【正文】 裝置中大約占 90%的比例。 它是世界上產(chǎn)量最大的塑料產(chǎn)品之一，價格便宜，應(yīng)用廣泛，聚氯乙烯樹脂 多 為白色或淺黃色粉末。根據(jù)不同的用途可以加入不同的添加劑，聚氯乙烯塑料可呈現(xiàn)不同的物理性能和力學性能。 PVC 樹脂可以采用多種方法加工成制品，懸浮聚合的 PVC 樹脂可以擠出成型、壓延成型、注塑成型、吹塑成型、粉末成型或壓塑成型。 在聚氯乙烯樹脂中加入適量的增塑劑，可制成多種硬質(zhì)、軟質(zhì)和透明制品 [6]。做軟制品時，一般使用 PVCSG PVCSGPVCSG3 型，需要加人大量增塑劑。而加工硬制品時，一般不加或很少量加入增塑劑，所以用 PVCSG PVCSG PVCSG PVCSG PVCSG8 型。如 PVC 硬管材使用 SG4 樹脂、塑料門窗型材使用 SG5 樹脂，硬質(zhì)透明片材使用 SG6 樹脂、硬質(zhì)發(fā) 泡型材使用 SG SG8 樹脂。 結(jié)合本次設(shè)計的要求，聚氯乙烯管材選用 SG4 樹脂，用量 100 份。 熱穩(wěn)定劑的選擇及用量 聚氯乙烯的熱穩(wěn)定性較差，只有經(jīng)過熱穩(wěn)定處理才具有使用價值。通常采用的方法是向聚氯乙烯中添加一些熱穩(wěn)定劑，可以有效地抑制聚氯乙烯組成物的降解，防止老化，并可以穩(wěn)定配方要求的色澤、機械性能及使用性能等。 理想的穩(wěn)定劑應(yīng)具有以下特點： （ 1）具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能；與聚氯乙烯相容性好，揮發(fā)性??； （ 2）對其他助劑穩(wěn)定，不易被硫和銅污染； （ 3）對于不同的制品應(yīng)不影響其相應(yīng)的力學性能 、電性能、印刷性、熱焊接性、粘和性、透明性； （ 4） 無毒、無臭、不污染，可用于食品包裝材料或醫(yī)用制品，符合衛(wèi)生要求； （ 5）使用方便，價格低廉。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計 9 目前 PVC 異型材常用穩(wěn)定劑主要分為四大類： （ 1） 鹽基性鉛鹽類穩(wěn)定劑。 主要是指二鹽、三鹽等鉛鹽穩(wěn)定劑。 鉛鹽類穩(wěn)定劑的優(yōu)點 :熱穩(wěn)定性優(yōu)良 ,具有長期熱穩(wěn)定性 ,電氣絕緣性能優(yōu)良 ,耐候性好 ,價格低廉。 鉛鹽類穩(wěn)定劑的缺點 :分散性差、毒性大、有初期著色性 ,使制品透明性差 ,也難以得到色彩鮮艷的制品 ,缺乏潤滑性 ,易產(chǎn)生硫污染。 （ 2） 金屬皂類穩(wěn)定劑。 主要是指脂肪酸、高級脂 肪酸的金屬鹽等。常用的金屬皂類穩(wěn)定劑主要有硬脂酸的鎘、鋅、鋇、鈣、鎂、鋁等金屬鹽。金屬皂類穩(wěn)定劑用量僅次于鉛鹽的第二大類主穩(wěn)定劑。金屬皂類穩(wěn)定劑一般不單獨使用 ,常常為金屬皂類之間或與鉛鹽及有機錫等并用 [7]。 金屬皂類穩(wěn)定劑的優(yōu)點：熱穩(wěn)定性好 ,兼有潤滑性，價格低廉，無硫化污染 ,大多具有透明性，除鎘、鉛以外均無毒性，因而廣泛用于軟質(zhì)PVC 中。 （ 3） 有機錫類穩(wěn)定劑。 其主要包括含硫有機錫和有機錫羧酸鹽兩類。有機錫類穩(wěn)定劑為熱穩(wěn)定劑中最有效的 ,在透明和無毒制品中應(yīng)用最廣泛的一類穩(wěn)定劑。其突出優(yōu)點為 :高效、用量 小、熱穩(wěn)定性好 ,透明性好 ,大多數(shù)無毒。缺點為價格高 ,無潤滑性。有機錫類大部分為液體 ,只有少數(shù)為固體?？梢詥为毷褂?,也常與金屬皂類并用。 （ 4）稀土復(fù)合穩(wěn)定劑。 稀土穩(wěn)定劑是由我國開發(fā)的獨特穩(wěn)定劑 ,是一種新型熱穩(wěn)定劑。稀土熱穩(wěn)定劑的選材多為稀土氧化物和稀土氯化物為主 ,其氧化物和氯化物多為鑭、鈰、鐠、釹等輕稀土元素的單一體或混合體。它的性能和特點是無毒 ,價格適中 ,用量少 ,熱穩(wěn)定效率高 ,透明及耐候性好 ,且具有獨特的“偶聯(lián)”性 ,即稀土穩(wěn)定劑對 PVC 復(fù)合材料中各組分具有偶聯(lián)作用。但稀土穩(wěn)定劑一般不單獨使用 ,通常和其他 類型穩(wěn)定劑復(fù)配使用 ,比如和鈣 /鋅類穩(wěn)定劑復(fù)配等。由于這個特點使它在加工時表現(xiàn)為具有加工助劑及內(nèi)潤滑劑的特征 ,促進 PVC樹脂塑化 ,增加 PVC韌性 ,在與含氧填料 CaCO3等作用時起到“增容”作用。其與傳統(tǒng)鉛鹽穩(wěn)定劑相比，高效無毒；與有機錫、鈣鋅沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計 10 類穩(wěn)定劑相比，配方成本較低。 結(jié)合本次設(shè)計，熱穩(wěn)定劑選擇 硫醇錫和硬脂酸鋅 ，用量分別為 份。 同時 硬脂酸鋅 又是一種潤滑劑，其內(nèi)、外潤滑作用兼有 。 潤滑劑的選擇及用量 潤滑劑是在塑料加工中為了改善塑料 ,特別是熱塑性塑料在加工成型時的流動性和脫模性、減少對設(shè)備的 摩擦和粘附、改進制品表面的過亮度而添加的一種助劑。 潤滑劑依其功能可以分為內(nèi)潤滑劑和外潤滑劑。 PVC 配方常用的內(nèi)潤滑劑有：硬脂酸丁酯、聚乙烯蠟、硬脂酸鉛等；常用的外潤滑劑有：石蠟、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟等。潤滑劑主要影響模具、料筒、螺桿的使用壽命；擠出機的生產(chǎn)能力；生產(chǎn)過程中的能耗；制品表面的光潔度；型材的焊角強度及低溫沖擊性能。在具體配方設(shè)計中，潤滑劑加入的原則為：盡可能少加入，控制在最低加入量上，使之達到臨界潤滑狀態(tài)即可 [8]。加入太多，會影響制品的塑化度。 結(jié)合本設(shè)計，潤滑劑選擇聚乙烯蠟，用量 份 。 填料的選擇及用量 填充劑也稱填料，在聚合物中主要起增容、降低成本作用，但多數(shù)填料對聚合物的物理機械性能具有一定的損害作用，這種損害作用一般是隨著填充量的增加而加劇。在硬質(zhì) PVC 管材中添加適量的填料，目的并不全是為了增容、降低成本，也是為了提高軟化溫度和硬度，提高管材擠出成型時的穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性，減少收縮率。在硬質(zhì) PVC 管材中使用最多的填充劑是碳酸鈣。碳酸鈣分為重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣。通常輕質(zhì)碳酸鈣的粒子比重質(zhì)碳酸鈣細、 平均粒徑一般為 13μm、純度高、雜質(zhì)少，在同樣用量下，填充輕質(zhì)碳酸鈣的 制品表面的耐刻劃性和應(yīng)力發(fā)白等比重質(zhì)碳酸鈣好。此外，與重質(zhì)碳酸鈣相比，輕質(zhì)碳酸鈣具有一定的補強作用，在硬質(zhì) PVC 中使用超細碳酸鈣可以改善沖擊強度。為了進一步提高碳酸鈣在 PVC 以及其它塑料中的分散性、補強性，降低對機械的磨損及其它性能，采用脂肪酸和各種偶聯(lián)劑等表面活性劑處理碳酸鈣粒子表面，可以大大提高與聚合物之間的親和性，提高聚合物對其“潤濕”能力，提高熔體的流沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計 11 動性。 