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1、洛阳理工学院毕业设计（论文）年产17000吨商品房用聚丙烯上水管挤出工艺设计摘 要PP-R管材具有一般质量轻、强度好、耐热腐蚀性好、耐低温抗冲击性好、无毒卫生、使用寿命长等特点。广泛应用在建筑工业中冷热水输送、日常用水、油或腐蚀性液体的输送、城乡人、畜饮水工程及农用灌溉。文章介绍了聚丙烯的结构和性能以及聚丙烯管材的发展、特点、性能及分类，其中重点介绍了PP-R管材的特点、性能和用途等，并做出了对PP-R管材挤出成型工艺的设计，同时也对PP-R管的生产规模和经济效益等做出了一定的核算。其中工艺设计包含了对PP-R管材的原料配方的确定，成型设备的选则，工艺参数的制定，成型工艺步骤与流程，产品品质的
2、检验。结果表明，合适的工艺条件和成型设备加上有效的管理执行，就能够确保PP-R管的品质质量以及年产量，并且可以取得一定的的经济效益。关键词： PP-R，管材成型，工艺设计，设备，经济概算 An annual output of 17,000 tons of polypropylene housing extrusion process design on the waterABSTRACTThis paper introduces the development of the structure and properties of polypropylene and polypropylene
3、 pipes, features, performance and classification, which focuses on the characteristics of PP-R pipe, performance and intended use, and made of PP-R pipe extrusion process design, but also for PP-R pipe production scale and economic benefits made some accounting. Process design which includes a deter
4、mination of PP-R pipe material formulation, formulation election then, the process parameters of the molding equipment, molding process steps and processes, product quality inspection. The results show that the appropriate process conditions and molding equipment coupled with the implementation of e
5、ffective management, we can ensure the quality of the quality of PP-R pipes and the annual output, and can get some money.KEY WORDS: PP-R, pipe forming, process design, equipment, economic estimates5目录前言1第1章 聚丙烯及其管材31.1 聚丙烯31.1.1 聚丙烯的性能特点31.1.2 聚丙烯的用途31.2 聚丙烯管材41.2.1 聚丙烯管材的分类41.2.2 聚丙烯管材的特征41.2.3 聚丙
6、烯管材的应用5第2章 聚丙烯管的原料配方62.1 聚丙烯原料及性能62.1.1 无规共聚聚丙烯62.1.2 嵌段共聚聚丙烯62.1.3 PP-B与PP-R管在选择应用上的区别72.2 原料的配方72.2.1 配方的概念和原则72.2.2 PP-R的原料配方8第3章 管材挤出成型工艺103.1 挤出成型的原理103.2 管材的挤出设备103.2.1 挤管主机103.2.2 挤管辅机153.3 管材的挤出工艺流程163.4 挤出成型的工艺参数16第4章 物料衡算和热量衡算194.1 物料衡算194.1.1 物料衡算的方法194.1.2 物料衡算204.2 热量衡算20第5章 设备的选型与计算225
