9000t y氢氧化镁性聚丙烯阻燃软管专用塑料工艺设计-课程设计

烟台大学课程设计9000t/y氢氧化镁改性聚丙烯阻燃软管专用料工艺设计院系：化学院化工学院专业：高分子材料与工程姓名：学号：指导老师：2016年7月15日第1章概述1.1聚丙烯简介聚丙烯是聚烯烃类塑料中的一个重要热塑性塑料品种之一，它是丙烯的高分子量聚合物，由C、H两元素构成。聚丙烯缩写代号为PP，聚丙烯树脂是当今五大塑料品种中发展最快的一种，由于其原料来源丰富，价格相对便宜，性能优良，用途广泛，所以，对聚丙烯的应用，每年在以10%左右的速度增加发展。丙烯聚合时由于所用的催化剂的品种不同，则生产出的聚丙烯分子结构就有差异，按CH3排列方式的不同，聚丙烯形成了三种不同的立体结构：即等规聚丙烯（IPP）、间规聚丙烯（SPP）、和无规聚丙烯（APP）。三种聚丙烯中，目前以等规聚丙烯的应用量最大，约占聚丙烯总产量的额95%。1.2聚丙烯性能聚丙烯树脂中等规聚丙烯,是一种构型规整的高结晶型热塑性树脂。在常用的塑料中，它是应最轻的品种。人们常说的聚丙烯树脂就是指的是等规聚丙烯。其主要性能有几下几点：①一般性能等规聚丙烯是一种乳白色蜡状物，无毒、无味、无臭，密度为0.90～0.91g/cm。②力学性能聚丙烯的力学强度高、刚性和耐应力开裂性优于高密度聚乙烯；耐磨性好、硬度高、高温冲击性好（但在-5℃以下则急剧下降），耐反复折叠性好。③热力学性能聚丙烯耐热性能好，热变形温度为114℃，维卡软化点大于140℃，熔点温度164～167℃，使用温度在无负荷情况下可达150℃，可在130℃中消毒使用，连续使用温度最高为110～120℃。④化学性能化学稳定性能较好，除强氧化性酸对其有腐蚀作用外，与大多数化学药品不发生作用；不溶于水，几乎不吸水，在水中24h的吸水性仅为0.01%。但分子量低的脂肪烃、芳香烃和氯化烃对它有软化或溶胀的作用。⑤电学性能聚丙烯电绝缘性能优良，耐电压和耐电弧性好。等规聚丙烯的主要性能参数见下表：表1-1等规聚丙烯主要性能项目性能参数项目性能参数密度/(g/cm3)0.90～0.91脆化温度/℃-10吸水性/%0.02～0.03线膨胀系数/×10-5℃-16～10成型收缩率/%1.0～2.5热导率/［W/(m·K)］8.8×10-2拉伸强度/MPa30～40比热容/［J/(g·K)］1.92拉伸模量/GPa1.1～1.6体积电阻率/Ω·cm≥1016伸长率/%>200介点强度/kV/mm32冲击强度(kJ/m2)2.2～2.6相对介电常数/(106Hz)2.25洛氏硬度(R)95～105耐电弧性/s125～185熔融温度/℃165～170连续耐热温度/℃120热变形温度/℃56～671.3聚丙烯的应用聚丙烯制品是一种质轻、无毒、价格便宜、性能优良、成型较容易和用途广泛的塑料，在生活中应用主要有以下几个方面：①聚丙烯挤出吹塑薄膜，是一种生产设备简单。生产效率较高、价格便宜的制品。在食品包装盒纺织品及民用生活杂品包装方面广泛应用。②挤出流延成型薄膜，是一种透明度高、阻湿性好、耐热好耐寒性优良、易于热封合的薄膜。主要用于食品、纺织品及文具杂品的等的包装，性能好于聚乙烯吹塑薄膜。③挤出片后进行拉伸的薄膜，强度高，各种性能优良，广泛用于在食品包装及各种工业用品包装的中应用；另外，还可用作电气绝缘膜，取代纸介质、涤纶的和聚碳酸酯电容器并占领大部分PS电容器市场；双向拉伸薄膜可用于各种纺织制品的分包装。④聚丙烯编织袋柔软、手感好、强度大、耐水、耐磨、抗化学腐蚀、抗虫害及微生物侵蚀、无毒无味、无环境污染。早已替代麻袋，大量用于豆类、高粱玉米和各种谷物的包装及各种建筑材料的包装。⑤注射成型的周转箱，质轻、耐水、外形尺寸稳定，有一定的刚性和强度，在商品周转和销售包装方面广泛应用。⑥注射成型的各种工业零件，如轻负荷用小齿轮、轴套、风扇；汽车配件仪表板、保险杠和车厢内饰件等，另外，还有日常生活用品包括盒、盆、盘和座椅等。⑦挤出成型管材可用于各种液体的输送管路中，目前，国内生产的均聚聚丙烯（PP-H管）、嵌段共聚聚丙烯（PP-B管）、和无规共聚聚丙烯（PP-R管），用于饮水管或其他输液管，安装简单、耐化学腐蚀、符合卫生要求、应用时间长。1.4聚丙烯改性上面介绍了聚丙烯具有优良的物理力学性能和优良的加工性，这是其快速发展的原因。但PP也有许多缺点，如耐老化性能差、韧性还有待提高、强度不高、易燃、成型收缩率大、制品易翘曲等，这些缺陷限制了PP在汽车，家电等行业的应用因此必须对聚丙烯进行改性，提高它的相关性质。对PP的改性主要集中在以下几个方面。①共聚。采用共聚技术，该进PP的韧性、流动性等；②接枝。采用接枝该进制备具有极性的PP，从而提高PP的印刷性。与无机填料的粘结性、与极性聚合物的混合能力、抗静电性能等；③共混。与其他聚合物共混制备聚合物合金，从而提高PP的综合性能；④填充。与碳酸钙、滑石粉风无机粒子混合，提高PP的耐热性和刚性，降低成本等；⑤增强。与玻璃纤维。晶须等增强剂进行复合，提高PP的强度、刚性和耐热性；⑥阻燃。采用添加阻燃剂耳朵方法，制备阻燃性PP的材料，满足家电。