聚苯乙烯泡沫板挤塑设计毕业论文说明书.doc

洛阳理工学院毕业设计（论文） i 聚苯乙烯泡沫板材的生产车间工艺设计 摘 要 聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯树脂为主体，加入发泡剂等添加剂制成，它 是目前使用最多的一种缓冲材料。本说明书主要设计了 ps 泡沫塑料板材挤出生 产工艺。 本文是通过对 ps 材料性质的了解和分析，利用 ps 的各种优良性能，对生产 量为 10000 吨/年的 ps 挤出塑料地板成型工艺的设计。详细叙述了各个阶段的设 计，包括：聚苯乙烯的发展形势及应用、挤出成型工艺概述、选料与配方设计、 生产工艺流程的确定、物料衡算与热量衡算、设备选型与计算、车间管理与 生产组织等。并且对挤出机等型号的设备进行了明确的计算，对挤出机常见的故 障做出了解释。计算了工艺过程中物料衡算和热量衡算。另外对废料的处理提出 了解决方案，最后对车间管理和生产组织、工程经济概算进行了规划。 关键词：ps，挤出成型，工艺流程，设计，车间管理。 洛阳理工学院毕业设计（论文） ii ps foam plastics sheet materials production workshop technological design abstract polystyrene foamed plastic is the polystyrene as the main body, join foaming agent additive is made, it is the use of a kind of most buffer material. this instruction booklet mainly designed the ps foam plastics sheet material to squeeze out the technique of production. this article is the understanding of the material properties and ps analysis, the use of the excellent properties of ps opposite production is 10000 tons/year ps extrusion plastic floor molding process design. details of each stage design, including: the determination of the production process, material calculation and heat balance calculations, equipment selection and calculation, waste post-processing, workshop management and organization of production, etc. and the extruder and type of equipment on the clear calculation and injection molding machine common fault explained why. the calculation process of material balance calculations and heat balance calculations. in addition to waste treatment made solutions, finally to workshop management and organization of production, engineering economy to design the budget estimates. keyword: ps squeezes out the formation, the technical process, the design, the shop management. 