《聚氯乙烯防静电板材生产工艺及车间设计》15000字

页共36页1.绪论聚氯乙烯树脂，俗称PVC树脂，是由氯乙烯单体通过自由基聚合机理聚合而成的聚合物。聚氯乙烯树脂作为五大合成高分子材料之一，在世界上占有重要地位。1.1静电产生机理及危害1.1.1静电产生机理高分子材料具有重量轻、耐磨、耐腐蚀等特点。它们具有良好的电和热绝缘性能，易于加工和成型。长期以来，聚合物材料因其优异的介电性能而被用作电绝缘材料。然而，高绝缘性也会带来静电危害。聚合物材料在产品加工或最终使用过程中容易发生冲突，导致静电积聚。1.1.2危害静电不仅会影响产品的透明度和美观性，还会影响产品的使用性能，造成外观损坏、触电、EC短路等不良现象，甚至静电放电产生的火花引起爆炸或火灾，从而阻碍了高分子材料在煤矿中，危险品仓库等场合的应用[1]。1.2抗静电方法(1)镀膜(Coating)技术，使在PVC板表面形成一层防静电硬膜。防静电层只能通过机械加工去除。任何其他方法，包括用酒精化学溶剂刷牙，都是无用的。因此，它不仅保持了塑料板固有的亮丽特性，还具有防静电功能，但是抗静电板的表面电阻在很多年后可能会增加至7-9次方欧姆或者更高，导致抗静电功能放松甚至消失[2]。(2)在塑料制品的一侧或两侧涂上导电涂层或导电膜复合层。(3)研制结构型导电高分子材料。(4)防止静电积聚，使产生的静电尽快消失。泄漏电荷的方法包括通过电路直接传导、改善环境相对湿度和添加抗静电剂[3]。(5)添加导电材料，并通过混合将导电材料转移到非导电塑料中，使其成为复合导电塑料。常见的导电材料包括石墨、炭黑、金属粉末、碳纤维、镀金玻璃纤维等。1.3聚氯乙烯分子结构聚氯乙烯是一种聚合物材料，它用氯原子代替聚乙烯中的氢原子。它是一种具有某种晶体结构的无定形聚合物。这种材料的结构如下：-(CH2-CHCl)n-。PVC是大多数VCM单体中具有连续头尾结构的线性聚合物。碳原子以之字形显示，所有原子以σ键连接显示。所有的碳原子都是SP3杂化的。PVC分子链上有一个短的间规规整结构。随着聚合温度的降低，间规结构的规整性增加。PVC的大分子结构中存在一些不稳定的结构，如头状结构、支链、双键、烯丙基氯、叔氯等，使其难以抵抗热变形和老化。因此，交联后可以消除这些缺点。1.4聚氯乙烯性能特点着色性。PVC的热稳定性和耐光性较差。氯化氢在150℃开始分解，随着增塑剂含量的增加，出现不良反应。此外，它还可能影响PVC的颜色，例如着色剂的迁移，这也可能影响PVC的耐色性。例如，PVC树脂降解的催化剂有铁离子和锌离子。因此，使用氧化铁（红、黄、棕、黑）或白氧化锌、硫化锌和立德粉可降低塑料树脂的热稳定性。一些染料可能与降解的塑料制品发生反应。例如，酸性差的蓝色颜料，即使在PVC的着色过程中，PVC的水解也会与氯化氢发生反应，失去合适的颜色[4]。迁移性。只有在使用染料或有机颜料时，增塑PVC产品才会发生迁移。正如我们常说的，迁移是指某些可溶性染料或有机颜料在环境溶剂中通过增塑剂渗透到塑料制品表面，从而将熔融染料颗粒带入制品表面去除污染、溶剂渗透或结霜[5]。耐候性。包括耐候性、抗破碎性和耐久性。它是指颜色对不同气候的抵抗力。这些包括可见光和紫外线、湿度、温度、大气中的氯以及产品使用过程中遇到的化学物质。有机颜料的好坏是因为它们的结构不同。除此以外，在含有白色颜料的配方中，颜料的耐候性会受到严重影响。稳定性。PVC树脂软化点低，约75～80℃，脆化温度低，在-50～-60℃范围内，大部分产品不应超过55℃，特殊配方可达到90℃。即使是高纯聚氯乙烯（PVC）树脂也能在100℃以上的温度或阳光下长时间逃逸氯化氢。这些结果表明，存在不稳定的尖峰团簇或结构[6]。降解时间越长，温度越高，降解速度越快，在氧气或空气存在下降解速度越快。电性能。