GAI聚氯乙烯鈣塑管生產(chǎn)車間的工藝設(shè)計(jì)(作業(yè))

聚氯乙烯鈣塑

管生產(chǎn)車間的

工藝設(shè)計(jì)

城旗：離合311-1班

#4：12號

歌名：杜逡

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廣東石油化工學(xué)院設(shè)計(jì)用紙

設(shè)計(jì)題目：聚氯乙烯鈣塑管生產(chǎn)車間的工

藝設(shè)計(jì)

目錄

1、概述------------------------------------3

2、該產(chǎn)品的生產(chǎn)方法及其特點(diǎn)----------------11

3、原料及配方------------------------------13

4、生產(chǎn)流程的確定及生產(chǎn)流程簡述------------13

5、工藝計(jì)算及物料衡算----------------------23

6、設(shè)備一覽表------------------------------25

7、參考文獻(xiàn)--------------------------------26

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1、概述

1.1聚氯乙烯鈣塑管概述

聚氯乙烯鈣塑料：又叫碳酸鈣填充聚氯乙烯鈣塑料（calcium

carbonatefilledpolyvinylchlorideplastics）是由聚氯乙烯、碳酸

鈣（重質(zhì)、輕質(zhì)或活性碳酸鈣等）及其其他助劑經(jīng)混煉、造粒、成

型所制得的復(fù)合材料。具有耐熱、耐酸堿腐蝕、防潮、隔聲及著色

性好、價(jià)格低廉等特點(diǎn)?？捎脭D出、注射、壓延等成型方法加工。

可用于制造門窗異型材、地板、瓦楞板、隔墻板、板框等硬質(zhì)制品。

也可制造片材、人造革、不透明軟管及薄膜等軟質(zhì)制品。

聚氯乙烯鈣塑管系將聚氯乙烯樹脂、穩(wěn)定劑、改性劑、潤滑劑

及Ca83填料等配合后經(jīng)擠出制成。Ca83填充的聚氯乙烯鈣塑管

可增加沖擊強(qiáng)度、降低成本，但耐酸性降低。它主要用于輸送堿性

液體，農(nóng)業(yè)排灌、建筑排水以及電線穿線等。與普通硬聚氯乙烯管

配方相比，主要增加了大量的Cag,為使883與pvc均勻混合,

增加界面粘接力和物料流動性，最好采用經(jīng)過活化處理的Cag（例

如用2%的鈦酸酯偶聯(lián)劑處理）。為了提高鈣塑PVC管的韌性，還需

要加入高分子增韌劑CPE（氯化聚乙烯），CPE也起到高分子增塑劑

的作用，它可降低PVC鈣塑管的擠出成型溫度。所用CPE的含氯量為

35%左右。

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1.1.2PVC樹脂

PVC樹脂是一個(gè)極性非結(jié)晶性高聚物,分子之間有較強(qiáng)的作用力，

是一個(gè)堅(jiān)硬而脆的材料；抗沖擊強(qiáng)度較低。加入沖擊改性劑后，沖

擊改性劑的彈性體粒子可以降低總的銀紋引發(fā)應(yīng)力，并利用粒子自

身的變形和剪切帶，阻止銀紋擴(kuò)大和增長，吸收掉傳人材料體內(nèi)的

沖擊能，從而達(dá)到抗沖擊的目的。改性劑的顆粒很小，以利于增加

單位重量或單位體積中改性劑的數(shù)量，使其有效體積份數(shù)提高，從

而增強(qiáng)了分散應(yīng)力的能力。目前應(yīng)用比較廣泛的為有機(jī)抗沖擊改性

劑。

1.1.3碳酸鈣

碳酸鈣是一種無機(jī)化合物，是石灰?guī)r石（簡稱石灰石）的主要成

分，其分子式為CaCC）3,分子質(zhì)量為100.09。其中氧化鈣（CaO）占

56.03%,二氧化碳（CO?）占43.97%。碳酸鈣廣泛存在于自然界中，現(xiàn)

在經(jīng)過處理被不斷的運(yùn)用到塑料加工行業(yè)中來。

根據(jù)碳酸鈣生產(chǎn)方法的不同，可以將碳酸鈣分為輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)

碳酸鈣和活性碳酸鈣。

（一）輕質(zhì)碳酸鈣又稱沉淀碳酸鈣，簡稱輕鈣，是將石灰石等原

料煨燒生成石灰（主要成分為氧化鈣）和二氧化碳，再加水消化石灰

生成石灰乳（主要成分是氫氧化鈣），然后再通人二氧化碳碳化石灰

乳生成碳酸鈣沉淀，最后經(jīng)脫水，干燥和粉碎而制得。由于輕質(zhì)碳

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酸鈣的沉降體積⑵4?2.8mL/g）,比重質(zhì)碳酸鈣的沉降體積（1.1?