洛阳理工学院毕业设计（论文） iii 目 录 前 言.1 第 1 章 聚苯乙烯.3 1.1 ps 的发展形势及应用.3 1.1.1 ps 及其板材简介.3 1.1.2 ps 的加工特性及现状.4 1.1.3 ps 的应用及性质.5 第 2 章 挤出成型工艺概述.6 2.1 挤出成型概述.6 2.2 挤出成型工艺的特点.7 2.3 挤出制品的用途.8 第 3 章 选料与配方设计.9 3.1 原料的选择.9 3.2 混料知识与工艺原理.9 3.3 造粒工艺流程.11 第 4 章 挤出成型工艺流程.13 4.1 挤出成型原理.13 4.2 挤出成型的生产工艺过程.13 4.3 挤出成型的工艺参数.13 第 5 章 物料衡算与热量衡算.16 5.1 物料衡算.16 5.2 热量衡算.17 第 6 章 设备选型及计算.19 6.1 设备选择总原则.19 6.1.1 原则及要求 .19 6.1.2 选择步骤 .19 6.2 挤出机的相关情况.20 6.2.1 挤出机的分类.20 6.2.2 挤出机螺杆 .21 洛阳理工学院毕业设计（论文） iv 6.3 计算.23 第 7 章 车间管理与生产组织.25 7.1 车间管理.25 7.2 生产组织.26 第 8 章工程经济概算.29 8.1 编制概算的意义和原则.29 8.2 编制和修正 .29 结 论.33 谢 辞.34 参考文献.35 外文资料翻译.36 英译汉.45 洛阳理工学院毕业设计（论文） 0 前 言 挤出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一。大部分热塑性塑料都能用此 法进行加工。用挤出成型生产出来的产品广泛应用于人民生活以及农业，建筑业, 石油化工机械制造,国防等工业部门。挤出成型在挤出机上进行，挤出机是塑料成 型加工机械的重要机台之一。 发泡 ps 由于质量轻、吸音、吸震、易成型等优点，而被广泛用作包装、保 温等材料，尤其是一次性餐饮具具有卫生、保温、防浸泡、外观整洁、价廉、使 用性能好等特点，应用非常广泛，产品与品种迅速发展，适合我国大众的消费水 平。 聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯树脂为主体，加入发泡剂等添加剂制成，它 是目前使用最多的一种缓冲材料。它具有闭孔结构，吸水性小，有优良的抗水性； 密度小，一般为 0.0150.03；密度小，一般为 0.0150.03；机械强度好，缓 冲性能优异;加工性好，易于模塑成型；着色性好，温度适应性强，抗放射性优异 等优点。但燃烧时会放出污染环境的苯乙烯气体。 聚苯乙烯泡沫塑料广泛用于 各种精密仪器、仪表、家用电器等的缓冲包装，也可用其直接制成杯、盘、盒等 包装容器来包装物品。 但这些包装物大多数是一次性使用的，这不但造成资源浪费，而且会产生环 境污染。世界各国制定的包装废弃物管理法规，其目的就在于采取多种措施，对 包装废弃物进行处理，重点突出回收再生和再利用，促使生产、使用、回收、处 理、再生与利用制度化、技术化、清洁化，建立起包装的生产消费回收再 生产利用的循环经济体系，节省及合理利用包装资源，塑料包装废弃物的回收 利用已成为塑料工业发展的重要战略，越来越受到世界的瞩目。 目前，ps 泡沫塑料的回收利用不仅是一个技术问题、经济问题、而且是一个 社会工程问题。这有利于生态环境的保护，有利于节约地球资源，有利于保护人 和牲畜的健康，有利于发扬中华民族的优良传统，有利于经济持续发展，有利于 开辟再就业工程的新途径。搞好回收利用是具有远见卓识的举措，完全符合时代 的客观要求，顺应了当今世界呼吁共同治理全球生态环境的大潮，随着时间的推 移，这项工作其意义将更加深远重。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 1 第 1 章 聚苯乙烯 1.1 ps 的发展形势及应用 1.1.1 ps 及其板材简介 聚苯乙烯是指由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物，通常的聚 苯乙烯为非晶态无规聚合物，具有优良的绝热、绝缘和透明性，长期使用温 度 070，但脆，低温易开裂。 聚苯乙烯（ps）包括普通聚苯乙烯，发泡聚苯乙烯（eps)，高抗冲聚苯 乙烯（hips）及间规聚苯乙烯（sps） 。 普通聚苯乙烯树脂为无毒，无臭，无色的透明颗粒，似玻璃状脆性材料， 其制品具有极高的透明度，透光率可达 90%以上，电绝缘性能好，易着色， 加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。不足之处在于性脆，冲击强度 低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。属无定形高分子聚合物，聚 苯乙烯大分子链的侧基为苯环，大体积侧基为苯环的无规排列决定了聚苯乙 烯的物理化学性质，如透明度高.刚度大.玻璃化温度高，性脆等。 