GAI聚氯乙烯鈣塑管生產(chǎn)車間的工藝設計(作業(yè))

聚氯乙烯鈣塑

管生產(chǎn)車間的

工藝設計

城旗：離合311-1班

#4：12號

歌名：杜逡

1

廣東石油化工學院設計用紙

設計題目：聚氯乙烯鈣塑管生產(chǎn)車間的工

藝設計

目錄

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

2、該產(chǎn)品的生產(chǎn)方法及其特點----------------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、工藝計算及物料衡算----------------------23

6、設備一覽表------------------------------25

7、參考文獻--------------------------------26

2

廣東石油化工學院設計用紙

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

型所制得的復合材料。具有耐熱、耐酸堿腐蝕、防潮、隔聲及著色

性好、價格低廉等特點。可用擠出、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。

3

廣東石油化工學院設計用紙

1.1.2PVC樹脂

PVC樹脂是一個極性非結晶性高聚物,分子之間有較強的作用力，

是一個堅硬而脆的材料；抗沖擊強度較低。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)應力，并利用粒子自

身的變形和剪切帶，阻止銀紋擴大和增長，吸收掉傳人材料體內(nèi)的

沖擊能，從而達到抗沖擊的目的。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

而增強了分散應力的能力。目前應用比較廣泛的為有機抗沖擊改性

劑。

1.1.3碳酸鈣

碳酸鈣是一種無機化合物，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

4

廣東石油化工學院設計用紙

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

具有補強作用，即所謂的“活性”，所以習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用

碳酸鈣是高分子復合材料中廣泛使用的無機填料。從上個世紀

80年代開始國外就開始將重質(zhì)碳酸鈣應用于聚丙烯編織袋，當時的

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

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

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

型材和管材中應用了輕質(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、力學和電絕緣性能，從柔軟的人造革到堅硬的管材、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

5

廣東石油化工學院設計用紙

于其分子結構中氯的存在，賦予了該類樹脂一定的極性以及跟各種

無機填料和助劑的相容性，從而導致其制品可以具有更低的價格優(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用市場，

把碳酸鈣更深入、更廣泛地應用在塑料領域，要以科技為先導：一

是開拓全新的應用領域，二是在原有應用領域把應用技術搞得更好,

擴大應用面和使用深度。

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、有機物表面處理劑、無機物處理劑及綜合性表面處

理劑等四種。一般認為，表面活性劑或有機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，而且也可同時改善制品的物理力學性能。

6

廣東石油化工學院設計用紙

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與碳酸鈣表面進行類似化學鍵的結

合，表面改性劑的親油基團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

成親有機物性。表面處理劑也叫偶聯(lián)劑，實際上是一類增加無計填

料與有機聚合物之間親和力的有機物質(zhì)。它們在填料和聚合物之間,

通過物理的和化學的作用使其緊密相連，從而達到良好的機械強度。

此外，無機填料經(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制品的機械性能、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

性劑分子的一端應與填料表面活性基團結合，另一端應現(xiàn)堿性，或

與PVC的結構相似或呈中性，具有低的表面能。偶聯(lián)劑分子的一端應

與填料表面化學結合，另一端含有活性基團可與PVC分子上的活性氫

或雙鍵結合。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

7

廣東石油化工學院設計用紙

劑最好在填料微粒生成時就包附其表面。如重質(zhì)碳酸鈣在球磨機中

被研磨時，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：濕

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

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

不高，缺點是活化不太均勻。

1.3.1碳酸鈣粉體在PVC加工中的應用研究發(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

的價格適中的活性碳酸鈣。

(1)要求一定的細度，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，因為除了考慮平均粒徑之外，

8

廣東石油化工學院設計用紙

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，也與其晶

形有關，且吸油值直接影響碳酸鈣在塑料中的應用。這是因為在塑

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)品中的實際顆粒的粒徑遠遠大于原生粒子的粒徑，而

在塑料加工時混煉剪切力有限，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用也經(jīng)歷了這

樣的三個階段：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)過三個的階段不謀而合。這三個階段是：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。

9

廣東石油化工學院設計用紙

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計的難度，使更先進的

加工配方技術以一種更有效地方式得到推廣和應用，本著“提質(zhì)降

本”的理念，在充分汲取南京大學偶聯(lián)劑及塑料加工經(jīng)驗的基礎上,

協(xié)和公司對傳統(tǒng)的概念進行了創(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計

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)配方設計的整體水平，體現(xiàn)了加工助劑“復合化,

