pvc硬质管材2.doc

硬PVC管材作为PVC重要制品之一，因其低廉的价格和优良的性能，有着广泛的应用。目前主要用于农业灌溉，工业领域液体、气体的输送，建筑方面的各种排水以及电力和通讯电缆及光缆的各种护套管等。 2003年，我国PVC管材生产能力已达250万吨以上，生产线1600余条，年产量已达120多万吨。由于管材产品质量的好坏与所用设备有很大关系，而国内管材生产设备的品质和配置参差不齐，因此对硬PVC管材生产设备进行较全面地分析介绍，供大家参考。一、 原辅材料初混设备硬PVC管材的原辅材料大多是固体（只有少量助剂是液态），因此PVC管材成型的干混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。（一）高速混合机高速混合机不仅兼用于润性及非润性物料，而且更适用于配置粉料。在硬质PVC制品生产中，它是制备聚氯乙烯干混料使用最广泛、最主要的混合设备。如图1：该机主要由一个圆形的混合锅和一个设在混合室内的搅拌装置组成。混合锅呈圆筒形，筒壁为多层结构，分内层、夹套、隔热层、外层。夹套可通蒸汽、油或依靠电来加热物料，也可在混合后向夹套中通入冷却水冷却物料。锅内的叶轮由驱动轴带动旋转，其驱动装置由调速电机、传动轴、皮带轮等组成。叶轮根据需要不同可有一到三组的选择，分别装配在同一转轴的不同高度上，每组叶轮的转速一般有快慢两档，两者转速比为2：1。折流板断面呈流线型，悬挂在上盖上，其高度可根据锅内物料的量进行调节。其内部为空腔，现多装有测温元件用以检测混合室内物料的温度。折流板的作用是使物料混合形成涡流流动，更有利于物料分散均匀。高速混合机一般为上部加料、下部出料，排料口与卸料装置连接。卸料装置主要由气缸和卸料阀门组成，用来实现排料口的快速开启与闭合。 高速混合机工作原理：工作时高速旋转的叶轮借助表面与物料的摩擦力和侧面对物料的推力使物料沿叶轮切向运动。同时，由于离心力的作用，物料又被抛向混合锅内壁，并沿着混合锅壁面上升，当升到一定高度后，由于重力作用又落回到叶轮中心。 这种上升运动与切向运动的结合，使物料实际上处于连续的螺旋状上、下运动状态。由于叶轮转速很高，物料运动速度相对也很快，快速运动着的物料粒子相互碰撞、摩擦，使得物料团块破碎，物料温度相应升高，同时迅速地进行交叉混合，这些作用促进了物料各组分的均匀分布和对液体添加剂的吸收。混合锅内的折流板进一步搅乱了物料流态，使物料的运动形式无规则运动，并在折流板附近形成很强的涡流。对于安装了多组叶轮的高速混合机，物料在叶轮上、下都形成了连续交叉运动，因而混合更快，效果更好。混合结束后，夹套内通以冷却介质对物料进行冷却，冷却后的物料在流动的叶轮作用下由排料口排出，或者物料混合结束后，由高速混合机（热混机）排入低速混合机（冷混机）进行冷却。部分国产高速混合机的主要技术参数项目机器型号GH200AGRH-200GRH-500生产率（）240-800800-1000总容积（立升）200200500有效容积（立升）140120-150300-375混合时间（min锅）6-156-10加热方式蒸汽电加热蒸汽加热蒸汽压力（cm）千瓦（总功率）混合锅温度（）约110约110排料方式电动空气阀电动空气阀电动空气阀压缩空气压力（）投料孔数电动机功率（千瓦）28/402255机器尺寸2000900148018009501695308519881054机器重量（Kg）1500约2200约3000（二）冷混机由于混合过程中所产生的摩擦热量，因此经高速混合机混合的物料温度大大高于室温。