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。345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。84.1压延设备结构类型压延机的规格94.1.1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104.1.2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。11b)按辊筒排列方式12I型：供料困难；Ⅱ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；Ⅱ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。15c)按用途分类压片、擦胶、压型1617184.1.3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-4Γ-Φ610×1730橡胶倒L四辊压延机辊筒直径：610mm辊筒工作面长度：1730mm19按直径划分：小型压延机直径小于φ230橡胶压延机直径在φ360－550压型压延机直径在φ550－70020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）212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。223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。234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。244.2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。254.2.1.1物料进入压延机辊筒的条件1T辊筒＞Tf2摩擦角β≥接触角α4.2.1压延时聚合物的塑性流动和变形26tgtgFtgFFFtgFFtgFFtgFFFFQQQyQQyTQTQTyQyTsincossincos,,,,274.2.1.2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12R=R=R若12Δh=h-h22Δh=R-OCR1COSα2＝－Δh2R1COSα则＝－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。29304.2.2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(λ）；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。z2ν=0根据假设：；00yzz，341、速度分布方程zxy通过假设可知，运动方程方向可以不考虑。只对、进行分析。)xxxxxyzyxxxzxxxtxyzpgxxyz方向得运动方程为（+++)=-+（+3522222(xxxxxyzyxxextxyzpgxxyxy带入本构方程（+++)=-+++)+22222xxxxxxyepxyxxyxy（+)=-++()36222222(yyyyxyzyyyytxyzpgyxyzy方向得运动方程为（+++)=-+++)+22222(yyyyxxyepxyyxyyy（+)=-++)+带入本构方程37两个方程三个未知数，无解。22222(yyyyxxyepxyyxyyy（+)=-++)+22222xxxxxxyepxyxxyxy（+)=-++()3822221:00:0yxxxxxxhxyxxvvxy=?=当时，有，，且，即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。390xxxyxx，即?0y方程左边为0。22222xxxxxxyepxyxxyxy（+)=-++()402222xxvvxy=22xpxy0=-+得到简化后得方程：411()1xPdPppxxdxdPyCydx，，进行一次积分，.1000xyyCQ，带入得1xdPyydx422212xdPyCdx进行二次积分()xyhx带入边界条件，由假设条件5物料在辊筒表面不打滑知：，（辊筒表面线速度）2212dPChdx2212xdPyhdx带入得：4323()2dPdxhhQ20223hxhdPQdyhdx2、压力分布方程（1）单位宽度辊筒上的流量442222122RRxxxRR0000h=H展开，h=H，h=HH2xxRHa、无量纲参数坐标o21bx、无量纲间隙大小hHo（2）引入无量纲参数4512Ho２c、无量纲流动速率参数Q＝Q-实际流量一般塑料材料的λ约为0.2，橡胶0.3-0.4。21HHHH２终钳住点的流量Q=＝与物性（材料的弹性）、操作工艺条件（）有关ooλ的意义46（3）压力分布方程23()2dPdxhhQ2xdxxdxRH，=2RHoodPdPdxdxdxdx0232()2dPdPdxRHdxdxhhdxQ＝4721xh=Ho00222312()()181221QQRHRHdxhhhx2dPHo02221181211QRHdxxxoo2dPHH48220222212(1)118211xdPRHdxxxoooo2HHHH2232181dPRxdxHHxoo49222222915313arc321RxxxtgxCHHx积分得P=oo（3）压力分布方程339,5352RgxHHxP边界条件，时，P=0=；Coo50RxHPa、物理意义P=f，，H，，，、、、Roo对压力分布方程的讨论5122222322max153,13arc51xxxgxxtgxxPP22222322153,13arc510xxxgxxtgxxPb、四个特殊点522222222max0153,13arc0112xxxgxxtgxxPP022222322153,13arc510xxxxgxxtgxxP53沿X’轴辊筒所承受的压力54λ对压力分布的影响553333max9,532,112595532ooooRgxHHgxPPRHH33,91013225oogxRPHH3max91032ooRPPHHP3maxPPKP56压力分布理论计算值与实际测试结果的对比5712223245113arc1xxvRPdxRHPdxqHxqxxtgxarctgxxoooooooFW（4）单位长度横压力的计算5859（5）速度分布2222223(1)(13)2(1)ExExEHy式中:＝60对速度分布方程的讨论'(,,)fxE相对速度相对速度是位置x’、y和λ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1x）2222223(1)(13)2(1)ExEx1,62x2）－＜＜＋22321801dPRxdxHHxoo＜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ν，其余大于ν。633x）＜－22321801dPRxdxHHxoo＞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ν，其余小于ν。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22222311arcarc1hxRNWRHdxWvfHxxftgtgxxoooooo&功率＝力速度=2,,,fWvRN仅为的函数6