高聚物成型工艺学课设.doc

高聚物成型工艺学课程设计目 录第一章 绪论1.1设计题目31.2设计任务31.3 ABS塑料简要概述及研究意义31.4 ABS的燃烧机理41.5阻燃剂的作用机理4第二章 制备阻燃ABS原料的选取及配方设计2.1 主要原料的选取62.2 助剂的选择72.3 配方设计7第三章 生产中物料相关计算3.1物料衡算内容及选定基准 83.2物料衡算相关计算 8 3.3物料衡算流程图11第四章 生产设备的选型4.1设备选型的原则及其分类124.2设备的技术条件和要求134.3 定性设备的选取134.3.1 储罐的选取134.3.2 自动配料秤的选取154.3.3 高速搅拌机的选取164.3.4 失重式喂料机174.3.5 仓壁振动器的选取174.3.6 挤出机的选取184.3.7 水槽的选取194.3.8 风力吹干机的选取204.3.9 切粒机的选取204.3.10 振动筛的选取214.3.11设置搅拌槽混匀前、后期物料214.3.12 烘干机的选取214.3.13 台秤的选取224.3.14 打包机的选择 23第五章 阻燃ABS树脂生产工艺流程 5.1 概述245.2 生产方法的确定245.3 工艺流程245.3.1 工艺流程245.3.2 造粒方法255.3.3 物料输送方式25设计体会26参考文献 27第一章 绪论1.1 设计题目设计题目为：年产1000吨阻燃ABS树脂成型工艺设计。1.2 设计任务（1）生产方法论证；（2）阻燃ABS树脂配方的确定；（3）挤出生产过程的物料衡算、挤出设备选型、挤出成型工艺参数设计；（4）工艺流程图纸1张；（5）设计说明书1份；1.3 ABS 塑料简要概述及研究意义 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)树脂是是五大合成树脂之一,由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯组成的三元共聚物，因而能表现三种组分之间的协同性能：丙烯晴组分在ABS中表现的特性是耐热性、耐化学性、刚性、抗拉强度，丁二烯表现的特性是抗冲击强度，苯乙烯表现的特性是加工流动性，光泽性。这三组分的结合，优势互补，使ABS树脂具有优良的综合性能, 刚性好，冲击强度高、耐热、耐低温、耐化学药品性、机械强度和电器性能优良，较好的热稳定性和化学稳定性、较好的流动性，易于加工，加工尺寸稳定性和表面光泽好，容易涂装，着色，还可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工。ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS,SAN,BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是一种用途极广的热塑性工程塑料，在ABS消费结构中主要是家用电器、机械配件、办公用品和用具等。主要有电视机、电冰箱、洗衣机、电风扇、空调、计算机、复印机、电话、吸尘器等，此外还有汽车、摩托车和管道等。上述用途中ABS主要做内外壳体、支撑和各种零配件。同时在通讯器材、商品器材、文教娱乐用品及建材的需求前景也十分看好。ABS树脂已是目前我国产量最大、应用最广泛的通用工程塑料。但ABS氧指数仅18.3-20(高混工段挤出成型工段造粒工段1000吨/年制品 总损失为1.2% 混合工段物料平衡表如表3： （表3） 混合工段物料平衡表工序输入（kg/年）损失（%）输出量（kg/年）加料1012.151012.15高混+挤出+造粒1012.151.21000制品10001000第四章 生产设备的选型4.1 设备选型的原则及其分类设备选型的原则与确定技术路线和工艺流程一样，应从技术，现实具体情况方面考虑。1要求技术上先进，方案的可行性是设备选型的总原则。具体体现在以下几个方面：（1）所选用的设备应与生产规模相适应，在允许的条件下，获得最大的单位产量；（2）设备应适应产品品种的要求，确保产品质量；（3）提高连续化，大型化程度，降低劳动强度，提高劳动生产效率；2设备的可靠性；设计中选用的设备一定要可靠，特别是主要设备，应坚持经过生产实践考验的原则。