每年聚甲醛共混造粒生产线的设计定稿.doc

I 50 摘摘 要要 POM 是当今五大工程塑料之一 具有广阔的市场前景 本设计对 POM 的市场需求和 用途进行了较全面的分析 并详细阐述了 POM 的性能和共混改性的方法 POM 共混造粒 生产线的工艺并不复杂 选择普遍使用的双螺杆挤出造粒的成型方法生产 POM 粒料 通过配方筛选 物料衡算 设备选型 工艺参数控制等过程对整个工艺流程作了较为 详尽的阐述 并从降低成本 提高性能 应用前景等各方面考虑设计了较为合理的 POM 造粒生产配方和留有发展潜力的生产设备 计算其生产车间所需的各种生产设备和总 投资成本 绘制出工艺流程图和生产车间设备平面布置图 对实际投资建设 POM 造粒 生产车间的各个方面具有积极的指导作用 关键词关键词 POM 共混造粒 改性 性能 生产线 工艺设计 Abstract POM is today one of the five major engineering plastics it has broad market prospects The design on the market demand and use of POM for a more comprehensive analysis and detail the performance of the POM and the blend modified approach POM blend granulation production line process is not complicated select the widespread use of the twin screw extrusion granulation method of producing molding POM aggregates through formula selection material balance equipment selection process parameters control the whole process process made more in detail From lower costs improve performance prospects and other aspects to consider a more rational design of POM granulation formulation and left potential production equipment Calculate all the necessary workshop equipment and total investment costs Draw a flow chart and workshop equipment floor plan POM actual investment and construction workshop in all aspects of granulation positive guidance Keywords POM granulation blend modified performance production line process design 1 50 目录目录 摘摘 要要 I ABSTRACT II 第一章第一章 概述概述 1 1 1 聚甲醛简介 1 1 2 聚甲醛的应用和市场现状 1 1 2 1 聚甲醛材料的应用 1 1 2 2 聚甲醛的市场现状 2 1 3 聚甲醛的结构与性能 3 1 3 1 聚甲醛的结构 3 1 3 2 聚甲醛的性能 3 1 4 聚甲醛的改性 7 1 5 聚甲醛共混造粒生产线设计 8 1 5 1 2500t aPOM 的合金化改性生产线简介 8 1 5 2 2500t aPOM 的增韧改性生产线简介 9 1 6 工艺流程叙述 10 1 6 1 成型料的准备 10 1 6 2 挤出成型技术 11 1 6 3 挤出辅机 12 第二章第二章 工艺计算工艺计算 19 2 1 物料衡算 19 2 1 1 计算基准 19 2 1 2 物料衡算 19 2 2 能量衡算 22 2 2 1 电能 22 2 2 2 冷却水 23 2 2 3 耗气量 24 第三章第三章 设备计算设备计算 25 3 1 挤出生产线的设备计算 25 3 2 混合机组的设备计算 25 3 3 筛选设备计算 25 3 4 切粒机的计算 25 3 5 其它设备计算 25 3 6 生产线平面布置图和工艺流程图说明 26 3 6 1 生产工艺要求 26 3 6 2 设备安转 检修 26 第四章第四章 主要技术经济指标主要技术经济指标 28 4 1 主要经济技术指标 28 4 1 1 原料消耗定额 28 4 2 原料的技术参数 28 4 2 1 POM 树脂主要技术指标 28 4 2 2 HDPE 主要技术指标 29 4 2 3 相容剂 PE g MAH 主要技术指标 30 4 2 4 TPU 主要技术指标 30 4 2 5 抗氧剂 300 主要技术指标 31 4 2 6 润滑剂 HSt 主要技术指标 31 第五章第五章 工艺参数工艺参数 33 5 1 配方 33 5 2 工艺控制指标 33 5 2 1 混合 33 5 2 2 共混造粒 33 