【文章內容簡介】 混和設備有：螺帶式混合機、捏合機、高速混合機、開煉機、密煉機、冷混機等。 目前絕大部分企業(yè)都是采用高速混合機（熱混機） 將原料進行混合，再用低速混合機 (冷混機 )將混合好的物料進行冷卻。 高速混合機是使用極為廣泛的塑料混合設備，可用于混色、制取母料、配料機共混材料的預混。普通的高速混合機由混合室、葉片、折流板、回轉蓋、排料裝置及傳動裝沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計 16 置等組成。 高速混合機工作原理：先向混合機的混合室外壁空腔內通入水蒸氣（也有用電阻加熱），加熱升溫后把原料加入混合室內；當混合室內攪拌漿高速旋轉時，攪拌槳附近的原料由于受槳葉片面摩擦力和葉片端面推力作用而隨攪拌槳旋轉；旋轉時這些料在離心力作用下被拋向混合室的圓形壁上，成為連續(xù)碰壁的原料，在后來料的推 力作用下，沿向圓壁上升，到一定高度時，原料本身的重力又使它落下，落到原混合室的中心部位，然后再被旋轉的槳葉拋向混合室壁，重復原料的運動。由于混合室內還設有一個折流板，它能破壞原料旋流比較規(guī)則的運動方式，攪亂了物料的運動方向。這幾個料流的混合運動使原料間產生一定的摩擦熱、碰撞和推擠，這些交叉運動的動作變化使原料間產生一定的摩擦熱；另外，還有混合室外部的供熱，使混合料溫度升高，這幾個條件的綜合作用，使混合室內的各種摻混料得到均勻混合。 由高混機得到的混合物在加工和儲存之前必須進行冷卻，否則，在一段時間內會熱降解 或因溫度高而結塊。將高混機混好的物料直接排放到冷混機中，冷卻到 40～ 50℃ ，其自由流動的性能也得到了保證。 冷混機由混合室、攪拌漿、卸料裝置、傳動系統(tǒng)等組成，冷混機的混合室為圓筒形，其直徑與高度之比要大于高混機。內表面高度拋光，底部為蝶形?；旌鲜覂炔吭O有冷卻環(huán)，室壁為夾套式。冷卻環(huán)和夾套均可通入循環(huán)冷卻介質與物料進行熱交換?；旌鲜覂冗€可增設扇形片或導流環(huán)，以增加冷卻面積，縮短冷卻時間 [12]。 因次本設計采用高速混合機和冷混機配合使用。 擠出機 生產 PVC 管材一般都采用螺桿擠出機進行連續(xù)操作。螺 桿擠出機因其結構簡單，價廉物美，生產效率高的特點，成為塑料管材成型加工最重要的設備 。在螺桿擠出機轉動時，裝入料斗中的干混料或粒料借助轉動的螺桿進入加料筒中，由于料筒的外加熱和 PVC 干混料本身和干混料與設備之間的剪切摩擦熱，遂使混料熔化而呈熔體在設備中不斷往前流動，各組分受螺桿的攪拌而均勻分散。熔體在機頭口模處成型后成連續(xù)體被螺桿擠到機外，經(jīng)冷卻固化，即成管材。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計 17 螺桿擠出機通常是按螺桿數(shù)目分為：單螺桿擠出機，雙螺桿擠出機和多螺桿擠出機。 單螺桿擠出機又分為普通螺桿擠出機、雙級排氣式螺桿擠出機和排氣式錐形單螺桿 擠出機。普通單螺桿擠出機一般使用與粒料的擠出，后兩者既可采用粒料也可用粉料直接擠出，但用粉料時熔體塑化能力和壓實程度較低，擠出流量不太穩(wěn)定，由于是在高剪切和較高溫度下加工，故熱穩(wěn)定劑、加工助劑和外潤滑劑的用量要適當增加。 雙螺桿擠出機基本結構和單螺桿擠出機相似，但雙螺桿和與之配合的料筒構成具有特殊功能的混煉、擠出系統(tǒng)，由于兩根螺桿之螺棱和螺槽彼此嚙合，除具有混煉效應外還有類似于齒輪泵的正位移輸特性。 