聚合物加工原理4壓延成型121

1、第三章 壓延成型 一、壓延成型概述二、壓延設(shè)備三、壓延成型工藝過程簡(jiǎn)介目錄第一節(jié) 壓延成型簡(jiǎn)介第一節(jié) 壓延成型簡(jiǎn)介一、壓延成型概述 1、定義： 塑料（或橡膠）經(jīng)過共混、加熱塑化，然后通過兩個(gè)或兩個(gè)以上的相對(duì)旋轉(zhuǎn)的熱輥筒輥隙，受到輥筒連續(xù)地?cái)D壓、延展作用而成為一定厚度、寬度和較好表面光潔度的片材或薄膜的過程，稱為壓延成型。壓延成型是橡膠和熱塑性塑料的主要成型方法之一：塑料：HPVC、SPVC 人造革、壁紙 ABS、改性PS、EVOH 薄膜、片材（以 為界） PE、PP 復(fù)合薄膜橡膠：天然橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、順丁橡膠、丁腈橡膠 （壓片、壓型、貼膠、擦膠等） 不同產(chǎn)品（塑料、橡膠）工藝有所不同

2、2、壓延成型的應(yīng)用加工能力大，生產(chǎn)速度快。 大型壓延機(jī)：萬噸/年以上，100米/分以上速度。自動(dòng)化程度高，人工操作少。片材、薄膜表面平整，厚薄均勻，公差?。ㄖ破焚|(zhì)量好）。設(shè)備投資大。 橡膠和塑料的壓延成型在聚合物加工成型中亦占一定地位。例如：有10%塑料制品用壓延方法生產(chǎn)。3、壓延成型的特點(diǎn)二、壓延設(shè)備1、壓延機(jī)的結(jié)構(gòu)、類型及規(guī)格表示輥筒機(jī)架和軸承調(diào)距裝置輥筒撓度補(bǔ)償裝置其它裝置結(jié)構(gòu)壓延機(jī)的類型(1) 按輥筒的數(shù)量劃分二輥、三輥、四輥、五輥(2) 按輥筒的排列方式劃分(3) 按用途劃分塑料片材(薄膜) 壓延機(jī)橡膠壓延機(jī)壓型壓延機(jī)萬能壓延機(jī)壓延機(jī)的規(guī)格用輥筒的外徑輥筒的工作部分長(zhǎng)度表示 XY-

3、4 - 6101730 表示橡膠四輥壓延機(jī)按直徑劃分小型壓延機(jī) 直徑小于230 中型壓延機(jī) 直徑在360- （橡膠） 550大型壓延機(jī) 直徑在550- 700 （壓型）LD三、壓延成型工藝過程簡(jiǎn)介壓延機(jī)壓片操作壓片工藝過程膠片貼合工藝過程直三輥四輥壓延機(jī)壓延聯(lián)動(dòng)裝置四、壓延機(jī)的聯(lián)動(dòng)裝置干燥裝置儲(chǔ)布調(diào)節(jié)器擴(kuò)布機(jī)壓延機(jī)的聯(lián)動(dòng)裝置定中心裝置冷卻裝置測(cè)厚裝置射線法輥筒法第二節(jié) 壓延成型原理Calender Principle一、壓延過程物料的流動(dòng)和變形二、物料在輥筒上的流動(dòng)分析及受力狀態(tài)三、物料在壓延中的粘度效應(yīng)四、物料在壓延中的彈性效應(yīng)和壓延效應(yīng)五、壓延制品的質(zhì)量控制六、壓延成型的進(jìn)展目 錄一、壓延

4、過程物料的流動(dòng)和變形1、物料的塑性流動(dòng)和變形 (TTf)物料的變形 延伸 展寬 壓縮2、流體具有不可壓縮性。3、壓延中有粘性流動(dòng)和彈性形變。二、物料在輥筒上的流動(dòng)分析及受力狀態(tài)終鉗住點(diǎn)B1、 輥筒工作位置介紹輥筒中心連線與鉗住中心線的交點(diǎn)AB區(qū)域： 鉗住區(qū)始鉗住線A中心鉗住點(diǎn)終鉗住線B（1）簡(jiǎn)化模型2、牛頓流體的簡(jiǎn)化流變理論不可壓縮牛頓流體穩(wěn)定的二維流動(dòng) 等溫?zé)o化學(xué)變化壁面不打滑兩輥筒直徑相同忽略重力a. 假設(shè)條件b.流場(chǎng)分析建立坐標(biāo)系 直角坐標(biāo)系，原點(diǎn)在中心鉗住點(diǎn)。1X根據(jù)假定條件:流場(chǎng)分析，鉗住區(qū)流體的應(yīng)變速率和應(yīng)力張量：c.建立數(shù)學(xué)模型直角坐標(biāo)系中的連續(xù)性方程:因?yàn)槭嵌S流動(dòng), Vz=0