本設(shè)計選擇活性輕質(zhì) CaCO3，用量 份 。 著色劑的選擇及用量 PVC 塑料型材在使用過程中，隨著時間的推移，在氣候老化的作用下 ，塑料表面的分子發(fā)生降解。但是如果使用了有遮光作用的顏料則可以在某種程度上延遲老化過程。老化過程主要因為陽光中的紫外線，抵御紫外光對制品的損害，一是要加入能屏蔽掉紫外光的遮光劑；二是要加入能吸收紫外光的吸收劑。遮光劑中最典型的品種是鈦白粉。它有兩種晶型：金紅石型和銳鈦型。一般其表面經(jīng)過特殊處理，具有優(yōu)異的耐候性能、抗粉化性能和保光性能。紫外線吸收劑是指能強烈吸收紫外光并將其能量轉(zhuǎn)變成無害的熱能而放出的一類物質(zhì) [9]。 結(jié)合設(shè)計，著色劑選擇 TiO2（金紅石型 ），用量 份 加工助劑的選擇及用量 抗沖擊改性劑是一類能賦予塑料更好韌性的助劑。 高分子材料改性的一個重要內(nèi)容是改善其耐沖擊性能， PVC 樹脂是硬脆性材料，抗沖擊強度差，尤其是低溫抗沖性能。因此 PVC 型材配方設(shè)計時必須考慮加入抗沖改性劑，以改善 PVC 樹脂在這方面的性能。目前硬質(zhì)PVC 的沖擊改性劑的主要品種有 ABS、 MBS、 CPE、 EVA、 ACR、 NBR 等，其中CPE、 EVA、 ACR 改性劑的分子結(jié)構(gòu)中不含雙鍵，耐侯性能好，適合做戶外建筑材料。它們與 PVC 共混，再加上合適的穩(wěn)定劑及其他助劑以及適宜的加工條件，就能有效的提高硬質(zhì) PVC 的抗沖擊性能、加 工性能及耐侯性能。 CPE 是高密度聚乙烯 (HDPE)經(jīng)氯化制得的無規(guī)氯化物。通常選用氯含量 35%～ 36%的 CPE 作為 PVC 型材沖擊改性劑。 CPE 具有優(yōu)良的耐候性、耐寒性、耐燃性、耐油性、抗沖擊性（ CPE 為彈性體）和化學穩(wěn)定性，而且它與 PVC 有較好的相容性 。 但是 ,CPE 改性效率低 ,加工范圍窄 ,生產(chǎn)中常不穩(wěn)定 ,制品表面光澤差 。離模膨脹及熱縮率較高 ,CPE 改性效果不及 ACR。 ACR（ Acrylic copolymer）是具有核 — 殼結(jié)構(gòu)的丙烯酸酯類共聚物，是一種綜合性能優(yōu)良的 PVC 抗沖改性劑。通常人們把以提高塑 料韌性為目的而使用的助劑稱為抗沖改性劑，以改進加工性能為目的而使用的助劑沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計 12 稱為加工改性劑。 ACR 是兼具抗沖擊改性和加工改性雙重功能的塑料助劑，由于其具有核 /殼結(jié)構(gòu)，使其 PVC 制品具有優(yōu)良的抗沖擊性、低溫韌性、與 PVC 相容性、耐候性、穩(wěn)定性、加工性，且性能與價格比適中，可明顯改善 PVC 熔體流動性、熱變形性 , 促進塑化、制品表面光潔美觀。其主要用于硬、半硬聚氯乙烯制品中，特別是化學建材，如異型材、管材管件、板材、發(fā)泡材料等，而且特別適合于戶外用制品中。是當今用量大也是今后重點發(fā)展的一類抗沖改性劑。 配方設(shè)計時選 擇抗沖改性劑的要求： 與 PVC 有良好的相容性；玻璃化溫度低；加工性應(yīng)與 PVC 相近；對 PVC的表觀及物理機械性能無明顯影響。 因為 PVC 屬于一種脆性材料 ,加工流動性越差 ,成型加工越困難。 改進熱塑性熔體的流變性 ， 改善熱彈性狀態(tài)下熔體力學性 ， 提高制品的外觀質(zhì)量等綜合功能 ，在 加工時往往需要加人少量的加工助劑 [10]。 