聚氯乙烯是一种极性聚合物，对水和其他导电物质有很高的亲和力，因此其电阻比非极性聚烯烃小，但仍有较高的阴极体积和击穿电压。PVC的极性基团直接连接到主链上。在玻璃化转变温度下，偶极段受到主链原子的限制，不能移动，因此不存在偶极极化现象。可作为室温下的高频绝缘材料。悬浮树脂用于导线绝缘时，其电绝缘性能是液体树脂的10～100倍。降解过程中氯离子的存在降低了电气绝缘性。1.5聚氯乙烯主要应用PVC是世界上生产量最大、应用最广泛的通用塑料。极性碳-氯键结晶性好，强度高，阻燃性好，是建筑材料的首选，可用于塑钢门窗及扣板的生产。它还可以通过添加增塑剂来调节结晶度，生产各种硬度物品，如电线电缆、密封条、泡沫壁纸、拖鞋、人造皮革、农用薄膜、输液袋、甚至防腐剂薄膜等。1.6聚氯乙烯抗静电方法的相关文献及其优缺点在知网和各个资源网站的资料里，我查阅了几篇文献和专利，具体分析和研究了他们所选用的PVC抗静电技术，了解了他们是如何解决静电问题的，并整理了他们的优缺点，具体如下所示：(1)金属系防静电涂料导电性能的影响研究。该文献通过使用金属管道的方法来解决静电。优点：减少生产成本，通过接地的方式释放静电；缺点：长时间使用，管道可能会腐蚀生锈[7]。(2)PVC树脂静电问题及解决措施。文献通过使用加湿管道内壁的方法来解决静电问题。优点：减少生产成本，防止管道生锈；缺点：可能会产生湿料，影响运输效果[8]。(3)一种抗静电PVC板材材料及其制备方法。该专利通过纳米银线与高分子抗静电剂配合使用，使纳米银线表面官能化，来增强其表面活性，再将含有活化纳米银线的复合抗静电添加到PVC树脂体系中来改善PVC材料的抗静电能力。优点：提高了PVC板材的力学性能和阻燃性能；缺点：成本高[9]。1.7板材规格1.7.1常见规格常见的聚氯乙烯硬板有四类：一般用途、透明板、发泡板、防静电板。尺寸：一般是30*30，30*45，60*60，也可根据需求定制。规格：宽度在1米至1.55米之间任意选择，长度不限。厚度：2~8毫米不等，也可根据需求增减厚度。1.7.2板材基本配方一般硬板表1一般硬板基本配方原料质量份聚氯乙烯树脂（PVC）（SG-5，SG-4）100邻苯二甲酸二辛酯（DOP）4~6三碱式硫酸铅5~6硬脂酸钡（BaSt）1.5硬脂酸钙（CaSt）1.0碳酸钙10液体石蜡0.5~1.0色料0.005~0.01透明硬板表2透明硬板基本配方原料质量份聚氯乙烯树脂（PVC）（SG-5，SG-4）100邻苯二甲酸二辛酯（DOP）5~7甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯接枝共聚物（MBS）2~4硫醇有机锡2~3硬脂酸钙（CaSt）0.2硬脂酸锌（ZnSt）0.1表2（续）原料质量份环氧大豆油2~3发泡硬板表3发泡硬板基本配方原料质量份聚氯乙烯树脂（PVC）（K-58）100ACR4.5发泡剂AC2.5三盐基硫酸铅3二盐及亚硫酸铅3硬脂酸钙（CaSt）1.5成核剂二氧化钛（TiO2）2填充料碳酸钙（CaCO3）6防静电硬板表4防静电硬板基本配方原料质量份聚氯乙烯树脂（PVC）（SG-5，SG-6）100邻苯二甲酸二辛酯（DOP）5~8三碱式硫酸铅2~3二碱式亚硫酸铅1.2硬脂酸钡（CaSt）1~2PE蜡0.5~1炉法炭黑（粒度>80目）30~45CPE（Cl=37.5%）10~20