5、, 不可壓縮流體的穩(wěn)定流動(dòng), 可化簡(jiǎn)為:c.建立數(shù)學(xué)模型直角坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)方程:X方向Y方向運(yùn)動(dòng)方程:牛頓流體的本構(gòu)方程:d.潤(rùn)滑近似 兩個(gè)固體表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí), 其間被一層很薄的粘性流體所隔開, 則這間隙中的粘性流體滿足“潤(rùn)滑近似”(Lubrication approximation)V運(yùn)動(dòng)方程的進(jìn)一步簡(jiǎn)化根據(jù)潤(rùn)滑近似, 運(yùn)動(dòng)方程可進(jìn)一步簡(jiǎn)化:簡(jiǎn)化后的運(yùn)動(dòng)方程和本構(gòu)方程:（3）代入（1）（4）（2）速度及壓力分布方程積分（4）式a. 速度分布方程再積分一次：（5）速度分布方程為：V- 輥筒線速度取邊界條件，y= h（x）時(shí)，Vx（h）=V （無滑動(dòng)假設(shè)）(a).單寬體積流速通過輥筒單位（軸向

6、）寬度的體積流率:代入速度Vx的表達(dá)式, 得:（6）b.壓力分布方程(b).引入無量綱參數(shù)為適應(yīng)不同規(guī)格的輥筒,引入無量綱參數(shù)無量綱x坐標(biāo)（7）hH0R-x0無量綱的間隙 （8）hH0R-x0無量綱的流動(dòng)速率(b).引入無量綱參數(shù)（9）與操作條件有關(guān)，是T、剪切速率、彈性、速度的函數(shù)（9)式中：（7）（8）（9）(c).壓力分布方程將(8)、(9)式帶入上式，并將dx換成dx ,得：（6）由（6）式得將（10）式通過有理式積分得：(c).壓力分布方程整理得:簡(jiǎn)寫為：(c).壓力分布方程邊界條件：終鉗住點(diǎn) h=h1， x= x1 ,P=0, x1= 確定積分常數(shù)C：1 1，把a(bǔ)rctg按級(jí)數(shù)展開

7、，忽略高次項(xiàng)，代入上式可得：C 53取邊界條件，當(dāng)x= 時(shí)(終鉗住點(diǎn))，P=0,代入上式可得：(c).壓力分布方程(c).壓力分布方程c.壓力分布方程的討論 （11）式的物理意義、始終鉗住點(diǎn)位置比較終鉗住點(diǎn) x；始鉗住點(diǎn) x-x0 -x0 - ，始終鉗住點(diǎn)不對(duì)稱。(a) 當(dāng)x=+時(shí), dP/dx=0, P=Pmin 將x=+代入 g函數(shù)(11)得: g(x, ) = g(-, ) =- C = - 53P=0、鉗住區(qū)幾個(gè)特殊點(diǎn)的壓力及壓力分布曲線(b)、當(dāng)x=-時(shí), dp/dx = 0, P = Pmax 將x= -代入 g函數(shù)（11)得: g(x, ) = g(-, ) = C = 5310

8、3、鉗住區(qū)幾個(gè)特殊點(diǎn)的壓力及壓力分布曲線(c)、當(dāng)x=0時(shí), P = 0.5 Pmax 將x=0代入 g的函數(shù)后得: c.壓力分布方程的討論代入：(d) 當(dāng)x=-x0時(shí), (始鉗入點(diǎn)) P=0 g函數(shù)為: g(x, )=g(-x0 , )=-C= -53c.壓力分布方程的討論(e)、壓力分布曲線壓力的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論與實(shí)驗(yàn)的壓力分布對(duì)比壓力與x,的關(guān)系 P與x, 的關(guān)系，P稱為相對(duì)壓力粘性流體的軸向壓力分布軸向各橫截面的壓力分布（3）橫壓力橫壓力F指輥筒上各點(diǎn)壓力之總和，P從加料處（x0)到出料處（ ）的積分：式中：L 輥筒長(zhǎng)度式中：q()定義為：f()和q()圖表（5）速度分布方程為：- - -

9、 - (7) （4）速度分布方程（4）速度分布方程 綜合式（5）、（7）和（10)，將x換為x,經(jīng)整理得到無量綱的速度分布方程：（13）、速度分布的討論a、速度Vx是V、x、E和的函數(shù)b、當(dāng)x= 時(shí)，Vx=V, 沿y方向速度不變。物料速度等于輥筒表面線速度。c、當(dāng)- x 時(shí), 壓力梯度為負(fù)，速度分布為凸?fàn)钋€，卽，除了與輥筒表面接觸的物料vx=V外，其它各點(diǎn)速度均大于輥筒線速度，即，出現(xiàn)所謂的“超前現(xiàn)象”。、速度分布的討論d、當(dāng)x 時(shí), 壓力梯度為正，速度分布為凹狀曲線，即：除了與輥筒表面接觸的物料Vx=V外，其它各點(diǎn)速度均小于輥筒線速度，出現(xiàn)所謂的“滯后現(xiàn)象”。、速度分布的討論在x 區(qū)域內(nèi),

