压延成型原理

压延成型原理2018-4-11姓名指导老师主要内容压延的必要条件1钳住区特性点2压力分布曲线3钳住区的速度分布4钳住区的剪切形变分析5压延原理在压延成型过程中，借助于辊筒间生产的剪切力，让物料多次受到挤压、剪切以增大可塑性，在进一步塑化的基础上延展成为博型制品。在压延过程中，受热融化的物料由于与辊间的摩擦和本身的剪切摩擦会产生大量的热，局部过热会使塑料发生降解，因而应注意辊筒温度、辊速比等，以便能很好的控制。1.压延的必要条件物料被加到两个具有一定温度以不同线速度相对旋转的辊筒中间时，辊筒表面与物料接触点分别作用以径向作用力F1和F2与切向作用力f1和f2。/1.压延的必要条件将它们分别沿x-y坐标分解，得Flx、Fly、f1x、f2y和F2x、F2y、f2x、f2y。分力Fly、f1y和F2y、f2y对物料沿y轴方向起压缩作用，通常叫做挤压力.分力Flx和F2x试图将物料推出辊隙，而分力f1x、f2x、则试图把物料拉入辊隙。为了使物料能够进入辊隙，必须满足：f1x＞Flx，f2x＞F2x/1.压延的必要条件就辊筒I对物料的作用力分析，有公式：f1x＝f1cosαFlx＝Flsinα而f1＝Flμμ—物料与辊筒表面的摩擦因数，μ=tgρ(ρ为摩擦角)α—物料与辊筒表面的接触角，即物料在辊筒上接触点和辊筒圆心连线与两辊中心连接线的夹角（为使熔料能进入辊隙，必须满足：f1x＞Flx，并参考公式：Flx＝Flsinα）得：Flμcosα＞Flsinα，移项、消减：μ＞sinα/cosα＞tgα所以μ＞tgα或者tgρ＞tgα即ρ＞α。/1.压延的必要条件由此得出：压延操作的必要条件是摩擦角ρ必须大于接触角，亦即物料有大的摩擦因数(粘弹态)；同时辊筒进料处存料要少，使物料的接触角α减小。/2.钳住区特性点压延中物料受辊筒的挤压，受压力区域称为钳住区，2.钳住区特性点条件假设压延流体为不可压缩的牛顿流体；流动为稳定的二维流动。流体沿辊筒轴向的流动忽略不计，即流体沿辊筒轴向方向的速度变化为0；流动为等温过程；压延过程中，物料无化学变化；物料在辊筒表面不打滑；两辊筒直径相同，线速度υ相等；忽略重力作用。/2.钳住区特性点建立压延直角坐标系统；把中心钳住点作为坐标原点，y轴取在两辊筒圆心连线上，x轴为两辊筒横截面的对称线。/2.钳住区特性点根据流体的连续方程和动量方程，并为简化方程，使之适用于不同规格的辊筒，故引入无量纲数x’，令（8-6）显然x＇是横坐标x的函数。则，由几何关系h——x轴到辊筒表面的距离则，2.钳住区特性点又设无量纲数λ，表示为单位辊筒宽度的无量纲的流动速率令：式中qv——辊筒单位长度上物料的体积流量。即qv＝2H2υ式中2H2——压延制品厚度(cm)υ——辊筒旋转线速度(cm／s)所以（8-9）2.钳住区特性点如此即可推导得到压延过程的压力方程式：（8-10）（8-11）2.钳住区特性点在微分式（8-10）中，压力只与(x＇)有关，当(x＇)2＝λ2时，dP/dx＇＝0，函数有极值。据此，即有以下几点关系：/式中g(x′,λ)是一个x′和λ的复杂函数，为（8-10）（8-11）（8-12）2.钳住区特性点终钳住点在压延坐标中位置：由（8－9）式，首先计算值。又（8－6）式所以2.钳住区特性点②当dP/dx＇＝0时（即x＇＝-λ），P为极大值。记作Pmax。由（8-12）可知g(x′,λ)=g(-λ,λ)=5λ³则，由（8-11）得（8－13）式中Pmax——最大压力点的压力（MPa）η——辊间物料粘度（Pa·s）ν——辊筒压延线速度（cm／s）λ——无量纲数2.钳住区特性点③在中心钳住点（x＝x＇＝0），在压延坐标中位于最大压力点和最小压力点（终钳住点）的中点.