第十一章 压延成型

塑料工艺第十一章压延成型Calendering内容简介：压延成型是生产塑料薄膜和片材的主要方法。它是将已经塑化好的接近粘流温度的热塑性塑料通过一系列相向旋转着的水平辊简间隙，使物料承受挤压和延展作用，而使其成为规定尺寸的连续片状制品的成型方法。本章重点：11.4压延工艺塑料工艺压延成型是生产塑料薄膜和片材的主要方法。它是将已经塑化好的接近粘流温度的热塑性塑料通过一系列相向旋转着的水平辊简间隙，使物料承受挤压和延展作用，而使其成为规定尺寸的连续片状制品的成型方法。用作压延成型的塑料大多数是热塑性非晶态塑料，其中以聚氯乙烯用得最多，另外还有聚乙烯、ABS、聚乙烯醇、醋酸乙烯和丁二烯的共聚物等塑料。压延是一种制造大体积和高质量产品的特殊的生产过程，主要用于生产PVC膜和片材。薄膜厚度一般为0.25mm以下，而片材的则为0.25～2mm之间的软质平面材料和厚度在0.5mm以下的硬质平面材料。压延制品广泛地用作农业薄膜、工业包装薄膜、室内装饰品、地板、录音唱片基材以及热成型片材等。薄膜与片材之间的区分主要在于厚度，大抵以0.25毫米为分界线，薄者为薄膜，厚者为片材。11.1概述塑料工艺聚氯乙烯薄膜与片材又有硬质、半硬质与软质之分，由所含增塑剂量而定。含增塑剂0-5份为硬制品，25份以上者则为软制品。压延成型适用于生产厚度在0.05-0.5毫米范围内的软质聚氯乙烯薄膜和片材，以及0.3-0.7毫米范围内的硬质聚氯乙烯片材。制品厚度大于或低于这个范围内的制品一般均不采用压延成型，而是用挤出成型法来生产。聚氯乙烯压延薄膜主要用于工业包装、人造革表面贴膜等。压延膜厚度范围为0.3到1mm，经拉伸后可降到0.05mm。压延产品除薄膜外，还有人造革和其他涂层制品。薄膜与片材之间主要的区别在于厚度，但与其柔软性也有关。改性聚乙烯、聚丙烯、ABS树脂及其他热塑性塑料也可压延成型，但存在价格和质量的折衷问题。11.1概述塑料工艺压延成型在塑料成型中占有相当重要的地位，它的特点是加工能力大、生产速度快、产品质量好、能连续化地生产。一台φ700×1800毫米的四辊压延机的年加工能力可达5000吨到l0000吨。压延产品厚薄度均匀，厚度公差可控制在10％以内，而且表面平整。若与轧花或印刷配套还可直接得到具有各种花纹图案的制品。此外，压延机生产的自动化程度高，先进的压延成型联动装置只需1、2人操作。压延成型的主要缺点是设备庞大、投资高、维修复杂、制品宽度受到压延辊简长度的限制等。另外生产流水线长、工序多。所以在生产连续片材方面不如挤出机成型技术发展快。11.1概述塑料工艺11.2压延设备压延工艺过程压延成型分为前后两个阶段：前段为压延前的备料阶段，后段包括压延、牵引、轧花、冷却、卷取、切割等。以PVC为例其工艺过程为：配料混合塑化片状供料压延引离挤出机密炼机开炼机双辊机挤出机轧花冷却卷取切割制品前阶段后阶段塑料工艺压延工艺过程塑料工艺压延工艺过程塑料工艺11.2.1压延机分类压延机通常以辊筒的数目及排列的方式分类。根据辊调数目的不同，压延机有双辊、三辊、四辊、五辊甚至六辊压延机。双辊压延机通常称为开放式炼塑机，简称开炼机，主要用于原料的塑炼和压片。压延成型通常以三辊．四辊压延机为主。（压延设备分类动画）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，辊简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30米／分，而四辊压延机能达到它的2-8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。塑料工艺11.2.1压延机分类塑料工艺3.辊筒的排列方式辊简的排列方式很多，通常三辊压延机的排列方式有I型、三角型等几种。四辊压延机则有I型、倒L型（F型）、正L型、T型、斜z型(S型)等。其排列的原则是避免各辊筒间的相互干扰，同时还应操作方便，自动供料。