聚合物加工原理4压延成型121

1、第三章 压延成型 一、压延成型概述二、压延设备三、压延成型工艺过程简介目录第一节 压延成型简介第一节 压延成型简介一、压延成型概述 1、定义： 塑料（或橡胶）经过共混、加热塑化，然后通过两个或两个以上的相对旋转的热辊筒辊隙，受到辊筒连续地挤压、延展作用而成为一定厚度、宽度和较好表面光洁度的片材或薄膜的过程，称为压延成型。压延成型是橡胶和热塑性塑料的主要成型方法之一：塑料：HPVC、SPVC 人造革、壁纸 ABS、改性PS、EVOH 薄膜、片材（以 为界） 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、贴胶、擦胶等） 不同产品（塑料、橡胶）工艺有所不同

2、2、压延成型的应用加工能力大，生产速度快。 大型压延机：万吨/年以上，100米/分以上速度。自动化程度高，人工操作少。片材、薄膜表面平整，厚薄均匀，公差小（制品质量好）。设备投资大。 橡胶和塑料的压延成型在聚合物加工成型中亦占一定地位。例如：有10%塑料制品用压延方法生产。3、压延成型的特点二、压延设备1、压延机的结构、类型及规格表示辊筒机架和轴承调距装置辊筒挠度补偿装置其它装置结构压延机的类型(1) 按辊筒的数量划分二辊、三辊、四辊、五辊(2) 按辊筒的排列方式划分(3) 按用途划分塑料片材(薄膜) 压延机橡胶压延机压型压延机万能压延机压延机的规格用辊筒的外径辊筒的工作部分长度表示 XY-

3、4 - 6101730 表示橡胶四辊压延机按直径划分小型压延机 直径小于230 中型压延机 直径在360- （橡胶） 550大型压延机 直径在550- 700 （压型）LD三、压延成型工艺过程简介压延机压片操作压片工艺过程胶片贴合工艺过程直三辊四辊压延机压延联动装置四、压延机的联动装置干燥装置储布调节器扩布机压延机的联动装置定中心装置冷却装置测厚装置射线法辊筒法第二节 压延成型原理Calender Principle一、压延过程物料的流动和变形二、物料在辊筒上的流动分析及受力状态三、物料在压延中的粘度效应四、物料在压延中的弹性效应和压延效应五、压延制品的质量控制六、压延成型的进展目 录一、压延

4、过程物料的流动和变形1、物料的塑性流动和变形 (TTf)物料的变形 延伸 展宽 压缩2、流体具有不可压缩性。3、压延中有粘性流动和弹性形变。二、物料在辊筒上的流动分析及受力状态终钳住点B1、 辊筒工作位置介绍辊筒中心连线与钳住中心线的交点AB区域： 钳住区始钳住线A中心钳住点终钳住线B（1）简化模型2、牛顿流体的简化流变理论不可压缩牛顿流体稳定的二维流动 等温无化学变化壁面不打滑两辊筒直径相同忽略重力a. 假设条件b.流场分析建立坐标系 直角坐标系，原点在中心钳住点。1X根据假定条件:流场分析，钳住区流体的应变速率和应力张量：c.建立数学模型直角坐标系中的连续性方程:因为是二维流动, Vz=0

5、, 不可压缩流体的稳定流动, 可化简为:c.建立数学模型直角坐标系中的运动方程:X方向Y方向运动方程:牛顿流体的本构方程:d.润滑近似 两个固体表面作相对运动时, 其间被一层很薄的粘性流体所隔开, 则这间隙中的粘性流体满足“润滑近似”(Lubrication approximation)V运动方程的进一步简化根据润滑近似, 运动方程可进一步简化:简化后的运动方程和本构方程:（3）代入（1）（4）（2）速度及压力分布方程积分（4）式a. 速度分布方程再积分一次：（5）速度分布方程为：V- 辊筒线速度取边界条件，y= h（x）时，Vx（h）=V （无滑动假设）(a).单宽体积流速通过辊筒单位（轴向

6、）宽度的体积流率:代入速度Vx的表达式, 得:（6）b.压力分布方程(b).引入无量纲参数为适应不同规格的辊筒,引入无量纲参数无量纲x坐标（7）hH0R-x0无量纲的间隙 （8）hH0R-x0无量纲的流动速率(b).引入无量纲参数（9）与操作条件有关，是T、剪切速率、弹性、速度的函数（9)式中：（7）（8）（9）(c).压力分布方程将(8)、(9)式带入上式，并将dx换成dx ,得：（6）由（6）式得将（10）式通过有理式积分得：(c).压力分布方程整理得:简写为：(c).压力分布方程边界条件：终钳住点 h=h1， x= x1 ,P=0, x1= 确定积分常数C：1 1，把arctg按级数展开

7、，忽略高次项，代入上式可得：C 53取边界条件，当x= 时(终钳住点)，P=0,代入上式可得：(c).压力分布方程(c).压力分布方程c.压力分布方程的讨论 （11）式的物理意义、始终钳住点位置比较终钳住点 x；始钳住点 x-x0 -x0 - ，始终钳住点不对称。(a) 当x=+时, dP/dx=0, P=Pmin 将x=+代入 g函数(11)得: g(x, ) = g(-, ) =- C = - 53P=0、钳住区几个特殊点的压力及压力分布曲线(b)、当x=-时, dp/dx = 0, P = Pmax 将x= -代入 g函数（11)得: g(x, ) = g(-, ) = C = 5310

