第六章 压延成型

1、第六章压延成型第页第六章第2页前言压延成型用主要原料压延成型主要设备一二三压延成型技术参数四第六章第3页压延成型过程压延成型的特点压延产品的应用五六七压延成型的发展趋势八第六章第4页压延成型简称压延，是除挤出、注塑、模压、吹塑之外，另一种常见的高分子制品的成型方法。它利用压延机中两个或两个以上相向旋转、彼此平行的辊筒作模具，利用辊筒间的挤压力作用，将已加热塑化接近黏流温度的热塑性物料挤压和延展成具有规定断面尺寸的连续薄膜状、片状或板状材料，是生产高分子材料薄膜、片材和板材的主要方法；也可用于将聚合物材料涂覆于纺织或纸张等基材的表面，制成具有一定断面厚度和断面几何形状要求的复合材料，如胶布，人造

2、革等；通过压延方法，还可根据需要提高装饰片材表面的光滑度，或者是粗糙度，或做成图案。除此之外，压延工艺还常用于橡胶、塑料的改性。第六章第5页用于压延成型的原料主要是橡胶和塑料，其中，塑料大多数是热塑性非晶态塑料，最常用的有非晶形的PVC及其共聚物、ABS、改性PS、PE、EVA、PP、ABS、PVA、EVA等，但即使对于同一种塑料，其品种、规格也极多。除此以外，压延成型所用的原料还包括用以改善树脂加工性能及其他相关性能的增塑剂，用以防止树脂在热、光、氧气、射线、细菌、霉菌作用下发生降解或交联、颜色发生改变、性能变坏、并可能失去使用价值的稳定剂，用以降低聚合物熔点、改善熔体流动性、减少或避免熔体

3、在设备内表面粘连及摩擦、改进制品柔韧性和延展性及加工性能的润滑剂，用以给制品赋予各种颜色，便于识别、隐蔽和保护内容物的着色剂，用以降低制品成本、改善相关性能或使其具有一定功能的添加剂以及用以生产发泡制品、降低制品密度的发泡剂等。 第六章第6页压延成型主要设备图6-1 压延机结构示意图1-机座，2-传动装置，3-辊筒，4-辊距调节装置，5-辊交叉调节装置，6-机架第六章第7页压延机是压延成型工艺中最关键、最主要的设备，为了适应不同物料及成型不同的制品，压延机可设计成多种结构型式，但基本上都由以下几部分组成：辊筒及其加热系统、机架、轴承、调距装置、辊筒挠度补偿装置、润滑油系统、电动机传动机构和厚度

4、检测装置等，其结构示意图如上图所示。目前，压延设备的结构更加复杂，精度及自动化程度也越来越高，压延机的类型越来越多，分类方式也多种多样，其中最常见的是改变辊筒数目和辊筒排列方式来进行分类。第六章第8页配料混合系统引离系统压延机加料与检测系统冷却系统输送卷取切割系统压延生产线工作系统包括：压延系统润滑系统辊筒的加热系统电控系统传动系统第六章第9页(1) 按辊筒数目分类压延机的分类方法中，一种较为常见的是根据其所含的辊筒数目进行分类，据此可将压延机分为双辊压延机、三辊压延机、四辊压延机、五辊压延机，甚至有六辊压延机、七辊压延机等。其中，双辊压延机通常也被称为开放式炼胶机或辊压机，常用于原材料的塑炼

5、和压片或生产聚氯乙烯地板砖等。但实际工业生产中，压延成型所用的压延机一般以三辊或四辊压延机为主。第六章第10页(2) 按辊筒排列方式分类对于多辊压延机来说，辊筒间的排列方式不同造成设备具有不同的使用特性，所以，根据压延机中辊筒间的排列方式对压延机进行分类是另一种较为常见的分类方法。辊筒间的排列方式有很多种，如，双辊压延机的两根辊筒间可以是水平排列，也可以是垂直排列，三辊压延机的三根辊筒间的排列可以是型、等几种，四辊压延机有型(图6-2a)、L型(图6-2b)、型(图6-2c) 。第六章第11页型(图6-2d) 、Z型(图6-2e) 、S型(图6-2f)等，压延机中辊筒数目越多，其排列方式就越多

