南工大塑料成型加工2015竇ch11壓延

1、第十一章 壓延成型 11.1 概述11.2 壓延設(shè)備11.3 壓延過(guò)程中的流動(dòng)分析11.4 影響壓延制品質(zhì)量的因素11.5 壓延成型的進(jìn)展 11.1 概述一.壓延成型 1.壓延成型： 指將加熱塑化好的熱塑性塑料通過(guò)兩個(gè)以上相向旋轉(zhuǎn)的輥筒間隙，而使其成為規(guī)定尺寸的連續(xù)片狀材料的成型方法。 2.相向旋轉(zhuǎn)： 壓延用原料：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）醋酸纖維等醋酸纖維等壓延的主要產(chǎn)品壓延的主要產(chǎn)品 壓延成型一般用于薄膜、片材的生產(chǎn)；還可以

2、生產(chǎn)人造革和涂層產(chǎn)品。 （1 1） 薄膜薄膜 厚度小于0.25mm為薄膜（2 2） 薄片薄片 厚度大于0.25mm為薄片（3 3） 壓延的最適宜加工范圍壓延的最適宜加工范圍0.050.6mm 的軟質(zhì) 片材及薄膜 PVC0.100.7mm 的硬質(zhì) 片材、薄膜及板材 PVC壓延成型方法的優(yōu)點(diǎn)壓延成型方法的優(yōu)點(diǎn)（1 1） 加工量大加工量大 1年的加工量可達(dá)500010000噸（2 2） 生產(chǎn)速度快生產(chǎn)速度快 薄膜生產(chǎn)的線(xiàn)速度可達(dá)60100m/min 甚至300m/min（3 3） 質(zhì)量好質(zhì)量好 制品的厚度公差可控制在5%左右，表面平整（4 4） 連續(xù)生產(chǎn)，效率高連續(xù)生產(chǎn)，效率高壓延成型方法的缺點(diǎn)壓延

3、成型方法的缺點(diǎn)（1 1） 設(shè)備龐大，投資大設(shè)備龐大，投資大（2 2） 設(shè)備專(zhuān)用性強(qiáng)，產(chǎn)品調(diào)整困難設(shè)備專(zhuān)用性強(qiáng)，產(chǎn)品調(diào)整困難（3 3） 維修困難維修困難 （設(shè)備龐大、輔機(jī)眾多）（4 4） 幅寬同樣受到限制幅寬同樣受到限制11.2 壓延設(shè)備 前階段：備料階段 壓延工藝 后階段：壓延、牽引、軋花、冷卻、卷取、切割等一.前階段 1.任務(wù)：塑料的配制、塑化和向壓延機(jī)供料 2.要求：供料要均勻，物料溫度分布要保持均勻，物料塑化要均勻。 3.方法及主要設(shè)備： a.塑料的配制：高速混合機(jī) b.塑化與供料： 用密煉機(jī)塑化 用擠出機(jī)供料 用雙輥供料 用高效塑化機(jī)塑化，與擠出機(jī)供料 用擠出機(jī)塑化，用兩臺(tái)雙輥機(jī)塑化供

4、料料料進(jìn)進(jìn)料料出出 高效塑化機(jī)： 4.輔助設(shè)備： a.金屬探測(cè)儀：除去金屬雜質(zhì) b.擺斗：喂料裝置二.后階段 1.壓延機(jī)： a.分類(lèi)： 按輥筒數(shù)目不同分為：雙輥、三輥、四輥、五、六輥 按輥筒排列方式不同分為：如下圖三輥： I型 三角型 四輥： I型 倒L型 正Z型 斜Z型 雙輥雙輥：一般用于塑煉、壓片、供料：一般用于塑煉、壓片、供料四輥的優(yōu)點(diǎn)四輥的優(yōu)點(diǎn)：制品厚度薄且均勻、表面光滑、速度快（比三：制品厚度薄且均勻、表面光滑、速度快（比三 輥快輥快2828倍，達(dá)倍，達(dá)60240m/min60240m/min）、還可以完成）、還可以完成 雙面貼膠工藝，有取代三輥的趨勢(shì)雙面貼膠工藝，有取代三輥的趨勢(shì)五