如若这些高温物料不能很快进入下一步基础成型工序，必然存在一个储存的问题。一般来说，由热混机得到的混合物在加工和储存之前必须进行冷却。因松散混合料的绝缘性很好，不管是散装或是袋装，其中心部位物料的热量难以很快散出，若不对其进行冷却，在数小时或几天内就可能产生滞留性热降解，即使不降解，也会因温度高而产生结块。对热混机排出的高温物料进行冷却的最简单、有效的方法是在热混机的下游接一台冷混机，将热混机混好的物料直接排放到冷混机中，将其在尽可能短的时间内冷却到40-50 。这样，混合料避免了不必要的“热经历”，再储存时就不会出现结块甚至降解现象，而且其自由流动的性能也得到了很好保证。冷混机也是由混合室、混合室盖、搅拌浆、卸料装置、传动系统、底座等组成，有立式和卧式之分。立式冷混机结构如图2。其混合室的外形也是圆柱形，只不过直径与高度之比要比热混机大得多。混合室用不锈钢制成，内表面高度抛光，底部为蝶形，排料门与底部的蝶形相匹配。混合室内部设有冷却环，室壁为夹套式。冷却环和夹套均可通入循环冷却介质与物料进行热交换，以便迅速均匀地对物料进行冷却。混合室内还可增设扇形片或导流环，以增加冷却面积，减小冷却时间。搅拌浆结构简单，对物料产生的摩擦作用较小。有些冷混机采用将冷空气吹到混合室壁的方法，以增加冷却速率。冷空气也有利于消除因单纯水冷而容易发现的、不希望有的冷凝现象。卧式冷混机结构如图3，与螺带式混合机类似，其搅拌架（转子）结构较复杂，制造麻烦，与立式冷混机相比，卧式冷混机应用较少。部分冷混机规格和技术参数型号总容积/L有效容积/L电机功率/kw主轴转速/m.min-1冷却方式卸料方式SHL-2002001305.5-7.5200水冷却气动SHL-500500320-3305.5-1164-130-SHL-10001000640-6501570-100水冷却气动三）混合机组 在实际生产中，更多使用的是将热混机和冷混机相配套并组合在一起的混合机组，即热混机和冷混机的联合体。如图4。 一般情况下，将热混机用机架架高，冷混机呈阶梯状安放在热混机的下前方，两者之间设有连接通道。热混机一般采用立式结构，而冷混机可以是立式的，也可以是卧式的。 （四）自动配混生产线 为了配合大规模、多条生产线共同生产的需要，利用自动化手段，将PVC原辅料的混合和输送制成自动配混生产线，用于大规模化生产。如图5 图5PVC自动混配生产线流程图 自动配混生产线有主料投料站、主料仓、储料仓、螺旋加料器、主料计量称重系统、顺序投料器、辅料配料系统、辅料计量称重系统、混合机组、风送系统和中央集尘器等组成。 PVC树脂自投料站由风经管道输送到主料仓，并根据储料仓料位的高低由风经管道送入储料仓，再由储料仓下部出口处的螺旋加料器加入主料计量称重系统，达到所需重量后，落入热混机。顺序投料器可将配方中份额较大或有投料顺序要求的辅料顺序投入热混机。辅料配料系统由若干不同辅料的储料斗组成，辅料储料斗的下部出口处都设有加料器，可将不同辅料加入辅料计量称重系统。辅料计量称重系统采用重力传感器，以累加计量的方式，对各种小组分的添加剂进行精确计量，然后一起加入热混机。PVC树脂与所有辅料在热混机中混合，达到混合要求后再排放到冷混机中进行冷却。冷却后的混合料排入过渡料斗，再由风经管道输送到生产车间的不同储料仓，然后，根据需要自动加入挤出机的料斗。在由粉尘泄漏的各点，均设置了收尘口，泄漏的粉尘由中央集尘器收集。系统中还设置了防架桥装置，可以有效地防止物料尤其是粘性物料架桥问题的出现。整个生产线由中央控制系统控制，生产过程完全按照事先编制的程序运行，可以根据生产需要方便地对配方加以调整或改变。