6、，但考虑到操作方便，辊筒排列时应避免过高安置。此外，还有一种特殊的压延机，其使用不同直径的辊筒。常见压延机辊筒的排列方式如图6-2所示。图6-2 常见辊筒的排列方式第六章第12页(3) 按用途分根据压延机的使用性能，可将其分为通用压延机、压片压延机、擦胶压延机、压片擦胶压延机、贴合压延机、压型压延机、压光压延机、钢丝压延机和实验用压延机等。其中，通用压延机，又称万能压延机，大多为三辊或四辊结构，各辊间的速比是可调的。第六章第13页压延机中辊筒数目越多，辊筒间的间隙数增加，有利于改善对塑料的塑化压延效果，但当辊筒数目达到五辊和六辊，甚至更高时，压延设备的结构将变得更加复杂、体积将更加庞大，造价高

7、、能耗大，实用性不强，在工业生产中很少采用，多用于实验室中。目前，实际生产中使用较多的是三辊及四辊压延机，相对三辊压延机而言，四辊压延机多了一道间隙，其辊筒的线速度可以提至三辊压延机的24倍，压延效果更好，生产效率更高，同时还可以使制品厚度更加均匀，表面更加光滑，可以用来生产较薄的薄膜，还可以一次完成双面贴胶工艺。因此，目前三辊压延机正在被性能更加良好的四辊压延机所取代。第六章第14页又叫型压延机，其中的辊筒在垂直方向上排列成一条直线（图6-2a），一般为辊筒数目不多的两辊或三辊压延机。此类压延机应用比较早,最早是用来加工橡胶的，现在也用于加工塑料，其结构简单，制造容易，制造费用较低。但是，这

8、种压延机上下辊筒成一列排放，彼此间容易相互干扰；多数采用齿轮传动，一旦齿轮间发生啮合的跳动，将会对制品的质量产生不利的影响；供料不方便，一般需要通过人工方式进行上料，容易造成上料量不均匀，薄膜厚薄不均，误差较大；加热方式采用镗孔辊筒蒸汽加热，辊筒表面的温差较大等。所以，此类压延机在实际应用时主要用于生产较厚薄膜、片材、板材等制品。第六章第15页该类压延机是在直式压延机的基础上，把其中一个辊筒偏置在下（或上）辊侧面方向，使辊筒排列方式呈L型和型。其优点是生产的薄膜制品厚度均匀，误差小，质量稳定，质量基本不受增塑剂等挥发性气体的影响，特别是型压延机，加料位置较高，生产操作比较安全，且垂直供料，易于

9、上料，辊筒不会象直式压延机那样易浮动，结构较直式压延机更加紧凑，杂物不宜落入等。但辊筒之间的互相干扰仍然较大，辊筒装卸比较困难，不便于操作。第六章第16页若使相邻两个辊筒互为90角进行排列，可构成Z型和S型两种类型的压延机。两种压延机的结构组成形式相同，如果把水平排列的Z形四辊变成与水平面存在一定的角度（可在150450间），即成为S形排列的四辊。Z型压延机或S型压延机具有如下特点：辊筒间相互干扰非常小，辊筒不发生浮动，辊筒间隙均匀稳定，熔料在辊筒间受力均匀，熔料在辊面上运行温度变化小，制品厚度均匀，且更精确，产品质量稳定。特别是S型压延机，各辊间彼此独立，易于调整和控制，物料辊受热时间短，不