雙螺桿擠出機按兩根螺桿旋轉方向是否相同，可以分為同向旋轉和異向旋轉雙螺桿擠出機兩種。 若兩根螺桿旋轉方向相同 ，則稱為同向旋轉雙螺桿擠出機，從外形上看，兩根螺桿完全相同。若兩根螺桿旋轉方向相反，則為異向旋轉雙螺桿擠出機。 同向雙螺桿擠出機不利于將螺槽盡快充滿和使物料向前輸送，加料性能不好還易形成橋架，同時還加快了螺桿和機筒內壁的磨損。異向旋轉則無上述缺點，物料在兩根螺桿的帶動下，很快向兩邊分開，充滿螺槽向前輸送，在輸送過程中與熱機桶壁接觸，吸收熱量，有利于物料的加熱熔融。 本設計選用異向雙螺桿擠出機。 冷卻定型裝置 擠出的管狀物首先應通過定型裝置，使之冷卻變硬而定型。為了得到符合尺寸要求和良好表面光潔度 的管材，有效的冷卻是非常重要的。 定徑方法分外定徑和內定徑兩種。 外徑定徑法是在管狀物外壁和定徑套內壁緊密接觸的情況下進行冷卻而實現(xiàn)的。保證這種緊密接觸的措施是從設在多腳架的一個支架和芯棒內的連通孔向管狀物內通入壓縮空氣，并在擠出的管端或管內封閉，使管內維持比大氣壓力較大而又恒定的壓力 [13]。此外，也有在管套上沿圓面上鉆一排小孔用真空抽吸使管狀物緊貼套管的。 內徑定型法是將定徑套的冷卻水管從芯棒處伸進，所以必須使用偏移沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計 18 式機頭。用內徑定型法所制得的管材內壁較為光滑，不管定徑套是外徑套還是內徑套，其尺寸目前大 多還憑經(jīng)驗確定。對外徑定型來說，定徑套的長度一般取其內徑的 3倍。定徑套的內徑應略大于管材外徑的名義尺寸，一般不大于 2mm。 相比較而言，外徑定型結構簡單，操作方便。所以本設計采用外徑定型法。 冷卻裝置 由于塑料的導熱系數(shù)較低，經(jīng)過冷卻定型裝置出來后的塑料管材，并未完全冷卻到室溫，如果不繼續(xù)冷卻，在其壁厚徑向方向存在的溫度梯度會使原來冷卻的表層溫度上升，引起變形。因此必須繼續(xù)冷卻，排除余熱。 用來冷卻管材的方法常用冷卻水槽和噴淋水箱卻兩種。 冷卻槽通常為 2～ 4 段借以調節(jié)冷卻強度。冷卻水一般是從最后 一段通入冷卻槽的，再使其逐次的一段一段前進，也就是使水流方向與擠出管材的運動方向相反，使管材冷卻比較緩和內應力比較小。冷卻槽的長度一般為 ～ 6 米。由于冷水槽中上下層水溫不同，管材在冷卻過程中有可能發(fā)生彎曲，此外管材在冷水槽中受到的浮力也有使之彎曲的可能，尤以大型管材為甚。 噴淋水箱冷卻是在水箱上裝有沿管材圓周均勻分布的噴水頭，控制一定的水量對擠出管材進行噴淋冷卻。噴淋水管可有 3～ 6 根，呈環(huán)形分段噴淋或沿軸向均布在管材周圍噴淋?？慷◤教滓欢说膰娝纵^密 [14]。該方法冷卻均勻，變形可能性小。 本設計采用噴 淋水箱進行冷卻。 牽引裝置 牽引裝置的作用是均勻的牽引制品，并對制品的截面尺寸進行控制，使擠出過程穩(wěn)定進行。并通過調節(jié)牽引速度調節(jié)管材的壁厚，進行適當?shù)乩臁恳俣纫笫志鶆?，并能無級調速。牽引速度取決于擠出速度，一般牽引速度比擠出速度快 1％～ 3％。牽引設備要滿足能適應夾緊多種管材，牽引力必須能保持恒定，并且可以在一定范圍內平滑地調節(jié)速度。 牽引裝置一般有膠帶式、滾輪式和履帶式三種。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計 19 膠帶式牽引裝置是由一條橡膠傳送帶和壓緊輥組成，用壓緊輥將管材夾壓在橡膠傳送帶上，靠兩者之間的壓緊力所產生的摩 擦力來牽引管材。