壓延成型

歐洲在十八世紀有用兩個輥筒的軋光機把織物軋去毛頭和上光的設(shè)備。當(dāng)時這種機器很簡單，連軸承也沒有。 到了十九世紀，壓延法開始被用來加工紙張和金屬薄片。之后，隨著橡膠工業(yè)的發(fā)展，美國和德國開始使用冷硬鑄鐵的壓延輥筒加工橡膠。最初使用的是兩個輥筒的煉膠機，后來發(fā)展了三個輥筒的壓延機。到1836年，美國人E.M.查非在三輥機的基礎(chǔ)上設(shè)計出第一臺四輥壓延機。 二十世紀三十年代，由于聚氯乙烯大量投產(chǎn)，美國和德國都曾試用加工橡膠的壓延機來壓延聚氯乙烯，但是鑒于這些機器受到原來設(shè)計的限制，在某些方面還不能完全符合塑料的加工要求，所以后來設(shè)計了專門壓延塑料的壓延機。 1930年，德國人開始把紙板工業(yè)上應(yīng)用的彌補輥筒彎曲變形的輥筒軸交叉法應(yīng)用到塑料壓延機上來。1943年，雖然壓延輥筒和軸交叉的調(diào)節(jié)還處于手工操縱，但是德國人已經(jīng)開始考慮壓延機用直流電機和單獨的齒輪箱傳動了。 為了避免相鄰壓延輥筒的橫壓力對薄膜厚度引起不良影響，原來直式的壓延機逐漸改為L型和倒L型。1950年以后，美國和西德先后設(shè)計了Z型和斜Z型四輥壓延機。 近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的塑料壓延機經(jīng)過不斷的改進，呈現(xiàn)出新的特點，朝著大型化、高速化、精密化、高自動化、機構(gòu)多樣化發(fā)展。

目前壓延成型均以PVC制品為主，主要有軟質(zhì)PVC薄膜和硬質(zhì)PVC片材兩種。此處以PVC薄膜生產(chǎn)為例來敘述一個完整的壓延成型過程。 PVC薄膜的壓延成型工藝是以PVC樹脂為主要原料，按薄膜制品的用途不同要求，把其他輔料（增塑劑、穩(wěn)定劑、填加料及其他輔料）按配方的不同比例，經(jīng)計量混合，加入到PVC樹脂中。由高速混合機攪拌混合均勻，再經(jīng)過密煉機、擠出機或開煉機混煉、預(yù)塑化，輸送到壓延機上壓延成型。然后，通過冷卻輥筒的降溫定型生產(chǎn)過程。

壓延成型配方原料的選擇

產(chǎn)品配方設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點： 配方設(shè)計前，要了解制品的應(yīng)用條件，分清制品質(zhì)量要求條目中的主次項目。 擬選用的原料要注意到各原料間的相互影響和工藝操作的可行性。 注意配方中用料對工藝操作條件要求是否苛刻，那些對工藝溫度變化敏感、不易與其他原料混合、容易分解的原料應(yīng)盡量少用或不用。 設(shè)計的配方要經(jīng)過幾次反復(fù)試驗，應(yīng)用實踐考核，修改完善之后確定一個比較理想的配方。

壓延成型混合和塑煉

混合和塑煉的主要目的是保證物料分散均勻和塑化均勻。如果分散不均勻，會使樹脂各部分增塑作用不等，使薄膜產(chǎn)生魚眼、冷疤、柔韌性降低等缺陷；若塑化不均，則薄膜會產(chǎn)生斑痕、透明度差等缺陷。 配料混合體系不僅要按配方配制成干混料，并且應(yīng)根據(jù)各原料性質(zhì)按一定順序投料。初混合可選用捏合機、高速混合機等，必要時進行加熱或在夾套中通冷卻水進行冷卻。 塑煉過程中的溫度不能過高也不宜太低。溫度太高，時間過長，增塑劑會散失，樹脂也將被降解。若溫度太低，會出現(xiàn)不粘輥和塑化不均勻等現(xiàn)象，也會降低薄膜的力學(xué)性能。一般軟質(zhì)PVC薄膜塑煉適宜溫度在165~170℃之間。 近年來，隨著混煉擠出機生產(chǎn)技術(shù)的不斷進步，連續(xù)向壓延供料的方式正在取代間歇的喂料操作。