8、3、钳住区几个特殊点的压力及压力分布曲线(c)、当x=0时, P = 0.5 Pmax 将x=0代入 g的函数后得: c.压力分布方程的讨论代入：(d) 当x=-x0时, (始钳入点) P=0 g函数为: g(x, )=g(-x0 , )=-C= -53c.压力分布方程的讨论(e)、压力分布曲线压力的实验验证理论与实验的压力分布对比压力与x,的关系 P与x, 的关系，P称为相对压力粘性流体的轴向压力分布轴向各横截面的压力分布（3）横压力横压力F指辊筒上各点压力之总和，P从加料处（x0)到出料处（ ）的积分：式中：L 辊筒长度式中：q()定义为：f()和q()图表（5）速度分布方程为：- - -

9、 - (7) （4）速度分布方程（4）速度分布方程 综合式（5）、（7）和（10)，将x换为x,经整理得到无量纲的速度分布方程：（13）、速度分布的讨论a、速度Vx是V、x、E和的函数b、当x= 时，Vx=V, 沿y方向速度不变。物料速度等于辊筒表面线速度。c、当- x 时, 压力梯度为负，速度分布为凸状曲线，卽，除了与辊筒表面接触的物料vx=V外，其它各点速度均大于辊筒线速度，即，出现所谓的“超前现象”。、速度分布的讨论d、当x 时, 压力梯度为正，速度分布为凹状曲线，即：除了与辊筒表面接触的物料Vx=V外，其它各点速度均小于辊筒线速度，出现所谓的“滞后现象”。、速度分布的讨论在x 区域内,

10、 随x渐减，最终会出现这样一点，即在中平面（y=0，即E=0) Vx=0，该点称为 “滞留点”。此时的x记为x*。将Vx=0，xx* ，E=0代入（13）得： 23 2 x* 0, x* =、速度分布的讨论e. 在x -x*时, 物料速度出现两个相反的方向，即在中平面附近，vx为负，靠近辊筒表面处， vx为正。因而在此区域内，存在局部环流，对物料的混合有重要作用。、速度分布的讨论XY（5）剪切速率方程 将速度分布式（13）对y求导，即得流体在辊筒间隙流道中的剪切速率方程：整理后辊筒表面最大和最小剪切速率 剪切速率公式对x求导，取一阶导数为0的点，可得剪切速率的最大、最小值： 当x=0时，剪切速

11、率最小； 当x= 时，剪切速率最大。辊筒表面最大和最小剪切应力由上式可得辊筒表面的最大和最小剪切应力：剪切速率沿y轴方向的分布剪切速率分布辊筒表面的剪切速率沿x轴方向的分布辊间流线辊间温度分布实测(6)、驱动功率两辊之间的驱动功率：积分得：式中：f()f()是的函数，因为x0本身是的函数。非牛顿流体的压延理论-（自学）粘度与剪切速率的关系三、物料在压延中的粘度效应弹性形变的发展和回复四、物料在压延中的弹性和压延效应压延效应 压延制品纵横向物理力学性能差异的现象叫做压延效应。原因：高分子取向填料粒子（针状、片状）1. 辊筒的弹性弯曲变形五、压延制品的质量控制2、采取的补偿措施a.中高度补偿法b.

12、轴交叉法c.预应力法3、工艺因素对制品质量的影响a 辊筒表面温度 物料温度与辊温要匹配； 沿辊筒轴线温度要均匀，常出现中高两低，导致辊筒膨胀不均匀，造成产品两端厚的现象。 高温-高速，低温-低速。b 压延速度的影响速度波动，片材的膨胀量不稳定，质量不达标。c. 辊筒速比 保持一定的速比，促进压延胶料的流动变形。一般在之间。片材出片两辊的速比小，纺织物覆胶时，出片两辊速比为1.d. 辊距和辊隙存胶量 出片两辊的辊距与片材厚度相近，或略小，其它各道辊距均比它大；辊隙间要有适量存料，以达到压延片材供料均匀且产品致密的目的。d. 冷却定型因素的影响（a）冷却温度设置 逐渐冷却，要冷透。（b）冷却辊道的结构 冷却水进口温度低，出口温度高，辊筒沿轴向温度不均匀，导致一边薄一边厚，采取喷淋冷却方式较适宜。 （c）冷却辊速度 略高于出片辊的速度。六、压延成型的进展1、压延机向大型化、高速化、精密化、自动化方向发展 大型化：600 1000 x3300 1200 x2740 高速化：80100m/min，300m/min 精密化：精度可达2、冷却装置改进 辊筒尺寸多样化，数目增多。3、异径辊筒压延机 钳住区面积小，横压力小 小辊筒挠度小4、压延牵伸生产宽幅的片材思考题分析压延的速度分布、剪切速率分布和压力分布。解释“滞后现