2022年2022年课程设计说明书 2.pdf
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1、1 湖 南 科 技 大 学题目PVC 管材挤出课程设计指导老师学院专业学号作者彭耀威二一一年六月二十八日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 16 页 - - - - - - - - - 2 目录1 概述 2 1.1 PVC 管材的特点 .2 1.2 PVC 的污染 .2 1.3 PVC 管材行业的现状和应用前景.3 1.4国内外主要工艺路线的比较和选择.4 1.5原料的选择和生产配方 .5 1.6产品的质量指标 .7 2.生产方案和生产流程 .8 2.1挤出成
2、型工艺 .82.2定型工艺 .8 2.3牵引工艺 .9 2.4生产流程 .9 3.硬 PVC 管生产车间工艺计算 .10 3.1生产能力计算 .10 3.2物料衡算 .10 4.主要设备的工艺计算 11 4.1螺杆挤出机计算 .11 4.2挤出管辅机计算 .11 4.3其他设备 .11 4.4原料消耗计算 .11 4.5能量衡算 .12 5.安全与环保 .13 设备一览表 14 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 16 页 - - - - - - - - -
3、3 第一章 概述聚氯乙烯( PVC)是世界第二大通用树脂,是由氯乙烯单体(VCM )聚合而成的一种热塑性高分子化合物。聚氯乙烯管主要是指硬质聚氯乙烯管,在ISO标准中定义为Unplasticized Polyvinyl Chloride , 简称为 PVC-U。l.1 聚氯乙烯管材的特点与钢、铁、混凝土、陶瓷管相比,聚氯乙烯管材具有如下优点:重量轻,硬质聚氯乙烯管的相对密度为 1.43,仅为同尺寸钢重量的 1/6,1 t塑料管可代替 1013 t铸铁管,运输安装容易。 耐腐蚀性能好。 电绝缘性能好, 其体积电阻约为 1 10 310 n?cm ,击穿电压达 2328 Kv/mm。摩擦阻力小。管
4、内流体速度比钢管高30左右,且结垢少,不生锈,长期运输水和其他流体, 流率和流量均能保持不变; 而铁管会生锈、 结垢,使用数年后管内流率和流量均要减少。导热系数小,耐候性较好,隔热性能好。着色方便 ,不需油漆 ,且容易制成各种标识颜色的管材,生产中能耗低,仅为铸铁管的18.3 。1.2PVC 的污染PVC内一些有毒添加剂和增塑剂,可能渗出或气化; 部份添加剂会干扰生物内分泌(影响生殖机能),部份可增加致癌风险; 焚化 PVC垃圾会产生致癌的二恶英而污染大气。常规的 PVC材料 , 如电线、电缆等是相当严重的污染源。在制造、使用及废弃处理时,都会产生大量的二恶英、氯氢酸、铅等有害物质;PVC材料
5、燃烧时会发生很大的浓烟,并产生有害的HCL气体;而且大部分PVC材料中含有Pb(铅)、 Cd(镉)等(用作电缆稳定剂)多种有害重金属,会对人体健康造成一定的危害;焚烧或掩埋后,会造成对土壤和水源的污染。由于一次性医疗器械产品大多采用医用级聚氯乙烯(PVC )或聚碳酸酯( PC ),而 PVC加工过程中的热分解物对钢材有较强的腐蚀性,PC则硬度高,粘性大,因而对塑化部分的零部件材质要求必须是能抗腐蚀、抗磨损而且有较高的抛光性能。目前大多数医用注塑机采用机筒螺杆镀硬铬的办法或者采用不锈钢为材料制作机简螺杆以达到上述特殊要求。另外,为了防止 PVC 加工过程中热分解产生气体,要求对动定模板表面进行镀
6、铝处理,而且对外围板金也进行镀铝处理或者采用不锈钢板制作板金,板金拼缝采用无毒硅胶进行密封,以防塑料加工过程中产生的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 16 页 - - - - - - - - - 4 气体跑到外面(塑料加工过程中产生的气体可通过专用设备进行集中收集再经过净化处理方可排入大气中)。PVC常用添加剂DEHP 的危害 : 因 DEHP( 邻苯二甲酸二酯)容易雾化,其他乙烯基产品包括汽车内部、淋浴胶帘或铺地板物料等,也会释放有毒气体入大气,而DEHP
7、 也易溶入油性液体中。另外,人们也开始关注到,儿童若嘴嚼这些软塑玩具,会有添加剂渗出的安全问题。一些研究表明,这添加剂也许令健康问题复杂化,但需要进一步研究。根据一些医疗研究显示,PVC增塑剂也许会导致慢性病:譬如硬皮病、 胆管癌(cholangiocarcinoma)、angiosarcoma 、脑癌与 acrosteolysis 。2004 年, 瑞典和丹麦学者组成的的研究小组发现,常用在 PVC的邻苯二甲酸酯DEHP和 BBzP ,和儿童过敏有相当强烈的关连性。对未增塑聚氯乙烯(U-PVC) ,由于不含增塑剂, 不存在 DEHP 渗出 , 但是加工过程中通常会加入稳定剂, 目前大多数是铅
8、盐稳定剂, 铅是一种有毒的物质, 在使用过程中会有渗出, 危害人体健康, 同样不可忽视. 目前已经有非铅盐稳定剂, 但成本高 , 还没有推广普及1.3PVC 管材行业的现状和应用前景作为科技发展的产物之一, PVC 管材在日常生活中触目可及。 在欧洲, 1980年 1990年塑料管的增长率为 8%,2001年产量达 350万吨,其中 PVC管占60%。美国 1985年塑料管产量为 160万吨,1999年产量约 360万吨,其中,PVC管占78%。而中国的第一根 UPVC扩口管材是于 1983年在沈阳塑料厂(现沈阳久利的前身)诞生的,此后,中国大陆具备了PVC给、排水管的生产能力。二十世纪90年