10、易分解，上料更加方便，辊筒间的工作状况也便于观察。设备占地面积小，引离装置离辊筒较近，制品从辊筒上脱下时收缩变小。此类压延机用途比较广泛，适合于成型软、硬薄膜和片材的生产，也可用于人造革的双面贴合生产。第六章第17页此类压延机中，四只辊筒的直径彼此不相同，可在较小的功率损耗下高速生产制品，节省能源，降低制品的生产成本。第六章第18页辊筒是压延设备上最主要的部件，辊筒旋转产生摩擦和挤压，使物料发生塑性流动和形变，以达到压延的目的，它的加工精度及工作效果直接决定了压延制品的质量和产量，因此，辊筒的结构设计、材料选择和加工制造应满足如下的一些基本要求：（1）应具有足够的刚性与强度，以确保其长期在高温

11、条件下工作时，在重大负荷的作用下，弯曲变形不超过许用值； （2）工作表面应具有足够高的硬度和较好的耐磨性，以抵抗长时间工作过程中受到的磨损，同时应具有较好的抗腐蚀能力和抗剥落能力。第六章第19页（3）应精细加工，内腔需经机械加工，辊筒工作表面部分壁厚应均匀，辊筒上不允许有气孔或沟纹，严格控制辊筒工作面形状尺寸的精度，工作表面的粗糙度不大于0.2m，在保证尺寸的精度和表面粗糙度的基础上，还应给辊筒留有使用后的修磨余量。（4）辊筒材料应具有良好的导热性，沿辊筒工作表面全长方向上的温度应能够均匀分布。（5）辊筒材质常选用普通的冷硬铸铁或合金冷硬铸铁，辊筒的制作多采用离心浇铸的方法实现，以确保辊筒内孔

12、与外圆工作面之间具有较好的同心度，确保辊筒壁厚均匀，没有气孔。辊筒的结构按照辊体的热空腔形状大致可分为空腔式和工作面圆周钻孔式两种，相应的加热冷却方法有蒸汽加热、油加热、电-蒸汽加热、蒸汽加热和电加热并用，以及目前广泛采用的过热水加热等。第六章第20页压延机在工作过程中，辊筒除自身较重外，还承受着被压延料的反挤压作用，因而，其工作负荷大，而这些负荷将全部由辊筒两端的轴承来承受，因此，压延机辊筒轴承在压延机工作过程中将承受很大的载荷，一般可达几十吨，甚至上百吨。另外，运行过程中，辊筒转速低，其表面工作温度高，而为了确保所得的压延制品具有高的尺寸精度，轴承间的间隙应尽可能减小到最低限度。因此对辊筒

13、轴承和润滑系统的要求十分苛刻。现今的压延机辊筒轴承，多为滑动轴承，而在高精度压延机上已采用向心推力滚动轴承。第六章第21页压延机的滑动轴承，一般都采用稀油强制循环润滑，稀油在润滑过程中还可以实现对辊筒进行实时冷却，以保证热平衡(润滑油和轴承温度不超过许用值)。由于轴承所在位置不同，轴瓦分开面对水平的角度也不相同。因而,同一台压延机，不同辊筒的轴承不能互换。和滑动轴承比较，滚动轴承具有如下优点：（1）轴承间的间隙更小，压延机的精度更高，所得制品的尺寸更加精确；（2）轴承的内座圈与辊颈间没有相对运动，使用过程中，辊颈不会受到磨损；（3）摩擦阻力更小，驱动辊筒的动力消耗更低，节约成本；（4）使用寿命

14、更长，维修费用少。润滑系统主要部件有齿轮泵、输油管路、冷却循环水管路、过滤网、温度显示器等。润滑系统应能提高足够的润滑油，确保辊筒及轴承能够容易滑动，并能在电机驱动下长时间平稳地工作。辊筒轴承用的润滑油应认真选用。第六章第22页辊距调节装置的作用是调节辊筒间的间隙大小，从而可压延成型不同厚度的制品。该装置通常被安装在辊筒两端的轴承座上。当压延机拥有n个辊筒时，其辊筒间隙(目)便有(n-1)道，相应地，辊距调节装置便有(n-1)对。辊距调节装置应具备如下条件：结构简单、紧凑、占地小、调节方便、准确度高，轴承体能够平稳地进行调整、移动，可进行粗调和微调，为防止调距时两辊筒工作面相碰而被擦伤，一般还

