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高分子材料加工工艺第九章 压延成型教学目标：掌握压延成型定义，关键成型对象及在各领域中应用；压延成型工序及各设备；压延机组成及结构；压延成型原理；压延成型工艺及操作工艺；影响压延制品性能原因；橡胶制品压延工艺。关键内容：压延成型原理、压延成型工艺及影响压延制品性能原因。难点内容：压延成型原理。熟悉内容：压延成型工艺适用范围及应用领域；压延成型工艺设备。关键英文词汇：calendering-压延Calendered film-压延薄膜calender-压延机roll辊筒plasticizing -塑化film-薄膜sheet-片状embossed film-压化薄膜embossed sheet-压花片材参考教材或资料：1、高分子材料成型加工，周达飞，唐颂超主编，中国轻工业出版社，第2版。2、橡胶及塑料加工工艺，张海，赵素合主编，化学工业出版社，1997年第1版。 3、高分子材料加工工艺讲义，青岛科技大学印刷厂，。压延成型是生产高分子材料薄膜和片材关键方法，它是将靠近粘流温度物料经过一系列相向旋转着平行辊筒间隙，使其受到挤压和延展作用，成为含有一定厚度和宽度薄片状制品。压延成型和前面模压成型、挤出成型、注射成型并列为四大高分子材料加工方法。压延成型广泛应用于橡胶和热塑性塑料成型加工中。橡胶压延是橡胶制品生产基础工艺过程之一，是制成胶片或和骨架材料制成胶布半成品工艺过程，它包含压片、压型、贴胶和擦胶等作业。塑料压延成型关键适适用于热塑性塑料，其中以非晶型聚氯乙烯及其共聚物最多，其次是ABS，乙烯-醋酸乙烯共聚物和改性聚苯乙烯等塑料，多年来也有压延聚丙烯、聚乙烯等结晶型塑料。压延成型产品除了薄膜和片材外，还有些人造革和其它涂层制品。塑料压延成型通常适适用于生产厚度为0.050.5mm软质PVC薄膜和厚度为0.31.00mm硬质PVC片材。当制品厚度小于或大于这个范围时，通常不用压延成型，而采取吹塑或挤出等其它方法。压延软质塑料薄膜时，假如以布、纸或玻璃布作为增强材料，将其随同塑料经过压延机最终一对辊简，把粘流态塑料薄膜紧覆在增强材料之上，所得制品即为人造革或涂层布(纸)，这种方法通称为压延涂层法。依据一样原理，压延法也可用于塑料和其它材料(如铝箔、涤纶或尼龙薄膜等)贴合制造复合薄膜。压延薄膜制品关键用于农业、工业包装、室内装饰和多种生活用具等，压延片材制品常见作地板、软硬唱片基材、传送带和热成型或层压用片材等。所以压延制品在国民经济各个领域应用相当广泛。压延成型含有生产能力大、可自动化连续生产、产品质量好特点。但压延成型设备庞大，精度要求高，辅助设备多，投资较高，维修也较复杂，而且制品宽度受到压延机辊筒长度限制。第一节 压延设备压延制品生产是多工序作业，其生产步骤包含供料阶段和压延阶段，是一个从原料混合、塑化、供料，到压延完整连续生产线。供料阶段所需设备包含混合机、开炼机、密炼机或塑化挤出机等。压延阶段由压延机和牵引、扎花、冷却、卷取、切割等辅助装置组成，其中压延机是压延成型生产中关键设备。压延机关键由多个平行排列辊筒组成。压延机类型很多，通常是依据辊筒数目和排列形式进行分类。1、辊筒数目按辊筒数目来分，压延机有双辊、三辊、四辊、五辊，甚至六辊。双辊压延机只有一道辊隙，通常见于塑炼和压片，即开放式炼胶机或辊压机。现在以三辊和四辊压延机用得最为普遍，通常橡胶用三辊压延机较多，而塑料压延较多用四辊压延机。