聚合物成型加工原理07.ppt

13-May-20,1,第七章压延成型,7.1概述7.2压延设备7.3压延过程中的流动分析7.4影响压延制品质量的因素7.5压延成型的进展,13-May-20,2,7.1概述一.压延成型1.压延成型：指将加热塑化好的热塑性塑料通过两个以上相向旋转的辊筒间隙，而使其成为规定尺寸的连续片状材料的成型方法。2.相向旋转：,13-May-20,3,13-May-20,4,压延用原料：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）醋酸纤维等,13-May-20,5,压延的主要产品,压延成型一般用于薄膜、片材的生产；还可以生产人造革和涂层产品。,（1）薄膜厚度小于0.25mm为薄膜,（2）薄片厚度大于0.25mm为薄片,（3）压延的最适宜加工范围,0.050.6mm的软质片材及薄膜PVC,0.100.7mm的硬质片材、薄膜及板材PVC,13-May-20,6,压延成型方法的优点,（1）加工量大1年的加工量可达500010000吨,（2）生产速度快薄膜生产的线速度可达60100m/min甚至300m/min,（3）质量好制品的厚度公差可控制在5%左右，表面平整,（4）连续生产，效率高,13-May-20,7,压延成型方法的缺点,（1）设备庞大，投资大,（2）设备专用性强，产品调整困难,（3）维修困难（设备庞大、辅机众多）,（4）幅宽同样受到限制,13-May-20,8,7.2压延设备,13-May-20,9,前阶段：备料阶段压延工艺后阶段：压延、牵引、轧花、冷却、卷取、切割等一.前阶段1.任务：塑料的配制、塑化和向压延机供料2.要求：供料要均匀，物料温度分布要保持均匀，物料塑化要均匀。3.方法及主要设备：a.塑料的配制：高速混合机b.塑化与供料：用密炼机塑化用挤出机供料用双辊供料用高效塑化机塑化，与挤出机供料用挤出机塑化，用两台双辊机塑化供料,13-May-20,10,高效塑化机：4.辅助设备：a.金属探测仪：除去金属杂质b.摆斗：喂料装置,13-May-20,11,二.后阶段1.压延机：a.分类：按辊筒数目不同分为：双辊、三辊、四辊、六辊按辊筒排列方式不同分为：如下图三辊：I型三角型四辊：I型倒L型正Z型斜Z型,13-May-20,12,双辊：一般用于塑炼、压片、供料,四辊的优点：制品厚度薄且均匀、表面光滑、速度快（比三辊快28倍，达60240m/min）、还可以完成双面贴胶工艺，有取代三辊的趋势,五辊、六辊：设备庞大,13-May-20,13,b.辊筒排列原则：尽量避免各个辊筒在受力时发生干扰，并充分考虑操作的要求和方便，及自动供料的需要。,13-May-20,14,斜Z字型排列和倒L型排列的比较,（1）斜Z字型排列的优点,1）各辊筒相互独立，受力时不互相干扰，传动平稳、操作稳定，制品厚度易控制,2）物料和辊筒的接触时间短、受热少、不易分解,3）各筒拆卸方便，易于检修,4）上料方便，便于观察存料，且便于双面贴胶,5）厂房高度要求低,（2）倒L型排列的优点,1）物料包住辊的面积比较大，产品的表面光洁度较好,2）杂物不容易掉入,13-May-20,15,斜Z型排列的缺点：物料包住辊筒的面积较小；杂质易掉入。,13-May-20,16,二、压延机的构造,1、总体要求,高强度：压延机的压力大，速度快，且要求平稳,高精度：运行平稳，厚度均匀,2、总体尺寸,例：大连橡胶塑料机械厂生产的SY-4S-1800型塑料四辊压延机,长：10米开外,宽：6米以上,高：5米左右,重：140吨,13-May-20,17,13-May-20,18,.压延机的结构（四辊）（一）主机1.机座：2.机架：,用混凝土固定于地下，前述机器的机座在地下深1.16米，宽3.56米，长5.6米,用铸钢制成。主要是两侧的夹板（用于支撑辊筒的轴承、调节装置和其它附件）,13-May-20,19,3.辊筒：性能要求：,辊筒要求有足够的强度、刚度；作业面应耐磨、耐腐蚀、高强度,材料冷铸钢；壳：冷硬铸铁芯：球墨铸铁铬钼合金,表面光洁度：很光Ra：0.08m14,刚性好，限制长径比,13-May-20,20,辊筒加热方法：蒸汽加热、煤气、过热水、电加热。辊筒结构：铸钢或合金钢制成，有空心式和钻空式。直径600900mm，长度18002500mm，长径比2.53：1。