【正文】 1 1 概述 目的與意義 PVC 塑料管是以聚氯乙烯樹脂為主要原料，混入各種助劑、填充物等輔助材料，經(jīng)混合、擠出，生產(chǎn)出管材，或經(jīng) 注塑生產(chǎn)管件 。 主要用作房屋建筑的自來水供水系統(tǒng)配管、排水、排氣和排污衛(wèi)生管、地下排水管系統(tǒng)、雨水管以及電線安裝配套用的穿線管等 。 居民紛紛向政府部門投訴，造成一種社會(huì)問題 。 目前自來水輸送、生活污水排放、建筑電線等所用的管大部分是采用硬質(zhì) 聚氯乙烯 管（ PVCU 或 UPVC） 。 通過初步設(shè)計(jì)一條日產(chǎn) 2Km PVC 塑料管擠出生產(chǎn)線，完成設(shè)計(jì)任務(wù)書、設(shè)計(jì)說明書、設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)計(jì)概算書、參考文獻(xiàn)、文獻(xiàn)綜述等內(nèi)容，包括對塑料配方、工藝過程、生產(chǎn)設(shè)備的調(diào)研，生產(chǎn)線的組成、生產(chǎn)線的技術(shù)參數(shù)的確定，生產(chǎn)能力計(jì)算及設(shè)計(jì)圖紙 。 50年代發(fā)展較快，到 60年代已在歐洲、美國、日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的給供水管道中普遍使用 。 塑料管材管件是化學(xué)建材的主要品種，而 PVCU 管材管件則是塑料管的主導(dǎo)產(chǎn)品 。 在國家政策指導(dǎo)下，經(jīng)過多年的應(yīng)用和發(fā)展，已經(jīng)具備了應(yīng)用技術(shù)法規(guī)完整、施工技術(shù)研究深入、產(chǎn)品加工工藝成熟的優(yōu)勢 。 PVCU硬聚氯乙烯管是世界上一些發(fā)達(dá)國家正在大力開發(fā)和應(yīng)用的一種新型化學(xué)材料 。 因此在一些方面用 PVCU硬聚氯乙烯管代替鋼管 ， 可以緩解我國生產(chǎn)建設(shè)中的鋼材緊缺、能源不足的局面 ， 其經(jīng)濟(jì)效益是顯著的 。 這不僅因?yàn)?PVC管道具有上述許多優(yōu)點(diǎn)，而且已經(jīng)具有許多豐富的加工使用經(jīng)驗(yàn) 。 我國給水塑料管材從 20 世紀(jì) 60 年代開始少量應(yīng)用，改革開放后的近 10 年管 材應(yīng)用較快 。 推廣初期重點(diǎn)對 PVC 管道進(jìn)使我國 PVC 管材、管件得到迅猛的發(fā)展 。 根據(jù) 2021年遠(yuǎn)景規(guī)劃預(yù)測： 2021 年全國新建、改建、擴(kuò)建工程中采用塑料管比例為：建筑供水管 85%以上（基本淘汰傳統(tǒng)鑄鐵管），建筑給水、熱水和采暖管道 85%以上，電線護(hù)套管 90%以上，建筑雨水管 80%以上，城市供水管 80%以上，村鎮(zhèn)供水管 85%，市政供水管 50%以上，城市燃?xì)夤埽ㄖ?、低壓管?60%以上，重點(diǎn)發(fā)展的塑料管品種以 PVC 和 PE 管為主，并大力發(fā)展新型復(fù)合管道、改性管品種以 PVC、 PE 管為主，并大力發(fā)展新型復(fù)合、改性塑料管 。 2 國內(nèi)外主要工藝路線 的比較和選擇 目前大多數(shù)生產(chǎn) PVC 管材的企業(yè)都是采用螺桿擠出機(jī)進(jìn)行干法塑化工藝連續(xù)操作 。 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)冷卻凝固，即成管材 。 