XPP发泡片材生产用三辊压延机改进

2014-04-21徐天艺

机械工程师 2014年2期

徐天艺

（合肥会通中科材料有限公司，合肥230088）

0 引言

聚丙烯（PP）树脂具有原料来源丰富、质量轻、性价比高及优良的耐热性、耐化学腐蚀性、易于回收等特点,是世界上应用最广、产量增长最快的树脂之一。PP发泡材料更是以其独特而优越的性能成为泡沫塑料行业中的热点。

聚丙烯发泡塑料除了具有一般发泡制品质轻、隔热、隔音、缓冲防振、比强度高、价格低廉等特点外，还具有良好的热稳定性、良好的耐应力开裂性能、尺寸稳定性、较高的韧性以及较高的拉伸强度和抗冲击强度和优异的微观适应性，而且其降解性能也优于其它塑料。因此，其被广泛应用于文具、缓冲材料、食品包装、热绝缘材料、汽车、建筑、体育休闲用品及其它领域中。

1 PP发泡片材生产线简介

在生产PP发泡片材中，是将PP、发泡剂、成核剂、润滑剂、抗氧剂及抗静电剂等加入发泡挤出机，经过平机头或管状机头挤出发泡，然后采用三辊塑料压延机进行表面修整与定型，通过牵引机输送至收卷机进行收卷，从而得到发泡片材。PP片材生产线工艺流程见图1。

图1 XPP发泡片材生产线工艺流程图

2 三辊压延机的改进

2.1 压延机概述

压延机是橡胶制品加工和塑料薄膜和片材的成型设备。压延机主要用于橡胶胶料的压片、贴胶与擦胶、胶坯压型和胶片贴合等。也用于塑料薄膜、塑料片材、塑料板材和塑料复合片材等的成型。

压延机主要由辊筒、辊筒轴承、机架和机座、调距机构、传动装置、温度调节装置、控制系统和润滑系统组成。“I”型塑料三辊压延机由三只竖直排列的辊筒组成，三辊的轴线在一个竖起平面内，结构简单，成本相对低廉，操作与维护方便。因此，塑料挤出发泡片材以“I”型三辊压延机为主。主要用于塑料发泡片材的成型与压光。本XPP发泡片材生产线使用的压延机型号为XY-3I-400×1000，生产的PP发泡片材宽幅为800 mm。

2.2 XPP发泡片材生产中存在的问题

XPP发泡片材生产中产品的缺陷主要有：1）挤出发泡是利用“快速释压法”原理生产的，所以，发泡速度极快；2）在挤出发泡片材生产工艺中，发泡过程使得出模口时的聚合物体积急剧膨胀，从而造成发泡片材表面出现瓦楞纹；3）通常用于聚合物片材的后续处理都采用三辊压延机，但三辊压延机在工作过程中，片材经过三辊时，两面所经的距离与时间不同，所以上下两表面会造成不同的拉伸，从而产生两面不同的拉伸内应力；4）高分子聚合物是一种长链结构，在加工过程中，特别是在挤出加工中，分子链会发生取向；5）挤出发泡由于出口模时温度较高以及压力分布的差异而导致发泡不均匀，使得表面出现凹凸不平现象。

由于以上种种原因致使普通三辊塑料压延机很难成型出表面优异的挤出发泡片材，会存在表面不平、取向、厚薄不均，特别是中间厚、两侧薄等缺陷。即使刚生产出的产品两面的质量均匀，而在拉伸应力释放后，会造成两侧的产品质量不均匀。同时，由于两面受压情况不同而使得两面的整形效果也不同。普通的三辊压延机的这种缺陷更容易造成整形效果不佳而且两面的整形效果差异非常大。

为了解决以上问题，生产出品质优异合格的XPP发泡片材，就必须对普通三辊塑料压延机进行改进。

2.3 塑料压延机的改进

2.3.1 压延辊的结构改进

图2 凹凸系数

为了解决片材中间厚、两侧薄的问题，将压延辊改成腰鼓状。由于发泡片材在机头内的流动速度与压力分布造成片材中间厚、两侧薄，特别是利用平机头生产XPP发泡片材。另外，在压延机工作时受压的不同造成辊筒出现弯曲挠度，进一步加剧了片材的缺陷。式中：q为单位横压力，N/m；b 为加工片材的宽度，m；l为两支承轴间距，m；E为辊筒材料的弹性系数，Pa；I为辊筒的惯性矩，m4；F为辊筒的横截面积，m2；G为辊筒材料的剪切弹性系数，Pa；α为计算系数，即中央部位的切应力与平均应力之比。

式中，L为辊筒的有效长度，m；

由所用XY-3I-400×1200压延机可以得出以上参数为：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；为便于计算，α 取 1；L＝1 m。

按式（1）、式（2）、式（3）得到，凹凸系数 K=0.36 mm。

另外，由于成型加工过程中片材造成的中间厚两侧薄的偏差，取凹凸系数为0.4 mm，仅中辊做处理。通过补偿，可以解决中间厚两侧薄的缺陷。

2.3.2 增加表面修整装置

如图3所示，依靠压延机中辊的安装架安装一组调节机构，调节机构主要由定位辊、轴承、定位辊轴组成，并用螺钉安装在调节块上。调节块上下均铣有一槽，将支撑板安装在调节块的槽内，然后将支撑板安装在压延机的中辊安装架上。调节块可以通过调节螺杆前后移动，从而改变定位辊与下辊的间隙以适应生产不同的PP发泡片材的需要。

图3 表面修整装置图

在调节块上铣有与下辊弧度相对应的圆弧槽，从而可以调整定位辊与下辊的相对位置，即，可以使得定位辊沿下轴的辊面偏离水平截面上下移动，移动范围为60°。

通过以上改进，可以使XPP制品经过一个预压辊装置改善片材的表面状态，使得表面更平整。另外，通过调整后，使得XPP片的两侧经过压延的时间和距离保持一致，好处是产生的拉伸内应力两面保持相当，可以大大改善两面的状态。

3 改进后的三辊压延机的应用

用改进前与改进后的塑料三辊压延机对XPP片材进行处理，所用生产设备配置如下：1）主机为SH65-90/30/32发泡挤出生产线，产量5 060 kg/h。2）机头，选用宽幅为800 mm的平机头，模唇可在0～10 mm间调节。3）压延机型号为 XY-3I-400×1000。4）牵引机。自然牵引，压延机与牵引机之间加辊式牵引架，牵引机变频调速，牵引速度可以按主机的产量及发泡状态进行调节。

发泡的工艺条件，包括主机产量、工艺温度、工艺压力和辅机的加工参数等均相同。配方体系完全相同，发泡倍率基本相同，均在2.3～2.5倍之间。生产出XPP发泡片材的产品状态如图所示，图4为改进前的压延机生产产品样品，图5为改进后的压延机生产产品样品。两种样品均是已经经过3个月的时效及均化处理，其内应力均已充分释放后的结果。