5 2 3 冷却切粒 34 5 2 4 筛分 34 5 3 设备参数 34 第六章第六章 生产成本估算生产成本估算 38 6 1 固定成本计算 38 6 1 1 设备投资成本 38 6 1 2 车间定员及人员工资 39 6 1 3 车间选址及厂房投资 40 6 2 可变成本计算 40 6 2 1 原料费用计算 40 6 2 2 水电费用计算 41 6 3 生产总成本计算 41 6 3 1 制造费用 41 6 3 2 管理费用 42 6 3 3 销售费用 42 6 3 4 财务费用 43 6 4 利润计算 43 6 4 1 销售收入 43 6 4 2 税金 43 6 4 3 利润 44 6 5 主要经济指标 44 第七章第七章 设备一览表设备一览表 46 第八章第八章 安全防范与环境保护安全防范与环境保护 47 8 1 安全方面 47 8 2 环保方面 47 结束语结束语 48 致致 谢谢 49 参考文献参考文献 50 1 50 第一章第一章 概述概述 1 1 聚甲醛简介 聚甲醛 POM 是一种具有优良综合性能的工程塑料 在整个工程塑料行业中 POM 的年产量仅次于尼龙和聚碳酸酯 成为当今五大工程塑料之一 聚甲醛学名聚氧 亚甲基 英文名称 Acetal resin Polyoxy methylene 简称 POM 是一种高熔点 高密 度 高结晶性的热塑性工程塑料 聚甲醛是一种弱极性线型无分支结构的高分子聚合 物 POM 按其合成方法及分子结构不同 可以分为共聚甲醛和均聚甲醛两种 其化学 结构分别为 共聚甲醛 CH2O n CH2O CH2 CH2 m n m 均聚甲醛 CH2O n 1959 年 美国杜邦公司推出商品名为 Delrin 的均聚甲醛 首先实现工业化生产 1962 年 美国 Celanese 公司推出了名为 Celcon 的共聚甲醛 随后 德国的 Hoechst Celanese 公司在 1963 年 美国 BASF 公司在 1969 年以及宝理公司在 1968 分别推出了 以 Hostaform Ultraform Duracon 为商品名的共聚甲醛 Hoecgst 杜 邦公司是世界上最大的聚甲醛生产公司 其生产能力分别占世界的 28 和 24 旭化 成工业公司于 1972 年和 1987 年分别开始生产均聚甲醛和共聚甲醛 商品名为 Tenac 和 TenacC 它也是唯一能提供第三类聚甲醛 即嵌段共聚甲醛 在含有 活泼氢的功能聚合物 R X mOH 存在下聚合制得 以摩擦 磨耗特性见长 的制造商 三菱瓦斯化学公司也于 1981 年开始了以 Jupital 为名的共聚甲醛的工业化生产 由 于聚甲醛的生产技术难度大 使其生产高度集中在少数生产商手中 并且大多由杜邦 Hoechst Celanese Po1yplastic 等公司掌控 在我国 中国科学院长春应用化学研究所和沈阳化工研究院于 1959 年开始了均聚 甲醛和共聚甲醛研制开发工作 20 世纪 60 年代中期由吉林石井沟联合化工厂和上海溶 剂厂 建成共聚甲醛的实验装置 前者采用釜式淤浆聚合 后者采用板框式本体聚合 目前国内也只有这两家生产共聚甲醛 生产工艺大致相同 均采用三聚甲醛路线 吉 林石井沟联合化工厂的生产能力为 1000 吨 年 上海溶剂厂为 1700 吨 年 但经过 30 多年的发展 技术水平并没有重大突破 与国外公司比差距较大 表现为装置规模 小 物耗能耗高 品级低 牌号少 产品质量不稳定等 1997 年云天化集团公司从波 兰 ZAT 公司引进 1 万吨 年共聚甲醛生产技术 于 2000 年建成 l 万吨 年聚甲醛生产 装置 现在国内聚甲醛总生产能力达到 1 27 万吨 年 1 2 聚甲醛的应用和市场现状 1 2 1 聚甲醛材料的应用 聚甲醛的综合性能十分优良 在汽车工业 机械制造 精密仪器 电器通信设备 化学工业 结构零件 农用机械 家庭用具等领域都得到了广泛的应用 1 汽车工业 聚甲醛在汽车工业中的应用量最大 可用于替代铜 铝 锌等有色 金属制造各种汽车结构件以及传动装置 而且还能取代铸铁件和铜冲压件 用无机填 料改性后的聚甲醛所制造的轴承其性能可以与金属轴承相媲美 此外 聚甲醛还可用 来制造仪表板 汽油泵 汽化器 油泵罩壳等 在汽车发动机燃料油系统 可用于制 造散热器水管阀门 散热器箱盖 冷却液的备用箱 水阀体 燃料油箱盖 水泵叶轮 汽化器壳体 油门踏板等零部件 还可用来制造加热器风扇 控制杆 各式开关 齿 轮外壳 轴承支架 调节器手柄 制动器及洗涤泵等部件 用聚甲醛制作的汽车零件 具有减少润滑点 耐磨 便于维修 简化结构 提高效率 降低成本 节约铜材等良 好效果 例如用聚甲醛代替铜制作汽车上的半轴 行星齿轮垫等 不但节约了铜 而 且提高了使用寿命 据报道 日本每台汽车平均要用 1 2kg 的聚甲醛 汽车工业的消费 量占全部 POM 消费的 28 2 机械设备 由于聚甲醛具有硬度大 耐磨 耐疲劳 冲击强度高 尺寸稳定性 好 有自润滑性等特点 大量用于制造各种齿轮 滚轮 轴承 输送带 弹簧 凸轮 螺栓及各种泵体 壳体 叶轮摩擦轴承座等机械设备的结构零件 经玻纤增强的聚甲 醛还可作为机械结构材料使用 3 电子电器 聚甲醛的介电损耗小 介电强度和绝缘电阻高 具有耐电弧性等性 能 广泛应用于电子电器领域 适于制造电话 收音机 电话机的各种附件以及变换 