徐天藝

（合肥會(huì)通中科材料有限公司，合肥230088）

0 引言

聚丙烯（PP）樹脂具有原料來(lái)源豐富、質(zhì)量輕、性價(jià)比高及優(yōu)良的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性、易于回收等特點(diǎn),是世界上應(yīng)用最廣、產(chǎn)量增長(zhǎng)最快的樹脂之一。PP發(fā)泡材料更是以其獨(dú)特而優(yōu)越的性能成為泡沫塑料行業(yè)中的熱點(diǎn)。

聚丙烯發(fā)泡塑料除了具有一般發(fā)泡制品質(zhì)輕、隔熱、隔音、緩沖防振、比強(qiáng)度高、價(jià)格低廉等特點(diǎn)外，還具有良好的熱穩(wěn)定性、良好的耐應(yīng)力開(kāi)裂性能、尺寸穩(wěn)定性、較高的韌性以及較高的拉伸強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度和優(yōu)異的微觀適應(yīng)性，而且其降解性能也優(yōu)于其它塑料。因此，其被廣泛應(yīng)用于文具、緩沖材料、食品包裝、熱絕緣材料、汽車、建筑、體育休閑用品及其它領(lǐng)域中。

1 PP發(fā)泡片材生產(chǎn)線簡(jiǎn)介

在生產(chǎn)PP發(fā)泡片材中，是將PP、發(fā)泡劑、成核劑、潤(rùn)滑劑、抗氧劑及抗靜電劑等加入發(fā)泡擠出機(jī)，經(jīng)過(guò)平機(jī)頭或管狀機(jī)頭擠出發(fā)泡，然后采用三輥塑料壓延機(jī)進(jìn)行表面修整與定型，通過(guò)牽引機(jī)輸送至收卷機(jī)進(jìn)行收卷，從而得到發(fā)泡片材。PP片材生產(chǎn)線工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 XPP發(fā)泡片材生產(chǎn)線工藝流程圖

2 三輥壓延機(jī)的改進(jìn)

2.1 壓延機(jī)概述

壓延機(jī)是橡膠制品加工和塑料薄膜和片材的成型設(shè)備。壓延機(jī)主要用于橡膠膠料的壓片、貼膠與擦膠、膠坯壓型和膠片貼合等。也用于塑料薄膜、塑料片材、塑料板材和塑料復(fù)合片材等的成型。

壓延機(jī)主要由輥筒、輥筒軸承、機(jī)架和機(jī)座、調(diào)距機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置、溫度調(diào)節(jié)裝置、控制系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)組成?！癐”型塑料三輥壓延機(jī)由三只豎直排列的輥筒組成，三輥的軸線在一個(gè)豎起平面內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)低廉，操作與維護(hù)方便。因此，塑料擠出發(fā)泡片材以“I”型三輥壓延機(jī)為主。主要用于塑料發(fā)泡片材的成型與壓光。本XPP發(fā)泡片材生產(chǎn)線使用的壓延機(jī)型號(hào)為XY-3I-400×1000，生產(chǎn)的PP發(fā)泡片材寬幅為800 mm。

2.2 XPP發(fā)泡片材生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

XPP發(fā)泡片材生產(chǎn)中產(chǎn)品的缺陷主要有：1）擠出發(fā)泡是利用“快速釋壓法”原理生產(chǎn)的，所以，發(fā)泡速度極快；2）在擠出發(fā)泡片材生產(chǎn)工藝中，發(fā)泡過(guò)程使得出?？跁r(shí)的聚合物體積急劇膨脹，從而造成發(fā)泡片材表面出現(xiàn)瓦楞紋；3）通常用于聚合物片材的后續(xù)處理都采用三輥壓延機(jī)，但三輥壓延機(jī)在工作過(guò)程中，片材經(jīng)過(guò)三輥時(shí)，兩面所經(jīng)的距離與時(shí)間不同，所以上下兩表面會(huì)造成不同的拉伸，從而產(chǎn)生兩面不同的拉伸內(nèi)應(yīng)力；4）高分子聚合物是一種長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，在加工過(guò)程中，特別是在擠出加工中，分子鏈會(huì)發(fā)生取向；5）擠出發(fā)泡由于出口模時(shí)溫度較高以及壓力分布的差異而導(dǎo)致發(fā)泡不均勻，使得表面出現(xiàn)凹凸不平現(xiàn)象。

由于以上種種原因致使普通三輥塑料壓延機(jī)很難成型出表面優(yōu)異的擠出發(fā)泡片材，會(huì)存在表面不平、取向、厚薄不均，特別是中間厚、兩側(cè)薄等缺陷。即使剛生產(chǎn)出的產(chǎn)品兩面的質(zhì)量均勻，而在拉伸應(yīng)力釋放后，會(huì)造成兩側(cè)的產(chǎn)品質(zhì)量不均勻。同時(shí)，由于兩面受壓情況不同而使得兩面的整形效果也不同。普通的三輥壓延機(jī)的這種缺陷更容易造成整形效果不佳而且兩面的整形效果差異非常大。

為了解決以上問(wèn)題，生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)異合格的XPP發(fā)泡片材，就必須對(duì)普通三輥塑料壓延機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。

2.3 塑料壓延機(jī)的改進(jìn)

2.3.1 壓延輥的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

圖2 凹凸系數(shù)