L4mL/g）大，所以稱之為輕質(zhì)碳酸鈣。

（二）重質(zhì)碳酸鈣簡稱重鈣，是用機(jī)械方法直接粉碎天然的方解

石、石灰石、白堊、貝殼等而制得。由于重質(zhì)碳酸鈣的沉降體積比

輕質(zhì)碳酸鈣的沉降體積小，所以稱之為重質(zhì)碳酸鈣。

（三）活性碳酸鈣又稱改性碳酸鈣，表面處理碳酸鈣，膠質(zhì)碳酸

鈣或白艷華，簡稱活鈣，是用表面改性劑對輕質(zhì)碳酸鈣或重質(zhì)活性

鈣進(jìn)行表面改性而制得。由于經(jīng)表面改性劑改性后的碳酸鈣一般都

具有補(bǔ)強(qiáng)作用，即所謂的“活性”，所以習(xí)慣上把改性碳酸鈣都稱

為活性碳酸鈣。

1.1.4碳酸鈣在塑料加工中的應(yīng)用

碳酸鈣是高分子復(fù)合材料中廣泛使用的無機(jī)填料。從上個(gè)世紀(jì)

80年代開始國外就開始將重質(zhì)碳酸鈣應(yīng)用于聚丙烯編織袋，當(dāng)時(shí)的

添加量僅為3%?5%,現(xiàn)在用量已提升到15%以上，并且隨著編織袋

的廣泛應(yīng)用，重質(zhì)碳酸鈣在這一塑料產(chǎn)品上的應(yīng)用已超過了20萬噸。

現(xiàn)在在聚乙烯薄膜中也已成功應(yīng)用了超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣，在聚氯乙烯

型材和管材中應(yīng)用了輕質(zhì)碳酸鈣。但相對于其他聚乙烯、聚丙烯等

通用塑料來講，聚氯乙烯樹脂可以通過不同的配方和各種加工方法

制成一系列從軟到硬、性能各異的聚氯乙烯制品，且具有良好的物

理、化學(xué)、力學(xué)和電絕緣性能，從柔軟的人造革到堅(jiān)硬的管材、型

材，聚氯乙烯樹脂都是不可多得的首選材料，更為突出的是，由

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于其分子結(jié)構(gòu)中氯的存在，賦予了該類樹脂一定的極性以及跟各種

無機(jī)填料和助劑的相容性，從而導(dǎo)致其制品可以具有更低的價(jià)格優(yōu)

勢。這些材料的生產(chǎn)規(guī)模增大，為碳酸鈣找到了廣闊的應(yīng)用市場，

把碳酸鈣更深入、更廣泛地應(yīng)用在塑料領(lǐng)域，要以科技為先導(dǎo)：一

是開拓全新的應(yīng)用領(lǐng)域，二是在原有應(yīng)用領(lǐng)域把應(yīng)用技術(shù)搞得更好,

擴(kuò)大應(yīng)用面和使用深度。

1.2.1填充改性

填充改性是在聚合物中均勻摻混模量較聚合物高得多的微粒狀

填料的改性方法。其目的是提高制品的硬度、耐磨性、熱變形溫度、

熱穩(wěn)定性和耐候性，降低制品的成型收縮率，減小離模膨脹及降低

成本。而對于PVC塑料加工，在其中加人一定量的碳酸鈣填料，除上

述作用外，還有提高熱熔體剛度，改善成型性，使制品易定型等作

用。選擇適宜粒度的填料和填充量，還可顯現(xiàn)增韌效果。

但是由于大多數(shù)無機(jī)填料屬親水性，與聚合物難以相容，如不

經(jīng)過表面處理它們會造成相間分離。而對于碳酸鈣表面改性方法一

般分為偶聯(lián)劑、有機(jī)物表面處理劑、無機(jī)物處理劑及綜合性表面處

理劑等四種。一般認(rèn)為，表面活性劑或有機(jī)酸對填料的表面改性是

物理吸附，它可以改善物料的流變性能和加工性能，但對制品的物

理力學(xué)性能幾乎沒什么改善。用偶聯(lián)劑或改質(zhì)劑改性不僅可以改善

加工性能，而且也可同時(shí)改善制品的物理力學(xué)性能。

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1.2.2活化原理

活化原理即活性碳酸鈣的生產(chǎn)原理，就是要將表面改性劑均勻

地涂覆到碳酸鈣顆粒的表面，使碳酸鈣表面有一層表面改性劑的單

分子層，表面改性劑的親水基團(tuán)與碳酸鈣表面進(jìn)行類似化學(xué)鍵的結(jié)