7、.1 设备选择的原则225.2 挤出设备的选择225.3 挤出机开车生产操作注意事项235.4 辅机的选择23第6章 车间管理与生产组织266.1 车间管理266.2 生产组织266.2.1 生产组织形式266.2.2 管理及生产人员确定276.2.3 车间人员编制27第7章 工程经济概算297.1 编制概算的意义297.2 编制原则297.3 编制和修正29结论32谢 辞33参考文献34外文资料翻译35前言80年代以前，我国的住宅及公共建筑的上水管基本上是镀锌钢管，由于受材质自身的局限，镀锌钢管存在使用寿命短、易造成水质二次污染等缺点。为了保障人们日常饮用水的质量、我国部分地区，如上海、浙江
8、、河北、江苏等省市已先后提出淘汰镀锌钢管，用高质量的塑料管代替。目前，在我国已相续开发了PVC管、PE管、铝塑复合管、玻璃钢管、钢塑复合管和聚丙烯管等一批塑炼管材，并取得了一定的市场占有率。 特别是其中聚丙烯塑料管以聚丙烯树脂为主要原料，采用单螺杆挤出机挤塑成型。这种管材在各种塑料管中具有质量最轻，无毒，耐酸、耐化学物质腐蚀，韧性和耐热性好的特点。其耐环境应力开裂性能比聚乙烯管好，可在不大于110低负荷条件下长时间应用。因此，聚丙烯塑料管在日常水管使用方面占有一定量的比例。另外聚丙烯管材管材具有耐高温、管道连接方便、可回收使用等特点，主要应用于农田输水系统、建筑物给水系统、采暖系统以及化工管道
9、系统等。按照不同的PP聚合工艺条件可将其分为均聚聚丙烯(PP-H)、嵌段共聚聚丙烯(PP-B)以及无规共聚聚丙烯(PP-R)。由于PP-H管材在低温下的脆性限制了它的使用，在一些应用领域逐渐被PP-B管材、PP-R管材所取代。其中PP-B管主要用于冷水系统、地面采暖系统，PP-R管的应用则尤为广泛。然而1999年以前国内PP-R管材生产企业所用原料基本全是进口料，主要来自欧洲和韩国。欧美发达国家早在80年代就开发了无规共聚管材专用料，而国内石化企业1999年以后才陆续开发出了PPB和PPR管材专用料。并且在2000年，国内PPR管材专用料产量约3000吨，进口量约在1万吨；2003年国内产量达
10、到3.5万吨，进口量9.5万吨左右。目前北欧PPR管材料价格在13500元/吨，而国产料的出厂价格大都在9000元/吨以下，韩国晓星产品的价格在9500元/吨。这说明国产料质量和制品性能与北欧化工产品存在较大差距，需要加以改进和提高。随着我国聚丙烯生产技术的不断成熟，在武汉、济南、福建、长岭及九江等地陆续建成并投人运营的年生产能力为7万吨的聚丙烯生产装置就是采用国产化的环管式液相本体-气相本体组合法工艺。由于新建生产装置的设备的国产化率达到即80% 以上，全套生产装置的总投资比进口同类型的生产装置节约40% 50 %。后来，年产10万吨国产化的聚丙烯生产装置投入运行， 这表明我国聚丙烯树脂的生
11、产、设计技术的发展已迈进新的发展时期。 但是与国际聚丙烯生产技术发展水平相比，目前国内聚丙烯生产中存在突出的问题依旧是单套生产能力太小，如：即使是在目前国内大型聚丙烯生产装置中， 年生产能力超过10万吨的生产装置也少： 燕山石化公司化工二厂、茂名石化公司乙烯工业公司、以及尚未竣工的大庆石化总厂；台塑聚丙烯有限公司等。而采用间歇式本体法生产工艺的聚丙烯生产装置，单套生产能力则更小。 由于聚丙烯树脂的优异的性能价格比，使得国内聚丙烯树脂的市场需求量一直呈直线上升。这也刺激了国内聚丙烯的生产能力的扩建。 第1章 聚丙烯及其管材1.1 聚丙烯1.1.1 聚丙烯的性能特点聚丙烯是一种结构规整的高结晶性(
12、结晶度高达95%)热塑性树脂。在常用的塑料中他是最轻的品种1。有以下性能：1. 聚丙烯是一种乳白色蜡状物，无毒、无臭，密度为0.900.91g/cm。2. 聚丙烯的力学强度、刚性和耐应力开裂性优于高密度聚乙烯；耐磨性好、硬度高、高温冲击性好、耐反复折叠性好。3. 耐热性好，热变形温度为114，熔点164170，可在130中消毒使用，连续使用温度最高为110120。4. 化学稳定好，除强氧化性酸对其有腐蚀性外，与大多数化学药品不发生作用；不容于水，几乎不吸水，在水中24h吸水性仅为0.01%。5. 制品在使用中易受光、热和氧的作用而老化。所以制品用料中需添加紫外线吸收剂和抗氧剂来提高制品的耐候性
