第四章-压延成型2课件.ppt
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- 第四 压延 成型 课件
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1、1第四章 压延成型n本章主要内容本章主要内容n概述概述n压延设备压延设备n压延原理压延原理n压延工艺压延工艺n压延成型进展压延成型进展2n概述概述n压延定义:压延定义:n 把塑料(或橡胶)经过共混、加热塑把塑料(或橡胶)经过共混、加热塑化,然后通过两道或两道以上的相对旋转化,然后通过两道或两道以上的相对旋转的热辊筒辊隙,物料受到辊筒连续地挤压、的热辊筒辊隙,物料受到辊筒连续地挤压、延展作用成为一定厚度、宽度、表面光洁延展作用成为一定厚度、宽度、表面光洁度较好的片材或薄膜的工艺过程称为压延。度较好的片材或薄膜的工艺过程称为压延。345原原料料的的配配制制密炼机密炼机(塑化、混炼(塑化、混炼)高效
2、塑化机高效塑化机挤出机挤出机供料(挤出机)供料(挤出机)供料(开炼机)供料(开炼机)压延压延牵引牵引冷却冷却卷取卷取裁切裁切供料(开炼机)供料(开炼机)供料(开炼机)供料(开炼机)前过程后过程6压延成型的主要用途:压延成型的主要用途:是橡胶和热塑性塑料的主要成型方法之一是橡胶和热塑性塑料的主要成型方法之一塑料:塑料:RPVC、SPVC 人造革、壁纸、人造革、壁纸、ABS、改性、改性PS、EVOH 薄膜、片材、薄膜、片材、PE、PP 复合薄膜复合薄膜橡胶:天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶:天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶(压片、压型、纺织物擦胶等)橡胶(压片、压型
3、、纺织物擦胶等)7压延成型的特点:压延成型的特点:1)加工能力大,大型压延机:产量,万吨)加工能力大,大型压延机:产量,万吨/年以上,年以上,速度可达速度可达100 米米/分钟。生产速度快。分钟。生产速度快。2)自动化程度高,人工操作少。)自动化程度高,人工操作少。3)片材、薄膜表面平整,厚薄均匀,公差小(制品)片材、薄膜表面平整,厚薄均匀,公差小(制品质量好)。质量好)。4)设备投资大。)设备投资大。橡胶和塑料的压延成型亦占一定地位。例如:有橡胶和塑料的压延成型亦占一定地位。例如:有10%塑料用压延生产塑料用压延生产。84.1压延设备压延设备n结构结构n类型类型n压延机的规格压延机的规格94
4、.1.1压延机结构压延机结构电机电机压延机的结构压延机的结构联轴器联轴器减速箱减速箱联轴节联轴节辊筒辊筒调距装置调距装置紧急制动紧急制动测厚仪测厚仪厚度补厚度补偿装置偿装置104.1.2压延机类型压延机类型a)按辊筒个数分类按辊筒个数分类 三辊压延机:压片、单面贴胶或擦胶三辊压延机:压片、单面贴胶或擦胶 四辊压延机:覆胶、压花片材、织物的双面四辊压延机:覆胶、压花片材、织物的双面贴胶或擦胶。贴胶或擦胶。从辊数看,四辊压延机综合优点多,制品从辊数看,四辊压延机综合优点多,制品质量可以保证,生产率高,结构紧凑。质量可以保证,生产率高,结构紧凑。11b)按辊筒排列方式按辊筒排列方式12I型:供料困难
5、;型:供料困难;辊筒易辊筒易浮动,影响片材纵向尺寸浮动,影响片材纵向尺寸精度;厂房高,机器稳定精度;厂房高,机器稳定性差。性差。13型、型、L 型(压型(压花)、倒花)、倒L型(双面型(双面贴胶)供料容易,可贴胶)供料容易,可连续供料;连续供料;辊水平辊水平浮动,对间隙影响小,浮动,对间隙影响小,制品纵向公差小;厂制品纵向公差小;厂房高度适当降低。房高度适当降低。14降低高度,容降低高度,容易供胶,维修易供胶,维修方便,操作时方便,操作时易掉入杂物。易掉入杂物。15c)按用途分类按用途分类压片、擦胶、压型压片、擦胶、压型1617184.1.3压延机的主要参数压延机的主要参数1 规格参数(辊筒外
6、径规格参数(辊筒外径辊筒工作部分长度)辊筒工作部分长度)XY-4-6101730橡胶倒橡胶倒L四辊压延机四辊压延机辊筒直径:辊筒直径:610mm辊筒工作面长度:辊筒工作面长度:1730mm19按直径划分:按直径划分:小型压延机小型压延机 直径小于直径小于230橡胶压延机橡胶压延机 直径在直径在360550压型压延机压型压延机 直径在直径在55070020辊筒数目与排列辊筒数目与排列辊筒长径比(规格参数)辊筒长径比(规格参数)L决定制品最大幅宽决定制品最大幅宽有效长度有效长度=0.85LL/D刚度刚度易弯曲,截面尺寸易弯曲,截面尺寸精度下降精度下降软制品:软制品:L/D=2.52.7硬制品:硬制
