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发布日期:2023-7-1 发布者:住野精工
流延薄膜缩幅与卷边现象分析

1、 缩幅现象


薄膜在用T型模头流延时聚合物熔体的黏弹行为造成
①缩幅现象这样的问题,其薄膜的宽度变窄;
②薄膜可拉伸的问题,这是在空气中(即空气间隙中)拉伸过程中出现料涌或断裂的现象。熔融流延薄膜在空气中热拉伸时薄膜变窄,结果薄膜的边缘变厚模头缝口的宽度和薄膜的宽度之间存在差别通常就规定为缩幅。缩幅越大,薄膜的边缘(卷边)越厚,因此产品的产量随边角料的增加而相应降低了。



大家知道,缩幅与熔融薄膜表面张力和弹性模量有关,因此是由薄膜的收缩所引起的。所以薄膜引出卷取时流延薄膜缩幅所需的拉伸力越大,缩幅就缩幅骤冷辊筒表面越小。薄膜横截面缩幅的程度与聚丙烯的特性有关,与其流延条件,如熔融薄膜的温度、空气间隙的长度和模头缝口的宽度有关。在流延条件不变的情况下,密度越高或熔体流动指数越高,缩幅越大。此外,由于Barus效应,离模膨胀比大的熔融薄膜缩幅会减小。关于流延条件,空气间隙大,模头缝口宽,引出速度快,熔融薄膜的温度高,则缩幅就越大。


空气间隙和缩幅之间的关系。总的来说,缩幅和可拉伸性显示出大致相反的倾向。熔融薄膜在高引出速度下流延会缩幅大且变薄。



2、卷边现象
卷边形成的机理:聚合物流延膜是将聚合物通过均匀的薄的模头缝口熔融挤出到一骤冷辊筒上生产的。在模头和骤冷辊筒之间形成了厚的边缘,称作卷边。必须将此卷边从薄膜上裁剪下去,不是作为废料处理就是回收。卷边常常是由3个因素造成的:表面张力、离模膨胀和边缘应力效应。在材料分别处于低黏度和弹性状态下,表面张力和离模膨胀效应会是重要的因素。造成卷边的主要原因还是边缘应力效应,该效应产生于薄膜在模头和辊筒之间拉伸时。薄膜边缘在单轴向应力下伸长而中央的材料成平面拉伸伸长。


在作形成卷边模型时进行了下述假设:
①瞬变现象将忽略不计,因为卷边是在稳定流动时发生的,所以分析只限于稳定流动;
②在稳定流动时,边缘和流线必须不能移动。
③同样从模头出来的流体的流动速率必须等于通过辊筒的流体的流动速率,因为流线是稳定的,在模头的两条流线之间的体积流动速率必须等于在辊筒的上述两条流线之间的流动速率。



缩幅和卷边之间的关系,如果薄膜非常宽,那么在薄膜中央的流线会是直的。在边缘处,流线在辊筒处比在模头处距离更靠近。


卷边的形成是由于离膜膨胀、表面张力和边缘应力效应的三种因素:
(1)离膜膨胀


黏弹流体会增加到比模唇间隙更大的厚度。模头中各模壁都会积累弹性应力,而且边缘也会从更多的模壁积累膨胀。沿模头的宽度到处都会发生膨胀。如果在膜的中央膨胀是2.1mm,则边缘可能就是2.5mm,薄膜中央-边缘之比将为1.19mm.因为卷边的大小类似于从中央到边缘的高模膨胀效应,所以即使在最坏的情况下卷边可能也会小于2.在离模膨胀的卷边向薄膜的中央扩展的情况下,通常也不会扩展到薄膜厚度的5倍左右,这与模头缝口的宽度和到辊简的距离无
关。

例如,薄膜厚度通常小于1mm,所以由于离模膨胀而造成卷边的厚度在5mm以上的情况会是罕见的。因为卷边宽度一般有几厘米,所以看起来不像是离模膨胀的结果。

(2)表面张力


薄膜上的表面张力必须靠边缘的应力平衡。该应力会将边缘的材料向薄膜方向推,使得边缘增厚。对大多数聚合物流延薄膜来说,表面张力数最多也不到1,即表面张力小于黏接力。这意味着在低速下用非常低的黏度的流体制造的薄膜里表面张力将起重要的作用,但是在大多数流延薄膜里就不重要了。因此,在流延薄膜里表面张力几乎从不适用,但在挤出涂覆时会更重要。

(3)边缘应力效应


薄膜上的表面张力必须靠边缘的应力平衡。该应力会将边缘的材料向薄膜方向推,使得边缘增厚。边缘附近的应力和应变状况与膜中间的应力和应变状况不同。比较中央和边缘的应力状况可以显示出卷边与边缘的应力大小有关。靠近中间,流线是直的且平行。在边缘,横向或厚度方向没有应力,在那些方向的延长比是相同的。自由边缘状态导致中央和边缘之间的厚度变化。

卷边的主要原因是边缘应力效应。所有厚度靠牵伸控制的聚合物薄膜和涂覆物都会由此效应造成卷边。其他因素,例如表面张力和离模膨胀都影响到卷边,但是卷边的尺寸小得多,而且卷边的宽度与薄膜的厚度为同一水平。由于边缘应力效应造成的卷边的宽度与从模头到辊筒的距离差不多。边缘应力效应出现在模头和辊筒之间。由于表面张力和高模膨胀造成的卷边只是在有弹性流体的低黏度这样特殊的条件下才会发生。


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