汽车等对材料的阻燃要求；⑦透明化。采用添加成核剂的等方法，制备高透明的PP新材料，可用于透明包装等领域；⑧抗老化。采用添加抗氧剂等方法，该进PP的耐老化性，使其可用于户外产品中。从上可以看出，PP的改性非常广泛，改性手段也非常多，改性品种多，可制备满足各行各业不同要求的专用料。所以，PP的改性正迅速发展，成为改性塑料的最大的品种和应用最广泛的新材料。1.5聚丙烯阻燃改性（1）阻燃聚丙烯的配置方法比较简单：把聚丙烯粉料与一定比例的防老剂、处理剂、阻燃剂和辅助阻燃剂等掺混在一起，搅拌混合均匀后经挤出机混炼塑化、挤出造粒，即是阻燃聚丙烯产品。阻燃聚丙烯的性能与产品用料配方中的阻燃剂种类、用料量大小及配方中材料的组成有关。阻燃聚丙烯有优异的耐燃性，可达到UL94V-0级；热老化性好，在150℃环境下使用，寿命超过700h；加工型与聚丙烯树脂相似，溶体流动性好，可成型大型薄壁制品；力学性能与聚丙烯制品的力学强度接近。（2）阻燃剂种类及应用①卤素阻燃剂卤系阻燃剂是传统的PP阻燃体系，主要包括十溴二苯醚(DBDPO)、八溴醚(TBAB)等，通常在这个体系里还会加入氧化锑(Sb2O3)作为阻燃协效剂，在提高卤系阻燃剂的阻燃效率的同时降低其用量。在溴系阻燃剂中，溴化环氧树脂具有优良的流动性、较高的阻燃效率、优异的热稳定性和光稳定性，同时能使被阻燃的材料具有良好的物理机械性能，不起霜，有广阔的市场空间。但是卤系/氧化锑复合阻燃体系在燃烧的时候会产生大量有毒的烟雾，造成二次污染。近年来，随着对阻燃剂低毒、环境友好的进一步要求，卤系阻燃剂的使用受到了越来越多的限制。②氢氧化物阻燃剂氢氧化物阻燃剂主要包括氢氧化镁[Mg(OH)2]、氢氧化铝[Al(OH)3]和碱式碳酸铝镁等，属于添加型无机阻燃剂。氢氧化物的分解产物能形成保护膜覆盖在PP表面，起到屏障作用，发挥良好的抑烟效果，是一种环境友好型的绿色阻燃剂，并且与红磷等无卤阻燃剂有一定的协效阻燃作用。但氢氧化物属于无机物，具有亲水性，而PP的极性很弱，因此氢氧化物在PP中分散性和相容性都很差。用Mg(OH)2阻燃PP时，需要对Mg(OH)2进行表面处理。③膨胀阻燃剂膨胀性阻燃剂单从阻燃效率来说，膨胀石墨可谓“无与伦比”。与其它磷系阻燃剂配合，其阻燃的聚丙烯类塑料可以轻松打到V0阻燃等级。而且，膨胀石墨来源丰富，价格低廉。问题主要在于，膨胀石墨达到明显阻燃效果必须选用80目左右的产品，其得到的制品外观实在难以恭维。④纳米碳管阻燃剂自1991年饭岛教授发现纳米碳管(NTs)以来，由于其独有的结构和奇特的物理、化学特性，以及潜在的应用前景而日益受到人们的关注。纳米碳管具有良好的热传导性，而且强度高，富有弹性，用纳米碳管制备复合材料不但可以提高材料的耐热性能和阻燃性能，还可以起到增强和增韧的作用。但纳米碳管的制备方法仍然不够完善，制得的纳米碳管不均一，副产物较多，使复合材料性能受到影响；同时纳米碳管过深的颜色和昂贵的价格限制了它的应用。⑤有机硅阻燃剂有机硅化合物是一种新型、高效、低毒的环境友好非卤阻燃剂，也是一种成炭型的抑烟剂，能够促进炭层的形成，提高炭层的稳定性和改善炭层结构。有机硅系阻燃剂可通过与互穿聚合物网络(IPN)部分交联类似的机理与聚合物结合，能够限制阻燃剂在聚合物内的流动，因此有机硅系阻燃剂不会像卤系和磷系阻燃剂那样产生迁移现象。有机硅阻燃材料在燃烧的时候较早融滴，阻燃剂穿过基材的缝隙迁移到基材表面形成致密稳定的含硅焦化炭保护层，能够隔热，断绝氧气的供应。综上所述，本次工艺设计采用比较廉价的氢氧化物作为阻燃剂对聚丙烯进行阻燃改性，由于氢氧化镁分解温度比氢氧化铝高出110~140℃，更适合高温热塑性塑料加工，可广泛应用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、高抗冲苯乙烯和ABS等塑料行业。并且氢氧化镁是一种绿色阻燃剂，且与氢氧化铝相比，具有消烟能力更强、热分解温度更高、粒径较小等特点，适合更多对阻燃剂要求严格的地方使用。所以相比之下，氢氧化镁更适合本次设计工艺所选阻燃1.6产品质量指标我国采用ISO国际标准的对应技术文件，结合国内PP制品的发展情况和质量水平，制定了符合我国国情并向国际标准靠拢的国家标准和行业标准。本次设计阻燃改性聚丙烯专用料相关质量标准见下表：表1-2相关性能及标准性能PP/Mg(OH)2性能数值拉伸强度/MPa20.78悬臂梁缺口冲击强度/(J/m)17.1断裂伸长率/%75.76氧指数/%27.7弯曲强度/MPa42.1有无滴落无弯曲模量/MPa4315垂直燃烧法（UL-94）V-1发烟情况无烟第2章配方设计2.1塑料配方设计原则（1）满足最终使用性能与耐久性原则塑料制品制备过程中的选材、配方设计、产品设计、成型加工及制品的后处理等工序，最终的目的就是制备出质量优良，满足应用要求的制品。配方设计时主要任务是弄清使用环境条件，使用性能要求，才能选择合适的树脂。（2）抓主要矛盾的原则选定树脂后，通过对树脂性能的了解和分析，用于制备所需制品的树脂，可能存在的许多缺陷或不足，这时就应该按制品性能要求，找出主要矛盾，加以解决。