7、品:L/D=2.02.5(刚度大)(刚度大)212 辊筒线速度与生产能力辊筒线速度与生产能力 最高线速度:由生产能力确定;最高线速度:由生产能力确定;最低线速度:由设备启动时操作安最低线速度:由设备启动时操作安全和方便确定。最高线速度与最低全和方便确定。最高线速度与最低线速度间可无级调速,调速范围为线速度间可无级调速,调速范围为10倍左右,即几米倍左右,即几米/分钟分钟几十米几十米/分分钟。钟。223 辊筒速比辊筒速比 两个相对转动的辊筒的线速度不同,存在速比两个相对转动的辊筒的线速度不同,存在速比(原因原因)?加强剪切、混炼;加强剪切、混炼;控制片材依次贴辊顺序(易贴在高温高速辊上)控制片材
8、依次贴辊顺序(易贴在高温高速辊上)压延机上不同辊对,速比不同:例如:三辊压延机压延机上不同辊对,速比不同:例如:三辊压延机上、中辊速比上、中辊速比V1/V2=1:1.05;中、下辊速比;中、下辊速比V2/V3=1:1(烫平、各辊线速度可单独调节,其速(烫平、各辊线速度可单独调节,其速比范围在比范围在1:11:1.5内。内。234 功率功率 表征机器是否可靠以及经济合理。表征机器是否可靠以及经济合理。5 压延机的精度压延机的精度 表征制品质量的精度。表征制品质量的精度。244.2压延原理压延原理 物料进入辊筒的条件;压延过程物料进入辊筒的条件;压延过程中物料的形变;物料在辊筒上的受力中物料的形变
9、;物料在辊筒上的受力状态分析;辊筒承受的横压力(保证状态分析;辊筒承受的横压力(保证制品厚度均匀性的方法和手段)制品厚度均匀性的方法和手段);物料的粘弹效应和压延效应的产生;物料的粘弹效应和压延效应的产生;带来的问题及解决方法。带来的问题及解决方法。254.2.1.1物料进入压延机辊筒的条件物料进入压延机辊筒的条件 1 T辊筒辊筒Tf 2 摩擦角摩擦角接触角接触角4.2.1压延时聚合物的塑性流动和变形压延时聚合物的塑性流动和变形26tgtgFtgFFFtgFFtgFFtgFFFFQQQyQQyTQTQTyQyTsincossincos,27 4.2.1.2压延时物料的厚度与延伸变形压延时物料的
10、厚度与延伸变形 橡胶和处于熔融态的塑料的体积几乎是不可橡胶和处于熔融态的塑料的体积几乎是不可压缩的。在压延过程中,物料的体积保持不变。压缩的。在压延过程中,物料的体积保持不变。压延时物料断面厚度的减小,必然伴随着断面宽压延时物料断面厚度的减小,必然伴随着断面宽度和片材长度的增加。度和片材长度的增加。28压延前后物料厚度的变化压延前后物料厚度的变化12R=R=R若12h=h-h22h=R-O CR 1COS2h2R 1COS则制品厚度制品厚度h2一定时,增大一定时,增大R可以使得可以使得前阶段供料的厚度增加。前阶段供料的厚度增加。29304.2.2物料物料的流动分析和受力状态的流动分析和受力状态
11、研究范围:钳住区研究范围:钳住区31分析步骤分析步骤1)假设,设立坐标系,简化运动方程;)假设,设立坐标系,简化运动方程;2)运动方程)运动方程 求出速度;求出速度;3)求流量)求流量 为计算方便转化坐标系为计算方便转化坐标系(x-x);4)压力方程)压力方程;引入无量纲速度流量引入无量纲速度流量(););5)计算辊筒所受的横压力。)计算辊筒所受的横压力。32 假设条件假设条件1)压延流体为不可压缩的牛顿型流体;)压延流体为不可压缩的牛顿型流体;2)流动为稳定的二维流动,沿辊筒轴向的流)流动为稳定的二维流动,沿辊筒轴向的流动忽略不计;动忽略不计;3)流动为等温过程;)流动为等温过程;4)压延过
12、程中,物料无化学变化;)压延过程中,物料无化学变化;5)物料在辊筒表面不打滑;)物料在辊筒表面不打滑;6)两辊筒直径相同,线速度相等;)两辊筒直径相同,线速度相等;7)忽略重力作用。)忽略重力作用。4.2.2.1牛顿型流体的简化压延理论牛顿型流体的简化压延理论33设立坐标系设立坐标系沿物料的流动方向过中心钳住点且与两辊筒中心沿物料的流动方向过中心钳住点且与两辊筒中心连线相垂直的直线为连线相垂直的直线为x轴,两辊中心连线为轴,两辊中心连线为y轴,轴,过中心钳住点与过中心钳住点与xoy垂直的方向为垂直的方向为z轴。坐标原点轴。坐标原点为中心钳住点。为中心钳住点。z2=0根据假设:;00yzz,34
13、1、速度分布方程、速度分布方程zxy通过假设可知,运动方程 方向可以不考虑。只对、进行分析。)xxxxxyzyxxxzxxxtxyzpgxxyz方向得运动方程为(+)=-+(+3522222(xxxxxyzyxxextxyzpgxxyx y 带入本构方程(+)=-+)+22222xxxxxxyepxyxxyx y (+)=-+()36222222(yyyyxyzyyyytxyzpgyxyzy方向得运动方程为(+)=-+)+22222(yyyyxxyepxyyx yyy (+)=-+)+带入本构方程37两个方程三个未知数,无解。两个方程三个未知数,无解。22222(yyyyxxyepxyyx y