中央控制系统还可以实现对生产过程的动态图像显示、故障诊断和报警等。 此生产线没有定型产品，一般根据实际情况进行设计和制造。 二、挤出机 硬管挤出成型工艺流程，如图6： 选择挤出管材所用挤出成型机必须注意如下几点： （1）机筒与螺杆间隙要小，否则会影响挤出效率 （2）机筒与螺杆的表面硬度要求较高，表面粗糙度值要低，否则容易磨损，粗糙的表面还可使料流停滞分解。 （3）如果用双螺杆挤出机生产硬管则更为适宜。 （一）单螺杆挤出机 1、结构 典型的单螺杆挤出机基本结构如图7，它主要是由下列三个系统组成的。 （1）基础系统它主要由一个可以转动的螺杆，一个固定的机筒和成型机头组成。 （2）传动系统它主要由电机和齿轮传动部分组成，其作用是保证螺杆所需要的扭矩和转速。 （3）加热冷却系统它是保证挤出过程中的塑料在工艺要求的温度范围内均匀挤出的系统，主要由加热器、冷却介质夹套组成。 另外，挤出机一般都附有温度控制装置，借以反映和调整成型中的料温。 2、工作过程 塑料由料斗进入料筒后，随着螺杆的旋转而被逐渐推向机头方向。在加料段，螺槽为松散的固体粒子（或粉末）所充满，物料开始被压实。当物料进入压缩段后，由于螺槽逐渐变浅，以及滤网、分流板和机头的阻力，在塑料中形成了很高的压力，把物料压得很密实，同时在料筒外热和螺杆、料筒对物料的混合、剪切作用所产生的内摩擦热的作用下，塑料的温度逐渐升高。对于常规三段全螺纹螺杆来说，大约在压缩段的三分之一处，与料筒壁相接触的某一点的塑料温度达到粘流温度，开始熔融。随着物料的向前输送，熔融的物料量逐渐增多，而未熔融的物料量逐渐减少，大约在压缩段的结束处，全部物料熔融而转变为粘流态。但这时各点的温度尚不很均匀，经过均化段的均化作用后就基本均匀了，最后螺杆将熔融物料定量、定压、定温地挤入机头。机头中口模是个成型部件，物料通过它便获得一定截面的几何形状和尺寸，再经过冷却定型和其它工序，就得到成型好的制品。 加工聚氯乙烯的通用螺杆形式为等距不等深的渐变型螺杆，如图8，除渐变型螺杆外，还有其它改进形式的螺杆，如分离型螺杆（又称BM螺杆），销钉型螺杆和屏障型螺杆如图9，这些螺杆不但能提高产量，而且适应性也较好，用来挤出成型，产品质量也较好。 3、主要技术指标 （1）螺杆直径 螺杆直径D指的是它的螺纹外径。挤出成型机的规格即用它来表示，它是系列化的主要参数。挤出成型机的生产能力随螺杆的增大而提高，粗略地与它的平方成正比。加工中，螺杆直径的选择必须与制品的大小相适应，大机不宜用来生产小型制品。常用挤出成型机的螺杆直径在65-150mm之间，少数也有大至200-300mm之间的，螺杆直径大的挤出成型机一般用于塑料的混炼或造粒。 （2）螺杆的长径比 螺杆的长径比是指螺杆的有效长度L与螺杆直径D之比即L/D。增大长径比可以提高塑化质量，但是过大的长径比则在螺杆的材质和制造技术上将有更高要求，通常螺杆的长径比设计为24-34。 （3）螺杆压缩比和螺槽深度 为了提高螺杆的塑化能力，增大制品的致密性和排除制品中可能出现的气泡，提高产品质量等，塑料从进入挤出机螺杆螺槽起到离开的全过程必须有一个逐步压缩的过程，这一过程是由螺杆的全部或部分螺槽容积的逐步减少而实现的。 螺杆开始的第一个螺槽容积与最后一个螺槽容积之比称为螺杆的几何压缩比（简称为螺杆的压缩比）。必须注意这一比值不同于物料的物理压缩比，后者是指塑料在加料时的松散状态的固体粒子的表观密度和受热熔融后的密度比。几何压缩比必须大于物理压缩比。