9、代后期是中国大陆 PVC 管道的高速发展时期。期间一些年产能在 5万吨以上的工厂陆续建成投产,万吨以上生产规模的PVC管道工厂达 30多家。目前塑料管道的年生产能力为200万吨。我国在 20世纪50年代后期才开始塑料管的生产和应用,80年代以前我国的塑料管材发展还十分缓慢,到1994年生产量才达到 13.3万吨/ 年,1996年生产量就增加到 24万吨/年。人均消费量还不到 0.2kg,远远低于美、日、欧的人均消费量,若参照发达国家人均PVC-U最低消费量 2kg计算,中国 14亿人口每年就需要 280万吨。从上可以看出我国这充分说明了我国存在着巨大的PVC-U管材市场容量 , 其发展机遇和潜
10、力是很大的。目前中国塑料管道生产能力达300万吨,主要有 PVC、PE和PPR管道三大类,其中PVC 管道是市场份额最大的塑料管道,占塑料管道近 70%的份额。PVC管材生产线 1600余条。年生产能力 250万吨以上, 2003年PVC 管道(管件)年产量达 120多万吨。在塑料管道中, PVC的份额为 70%, PE占25%, PPR占4%, 其它占 1%。虽然PVC管道的快速发展吸引众多企业进入这个行业投资,但在国内生产众多厂家(2000多家)众,年产能力在 1万吨的仅有 70多家,年产 3万吨以上的企业为 20多家并拥名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -
11、 - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 16 页 - - - - - - - - - 5 有行业 60%的产量。整体而言,国内小口径、低附加值的管道企业多,大口径、高技术含量的企业少表 2 国内 19982003年PVC管道的产量生产厂家产量生产厂家产量华亚塑胶10万吨河北宝硕8万吨国风集团8万吨中材管道6.5 万吨浙江永高4.5 万吨福建亚通4万吨湖北凯乐4万吨广东顾地3万吨沈阳久利3万吨1.4 国内外主要工艺路线的比较和选择挤出成型工艺是聚合物加工领域中生产品种最多,变化最多、生产率高、适应性强、用途广泛、产量所占比重最大的成
12、型加工方法。挤出成型是使高聚物的熔体( 或粘性流体 ) 在挤出机的螺杆的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成型,所得的制品为具有恒定断面形状的连续型材。目前大多数生产PVC 管材的企业都是采用螺杆挤出机进行干法塑化工艺连续操作。螺杆挤出机又可分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机。PVC 管材的挤出机可以用单螺杆挤出机,也可以用双螺杆挤出机。两种挤出机各有各的特点。单螺杆挤出机特点:a.结构简单,价格低。 b. 适合聚合物的塑化挤出,适合颗粒料的挤出加工。对聚合物的剪切降解小,但物料在挤出机中停留时间长。c操纵容易,工艺控制简单。双螺杆挤出机:a. 结构复杂,价格高。 b. 具有很好的混炼塑化能力,物
13、料在挤出机中停留时间短,适合粉料加工。 c产量大,挤出速度快,单位产量耗能低。但是使用单螺杆挤出机生产PVC 管材的企业,干混料不能直接使用,还必须经过混炼塑化加工成粒料的工序才能进行生产。而双螺杆挤出机适合粉料加工,它可以直接使用混合好的PVC 料,减少了造粒的工序,但多了废料的磨粉工序。另外,由于双螺杆挤出机的产量大,挤出速度快,一般可达到 24米/ 分钟,适合 PVC 塑料型材的大规模生产。而单螺杆挤出机一般只用作小型辅助型材生产,挤出速度仅为12米/ 分钟,而且目前国产双螺杆挤出机的质量已基本达到进口双螺杆挤出机的水平,价格仅为进口机的1/3 1/5 。所以近年来,随着硬PVC 制品产
14、量的增加,直接使用干混料加工PV 制品的双螺杆挤出机应用越来越广,双螺杆挤出机的型号日渐增多,对双螺杆挤出理论的研究也日渐深入。综上所述,本项目采用锥型异向双螺杆挤出机生产PVC 管材。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 16 页 - - - - - - - - - 6 1.5 原料的选择和生产配方的比较1.5.1 PVC 管材主要原料 PVC树脂选择生产 PVC 管材的原料主要是悬浮法聚合的聚氯乙烯树脂。按照 GB/T576l 一 93悬浮法通用型聚氯乙烯树
15、脂检验标准标准,我国目前生产的悬浮聚氯乙烯树脂分为8 种牌号(表 3) 。表 3 悬浮法聚氯乙烯树脂的型号及相关参数型号聚合温度/ 粘数 /(ml/g)K值聚合度参考用途SG-1 48.2 154144 7775 18001650 高级电绝缘材料SG-2 50.5 143136 7473 16501500 电绝缘材料,一般软制品SG-3 53.0 135127 7271 15001350 电绝缘材料,农膜,塑料鞋SG-4 56.5 126119 7069 12501150 薄膜,人造革,高强度硬管SG-5 58.0 118107 6866 11001000 透明制品,硬管,型材SG-6 61.
