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PVC壓延生產過程部分解析
  瀏覽次數:8311  發布時間:2018年03月26日 17:25:09
[導讀] 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:改變溫度效應相當於時間尺度的改變
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:改變溫度效應相當於時間尺度的改變
生產時發現:降速後,兩端沒有積料時,料表麵很亮(無積料壓延,無能量存儲,無彈性形變)
物料經過輥筒間隙,發生:1.壓力變化,2.速度梯度,3.聚合物分子量分級效應。影響:1彈性;2.塑性(流動性)
 
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壓延生產過程的均一性
1.各種填料、助劑在各設備工段無法到達均勻分散;
2. 物料溫度在各設備工段不均衡;
拋料更易引起分散不均勻和溫度不均衡,由此會帶來一係列問題。
3.分子取向程度(就是同一個點,正反麵都是不均一) (放置在熱水中,料會向正麵自然卷曲):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
人們在實踐中發現:低速運轉時,熱通常是由壓輥向製品傳遞,而速度增加時,熱反向傳遞,輥筒中部溫度往往要比兩端高,輥筒運轉過程中, 受物料橫向壓力發生彎曲變形影響, 壓延製品橫向中部理應偏厚,但是,製品中部偏薄的現象卻更頻繁的出現。
為了解定“ 熱” 由輥筒流向物料或相反:采用了“ 臨界速度”的術語。輥筒的臨界速度就是指當輥筒表麵線速度達到由於輥筒對熔料的擠壓剪切摩擦而產生的熱量等於塑料成型加工所需要熱量時的速度。
當輥筒表麵線速度小於這一速度時輥筒需要加熱;反之,當輥筒表麵線速度大於這一速度時,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折點。它主要與被加工材料的性能、製品的厚度、輥筒速比等有關。在不同條件下,輥筒的臨界速度是不一樣的。因此,一般用一個速度範圍來表示。如壓延硬聚氯乙烯塑料時,輥筒的臨界速度範圍是25~30米/分。軟質PVC生產時,正常生產積料溫度190℃左右,速度降低一段時間後,積料的溫度有時隻有160-170℃。
 
PVC樹脂粉性質
無相變、無定形、強極性塑料
電負性強,導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,導致PVC軟化問題和熔融溫度高,一般需要160-200℃才能加工
穩定性不好,易分解
熔體粘度高(加工過程中的剪切作用,會導致摩擦熱迅速增加)
熔體強度小(延展性差),導致熔體容易破碎(PVC屬於直鏈分子,分子鏈較短,熔體強度低
熔體鬆弛慢,易導致製品表麵粗糙、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,有利於結晶(這就解釋了反增塑效應的原理)
 
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力鬆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
1.製約薄製品車速可能過高的內摩擦剪切力及由此在輥隙間可能出現大量的“熱集聚”,導致流動性和對金屬剝離性不一,同時物體熱脹冷縮,導致厚度變化,收卷應力不均 。
2.析出配方中會導致輥筒熱傳遞不均,也會影響分子流動方向,導致收卷應力不均。
3.輥筒表麵打磨的方向可能會影響分子流動方向,導致收卷應力不均。
4.主機吹氣控製不當,也會影響分子流動(應力鬆弛、蠕變),導致收卷應力不均。
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致的分子應力鬆弛和蠕變發生不均一的變化)
7.主機輪導熱油的流量大小,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。
 
積料對生產的影響
積料旋轉不佳,會使產品橫向厚度不均勻、薄膜有氣泡、硬片有冷疤。
存料旋轉不佳的原因:
1.料溫太低或由於配方導致物料流動性不佳
2.輥溫太低
3.輥距調節不當
第一積料大小、生熟影響第二和第三積料的大小,導致厚度和圓周變化。
可通過適當調整第二積料大小,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點圓周更好控製(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,第一積料的生料導致的缺邊,由於第二積料的緩衝,到下輪的料缺失並不多,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定性(1.積料的溫度變化;2.輥筒接觸積料的麵積發生變化導致輥筒溫度變化)
積料的作用:
有適當的積料可使薄膜光滑和減少氣泡,而且膠片的致密性好,當會增大壓延效應。此法適用於丁苯橡膠。
無積料法則相反,適用於可塑性較高的塑料或橡膠,如:天然橡膠。
 
