塑料管材工藝設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)一. 設(shè)計(jì)題目：塑料管材工藝設(shè)計(jì)二. 設(shè)計(jì)任務(wù)：1、原料名稱(chēng)：ppr樹(shù)脂（根據(jù)制品的性能選擇型號(hào)）及各種配料。2、產(chǎn)品要求： 外徑32mm，壁厚5.4mm的ppr熱水管。 3、生產(chǎn)能力： 年產(chǎn)4000噸管材。4、已知條件：年工作日300天，原料自然損耗率0.10.15%，制品合格率85-95%；線重2900g/m，承受的應(yīng)力1.0mpa，水的比熱：0.998calkgoc，三. 設(shè)計(jì)要求：1圖紙（1）工藝設(shè)計(jì)：工藝流程圖（包括配料和擠出）。（手工繪圖）（2）設(shè)備設(shè)計(jì)：管機(jī)頭總裝圖。（計(jì)算機(jī)繪圖，a3打?。?設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)：（用畢業(yè)設(shè)計(jì)紙）（1）設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)及原始資料。（2）

2、設(shè)計(jì)概述：設(shè)計(jì)依據(jù)、原理、設(shè)計(jì)結(jié)果簡(jiǎn)述。（3）工藝設(shè)計(jì)計(jì)算：物料衡算、熱量衡算、設(shè)備選型。（4）非定型設(shè)備的設(shè)計(jì)。（管材機(jī)頭）（5）設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)：自我評(píng)價(jià)優(yōu)缺點(diǎn)、創(chuàng)新性、可靠性等。四. 參考文獻(xiàn)：塑料工藝設(shè)計(jì)及研究指南，塑料擠出成型技術(shù)，橡膠塑料機(jī)械產(chǎn)品樣本，聚合物加工工程，塑料模具設(shè)計(jì)等。五. 時(shí)間安排：第一周 文獻(xiàn)檢索、工藝計(jì)算；第二周 草圖和書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；第三周 完成正式圖紙。一.緒論41.1聚丙烯簡(jiǎn)介41.2聚丙烯的性能41.3聚丙烯塑料的應(yīng)用范圍51.4聚丙烯改性方面61.5聚丙烯改性管81.6無(wú)規(guī)共聚聚丙烯簡(jiǎn)介81.7聚丙烯的發(fā)展9二.設(shè)計(jì)概述92.1.配方設(shè)計(jì)92.1.1塑料配方設(shè)

3、計(jì)原則92.1.2配方102.1.3配方設(shè)計(jì)說(shuō)明112.2 生產(chǎn)方法122.3 生產(chǎn)工藝過(guò)程122.3.1工藝流程122.3.2擠出工藝控制因素132.3.3ppr管材擠出工藝過(guò)程說(shuō)明14三.工藝設(shè)計(jì)計(jì)算153.1 物料橫算153.1.1物料衡算的意義153.1.2物料橫算的方法153.1.3物料衡算的計(jì)算173.2.熱量恒算183.2.1熱量恒算的意義183.2.2熱量恒算的方法183.3熱量恒算的計(jì)算20四設(shè)備的計(jì)算與選型204.1設(shè)備的選擇原則204.2設(shè)備的選擇目的214.3擠出機(jī)的選型214.4輔機(jī)的選型234.4.1混合設(shè)備234.4.2上料裝置234.4.3成型后輔機(jī)選型244.

4、4.4打印機(jī)264.4.5破碎機(jī)264.5全年所耗水量和耗電量的計(jì)算264.5.1全年耗水量計(jì)算：264.5.2全年耗電量計(jì)算：27五.非定型設(shè)備的設(shè)計(jì)（管材機(jī)頭）275.1管材機(jī)頭的結(jié)構(gòu)組成275.2機(jī)頭的作用及分類(lèi)285.3.機(jī)頭設(shè)計(jì)基本原則295.4.機(jī)頭設(shè)計(jì)過(guò)程295.4.1口模設(shè)計(jì)295.4.2芯模設(shè)計(jì)305.4.3分流器及其支架315.4.4 機(jī)頭的調(diào)節(jié)32六 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)33七 參考文獻(xiàn)34一.緒論1.1聚丙烯簡(jiǎn)介聚丙烯采用齊格勒-納塔催化劑使丙烯催化聚合而得，它是分子鏈節(jié)排列得很規(guī)整的結(jié)晶形等規(guī)聚合物。聚丙烯按其結(jié)晶度可以分為等規(guī)和無(wú)規(guī)聚丙烯，等規(guī)聚丙烯為高度結(jié)晶的熱塑性樹(shù)脂，結(jié)晶

5、度高達(dá)95%以上，分子量在8-15萬(wàn)之間，而無(wú)規(guī)聚丙烯在室溫下是一種非結(jié)晶的、微帶粘性的白色蠟狀物，分子量低（3000-10000），結(jié)構(gòu)不規(guī)整缺乏內(nèi)聚力，應(yīng)用較少。聚丙烯(pp)是五大通用塑料之一，也是通用塑料中發(fā)展速度最快、產(chǎn)量最大、牌號(hào)最多、用途最廣的合成樹(shù)脂之一，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)中各個(gè)領(lǐng)域。pp 原料來(lái)源豐富、價(jià)格便宜、易于成型加工，且具有有密度小、力學(xué)性能優(yōu)良、電絕緣性良好、介電常數(shù)較小、耐應(yīng)力開(kāi)裂和耐化學(xué)藥品等優(yōu)點(diǎn)。1.2聚丙烯的性能聚丙烯的分子結(jié)構(gòu)為典型的主體規(guī)整結(jié)構(gòu)，為結(jié)晶聚合物，其分子量為1050萬(wàn)。比重:0.9-0.91克/立方厘米 成型收縮率:1.0-2.5% 成型溫度：

