【正文】 大部分混合物的表觀密度繼續(xù)增加。當(dāng)物料在高速熱混機(jī)中達(dá)到設(shè)定溫度時物料通過排料口及管道卸入冷混機(jī)中進(jìn)行冷卻混合，當(dāng)混合料溫度達(dá)到 40℃以下時，將物料通過卸料口 及管道送入貯料倉或裝入袋內(nèi)。高速熱混機(jī)主體部分是一個密閉的不銹鋼制成的圓筒式容器，夾套可用蒸汽或電加熱。 擠出成型用聚氯乙烯干粉混合料的制備，是 將各種原材料按配方要求經(jīng)正確計算和準(zhǔn)確稱量后，加入高速混合機(jī)內(nèi)進(jìn)行熱混合 ,達(dá)到規(guī)定溫度和時間后放入冷混合機(jī)內(nèi)進(jìn)行冷卻，配制成均勻松散，不結(jié)塊，易流動的粉狀混合物，可供下道工序雙螺桿擠出機(jī)直接擠出成型的原料。 剪切作用是利用剪切力促使物料組分均一的過程。對流需借助外力的作用。 擴(kuò)散作用是靠各組分之間濃度差的推動，構(gòu)成各組分的微粒由濃度大的區(qū)域遷移到濃度較小的區(qū)域，從而達(dá)到組成的均一。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 23 表 41 主要工藝參數(shù) 序號 工序 項(xiàng)目 單位 指標(biāo) 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(jī)頭溫度 ℃ 180 9 口模溫度 ℃ 180 10 螺桿轉(zhuǎn)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(jìn)行混煉，混煉后得到的料，不論其料量多少，都應(yīng)該在性能上均勻一致。當(dāng)管材碼放達(dá)到一定高度，工人將其堆放入庫。切割機(jī)后端設(shè)有堆放設(shè)備（ 208）。 牽引機(jī)采用履帶式牽引機(jī)，特點(diǎn)是對制品的接 觸面積較大，所以能夠進(jìn)行柔軟而無滑移的牽引，管材受力面均勻，不易產(chǎn)生變形。冷卻工序采用冷卻水冷卻，特點(diǎn)是生產(chǎn)成本低。 定型冷卻工序的順序是先定型，再冷卻。 擠出工序： 由干混料料倉（ 117）送來的 PVC 混料進(jìn)入擠出機(jī)料斗（ 202），通過螺旋輸送 器，送入擠出機(jī)（ 203）。混合均勻的干混料，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。 物料先進(jìn)入高速熱混合機(jī)（ 114），混合溫度 120℃，混合時間為 5～10 分鐘。電子稱量秤上設(shè)有脈沖過濾器。各種助劑在螺旋輸送器（ 105）作用下，用電子秤自動稱量（ 111）。各種助劑由加料袋加入到加料罐中，加料罐中設(shè)有料位計，實(shí)現(xiàn)自動控制。料倉 上的單向閥，使 PVC粉料只能單方向地從料倉 向旋轉(zhuǎn)閥方向移動。通過閘板閥，再經(jīng)料倉 負(fù)壓輸送與各種助劑混合。料倉上端有脈沖過濾器和負(fù)壓安全閥。加料罐底部有軟管，它可以把加入過多的料量送回加料罐。將需擴(kuò)口的管端在烘箱中加熱軟化，插入擴(kuò)口機(jī)頭，一次實(shí)現(xiàn)擴(kuò)口，經(jīng)水冷卻即可完成。 其他裝置 為了滿足用戶對管材進(jìn)行承插連接的要求，需將已經(jīng)生產(chǎn)好的 PVC硬管進(jìn)行擴(kuò)口脹大。一般最大管徑可達(dá)1000～ 1600mm。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 20 行星式自動切割機(jī)：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(zhuǎn)，還圍繞 管材公轉(zhuǎn)，其他的工作原理與自動式圓鋸機(jī)一樣。管材切斷后，巨片落下，切割裝置返回原處。這種裝置結(jié)構(gòu)比較簡單。 常用的切割裝置有手提式圓鋸切割機(jī)，自動式圓鋸切割機(jī)、行星式自動切割機(jī)。要求切割尺寸準(zhǔn)確、切口均勻整齊。 本設(shè)計采用履帶式牽引裝置。夾緊塊的夾緊力由壓縮空氣或液壓系統(tǒng)產(chǎn)生，或用絲杠螺母產(chǎn)生。由于滾輪和管子之間是點(diǎn)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。主動輪多為鋼輪，從動輪外面包一層橡膠。 滾輪式牽引裝置有 2～ 5對上下牽引滾輪組成。壓緊力可以調(diào)節(jié)。 牽引裝置一般有膠帶式、滾輪式和履帶式三種。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％。并通過調(diào)節(jié)牽引速度調(diào)節(jié)管材的壁厚，進(jìn)行適當(dāng)?shù)乩臁? 本設(shè)計采用噴 淋水箱進(jìn)行冷卻?？慷◤教滓欢说膰娝纵^密 [14]。 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(jìn)行噴淋冷卻。冷卻槽的長度一般為 ～ 6 米。 冷卻槽通常為 2～ 4 段借以調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度。因此必須繼續(xù)冷卻，排除余熱。所以本設(shè)計采用外徑定型法。定徑套的內(nèi)徑應(yīng)略大于管材外徑的名義尺寸，一般不大于 2mm。用內(nèi)徑定型法所制得的管材內(nèi)壁較為光滑，不管定徑套是外徑套還是內(nèi)徑套，其尺寸目前大 多還憑經(jīng)驗(yàn)確定。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。 外徑定徑法是在管狀物外壁和定徑套內(nèi)壁緊密接觸的情況下進(jìn)行冷卻而實(shí)現(xiàn)的。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。 本設(shè)計選用異向雙螺桿擠出機(jī)。 同向雙螺桿擠出機(jī)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(jī)筒內(nèi)壁的磨損。 若兩根螺桿旋轉(zhuǎn)方向相同 ，則稱為同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)，從外形上看，兩根螺桿完全相同。 雙螺桿擠出機(jī)基本結(jié)構(gòu)和單螺桿擠出機(jī)相似，但雙螺桿和與之配合的料筒構(gòu)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(yīng)外還有類似于齒輪泵的正位移輸特性。 單螺桿擠出機(jī)又分為普通螺桿擠出機(jī)、雙級排氣式螺桿擠出機(jī)和排氣式錐形單螺桿 擠出機(jī)。熔體在機(jī)頭口模處成型后成連續(xù)體被螺桿擠到機(jī)外，經(jīng)冷卻固化，即成管材。螺 桿擠出機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單，價廉物美，生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，成為塑料管材成型加工最重要的設(shè)備 。 