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压延机设备结构特点及辊筒弹性变形与压延成型的关系

2018-01-26 09:14:30 大连华韩橡塑机械有限公司 阅读

  聚氯乙烯薄膜或硬片在压延成型中,质量上的一个突出问题是横向厚度不均匀,即中间和二边厚,近中区二边薄,俗称“三高二低”的现象。为什么会产生这种现象呢?这是由于压延机设备结构特点以及辊筒的弹性形变等因素对压延成型的影响所引起的。

  首先,辊筒的弹性形变对压延产品横向厚度的影响:

  (1)辊筒在物料负荷作用下产生一个很大的分离力,实践证明,在稳定的操作条件下,可以根据相关的数据计算估计得出这个分离力。

  在实际生产中,辊筒的线速度(厘米/秒)、辊筒的半径(厘米)、物料的宽度(厘米)都是知道的。辊筒的问隙(厘米)可用压积法测得,辊筒间余料直径(厘米)用尺量得或估计数。物料在加工条件下的表观粘度(公斤·秒/厘米³) 聚氯乙烯的表观熔融粘度可用毛细管流动仪测得。

  根据计算,直径Φ=650毫米以上的大型四辊压延机的分离力(中空环截面的结构)往往有几十到上百吨之大,这样支承在二端轴承上的辊筒就好似一个断面不均匀的圆筒形的梁。

  按理论分析,假定梁上受的是均匀负荷,则发生弹性形变(负荷法除,形变消失)的结果使辊筒发生一定程度的弯曲,从辊筒中心处最大,向辊筒轴端逐渐减少。若以一对辊筒来分析,由于弹性变形的原因,压延薄膜的横向断面呈现中厚边薄的现象。

  这种薄膜成卷时中间张力大于两边张力,存放时间稍久,中间应力松弛,放卷时就出现起拱摊不平的现象,使用单位无法正确裁剪,造成很大的浪费。

  当辊筒愈长,即辊筒的L/D值愈大,辊筒的刚度越差,弹性变形程度也就愈大,所以我们必须在设备上采取措施来克服弹性形变。针对上述存在的矛盾,我们采取了以下几个措施:

  没有中高突缘及不用轴交叉装置的Φ650×1800四辊压延机,在压延0.14毫米厚度薄膜时,横向厚度的实际情况如图6-10所示。

  

图片关键词

 

  (2)克服辊筒弹性变形所致薄膜断面厚度匀差的措施。

  为了欲使所压延薄膜的断面厚度尽可能的均匀一致,除从辊筒材料及结构长径比等方面提高其刚度外,通常用三种方法来弥补;

  中高度、轴交叉、辊弯或预应力装置。

  ①辊筒工作面设计成中高度凸缘的方法:即把辊筒的工作面磨成略腰鼓形,如图6一11所示,辊筒中心直径略大于二端,其凸缘曲线形状最好是按所加工的薄膜在圆柱形辊筒上所获得的断面几何尺寸来决定,这样对于特定的品种特定的加工条件可以获得最理想的薄膜。由于磨床机械的条件限制,不能使加工的辊筒凸缘形状与薄膜断面几何尺寸完全一致,通常采用双曲线的形状来近似地弥补。对于专业化的具有多台压延机的大型塑料压延工厂,每台设备只考虑生产一种或接近的几种规格的塑料薄膜,采取固定中高度的方法来弥补薄膜的厚度匀差是最为合适的。对于一机多用的场合,中高度不能普遍采用,因而只能就大类品种的要求进行考虑,同时需要辅以其它弥补的办法。现将Φ700×1800斜Z型四辊压延机的实际中高度列下供参考:

  辊I 辊II 辊III 辊IV

  0.06(毫米) 0.02(毫米) 0.00(毫米) 0.04(毫米)

  一般说来,凡塑料薄膜的厚度愈薄或加工流动性愈差(指硬质薄片),中高度需要愈大,反之可小。

  ②采用辊筒轴交叉的方法:辊筒的轴线一般是在同一平面上相互平行的,在没有负荷的情况下辊筒的间隙是均匀平行的(圆柱形辊面),如果将其中一个辊筒的轴线稍微偏动一个角度时(轴线仍不相交),则中间的间隙是不变的,但沿二端的间隙增大了。

  轴交叉的方法也只能作为厚度校正的一个辅助方法,而不能作唯一的解决方法。同时交叉值使用愈大,这种“三高二低”的弓形断面现象更为严重。轴交叉角度大小对薄膜二端厚度的增加也存在一定的影响。在既定辊筒的几何尺寸的条件下,可以通过计算来求取轴交叉使用值的大小。通常在完备的压延设备上:是结合中高度使用的。轴交叉装置的优点在于可以克服中高度不能变化的缺点,可随产品品种规格的不同而任意调节,这样压延机加工的范围就增大了。

  ③辊筒的弯曲装置:上述两种方法都是通过改变辊筒的间隙来校正的,第一种方法是固定的,第二种方法是可调的。而第三种方法是预先使辊筒产生弹性形变,其方向恰与辊筒在负荷作用下所产生的弹性形变的方向相反。

  用这种方法校正的结果比轴交叉方法更接近于实际变形曲线,但仍不能完全与辊筒的真正的变形相一致,而且轴颈的几何断面较小。要使辊筒产生与原来变形程度一样时,需要几十吨甚至上百吨的力量;这个额外的负荷方向与轴承物料的分离力的方向一致,因此对轴承的工作条件更为不利。在实际设计制造中往往只采取实际负载的百分之几十 ,这一点就决定了它仍然不能作为唯一的校正装置,而只能作为结合上述两种方法的另一种辅助装置。

  ④辊筒表面温差对产品横向厚度的分布影响及克服办法。

  通过前面分析可以看出,辊筒的弹性形变与轴交叉装置的配合,产品横向厚度“三高二低”的现象仍然不能完全消除。再加上蒸汽和煤气红外线混合加热的中空式辊筒的表面温度的不均匀,故使辊筒两端温度较低,中间温度较高。此外,由于轴承润滑油油温较低,把辊筒两端的热量带走,也导致了辊筒温差。

  辊筒表面温度的不均匀而引起辊筒的热膨胀不均匀,温度较低的两端热膨胀小,温度较高的辊筒中间部分的热膨胀大,结果会使产品出现两端厚中间薄的现象。所以上述几种情况的综合效应仍是“三高二低”。

  针对产品横向厚度分布的不均匀,即存在“三高二低”现象,我们可以采用土办法解决。即在IV辊两端和中间装置红外线电加热设备,目的是加大辊筒的热膨胀和近中区域两边采用风管冷却法,装置几根风管,减少辊筒的热膨胀,这样基本上可以克服“三高二低”的现象,使产品横向厚度分布比较均匀。但带来薄膜内在质量有不均匀的弊病。因此关键仍然在于中高度、轴交叉、预负荷(或辊弯)三种装置的合理设计、制造和使用。