壓延成型壓延

塑化后的物料利用皮帶輸送，經(jīng)金屬探測儀檢測后，供料給壓延機輥筒。壓延工藝條件包括輥溫、輥速、速比、存料量、輥距等是影響壓延制品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，它們既互相聯(lián)系又互相制約。

壓延成型輥溫

輥筒具有足夠的熱量是使物料熔融塑化、延展的必要條件。物料壓延過程中所需的熱量來自于內(nèi)熱和外熱。內(nèi)熱即在壓延過程中輥筒轉(zhuǎn)動時，由于剪切作用而產(chǎn)生的大量摩擦熱。外熱指通過介質(zhì)或電對輥筒表面進行加熱，使輥筒具有一定的溫度。物料所需要的熱量是一定的，內(nèi)熱外熱要均衡，因此輥速和輥溫的控制要互相關(guān)聯(lián)。 輥溫控制主要根據(jù)配方中樹脂以及助劑的因素來確定，例如配方中樹脂熔融溫度低、熔融粘度低、增塑劑含量高，則壓延時輥筒溫度可選低些。 內(nèi)熱主要受輥筒速度影響。輥速越快，剪切摩擦熱越高，內(nèi)熱越大，這樣需要的外熱相對較小，因此輥溫可適當(dāng)降低。但是單純提高輥速，必然引起物料壓延時間縮短和輥筒分離力增加，使產(chǎn)品偏厚以及存料量和產(chǎn)品橫向厚度分布發(fā)生變化；若降低輥速，壓延時間延長、分離力減少，產(chǎn)品會先變薄，熱后由于摩擦熱減少，出現(xiàn)表面粗糙、不透明甚至孔洞等缺陷。 壓延時，為了使物料能夠依次貼合輥筒，避免夾入空氣而使薄膜不帶孔泡，各輥筒溫度一般是依次增高的，各輥筒溫差在5~10℃范圍內(nèi)。 另外，壓延機輥筒表面溫度還應(yīng)該盡量一致，這樣才能夠使制品的橫向厚度均勻。

壓延成型輥速和速比

輥速是決定壓延生產(chǎn)速度的關(guān)鍵因素。輥速快，則生產(chǎn)效率高，同時，制品收縮率也大。輥速應(yīng)視壓延物料的流動特性和制品的厚度等因素決定。壓延機相鄰兩輥筒線速度之比稱為輥筒的速比。調(diào)整壓延機輥筒的速度，使各個輥筒具有一定的速比，主要原因一是使壓延物依次貼輥，二是提高物料的塑化程度。 壓延機的輥筒速比控制應(yīng)適中。速比過大會出現(xiàn)包輥現(xiàn)象，薄膜厚度會不均勻，有時還會產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。速比過小，薄膜會不吸輥，導(dǎo)致有氣泡夾入，影響制品質(zhì)量。

壓延成型輥距和輥隙間的存料

輥距是相鄰兩輥表面間的最小距離。壓延時各輥筒間距的調(diào)節(jié)既是為了適應(yīng)不同厚度制品的要求，也是為了改變各道輥隙間的存料量。 輥隙間存料量對產(chǎn)品質(zhì)量的影響也很大。輥隙間存料量過多，物料在壓延前停留時間過長，溫度降低，再進入輥間壓延時就會造成薄膜表面粗糙，內(nèi)部有氣泡。存料量過少，壓延物料供不應(yīng)求時，會因擠壓力不足使薄膜表面出現(xiàn)皺皮現(xiàn)象。

壓延成型壓延效應(yīng)