合，表面改性劑的親油基團(tuán)則定向排列于活性碳酸鈣的表面。

換句話說就是經(jīng)過各種偶聯(lián)處理后，能使填料表面從親水性變

成親有機(jī)物性。表面處理劑也叫偶聯(lián)劑，實(shí)際上是一類增加無計(jì)填

料與有機(jī)聚合物之間親和力的有機(jī)物質(zhì)。它們在填料和聚合物之間,

通過物理的和化學(xué)的作用使其緊密相連，從而達(dá)到良好的機(jī)械強(qiáng)度。

此外，無機(jī)填料經(jīng)表面處理后，其聚集的粒徑大多有明顯縮小，例

如沉淀碳酸鈣用高級脂肪酸處理后聚集粒徑既能減少五分之四，因

而可提高填料在聚合物中的分散性，使填料聚合物體系的流動性得

以改善，這些因素均有利于改進(jìn)制品的機(jī)械性能、表觀質(zhì)量和成型

加工性能。止匕外，填料往往含有易揮發(fā)成分，如水，在空氣中存放

也易吸潮，使用前宜干燥處理，但填料經(jīng)表面處理后，吸濕能力會

明顯降低。對填料的表面處理常使用表面活性劑和偶聯(lián)劑。表面活

性劑分子的一端應(yīng)與填料表面活性基團(tuán)結(jié)合，另一端應(yīng)現(xiàn)堿性，或

與PVC的結(jié)構(gòu)相似或呈中性，具有低的表面能。偶聯(lián)劑分子的一端應(yīng)

與填料表面化學(xué)結(jié)合，另一端含有活性基團(tuán)可與PVC分子上的活性氫

或雙鍵結(jié)合。填料使用表面活性劑或偶聯(lián)劑處理后，填料的表面能

明顯降低（與PVC的相近），可減輕填料的聚集與附聚。所用表面處理

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劑最好在填料微粒生成時(shí)就包附其表面。如重質(zhì)碳酸鈣在球磨機(jī)中

被研磨時(shí)，用硬脂酸處理碳酸鈣的表面。填料碳酸鈣表面處理常用

的偶聯(lián)劑有鈦酸酯、鋁酸酯偶聯(lián)劑以及硅烷偶聯(lián)劑等。

1.2.3處理的工藝

工藝上常用的活性碳酸鈣的生產(chǎn)工藝流程有兩種，一是濕法生

產(chǎn)工藝流程，另一是干法生產(chǎn)工藝流程。兩種流程各有優(yōu)缺點(diǎn)：濕

法生產(chǎn)工藝優(yōu)點(diǎn)是活化均勻，缺點(diǎn)是投資大、成本高，對活化劑的

要求也高。干法生產(chǎn)工藝優(yōu)點(diǎn)是投資少、成本低，對活性劑的要求

不高，缺點(diǎn)是活化不太均勻。

1.3.1碳酸鈣粉體在PVC加工中的應(yīng)用研究發(fā)展

塑料工業(yè)要求的并不是普通輕質(zhì)碳酸鈣，而是希望發(fā)展塑料所

需要的專用碳酸鈣。一般所要求的是吸油值低、最好經(jīng)過活化改性

的價(jià)格適中的活性碳酸鈣。

(1)要求一定的細(xì)度，且粒度的均一性較好塑料所要求的碳酸鈣

的平均粒徑一般在0.lum?51口印范圍之內(nèi)。如果使用0.lum以下的

碳酸鈣，則必須以表面改性提高分散性。在要求不高的大填充場合,

一般使用平均粒徑為5口m?20口m的碳酸鈣為宜。但要特別注意少量

的大顆粒會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能。在粒度中還必須注意到粒徑的分

布，也就是顆粒要有一定的均一性，因?yàn)槌丝紤]平均粒徑之外，

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還必須限制過大顆粒和過小顆粒的比例。

(2)要求一定的吸油值碳酸鈣的吸油值與其粒徑有關(guān)，也與其晶

形有關(guān)，且吸油值直接影響碳酸鈣在塑料中的應(yīng)用。這是因?yàn)樵谒?/p>

料加工中必須添加增塑劑，如果碳酸鈣吸油值大，增塑劑被碳酸鈣

吸收的量也大，這樣塑料的加工性能就差。反之碳酸鈣吸油值小，

增塑劑被碳酸鈣吸收的量也小，這樣對塑料的加工性能影響就小。

(3)要求一定的分散度碳酸鈣的半成品在干燥中難免產(chǎn)生凝聚，

所以碳酸鈣產(chǎn)品中的實(shí)際顆粒的粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原生粒子的粒徑，而

在塑料加工時(shí)混煉剪切力有限，凝聚不容易打散，因此要求碳酸鈣

具有一定的分散度。

經(jīng)表面改性劑改性后的碳酸鈣，由于其顆粒表面具有一定的活

性，所以其分散度也得到改善。

(4)活性碳酸鈣經(jīng)改性的碳酸鈣在塑料中顯示出較優(yōu)越的性能。

由于上面種種要求的不斷提出，對于碳酸鈣粉體的應(yīng)用也經(jīng)歷了這

樣的三個(gè)階段：1、單純的填充材料。2、PVC加工專用碳酸鈣。3、

功能化碳酸鈣粉體。這正好和碳酸鈣粉體的加工助劑發(fā)展到今天已

經(jīng)經(jīng)過三個(gè)的階段不謀而合。這三個(gè)階段是：1、偶聯(lián)劑或改性劑階

段。2、聚氯乙烯加工用改質(zhì)劑階段。3、聚氯乙烯加工用功能性改

質(zhì)劑及功能性粉體階段。

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1.3.2PVC加工專用改性碳酸鈣

為了幫助聚氯乙烯制品廠家簡化配方設(shè)計(jì)的難度，使更先進(jìn)的

加工配方技術(shù)以一種更有效地方式得到推廣和應(yīng)用，本著“提質(zhì)降

本”的理念，在充分汲取南京大學(xué)偶聯(lián)劑及塑料加工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,

