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1、高分子材料加工工艺第九章压延成型教学目的：掌握压延成型的定义，主要成型对象及在各领域中的应用；压延成型 的工序及各设备；压延机的组成及结构；压延成型的原理；压延成型的工艺及操 作工艺；影响压延制品性能的因素；橡胶制品的压延工艺。重点内容：压延成型的原理、压延成型的工艺及影响压延制品性能的因素。难点内容：压延成型的原理。熟悉内容：压延成型工艺的适用范围及应用领域；压延成型工艺的设备。主要英文词汇：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embosse
2、d 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，2005年 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，2000年。压延成型是生产高分子材料薄膜和片材的主要方法，它是将接近粘流温度的 物料通过一系列相向旋转着的平行辊筒的间隙，使其受到挤压和延展作用，成为 具有一定厚度和宽度的薄片状制品。压延成型与前面的模压成型、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的成型加工中。橡胶的压延是橡胶制 品生产的基本工艺过程之一
3、，是制成胶片或与骨架材料制成胶布半成品的工艺过 程，它包括压片、压型、贴胶和擦胶等作业。塑料的压延成型主要适用于热塑性塑料，其中以非晶型的聚氯乙烯及其共聚 物最多，其次是ABS，乙烯-醋酸乙烯共聚物以及改性聚苯乙烯等塑料，近年来 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，还有人造革和其他涂层制品。塑料压延成 型一般适用于生产厚度为0.05 0.5mm的软质PVC薄膜和厚度为0.3 1.00mm 的硬质PVC片材。当制品厚度小于或大于这个范围时，一般不用压延成型，而采 用吹塑或挤出等其他方法。压延软质塑料薄膜时，如果以布、纸或玻璃布作为增强材料，将其随同塑料 通过压延机的
4、最后一对辊简，把粘流态的塑料薄膜紧覆在增强材料之上，所得的 制品即为人造革或涂层布（纸），这种方法通称为压延涂层法。根据同样的原理， 压延法也可用于塑料与其他材料（如铝箔、涤纶或尼龙薄膜等）贴合制造复合薄 膜。压延薄膜制品主要用于农业、工业包装、室内装饰以及各种生活用品等，压 延片材制品常用作地板、软硬唱片基材、传送带以及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。压延成型具有生产能力大、可自动化连续生产、产品质量好的特点。但压延 成型的设备庞大，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的限制。第一节压延设备压延制品的生产是多工序
5、作业，其生产流程包括供料阶段和压延阶段，是一 个从原料混合、塑化、供料，到压延的完整连续生产线。供料阶段所需的设备包 括混合机、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的关键设备。压延机主要由几个平行排列的辊筒组成。压延机的类型很多，通常是根据辊 筒的数目和排列形式进行分类。1、辐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，通常用于塑炼和压片，即开放式炼胶机或辊压机。目前以三辊和四辊压延机用得最为普遍，一般橡胶用三辊压延机较多，而塑 料压延较多用四辊压延机。压延机随着辊