压延机伴随辊简数目标增加物料受压延次数也就增加，所以可生产更薄制品，而且厚度更均匀，表面更光滑，产品质量提升；所以四辊压延机现在正逐步替换三辊压延机。五辊和六辊压延机压延效果当然愈加好，不过设备太复杂庞大，现在较少使用，只有五辊压延机用在硬质PVC片材生产上。2、排列形式辊筒排列形式很多，通常三辊压延机排列形式有I型、三角型等多个，四辊压延机则有I型、L型、倒L型、Z型和斜Z型等。辊筒排列形式不一样将直接影响压延机制品质量和生产操作及设备维修是否方便。通常标准是尽可能避免备辊筒在受力时产生形变相互发生干扰，应充足考虑操作方便和自动供料需要等。所以现在以倒L型和斜Z型应用最广。辊筒按斜Z型排列压延机，物料和辊筒接触时间短，可预防塑料过热分解或橡胶焦烧；各辊筒相互独立，受力时互不干扰，传动平稳，操作稳定，四个辊筒之间距离调整轻易，检修也方便；供料方便，控制生产、观察检验也方便；而且尤其适合织物贴合。不过因为物料包辊程度低，产品表面光洁度较低，所以这类压延机现在广泛应用于加工双层辊压贴合或层合橡胶薄片制品，加轮胎帘布或橡胶帘子线等。倒L型压延机生产薄而透明薄膜显示出优于斜Z型功效，这是因为生产时中辊筒受力不大，辊筒挠度小，只要赔偿第四辊挠度就可压延出厚度均匀制品，而且物料包辊程度高，制品表而光洁度高。所以多年来倒L型压延机已成为生产刚薄膜关键设备。二、压延机基础结构各类压延机即使其辊筒数目和排列方法不一样，但其基础结构大致相同。压延机关键由压延辊筒及其加热冷却装置、制品厚度调整机构、传动设备及其它辅助装置等组成。1、辊筒辊筒是压延成型关键部件，其和物料直接接触并对它施压和加热，制品质量在很大程度上受辊筒控制。压延机铜简结构和开炼机铜筒结构大致相同，但因为压延机辊筒是压延制品成型面，而且压延均是薄制品，所以对压延辊简有一定要求：1)辊简必需含有足够刚度和强度，以确保在对物料挤压作用时，辊筒弯曲变形不超出许用值。2)辊筒表面应有足够硬度，同时应有很好耐磨性和耐腐蚀性。3)辊筒工作表而应有较高加工精度，以确保尺寸正确和表面粗糙度压延制品质量。4)辊筒材料应含有良好导热性。辊筒内部可通蒸汽、过热水或冷水来控制表面温度，其结构有空心式和钻孔式两种，空心式辊简简壁较厚，加热面积较小，传热较慢，工作表面温差较大，往往中部温度比两端高，从而造成压延制品厚薄不均匀，所以这种辊筒现在较少采取。钻孔式辊筒在表面周围沿四面分布钻有直径为30mm左右通孔数十个，这些孔和中心孔道相通，载热体流道和表面较为靠近，其传热面积大，传热分布均匀，所以辊筒温度控制较正确和稳定，辊简表面温度均匀，可有效地提升制品精度。但这种辊筒加工难度大，制造费用高。现在大型高速压延机还是较多采取这种压延辊简。每个辊简全部经过一对滑动轴承支撑在机架上。2、制品厚度调整机构制品厚度首先由辊距来调整。压延机在物料运行方向倒数第二辊(三辊压延机为第二辊，四辊压延机为第三辊)轴承位置，是固定不变，其它辊简轴承全部可经过辊距调整装置进行调整，在机架上特设导轨中作前后移动，方便调整辊间距，对制品厚度进行控制。物料在辊简间隙受压延时，对辊筒有横向压力，这种企图将辊筒分开作用力称为分离力，将使两端支撑在轴承上辊简产生弹性弯曲，这么就有可能造成压延制品厚度不均，其横向断面展现中间部分厚两端部分薄现象。通常采取以下三种方法来赔偿辊筒弹性变形对薄膜横向厚度分布均匀性影响。(1)中高度法，亦称凹凸系数法，即把辊筒工作表面加工成中部直径大，两端直径小腰鼓型，沿辊筒长度方向有一定弧度。(2)轴交叉法。