周伟伟开题报告.doc

南通大学本科生毕业设计开题报告学生姓名周伟伟学 号0708093040专业高分子材料与工程课题名称3000吨聚苯乙烯透明硬质管生产车间的设计阅读文献情 况国内文献篇 开题日期2010年12月2国外文献篇 开题地点南通大学新校区文献综述与调研报告：（阐述课题研究的现状及发展趋势，本课题研究的意义和价值、参考文献） 一 本课题研究的现状及发展趋势1. 聚苯乙烯聚苯乙烯是无颜色的透明材料，在燃烧时会发出浓烟，同时散发出松油的气味。及时熄灭后，具有良好的延展性，可以拉成细丝。聚苯乙烯制品质地较硬状似玻璃，在碰撞时会发出类似于金属敲击的声音。质地硬而脆，能折断不能弯曲，折断后的断口为银色亮光。聚苯乙烯的吸水率为百分之0.05，对制品的强度和尺寸稳定性影响不大。透明性好是聚苯乙烯最大的特点，透光率可达88一92，同PC和PMMA一样属最优秀的透明塑料品种，人称三大透明塑料。聚苯乙烯的折射率为159一160，但因苯环的存在，其双折射较大，不能用于高档光学仪器。聚苯乙烯硬而脆、无延伸性、拉伸至屈服点附近即断裂。聚苯乙烯的拉伸强度和弯曲强度在通用热塑性塑料中最高，其拉伸强度可达60MPa；但冲击强度很小，难以用做工程塑料。聚苯乙烯的耐磨性差，耐蠕变性一般。聚苯乙烯的力学性能受温度的影响比较大。聚苯乙烯的耐热性能较差， 热变形温度仅为7090，适宜长期在6080温度范围内使用。聚苯乙烯的耐低温性差，脆化温度为30。聚苯乙烯的热导率低，线膨胀系数较大，与金属相差悬殊，故制品不易带金属嵌件。聚苯乙烯的电绝缘性优良，且不受温度和湿度的影响，介电损耗角正切值小，可耐适当的电晕放电，耐电弧性好，适于做高频绝缘材料。聚苯乙烯的化学稳定性较好，能在一般酸、碱、盐、矿物油及低级醇等环境下使用，但受到烃类、酮类及高级脂肪酸等侵蚀，可溶于芳烃(如苯、甲苯、乙苯及苯乙烯等)、氯化烃(如四氯化碳、氯仿、二氯甲烷及氯苯)及酪类等。聚苯乙烯的耐候性不好，其耐光、氧化性都差，不适于长期户外使用；但聚苯乙烯的耐辐射性好。聚苯乙烯属无定形树脂，无明显熔点，熔融温度范围比较宽。可在120180之间成为流体。热稳定性较好，分解温度在300以上。聚苯乙烯熔体属非牛顿流体，熟度强烈地依赖剪切速率的变化，但温度的影响也比较明显。聚苯乙烯的流动性十分好，是一种易于加工的塑料。聚苯乙烯的吸水率比较低，在加工前一般不需干燥；如有特殊需要时(如要求透明性高)才干燥，具体干燥温度为7080，时间15h1。聚苯乙烯(PS)是由苯乙烯(SM)聚合而成的树脂，它主要分为通用级聚苯乙烯(GPPS)，高抗冲级聚苯乙烯(HIPS)和发泡聚苯乙烯(EPS)，属五大通用热塑性合成树脂之一。由于聚苯乙烯(PS)具有刚性高、透明性好、耐水和耐化学品优异、电绝缘性和成型加工性良好、成本低廉等优点，在电子、日用品玩具包装建筑汽车等领域有广泛应用，因而在国民经济的许多领域获得了广泛应用。目前，聚苯乙烯树脂已成为世界上仅次于聚乙烯、聚氯乙烯的第三大塑料品种。但由于聚苯乙烯尚存在着冲击强度较低,脆性较大等缺陷而限制了其在许多方面的应用。聚苯乙烯(PS)是一种无色透明的热塑性树脂。聚苯乙烯具有良好的光学性能及电气性能，容易加工成型，着色性能好。由于它具有良好的性能，因此，现在已经成为世界上应用最广的热塑性树脂，是通用塑料的五大品种之一。