配方试验2.1基础材料2.1.1树脂树脂是复合导电塑料的基体。树脂的选择不仅取决于树脂的性能，还取决于生产条件和经济因素。因此，综合比较，我们选用齐鲁石化公司生产的PVC（S-1000），具有优良的阻燃性能和良好的价格。在PVC中加入合适的导电材料，可以获得良好的导电性能，并通过添加其它添加剂，达到理想的机械冲击强度。2.1.2导电填料炭黑来源广泛，价格优惠，可选用炭黑作为导电填料。对炭黑导电电机的机理有两个假设：（1）导电电路理论：在一定的剪切力作用下，炭黑团聚体成为粘附粒子，在100nm的距离内相互接触形成网络，电子p通过交联链传导电。（2）场发射理论：在基体大分子化合物中，碳粒子不仅接触，而且电子在炭黑粒子的空隙（小于100nm）中运动，从而导电，即炭黑粒子之间的隧穿效应理论或高电场强度导致发射电流并导电。据了解，特导电炭黑粒径较小，具有最高的比表面积，最高的结构度，是目前国内最好的导电填料。所以，选用特导电炭黑作为PVC导电填料[10]。2.1.3填充剂填充剂以固体为主，可分为增量填充剂和增强填充剂两种。它们之间没有严格的范围，这取决于具体的用途和对象。在PVC塑料中加入填充剂，可以大大降低产品成本，提高产品的某些性能。常用填料为碳酸钙等，在配方体系中，活性碳酸钙的一般用量为5份，本实验采用15份。除用作发泡成核剂外，还可降低材料成本。但是，过多的泡沫会导致气泡均匀性差，影响外观质量，产品密度难以控制，导致整体成本增加[11]。2.1.4改性剂在PVC树脂中加入导电炭黑，随着炭黑用量的增加，不仅难以加工，而且复合材料变得脆硬，冲击性能急剧下降。考虑到复合材料的改性，选择了含氯量为35%的CPE来改善其冲击性能[12]。CPE所具有的结构使材料具有良好的机械性能和冲击性能，对聚合物的加工性能也有明显的改善作用，而且价格适中，堪称物美价廉，性价比很高。2.1.5润滑剂当聚合物在熔融状态下加工时，其熔体具有较高的熔体粘度，这可能导致聚合物内部以及聚合物与加工设备之间发生冲突。一方面不受控制的摩擦生热会使聚合物发生热降解，另一方面高粘度也会大幅度降低聚合物的流动速度，严重影响加工生产的正常进行。解决这个问题的方法有三种：提高温度、增大压力、添加润滑剂。提高加工温度可以有效降低粘度，提高加工性能，但控制不准确、控制不及时会加剧热降解。随着压力的增大，熔体的流动速度加快，但熔体的粘度随压力的增大而增大。控制不当会导致严重的问题。此外，过高的温度和压力会导致聚合物降解和链断裂，严重影响产品质量。润滑剂的添加主要是解决摩擦问题，在添加润滑剂后，部分润滑剂会渗透入聚合物内部，减少聚合物之间的摩擦；部分润滑剂迁移到聚合物表面，在聚合物与加工设备之间形成润滑界面，有效降低聚合物熔体与加工设备之间的摩擦，防止熔体粘附在设备表面。在使用润滑剂时，应注意光滑现象，即在一定的极端条件下，将润滑剂从高压混合物中挤出，在设备的铸铁表面和壁面形成一层隔离膜，彻底消除壁面所需的粘附，防止加工的顺利进行。聚氯乙烯（PVC）是一种重要的通用塑料，用途广泛。然而，由于其极性强，PVC存在加工问题，例如熔体粘度高、材料产生的剪切摩擦热大以及熔体与加工设备金属表面的严重粘附[13]。因此，有必要对PVC进行热塑性加工，并添加能够降低熔体粘度、减少材料剪切摩擦产生的热量以及熔体与加工设备金属表面的粘附力的金属润滑剂。本次选用硬脂酸钙作为润滑剂。硬脂酸钙是一种金属皂，是一种常用的润滑剂，还是一种聚氯乙烯热稳定剂[14]。2.1.6增塑剂增塑剂是添加到材料（通常是塑料、树脂或弹性体）中以改善加工性、可塑性、弹性和拉伸强度，但不改变增塑剂材料基本化学性质的材料。根据增塑剂的作用原理和作用方式，可将增塑剂分为内增塑剂和外增塑剂两类。外部增塑剂通常是高沸点的酯，很难蒸发，很少有低熔点的固体，通常不与PVC反应[15]。PVC常用的增塑剂有邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、癸二酸辛酯(DOS)、磷酸三甲酚酯(TCP)、邻苯二甲酸二异辛酯(DIOP)、己二酸二辛酯(DOA)、石油酯、环氧化合物、氯化石蜡(通常石油酯和氯化石蜡为助增塑剂)，它们的性能如图1[16-17]．理想的增塑剂应满足以下要求：高效、与树脂相容性好、挥发性低、迁移少、光热稳定性好、与树脂中其他助剂配合良好、价格便宜、易污染小、毒性低或无毒等优点。