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1、压延成型原理,2018-4-11,姓 名 指导老师,主要内容,压延原理,在压延成型过程中，借助于辊筒间生产的剪切力，让物料多次受到挤压、 剪切以增大可塑性，在进一步塑化的基础上延展成为博型制品。在压延过程中，受热融化的物料由于与辊间的摩擦和本身的剪切摩擦会产生大 量的热，局部过热会使塑料发生降解，因而应注意辊筒温度、辊速比等，以便能很好的控制。,1.压延的必要条件,物料被加到两个具有一定温度以不同线速度相对旋转的辊筒中间时，辊筒表面与物料接触点分别作用以径向作用力F1和F2与切向作用力f1和f2。/,1.压延的必要条件,将它们分别沿x-y坐标分解，得Flx、Fly、f1x、f2y和F2x、F2
2、y、f2x、f2y。,分力Fly、f1y和F2y、f2y对物料沿y轴方向起压缩作用，通常叫做挤压力. 分力Flx和F2x试图将物料推出辊隙，而分力f1x、f2x、则试图把物料拉入辊隙。,为了使物料能够进入辊隙，必须满足：f1xFlx，f2xF2x/,1.压延的必要条件,就辊筒I对物料的作用力分析，有公式： f1xf1cos FlxFlsin 而f1Fl 物料与辊筒表面的摩擦因数，=tg(为摩擦角)物料与辊筒表面的接触角，即物料在辊筒上接触点和辊筒圆心连线与两辊中心连接线的夹角,（为使熔料能进入辊隙，必须满足：f1xFlx， 并参考公式：FlxFlsin） 得：FlcosFlsin， 移项、消减
3、：sin/ costg 所以tg 或者tgtg 即 。 /,1.压延的必要条件,由此得出：压延操作的必要条件是摩擦角必须大于接触角，亦即物料有大的摩擦因数(粘弹态)；同时辊筒进料处存料要少，使物料的接触角减小。/,2.钳住区特性点,压延中物料受辊筒的挤压，受压力区域称为钳住区，,2.钳住区特性点,条件假设,压延流体为不可压缩的牛顿流体；流动为稳定的二维流动。流体沿辊筒轴向的流动忽略不计，即流体沿辊筒轴向方向的速度变化为0；流动为等温过程；压延过程中，物料无化学变化；物料在辊筒表面不打滑；两辊筒直径相同，线速度相等；忽略重力作用。/,2.钳住区特性点,建立压延直角坐标系统；把中心钳住点作为坐标原
4、点，y轴取在两辊筒圆心连线上，x轴为两辊筒横截面的对称线。/,2.钳住区特性点,根据流体的连续方程和动量方程，并为简化方程，使之适用于不同规格的辊筒，故引入无量纲数x，,令,（8-6）,显然x是横坐标x的函数。,则，,由几何关系,hx轴到辊筒表面的距离,则，,2.钳住区特性点,又设无量纲数 ，表示为单位辊筒宽度的无量纲的流动速率,令：,式中qv辊筒单位长度上物料的体 积流量。即 qv2H2 式中2H2压延制品厚度(cm)辊筒旋转线速度(cms),所以,（8-9）,2.钳住区特性点,如此即可推导得到压延过程的压力方程式：,（8-10）,（8-11）,2.钳住区特性点,在微分式（8-10）中，压力
5、只与(x)有关，当(x)22时，dP/dx0，函数有极值。据此，即有以下几点关系：/,式中g(x, )是一个x和的复杂函数，为,（8-10）,（8-11）,（8-12）,2.钳住区特性点,终钳住点在压延坐标中位置：,由（89）式，首先计算,值。,又（86）式,所以,2.钳住区特性点,当dP/dx0时（即x-），P为极大值。记作Pmax。由（8-12）可知 g(x, )= g(- , )=5 则，由（8-11）得,（813）,式中Pmax最大压力点的压力（MPa） 辊间物料粘度（Pas） 辊筒压延线速度（cms） 无量纲数,2.钳住区特性点,在中心钳住点（xx0），在压延坐标中位于最大压力点和最