继电器等 还可以制造电扳手外壳 电动羊毛剪外壳 煤钻外壳和开关手柄 电话 无线电 录音机 录像机 电视机 计算机 传真机的零部件 计时器零件 录音机 磁带座等 4 精密仪器 在钟表制造 照相机以及其他精密仪器的零件中 聚甲醛已被广泛 运用 据报道 瑞士钟表公司已制造除发条和钟摆以外 全部由聚甲醛和聚碳酸酯材 料制成的挂钟 5 其他方面 由于聚甲醛具有自润滑性 耐水腐蚀 耐水垢等特点 使其在建筑 器材方面可用来制作自来水龙头 窗框 洗漱盆 水箱 门帘滑轮 水表壳体和水管 接头等 在农业机械方面 聚甲醛能代替金属材料制作手动喷雾器部件 播种机的连 接与联运部件 挤乳机的活动部件 排罐水泵壳 进出水阀座 接头和套管等 随着聚甲醛材料应用领域的不断开拓以及适应市场的新需要 许多新的聚甲醛改 性品种不断出现 同时随着生产工艺的改善 成本不断降低 其应用领域必将更加广 阔 3 50 1 2 2 聚甲醛的市场现状 世界聚甲醛的生产地主要集中在美国 德国 日本 荷兰等发达国家 这些国家 都建有万吨级的聚甲醛生产装置 1989 年世界聚甲醛生产能力达到 430kt 1995 年全世界的总生产能力 570kt 1997 年为 610kt 2000 年超过 700kt 成为产量仅次于聚酰胺和聚碳酸酯的第三大通用工程 塑料 2001 年世界聚甲醛生产能力为 750kt 其中共聚甲醛占 80 左右 2002 年世界 聚甲醛生产能力为 845kt 到 2006 年 全球聚甲醛年生产能力达 900kt 预计到 2010 年 全球需求量将达到 850kt 聚甲醛的消费量在 20 世纪 90 年代中后期快速发展 世界消费量以 5 一 6 的年 增长率递增 亚太地区的聚甲醛消费居世界首位 占 33 欧洲的聚甲醛需求量占世 界的 30 2001 年世界聚甲醛需求量为 650kt 2002 年为 690kt 预计到 2010 年 总 需求量约为 750kt 中国是世界主要的聚甲醛消费市场 我国聚甲醛的主要消费领域如表 1 1 所示 随着我国电子 家电 汽车 装备制造业的迅速发展 聚甲醛的应用也不断增长 由 于我国聚甲醛生产不能满足需求 国内每年都有大量聚甲醛产品进口 截止 2006 年国 内聚甲醛进出口情况见表 1 2 表 1 1 我国聚甲醛消费领域的分布情况 消费领域电子 家电轻工机械汽车其他 百分比 272316925 表 1 2 近年我国聚甲醛进出口数量统计 单位 万吨 年份1996199719981999200020012002 进口量3 95 758 229 0610 8310 913 6 出口量0 50 80 750 790 910 990 9 杜邦公司和三菱瓦斯化学公司均计划在中国投资建设万吨级聚甲醛生产厂 2003 年初 日本宝理塑料公司 三菱瓦斯化学公司和 Ticona 公司合作投资 1 28 亿美元在 江苏南通市南递经济开发区建设 6kt 年的聚甲醛装置 于 2005 年初建成投产 1 3 聚甲醛的结构与性能 1 3 1 聚甲醛的结构 聚甲醛可分为均聚甲醛和共聚甲醛两种 均聚甲醛两端均为乙酰基 主链由甲醛单元构成的大分子 其化学结构为 CH3COO CH2O n CO CH3 共聚甲醛主链式以 CH2O 链节为主 其间杂以少量 CH2CH2O 或 CH4H8O 链节 端基为甲氧基醚或羟基乙基醚结构的大分子 如分子量调节剂采用丁 缩醛 则相应的端基是丁氧基醚或羟基乙基醚 1 3 2 聚甲醛的性能 均聚甲醛分子链的结构对称性高 有序性强 结晶度高 而共聚甲醛因其分子链 的结构对称性较差 结晶度较低 因此 均聚甲醛的短期力学性能和物理性能 耐热 性能比共聚甲醛好 如较高的拉伸强度 弯曲强度 疲劳强度 冲击强度 刚性 表 面硬度及热变形温度等 但耐蠕变性 热老化性差 成型加工温度范围窄 共聚甲醛 因其分子链上的 CH2CH2O 可以进行脱甲醛反应 所以耐热件比均聚甲醛好 成 型加工温度范围较宽 但其结晶度 熔融温度 力学性能等一般比均聚甲醛低 表 1BI 3 为均聚甲醛和共聚甲醛的性能对比 表 1 3 均聚甲醛与共聚甲醛的主要性能对比 性能均聚甲醛共聚甲醛 密度 g cm3 1 421 41 结晶度 75 8570 75 熔点 175165 吸水率 24h 0 200 22 拉伸强度 MPa7161 伸长率 2560 弯曲强度 MPa10896 弯曲弹性模量 MPa31402550 悬臂梁冲击强度 J m 6863 洛式硬度9480 热变形温度 1 82 MPa 124110 线膨胀系数 10 5K 18 113 长期使用温度 90 100 加工温度范围较窄 10 以内较宽 50 以内 体积电阻率 cm1 3 10138 1012 介电强度 kV mm 2017 耐电弧性 s129240 成型收缩率 1 5 2 52 0 3 0 耐酸碱性较差较好 1 力学性能 拉伸强度和刚性 聚甲醛的比强度可达 50 5MPa 比刚度可达 2650MPa 与金 属材料较为接近 能在许多领域代替钢 锌 铝 铜及铸铁等金属材料 与之相比 在相同条件下的聚酰胺 66 的比强度为 48MPa 比刚度仅为 1100MPa 5 50 聚甲醛的拉伸和弯曲弹性模量虽然随着温度的升高有些降低 但在较宽的温度范 围内仍然保持着良好的刚性 同时 共聚甲醛的刚性随着温度的变化比均聚甲醛要略 