【正文】 process design. This paper reviews the characteristics and development present situation and prospect of rigid PVC profiles and begin from PVC pipe production technology, choose the monly used double screw extrusion molding method for the production of PVC pipe, through the formulation selection, material balance, heat balance, equipment selection, process parameter control and so on process of the whole process in details in this paper. Also points out that the rigid PVC pipe mature production technology, and the low cost, high performance, function, application and so on various aspects to consider design a more reasonable formula of the rigid PVC pipe production and production equipment, with the development potential of calculating the variety of production equipment for the production workshop and total cost of investment, to draw a process flow diagram and workshop equipment layout, construction of actual investment all aspects of the rigid PVC pipe production workshop has a positive guiding role. KEY WORDS: hard PVC。 Steel tubes。 The production workshop。 Process design 1 前 言 中國聚氯乙烯工業(yè)自 1958 年正式投產(chǎn)以來 ,經(jīng)過 30多年的發(fā)展已成為我國塑料產(chǎn)品中生產(chǎn)能力最大的一個行業(yè) ,產(chǎn)量僅次于聚乙烯 ,在國內(nèi)居第 2位。 1997年 ,全國聚氯乙烯生產(chǎn)能力達(dá) 193 萬 t,樹脂產(chǎn)量 150 萬 t,制 品產(chǎn)量約 22O 萬 t,其中管材產(chǎn)量約 25萬 t,占制品總產(chǎn)量的 %,與國外發(fā)達(dá)國家相比 ,無論產(chǎn)量和消費(fèi)量都很低。在發(fā)達(dá)國家 ,聚氛乙烯產(chǎn)品以硬制品為主 ,管材管件是硬制品的主要產(chǎn)品 ,消費(fèi)聚氯乙烯量占樹脂總消費(fèi)量的 32%,而我們國家聚氯乙烯產(chǎn)品多年來一直以軟制品為主 ,沒有很好地開發(fā)硬制品市場 ,尤其硬質(zhì)聚氯乙烯管材管件發(fā)展緩慢 ,有大量的市場尚未開發(fā) 。 發(fā)展聚氯乙烯管材與使用鋼鐵和其它金屬管相比有許多優(yōu)越性 ： ① 聚氯乙烯產(chǎn)品消耗 能源最少 ,生產(chǎn)成本最低 。② 聚氯乙烯材料密 度小 ,一般在 左右 。③聚氯乙烯管材還具有極好的耐 腐蝕性 ,在空氣中暴露使用壽命可達(dá) 50 年 ,埋在地下可長期使用。所以說 ,聚氯乙烯管材與金屬管材和其它合成材料管材相比在許多方面有較強(qiáng)的競爭能力。