F型、斜Z型物料包住辊筒面积小，表面光洁度较I型、L型差，易掉入杂物。（压延设备辊筒排列动画）11.2.1压延机的分类塑料工艺排列辊筒的主要原则是尽量避免各个辊简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。往往是顾此失被。例如目前应用比较普通的斜z型，它与L型相比时有如下优点：①各辊筒互相独立．受力时互相不干扰，这种传动乎稳，操作稳定，制品厚度容易调整和控制。②物料与辊简的接触时间短，受热少；③各辊简折卸方便，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IJ型，①物料包住辊简面积小，因此产品表面光洁性受到影响；②容易掉入杂质。11.2.1压延机的分类塑料工艺11.2.1压延机的分类用倒L型压延机生产透明的膜片要比用斜Z型质量好，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)，因而辊筒挠度小，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，钻孔辊简、辊简预应力装置，以及轴交叉装置等办法而得到解决。此外，对斜Z型压延机来讲，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。塑料工艺11.2.2压延机的构造压延机的结构示意图如图所示。一套压延机机组主要由机座、机架、主轴承、辊筒、辊距调节装置、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、加热和冷却系统等组成。1-机座；2-传动装置；3-辊筒4-辊矩调节装置；5-轴交叉调节装置；6-机架塑料工艺11.2.3压延机的辊筒辊筒的要求：强度和刚度；长径比2-3；加热。用途辊筒长度/mm辊筒直径/mm辊筒长径比制品最大宽度/mm软质塑料制品1200125015001700180020002100250027004505005506507007508009158002.672.52.752.622.582.672.632.733.3795010001250140014501700180022002300硬质制品800100012001800400500550700222.182.5860080010001450塑料工艺11.2.4辅机1.引离辊：从压延辊筒上均匀而无皱折地剥离已成型的薄膜，同时对制品进行一定的拉伸。2.轧花装置：3.冷却装置4.橡皮运输带5.卷取装置6.金属检测器塑料工艺11.3压延过程中的流动分析（自学）压延过程中，借助了辊筒间产生的剪切力，使物料多次受到挤压、剪切，在逐步塑化的基础上延展成薄型制品。在压延过程中受热熔化的物料由于与辊筒的摩擦和物料内部的剪切摩擦会产生大量的热，局部过热会使塑料发生分解，因而要注意辊简的温度，辊筒的速度比等，以便很好地控制辊温。塑料工艺11.4.1压延工艺流程1.软质聚氯乙烯薄膜的工艺流程：首先按规定配方，将材脂和助剂加入高速混合机(或管道式捏合机)中充分混合，混合好的物料送入到密炼机中去预塑化，然后输送到挤出机(或炼塑机)经反复塑炼塑化，塑化好的物料经过金属检测仪，即可送入压延机中压延成型。压延成型中的料坯，经过连续压延后得到进一步塑炼并压延成一定厚度的薄膜，然后经引离辊引出，再经轧花、冷却、测厚、卷取得到制品。（PVC工艺动画）塑料工艺11.4.1压延工艺流程塑料工艺2.硬聚氯乙烯压延片材生产工艺流程主要由高速混合机、密炼机、炼塑机、压延机等组成。•１－辅料混合吸附器２－旋风分离器３－储罐４－风机５－布袋过滤器６－风机７－文氏管８－螺旋加料器９－储仓10－高速混合机11－密炼机12－炼塑机13－压延机14－冷却装置15－光电器16－切割装置17－片材。塑料工艺2.贴合定义：是利用压延机将两层以上的同种胶片或异种胶片贴在一起，结合成厚度较大的一个整体胶片的压延作业。