南工大塑料成型加工2015竇ch11壓延

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2/6/20231

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)：

2/6/202322/6/20233壓延用原料：聚氯乙烯（PVC）最多聚苯乙烯—丁二烯—丙烯腈（ABS）氯乙烯—醋酸乙烯共聚物聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）醋酸纖維等2/6/20234壓延的主要產(chǎn)品壓延成型一般用于薄膜、片材的生產(chǎn)；還可以生產(chǎn)人造革和涂層產(chǎn)品。

（1）薄膜厚度小于0.25mm為薄膜（2）薄片厚度大于0.25mm為薄片（3）壓延的最適宜加工范圍0.05—0.6mm的軟質(zhì)片材及薄膜PVC0.10—0.7mm的硬質(zhì)片材、薄膜及板材PVC2/6/20235壓延成型方法的優(yōu)點(diǎn)（1）加工量大1年的加工量可達(dá)5000—10000噸（2）生產(chǎn)速度快薄膜生產(chǎn)的線速度可達(dá)60—100m/min甚至300m/min（3）質(zhì)量好制品的厚度公差可控制在5%左右，表面平整（4）連續(xù)生產(chǎn)，效率高2/6/20236壓延成型方法的缺點(diǎn)（1）設(shè)備龐大，投資大（2）設(shè)備專用性強(qiáng)，產(chǎn)品調(diào)整困難（3）維修困難（設(shè)備龐大、輔機(jī)眾多）（4）幅寬同樣受到限制2/6/2023711.2壓延設(shè)備2/6/20238

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)塑化供料2/6/20239

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2/6/202310二.后階段1.壓延機(jī)：a.分類：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

2/6/202311雙輥：一般用于塑煉、壓片、供料四輥的優(yōu)點(diǎn)：制品厚度薄且均勻、表面光滑、速度快（比三輥快2—8倍，達(dá)60—240m/min）、還可以完成雙面貼膠工藝，有取代三輥的趨勢(shì)五輥、六輥：設(shè)備龐大2/6/202312b.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。2/6/202313斜Z字型排列和倒L型排列的比較（1）斜Z字型排列的優(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）廠房高度要求低（2）倒L型排列的優(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2/6/202314斜Z型排列的缺點(diǎn)：物料包住輥筒的面積較??；雜質(zhì)易掉入。

2/6/202315二、壓延機(jī)的構(gòu)造1、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、總體尺寸例：大連橡膠塑料機(jī)械廠生產(chǎn)的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2/6/2023162/6/202317.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1.16米，寬3.56米，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）2/6/2023183.輥筒：性能要求：①

輥筒要求有足夠的強(qiáng)度、剛度；作業(yè)面應(yīng)耐磨、耐腐蝕、高強(qiáng)度材料冷鑄鋼；殼：冷硬鑄鐵芯：球墨鑄鐵鉻鉬合金③

表面光潔度：很光Ra：0.08μm14剛性好，限制長(zhǎng)徑比2/6/202319

②輥筒加熱方法：蒸汽加熱、煤氣、過(guò)熱水、電加熱。③輥筒結(jié)構(gòu)：鑄鋼或合金鋼制成，有空心式和鉆空式。直徑600~900mm，長(zhǎng)度1800~2500mm，長(zhǎng)徑比2.5~3：1。2/6/202320（3）軸承軸承的作用軸承的分類（滑動(dòng)、滾動(dòng)）、優(yōu)缺點(diǎn)（4）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2/6/2023216.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)。2/6/2023222/6/2023232/6/2023242/6/202325（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2/6/2023262/6/202327

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：α—射線、β—射線和γ—射線測(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)。V=2πnRn：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2/6/2023282/6/20232911.3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)，又稱鉗住點(diǎn)。2/6/2023302/6/2023312/6/202332二.選擇坐標(biāo)原點(diǎn)：鉗住點(diǎn)X軸：兩輥筒橫截面的對(duì)稱線Y軸：兩輥筒圓心連線Z軸：輥筒軸向2/6/20233311.3.1基本方程根據(jù)質(zhì)量不滅定律：（11-1）式ρ：熔體密度Vx、Vy、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gx：重力加速度τ：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。2/6/20233411.3.2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?/p>

2/6/202335二.簡(jiǎn)化根據(jù)假設(shè)1將（11-1）化簡(jiǎn)為：（11-3）式∵∴τ=μ·dVx/dy∴（11-2）式可化成（11-2*）式2/6/202336

根據(jù)假設(shè)3：=0根據(jù)假設(shè)4：=0，根據(jù)假設(shè)5：ρgx=0∴（11-2）式化簡(jiǎn)為：（11-4）式

2/6/20233711.3.3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：γ=dVx/dy=()·y/μ+C1（11-5）式由邊界條件：y=o，dVx/dy=0得C1=0。二次積分得：Vx=（）y2/2μ+C2（11-6）式由邊界條件：y=h，Vx(h)=V得：C2=V－（）·（y2-h2）/2μ∴Vx=V+（）·（y2-h2）/2μ（11-7）式V：輥筒表面線速度2/6/202338

h：對(duì)稱面至輥筒表面距離，h=h(x)=H0+R—（R2—x2）（11-8）式h=H0+x2/2R最后簡(jiǎn)化得：Vx=V+（）[y2-(H0+x2/2R)2]/2μ二.求流量表達(dá)式Q=2Vx·dy=2h[V-()h2/3μ]（11-11）式