16、8 106 96 6463 950850 唱片,透明片,硬板,焊条SG-7 65.5 9587 6260 850750 吹塑瓶,透明片,管件SG-8 68.5 8673 5955 750650 过氯乙烯树脂具体选择时做软制品时一般使用PVC SG1 、PVC SG2 、PVC SG3 需要加入大量增塑剂。 例如聚氯乙烯膜使用SG2树脂,加入 50-80 份的增塑荆。 而加工硬制品时,一般不加或很少加入增朔剂,所以用PVC SG4 、PVC SG5 、PVC-SG6 、PVC SG7 、PVCSG8型。如 PVC硬管使用 SG4树脂 塑料门窗型材使用SG5树脂,硬质透明片使用SG6树脂、硬质发泡
17、型材使用SG7 、SG8树脂。生产 PVC管材所用的树脂必须符合挤出加工的要,本设计中选用SG5型号的 PVC树脂可行。这种树脂一般要求K值为 68 左右,挥发物 0.4%,同时对树脂的白度及杂质含量如黄、黑点及鱼眼等也有一定的要求。PVC树脂的堆密度对挤出工艺有一定的影响,生产时应视具体情况对工艺作相对的调整。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 16 页 - - - - - - - - - 7 1.5.2 PVC-U 管材生产配方表 4 有机锡体系PVC-U
18、 管材配方组分配方 1 配方 2 组分配方 1 配方 2 PVC S-65 100 100 钛白粉1.5 1.0 有机锡稳定剂0.2 0.4 0.2 0.4 石蜡1.2 硬脂酸钙0.5 0.8 0.8 ACR(加 工 改良剂 ) 0.4 0.8 聚乙烯蜡0.3 0.6 ACR(抗 冲 击改性剂 ) 1.5 2.0 微晶蜡0.6 1.0 C 0.005 碳酸钙1012 1030 表 5 铅盐体系PVC-U 管材配方组分配方 1 配方 2 配方 3 配方 4 配方 5 PVC SG5 100 K=62-65 100 SG5 100 SG5 100 K=66 100 3PbO.PbSO45.0 1.
19、0 5.5 4 1.8 2.5 硬脂酸铅0.5 0.8 0.7 0.5 硬脂酸钙0.5 0.4 1 0.8 硬脂酸钡2 1 1.2 碳酸钙5.0 10 5.0 硫酸钡10 10 TiO2 1.0-1.5 1.0 1.2 石蜡1 0.8 聚乙烯蜡0.2 氧 化 聚 乙 烯蜡0.15 硬脂酸0.6 炭黑0.05 0.05 颜料适量适量适量经过比较,在本设计中采用如下配方名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 16 页 - - - - - - - - - 8 表6 PV
20、C 树脂100 硬脂酸钡1.2 CPE 树脂4 石蜡0.4 3PbO.PbSO44 PE 蜡0.2 硬脂酸铅2 轻质碳酸钙40 1.6 产品质量指标我国采用 ISO国际标准的对应技术文件,结合国内PVC-U管材的发展情况和质量水平,制定了符合我国国情并向国际标准靠拢的国家标准和行业标准。不同的用途有不同的产品标准如表 7。表 7项目国家标准项目国家标准化工用硬聚氯乙烯(PVC-U )管材GB/T4219-1996 建筑排水用硬聚氯乙烯( PVC-U )管材GB/T5836.2-92 给水用硬聚氯乙烯(PVC-U )管材GB/T10002.1-96 埋地排污、废水用硬聚氯乙烯 (PVC-U )管
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