综合比较而言，DOP是PVC增塑剂中性能优良的品种之一，其溶度参数为8.8(cal/cm3)，介电常数为5.18，与PVC高度相容，可以作为主增塑剂使用，并且具有以下优点：(1)较高的增塑效率；(2)耐热性和耐寒性：涂层能使产品在很低的温度下保持良好的硬度，不仅在高温或工作条件下分解，而且在高温下非常稳定，同时光和氧也有良好的稳定性；(3)耐抽出性：耐水、耐油、耐有机溶剂，能使产品具有良好的耐久性；(4)不迁移：该成膜剂可防止产品中的添加剂与其他固体介质接触而扩散。图1增塑剂性能比较图2.1.7热稳定剂通常聚氯乙烯使用的稳定剂有两类，一类是热稳定剂，一类是防老化剂。热稳定剂偏重于改善加工性能，主要是通过吸收加工过程中聚氯乙烯释放的氯化氢气体来避免树脂被催化分解；防老化剂偏重于提升使用寿命，因此防老化剂多含有抗氧剂和抗紫外线剂，降低使用过程中环境对产品的损害。热稳定剂通常是无机或有机金属化合物，这个术语本身是指阳离子或有机化合物的存在，通常按化学分类。一般来说，无机材料和有机金属化合物是基本的（或主要的）稳定剂，而有机材料是次要的或次要的稳定剂。在塑料挤出过程中，稳定剂起到了防止塑料树脂分子链在热剪切作用下发生损伤和降解的作用，同时还起到了光、热、氧在储存和使用期间。目前，用于硬质塑料制品的稳定剂主要是铅、锡、钙、锌复合稳定剂。复合铅盐稳定剂具有良好的热稳定性，但在固化过程中会保留游离离子。如果这些离子的含量太高，在可见光的直接作用下，残留离子会作用于产品表面，导致产品表面出现灰斑或黑色。有机锡稳定剂具有良好的热稳定性和亮度，但有机锡的光稳定性与PVC树脂相近，不能有效地保护PVC颗粒免受紫外线的伤害，因此铅/钙/锌盐稳定性差，只有加入大量的二氧化钛才能起到屏蔽作用，才能达到耐候性要求[18]。钙锌稳定剂的主要成分是钙锌皂盐、辅助稳定剂、抗氧剂和润滑剂。在复合钙/锌稳定剂中加入大量不同类型的抗氧化剂（如1010和1076），在光氧化和热氧化条件下，PVC的降解可以得到缓解，特别是在早期天气耐塑料制品。因此从各类稳定剂的优劣及发展来看，钙/锌复合稳定剂更适用于本实验。2.1.8增强剂MBS是PVC最主要的增强剂之一。与其它增强剂相比，MBS可大大提高产品的耐久性，并在相同的量下使PVC的透明度最大化，可广泛用于加工和工程应用。PVC、PBT、PC等塑料。2.2实验方法2.2.1导电专用料的配方试验对特导电炭黑进行活化处理，按照配方准确计量稳定剂，加工助剂，改性剂，PVC树脂，先通过高速混料机热混至110-120度，再冷却到40-60度。2.2.2板材制备由于塑料树脂的导热性能较差，模压成型过程中物料在较低温度下很难实现完全熔融，形成致密度较好、性能较佳的制品。PVC树脂的热稳定性较差，无法直接采用模压成型工艺制备成品，需要先将混配好的PVC粉料在混炼机中加热预塑化，随后将预塑化好的片状物料放入成型模具内，并在热压机上热压一定时间后冷压定型成板材[19]。具体步骤是通过硫化机，先在180℃，25Mpa的压力下研制8分钟，再在相同条件下冷压10分钟，将上述料通过模压成型制成大小为12*12*3的板材。2.2.3性能测试设计配方后，按GB/T1040-92标准制作万能试样，并对试样的力学性能进行测试。每一组测量5次，并具有等效的平均值。实验结果如下：表5力学性能测试表性能试验方法单位样条平均值拉伸屈服应力GB/T1040-92MPa73.4拉伸断裂伸长率GB/T1040-92%12.1拉伸弹性模量GB/T1040-92MPa2769.6缺口冲击强度GB/T1040-92kJ/m282.5表中各项数值均满足力学性能要求。2.3实验结果2.3.1炭黑用量对PVC力学性能的影响炭黑相当于一种填料，加入PVC后，降低了颗粒间的强度，从而降低了PVC的拉伸强度。