第十一章压延成型

第十一章压延成型 主讲：林志丹

压延成型 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 压延设备 压延过程可分为前后两个阶段；①前阶段是压延前的准备阶段，主要包括所用塑料的配制、塑化和向压延机供料等：②后阶段包括压延、牵引、轧花、冷却、卷取、切割等。

一、压延机的分类 　　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。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、4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。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、正L型、T型、斜z型(S型)等。

常见压延辊简的排列形式:

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。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。

二、压延机的构造 　　压延机主要由机座、机架、主轴承、辊简、辊筒调节装置、轴交叉和预应力装置、卷取装置、金届检测装置、测厚装置、传动系统、润滑系统、加热和冷却系统等组成。

11.2 压延过程中的流动分析 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。

分离力引起的厚度不均：

解决方法： 1、中高度法

2、轴交叉法

3、预应力法

11.3 压延工艺 由于加工设备和生产情况不同，采用的压延工艺路线各有差异。目前国内压延成型以生产聚氯乙烯制品为主，故本节重点介绍聚氯乙烯压延成型。 (一)软聚氯乙烯压延薄膜生产工艺流程　　生产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。

(二)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

二、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，设备因素和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。（一）、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。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℃。

２、辗简的速比 　　压延机相邻两辊筒线速度之比称为辊简的速比。使压延机具有速比的目的，不仅使压延物依次贴于辊简，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，辅机与压延机辊简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简(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。

（三）设备因素 　　操作时，辐筒受塑料的反作用力，这种能使两辊简分开的力也称为分离力或横压力，分离力导致辊筒变形，产品出现中间厚两边薄的现象。如果用高粘度的塑料，增大辊筒的直径和宽度，提高线速度和生产簿型制品，都将导致分离力提高，产品厚度均匀性下降。解决的方法：中高度法、轴交叉法、预应力法。

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，借以使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。

（二）、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。　　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，从而得到性能更好的树脂，如在聚氯乙烯中加入丙烯酸类均聚物，可提高加工速度和生产片材厚度至0.8毫米的硬片，由于主体有较高的强度，压延时就允许有较大的牵引速度和以后热成型时可以有较大的牵伸度，而且可以在较低的温度下加工。树脂的灰分、水分和挥发物含量不能大大，次分过高，降低膜的透明度，而水分和挥发物过高则会使制品常带气泡。

２、其它组分 　　配方中对压延成型影响较大的是增塑剂和稳定剂。增塑剂含量越多，物料的粘度就越低，因此在不改变压延机负荷下，可以提高辊简转速或降低压延温度。　　采用不适当的稳定剂经常使压延辊筒(包括花辊筒)表面蒙上一层蜡状物质，致使膜面不光，生产中发生粘辊现象或在更换产品时发生困难。压延温度越高，这种现象越严重。出现蜡状物质的原因，是由于稳定剂与树脂的相容性太差，而且其分子极性基团的正电性较高，以致压延时被挤出而包在辊子表面，形成蜡状物。颜色、润滑剂及毡合剂等原料也有形成蜡状层的可能，但不如稳定剂严重。

避兔蜡状物形成的方法有: ①选用适当的稳定剂。硬脂酸钡的正电性高‘所以在配方中要尽量控制用量。此外最好不用月挂酸盐而用液体稳定剂。 ②掺入吸收金属皂类更强的填料，如含水氧化铝等。 ② 加入酸性润滑剂，如硬脂酸等。酸性润滑剂对金属皂有更强的亲合力，可以首先占领辊筒表面并对稳定剂起润滑作用，因而可避免稳定剂粘附辊筒表面。但硬脂酸的用量不宜过多，否则物科不好塑化，也容易在薄膜中析出或在膜酌二次加工时影响粘接性。３、供料前的混合与塑炼　　混合与塑炼的目的是使塑料各组分充分地分散和塑化均匀。如果分散不好，对薄膜的内在性能和表面质量都有影响。塑炼时温度不能过高、时间不宜过长，否则会使过多的增塑剂散失以及引起树脂的分解。塑炼时温度不能过低，不然不粘辊或无法塑化。适宜的温度视配方而定，一般软制品在165-170℃，而硬制品在170-190℃之间。

（四）、冷却定型阶段影响产品的因素 １、冷却　　冷却必须适当，当冷却不足时，薄膜会发粘发皱，卷取后收缩率也大；若冷却过度，辊筒表面处会因温度过低而有冷凝水珠也会影响制品质量。在多雨潮湿季节里尤为需要注意。２、冷却辊流道的结构　　冷却辊进水端辊面温度必然低于出水端，所以薄膜两端冷却的程度不同，收缩率也就不一样。解决的办法是改进冷却辊的流道流向结构，务必使冷却辊表面温度均匀一致。３、冷却辊速比　　冷却辊速比太小，使薄膜发皱，速比太大产品会由现冷拉伸现象，而导致收缩率增加，所以操作时要调节好冷却辊与主辊的速比。

第十一章 压延成型