為了解決片材中間厚、兩側(cè)薄的問(wèn)題，將壓延輥改成腰鼓狀。由于發(fā)泡片材在機(jī)頭內(nèi)的流動(dòng)速度與壓力分布造成片材中間厚、兩側(cè)薄，特別是利用平機(jī)頭生產(chǎn)XPP發(fā)泡片材。另外，在壓延機(jī)工作時(shí)受壓的不同造成輥筒出現(xiàn)彎曲撓度，進(jìn)一步加劇了片材的缺陷。式中：q為單位橫壓力，N/m；b 為加工片材的寬度，m；l為兩支承軸間距，m；E為輥筒材料的彈性系數(shù)，Pa；I為輥筒的慣性矩，m4；F為輥筒的橫截面積，m2；G為輥筒材料的剪切彈性系數(shù)，Pa；α為計(jì)算系數(shù)，即中央部位的切應(yīng)力與平均應(yīng)力之比。

式中，L為輥筒的有效長(zhǎng)度，m；

由所用XY-3I-400×1200壓延機(jī)可以得出以上參數(shù)為：q≈2×1011N/m；b=0.8 m；l=1.35 m；E=2×1011Pa；I=0.16 m4；F=0.031 4 m2；G=7.9×1010Pa；為便于計(jì)算，α 取 1；L＝1 m。

按式（1）、式（2）、式（3）得到，凹凸系數(shù) K=0.36 mm。

另外，由于成型加工過(guò)程中片材造成的中間厚兩側(cè)薄的偏差，取凹凸系數(shù)為0.4 mm，僅中輥?zhàn)鎏幚?。通過(guò)補(bǔ)償，可以解決中間厚兩側(cè)薄的缺陷。

2.3.2 增加表面修整裝置

如圖3所示，依靠壓延機(jī)中輥的安裝架安裝一組調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由定位輥、軸承、定位輥軸組成，并用螺釘安裝在調(diào)節(jié)塊上。調(diào)節(jié)塊上下均銑有一槽，將支撐板安裝在調(diào)節(jié)塊的槽內(nèi)，然后將支撐板安裝在壓延機(jī)的中輥安裝架上。調(diào)節(jié)塊可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿前后移動(dòng)，從而改變定位輥與下輥的間隙以適應(yīng)生產(chǎn)不同的PP發(fā)泡片材的需要。

圖3 表面修整裝置圖

在調(diào)節(jié)塊上銑有與下輥弧度相對(duì)應(yīng)的圓弧槽，從而可以調(diào)整定位輥與下輥的相對(duì)位置，即，可以使得定位輥沿下軸的輥面偏離水平截面上下移動(dòng)，移動(dòng)范圍為60°。

通過(guò)以上改進(jìn)，可以使XPP制品經(jīng)過(guò)一個(gè)預(yù)壓輥裝置改善片材的表面狀態(tài)，使得表面更平整。另外，通過(guò)調(diào)整后，使得XPP片的兩側(cè)經(jīng)過(guò)壓延的時(shí)間和距離保持一致，好處是產(chǎn)生的拉伸內(nèi)應(yīng)力兩面保持相當(dāng)，可以大大改善兩面的狀態(tài)。

3 改進(jìn)后的三輥壓延機(jī)的應(yīng)用

用改進(jìn)前與改進(jìn)后的塑料三輥壓延機(jī)對(duì)XPP片材進(jìn)行處理，所用生產(chǎn)設(shè)備配置如下：1）主機(jī)為SH65-90/30/32發(fā)泡擠出生產(chǎn)線，產(chǎn)量5 060 kg/h。2）機(jī)頭，選用寬幅為800 mm的平機(jī)頭，模唇可在0～10 mm間調(diào)節(jié)。3）壓延機(jī)型號(hào)為 XY-3I-400×1000。4）牽引機(jī)。自然牽引，壓延機(jī)與牽引機(jī)之間加輥式牽引架，牽引機(jī)變頻調(diào)速，牽引速度可以按主機(jī)的產(chǎn)量及發(fā)泡狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

發(fā)泡的工藝條件，包括主機(jī)產(chǎn)量、工藝溫度、工藝壓力和輔機(jī)的加工參數(shù)等均相同。配方體系完全相同，發(fā)泡倍率基本相同，均在2.3～2.5倍之間。生產(chǎn)出XPP發(fā)泡片材的產(chǎn)品狀態(tài)如圖所示，圖4為改進(jìn)前的壓延機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)品樣品，圖5為改進(jìn)后的壓延機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)品樣品。兩種樣品均是已經(jīng)經(jīng)過(guò)3個(gè)月的時(shí)效及均化處理，其內(nèi)應(yīng)力均已充分釋放后的結(jié)果。

圖4 改進(jìn)前壓延機(jī)生產(chǎn)的XPP產(chǎn)品

圖5 改進(jìn)后壓延機(jī)生產(chǎn)的XPP產(chǎn)品

從圖4與圖5明顯可以看出，改進(jìn)后的XPP發(fā)泡片材表面平整、狀態(tài)較好，而且要致密。從尺寸和兩面的狀態(tài)比較，改進(jìn)后的尺寸變化小，而且雙面的狀態(tài)均勻性也比改進(jìn)前的塑料壓延機(jī)效果好。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改進(jìn)，塑料三輥壓延機(jī)適合于XPP發(fā)泡片材的生產(chǎn)，對(duì)XPP發(fā)泡片材的產(chǎn)品質(zhì)量有很大的改善，大大提高了產(chǎn)品的成品率與生產(chǎn)效率。

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