15、要设置限位开关。生产时，在传动系统带动下，通过操作调距装置，使螺旋与螺母发生相对转动，从而产生移动，带动轴承在沟槽内移动，达到改变相邻两辊筒间隙大小的目的。辊距调节可在辊筒两端同时进行，也可只在一端进行。第六章第23页辊间距的调整可通过手动方式，也可通过机动方式实现，其中，手动调距是种比较老式的传动方式，通过摇动调整手轮来实现辊间距的调节；而机动调距则是通过电动机驱动，使辊间距大小发生变化而得到调整。调距螺旋头部结构有球形和推力轴承两种。前者为滑动摩擦，阻力大，后者为滚动摩擦。早期的压延机的传动系统主要由交流电动机或整流子电动机和一组速比齿轮组成，齿轮直接安装在辊筒轴端。现在的压延机中，大多数

16、采用万向联轴器和一个单独的齿轮箱，采用直流电动机驱动。传动齿轮与辊筒间利用万向联轴节连接，可克服传动系统的振动对制品精度的影响；为安装轴交叉、预应力装置提供便利；电机调速范围宽，速比可进行无级调节；设备容易加工制造和安装维修。第六章第24页压延成型工艺过程使用的压延成型机组实际上是一整套设备。这一整套设备中，除压延机外，还包含供料装置(如开炼机、密炼机、喂料机等)、辊筒加热冷却装置、引离和轧花装置、制品冷却装置、卷取装置和金属检除器等辅助设备，也称为压延辅机。压延辅机对压延成型同样具有十分重要的作用，其操作方式、工作速度和每次完成工作量的大小等工艺条件与主机压延机的工作状况及制品类型有关。辅机

17、的功能必须与主机的功能相适应，辅机的设计与配套取决于主机的规格、加工塑料的品种、制品的品种等；辅机宽度范围通常比主机宽度范围大1015；辅机的生产线速度一般应与压延机的线速度同步或稍快；辅机中冷却系统的设置及冷却时间的安排应视主机的工作状况进行适当选择。第六章第25页引离和轧花装置制品的冷却装置辊筒的加热与冷却装置供料装置卷取 装置 电控系统测厚装置金属检除器第六章第26页表征压延机（以四辊压延机为例）的技术参数较多，主要有辊筒的数量、辊筒的排列方式、辊筒工作面直径、辊筒长径比、辊筒的线速度和调速范围、辊筒速比、传动功率、横压力、压延机的精度等。（1）辊筒的数量与排列方式压延机设备上的辊筒数量

18、和排列方式在前面已经介绍。目前最常见的是型三辊压延机及L型、S型和型四辊压延机。（2）辊筒的长度、工作面直径及长径比L/D D为辊筒的直径，L为辊筒长度（单位为mm），它是表征压延机规格大小的特征参数，其中长度L值为可压延制品的最大幅宽，一般指有效长度，即工作部分的长度，并非实际长度，辊筒的长度越长，所加工制品的宽度越宽，此时，为确保辊筒具有足够的刚度，辊筒的直径也要相应地增加。第六章第27页由于两端需留出位置安放挡料板，因此，辊筒的有效长度为辊筒实际长度减去非工作表面长度（约为15辊筒长度）。辊筒的长径比（或辊筒直径）对压延制品的厚度尺寸精度影响很大（异径辊除外），长径比的大小取决于压延材料