擠出成型工藝是聚合物加工領(lǐng)域中生產(chǎn)品種最多，變化最多、生產(chǎn)率高、適應(yīng)性強(qiáng)、用途廣泛、產(chǎn)量所占比重最大的成型加工方法 。 目前大多數(shù)生產(chǎn) PVC 管材的企業(yè)都是采用螺桿擠出機(jī)進(jìn)行干法塑化工藝連續(xù)操作 。 PVC 管材的擠出機(jī)可以用單螺桿擠出機(jī)，也可以用雙螺桿擠出機(jī) 。 單螺桿擠出機(jī)特點(diǎn)：，價(jià)格低 。 對聚合物 3 的剪切降解小，但物料在擠出機(jī)中停留時(shí)間長 。 雙螺桿擠出機(jī)： ，價(jià)格高 。 ，擠出速度快，單位產(chǎn)量耗能低 。 而雙螺桿擠出機(jī) 適合粉料加工，它可以直接使用混合好的 PVC料，減少了造粒的工序，但多了廢料的磨粉工序 。 而單螺桿擠出機(jī)一般只用作小型輔助型材生產(chǎn)，擠出速度僅為 1～ 2 米 /分鐘，而且目前國產(chǎn)雙螺桿擠出機(jī)的質(zhì)量已基本達(dá)到進(jìn)口雙螺桿擠出機(jī)的水平，價(jià)格僅為進(jìn)口機(jī)的 1/3～1/5。 綜上所述， 本項(xiàng)目采用錐型異向雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn) PVC 管材 。 這就是助劑加入主要原料中的作用 。 按助劑的不同功能作用分類，常用塑料助劑有 ： 增塑劑、穩(wěn)定劑、抗氧劑、光穩(wěn)定劑、阻然劑、發(fā)泡劑、抗靜電劑、著色劑、潤滑劑、填充料、 交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑等 [ 10]。 ②在高溫條件下不分解變質(zhì)，對機(jī)器設(shè)備無腐蝕作用 。 ④選用毒性小，對環(huán)境污染影響小的助劑 。 適用的熱穩(wěn)定劑有甲基硫醇錫 。 又因?yàn)樗哂锌煽康陌踩裕虼?，其制品可廣泛用于各種食品包裝材料及上水管 。 碳酸鈣除了可以降低成本之外，還可以改善一些性能 。 碳酸鈣中過量水分存在能使 PVC 制品產(chǎn)生氣泡及銀紋，這不僅影響外觀，還降低物理性能 。 潤滑劑 潤滑劑主要是指塑料中能降低熔體粘度或防止聚合物與加工設(shè)備金屬表面粘著而改進(jìn)可加工性的物質(zhì)，它對擠出加工過程是很重要的 。 降低熔化后的熔體粘度以促進(jìn)流動(dòng)，以及防止樹脂與金屬設(shè)備表面的粘著 。 加工助劑 AMS 樹脂是 а 甲基苯乙烯的低結(jié)構(gòu)，泡沫塑料的相對密度小、強(qiáng)度大 。 AMS 無毒、透明，加入 PVC 中可顯著降低熔體黏度、降低能耗、提高制品的光澤度和透明度，加入量為 520 份 。未改性的硬 PVC 有缺口敏感性 [12]。 本設(shè)計(jì)采用 MBS 樹脂 來改性 。 PVC 粉末為一種白色粉末，密度在 ，表觀密度在 cm3 。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB／ T576193《懸浮法通用型聚氯乙烯樹脂檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，懸浮法 PVC 分為 PVCSGl 到 PVCSG8 八 種樹脂，其中數(shù)字越小，聚合度越大，分子量也越大，強(qiáng)度越高，但熔融流動(dòng)越困難，加工也越困難 。 這種樹脂一般要求 K 值為 68 左右，揮發(fā)物 ≤% ，同時(shí)對樹脂的白度及雜質(zhì)含量如黃、黑點(diǎn)及魚眼等也有一定的要求 。 