一般情况下，解决了主要矛盾，其他矛盾也就迎刃而解。（3）充分发挥添加组分功能原则这是配方设计的中心任务，对添加剂组分选择力求要准，用量适当，要做到这一点，除具有丰富的实践经验外，还要吸取前人的经验教训，弄懂各添加组分的功能，结合应用性能要求与树脂本身特性，制定几套用量确定方案，再进行实验加以确定。（4）降低成本的原则配方设计时，除考虑性能外，还必须认真考虑到原料的来源和成本，在相同条件下，要选择原材料来源广、产量多、价格低廉的产品。（5）依据添加剂组分性能的设计原则配方设计时，要充分考虑到组分与树脂的相容性，只有添加组分与树脂具有好的相容性，才能均匀的分散于树脂体系中，才能形成一定的整体结构，从而发挥其应有的功能与作用。其次，要考虑添加组分的耐加工性。应确保小分子液态添加组分物质在加工中不蒸发，固体不分解，液体不溢出。再就是添加组分的毒性，添加组分一般都具有毒性，应在不影响制品性能的情况下，尽量选择低毒性物质。2.2配方设计表2-1PP/Mg(OH)2/增溶剂复合阻燃燃粒料配方组成（质量份）原料用量(质量份）原料用量(质量份）PP100抗氧剂10100.3Mg（OH)290复合增溶剂（POE-g-MAH:EPDN-g-MAH=5:5)102.3配方说明（1）原料要求原料原料聚丙烯有共聚PP和均聚PP。均聚PP的拉伸强度和弯曲弹性模量、热变形温度都较共聚PP的大，但冲击强度较共聚PP的小，其原因是均聚PP的结构等规度大而且易结晶，分子内的作用力强，其拉伸强度和弯曲强度、弯曲弹性模量相应的就高，对于强度要求高的材料可以选择均聚PP；而共聚PP，其分子链引进乙烯，因而其冲击性能就得到了很大的改善，对于冲击性能要求高的材料可以选择共聚PP。对于阻燃材料，均聚PP和共聚PP均可选择，但由于均聚PP来源丰富，价格相对便宜，流动性好，所以选择均聚PP作为阻燃专用料的基体树脂。（2）助剂要求为提高材料的弯曲强度和弯曲模量，采用无机阻燃助剂氢氧化镁，由于氢氧化镁的目数越高，平均颗粒度越小，在PP中分散效果越好。PP作为一种非极性、低表面能的聚合物与极性物质的相容性差，直接共混难以得到满意的效果。需添加复合增溶剂（POE-g-MAH:EPDN-g-MAH=5:5)。第3章生产设计3.1生产工艺流程图称量称量混合挤出拉条冷却风干切粒筛选干燥打包图3-1阻燃聚丙烯专用料挤出造粒过程3.2生产工艺说明（1）成型料准备此次设计的阻燃聚丙烯专用料所用的成型料并不是单一的PP树脂，为了改进粒料的加工性能，改善粒料的使用性能，根据生产配方的需要加入不同的助剂，如抗氧化剂，阻燃剂等。因此在加工之前要对成型粒料有一定的准备过程。①原料的称量按照确定的配方将原料精确计量，并保证各组分的称量误差在1%以内。②原料的混合PP共混造粒的原辅料大多粉料或粒料，因此PP共混造粒成型是通过物料间对流动作用和剪切作用进行制备。本次设计采用高速混合机将原辅料进行混合。原辅料混合工艺中的物料的输送是根据生产规模的设备来布置的，可选用风送、螺旋输送或人工接袋输送等。而本设计是9000t/y的成产量，物料输送并不会要求时间间隔紧密，因此采用弹簧上料机输送设备。（2）挤出造粒阻燃PP挤出造粒加工一般采用平行同向双螺杆挤出机，将PP熔融挤出形成料条，然后经过水冷却以后，送入切粒机中，切成圆柱形的粒子。切粒采用旋刀式切粒机，为确保切粒效果，无论动刀或者定刀均采用硬质合金钢制备。本设计采用双螺杆挤出机。当采用双螺杆挤出机时，物料在同向旋转螺杆的啮合区相对速度更大，有高的剪切速度，对物料充分熔融混合十分有利，且自洁性更好。PP树脂加工成型过程中难免混有或多或少的杂志；为了避免因滤网的阻塞而导致挤出和出料速度降低，因此需要经常更换滤网。3.3挤出工艺的控制因素（1）温度的控制温度的控制是挤出操作中最重要的控制因素。挤出成型所需控制的温度是机筒的温度、机颈温度、口模温度，热塑性塑料在一定温度条件下熔融塑化，其熔体粘度与温度成反比。温度是影响塑化质量和产品的重要因素。温度过低，塑化不良，制品力学性能差，产品达不到要求；温度过高，塑料会发生分解，产生变色等现象。下表是挤出机及机头的各段温度控制表3-1挤出机及机头各段温度控制机身一区二区三区机头设定温度/℃60~80125~135135~145250（2）螺杆转速螺杆转速提高，挤出量增加，从而可提高产量，但容易产生塑化不良的现象，温度下降，这时应调节机头压力，使产量。质量达到最佳。螺杆转速的调节可根据螺杆结构所加工的材料、产品的形状和辅机冷却速度而定。本次设计螺杆的转速定为300r/min。（3）切刀转速切粒时切刀的转速直接影响颗粒的大小，转速过快则切出颗粒较短，转速过慢则切出的颗粒较长。同时，也要保证转速的稳定，一确保切出颗粒的大小均一。第4章物料衡算4.1物料衡算的意义物料衡算，是在已知产品规格和产量前提下算出所需原料量，废品量及消耗量。同时还可拟定出原料消耗定额，并在此基础上做能量平衡计算。