6、160-220其特點(diǎn)是強(qiáng)度剛度,硬度耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的電性能和高頻絕緣性不受濕度影響,但低溫時(shí)變脆、不耐磨、易老化.適于制作一般機(jī)械零件,耐腐蝕零件和絕緣零件。具體為：（1） 物理性能 ：聚丙烯為無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)味的乳白色高結(jié)晶的聚合物，密度只有0.90-0.91g/cm3，是日前所有塑料中最輕的品種之一。它對(duì)水特別穩(wěn)定，在水中24h的吸水率僅為0.01%，分子量約8-15萬(wàn)之間。成型性好，但因收縮率大，厚壁制品易凹陷。制品表面光澤好，易于著色。 （2） 力學(xué)性能：聚丙烯的結(jié)晶度高，結(jié)構(gòu)規(guī)整，因而具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其強(qiáng)度和硬度、彈性都比hdpe高，但在室溫

7、下和低溫下，由于本身的分子結(jié)構(gòu)規(guī)整度高，所以沖擊強(qiáng)度較差，分子量增加的時(shí)候，沖擊強(qiáng)度也增大，但成型加工性能變差。pp最突出的性能就是抗彎曲疲勞性，如用pp注塑一體活動(dòng)鉸鏈，能承受7*10的7次方次開(kāi)閉的折迭彎曲而無(wú)損壞痕跡，干磨擦系數(shù)與尼龍相似，但在油潤(rùn)滑下，不如尼龍。 （3） 熱性能：pp具有良好的耐熱性，熔點(diǎn)在164-170攝氏度，制品能在100攝氏度以上溫度進(jìn)行消毒滅菌，在不受外力的，150攝氏度也不變形。脆化溫度為-35攝氏度，在低于這個(gè)溫度以下會(huì)脆化，耐寒性不如聚乙烯。 （4）化學(xué)穩(wěn)定性：聚丙烯的化學(xué)穩(wěn)定性很好，除能被濃硫酸、濃硝酸侵蝕外，對(duì)其它各種化學(xué)試劑都比較穩(wěn)定，但低分子量的脂

8、肪烴、芳香烴和氯化烴等能使pp軟化和溶脹，同時(shí)它的化學(xué)穩(wěn)定性隨結(jié)晶度的增加還有所提高，所以聚丙烯適合制作各種化工管道和配件，防腐蝕效果良好。 （5） 電性能：聚丙烯的高頻絕緣性能優(yōu)良，由于它幾乎不吸水，故絕緣性能不受濕度的影響。它有較高的介電系數(shù)，且隨溫度的上升，可以用來(lái)制作受熱的電氣絕緣制品，它的擊穿電壓也很高，適合用作電氣配件等?？闺妷?、耐電弧性好，但靜電度高，與銅接觸易老化。（6） 耐候性：聚丙烯對(duì)紫外線很敏感，加入氧化鋅、硫代丙酸二月桂酯、碳黑或類(lèi)似的乳白鎮(zhèn)料等可以改善其耐老化性能。1.3聚丙烯塑料的應(yīng)用范圍聚丙烯是一種熱塑性樹(shù)脂，其原料豐富易得，價(jià)格便宜、利用率高、性能良好,主要用途

9、為制造塑料制品，如家用器具，無(wú)線電和電視設(shè)備， 包裝用薄膜，可消毒的醫(yī)療器皿，合成纖維，絲束以及非織造布等聚丙烯的用途具體為： （1） 薄膜制品：聚丙烯薄膜制品透明而有光澤，對(duì)水蒸氣和空氣的滲透性小，它分為吹膜薄膜、流延薄膜（cpp）、雙向拉伸薄膜（bopp）等（2） 注塑制品：可用于汽車(chē)、電氣、機(jī)械、儀表、無(wú)線電、紡織、國(guó)防等工程配件，日用品，周轉(zhuǎn)箱，醫(yī)療衛(wèi)生器材，建筑材料。（3） 擠塑制品：可做管材、形材、單絲、漁用繩索。打包帶、捆扎繩、編織袋，纖維，復(fù)合涂層，片材，板材等。吹塑中空成型制品各種小型容器等。 （4） 其它：低發(fā)泡、鈣塑板，合成木材，層壓板，合成紙，高發(fā)泡可作結(jié)構(gòu)泡沫體。1.

10、4聚丙烯改性方面pp 耐寒性差、低溫易脆裂，制品尺寸收縮率大、與其他極性聚合物和無(wú)機(jī)填料的相容性差等缺陷，限制了它的應(yīng)用范圍和功能發(fā)展，所以必須通過(guò)各種物理和化學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行改性處理，以使其性能得到改善，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，滿足不同的需求。pp 改性可分為化學(xué)改性和物理改性兩種方法?；瘜W(xué)改性主要指共聚、接枝、交聯(lián)等，通過(guò)改變pp 的分子結(jié)構(gòu)以達(dá)到改性的目的。物理改性主要指共混、增強(qiáng)、填充等，通過(guò)改變pp 的分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到改善材料性能的目的。1.聚丙烯的化學(xué)改性共聚改性共聚改性是采用高效催化劑在聚合階段進(jìn)行的改性。當(dāng)丙烯進(jìn)行聚合時(shí)，可通過(guò)加入烯烴類(lèi)單體進(jìn)行共聚，生產(chǎn)無(wú)規(guī)、嵌段、交替等共聚物，以

11、提高均聚pp 的沖擊性能、透明性和加工流動(dòng)性。常用的生產(chǎn)pp 共聚物的方法有兩種：(1)茂金屬催化劑應(yīng)用于pp 嵌段共聚。(2)改進(jìn)的ziegler-natta 高效催化劑用于pp 的共聚。接枝改性pp 接枝改性就是在pp 分子中引入其他基團(tuán)，既可賦予pp 某些特殊功能，又能很好地保持pp的優(yōu)異特性。用來(lái)接枝的單體主要有馬來(lái)酸酐(mah)、丙烯酸(aa)及其酯、甲基丙烯酸及其酯、苯乙烯、甲基丙烯酸縮水甘油酯等pp 的接枝方法主要有溶液接枝法、熔融接枝法、固相接枝法和懸浮接枝法等 交聯(lián)改性pp的交聯(lián)方法有輻射交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)。兩種交聯(lián)的本質(zhì)區(qū)別在于引起交聯(lián)反應(yīng)的活性源的生成機(jī)理不同。pp 分子鏈在