據(jù)悉 ,在美國 ,聚氯乙烯管材的消費(fèi)量已占美國塑料管材總消費(fèi)量的 80%。我國南北方廣大地區(qū)也開始大量使用聚氯乙烯管材 ,但從我國建筑、農(nóng)業(yè)市場應(yīng)用水平來看 ,還有不少差距 ,生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品品種和質(zhì)量還有望進(jìn)一步改進(jìn)。聚氯乙烯管材、管件是重要的硬質(zhì)聚氯乙烯制品 ,當(dāng)今世界聚氯乙烯樹脂生產(chǎn)中約有 32%用于生產(chǎn)管材 ,其中美國的消費(fèi)量最大 ,年消費(fèi)量達(dá)(180～ 210)萬 t,約占美國聚氯乙烯 樹脂總消費(fèi)量的 30%～ 37%,西歐占 28%～ 34%,日本占 26%左右 。 我國聚氯乙烯管材市場正處于上升階段 ,巨大的市場容量和較低的準(zhǔn)入門檻 ,使聚氯乙烯管材在過去的幾年中 ,一直是國內(nèi)各方投資的熱點項目。在目前的投資熱潮中 ,我們應(yīng)該清醒地看到 ,我國聚氯乙烯管材生產(chǎn)企業(yè)在研發(fā)、清潔生產(chǎn)、規(guī)模經(jīng)濟(jì)和成本控制方面存在的問題。目前 ,我國聚氯乙烯管材廠商的產(chǎn)品品種還比較單一。由于投資盲目 ,研發(fā)不足 ,導(dǎo)致市場上低端產(chǎn)品產(chǎn)能相對過剩 ,競爭激烈。與先進(jìn)國家相比 ,我國聚氯乙烯管材的生產(chǎn)與應(yīng)用 ,還有很多空白領(lǐng)域 ,必須加大新產(chǎn)品的 開發(fā)力度。總之 ,增強(qiáng)研發(fā)實力 ,形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)和清潔生產(chǎn)是今后聚氯乙烯管材業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然之路。隨著聚氯乙烯管材業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展和產(chǎn)品質(zhì)量的提高 ,必定會拉動聚氯乙烯產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。 2 第一章 概 述 聚氯乙烯（ PVC）是目前產(chǎn)量僅次于聚乙烯的第二大通用塑料，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。其中 PVC 硬質(zhì)制品（ PVCU）占其總量的 60%，且正朝著高韌性高強(qiáng)度的新領(lǐng)域發(fā)展。 PVCU 管 材 廣泛應(yīng)用于給水、建筑排水、排污、化工等領(lǐng)域，是 PVCU 制品中重要的種類，也是塑料管道中使用最廣泛的產(chǎn)品之一 。 聚氯乙烯管材的特點 與鋼、鐵、混凝土、陶瓷管相比，聚氯乙烯管材具有如下優(yōu)點 [1]：①重量輕，硬質(zhì)聚氯乙烯管的相對密度為 ，僅為同尺寸鋼重量的 1/6， 1 t 塑料管可代替 10～ 13 t 鑄鐵管，運(yùn)輸安裝容易。②耐腐蝕性能好。③電絕緣性能好，其體積電阻約為 1 10 ～ 3 10 ，擊穿電壓達(dá) 23～ 28 Kv/mm。④摩擦阻力小。管內(nèi)流體速度比鋼管高 30％左右，且結(jié)垢少，不生銹，長期運(yùn)輸水和其他流體，流率和流量均能保持不變；而鐵管會生銹、結(jié)垢，使用數(shù)年后管內(nèi)流率和流量均要減少。⑤導(dǎo)熱系數(shù)小，耐候性較好，隔熱性能好。⑥著色方便 ,不需油漆 ,且容易制成各種標(biāo)識顏色的管材，生產(chǎn)中能耗低，僅為鑄鐵管的 ％ 。 聚氯乙烯管材存在以下缺點 :①強(qiáng)度較低 ,受壓能力較差。②使用溫度范圍窄 ,一般在零下幾度到 50℃之間。