聚苯乙烯是具有热塑性的塑胶材料应用历史长、种类繁多、应用范围广。由于聚苯乙烯的生产原料来源较广、制造工艺简单、成本低廉的特点，其产量在世界总产量中排名第3位。聚苯乙烯在生产过程中制造成本低、加工过程方便，而性能上的优点是良好的硬度和强度、透明程度较好、化学结构稳定，而且具有良好的电绝缘性，对有色燃料的附着性好。同时聚苯乙烯也有着明显的缺点，由于微观结构上主链分布着比较密集的苯基侧基，主碳链的旋转过程收到阻碍，从而使得大分子的韧性不够，在常温条件下没有很好的弹性。聚苯乙烯系是在游离基聚合引发情况下，用本体聚合或乳液聚合法制得。近年来又研究出了在不溶性阴离子聚合催化剂存在下进行苯乙烯聚合的技术。聚苯乙烯主要用以生产电工与无路电技术用品及制造通用仪表的各种零件。聚苯乙烯多用压缩法或挤出法加工成型。聚苯乙烯制品具有较高的化学稳定性，是耐酸、碱、盐的溶液。用压制法可使聚苯乙烯的制造构形更复杂，带有许多增强用施箱的小型零件。制造大型制品比较困难，在这种制品的内部会产生收据孔并且由于内应力核大而使制品破裂2。 2.聚苯乙烯生产工艺概述和特点 苯乙烯单体热引发本体聚合具有工艺简单、相对分子质量分布均匀等优点。其中聚合速率是热引发生产聚苯乙烯的一个重要问题，它直接关系到生产规模和效率。工艺流程简单, 操作方便。从图可见，FINA公司聚苯乙烯生产工艺的主要流程简单，辅助设备少。其主要流程由预聚釜预热器把原料加热到80左右，然后依次通过反应系统的3个反应器，物料通过脱挥系统，把混合物中未反应的苯乙烯单体从熔融的聚苯乙烯中分离出来。辅助系统只有真空系统和循环系统。反应器结构简单, 牌号切换时间短。反应系统由1个立式全返混预聚釜、2个平推流卧式反应器组成。在预聚釜中没有任何换热设备，有利于工艺控制。卧式反应器也只是靠简单的导热油盘管来控制反应温度。因反应器的平卧设计，大大简化了反应器搅拌器的结构。两条生产线独立设计, 减少了牌号切换过程中的过渡料并缩短了切换时间(一般说4h左右可成) 3。对聚苯乙烯来说, 一般选用平推流反应器，可始终保持高的反应物浓度, 反应物料的最终转化率高，容易实现温度分段控制及显著提高橡胶的接枝率, 但最终产品的相对分子质量分布较宽。目前, 世界各大PS生产厂商如DOW、BASF、COSDEN、MMK、HCC、TEC-MTC等在HIPS生产中，多采用具有平推流特点的反应器来提高接枝率。 3.聚苯乙烯的共混改性为改进其缺点，人们采用共聚或共混等方法开发了一系列聚苯乙烯系改性树脂, 如ABS、HIPS、SMA等, 其中以高抗冲聚苯乙烯树脂(HIPS)应用最为广泛。采用共混法制得的透明高抗冲聚苯乙烯由于其各组分的折光率基本上是不同的, 以至产品的性能受到限制。通过调节组成来实现折光率的匹配, 虽然可以在一定程度上改进透明性, 但由于其各组分的相容程度依赖于共混时的工艺条件, 因此其重复加热后的耐冲击性, 将随捏合程度的不同而明显改变, 甚至给加工尤其是二次加工带来不便。因此在工业生产中往往多采用共聚法4。 4.透明高抗冲聚苯乙烯树脂的共聚法制备工艺透明高抗冲聚苯乙烯树脂的共聚法生产工艺早期以乳液法和本体悬浮法为主，它们均有体系粘度低、聚合速率快、控制方便等优点，但由于它们在操作中都必须加入一定量的分散介质和其他助剂(乳液聚合中的乳化剂和促凝剂、悬浮聚合中的分散剂)，从而在产品中引入少量杂质而导致产品透明性的降低。