13、。6. 成型加工性能好，由于聚丙烯的软化点高、热焓低，因而它的成型加工温度也较高，但它的熔体粘度较低，提高剪切速度和温度均能增加熔体的流动性有一提高剪切速率为显著。由于pp有较好的流动性能，因而具有优良的成型加工性，使它的成型周期比大多数其他热塑性塑料短。1.1.2 聚丙烯的用途聚丙烯制品是一种质轻、无毒、价格便宜、性能优良、成型较容易和用途广泛的塑料。不同聚丙烯制品应用如下：1. 聚丙烯挤出吹塑薄膜是一种很生产设备简单、生产效率较高、价格便宜的制品。在食品包装和纺织品及民用生活咋拼包装方面广泛应用。2. 聚丙烯流延薄膜能与其他种类的塑料薄膜，如纸和铝箔等位基材，复合成两层或两层以上的复合膜。
14、当外层时，聚丙烯膜是一种强度好、尺寸稳定的、阻隔性、耐热鱼耐寒性和可印刷性好的薄膜；用于内层时，是一种热封合性、耐油性和卫生性好的薄膜；用于中间层时，是一种气体阻隔性好、能代替玻璃纸的薄膜。这种复合薄膜用于食品包装时可在130温度中蒸煮杀菌。3. 注射成型的周转箱，质轻、耐水、外形尺寸稳定，有一定的刚性和强度，在商品周转和销售包装方面广泛应用。4. 挤出成型的管材可用于各种液体的输送管道中，主要应用于农田输水系统、建筑物给排水系统、采暖系统级化工管道系统等。1.2 聚丙烯管材1.2.1 聚丙烯管材的分类聚丙烯系列管材的分类不多，主要有均聚聚丙烯管材(PP-H)、嵌段共聚聚丙烯管材(PP-B)、
15、和无规共聚聚丙烯管材(PP-R)。1.2.2 聚丙烯管材的特征聚丙烯系列管材具有以下特征：1. 具有优秀的化学性能，耐酸，耐碱、耐腐蚀；2. 耐热保温，最高使用温度为95，长期使用温度为70；3. 具有较高的力学强度和较好的刚性；4. 管材内壁表面光滑，流通阻力小，流通量大、耐磨损，不结垢；5. 原材料可以回收再利用，加工成本低；6. 无毒卫生，安全可靠；7. 安装简单易行，操作简便，节省费用。均聚聚丙烯管材的最大缺点是在低温下的脆性和耐老化性能较差，所以他的应用受到限制2。但均聚聚丙烯密度小、强度高、耐磨、耐腐蚀、刚性和热变形温度高的突出特点又是人们所期望的，从而人们对其进行了分子结构上的改
16、性，在材料合成时，添加少量的依稀单体进行气相共聚，生产出前段共聚聚丙烯(PP-B)和无规共聚聚丙烯(PP-R)用于生产管材，是管材在保持原来具有的特性下，低温下的脆性和易老化性都得到了很好的改善。2无规共聚聚丙烯管的维卡软化点为133，最高工作温度可达95，在1MPa、70的条件下，可使用50年，一直活跃在建筑冷热给水管道领域。1.2.3 聚丙烯管材的应用均聚聚丙烯管主用用于腐蚀性化工液体和气体输送管、农田排灌管、城市排水管、热交换器管、太阳能加热器管、井水管、自来水管等，其用量远小于聚氯乙烯管和聚乙烯管。嵌段共聚聚丙烯管(PP-B)和无规共聚聚丙烯管材(PP-R)是20世纪80年代末90年代
17、初，最先由洲洲几个国家开发应用的新型塑料管道产品，由于他较好地保留了聚丙烯原有的优良特性，又较好的改善可聚丙烯原有的低温脆性、易老化、抗冲性差等等不足而使聚丙烯管材的应用跃上了一个新台阶，成为建筑领域冷热给水领域的优先选择品种3。1993年至1996年欧洲PP-R管的使用量由3万吨发展到4.4万吨，平均每年递增幅度大于15%。我国于1997年从国外引进技术和设备，现在已有扬子石化、燕山石化、大庆石化、齐鲁石化、中国石化等几家大型石油化工企业可以生产聚丙烯材料，管材的生产设备已全部国产化，且达到国际先进水平。尤其是所生产的无规共聚聚丙烯管材(PP-R管)主要用于建筑热水给水管，嵌段共聚聚丙烯管材
18、(PP-B管)主要用于建筑冷水给水系统，市场销量日益增多，已成为国家建设部优先推荐使用的主要建筑给水用管道和采暖系统。第2章 聚丙烯管的原料配方2.1 聚丙烯原料及性能经聚合工艺生产的聚丙烯由于所用催化剂的活性不同而有不同的后处理方法。经后处理干燥得到的产品为聚丙烯粉料。一般的聚丙烯粉料受光线和空气的作用易老化，即使加入抗氧剂，由于混合不均匀，仅能附着于粉料的表面上，运输过程中易脱落分离因而不能发挥作用。所以大规模工业生产聚丙烯装置都配有挤出机造粒装置。将粉料聚丙烯与抗氧剂以及必要的添加剂进行混合后经单螺杆挤塑机、熔融混合、挤出造粒而得到与抗氧剂充分混合的聚丙烯粒料，作为商品供应市场。2.1.