假如将压延机相邻两个平行辊筒中一个辊筒绕其轴线中点连线旋转一个微小角度，使两轴线成交叉状态，在两个辊筒之间中心间隙不变情况下将增大两端间隙。(3)预应力法。在辊筒工作负荷作用前，在辊筒轴承两端轴颈上预先施加额外负荷，其作用方向恰好和工作负荷相反，使辊简产生变形和分离力引发变形方向恰好反，这么，在压延过程中辊筒所产生两种变形便能够相互抵消，从而达成赔偿目标。3、传动机构为了适应不一样压延工艺要求，辊筒速比应能变换，辊筒速度应在较大范围内调整。压延机辊筒转动通常由电动机经过齿轮联结带动，经人字齿轮减速装置达成所要求正确速度。为了使辊筒转动平稳，通常采取直流电动机。4、辅助装置关键包含引离辊、轧花装置、冷却装置、卷取或切割装置等，和金属监测器、测厚仪等，还包含压延人造革时使用烘布辊筒、预热辊简、贴合装置等。第二节 压延成型原理压延成型过程是借助于辊筒间产生强大剪切力，使粘流态物料数次受到挤压和延展作用，成为含有一定宽度和厚度薄层制品过程。这一过程表而上看只是物料造型过程，但实质上它是物料受压和流动过程。一、物料在压延辊筒间隙压力分布从流体力学知道，任何流体产生流动，全部有动力推进。压延时推进物料流动动力来自两个方面，一是物料和辊筒之间摩擦作用产生辊简旋转拉力，它把物料带入辊筒间隙；二是辊筒间隙对物料挤压力，它将物料推向前进。压延时，物料是被摩擦力带入辊缝而流动。因为辊缝是逐步缩小，所以当物料向前行进时，其厚度越来越小，而辊简对物料压力就越来越大。然后胶料快速地流过辊距处伴随胶料流动，压力逐步下降，至胶料离开辊筒时，压力为零。压延中物料受辊筒挤压，受到压力区域称为钳住区，辊筒开始对物料加压点称为始钳住点，加压终止点为终钳住点，两辊中心(两辊筒圆心连线中点)称为中心钳住点，钳住区压力最大处为最大压力钳住点。二、物料在压延辊筒间隙流速分布处于压延辊筒间隙中物料关键受到辊筒压力作用而产生流动，辊筒对物料压力是随辊缝位置不一样而递变，所以造成物料流速也随辊缝位置不一样而递变。即在等速旋转两个辊筒之间物料，其流动不是等速前进，而是存在一个和压力分布对应速度分布。实际上辊筒大全部是同一直径而有不一样表面线速度，此时流动速度分布规律基础一样，只是物料流动情况和流速分布在y轴上存在一个和两辊筒表面线速度差相对应改变，其关键特点是改变速度梯度分布状态，图所表示。这么就增加了剪切力和剪切变形，使物料塑化混炼愈加好。在中心钳住点h0处，含有最大速度梯度，而且物料所受到剪应力和剪切速率和物料在辊筒上移动速度和物料粘度成正比，而和两辊中心线上辊间距h0成反比，当物料流过此处时，受到最大剪切作用，物料被拉伸、辗延而成薄片。但当物料一旦离开辗距h0后，因为弹性恢复作用而使料片增厚，最终所得压延料片厚度全部大于辊距h0。第三节 压延成型工艺完整压延成型工艺过程能够分为供料和压延两个阶段。供料阶段是压延备料阶段，关键包含塑料配制、混合、塑化和向压延机传输喂料等多个工序。压延阶段是压延成型关键阶段，包含压延、牵引、刻花、冷却定型、输送及卷绕或切割等工序。所以压延成型工艺过程实际上是从原料开始经过多种聚合物加工步骤整套连续生产线。在多种塑料压延制品中，最经典、最关键是聚氯乙烯软质薄膜、硬质片材和人造革。一、供料阶段密炼机塑化、双辊开炼机塑化是间歇操作，生产效率低，劳动强度大；挤出机塑化和输送棍炼机塑化效果好，产量大，且能连续供料。塑化后熔融物料均匀地向压延机供料。现在连续供料方法已替换间歇喂料操作，因为间歇料卷供料会使压延机加料区存料量周期性地改变，从而造成辊筒分离力发生波动。