壓延成型

壓延成型（Calendering）是藉助於輥筒間強大的剪下力，並配以相應的加工溫度，使黏流態的物料多次受到擠壓和延展作用，最終成為具有寬度和厚度的薄片製品的一種加工方法。塑膠和橡膠均有壓延成型工藝，塑膠中以聚氯乙烯樹脂為主要原料。

基本介紹

• 中文名：壓延成型
• 外文名：壓延成型
• 用於：塑膠薄膜或片材的生產
• 類型：平行異向旋轉輥筒間隙

簡介

壓延成型，是指生產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一系列相向旋轉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製品。

將熔融塑化的熱塑性塑膠通過兩個以上的平行異向旋轉輥筒間隙，使熔體受到輥筒擠壓延展、拉伸而成為具有一定規格尺寸和符合質量要求的連續片狀製品，最後經自然冷卻成型的方法。

發展歷史

歐洲在十八世紀有用兩個輥筒的軋光機把織物軋去毛頭和上光的設備。當時這種機器很簡單，連軸承也沒有。 到了十九世紀，壓延法開始被用來加工紙張和金屬薄片。之後，隨著橡膠工業的發展，美國和德國開始使用冷硬鑄鐵的壓延輥筒加工橡膠。最初使用的是兩個輥筒的煉膠機，後來發展了三個輥筒的壓延機。到1836年，美國人E.M.查非在三輥機的基礎上設計出第一台四輥壓延機。 二十世紀三十年代，由於聚氯乙烯大量投產，美國和德國都曾試用加工橡膠的壓延機來壓延聚氯乙烯，但是鑒於這些機器受到原來設計的限制，在某些方面還不能完全符合塑膠的加工要求，所以後來設計了專門壓延塑膠的壓延機。 1930年，德國人開始把紙板工業上套用的彌補輥筒彎曲變形的輥筒軸交叉法套用到塑膠壓延機上來。1943年，雖然壓延輥筒和軸交叉的調節還處於手工操縱，但是德國人已經開始考慮壓延機用直流電機和單獨的齒輪箱傳動了。 為了避免相鄰壓延輥筒的橫壓力對薄膜厚度引起不良影響，原來直式的壓延機逐漸改為L型和倒L型。1950年以後，美國和西德先後設計了Z型和斜Z型四輥壓延機。 近年來，隨著科學技術的發展，現在的塑膠壓延機經過不斷的改進，呈現出新的特點，朝著大型化、高速化、精密化、高自動化、機構多樣化發展。

原理

在壓延成型過程中，藉助於輥筒間生產的剪下力，讓物料多次受到擠壓、剪下以增大可塑性，在進一步塑化的基礎上延展成為薄型製品。輥筒對塑膠的擠壓和剪下作用改變了物料的巨觀結構和分子的形態，在溫度配合下使塑膠塑化和延展。輥軸的結果使料層變薄，而延展後使料層的寬度和長度均增加。 壓延過程中，在滾筒對物料擠壓和剪下的同時，輥筒也受到來自物料的反作用力，這種力圖使兩輥分開的力稱分離力。通常可將輥筒設計和加工成略帶腰鼓形，或調整兩輥筒的軸，使其交叉一定角度（軸交叉）或加預應力，就能在一定程度上克服或減輕分離力的有害作用，提高壓延製品厚度的均勻性。 在壓延過程中，熱塑性塑膠由於受到很大的剪下應力作用，因此大分子會沿著薄膜前進方向發生定向作用，使生成的薄膜在物理機械性能上出現各向異性，這種現象稱為壓延效應。壓延效應的大小，受壓延溫度、轉速、供料厚度和物理性能等的影響，升溫或增加壓延時間，均可減輕壓延效應。

壓延成型工藝過程及條件

目前壓延成型均以PVC製品為主，主要有軟質PVC薄膜和硬質PVC片材兩種。此處以PVC薄膜生產為例來敘述一個完整的壓延成型過程。 PVC薄膜的壓延成型工藝是以PVC樹脂為主要原料，按薄膜製品的用途不同要求，把其他輔料（增塑劑、穩定劑、填加料及其他輔料）按配方的不同比例，經計量混合，加入到PVC樹脂中。由高速混合機攪拌混合均勻，再經過密煉機、擠出機或開煉機混煉、預塑化，輸送到壓延機上壓延成型。然後，通過冷卻輥筒的降溫定型生產過程。

配方原料的選擇

產品配方設計時應注意以下幾點： 配方設計前，要了解製品的套用條件，分清製品質量要求條目中的主次項目。 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。 注意配方中用料對工藝操作條件要求是否苛刻，那些對工藝溫度變化敏感、不易與其他原料混合、容易分解的原料應儘量少用或不用。 設計的配方要經過幾次反覆試驗，套用實踐考核，修改完善之後確定一個比較理想的配方。

