5.2 塑料压延成型

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5.2 塑料压延成型
5.2 塑料压延成型
5.2.1 压延设备分类及结构
压延过程一般分为前后两个阶段：前阶段是压延前的备料阶段，主要包括压延原材料的制品、塑化、热炼和向压延机供料等；后阶段是压延成型的主要阶段，包括压延、牵引、轧花、冷却、卷绕、切割等。因此，压延工艺所用的设备主要是压延机，此外还包括挤出机、供胶装置、干燥冷却装置、轧花和卷曲装置等附属装置，共同组成联动生产线，如图 5-26 所示。
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图 5-26 斜 Z 形四辊压延机联动装置
5.2.2 压延设备的分类
压延工艺所用的设备主要是压延机，常按用途、滚筒数目和滚筒排列形式分类。
（1）按用途可分为：压片压延机；贴合压延机；压型压延机；压光压延机；试验用压延机。
（2）按滚筒数目可分为：两辊压延机；三辊压延机；四辊压延机；五辊压延机；六辊压延机。压延成型通常以三辊、四辊压延机为主。由于四辊压延机对塑料的压延较三辊压延机多一次，因而可生产较薄的薄膜，并且厚度均匀。表面光滑，滚筒的转速可以大大提高，生产效率提高较大。三辊压延机的辊速一般只有 30m/min，而四辊压延机能达到它的 2 倍、4 倍。此外，四辊压延机还可以完成一次双面贴胶工艺。因此它正在逐步取代三辊压延机。至于五辊、六辊压延机的压延效果就更好了，可是设备的复杂程度同时增加，而且设备庞大，设备投资费用较高，目前使用尚不普遍。
（3）按滚筒的排列形式可分为：三辊压延机；四辊压延机。通常三辊压延机的排列方式有 I 形、三角形等几种。四辊压延机则有 I 形、倒 L 形、正 L 形、T 形、斜 Z 形（S 形）等。
常见压延滚筒的排列形式，如图 5-27 所示。
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图 5-27 常见压延滚筒的排列形式
排列滚筒的主要原则是尽量避免各个滚筒在受力时彼此发生干扰，并应充分考虑操作的要求和方便，以及自动供料需要等。然而实际上没有一种排列是尽善尽美的，往往是顾此失彼。例如目前应用比较普通的斜 Z 形，它与倒 L 形相比时有如下优点：① 各滚筒互相独立，受力时互不干扰，传动平稳，操作稳定，制品厚度容易调整和控制；② 物料与滚筒的接触时间短，受热少；③ 各滚筒拆卸方便，便于检修；④ 上料方便，便于观察存料；⑤ 厂房高度要求低；⑥ 便于双面贴胶。可是在另外一些方面却不如倒 L 形：① 物料包住滚筒面积小，因此产品表面光洁性受到影响；② 容易掉入杂质。用倒 L 形压延机生产透明的膜片要比用斜 Z 形质量好，这是因为前者生产时中辊受力不大（上下作用力差不多相等，相互抵消），因而滚筒挠度小，机架刚性好，牵引辊可离得近，只要补偿第四辊的挠度就可以压出均匀的制品。至于它存在的中轻浮动和易受热的缺点，目前已由于采用零间精密滚柱轴承，钻孔滚筒、滚筒预应力装置，以及轴交叉装置等办法而得到解决。此外，对斜 Z 形压延机来讲，第三辊与第四辊速度不能相差太小，否则物料容易包住第四辊；若两辊速度相差不大，对生产透明膜不利。
5.2.3 压延机的构造
1．压延机
压延机是由两个或两个以上的滚筒，按一定形式排列，在一定温度下，将橡胶或塑料压制展延成一定厚度和表面形状的胶片，并可对纤维帘帆布或钢丝帘布进行挂胶的机械。
压延机主要由机座、机架、主轴承、滚筒、滚筒调节装置、轴交叉和预应力装置、卷取装置、金属检测装置、测厚装置、传动系统、润滑系统、加热系统和冷却系统等组成（见图 5-28）。
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图 5-28 压延机的构造
1—机座；2—传动装置；3—滚筒；4—辊距调节装置；5—轴交叉调节装置；6—机架