PVCU 管材生產(chǎn)配方 表 2 本設(shè)計(jì) PVCU 管配方 [14]： 原料 名稱 單位（份） 樹脂 PVC（ SG5） 100 增塑劑 鄰苯二甲酸二辛酯 （ DOP） 2 穩(wěn)定劑 甲基硫醇錫 2 潤滑劑 石蠟 加工助 劑 а 甲基苯乙烯 （ AMS） 10 填料 偶聯(lián)劑處理過的輕質(zhì) CaCO3 8 顏料 鈦白粉 2 增白劑 Uvitex OB 抗沖劑 甲基丙烯酸甲酯（ MBS） 5 5 PVCU 管材 生產(chǎn)工藝流程概述 生產(chǎn)工藝 把成型 PVC 塑料管 原料按配方要求分別計(jì)量，然后 分別用高速熱混機(jī)低速冷混機(jī)摻混在一起攪拌均勻， 過篩后 投入到 雙螺桿 擠出機(jī)內(nèi)，原料塑化呈熔融態(tài)，從成型模具中擠出成型 管 坯，再 將管 狀 由定徑機(jī)定徑，以 達(dá)到工藝要求的 PVC 管 直徑和厚度，經(jīng) 水冷箱 定型后 切割成所需長度 ，即 得 擠出 成型 PVC 管 [1517]。 6 工藝流程 框 圖 圖 1 工藝流程框圖 PVC 管材生產(chǎn)工藝流程可分為三個(gè)過程： 1) 成型料準(zhǔn)備過程，包括配方、混合（高速和低速）、過篩或者造粒 。 塑化完全后，塑化料被定量擠出 。 6 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo) 我國采用 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)的對應(yīng)技術(shù)文件，結(jié)合國內(nèi) PVCU 管材的發(fā)展情況和質(zhì)量水平，制定了符合我國國情并 向國際標(biāo)準(zhǔn)靠攏的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 。 表 3 項(xiàng)目 國家標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目 國家標(biāo)準(zhǔn) 化工用硬 聚氯乙 烯 管材 GB/T42191996 建筑排水用硬 聚氯乙烯 管材 GB/ 給水用硬 聚氯乙 烯 管材 GB/6 埋地排污、廢水用硬 聚氯乙烯 管材 GB/ 低壓輸水灌溉用薄壁硬 聚氯乙烯 管材 GB/T1366492 農(nóng)用硬 聚氯乙烯管材 JB/T512591 對于飲水用壓力管件，其衛(wèi)生指標(biāo)也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)可依 。 試驗(yàn)方法按 GB9644規(guī)定 。 試驗(yàn)方法按 GB9644 測定 。 試驗(yàn)方法按 GB9644 測定 。 試驗(yàn)方法按 GB9644 測定 。 試驗(yàn)方法為：在管件的管壁上切取 原料及助劑 高速混合 過篩 低速攪拌 擠出 口模定徑 冷卻定型 牽引 切割 捆扎包裝 成品 7 試樣，按 GB4615 規(guī)定測定 。 除以上所列內(nèi)容外，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17219— 1998 對飲水用管件也有較為嚴(yán)格的要求 。 7 主要設(shè)備的工藝計(jì)算 生產(chǎn)線產(chǎn)能 計(jì)算 生產(chǎn)線的生產(chǎn)規(guī)模是日產(chǎn) 2Km 聚氯乙烯塑料管 ，此次生產(chǎn)的 PVC 管產(chǎn)品規(guī)格為Φ 75～ 200 mm，取Φ 200mm 管徑為計(jì)算值，則壁厚為 ， 密度在 之間， 2KmPVC 管的體積為（ ） 2021 = m3 ，則 每天生產(chǎn)的成品 PVC 塑料管質(zhì)量大概為 1400 = ， 按每日工作 24 小時(shí)，其每小時(shí) 成品 生產(chǎn)能力約 。 