5、輥、六輥五輥、六輥：設(shè)備龐大：設(shè)備龐大b.輥筒排列原則： 盡量避免各個(gè)輥筒在受力時(shí)發(fā)生干擾，并充分考慮操作的要求和方便，及自動(dòng)供料的需要。斜斜Z Z字型字型排列和排列和倒倒L L型型排列的比較排列的比較（1 1）斜斜Z Z字型字型排列的優(yōu)點(diǎn)排列的優(yōu)點(diǎn)1）各輥筒相互獨(dú)立，受力時(shí)不互相干擾，傳動(dòng)平穩(wěn)、操作穩(wěn)定， 制品厚度易控制2）物料和輥筒的接觸時(shí)間短、受熱少、不易分解3）各筒拆卸方便，易于檢修4）上料方便，便于觀察存料，且便于雙面貼膠5）廠(chǎng)房高度要求低（2 2）倒倒L L型型排列的優(yōu)點(diǎn)排列的優(yōu)點(diǎn)1）物料包住輥的面積比較大，產(chǎn)品的表面光潔度較好2）雜物不容易掉入斜Z型排列的缺點(diǎn)： 物料包住輥筒的面

6、積較??； 雜質(zhì)易掉入。 二、壓延機(jī)的構(gòu)造二、壓延機(jī)的構(gòu)造1 1、 總體要求總體要求高強(qiáng)度：壓延機(jī)的壓力大，速度快，且要求平穩(wěn)高精度：運(yùn)行平穩(wěn)，厚度均勻2 2、 總體尺寸總體尺寸例：大連橡膠塑料機(jī)械廠(chǎng)生產(chǎn)的 SY-4S-1800 SY-4S-1800 型塑料四輥壓延機(jī)長(zhǎng)：10米開(kāi)外寬：6米以上高：5米左右重：140噸.壓延機(jī)的結(jié)構(gòu)（四輥） （一）主機(jī) 1.機(jī)座： 2.機(jī)架： 用混凝土固定于地下，前述機(jī)器的機(jī)座在地下深深1.16米，寬寬3.56米，長(zhǎng)長(zhǎng)5.6米用鑄鋼制成。主要是兩側(cè)的夾板（用于支撐輥筒的軸承、調(diào)節(jié)裝置和其它附件）3.輥筒： 性能要求： 輥筒要求有足夠的強(qiáng)度、剛度； 作業(yè)面應(yīng)耐磨、耐

7、腐蝕、高強(qiáng)度材料 冷鑄鋼； 殼：冷硬鑄鐵 芯：球墨鑄鐵 鉻鉬合金 表面光潔度：很光 Ra ：0.08m 14 剛性好，限制長(zhǎng)徑比 輥筒加熱方法：蒸汽加熱、煤氣、過(guò)熱水、電加熱。 輥筒結(jié)構(gòu)：鑄鋼或合金鋼制成，有空心式和鉆空式。直徑600900mm，長(zhǎng)度18002500mm，長(zhǎng)徑比2.53 ：1 。 （3 3）軸承）軸承軸承的作用 軸承的分類(lèi)（滑動(dòng)、滾動(dòng)）、優(yōu)缺點(diǎn)（4 4）輥距調(diào)節(jié)裝置）輥距調(diào)節(jié)裝置第二輥固定，其余均可調(diào)。輥距不同，產(chǎn)品的厚度不同，且對(duì)物料的剪切也不同一般分為粗調(diào)和精調(diào)兩套裝置6.驅(qū)動(dòng)裝置：對(duì)每個(gè)輥筒各自驅(qū)動(dòng)，各配三個(gè)電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)驅(qū)動(dòng)和兩臺(tái)調(diào)距電動(dòng)機(jī)。如果是一臺(tái)電機(jī)，就需要復(fù)雜一些

