【正文】 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 總 論 概述 PVC 管材作為科技發(fā)展的產(chǎn)物之一，在日常生活中觸目可及。 聚氯乙烯 (PVC)管材問世于上世紀(jì)三十年代，到五十年代已具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，至今其產(chǎn)銷量一直處于各種塑料管的首位。 PVC 管材的優(yōu)異性能及顯著的經(jīng)濟效益，使它在建筑 、 礦山 、 農(nóng)田 、 污水排放等眾多領(lǐng)域內(nèi)廣泛的應(yīng)用，特別是八十年代以來， PVC 管材的加工技術(shù)水平進(jìn)一步提高，使各種 PVC 管材不斷涌現(xiàn)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。 PVC 管的發(fā)展歷程 上世紀(jì)四五十年代，歐洲人開始推廣塑料管材的使用。在歐洲， 1980年到 1990 年塑料管 產(chǎn)量的增長率為 8%， 1986 年歐洲塑料管總 需求 量為 萬 噸 ， 1998 年增長到 萬 噸 ，年均增長率為 %，超過同期國民經(jīng)濟增長速度。 到 2020 年，產(chǎn)量已達(dá) 360 萬噸，其中 PVC 管材約占 60%。截止到 2020 年底，歐洲塑料管的需求量居世界首位 [1]。美國也是推廣塑料管材較早的國家之一， 1985 年塑料管材的產(chǎn)量約為 160 萬噸， 1999 年產(chǎn)量已達(dá) 360 萬噸，其中 PVC 管材約占 78%。到 2020 年，美國的塑料管產(chǎn)量已超過 400 萬噸，其中 PVC 管材占總產(chǎn)量的 75%以上。 我國聚氯乙烯管道系統(tǒng)起步于 20 世 紀(jì) 50 年代，但是在改革開放前一直和國際上有很大差距。 80 年代以后開始引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，逐步建立起UPVC 管道系統(tǒng)的完整體系。 我國 第一根 UPVC 擴口 管材 是于 1983 年在沈陽誕生 。 1983 年到 1994 年，我國 PVC 管材、管件 的 發(fā)展速度極慢，其產(chǎn)量僅為 萬噸； 1996 年的產(chǎn)量為 24萬噸， PVC 管材 在 “ 九五 ” 期間真正開始得到迅猛的發(fā)展， 期間一些年生產(chǎn)能力在 5 萬噸以上的工廠陸續(xù)建成投產(chǎn)，萬噸以上生產(chǎn)規(guī)模的 PVC 管材工廠已達(dá) 30 多家 [2]。 規(guī)模在 萬噸的廠家也有 60 余家。 到 1999 年底，全國塑料管生產(chǎn)線約 有 2020 余條，其中引進(jìn)設(shè)備約占 15%。 此時， 我國各種塑料管材的生產(chǎn)能力超過 165萬噸 /年，而其中 PVC 管材占 50%以上。 這些生產(chǎn)廠家由于設(shè)備配套較齊全，技術(shù)力量較強，產(chǎn)品質(zhì)量 和 管理體系也比較完善，管材、 管 件能夠自沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 2 己配套，產(chǎn)品質(zhì)量也比較穩(wěn)定。 市場需求比較旺盛， 這些廠家生產(chǎn)的管材、管件占總生 產(chǎn) 量的 85%以上。 在過去 10 年中，中國塑料管市場年均增長率為 13%， 2020 年、 2020 年及 2020 年產(chǎn)量分別達(dá)到 75 萬 噸 、 130 萬 噸 及 150萬 噸 ，增長率為 15%，其中 PVC 管 材 占 55%以上 。 2020 年國內(nèi)管材的產(chǎn)量為 200 萬噸，而 PVC 管道產(chǎn)量約達(dá)到 120 萬噸，占各類塑料管 材 的首位 。到 2020 年塑料管道的年生產(chǎn)能力為 250 萬噸，到 2020 年，塑料管的年生產(chǎn)總量已達(dá) 350 萬噸。年平均增長率在 15%左右。 PVC 管材的生產(chǎn)現(xiàn)狀 從本世紀(jì)初開始，世界范圍內(nèi) PVC 管材生產(chǎn)能力不斷增強，到 2020年增至 3000 萬噸。在美國，一半以上的 UPVC 管道用于非壓力管網(wǎng)，其中用量最大的品種是給水管，其次是市政工程排污管、工業(yè)下水管、電工穿線管和滴灌管。