可发性聚苯乙烯为在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成，加 工过程中受热发泡，专用于制作泡沫塑料产品。 高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯为分散相，提高了 材料的冲击强度，但产品不透明。 间规聚苯乙烯为间同结构，采用茂金属催化剂生产，是近年来发展的聚 苯乙烯新品种，性能好，属于工程塑料。 ps 挤出板材是以可发性聚苯乙烯为主要原料，经挤出成型而制成的一 种热塑性塑料板材。ps 板材具有较好的力学性能和耐化学性能，透明度较 高。广泛用于建筑墙体,屋面保温，复合板保温， 冷库、空调、车辆、船 舶的保温隔热，地板采暖，装潢雕刻等用途非常广泛。 常规 ps 板材厂家 生产出来的 hips 板材，正面都是有光泽的，背面是亚光的，但一但加热吸 塑成型，正面光泽会消失。我公司采用特殊配方和先进的技术设备，可以让 ps 板材在经过吸塑成型后，表面仍然具有光亮感，就象 pvc 板材一样。而 洛阳理工学院毕业设计（论文） 2 这种工艺生产出的板材环保性高，非常适合做食品的托盘和内托。 哑光 ps 板材也是采用特殊的配方生产，不但成卷的板材据有磨砂效果， 在吸塑成型后，仍具有较强的哑光效果，可用于高档吸塑包装上。 1.1.2 ps 的加工特性及现状 1.ps 的熔融温度与分解温度相差较大，成型温度范围宽，熔体黏度底，黏度 对剪切速率和温度的变化都很敏感，尤其对剪切速率更为敏感，是成型加工性能 良好的塑料品种之一。 2.ps 的吸水率很低，只有 0.05%，所以一般粒料的加工可不必预先干燥。但 是，为了降低制件的表面粗糙度，可于成型前在 6080的条件下干燥 2 小时左 右。 3.ps 的比热较小。因此，在成型时能很快被加热塑化，塑化效率高，冷却 速度也较快，成型周期短。 4.ps 为非结晶型聚合物，其成型收缩率较小，通常为 0.4% 0.7% 5.由于 ps 分子链的刚性较大、质脆，故其成型时的最大问题是制品容易产 生内应力。因此，在聚苯乙烯的成型过程中，应注意控制工艺条件，做好模具设 计。 现状：1、中国国产产品性能和质量较差，不能满足市场的要求中国聚苯乙 烯产品的质量和性能较差，除外资及合资企业产品外，国内厂商的产品多数不能 满足电子行业等用户对产品性能和质量的要求，难以进入这个庞大的市场。在聚 苯乙烯需求量最大的电子/电器行业中，进口产品占绝对优势，国产树脂只有少量 应用，而且只能用于低档产品。 2、装置规模偏小，缺乏竞争力。小装置不但产品质量不能和先进的大型生 产装置相比，而且生产成本也较高，在市场竞争中处于劣势。 3、原料供应不足，装置开工率低与聚苯乙烯生产的高速发展不相适应的是， 其原料苯乙烯生产发展相对较慢，聚苯乙烯装置的原料来源受到限制，开工率受 到影响。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 3 1.1.3 ps 的应用及性质 (polystyrene，简称 ps)是一种无色透明的热塑性塑料。具有高于 100 摄氏度 的玻璃转化温度，因此经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器， 以及一次性泡沫饭盒等。 化学性质：聚苯乙烯的化学稳定性比较差，可以被多种有机溶剂溶解，会被 强酸强碱腐蚀，不抗油脂，在受到紫外光照射后易变色。 物理性质：聚苯乙烯质地硬而脆，无色透明，可以和多种染料混合产生不同 的颜色。 密度 1050 kg/m 电导率 () 10-16 s/m 导热率 0.08 w/(mk) 杨氏弹性模量 (e) 3000-3600 mpa 拉伸强度 (t) 4660 mpa 玻璃转变温度 95 c 熔点 240 c 热膨胀系数 () 8 10-5 /k 吸水率 (astm) 0.030.1 制品对这方面的要求应用时要在原料中添加助剂或采用共混的方法来改善这 方面的性能。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 4 第 2 章 挤出成型工艺概述 2.1 挤出成型概述 挤出成型又称挤出模塑或挤塑，挤压。挤出在热塑性塑料加工领域中，是一 种变化多、用途广、在塑料加工中占很大比例的加工方法。有由挤出成型的产品 都是横截面一定的连续材料，如管、板、丝、薄膜电线电缆的涂覆等。挤出在热 固性塑料加工中是很有限的。 挤出过程可分为两个阶段：第一阶段是使固态塑料塑化（即变成粘性流体） 并在加压下使其通过特殊形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体；第 二阶段是用适当的方法使挤出的连续体失去塑性状态而变为固体，即得所需制 品。 