二、压延阶段送往压延机物料应该是塑化完全、无杂质、柔软，处于粘弹态，供料要先经过金属监测器然后加到四辊压延机第一道辊隙，物料压延成料片，然后依次经过第二道和第三道辊隙而逐步被挤压和延展成厚度均匀薄层材料，然后由引离辊承托而撤离压延机，并经拉伸，若需制品表面有花纹，则进行轧花处理，再经冷却定型、测厚、切边、输送后，由卷绕装置卷取或切割装置切断成品。压延成型是连续生产过程，在操作时首先对压延机及各后处理工序装置进行调整，包含辊温、辊速、辊距、供料速度、引离及牵引速度等，直至压延制品符合要求，即可连续压延成型。轧花装置是由有花纹图案钢制轧花辊和橡胶辊组成，要使轧出花纹不变形，可温水冷却轧花辊和橡胶辊。作用在轧花辊上压力、冷却水流量及辊转速是影响轧花操作和花纹质量关键原因。PVC人造革是以布(或纸)为基材，在其上覆以聚氯乙烯塑料膜层后制得，其方法关键有涂刮法和压延法等。用压延薄膜和布贴合制得人造革方法称为压延法。压延法生产聚氯乙烯人造革工艺步骤在贴合之前各个工序和薄膜压延工艺步骤相同。生产时先将聚氯乙烯塑料熔体送至压延机，按所需厚度和宽度压延成膜后和预先加热布基经过辊筒挤压和加热作用进行贴合，再经轧花、冷却、切边和卷取等工序即制得人造革。擦胶法是在辊间贴合，压延机最终一道辊隙上辊和下辊有一定速比，上辊通常比下辊转速大40%左右，这么基布和薄膜接触面上因有速度差而产生剪切和刮擦，能使一部分熔体被擦入布缝中，使薄膜和基布结合较牢；内贴法是压延薄膜和基布不在压延机两个辊筒之间贴合，而是在压延机一个辊筒边装上一个橡胶贴合辊，基布在橡胶辊和压延辊之间穿人，用合适压力将薄膜和基布贴合；外贴法是压延薄膜从压延辊筒引离后，另用一组贴合辊经过压力将薄膜和基布贴合。为了提升粘合效果，贴胶法所用基布和薄膜接触一面往往涂一层胶浆。三、压延操作条件压延工艺控制关键是确定压延操作条件，包含辊温、辊速、速比、存料量、辊距等它们是相互联络和制约。1、辊温辊筒含有足够热量是使物料熔融塑化、延展必需条件。物料在压延过程中所需热量关键起源于两部分：一部分由压延辊筒加热装置供给，另一部分来自物料经过辊隙时产生物料和辊筒之间摩擦热及物料本身剪切摩擦热。2、辊速和速比压延机辊筒最适宜转速关键由压延物料和制品厚度要求来决定，通常软质制品压延时转速要高于硬质制品压延。压延机相邻两辊筒线速度之比称为辊筒速比，压延辊筒含有速比目标在于：使压延物料依次粘辊，使物料受到剪切，能愈加好地塑化，还可方便压延物取得一定延伸和定向作用。辊筒速比依据薄膜厚度和辊速来调整，速比过大会出现包辊现象，而速比过小则薄膜吸辊性差，空气极易夹入使产品出现气泡，对硬质制品来说，会出现“脱壳”现象，塑化不良，质量下降。3、辊简间距压延时各辊筒间距调整既是为了适应不一样厚度制品要求，也是为了改变各道辊隙之间存料量。在两辊辊隙之间应有少许存料，是为了确保在压延过程中压延压力恒定，起到贮备补充和继续完善塑化作用。4、引离(拉伸)、冷却、卷取从四辊压延机第三和第四辊之间引离出来压延薄膜(片)，经过引离辊、轧花辊、冷却辊和卷取辊，最终成为制品。为了使压延制品拉紧，利于剥离和不因重力关系而下垂，以确保压延顺利进行，在操作时通常控制为这么会引发压延物大分子在其前进方向上有一定延伸和定向作用，其大小和各辊之间速比相关，假如要求薄膜含有较高单向强度，各辊筒问速比应增加。不过速比不能太大，不然会产生过多延伸，薄膜厚度将会不均，有时还会产生过大内应力。