在日本， UPVC 管材最大應(yīng)用領(lǐng)域是設(shè)備排水，其次是下水管、上水管等。大量的高壓、 無壓 UPVC 管在工農(nóng)業(yè)和化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用是其它塑料品種所無法相比的。 目前我國塑料管的應(yīng)用不僅在數(shù)量上而且在品種和規(guī)格上得到了很大發(fā)展。如 PVC 管材 在一些城市建筑排水應(yīng)用上已達(dá)到 90%以上 ， 塑料管的推廣應(yīng)用主要以 PVC 管材 為主。到 2020 年，在全國新建、改建、擴建工程中，建筑用排水管道 50%采用塑料管，城市排水管道 20%采用塑料管，建筑給水、熱水供應(yīng)和供暖管道 60%采用塑料管，城市供水管道 50%采用塑料管，村鎮(zhèn)供水管道 60%采用塑料管，城市燃汽管道（中低壓管） 50%采用塑料管，建筑電線穿線護(hù)套管 80%采用 塑料管。其中絕大部分為 PVC管材。 2020 年中國塑料管市場年增長率達(dá) 15%，居世界首位。 2020 年我國塑料管的生產(chǎn)能力已達(dá) 380 萬噸。目前，中國塑管年產(chǎn)能力已接近 400 萬噸。其中， PVC 管材產(chǎn)量最大，占據(jù)了約 70% 的管材市場份額。中國現(xiàn)有萬噸以上年產(chǎn)規(guī)模的 PVC 管企業(yè)達(dá) 30 多家，年產(chǎn)能力達(dá) 250 萬噸以上，年產(chǎn)量達(dá) 120 萬噸以上。 PVC 管的性能特點 PVC 管材中，應(yīng)用最廣的是 UPVC 管。 PVCU 管材是以 PVC 樹脂為主料加入相應(yīng)的加工助劑通過特定的擠出模具，在管材管壁縱向方向上均勻分沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 3 布橢圓 形或其他形狀小孔的一種結(jié)構(gòu)性管材，具有質(zhì)輕、 消音、隔熱、 并具有和同口徑 PVC 實壁管相同的剛度等特點，主要適用于建筑排水、排污等場所。 PVCU 管材重量很輕僅為金屬管的 1/5 左右，搬運、裝卸、安裝方便 ,施工周期短；可節(jié)約施工費用。 PVC 管道由于其施工簡易、水力條件好，在供水管網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。 PVC 管材有很好的力學(xué)性能，且具備極好的耐腐蝕性，使用過程中重量輕，安裝方便，不需要維護(hù)，而使用鋼鐵作公用工程的下水管道，在使用過程中由于易腐蝕，必須經(jīng)常涂敷涂料，維護(hù)費用高。一般建筑及公用工程用金屬管道 20 年 就需更換，而用加工良好的 PVC 管道，使用壽命長達(dá) 50 年 以上 [3]。因此， PVC 管材是一種生產(chǎn)成本低、強度高、耐腐蝕的良好塑料制品。 其主要特點主要體現(xiàn)在： （ 1） 質(zhì)量輕：塑料管的密度是鑄鐵管的 1/5，是混凝土管的 1/3，可以套裝 ， 便于運輸，安裝方便，施工費用與傳統(tǒng)管相比，可降低 30%50%的費用。 （ 2） 耐 腐蝕性能好： 塑料管道不需做任何防腐處理，可用做含有鹽堿土 的給水管道，可用于化工管道輸送帶有酸、堿、性質(zhì)的介質(zhì)。 （ 3） 流體阻力?。核芰瞎艿赖拇植谙禂?shù) ；鑄鐵管的粗糙系數(shù)是 ，混 凝土管的粗糙系數(shù)是 。 （ 4） 使用壽命長：鑄鐵管的使用壽命為 30 年，塑料管的使用壽命為 50 年，一條塑料管道幾乎等于兩條鑄鐵管的壽命。 （ 5） 管材衛(wèi)生性能提高， PVC 管材采用無鉛配方環(huán)保型穩(wěn)定劑進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)品經(jīng)中國疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所衛(wèi)生權(quán)威部門檢測，衛(wèi)生性能符合 GB／ T172191998 和衛(wèi)生部頒發(fā)的《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料衛(wèi)生安全評價規(guī)范》 [4]。 （ 6） 外觀美觀大方： UPVC 排水管外觀為白色、光亮平滑、美觀、色澤明快、可給建筑室內(nèi)環(huán)境氣氛添整潔輕快的時代 感。 