通过物料衡算可算出：（1）所需原料消耗量（2）实际动力消耗量（3）生产过程所需热量或冷量（4）为设备选型、决定规格、台数（或台时产量）提供依据（5）在拟定原料消耗定额基础上，可进一步计算日消耗量，每小时消耗量等设备所需的基础数据。综上所述，物料衡算是紧密配合车间生产工艺设计而进行的，因此，物料衡算是工艺设计过程的一项重要的计算内容。4.2物料衡算的方法塑料制品的生产过程多采用全流程，连续操作的形式物料衡算的过程如下：确定物料衡算范围，画出物料衡算示意图，标上与物料衡算有关的数据说明计算任务，如：年产量、年工时数等。选定计算基准。年生产上常用的计算基准有：①单位时间产品数量或单位时间原料投料量②加入设备的原料量由已知数据，根据下列公式进行物料衡算：∑G1=∑G2+G3式中：∑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总和有关定额、合格率、消耗率、等。在任何一个产品加工过程中，合格产品都不是百分之百。由于设备原因，原材料原因以及人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，要具体情况具体分析。除外还应考虑车间管理水平、设备先进水品等，取高值与低值都应有充分的论据。经过电铲研究后发现：塑料自然损耗率为0.1%-0.15%，这主要是贮存、运输、加工过程中的损耗。4.3物料衡算（1）计算基准的选取：年工作日的选取（年工作小时）年工作时间320天=7680h设备大修及特殊情况停车：15天/年机头清理1次/30天8h/次[320天-20天]×(1/30)×8=82h实际开车时间320-15-3.4=301.6天7680-360-82=7238h（5）设备利用系数K=实际开车时间/年工作时间=7238/7680=0.94（2）物料衡算①造粒工段，确定各个岗位物料损失塑化造粒工段物料损失系数见表表4-1塑化造粒工段物料损失系数一览表工序进入高混机前的输送高速混合高速混合机向挤出机输送挤出机输送(包括冷却，风干）切粒筛选损失率%0.020.020.010.020.010.025总损失%5.1②物料平衡计算进入本工序的料=出料量/（1-本工序的损失率）成品率95%(包括筛选不合格品及筛选过程中的合格品损失）切粒机出料量:9000/0.95=9473.68t筛选损失的物料量：9473.68-9000=473.68t进入切粒机的物料量：9473.68/(1-0.02%）=9475.58t切粒机的损失物料量:9475.58-9473.68=1.9t挤出机向切粒机的输送物料量：9475.58/(1-0.01%)=9476.53t挤出机向切粒机输送的损失物料量：9476.53-9475.58=0.95t进入挤出机的物料量：9476.53/（1-0.02%）=9478.43t挤出机的损失物料量：9478.43-9476.53=1.9t高混机向挤出机输送段的物料量：9478.43/(1-0.01%)=9479.38t高混机向挤出机输送的损失物料量：9479.38-9478.43=0.95t进入高混机的物料量：9479.38/(1-0.02%)=9481.28t高混机损失物料量：9481.28-9479.38=1.9t进入筛选输送的物料量：9481.28/(1-0.02%)=9483.18t筛选完向高混机输送损失物料量：9483.18-9481.28=1.9t表4-2塑化造粒工段物料平衡表工序进物料/t出物料/t输入损失/t小计/t筛选输送9483.189481.281.99483.18高混机9481.289479.381.99481.28高混机向挤出机输送9479.389478.430.959479.38挤出机9478.439476.531.99478.43挤出机向切粒机输送9476.539475.580.959476.53切粒9475.589473.681.99475.58筛选9473.689000473.689473.68成品90009000合计483.18③粉料中各组分需要量粉料中各组分需要量计算方法如下：求出每吨产品消耗量（kg）1000×组分占整个粉料量的百分率（%）=每吨产品消耗量组分占整个粉料量的百分率=组分占份数/各组分份数总和×100%每吨消耗PP1000×100/(100+90+10+0.3)=499.25kg每吨消耗Mg(OH)21000×90/(100+90+10+0.3)=449.33kg每吨消耗抗氧剂1000×0.3/(100+90+10+0.3)=1.50kg每吨消耗增溶剂1000×10/(100+90+10+0.3)=49.93kg年组分需要量(t)粉料年需要量×组分占整个粉料量的百分率=组分年需要量粉料年需要量为9483.18t每年需要消耗PP9483.18×100/(100+90+10+0.3)=4734.49t每年需要消耗Mg(OH)29483.18×90/(100+90+10+0.3)=4261.04t每年需要消耗抗氧剂9483.18×0.3/(100+90+10+0.3)=14.20t每年需要消耗增容复合剂9483.18×10/(100+90+10+0.3)=473.