協(xié)和公司對傳統(tǒng)的概念進(jìn)行了創(chuàng)新，率先提出了“塑料加工改質(zhì)劑”

的概念，研制成功了國內(nèi)的第一代聚氯乙烯加工用改質(zhì)劑XH-CR11,

并迅速將其產(chǎn)業(yè)化。該產(chǎn)品的出現(xiàn)，大大簡化了塑料加工配方設(shè)計(jì)

的難度，避免了碳酸鈣廠家改性方法的混亂給制品廠家所帶來的各

種不相容的問題。該助劑的應(yīng)用，增加了碳酸鈣的填充量，提高了

聚氯乙烯加工行業(yè)配方設(shè)計(jì)的整體水平，體現(xiàn)了加工助劑“復(fù)合化,

功能化”的行業(yè)發(fā)展方向，真正達(dá)到了“提質(zhì)降本”的目的。

1.3.3功能性粉體階段

由于經(jīng)過前面的兩個(gè)技術(shù)發(fā)展階段，功能性粉體已經(jīng)初顯端倪。

2003年左右，為了賦予改質(zhì)劑產(chǎn)品更優(yōu)異的性能，同時(shí)改進(jìn)一下

XH-CR11客戶所反饋回的寶貴意見，黃艷女士又率先提出了“功能性

改質(zhì)劑”的概念，并將改質(zhì)劑“復(fù)合化、功能化、專用化”的改性

理念在行業(yè)內(nèi)逐步推廣，新推出的XH-CA和XH-CB系列功能性改質(zhì)劑

產(chǎn)品，不僅具有原XH-CR11產(chǎn)品的所有性能，同時(shí)由于它采用了進(jìn)口

的高性能高分子助劑，因此具有在不影響制品耐熱及機(jī)械性能的前

提下，促進(jìn)體系塑化的功能，同時(shí)該產(chǎn)品為條狀，使用更加方便，

一推出就得到了廣大客戶的積極響應(yīng)和廣泛采納。

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2、該產(chǎn)品的生產(chǎn)方法及其特點(diǎn)

(1)開車前的準(zhǔn)備工作：

①檢查料斗流道和過濾板是否存有未除凈的殘料，銹斑或被硬

件碰擊造成的傷痕。

②模頭在裝配時(shí)，緊固螺栓要邊緊邊用塞規(guī)檢查口模各邊間隙,

不允許有不均勻現(xiàn)象。

③定型模安裝后，檢查與口模是否做到同心。

④升溫前，檢查加熱電器有無故障。

⑤調(diào)整水槽位置，使其出口與定型裝置同心。

⑥通常模具升溫速度低于機(jī)身升溫速度，可先將模具升溫，約

達(dá)120-r130C時(shí)，機(jī)身再開始升溫。

⑦溫度到達(dá)要求后，按升溫速度快慢，適當(dāng)保溫30"-60分鐘，

使加熱部分的溫度內(nèi)外平衡。

⑧開機(jī)前20分鐘，壓縮空氣預(yù)熱罐開始升溫。

(2)開車：

①加料前，先低速開車空轉(zhuǎn)，檢查設(shè)備有無異聲，電流表有無

超負(fù)荷現(xiàn)象。

②加料，螺桿開始轉(zhuǎn)動時(shí)，為2-3轉(zhuǎn)/分，然后逐步提高到規(guī)定

轉(zhuǎn)數(shù)。

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③擠出物進(jìn)入定型模前3}5分鐘，接通預(yù)熱壓縮空氣，并適當(dāng)降

低定型模溫度，避免鈣塑料被堵塞在定型模內(nèi)。

④當(dāng)進(jìn)入定型模后，用氣塞封住異型材內(nèi)腔，增加內(nèi)壓使其貼

緊定型模壁，當(dāng)異型材離開定型模時(shí)，可將定型模內(nèi)冷卻水溫降到

20℃以下。

⑤待異型材離開水槽時(shí)，根據(jù)定型情況，隨時(shí)調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)速，

空氣壓力和空氣溫度，使表觀和斷面結(jié)構(gòu)符合要求。

⑥在整個(gè)異型材的擠出成型過程中，要經(jīng)常檢查設(shè)備與電器的

工作情況，以及各部溫度是否穩(wěn)定。

⑦切割前，要先將氣塞通過切口方能切割，不然管內(nèi)失去氣壓,

造成制品變形。

⑶停車：

①停止加料，當(dāng)見模具口模料已明顯減慢時(shí)，方可停車，但機(jī)