,13-May-20,21,（3）轴承,轴承的作用轴承的分类（滑动、滚动）、优缺点,（4）辊距调节装置,第二辊固定，其余均可调。辊距不同，产品的厚度不同，且对物料的剪切也不同一般分为粗调和精调两套装置,13-May-20,22,6.驱动装置：对每个辊筒各自驱动，各配三个电动机，一台驱动和两台调距电动机。如果是一台电机，就需要复杂一些的传动方式（齿轮传动、皮带传动、链条传动、蜗杆蜗轮传动等）7.轴交叉装置和预应力装置8.其它装置：润滑系统、切边装置、挡料装置、安全防护。,13-May-20,23,13-May-20,24,13-May-20,25,（二）辅机1.引离辊：将薄膜从辊筒上均匀的剥离，同时对制品进行一定的拉伸。转速比辊筒大30%，需加热，所以为空心。2.轧花装置：有轧花辊和橡胶辊组成。轧花辊橡胶辊轧花辊温度和速度3.冷却装置：冷却定型四辊铝质磨砂辊筒,13-May-20,26,13-May-20,27,4.传输带：作用：继续冷却；消除内应力，使应力松弛。5.测厚仪：射线、射线和射线测厚仪6.卷取装置：卷取张力要适当；卷取速度V要适当。V=2nRn：转速R：薄膜圈的直径张力用张力辊调节转速用限往开关控制,13-May-20,28,13-May-20,29,7.3压延过程中的流动分析一.术语：1.钳住区：物料在压延过程中受到辊筒挤压时受到压力的部分。2.始钳住点：辊筒开始对物料加压的点。3.终钳住点：加压终点。4.中心钳住点：两辊筒的中心点。5.最大压力点：钳住区压力最大点，又称钳住点。,13-May-20,30,13-May-20,31,13-May-20,32,二.选择坐标原点：钳住点X轴：两辊筒横截面的对称线Y轴：两辊筒圆心连线Z轴：辊筒轴向,13-May-20,33,7.3.1基本方程根据质量不灭定律：（7-1）式：熔体密度Vx、Vy、Vz：分别是物料流动时在X、Y、Z三方向的分速度。t：时间根据X轴的动量守衡定律：（7-2）式P：作用在流体上的压力gx：重力加速度：作用在流体上的剪切应力，第一下标x表示应力分量的作用面与x轴垂直，第二下标xyz分别表示应力分量的作用方向。,13-May-20,34,7.3.2假设与简化一.假设1.流体是不可压缩的，没有弹性的牛顿流体；2.等温过程；3.稳态的层流流动，无滑移现象；4.假设流体是在无限宽平行板中的一维流动；5.忽略重力的影响；6.假设压力只沿X轴方向有变化，在Y轴方向为定值。,13-May-20,35,二.简化根据假设1将（7-1）化简为：（7-3）式=dVx/dy（7-2）式可化成（7-2*）式,13-May-20,36,根据假设3：=0根据假设4：=0，根据假设5：gx=0（7-2）式化简为：（7-3）式,13-May-20,37,7.3.3始钳住点与终钳住点的关系一.求流速Vx与Y无关对（7-4）一次积分得：=dVx/dy=()y/+C1（7-5）式由边界条件：y=o，dVx/dy=0得C1=0。二次积分得：Vx=（）y2/2+C2（7-6）式由边界条件：y=h，Vx(h)=V得：C2=V（）（y2-h2）/2Vx=V+（）（y2-h2）/2（7-7）式V：辊筒表面线速度,13-May-20,38,h：对称面至辊筒表面距离，h=h(x)=H0+R（R2x2）（7-8）式h=H0+x2/2R最后简化得：Vx=V+（）y2-(H0+x2/2R)2/2二.求流量表达式Q=2Vxdy=2hV-()h2/3（7-11）式,13-May-20,39,三.压力梯度及压力表达式1.压力梯度表达式：=（V-Q/2h）3/h2,2.压力表达式：a.进行变量代换=/（2RH0）（7-13）式变形得：dP/dx=2RH0(3/h2)(V-Q/2h)=2RH03/H0(1+x2)2V-Q/2H0(1+x2)(7-15)式,13-May-20,40,b.引入无因次量2=（Q/2VH0）-1=（Q-2VH0）/2VH0（7-16）式设物料脱离滚筒表面处（终钳住点）：x=X,h=HH/H0=1+x2同时：Q2VH2x2则：P=(V/H0)9R/32H0g(x,)+53（7-18）式g(x,)=(x2153x2)/(1+x2)2X+(13)arctgX,三.压力表达式,13-May-20,41,四.讨论1.