19、1 无规共聚聚丙烯丙烯聚合时在釜中加入少量的乙烯单体，在聚合釜中进行共聚，则制的聚合物主链中无规则的分布着丙烯和乙烯链段的共聚物，即为无规共聚聚丙烯。由于无规共聚聚丙烯中有1%4%(质量)的乙烯含量，则分子链中无规则的分布丙烯和乙烯链段，使产品的立体规整度(等规度)遭到破坏、而得到不同结晶度的共聚物，使其制品性能有所改变。与均聚聚丙烯相比，其制品具有韧性、耐寒性、冲击强度高等特点，其性能见表2-1。所制得的管材除了具有高强度、抗弯曲、耐疲劳、耐腐蚀、无毒的优良性能外还具有耐高温、抗蠕变能力强的特点，多以多用作建筑热水的给水管4。2.1.2 嵌段共聚聚丙烯嵌段共聚聚丙烯是由一些乙烯、丙烯单体共聚
20、生产的具有高抗冲性能的弹性短链段，同主体材料均聚聚丙烯较长链段均匀地进行嵌段共聚而生成大分子链的嵌段共聚物。因此所制得的嵌段共聚聚丙烯具有较好的抗冲击强度。较无规共聚聚丙烯而言，其低温抗冲击性能远大于PP-R，因此所制得的管材多用于建筑冷水的输送系统。表2-1 无规共聚聚丙烯的性能项目性能指标项目性能指标熔体流动速率/（g/10min）4.5热变形温度/74.7密度/（g/cm3）0.901脆化温度/-15拉伸弹性模量/MPa1012.3维卡软化点/131断裂伸长率/%320吸水性/%0.002弯曲弹性模量/MPa850.6洛氏硬度（R）782.1.3 PP-B与PP-R管在选择应用上的区别根
21、据ISO/DIS 15874:1999国际标准给出的对管材设计压力、管材壁厚的计算方法计算，其结果表明：在一般情况下，当使用温度在60以下，设计工作压力在0.6MPa以下，PP-B管材更具应用优势；而当使用温度在60以上，设计工作压力在0.6MPa以上，PP-R管材更具使用优势。仅我国的冷热水管道应用领域来看，热水输送、高温采暖领域宜选用PP-R管材；冷水输送、低温采暖领域宜选用PP-B管材。PP-B管材的其他特性及生产工艺、产品质量标准等与PP-R管材无异。2.2 原料的配方2.2.1 配方的概念和原则配方是指为达到某种目的，在树脂中混入其他物质而形成的复合体系。混入的其他物质一般成为助剂或
22、添加剂。配方设计是指选择在树脂中加入的助剂种类，并确定其加入量多少的一个过程他是选择合理配方的必要手段。事实上，塑料制品都要遇到配方设计的问题，即使树脂的性能足以完全满足塑料制品的性能要求，也还要考虑其加工性、颜色及成本问题5。对于一个具体的塑料制品，如何选择合适的助剂以取得合适的配方，这就要求在进行配方设计前，对制品所用的树脂及助剂的型号性质有充分的认识和了解这样才能设计出物美价廉的制品。因此配方的设计有以下原则：1. 树脂原料及助剂的选择对于树脂原料首先考虑其种类和型号，共聚物货均聚物；其次是它的性能和主要用途，加工的适应性；最后是熔体流动速度、分子量大小与分布、黏度等技术指标。2. 成型
23、设备加工条件的选择塑料制品的成型方法有很多种，即使是一种产品也有很多成型方法。由于成型工艺不同，其工艺条件也不相同，所以配方设计的内容也不相同。3. 制品性能要求的选择首先要了解该制品的各项性能指标，有否国际标准、国家标准、行业标准和企业标准等，一次标准或略高于此标准为设计一局老选择树脂、助剂和成型工艺。2.2.2 PP-R的原料配方以PP-R管材的原料配方为例：表2-2 PP-R管材的原料配方原料种类质量（份）无规共聚聚丙烯(PP-R)100四季戊四醇酯(抗氧化剂1010)0.5DLTP(硫代二丙酸二月桂酯)0.5成核剂(TMB-4)0.2PP-R管采用无规共聚聚丙烯树脂专用料，所用助剂应能
24、与专用树脂相容性良好，并且能够弥补专用树脂的某些不足，其助剂有抗氧化剂1010辅助抗氧化剂DLTP，成核剂TMB-4，其性能及作用如下6：抗氧化剂1010：白色粉末，熔点为119-122，微毒，不挥发，不污染，耐热性好，此抗氧化剂抗氧化效果好，是常用的抗氧化剂，加入量一般为0.1%-1%，通常和辅助抗氧化剂DLPT协同使用，可以节省主抗氧化剂的用量。抗氧化剂能起到防止原料在成型过程中与空气中氧气接触而自动氧化降解的目的。DLTP：白色结晶粉末，熔点为38，气味较小，挥发不大，微毒，常与1010并用，配合使用的比例为：主:辅=3:7，加入量为0.2%-1.5%。成核剂TMB-4：能够提高制品的结