12、輻射或有機(jī)過(guò)氧化物作用下生產(chǎn)自由基，進(jìn)一步分解或起交聯(lián)反應(yīng)。聚丙烯的物理改性共混改性共混改性是指兩種或兩種以上聚合物材料無(wú)機(jī)材料以及助劑在一定溫度下進(jìn)行機(jī)械摻混，最終形成一種宏觀上均勻且力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)及其他性能得到改善的新材料的過(guò)程。增強(qiáng)改性pp 的增強(qiáng)改性中應(yīng)用的增強(qiáng)材料主要是玻璃纖維及其制品，此外還有碳纖維、有機(jī)纖維、硼纖維、晶須等。在玻璃纖維增強(qiáng)pp 中，用得較多的玻璃纖維為無(wú)堿玻璃纖維和中堿玻璃纖維，其中無(wú)堿玻璃纖維的用量最大。填充改性填充pp的常用無(wú)機(jī)填料有碳酸鈣(caco3)、硅灰石、滑石粉、二氧化硅(sio2)等；常用的有機(jī)填料有木粉、淀粉、稻殼粉等。1.5聚丙烯改性管改性聚丙

13、烯是指將聚丙烯樹(shù)脂通過(guò)物理或化學(xué)的方法，使其性能發(fā)生預(yù)期的變化，或賦予材料新的功能而得到的樹(shù)脂。以改性聚丙烯料生產(chǎn)的管材為改性聚丙烯管。這種改性聚丙烯管材除了具有聚丙烯管材的耐酸、耐堿、耐化學(xué)腐蝕、耐熱性好的性能外，還具有耐低溫沖擊性、耐老化性和耐光性能。改性聚丙烯管的用途和普通聚丙烯管用途相同，用于給水管、化工液體和氣體的輸送，農(nóng)業(yè)用排灌，熱交換管和太陽(yáng)能熱交換器管等，但其性能優(yōu)于普通聚丙烯管。1.6無(wú)規(guī)共聚聚丙烯簡(jiǎn)介 乙烯丙烯無(wú)規(guī)共聚物是由乙烯分子和丙烯分子同時(shí)進(jìn)行聚合反應(yīng)而制得的，所用反應(yīng)器與生產(chǎn)pp均聚物的一樣。乙烯分子比丙烯分子小，反應(yīng)快于（反應(yīng)活性約十倍）丙烯。這使催化劑的立體定向

14、性減弱而活性增大，從而導(dǎo)致無(wú)規(guī)聚丙烯生成量增多。 無(wú)規(guī)共聚聚丙烯性能特點(diǎn)：隨著乙烯含量的增加，其剛度和沖擊強(qiáng)度有所提高，加工時(shí)熔融溫度寬，成型加工性較好，其制品具有韌性，耐寒性，沖擊性能高和透明度較好等特點(diǎn)，但其熔點(diǎn)，脆化點(diǎn)，剛性和結(jié)晶度較低。聚丙烯無(wú)規(guī)共聚物（ppr）性能見(jiàn)表3項(xiàng)目性能指標(biāo)項(xiàng)目性能指標(biāo)溶體流動(dòng)速率（g/10min）0.170.25沖擊強(qiáng)度（kj/m2）103.8拉伸屈服強(qiáng)度（mpa）24沖擊強(qiáng)度（kj/m2）-30破壞拉伸斷裂強(qiáng)度（mpa）19維卡軟化點(diǎn)（1000g）138斷裂伸長(zhǎng)率%500彎曲模量（mpa）810ppr管產(chǎn)品應(yīng)用范圍（1）住宅冷熱水管道系統(tǒng)（2）工業(yè)用水及化

15、學(xué)物質(zhì)輸送（3）純凈水飲用管道（4）飲料、藥物輸送系統(tǒng)（5）壓縮空氣用管（6）其他工業(yè)用管1.7聚丙烯的發(fā)展丙烯聚合催化劑“ziegler-natta”催化劑是聚丙烯生產(chǎn)的核心，聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展依賴于丙烯聚合催化劑的不斷更新?lián)Q代。自從k.ziegler與g. natta于50年代初發(fā)明這類(lèi)獨(dú)特而奇異的催化劑以來(lái)，“ziegler-natta”催化劑大體經(jīng)歷了四代的發(fā)展。從第一代發(fā)展到第二代，主要是催化劑制備工程中通過(guò)用給電子體處理催化劑來(lái)達(dá)到提高催化劑活性和立體定向能力的目的。關(guān)于給電子體的作用，目前人們還不完全請(qǐng)粗，盡管它已被廣泛應(yīng)用于丙烯聚合催化劑中，并起著非常重要的作用。二.設(shè)計(jì)

16、概述2.1.配方設(shè)計(jì)2.1.1塑料配方設(shè)計(jì)原則塑料配方設(shè)計(jì)師充分運(yùn)用添加組分（添加劑或助劑）的性能改善和跳高樹(shù)脂缺陷或不足的過(guò)程。在配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)堅(jiān)持以下原則：(1) 滿足最終使用性能與耐久性原則塑料制品制備過(guò)程中的選材、配方設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、成型加工及制品的后處理等工序，最終的目的就是制備出質(zhì)量?jī)?yōu)良，滿足應(yīng)用要求的制品。配方設(shè)計(jì)時(shí)主要任務(wù)是弄清使用環(huán)境條件、使用性能要求，才能選擇合適的樹(shù)脂。(2) 抓主要矛盾的原則選登樹(shù)脂后，通過(guò)對(duì)樹(shù)脂性能的了解和分析，用于制備所需制品的樹(shù)脂可坑存在許多缺陷或不足，這時(shí)就應(yīng)該按制品性能要求，找出主次矛盾加以解決。一般情況下，解決了主要矛盾，其他矛盾也就迎刃而解。