2/6/202339三.壓力梯度及壓力表達(dá)式1.壓力梯度表達(dá)式：=（V-Q/2h）3μ/h22.壓力表達(dá)式：

a.進(jìn)行變量代換Χ’=χ/（2RH0）（11-13）式變形得：dP/dx’=2RH0(3μ/h2)(V-Q/2h)=2RH0[3μ/H0(1+x’2)2][V-Q/2H0(1+x’2)](11-15)式2/6/202340b.引入無(wú)因次量λλ2=（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=HH/H0=1+x’2

同時(shí)：Q＝2VHλ2＝x’2

則：P=(μV/H0)9R/32H0[g(x’,λ)+5λ3]（11-18）式g(x’,λ)=[(x’2–1－5λ3x’2)/(1+x’2)2]X’+(1－λ3)arctgX’

三.壓力表達(dá)式2/6/202341四.討論1.當(dāng)x’=λ，P=0，終鉗住點(diǎn)，為最小壓力點(diǎn)。2.當(dāng)x’=-λ，P=Pmax，為最大壓力點(diǎn)。Pmax=（9R/8H0）·5μvλ3/H0（11-19）式3.始鉗住點(diǎn)，P=0，設(shè)x’=-x’0,得：g(-x’0,λ)=-5λ3終鉗住點(diǎn)處要使P=0，則：g(λ,λ)=-5λ3∴g(-x’0,λ)=g(λ,λ)2/6/202342此式反映了-x’0與λ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2/6/202343五壓力分布曲線相對(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’

,λ)/5λ3]/2（11-20）式1.始鉗住點(diǎn)：x’

=-x’0,g(-x’0,λ)=-5λ3，P’=02.最大壓力點(diǎn)：x’

=-λ，g(-λ,λ)=5λ3，P’=13.中心鉗住點(diǎn)：x’

=0，g(0,λ)=0，P’=1/24.終鉗住點(diǎn)：x’

=λ，g(λ,λ)=-5λ3，P’=02/6/2023442/6/202345六輥筒的分離力A.分離力F：物料對(duì)輥筒的分離力。F=B·P·dx’=2μVRB[(1/H0)-(1/h0)]B：輥筒工作面長(zhǎng)度-x’0：始鉗住點(diǎn)λ：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/B2/6/202346七鉗住區(qū)的速度分布

Vx=V[1+3（η2-1）（x’2-λ2）/2（1+x’2）]η=y/h當(dāng)x’=±λ時(shí)，Vx=V；當(dāng)λ為確定值時(shí)，Vx只是x’和η的函數(shù)，而當(dāng)x’確定時(shí)，η也確定。例如：λ2=0.1，而x’分別為-4λ,-2λ,-λ，0時(shí)，速度分布情況如圖：

2/6/2023472/6/202348

1.當(dāng)x’=±λ時(shí)，Vx=V，速度分布為直線；2.-λ<x’<λ時(shí)，壓力梯度為負(fù)值，速度分布為凸曲線；3.當(dāng)x’<-λ時(shí)，壓力梯度為正值，速度分布為凹曲線；4.當(dāng)x’=-（x’）*時(shí)，在y=0處，Vx=0；5.當(dāng)-x’0<x’<-（x’）*時(shí)，速度有正有負(fù)。2/6/202349速度和壓力分布曲線2/6/20235011.4影響壓延制品質(zhì)量的因素壓延工藝2/6/202351一.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。

2/6/2023522.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)定劑：金屬皂類加入吸收金屬皂類更強(qiáng)的填料：水合氧化鋁加入酸性潤(rùn)滑劑

2/6/2023533.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5~10℃，Ⅲ、Ⅳ兩輥溫度應(yīng)近乎相等。2/6/202354

2.輥筒速比：相臨兩輥筒線速度之比。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/min18~24m/minV2/V11.19~1.201.21~1.221.20~1.261.06~1.23V3/V21.18~1.191.16~1.181.14~1.161.20~1.23V4/V31.20~1.221.20~1.221.16~1.211.24~1.262/6/202355

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?！み^(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，Ⅱ/Ⅲ輥間存料量，細(xì)至一條直線；Ⅲ/Ⅳ輥間存料量，控制在鉛筆粗細(xì)。

2/6/2023564.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)：·與壓延方向平行和垂直兩個(gè)方向上，斷裂伸長(zhǎng)率不同；·在自由狀態(tài)加熱時(shí)，由于解取向作用，薄膜各向尺寸發(fā)生不同變化，縱向出現(xiàn)收縮，橫向與厚度出現(xiàn)膨脹。2/6/