14、yy (+)=-+)+22222xxxxxxyepxyxxyx y (+)=-+()3822221:00:0yxxxxxxhxyxxvvxy=?=当时,有,且,即润滑近似假设润滑近似假设 当两固体表面作相对运动时,固体表面之间充当两固体表面作相对运动时,固体表面之间充满一层很薄的粘性流体。流体的流动可作如下假满一层很薄的粘性流体。流体的流动可作如下假设:当间隙相对于位置变化很小时,可将流体的设:当间隙相对于位置变化很小时,可将流体的二维流动简化为一维流动。二维流动简化为一维流动。390 xxxyxx,即?0y方程左边为方程左边为0。22222xxxxxxyepxyxxyx y (+)=-+()
15、402222xxvvxy=22xpxy0=-+得到简化后得方程:得到简化后得方程:411()1xPdPpp xxdxdPyCydx,进行一次积分,.1000 xyyCQ,带入得1xdPyydx422212xdPyCdx进行二次积分()xyh x带入边界条件,由假设条件5物料在辊筒表面不打滑知:,(辊筒表面线速度)2212dPChdx2212xdPyhdx带入得:4323()2dPdxhhQ20223hxh dPQdyhdx2、压力分布方程、压力分布方程(1)单位宽度辊筒上的流量)单位宽度辊筒上的流量442222122RRxxxRR0000h=H展开,h=H,h=HH2xxRH a、无量纲参数坐
16、标o21bx、无量纲间隙大小hHo(2)引入无量纲参数)引入无量纲参数4512 Hoc、无量纲流动速率参数QQ-实际流量一般塑料材料的一般塑料材料的约为约为0.2,橡胶,橡胶0.3-0.4。21HHHH终钳住点的流量Q=与物性(材料的弹性)、操作工艺条件()有关oo的意义的意义46(3)压力分布方程)压力分布方程23()2dPdxhhQ2xdxxdxRH,=2RHoodPdP dxdxdxdx0232()2dPdPdxRHdxdxhhdxQ4721xh=Ho00222312()()181221QQRHRHdxhhhx2dPHo02221181211QRHdxxxoo2dPHH482202222
17、12(1)118211xdPRHdxxxoooo2HHHH2232181dPRxdxHHx oo4922222291 531 3arc321RxxxtgxCHHx 积分得P=oo(3)压力分布方程)压力分布方程339,5352Rg xHHx P边界条件,时,P=0=;C oo50RxHP a、物理意义 P=f,H,、R oo对压力分布方程的讨论对压力分布方程的讨论5122222322max1 53,1 3arc51xxxg xxtgxxPP 222223221 53,1 3arc510 xxxg xxtgxxP b、四个特殊点522222222max01 53,1 3arc0112xxxg x
18、xtgxxPP 0222223221 53,1 3arc510 xxxxg xxtgxxP 53沿沿X轴辊筒所承受的压力轴辊筒所承受的压力54对压力分布的影响对压力分布的影响553333max9,532,112595532ooooRg xHHg xPPRHH33,91013225oog xRPHH3max91032ooRPPHHP3maxPPKP56压力分布理论计算值与实际测试压力分布理论计算值与实际测试结果的对比结果的对比57 1222324511 3arc1xxvRPdxRHPdxqHxqxxtgx arctgxxoooooooFW(4)单位长度横压力的计算)单位长度横压力的计算5859(
19、5)速度分布)速度分布2222223(1)(1 3)2(1)ExExEHy式中:60对速度分布方程的讨论对速度分布方程的讨论(,)fxE相对速度相对速度相对速度是位置相对速度是位置xx、y y和和的函数的函数。61在这两个横截面上,速度不随在这两个横截面上,速度不随 y变化。变化。对速度的分析对速度的分析1 x)2222223(1)(1 3)2(1)ExEx1,62x2)22321801dPRxdxHHx oo沿压延方向,压力逐渐减小,对物料有推动作沿压延方向,压力逐渐减小,对物料有推动作用,辊筒表面速度为用,辊筒表面速度为,其余大于,其余大于。633x)22321801dPRxdxHHx o
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