17、(3) 充分發(fā)揮添加組分功能原則這是配方設(shè)計(jì)的中心任務(wù)，對(duì)添加劑組分選擇力求要準(zhǔn)，用量適當(dāng)。要做到這一點(diǎn)，除具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)外，還要吸取前人的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，弄懂各添加組分功能，結(jié)合應(yīng)用性能要求與樹(shù)脂本身特性，制定幾套用量確定方案，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)加以確定。能用一個(gè)添加劑解決的問(wèn)題就絕不用兩個(gè)。(4) 降低成本的原則配方設(shè)計(jì)時(shí)，除考慮性能外，還必須認(rèn)真考慮到原材料的來(lái)源于成本。在相同條件下，要選擇原材料來(lái)源廣，產(chǎn)量多，價(jià)格低廉的產(chǎn)品。(5) 依據(jù)添加劑組分性能的設(shè)計(jì)原則配方設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到組分與樹(shù)脂的相容性，只有添加組分與樹(shù)脂具有好的相容性才會(huì)均勻地分散于樹(shù)脂體系中，才能形成一定的整體結(jié)構(gòu)，從而發(fā)揮

18、其應(yīng)有的功能與作用。其次，要考慮添加組分的耐加工性。應(yīng)確保小分子液態(tài)添加組分物質(zhì)在加工中不蒸發(fā)，固體不分解（發(fā)泡劑除外），液體不逸出。再就是添加組分的毒性，添加組分一般都具有毒性，應(yīng)在不影響制品性能的情況下盡量選擇低毒性物質(zhì)。2.1.2配方ppr管的應(yīng)用配方如下： 表 1 配方原料種類(lèi)質(zhì)量（份）無(wú)規(guī)共聚聚丙烯（ppr）100四季戊四醇酯（抗氧劑1010）0.5dltp0.5成核劑tmb-40.22.1.3配方設(shè)計(jì)說(shuō)明無(wú)規(guī)共聚聚丙烯管ppr管采用冷熱水管道系統(tǒng)用無(wú)規(guī)共聚聚丙烯(pp-r)專(zhuān)用樹(shù)脂(主要技術(shù)要求見(jiàn)表3)為主要原料，所用助料應(yīng)與專(zhuān)用樹(shù)脂相容性好，并能彌補(bǔ)專(zhuān)用樹(shù)脂的某些不足，助劑包括抗

19、氧劑1010，輔助抗氧劑dltp，成核劑tmb-4，其性能作用如下:抗氧劑1010:白色粉末，熔點(diǎn)119122，微毒，不揮發(fā)，不污染，耐熱性好，此抗氧劑抗氧化效果好，是最常用的抗氧劑，加入量一般為0.1%1%,常與輔助抗氧劑dltp協(xié)同使用，可節(jié)省主抗氧劑用量。加入抗氧劑可以防止原料在成型過(guò)程中與空氣中氧氣接觸而自動(dòng)氧化降解。dltp:白色結(jié)晶粉末，熔點(diǎn)38，氣味小，揮發(fā)不大，微毒，常與1010 并用，配合比例為主：輔=3：7，加入量為0.2%1.5%成核劑tmb-4:可以提高制品的結(jié)晶度，改善制品的沖擊性能，抗蠕變等力學(xué)性能，提高使用壽命。表3冷熱水管道系統(tǒng)用pp r專(zhuān)用料技術(shù)要求序號(hào)項(xiàng)目單

20、位要求1大粒和小粒g/kg 52mfr（230，2.16kg）g/10min 654熔融溫度 7006拉伸屈服應(yīng)力mpa 207彎曲模量mpa 6502.2 生產(chǎn)方法ppr管材采用擠出成型進(jìn)行生產(chǎn)，其工藝過(guò)程如下。（1）首先，按照ppr管材使用特性和使用環(huán)境的特點(diǎn)，選擇ppr樹(shù)脂專(zhuān)用料以滿足主要的使用要求，再選擇各種助劑，來(lái)改善加工性能，提高使用性能，或者節(jié)省材料，從而完成ppr管材的配方；（2）然后按ppr管成型用料配方要求，把各種原料和助劑計(jì)量后輸入高速混合機(jī)的混合室，經(jīng)高速混合攪拌把各種摻混料混合均勻后，送入冷卻混合機(jī)，把高溫物料降溫到一定溫度下，然后輸入擠出機(jī)料斗中（還有一種工藝是把混

21、合均勻的物料經(jīng)擠出機(jī)混煉造粒后再輸入擠出機(jī)料斗中），料斗內(nèi)原料經(jīng)由機(jī)筒進(jìn)料口進(jìn)入擠出機(jī)機(jī)筒內(nèi)，隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)，原料被強(qiáng)制推向機(jī)筒前方。由于機(jī)筒前端有過(guò)濾網(wǎng)，多孔板，和成型模具的阻力，再加上螺桿螺紋槽容積的逐漸縮小，使原料運(yùn)動(dòng)阻力隨著物料量的增加而增大，即原料的受壓力越來(lái)越大，同時(shí)原料還受到機(jī)筒外加熱的影響和在機(jī)筒內(nèi)受擠壓，剪切，攪拌作用，再加上原料與機(jī)筒，原料之間的相互摩擦，使原料在機(jī)筒內(nèi)溫度升高，最終變成粘流態(tài)，達(dá)到完全塑化。隨螺桿旋轉(zhuǎn)，把熔融物料等壓，等量的推入成型制品用模具，然后從模具口擠出，成型ppr塑料管坯。（3）管坯經(jīng)冷卻，定型，牽引，成型管材再按一定長(zhǎng)度切斷，然后噴碼，檢驗(yàn)入庫(kù)，