6、简的数目的增加物料受压延的次数也就增加，因而可生产更薄 的制品，而且厚度更均匀，表面更光滑，产品质量提高；因此四辊压延机目前正 逐步取代三辊压延机。五辊和六辊压延机的压延效果当然更好，但是设备太复杂庞大，目前较少使 用，只有五辊压延机用在硬质PVC片材的生产上。2、排列形式辊筒的排列形式很多，通常三辊压延机的排列形式有I型、三角型等几种， 四辊压延机则有I型、L型、倒L型、Z型和斜Z型等。辊筒排列形式的不同将 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。一般的原则是尽量避 免备辊筒在受力时产生的形变彼此发生干扰，应充分考虑操作的方便和自动供料 的需要等。因此目前以倒L型和斜Z型应用最广
7、。压延机相建的排列方式1禺二魂说）二绍堰三辗 3 1电四辗I.型泗精倒L型叫辗） 21四坐（如新环四辗3）乓L型五椎辊筒按斜Z型排列的压延机，物料与辊筒的接触时间短，可防止塑料过热分 解或橡胶焦烧；各辊筒互相独立，受力时互不干扰，传动平稳，操作稳定，四个 辊筒之间的距离调节容易，检修也方便；供料方便，控制生产、观察检验也方便； 而且特别适合织物贴合。但是由于物料的包辊程度低，产品的表面光洁度较低， 所以此类压延机目前广泛应用于加工双层辊压贴合或层合的橡胶薄片制品，加轮 胎帘布或橡胶帘子线等。倒L型压延机生产薄而透明的薄膜显示出优于斜Z型的功能，这是因为生产 时中辊筒受力不大，辊筒挠度小，只要补
8、偿第四辊的挠度就可压延出厚度均匀的 制品，而且物料的包辊程度高，制品表而光洁度高。因而近年来倒L型压延机已 成为生产刚薄膜的主要设备。二、压延机的基本结构各类压延机虽然其辊筒数目和排列方式不同，但其基本结构大致相同。压延 机主要由压延辊筒及其加热冷却装置、制品厚度调整机构、传动设备及其他辅助 装置等组成。压延机的构造1 一帆座2拧动装置1艇防4距调节转置5-轴委义调七装健I机架1、辐筒辊筒是压延成型的主要部件，其与物料直接接触并对它施压和加热，制品的 质量在很大程度上受辊筒的控制。压延机铜简的结构和开炼机铜筒的结构大致相同，但由于压延机的辊筒是压 延制品的成型面，而且压延的均是薄制品，因此对压
9、延辊简有一定的要求：1）辊简必须具有足够的刚度与强度，以确保在对物料的挤压作用时，辊筒的 弯曲变形不超过许用值。2）辊筒表面应有足够的硬度，同时应有较好的耐磨性和耐腐蚀性。3）辊筒的工作表而应有较高的加工精度，以保证尺寸的精确和表面粗糙度压 延制品的质量。4）辊筒材料应具有良好的导热性。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，空心式辊简的简壁较厚，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，从而导致压延制品厚薄不均匀，所以这种辊筒目前较少 采用。钻孔式辊筒在表面附近沿四周分布钻有直径为30mm左右的通孔数十个， 这些孔与中心孔道相通，载
10、热体流道与表面较为接近，其传热面积大，传热分布 均匀，因此辊筒的温度控制较准确和稳定，辊简表面的温度均匀，可有效地提高 制品的精度。但这种辊筒加工难度大，制造费用高。目前大型高速压延机还是较 多采用这种压延辊简。每个辊简都通过一对滑动轴承支撑在机架上。压延槌筒的结构(必塑心式程筒(bj帖孔式堰筒2、制品厚度调整机构制品的厚度首先由辊距来调节。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)的轴承位置，是固定不变的，其余辊简的 轴承都可通过辊距调节装置进行调节，在机架上特设的导轨中作前后移动，以便 调整辊间距，对制品的厚度进行控制。物料在辊简的间隙受压延时，对辊筒有横向
11、压力，这种企图将辊筒分开的作 用一力称为分离力，将使两端支撑在轴承上的辊简产生弹性弯曲，这样就有可能 造成压延制品的厚度不均，其横向断面呈现中间部分厚两端部分薄的现象。(1) 中高度法，亦称凹凸系数法，即把辊筒的工作表面加工成中部直径大， 两端直径小的腰鼓型，沿辊筒的长度方向有一定的孤度。中高度凸缘辗筒(2) 轴交叉法。如果将压延机相邻的两个平行辊筒中的一个辊筒绕其轴线的 中点的连线旋转一个微小角度，使两轴线成交叉状态，在两个辊筒之间的中心间 隙不变的情况下将增大两端的间隙。貌筒轴交叉函庶图(3) 预应力法。在辊筒工作负荷作用前，在辊筒轴承的两端的轴颈上预先施 加额外的负荷，其作用方向正好与工