按照塑料塑化的方式不同，挤出工艺可分为干法和湿法两种。干法的塑化 是靠加热将塑料变成熔体，塑化和加压可在同一个设备内进行。其定型处理仅 为简单的冷却。湿法的塑化是用溶剂将塑料充分软化，因此塑化和加压须分为 两个独立的过程，而且定型处理必须采用较麻烦的溶剂脱除，同时还得考虑溶 剂的回收。湿法挤出虽在塑化均匀和避免塑料过度受热方面存有优点，但基于 上述缺点，它的适用范围仅限于硝酸纤维素和少数醋酸纤维素塑料的挤出。 挤出过程中，随着对塑料加压方式的不同，可将挤出工艺分为连续和间歇 两种。前一种所用设备为螺杆挤出机，后一种为柱塞式挤出机。螺杆挤出机又 分为单螺杆和多螺杆挤出机的区别，但使用较多的是单螺杆挤出机。用螺杆挤 出机进行挤出时，装入料斗的塑料，借转动的螺杆进入加料筒中（湿法挤出不 需加热） ，由于料筒的外加热及塑料本身和塑料与设备间的剪切摩擦热，使塑 料融化而呈现流动状态。与此用时，塑料还受螺杆的搅拌而均匀分散，并不断 前进。最后，塑料在口模处被螺杆挤到机外而形成连续体，经冷却凝固，即成 产品。 柱塞式挤出机的主要部件是一个料筒和一个由液压操纵的柱塞。操作时， 先将一批已经塑化好的塑料放在料筒内，而后借柱塞的压力将塑料挤出口模外， 料筒内塑料挤完后，即应退出柱塞以便进行下一次操作。柱塞式挤出机的最大 优点是能给予塑料以较大的压力，而它的明显缺点则是操作的不连续性，而且 洛阳理工学院毕业设计（论文） 5 物料还要预先塑化，因而应用也比较少，只有在挤压聚四氟乙烯塑料等当面尚 有应用。 由上所述，塑料的挤出，绝大多数是热塑性塑料。此外，在设备方面，又以 单螺杆挤出机应用广泛，而双螺杆挤出机在聚氯乙烯加工和配料上也日益显得重 要。 2.2 挤出成型工艺的特点 1. 设备成本低，制造容易，投资少，见效快，占地面积小，生产环境清洁。 2. 可实现连续化、自动化生产。生产操作简单，工艺控制容易，生产效率 高，产品质量稳定。 3. 可以根据产品的不同要求，改变产品的断面形状。该工艺能制造管材、 板材、型材、薄膜、板材、棒材、单丝等。 。 4. 生产的连续操作，特别适合生产较长尺寸的制品。其生产率的提高比其 他成型方法快。 5.应用范围广。只要改变螺杆和辅机，就能适用于多种塑料和多种工艺过程。 6.可以进行综合性生产。挤出机与压延机配合，可以压延薄膜；挤出机与压 机配合，可以生产各种压制制件。 可见，挤出成型在塑料加工中占有相当重要的地位，并且伴随着塑料工业的 迅速发展，还将具有更广泛的应用前景。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 6 2.3 挤出制品的用途 挤出成型可以加工部分热固性塑料和绝大部分热塑性塑料以及弹性体。 挤出制品除有薄膜、管材、板材、 片材、型材、棒材等型材；还有横截 面不是规则图形的异型材，主要包括全塑料异型材和塑料材料和非塑料材料复 合而得额复合异型材两种；具有质轻、耐腐蚀、承载性能好、装饰性强、安装 方便等优良的使用性能。它们广泛应用于建筑、电器、家具、交通运输、土木、 水利、日用品等领域。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 7 第 3 章 选料与配方设计 3.1 原料的选择 ps 泡沫塑料板材的挤出成型的原料：用可发性聚苯乙烯珠粒为主要原料， 适当加入柠檬酸、碳酸氢钠等成核剂，原料混合过程中再加入液态石蜡、硅油、 邻苯二甲酸二甲酯等油状物质，或加入淀粉、硬脂酸盐类等粉状物质及其他辅 助料组成的原料配方。板 材挤出成型用料配方见表 3-1 表 3-1 ps 泡沫塑料板材配方 物料名称质量份物料名称质量份 可发性聚苯乙烯珠粒 （eps） 100 碳酸氢钠（成核剂）0.30.6 柠檬酸（成核剂）0.30.6硬脂酸钙 (润滑剂)0.1 3.2 混料知识与工艺原理 原料的准备首先是根据制品已确定的塑料配方进行必要的预处理，计量及输 送等过程。然后进行混料。混料系统中有三个相对独立的子系统：称量系统、混 料系统、输送系统。 干混料的制备工艺流程： 倒料称量热混过筛入库 1. 倒料 倒料必须保证安全和规范，防止纸削和线头，刀片等进入储蓄罐中，对包 装上有杂质，脏污的必须清理干净后再进行倒料，做好收尘物的处理与记录，防 洛阳理工学院毕业设计（论文） 8 止对原料质量造成波动。当然，上面所说的情况都是在保证原料是合格的前提下 进行的。 2.