因此除了要考虑塑料在熔融后的密度变化之外，还应考虑熔料的压缩性，螺杆加料段的装填度，以及塑料在挤压过程中的返流等因素。 必须指出，分离型螺杆的压缩比远比通用螺杆的压缩比小，一般都小于2。 （4）螺杆的分段 粒料和粉状物料从料斗进入后，在螺杆的推动下向前移动，并经历温度、压力等的变化，最后呈均匀熔体离开挤出机。塑料在这一过程中会有固体升温、固体并存的熔化和完全成为熔体的三个阶段。实验证明，为了配合这种过程的需要，塑料应在这种过程中受到逐渐的压缩，所以通用螺杆都设计成三段，这三段分别称为加料段、压缩段（也称塑化段）和均化段（又称计量段或挤出段）。 螺杆各段是连续的，螺杆的分段也不是绝对的，主要由物料的性质决定。在实际生产中，应该结合具体的情况来设计螺杆，如果没有需要，就不一定把螺杆分成三段。实际上，有些螺杆只有两段，有些是不分段的。例如：一般挤出软PVC的螺杆，整根螺杆常全部采用等距变深型式的。 （5）螺杆头部型式 螺杆离开螺槽进入机头流道时，料流形式由螺旋型流动变成直线型流动，同时料流的速度在其中心处最快，而在与设备接触处最慢或为零，因此螺杆头部形状应选择合理才能使料流尽可能平稳地流入机头，并避免产生滞流，从而造成局部物料过热而分解。 适于加工聚氯乙烯的螺杆头部形状的基本类型见表一 （6）螺杆的转速范围：用nmaxnmin表示。nmax表示最高转数，nmin表示最低转数，用n（转/min）表示螺杆转数。 （7）驱动电机功率：用N表示，单位kw （8）料筒加热段数：用B表示 （9）料筒加热功率：用E表示，单位kw （10）最大生产能力：用Q表示，单位kg/h （11）机器的中心高：用H表示，指螺杆中心线到地面的高度，单位mm （12）机器的外形尺寸：长、宽、高，单位mm2 4、某公司单螺杆挤出机技术参数如表： 型号SJP-15030SJP-11535SJP-10038ASJ-9033ASJ-7530SJ-6530螺杆直径(mm)150115100907565长径比L/D30:135:138:133:130:130:1螺杆转速(r/min)901201208311210-105塑化能力(kg/h)随原料而定400380150随原料而定105电机功率(kw)1601601325540.537加热功率(kw)73.87448.63823.619.6冷却方式水冷水冷风冷风冷风冷风冷中心高(mm)110013001700110011001000重量(t)1211975.54外形尺寸(mm)627024422053672212003152606018602825391012052800307010201860273511301728（二）锥形双螺杆挤出机 双螺杆挤出机主要是在一个“”字形筒体内，由两根互相啮合的螺杆所组成的装置。双螺杆挤出机的工作原理与单螺杆挤出机完全不同。两者主要差别在于：其一，物料在单螺杆挤出机中的输送主要是依靠物料和料筒之间是拖曳诱发型的，进料段中为摩擦拖曳，过渡段中为粘性拖曳，而双螺杆挤出机是“正向位移”型传送，有强制将物料推向前进的作用；其二，是双螺杆挤出机在两根螺杆的啮合处还对物料产生剪切作用。 目前，用于PVC管材生产的双螺杆挤出机主要是锥形双螺杆挤出机，在一些大型的管材生产上如：DN400mm以上管材，也有采用啮合型异向平行双螺杆挤出机的。这里仅就锥形双螺杆挤出机进行较详细的介绍。 锥形双螺杆挤出机其加料段具有较大直径，对物料的传热面积及剪切速度都较大，有利于物料的塑化。在计量均化段，直径减小，传热面积和对熔体的剪切速率均减小，是熔体避免过热而能在较低温度下挤出。 