帘布压延的工艺设计

钢丝帘布或纤维帘布压延的操作工艺设计

1. 前言

尽管压延机的使用已有200年的历史,但从工艺观点来看,对压延过程的集中试验却进行的不多。

与压延过程密切有关的是产品质量。压延制品的宽度上的厚度差别和长度上的厚度变化以及帘线密度分布决定了产品的质量,而对于大尺寸的制品来说,取决于加工参数。

如在轮胎工业中钢丝帘布或纤维帘布贴胶所要求的典型的数据如下:

截面厚度: 0.4～2.5 m

宽度: 900～1450 mm; 士0.5 mm/m(每米压延的材料在宽度上为0.5 mm)

孔隙率: 不允许

气泡: 不允许

帘线密度帘线的数目: 在10cm内为0～150根帘线

有缺陷的帘线: 对于纤维帘线,在10cm内为3根帘线

对于钢丝帘线,在10cm内为1根帘线

偏心度: 最大为0.01 mm

面密度: 士50 g/m

帘线应力: 达2000 kg

帘线应力中的差别: 在压延方向和垂直方向上为士25 kg

如同产品质量与压延参数的密切关系一样,本文以定性方式阐述其目的。对此,介绍一种有说服力且简化的压延机模式。这种模式说明压延机辊隙范围内形成的压力作为胶料粘度、压延机辊隙的宽度、压延速度、压延机辊隙前后堆积胶的高度以及几何尺寸的函数。典型的钢丝压延与纤维帘布压延的总体布置可借助压延机模式的结果加以说明。

2. 两个辊筒之间的间隙中的流动过程

压延过程可以作为牵引与压力流动过程的组合来进行说明。通过压延机的辊筒转动,将胶料牵引通过压延机辊隙。牵引胶片的厚度不仅是由辊筒间隙的净高来决定,而且也是由胶料的粘弹特性来决定的。

在两个相互平行排列的辊筒之间的间隙中的流动过程如图1所示。

两个相互并列与相互平行排列布置的辊筒将胶料在压延机辊隙的狭窄范围内牵引通过辊隙。这一流动过程在很大程度上是呈收敛式的,这意味着将形成一种较高的压力。一部分被牵引的胶料将通过流动压力而被撞回。而辑隙中的压力将在辊隙中产生一种力,并以此导致了辊筒变形。

有关压延机辊隙中的流动过程的第一个模式己作过介绍。另外,有一个较精确的模式,其发表比第一个模式更早一些。辊隙中的力是与辊筒之间的间距成反比的,因为胶料具有一种剪切变形的性能。所以看起来这两个模式似乎是不能实现的。这一段落的目的在于介绍压延机辊隙中的流动所用的一种模式,而这种模式是从乘寡定律出发的。因此,这种模式仍被看成为等温线。

从而得出的下列情况是:

·涉及到带有对称辊筒的一台两辊压延机;

·辊隙中的力导致辑筒弯曲,使这些辑筒不能转动;

·胶料具有一致的温度。加热可根据胶料的粘度特性确定;

·辊隙中的堆积胶与辊筒的直径相比是很小的;

·胶料的流变特性可以通过众所周知的乘幂定律加以说明;

·数值h(x)说明了通过y=0所得的面积与一个辊筒的表面之间的间隙。

3. 辊筒中高度的补偿方法

从图2～图8(略)中清楚地表明,所有的参数对压延过程和压延的产品有显著的影响。而压延

速度似乎对压延性能的影响很小。尽管对与粘度有关的加热忽略不计,但可看到,胶料温度的变化(以及由此产生的不同粘度)将明显导致产品质量的不均匀性。从模式看出,与粘度值有明显的关系。

较高的压力将对邻近的压延机辊筒发生作用并导致压延的产品沿横向有一定的厚度梯度。由于粘性力而通过辊筒弯曲所造成辍筒表面的整个移动y(z),用下式能计算出近似值:

式中:E-材料的弹性模数,即辊筒是由此而制造的(这里为210Gpa)

J-辊筒的惯性矩

b-辊筒的边缘与辊筒轴承边缘之间的间距

Z-与辊筒心轴平行的坐标与辊筒的边缘有关

J可通过下式得出:

式中:

Do-压延机辊筒外径

Di-压延机辊筒内径

由于辊筒弯曲而引起在辊筒之间的净间隙增大可以完全进行补偿,即将外部弯曲力带到辊筒,心轴的外部两端上。

如果作用力导致了一辊筒弯曲,即辊筒超过了一定的变形值,则厚度梯度有可能会超过所要求的最大值。这意味着一台压延机须用规定的特殊装置对辊筒弯曲进行补偿。这些装置是: ·辊筒轴交叉调节装置

·辊筒预弯装置

·辊筒中高度

由于两个辊筒的心轴在压延的胶片表面上相互进行交叉调节,故可以对辊筒弯曲局部进行补偿。如果Co表示辊筒轴交叉的调节,则在使用Pythagoras定理的情况下产生辊筒的净间距YCA(Z)用下式求出:

辊筒W的整个宽度为1600mn,而其外径D为650mm(内径D1为350mm)。Z表示与辊筒平行的坐标并且涉及到辊筒的一个边缘。实际上,辊筒轴交叉的正确调节能够对通过在辊隙内的力所引起的辊筒变形进行补偿。

从理论上讲,对辊筒弯曲进行圆满的补偿也可以借助于预弯装置。如图2所示。

若使用现代的压延生产线,则将列出迄今为止两种方式的补偿装置。

此外,对于宽幅压延机辊筒的挠度补偿,通常是在正常的工作条件下来用中高度。而中高度的特殊细节部分可借助于推荐的理论来了解。由于在压延机辊隙内的最小作用力是在辊筒之间的较大净间距的调节情况下,带有较小堆积胶以较低的压延速度以及在使用一种具有较低粘度的胶料情况下进行的,故规定的辊筒中高度适用于这些情况。此外,辊筒预弯装置和辊筒轴交叉调节装置也适用于对辊筒挠度的补偿。

纤维帘布与钢丝帘布贴胶用一条压延联动线从理论分析得出,钢丝帘布与纤维帘布压延须符合下列条件:

·恒定与连续向辊隙喂料;

·胶料保持恒定的温度;

·帘线张力要尽可能低,但也要保持有足够高的应力,以保证帘线进行均匀的分配;

·至少可以进行三级调节;

·帘线密度用控制装置;

·补偿压延机辊筒挠度,除了采用预弯装置和轴交叉调节装置之外,还应设有辊筒中高度;

·厚度控制装置;

·应降低张力峰值;

·要避免单个加料之间的胶料粘度的波动;

·要避免在压延速度中的较强烈的变化。

图3表示带有胶料的纤维帘布与钢丝帘布压延贴胶的总布置。

该压延生产线的核心部分是S形四辊压延机。帘线是在中间辊筒间隙内进行贴胶的。两个胶片将从上辊隙与下辊隙中拉出后通过中间辊隙。一般来说,在2号辊与3号辊设有预弯装置用于补偿在辊隙2中所产生的力:在1号辊和4号辊上设有轴交叉调节装置。

在压延机的前辅机上设有蓄布器,以使压延过程连续进行,即一个帘布卷的末端与新帘布卷的前端相连接。

除辊筒弯曲及在压延制品上产生不同的厚度差别之外,帘布贴胶时,压延间隙中会产生较高的压力,以致使压延胶片中的帘线会出现不均匀的排列。但应指出的是,压延对帘布或钢丝帘布贴胶时所产生的帘线张力是可以避免的。如果处理不好,帘线张力将会导致某些帘线伸长。另外,为了避免出现收缩现象,须将较高张力帘线的贴胶时间尽可能缩短。压延机前后辅机的主要任务是,使给定的帘线张力保持恒定。为了尽可能使帘线保持较低的张力,帘线张力可分3～5个阶段进行调节。在纤维帘布压延的前辅机上进行一次或两次调节,在压延机区段上进行一次调节,在压延机的后辅机上进行一次或两次调节。为了使每根钢丝帘线的张力保持恒定,将钢丝帘线以卷筒方式单独进行提供,并把钢丝帘线放到筒子架室的每个锭子轴上,钢丝帘线从导开装置导开,并采用控制钢丝帘线导开的制动装置。

只有在压延机区段内,帘线才有足够高的张力,因为要阻止胶料在压延机辊隙范围内流动所产生的压力。对此,可借助于局部较高的帘线张力来获得均匀的帘线密度。

图4表示一条现代压延联动线(生产宽度为1450mm)进行不同纤维帘布贴胶时,沿压延宽度方向的厚度偏差。