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，會使樹脂各部分增塑作用不等，使薄膜產生魚眼、冷疤、柔韌性降低等缺陷；若塑化不均，則薄膜會產生斑痕、透明度差等缺陷。 配料混合體系不僅要按配方配製成乾混料，並且應根據各原料性質按一定順序投料。初混合可選用捏合機、高速混合機等，必要時進行加熱或在夾套中通冷卻水進行冷卻。 塑煉過程中的溫度不能過高也不宜太低。溫度太高，時間過長，增塑劑會散失，樹脂也將被降解。若溫度太低，會出現不粘輥和塑化不均勻等現象，也會降低薄膜的力學性能。一般軟質PVC薄膜塑煉適宜溫度在165~170℃之間。 近年來，隨著混煉擠出機生產技術的不斷進步，連續向壓延供料的方式正在取代間歇的餵料操作。

壓延

塑化後的物料利用皮帶輸送，經金屬探測儀檢測後，供料給壓延機輥筒。壓延工藝條件包括輥溫、輥速、速比、存料量、輥距等是影響壓延製品質量的關鍵因素，它們既互相聯繫又互相制約。

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。物料壓延過程中所需的熱量來自於內熱和外熱。內熱即在壓延過程中輥筒轉動時，由於剪下作用而產生的大量摩擦熱。外熱指通過介質或電對輥筒表面進行加熱，使輥筒具有一定的溫度。物料所需要的熱量是一定的，內熱外熱要均衡，因此輥速和輥溫的控制要互相關聯。 輥溫控制主要根據配方中樹脂以及助劑的因素來確定，例如配方中樹脂熔融溫度低、熔融粘度低、增塑劑含量高，則壓延時輥筒溫度可選低些。 內熱主要受輥筒速度影響。輥速越快，剪下摩擦熱越高，內熱越大，這樣需要的外熱相對較小，因此輥溫可適當降低。但是單純提高輥速，必然引起物料壓延時間縮短和輥筒分離力增加，使產品偏厚以及存料量和產品橫向厚度分布發生變化；若降低輥速，壓延時間延長、分離力減少，產品會先變薄，熱後由於摩擦熱減少，出現表面粗糙、不透明甚至孔洞等缺陷。 壓延時，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℃範圍內。 另外，壓延機輥筒表面溫度還應該儘量一致，這樣才能夠使製品的橫向厚度均勻。

輥速和速比

輥速是決定壓延生產速度的關鍵因素。輥速快，則生產效率高，同時，製品收縮率也大。輥速應視壓延物料的流動特性和製品的厚度等因素決定。壓延機相鄰兩輥筒線速度之比稱為輥筒的速比。調整壓延機輥筒的速度，使各個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。 壓延機的輥筒速比控制應適中。速比過大會出現包輥現象，薄膜厚度會不均勻，有時還會產生過大的內應力。速比過小，薄膜會不吸輥，導致有氣泡夾入，影響製品質量。

輥距和輥隙間的存料

輥距是相鄰兩輥表面間的最小距離。壓延時各輥筒間距的調節既是為了適應不同厚度製品的要求，也是為了改變各道輥隙間的存料量。 輥隙間存料量對產品質量的影響也很大。輥隙間存料量過多，物料在壓延前停留時間過長，溫度降低，再進入輥間壓延時就會造成薄膜表面粗糙，內部有氣泡。存料量過少，壓延物料供不應求時，會因擠壓力不足使薄膜表面出現皺皮現象。

壓延效應

由於在壓延機上壓延物的縱向上受有很大的剪下應力和速比造成的拉伸應力，壓延物也因此產生沿其縱向的分子取向，以致薄膜在物理學性能上出現各向異性，這種現象在壓延成型中稱為壓延效應或定向效應。壓延效應的大小受到壓延溫度、輥筒轉速與速比、輥隙間存料量、製品厚度以及物料性質等因素的影響。 壓延效應使得壓延產品產生各向異性。平行於壓延方向的拉伸強度和斷裂伸長率提高，而垂直於壓延方向上的拉伸強度和斷裂伸長率降低。在自由狀態加熱時，由於解取相作用，薄膜縱向出現收縮，橫向與厚度則出現膨脹。所以壓延製品越薄，其質量就越難以保證。這也是為何薄膜厚度小於0.05mm時很少採用壓延法生產，而採用擠出吹膜生產。

引離、冷卻、卷取

從四輥壓延機的第三和第四輥之間引離出來的壓延薄膜，經過引離輥、軋花輥、冷卻輥和卷取輥之後成為製品。 引離輥的速度通常比壓延機主輥轉速快25%~35%，另外，為了避免製品在引離時發生冷拉伸，防止增塑劑等易揮發物凝結在引離輥表面影響產品質量，需將引離輥加熱。冷卻定型裝置採用一系列的冷卻輥筒，一般為4~8隻。冷卻的目的是使製品溫度下降，以便後面的卷取。卷取過程要嚴格控制卷取速度，使其始終與壓延速度相適應。為了保證壓延順利進行，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。