22、即完成ppr管材擠出生產(chǎn)。（4）生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢料可直接粉碎，然后輸入到擠出機(jī)中，和新料摻混，再次擠出成型。2.3 生產(chǎn)工藝過(guò)程2.3.1工藝流程（1）擠出過(guò)程：ppr樹(shù)脂 + 抗氧劑1010 + dltp+成核劑tmb-4 高速混合（ 擠出造粒） 擠出成型 冷卻定型 牽引 切斷 質(zhì)量檢查噴碼 入庫(kù)（2）回收過(guò)程：廢料 清洗 破碎 混合擠出 2.3.2擠出工藝控制因素（）溫度的控制溫度的控制是擠出操作中重要的控制因素。擠出成型所需控制的溫度是機(jī)筒溫度、機(jī)頸溫度、口模溫度。熱塑性塑料在一定溫度條件下熔融塑化，其熔體粘度與溫度成反比。溫度是影響塑化質(zhì)量和產(chǎn)品的重要因素。溫度過(guò)低，塑化不良，管材外

23、觀無(wú)光澤，力學(xué)性能差，產(chǎn)品達(dá)不到要求；溫度過(guò)高，塑料會(huì)發(fā)生分解，產(chǎn)生變色等現(xiàn)象。原料不同，可以選擇不同類(lèi)型的機(jī)頭。通常情況下，機(jī)頸、機(jī)身溫度應(yīng)低于口模溫度。對(duì)于熔體粘度較大的材料，如聚氯乙烯，其流動(dòng)性差，受熱容易分解，所以成型時(shí)各段溫度控制非常重要。另外粉狀物料的成型溫度比粒狀物料低。（）螺桿轉(zhuǎn)速螺桿轉(zhuǎn)速提高，擠出量增加，從而可提高產(chǎn)量，但容易產(chǎn)生塑化不良現(xiàn)象，造成棺材內(nèi)壁毛糙，溫度下降，這時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)頭壓力，使產(chǎn)量、質(zhì)量達(dá)到最佳。螺桿轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)可根據(jù)螺桿結(jié)構(gòu)所加工的材料、產(chǎn)品的形狀和輔機(jī)冷卻速度而定。螺桿的溫度控制影響物料的輸送率、物料的塑化、熔融質(zhì)量等。擠出管材螺桿需要通過(guò)冷卻水，降低螺桿溫

24、度，這樣有利于提高螺桿塑化質(zhì)量。（）牽引速度在擠出操作中牽引速度的調(diào)節(jié)很重要。物料經(jīng)擠出機(jī)熔融塑化，從機(jī)頭連續(xù)擠出后被牽引，而后進(jìn)入定型裝置、冷卻裝置、牽引裝置等。牽引速度應(yīng)與擠出速度相匹配。如牽引速度過(guò)快，制品殘余內(nèi)應(yīng)力較大，管材容易彎曲、變形。當(dāng)牽引速度過(guò)快時(shí)甚至?xí)⒐懿睦瓟唷５珷恳俣冗^(guò)慢，由于離模膨脹，管材壁厚增大。通常正常生產(chǎn)時(shí)，牽引速度應(yīng)比管材擠出速度大1%10%左右。牽引速度直接影響管材的壁厚，牽引不穩(wěn)定管徑也會(huì)不均勻。牽引作用對(duì)制品還有縱向的拉伸，影響制品的力學(xué)性能和縱向尺寸的穩(wěn)定性，有些成型工藝中通過(guò)調(diào)節(jié)牽引速度，使產(chǎn)品獲得所需性能。（4）壓縮空氣的壓力壓縮空氣能夠?qū)⒐懿拇得?/p>

25、，使管材保持一定的圓度。要求壓力應(yīng)大小適當(dāng)。壓力過(guò)小管材不圓，壓力過(guò)大，芯模被冷卻，管材內(nèi)壁出現(xiàn)裂口，不光滑，管材質(zhì)量下降。同時(shí)壓力要求穩(wěn)定，如壓力忽大忽小，管材容易產(chǎn)生竹節(jié)狀現(xiàn)象。（5）定徑裝置、冷卻裝置的溫度擠出不同的塑料產(chǎn)品，采用不同的定徑方式和冷卻方式，冷卻介質(zhì)可以是空氣、水或其他液體，需要控制溫度。其溫度主要與生產(chǎn)效率、產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力等有關(guān)。2.3.3ppr管材擠出工藝過(guò)程說(shuō)明（1）混合過(guò)程。原料擠出之前需要混合均勻，以保證塑化質(zhì)量和制品質(zhì)量，最好是采用混煉，擠出造粒，鑒于本配方中所加助劑較少，所以省去造粒過(guò)程，節(jié)省工藝成本，減少流程，直接采用混合，擠出成型。（2）擠出過(guò)程要生產(chǎn)高質(zhì)量p

26、pr管材，必須要有塑化良好及穩(wěn)定的熔體流動(dòng)，其中擠出機(jī)溫度控制十分重要。ppr管材成型溫度一般在210-260之間， ppr管材典型溫度工藝條件見(jiàn)下表4項(xiàng)目一區(qū)二區(qū)三區(qū)四區(qū)五區(qū)機(jī)頭設(shè)定溫度/185230240225225一區(qū)二區(qū)250230擠出速度對(duì)塑化影響挺大，一般主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速不超過(guò)40r/min。（3）成型后輔助過(guò)程通常在滿足管材外觀質(zhì)量要求的前提下，真空度應(yīng)盡可能低，以減少內(nèi)應(yīng)力，這樣管材在存放過(guò)程中收縮變形小。真空度一般為0.050.08mpa。本生產(chǎn)過(guò)程采用真空定型。管材的牽引速度與擠出速度要匹配，注意不能影響管徑和壁厚。冷卻時(shí)噴淋水溫要適宜，一般在20左右。不宜過(guò)高與過(guò)低。注：各個(gè)