只有设备和材质可靠，才能保证建成以后一次试车生产成功。根据设备在生产过程中的作用和供应渠道，塑料制品厂生产设备大致可分如下几大类：（1）专用设备的选择塑料制品的生产的专用设备，一般是指物料直接经过的机械与设备，并有一定生产技术参数要求的设备。如挤出机与物料直接接触，大部分为连续旋转，对机械性能及材质的要求较高，加工技术性强。因此，一般都由专业厂家生产，都是定型设备。（2）通用设备的选择通用设备一般是指由机械工业部系统主管及生产的泵，风机等设备。选择通用设备时要注意以下的情况：1.根据工厂中所需要的技术参数，如流量，温度等，并充分考虑生产过程中发生的情况，合理选择设备。2.选择通用设备时，应注意设备的材质，既要保证正常生产，又应该注意节约。选择时要注意的事项：设备选用容积，要考虑合理的容积，如容积过小，就要增加设备台数；容积过大又会造成浪费。实践证明，贮槽容积一般考虑3-4班的用量较为适宜。4.2设备的技术条件和要求1.设备名称，作用和使用场合；2.有关技术参数：操作条件：流量，温度等工作介质特性，物料组成，粘度，比重等。容积：全容积，有效容积，传热面积等。3.对设备的结构要求：材质要求。关键尺寸：外形尺寸，管口方位，管口规格，液面计，试镜，仪表测量孔等。搅拌与夹套，搅拌转速的拖动方式。安装尺寸：设备基础或支架型式。4.3 定性设备的选取4.3.1 贮罐的选取根据配方母料，则选取贮罐四个，分别承装ABS改性剂，SAN树脂,十溴联苯醚、三氧化二锑。1.ABS改性剂储罐的选择ABS 4天上料量为2.4吨；密度为360kg/m3，则物料的容积:V=(2.41000)/360=6.67m3 罐体的技术参数 参数项目公称直径（mm）筒体高度（m）曲面高（m）直边高（m)体积（m3）圆柱形筒体200026.284椭圆封头20000.50.0251.126总体积7.412.SAN储料罐的选择SAN 4天上料量为8.508吨；密度为1080kg/m3 ，则物料的容积为V=8.5081000/1080=7.878 m3 罐体的技术参数 参数项目公称直径（mm）筒体高度（m）曲面高（m）直边高（m)体积（m3）圆柱形筒体2000237.226椭圆封头20000.50.0251.126总体积8.35263.十溴联苯醚储罐的选择十溴联苯醚七天上料量为3.339吨，密度为1017 kg/m3 则物料的容积为V=3.3391000/1017=3.283（立方米） 罐体的技术参数 参数项目公称直径（mm）筒体高度（m）曲面高（m）直边高（m)体积（m3）圆柱形筒体16001.53.0255椭圆封头16000.40.0250.586总体积3.61154.三氧化二锑储料罐的选择Sb2O3 七天上料量为0.833吨，密度为5200kg/m3则储料罐的容积V=1000*0.833/5200=0.160m3 罐体的技术参数 参数项目公称直径（mm）筒体高度（m）曲面高（m）直边高（m)体积（m3）圆柱形筒体50010.169椭圆封头5000.1250.0250.021总体积0.2175.磷酸三甲苯酯、亚磷酸三苯酯容器的选择由于磷酸三甲苯酯、亚磷酸三苯酯均为液体，且容量较小，所以只需选择两个塑料罐呈装即可。一个季度（90天）磷酸三甲苯酯上料量：m=0.6134吨 密度=1160kg/m3则储料罐容积V=0.5288m3亚磷酸三苯酯一个月（30天）上料量：m=1.839吨 密度=1184kg/m3则储料罐容积V=1.553m36.EBS 一季度上料量：m=1.53吨 密度为1600kg/m3则一季度所需体积V=0.956m3 罐体的技术参数 参数项目公称直径（mm）筒体高度（m）曲面高（m）直边高（m)体积（m3）圆柱形筒体110010.95椭圆封头11000.2750.0250.195总体积1.1484.3.2 失重配料秤的选取在塑料成型加工中，为了改良ABS的性能，需加入多种助剂，为了准确按照配方的比例，助剂及SAN的量需用配料秤严格称量，否则会影响挤出管材的质量。因此必须选用失重配料秤。