8、的傳動(dòng)方式（齒輪傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)、蝸桿蝸輪傳動(dòng)等） 7.軸交叉裝置和預(yù)應(yīng)力裝置 8.其它裝置：潤(rùn)滑系統(tǒng)、切邊裝置、擋料裝置、安全防護(hù)。Dept. Polym. Sci. & Eng.,7/7/202225（二）輔機(jī) 1.引離輥：將薄膜從輥筒上均勻的剝離，同時(shí)對(duì)制品進(jìn)行一定的拉伸。轉(zhuǎn)速比輥筒大30%，需加熱，所以為空心。 2.軋花裝置：有軋花輥和橡膠輥組成。 軋花輥 橡膠輥軋花輥溫度和速度 3.冷卻裝置： 冷卻定型 四輥 鋁質(zhì)磨砂輥筒 4.傳輸帶： 作用： 繼續(xù)冷卻； 消除內(nèi)應(yīng)力，使應(yīng)力松弛。 5.測(cè)厚儀：射線(xiàn)、射線(xiàn)和射線(xiàn)測(cè)厚儀 6.卷取裝置： 卷取張力要適當(dāng)； 卷取速度V要適當(dāng)

9、。 V=2nR n：轉(zhuǎn)速 R：薄膜圈的直徑 張力用張力輥調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)速用限位開(kāi)關(guān)控制張張力力輥輥11.3 壓延過(guò)程中的流動(dòng)分析一.術(shù)語(yǔ)： 1.鉗住區(qū)：物料在壓延過(guò)程中受到輥筒擠壓時(shí)受到壓力的部分。 2.始鉗住點(diǎn)：輥筒開(kāi)始對(duì)物料加壓的點(diǎn)。 3.終鉗住點(diǎn)：加壓終點(diǎn)。 4.中心鉗住點(diǎn)：兩輥筒的中心點(diǎn)。 5.最大壓力點(diǎn)：鉗住區(qū)壓力最大點(diǎn)，又稱(chēng)鉗住點(diǎn)。二.選擇坐標(biāo) 原點(diǎn)：鉗住點(diǎn) X軸：兩輥筒橫截面的對(duì)稱(chēng)線(xiàn) Y軸：兩輥筒圓心連線(xiàn) Z軸：輥筒軸向V V0 00 0H H= =y yh h= =y yH H= =y yY YX X11.3.1 基本方程 根據(jù)質(zhì)量不滅定律： （11-1）式 ：熔體密度 Vx、Vy、

10、Vz：分別是物料流動(dòng)時(shí)在X、Y、Z三方向的分速度。 t：時(shí)間 根據(jù)X軸的動(dòng)量守衡定律： （11-2）式 P：作用在流體上的壓力 g x：重力加速度 ：作用在流體上的剪切應(yīng)力，第一下標(biāo)x表示應(yīng)力分量的作用面與x軸垂直，第二下標(biāo)xyz分別表示應(yīng)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 假設(shè)與簡(jiǎn)化一.假設(shè) 1.流體是不可壓縮的，沒(méi)有彈性的牛頓流體； 2.等溫過(guò)程； 3.穩(wěn)態(tài)的層流流動(dòng)，無(wú)滑移現(xiàn)象； 4.假設(shè)流體是在無(wú)限寬平行板中的一維流動(dòng)； 5.忽略重力的影響； 6.假設(shè)壓力只沿X軸方向有變化，在Y軸方向?yàn)槎ㄖ怠?二.簡(jiǎn)化 根據(jù)假設(shè)1將（11-1）化簡(jiǎn)為： （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= = 根據(jù)假設(shè)3： =0 根據(jù)假設(shè)4： =0， 根據(jù)假設(shè)5： g x=0 （11-2）式化簡(jiǎn)為： （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 始鉗住點(diǎn)與終鉗住點(diǎn)的關(guān)系一.求流速Vx 與Y無(wú)關(guān) 對(duì)（11-4）一次積分得： = dVx/dy=( )y/+C1 （11-5）式 由邊界條件：y=o，dVx/dy=0 得 C1=0。 二次積分得： Vx= （ ）y2/2 +C2 （11-6）式 由邊界條件：y=h，Vx(h)=V 得： C2=V（ ）（y2-h2）/2 Vx= V+（ ） （y2-h2）/2 （11-7）式 V：輥筒表面線(xiàn)速度x x/ /P Px x/ /P Px x/ /P Px x/ /P Px x

