用压延机生产薄膜的方法称压延成型法。压延机的辊数可为3、4、5等几种,辊的排列方法如图2-2。
加入第一辊隙中的物料,并不是自然的就会沿所绘路线运行。只有使下辊具有更高的转速才能使物料沿所绘路线前进。
图2一2中绘出了塑化料通过压延机变成塑料薄膜的运行途径:塑化料被送入第一辊隙(即辊l和辊2的间隙),进行滚压,然后进入辊2和辊3的第二辊隙,以此类推。聚氯乙烯塑料在通过辊隙的过程中,不断地被压辊压成所需的厚度及宽度。最后辊隙的大小是控制成膜厚度的决定性因素。
薄膜的表面由于通过热而光滑的压辊而被压平和压光。从压延机的最后压辊上将已制成的热薄膜引到一导辊上去,让薄膜通过一系列冷却辊筒冷却,最后进行切边、检验厚度和卷取,图2一3所示为压延薄膜生产流程示意图。
为了提高压延机的速度和质量,各压延机生产厂设计并生产了不同用途的各种压延机。由于增加了许多附加和辅助设备,故薄膜压延机已成为相当复杂、价高的精密设备。现简述其进展情况。
压辊互相平行而重叠排列的I型四辊压延机的工作速度较高,可用以生产较优质的薄膜,但因压辊互相重叠,加料不方便,因为只有能将料塞入辊隙时才能被压辊夹住。因此,人们设计了L和倒L型压延机。这种压延机的四个压辊中的最下辊或最上辊总是位于前方。倒L型四辊压延机,宜用子制造软聚氯乙烯薄膜,便于加料,并可观察其全部运行过程的情况。
生产硬质薄膜时,则应用L型压延机,即由下而上地产生压延作用,这便于加入常呈碎屑状的聚氯乙烯料。
L型五棍压延机已用于生产硬质薄膜。这种压延机压力分布均匀。并可防止辊简弯曲变形。
S 和Z型结构的压延机(图2一2b和c),虽然不便于在操作和运行中进行观察,但机身高度较低,所占空间较小;另外,其通过四辊的路程较短,故在热辊上受热的时间就下会很长。
考虑到薄膜的质量。有些国家已不再用少于四辊的压延机来生产薄膜,虽然三辊压延机生产的薄膜价格低。
压延机的压辊用冷硬铸铁或钢材制成,表面硬度很高并经抛光或镀铬,辊表面的质量直接影响薄膜的表面。压延机的最后一只压辊有时需要喷砂。以制造消光薄膜。
从轴颈钻孔通蒸汽、热水、油或电热体将压辊加热至160~220°C,常常还需要安装各种形式的辅助电加热装置。如因辊筒两端的热常传给机架而出现温度较低的情况,需进行辅助加热。控制压辊表面温差在几度范围(最好在士1℃)之内。是制得高质量薄膜的先决条件之一。
若压辊的转速很高,则因摩擦而在聚氯乙烯料中产生时热已足够压延的需要,故压辊就不需要再加热;甚至还需要进行冷却。转速很快的压延机,如100米/分以上。就需要用循环热水进行压辊内部冷却。目前硬聚氯乙烯薄膜的压延速度巳达100米/分,软聚氯乙烯薄膜的压延速度可达150米/分,台时产量都在一吨以上。
粘稠的聚氯乙烯塑料通过各辊隙时,会对辊和辊轴承产生很高的压力。此压力每厘米辊面长可达一吨以上。
生产聚氯乙烯薄膜的压延机压辊直径规格大致为700毫米,辊长度为1800毫米,可生产宽度为1500毫米的薄膜。制软聚氯乙烯的辊长度,目前可达2500毫米以上。辊直径可达860毫米以上。