日组分需要量(t)年组分需要量/实际开车天数=日组分需要量每天需要消耗PP4734.49/301.6=15.70t每天需要消耗Mg(OH)24261.04/301.6=14.13t每天需要消耗抗氧剂14.20/301.6=0.05t每天需要消耗增容复合剂473.44/301.6=1.57t每小时组分需要量(kg)年组分需要量/实际开车时（7238h）=每小时组分需要量每小时需要消耗PP4734.49×103/7238=654.12kg每小时需要消耗Mg(OH)24261.04×103/7238=588.71kg每小时需要消耗抗氧剂14.20×103/7238=1.96kg每小时需要消耗增容复合剂473.44×103/7238=65.41kg根据衡算，计算出实际每年需要量及日需要量和每小时需要量，见下表：表4-3配方中各组分需要量原料名称配方中份数百分率/%每吨产品消耗量/kg每年需要量/t每天需要量/t每小时需要量/kgPP10049.93499.254734.4915.70654.12Mg(OH)29044.93449.334261.0414.13588.71增容复合剂105.0049.93473.441.5765.41抗氧10100.30.00151.5014.200.051.96根据计算结果画出物料衡算流程图，如下示：9483.18t/y→筛选输送(损失1.9t/y)→9481.28t/y→高混机(损失1.9t/y)→9479.38t/y→输送(损失0.95t/y）→9478.43t/y→挤出机(损失1.9t/y)→9476.53→输送(损失0.95t/y)→9475.58t/y→切粒机(损失1.9t/y)→9473.68→筛选(损失473.68)→9000t/y成品第5章设备选型5.1设备的选择原则在物料衡算和热量衡算的基础上进行设备选型计算，以确定车间内设备的类型，规格尺寸和台数，并为经济核算和工艺布置提供条件。由于塑料成型加工方法很多，所以实现同一工艺要求，可选用不同的成型方法和不同的成型设备。设备的选型与计算要充分考虑工艺上的要求，尽量选择先进设备。设备选择的原则应从技术、经济和我国的具体情况等方面考虑。技术先进、经济合理是设备选择的总原则。体现在：①所选用设备要与设计的生产规模相适应，在允许的情况下，能获得最大的台时产量。②设备适应产品的品种要求，确保产品质量。③提高连续化、大型化程度，提高劳动生产率，降低劳动程度。④降低能源消耗，注意保护环境。⑤设备结构简单，操作及维修保养方便。（1）设备的可靠性设备中所选用设备一定要可靠，特别是主要设备，应坚持经过生产实践的原则。只有设备的性能可靠，才能保证建成后一次试车投产成功。（2）设备的选用要立足国内塑料工业发展的历史并不长，但近几十年发展速度相当快，与之配套的塑料成型机械设备的生产已形成规模，并具有一定的水平。所以，为了减少投资，促进我国塑料制造工业的发展，在设备选型时要立足国内5.2设备的选择目的（1）按照产品规格完成年生产任务，保证生产质量。（2）按工艺流程购置生产所需设备。（3）为进行成本计算核算提供依据。（4）若成套设备有定型设备，则购置成套设备；没有成套设备，则选择主机然后对辅机进行工艺设计。5.3定性设备的选择与计算（1）高速混合机的选取及计算选用SHR-300A型高速混合机，其技术参数见下表：表5-1SHR-300A型高混机技术参数技术参数SHR-300A技术参数SHR-300A总容量300L电动机功率44~55kw有效容量225L外型尺寸2040×3600×2490mm重量3500kg搅拌桨转速475~950r/min加热形式电排料方式气动参考价格6万厂商张家港轻工机械厂高混机的有效容量为225L，PP加热改性助剂后粉料的密度为1.01kg/l每锅可装粒料1.01×225=227.25kg/h每小时热混6锅料的量：227.25×6=1363.5kg需要高混机(9481.28×1000)/（1363.5×7280）=0.96台则需要SHR-300A型高混机1台（2）挤出机的选取及计算表5-2SJS-83×24挤出机主要参数主要技术参数SJS-83×24主要技术参数SJS-83×24螺杆直径83mm螺杆长度1992mm螺杆长径比24生产能力400kg/h螺杆最大转速300r/min功率125KW参考价格10万元厂商南京橡塑机械厂由物料衡算可得进入挤出工段的物料（9478.43×1000）/7280=1301.98kg/h根据SJS-83×24型挤出机的生产能力，所需的造粒机台数为1301.98kg/h÷400kg/h=3.25台所以选用4台SJS-83×24型挤出造粒机（3）辅机的选取及计算①冷却水槽与挤出机配套，选择4台，其参数见下表：表5-3与挤出机配套的冷却水槽参数表型号材料长度mm宽度mm高度mm容量L重量kg厂商生产6000不锈钢6000500300900100泰州市智博橡塑机械有限有限公司②PQS-300型切粒机与挤出机配套，选4台，其参数见下表：表5-4PQS-300型切粒机主要参数技术参数PQS-300技术参数PQS-300切刀尺寸mmΦ200×300料条根数（条）≦60牵引速度m/min5~60进料口直径mm50~600生产能力kg/h450~1800回旋直径mm50~600切粒标准mmΦ3×3固定刀数（把）1滤筛板孔径mm12旋转刀数（把）1电机功率kw11切刀转速r/min50自带风干机功率kw2.2③自动配料秤自动配料秤的选取与计算阻燃改性聚丙烯中，由于需要加入多种助剂，为了生产方便和提高生产效率，一般选用多品种配料秤进行配料工段的称量。