高混机的有效容积为330L。则每锅料重:SAN=3300.6241.08=222.3936 kg 十溴联苯醚=3300.141.07=49.434 kg ABS改性剂=3300.1760.36=20.9088 kg Sb2O3=3300.0355.2=60.06 kg 磷酸三甲苯酯=330*0.018*1.184=7.033kg 亚磷酸三苯酯=330*0.002*1.16=7.656kg EBS=330*0.005*1.6=2.64kg其中SAN和十溴联苯醚选用XSP-200型，其他选择XSP-006型。 （表7） 失重配料秤的工艺参数型号XSP-200XSP-006最大量/kg2006最小分度/kg0.20.005精度1/4001/400外型尺寸308011001900274674018504.3.3 高速搅拌机的选取选取SHR-500C型高速搅拌机，其参数如表8：（表8） 技术参数总容积/L500有效容积/L330加热方式电加热主轴转速/ r/min500排料方式气动空气阀电动机功率/ kw83 混合后的密度=100/(17.6%/0.36+62.4%/1.08+14%/1.07+3.5%/5.2)=0.859kg/L每小时物料容积V=142.00/0.859=165.31L高搅机有效容积为330L需台数一台4.3.4 失重式喂料机选取T38/T28型，其参数如表9： （表9） 型号T38/T28电机功率0.75/1.5(kw)外形尺寸0.950.41.2（m）用途各种颗粒状，粉末状，纤维状及片状物料喂料范围2-4000 kg/h中间料斗设计成等腰梯形，可储存两小时用量，当容量低于1/3时高搅机放料，当容积高于2/3时停止放料，则可计算出中间料斗容积，确定其高度为1m ，则2/3V=两小时物料体积既(2/3)(1/3)R2 1=0.17309 m3 2可得R=0.7m为便于中间料斗下料，可在下方开设直径10cm下料口。4.3.5 仓壁振动器的选取粉料在储罐里由于时间长，空气潮湿等原因而空气容易结块，因此不易下料，所以要选用仓壁振动器，时物料顺利从料仓口排出，以保证整个生产流程的正常进行。本设计采用CZ型仓壁振动器，该设备用于防止和排除各种料仓由于物料摩擦，潮湿。带电和成分偏析等原因引起的“堵塞和搭块”现象，能时物料从料仓口排出。选用型号LZF-4, LZF-3的仓壁振动器。 仓壁振动器的参数如表10： （表10）型号LZF-4LZF-3适用料仓溜槽壁厚/mm3.2-4.51.6-3.2配用振动电机JZQ-1.5-2JZQ-5-2锥部仓容/t10.3功率/kw0.150.075重量2517外形尺寸270330280240285245价格/元294192选择LZF-4型号的2个，LZF-6型号的6个。4.3.6 挤出机的选取由物料衡算：1012.15*1000297*24=142.00h每小时生产能力142.00h所以，需挤出机台数一台 。根据单螺杆和双螺杆的对比，我们选择双螺杆的原因：与单螺杆相比，双螺杆挤出机造价便宜，产量高，加料容易，塑料在双螺杆挤出机中的停留时间短，具有优异的混合、塑化效果。 双螺杆挤出机的选择：（1）锥形螺杆与平行螺杆相比，锥形螺杆可获得更为稳定的塑化效果，加料表面积较大，塑化压力可减少50%-60%，减少了热降解的危险，因此我们选择锥形螺杆。（2）啮合行与非啮合行，啮合行的挤出机更适合用于混料，受热时间短，受热均匀，剪切作用强，我们选择啮合行的挤出机。（3）同向与异向，同向双螺杆挤出机的排气效果好，气体易从料斗排出，同向双螺杆速度分布均匀和剪切速率分布多样性，剪切力分布均匀，同向双螺杆混炼效果好，啮合区剪切力均匀，剪切速度大。