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

1.3.3功能性粉體階段

由于經(jīng)過前面的兩個技術發(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，同時改進一下

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，同時由于它采用了進口

的高性能高分子助劑，因此具有在不影響制品耐熱及機械性能的前

提下，促進體系塑化的功能，同時該產(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和廣泛采納。

10

廣東石油化工學院設計用紙

2、該產(chǎn)品的生產(chǎn)方法及其特點

(1)開車前的準備工作：

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，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身升溫速度，可先將模具升溫，約

達120-r130C時，機身再開始升溫。

⑦溫度到達要求后，按升溫速度快慢，適當保溫30"-60分鐘，

使加熱部分的溫度內(nèi)外平衡。

⑧開機前20分鐘，壓縮空氣預熱罐開始升溫。

(2)開車：

①加料前，先低速開車空轉，檢查設備有無異聲，電流表有無

超負荷現(xiàn)象。

②加料，螺桿開始轉動時，為2-3轉/分，然后逐步提高到規(guī)定

轉數(shù)。

11

廣東石油化工學院設計用紙

③擠出物進入定型模前3}5分鐘，接通預熱壓縮空氣，并適當降

低定型模溫度，避免鈣塑料被堵塞在定型模內(nèi)。

④當進入定型模后，用氣塞封住異型材內(nèi)腔，增加內(nèi)壓使其貼

緊定型模壁，當異型材離開定型模時，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，根據(jù)定型情況，隨時調(diào)節(jié)螺桿轉速，

空氣壓力和空氣溫度，使表觀和斷面結構符合要求。

⑥在整個異型材的擠出成型過程中，要經(jīng)常檢查設備與電器的

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，當見模具口模料已明顯減慢時，方可停車，但機

身在拆卸模具期間，仍要保持擠出溫度。

②推開水槽，拆卸冷卻定型模，取下模具加熱圈，去掉氣嘴。

③打開機頭連接法蘭，低速開機，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，應將螺桿取出，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，

12

廣東石油化工學院設計用紙

,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

13

廣東石油化工學院設計用紙

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)點如下：A、送料和加料比較方便，不需要強制

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，改善了勞動條件。

樹脂從倒袋站倒入，經(jīng)過濾器、正壓風機送至樹脂貯罐中。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

控制，按配方要求把樹指及各種助劑定量稱送到熱混機中，在攪拌,

磨擦生熱，使物料升溫后，供至冷混機降溫，通過真空吸料裝置，

經(jīng)過振蕩篩后進入干料倉中，供擠出機擠造粒使用。通過混料工序,

我們希望得到的是分散性良好的干混粉料。通過實踐得知，對SG-5

型樹脂，冷混機出料濕度不大于50C時，效果最好。

4.1.2.2擠出成型工藝流程

配好的物料在負壓風機的作用下，由于料倉進入加料斗，然后

物料由加料斗送至擠出機進行加熱，在螺桿中物料經(jīng)加料段時固體

塑料被升溫到它的軟化點，并被送到熔化段，此時塑料由固態(tài)逐漸

轉化為熔融狀態(tài)，最后進入計量段，此時熔體進一步均勻塑化，并

使料流定量、定壓機頭流道均勻擠出，在機頭塑料熔體形成所需要

的形狀。從機頭口模擠出來的管狀物經(jīng)過水浸式冷卻，使它變硬而

14

廣東石油化工學院設計用紙

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、

牽引隴、切割機，切割成規(guī)定長度的管材。最后，將管子送至脹口

機脹口。成型后，檢驗合格后即可出廠。

4.1.3生產(chǎn)所用設備介紹

4.1.3.1擠出機的選擇

用雙螺桿擠出機生產(chǎn)聚氯乙烯鈣塑管材，主要用錐形異向旋轉

雙螺桿。也可以選用平行異向旋轉雙螺桿，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行壓縮，而是

靠減少螺桿外徑（錐形）和改變螺距（平行）實現(xiàn)容積逐漸減少。

錐形雙螺桿擠出機其嚙合區(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，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管材的擠出機螺桿設計都有三個區(qū)段：加料段（送料

段）、熔化段（壓縮段）、計量段（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，并將它送

到熔化段，只是一個升溫和輸送過程，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，同時粒狀固體逐

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

15

廣東石油化工學院設計用紙

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

段，熔體在這段中進一步均勻塑化，并使料流定量、定壓由機頭流

道均勻擠出，所以又稱均化段。

擠出機螺桿的三個區(qū)段（即三段）相對應的組成了三個功能區(qū):

