第四章压延成型

1 第四章压延成型 本章主要内容概述压延设备压延原理压延工艺压延成型进展 2 概述压延定义 把塑料 或橡胶 经过共混 加热塑化 然后通过两道或两道以上的相对旋转的热辊筒辊隙 物料受到辊筒连续地挤压 延展作用成为一定厚度 宽度 表面光洁度较好的片材或薄膜的工艺过程称为压延 3 4 5 原料的配制 密炼机 塑化 混炼 高效塑化机 挤出机 供料 挤出机 供料 开炼机 压延 牵引 冷却 卷取 裁切 供料 开炼机 供料 开炼机 前过程 后过程 6 压延成型的主要用途 是橡胶和热塑性塑料的主要成型方法之一塑料 RPVC SPVC人造革 壁纸 ABS 改性PS EVOH薄膜 片材 PE PP复合薄膜橡胶 天然橡胶 丁苯橡胶 氯丁橡胶 顺丁橡胶 丁腈橡胶 压片 压型 纺织物擦胶等 7 压延成型的特点 1 加工能力大 大型压延机 产量 万吨 年以上 速度可达100米 分钟 生产速度快 2 自动化程度高 人工操作少 3 片材 薄膜表面平整 厚薄均匀 公差小 制品质量好 4 设备投资大 橡胶和塑料的压延成型亦占一定地位 例如 有10 塑料用压延生产 8 4 1压延设备 结构类型压延机的规格 9 4 1 1压延机结构 电机 压延机的结构 联轴器 减速箱 联轴节 辊筒 调距装置 紧急制动 测厚仪 厚度补偿装置 10 4 1 2压延机类型 a 按辊筒个数分类三辊压延机 压片 单面贴胶或擦胶四辊压延机 覆胶 压花片材 织物的双面贴胶或擦胶 从辊数看 四辊压延机综合优点多 制品质量可以保证 生产率高 结构紧凑 11 b 按辊筒排列方式 12 I型 供料困难 辊筒易浮动 影响片材纵向尺寸精度 厂房高 机器稳定性差 13 型 L型 压花 倒L型 双面贴胶 供料容易 可连续供料 辊水平浮动 对间隙影响小 制品纵向公差小 厂房高度适当降低 14 降低高度 容易供胶 维修方便 操作时易掉入杂物 15 c 按用途分类压片 擦胶 压型 16 17 18 4 1 3压延机的主要参数 1规格参数 辊筒外径 辊筒工作部分长度 XY 4 610 1730橡胶倒L四辊压延机辊筒直径 610mm辊筒工作面长度 1730mm 19 按直径划分 小型压延机直径小于 230橡胶压延机直径在 360 550压型压延机直径在 550 700 20 辊筒数目与排列辊筒长径比 规格参数 L 决定制品最大幅宽有效长度 0 85LL D 刚度 易弯曲 截面尺寸精度下降软制品 L D 2 5 2 7硬制品 L D 2 0 2 5 刚度大 21 2辊筒线速度与生产能力最高线速度 由生产能力确定 最低线速度 由设备启动时操作安全和方便确定 最高线速度与最低线速度间可无级调速 调速范围为10倍左右 即几米 分钟 几十米 分钟 22 3辊筒速比两个相对转动的辊筒的线速度不同 存在速比 原因 加强剪切 混炼 控制片材依次贴辊顺序 易贴在高温高速辊上 压延机上不同辊对 速比不同 例如 三辊压延机上 中辊速比V1 V2 1 1 05 中 下辊速比V2 V3 1 1 烫平 各辊线速度可单独调节 其速比范围在1 1 1 1 5内 23 4功率表征机器是否可靠以及经济合理 5压延机的精度表征制品质量的精度 24 4 2压延原理 物料进入辊筒的条件 压延过程中物料的形变 物料在辊筒上的受力状态分析 辊筒承受的横压力 保证制品厚度均匀性的方法和手段 物料的粘弹效应和压延效应的产生 带来的问题及解决方法 25 4 2 1 1物料进入压延机辊筒的条件1T辊筒 Tf2摩擦角 接触角 4 2 1压延时聚合物的塑性流动和变形 26 27 4 2 1 2压延时物料的厚度与延伸变形橡胶和处于熔融态的塑料的体积几乎是不可压缩的 在压延过程中 物料的体积保持不变 压延时物料断面厚度的减小 必然伴随着断面宽度和片材长度的增加 28 压延前后物料厚度的变化 制品厚度h2一定时 增大R可以使得前阶段供料的厚度增加 29 30 4 2 2物料的流动分析和受力状态 研究范围 钳住区 31 分析步骤1 假设 设立坐标系 简化运动方程 2 运动方程求出速度 3 求流量为计算方便转化坐标系 x x 4 压力方程 引入无量纲速度流量 5 计算辊筒所受的横压力 32 假设条件1 压延流体为不可压缩的牛顿型流体 2 流动为稳定的二维流动 沿辊筒轴向的流动忽略不计 3 流动为等温过程 4 