ACR 兼有抗沖擊改性劑和加工改性助劑的特點，所以本設(shè)計選擇 ACR作為抗沖擊改性劑 ,用量 份。 配方確定 產(chǎn)品配方見表 21。 表 21產(chǎn)品 配方 原料 份數(shù) 聚氯乙烯（ PVC） 100 硫醇錫穩(wěn)定劑 硬脂酸鋅 聚乙烯蠟 ACR 碳酸鈣（ CaCO3） 5 二氧化鈦 (TiO2) 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計 13 原材料和成品的質(zhì)量指標 原材料的質(zhì)量指標： 原材料的質(zhì)量指標見表 22 表 22 SG4 樹脂的物化性能 項 目 優(yōu)等品 一等品 合格品 1 粘數(shù)（ ml/g） (或 K 值 ) 118～ 107 2 雜質(zhì)粒子個數(shù) /個≤ 16 30 90 3 揮發(fā)物含量 /%≤ 4 表觀密度 /（ g/ml）≥ 5 篩余量 ≤ /% ≥ 90 80 6 魚眼數(shù) /（個 /400m2）≤ 20 40 — 7 100 樹脂的增塑劑吸收量 /g≥ 20 19 — 8 白度（ 160℃， 10min 后） /% 74 — — 9 水萃取液電導率 /（ S/m）≤ — 10 殘留氯乙烯含量 /（ mg/kg）≤ 8 10 — 成品的質(zhì)量指標 ： 成品的質(zhì)量指標見表 23 表 23 硬聚氯乙烯管材的物理力學性能 序號 項目 指標 1 硬度， HRR ≥ 85 2 拉伸屈服強度 /MPa≥ 37 3 斷裂伸長率 /% ≥ 100 4 彎曲彈性模量 /MPa≥ 1960 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計 14 續(xù)表 23 序號 項目 指標 5 維卡軟化點 /℃ ≥ 83 6 加熱后狀態(tài) 無氣泡、無裂痕 7 加熱后尺寸變化率 /% 177。 8 氧指數(shù) /% ≥ 38 9 高低溫反復(fù)尺寸變化率 /% 177。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計 15 第 3 章 生產(chǎn)工藝路線與主要工藝設(shè)備的選擇與論述 生產(chǎn)工藝路線的選擇與論述 生產(chǎn)工藝流程設(shè)計 PVC 管材的生產(chǎn)過程一般為： PVC 樹脂與助劑經(jīng)由高速混合機進行混合，物料經(jīng)雙螺桿擠出機擠出，進入冷卻定型設(shè)備進行冷卻處理，后使用牽引機牽引，切割機切成一定長度后擴口，最后進行捆扎包裝成為成品。 生產(chǎn)方法的論述 生產(chǎn) PVC 管材可采用單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機。相比較而言，雙螺桿擠出機具有以下優(yōu)點： （ 1）雙螺桿加料容易，混合和塑化的效果比單螺桿擠出機好。 （ 2）雙螺桿擠出機摩擦產(chǎn)生的熱量較少、物料所受的剪切較均勻、螺桿的輸送能力較大，擠出量較穩(wěn)定 [11]。 （ 3）雙螺桿擠出機既可以加工粒料也可以加工粉 料，物料在雙螺桿擠出機內(nèi)的停留時間較短，且比單螺桿擠出機有更好的自潔功能，在加工熱穩(wěn)定性差的塑料和共混料時更顯示出其優(yōu)越性。 （ 4）雙螺桿擠出機的容積效率高，排氣性能優(yōu)異，具有較低的功率消耗。 因此本設(shè)計選用雙螺桿擠出機進行擠出。 主要工藝設(shè)備選擇與論述 混合設(shè)備 按塑料制品成型用原料配方要求，計量后摻混在一起的 PVC 樹脂和助劑，要借助于機械攪拌作用使其能均勻分散。常用的