由于在壓延機上壓延物的縱向上受有很大的剪切應(yīng)力和速比造成的拉伸應(yīng)力，壓延物也因此產(chǎn)生沿其縱向的分子取向，以致薄膜在物理學(xué)性能上出現(xiàn)各向異性，這種現(xiàn)象在壓延成型中稱為壓延效應(yīng)或定向效應(yīng)。壓延效應(yīng)的大小受到壓延溫度、輥筒轉(zhuǎn)速與速比、輥隙間存料量、制品厚度以及物料性質(zhì)等因素的影響。 壓延效應(yīng)使得壓延產(chǎn)品產(chǎn)生各向異性。平行于壓延方向的拉伸強度和斷裂伸長率提高，而垂直于壓延方向上的拉伸強度和斷裂伸長率降低。在自由狀態(tài)加熱時，由于解取相作用，薄膜縱向出現(xiàn)收縮，橫向與厚度則出現(xiàn)膨脹。所以壓延制品越薄，其質(zhì)量就越難以保證。這也是為何薄膜厚度小于0.05mm時很少采用壓延法生產(chǎn)，而采用擠出吹膜生產(chǎn)。

壓延成型引離、冷卻、卷取

從四輥壓延機的第三和第四輥之間引離出來的壓延薄膜，經(jīng)過引離輥、軋花輥、冷卻輥和卷取輥之后成為制品。 引離輥的速度通常比壓延機主輥轉(zhuǎn)速快25%~35%，另外，為了避免制品在引離時發(fā)生冷拉伸，防止增塑劑等易揮發(fā)物凝結(jié)在引離輥表面影響產(chǎn)品質(zhì)量，需將引離輥加熱。冷卻定型裝置采用一系列的冷卻輥筒，一般為4~8只。冷卻的目的是使制品溫度下降，以便后面的卷取。卷取過程要嚴格控制卷取速度，使其始終與壓延速度相適應(yīng)。為了保證壓延順利進行，一般控制的輥速為：卷取速度≧冷卻速度﹥引離速度﹥第三輥筒速度。 2100433B

壓延成型，是指生產(chǎn)高分子材料薄膜和片材的主要方法，它是將接近粘流溫度的物料通過一系列相向旋轉(zhuǎn)著的平行輥筒的間隙，使其受到擠壓和延展作用，成為具有一定厚度和寬度的薄片狀制品。

將熔融塑化的熱塑性塑料通過兩個以上的平行異向旋轉(zhuǎn)輥筒間隙，使熔體受到輥筒擠壓延展、拉伸而成為具有一定規(guī)格尺寸和符合質(zhì)量要求的連續(xù)片狀制品，最后經(jīng)自然冷卻成型的方法。

在壓延成型過程中，借助于輥筒間生產(chǎn)的剪切力，讓物料多次受到擠壓、剪切以增大可塑性，在進一步塑化的基礎(chǔ)上延展成為薄型制品。輥筒對塑料的擠壓和剪切作用改變了物料的宏觀結(jié)構(gòu)和分子的形態(tài)，在溫度配合下使塑料塑化和延展。輥軸的結(jié)果使料層變薄，而延展后使料層的寬度和長度均增加。 壓延過程中，在滾筒對物料擠壓和剪切的同時，輥筒也受到來自物料的反作用力，這種力圖使兩輥分開的力稱分離力。通?？蓪⑤佂苍O(shè)計和加工成略帶腰鼓形，或調(diào)整兩輥筒的軸，使其交叉一定角度（軸交叉）或加預(yù)應(yīng)力，就能在一定程度上克服或減輕分離力的有害作用，提高壓延制品厚度的均勻性。 在壓延過程中，熱塑性塑料由于受到很大的剪切應(yīng)力作用，因此大分子會沿著薄膜前進方向發(fā)生定向作用，使生成的薄膜在物理機械性能上出現(xiàn)各向異性，這種現(xiàn)象稱為壓延效應(yīng)。壓延效應(yīng)的大小，受壓延溫度、轉(zhuǎn)速、供料厚度和物理性能等的影響，升溫或增加壓延時間，均可減輕壓延效應(yīng)。