1、聚合物成型加工原理第七章（优选）聚合物成型加工原理第七章压延用原料：聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVCPVC）最多）最多聚苯乙烯聚苯乙烯丁二烯丁二烯丙烯腈（丙烯腈（ABSABS）氯乙烯氯乙烯醋酸乙烯共聚物醋酸乙烯共聚物聚乙烯（聚乙烯（PEPE）聚丙烯（聚丙烯（PPPP）醋酸纤维等醋酸纤维等压延的主要产品压延的主要产品 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 1）薄膜薄膜 厚度小于0.25mm为薄膜（2 2）薄片薄片 厚度大于0.25mm为薄片（3 3）压延的最适宜加工范围压延的最适宜加工范围0.050.6mm 的软质 片材及薄膜 PVC0.100.7mm 的硬质 片材、薄膜
2、及板材 PVC压延成型方法的优点压延成型方法的优点（1 1）加工量大加工量大 1年的加工量可达500010000吨（2 2）生产速度快生产速度快 薄膜生产的线速度可达60100m/min 甚至300m/min（3 3）质量好质量好 制品的厚度公差可控制在5%左右，表面平整（4 4）连续生产，效率高连续生产，效率高压延成型方法的缺点压延成型方法的缺点（1 1）设备庞大，投资大设备庞大，投资大（2 2）设备专用性强，产品调整困难设备专用性强，产品调整困难（3 3）维修困难维修困难 （设备庞大、辅机众多）（4 4）幅宽同样受到限制幅宽同样受到限制7.2 压延设备 与Y无关=2RH03/H0(1+x2
3、)2 V-Q/2 H0(1+x2)(7-15)式前阶段：备料阶段前阶段：备料阶段dP/dx=2RH0(3/h2)(V-Q/2h)Vx、Vy、Vz：分别是物料流动时在X、Y、Z三方向的分速度。08m 14高强度：压延机的压力大，速度快，且要求平稳3）各筒拆卸方便，易于检修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。g(-x0,)=-5 3最大压力点：x=-，g(-,)=5 3，P=1聚苯乙烯丁二烯丙烯腈（ABS）（3）质量好 制品的厚度公差可控制在5%左右，表面平整三辊：根据假设1将（7-1）化简为：根据质量不灭定律：熔体密度 前阶段：备料阶段 压延工艺 后阶
4、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料料进进料料出出 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 双辊双辊：一般用于
5、塑炼、压片、供料：一般用于塑炼、压片、供料四辊的优点四辊的优点：制品厚度薄且均匀、表面光滑、速度快（比三：制品厚度薄且均匀、表面光滑、速度快（比三 辊快辊快2828倍，达倍，达60240m/min60240m/min）、还可以完成）、还可以完成 双面贴胶工艺，有取代三辊的趋势双面贴胶工艺，有取代三辊的趋势五辊、六辊五辊、六辊：设备庞大：设备庞大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。斜斜Z Z字型字型排列和排列和倒倒L L型型排列的比较排列的比较（1 1）斜斜Z Z字型字型排列的优点排列的优点1）各辊筒相互独立，受力时不互相干扰，传动平
6、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 2）倒倒L L型型排列的优点排列的优点1）物料包住辊的面积比较大，产品的表面光洁度较好2）杂物不容易掉入斜Z型排列的缺点：物料包住辊筒的面积较小；杂质易掉入。4 影响压延制品质量的因素-x时，压力梯度为负值，速度分布为凸曲线；辊筒加热方法：蒸汽加热、煤气、过热水、电加热。各辊温度依次升高，一般相差510，、两辊温度应近乎相等。流体是不可压缩的，没有弹性的牛顿流体；h凹凸系数或中高度，一般只有百分之几或十 分之几的毫米。Vx=（）y2
7、/2+C2 （7-6）式2）物料和辊筒的接触时间短、受热少、不易分解塑化与供料：用密炼机塑化 用挤出机供料用混凝土固定于地下，前述机器的机座在地下深1.3）各筒拆卸方便，易于检修分离力F：物料对辊筒的分离力。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；最大压力点：钳住区压力最大点，又称钳住点。2=（Q/2VH0）-1=（Q-2VH0）/2VH0 （7-16）式甚至300m/minX轴：两辊筒横截面的对称线C2=V（）（y2-h2）/2要求：供料要均匀，物料温度分布要保持均匀，物料塑化
8、要均匀。第二辊固定，其余均可调。二、压延机的构造二、压延机的构造1 1、总体要求总体要求高强度：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 2、总体尺寸总体尺寸例：大连橡胶塑料机械厂生产的 SY-4S-1800 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.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深1.16米，宽宽3.56米，长长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）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
9、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：0.08m 14 刚性好，限制长径比 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。（3 3）轴承）轴承轴承的作用 轴承的分类（滑动、滚动）、优缺点（4 4）辊距调节装置）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
10、、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。（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 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=2nR n：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张力辊张力辊终钳住点处要使P=0，则：g
11、(,)=-5 3（7-1）式C2=V（）（y2-h2）/2辊筒的材料不同；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。V：辊筒表面线速度在自由状态加热时，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。（3）质量好 制品的厚度公差可控制在5%左右，表面平整（7-2）式化简为：稳定剂分子对金属具有亲和力（优选）聚合物成型加工原理第七章过少，薄膜表面毛糙，产生缺料，硬片中有菱形孔洞。=dVx/dy7mm 的硬质 片材、薄膜及板材 PVC08m 14相对压力P：钳住区任一点压力和最大压力的比。F=B Pdx=2VRB(1/H0)-(1/h0)原因：所用稳定
12、剂与树脂的相容性较差轧花辊温度和速度转速用限往开关控制1824 m/min7.3 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。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V V0 00 0H H=y yh h=y yH H=y yY YX X7.3.1 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