27、過(guò)程中工藝條件的具體情況，還要根據(jù)具體的設(shè)備因素進(jìn)行選擇與控制。具體的設(shè)備條件見(jiàn)3 設(shè)備的計(jì)算與選型一節(jié)三.工藝設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 物料橫算3.1.1物料衡算的意義物料橫算，是在已知產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)量前提下算出所需原料量、廢品量及消耗量。同時(shí)，還可擬定出原料消耗定額，并在此基礎(chǔ)上做能量平衡計(jì)算。通過(guò)物料橫算可算出：(1) 實(shí)際動(dòng)力消耗量(2) 生產(chǎn)過(guò)程所需熱量或冷量(3) 為設(shè)備選型、決定規(guī)格、臺(tái)數(shù)（或臺(tái)時(shí)產(chǎn)量）提供依據(jù)(4) 在擬定原料消耗定額的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步計(jì)算日消耗量，每小時(shí)消耗量等設(shè)備所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。綜上所述，物料衡算是緊密配合車(chē)間生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)而進(jìn)行的，因此，物料衡算是工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的一項(xiàng)重要

28、的計(jì)算內(nèi)容。3.1.2物料橫算的方法塑料制品的生產(chǎn)過(guò)程多采用全流程、連續(xù)操作的形式。物料衡算的步驟如下：(1) 確定物料衡算范圍，畫(huà)出物料衡算示意圖，注上與物料衡算有關(guān)的數(shù)據(jù)。物料衡算示意圖如下：(2) 說(shuō)明計(jì)算任務(wù)。如：年產(chǎn)量、年工時(shí)數(shù)等。(3) 選定計(jì)算基準(zhǔn)。生產(chǎn)上常用的計(jì)算基準(zhǔn)有：?jiǎn)挝粫r(shí)間產(chǎn)品數(shù)量或單位時(shí)間原諒?fù)度肓浚纾簁g/h，件/h，t/h（連續(xù)操作常采用此種基準(zhǔn)）；加入設(shè)備的原料量（間歇操作常采用此種基準(zhǔn)）。(4) 由已知數(shù)據(jù)，根據(jù)下列公式進(jìn)行物料衡算：g1=g1+g3式中：g1進(jìn)入設(shè)備的物料量總和 g2離開(kāi)設(shè)備的正品量和次品量總和 g3加工過(guò)程中物料損失量總和(5) 收集數(shù)據(jù)資

29、料。一般包括以下方面：年生產(chǎn)時(shí)間：連續(xù)生產(chǎn)300350 d 間歇生產(chǎn)200250 d連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，年生產(chǎn)的天數(shù)較多，在300d左右，其他時(shí)間將考慮全長(zhǎng)檢修，車(chē)間檢修或5%10%意外停機(jī)。當(dāng)間歇生產(chǎn)時(shí)，就要減去全年的休息日，目前為雙休日加上法定假日全年約為110d，所以間歇生產(chǎn)比連續(xù)生產(chǎn)少110個(gè)工作日。總之，確定了每年有效地工作時(shí)數(shù)后就能正確定出物料衡算的時(shí)間基準(zhǔn)，算出每小時(shí)的生產(chǎn)任務(wù)，進(jìn)而在以后的計(jì)算中選定設(shè)備的規(guī)格。具體的選擇天數(shù)要通過(guò)分析得出。有關(guān)定額、合格率、廢品率、消耗率、回收率等。在任何一個(gè)產(chǎn)品加工過(guò)程中，合格產(chǎn)品都不是百分之百。由于設(shè)備原因、原材料原因以及人為原因都可能造成廢品的出

30、現(xiàn)。加工不同的產(chǎn)品出現(xiàn)廢品的幾率有差異，要具體情況具體分析。才外還應(yīng)考慮車(chē)間管理水平、設(shè)備先進(jìn)水平等，取高值與低值都應(yīng)有充分的論據(jù)。經(jīng)過(guò)電鏟研究后發(fā)現(xiàn)：塑料制品合格率為85%95%、自然損耗率為0.1%0.15%，這主要是貯存、運(yùn)輸、加工前的消耗?；厥章蕜t應(yīng)根據(jù)具體情況（如：原料品種或制品情況等）考慮，但又不可能百分之百的回收再利用，所以，回收率一般在80%90%而回收利用率小于原料的10%。(6) 物料衡算結(jié)果應(yīng)列成物料衡算匯總表，必要時(shí)畫(huà)出物料衡算圖。3.1.3物料衡算的計(jì)算已知年產(chǎn)量為4000t的塑料制品，已確定合格率為90%,自然損耗率為0.15%，求年消耗原料量。合格產(chǎn)品量年進(jìn)機(jī)料量

31、m1= =4000t/90%=4444.45t合格率取輸送，混合兩步中損耗率均為0.05%，則進(jìn)入混合機(jī)的料量m2=m1/（1-0.05%）=4446.67t則進(jìn)入輸送段物料量m3=m2/(1-0.05%)=4448.90t，即年進(jìn)車(chē)間料量為m3則廢料量m4=m1-4000=4444.45-4000=444.45t回收物料量m5=m4*95%=444.45*95%=422.23t年處理物料量，則設(shè)備合理，即6*114.44*24*300=4943.814445.45，所以選擇6臺(tái)sj65dx25型單螺桿擠出機(jī)。其主要技術(shù)規(guī)格見(jiàn)表7如下型號(hào)主要技術(shù)規(guī)格耗電量/kw質(zhì)量/t制造單位螺桿直徑/mm螺

32、桿長(zhǎng)度/mm螺桿長(zhǎng)徑比/mm螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min)生產(chǎn)能力/(kg/h)主電動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)機(jī)筒加熱功率sj65dx256516252518180hpvc1215-15040163.13上海擠出機(jī)械廠（7）熱量核算將技術(shù)規(guī)格中的加熱功率與熱量衡算中物料所需的加熱功率比較，應(yīng)大于或等于所需加熱功率。由前面熱量衡算知每臺(tái)擠出機(jī)所需提供的熱功率q=62.985kw/6=10.50kw114,44kg/h,可滿足要求?？紤]到六條生產(chǎn)線，所需上料裝置為6臺(tái)，其技術(shù)規(guī)格見(jiàn)表9如下額定輸送能力kg/h料斗容量/kg彈簧直徑/mm最大輸送能力/(kg/h)進(jìn)料管長(zhǎng)度/m原料箱容積/kg電動(dòng)機(jī)功率/kw10