壓緊力可以調節(jié)。這種形式的牽引裝置對直徑較大的管材的牽引力顯得不足，故一般僅使用小直徑和容易壓塌的薄壁管材。 滾輪式牽引裝置有 2～ 5對上下牽引滾輪組成。下滾輪為主動輪，上滾輪為從動輪，可以上下調節(jié)。主動輪多為鋼輪，從動輪外面包一層橡膠。管子由上下滾輪夾持而被牽引。由于滾輪和管子之間是點或線接觸，牽引力也同樣顯不足，一般只用來牽引管徑在 110mm以下的管材。 履帶式牽引裝置有兩條或多條相對于中心位置單獨可調的履帶組成，均勻地安裝在管材的周圍，履帶上有夾緊塊，他們都做成凹形或帶有一定角度，以增加 施加徑向力的面積，減少管子局部被壓壞的危險。夾緊塊的夾緊力由壓縮空氣或液壓系統(tǒng)產生，或用絲杠螺母產生。這種牽引裝置的牽引力大，速度調節(jié)范圍廣，與管材接觸面積大，管子不易變形，不易打滑，主要用于大直徑和薄膜管材。 本設計采用履帶式牽引裝置。 切割裝置 切割裝置的作用是對制品進行定長切割。要求切割尺寸準確、切口均勻整齊。切割裝置的好壞影響切割尺寸和切割的質量。 常用的切割裝置有手提式圓鋸切割機，自動式圓鋸切割機、行星式自動切割機。 手提式圓鋸切割機：切割用的圓盤鋸和動力裝置安裝在機架上，當管材達到預 定尺寸，用手將其提起，動力電機工作，即可將管材鋸斷。這種裝置結構比較簡單。 自動式圓鋸切割機：電動圓鋸和夾持器均由行程開關控制，當管材達到規(guī)定尺寸時觸動行程開關，管材自動被夾持器夾緊，整個切割裝置在管子擠出時引力的作用下隨管材同速前進，圓鋸同時啟動，并由氣缸慢慢將其抬上，將管材鋸斷。管材切斷后，巨片落下，切割裝置返回原處。由于受圓盤鋸片直徑的影響，這種切割方法對于大直徑管材受到限制，一般最大管徑可達 160mm～ 200mm。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計 20 行星式自動切割機：這種切割裝置有一片（或多片）小規(guī)格的圓盤鋸片，鋸片不僅自轉，還圍繞 管材公轉，其他的工作原理與自動式圓鋸機一樣。這種切割機特別適應于大直徑管材的切割 [15]。一般最大管徑可達1000～ 1600mm。 本設計采用自動式圓鋸切割機。 其他裝置 為了滿足用戶對管材進行承插連接的要求，需將已經(jīng)生產好的 PVC硬管進行擴口脹大。擴口裝置主要由烘箱和擴口機頭組成。將需擴口的管端在烘箱中加熱軟化，插入擴口機頭，一次實現(xiàn)擴口，經(jīng)水冷卻即可完成。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計 21 第 4 章 工藝流程敘述及工藝參數(shù)選擇 工藝流程 工藝流程示意圖 圖 41 工藝流程示意圖 工藝流程敘述 高混工序： PVC 樹脂通過加料袋（ 101）加入到 PVC 樹脂加料罐（ 102）中，加料罐設有料位計，用于監(jiān)測罐中料位，使其處于正常范圍內。加料罐底部有軟管，它可以把加入過多的料量送回加料罐。加料罐下設有旋轉閥，可定量將物料輸送到 PVC 料倉（ 103），采用正壓輸送，料倉設有上下兩個料位計，控制料倉料位。料倉上端有脈沖過濾器和負壓安全閥。 PVC 粉料經(jīng)料倉中一系列長管由上至下輸送。通過閘板閥，再經(jīng)料倉 負壓輸送與各種助劑混合。 閘板閥中有一盲板，起到阻隔物料作用。