19、的性能、制作辊筒的材料的性质、辊筒工作部分长度及压延制品的质量要求等。辊筒的长径比一般是一定的，所以，在设计辊筒长径比时，首先要考虑生产制品的特性条件，长径比不能很大。对于薄膜等软质制品，由于分离力小，长径比可以取大一些，一般比值为（2.53）：1；而生产硬质制品时（如硬片）则取（2.02.2）：1。在辊筒材质方面，若选用合金钢或铸钢，L/D比值可以取大一些；反之，若选用冷硬铸铁，比值要取小些。长径比越小，对提高制品精度越有利，但会增加单位产量的功率消耗。而有关辊筒直径对设计的影响，直径增加，在相同转速条件下，辊筒工作表面的线速度将会增大，所以可提高产量，同时，工作时，辊体的刚度增加，横压力加

20、大，有利于改善制品的质量，达到生产薄膜的厚度公差要求，但转动辊体所需的功率随之增加。第六章第28页（3）辊筒线速度与调速范围 辊筒线速度是表征压延机生产能力的重要参数，其大小直接影响压延机的功率消耗和生产能力。辊筒的线速度越大，则功率越高，制品的生产量增加，但对压延机的机械化、自动化水平要求也越高。反之，线速度越低，则相应制品的生产量也越少。由此可以看出生产能力与辊筒线速度间是成正比关系的。两者间的关系可表达为：Q=60eb式中，Q为生产能力，kg/h；为超前系数（定义为物料速度与辊筒速度之比），常取1.1左右的值；为辊筒线速度，m/min.；e为制品厚度，m；b为制品宽度，m；为压延系数，视

21、具体生产条件来确定；为物料密度，kg/m3。第六章第29页（4）传动功率 压延机的传动功率是指驱动压延机辊筒所需要的功率，它是衡量压延机经济技术水平的重要参数。影响压延机驱动功率的因素很多，如制品的品种、生产条件等。其具有如下特点： 传动功率大 压延机属重型机械，传动功率必然很大，同时，由于生产过程中，辊筒转速直接影响传动功率大小，在不考虑物料性质和工艺条件的前提下，两者间可近似表达为：P=n745式中，P为电动机功率，W；n为辊筒数目；为辊筒线速度，m/min.辊筒的转速较高，所以，传动功率P很大。 功率消耗比较稳定 利用压延机压延成型制品之前，胶料已经被预热软化，其对辊筒产生的横压力较小，

22、并且由于胶料是一次性地通过辊距，压延前后胶料的变形不大，故操作过程是比较稳定的。因此，压延机所需传动功率比较稳定，不像开炼机那样出现高峰负荷。第六章第30页（5 ) 横压力 胶料通过辊筒间隙时，对辊筒产生径向作用力和切向作用力，径向作用力垂直于辊面，力图将辊筒分开，这个力就叫横压力，也叫分离力。影响横压力的主要因素包括辊筒直径、辊筒线速度、辊筒的有效长度、两相邻辊筒间距、辊筒温度、辊筒排列方式、物料性能等。一般情况下，辊筒直径增加，有效长度增加及物料粘度增大均可导致横压力增大。另外，辊隙中胶料的横压力是不均匀的，辊距稍前处的横压力最大。 （6）辊筒的速比 是指两个相邻辊筒线速度之比，产生速比的

23、目的是为了使压延塑料依次贴辊，更好地塑化。速比并不完全等同于转速之比，但由于压延机相邻辊筒直径大致相等，所以，大多数情况下，可用辊筒转速之比来代替速比。选择速比的基本原则是物料既不吸辊，也不粘辊，其值一般为11.5，不同的压延机，速比范围也不一样。主辊、引离辊、轧花辊及卷曲辊的线速度依次增加。第六章第31页压延成型是以聚氯乙烯等热塑性树脂为主要材料，与增塑剂、稳定剂、润滑剂、填充剂等助剂，按不同的配方，计量配混后，在高温条件下经高速混合机混合均匀，再经过密炼机或挤出机和开炼机进行混炼、预塑化，由皮带输送到压延机辊筒上，再经过几个高温辊筒反复挤压发生塑性流动变形，形成厚度均匀的薄膜或者片材等制品