33、0-302003-0.554.4.3成型后輔機(jī)選型塑料硬管生產(chǎn)用輔機(jī)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)系列化，制品管徑為32mm，配用擠出機(jī)規(guī)格為sj-65機(jī)頭規(guī)格工程直徑范圍為4090.選用gf125管材輔機(jī)。選用真空法定型，其中各個(gè)部分具體技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表10如下：管材輔機(jī)型號(hào)gf125配用擠出機(jī)規(guī)格sj65sj90sj120機(jī)頭規(guī)格公稱(chēng)直徑40-9063-125110-160定型裝置定型方式真空定型真空泵功率/kw3極限真空度/mm-0.013定型箱長(zhǎng)度/mm2000冷卻裝置冷卻方式浸沒(méi)式冷卻箱長(zhǎng)度/mm20003000最大排水量/(m3/h)30牽引裝置牽引機(jī)形式滾輪式牽引速度/(m/min)0.24夾持長(zhǎng)度/mm

34、1400牽引力/n1500電機(jī)功率/kw22切割裝置切割方式水平園鋸片鋸片直徑/mm500切割速度/(r/min)2825電機(jī)功率/kw1.1卸料裝置卸料架長(zhǎng)度/mm50000翻板動(dòng)力氣動(dòng)控制程序自動(dòng)輔機(jī)總長(zhǎng)度/mm18000中心高度/mm1000核算與說(shuō)明(a)冷卻排水量:由下面3.3耗水量的計(jì)算，可知冷卻物料所需水量為1.23m3/h最大排水量30m3/h,滿足要求。（b）牽引速度:設(shè)所需的牽引速度為v，則滿足v*2900/1000114.44/60,即v0.66m/min,在牽引速度0.24 m/min范圍內(nèi)，滿足要求。（c）牽引機(jī)形式有履帶式和滾輪式，考慮到制品直徑為32mm，為小管徑

35、，故采用滾輪式。（d）冷卻時(shí)方式有噴淋式和浸沒(méi)式，由于管徑較小，采用浸沒(méi)式。綜上，考慮到六條生產(chǎn)線，所需成型后裝置為6臺(tái)gf125管材輔機(jī)。其技術(shù)規(guī)格見(jiàn)上表。4.4.4打印機(jī)選擇張家港金米立機(jī)械有限公司生產(chǎn)的塑料管?chē)娔蛴C(jī)，其噴墨速度可達(dá)1m/s,功率為50w，可打印任何字，用途廣泛。4.4.5破碎機(jī)由物料衡算知，每年需要回收廢料444.45t,按照每天八小時(shí)，每年工作300天，則每小時(shí)需破碎444.45/(300*8)=185.2kg/h,因此可選擇某塑料機(jī)械廠scp320破碎機(jī)，其功率為11kw，破碎量為 250kg/h.滿足生產(chǎn)要求。4.5全年所耗水量和耗電量的計(jì)算4.5.1全年耗水量

36、計(jì)算：考慮管材擠出之后冷卻定型時(shí)采用水冷的方式，塑料冷卻速度慢，此過(guò)程耗水量占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程比重較大，忽略其他過(guò)程中耗水量，將冷卻過(guò)程中耗水量作為整個(gè)流程中耗水總量。ppr管冷卻前后溫度可定為t1=220，t2=70，循環(huán)水進(jìn)出口溫度定為t1=25,t2=60，又已知cp，pp=1.9kj/(kg*k),cp,水=4.1 kj/(kg*k).根據(jù)熱量交換平衡，44445.45*1000*1.9*（220-70）=m*4.1*（60-25），即水量m=8828.9t.因冷卻水為循環(huán)使用，所以全年耗水量卻為計(jì)算值的50%,即每年實(shí)際耗水量為4414.47t.所以每小時(shí)冷卻設(shè)備排水量為8828.9/3

37、00/24=1.23m3/h說(shuō)明：因?yàn)橐陨线^(guò)程只涉及冷區(qū)過(guò)程中耗水量，而未考慮其他生產(chǎn)過(guò)程（比如混合時(shí)的冷卻）中耗水量，所以實(shí)際生產(chǎn)中所需水量肯定要大于以上的計(jì)算值，要注意考慮。4.5.2全年耗電量計(jì)算： 本設(shè)計(jì)共有六條擠出生產(chǎn)線，由兩套混合機(jī)（包括熱混機(jī)，冷混機(jī)各一套）供料，其余設(shè)備每條生產(chǎn)線各一套，其中混合設(shè)備為間歇生產(chǎn)設(shè)備，每年工作300天，每天8小時(shí)，其余各生產(chǎn)線為連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，每年工作300天，每天24小時(shí)。另外考慮到廢料回收需經(jīng)過(guò)廢碎機(jī)處理，粉碎機(jī)工作周期同混合機(jī)?；旌蠙C(jī)耗電量p1=（2*（p熱混+p冷混）+p破碎機(jī)）*300*8*3600=（2*（110+18.5）+11）*30

38、0*8*3600=6.432*105其余設(shè)備耗電量p2=6*（p上料機(jī)+p擠出機(jī)+p定徑機(jī)+p牽引機(jī)+p打印機(jī)+p切割機(jī)）*300*24*3600=6*（0.55+40+3.13+3+2.2+0.055+1.1）*300*24*3600=2.162*106度。 車(chē)間耗電量p=p1+p2=2.81*106度。說(shuō)明:以上耗電量的計(jì)算只涉及到了生產(chǎn)過(guò)程中混合，擠出，后處理，回收的設(shè)備耗電量，未考慮其他生產(chǎn)輔助過(guò)程（如照明，部分輸送過(guò)程，儲(chǔ)存等）的耗電情況，故實(shí)際耗電量要比以上計(jì)算耗電量大一些，應(yīng)注意。五.非定型設(shè)備的設(shè)計(jì)（管材機(jī)頭）5.1管材機(jī)頭的結(jié)構(gòu)組成口模和芯模 口模是用來(lái)成型塑件的外表面的,芯