身在拆卸模具期間，仍要保持?jǐn)D出溫度。

②推開水槽，拆卸冷卻定型模，取下模具加熱圈，去掉氣嘴。

③打開機(jī)頭連接法蘭，低速開機(jī)，頂出過濾板，并趁熱將過濾

板孔眼中的余料剔出，螺桿內(nèi)的余料要擠出干凈，如發(fā)現(xiàn)有焦?；?/p>

氯氣味時(shí)，應(yīng)將螺桿取出，檢查螺桿或料筒上是否有焦料粘附。

④用頂桿將模芯頂出，流道上的殘余料用銅片或銅鏟除掉，

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,然后用金相砂紙打光，模芯要涂上防銹油或泡入油箱。

⑤模芯要豎直放置，切不可平放在地，以防模芯變形。

3、原料及配方

聚氯乙烯鈣塑管原料及典型配方

物料名稱配方物料名稱配方

PVC樹脂100硬脂酸鋼1.5

CPE5-10石蠟0.8

二堿式硫5糠0.2

酸鉛活性CaOOg30-80

硬脂酸鉛1.0

4、生產(chǎn)流程的確定及生產(chǎn)流程簡述

4.1.1聚氯乙烯鈣塑管生產(chǎn)流程

塑陶窗立一

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4.1.2聚氯乙烯鈣塑管生產(chǎn)流程說明

塑料在擠出成型中應(yīng)用最廣泛的基本形態(tài)為粒狀料。擠出成型

中使用塑料粒料的優(yōu)點(diǎn)如下：A、送料和加料比較方便，不需要強(qiáng)制

加料器；

B、粒料的表觀密度比粉料大，制品質(zhì)量較好；

C、空氣及揮發(fā)物含量較少，制品不易產(chǎn)生氣泡；

D、避免了粉塵飛揚(yáng)，改善了勞動條件。

樹脂從倒袋站倒入，經(jīng)過濾器、正壓風(fēng)機(jī)送至樹脂貯罐中。各

種穩(wěn)定劑、內(nèi)外潤滑劑、填料及顏料放入指定的小料倉中，靠微機(jī)

控制，按配方要求把樹指及各種助劑定量稱送到熱混機(jī)中，在攪拌,

磨擦生熱，使物料升溫后，供至冷混機(jī)降溫，通過真空吸料裝置，

經(jīng)過振蕩篩后進(jìn)入干料倉中，供擠出機(jī)擠造粒使用。通過混料工序,

我們希望得到的是分散性良好的干混粉料。通過實(shí)踐得知，對SG-5

型樹脂，冷混機(jī)出料濕度不大于50C時(shí)，效果最好。

4.1.2.2擠出成型工藝流程

配好的物料在負(fù)壓風(fēng)機(jī)的作用下，由于料倉進(jìn)入加料斗，然后

物料由加料斗送至擠出機(jī)進(jìn)行加熱，在螺桿中物料經(jīng)加料段時(shí)固體

塑料被升溫到它的軟化點(diǎn)，并被送到熔化段，此時(shí)塑料由固態(tài)逐漸

轉(zhuǎn)化為熔融狀態(tài)，最后進(jìn)入計(jì)量段，此時(shí)熔體進(jìn)一步均勻塑化，并

使料流定量、定壓機(jī)頭流道均勻擠出，在機(jī)頭塑料熔體形成所需要

的形狀。從機(jī)頭口模擠出來的管狀物經(jīng)過水浸式冷卻，使它變硬而

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定型。在牽引裝置的作用下管材提供一定的牽引力和牽引速度，均

勻地引出管材，并通過牽引速度調(diào)節(jié)管子的壁厚。然后經(jīng)過噴碼機(jī)、

牽引隴、切割機(jī)，切割成規(guī)定長度的管材。最后，將管子送至脹口

機(jī)脹口。成型后，檢驗(yàn)合格后即可出廠。

4.1.3生產(chǎn)所用設(shè)備介紹

4.1.3.1擠出機(jī)的選擇

用雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)聚氯乙烯鈣塑管材，主要用錐形異向旋轉(zhuǎn)

雙螺桿。也可以選用平行異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿，但用得比較少。錐形雙

螺桿對物料的壓縮作用不是像單螺桿改變螺槽深度進(jìn)行壓縮，而是

靠減少螺桿外徑（錐形）和改變螺距（平行）實(shí)現(xiàn)容積逐漸減少。

錐形雙螺桿擠出機(jī)其嚙合區(qū)螺槽一般為縱橫背向封閉，物料輸送能

力和建壓能力很強(qiáng)，加料段螺槽深，容易加入較大體積的物料，螺

桿和料筒表面積大，物料受熱快，可直接采用粉料，且加入的熱穩(wěn)

定劑和潤滑劑可適當(dāng)減少，擠出溫度也較低，故有利于提高產(chǎn)品質(zhì)