25、晶度，改善制品的抗冲击性能，抗蠕变等的力学性能，提高其使用寿命。聚丙烯管道系统的管材专用料应含有必需的添加剂，且添加剂均匀分散。该材料配方在合成阶段就已经设计好，管材生产时只需加入色母料就可以直接生产。9洛阳理工学院毕业设计（论文）第3章 管材挤出成型工艺 挤出成型在塑料加工中又称为挤塑，在非橡胶挤出机加工中液压机压力于模具本身的挤出称压出。是指塑料通过挤出机料筒和螺杆间的作用，边受热塑化，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。3.1 挤出成型的原理料自料斗进入料筒，在螺杆旋转作用下，通过料筒内壁和螺杆表面摩擦剪切作用向前输送到加料段，在此松散固体向前输送同时
26、被压实；在压缩段，螺槽深度变浅，进一步压实，同时在料筒外加热和螺杆与料筒内壁摩擦剪切作用，料温升高开始熔融，压缩段结束；均化段使物料均匀，定温、定量、定压挤出熔体，到机头后成型，经定型得到制品7。3.2 管材的挤出设备管材挤出设备包括挤管主机和辅机。3.2.1 挤管主机管材生产的主机为塑料挤出机，本工艺采用单螺杆挤出机，其基本组成包括挤出系统、传动系统、加热冷却系统、加料系统和控制系统。其基本结构如图3-1所示.1. 挤出系统挤出系统主要由螺杆和机筒组成。螺杆是挤出机的关键性部件，它的主要任务是完成塑料树脂的塑化和输送，内称为挤出机的心脏，是使塑料树脂混炼、加压而进行挤出的重要部件。常用图3-
27、1 单螺杆挤出机示意图1-法兰 2-分流板 3-螺杆 4-冷却系统 5-加热器 6-机筒 7-齿轮泵 8、10-电动机 9-轴承 11-料斗 12-齿轮减速箱 13-旋转接头 14-V带轮 15-电动机 16-减速箱体 17-机座 18-机罩的螺杆有等距不等深、等深不等距、不等距不等深螺杆。本工艺设计采用等距突变螺杆，其结构如图3-2所示，其螺槽深度从供料段的深螺槽想均化段的浅螺槽过渡，是一个在较短的螺杆轴向距离内完成的，压缩段很短，供料段很长。这种螺杆对物体能产生较大的剪切作用，主要是英语黏度低，熔点较明显的结晶性塑料，如PE、PP等。螺杆的主要技术参数有：(1) 螺杆直径(D) 螺杆直径D
28、是螺杆的主要参数之一，通常是指螺纹的公称直径，表示挤出机的大小规格。D的大小一般是根据制品的断面尺寸，加工塑料的种类和生产效率来确定，螺杆直径和制品的尺寸范围的关系见表3-1.表3-1 螺杆直径与基础制品尺寸关系螺杆直径（mm）30456590120150200管材直径（mm）33010452065301205018080300120400 增大螺杆的直径挤出机的生产能力显著增加，但螺杆直径增大时，对挤出机的设计和加工要求提高。一般应根据制品的要求、物料特性及所需的生产效率和机械加工能力来综合考虑，选择合理的螺杆直径。用大直径的螺杆挤出小规格的制品是不经济的，且饮机头压力过高，易损坏机器，工艺
29、条件也不好控制。图3-2 单螺杆结构示意图H1-送料段槽深 h2-计量段槽深 D=螺杆直径 t-螺距 e-螺棱宽度-螺旋角L-螺杆长度 L1-送料段长度 L2-压缩段长度 L3-计量段长度 (2) 长径比(L/D) 表征螺杆特性的另一重要参数是螺杆的有效长度(L)与其直径之比，即长径比(L/D)。增大长径比可以提高物料的混合和塑化能力，使出料均匀稳定，同时还能产生较大的压力，增加制品的密实程度，提高制品质量，增加产量，挤出量可提高20%40%，有利于粉料成型。国家标准规定L/D有15、20、25，非标L/D有28、30或更大。(3) 压缩比() 螺杆加料段第一个螺槽的容积与计量段的最后一个螺槽