大一些 冲击强度 聚甲醛具有良好的冲击强度 特别是耐多次重复冲击 未经过疲 劳冲击试验前 ABS 和 PC 比 POM 的冲击强度高 但经过疲劳冲击后 聚甲醛却比 ABS 和 PC 的冲击强度高得多 但是聚甲醛对缺口较敏感 冲击强度在有缺口与无缺 口时相比 均要下降 90 以上 耐疲劳性 聚甲醛是热塑性材料中耐疲劳性最为优越的品种 特别适用于受外 力反复作用的齿轮类制品和持续振动下的部件 聚甲醛具有良好的耐疲劳性 经上万 次的循环载荷以后 耐疲劳性能依然良好 在交变应力的作用下 即使交变次数达到 107 均聚甲醛也有近 35MPa 的疲劳强度 而聚酰胺 聚碳酸酯经 104次交变载荷作用 后 疲劳强度仅为 28MPa 左右 耐蠕变性 聚甲醛的耐蠕变性与聚酰胺等工程塑料相似 在 23 21MPa 负荷 下 经过 3000h 蠕变值仅为 2 3 而且其蠕变值受温度的影响较小 即使在较高温度 下仍能保持较低的蠕变值 耐摩擦和耐磨耗性 聚甲醛键能大 分子的内聚能高 所以耐磨性好 聚甲醛 的摩擦因数和磨损量均很小 而极限 PV 值又很大 所以适用于长期经受滑动摩擦的部 位 自润滑性能极佳 而且没有噪声 其自润滑特性更为无油环境或容易发生早期断 油的工作环境下摩擦副材料的选择 提供了独特的价值 聚甲醛作为摩擦副材料的一 种较新的选择进入了各个领域 2 热性能 聚甲醛在热水中会产生一定程度的湿热老化 它在热水中的使用寿命比在热空气 中要低 聚甲醛的负荷变形温度较高 均聚甲醛与共聚甲醛相比还要高 些 但均聚 甲醛的热稳定性比共聚甲醛低 这是由于共聚甲醛的分子链中的 C C O 链段较 C O 链段稳定 一般均聚甲醛在 100 下使用 35 周或 12l 下使用 3 个月后 冲击强度即急剧下降 而共聚甲醛可在 114 下连续使用 2000h 或在 138 下使用 100h 其各种性能也不发生明显的变化 而短时间内的使用温度还可高达 160 聚甲醛的耐低温性很好 共聚甲醛的脆化温度达 40 可在 40 120 的范围内 长期使用 3 电性能 聚甲醛的电性能良好 介电损耗小 击穿电压高 绝缘电阻也比较高 几乎不受温度和湿度的影响 聚甲醛的介电常数和介电损耗在很宽频率 102 105 Hz 和温度 20 100 范围内 的变化很小 在很高温度下仍能保持良好的耐电弧性 其中均聚 POM 的耐电弧性也非 常好 在强烈电弧电流下所产生的气体自发火点极高 可达到 376 聚甲醛制品的厚 度对其耐电压性有一定影响 厚度越薄 耐电压性越强 4 化学性能 耐候性 聚甲醛的耐候性不理想 光稳定性和热稳定性较差 长期暴露在紫外 线辐射之下 其力学性能显著下降 表面也会发生粉化 龟裂等现象 从结构上看 POM 是线型聚合物 高度结晶 分子主链为 C O 键 受紫外线影响 C O 键断裂生长自由基 自由基能进一步光解生成甲醛 而甲醛又可以光解形成自由基 这些自由基一旦形成就自动加速 进而迅速影响聚甲醛的整体性能 聚甲醛的光解会 在分子链上形成羟基和羰基 而随着羰基浓度的增加 聚甲醛吸收紫外线的能力增强 引发更多的链断裂 因此 聚甲醛如用于室外 应加入适量紫外线吸收剂或抗氧剂 以提高它的耐候性 耐化学药品性能 即使在高温下 聚甲醛对于一般有机溶剂也表现出相当好的 耐腐蚀性 由于均聚甲醛与共聚甲醛的结构不同 共聚甲醛的耐腐蚀性表现更突出 它能耐强碱性及碱性去垢剂 但均聚和共聚甲醛的共同缺点是不耐强酸和氧化剂 对 于稀酸和弱酸则有一定的抵抗性 通常均聚甲醛在 pH 值为 10 以下的碱溶液中使用是 安全的 均聚甲醛对农药以及汽油 润滑油类有较好的抗腐蚀性 但若在汽油中添加 较多的芳香烃或在润滑油中添加抗氧剂 热稳定剂 清洁剂等 则会大大降低其物理 力学性能 5 加工性能 聚甲醛可以用注射 吹塑 压塑等一般热塑性塑料的成型加工方法 加工 其中以注射成型最为常用 其成型加工性能主要表现为如下几个方面 熔点明显 聚甲醛具有明显的熔点 当温度未达到熔点 长期受热也不会熔融 而当温度一旦达到熔点 便会立即发生相变化 从固态变为熔融状态 流变性 熔融状态下 聚甲醛的熔体呈非牛顿型流体 聚甲醛的熔体强度对温 度的敏感性较小 而对剪切应力的依赖性较大 因而对注塑来说 要增加其流动性 应当主要从增大注射速率 改进模具结构 控制模具温度等来考虑 结晶度高 体积收缩率大 共聚甲醛的结晶度可达 70 一 75 均聚甲醛可达 75 一 80 当熔体冷却过程中 聚合物从无定形状态转变为结晶态时 会产生较大 的体积变化 致使聚甲醛在成型加工时制品容易出现凹孔斑纹 甚至发生变形开裂 为此 在加工厚壁制品时 不仅要控制模具温度以放慢凝固速度 还要进行充分补料 热稳定性差 聚甲醛的热稳定性较差 若成型温度过高 加热时间过长 均会 引起分解 逸出强烈刺激眼睛的甲醛气体 同时 甲醛易氧化成甲酸 又进一步加速 聚甲醛的分解 使制品产生气泡或变色 甚至有可能引起爆炸事故 因此 必须严格 控制成型温度和停留时间 在保证无流动性的前提下 尽量采用较低的成型温度和较 短的停留时间 凝固速度快 聚甲醛的凝固温度在 160 左右 凝固速度大于熔融速度 温度稍 低于溶点时 即生成结晶相而具有一定的表面硬度 所以可以快速脱模 缩短冷却时 7 50 间 由于凝固速度快 在制品表面易产生缺陷 如折皱 斑纹 熔接痕等 对此应采 