而溶液聚合由于设备利用率低且要进行溶剂的分离、精制与回收，从而导致投资和生产成本的增加。目前，连续本体法以其制品的高透明度和共聚物组成的高均一性成为透明高抗冲聚苯乙烯树脂的主流生产工艺5。其实，共聚法和共混法并不是截然分开的，除少数几种采用无机物粒子改性聚苯乙烯树脂的方法是真正的、严格意义上的意图。共混外，其他的共混法均采用几种均聚物和共聚物共混。为增加改性效果，提高透明高抗冲聚苯乙烯树脂的透明性和抗冲性或降低成本, 通常将聚合所得的接枝共聚物与其他聚合物共混( 如苯乙烯(甲基)丙烯酸酯类共聚物、硬脂酸甘油醇酯、聚二甲基硅氧烷、石油树脂、苯乙烯共轭二烯烃的嵌段共聚物)。透明高抗冲聚苯乙烯树脂的连续本体法生产工艺与原有的连续本体法透明高抗冲聚苯乙烯生产工艺基本相同。为更好地控制反应，通常采用两釜或多釜串联工艺。连续本体法透明高抗冲聚苯乙烯工艺一般采用过氧化物类引发剂在80140下进行聚合，产品性能的影响因素很多，但最主要的因素是基体树脂和橡胶相的组成与结构。 5.聚苯乙烯的应用透明聚苯乙烯硬质管除在市政及建筑给、排水管道，农用（给水、灌排）管道外，在农村人畜饮水改造、太阳能输水管道、市政排污、地源热泵输送管道、通讯、电力、燃气、供暖、医用等行业都有广泛应用。双向拉伸聚苯乙烯（BOPS）窗口膜是一种新兴开发的绿色软包装材料，项目生产过程由双向拉伸聚苯乙烯（BOPS）生产线完成，通过对原材料配方、生产工艺的研究，以聚苯乙烯为主原料，按配方配比添加一定量的专用添加剂，经过熔融、挤出机挤压后通过T型模头形成厚片，经过急冷鼓冷却之后形成铸片，接着就是纵横两个方向的拉伸与定型而制成薄膜，最后还要经过牵引、电晕处理、收卷，收成卷后停放在“时效架上”经过“时效处理”后分切成各种规格产品。产品厚度控制在2030微米范围内6。双向拉伸聚苯乙烯片材是通过挤出机挤出，双向拉伸，热定型，卷曲等工艺而得。由于双向拉伸可以使苯乙烯分子取向因此其强度比流延法片材好的多。由于聚苯乙烯的种种优质特性，使得家电行业中，聚苯乙烯的各种应用不断增加，各种各样的应用在家用电器中比比皆是。由于聚苯乙烯具有良好的绝缘性和透明性，家用电器的外壳多为聚苯乙烯制成，如电视机、录音机、电饭煲等。聚苯乙烯还有优越的透明效果，一般的光学仪器中多有应用，如透明模型、灯罩和透明包装等。聚苯乙烯制品可以容易地制成各种颜色，具有优秀的着色性，并且聚苯乙烯制品还有优良的光泽，在日用产品中有很好的应用，如按键、支架、家电把手等。聚苯乙烯在家电的包装过程中，也有不可替代的应用。由此可见，家用电器中，聚苯乙烯的应用不胜枚举，可以说，我们的生活中可见或者不可见的，已经充满了聚苯乙烯制品7。单就这一点，聚苯乙烯的应用前景就不可限量。电子电器、包装、建筑及日用品是聚苯乙烯的三大应用领域，目前我国聚苯乙烯在电子电器领域应用比例较高。2004年全球PS产能约20400kt，年消费共约17300kt，说明全球整体的PS产能已呈现过剩, 而尤以欧洲、日本、韩国及中国台湾等为甚。进入20世纪90年代, 国内PS的需求则旺盛, 消费不断增长。自上世纪80年代陆续从国外引进先进工艺技术和设备，使国内聚苯乙烯工业得到了不断发展和壮大，生产技术由悬浮法基本转为连续本体聚合法。自给率已由2000年的34.8%提高到2004年的60.7%。如2004年国内产量约2300余kt，进口量为1560kt，表观消费量为3860kt。