6、小压力点（终钳住点）的中点.由（8-12）可知 g(x, )= g(0, )=0则，由（8-11）得物料所受的压力是最大压力的一半，故称为半压力点。,2.钳住区特性点,始钳住点，是物料开始受压点。物料经过此点进入挤压辊隙.我们把始钳住点记为（-x0）。同样（-x0）具有如同式（86）的数学关系。即：,（814）,2.钳住区特性点,由此可见: .(-x,0)和都是与物料性能有关。当物料弹性越大，(-x,0)和越远离y轴，钳住区范围就越大，产品厚度(2H2)与辊筒间隙(2H0)差距就越大；.当物料弹性越小，(-x,0)和的范围就缩小，(2H2)和(2H0)的差距就越小；.当物料完全没有弹性，则(-
7、x,0)和趋向重合，亦即物料的进入和出口全在中心点重合,则2H2=2H0 . /,2.钳住区特性点,根据前述，总结钳住区特性点如下表,3.压力分布曲线,如前所述，在已经确定的压延生产中，利用式 可以求得Pmax.如果把任一点的压力P(x)和最大压力Pmax之比定义为相对压力，并记作P，即：,（8-13）,3.压力分布曲线,图8-35是表示三种不同值的情况下绘制的Px值的曲线，曲线表明相对压力P随x的变化而变化的关系。/,3.压力分布曲线,根据相对压力曲线，我们可以很方便的求出钳住区内任一点的压力，即：,（8-15）,式(815)表明:在已知压延生产中，、R、H0均为已知。任意压力P和最大压力P
8、max一样，是的三次方关系，值很小变化均可引起压力的很大变化。例如，当值增加1倍时，Pmax和任意压力P都增加8倍。,4.钳住区的速度分布,压延时料流沿x轴方向各点的速度与辊筒线速度的比值x/，经理论推导是：,（8-16）,式中 x料流在x方向分速度 辊筒表面线速度 y辊间物料任一点的y轴坐标位置 hx轴到辊筒表面的距离 /,4.钳住区的速度分布,公式表明:x是变量x、和(y/h)的函数。当x时，x，这说明在最大压力处和终钳住点物料速度都等于辊筒表面线速度。当等于某一常数值时，速度x就只是x和y/h的函数。因此，当x取某一数值，就可以画出一个x对（y/h）的速度分布曲线。/,4.钳住区的速度分
9、布,图示为取20.1时,x分别为-4、-2、-、0和时的速度分布情况。,由图可见:当x时，x，速度分布曲线为直线；当在x区域，压力梯度为负值，速度曲线呈凸状；当x区域压力梯度为正值，流体中部速度变慢，速度曲线呈凹状；/,4.钳住区的速度分布,当x小于-向负方向移动时，在中性面x轴上有一点叫驻止点， 即x0表示物料在此处的运动速度等于零。,当x=0，可求得驻止点的x值，用(x)*表示，即：,4.钳住区的速度分布,当x(x)*的区域，速度有正的，也有负的；在中性面速度是负的，流体流出捏合间隙； 在辊筒表面层，速度是正的，流体流进捏合间隙； 说明存在一个局部环流。在x(x)*区域内，不管速度分布曲线呈凹状还是凸状，x都是正值，不存在循环回流。 /,5.钳住区的剪切形变分析,（8-20）,（8-21）,5.钳住区的剪切形变分析,图8-40 辊筒间物料中剪切力和剪切速率沿y轴的分布（a）及物料剪切形变（b）示意,5.钳住区的剪切形变分析,与剪切速率相对应的剪切形变，从物料进人钳住区后就逐渐增大，在最大压力点b处剪切形变达到最大。此后形变逐渐恢复，到达终钳住点即离开钳住区时，在物料内仍保留部分剪切形变，如图8-40（b）所示。因此对于粘弹性物料来说，压延 制品的厚度总是略大于压延机最后一道辊筒间隙。,图8-40 辊筒间物料中剪切力和剪切速率沿y轴的分布（a）及物料剪切形变（b）示意,谢谢!,
