温度应近乎相等。第52页/共70页19-Nov-2153 2.辊筒速比：相临两辊筒线速度之比。 a.速比目的： 使压延物依次贴辊； 使产品取得一定的拉伸定向。 b.速比控制范围：根据产品厚度确定制品农膜工业膜包装膜硬片 厚度0.1mm0.23mm0.14mm0.5mm 主辊转速速比范围45m/min35m/min50m/min1824 m

23、/minV2/V11.191.201.211.221.201.261.061.23V3/V21.181.191.161.181.141.161.201.23V4/V31.201.221.201.221.161.211.241.26第53页/共70页19-Nov-2154 3.辊距H0及辊筒间的存料 a.调节辊距目的： 为适应不同厚度产品的要求； 改变存料量。 b.存料目的：起储备、补充和进一步塑化的作用。 c.存料量： 过多，薄膜表面毛糙，有云斑，易产生气泡，硬片中有冷疤，增大辊筒负荷。 过少，薄膜表面毛糙，产生缺料，硬片中有菱形孔洞。 实际生产中，/辊间存料量，细至一条直线； /辊间存料量，

24、控制在铅笔粗细。 第54页/共70页19-Nov-21554.剪切和拉伸 a.定向效应（压延效应）：由于压延物在纵向上受到很大的剪切应力和一些拉伸应力，因此高聚物分子会顺着薄膜前进方向发生分子定向，以致薄膜在物理机械性能上出现各向异性，这种现象即定向效应。 b.变化要点： 与压延方向平行和垂直两个方向上，断裂伸长率不同； 在自由状态加热时，由于解取向作用，薄膜各向尺寸发生不同变化，纵向出现收缩，横向与厚度出现膨胀。第55页/共70页19-Nov-2156三.设备因素 1.“三高两低”现象： 原因： a.辊筒的弹性变形：长径比越大，变形越大。 b.辊筒表面温度分布不均匀：两边温度常比中间低。温度

25、分布不均原因： 辊筒两端有较大的辐射热损失； 向轴承和机架传热； 受润滑剂的冷却影响。第56页/共70页19-Nov-2157第57页/共70页19-Nov-21582.克服辊筒弹性形变方法： a.中高法： 将辊筒做成腰鼓形。 h凹凸系数或中高度，一般只有百分之几或十 分之几的毫米。 此法缺陷：料不同，粘度不同，产生的压力、分离力、挠曲度就不同 辊筒的材料不同； 操作条件不同； 变形程度不同 因此此法只使用于同一原料、同一压延机、同一操作条件。第58页/共70页19-Nov-2159h h第59页/共70页19-Nov-2160 b.轴交叉 优点：可随产品不同、配方不同、操作条件不同进行调节。

26、 常用于最后一个辊筒，且常与中高度法结合使用，轴交叉度数23。 第60页/共70页19-Nov-2161第61页/共70页19-Nov-2162c.预应力：预先施加压力，方向与分离力引起的变形方向相反。 优点： 辊筒弧度有较大的变化范围； 克服辊筒弯曲现象很彻底。 缺点： 施加的压力很大； 增大了辊筒的负荷，降低了辊筒的使用寿命。第62页/共70页19-Nov-2163第63页/共70页19-Nov-21643.降低辊筒温度分布不均方法： 可在温度低的部位采用红外线或其它补偿加热，或在近中区两边用风管吹冷风冷却。第64页/共70页19-Nov-2165原材料和压延设备原材料：树脂、助剂压延设备

27、：压延机的大型化、高速、精密、自动化 冷却装置 异径辊筒压延机 压延牵伸7.5 压延成型的进展第65页/共70页19-Nov-2166异径辊筒压延机第66页/共70页19-Nov-2167压延牵伸第67页/共70页19-Nov-2168第68页/共70页19-Nov-2169Principle of Polymer ProcessRoom 401, 2nd West BuildingWeibing XuTimeWeekDayContentduration122004-9-6Chapter 1 (P1-16)2hr222004-9-8Chapter 2, section2.1-2.1.2(P1-

28、24)2hr322004-9-9Chapter 2, section2.1.2-2.2.3(P25-69)2hr432004-9-13Chapter 2, section2.2.3-2.2.6(P70-95)2hr532004-9-15Chapter 2, section2.2.3-2.2.6(P97-111)2hr632004-9-16Chapter 2, section2.2.6(P112-148)2hr742004-9-20Chapter 2, section2.6,2.7, (P149-168),Chapter 3,section3.1(P1-8)2hr842004-9-22Chapter 3,section3.2(P9-45),2hr94200