SJS-60/22型双螺杆挤出机主要技术参数表项目型号主机名称双螺杆挤出机主机型号SJS-60/22螺杆直径/mm60主电机功率/kw30(工作功率为最大功率80%)产量/ kg/h180螺杆长径比23应用范围通用型螺杆转速/ r/min40挤出机螺杆各段温度的确定： 加料段：185摄氏度 压缩段：223摄氏度 均化段：230摄氏度 机头： 240摄氏度挤出机口模的确定：口模的孔数：15个孔的直径大约为3.5mm5.2.7 水槽的选取名称管材冷却定型水槽型号HRJ-GCDX类型冷却定型功率1.5kw用途用于挤出塑料制品冷却定型外形尺寸4500*350*1200（mm）5.2.8 风力吹干机的选取选取风力吹干机，其参数如表12： （表12）名称风力吹干机型号0.75kw/1.5kw类型交流鼓风机功率1.5kw用途用于流动物料的干燥，有效去除物料表面水分4.3.9 切粒机的选取为存储和运输的方便性，需把挤出料条剪切成颗粒状，然后烘干打包。选取切粒机型号参数如表13：表（13）型号SJ-90螺杆转速/ r/s10-70长径比/ L/D25:1颗粒规格/ mm33最高产量/ kg/h150机组重/ kg3500牵引方式胶辊4.3.10振动筛的选取为了筛出颗粒中的合适颗粒及去除碎屑，提高产品质量，所以需要添加振动筛。选取三维振动筛的技术参数如表14： 表（14）名称三维振动筛型号SV10 规格直径/mm0.5层数1-5功率/kw0.75参考价格/元1.7-2.44.3.11设置搅拌槽混匀前、后期物料 为了保证前后期的物料性质基本相同，每一小时人工搅拌一次，并送往台秤称量。4.3.12 烘干机的选取型号td-g50KG产品用途干燥烘干功率4.5（kw）产品别名烘干机特点接触面为不锈钢质制作，表面光滑，保温性能好，可直接观察内部原料情况4.3.13 台秤的选取在造粒工艺流程中，混合好的粉料经过造粒机造粒后经台秤称量、缝包、而后送至粒料贮室。因此根据一袋粒料的重量选择TGT-50台秤，其规格如表15： 表（15）型号TGT-50最大称量/kg50壁比总比1/50计量杠杆1/5承重杠杆1/10计量杠杆支重距/mm60支力距/mm300支重板边长(长宽)400300全高600最大刻度值5最小刻度值0.05油轮重量/kg0.154.3.14 打包机的选择选取ZD C-型打包机，其技术参数如表16： 表（16）型号ZDC-能力/ 袋/h100t精确容积0.08称量精确0.2%（40kg 计）外形尺寸（长宽高） /mm680012005200袋子材料塑料、麻袋、布袋、编织袋空气压力/ kgf/cm26袋子规格/mm900550耗气量/m3/min0.3装量40吸尘空气量 /m3/min1.5皮带输送机 / 长宽600400第五章 生产阻燃ABS树脂工艺流程设计5.1 概述 工艺流程设计是以工艺流程图的形成反映制品的生产过程。通过流程图可知道从原料进入到产品输出的过程中，物料和能量所发生的变化。流向以及生产中所经历的环节、设备和仪表等。这部分设计是工艺流程的核心，直接关系到整个工艺设计中设备选型、工艺计算及设备布置等工作。挤出成型主要用于热塑性塑料制品的成型，多数是单螺杆挤出，我们根据要生产的阻燃性ABS树脂的性能及技术要求，我们选用的是原料准备-预热-干燥-挤出-冷却-切割等流程。5.2 生产方法的确定同一塑料制品可采用不同的生产方法。从工艺的先进性和技术的可靠性考虑，本次设计阻燃ABS选择挤出成型的方法来进行生产挤出成型是聚合物成型的重要方法之一。挤出成型通常是将粉状或粒状形态的聚合物加入到挤出机机筒中，在螺杆或柱塞的作用下，聚合物严螺槽或机筒向前移动，并逐渐熔融而成为粘流体，然后通过设置在机筒端部的机头口模形成截面与口模形状相仿的连续体，最后经冷却定型。便可成型为所需形状的制品。挤出过程可分成两个阶段：第一阶段是使固态塑料塑化并在加压下使其通过特殊形状的口模而形成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成固体，即得到需要制品。5.3工艺流程5.3.1 ABS 挤出造粒工艺流程ABS 挤出造粒工艺流程如下： 助剂 计量 上料 计量 高混 料仓 下料 挤出 水 冷 吹干 切割 干燥 包装 储存 5.3.2 造粒方法根据粒料得到的方式不同，挤出造粒又可分为冷切法挤出造粒热切法造粒。我们选用的方法是冷切法挤出造粒。5.3.3 物料输送方式本设计中原料成分主要是粉料和粒料。由于原料的输送方式影响着生产工艺流程，针对原料构成特点，采用以下方式进行物料输送。1.风送粉末状的ABS改性剂和十溴联苯醚采用风送的方式进