原始數(shù)據(jù) （一）聚合聚生產(chǎn)能力： 日產(chǎn) 2kmPVC 塑料管材 （二） 年工作時(shí)間的確定（年工作小時(shí)數(shù)） ： 年工作日 =365104 雙休日 10 固定假日 30 停工檢修 10 臨時(shí)故障 = 211d 機(jī)頭清理、換過濾網(wǎng)時(shí)間 1 次 /6 天， 8h/次 每年工作小時(shí)數(shù) = (211 24)(211/6) 8 = 4783h 年實(shí)際生產(chǎn)日 = 4783/24 = 199d （三） PVC 管材合格率 % （四）產(chǎn)品規(guī)格 Φ 75～ 200mm （五） 損耗系數(shù)的確定 ： 根據(jù)塑料手冊資料和有關(guān)相應(yīng)生產(chǎn)單位的實(shí)際生產(chǎn)損耗確定其物料損耗數(shù)據(jù)如表 4 和表 5 所示 。 表 6 每天 物料在各工序中的進(jìn)出料量情況進(jìn)行衡算 工序 輸入 (kg) 輸出 (kg) 物料 小計(jì) 物料 損失 小計(jì) 原料處理及輸送 混合 擠出成型 后處理 日輸入和輸出物料量 生產(chǎn) 成品 合格成品 物料衡算流程圖： 總加工損耗物料輸出物料輸入物料 ?? 11438 11335 11312 11267 11233 圖 2 物料階段損耗量 配料 混合 成型 后處理 9 8 主要 設(shè)備選型 及 臺(tái)數(shù)計(jì)算 原料的配混 PVC 管材的原輔料大多是固體粉料 (只有少量助劑是液態(tài) )，因此 PVC 管材成型料是通過物料間對流作用和剪切作用進(jìn)行混合制備的 。 混合機(jī) 結(jié)構(gòu)及工作方法 高速熱混合機(jī)的混合原理主要是 ： 混合物物料受到高速攪拌，在離心力作用下，由混合室底部沿測壁上升，至一定高度時(shí)落下，落下后被離心力再次甩向側(cè)壁，如此循環(huán)不停地運(yùn)動(dòng)，達(dá)到均勻混合和使塑料部分塑化吸附和包覆助劑，有利于后期加 工[2021]。 此設(shè)備即稱冷卻混合機(jī) 。 冷卻混合機(jī)主要由鍋體和攪拌裝置組成 。立式冷卻混合機(jī)內(nèi)有的還有一個(gè)冷卻水環(huán)，可以和鍋體連接，也可以與鍋蓋連接，鍋體冷卻和冷卻水環(huán)冷卻組成了冷卻混合機(jī)的冷卻系統(tǒng) 。 混合機(jī) 選型 查表得配料表觀密度為 ??? 日生產(chǎn)時(shí)數(shù) 量日進(jìn)入高速混合機(jī)物料每小時(shí)設(shè)計(jì)產(chǎn)量 10 設(shè)每批的混合操作時(shí)間為 小時(shí) ????? 配料表觀密度 操作周期每小時(shí)設(shè)計(jì)產(chǎn)量每批混合物料量 表 7 張家港萬科機(jī)械制造 SHR高速混合機(jī) 參數(shù) 型號 總?cè)莘e 有效容積 電機(jī)功率 主軸功率（ rpm） 外形 尺寸 (mm) SHR— 200A 200 150 39/51 475/950 24008501580 SHR— 300A 300 225 49/65 475/950 280010801680 表 8 常州市凱瑞恩機(jī)械有限公司 HJ高速混合機(jī) 參數(shù) 型號 總?cè)莘e /L 產(chǎn)量 /(kg/h) 電動(dòng)機(jī)功率（ kw） 外形尺寸（ mm） HJ200 200 150 3545 1685 650 1600