南工大塑料成型加工2015窦ch11 压延

1、第十一章 压延成型 11.1 概述11.2 压延设备11.3 压延过程中的流动分析11.4 影响压延制品质量的因素11.5 压延成型的进展 11.1 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： 压延用原料：聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVCPVC）最多）最多聚苯乙烯聚苯乙烯丁二烯丁二烯丙烯腈（丙烯腈（ABSABS）氯乙烯氯乙烯醋酸乙烯共聚物醋酸乙烯共聚物聚乙烯（聚乙烯（PEPE）聚丙烯（聚丙烯（PPPP）醋酸纤维等醋酸纤维等压延的主要产品压延的主要产品 压延成型一般用于薄膜、片材的生产；还可以

2、生产人造革和涂层产品。 （1 1） 薄膜薄膜 厚度小于0.25mm为薄膜（2 2） 薄片薄片 厚度大于0.25mm为薄片（3 3） 压延的最适宜加工范围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压延成型方法的优点压延成型方法的优点（1 1） 加工量大加工量大 1年的加工量可达500010000吨（2 2） 生产速度快生产速度快 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，效率高连续生产，效率高压延成型方法的缺点压延

3、成型方法的缺点（1 1） 设备庞大，投资大设备庞大，投资大（2 2） 设备专用性强，产品调整困难设备专用性强，产品调整困难（3 3） 维修困难维修困难 （设备庞大、辅机众多）（4 4） 幅宽同样受到限制幅宽同样受到限制11.2 压延设备 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

4、料料料进进料料出出 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、五、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 双辊双辊：一般用于塑炼、压片、供料：一般用于塑炼、压片、供料四辊的优点四辊的优点：制品厚度薄且均匀、表面光滑、速度快（比三：制品厚度薄且均匀、表面光滑、速度快（比三 辊快辊快2828倍，达倍，达60240m/min60240m/min）、还可以完成）、还可以完成 双面贴胶工艺，有取代三辊的趋势双面贴胶工艺，有取代三辊的趋势五

5、辊、六辊五辊、六辊：设备庞大：设备庞大b.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。斜斜Z Z字型字型排列和排列和倒倒L L型型排列的比较排列的比较（1 1）斜斜Z Z字型字型排列的优点排列的优点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）倒倒L L型型排列的优点排列的优点1）物料包住辊的面积比较大，产品的表面光洁度较好2）杂物不容易掉入斜Z型排列的缺点： 物料包住辊筒的面

6、积较小； 杂质易掉入。 二、压延机的构造二、压延机的构造1 1、 总体要求总体要求高强度：压延机的压力大，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.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深1.16米，宽宽3.56米，长长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）3.辊筒： 性能要求： 辊筒要求有足够的强度、刚度； 作业面应耐磨、耐

7、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 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 。 （3 3）轴承）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）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6.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

8、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。Dept. Polym. Sci. & Eng.,4/2/202225（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 铝质磨砂辊筒 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

9、。 V=2nR n：转速 R：薄膜圈的直径 张力用张力辊调节 转速用限位开关控制张张力力辊辊11.3 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。 5.最大压力点：钳住区压力最大点，又称钳住点。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 X11.3.1 基本方程 根据质量不灭定律： （11-1）式 ：熔体密度 Vx、Vy、

10、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： （11-2）式 P：作用在流体上的压力 g x：重力加速度 ：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+

11、+y y/ /x xV Vy yV V+ +x x/ /x xV Vx xV V+ +t t/ /x xV V（11.3.2 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。 二.简化 根据假设1将（11-1）化简为： （11-3）式 =dVx/dy （11-2）式可化成 （11-2*）式0 0= =z z/ /z zV V+ +y y/ /y yV V+ +x x/ /x xV Vx xg g+ +x x/ /P

12、 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（）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= = 根据假设3： =0 根据假设4： =0， 根据假设5： g x=0 （11-2）式化简为： （11-4）式 t t/ /x xV Vz z/ /x xV

13、 Vy y/ /y yV Vx x/ /x xV V= =x x/ /P P2 2y y/ /x xV V2 211.3.3 始钳住点与终钳住点的关系一.求流速Vx 与Y无关 对（11-4）一次积分得： = dVx/dy=( )y/+C1 （11-5）式 由边界条件：y=o，dVx/dy=0 得 C1=0。 二次积分得： Vx= （ ）y2/2 +C2 （11-6）式 由边界条件：y=h，Vx(h)=V 得： C2=V（ ）（y2-h2）/2 Vx= V+（ ） （y2-h2）/2 （11-7）式 V：辊筒表面线速度x x/ /P Px x/ /P Px x/ /P Px x/ /P Px x

14、/ /P P h：对称面至辊筒表面距离， h=h(x)=H0+R （R2x2） （11-8）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 （11-11）式 x x/ /P Ph h0 0 x x/ /P P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） （11-13）式 变形得： dP/dx= 2RH0(3/ h2) (V-Q/2h) = 2RH03/ H0( 1+x2)2 V-Q/

15、2 H0( 1+x2) (11-15)式b. 引入无因次量 2=（Q/2VH0）-1=（Q-2VH0）/2VH0 （11-16）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 （11-18）式 g(x,)=(x2 1 5 3 x2)/(1+ x2)2X+(13)arctgX 三. 压力表达式四.讨论 1.当x=，P=0，终钳住点，为最小压力点。 2.当x= -，P=Pmax，为最大压力点。 Pmax= （9R/8H0）5v3/H0 （11-19）式 3.始钳住点，P=0，

16、设x= -x0 ,得： g(-x0 , )= - 5 3 终钳住点处要使P=0，则： g(, )= - 5 3 g(-x0 , )= g(, )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- -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 （11-20）式 1.始钳住点： x = -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

17、 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- - X XP P- -x xa am mP P2 2/ /x xa am mP P0 0= =P P0 0= =P P0 0 X X- -六 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- -

18、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： 4 42 2- - -0 0y y x xv v 减减 小小 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。速度和压力分布曲线 11.4 影响压延制品质

19、量的因素压延工艺一.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。 2.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

20、定剂：金属皂类 加入吸收金属皂类更强的填料：水合氧化铝 加入酸性润滑剂 3.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。 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/minV2/V

21、11.191.201.211.221.201.261.061.23V3/V21.181.191.161.181.141.161.201.23V4/V31.201.221.201.221.161.211.241.26 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，控制在铅笔粗细。 4.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