12、作负荷相反，使辊简产生的变形与分离力引 起的变形方向正好反，这样，在压延过程中辊筒所产生的两种变形便可以互相抵 消，从而达到补偿的目的。预.应方装置原理囹皿;程铤在二作负荷下的史世w；粗简在成成荷下时变形G：)埴简中一*负荷和笥须荷共阿作用丁前浅惟3、传动机构为了适应不同压延工艺的要求，辊筒速比应能变换，辊筒速度应在较大范围 内调节。压延机辊筒的转动一般由电动机通过齿轮联结带动，经人字齿轮减速装 置达到所要求的精确速度。为了使辊筒转动平稳，一般采用直流电动机。4、辅助装置主要包括引离辊、轧花装置、冷却装置、卷取或切割装置等，以及金属监测 器、测厚仪等，还包括压延人造革时使用的烘布辊筒、预热辊简
13、、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的强大剪切力，使粘流态物料多次受到挤 压和延展作用，成为具有一定宽度和厚度的薄层制品的过程。这一过程表而上看 只是物料造型的过程，但实质上它是物料受压和流动的过程。一、物料在压延辐筒间隙的压力分布从流体力学知道，任何流体产生流动，都有动力推动。压延时推动物料流动 的动力来自两个方面，一是物料与辊筒之间的摩擦作用产生的辊简旋转拉力，它 把物料带入辊筒间隙；二是辊筒间隙对物料的挤压力，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。由于辊缝是逐渐缩小的，因此当 物料向前行进时，其厚度越来越小，而辊简对物料的压力就越来越大。然后胶
14、料 快速地流过辊距处.随着胶料的流动，压力逐渐下降，至胶料离开辊筒时，压力 为零。压延中物料受辊筒的挤压，受到压力的区域称为钳住区，辊筒开始对物料 加压的点称为始钳住点，加压终止点为终钳住点，两辊中心（两辊筒圆心连线的 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d 物料在辍筒间隙的反力扮布物料在沔旋篱间受到挤压时的情况&蜻钳住点最大出力甄住京 c中.钳任点&离甜格立Ih延时物料曲Hi裕变形和廷衅嚏尼E 根两间物料的丹:帽史形.L）压经酎物斟Klit帅延邸二、物料在压延辊筒间隙的流速分布处于压延辗筒间隙中的物料主要受到辗筒的压力作用而产生流动，辗筒对物 料的压力是随辗缝的位置不同
15、而递变的，因而造成物料的流速也随辗缝的位置不 同而递变。即在等速旋转的两个辗筒之间的物料，其流动不是等速前进的，而是 存在一个与压力分布相应的速度分布。实际上辗筒大都是同一直径而有不同表面线速度，此时流动速度分布规律基 本一样，只是物料的流动状况和流速分布在y轴上存在一个与两辗筒表面线速度 差相对应的变化，其主要特点是改变速度梯度分布状态，如图所示。这样就增加 了剪切力和剪切变形，使物料的塑化混炼更好。在中心钳住点h0处，具有最大的速度梯度，而且物料所受到剪应力和剪切 速率与物料在辗筒上的移动速度和物料的粘度成正比，而与两辗中心线上的辗间 距h0成反比，当物料流过此处时，受到最大的剪切作用，物料被拉伸、辗延而 成薄片。但当物料一旦离开辗距h0后，由于弹性恢复的作用而使料片增厚，最 后所得的压延料片的厚度都大于辊距h。第三节压延成型工艺完整的压延成型工艺过程可以分为供料和压延两个阶段。供料阶段是压延的 备料阶段，主要包括塑料的配制、混合、塑化和向压延机传输喂料等几个工序。 压延阶段是压延成型的主要阶段，包括压延、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各种聚合物加 工步骤的整套连续生产
