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PVC壓延生產(chǎn)過程部分解析
  瀏覽次數(shù):8328  發(fā)布時間:2018年03月26日 17:25:09
[導(dǎo)讀] 壓延過程中的塑性形變和彈性形變 流動:塑性形變(真實流動);彈性形變(非真實流動) 時溫等效性:改變溫度效應(yīng)相當(dāng)于時間尺度的改變
壓延過程中的塑性形變和彈性形變
流動:塑性形變(真實流動);彈性形變(非真實流動)
時溫等效性:改變溫度效應(yīng)相當(dāng)于時間尺度的改變
生產(chǎn)時發(fā)現(xiàn):降速后,兩端沒有積料時,料表面很亮(無積料壓延,無能量存儲,無彈性形變)
物料經(jīng)過輥筒間隙,發(fā)生:1.壓力變化,2.速度梯度,3.聚合物分子量分級效應(yīng)。影響:1彈性;2.塑性(流動性)
 
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壓延生產(chǎn)過程的均一性
1.各種填料、助劑在各設(shè)備工段無法到達均勻分散;
2. 物料溫度在各設(shè)備工段不均衡;
拋料更易引起分散不均勻和溫度不均衡,由此會帶來一系列問題。
3.分子取向程度(就是同一個點,正反面都是不均一) (放置在熱水中,料會向正面自然卷曲):積料的形狀不一(很多是紡錘形)及不均勻散熱(機架散熱)。
 
壓延過程中溫度的傳遞方向
人們在實踐中發(fā)現(xiàn):低速運轉(zhuǎn)時,熱通常是由壓輥向制品傳遞,而速度增加時,熱反向傳遞,輥筒中部溫度往往要比兩端高,輥筒運轉(zhuǎn)過程中, 受物料橫向壓力發(fā)生彎曲變形影響, 壓延制品橫向中部理應(yīng)偏厚,但是,制品中部偏薄的現(xiàn)象卻更頻繁的出現(xiàn)。
為了解定“ 熱” 由輥筒流向物料或相反:采用了“ 臨界速度”的術(shù)語。輥筒的臨界速度就是指當(dāng)輥筒表面線速度達到由于輥筒對熔料的擠壓剪切摩擦而產(chǎn)生的熱量等于塑料成型加工所需要熱量時的速度。
當(dāng)輥筒表面線速度小于這一速度時輥筒需要加熱;反之,當(dāng)輥筒表面線速度大于這一速度時,輥筒不但不需要加熱,反而需要冷卻。因此,輥筒的臨界速度也就是輥筒從需要外界加熱到需要外界冷卻的轉(zhuǎn)折點。它主要與被加工材料的性能、制品的厚度、輥筒速比等有關(guān)。在不同條件下,輥筒的臨界速度是不一樣的。因此,一般用一個速度范圍來表示。如壓延硬聚氯乙烯塑料時,輥筒的臨界速度范圍是25~30米/分。軟質(zhì)PVC生產(chǎn)時,正常生產(chǎn)積料溫度190℃左右,速度降低一段時間后,積料的溫度有時只有160-170℃。
 
PVC樹脂粉性質(zhì)
無相變、無定形、強極性塑料
電負性強,導(dǎo)致非常容易粘附金屬(向金屬、高溫方向粘附)
強極性、分子間作用力大,導(dǎo)致PVC軟化問題和熔融溫度高,一般需要160-200℃才能加工
穩(wěn)定性不好,易分解
熔體粘度高(加工過程中的剪切作用,會導(dǎo)致摩擦熱迅速增加)
熔體強度小(延展性差),導(dǎo)致熔體容易破碎(PVC屬于直鏈分子,分子鏈較短,熔體強度低
熔體松弛慢,易導(dǎo)致制品表面粗糙、無光澤及鯊魚皮等
熱脹冷縮(物體特性)
分子鏈長,取向作用
流動性差、剪切變稀(非牛頓流體,假塑型)
  10.PVC樹脂對熱量和剪切力傳遞不強,形成的熔體不均勻
   11.主鏈上有手性碳原子,也有微弱的結(jié)晶能力-氯原子電負性較大,分子鏈上相鄰的氯原子互相排斥彼此錯開排列,有利于結(jié)晶(這就解釋了反增塑效應(yīng)的原理)
 