取相应的措施予以补救 如提高注射速度和模具温度 改进模具结构等 吸水性低 聚甲醛的吸水性较低 约 0 25 左右 制品成型后的尺寸稳定性好 水分的存在对其性能和成型加工影响不大 因此成型前可不做干燥处理 但当颗粒表 面吸附有水分时 从改善制品外观出发 还是应进行预干燥处理 对于成型大面积的 薄壁制品 预干燥还兼有改善制品表面光泽的作用 POM 综合性能优异可概括为 非常高的力学强度和刚性 优异的耐疲劳特性和耐多次冲击性能 优良的自润滑性和耐磨性 好的尺寸稳定性和耐湿性 吸水率很小 好的电性能 介电损耗极小 广泛的使用温度 可在 40 120 内长期使用 好的耐化学药品性 对弱酸 弱碱 大部分有机溶剂 农药及油类具有良好的 抗腐蚀性 1 4 聚甲醛的改性 通过以上介绍可以看出 聚甲醛的综合物理机械性能非常优秀 因此被非常广泛 地应用于各个生产部门 但是聚甲醛也存在某些性能上的缺陷 如成型收缩率较大 使得制品容易变形 不耐紫外线 熔点不很高 在加工中易受热分解 韧性低 缺口 敏感性大 相对密度较大 不透明 不耐酸等 因此 在不少较为苛刻的条件下 仍 然满足不了使用要求 这就是不断对其改性的原因 主要通过物理和机械的方法在聚 甲醛中加入无机或有机物质 或将不同类高分子聚合物与其进行共混 或用化学方法 实现聚甲醛的共聚 接枝 交联 或将上述各种方法联用 并用 以提高其流动性 摩擦磨损性能 刚性 强度 电镀性 介电性 缺口敏感性 提高抗冲击性 以达到 使材料的成本下降 成型加工性能或最终使用性能得到改善 或在电 磁 光 热 声 燃烧等方面被赋予独特功能等效果 聚甲醛常用的改性方法如下 1 化学改性 利用接枝 嵌段等手段在 POM 分子链上引入所需要的链段的方法 在保持聚甲醛其他各项性能均衡的同时 强化或赋予材料特定的某些使用性能 例如 用于汽车工业部件的聚甲醛 往往对其耐候性以及耐紫外线稳定性很高 经过改性的 材料在 600kJ m2 氙灯照射下 颜色改变不超过 2 E 2 物理改性 增韧改性 目前国内外 POM 增韧改性方法主要是共混改性 一般有两种方法 其一是加入弹性体 以提高聚甲醛的韧性 改善其冲击强度 常用的弹性体有 EPDM BR SBR TPUR 热塑性聚氨酯橡胶 丙烯酸酯类弹性体等 其中 TPUR 是 如今公认的最有效的 POM 的弹性体类抗冲击改性剂 另一种增韧方式则为非弹性体增 韧 即选用综合性能优良的韧性或刚性材料与聚甲醛进行掺混 常见的有尼龙或共聚 尼龙等 弹性体对于聚甲醛来说并不是最理想的抗冲击改性剂 因为在其加入后 其 冲击韧性的提高是以其他力学性能的下降为代价的 所以 人们为了不损害其他力学 性能的同时又能提高韧性 采用共混非弹性体的材料具有很好的效果 增强填充改性 填充改性就是在塑料成型加工过程中加入无机填料或有机填料 使塑料制品的原料成本降低达到增量目的 或使塑料制品的性能有明显改变 即在牺 牲某些方面性能的同时 使人们所希望的另一些方面的性能得到明显提高 一般使用 的是在树脂中添加无机物如玻璃微珠 滑石粉 云母 碳酸钙 玻纤 钛酸钾 碳纤 维等来进行增强填充改性 以提高聚合物的强度 刚性和热变形温度 并降低成本 其他改性 主要是针对聚甲醛的耐磨 阻燃 耐候性等性能的改善 POM 摩擦 系数较大 在许多传导零部件中的应用受到一定限制 国内外采取多种改性方式 开 发出 POM 自润滑复合材料 目前 POM 自润滑材料开发已成为 FOM 改性研究方向之 一 POM 比较易燃烧 国外开发出多种牌号的 POM 阻燃剂和阻燃 POM 产品 国内目 前在此方面起步较晚 国内研究表明 最适合制备阻燃 POM 的阻燃剂为三聚氰胺 聚 磷酸铵和季戊四醇双磷酸酯三聚氰铵盐等 阻燃 POM 可以通过挤出造粒工艺生产 其 工艺条件与普通 POM 相同 也可以采用注射 吹塑 模压等成型工艺进行成型 聚甲 醛的光稳定性和热稳定性较差 导致材料的力学性能迅速下降 失去使用价值 限制 了其在诸多方面的应用 因此改善聚甲醛耐候性具有重要的意义 1 5 聚甲醛共混造粒生产线设计 1 5 1 2500t aPOM 的合金化改性生产线简介 POM HDPE 共混改性工艺与配方设计 1 配方 树脂 POM 70 HDPE 30 相容剂 PE g MAH 10 2 工艺 配料 混合 挤出 冷却 切粒 筛分 包装 按配方设计比例称量各种原料 投入高速混合机中混合 在 80 100 下搅拌 10 15min 使物料分散均匀 置于螺杆挤出机中共混挤出 冷却 切粒 干燥 成型 挤出机料筒各区段温度分别为后部 155 165 中部 165 175 前部 175 185 9 50 螺杆转速 200 240r min POM 合金化的目的是希望得到综合性能优异的工程塑料 PE 具有较好的韧性和 加工成型性 POM LDPE 共混 可以提高 POM 的产品的尺寸稳定性 抗冲击强度 可制造刚柔结合的合金材料 用于仪表传动部件和自润滑制品 POM HDPE 合金的特点 流动性得以改善 在 POM 加入一定比例的 HDPE 使其加工流动性有较大提高 改善了 POM 的加工性能 密度有所下降 POM HDPE 合金的密度比纯 POM 小 10 左右 POM HDPE 的耐候性较 POM 好 POM 与 HDPE 的相容性很差 完全不相容 加入马来酸酐接枝 PE 作为相容剂 