为此，国外一些厂商/公司纷纷以合资或独资方式来国内建设规模大的PS工厂以抢占中国市场。另一方面随着进口关税逐年降低, 国外聚苯乙烯必将拥入国内市场。为此，今后必将使国内一些规模小、产品档次低、技术不先进、成本高的企业受到严重冲击。因此，国内PS企业的生产与发展值得思考。5.管材生产现状近年来, 行业的科技进步速度明显加快，尤其是在增加了国际之间的交流后，许多企业更加重视国外先进技术，重视新产品的研发和新技术的引进。目前, 国内塑料管道的技术水平与国外发达国家的差距正逐步缩小。塑料管道的新材料、新品种、新结构、新技术、新工艺及专利项目越来越多，管、波纹管、复合管、缠绕管等品种有了长足的进步, 各种不同原料、品种、结构、类型的塑料管道在不同的应用中发挥各自的优势。制品需求的增长也带动了树脂、助剂、加工设备等相关行业的发展。等树脂的生产能力进一步提高, 聚烯烃管道专用料的研制也有了较大的进步, 助剂的品种与功能有了增加, 挤出机和扩口机、聚烯烃管件及连接用专用焊接机具等辅助设备在功能上也有了较大提高。塑料管道标准化工作得到极大的重视, 近几年新制定和修订相关国家标准几十个及一大批行业、地方和企业标准。在产品及相关标准不断完善的同时, 设计、施工、验收等应用标准、规程、规范也有了较大的进步8。 目前, 聚氯乙烯管在所有塑料管道中, 无论是从生产技术、质量控制、管路设计、施工安装、管道连接、配套技术, 还是从相关的国家、行业的标准、规程、规范等方面都是最为成熟和完善的。事实证明，合格的聚氯乙烯管材卫生性能是过关的。就像一些玻璃杯、陶瓷杯虽也含有铅, 但并没有影响人们的使用一样, 消费者大可不必因其而过度恐慌, 进而完全放弃使用这种管材。聚丙烯管材料在化学建材中得到广泛的应用。聚丙烯管主要用作输送高温流体的配管，需耐酸、碱和盐的配管，能确保纯度的配管，可减轻质量的配管，电绝缘性的配管以及保温配管。聚丙烯管在80下可以长期使用，在100120可短时间使用。在60或更高的温度下能耐相当高浓度的无机盐和大多数酸液，可用于工业排水系统;在化学工业和石油工业中用以输送盐液和原油等，在化肥厂中代替不锈钢管和橡胶衬管，用作排废管、排气管、脱气和洗涤管的导管。PP- R管是20世纪80年代的产品，广泛应用于住宅建设的冷热水管系统、卫生用管、饮用水及热水管以及建筑物内的采暖系统管、工业用管、温泉水管和太阳能住宅温水管等、化学物质的输送和排放以及压缩空气用管等,还可用于医疗、食品、饮料、酿造、化工、船舶、农业园林、养殖、太阳能等各领域。聚丙烯/玻璃钢复合管结合了聚丙烯与玻璃钢的优点，广泛应用于石油、化工、轻工、医药、冶金、食品等行业。晶型促进剂改性PP管材料使PP管具有许多新性能，从而使它作为建筑中的热水输送管的原料。 6.聚苯乙烯国内外研究进展目前，从技术开发能力方面来说，具有较强研发能力的Dow、BASF 和Chervon等公司的研发中心均在国外；而国内这方面投入较为薄弱，只有燕山石化公司和汕头海洋聚苯树脂有限公司较为重视, 但实际上其研发力量和设施还远不如上述竞争对手。目前，国产聚苯乙烯产品主要用于低档次的产品上，在高档次制品方面目前还无法与进口品牌相抗衡。今后聚苯乙烯行业要开发研制高附加值、高性能的聚苯乙烯产品，以替代ABS、尼龙和一些聚酯, 并减少对进口产品的依赖程度。