非正常分子流動
分子取向是物料在相向運動輪子中的必然趨勢;取向程度的均一以及過程中分子應(yīng)力松弛和蠕變的均一是影響取向是否正常,收卷、展平等是否有問題的基礎(chǔ)
1.制約薄制品車速可能過高的內(nèi)摩擦剪切力及由此在輥隙間可能出現(xiàn)大量的“熱集聚”,導(dǎo)致流動性和對金屬剝離性不一,同時物體熱脹冷縮,導(dǎo)致厚度變化,收卷應(yīng)力不均 。
2.析出配方中會導(dǎo)致輥筒熱傳遞不均,也會影響分子流動方向,導(dǎo)致收卷應(yīng)力不均。
3.輥筒表面打磨的方向可能會影響分子流動方向,導(dǎo)致收卷應(yīng)力不均。
4.主機吹氣控制不當(dāng),也會影響分子流動(應(yīng)力松弛、蠕變),導(dǎo)致收卷應(yīng)力不均。
5.薄膜被拉伸時溫度變化的不均勻性。
6.薄膜在牽引過程中是否存在晃動或氣泡(根本還是溫度的變化導(dǎo)致的分子應(yīng)力松弛和蠕變發(fā)生不均一的變化)
7.主機輪導(dǎo)熱油的流量大小,是否可以把物料中過熱順利帶走,使得物料的溫度基本均一。
 
積料對生產(chǎn)的影響
積料旋轉(zhuǎn)不佳,會使產(chǎn)品橫向厚度不均勻、薄膜有氣泡、硬片有冷疤。
存料旋轉(zhuǎn)不佳的原因:
1.料溫太低或由于配方導(dǎo)致物料流動性不佳
2.輥溫太低
3.輥距調(diào)節(jié)不當(dāng)
第一積料大小、生熟影響第二和第三積料的大小,導(dǎo)致厚度和圓周變化。
可通過適當(dāng)調(diào)整第二積料大小,減少第一積料變化(更換模頭等)對厚度和圓周的影響。
第二積料適當(dāng)做大的好處:1使積料溫度更均勻,減少熱集聚影響;2.2、4點圓周更好控制(拐點外移);3.減少第一積料的變化對第三積料的影響(通過第二積料緩和影響程度);4.第二積料冒邊很多(20cm左右或以上)時,第一積料的生料導(dǎo)致的缺邊,由于第二積料的緩沖,到下輪的料缺失并不多,餌料跑偏減輕。
第三積料大小影響下輪吊料的高低及吊料的穩(wěn)定性(1.積料的溫度變化;2.輥筒接觸積料的面積發(fā)生變化導(dǎo)致輥筒溫度變化)
積料的作用:
有適當(dāng)?shù)姆e料可使薄膜光滑和減少氣泡,而且膠片的致密性好,當(dāng)會增大壓延效應(yīng)。此法適用于丁苯橡膠。
無積料法則相反,適用于可塑性較高的塑料或橡膠,如:天然橡膠。
 