14、/ /P P h：對(duì)稱(chēng)面至輥筒表面距離， h=h(x)=H0+R （R2x2） （11-8）式 h= H0 + x2/2R最后簡(jiǎn)化得： Vx=V+（ ）y2-(H0+x2/2R)2/2二.求流量表達(dá)式 Q=2 Vxdy =2hV- ( )h2/3 （11-11）式 x x/ /P Ph h0 0 x x/ /P P三.壓力梯度及壓力表達(dá)式 1.壓力梯度表達(dá)式： =（V-Q/2h） 3/ h2x x/ /P P2.壓力表達(dá)式： a.進(jìn)行變量代換 =/ （2RH0） （11-13）式 變形得： dP/dx= 2RH0(3/ h2) (V-Q/2h) = 2RH03/ H0( 1+x2)2 V-Q/

15、2 H0( 1+x2) (11-15)式b. 引入無(wú)因次量 2=（Q/2VH0）-1=（Q-2VH0）/2VH0 （11-16）式 設(shè)物料脫離滾筒表面處（終鉗住點(diǎn)）：x=X, h=H H/H0 = 1+ x2 同時(shí)： Q2VH 2 x2 則： 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. 壓力表達(dá)式四.討論 1.當(dāng)x=，P=0，終鉗住點(diǎn)，為最小壓力點(diǎn)。 2.當(dāng)x= -，P=Pmax，為最大壓力點(diǎn)。 Pmax= （9R/8H0）5v3/H0 （11-19）式 3.始鉗住點(diǎn)，P=0，

16、設(shè)x= -x0 ,得： g(-x0 , )= - 5 3 終鉗住點(diǎn)處要使P=0，則： g(, )= - 5 3 g(-x0 , )= g(, )此式反映了-x0與 的關(guān)系，即始鉗住點(diǎn)與終鉗住點(diǎn)的關(guān)系。由圖可看出，始鉗住點(diǎn)越大，終鉗住點(diǎn)就越大0 0 x x- -五 壓力分布曲線(xiàn)相對(duì)壓力P：鉗住區(qū)任一點(diǎn)壓力和最大壓力的比。 P=P/Pmax=1+ g(x , ) / 5 3/2 （11-20）式 1.始鉗住點(diǎn)： x = -x0 , g(-x0 , )= - 5 3， P=0 2.最大壓力點(diǎn)： x = -，g(-, )= 5 3，P=1 3.中心鉗住點(diǎn)： x = 0， g(0, )=0， P=1/2

17、 4.終鉗住點(diǎn)： 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 輥筒的分離力A. 分離力F：物料對(duì)輥筒的分離力。 F=B Pdx=2VRB(1/ H0)-(1/h0) B：輥筒工作面長(zhǎng)度 -x0 ：始鉗住點(diǎn) ：終鉗住點(diǎn) h0：始鉗住點(diǎn)處物料厚度B. 橫壓力P 表示每厘米輥筒工作面長(zhǎng)度的分離力。 P=F/B 0 0 x x- -