30、的容积比成为压缩比。压缩比的大小对制品的密实性和排出物料中所含空气的能力等影响很大8。(4) 螺杆各段的作用 按塑料在螺杆上运转情况可分为送料段、熔化段和计量段。各段的作用各不相同。送料段是自塑料入口向前延伸的一段距离(大约210D)。在这段中，塑料依然是固体状态。这段的作用是是塑料受热前移，亲耳螺槽容积不变，一般为等距等深的。螺槽深度不小于0.1D，螺距(S)为11.5D。为使塑料有较好的输送条件，要求减少物料与螺杆的摩擦而增大物料与料筒的切向摩擦，可在料筒与塑料接触的表面开设纵向沟槽，提高螺杆表面光洁度，并在螺杆中心通水冷却。融化段是螺杆中部的一段。塑料在这段中，除受热和前移外，即由颗粒状
31、固体逐渐压实并软化为连续状的熔体，同时还将夹带的空气想送料段排出。为了适应这一变化，通常使这一段螺槽逐渐缩小，这样既有利于制品的质量，也有利与塑料的升温和熔化。压缩段的长度与物料的性能有关，其长度大约为515D。均化段是螺杆的最后一段，也叫计量段。这段的作用是使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量、定压的从机头流道均匀挤出。这段螺槽的截面可以是恒等的，但比前两段都小，其螺槽深度为0.020.06D9。其长度为47D。(4) 螺槽深度 螺槽的深度与物料的热稳定性、螺杆的塑化效率及压缩比有关。其中均化段螺槽的深度很重要，他对螺杆的混合效率和生产的最大压力有很大的影响。(5) 螺距(S)和螺旋角()螺杆
32、直径确定后，螺距(S)不但决定螺旋角，而且也影响到螺槽的容积。螺距减小，正推力增加，螺槽容积减小，这就影响了挤出机的产量。从螺杆的制造方面考虑，通常以螺距等于螺杆直径最易加工，此时为1742,而且对产量的影响不大，螺杆的螺旋方向一般为右旋，螺翅的宽度一般为0.080.12D。机筒是挤出机的主要部件之一。和螺杆共同组成了挤出机的挤出系统。挤压时机筒内的压力可达55MPa，工作温度一般为150250，因此机筒可看作是受压和受热的容器。常用的机筒为整体式机筒，其容易保证加工精度和便于安装加热冷却系统加热均匀地特点，而在生产中广泛使用。2. 传动系统传动系统是挤出机的主要组成部分。其作用是在要求的工艺
33、条件下，使螺杆获得所需扭矩，并保持螺杆旋转均匀，完成对塑料的熔融、塑化和输送。通常是由电动机、减速机构和轴承灯组成。3. 加热冷却系统挤出温度是挤出成型的重要控制条件，使物料温度上升的热源有外部加热和物料的内摩擦热。黏度大的物料在压缩段、均化段都要产生大量的摩擦热，又时甚至可能超过规定的温度，这就需要冷却降温。所以挤出机既要有加热系统，也要有冷却系统。(1) 挤出机的加热物料在挤出成型过程中所需的热量是由装在机筒外部的加热器和螺杆的机械能转变的热能供给。机筒外部加热通常使用电阻加热和感应加热。(2) 挤出机的冷却熔体黏度较大的塑料在压缩段和计量段受到很大的压力，产生较大的摩擦热，当物料在螺杆内
34、受到剪切和摩擦产生的热量超过物料熔融所需的热量是，就需要通过冷却系统将多余的热量移走。挤出机的冷却补位有机筒、螺杆和加料斗座10。螺杆的冷却时在单螺杆挤出机的的螺杆内部通入水、空气、恒温油等介质来冷却，以降低螺杆温度。机筒的冷却通常有水冷和风冷冷却装置，以保证物料不至于因温度过高而分解。加料斗做的冷却一般采用夹套式冷却法，以水为介质来冷却。4. 加料系统加料系统的作用是给挤出机供料，一般由加热器和供料器组成。(1) 加料器加料器一般上不为圆形或方形，下部为圆锥形，有重力加料器和强制加料器两种。重力加料器就是通常所说的料斗。是靠物料的自重进入机筒内。一般适宜添加粒状料。强制加料器是在料斗中设置搅
35、拌器和螺旋桨，使物料强制进入挤出机。这种装置克服了物料在料入口的“桥架”和堵塞现象，保证进料的均匀性和加料顺畅。(2) 供料器常用的供料器有弹簧供料器、鼓风供料器和真空供料器，常用于螺杆直径65mm以上的挤出机。5. 控制系统一般挤出机主要是对温度和螺杆转速进行测量和控制。压力控制通常是在对机头压力要求高的场合使用。螺杆转速的调节是依靠原动机转速的调节来调节的。3.2.2 挤管辅机挤管辅机主要有冷却定径装置、冷却水槽、牵引装置、切割装置等组成。1. 冷却定径装置物料从口模挤出时，基本上处于熔融状态，必须立刻进行冷却和定径，使其使其温度显著下降而硬化、定径。从而保证管材离开定径装置是不至于变形。