延伸应关键发生在引离辊和压延机之间，引离辊线速度通常比压延机第三辊离10%35%，关键视压延制品厚度和软硬程度面定，薄膜冷却后应尽可能避免延伸，不然受到冷拉伸后薄膜存放后收缩量大，也不易展平。第四节 影响压延制品质量原因影响压延制品表面质量关键原因有原材料、压延工艺条件及冷却定型。1、原材料原因相对分子质量高和相对分子质量分布窄树脂无疑有利于提升制品物理力学性能、热稳定性和表面质量，但这要求压延温度高，对生产较薄制品也不利，所以树脂牌号选择既要照料制品质量，也要兼顾加工性能。树脂中灰分、水分和挥发物含量也会影响薄膜透明度和质量。稳定剂选择不妥，会因为树脂和稳定剂系统相容性不好和其分子极性基团正电性高，在压延时易被挤出而包围在辊简表面形成一层蜡状物，使薄膜表面不光，生产时发生粘辊现象。所以要选择合适稳定剂或加入润滑体系。在制备压延物料时，各组分分散和塑化均匀不好会使薄膜出现色服、斑痕等质量缺点。2、压延工艺条件辊温高低影响物料塑化情况，温度过低会使薄膜表面毛糙、不透明、有气泡，甚至出现孔洞。3、冷却定型冷却不足，制品易发粘、起皱、收缩率大，成卷后展不平。但过分冷却，冷却辊表面因温度过低而凝结水珠，制品被沾上后，时间一长会发霉或起霜。冷却辊速度太小，会使薄膜定型后发皱，但速度过大，产品受到冷拉伸而在薄膜内引发内应力，造成制品存放后收缩率增大，也不易展平。影响制品厚度原因：压延制品质量最突出问题是薄膜横向厚度不均，造成这种现象关键原因是辊筒弹性变形和辊筒表面在轴向上存在温差。1、辊筒弹性变形在压延时辊简受到很大分离力，分离力使压延辊简如受载梁一样产生弯曲变形，变形值从挠度最大处辊筒轴线中点处向两端处展开并逐步减小，从而造成压延制品横向断面展现中间厚两边薄现象。为了克服这一现象，一方而在工艺操作上进行控制，如提升加工温度使熔体粘度降低，降低辊隙存料体积均可降低辊筒分离力；一方而采取如前所述中高度法、轴交叉法和预应力法等方法来赔偿辊筒弹性变形对制品厚度分布均匀性影响。2、辊筒表面温度变动因为辊筒两端比中间部分更易散失热量，从而使辊筒两端温度比中间低，辊筒表面存在温差肯定造成整个辊筒热膨胀不均匀，这就造成薄膜横向上两例厚度增大现象。为了克服辊筒表面温差面引发薄膜横向厚度不均匀，工艺上可采取红外线灯或其它专门电热器对辊筒两端温度偏低部位进行局部赔偿加热，或在辊筒近中区域两边采取风管冷却，以促进辊筒横向各部分温度均一。第五节 橡胶压延压延成型是橡胶制品生产过程中成型半制品关键工艺之一。橡胶压延工艺应用很广泛，其工艺包含压片：把胶料制成一定厚度和宽度胶片；压型：在胶片上压出某种花纹；贴胶和擦胶：在作为制品结构骨架织物上覆上一层薄胶；贴合：胶片和胶片、胶片和挂胶织物贴合等作业。橡胶压延是橡胶半制品成型过程，所得半制品必需经过硫化反应后才能最终成为制品。一、压延设备依据橡胶压延不一样工艺要求，有多种类型压延机，工作辊简有双辊、三辊、四辊。(1)压片压延机。用于压片或纺织物贴胶，通常为三辊或四辊，各辊转速相同。(2)擦胶压延机。用于纺织物擦胶，通常为三辊，各辊问有一定速比。(3)通用(万能)压延机。兼有上述两种压延机作用，通常为三辊或四辊，各辊速比能够改变。(4)压型压延机。用于制造表面有花纹或有一定断面形状胶片，有两辊、三辊、四辊，其中一个辊简表面刻有花纹或沟槽，并能够拆换。(5)钢丝压延机。用于钢丝帘布贴胶，通常为四辊。另外，生产上还有部分隶属设备，依据生产用途不一样有所不一样，如纺织物浸胶、干燥装置，帘布压延用支持布辊、扩布器、布辊支架、干冷却辊、卷取装置等。