產(chǎn)速對生產(chǎn)的影響
車速過高:
1.導(dǎo)致內(nèi)摩擦剪切力及由此在輥隙間可能出現(xiàn)大量的“ 熱集聚”,導(dǎo)致整個分子鏈取向(分子取向和松弛程度不一),引起展平不良(分子鏈取向程度不一樣,導(dǎo)致回縮不同,圓周即使很好)和收卷包氣(取向程度不一樣,圓周即時控制很好,但由于部分點勒得很緊,導(dǎo)致氣無法排出)
2.彈性勢能增加(彈性形變變大),在設(shè)備中時物料內(nèi)應(yīng)力釋放減少,熔體強度變小(熔體強度隨熔體流動速率的升高而降低,速度越高,材料易熔垂,熔體強度也就低)熔體山水紋加重,表面更易不平整,影響后道印刷等。
(在一定范圍內(nèi)提高應(yīng)力或應(yīng)變速率會使流道中可逆彈性形變增加,使離模膨脹加重;降低聚合物熔體溫度,是進入模口區(qū)的彈性應(yīng)變增加,松弛時間延長也會是離模膨脹加劇)(彈性形變、松弛程度、熔體強度)
3.分離力變大,導(dǎo)致輥筒饒度變化,產(chǎn)生中高。
4.對金屬剝離性產(chǎn)生影響,車速過快,橫向料溫由于“ 熱集聚”的點以及散熱作用,料在下輪不穩(wěn)定,吊料波動,影響圓周,餌料易跑,引起圓周問題。(與PVC的金屬剝離性的大小有關(guān)系)(第一積料也在高產(chǎn)速的情況下,變得不穩(wěn)定,邊緣易生)
5.車速高,雖然剪切力增加,但物料經(jīng)熱時間縮短,更容易引起積料和貼附在輪面上的物料的溫度不均勻,使得混合體系中含有生料,產(chǎn)生深氣斑;同時存在分子取向程度存在不一致。
 
餌料跑,圓周變化
出現(xiàn)餌料跑的原因:
1.物料(配方)產(chǎn)生的不同黏附性(碳酸鈣含量、軟硬度、潤滑和析出,R4溫度對料溫的影響等)
2.熔體強度:熔體強度低,導(dǎo)致產(chǎn)品不耐拉;有缺陷的地方,稍微一拉,缺陷更大(碳酸鈣、潤滑、軟硬度)
正常碳酸鈣含量越高,餌料跑得越嚴重(1.熔體強度變差,不耐拉;2.料與金屬黏附性能變差,不穩(wěn)定。)
3.被黏附表面是否干凈以及表面溫度(讓物料比較正常通過)(下輪表面及引取輪表面)
不干凈導(dǎo)致R4處吊料不穩(wěn)定,波動大;第一引取輪臟可以等同引取輪速度會產(chǎn)生波動,導(dǎo)致料出現(xiàn)一頓一頓的現(xiàn)象,影響吊料平穩(wěn)性。適當(dāng)增加或減少R4溫度,平衡料與下輪的粘附力。
一號引取輪表面是否干凈,不結(jié)的表面,會是薄膜不能順利通過此輪子,間接影響物料在下輪吊料是否正常。
4.積料、剪切問題;
調(diào)整:讓積料邊上圓潤,這樣才耐拉  1.第一積料小一點爛一點,邊上不要有生料;2.第二、三積料冒出來一點,適當(dāng)做大(第一積料邊上下來的生料在第二積料補充和塑化(流動性)的均一;3.主機速比小一點,減少間隙,增強剪切;
積料太小,導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)更厲害,剪切熱變大,很容易變得不均衡,影響R4吊料的穩(wěn)定性,可適當(dāng)增加第三積料的大小;
積料大時,輥輪接觸積料的面積變大,輥輪的溫度被迫上升,下輪吊料上升,可能會出現(xiàn)吊料不穩(wěn)定,容易晃動。
5.吊料位置不適當(dāng)易出現(xiàn)上下晃動(特別是邊緣位置):適當(dāng)增加或降低拉比,較少波動。
6.速度:高速生產(chǎn)時,易發(fā)生餌料跑的問題,吊料不穩(wěn)定。
額外解決措施:引取輪處使用導(dǎo)輪壓住,減少跑動
對于薄制品:混煉過度,料更容易黏附金屬,易在下輪晃動,導(dǎo)致餌料跑動;混煉不足,料的熔體強度不夠,不耐拉,導(dǎo)致餌料跑。
 