施工簡易 : PVC管及管件采用溶劑性膠粘劑接駁，接合施工迅速容易，施工費用低廉。 （ 7） 綜合造價低，環(huán)保性 、 隔音效果好好：其造價比使用同樣規(guī)格的鑄鐵管道系統(tǒng)的綜合造價低 2030%。 PVC 屬環(huán)保產(chǎn)品，可回收重復(fù)利用，不會對環(huán)境造成任何污染。隔音降噪性好：具有良好的消音特性，能顯著沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 4 降低噪音污染。消音效果達(dá) 10dB 以上。 PVC 管材的發(fā)展前景 塑料材料作為傳統(tǒng)材料的代替品，在 20世紀(jì)初開始被大量生產(chǎn)和應(yīng)用，進(jìn)入 50 年代以后塑料工業(yè)在原料生產(chǎn)、加工、研究等方面都進(jìn)入新的發(fā)展階段，其應(yīng)用領(lǐng)域也 迅速擴大，在國民經(jīng)濟中與鋼鐵、木材、水泥一起并成為四大基礎(chǔ)材料，被認(rèn)為是推動社會生產(chǎn)力發(fā)展的新型材料。塑料材料不僅豐富了材料家族的品種，使人們的生活更加方便，多彩，給眾多的工業(yè)產(chǎn)品帶來了新面貌，而且在科技尖領(lǐng)域占有一席之地，就像發(fā)明塑料一樣，人類同樣可以找到解決塑料材料所存在問題的最佳途徑，使它在人類日常和經(jīng)濟生活中發(fā)揮越來越重要的作用。 塑料管材是新材料，它的市場不但隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展而增長，而且會由于替代傳統(tǒng)材料而額外增長，因此國內(nèi)外塑料管的發(fā)展速度均超過了本國國民經(jīng)濟的增長速度，預(yù)計今后 20 年仍將快速 增長。我國塑料管產(chǎn)業(yè)面臨巨大的發(fā)展機遇，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)已經(jīng)建立，市場需求明顯擴大，技術(shù)進(jìn)步在不斷推進(jìn)。在今后 20 年內(nèi)，預(yù)計我國塑料管總量的年均發(fā)展速度為20%。 在綜合經(jīng)濟性方面，塑料管的優(yōu)勢正在被越來越多的用戶所認(rèn)識 。 PVC管材與金屬管材相比，生產(chǎn)每立方米 PVC 和生產(chǎn)每立方米鋼及鋁計算，鋼的能耗為 316KJ/m3，鋁的能耗是 619KJ/m3， PVC 的能耗為 70KJ/m3，即鋼的能耗是 PVC 的 倍，鋁的能耗是 PVC 的 倍。而生產(chǎn) PVC 管的加工能耗也僅為同口徑金屬管材的三分之一。同時由于 PVC 管壁光 滑，不結(jié)腐蝕瘤，輸水效率高，用于輸液可節(jié)電 20%左右。 一般來講，在排污、廢水和通風(fēng)管道方面， PVC 管道比使用鑄鐵管節(jié)約安裝和勞務(wù)費用約 1637%；作導(dǎo)線管比使用金屬導(dǎo)線套管節(jié)約費用3033%；而作用氯化聚氯乙烯管在冷熱水方面，比使用相同尺寸的銅管節(jié)約費用為 2344%。因此，由于 PVC 管材的優(yōu)勢，各國均在積極發(fā)展和推廣PVC 管材。 隨著我國住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的推廣，塑料管材的市場前景逐漸趨好。建設(shè)部等四部委已明令規(guī)定，在城鎮(zhèn)新建住宅中，禁止將鑄鐵管和冷軋鍍鋅鋼管用于室內(nèi)給排水管道，推廣應(yīng)用塑料復(fù) 合管等新型管材。這為塑料管沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 5 材發(fā)展提供了新的契機，也為塑料管材的應(yīng)用領(lǐng)域擴大提供了良好的發(fā)展空間。 我國塑料管材的發(fā)展 進(jìn)入新世紀(jì)以 來 ，經(jīng)濟發(fā)展中有幾大熱點問題引起管材業(yè)內(nèi)人士的高度重視：水資源匱乏、環(huán)境污染、 住宅需求量逐漸擴大 等。人們普遍認(rèn)為，這幾大經(jīng)濟發(fā)展的主題給塑料管材的快速發(fā)展帶來了新的機遇。因此，聚 氯 乙烯給 排 水管或聚氯乙烯 通風(fēng) 管等很快成為發(fā)展 的 熱點產(chǎn)品。目前，包括各類復(fù)合管在內(nèi)的聚烯烴管材生產(chǎn)廠已達(dá)六百余家。 