使 HDPE 颗粒细化 均匀分散在 POM 基体中 促使 POM 与 HDPE 两相的相容性得到 明显改善 POM HDPE 共混体系 随相容剂用量的增加 其缺口冲击强度随之上升 超过 10 后 共混体系的冲击强度则随之有下降趋势 相关性能 拉伸强度为 38 42MPa 缺口冲击强度 10 12kJ m2 1 5 2 2500t aPOM 的增韧改性生产线简介 POM TPU 增韧改性工艺与配方设计 1 配方 POM 80 TPU 20 相容剂 PE g MAH 10 抗氧剂 300 0 3 润滑剂 HSt 0 4 2 工艺 配料 混合 挤出 冷却 切粒 筛分 包装 按配方设计份数称混合 投进高速混合机内在 80 90 下搅拌 5 10min 使物料 分散均匀 在双螺杆挤出机熔融挤出 挤出机 L D 比在 20 28 螺杆的压缩比 进料 口面积与出料口面积之比 为 2 5 1 3 5 1 压缩段 均化段都较长 均化段的槽 深比一般挤出机螺杆浅一些 挤出机料筒温度控制为 送料段 140 160 熔融段 160 175 计量段 175 185 机头温度 175 185 口模温度 180 185 螺杆 转速 140 180 r min POM 是高密度 高结晶性的线性聚合物 具有耐磨 坚硬 耐疲劳 易加工和制 品尺寸稳定等性能 但是 POM 脆性大 抗冲击性能差 限制了 POM 制品的应用范围 热塑性弹性体则具有优良的韧性 与 POM 共混有一定的相容性 为了更好地改善 POM TPU 共混体系的界面张力 两相间的黏结力 提高两者的相容性 添加 PE g MAH 相容剂是必要的 增韧 POM 的特性 弹性体增韧 POM 的显著特点是使 POM 的低温韧性得到大幅度提高 选择合适的 弹性体用量 可制造出既有一定刚性又具有一定韧性的改性 POM 其次是由于弹性体的 加入 使得共混体流动性与 POM 比 有不同程度的下降 在加工过程中可采用适当提 高温度或添加润滑剂等办法解决 POM TPU 共混体系的抗冲击强度随 TPU 量的增加而增大 而拉伸强度 弹性 模量及模型收缩率随 TPU 的增加而下降 相关性能 拉伸强度 34 5 35 9MPa 弯曲强度 40 3 42 2MPa 弯曲模量 1400 1500 MPa 断裂伸长率 400 410 Izod 冲击强度 172 188J m 1 6 工艺流程叙述 POM 共混造粒生产线流程基本上如下图所示 牵引辅机 POM 树脂及助剂高速搅拌混合低速搅拌混合挤出成型 冷却定型切割筛分产品检验 包装入库 图 1 1POM 共混造粒工艺流程图 1 6 1 成型料的准备 POM 共混造粒所用的成型料并不是单一的 POM 树脂 为了改进粒料的加工性能 改善粒料的使用性能和降低成本 根据生产配方的需要加入不同的助剂 如相容剂 润滑剂 抗氧剂等 所以成型料是以 POM 树脂为主的混合料 一般称之为干混料 成型料的准备过程是根据已选定的配方 还原 辅料进行必要的预处理 计量 输送及混合 混合是将原辅料各组分相互分散以获得均匀物料的过程 原辅料相互间混合后的 均匀程度将直接影响粒料质量 因此混合是 POM 共混造粒制造过程中的一个关键环节 1 原料的预处理 由于原辅料在生产和装运过程中可能混入一些机械杂质 为了粒料生产安全 保 证产品质量 需要进行过筛和磁吸处理 除去杂质 11 50 2 原辅料的计量 按照确定的配方将原辅料精确计量 虽然原料是袋装或桶装 一般有规定的重量 也必须复称 并保证各组分的称量误差应控制在 1 以内 3 原辅料的混合 POM 共混造粒的原辅料大多是固体粉料 只有少量助剂是液态 因此 POM 共混 造粒成型料是通过物料间对流作用和剪切作用进行混合制备的 目前绝大部分企业都 是采用高速混合机将原辅料进行混合 再用低速冷混机将混合好的物料进行冷却 物料混合质量是否达到了预定的要求 即生产中混合过程终点如何判断是混合操 作中的重要指标 混合终点的测定 理论上可通过取样进行分析 但在工厂实际生产 过程中 混合终点一般是以时间控制的 这个控制时间大多是靠经验而定 因此物料 混合的均匀度不大可能十分精确 这就要求配方中采用的各种原辅料密度和细度尽可 能很接近 原辅料混合工艺中物料的输送是根据生产规模和设备来布置 可选用风送 螺旋 输送器或人工接袋输送等 而本设计是要设计 5000 吨 年的 POM 共混造粒生产车间 就规模来说属于中小型车间 物料输送并不会要求时间间隔紧密 因此选用小型的螺 旋上料机作为物料输送设备 1 6 2 挤出成型技术 生产 POM 粒料的挤出机螺杆设计都有三个区段 加料段 送料段 熔化段 压 缩段 计量段 均化段 此三段所起的作用不同 加料段是把料斗来的固体塑料升 温到它的软化点 并将它送到熔化段 只是一个升温和输送过程 塑料仍是固体状态 熔化段一般在螺杆中部 塑料在这段中除受热和前移外 同时粒状固体逐渐压实和熔 化为连续状的熔体 还将包在料内的空气向送料段排出 塑料在这段是由固态逐渐转 化为熔融状态 计量段是螺杆的最后一段 熔体在这段中进一步均匀塑化 并使料流 定量 定压由机头流道均匀挤出 所以又称均化段 挤出机螺杆的三个区段 即三段 相对应的组成了三个功能区 固体输送 物料 塑化区 熔体输送 要使挤出机的这三个功能区段相吻合 必需选择适当的配方 适 