13、。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 g x：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。0 0=z z/)z zV V(+y y/)y yV V(+x x/)x xV V(+t t/x xg g+)z z/x xz z+y y/x xy y+x x/x xx x(+x x/P P-=）z z/x xV Vz zV V+y y/x xV Vy yV V+x x/x xV Vx xV V+t t/x xV V（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；
14、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。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0 0=z z/z zV V+y y/y yV V+x x/x xV Vx xg g+x x/P P-=）z z/x xV Vz zV V+y y/x xV Vy yV V+x x/x xV Vx xV V+t t/x xV V（）2 2z z/x xV V2 2+2 2y y/x xV V2 2+2 2x x/x xV V2 2（+)
15、(/x x）z zz zV V+y yy yV V+x xV V（3 31 1+t t/0 0=根据假设3：=0 根据假设4：=0，根据假设5：g x=0 （7-2）式化简为：（7-3）式 t t/x xV Vz z/x xV Vy y/y yV V x x/x xV V=x x/P P2 2y y/x xV V2 27.3.3 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
16、=V（）（y2-h2）/2 Vx=V+（）（y2-h2）/2 （7-7）式 V：辊筒表面线速度x x/P Px x/P Px x/P Px x/P Px x/P P 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=2 Vxdy =2hV-()h2/3 （7-11）式 x x/P Ph h0 0 x x/P P三.压力梯度及压力表达式 1.压力梯度表达式：=（V-Q/2h）3/h2x x/P P2.压力表达式：a.进行变量代换 =/（2RH0）（7-13）式 变形得：d
17、P/dx=2RH0(3/h2)(V-Q/2h)=2RH03/H0(1+x2)2 V-Q/2 H0(1+x2)(7-15)式各辊温度依次升高，一般相差510，、两辊温度应近乎相等。按辊筒排列方式不同分为：如下图2）物料和辊筒的接触时间短、受热少、不易分解高精度：运行平稳，厚度均匀C2=V（）（y2-h2）/2R：薄膜圈的直径与x轴垂直，第二下标xyz分别表示应力分量的作用方向。用高效塑化机塑化，与挤出机供料消除内应力，使应力松弛。辊筒加热方法：蒸汽加热、煤气、过热水、电加热。稳定剂分子对金属具有亲和力中心钳住点：x=0，g(0,)=0，P=1/2dP/dx=2RH0(3/h2)(V-Q/2h)杂
18、质易掉入。h=H0+x2/2R轧花辊 橡胶辊（3）质量好 制品的厚度公差可控制在5%左右，表面平整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=H H/H0=1+x2 同时：Q2VH 2 x2 则：P=(V/H0)9R/32 H0 g(x,)+5 3 （7-18）式 g(x,)=(x2 1 5 3 x2)/(1+x2)2X+(13)arctgX 三.压力表达式四.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
19、 3.始钳住点，P=0，设x=-x0,得：g(-x0,)=-5 3 终钳住点处要使P=0，则：g(,)=-5 3 g(-x0,)=g(,)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0 0 x x-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,)/5 3/2 （7-20）式 1.始钳住点：x=-x0,g(-x0,)=-5 3，P=0 2.最大压力点：x=-，g(-,)=5 3，P=1 3.中心钳住点：x=0，g(0,)=0，P=1/2 4.终钳住点：x=，g(,)=-5 3，P=0 X XP P-x
20、 xa am mP P2 2/x xa am mP P0 0=P P0 0=P P0 0 X X-X XP P-x xa am mP P2 2/x xa am mP P0 0=P P0 0=P P0 0 X X-六 辊筒的分离力A.分离力F：物料对辊筒的分离力。F=B Pdx=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 0 0 x x-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，
21、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：4 42 2-0 0y y x xv v 减减 小小 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-x0 x-（x）*时，速度有正有负。速度和压力分布曲线 7.4 影响压延制品质量的因素一.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
22、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。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 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
23、，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。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：根据产品厚度确定制品农膜工业膜包装膜硬片 厚度0.1mm0.23mm0.14mm0.5mm 主辊转速速比范围45m/min35m/min50m/min1824 m/minV2/V11.191.201.211.221.201.261.061.23V3/V21.181.191.161.181.141.161.201.23V4/V31.201.221.201.221.161.211.241.26 3.辊距H0
24、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。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
25、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。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；向轴承和机架传热；受润滑剂的冷却影响。2.克服辊筒弹性形变方法：a.中高法：将辊筒做成腰鼓形。h凹凸系数或中高度，一般只有百分之几或十 分之几的毫米。此法缺陷：料不同，粘度不同，产生的压力、分离力、挠曲度就不同 辊筒的材料不同；操作条件不同；变形程度不同 因此此法只使用于同一原料、同一压延机、同一操作条件。h h b.轴交叉 优点：可随产品不同、配方不同、操作条件不同进行调节。常用于最后一个辊筒，且常与中高度法结合使用，轴交叉度数23。c.预应力：预先施加压力，方向与分离力引起的变形方向相反。优点：辊筒弧度有较大的变化范围；克服辊筒弯曲现象很彻底。缺点：施加的压力很大；增大了辊筒的负荷，降低了辊筒的使用寿命。3.降低辊筒温度分布不均方法：可在温度低的部位采用红外线或其它补偿加热，或在近中区两边用风管吹冷风冷却。