这些隶属设备依据压延连续生产要求，和压延机共同组成压延联动装置。二、压延前准备工艺1、胶料热炼压延用胶料首先要在开炼机上进行翻炼，深入提升胶料均匀性和可塑性，使胶料柔软易于压延，这一工序叫做热炼或预热。2、纺织物预加工：包含纺织物浸胶和烘干。三、压延工艺l、胶片压延(压片)压片是将预热好胶料用辊速相同压延机压制成含有一定厚度和宽度胶片。胶片应表面光滑、不皱缩、无气泡且厚度均匀。2、压型压型是指将热炼后胶料压制成含有一定断面形状或表面含有某种花纹胶片工艺。比如制造胶鞋鞋底，力车胎胎面坯胶等。压型所用压延机能够是两辊、三辊或四辊，但胶片压延经过最终一个辊简表面必需刻有一定花纹。压型工艺关键点和压片大致相同，但压型制品要求花纹清楚，尺寸正确，胶料致密，所以对胶料配方和工艺条件有尤其要求。因为橡胶含有弹性复原性，当含胶率较高时，压延后花纹易变形，所以在可能条件下，配方中可多加填充剂和适量软化剂或再生胶，以预防花纹扁塌。压型关键依靠胶料流动性来造型，而不是靠压力，所以要求胶料应含有一定可塑性。压延操作中能够采取提升辊温、降低转速等方法来提升压延胶片质量。压延定型胶片通常采取急速冷却措施，使花纹定型、清楚，预防变形。3、纺织物挂胶纺织物挂胶是用压延机在纺织物上挂上一层薄胶，制成挂胶帘布或挂胶帆布作为橡胶制品骨架层，如轮胎外胎尼龙挂胶帘布。挂胶目标是使纺织物线和线、层和层之间紧密地结合成一整体，共同负担外力作用，还能够保护纺织物，预防制品因摩擦生热而受损，能够提升纺织物弹性和防水性，以确保制品含有良好使用性能。为此要求橡胶和纺织物有良好附着力，压延后胶布厚度要均匀，表面无布裙、无露线。纺织物挂胶方法可分为贴胶和擦胶两种。(1)贴胶。将两层(或一层)薄胶片经过两个等速相对旋转辊筒间隙，在辊简压力作用下，压贴在帘布两面(或一面)为贴胶，常见四辊压延机进行一次两面贴胶和三辊压延机进行一次单面贴胶。贴胶两个辊筒速度相等，靠辊简压力使胶片压贴在纺织物上，但供胶两个辊筒速度能够相同，也能够稍有速比，有一定速比有利于除去气泡，粘贴效果也很好。(2)擦胶。利用压延机辊筒速比不一样所产生剪切力和辊简压力将胶料撩人纺织物布纹组织缝隙中，以提升胶料和纺织物附着力。在橡胶制品中，贴胶和擦胶法全部普遍采取，有些纺织物采取一面贴胶和一面擦胶。贴胶和擦胶各有优缺点。贴胶法因为两辊筒问摩擦力小，对纺织物损伤较小，面且压延速度快，效率高，但胶料对纺织物渗透性差，会影响胶料和纺织物附着力，所以，贴胶法较多用于薄纺织物或经纬线密度稀纺织物(如帘布)，尤其适适用于已浸胶纺织物。擦胶法胶料浸透程度大，胶料和纺织物附着力较高，但易擦坏纺织物，故较适适用于密度大纺织物，如帆布等。4、贴合贴合是用压延机将两层薄胶片贴合成一层胶片工艺，通常见于制造质量要求较高，较厚胶片贴合和两种不一样胶料组成胶片或夹布层胶片贴合。胶片贴合时要求各胶片有一致可塑度，不然贴合后易产生脱层、起鼓等现象。当贴合两层胶片配方和厚度全部不一样时，最好用四辊压延机“同时贴正当”，将压延出来两块新鲜胶片进行热贴合，以确保贴合胶片完全密着无气泡。本章作业题：1压延成型工艺能生产哪些塑料和橡胶制品？以软质PVC薄膜生产过程为例，画出生产工艺步骤。 2压延时，压延机辊筒为何会产生挠度，对压延质量有何影响？说明对挠度有何赔偿方法？3用四辊压延机压延塑料薄膜时各辊温度和转速应怎样控制？为何？ 4橡胶中压延工艺包含那些？5何谓纺织物贴胶和擦胶？比较其有缺点。6.何谓压延效应？产生原因及减小方法是什么？