称量 称量的精度和程序是体现配方的高品质，只有严格执行混料工艺才能保证 混料的质量，正常情况下采用自动称量方式进行生产。先确定生产所需要的配方， 在配方电脑上调入配方并传输到主机，在主机上打开并检查，确认是生产所需的 配方，检查称量配方中的称量内容、罐号、称量重量（各组分、名称及总量） ， 称量顺序，精度设定，混料配方中的混料步骤后方可开机生产。 3. 热混 所用设备是高速混合机，此种混合设备适用于固态混合和固液混合，更适用 于配置粉料。它主要用于 ps 等各种树脂与其他物料的均匀混合。 该设备主要由圆筒混合室和一个混合室内的搅拌装置组成，搅拌桨叶是按 需要不同可有一到三级，分别装置在同一转动轴的不同高度上，电动机带动皮带 将动力转送到主轴上，工作时物料受到高速搅拌，由于离心力的作用，物料被抛 到混合室内壁，又落到桨叶中心，接着又被抛起，如此循环不停的运动。由于叶 轮转速很高物料运动产生较强的剪切作用和较多的热量，这些作用促进了各组分 的均匀分布和对液态添加剂的吸收。 我们选用的混合机是依靠物料摩擦热进行混合，混合室内有可以垂直调整 高度的分流板，可以不断的改变物料的流动方向，更有利于物料的分散均匀，高 速混合机的混合效率高，通过一次混合时间只需 69 分钟，热混合过程中物料发 生的形态变化有：压实、均化、排湿、预凝胶化，它们需要一定的时间完成，混 合时间的延长有助于稳定剂及其他添加剂更加均匀的扩散到树脂中，以进一步提 高物料稳定性和均化程度。据经验，物料在高速混合机中混合时间至少在 200420s 之间才能得到质量均化流动性高的干混料。 4.过筛 热混过后的混合料中含有块状物料及塑料皮，为了保证原料的均一性，必 须混合料进行过筛，震荡筛和旋转筛都可以很好的将杂质分离出来。 5. 入库 由于干混料的制备是间歇性分批操作，而每批物料都有差异，它将会影响 基础工艺及产品的质量，如冷却结束后 45的干混料与干混料库内室温状态下的 洛阳理工学院毕业设计（论文） 9 干料在表现也和流动性能各方面都有差异，为了保证和提高干混料的均一性，混 合料入库后应放置 12h。使物料相互扩散，以利用混合料的均一，减少挤出时的 波动，但如果放置的时间过长，混合料表面吸收空气中的水分，对制品光泽度和 颜色都会产生影响。一般混合料储存不易超过一周。另外，产品的质量和性质除 与配方的优良有关外，还取决于众多组分的混合质量，配方后的 ps 物料进行混 合的目的不仅仅是达到各组分分散均一，同时也须物料的各组分通过剪切力的作 用，在一定的温度下相互渗透，并在形态变化状态下相互结合，是使 ps 材料的 原始流动性发生明显的变化。因此，混料设备是 ps 材料成型加工的第一道关键 环节。 所以，混料工艺必须从应用、存料、倒料、原料称量、报表确认、调入配 方、混合、储存均化及输送等各环节加以控制生产出优质的混合物料，才能保证 下一步的顺利实施。 3.3 造粒工艺流程 聚合物的造粒工艺是制品生产中的一个中间过程，有造粒法生产的树脂、专 用粒、改性粒、改性料、着色料也可以作为产品。造粒的方法有很多种，挤出造 粒由于产品质量稳定、自动化水平高、生产效率高成为常用的方法。造粒工艺是 将树脂及各种助剂经计算、混合和塑炼制成便于成型的密实的球体、圆柱体形、 立方体型颗粒的操作过程。 挤出造粒工艺流程如图 3-1： 树脂 助剂 称量 混合挤出切粒粒料 图 3-1 造粒成型工艺 挤出造粒操作连续、密闭、杂质滤出容易、产量高、劳动强度小、环境洁净、 噪音小，但塑炼质量不如炼片方式那样易控制。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 10 第 4 章 挤出成型工艺流程 4.1 挤出成型原理 挤出成型又称基础模型成型。是指把粉末状或粒状物料由料斗加入到挤出机 的机筒内，物料在螺杆旋转的挤压推动作用下，通过机筒内壁和螺杆表面的摩擦 作用向前输送和压实，通过机筒外部的加热装置和摩擦预热，在高温、高压条件 下熔融塑化。然后，连续转动的螺杆再把熔融物料推入机头模具，从机头模具挤 出的熔融物料经冷却定型成为所需的塑料制品。 可将挤出过程分为两个阶段： 1是使固态塑料塑化，既使其变成黏流态并在加压的情况下使其通过特殊 形状的口模而成为截面与口模形状相同的连续体。 2.是采用适当的冷却方法使挤出的连续体失去塑性而变成固态，即所需制品。 4.2 挤出成型的生产工艺过程 挤出成型的工艺过程包括： 聚合物熔融成型定型冷却牵引切割堆放 挤出机成型生产线的组成：完成一种挤出产品的生产线通常由主机、辅机组 成，这些部分称为挤出机组。 主机： 一台挤出机由以下三部分组成：挤压系统、转动系统、加热冷却系 统。 