高混机每锅装料量为227.25kg，所以每锅料中各组分质量如下:PP227.25×(100/200.3)=113.45kgMg(OH)2227.25×(90/200.3)=102.11kg抗氧剂227.25×(0.3/200.3)=0.3403kg增容复合剂227.25×(10/200.3)=11.35kg为了严格按照配方称料，本设计所选的称量相对偏差应在1%以下。所以PP和Mg(OH)2选用XSP-0120型电子配料秤，抗氧剂选用XSP-0006型电子配料秤，增容复合剂选用XSP-0060型电子配料秤。表5-5XSP型电子秤称量装置参数规格XSP-0060XSP-0006XSP-0120最大称量kg606120最小分度值g0.050.0050.1精度1/4001/4001/400显示形式数字显示数字显示数字显示外形尺寸mm3080×1100×19002764×740×15804090×1100×1900价格（元）14260元1426014260④上料装置的选取对于挤出机需要采用自动上料装置，从而节省人力与时间。选取2D-1000型颗粒上料机，其规格件下表表5-62D-1000型颗粒上料机参数技术参数2D-1000型电机功率2.2kw上料量1000kg/h上料高度1-10m料箱尺寸900mm×800mm×950mm每台挤出机配备一台上料机，故选用4台2D-1000型颗粒上料机。5.4非定型设备的选择与计算（1）贮罐的选取PP每天上料量为(15.70+14.13×1.57+0.05)=31.45,贮罐装料系数为一般取0.7~0.85之间，我们在这里取中间值0.8，每天分8次上料，则最大上料量(31.45×1000)/0.8=39312.5kg/天PP表观密度1.01 kg/l=1010kg/m³每次上料体积=39312.5/(1010×8)=4.87m³选择PP贮罐Dg=1200mm表5-7椭圆封头贮罐尺寸Dgmm曲面高度mm直边高度mm容积m³内表面积m²1200300250.2551.65表5-860°锥形封头贮罐尺寸尺寸Dg=1200mm尺寸Dg=1200mm锥体高度1087mm内表面积2.62m²圆弧半径180mm容积0.477m³直边高度25mm则贮罐使用容积=上料体积—椭圆封头容积—锥形封头容积=4.87-0.255-0.477=4.168m3则贮罐高度=4.168/(0.6×0.6×π)=3.69m（2）仓壁振动器主管必须配有相应的仓壁振动器，其规格选取依据贮罐Dg=1200mm的贮罐壁厚为5m选用LZF-5型仓壁振动器表5-8LZF-5型仓壁振动器参数技术参数LZF-5型技术参数LZF-5型适用仓壁壁厚4.5~6mm功率0.25kw锥部仓容3t重量35kg配用振动电机JZO-2.5外形尺寸280mm×330mm×280mm激振力250kgf（3）振动筛的选择选用SV系列三维振动筛，本系列机在塑胶行业中主用于筛选粉料、纤维、色母造粒、塑胶混合，同时可用于其他行业。表5-9振动筛的主要技术参数振动筛外形尺寸1300mm×650mm×900mm振动机电机额定功率0.4kw最大激振力500kgf最大产量1200kg/h（4）台秤的选取切粒之后进行装袋需要选用一台装袋秤，本次设计采用TGT型台秤，外形尺寸为655mm×720mm×755mm。（5）缝包机的选取选用DGK26-1A型手提封口机表5-10DGK26-1A型手提封口机参数技术参数DGK26-1A技术参数DGK26-1A功率90kw外形尺寸360mm×260mm×380mm重量6/8.5kg（6）运输车的选取选用轻型平板手推车，此车适用于运送件装或袋装货物，载重200kg，车轮为实心橡胶轮胎。（7）货梯的选取表5-11选择H05-XPM型，其技术参数见下表技术参数H05-XPM型技术参数H05-XPM型载重500kg机房B1×B23000mm×3000mm速度0.5m/s静门口M1100mm轿厢B×L1500mm×1500mm轿厢门双折式井道B1×L12350mm×1860mm厅门双折式第6章能量计算6.1能量衡算的意义能量衡算是根据能量衡算定律，利用能量传递和转化的规律，通过平衡计算求得。将过程和设备的热量衡算、传入和传出的热量、加热剂、冷却剂以及其他能量的消耗量和能量的消耗量综合表等项目并称为能量衡算。在车间设计中进行能量衡算的目的：保证顺利进行成型加工，确定加热所需的热量并核算加热电功率，一方面作为选择设备的依据，另一方面作为计算耗电量的依据，确定冷却需排出的热量，一方面可以计算出冷却介质的消耗量，另一方面作为选择换热设备的依据。