量。而且擠出流量穩(wěn)定，可精確的保持板材尺寸。

生產(chǎn)PVC管材的擠出機(jī)螺桿設(shè)計(jì)都有三個(gè)區(qū)段：加料段（送料

段）、熔化段（壓縮段）、計(jì)量段（均化段）。此三段所起的作用

不同。加料段是把料斗來的固體塑料升溫到它的軟化點(diǎn)，并將它送

到熔化段，只是一個(gè)升溫和輸送過程，塑料仍是固體狀態(tài)。熔化段

一般在螺桿中部，塑料在這段中除受熱和前移外，同時(shí)粒狀固體逐

漸壓實(shí)和熔化為連續(xù)狀的熔體，還將包在料內(nèi)的空氣向送料段排出，

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塑料在這段是由固態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化為熔融狀態(tài)。計(jì)量段是螺桿的最后一

段，熔體在這段中進(jìn)一步均勻塑化，并使料流定量、定壓由機(jī)頭流

道均勻擠出，所以又稱均化段。

擠出機(jī)螺桿的三個(gè)區(qū)段（即三段）相對應(yīng)的組成了三個(gè)功能區(qū):

固體輸送、物料塑化區(qū)、熔體輸送。要使擠出機(jī)的這三個(gè)功能區(qū)段

相吻合，必需選擇適當(dāng)?shù)呐浞?、適當(dāng)?shù)牧贤矞囟扰c螺桿溫度及適當(dāng)

的螺桿轉(zhuǎn)速。如果工藝條件選擇不適當(dāng)，就會破壞三個(gè)功能區(qū)的分

布，造成產(chǎn)量降低或塑化不良?？傊跀D出機(jī)實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)

配方、螺桿轉(zhuǎn)速及各段控制溫度等，已達(dá)到塑化和擠出量的最佳效

果。要符合聚氯乙烯管材生產(chǎn)車間的條件，從必需的年產(chǎn)量、生產(chǎn)

能力、等各方面進(jìn)行考慮，本設(shè)計(jì)采用SJSZ-58X22型的異向錐形

雙螺桿塑料擠出機(jī)設(shè)備最為合理。管機(jī)頭的作用是對塑化的物料保

持塑性狀態(tài)，并產(chǎn)生一定的壓力使塑化的物料經(jīng)過一定的流道后成

型為具有環(huán)形截面形狀的管坯。本設(shè)計(jì)采用直通機(jī)頭。物料在機(jī)頭

和擠出機(jī)中流動方向一致，是一種使用普通的機(jī)頭。這種機(jī)頭在設(shè)

計(jì)和生產(chǎn)操作中要注意分流器支架造成的接縫線處管材強(qiáng)度低的問

題?？谀Ｅc芯模的平直部分是管材成型部分?？谀Ｘ?fù)責(zé)成型管材外

表面?？谀５膬?nèi)徑山的確定方法可由下式來計(jì)算獲得

di=D/a

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式中D一管材外徑，mm

a一經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，硬聚氯乙烯a取1.01-1.06

芯模成型管材內(nèi)表面，芯模要與分流器同心，以保證料流均勻分布,

可采用螺紋結(jié)構(gòu)與分流器對中連接。芯模外徑ch是在芯模與口模之

間的間隙值3。3可用下式計(jì)算：

8=t/b

式中3一口模與芯模的間隙值，mm;

t一管材壁厚，mm;

b一物料在口模出口處的膨脹率。貝I」：

d2=di-28

收縮角8取20°,擴(kuò)張角a取60°,L3=l.2D,L1=2D,L2=l.5DO

為了使管材壁厚均勻，在裝機(jī)頭時(shí)就要調(diào)節(jié)芯模與口模同心，

操作過程中，重力作用、溫度，以及流道中壓力分布的情況，都會

對流速和制品壁厚造成影響，因此，機(jī)頭中要設(shè)置對機(jī)頭壁厚的均

勻程度進(jìn)行調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)。一般可用調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)要略

微放松對口模固定的壓緊力，并將相對方向上調(diào)節(jié)螺栓稍放松，否

則無法頂動口模。調(diào)節(jié)完成后要注意將口模重新壓緊，謹(jǐn)防密封端

面處漏料。

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4.1.3.2定型套

從機(jī)頭擠出的物料處于熔體狀態(tài)，形狀不能固定，因此需要經(jīng)