压延过程中 物料无化学变化 5 物料在辊筒表面不打滑 6 两辊筒直径相同 线速度相等 7 忽略重力作用 4 2 2 1牛顿型流体的简化压延理论 33 设立坐标系 沿物料的流动方向过中心钳住点且与两辊筒中心连线相垂直的直线为x轴 两辊中心连线为y轴 过中心钳住点与xoy垂直的方向为z轴 坐标原点为中心钳住点 34 1 速度分布方程 35 36 37 两个方程三个未知数 无解 38 润滑近似假设当两固体表面作相对运动时 固体表面之间充满一层很薄的粘性流体 流体的流动可作如下假设 当间隙相对于位置变化很小时 可将流体的二维流动简化为一维流动 39 方程左边为0 40 得到简化后得方程 41 42 43 2 压力分布方程 1 单位宽度辊筒上的流量 44 2 引入无量纲参数 45 一般塑料材料的 约为0 2 橡胶0 3 0 4 的意义 46 3 压力分布方程 47 48 49 3 压力分布方程 50 对压力分布方程的讨论 51 52 53 沿X 轴辊筒所承受的压力 54 对压力分布的影响 55 56 压力分布理论计算值与实际测试结果的对比 57 4 单位长度横压力的计算 58 59 5 速度分布 60 对速度分布方程的讨论 相对速度 相对速度是位置x y和 的函数 61 在这两个横截面上 速度不随y变化 对速度的分析 62 沿压延方向 压力逐渐减小 对物料有推动作用 辊筒表面速度为 其余大于 63 沿压延方向 压力逐渐增加 对物料有阻碍作用 辊筒表面速度为 其余小于 64 速度分布 65 可以看出 在压延辊筒之间的剪切作用是比较小的 因此 应该在压延前阶段将物料混炼或塑化好 保证材料各组分分散均匀 性能稳定 66 5 功率计算 67 4 2 2 4非牛顿流体的压延理论推导过程与牛顿流体相同 不同点在于其粘度随剪切速率而变 对于幂律流体 68 单位辊筒长度横压力公式 69 温度波动对压延片材厚度的影响 70 71 4 2 3物料的粘度在压延中的效应聚合物粘度对切变速率的依赖性聚合物粘度对温度的依赖性 72 瞬时弹性变形 粘弹性变形 粘性流动 瞬时弹性回复 粘弹性回复 热弹性剩余回复 永久变形 4 2 4物料在压延中的粘弹效应 73 松弛时间 m对压延过程的影响1 对形变的影响进入始钳住区 瞬时形变 材料的 m值大 表明出现粘性流动的时间长 不容易发生CD段的粘性流动 流动性差 反之 如果材料的 m值小 则表明容易出现粘性流动 74 松弛时间 m对压延过程的影响2 对回复过程的影响如材料的 m值大 回复时间也较长 易出现后收缩 3 解决方法 温度提高 m减小 增加在辊筒上的时间 即降低辊筒的速度 75 4 2 5压延效应压延制品的各向异性 方向 沿着压延方向 的拉伸强度大 伸长率小 收缩率大 片材横方向 垂直于压延方向 的拉伸强度小 伸长率大 收缩率小 这种现象称为压延效应 产生原因 高分子链及针状或片状的填料粒子 经压延后产生了取向排列造成 由高分子链取向产生的压延效应 是因为分子链取向后未恢复到原来的卷曲状态 解决方法 高分子本身可以采用提高温度 增加分子链的活动能量的办法来加以解决 76 4 3压延工艺橡胶的压延成型塑料的压延成型 77 4 3 1橡胶压延工艺4 3 1 1压延准备工艺a 胶料的热炼与供胶混炼后的橡胶停放后 温度下降 可塑性下降 需要进行热炼才可以使用 热炼一般采用开炼机 采取三个步骤 粗炼 低辊温 小辊距 细炼 较大辊距 温度较高 开炼后供胶 切条 通过传送带为压延机供胶 78 b 纺织物干燥干燥原因 纤维纺织物一般含有较高的水分 水分高会造成织物与胶料粘结不牢 水分含量应在1 2 范围内 干燥设备 由一组中空辊筒组成的立式或卧式干燥机 辊筒采用饱和水蒸汽加热 温度110 130 范围内 纺织物依次绕过辊筒表面前进时 受热水分蒸发 干燥温度和时间 依纺织物类型 含水率大小和干燥要求而定 干燥程度低 粘结不牢 干燥程度过大会损害织物 并会使合成纤维织物变硬 降低其强度 79 c 尼龙 聚酯帘线的热伸张目的 保证帘线的尺寸稳定性 热伸张处理工艺通常分三步完成 第一步热伸张温度 材料软化点以上 目的 提高取向度和结晶度 第二步为热定型温度 与第一步同或低 5 一10 目的 使帘线消除内应力 又保持第一步的取向度 保证不再收缩变形 第三步为冷却定型保持帘线张力 