18、七 鉗住區(qū)的速度分布 Vx=V1+3（2-1）（ x2-2）/2（1+ x2 ） =y/h 當(dāng)x=時(shí)，Vx=V； 當(dāng)為確定值時(shí)，Vx只是x和的函數(shù)，而當(dāng)x確定時(shí)，也確定。例如： 2=0.1，而x分別為-4 ,-2 ,- ，0時(shí)，速度分布情況如圖： 4 42 2- - -0 0y y x xv v 減減 小小 1.當(dāng)x=時(shí)， Vx=V，速度 分布為直線(xiàn)； 2.- x時(shí)，壓力梯度為負(fù)值，速度分布為凸曲線(xiàn)； 3.當(dāng)x-時(shí)，壓力梯度為正值，速度分布為凹曲線(xiàn)； 4.當(dāng)x= -（ x）*時(shí)，在y=0處，Vx=0； 5.當(dāng)-x0 x -（ x）*時(shí)，速度有正有負(fù)。速度和壓力分布曲線(xiàn) 11.4 影響壓延制品質(zhì)

19、量的因素壓延工藝一.原料因素 1.樹(shù)脂： a.分子量高、分子量窄的樹(shù)脂可得到物理機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性和表面均勻性好的制品，但也會(huì)增加壓延溫度和設(shè)備的負(fù)荷，且塑化成型溫度與分解溫度越接近，對(duì)生產(chǎn)薄膜越不利； b.灰分含量高，主要影響薄膜的透明度； c.水分或揮發(fā)物過(guò)高會(huì)使制品帶有氣泡。 2.穩(wěn)定劑、增塑劑的影響 a.壓延中含增塑劑越多的軟PVC，在相同的條件下粘度越低，因此在不改變壓延機(jī)負(fù)荷下，就可提高輥筒的轉(zhuǎn)速或降低壓延溫度； b.若采用不適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑，輥筒表面蒙上一層石蠟狀物質(zhì)，導(dǎo)致制品表面不光和粘輥。 原因： 所用穩(wěn)定劑與樹(shù)脂的相容性較差 穩(wěn)定劑分子對(duì)金屬具有親和力 避免方法： 選用適當(dāng)?shù)姆€(wěn)

20、定劑：金屬皂類(lèi) 加入吸收金屬皂類(lèi)更強(qiáng)的填料：水合氧化鋁 加入酸性潤(rùn)滑劑 3.供料的事前混合與塑煉 目的在于分別使配方中的各種組分分?jǐn)?shù)和塑煉均勻，以滿(mǎn)足壓延加工的要求。二.壓延機(jī)的操作因素 1.輥溫與輥速： 配方相同時(shí)，輥速不同，輥溫也應(yīng)不同。 各輥溫度依次升高，一般相差510，、兩輥溫度應(yīng)近乎相等。 2.輥筒速比：相臨兩輥筒線(xiàn)速度之比。 a.速比目的： 使壓延物依次貼輥； 使產(chǎn)品取得一定的拉伸定向。 b.速比控制范圍：根據(jù)產(chǎn)品厚度確定制品農(nóng)膜工業(yè)膜包裝膜硬片 厚度0.1mm0.23mm0.14mm0.5mm 主輥轉(zhuǎn)速速比范圍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.輥距H0及輥筒間的存料 a.調(diào)節(jié)輥距目的： 為適應(yīng)不同厚度產(chǎn)品的要求； 改變存料量。 b.存料目的：起儲(chǔ)備、補(bǔ)充和進(jìn)一步塑化的作用。 c.存料量： 過(guò)多，薄膜表面毛糙，有云斑，易產(chǎn)生氣泡，硬片中有冷疤，增大輥筒負(fù)荷。 過(guò)少，薄膜表面毛糙，產(chǎn)生缺料，硬片中有菱形孔洞。 實(shí)際生產(chǎn)中，/輥間存料量，細(xì)至一條直線(xiàn)； /輥間存料量，控制在鉛筆粗細(xì)。 4.剪切和拉伸 a.定向效應(yīng)（壓延效應(yīng)）：由于壓延物在縱向上受到很大的剪切應(yīng)力和一些拉伸應(yīng)力，因此高聚物分子會(huì)順著薄膜前進(jìn)方向發(fā)生分子定向，以致薄膜在物理機(jī)械性能上出現(xiàn)各向異性，這種現(xiàn)象即定向效應(yīng)。 b.變化要點(diǎn)： 與壓延方向平行和