冷氣斑,半針孔
影響因素:
1.R1、R2、R3、R4速度、速差(控制第一積料,適度旋轉(zhuǎn),加強第一排氣,減少對第二、三積料影響)以及主機后道的拉比
速比大時,物料對輥筒貼覆好,過大將產(chǎn)生包輥現(xiàn)象,制品厚度不均,產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力,使制品的尺寸收縮率增大;反之,速比過小,物料吸輥性差,容易夾雜氣泡使制品出現(xiàn)氣泡。
主速過快,料經(jīng)熱時間變短,料的溫度易不均勻,導(dǎo)致料中含有生料,導(dǎo)致冷氣斑。12#2018年A軋電機故障,此條線降速生產(chǎn),冷氣斑較之前減少很多。
2.第一積料大小及生熟程度
3.第二、三積料大小和形狀(主要是輥輪的中高度和交叉程度不一樣影響)
每個機器都有一個合適的第三積料大小,有時第三積料不能過小(1.過小旋轉(zhuǎn)加快,導(dǎo)致氣被包進去,導(dǎo)致大量氣斑;同時由于控制的因素,導(dǎo)致第一積料大小和生熟發(fā)生變化,影響第三積料大小,導(dǎo)致半針孔;升降速導(dǎo)致第三積料大小變化),第三積料無法不小時,必須各段生產(chǎn)穩(wěn)定,保證第一積料大小和生熟基本不變。
第三積料大小的均勻性會嚴重影響生產(chǎn)是否順暢,9#2017年生產(chǎn)厚制品,高聚合度的訂單,在通過調(diào)整中輪間隙油壓,使第三積料大小變得非常均勻,生產(chǎn)變得正常。
4.輥輪溫度、溫差
輥筒溫度設(shè)定差異性過大,積料溫度被低溫輥筒降低,導(dǎo)致積料流動變差,旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)問題,中間易夾雜生料,導(dǎo)致半針孔。
聚合度越大,加工條件越苛刻,輥筒溫度越高,溫差越小。
為平衡下輪吊料高低,可加大提高中輪溫度,降低下輪溫度,保證物料流動性
5.料的塑化程度(加工助劑PA-40,加多了,PVC鏈間作用力增強,氣包在里面出不去)
6.配方中的滑性
金屬輥筒上附有析出物,物料對輥筒包覆不好,容易夾入空氣。此時應(yīng)該立即清理輥筒,清除析出物。
配方中每一種填料或助劑混合、相容性不好時,都會有析出的傾向
外潤滑太多:潤滑多或物料相容性差,輥輪對物料的剪切力降低,剪切熱變少,流動性變差,排氣不暢
(珠光粉產(chǎn)品,直接在萬馬力添加,主機表面析出嚴重,冷氣斑較多;在高攪機添加,析出減少,冷氣斑變少;)
 外潤滑不足:太粘附輪子,對金屬剝離性差,氣包在里面排不出去
配方、填料/顏料對物料的粘度影響程度(流動性),相容性和作用力大小(熔體強度:剪切熱影響流動性),還有對金屬剝離性的影響(包輥性問題)
藍色料易出現(xiàn)氣斑:酞菁顏料表面是非極性與PVC相容性差,同時析出在輥筒表面的顏料長時間后碳化產(chǎn)生粘輪 ,白色硅膠輪上有 顏色析出,產(chǎn)品容易有冷氣斑。 )填料一般對析出有較好的抑制作用。這是因為它們對輥筒產(chǎn)生研磨作用, 從而將析出物吸附走。
生產(chǎn)時發(fā)現(xiàn):穩(wěn)定劑外潤滑差時,料容易粘附主機,冷氣斑和半針孔的問題比較多
7.輥輪表面材質(zhì)
   不同材質(zhì)對PVC的粘附力不一樣
8.輥輪表面粗糙度,影響排氣順暢度(往復(fù)牽引拋光、 vapor honing氣相珩磨)
 生產(chǎn)厚制品時,部分廠家會噴砂研磨輥輪,使輥輪表面變得粗糙
在注塑生產(chǎn)時,拋光度太高會致使模內(nèi)產(chǎn)生真空,從而使使制品吸附于模具內(nèi)壁,另一方面,拋光度太低也會造成脫模困難(對于壓延,輥輪太光,粘附性加強,排氣性變差;輥輪太毛糙,容易粘料)
表面粗糙度形成的原因主要有:1.加工過程中的刀痕;2.切削分離時的塑性變形;3刀具與已加工表面間的摩擦;4.工藝系統(tǒng)的高頻振動。無論采用哪種加工方法所獲得的零件表面,都不是絕對平整和光滑的,放在顯微鏡(或放大鏡)下觀察,都可以看到微觀的峰谷不平痕跡。因此新設(shè)備生產(chǎn)時會產(chǎn)生排氣不暢問題及分子流動取向問題,導(dǎo)致收卷或存儲時出現(xiàn)問題
9.進入主機的物料情況
物料溫度(流動性)是否達到要求,溫度是否均勻(中間是否有冷料),且冷料是否可以主機溫度和剪切熱達到生產(chǎn)需求。
10.設(shè)備問題
是否有設(shè)備溫度導(dǎo)致一些油壓表面上看沒有問題,但由于力的分散,導(dǎo)致油壓間接變化,導(dǎo)致輪子變形出現(xiàn)變化,導(dǎo)致第三積料形狀發(fā)生變化,導(dǎo)致半針孔
綜上:在PVC配方析出和黏附性正常的時候,只要保證物料的流動性(溫度或加工助劑)正常,冷氣斑和半針孔的問題基本可以解決,生產(chǎn)條件和各段控制并不需要那么嚴格。
 