36、塑料管的定型是挤出管材生产中的重要工序，它对管材是否能获得正确的尺寸和集合形状及表面光洁度有直接影响11。管材的定径方法分为外定径和内定径法。(1) 外定径法有内压定径法和真空定法，本工艺设计采用真空定径法成型PP-R管材。真空定径方法是采用抽真空的方法来实现管材的冷却定型。真空定径冷却装置由冷却套、定径套和真空箱组成。管坯离开口模后进入冷却套进行初冷却，接着通过定径套定径，定径后在真空箱内继续冷却。定径套的周围有很多孔径为0.50.8mm的小孔，在对真空箱抽真空时，负压可以通过此孔将管坯吸贴在定径套内壁并冷却定径。PP管的挤出成型应尽量采用真空定径的方法，采用这种生产定径方式生产的管材质量较
37、有保证12。(2) 内定径法内定径法是使从机头挤出的管子内壁与芯棒接触，由于挤出管收缩，管子贴在热的或冷的芯棒上。采用内定径法，牵引力要比外定径法大。2. 冷却水槽管材经过定径初冷却后还必须进入冷却水槽进行进一步的冷却，使塑料管材彻底的冷却、硬化、定型。管材的冷却方式有浸浴式冷却法和喷淋式冷却法两种，前者用于中小型口径的塑料管材，后者用于大行口径的塑料管材，本设计采用浸浴式冷却法。浸浴式冷却水槽槽中有46档，以形成温度梯度，调节冷却速度。硬管从坑缺槽出来的温度最好接近于室温。冷却水在槽中保持一定的水位，并可循环使用或连续换水，以免水温升高或局部区段升温而影响冷却效果和产品质量。冷却水一般是以最
38、后一段通入，使水流方向与硬管运动方向相反，以使管子冷却的比较缓和，内应力比较小。3. 牵引装置牵引装置是连续挤出塑料管材必要的辅助装置，它的作用是给由机头出来的已初步定型的管材提供一定的牵引力和牵引速度，克服冷却定型中所产生的摩擦力，使塑料管材以均匀的速度 自冷却定性装置中引出，并通过调节速度来调节管子的壁厚，以获得合乎要求的管材13。常用的牵引装置有履带式和滚轮式牵引机构，牵引装置应当满足以下几点要求：(1) 能夹持多种直径的管材；(2) 可在一定范围内无级平滑的变速，并且牵引速度要稳定避免任何不规则的变动。(3) 夹持力能够适当的调节，牵引过成不得打滑、跳动和震颤。4. 切割装置当牵引装置
39、吧冷却定型的管材递送到预定长度后，即可开动切割机切断管材。切割机有两种：一种是用于切割中小口径的圆盘锯切割，另一种是用于大口径的自动星型切割机。3.3 管材的挤出工艺流程PP-R管的生产工艺为挤出成型工艺，首先加料斗内的PP-R原料靠自重进入挤出机，在挤出机料筒内经过加热挤压混合，充分塑化后从挤出机的口模挤出，进入定型装置，定型后的管材经过牵引机，通过长长度的测定，由切割机切断，然后经检验合格后入库14。其流程为：原料+色母料混合原料干燥单螺杆挤出机定径套真空定型箱浸浴式冷却水箱滚轮式牵引机切割机成品检测包装入库。其流程图如图3-3所示。3.4 挤出成型的工艺参数挤出工艺参数的控制包括成型温度
40、、挤出速度、牵引速率、螺杆转速等方面的控制。图3-3 管材挤出工艺流程图1-机头和口模 2-定型装置 3-冷却装置 4-牵引装置 5-切割装置 6-堆放架1. 温度的控制挤出成型温度是促进成型物料塑化和熔体流动的必要条件，它直接影响着物料在整个加工过程中的流变状态，对物料的塑化和产量、质量均具有十分重要的意义15。在整个成型过程中，物料要由玻璃态转化到高弹态再到黏流态，其各段温度的控制不尽相同。下面就筒区、螺杆、口模温度一一介绍。(1) 筒区温度挤出机中机筒的加热是为了使机筒受热达到一定的温度，机筒的冷却是为了使有一定温度的高温机筒把温度降下来。在挤出机挤塑塑料生产过程中，机筒上有加热和冷却装
41、置的交替工作，则使机筒工作时温度恒定在一个挤出塑料塑化需要的工艺温度范围内，这样就保证了挤出机正常挤塑制品成型生产的顺利进行。(2) 螺杆温度由于螺杆之间间隙很小，而使得在螺杆之间产生的摩擦热较大，为了保证物料不发生分解，故温度设置较低，一般在120140。(3) 模具温度模具温度是保持稳定成型的重要条件之一，为了防止由于模温与熔差的温差而造成型翘曲的现象，所以模温设置应与熔体温度一致，一般在19021016。2. 转速控制转速控制包括进料螺杆、挤出螺杆转速牵引速度的控制。工艺要求：(1) 使物料挤出成型使具有必要的成型压力；(2) 达到预期的生产能力。螺杆转速设置：(3) 根据挤出机模具的实