我国的聚苯乙烯生产和需求正处于较快的发展时期，供求矛盾较为突出，每年进口量均超过百万吨。因此, 这是发展聚苯乙烯生产扩大市场份额的一个有利时机。而抓住这一有利时机，积极策划新建或扩大生产能力,使生产装置达到较佳的经济规模，是我国聚苯乙烯生产行业发展的重要战略措施。随着国内聚苯乙烯生产能力的逐步扩大，需要进一步加大国内市场的开拓力度，特别是在替代进料加工方面,由于进料加工形式的聚苯乙烯进口量约占总进口量的百分之五点七，有着巨大的市场空间，是国内外相关企业首先争夺的焦点。国内的聚苯乙烯企业面临着越来越大的挑战，要想生存与发展，就要对症下药，认真研究脱困方案9。7.车间设备排布在车间设计中，设施布局占有非常重要的地位，设施布局的合理与否将直接影响到整个车间的物流、信息流、生产能力、工艺过程、灵活性、生产效率以及生产安全等方面，并直接反映一个组织的工作质量及企业形象等内涵。合理的设施布置可以使生产工艺流程更合理，大大降低车间的物料搬运距离与生产成本，提高生产效率，改善工作条件，实现高效安全生产等。设施布局直接影响产品质量和成本以及供应需求比。设计一35m20m的厂房，将多釜串联，连接到挤出设备上，实现连续化生产，挤出机垂直于反应釜放置，机头垂直于挤出机与反应釜反向排列，后连接真空定型和冷却装置，牵引机，后切割机。为了方便物料放置与运输，车间靠外一面设计一5m的门，仅供物料运输和成品输出。本项目设计是以聚苯乙烯为原材料，通过其共混改性生产透明硬质管的一个工业生产项目。正是现今工业发展趋势的潮流，能够将该项目的工业生产体系自动化并且连续化，对国内聚苯乙烯管材产业的发展，具有非凡的意义。 二课题研究的意义和价值在全球金融危机和房地产业持续萧条的双重打击下，作为与建筑行业息息相关的塑料管道业生存状况又如何呢？通过总结分析并征求相关专家意见，最后得出结论中国塑料管道行业发展前景喜远大于忧！原因在于，中国的塑料管道行业同其它生产型行业相比，具有很强的反弹性和很大的潜在容量，而且对于市场风险和金融危机等不利因素的回避能力要远远高于其它行业。塑料管材技术的不断进步,使其用途不断扩展，用量飞速增长。除建筑、市政给水、农业用量继续增长外,塑料管材在通讯、电力、燃气、供暖、医用等领域的应用比例也在大幅提升。许多生产企业和科研单位重视国际前沿技术和新产品的开发及引进, 使国内外技术水平的差距正在逐步缩小。与此同时, 塑料管材标准化工作有了很大进展,这对于促进我国塑料管材生产健康发展发挥了重要作用。从长远发展的角度看，要想加快我国塑料管道行业的发展，必须首先解决原料的供应问题，因为原材料的价格一直是影响塑料管道行业发展的敏感问题。透明聚苯乙烯通过各种改性制得性能较好的材料，通过挤出成型生产出各种型号的管材。三参考文献1 Fred EMeyers，Matthew P.Stephens制造设施设计和物料搬运（第2版）M北京:清华大学出版社，20062朱耀祥，朱立强设施布局与物流M北京：机械工业出版社，20073刘宇，张晓川基于SLP思想的钢材剪切配送中心平面布局设计研究J物流科技，20084陈呈频，毕娜车间设施优化布局方案J工业工程与管理，20075马彤兵，马可基于精益生产的车间设施布局改善设计J组合机床与自动化加工技术，20056邓力群当代中国的石油化学工业M北京:中国社会科学出版社，1987:4427ZOCON，de ARBINA L L, L