第六章-压延成型.ppt

第四节压延成型 生产薄膜和片材的主要方法 压延成型过程是借助于辊筒间产生的强大剪切力 使粘流态物料多次受到挤压和延展作用 成为具有一定宽度和厚度的薄层制品的过程 这一过程表面上看只是物料造型的过程 但实质上它是物料受压和流动的过程 用作压延成型的塑料大多是热塑性非晶态聚合物 又以PVC用得最多 它适合生产厚度0 05 0 5mm的软质PVC薄膜和厚度在0 25 0 7mm的硬质PVC片材 这种方法可生产人造革 塑料贴合纸 生产的方法是在压延软质塑料薄膜时将布 或纸 随同塑料一起通过压延机的辊筒 则薄膜紧覆在布 或纸 上 压延成型生产能力大 产品质量好 还可以生产复合材料印刷花纹等 它的不足之处就是生产设备庞大 精度要求高 辅助设备多 制品的宽度受压延机辊筒最大工作长度的限制 一 压延原理压延成型是借助辊筒间产生的剪切力 使物料多次受到挤压 剪切来增加可塑性 在进一步塑化的基础上延展成薄型制品 压延时推动物料流动的动力来自两个方面 一是物料与辊筒之间的摩擦作用产生的辊筒旋转拉力 它把物料带入辊筒间隙 二是辊筒间隙对物料的挤压力 它将物料推向前进 压延时 物料是被摩擦力带入辊缝而流动 由于辊缝是逐渐缩小的 因此当物料向前行进时 其厚度越来越小 而辊筒对物料的压力就越来越大 随着胶料的流动 压力逐渐下降 至胶料离开辊筒时 压力为零 压延中物料受辊筒的挤压 受到压力的区域称为钳住区 辊筒开始对物料加压的点称为始钳住点 加压终止点为终钳住点 两辊中心 两辊筒圆心连线的中点 称为中心钳住点 钳住区压力最大处为最大压力钳住点 辊筒对塑料的挤压和剪切改变了它的宏观结构和分子的形态 在温度的配合下使塑料得到延展和塑化 辊压的结果是使料层变薄 延展的结果是使料层的宽度和长度增加 塑料对辊筒的作用塑料对辊筒产生反作用力 成为分离力 对辊筒的作用是迫使辊筒沿轴向长度上产生弯曲弹性形变 产生挠曲形成腰鼓形 这种力的大小与辊筒的半径 长度和速度成正比 而和辊间距成反比 二 压延成型工艺完整的压延成型工艺过程可以分为供料和压延两个阶段 供料阶段是压延前的备料阶段 主要包括塑料的配制 混合 塑化和向压延机传输喂料等几个工序 压延阶段是压延成型的主要阶段 包括压延 牵引 刻花 冷却定型 输送及卷绕或切割等工序 在各种塑料压延制品中 最典型 最主要的是聚氯乙烯软质薄膜 硬质片材以及人造革 各种制品的配方和品种不同 生产工艺和工艺条件可有所不同 但基本原理是相同的 1 供料阶段供料阶段各工序实际上是压延成型的准备过程 为生产聚氯乙烯膜而备料时 首先按配方要求将聚氯乙烯和各种配合剂进行称量后加入高速热混合机 物料在一定温度下高速搅拌一定时间后放入冷混合机进行搅拌并冷却 使物料从100 左右冷却到60 以下 以防结块 混合好的物料可以用四种工艺过程进行塑化 密炼机塑化 双辊开炼机塑化 挤出机塑化和输送混炼机塑化 前两者是间歇操作 生产效率低 劳动强度大 后两者混炼塑化效果好 产量大 且能连续供料 塑化后的熔融物料均匀地向压延机供料 生产硬质聚氯乙烯片材时 对混合料的塑化要求十分严格 特别对透明硬片 应注意避免物料分解而使制品发黄 2 压延阶段送往压延机的物料应该是塑化完全 无杂质 柔软的 处在粘弹态 供料要先经过金属监测器然后加到四辊压延机的第一道辊隙 物料压延成料片 然后依次通过第二道和第三道辊隙而逐渐被挤压和延展成厚度均匀的薄层材料 然后由引离辊承托而撤离压延机 并经拉伸 若需制品表面有花纹 则进行轧花处理 再经冷却定型 测厚 切边 输送 由卷绕装置卷取或切割装置切断成品 压延成型是连续生产过程 在操作时首先对压延机及各后处理工序装置进行调整 包括辊温 辊速 辊距 供料速度 引离及牵引速度等 直至压延制品符合要求 即可连续压延成型 轧花装置是由有花纹图案的钢制轧花辊和橡胶辊组成 