產速對生產的影響
車速過高:
1.導致內摩擦剪切力及由此在輥隙間可能出現大量的“ 熱集聚”,導致整個分子鏈取向(分子取向和鬆弛程度不一),引起展平不良(分子鏈取向程度不一樣,導致回縮不同,圓周即使很好)和收卷包氣(取向程度不一樣,圓周即時控製很好,但由於部分點勒得很緊,導致氣無法排出)
2.彈性勢能增加(彈性形變變大),在設備中時物料內應力釋放減少,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,表麵更易不平整,影響後道印刷等。
(在一定範圍內提高應力或應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,是進入模口區的彈性應變增加,鬆弛時間延長也會是離模膨脹加劇)(彈性形變、鬆弛程度、熔體強度)
3.分離力變大,導致輥筒饒度變化,產生中高。
4.對金屬剝離性產生影響,車速過快,橫向料溫由於“ 熱集聚”的點以及散熱作用,料在下輪不穩定,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係)(第一積料也在高產速的情況下,變得不穩定,邊緣易生)
5.車速高,雖然剪切力增加,但物料經熱時間縮短,更容易引起積料和貼附在輪麵上的物料的溫度不均勻,使得混合體係中含有生料,產生深氣斑;同時存在分子取向程度存在不一致。
 
餌料跑,圓周變化
出現餌料跑的原因:
1.物料(配方)產生的不同黏附性(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,導致產品不耐拉;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,不穩定。)
3.被黏附表麵是否幹淨以及表麵溫度(讓物料比較正常通過)(下輪表麵及引取輪表麵)
不幹淨導致R4處吊料不穩定,波動大;第一引取輪髒可以等同引取輪速度會產生波動,導致料出現一頓一頓的現象,影響吊料平穩性。適當增加或減少R4溫度,平衡料與下輪的粘附力。
一號引取輪表麵是否幹淨,不結的表麵,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,導致旋轉更厲害,剪切熱變大,很容易變得不均衡,影響R4吊料的穩定性,可適當增加第三積料的大小;
積料大時,輥輪接觸積料的麵積變大,輥輪的溫度被迫上升,下輪吊料上升,可能會出現吊料不穩定,容易晃動。
5.吊料位置不適當易出現上下晃動(特別是邊緣位置):適當增加或降低拉比,較少波動。
6.速度:高速生產時,易發生餌料跑的問題,吊料不穩定。
額外解決措施:引取輪處使用導輪壓住,減少跑動
對於薄製品:混煉過度,料更容易黏附金屬,易在下輪晃動,導致餌料跑動;混煉不足,料的熔體強度不夠,不耐拉,導致餌料跑。
 
冷氣斑,半針孔
影響因素:
1.R1、R2、R3、R4速度、速差(控製第一積料,適度旋轉,加強第一排氣,減少對第二、三積料影響)以及主機後道的拉比
速比大時,物料對輥筒貼覆好,過大將產生包輥現象,製品厚度不均,產生過大的內應力,使製品的尺寸收縮率增大;反之,速比過小,物料吸輥性差,容易夾雜氣泡使製品出現氣泡。
主速過快,料經熱時間變短,料的溫度易不均勻,導致料中含有生料,導致冷氣斑。12#2018年A軋電機故障,此條線降速生產,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.過小旋轉加快,導致氣被包進去,導致大量氣斑;同時由於控製的因素,導致第一積料大小和生熟發生變化,影響第三積料大小,導致半針孔;升降速導致第三積料大小變化),第三積料無法不小時,必須各段生產穩定,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是否順暢,9#2017年生產厚製品,高聚合度的訂單,在通過調整中輪間隙油壓,使第三積料大小變得非常均勻,生產變得正常。
4.輥輪溫度、溫差
輥筒溫度設定差異性過大,積料溫度被低溫輥筒降低,導致積料流動變差,旋轉出現問題,中間易夾雜生料,導致半針孔。
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,氣包在裏麵出不去)
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
(珠光粉產品,直接在萬馬力添加,主機表麵析出嚴重,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,氣包在裏麵排不出去
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)
藍色料易出現氣斑:酞菁顏料表麵是非極性與PVC相容性差,同時析出在輥筒表麵的顏料長時間後碳化產生粘輪 ,白色矽膠輪上有 顏色析出,產品容易有冷氣斑。 )填料一般對析出有較好的抑製作用。這是因為它們對輥筒產生研磨作用, 從而將析出物吸附走。
生產時發現:穩定劑外潤滑差時,料容易粘附主機,冷氣斑和半針孔的問題比較多
7.輥輪表麵材質
   不同材質對PVC的粘附力不一樣
8.輥輪表麵粗糙度,影響排氣順暢度(往複牽引拋光、 vapor honing氣相珩磨)
 生產厚製品時,部分廠家會噴砂研磨輥輪,使輥輪表麵變得粗糙
在注塑生產時,拋光度太高會致使模內產生真空,從而使使製品吸附於模具內壁,另一方麵,拋光度太低也會造成脫模困難(對於壓延,輥輪太光,粘附性加強,排氣性變差;輥輪太毛糙,容易粘料)
表麵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刀具與已加工表麵間的摩擦;4.工藝係統的高頻振動。無論采用哪種加工方法所獲得的零件表麵,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穀不平痕跡。因此新設備生產時會產生排氣不暢問題及分子流動取向問題,導致收卷或存儲時出現問題
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需求。
10.設備問題
是否有設備溫度導致一些油壓表麵上看沒有問題,但由於力的分散,導致油壓間接變化,導致輪子變形出現變化,導致第三積料形狀發生變化,導致半針孔
綜上:在PVC配方析出和黏附性正常的時候,隻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,生產條件和各段控製並不需要那麽嚴格。
 