由（8-12）可知g(x′,λ)=g(0,λ)=0则，由（8-11）得物料所受的压力是最大压力的一半，故称为半压力点。2.钳住区特性点④始钳住点，是物料开始受压点。物料经过此点进入挤压辊隙.我们把始钳住点记为（-x＇0）。同样（-x＇0）具有如同式（8－6）的数学关系。即：（8－14）2.钳住区特性点由此可见:①.(-x,0)和λ都是与物料性能有关。当物料弹性越大，(-x,0)和λ越远离y轴，钳住区范围就越大，产品厚度(2H2)与辊筒间隙(2H0)差距就越大；②.当物料弹性越小，(-x,0)和λ的范围就缩小，(2H2)和(2H0)的差距就越小；③.当物料完全没有弹性，则(-x,0)和λ趋向重合，亦即物料的进入和出口全在中心点重合,则2H2=2H0./2.钳住区特性点根据前述，总结钳住区特性点如下表3.压力分布曲线如前所述，在已经确定的压延生产中，利用式可以求得Pmax.如果把任一点的压力P(x’)和最大压力Pmax之比定义为相对压力，并记作P’，即：（8-13）3.压力分布曲线图8-35是表示三种不同λ值的情况下绘制的P’～x’值的曲线，曲线表明相对压力P’随x’的变化而变化的关系。/3.压力分布曲线根据相对压力曲线，我们可以很方便的求出钳住区内任一点的压力，即：（8-15）式(8—15)表明:在已知压延生产中，η、ν、R、H0均为已知。任意压力P和最大压力Pmax一样，是λ的三次方关系，λ值很小变化均可引起压力的很大变化。例如，当λ值增加1倍时，Pmax和任意压力P都增加8倍。4.钳住区的速度分布压延时料流沿x轴方向各点的速度与辊筒线速度的比值νx/ν，经理论推导是：（8-16）式中νx——料流在x方向分速度ν——辊筒表面线速度y——辊间物料任一点的y轴坐标位置h——x轴到辊筒表面的距离/4.钳住区的速度分布公式表明:νx是变量x’、λ和(y/h)的函数。当x’＝±λ时，νx＝ν，这说明在最大压力处和终钳住点物料速度都等于辊筒表面线速度。当λ等于某一常数值时，速度νx就只是x’和y/h的函数。因此，当x’取某一数值，就可以画出一个νx对（y/h）的速度分布曲线。/4.钳住区的速度分布图示为取λ2＝0.1时,x’分别为-4λ、-2λ、-λ、0和λ时的速度分布情况。由图可见:当x’＝±λ时，νx＝ν，速度分布曲线为直线；当在—λ＜x’＜＋λ区域，压力梯度为负值，速度曲线呈凸状；当x’＜－λ区域压力梯度为正值，流体中部速度变慢，速度曲线呈凹状；/4.钳住区的速度分布当x’小于-λ向负方向移动时，在中性面x’轴上有一点叫驻止点，即νx＝0表示物料在此处的运动速度等于零。当νx=0，可求得驻止点的x’值，用(x’)*表示，即：4.钳住区的速度分布当x’＜－(x’)*的区域，速度有正的，也有负的；在中性面速度是负的，流体流出捏合间隙；在辊筒表面层，速度是正的，流体流进捏合间隙；说明存在一个局部环流。在x’＞－(x’)*区域内，不管速度分布曲线呈凹状还是凸状，νx都是正值，不存在循环回流。/5.钳住区的剪切形变分析（8-20）（8-21）5.钳住区的剪切形变分析图8-40辊筒间物料中剪切力和剪切速率沿y轴的分布（a）及物料剪切形变（b）示意5.钳住区的剪切形变分析与剪切速率相对应的剪切形变，从物料进人钳住区后就逐渐增大，在最大压力点b处剪切形变达到最大。此后形变逐渐恢复，到达终钳住点即离开钳住区时，在物料内仍保留部分剪切形变，如图8-40（b）所示。因此对于粘弹性物料来说，压延制品的厚度总是略大于压延机最后一道辊筒间隙。图8-40辊筒间物料中剪切力和剪切速率沿y轴的分布（a）及物料剪切形变（b）示意