1、锥形双螺杆挤出机的主要技术参数 （1）螺杆直径：由于螺杆是锥形结构，因此，一般以螺杆小端直径作为其代表规格型号的螺杆直径，螺杆大端直径只是一个辅助参数，从某种意义上反映了机器的性能。 （2）螺杆的中心距：螺杆的中心距指的是相啮合两螺杆轴线之间的距离。但是，由于锥形双螺杆轴线成一定夹角排列，沿机筒轴线任一位置上螺杆中心距都是不同的。 （3）螺杆长径比：锥形双螺杆的长径比并无表征其技术参数的实际意义，只是在与其他机型对照比较时，才将其螺杆长度与其平均直径之比作为长径比。此长径比一般为12-15。 （4）螺杆转速：锥形双螺杆挤出机主要用于PVC加工，其螺杆最高转速一般不超过50r/min，大型机在30r/min左右，中型机在40r/min左右，小型机在45r/min左右或稍高。 （5）挤出产量：加入挤出机的料量即为挤出的料量，挤出产量也可以用Q=D3n计算。经实验证明，计算误差约为10%-15%。 （6）比功率：比功率是衡量单位产量所消耗功率的参数，一般为0.07-0.12KW/（Kg/h）。 （7）中心高：中心高一般为1000、1150mm。3三、管材辅机 硬PVC管材辅机主要由硬管机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、计长装置、切割装置、扩口装置、卸料包装装置组成。 （一）、硬管机头 机头的作用是使挤出成型机连续提供的、熔化的和具有压力的塑料熔体，通过其特定的流道进入口模而形成特定的结构或形状。 机头一般由分流器、分流器支架、芯模、口模等组成，挤出管材所用机头的类型一般分为直通式、直角式、偏心式三种，但在应用中主要是直通式机头，其结构如图10： 压缩比过小，会使制品不密实，合缝线粘连强度不够；压缩比过大，机头体积会很大，挤出速度也会受限制且加热不易均匀，挤出管材的成本高。一般说来管径大、壁厚小，则压缩比取小值；管径小，壁厚大则压缩比取大值。 机头内流道一定要加工成流线型，不能有死角，平面粗糙度要达到Ra=0.1m以上需要电镀、抛光。 （二）、定型装置 为了使管材获得正确的尺寸和圆度以及良好的内外表面光洁度，必须立即对自口模挤出的管材进行定径和冷却。定径方法分外定径和内定径两种。 外径定型法是使管子外壁与定径套内壁接触而获得管子外径定型的方法，它又分为内压法和真空法两种。 内压法是在管子内通入一定压力（约0.05-0.1MPa）的空气使管材定径。该法结构简单，但冷却不均匀，中小型管材用的较多。如冷却水按螺旋形流动，则冷却均匀，可用于大型管材的定型。 真空法是在定径套内环一定部位上开直径为0.5-0.8mm均匀排列的小孔，通过抽真空使管子外壁贴在定型套内壁而冷却定型。该方法定径设备较复杂，但小管操作方便、废品少。 内径定径法是通过固定在机头上的型芯来定型的，所以只能用偏芯机头来完成，而且只在管材内经要求严格时才采用，管材的定径很少采用此法。 定径套是管材生产中的重要定型设备。管材塑料熔体在离开模头后形成的管坯，在定型套内表面形成足够“冻结层”，达到定型目的。根据许多厂家经验对直径小于300mm的硬PVC管材，其定径套长度为管径的3-6倍，且倍数随管径减小而增加。当管径小于3.5mm时，定径套长度可增至管径的10倍，生产薄壁管时，定径套长度可等于或稍大于管材外径。对于外定径的定径套，其内径比口模内经大0.8%-1.2%。通常定径套的出口直径比进口直径略小，使用带锥度的定径套，可使管子于定径套内壁形成较大面积接触，从而保证了管材的冷却效果及其外观质量。 定径套一般装在冷却水槽内，称为真空定径箱（槽）。近