過定型裝置對物料加以冷卻，以達(dá)到精整尺寸的同時(shí)將其形狀固定O

采用定外徑的方式定型，同時(shí)采用內(nèi)壓法。它是在管內(nèi)加壓縮空氣,

使管壁向外貼緊定型套內(nèi)壁壁實(shí)現(xiàn)迅速冷卻固化定型的，管材經(jīng)牽

引設(shè)備均勻引出。

壓縮空氣由芯模中的孔道進(jìn)入管內(nèi)，其壓力大于大氣壓力。為

保持管內(nèi)壓力不變，在離定徑套一定位置的管內(nèi)，用氣塞阻住壓縮

空氣，使之不產(chǎn)生泄漏。氣塞用相應(yīng)長度的細(xì)鋼鉤掛在機(jī)頭的芯模

上。

定型套的內(nèi)徑一般比管材外徑大，放大的尺寸等于管材收縮率。硬

質(zhì)聚氯乙烯管材收縮率為0.7%-1%。因此收縮率小，設(shè)計(jì)時(shí)可以忽略

不計(jì)。此設(shè)計(jì)管徑是llOmm是在300硒以下，定徑套長度取6D。為使

管材外表面光滑，定型套內(nèi)表面應(yīng)鍍銘，拋光。本設(shè)計(jì)采用真空定

型裝置。夾套內(nèi)分隔成三個(gè)密封室：中部為真空室，比較靠近進(jìn)料

端；兩端是冷卻室，供冷卻水循環(huán)。為了提高冷卻效率，冷卻室中

可設(shè)置擋板。真空段在定型套內(nèi)壁上有真空孔與真空室相通。

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為保證管壁充分吸附，孔的分布比較密集且均勻。由天管壁厚

為7.6m叫故孔徑應(yīng)取大些，取1.2rnin。這種型式的真空定型裝置可

安裝在水槽的進(jìn)樣端。

從冷卻定型套出來的管材，未得到充分冷卻，為防止變形，必

須供出管壁中的余熱，使之達(dá)到或接近室溫。采用浸沒式水槽，其

為開放式，具有一定水位，能將管材完全浸沒在其中的容器。其長

度根據(jù)管徑和擠出線速度確定，一般為2-3叫亦可將兩個(gè)水槽串接

使用。冷卻水流動方向與管材擠出方向相反，使管材逐步冷卻，減

少管材中的內(nèi)應(yīng)力。

保持真空度的相對穩(wěn)定，是這一工序在工藝控制上的關(guān)鍵，真空度

忽大忽小的波動，往往會使管材成為橢圓形和產(chǎn)生竹節(jié)化。冷卻水

溫巧℃,要求管材離開定型套后溫度低于40℃。

4.1.3.3牽引裝置

本設(shè)計(jì)采用履帶式牽引裝置，一履帶式牽引機(jī)一般用2條、3

條或6條履帶組成。履帶上嵌有一定數(shù)量的橡膠塊，管材牽引機(jī)履

帶上的橡膠塊上表面制成“V”型凹槽，以增加對管材施加徑向壓力

的面積。與一般軋輪式牽引相比，履帶式牽引具有牽引力強(qiáng)和調(diào)速

范圍廣的特點(diǎn)。由于履帶橫向?qū)掗煟c管材接觸面積較大，能有效

避免軋輪牽引容易發(fā)生的打滑現(xiàn)象。在生產(chǎn)中牽引速度的不穩(wěn)定，

是造成管材厚薄不均的直接因素。

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牽引過慢，會造成機(jī)頭積料;牽引過快，管壁變薄，管材的縱向

回縮率也會加大。通常設(shè)定的牽引速度約比擠出線速度快5%—10%,

可以使兩者速率相配合。牽引速度為0.8-1.Om/mino

4.1.3.4切割裝置

切割裝置是將連續(xù)擠出的管材，根據(jù)需要長度自動或半自動切

斷的設(shè)備。對于硬質(zhì)管材，較多使用的是圓盤鋸切割和自動行星鋸

切割。本設(shè)計(jì)采用自動行星鋸切割裝置可切割大口徑管，圓鋸片自

轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，繞管子公轉(zhuǎn)，使管子圓周上均勻受切切割，直至管壁

完全切斷。這種方式獲得的斷口一般比較平整，有利于與管件的連

接。

4.1.4工藝條件

溫度與壓強(qiáng)問題。PVC-U的耐壓強(qiáng)度隨溫度的上升而下降，一

般使用溫度以常溫（2000為宜。公稱壓力是指在20℃以下輸水的最

大工作壓力，若水溫升至此25―35C之間則公稱壓力下降20%o

I.溫度

聚氯乙烯鈣塑管和其它材料相同，都具有熱脹冷縮的特性，因

此在溫差較大的地區(qū)使用時(shí)要特別注意。當(dāng)直線管道在不能自然彎

曲的情況下，須考慮其伸縮問題。可以采用彈性密封圈連接用活套

管，或利用管折角自然補(bǔ)償伸縮，

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可以采用彈性密封圈連接用活套管，或利用管折角自然補(bǔ)償伸縮，

或人為地加入額外彎管以及安裝膨脹波紋管或膨脹圈等方法來解

決。有些供水管道還要考慮設(shè)置加固墩。

聚氯乙烯鈣塑管的物理性質(zhì)：比重1.4,不助燃，但維卡軟化溫

度不小于76℃,不可在較高的溫度環(huán)境下使用，輸送流質(zhì)的溫度不

能超過45℃o所以輸送原水或自來水均不成問題，但不能輸送

(>45℃)熱水。

II.壓力

選擇管道時(shí)，應(yīng)對壓力等級、流量、流速、地理環(huán)境等因素進(jìn)行

考慮。目前生產(chǎn)管道按其承受壓力的不同分為5級：

(1)0-0.6MPa(2)0.6-0.8MPa(3)0.8-1.OMpa(4)LOT.25MPa(5

)1.25-1.60MPao選擇時(shí)應(yīng)按當(dāng)?shù)毓┧畨毫磉x擇。此設(shè)計(jì)采用

1.60MPa級、流速在1.3—1.5m/s之間的管道。

4.1.5生產(chǎn)中的現(xiàn)象及解決方法

以上各環(huán)節(jié)的控制與各部分的工作原理相對應(yīng),在生產(chǎn)中由于

操作不當(dāng)，或各工藝條件之間不匹配等原因，會出現(xiàn)一些不正常現(xiàn)