收卷包氣
影響因素:
1.收卷張力:導(dǎo)致料對輪子的貼附性發(fā)生變化,收卷松緊,排氣性能
2.收卷溫度:料溫太低時,軟質(zhì)PVC較硬,與輪子的貼附性變差,易出現(xiàn)由于氣泡變大,導(dǎo)致打折,溫度高一點情況會好轉(zhuǎn)很多;但溫度也不能太高,太高容易翹邊。
3.積料流動方向因為輥筒發(fā)生詭異變化
導(dǎo)致的原因:1.吹氣大小、位置不真確;2.輪子表面形貌溝壑引起的流動方向變化;3.設(shè)備排布如引起輪到壓花輪之間的相對位置不對,導(dǎo)致進壓花的料有泡泡,影響溫度的均勻性,導(dǎo)致收卷應(yīng)力不同,收卷出現(xiàn)包氣打折等。
4. 溫度是否均勻:
包含:1.輥筒溫度的均勻性;2.料溫是否均勻(是否有熱集聚點);3.吹氣影響等導(dǎo)致分子取向程度不一樣的因素。內(nèi)應(yīng)力不同,部分點勒得比較緊。
5.產(chǎn)品規(guī)格(厚度、門幅、軟硬度)生產(chǎn)比較薄,比較硬的產(chǎn)品,更容易有包氣打折
原因:1.產(chǎn)速較快,靜電大,料的靜電與收卷輥筒之間形成排斥,易鼓泡導(dǎo)致打折。
厚制品,雖然產(chǎn)速跟薄制品產(chǎn)速差不多,由于厚制品自重大,靜電荷斥力小于制品自重,影響程度就小很多。
2.料薄,產(chǎn)速快,無法讓冷卻輪溫度提升,導(dǎo)致料偏冷。
3.料硬,稍微有點外力一蹭就會打折,沒有韌性。
綜上:貼附性、分子取向、靜電作用三個作用共同影響,不同規(guī)格制品,三個因素的影響因素不同。
 
中輪
交叉:
交叉越大,除會引起兩邊厚度變大,降低中高;還會使分離力變小(軋鋼原理),降低中高;以及2、4點變小。
間隙消除:
間隙消除油壓設(shè)置大小會影響中輪形變(影響中高、中低),從而影響第二、三積料形狀,尤以第三積料最為明顯。
在正常生產(chǎn)時交叉量越大,說明輥筒之間的間隙變化程度加大,導(dǎo)致補償加大,而輥筒間隙變化和補償變化不吻合,導(dǎo)致三高兩低的現(xiàn)象越來越嚴重,第三、第二積料的形狀(不是大小,而是大小的均勻性)發(fā)生變化,導(dǎo)致生產(chǎn)異常。
每一種規(guī)格的產(chǎn)品在一定的速度、速比生產(chǎn)下產(chǎn)生的分離力(變化)、中輪的中高度(定值)、輪子自重(定值)的形變,應(yīng)該調(diào)整、復(fù)配中輪的間隙消除油壓(可變值),通過中輪的形變,更好地控制積料的形狀。
 
