壓延成型原理

在壓延成型過(guò)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(jìn)一步塑化的基礎(chǔ)上延展成為薄型制品。輥筒對(duì)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(zhǎng)度均增加。 壓延過(guò)程中，在滾筒對(duì)物料擠壓和剪切的同時(shí)，輥筒也受到來(lái)自物料的反作用力，這種力圖使兩輥分開(kāi)的力稱(chēng)分離力。通?？蓪⑤佂苍O(shè)計(jì)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(guò)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(huì)沿著薄膜前進(jìn)方向發(fā)生定向作用，使生成的薄膜在物理機(jī)械性能上出現(xiàn)各向異性，這種現(xiàn)象稱(chēng)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(shí)間，均可減輕壓延效應(yīng)。

歐洲在十八世紀(jì)有用兩個(gè)輥筒的軋光機(jī)把織物軋去毛頭和上光的設(shè)備。當(dāng)時(shí)這種機(jī)器很簡(jiǎn)單，連軸承也沒(méi)有。 到了十九世紀(jì)，壓延法開(kāi)始被用來(lái)加工紙張和金屬薄片。之后，隨著橡膠工業(yè)的發(fā)展，美國(guó)和德國(guó)開(kāi)始使用冷硬鑄鐵的壓延輥筒加工橡膠。最初使用的是兩個(gè)輥筒的煉膠機(jī)，后來(lái)發(fā)展了三個(gè)輥筒的壓延機(jī)。到1836年，美國(guó)人E.M.查非在三輥機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出第一臺(tái)四輥壓延機(jī)。 二十世紀(jì)三十年代，由于聚氯乙烯大量投產(chǎn)，美國(guó)和德國(guó)都曾試用加工橡膠的壓延機(jī)來(lái)壓延聚氯乙烯，但是鑒于這些機(jī)器受到原來(lái)設(shè)計(jì)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(lái)設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)壓延塑料的壓延機(jī)。 1930年，德國(guó)人開(kāi)始把紙板工業(yè)上應(yīng)用的彌補(bǔ)輥筒彎曲變形的輥筒軸交叉法應(yīng)用到塑料壓延機(jī)上來(lái)。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(guó)人已經(jīng)開(kāi)始考慮壓延機(jī)用直流電機(jī)和單獨(dú)的齒輪箱傳動(dòng)了。 為了避免相鄰壓延輥筒的橫壓力對(duì)薄膜厚度引起不良影響，原來(lái)直式的壓延機(jī)逐漸改為L(zhǎng)型和倒L型。1950年以后，美國(guó)和西德先后設(shè)計(jì)了Z型和斜Z型四輥壓延機(jī)。 近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的塑料壓延機(jī)經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)，呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)，朝著大型化、高速化、精密化、高自動(dòng)化、機(jī)構(gòu)多樣化發(fā)展。

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(guò)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(guò)兩個(gè)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。

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(lái)敘述一個(gè)完整的壓延成型過(guò)程。 PVC薄膜的壓延成型工藝是以PVC樹(shù)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(jì)量混合，加入到PVC樹(shù)脂中。由高速混合機(jī)攪拌混合均勻，再經(jīng)過(guò)密煉機(jī)、擠出機(jī)或開(kāi)煉機(jī)混煉、預(yù)塑化，輸送到壓延機(jī)上壓延成型。然后，通過(guò)冷卻輥筒的降溫定型生產(chǎn)過(guò)程。

壓延成型配方原料的選擇

產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 配方設(shè)計(jì)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(xiàng)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(duì)工藝操作條件要求是否苛刻，那些對(duì)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(jì)的配方要經(jīng)過(guò)幾次反復(fù)試驗(yàn)，應(yīng)用實(shí)踐考核，修改完善之后確定一個(gè)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(huì)使樹(shù)脂各部分增塑作用不等，使薄膜產(chǎn)生魚(yú)眼、冷疤、柔韌性降低等缺陷；若塑化不均，則薄膜會(huì)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(jī)、高速混合機(jī)等，必要時(shí)進(jìn)行加熱或在夾套中通冷卻水進(jìn)行冷卻。 塑煉過(guò)程中的溫度不能過(guò)高也不宜太低。溫度太高，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，增塑劑會(huì)散失，樹(shù)脂也將被降解。若溫度太低，會(huì)出現(xiàn)不粘輥和塑化不均勻等現(xiàn)象，也會(huì)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(lái)，隨著混煉擠出機(jī)生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)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(cè)儀檢測(cè)后，供料給壓延機(jī)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(guò)程中所需的熱量來(lái)自于內(nèi)熱和外熱。內(nèi)熱即在壓延過(guò)程中輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于剪切作用而產(chǎn)生的大量摩擦熱。外熱指通過(guò)介質(zhì)或電對(duì)輥筒表面進(jìn)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(shù)脂以及助劑的因素來(lái)確定，例如配方中樹(shù)脂熔融溫度低、熔融粘度低、增塑劑含量高，則壓延時(shí)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(duì)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(shí)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(shí)間延長(zhǎng)、分離力減少，產(chǎn)品會(huì)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(shí)，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(jī)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(shí)，制品收縮率也大。輥速應(yīng)視壓延物料的流動(dòng)特性和制品的厚度等因素決定。壓延機(jī)相鄰兩輥筒線(xiàn)速度之比稱(chēng)為輥筒的速比。調(diào)整壓延機(jī)輥筒的速度，使各個(gè)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(jī)的輥筒速比控制應(yīng)適中。速比過(guò)大會(huì)出現(xiàn)包輥現(xiàn)象，薄膜厚度會(huì)不均勻，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力。速比過(guò)小，薄膜會(huì)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(shí)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(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響也很大。輥隙間存料量過(guò)多，物料在壓延前停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，溫度降低，再進(jìn)入輥間壓延時(shí)就會(huì)造成薄膜表面粗糙，內(nèi)部有氣泡。存料量過(guò)少，壓延物料供不應(yīng)求時(shí)，會(huì)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(jī)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(chēng)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(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率提高，而垂直于壓延方向上的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率降低。在自由狀態(tài)加熱時(shí)，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(shí)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(jī)的第三和第四輥之間引離出來(lái)的壓延薄膜，經(jīng)過(guò)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(jī)主輥轉(zhuǎn)速快25%~35%，另外，為了避免制品在引離時(shí)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(guò)程要嚴(yán)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(jìn)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