收卷包氣
影響因素:
1.收卷張力:導致料對輪子的貼附性發生變化,收卷鬆緊,排氣性能
2.收卷溫度:料溫太低時,軟質PVC較硬,與輪子的貼附性變差,易出現由於氣泡變大,導致打折,溫度高一點情況會好轉很多;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生詭異變化
導致的原因:1.吹氣大小、位置不真確;2.輪子表麵形貌溝壑引起的流動方向變化;3.設備排布如引起輪到壓花輪之間的相對位置不對,導致進壓花的料有泡泡,影響溫度的均勻性,導致收卷應力不同,收卷出現包氣打折等。
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.吹氣影響等導致分子取向程度不一樣的因素。內應力不同,部分點勒得比較緊。
5.產品規格(厚度、門幅、軟硬度)生產比較薄,比較硬的產品,更容易有包氣打折
原因:1.產速較快,靜電大,料的靜電與收卷輥筒之間形成排斥,易鼓泡導致打折。
厚製品,雖然產速跟薄製品產速差不多,由於厚製品自重大,靜電荷斥力小於製品自重,影響程度就小很多。
2.料薄,產速快,無法讓冷卻輪溫度提升,導致料偏冷。
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,不同規格製品,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。
在正常生產時交叉量越大,說明輥筒之間的間隙變化程度加大,導致補償加大,而輥筒間隙變化和補償變化不吻合,導致三高兩低的現象越來越嚴重,第三、第二積料的形狀(不是大小,而是大小的均勻性)發生變化,導致生產異常。
每一種規格的產品在一定的速度、速比生產下產生的分離力(變化)、中輪的中高度(定值)、輪子自重(定值)的形變,應該調整、複配中輪的間隙消除油壓(可變值),通過中輪的形變,更好地控製積料的形狀。
 
三高二低
原因:
分離力:迫使輥筒沿軸向長度發生彎曲彈性形變,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範圍更明顯) 較易早冷收縮,即人們常稱的“縮邊”現象。
這種解釋能較合理地說明:為什麽沒有軸交叉,沒有輥彎曲、甚致連輥筒中高度都沒有的壓延機,生產的膜片同樣存在“三高兩低”。(“中高”由輥筒擠壓形變產生,“邊高”因邊縮和輥筒邊緣散熱而得)
設備上可通過壓延機輥筒研磨方法使輥筒在兩邊近中區略有凹下。
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製品在橫截麵上往往產生厚度上的“兩高三低” ,呈不均勻的馬鞍形,這種現象通常稱為U 形效應。同時, 輥筒軸線互相交叉後,對壓延製品產生扭轉作用, U 形效應與壓延扭轉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製在2度以內)
減弱因素:
1. 製品中高大一點
2. 積料(特別是第二積料)大一點,使積料旋轉不一導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,旋轉越厲害;兩端的積料旋轉最厲害,但由於散熱作用,導致厚度反而大)
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(紡錘形)影響降低,減少溫度的不統一;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,還可以使由於邊緣效應導致的拐點外移,使2,4點沒那麽低了(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)減少積料旋轉速度,減少由於旋轉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。
為什麽門幅越寬,三高二低會越嚴重
門幅越寬,第二積料紡錘形越嚴重,越易出現拐點(拐點的定義:積料的紡錘形嚴重,近中區和近邊區之間,由於積料旋轉速度不一導致的熱量不一,邊緣又由於設備散熱以及生產時拉伸刀子的縮邊,引起的一個較小的區域)(文章來源於網絡)