动画一动画二塑料工艺11.4.2影响压延制品质量的因素影响压延制品质员的因素很多，一般说来，可以归纳为四个方面。即：压延机的操作因素原材料因素设备因素辅助过程中的各种因素所有这些因素对各种塑料的影响都是相同的，但以压延软聚氯乙烯制品最为复杂。下面以此为例来说明各种因素的影响。塑料工艺11.4.2影响压延制品质量的因素1.压延机的操作因素（1）辊温与辊速物料在压延成型时所需的热量，一部分是辊筒提供的，另一部分来自物料与辊简间的摩擦以及物料本身的剪切作用产生的热量。产生摩擦热的大小除与辊速有关外，还与物料的增塑程度有关，也即与其粘度有关。因此，不同的物料，在相同的辊速条件下，其温度控制就不同，同样，相同配方不同的转速时，其控制温度也不同。例:0.1mm厚农膜，线速度由40m/min60m/min后出现包辊。原因：剪切热料温解决方法：降低料温或降低辊速。相反不透明、有气泡、表面粗糙、横向厚度不均匀、产生孔洞。压延时，物料常粘于高温或高速辊简上，为了使物料能依次贴于辊筒上，避免空气夹入，各辊简的温度一般是依次递增的，但三、四辊温度较接近，这样便于薄膜从三辊上引离下来。各辊的温度差为5—10℃。塑料工艺11.4.2影响压延制品质量的因素（２）辗筒的速比压延机相邻两辊筒线速度之比称为辊筒的速比。使压延机具有速比的目的，不仅使压延物依次贴于辊筒，而且还在于使塑料能更好地塑化，因为这样能使物料受到更多的剪切作用。此外，还可以位压延物取得一定的拉伸与取向，从而使所制薄膜厚度减小和质量提高。为了达到拉伸与取向的目的，辅机与压延机辊筒速度也有相应的速比。这就使引离辊．冷却辊、卷取辊的线速度依次增加，并都大于压延机主辊筒(一般四辊压延机以三辊为准)的线速度。但速比不能太大，否则薄膜厚度将会不均匀，有时还使薄膜产生过大的内应力。薄膜冷却后要尽量避免拉伸。调节速比的要求是既不能使物料包辊，又不能不吸辊。速比过大会发生包辊现象，反之则会出现不吸辊现象，以致空气带入使产品出现气泡，如果对硬片来说，则会产生“脱壳”现象，塑化不良，造成质量下降。塑料工艺11.4.2影响压延制品质量的因素（3）辊距与存料量调节辊距的目的是为了适应不同厚度制品的要求，也是为了改变存料量。压延机的辊距，除最后一道与产品厚度大致相等之外，其它各道都比这个数值要大，而且按压延机辊筒的排列次序自下而上逐渐增加。辊筒间隙中有少量存料，辊隙存料在压延成型中起储备．补充和进一步塑他的作用。存料的多少与存料旋转的状态宜接影响产品质量。存料过多，薄膜表面出现毛糙和云纹，并容易产生气泡。在硬片生产中还会出现冷疤。此外，存料过多对设备也不利，因为增加了辊筒的负荷。若存料过少，则因压力不足造成薄膜表面毛糙。如在硬片中会出现变形孔洞。存料过少通常容易引起边料的断裂，以致不易牵致压延机再用。存料旋转也不佳，会使产品横向厚度不均匀，薄膜有气泡，硬片有冷疤。存料旋转不好的原因在于料温太低，辊筒温度也低或辊距调节不当，所以综上所述可知辊隙存料是压延操作中需要经常观察和调节的。塑料工艺11.4.2影响压延制品质量的因素（4）剪切和拉伸压延时压延物的纵向会受很大的剪切应力和一些拉伸应力，所以高聚物分子会顺着薄膜前进方向发生分子定向，以致薄膜在物理机械性能上出现各向异性。这就是在压延成型中的定向效应。定向效应的程度随滚筒线速度、滚筒之间的速比、辊隙存料量以及物料表观黏度等因素的增长而增长，随辊筒温度和辊距以及压延时间的增加而下降。塑料工艺11.4.2影响压延制品质量的因素2.原材料因素（1）树脂一般说来，使用分子量较高和分子量分布较窄的树脂较好，可以得到物理力学性能好的，热稳定性高和表面均匀性好的制品，但会增加压延温度和对设备负荷，对生产较薄的膜更为不利，所以在设计配方时要进行多方面考虑，选用适用的树脂。近几年来为了提高产品的质量，用于压延成型的树脂有了很大的发展，用本体聚合的树脂产品透明度好，吸收增塑剂效果也好。此外通过树脂与其它材料的掺合改性和单体接枝成段共聚，