因次本設(shè)計采用高速混合機(jī)和冷混機(jī)配合使用。冷卻環(huán)和夾套均可通入循環(huán)冷卻介質(zhì)與物料進(jìn)行熱交換。內(nèi)表面高度拋光，底部為蝶形。將高混機(jī)混好的物料直接排放到冷混機(jī)中，冷卻到 40～ 50℃ ，其自由流動的性能也得到了保證。這幾個料流的混合運(yùn)動使原料間產(chǎn)生一定的摩擦熱、碰撞和推擠，這些交叉運(yùn)動的動作變化使原料間產(chǎn)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(nèi)的各種摻混料得到均勻混合。 高速混合機(jī)工作原理：先向混合機(jī)的混合室外壁空腔內(nèi)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(nèi)；當(dāng)混合室內(nèi)攪拌漿高速旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的槳葉拋向混合室壁，重復(fù)原料的運(yùn)動。 高速混合機(jī)是使用極為廣泛的塑料混合設(shè)備，可用于混色、制取母料、配料機(jī)共混材料的預(yù)混。常用的混和設(shè)備有：螺帶式混合機(jī)、捏合機(jī)、高速混合機(jī)、開煉機(jī)、密煉機(jī)、冷混機(jī)等。 因此本設(shè)計選用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出。 （ 3）雙螺桿擠出機(jī)既可以加工粒料也可以加工粉 料，物料在雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)的停留時間較短，且比單螺桿擠出機(jī)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。相比較而言，雙螺桿擠出機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）雙螺桿加料容易，混合和塑化的效果比單螺桿擠出機(jī)好。 沈陽工業(yè)大學(xué)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(jī)進(jìn)行混合，物料經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出，進(jìn)入冷卻定型設(shè)備進(jìn)行冷卻處理，后使用牽引機(jī)牽引，切割機(jī)切成一定長度后擴(kuò)口，最后進(jìn)行捆扎包裝成為成品。 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(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 13 原材料和成品的質(zhì)量指標(biāo) 原材料的質(zhì)量指標(biāo)： 原材料的質(zhì)量指標(biāo)見表 22 表 22 SG4 樹脂的物化性能 項(xiàng) 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(dǎo)率 /（ S/m）≤ — 10 殘留氯乙烯含量 /（ mg/kg）≤ 8 10 — 成品的質(zhì)量指標(biāo) ： 成品的質(zhì)量指標(biāo)見表 23 表 23 硬聚氯乙烯管材的物理力學(xué)性能 序號 項(xiàng)目 指標(biāo) 1 硬度， HRR ≥ 85 2 拉伸屈服強(qiáng)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(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 14 續(xù)表 23 序號 項(xiàng)目 指標(biāo) 5 維卡軟化點(diǎn) /℃ ≥ 83 6 加熱后狀態(tài) 無氣泡、無裂痕 7 加熱后尺寸變化率 /% 177。 ACR 兼有抗沖擊改性劑和加工改性助劑的特點(diǎn)，所以本設(shè)計選擇 ACR作為抗沖擊改性劑 ,用量 份。 因?yàn)?PVC 屬于一種脆性材料 ,加工流動性越差 ,成型加工越困難。是當(dāng)今用量大也是今后重點(diǎn)發(fā)展的一類抗沖改性劑。 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(jìn)塑化、制品表面光潔美觀。 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。 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 。通常選用氯含量 35%～ 36%的 CPE 作為 PVC 型材沖擊改性劑。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。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。 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。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。遮光劑中最典型的品種是鈦白粉。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。 本設(shè)計選擇活性輕質(zhì) CaCO3，用量 份 。此外，與重質(zhì)碳酸鈣相比，輕質(zhì)碳酸鈣具有一定的補(bǔ)強(qiáng)作用，在硬質(zhì) PVC 中使用超細(xì)碳酸鈣可以改善沖擊強(qiáng)度。碳酸鈣分為重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣。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。 結(jié)合本設(shè)計，潤滑劑選擇聚乙烯蠟，用量 份 。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(dá)到臨界潤滑狀態(tài)即可 [8]。 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(jìn)制品表面的過亮度而添加的一種助劑。 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。由于這個特點(diǎn)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(jìn) 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。它的性能和特點(diǎn)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(dú)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。 稀土穩(wěn)定劑是由我國開發(fā)的獨(dú)特穩(wěn)定劑 ,是一種新型熱穩(wěn)定劑。可以單獨(dú)使用 ,也常與金屬皂類并用。缺點(diǎn)為價格高 ,無潤