当x=，P=0，终钳住点，为最小压力点。2.当x=-，P=Pmax，为最大压力点。Pmax=（9R/8H0）5v3/H0（7-19）式3.始钳住点，P=0，设x=-x0,得：g(-x0,)=-53终钳住点处要使P=0，则：g(,)=-53g(-x0,)=g(,),13-May-20,42,此式反映了-x0与的关系，即始钳住点与终钳住点的关系。由图可看出，始钳住点越大，终钳住点就越大,13-May-20,43,五压力分布曲线相对压力P：钳住区任一点压力和最大压力的比。P=P/Pmax=1+g(x,)/53/2（7-20）式1.始钳住点：x=-x0,g(-x0,)=-53，P=02.最大压力点：x=-，g(-,)=53，P=13.中心钳住点：x=0，g(0,)=0，P=1/24.终钳住点：x=，g(,)=-53，P=0,13-May-20,44,13-May-20,45,六辊筒的分离力A.分离力F：物料对辊筒的分离力。F=BPdx=2VRB(1/H0)-(1/h0)B：辊筒工作面长度-x0：始钳住点：终钳住点h0：始钳住点处物料厚度B.横压力P表示每厘米辊筒工作面长度的分离力。P=F/B,13-May-20,46,七钳住区的速度分布Vx=V1+3（2-1）（x2-2）/2（1+x2）=y/h当x=时，Vx=V；当为确定值时，Vx只是x和的函数，而当x确定时，也确定。例如：2=0.1，而x分别为-4,-2,-，0时，速度分布情况如图：,13-May-20,47,13-May-20,48,1.当x=时，Vx=V，速度分布为直线；2.-x时，压力梯度为负值，速度分布为凸曲线；3.当x-时，压力梯度为正值，速度分布为凹曲线；4.当x=-（x）*时，在y=0处，Vx=0；5.当-x0x-（x）*时，速度有正有负。,13-May-20,49,速度和压力分布曲线,13-May-20,50,7.4影响压延制品质量的因素,13-May-20,51,一.原料因素1.树脂：a.分子量高、分子量窄的树脂可得到物理机械性能、热稳定性和表面均匀性好的制品，但也会增加压延温度和设备的负荷，且塑化成型温度与分解温度越接近，对生产薄膜越不利；b.灰分含量高，主要影响薄膜的透明度；c.水分或挥发物过高会使制品带有气泡。,13-May-20,52,2.稳定剂、增塑剂的影响a.压延中含增塑剂越多的软PVC，在相同的条件下粘度越低，因此在不改变压延机负荷下，就可提高辊筒的转速或降低压延温度；b.若采用不适当的稳定剂，辊筒表面蒙上一层石蜡状物质，导致制品表面不光和粘辊。原因：所用稳定剂与树脂的相容性较差稳定剂分子对金属具有亲和力避免方法：选用适当的稳定剂：金属皂类加入吸收金属皂类更强的填料：水氧化铝加入酸性润滑剂,13-May-20,53,3.供料的事前混合与塑炼目的在于分别使配方中的各种组分分数和塑炼均匀，以满足压延加工的要求。二.压延机的操作因素1.辊温与辊速：配方相同时，辊速不同，辊温也应不同。各辊温度依次升高，一般相差510，、两辊温度应近乎相等。,13-May-20,54,2.辊筒速比：相临两辊筒线速度之比。a.速比目的：使压延物依次贴辊；使产品取得一定的拉伸定向。b.速比控制范围：根据产品厚度确定,13-May-20,55,3.辊距H0及辊筒间的存料a.调节辊距目的：为适应不同厚度产品的要求；改变存料量。b.存料目的：起储备、补充和进一步塑化的作用。c.存料量：过多，薄膜表面毛糙，有云斑，易产生气泡，硬片中有冷疤，增大辊筒负荷。过少，薄膜表面毛糙，产生缺料，硬片中有菱形孔洞。实际生产中，/辊间存料量，细至一条直线；/辊间存料量，控制在铅笔粗细。,13-May-20,56,4.剪切和拉伸a.定向效应（压延效应）：由于压延物在纵向上受到很大的剪切应力和一些拉伸应力，因此高聚物分子会顺着薄膜前进方向发生分子定向，以致薄膜在物理机械性能上出现各向异性，这种现象即定向效应。b.变化要点：与压延方向平行和垂直两个方向上，断裂伸长率不同；在自由状态加热时，由于解取向作用，薄膜各向尺寸发生不同变化，纵向出现收缩，横向与厚度出现膨胀。,13-May-20,57,三.设备因素1.“三高两低”现象：原因：a.辊筒的弹性变形：长径比越大，变形越大。b.辊筒表面温度分布不均匀：两边温度常比中间低。温度分布不均原因：辊筒两端有较大的辐射热损失；向