（1）机架是压延机的骨架，由一个底座、两个互相平行的机架和一个横梁组合而成，起支撑其他零部件和承受压延负荷的作用。
（2）滚筒是压延机的主要成型部件，滚筒之间构成辊隙，达到对材料进行压延的目的。滚筒为中空结构，内部可通蒸汽、热水或油来加热或冷却。按热载体流道的形式不同分为空心式和钻孔式，如图 5-29 所示。
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图 5-29 滚筒结构
（3）调距装置和挡料装置分别用以调节压延制品的厚度和存料槽的宽度。
（4）润滑装置用来对滚筒轴承、传动系统进行必要的润滑和冷却，其润滑油的温度和流量均需自动调节和控制。
（5）滚筒轴线交叉装置和反弯曲装置主要用于校正滚筒的弯曲变形，提高制品横向厚度尺寸精度。
（6）加热冷却系统对滚筒进行加热和冷却。
（7）安全装置用于发生事故时紧急停车，以保护人身和设备的安全。
（8）传动系统为滚筒提供转速和扭矩。
（9）控制系统对整个压延机进行控制。
2．压延成型辅机
压延机辅机的主要结构包括：引离辊（见图 5-30）、轧花装置（见图 5-31）、冷却装置、橡胶运输带、卷曲装置、金属检测器等。
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图 5-30 引离装置示意图
1—压延滚筒；2—小引离辊；3—大引离辊；4—薄膜；5—小托辊
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图 5-31 轧花装置示意图
1—PVC 薄膜；2—胶辊；3—轧花辊；4—导辊
5.2.4 压延成型原理
压延成型是借助于滚筒间产生强大的剪切力，使黏流态物料多次受到挤压和延展作用，成为具有一定宽度和厚度的薄层制品的过程。
1．物料在压延滚筒间隙下的压力分布
从流体力学知道，任何流体产生流动，都有动力推动。压延时推动物料流动的动力来自两个方面，一是物料与滚筒之间的摩擦作用产生的滚筒旋转拉力，它把物料带入滚筒间隙；二是滚筒间隙对物料的挤压压力，它将物料向前推进。
图 5-32 表示物料进入两个相向旋转的滚筒间的挤压情况，压延时，物料是被摩擦力带入滚缝而流动。由于辊缝是逐渐缩小的，因此当物料向前行进时，其厚度越来越小，而滚筒对物料的压力越来越大。然后胶料离开滚筒时，压力为零。压延中物料受滚筒的挤压，受到压力的区域成为钳住区，滚筒开始对物料加压的点成为钳住点，加压终止点为终钳住点，两辊的中心（两滚筒圆心连线的中点）称为中心钳住点，钳住区压力最大处压力为最大压力钳住点。
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图 5-32 物料在两滚筒间受到挤压时的情况
a—始钳住点；b—最大压力钳住点；c—中心钳住点；d—终钳住点
物料在进入滚筒间隙后的流动、塑性形变等均由滚筒间隙的压力分布所决定。压力分布可由理论计算，为了使分析简单，要作如下几个假设。
① 在压延过程中，物料为不可压缩牛顿流体作等温、层状、稳定流动，即物料的温度和黏度是不变的；
② 两滚筒的半径和转速是相等的；
③ 忽略物料的弹性，物料在滚筒表面没有滑动和裂解；
④ 滚筒间隙大大小于滚筒的半径，因此认为在钳住区内的两滚筒表面是相互平行的。
由此根据流体力学黏性流体连续流动方程可推得如下的压力方程式：
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式中 p——物料的压力；
η——物料的黏度；
υ——滚筒表面的线速度；
H0——滚筒间隙h0的一半，即H0=0.5 h0；
R——滚筒的半径；
A——量纲为 1 的变量，是横坐标x的函数，加载中..., x为横坐标上某点；
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