固體輸送、物料塑化區(qū)、熔體輸送。要使擠出機的這三個功能區(qū)段

相吻合，必需選擇適當?shù)呐浞健⑦m當?shù)牧贤矞囟扰c螺桿溫度及適當

的螺桿轉速。如果工藝條件選擇不適當，就會破壞三個功能區(qū)的分

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

配方、螺桿轉速及各段控制溫度等，已達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、等各方面進行考慮，本設計采用SJSZ-58X22型的異向錐形

雙螺桿塑料擠出機設備最為合理。管機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。本設計采用直通機頭。物料在機頭

和擠出機中流動方向一致，是一種使用普通的機頭。這種機頭在設

計和生產(chǎn)操作中要注意分流器支架造成的接縫線處管材強度低的問

題。口模與芯模的平直部分是管材成型部分。口模負責成型管材外

表面?？谀５膬?nèi)徑山的確定方法可由下式來計算獲得

di=D/a

16

廣東石油化工學院設計用紙

式中D一管材外徑，mm

a一經(jīng)驗系數(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,

可采用螺紋結構與分流器對中連接。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，在裝機頭時就要調(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，機頭中要設置對機頭壁厚的均

勻程度進行調(diào)節(jié)的結構。一般可用調(diào)節(jié)螺栓進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時要略

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，謹防密封端

面處漏料。

17

廣東石油化工學院設計用紙

4.1.3.2定型套

從機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，以達到精整尺寸的同時將其形狀固定O

采用定外徑的方式定型，同時采用內(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)壁壁實現(xiàn)迅速冷卻固化定型的，管材經(jīng)牽

引設備均勻引出。

壓縮空氣由芯模中的孔道進入管內(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。氣塞用相應長度的細鋼鉤掛在機頭的芯模

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，設計時可以忽略

不計。此設計管徑是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)表面應鍍銘，拋光。本設計采用真空定

型裝置。夾套內(nèi)分隔成三個密封室：中部為真空室，比較靠近進料

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

可設置擋板。真空段在定型套內(nèi)壁上有真空孔與真空室相通。

18

廣東石油化工學院設計用紙

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

本設計采用履帶式牽引裝置，一履帶式牽引機一般用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和調(diào)速

范圍廣的特點。由于履帶橫向?qū)掗?，與管材接觸面積較大，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。

19

廣東石油化工學院設計用紙

牽引過慢，會造成機頭積料;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。本設計采用自動行星鋸切割裝置可切割大口徑管，圓鋸片自

轉進行切削，繞管子公轉，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

溫度與壓強問題。PVC-U的耐壓強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)使用時要特別注意。當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償伸縮，

20

廣東石油化工學院設計用紙

可以采用彈性密封圈連接用活套管，或利用管折角自然補償伸縮，

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，應對壓力等級、流量、流速、地理環(huán)境等因素進行

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選擇時應按當?shù)毓┧畨毫磉x擇。此設計采用

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,在生產(chǎn)中由于

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

象,應通過認真地觀察和分析加以解決。

21

廣東石油化工學院設計用紙

序號不正常現(xiàn)象產(chǎn)生原因解決辦法

1質(zhì)脆①原料質(zhì)量指標不符①化驗原料

②模具溫度過低，機身溫度過高②降低螺桿轉速

③模具成型壓縮比較小③修改模具結構

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

隙不均心位置達到間隙均勻

②設計或加工精度未達到要求②重新設計或修整模

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機身溫度過低或過高整機身溫度

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螺桿轉速太快種因素

③模具平直成型部分太短②降低螺桿轉速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螺桿轉速太快.塑化不良

③成型壓縮比太?、诮档吐輻U轉速

③修改模具結構.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

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

22

廣東石油化工學院設計用紙

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

設計原始數(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)時間7200小時；

（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

23

廣東石油化工學院設計用紙

總損耗率=0.2%+0.4%+0.3%+0.3%=1.2%

年生產(chǎn)時間二7200小時=300天(d)

設計日產(chǎn)量二設計年產(chǎn)量/生產(chǎn)時間(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臺每小時產(chǎn)量為300kg的CM80SC錐形雙螺桿擠出機

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

24

廣東石油化工學院設計用紙

6、主要設備的工藝計算及設備選型

一

序型號和規(guī)重量/kg

號設備名稱單位數(shù)量備注

.格單重總重

1捏合機EMX-200—12000

錐形雙螺桿

2CM80SC—1最高產(chǎn)量400kg/h

擠出機

定徑套內(nèi)徑L01D、外徑

3機頭—1