当的料筒温度与螺杆温度及适当的螺杆转速 如果工艺条件选择不适当 就会破坏三 个功能区的分布 造成产量降低或塑化不良 总之 在挤出机实际生产中 根据配方 螺杆转速及各段控制温度等 已达到塑化和挤出量的最佳效果 根据要求要符合 5000 吨 年的 POM 共混造粒生产线的条件 从必需的年产量 生 产能力 等各方面进行考虑 本设计选择南京诚盟机械有限公司 SHJ 65A 型的同向平 行双螺杆挤出机作为挤出设备最为合理 表 1 5 部分可用于共混造粒的双螺杆挤出机主要参数 设备型号螺杆直径螺杆长径比螺杆转速主电机功率生产能力 ModelD mm L DN r min P KW Q kg h SHJ 26 26 28 56 6005 5 7 5 10 30 SHJ 36 36 28 56 60015 18 5 30 80 SHJ 50 52 28 56 50045 55 80 250 SHJ 60 60 28 56 400 50055 150 300 SHJ 65 62 28 56 400 50055 75 200 350 SHJ 65A 62 28 56 400 500 600 75 90 300 450 1 6 3 挤出辅机 共混造粒挤出辅机一般由拉丝冷却水槽 牵引辊 切粒机 干燥器 振动筛等组 成 1 拉丝冷却水槽 水槽从下游进冷却水 上游出水 一条水槽只需一台水泵作为动力带动水循环 2 牵引辊 牵引辊不需要动力 只起导向作用 靠切粒机拉动丝条向前运动 3 切粒机 本设计选择东莞市南城和兴机械厂 HX 200 型切粒机 该机型性能优越 结构合理 外型美观大方 全不锈钢制造外加消音罩降低噪音 整机封闭性好 不漏料 机器运转 平稳 噪音低 部件拆卸方便 维修率低 产量高 32 片硬质合金滚刀 具有超强的耐 磨性 进口聚氨酯材质的牵引辊 拉力强 耐磨性高 拉料稳定 加强型双滚珠进口 轴承 使用寿命长 增强尼龙从动齿轮 低噪音 高耐磨 无须润滑 本机型适用于 各类工程塑料的冷拉条式切粒 表 1 6 用于共混造粒的切粒机主要参数 4 振动筛 本设计选用新乡市人从众振动机械厂的 3DZSF520 型直线振动筛 直线振动筛利 用振动电机激振作为振动源 使物料在筛网上被抛起 同时向前作直线运动 物料从 型号 产量 kg h 切粒条数 条 颗粒长度 mm 转刀 尺寸 数量 电机功 率 kw 机器重 量 kg 外型尺寸 mm HX 200 300 50 0 20 30 3 200 200 32 刀 5200600 650 1400 13 50 给料机均匀地进入筛分机的进料口 通过多层筛网产生数种规格的筛上物 筛下物 分别从各自的出口排出 具有耗能低 产量高 结构简单 易维修 全封闭结构 无 粉尘溢散 自动排料 更适合于流水线作业 表 1 7 部分可用于共混造粒的振动筛主要参数 型号 筛面尺寸 mm 筛 面 层 数 网孔 尺寸 目 in 处理量 t h 振次 Min 双振幅 mm 电机功 率 kw 振动方 向角 外型尺寸 长 宽 高 mm 3DZSF520500 20003 2 20 0 0 03 5 1450 4 6 2 0 4452195 806 1050 19 50 第二章第二章 工艺计算工艺计算 2 1 物料衡算 2 1 1 计算基准 年工作日的确定 年工作小时 1 年工作日 365 7 法定假日 358 天 2 设备大修 25 天 年 600 小时 3 特殊情况停车 15 天 年 360 小时 4 机头清洗 换过滤网 1 次 6 天 8 小时 次 358 天 25 天 15 天 1 6 次 天 8 小时 次 424 小时 5 实际开车时间 365 天 7 天 25 天 15 天 17 7 天 300 3 天 300 天 300 天 24 7200 小时 设备利用系数 K 实际开车时间 年工作时间 7200 8592 0 84 2 1 2 物料衡算 1 混合工段 确定各岗位物料损失率 经过经验数据 由于工人操作不慎以及设备残留等因素 使物料有一定的损失 首先 列表如下 表 2 1 捏合工段物料损耗系数一览表 筛选输送 工序 自然扫地 高速混合低速混合输送 损耗率 0 20 30 10 10 2 合计损耗率 0 50 10 10 2 总损耗 0 9 物料平衡计算 进入本工序的物料量 出料量 1 本工序的损失率 进入输送的物料量 950 1 0 2 951 9kg 半成品混合料 1 吨其中有加入回收料 5 则 1000 1 5 950kg 进入低速混合的物料量 951 9kg 1 0 1 952 9kg 进入高速混合的物料量 952 9kg 1 0 1 953 9kg 进入筛选输送的物料量 953 9kg 1 0 5 958 7kg 混合工段物料平衡表 表 2 2 混合工段物料平衡表 输入输出 工序 物料 kg回收 kg小计 kg物料 kg损失 kg小计 kg 筛选输送 958 7958 7953 94 8958 7 高速混合 953 9953 9952 91 0953 9 低速混合 952 9952 9951 91 0952 9 输送 951 9951 99501 9951 9 半成品 95050100010001000 合计 10001000 2 挤出造粒工段物料衡算 挤出造粒工段损耗率 表 2 3 挤出造粒工段损耗率 工序自然损耗扫地下脚料一次成品 