要使轧出的花纹不变形 可通水冷却轧花辊和橡胶辊 作用在轧花辊上的压力 冷却水的流量及辊的转速是影响轧花操作和花纹质量的重要因素 压延制品的冷却装置常由多个内部通冷却水的辊筒组成 特别是高速压延时 制品在冷却辊筒上停留的时间太短 为避免冷却不足 应增加冷却辊筒 为使薄膜制品的正反两面都能得到冷却 多采用使薄膜在前进过程中正面和反面交替与冷却辊表面授触的方法 薄膜的厚度常用 射线测厚仪来连续监测 测量的结果可用于反馈控制 冷却定型后的薄膜先用修边刀切去不整齐的两侧毛边 再用橡皮输送带将薄膜平坦而松弛地送至卷绕装置 这一过程薄膜是处于 放松 和自然 收缩 的状态 因此可消除压延制品从成型 引离 轧花和冷却过程中由于层层牵伸而造成的内应力 PVC人造革是以布 或纸 为基材 在其上覆以聚氯乙烯塑料膜层后制得的 其方法主要有涂刮法和压延法等 用压延薄膜与布贴合制得人造革的方法称为压延法 压延法生产聚氯乙烯人造革的工艺流程在贴合之前的各个工序与薄膜压延工艺流程相同 生产时先将聚氯乙烯塑料熔体送至压延机 按所需厚度和宽度压延成膜后与预先加热的布基通过辊筒的挤压和加热作用进行贴合 再经轧花 冷却 切边和卷取等工序即制得人造革 根据布基与薄膜的贴合方式不同 贴合操作有擦胶法和贴胶法之分 贴胶法又有内贴和外贴两种不同的实施方式 擦胶法是在辊间贴合 压延机最后一道辊隙的上辊和下辊有一定的速比 上辊一般比下辊的转速大40 左右 这样基布与薄膜的接触面上因有速度差而产生剪切和刮擦 能使一部分熔体被擦入布缝中 使薄膜与基布结合较牢 内贴法是压延薄膜与基布不在压延机两个辊筒之间贴合 而是在压延机一个辊筒边装上一个橡胶贴合辊 基布在橡胶辊与压延辊之间穿入 用适当的压力将薄膜与基布贴合 外贴法是压延薄膜从压延辊筒引离后 另用一组贴合辊通过压力将薄膜与基布贴合 为了提高粘合效果 贴胶法所用的基布与薄膜接触的一面往往涂一层胶浆 三 压延工艺的控制压延工艺的控制 确定压延操作条件包括辊温 辊速 速比 存料量 辊距等 它们是互相联系和制约的 1 辊温辊筒具有足够的热量是使物料熔融塑化 延展的必要条件 物料在压延过程中所需的热量主要来源于两部分 一部分由压延辊筒的加热装置供给 另一部分来自物料通过辊隙时产生的物料与辊筒之间的摩擦热及物料自身的剪切摩擦热 物料在压延时都有易粘附于高温和高转速的辊筒上的特点 为了使物料能依次贴合辊筒 防止夹入空气而导致薄膜带有气泡 在操作时辊筒温度应控制为 T辊 T辊 T辊 T辊 辊 的温度大于或等于辊 的温度 使物料通过辊 和辊 之间隙中 不会包住辊IV 这样有利于薄膜的引离 般辊间温差控制在5 10 由于压延过程物料因摩擦生热 物料的温度将逐步升高 为此要严格控制各辊温度 以防物料因局部过热而出现降解等现象 通常辊速快 制品厚度薄 则辊温要偏低些 2 辊速与速比压延机辊筒最适宜的转速主要由压延的物料和制品厚度要求来决定的 一般软质制品压延时的转速要高于硬质制品的压延 压延辊筒具有速比的目的在于 使压延物料依次粘辊 使物料受到剪切 能更好地塑化 还可以使压延物取得一定的延伸和定向作用 操作时辊筒的转速一般控制为 v辊 v辊 v辊 v辊 辊筒速比根据薄膜的厚度和辊速来调节 一般在1 1 05 1 1 25的范围 速比过大会出现包辊现象 而速比过小则薄膜吸辊性差 空气极易夹入使产品出现气泡 3 辊筒间距压延时各辊筒间距的调节既是为了适应不同厚度制品的要求 也是为了改变各道辊隙之间的存料量 粘流态物料在两辊筒间所受的压力是随辊筒间距的减小而增大的 因此为了使制品结构紧密 压延顺利进行 要求沿物料前进方向各组辊筒间距越来越小 对四辊延机操作时一般控制为 h01 2 h02 3 h03 4 压延制品的厚度 辊距逐渐减小就能逐步增大对物料的挤压力 赶走气泡 提高制品密度 同时有利于辊筒对物料的传热塑化 从而提高制品的质量 