6.2能量衡算的方法（1）电能的消耗量一般设备上都有电动机的额定功率，也有加热装置的加热功率，在没有这些数据的情况下可以用下式进行计算：E=Qe/860η式中η——电热装置的电工效率一般取0.85—0.95（2）冷却剂水的消耗量冷却剂的消耗可按下式进行计算：W=Qe/Co(T2--T1)式中Co—冷却剂的比热容，（Kcal/kg.℃）t1—冷却剂的最初温度，℃t2—放出冷却剂的平均温度，℃Qe—需要交换的热量，kcalW—冷却剂的用量6.3能量衡算的过程（1）电能消耗量一般设备上都带有电动机额定功率，也有加热装置的加热功率，依据这些进行电能消耗的计算。计算如下：高混机的设备利用率为0.94，功率为50kw；挤出机的设备利用率为0.94，功率为125kw；切粒机的设备利用率为0.94，功率为11kw，自带风干机功率为2.2kw；辅机装置设备利用率为0.95，真空上料装置功率为2.2kw；振动筛装置功率为0.4kw，仓壁振动器功率为0.25kw，缝包机功率为90kw。则定型设备耗电约为：(50×0.94+125×0.94×4+13.2×0.94×4+0.25×0.95+2.2×0.95×5+0.4×0.95×5+90×0.95×4)×7280×1.1=7377125.76kw·h非常用设备用电量估计为60000kw·h，则总耗电量为：7377125.76+60000=7437125.76kw·h本设计年产量为9000t，则每吨粒料平均耗电量为：7437125.76÷9000=826.35kw·h（2）水量消耗冷却剂的用量：PP比热容为0.45kcal/(kg·h);水的比热容为1kcal/(kg·h)；挤出机出口模温度为250℃，冷却到50℃；冷却水入口温度为20℃，出口温度为50℃；则W=0.45×9476.53×(250-50)/1×(50-20)=28429.59t考虑损耗量，设利用系数为1.2，则需要用水量为：28429.59×1.2=34115.51t则生产每吨料粒消耗水量为：34115.51/9000=3.8t为了节约用水，可以采用循环冷却使用。表6-1能量消耗表项目每吨消耗定额消耗量年消耗量天消耗量时消耗量电826.35kw·h7437125.76kw·h24658.9kw·h1027.45kw·h水3.8t34115.51t113.12t4.72t第7章挤出机头结构设计7.1机头的作用及分类（1）机头的作用机头是挤出塑料制件成型的主要部件，它使来自挤出机的熔融塑料由螺旋运动变为直线运动，并进一步化，产生必要的成型压力，保证塑件密实，从而获得截面形状一致的连续型材。（2）机头的分类按挤出成型的塑料制件分类：通常的挤出成型塑件有管材、棒材、板材、片材、网材、单丝、粒料、各种异型材、吹塑薄膜、电线电缆等。按制品出口方向分类：可分为直向机头和横向机头，直向机头内料流方向与挤出机螺杆轴向一致，如硬管机头；横向机头内料流方向与挤出机螺杆轴向成某一角度，如电缆机头。按机头内压力大小分类：分为低压机头（料流压力小于4Mpa）、中压机头（料流压力为4—10Mpa）和高压机头（料流压力大于10Mpa）。7.2机头设计基本原则（1）内腔成流线型，机头内，凡是熔料流经的通道，必须做成光滑的流线型面以减少压力损失。不可有突变，死角，所有内壁的表面粗糙度不可大于Ra=0.1um。（2）成型部分的长度应按不同塑料的流变特性决定，要有足够的长度。其目的在于使由分流器来的几股熔体在此有很好的汇流，并减少巴鲁斯的影响。（3）出口部分通道的截面积应小于挤出机机筒内孔的截面积，并沿料流方向，向出口处逐渐减小，以形成一定的压缩比。（4）选材合适，由于机头内流过的塑料熔体对机头内腔有很大的摩擦，或者腐蚀，所以必须选用耐磨损，耐腐蚀的材料制造。（5）拆装方便，紧密不漏，因机头是常需要检修的，而且熔体在高压下流经其内部，所以设计结构应紧凑而又便于拆装，清洗，保证不漏料。7.3挤出机机头的设计本机头设计是冷切造粒机头，粒料为Φ3×3mm，出料孔的直径一般为粒径的1~1.5倍，则取出料孔的直径为3.3mm。过滤板安装在挤出机料筒和机头连接处，过滤板孔眼大小一般取Φ3~6mm,保持流道通畅，孔的有效面积为过滤板总面积的40%~60%，假设挤出孔的数目为12个。那么其截面积A=π(d/2)2=π(3.3/2)2=mm2=(8.56×10-6)m2每台挤出机的挤出量qm=[9476.53×1000/(7238×4)=kg/h=0.091kg/s配料的表观密度为1.01kg/L则根据物料衡算qm=ρAL其中L表示挤出机每秒钟挤出物料的长度则带入数据的每秒钟的挤出长度为0.83,符合生产要求。挤出机剖视图如下：图7-1挤出机机头剖视图自我评价经过三周的课程设计是我学到了很多东西，学习不仅仅是所学课本上的东西，还需要注意查找文献，不仅如此，知识的汲取不仅仅依靠课本，还需要同他人交流，课程设计过程中在利用所学知识的同时需要注意与同组同学之间交流，注意工作协同，相互配合，知识分享，依靠个人的能力很难完成此设计，所以需要小组协同，分工明确来共同完成本次课程设计。