③膨脹系數(shù)大 ,是鋼鐵管的 7 倍 ,隨溫度膨脹和收縮變化較大 ,剛性較低 ,安裝時 ,應(yīng)多加支點。④當(dāng)制造聚氯乙烯管材的樹脂中氯乙烯單體含量及某些穩(wěn)定劑如鉛鹽、鎘鹽等物質(zhì)超標(biāo)時 ,會危及環(huán)境和人體健康。 聚氯乙烯管材與其他塑料管材相比 ,拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、隔熱性能、自熄性等均較好 ,且價格也較低廉。 硬 PVC 管系將 PVC 樹脂與穩(wěn)定劑、 潤滑劑等助劑配混，經(jīng)造粒后再擠出成型制得，也可采用雙螺桿 (異向 )粉料一次成型。硬 PVC 管耐化學(xué)腐蝕、絕緣性能好，主要用做輸送各種流體，以及用做電線套管等。硬 PVC 管易切割、焊接、粘接、加熱可以彎曲，因此安裝，使用非常方便。此類應(yīng)用廣泛的 PVC 管在國外列為 I型，而特殊改性的硬管則列為 II 型。 （ 1） 具有較高的硬度、剛度和許用應(yīng)力。（ 2） 抗老化能力好，經(jīng)久耐用，壽命可達(dá) 50 年。 （ 3） 耐腐蝕，價廉，易于粘接，自熄 。（ 4） 可回收。安裝方便簡捷，密封性好 。（ 5） 不抗撞擊，耐久性差，接頭粘合技術(shù)要求高，固化時間較長。 3 聚氯乙烯 的主要用途及產(chǎn)業(yè)鏈 （ 1）聚氯乙烯異型材 型材、異型材是我國 PVC 消費(fèi)量最大的領(lǐng)域，約占 PVC 總消費(fèi)量的 25％左右，主要用于制作門窗和節(jié)能材料，目前其應(yīng)用量在全國范圍內(nèi)仍有較大幅度增長。在發(fā)達(dá)國家，塑料門窗的市場占有率也是高居首位，如德國為 50%，法國為 56%，美國為 45%。 （ 2） 聚氯乙烯管材 在眾多的聚氯乙烯制品中，聚氯乙烯管道是其第二大消費(fèi)領(lǐng)域，約占其消費(fèi)量的 20％左右。在我國，聚氯乙烯管較 PE管和 PP 管開發(fā)早，品種多，性能優(yōu)良，使用范圍廣，在市場上占有重要位置。 （ 3）聚氯乙烯膜 PVC 膜 領(lǐng)域?qū)?PVC 的消費(fèi)位居第三，約占 10％左右。 PVC 與添加劑混合、塑化后，利用三輥或四輥壓延機(jī)制成規(guī)定厚度的透明或著色薄膜，用這種方法加工薄膜，成為壓延薄膜。也可以通過剪裁，熱合加工包裝袋、雨衣、桌布、窗簾、充氣玩具等。寬幅的透明薄膜可以供溫室、塑料大棚及地膜之用。經(jīng)雙向拉伸的薄膜，所受熱收縮的特性，可用于收縮包裝。 （ 4） PVC 硬材和板材 PVC 中加入穩(wěn)定劑、潤滑劑和填料，經(jīng)混煉后，用擠出機(jī)可擠出各種口徑的硬管、異型管、波紋管，用作下水管、飲水管、電線套管或樓梯扶手。將壓延好的薄片重疊熱壓，可制成各種厚度的硬質(zhì)板 材。板材可以切割成所需的形狀，然后利用 PVC 焊條用熱空氣焊接成各種耐化學(xué)腐蝕的貯槽、風(fēng)道及容器等。 （ 5） PVC 一般軟質(zhì)品 利用擠出機(jī)可以擠成軟管、電纜、電線等；利用注射成型機(jī)配合各種模具，可制成塑料涼鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽車配件等。 (6)聚氯乙烯包裝材料 聚氯乙烯制品用于包裝主要為各種容器、薄膜及硬片。 PVC 容器主要生產(chǎn)礦泉水、飲料、化妝品瓶，也有用于精制油的包裝。 PVC 膜可用于與其它聚合物一起共擠出生產(chǎn)成本低的層壓制品，以及具有良好阻隔性的透明制品。聚氯乙烯膜也可用于拉伸或熱收縮包裝，用于包裝床墊、 布匹、玩具和工業(yè)商品。 4 （ 7)聚氯乙烯護(hù)墻板和地板 聚氯乙烯護(hù)墻板主要用于取代鋁制護(hù)墻板。聚氯乙烯地板磚中除一部分聚氯乙烯樹脂外，其余組分是回收料、粘合劑、填料及其它組分，主要應(yīng)用在機(jī)場候機(jī)樓地面和其它場所的堅硬地面。 （ 8)聚氯乙烯日用消費(fèi)品 行李包是聚氯乙烯加工制作而成的傳統(tǒng)產(chǎn)品，聚氯乙烯被用來制作各種仿皮革，用于行李包，運(yùn)動制品，如籃球、足球和橄欖球等。還可用于制作制服和專用保護(hù)設(shè)備的皮帶。服裝用聚氯乙烯織物一般是吸附性織物 (不需涂布 )，如雨披、嬰兒褲、仿皮夾克和各種雨靴。聚氯乙烯用于許多體育娛樂品，如玩 具、唱片和體育運(yùn)動用品，目前聚氯乙烯玩具增長幅度大，由于聚氯乙烯玩具和體育用品生產(chǎn)成本低，易于成型而占有優(yōu)勢。 硬質(zhì)聚氯乙烯管材的主要市場 建筑用聚氯乙烯管材市場 建筑業(yè)是聚氯乙烯管材的最大市場 ,管材分為；兩類 ,一種是耐壓管 ,另一種是無壓管。耐壓管主要用于自來水管、建筑熱水供水管、公用工程供水管 (一般采用 100mm～ 900mm 直徑的管材 )。無壓管大量用于室內(nèi)下水管和雨水系統(tǒng)管。公用工程排污管 (一般采用直徑 400mm～ 的大口徑管材 )。此外 ,建筑用串線管和地下電纜護(hù)管是聚氯乙烯管材應(yīng) 用的一個市場 ,現(xiàn)已在我國普遍采用 ,并具有進(jìn)一步發(fā)展的巨大潛力。 農(nóng)用聚氯乙烯管材市場 我國是一個農(nóng)業(yè)大國 ,幅源遼闊 ,是農(nóng)用聚氯乙烯灌溉管的巨大市場。我國是個缺水國家 ,每年旱情都十分嚴(yán)重 ,困擾著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。過去 ,中國傳統(tǒng)的種田方法是使用土渠灌溉 ,水源浪費(fèi)十分嚴(yán)重。自從國內(nèi)一些地區(qū)試驗使用聚氯乙烯管灌以后 ,這些地區(qū)的水利用率從過去的 ～ 提高到 左右。隨著廣大農(nóng)村經(jīng)濟(jì)實力的增強(qiáng)和技術(shù)水平的提高 ,1994 年底我國農(nóng)村噴灌面積已達(dá)9338 萬㎡ ,節(jié)省了大量的水源 ,提高了糧食產(chǎn)量。大量事實 證明 ,使用聚氯乙烯制作固定和半固定管噴灌系統(tǒng) ,設(shè)備不腐蝕 ,管材不結(jié)垢 ,與使用鑄鐵管、鋁管、 ABS管相比大大降低了噴灌設(shè)施的造價 ,成為節(jié)水、節(jié)地、節(jié)省能源 ,解決 12 億人口吃糧問題的重要措施之一。 5 聚氯乙烯管材的生產(chǎn)方法 硬質(zhì)聚氯乙烯管材加工時 ,采用懸浮法聚氯乙烯樹脂為主要原料 ,與穩(wěn)定劑、顏料、潤滑劑和填料等助劑配合使用 ,經(jīng)捏合后 ,加入雙螺桿擠出機(jī)塑化擠出聚氯乙烯管材 ,經(jīng)冷卻定型后 ,切割成需要的長度 ,加工溫度 160℃～ 180℃ ,根據(jù)管材不同用途 ,適當(dāng)調(diào)整配方組分 ,以便獲得有良好物化性能的聚氯乙烯管材。 隨 著聚氯乙烯管材加工技術(shù)的發(fā)展 ,國外為降低管材生產(chǎn)成本 ,推出了芯層發(fā)泡管 ,這種管材采用共擠出方法 ,使低發(fā)泡聚氯乙烯管材內(nèi)、外表面覆蓋一層非發(fā)泡聚氯乙烯硬皮層 ,該管材與不發(fā)泡管材相比韌性更好 ,有較好的承載能力 ,耐磨損和隔音效果 ,節(jié)約樹脂 25%～ 40%。目前 ,世界上這種管材加工技術(shù)以臺塑公司水平較高 ,其次是美國、法國、德國、日本、韓國均有成熟生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備 ,成為國外暢銷的產(chǎn)品。生產(chǎn)方法是將芯層、皮層使用的配料分別經(jīng)過捏合后加人 2臺成 90176。角的擠出機(jī)組 (或 3 臺擠出機(jī)組 )混煉塑化 ,然后 ,通過一分料頭 ,確保分隔成 2 股硬 皮層的物流與發(fā)泡芯層料很好連接 ,并送人后面的機(jī)頭和模具 ,生產(chǎn)出表面光滑、管壁內(nèi)部發(fā)泡的復(fù)合管壁