压延机最后一道辊距控制与制品厚度大致相同 但应留有余量 这是考虑到后续工序牵引和轧花会使制品厚度有所减小 4 引离 拉伸 冷却 卷取从四辊压延机第三和第四辊之间引离出来的压延薄膜 片 经过引离辊 轧花辊 冷却辊和卷取辊 最后成为制品 为了使压延制品拉紧 利于剥离以及不因重力关系而下垂 以保证压延顺利进行 在操作时一般控制为 v辊 卷曲 v辊 冷却 v辊 引离 v辊 这样会引起压延物的大分子在其前进方向上有一定的延伸和定向作用 其大小与各辊之间的速比有关 如果要求薄膜具有较高的单向强度 各辊筒间的速比应增加 但是速比不能太大 否则会产生过多的延伸 薄膜的厚度将会不均 有时还会产生过大的内应力 四 影响压延制品质量的因素1 压延效应由于物料在压延过程中 在通过压延辊筒间隙时受到很大的剪切力和一些拉伸应力 因此高聚物大分子会沿着压延方向作定向排列 以致制品在物理力学性能上出现各向异性 这种现象在压延成型中称为压延效应 压延效应引起制品的性能发生变化 使压延薄膜 片 的纵向 沿压延方向 拉伸强度大于横向拉伸强度 在制品使用温度有较大变化时 各向尺寸会发生不同的变化 纵向出现收缩 甚至出现纵向破裂 而横向与厚度则出现膨胀 即表现出各向异性 制品质量不均 对于要求各向同性的压延制品来说 压延效应应尽可能地予以消除或控制到适宜的程度 如果压延制品需要这种定向效应 例如要求薄膜具有较高的单向强度 则在生产中注意压延的方向 促进这种效应 尽量发挥它的作用 物料温度适当提高 可以提高其塑性 加强大分子的热运动 破坏其定向排列 压延效应可以降低 辊筒的转速与速比增加 压延效应提高 若转速下降 则压延的时间增加 压延效应可降低 制品的厚度小 物料所受的剪切作用增加 则压延效应也增加 所以压延制品越薄 质量越难以保证 因此薄膜厚度小于0 05mm很少用压延法生产 多采用挤出吹塑法 2 影响制品表面质量的因素影响压延制品表面质量的主要因素有 原材料 压延工艺条件及冷却定型 1 原材料因素相对分子质量高和相对分子质量分布窄的树脂有利于提高制品的物理力学性能 热稳定性和表面质量 但要求压延温度高 对生产较薄的制品也不利 在一定范围内 增塑剂含量越高 物料粘度越低 加工工艺性能越好 树脂中的灰分 水分和挥发物的含量也会影响薄膜的透明度和质量 稳定剂选用不当 会由于树脂与稳定剂相容性不好 在压延时易被挤出而包围在辊筒表面形成一层蜡状物 使薄膜表面不光 生产时发生粘辊现象 因此要选用适当的稳定剂或加入润滑体系 2 压延工艺条件辊温的高低影响物料的塑化情况 温度过低会使薄膜表面毛糙 不透明 有气泡 辊速及其速比的大小与物料的压延时间和产生的剪切摩擦热有关 也影响物料的塑化 辊距的大小和辊隙存料多少及其旋转状况也是影响制品表面质量的因素 3 冷却定型冷却不足 制品易发粘 起皱 收缩率大 成卷后展不平 但过分冷却 冷却辊表面因温度过低而凝结水珠 时间一长会发霉或起霜 冷却辊的速度太小 会使薄膜定型后发皱 但速度过大 产品受到冷拉伸而在薄膜内引起内应力 导致制品存放后收缩率增大 也不易展平 3 影响制品厚度的因素压延制品质量最突出的问题是薄膜横向厚度不均 导致这种现象的主要原因是辊筒的弹性变形和辊筒表面在轴向上存在温差 1 辊筒的弹性变形在压延时辊筒受到很大的分离力 分离力使压延辊筒产生弯曲变形 从而导致压延制品的横向断面呈现中间厚两边薄的现象 压延辊筒的转速愈高 薄膜愈薄 料幅愈宽 则辊筒的分离力就愈大 弹性变形就大 制品厚度不均匀性就大 但在实际生产中 人们总希望能用最快的压延速度生产出最薄和最宽的薄膜 这样辊筒的分离力必然很大 为了克服这一现象 一方面在工艺操作上进行控制 提高加工温度使熔体粘度降低 减少辊隙存料的体积均可降低辊筒的分离力 一方面采用中高度法 轴交叉法等措施来补偿辊筒的弹性变形对制品厚度的影响