辅机： 挤出机的组成是根据制品的种类而定的，一般辅机由下列几部分组 成：机头、定型装置、冷却系统、牵引装置、冲床装置、堆放装置。 控制系统： 挤出机的控制系统主要电器仪表和执行机构组成，其主要作用 是控制主机、辅机的驱动电机，使其操作的转速和功率正常，并保证主机和辅机 的温度、压力、流量和制品的质量，实现全机组的自动控制。 4.3 挤出成型的工艺参数 挤出工艺控制包括成型温度、挤出速度、牵引速度、螺杆转速等方面的控制。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 11 1 温度的控制 挤出成型温度是促进成型物料塑化和塑料熔体的流动的必要条件，它直接影 响着物料在整个加工过程的流变状态，对塑料的塑化和异型材的产量、质量均具 有十分重要的意义。 在整个加工过程中，物料要实现由玻璃态到高弹态再到粘流态的转变，各段 温度控制也不尽相同。 下面就筒区、螺杆、连接体、模头温度一一介绍。 （1）筒区温度装置 如何设置好筒温的温度，必须对我们的螺杆在挤出成型过程中的功能有一个 了解。筒区可分为三个区：加料区、压缩区、计量区。 挤出机中机筒的加热是为了使机筒受热达到一定的温度，机筒的冷却是为了 使有一定温度的高温机筒把温度降下来。在挤出机挤塑塑料生产过程中，机筒上 有加热和冷却装置的交替工作，则使机筒工作时温度恒定在一个挤出塑料塑化需 要的工艺温度范围内，这样就保证了挤出机正常挤塑制品成型生产的顺利进行。 （2）螺杆温度 由于螺杆之间间隙很小，而使得在螺杆之间产生的摩擦热较大，为了保证物 料不发生分解，故温度设置较低，一般在 120140。 （3）模具温度 模具温度是保持稳定成型的重要条件之一，为了防止由于模温与熔差的温差 而造成型翘曲的现象，所以模温设置应与熔体温度一致，一般在 190210。 另外。模具温度受到型材的几何形状的影响，复杂的形状，由于型腔的表面积较 大，会阻碍物料的流动，故有时需要较高的模温来提高熔体的流动性能。 2转速控制 转速控制包括进料螺杆、挤出螺杆转速牵引速度的控制。 工艺要求： （1）使物料挤出成型使具有必要的成型压力； （2）达到预期的生产能力。 螺杆转速设置： （3）根据挤出机模具的实际生产能力来设置挤出螺杆的转速，在额定产能 洛阳理工学院毕业设计（论文） 12 下，一般挤出机螺杆的设定在最大转速的 80%较适合。 （4）在设置好螺杆转速的前提下，根据所需的熔融压力、电机负荷设置进 料螺杆转速。 （5）牵引机速度根据挤出机与模具的产能及型材比重来确定。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 13 第 5 章 物料衡算与热量衡算 5.1 物料衡算 1. 物料衡算指的是利用质量守衡定律对物料进行前后操作后物料的总量与产 物及物料损失状况的计算方法，即进入设备用于生产的物料的总量恒等于产物和 物料损失的量。物料衡算直接与生产经济效益相关。 2. 物料衡算应在已知产品规格和产量的前提下进行所需原辅材料量、废品量 及消耗量的计算。 3. 物料衡算的意义在于以下几点： (1) 实际动力消耗量； (2) 生产过程中所需热量或冷量； (3) 为设备选型、决定规格、台数、产量等提供依据； (4) 在拟订原料的消耗定额基础上，进一步计算日消耗量、时消耗量，所需 设备提供必要的基础数据。 4. 物料衡算的方法 由已知数据.根据下列公式进行物料衡算； g1=g2+g3 g1：进入设备的物料量总和； g2：离开设备的正品量和次品量总和； g3：加工过程中物料损失量的总和。 确定年生产时间 5. 年工作日的选取 (1) 年工作时间 365-26（法定节假日）=339 天 (2) 设备检修 24 天/年 (3) 特殊情况停车 15 天/年 (4) 实际开车时间 365-26-24-15=300 天 6. 相关物料计算 有关定额、合格率、废品率、消耗率、分解率、回收率等。 在任何一产品加工中合格率都不是 100%，由于设备原因，因材料原因及人 洛阳理工学院毕业设计（论文） 14 为原因都可能造成废品的出现，加工不同的产品出现废品的几率有差异。经过调 查研究后发现，ps 泡沫塑料板材的合格率为 85%95%，自然损耗率为 0.1% 0.15%，主要是储存、运输、加工前的损耗。 已知要生产年生产量为 10000t 的 ps 泡沫塑料板材，确定合格率为 90%，自 然损耗为 0.1%。 