42、际生产能力来设置挤出螺杆的转速，在额定产能下，一般挤出机螺杆的设定在最大转速的80%较适合。(4) 在设置好螺杆转速的前提下，根据所需的熔融压力、电机负荷设置进料螺杆转速。(5)牵引机速度根据挤出机与模具的产能及型材比重来确定。3. 挤出速度 挤出速度V=375m/h,符合此次设计的生产要求。4. 牵引速度牵引速度比挤出速度大1%-10%，约为390 m/h -420m/h。18第4章 物料衡算和热量衡算4.1 物料衡算物料衡算就是在已知产品的规格和产量的前提下，计算出所需原料的总量、物料的消耗量及废料量，同时还能算出原料的消耗定额，并在此基础上进行热量衡算17。通过物料衡算可以得到：1. 所
43、需动力的消耗量；2. 生产过程中所需的热量及冷却水用量；3. 为设备的选型，决定设备的规格和台数提供依据；4. 在拟定原料消耗定额的基础上，进一步计算日消耗量、小时消耗量等所需的基本数据。4.1.1 物料衡算的方法对于连续稳定过程，根据质量守恒定律进行计算：G入=G出根据实际的过程可改为：G1=G2+G3式中：G1进入设备的物料量总和；G2离开设备的正品量和次品量总和；G3加工过程中物料损失总和。连续生产时，年生产天数较多，暂定为每年320天的工作时间，其他时间将考虑为车间检修、意外停机。确定了每年的有效工作时数后就能正确的定出物料衡算的时间基准，算出每小时的生产任务，进而在以后的计算中选定设
44、备的规格。另外在任何一个产品加工过程中，合格产品都不是百分之百，由于设备、原料以及人为原因都会造成废品的出现，加工不同的产品出现的废品率也会不同。因此其合格率、废品率、损耗率、回收率等都应单考虑在内。4.1.2 物料衡算已知年产量为17000吨的商品房用聚丙烯上水管，其合格率为98%，自然损耗率为0.8%，废料回收率90%，求年消耗原料量。年进机料量m1=合格产品量/合格率=17000吨/98%=17346.94吨因为自然损耗率为0.8%，则进入车间的料量总量为：m2=m1/(1-0.8%)=17486.83吨废料量m3= m1-17000吨=17346.94-17000吨=486.83吨回收
45、料量m4= m390%=486.8390%=438.147吨考虑回收则每年购买料数量m5= m2- m4=17048.683吨假定年工作时间为320天则小时车间处理量m6=年进车间料量/年生产时间=17000吨/(32024)=2.277吨/小时表4-1 综合详情合格率98%合格产品17000吨废品率2%废品340吨自然损耗率0.8%自然损耗量136吨年进车间料量17486.83吨小时车间处理量2.277吨年进机料量17346.94吨年进新料物料量17048.683吨4.2 热量衡算聚丙烯熔点为164170，由于聚丙烯是结晶高聚物，所以生产熔融温度比熔点高大致在195-210。因此，把挤出机口
46、模温度定位T1=195原料的初始温度为T2=25，PP-R的比热容CPPR=1.9kj/(kgk),计算挤出机所需热功率，单位时间内物料所需的热量。不考虑机器机器的散热损失和摩擦剪切产生的热，即挤出机提供的热量全部用于物料的加热，假设此过程中无相变，则可以利用温差法进行计算18。PP-R树脂的质量流量为qPPR=每台挤出机每小时处理量/3600s=2277kg/3600s=0.079kg/s则单位质量流量物料需要吸收的热量：Q1=qPPRCPPR(T1-T2)= qPPR CPPR(T1-T2)=0.079kg/s1.9kj/(kgk) (195-25)=23.2655kw说明：物料所需热量即为挤出机应提供的热量，所以选择设备的加热功率值必须大于此值，还应将加热损失考虑进去。21第5章 设备的选型与计算5.1 设备选择的原则在物料衡算和热量衡算的基