辊长度对辊直径之比,应根据聚氯乙烯料在加工时的塑牲来确定。制造硬薄膜的料粘性较高,压辊长径比为2~2:5:1,制造软薄膜时、长径比可增为2.5~3,0:1。生产中辊弯曲会导致薄膜出现中间厚两边薄的现象。这种现象在生产很薄的薄膜时特别容易出现,尤其当最后压辊发生弯曲时。这可用有中高度的压辊(即压辊中部直径较两端稍大)来补偿辊弯曲,采用此种压辊时亦应十分慎重。只有在一定的薄膜厚度和配方的情况下,才能补偿辊弯曲所产生的变化。更换压辊很费时间,并很麻烦。
使用轴交叉装置可减小变弯的压辊的负荷,还可以使用抗辊弯曲装置(亦称预弯曲装置)在不停止压延机工作的情祝下,补偿压辊畸变和减小厚度差。
每当薄膜配方变动时。都应重新调整压延机的温度、速比、辊弯曲度和工作速度。聚氯乙烯种类的不同、稳定剂的不同、润滑剂含量的不同、增塑剂种类和含量的不同以及颜料填料的不同,都会影响塑化料的塑性、流动性、稳定性和最宜加工温度范围。
为了在压延机上能顺利而连续地生产薄膜,需在进料辊处有一最低限度的存料量,以保证压延机高速运转中不致断料。
薄膜的生产速度和压延机的工作速度,在很大程度上耽决于薄膜配方和所需薄膜厚度。生产硬质薄膜时,一般速度为每分钟10~25米,生产软质薄膜时,速度为每分钟8~70米。较薄的薄膜在压延机上所需的停留时间较短。即可用较生产厚薄膜更快的车速进行生产。
制得的薄膜厚度,必须在卷取前不断控制,除机械测厚仪外,现在主要采用ß-射线测厚仪来测定薄膜的厚度,这种测厚仪可带反馈装置以自动校正压辊的间距,从而保证制得的薄膜具有所需的厚度。
在薄膜压延机上可生产厚度为0.6毫米的聚氯乙烯薄膜。厚度为1毫米或以上的含填料很多的软聚氯乙烯薄膜,最好用二或三辊压延机生产。
生产的薄膜的最薄极限,随辊弯曲补偿的程度以及压延机辅助设备清况而定。聚氯乙烯硬、软薄膜的最薄厚度,一般为0.06~0.08毫米之间,现已能达到0.03毫.米或更薄。
由于某些需要,压延成型薄膜还需进行一些加工处理,现列举于下:
① 质聚氯乙烯薄膜的热处理:用压延法制得的不含增塑剂的乳液法聚氯乙烯薄膜,在室温下伸长率低,仅20%左右,脆性较高,这种薄膜可从压延机出来后进行一次热处理。
将从压延机出来的薄膜,在无张力下通过一热至290℃的熔融滚筒,薄膜在其上短时期受热达220~250℃ ,然后进行冷却。在塑性范围内这样再次经“熔化”处理后,就可获得性能大为改善的薄膜。薄膜的伸长率可提高至50~100%,脆性和收缩率均可减小,透明度可提高,表面状况和耐寒性也会得以改善,几乎所有的乳液法聚氯乙烯硬质薄膜,都用这种方法生产。
②拉伸处理:聚氯乙烯硬质薄膜,由于伸长率较高,需要在高温进行拉伸处理。热至90~140℃热弹性范围的薄膜,通过一组串联的辊,后辊转速比前辊快,这样可使薄膜纵向连续伸长,拉伸后的长度可为原长度的数倍(图2-4),薄膜的厚度和宽度会减小,薄膜经冷却滚筒冷却后即可卷取。
经拉伸处理过的硬质薄膜的拉伸强度可达到1200
公斤/厘米2左右,有时可超过2000公斤/厘米2,未经拉伸处理的薄膜的拉伸强度仅500公斤/厘米2左右。压延薄膜除可进行纵向拉伸外,也可进行横向拉伸。
经拉伸处理的薄膜用途极广,如用作录音带、胶粘带、绷带等。
在热弹性范围内拉伸时所产生的应力,可在重新升温时 (升至85~90℃后)自动消除。从而使拉伸薄膜出现收缩现象,这种收缩会对焊接和热成型带来不良影响,但正是这一点,使其可用作紧缩包装。