24、。经剥离、压花、冷却定型和测量厚度后，由卷绕装置卷绕成卷。第六章第32页由以上工艺过程可以看出，压延成型不像注射成型或挤出成型那样是在一个设备内一步完成的，而是包括了以下几个独立的单元：首先按照制品的工艺配方把各种原辅材料计量后，在一定温度下进行掺混；然后将混合料在熔融状态下进一步混炼；接下来在保持压延机辊筒工作面上工艺温度恒定在允许范围内的条件下进行压延成型；最后经冷却成型、脱辊剥离、轧花、检测、卷取等一系列工作完成生产。所以压延成型的工艺过程更加复杂。第六章第33页（1）制品的长度可设计性强，可以根据用户的需要灵活控制制品的最终长度，可生产一片片的板材，也可生产卷绕成捆的薄膜。（2）生产连

25、续，生产速度快，加工能力大。目前，压延机已实现高速化生产，一台普通的700*1800四辊压延机生产薄膜时，其线速度可达60100m/min，装备精良的四辊或五辊压延机压延薄膜时的线速度甚至可达250300m/min，年加工能力大幅度提高，可达500010000t。 （3）制品质量好 厚薄均匀，误差小，厚度公差可以控制在10%以内，表面平整，光洁度高。（4）自动化强度高。随着计算机技术的发展，压延机的自动化程度越来越高，整个加工成型过程主要由计算机控制，只需12人操作，同时减小了工艺过程中人工控制可能带来的误差。（5）制品花色品种多。压延制品除较常见的各种薄膜外，若与压花辊或印刷机配套还可以直接

26、得到具有各种花纹和图案的制品以及花样繁多的人造革、覆膜纸等制品，而且其强度比吹塑薄膜高。第六章第34页（1）压延设备体积较大，需要较大的操作空间，设备一次性投资较高，辅助设备多，检查、维护复杂。（2）制品宽度易受压延机辊筒长度的限制，生产的连续性及速度不及挤出成型。（3）和其他塑料制品的生产线相比，压延生产线设备多，生产流程长，工序多，对每道工序设备的选择、排列和操作都要求严格，操作工人必须技术熟练，操作经验丰富，因而对工人技术水平要求比较高。（4）设备专用性强，产品调整困难。第六章第35页压延制品已广泛应用于国民经济各个领域，如：（1）工业方面用以防水覆盖的压延薄膜、贵重仪器仪表的防震包装材

27、料、绝缘材料、汽车顶棚装饰材料、地下输油的包裹材料等。(2）农业方面 育秧育种覆盖用薄膜、蔬菜大棚覆盖薄膜、池塘垫底薄膜等。(3）国防方面 武器装备的覆盖薄膜、防辐射薄膜、急救包扎膜、防潮地图等。第六章第36页压延制品已广泛应用于国民经济各个领域，如：(4）日常生活方面雨衣服装、浴罩、玩具的包装材料、照片的塑封材料、书本封套、装饰材料、胶带、手提购物袋、食品的吸塑包装材料、一次性手套用材料、一次性鞋套用材料、笔袋用薄膜、文件夹内页用薄膜等。(5）建筑方面 (6）交通运输方面房顶材料、人造革地板、帐篷等。 汽车外壳、汽艇部件外壳等。(7）休闲娱乐方面唱片基材等。第六章第37页压延机大型化表现在两个方面，一是压延机辊面宽度有逐渐增大的趋势，目前，四米、五米辊面宽度的大型塑料压延机已得到较普遍的使用，以满足市面上对宽幅制品的需要。二是辊筒直径逐渐增大，辊筒数量逐渐增多。压延机的大型化有利