三高二低
原因:
分離力:迫使輥筒沿軸向長度發(fā)生彎曲彈性形變,使輥筒間的距離在中心最大,而向兩邊逐漸減小, 形成腰鼓形。
散熱:壓延機輥筒軸向散熱速度的差異, 影響料片兩邊的加工溫度往往偏低。
縮邊:牽引冷卻過程中,兩端( 尤其是邊部3-5cm范圍更明顯) 較易早冷收縮,即人們常稱的“縮邊”現(xiàn)象。
這種解釋能較合理地說明:為什么沒有軸交叉,沒有輥彎曲、甚致連輥筒中高度都沒有的壓延機,生產(chǎn)的膜片同樣存在“三高兩低”。(“中高”由輥筒擠壓形變產(chǎn)生,“邊高”因邊縮和輥筒邊緣散熱而得)
設(shè)備上可通過壓延機輥筒研磨方法使輥筒在兩邊近中區(qū)略有凹下。
加強因素:
交叉越大,三高二低越嚴重(輥筒軸線交叉曲線與輥筒撓度差曲線之間的差異,因此輥筒軸線交叉對輥筒撓度的補償也非完全補償,這使得輥筒交叉壓延所獲得的制品在橫截面上往往產(chǎn)生厚度上的“兩高三低” ,呈不均勻的馬鞍形,這種現(xiàn)象通常稱為U 形效應(yīng)。同時, 輥筒軸線互相交叉后,對壓延制品產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)作用, U 形效應(yīng)與壓延扭轉(zhuǎn)作用會隨輥筒軸線交叉角甲的增大而增大,因此通常將輥筒的軸線交叉角限制在2度以內(nèi))
減弱因素:
1. 制品中高大一點
2. 積料(特別是第二積料)大一點,使積料旋轉(zhuǎn)不一導(dǎo)致在此點的拐點外移。(在2,4點的溫度集聚。溫度高,輥筒膨脹,此處厚度變薄)(紡錘形:積料越小,旋轉(zhuǎn)越厲害;兩端的積料旋轉(zhuǎn)最厲害,但由于散熱作用,導(dǎo)致厚度反而大)
3. 提高中輪溫度,做高第二積料溫度,使積料溫度隨積料大小和旋轉(zhuǎn)(紡錘形)影響降低,減少溫度的不統(tǒng)一;同時中輪溫度升高,與PVC料邊緣接觸的輥筒溫度升高,輥筒膨脹,厚度變薄,減少交叉使用量,還可以使由于邊緣效應(yīng)導(dǎo)致的拐點外移,使2,4點沒那么低了(中輪溫度升高,對第二積料中間溫度影響不大,對邊緣影響較大)(2017.3 6#生產(chǎn)時,中輪溫度比正常上升15℃,兩端圓周變小,塌下去了,基本無法調(diào)整,同時下輪吊料特別高)
4. 速比靠近(特別是上輪和中輪速比)減少積料旋轉(zhuǎn)速度,減少由于旋轉(zhuǎn)造成的積料溫度偏差過大
5. 搖擺位置,使第一積料生熟均勻。
為什么門幅越寬,三高二低會越嚴重
門幅越寬,第二積料紡錘形越嚴重,越易出現(xiàn)拐點(拐點的定義:積料的紡錘形嚴重,近中區(qū)和近邊區(qū)之間,由于積料旋轉(zhuǎn)速度不一導(dǎo)致的熱量不一,邊緣又由于設(shè)備散熱以及生產(chǎn)時拉伸刀子的縮邊,引起的一個較小的區(qū)域)(文章來源于網(wǎng)絡(luò))