本次设计的是年产量 10000t 的 ps 泡沫塑料板材，下列为其物料衡算： 年需要物料量 m1=合格产品/合格率=10000t/90%11111.11t 年车间料量 m2=m1(1+0.1%)=11111.11t 1.00111122.22t 自然损耗量 m3=m20.1%=11122.22t 0.1%=11.22t 废品量 m4=m1-10000=11111.11-10000=1111.11t 每小时车间处理料量=年车间料量/年生产时间 m5=11122.22t/300/241545/h 7. 列表：表 5-1 车间生产效率： 表 5-1 车间生产效率 合格率90%合格产品10000t 废品率10%废品1111.11t 自然损耗率0.1%自然损耗量11.22t 回收率90%回收量1000t 年需要新料量 11122.22t 年需要物料量 11111.11t 进机料量 11122.22t 小时车间处理量1545kg 5.2 热量衡算 主要针对成型加工过程和冷却传热问题，在工艺设计中至关重要。 1. 热量衡算的意义 确定成型加工必需的热量机电加热或冷却功率，计算电功耗依据；设备选型 依据。 2. 热量衡算的类型 (1) 单元设备 当各个单元设备之间没有热量交换时，只对个别设备计算。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 15 (2) 整个过程 各个工序或单元操作均有热量交换，则作全过程衡算。 3. 热量衡算的基本原则 遵循能量守衡定律，即热力学第一定律是热量衡算理论依据。当不考虑机器 散热，摩擦剪切生热问题时。加热器放出热量应该等于物料所吸收的热量。即满 足热平衡方程式： q0=q1 洛阳理工学院毕业设计（论文） 16 第 6 章 设备选型及计算 工艺流程设计是塑料车间设计的核心，而设备选型及计算，则是工艺流程设 计的重要部分。因为工艺流程的先进与否，往往取决于所用设备是否先进。设备 直接影响生产能力，产品质量，原料及各种消耗等。 在物料衡算和热量衡算基础上进行设备选型及计算。以确定车间内生产设备 的类型，规格尺寸和台数，并为经济核算和工艺布置提供条件。 6.1 设备选择总原则 6.1.1 原则及要求 1.原则： 设备选型的原则，应从技术，经济和我国具体情况等方面考虑。设备的选择 原则如下： （1）技术先进、经济合理（总原则） （2）设备的可靠性 2.要求： （1）按照产品规格完成生产任务，确保生产质量； （2）按工艺流程购置生产所需设备； （3）为进行成本核算提供依据； （4）若成套设备有定型产品，则购置成套设备，没有成套设备，则选择主机， 而对辅机进行工艺设计。 6.1.2 选择步骤 1.明确生产方法，选定生产工艺流程； 2.根据生产方法确定加工设备类别； 3.根据产品规格初步设备规格； 4.根据物料衡算数据中小时车间处理量，选择车间生产所需设备台数； 5.以热量衡算计算所得的数据校核设备加热功率，至少相等。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 17 6.2 挤出机的相关情况 挤出机是挤出成型生产线的主机，它的作用是塑化、输送物料并提供制品所 需的压力。挤出成型有以下优点：生产过程是连续的，生产效率高；应用范围广， 可以生产管材、棒材、板材电缆、异型材等；投资小，收获快。挤出机作为加工 聚合物的主要设备而存在，在许多国家和我国机械工业中已成为系列化，规格化 的一系列机械产品。具有很多种类，它们的使用范围，性能指标由有关参数表达。 6.2.1 挤出机的分类 挤出机的分类如下：按螺杆数目多少可主要分为单、双螺杆挤出机；按是否 排气可分为排气和非排气挤出机；按螺杆的位置可分为立式和卧式挤出机。我国 国标 gbt12783-91 规定了中国橡胶塑料成型机械号的同一编制方法：类别编号， 组成编号，辅助编号，规格代号，设计代号，前三个代号是最基本的代号，具体 方法举例如下： 1sj-45： s 为塑料，j 为挤出机，45 为螺杆直径 d，长径比为 20：1（规 格参数，标准规定，挤出机长径比为 20：1，可以不标注） 。 2sjf-6030： s 为塑料，j 为挤出机，f 为发泡（品种代号） ，65 为螺杆直 径，螺杆的长径比为 30：1。 挤出机一般由挤出机、机头、口模、辅机等几部分组成。挤出机有基础装置 （螺杆和料筒） ，传动装置和加热冷却等几部分组成。 板材挤出主要用的是单螺杆挤出机，单螺杆挤出机的主要参数有： （1）螺杆直径：指螺杆外圆直径，用 d 表示，单位 mm，它可以表征挤出机 挤出量的大小，是挤出机的重要参数。 （2）螺杆长径比： 指螺杆的工作部分长度，即有螺纹部分长度（工艺上将 其定义为加料口中心线到螺纹末端的长度）与螺杆直径之比，用 l/d 表示。 （3）螺杆转速范围：指螺杆转动时最高转速与最低转速范围，用 n 表示螺 杆转速，单位为转分(rmin) （4）主螺杆的驱动电机功率：指驱动螺杆转动的电动机功率，用 p 表示， 单位 kw。 (5)机筒加热功率及机筒加热段数： 机筒加热功率指机筒加热电功率，用 e 洛阳理工学院毕业设计（论文） 18 表示，单位 kw。机筒加热段数指机筒分为几段加热，即温度控制的段数，用 b 表示。 （6）挤出机生产率：指挤出机单位时间的生产能力，用 q 表示，单位 kg/h。 （7）机器中心高： 指螺杆中心线到地面的高度，用 h 表示，单位 mm。 （8）机器外形尺寸：指总长总宽总高， 用 lwh 表示，单位 mm。 （9）机器的质量： 用 w 表示，单位吨或千克。 图 6-1 单螺杆示意图 6.2.2 挤出机螺杆 1螺杆 螺杆是挤出机的关键部件。通过它的转动，料筒内的塑料才能发 生移动，得到增压和部分的热量。螺杆的几何参数，如直径、长径比、各段长度 比例及螺槽深度等，对螺杆的工作特性均有重大影响，因此，将螺杆的基本参数 和其作用简介如下。 （1）螺杆的直径和长径比 螺杆直径是螺杆基本参数之一。它是根据所制 制品的形状大小及需要的生产率所决定的。因此，挤出机大小的规格常用螺杆的 外径来表示。另外，螺杆的其他参数如长度、螺槽深度螺棱宽度等，其尺寸均与 直径有关，而且大多用它们与直径之比来表示。 表征螺杆特性的另一重要参数时螺杆的有效长度与其直径之比，即长径比。 如果把螺杆仅看成为输送物料的一种手段，则螺杆的长径比是决定螺杆体积容量 的主要因素；另外，长径比会影响热量从料筒壁传给物料的速率，这反过来影响 由剪切所产生的热量、能量输入以及功率与挤出量之比。因此，增大长径比可使 洛阳理工学院毕业设计（论文） 19 塑料塑化更均匀，可提高螺杆转速以及增大挤出量。目前，螺杆有增大长径比的 趋势，但过长会给制造和装配带来一些困难。长径比一半在 25 左右居多。 （2）螺杆各段的功能 根据塑料在螺杆上运转的情况可分为：加料、压缩 和计量三个段这种通用螺杆有时成为标准螺杆或计量型螺杆，它是螺纹角为 17.6 度、螺距等于直径的螺杆。各段的功能是不同的。 加料段是塑料入口向前延伸的一段距离，其长度为 6d。这段中，塑料依然 是固体状态。这段螺杆的主要功能是从加料斗取物料传送给压缩短，同时使物料 受热，由于物料的密度低，螺槽做得很深，加料段的螺槽深度（h1）为 0.12d.另 外，为使物料有最好的运输条件，要求减少物料与螺杆的摩擦而增大物料与料筒 的切向摩擦，为此，可在料筒与塑料接触的表面开设纵向沟槽；提高螺杆表面光 洁度，并在螺杆中心通冷却水。 压缩段是螺杆中部的一段。塑料在这段中，除受热和前移外，即由粒状固体 逐渐压实并软化为连续的熔体。同时还将夹带的空气向加料段排出。为适应这一 变化，通常使这一段螺槽深度逐渐减小，直至计量段的螺槽深度（h2） 。这样， 既有利于制品的质量，也有利于无聊的升温和融化。对于这种等螺距螺杆，压缩 比可用 h1/h2 表示，其值为 2，它取决于所加工塑料的种类、进料时的聚集状态 和挤出制品的形状。 计量段是螺杆的最后一段，其长度为 7d。这段的功能是使熔体进一步塑化 均匀，并使料流定量，定压由机头和口膜的流道挤出，所以这段称为计量段。这 段螺槽的深度比较浅，其深度为 0.06d。 （3)螺杆上的螺旋角和螺棱宽度（e） 螺旋角的大小与物料的形状有关。从 螺杆的制造考虑，通常以螺距等于直径的最易加工，这时螺旋角等于 17.6 度，而 且对产率的影响不大，螺杆的螺旋方向一般为右旋，螺棱的宽度为 0.1d，但在螺 槽的底部则较宽，其根部应用圆弧过度。 2口模 此次设计选用衣架式口模。衣架式口模是将直支管式口模与鱼尾形 口模的优点结合在一起构成的，这样改进了聚合物在口模内的流动分布均匀性。 这种口模的分配腔是由两根直径递减的圆管（即支管）与两块三角形平板间的狭 缝构成像衣架的通道.从挤出机送来的柱塞状流体，通过两根支管的分流和三角形 的“中高效应”而分布呈片状熔体流，再经过扼流棒和模唇的调节作用，挤出物的 流速更加均匀。最后经冷却即得板材。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 20 6.3 计算 设备计算的主要任务是：年生产 10000t，年生产时间为 300d，拟定产品合格 率为 90%，选择设备规格型号，确定实际生产台数，并为购置设备及车间生产布 置提供依据。 （1）由物料衡算和热量衡算的计算，得知： 年需要物料总量： 1000090%=11111.11t 每小时车间处理物料量：1