使帘线冷却到Tg以下 通过热伸张 分子链取向状态 内应力消除 帘线尺寸稳定性得到了改善 80 81 尼龙 聚酯帘线的浸胶帘布浸胶和热伸张处理的工艺技术路线有两种 一种是先浸胶后热伸张处理 另一种为先热伸张处理再浸胶 前者帘布附胶量较大 一般为5 一6 胶布的耐动态疲劳性能较好 胶对布的附着力稳定 但浸胶层的物理机械性能会受到高温老化的损害而降低 后者可使帘线在干燥状态下热伸张定型 再浸胶 烘干 避免了热处理高温对浸胶层的热氧老化损害作用 使压延后的胶布比较柔软 便于成型操作提高生产效率 但浸胶帘布的附胶量较少 帘布与胶料之间的结合强度较差 82 轮胎承受外力的作用 又要保持轮胎的尺寸稳定性 保证轮胎的良好行驶性能 这就要求帘布具有高强度 高模量 耐疲劳 耐冲击 滞后损失小 而且与橡胶有良好的粘合性能 帘线材帘布为轮胎的骨架材料 轮胎在行驶过程中将承受内压力 径向 侧向牵引力和制动力等极其复杂的力作用 而帘线将受到拉伸 压缩 剪切 弯曲及扭转力矩的作用 帘布既要质的选择 帘布结构 规格的选用 必须与轮胎的结构 规格以及使用条件和经济效益等结合起来考虑 当前轮胎工业用骨架材料 主要有锦纶帘布 粘胶帘布 钢丝帘线及聚酯帘布 目前国内尚有小量的棉帘布在轮胎中应用 而芳纶正处在试验阶段 其发展趋势将是棉帘布被淘汰 而芳纶跨入橡胶工业的骨架材料的行列中来 930dtex 1400dtex 1870dtex 2100dtex 83 4 3 1 2压延工艺a胶片压延压片 贴合 压型a 压片断面厚度小于3mm的胶片可以利用压延机一次完成压延 这就是压片 一般采用三辊和四辊压延机 影响压片质量的因素有辊温 辊速 生胶种类 胶料的可塑度与配方的含胶率等 84 影响压片质量的因素有辊温 辊速 速比 生胶种类 胶料的可塑度与配方的含胶率等 辊温提高 表面光洁度提高 制品收缩小 但易出现气泡和焦烧 辊速快 生产效率高 但收缩大 适当速比有助于消除气泡 但不利于表面的光滑 85 86 b 贴合胶片贴合是利用压延机将两层以上的同种胶片或异种胶片压贴在一起 结合成为厚度较大的一个整体胶片的压延作业 主要采用 两辊 三辊 四辊 87 88 c 压型压型工艺可以来用两辊压延机 三辊压延机和四辊压延机完成 但不管哪种压延机 都必须有一个带花纹的辊筒 且花纹辊可随时更换 以便于更换胶片的品种及规格 压型压延工艺如图4 28所示 89 b 纺织物挂胶纺织物的挂胶是利用压延机将胶料覆盖于纺织物表面 并渗透入织物缝隙的内部 使胶料和纺织物紧密结合在一起成为胶布的压延作业 故又称为胶布压延工艺 分为贴胶 压力贴胶和擦胶三种工艺 与涂胶法和浸胶法相比 附胶层厚度大 90 浸胶机 91 贴胶 使纺织物与胶片通过压延机等速回转的两辊之间 在辊筒压力作用下贴合在一起的方法 压力贴胶 92 擦胶 利用压延机辊筒之间的速比使胶料挤擦进入纺织物缝隙中的挂胶方法 包括 包擦法和光擦法 93 影响纺织物擦胶压延工艺的因素有以下几方面 1 压延温度 提高压延机辊温有利于提高胶料的塑性流动和变形以及对织物的渗透与结合 故热炼后胶料温度应保持在80 一90 压延擦胶时辊温要求比较高 一般控制在90 一110 范围内 具体依生胶胶种而定 2 辊速与速比3 中辊包胶问题 中辊脱胶无法挂胶 4 胶料的可塑度几种胶料的适宜的可塑度范围为 NR0 50 0 60 NBR0 55 0 65 CR0 40 0 50 IIR0 45 0 50 威氏 94 擦胶常见问题1 掉皮 2 胶布表面不光滑 起麻面或胶疙瘩 3 上辊 4 露白 5 焦烧 95 4 3 2塑料压延工艺塑料压延成型原料主要是PVC树脂 改性PS PU树脂等 主要产品有软质PVC薄膜 硬质PVC片材 改性PS片材 PU人造革等 塑料压延包括前阶段 备料阶段 和后阶段 压延成型 牵引 扎花 冷却等 96 4 3 2 1软质PVC薄膜 厚度小于0 25mm 的压延成型工艺 PVC树脂过筛 料仓 高速混合机 助剂的研磨 高速混合 塑化 前阶段 97 98 4 3 2 2硬质PVC片材 0 25 厚度 1 的压延成型工艺补偿横压力的措施为 1 辊筒中高度 3 辊筒轴交叉法 4 辊筒反弯曲法进行补偿 生产的硬质PVC片材的厚度误差控制在 10 以下 99 4 3 2 3PVC人造革的压延成型工艺人