通过本次设计，进一步学习了聚丙烯的性能及在生活中的应用，熟悉了阻燃聚丙烯的阻燃性能及应用，了解了各种阻燃剂对聚丙烯改性的原理及应用。本工艺设计为氢氧化镁阻燃聚丙烯软管专用料的工艺设计，以聚丙烯为原料通过不同阻燃剂对聚丙烯性能影响不同，最终选择了经济比较合理，阻燃效果较好的氢氧化镁阻燃剂，不过氢氧化镁做阻燃剂来改性高聚物需要做表面处理；同时从生产设计、物料衡算、能量衡算、设备选型及对非标准设备设计进行了说明，从而完成本次课程设计说明书。配方方面，由于缺乏经验，只能参考书上有限的配方进行选择，选择了如下配方原料用量(质量份）原料用量(质量份）pp100抗氧剂10100.3Mg（OH)290复合增溶剂（POE-g-MAH:EPDN-g-MAH=5:5)10生产设计方面，本设计采用挤出法生产阻燃聚丙烯拉条冷却后再利用切割机进行切割从而得到阻燃聚丙烯粒料，确定了工艺流程后，由于缺乏经验，造成对各个过程中工艺因素的选择和工艺参数设定不是非常准确，可能影响到制品生产过程的控制及制品的质量，生产效率。真正的生产过程，需要进行试运行，根据实际生产过程中出现的问题及时进行修正及工艺参数的修改，从而获得较佳的工艺条件。物料衡算方面借课本上塑料厂的生产时间，合格率的选用，都是采用一般经验参数，采用了比较理想状态下进行的。设备选型方面，根据物料衡算计算结果选择生产能力与物料衡算计算结果较为符合的设备，但没有考虑到能源消耗及环境保护等经济性方面的问题。在实际生产过程中应该注意环境保护及能源循环利用，切勿破坏环境，浪费资源。能量衡算方面，电能消耗方面计算过程中只是对主要设备进行了计算，对辅助设备进行了电能估算，水量消耗计算过程中没有考虑循环使用水，计算的结果有点比较大，实际生产中应注意冷却水的循环使用。对于非标准设备机头的计算，由于能查到的资料很少，所以设计过程中存在很多不足。在今后的学习当中将会注意这方面的积累与应用，使得理论从实践中来到实践中去，活学活用，做到理论与实践相结合。参考文献[1]徐增德，郭静，冯钠.《高分子材料加工厂设计》.[M]北京：化学工业出版社，2007.2.[2]赵敏，高俊刚.《改性聚丙烯新材料》.[M]北京：化学工业出版社2002.8.[3]杨明山.《塑料改性工艺、配方与应用》.[M]北京：化学工业出版社(2版)，2013.4.[4]张玉龙.《塑料粒料制备实例》.[M]北京：机械工业出版社，2005.3.[5]杨明山.《聚丙烯改性及配方》.[M]北京：化学工业出版社，2009.1.[6]王慧敏.《高分子材料加工工艺学》.[M]北京：中国石化出版社，2012.2.[7]王文广等.《塑料配方设计(2版)》.[M]北京：化学工业出版社，2004.[8]周殿明，张丽娜.《塑料挤出成型问答》.[M]北京：化学工业出版社，2003.12.[9]张玉龙，李萍.《塑料粒料配方与制备》.[M]北京：机械工业出版社，2004.7.[10]张玉龙.《塑料配方及其组分设计宝典》.[M]北京：机械工业出版社，2005.9.[11]叶蕊.《实用塑料加工技术》.[M]北京：金盾出版社，2000.11.[12]林师沛.《塑料配制与成型》.[M]北京：化学工业出版社，2004.7.[13]周殿明，张丽珍.《聚丙烯成型技术问答》.[M]北京：化学工业出版社，2007.1.[14]张玉龙，王喜梅.《塑料挤出成型入门》.[M]北京：化学工业出版社，2009.4.[15]王加龙.《热塑性塑料挤出生产技术》.[M]北京：化学工业出版社，2003.8.[16]陈宇，王朝晖.《实用塑料助剂手册》.[M]北京：化学工业出版社，2014.12[17]田雁晨王文广.《塑料配方大全》.[M]北京：化学工业出版社，2002.7[18]刘亚青.《工程塑料成型加工技术》.[M]北京：化学工业出版社，2006.4[19]刘亚青，刘亚群.《工程塑料配方设计与配方实例》.[M]北京：化学工业出版社，2006.4[20]李杰，郑德.《塑料助剂与配方设计技术》.[M]北京：化学工业出版社，2004.2.附录：Mg(OH)2表面改性工艺Mg(OH)2的表面改性分干法和湿法两种工艺。表面处理剂中的偶联剂大多耐水性差，只能在惰性有机溶剂中溶解稀释使用，一般采用干法。将偶联剂用适量的惰性溶剂稀释后，喷淋于Mg(OH)2粉末上，在低速捏合机中，于室温下搅拌混合，时间20~30min,混合均匀后升高温度，在70~90℃及较高搅拌速度（大于500r/min）下进行改性和活化处理，时间30~60min，或者在室温下搅拌2~3h，以保证偶联效果。偶联剂用溶剂稀释能保证偶联剂均匀地分散在Mg(OH)2粉末表面，一般惰性溶剂用量与偶联剂用量的比为（3~10）：1。惰性溶剂可选择甲苯、二甲苯或石油醚。表面处理剂中的阴离子表面活性剂在水中稳定性很好，均采用湿法处理。将一定量的阴离子表面活性剂和适量的去离子水依次加入反应器中，温度控制在50~80℃，充分搅拌，反应2~3h，过滤、洗涤，最后在（110±5）℃下干燥，即可制得改性