經(jīng)過多年努力，我國從原料、機械設(shè)備、加工和應(yīng)用技術(shù)等方面都獲得長足的進(jìn)步。目前形成的聚乙烯 塑料管材熱與人們對未來市場的預(yù)期有關(guān)，也可以說主要是靠市場需求來帶動的。從總體情況看，其發(fā)展前景 非常 好 。 設(shè)計原則、依據(jù)和范圍 原則 （ 1）本設(shè)計每一環(huán)節(jié)都遵循國家政策、法律、法令及行業(yè)規(guī)范； （ 2）在結(jié)合國情的前提下，采用國內(nèi)外先進(jìn)科學(xué)技術(shù)、先進(jìn)工藝、先進(jìn)工藝設(shè)備，力求做到經(jīng)濟上合理、技術(shù)上先進(jìn)、生產(chǎn)上安全可靠，三廢處理合理； （ 3）采用國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)的成套設(shè)備； （ 4）成品標(biāo)準(zhǔn)按國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 依據(jù) （ 1） 依據(jù)學(xué)校下達(dá)的設(shè)計任務(wù)書； （ 2） 依據(jù)實習(xí)廠家的有關(guān)資料 ； （ 3） 依據(jù)圖書館及網(wǎng)上查閱的有關(guān)資料。 設(shè)計產(chǎn)量及產(chǎn)品規(guī)格 （ 1）產(chǎn)量： 3000 噸 /年 （ 2）生產(chǎn)班組運行形式：采用四班三運轉(zhuǎn)，全年開工 300 天。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 6 設(shè)計范圍及深度 （ 1）設(shè)計范圍 本設(shè)計生產(chǎn)流程是從原料的篩選輸送→計量捏合→擠出成型→成品包裝。 （ 2）設(shè)計深度 擴大初步設(shè)計。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 7 第 2 章 原料選擇及配方設(shè)計 配方設(shè)計 配方設(shè)計的重要性 塑料制品幾乎充滿了我們生活的方方面面，我們所生產(chǎn)的 管材 只是其中的一部分。但要滿足其 各種 特殊 性能 要求，也不是一件簡單的 事情 。除了要研究產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝外，產(chǎn)品的配方設(shè)計也是其中很重要的一個方面。 對于管材來說，在進(jìn)行配方設(shè)計之前，一定要對塑料制品所用的樹脂及各種添加 助劑 的型號，性質(zhì)有充分的認(rèn)識和了解，然后再對成型加工設(shè)備和工藝條件及其適應(yīng)性有足夠的了解，最后對用戶提出的制品性能要求及使用環(huán)境，也應(yīng)充分了解。配方設(shè)計的重點是考慮助劑的類型和用量與制品使用性能之間的關(guān)系。這樣才能設(shè)計出物美價廉的塑料制品。 配方設(shè)計的依據(jù) （ 1）滿足性能要求。在既定的配方體系和加工工藝中，所加入的助劑 能充分發(fā)揮其預(yù)計功效，并達(dá)到規(guī)定指標(biāo)。 （ 2）保留原有性能。在設(shè)計配方時，一定要全面考慮，盡可能不影響其他方面的性能。 （ 3）不影響其它助劑，所加入的助劑應(yīng)能不劣化或最小限定地影響其它助劑功效的發(fā)揮，最好與其它助劑有協(xié)同作用。 （ 4）具有可加工性，所加入的助劑應(yīng)能保證配方體系具有適當(dāng)?shù)目杉庸ば阅?，以保證制品的成型，并對加工設(shè)備和使用環(huán)境無不良影響。 （ 5）與樹脂相容性好，所 添 加的助劑與樹脂的相容性要好，這樣才能保證助劑與樹脂按設(shè)計的思路進(jìn)行混合，保證設(shè)計指標(biāo)的完成 [5]。 （ 6）環(huán)境衛(wèi)生性好，具體要求為對操 作者無害，對設(shè)備無害，對使用者無害，對接觸環(huán)境無害。 （ 7）不影響制品的顏色。 （ 8）價格低，來源廣。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 8 原料選擇 基體樹脂的選擇及用量 聚氯乙烯（ polyvinyl chloride），簡稱 PVC。 是由液態(tài)的氯乙烯單體（ VCM）經(jīng)懸浮、乳液、本體或溶液法工藝聚合而成，其中懸浮工藝在世界 PVC 生產(chǎn)