料倉 上的單向閥，使 PVC粉料只能單方向地從料倉 向旋轉閥方向移動。 本設計有六種助劑，由六個加料袋加入到六個加料罐，分別為硫醇錫加料罐（ 104）、硬脂酸鋅加料罐（ 106）、鈦白加料罐（ 107）、聚乙烯蠟加原料 輔料 配方 高速混合 雙螺桿擠出 冷卻定型 冷卻 牽引 切割 成品 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計 22 料罐（ 108）、 ACR 加料罐（ 109）、碳酸鈣加料罐（ 110）。各種助劑由加料袋加入到加料罐中，加料罐中設有料位計，實現(xiàn)自動控制。下部設有下料器，有助于各種助劑下料。各種助劑在螺旋輸送器（ 105）作用下，用電子秤自動稱量（ 111）。助劑按配方要求進行稱量后，通過旋轉閥與 PVC 粉料混合，并按一定量到達電子稱量秤（ 113）進行準確稱量。電子稱量秤上設有脈沖過濾器。稱量好的物料負壓輸送至熱冷混合機組。 物料先進入高速熱混合機（ 114），混合溫度 120℃，混合時間為 5～10 分鐘。然后進入冷混機（ 115）進行冷混，冷混溫度為 40～ 60℃，混合時間為 5～ 10 分鐘?；旌暇鶆虻母苫炝?，經(jīng)過干混料料斗（ 116），送至干混料料倉（ 117），然后送入擠出工序。前段各工序粉塵及廢料均回收至廢料儲罐（ 112）中。 擠出工序： 由干混料料倉（ 117）送來的 PVC 混料進入擠出機料斗（ 202），通過螺旋輸送 器，送入擠出機（ 203）。在擠出機中，物料在高溫環(huán)境中熔融塑化，經(jīng)過螺桿的剪切作用，以粘流態(tài)從機頭口模（ 204）連續(xù)擠出，進入定型冷卻工序。 定型冷卻工序的順序是先定型，再冷卻。定型采用真空定型，真空定型是以間接水冷的定型模使從擠出成型模擠出的熔融管材樹脂冷卻定型，它是由內壁有吸附孔的真空室和冷卻室組成，熔融樹脂被真空吸附，與間接冷卻的定型模內壁接觸而冷卻固化。冷卻工序采用冷卻水冷卻，特點是生產成本低。充分冷卻的管材在牽引機（ 206）的作用下，進入切割機（ 207）。 牽引機采用履帶式牽引機，特點是對制品的接 觸面積較大，所以能夠進行柔軟而無滑移的牽引，管材受力面均勻，不易產生變形。切割裝置采用圓鋸式切割機，切割長度 6 米。切割機后端設有堆放設備（ 208）。堆放設備自動將切斷的管材碼放規(guī)整。當管材碼放達到一定高度，工人將其堆放入庫。 工藝參數(shù) 工藝參數(shù)一覽表 工藝參數(shù)見表 41。 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計 23 表 41 主要工藝參數(shù) 序號 工序 項目 單位 指標 1 混合 熱混時間 min/鍋 10 2 熱混溫度 ℃ 120 3 冷混時間 min/鍋 10 4 冷混溫度 ℃ 40 5 擠出 加料段溫度 1 ℃ 140 6 熔化段溫度 2 ℃ 150 7 計量段溫度 3 ℃ 160 8 機頭溫度 ℃ 180 9 口模溫度 ℃ 180 10 螺桿轉速 r/min 35 11 定型 定型真空度 MPa 12 冷卻 冷卻水溫度 ℃ 18 13 牽引 牽引速度 m/min 14 切割 切割長度 m 6 工藝參數(shù)選擇依據(jù) （ 1）高混工序 塑料在成為制品前，必須進行混煉，混煉后得到的料，不論其料量多少，都應該在性能上均勻一致。 混合的作用一般是靠擴散、對流、剪切三種作用來完成的。 擴散作用是靠各組分之間濃