象,應(yīng)通過認(rèn)真地觀察和分析加以解決。

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序號不正?，F(xiàn)象產(chǎn)生原因解決辦法

1質(zhì)脆①原料質(zhì)量指標(biāo)不符①化驗(yàn)原料

②模具溫度過低，機(jī)身溫度過高②降低螺桿轉(zhuǎn)速

③模具成型壓縮比較?、坌薷哪＞呓Y(jié)構(gòu)

2管壁厚薄不均①芯模與口模中心定位不正，間①調(diào)整芯模和口模中

隙不均心位置達(dá)到間隙均勻

②設(shè)計(jì)或加工精度未達(dá)到要求②重新設(shè)計(jì)或修整模

具內(nèi)流道

3焦線或焦粒①分流器處分解①降低分流器溫度

②擠出溫度過高②降低擠出溫度

4制品內(nèi)壁或外壁有①原料含水里過高①先將原料干燥

氣泡②料中混有雜質(zhì)②消除料中雜質(zhì)③調(diào)

③機(jī)身溫度過低或過高整機(jī)身溫度

5制品斷面形狀不規(guī)①出料速度不均①檢查出料不均的各

則②螺桿轉(zhuǎn)速太快種因素

③模具平直成型部分太短②降低螺桿轉(zhuǎn)速③加

長模具平直成型部份

長度

6制品內(nèi)壁有明顯的①模頭或芯模溫度過低①提高模頭或芯模溫

拼縫線②螺桿轉(zhuǎn)速太快.塑化不良

③成型壓縮比太?、诮档吐輻U轉(zhuǎn)速

③修改模具結(jié)構(gòu).加

大壓縮比

7制品內(nèi)壁起毛開裂①模芯溫度太低①檢查壓縮空氣的風(fēng)

②模芯部有傷痕量和溫度

③螺桿溫度過低②修除模芯部傷痕

③提高螺桿溫度

8制品明顯彎曲①出料速度不均①檢查出料不均的各

②模口定型套、水槽.牽引不在種因素

一條中心線上②調(diào)整各部中心位置

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廣東石油化工學(xué)院設(shè)計(jì)用紙

4.1.6廢料處理

PVC管材生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一些不合格產(chǎn)品和廢品，尤其是每

次換模生產(chǎn)，管材未合格前，總會產(chǎn)生部分廢品。另外，管材在堆

放、搬運(yùn)過程中也會造成一些損壞，這些統(tǒng)稱為廢料。這些廢料成

分基本相同，將其破碎后摻入到原料中基本不影響管材性能。所以

必須加強(qiáng)對這些廢料的管理和合理回收利用。廢料處理流程圖所示。

廢料

5、物料平衡及物耗

設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：

（一）車間生產(chǎn)能力1000噸/年聚氯乙烯鈣塑管;

（二）年生產(chǎn)時(shí)間7200小時(shí)；

（三）PVC管材合格率99%；

（四）產(chǎn)品規(guī)格自定

（五）物料損耗系數(shù)

成型后處

工序配料高速混合擠出成型

理

損耗率0.20.40.30.3

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總損耗率=0.2%+0.4%+0.3%+0.3%=1.2%

年生產(chǎn)時(shí)間二7200小時(shí)=300天(d)

設(shè)計(jì)日產(chǎn)量二設(shè)計(jì)年產(chǎn)量/生產(chǎn)時(shí)間(天)*合格率

=1000(t)/300(d)*99%

=3.3(t/d)=3300(kg/d)=137.5(kg/h)

所以需要1臺每小時(shí)產(chǎn)量為300kg的CM80SC錐形雙螺桿擠出機(jī)

物料衡算

配料：3300*(1-0.2%)=3293.4kg

高速混合：3293.4*(1-0.4%)=3280.2kg

擠出成型:3280.2*(1-0.3%)=3270.4kg

成型后處理：3270.4*(1-0.3%)=3260.6kg

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6、主要設(shè)備的工藝計(jì)算及設(shè)備選型

一

序型號和規(guī)重量/kg

號設(shè)備名稱單位數(shù)量備注

.格單重總重

1捏合機(jī)EMX-200—12000

錐形雙螺桿

2CM80SC—1最高產(chǎn)量400kg/h

擠出機(jī)

定徑套內(nèi)徑L01D、外徑

3機(jī)頭—1