39、棒用來(lái)成型塑件的內(nèi)表面的,所以口模和芯模決定了塑件的截面形狀 過(guò)濾網(wǎng)和過(guò)濾板 過(guò)濾網(wǎng)的作用是將塑料熔體由螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),過(guò)濾雜質(zhì),并形成一定的壓力;過(guò)濾板又稱(chēng)多孔板, 同時(shí)還起支承過(guò)濾網(wǎng)的作用 分流器和分流器支架 分流器(又稱(chēng)魚(yú)雷頭)使通過(guò)它的塑料熔體分流變成薄環(huán)狀以平穩(wěn)地進(jìn)入成型區(qū),同時(shí)進(jìn)一步加熱和塑化;分流器支架主要用來(lái)支承分流器及芯棒,同時(shí)也能對(duì)分流后的塑料熔體加強(qiáng)剪切混合作用,但產(chǎn)生的熔接痕影響塑件強(qiáng)度小型機(jī)頭的分流器與其支架可設(shè)計(jì)成一個(gè)整體機(jī)頭體 機(jī)頭體8相當(dāng)于模架,用來(lái)組裝并支承機(jī)頭的各零件機(jī)頭體需與擠出機(jī)筒連接,連接處應(yīng)密封以防塑料熔體泄漏溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)為了保證塑料熔體在機(jī)

40、頭中正常流動(dòng)及擠出成型質(zhì)量,機(jī)頭上一般設(shè)有可以加熱的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 （6）調(diào)節(jié)螺釘 調(diào)節(jié)螺釘用來(lái)調(diào)節(jié)控制成型區(qū)內(nèi)口模與芯棒間的環(huán)隙及同軸度, 以保證擠出塑件壁厚均（7）定徑套離開(kāi)口模后的塑料熔體雖已具有給定的截面形狀,但因其溫度仍較高不能抵抗自重變形,為此需要用徑套對(duì)其進(jìn)行冷卻定型, 以使塑件獲得良好的表面質(zhì)量準(zhǔn)確的尺寸和幾何形狀（8）橡皮塞其作用是防止壓縮空氣泄露，保證管內(nèi)具有一定的壓力。5.2機(jī)頭的作用及分類(lèi)(1) 機(jī)頭的作用機(jī)頭是擠出塑料制件成型的主要部件,它使來(lái)自擠出機(jī)的熔融塑料由螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),并進(jìn)一步化,產(chǎn)生必要的成型壓力,保證塑件密實(shí),從而獲得截面形狀一致的連續(xù)型材。(2)

41、機(jī)頭的分類(lèi)按擠出成型的塑料制件分類(lèi)： 通常的擠出成型塑件有管材棒材板材片材網(wǎng)材、單絲粒料各種異型材吹塑薄膜電線電纜等按制品出口方向分類(lèi)：可分為直向機(jī)頭和橫向機(jī)頭,直向機(jī)頭內(nèi)料流方向與擠出機(jī)螺桿軸向一致,如硬管機(jī)頭;橫向機(jī)頭內(nèi)料流方向與擠出機(jī)螺桿軸向成某一角度,如電纜機(jī)頭按機(jī)頭內(nèi)壓力大小分類(lèi) 可分為低壓機(jī)頭(料流壓力小于4mpa)中壓機(jī)頭(料流壓力為41ompa)和高壓機(jī)頭(料流壓力大于1ompa).5.3.機(jī)頭設(shè)計(jì)基本原則（1）內(nèi)腔成流線型，機(jī)頭內(nèi)，凡是熔料流經(jīng)的通道，必須做成光滑的流線型面以減少壓力損失。不可有突變，死角，所有內(nèi)壁的表面粗糙度不大于ra 0.1m（2）成型部分的長(zhǎng)度應(yīng)按不同塑

42、料的流變特性決定，要有足夠的長(zhǎng)度。其目的在于使由分流器來(lái)的幾股熔體在此有很好的匯流，并減少巴魯斯效應(yīng)的影響。（3）出口部分通道的截面積應(yīng)小于擠出機(jī)機(jī)筒內(nèi)孔的截面積，并沿料流方向，向出口處逐漸減小，以形成一定的壓縮比。（4）選材合適 由于機(jī)頭內(nèi)流過(guò)的塑料熔體對(duì)機(jī)頭內(nèi)腔有很大的摩擦，或者腐蝕，所以必須選用耐磨損，耐腐蝕的材料制造（5）拆裝方便，緊密不漏，因機(jī)頭是常需要檢修的，而且熔體在高壓下流經(jīng)其內(nèi)部，所以設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊而又便于裝拆，清洗，保證不漏料。5.4.機(jī)頭設(shè)計(jì)過(guò)程籃式機(jī)頭中由于改向通孔的流通面積很大，所以籃式機(jī)頭壓力很低，這有利于高速擠出和提高擠出制品的質(zhì)量。與直通式機(jī)頭相比，籃式機(jī)頭結(jié)構(gòu)更緊湊，可調(diào)整的靈活性更大，結(jié)果使得這種機(jī)頭相當(dāng)輕便，便于裝拆?？傊@式機(jī)頭具有機(jī)頭壓力低，加工產(chǎn)品范圍廣，無(wú)論管徑大小都有穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量，且在高擠出流量下仍能保持熔體溫度。結(jié)合直通式機(jī)頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易成本低的優(yōu)點(diǎn)，鑒于籃式機(jī)頭以上優(yōu)點(diǎn)和擠出管材ppr質(zhì)量和管徑的要求，兼取其長(zhǎng)處，采用直通籃式機(jī)頭。5.4.1口模設(shè)計(jì)口模內(nèi)徑d1設(shè)計(jì)中，口模內(nèi)徑的尺寸不等于管材的外徑的尺寸，因?yàn)閿D出的管材在脫離口模 后，由于壓力突然降低，體