10、 隨x漸減，最終會(huì)出現(xiàn)這樣一點(diǎn)，即在中平面（y=0，即E=0) Vx=0，該點(diǎn)稱為 “滯留點(diǎn)”。此時(shí)的x記為x*。將Vx=0，xx* ，E=0代入（13）得： 23 2 x* 0, x* =、速度分布的討論e. 在x -x*時(shí), 物料速度出現(xiàn)兩個(gè)相反的方向，即在中平面附近，vx為負(fù)，靠近輥筒表面處， vx為正。因而在此區(qū)域內(nèi)，存在局部環(huán)流，對(duì)物料的混合有重要作用。、速度分布的討論XY（5）剪切速率方程 將速度分布式（13）對(duì)y求導(dǎo)，即得流體在輥筒間隙流道中的剪切速率方程：整理后輥筒表面最大和最小剪切速率 剪切速率公式對(duì)x求導(dǎo)，取一階導(dǎo)數(shù)為0的點(diǎn)，可得剪切速率的最大、最小值： 當(dāng)x=0時(shí)，剪切速

11、率最??； 當(dāng)x= 時(shí)，剪切速率最大。輥筒表面最大和最小剪切應(yīng)力由上式可得輥筒表面的最大和最小剪切應(yīng)力：剪切速率沿y軸方向的分布剪切速率分布輥筒表面的剪切速率沿x軸方向的分布輥間流線輥間溫度分布實(shí)測(cè)(6)、驅(qū)動(dòng)功率兩輥之間的驅(qū)動(dòng)功率：積分得：式中：f()f()是的函數(shù)，因?yàn)閤0本身是的函數(shù)。非牛頓流體的壓延理論-（自學(xué)）粘度與剪切速率的關(guān)系三、物料在壓延中的粘度效應(yīng)彈性形變的發(fā)展和回復(fù)四、物料在壓延中的彈性和壓延效應(yīng)壓延效應(yīng) 壓延制品縱橫向物理力學(xué)性能差異的現(xiàn)象叫做壓延效應(yīng)。原因：高分子取向填料粒子（針狀、片狀）1. 輥筒的彈性彎曲變形五、壓延制品的質(zhì)量控制2、采取的補(bǔ)償措施a.中高度補(bǔ)償法b.

12、軸交叉法c.預(yù)應(yīng)力法3、工藝因素對(duì)制品質(zhì)量的影響a 輥筒表面溫度 物料溫度與輥溫要匹配； 沿輥筒軸線溫度要均勻，常出現(xiàn)中高兩低，導(dǎo)致輥筒膨脹不均勻，造成產(chǎn)品兩端厚的現(xiàn)象。 高溫-高速，低溫-低速。b 壓延速度的影響速度波動(dòng)，片材的膨脹量不穩(wěn)定，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。c. 輥筒速比 保持一定的速比，促進(jìn)壓延膠料的流動(dòng)變形。一般在之間。片材出片兩輥的速比小，紡織物覆膠時(shí)，出片兩輥速比為1.d. 輥距和輥隙存膠量 出片兩輥的輥距與片材厚度相近，或略小，其它各道輥距均比它大；輥隙間要有適量存料，以達(dá)到壓延片材供料均勻且產(chǎn)品致密的目的。d. 冷卻定型因素的影響（a）冷卻溫度設(shè)置 逐漸冷卻，要冷透。（b）冷卻輥道的結(jié)構(gòu) 冷卻水進(jìn)口溫度低，出口溫度高，輥筒沿軸向溫度不均勻，導(dǎo)致一邊薄一邊厚，采取噴淋冷卻方式較適宜。 （c）冷卻輥速度 略高于出片輥的速度。六、壓延成型的進(jìn)展1、壓延機(jī)向大型化、高速化、精密化、自動(dòng)化方向發(fā)展 大型化：600 1000 x3300 1200 x2740 高速化：80100m/min，300m/min 精密化：精度可達(dá)2、冷卻裝置改進(jìn) 輥筒尺寸多樣化，數(shù)目增多。3、異徑輥筒壓延機(jī) 鉗住區(qū)面積小，橫壓力小 小輥筒撓度小4、壓延牽伸生產(chǎn)寬幅的片材思考題分析壓延的速度分布、剪切速率分布和壓力分布。解釋“滯后現(xiàn)