百分率 0 10 45 594 物料平衡计算 混合料需求量 5000 吨 年 94 5319 吨 年 自然损耗占 5319 0 1 5 32 吨 扫地料占 5319 0 4 21 28 吨 下脚料占 5319 5 5 292 55 吨 下脚料回收破碎量 292 55 1 5 277 92 吨 混合料中需加放的回收料量 5319 50 1000 265 95 吨 回收率 265 95 292 55 100 90 9 挤出造粒工段物料平衡表 表 2 4 挤出成型工段物料平衡表 工序物料输送自然损耗量扫地料下脚料成品 物料量 T53195 3221 28292 555000 3 物料中各组分的需要量 表 2 5 物料中各组分的需要量 2500 吨产品消耗原材料 生产线原料名称 配料份 数 百分率 每吨产品消耗 定额 kg 每年消耗 量 t 每天消耗 量 t 每小时消 耗量 kg POM POM7063 64636 415915 303220 96 21 50 HDPE3027 27272 7681 82 27394 71HDPE PE g MAH109 0990 9227 20 75731 54 POM8072 27722 71806 756 02250 83 TPU2018 07180 7451 751 5162 92 PE g MAH109 0390 3225 750 7531 3 3000 30 272 76 750 020 83 POM TPU HSt0 40 363 69 00 031 25 4 根据衡算 计算出实际每年需求量及日需要量和每小时需要量 根据物料衡算 混合料年需要量为 5319 吨 计算出每年需要配好的粉料量为 5366 9 吨 即 5319 1 0 9 5366 9t 考虑到回收 则新料量 总物料量 回收量 5366 9 265 95 5100 95t 根据计算结果画出物料衡算流程图 3060 1t a 5318 58t a 292 55t a 5000t a 制品 损失 26 6t a 下脚料回收破碎 265 95t a 挤出造粒 损失 26 03t a 图 2 1 物料衡算流程图 表 2 6 原料消耗综合表 消耗量 生产 线 原料名称配料份数 百分率 每吨产品 消耗定额 kg 每年 t 每天 t 每时 kg 用途 POM POM7063 64636 415915 303220 96 树脂 5100 95t a 5329 33t a5340 07t a5334 7t a 筛选输送 低速混合 26 83t a 损失5 37t a 损失 高速混合 10 73t a 损失 输送 5 37t a 损失 HDPE3027 27272 7681 82 27394 71 改性剂 HDPE PE g MAH109 0990 9227 20 75731 54 相容剂 POM8072 27722 71806 756 02250 83 树脂 TPU2018 07180 7451 751 5162 92 改性剂 PE g MAH109 0390 3225 750 7531 3 相容剂 3000 30 272 76 750 020 83 润滑剂 POM TPU HSt0 40 363 69 00 031 25 抗氧剂 2 2 能量衡算 2 2 1 电能 查得 SHJ 65A 平行双螺杆挤出机的生产能力 300 450kg h 则需生产线条数 5319 7200 0 45 1 6 则选择两条生产线满足生产要求 电机功率 75kW 耗电量 75 7200 2 1080000 kW h 1 破碎机 两条生产线全年需要破碎下脚料为 292 55 吨 只需一台破碎机 选用 SWP 210 型 破碎机 破碎量力 80 120kg h 功率为 4kW 则全年的使用时间为 292 55 1000 120 2437 92h 消耗功率 2437 92 4 9751 68 kW h 2 混合机组 因为车间共有两条生产线 每条生产线连续生产 每条生产线需要一台混合机组 选用 SHRL 200 500 型高速加热 冷却混合机组 热混机 有效容积 150L 混合时间 10min 则一次最大混合量 150 1 3 195kg 5340 07 1000 195 6 4564 2h 两台混合设备的消耗功率 4564 2 42 2 383392 8kW 冷混机 每锅使用时间 8min 总使用时间 5334 7 0 195 8 60 3647 7h 则两台设备总消耗功率 3647 7 11 2 80249 4 kWh 23 50 3 切粒机 选用 HX 200 生产能力 300 500kg h 功率 5 kW 两条生产线各需一台切粒机 耗电量 5 7200 2 72000 kWh 4 振动筛 选用 3DZSF520 生产能力 0 03 5t h 功率 2 0 4kW 两条生产线各需一台振动筛 耗电量 2 0 4 7200 2 11520 kWh 5 照明设备 车间照明设备 30 盏 功率 0 4kW 使用时间取最大值 5000 小时 则耗电量为 0 4 30 5000 60000kWh 6 冷水机耗电量 选用冷机功率为 33 2kW 根据年使用时间 7200h 则总的耗电量为 7200 33 2 2 478080kWh 7 冷却水泵 选用冷却水泵功率为 2kW 年总