同时，它限制了PVC链的运动，存在应力集中，导致PVC冲击强度和伸长率下降。由于炭黑的加入，提高了PVC表面的抗外压能力，提高了PVC的硬度。因此，随着炭黑用量的增加，PVC的拉伸强度、冲击强度、延伸率下降，但硬度增加。2.3.2导电炭黑用量对PVC电性能的影响导电炭黑与PVC电性能的关系如图1所示。如图1所示，总的趋势是电阻率随着炭黑含量的增加而减小。当炭黑用量小于3份时，表面电阻率下降缓慢，而当炭黑用量大于3份时，表面电阻率下降加快。通过对复合材料的理论分析，当碳含量小于3份时，未形成炭黑导电网络，表面电阻下降缓慢。随着特殊导电炭黑用量的增加，炭黑颗粒逐渐形成导电网络，使PVC的导电性增强，表面电阻率降低。当加入量大于9份时，炭黑形成导电网络，加入量越大，对PVC表面电阻率影响越小。图2炭黑添加量与PVC电阻的关系2.3.3CPE用量对PVC力学性能的影响我们实验选用35%氯含量的CPE与PVC相容性好，拉伸强度低，导致PVC颗粒间强度低，材料拉伸强度低。在一定条件下，PVC和CPE可以形成网状或岛状的物理结构，即PVC胶体颗粒在涂膜中，网状和“网状”颗粒大小完全相同初级塑料.当CPE形成网状结构时，PVC粉体破碎成一级颗粒，这些一级颗粒和二级颗粒之间有一系列分散的颗粒结合，形成最佳的冲击强度，降低熔体粘度系统。因此，随着CPE的增加，PVC的冲击强度增加，伸长率增加。同时，CPE的加入降低了PVC的抗外力能力，降低了材料的硬度。总结，随着CPE用量的增加，PVC的拉伸强度和硬度下降,冲击强度和伸长率上升。2.3.4CPE用量对PVC电性能的影响在PVC中加入CPE对PVC电性能的影响，有利于导电炭黑在成型过程中的分散炭黑形成导电网络，导致PVC表面电阻降低。然而，CPE具有高电阻率、良好的电绝缘性，加入大量的塑料后，其表面电阻率会增加。图3CPE用量与PVC表面电阻的关系2.4生产配方的确定通过上述研究确定生产配方如下表：表5配方表原料质量份用途聚氯乙烯树脂（S-1000）100树脂原料导电炭黑5.5导电材料钙/锌复合稳定剂4热稳定剂邻苯二甲酸二辛酯（DOP）5增塑剂MBS3增强剂硬脂酸钙1.5润滑剂CPE10改性剂活性碳酸钙15填充剂

3.工艺流程设计3.1流程设计3.1.1加工方法选择板材的生产一般有压延、挤出和层压三种方法，其中最适合本次课题的是挤出法。与其它方法相比，挤出法生产出的板材厚度均匀，整体性好，缺点是由于挤出法在挤出截面尺寸较大的制品时，会因为冷却问题产生较大的内应力，所以不宜生产厚度超过15mm的板材。但是本次设计要求的板材厚度只有3mm，所以挤出法不会对板材的质量造成影响。挤出法在生产具有恒定断面的连续性型材方面优势很大，可以连续化、自动化生产，设备简单，操作方便、工艺易控、生产效率高，最适合本次课题的要求。3.1.2生产流程设计本设计拟采用两步法生产，即先造粒，再塑化挤出成型。造粒后塑化容易，在挤出成型过程对挤出机的要求不高。因此先造粒的目的是为了使工艺流程稳定，且便于原料的运输、贮存和计量。而且目前两步法的生产工艺已经相当成熟，因此采用这一工艺路线就是为了可以使生产更加简单便捷和稳定[20-21]。本次设计工艺流程示意图如下：图4工艺流程图图5工艺流程示意图

4.物料衡算4.1计算基准国家法定节假日（元旦1天、春节3天、清明1天、劳动节3天、端午1天、中秋1天、国庆3天）共计11天，每年工作354天。除此之外，塑料厂一年有25天用于设备大修，每6天换一次过滤网并且清洗机头，每次8小时，一年中由于特殊原因不得不停工的天数约为15天。综上所述，初步估算每年实际生产时间约为296天，即7104小时。设备利用率为：7104÷(354×24)×100%=84%。4.2物料衡算塑化造粒工段物料衡算表6塑化造粒工段损耗一览表工序筛选输送高速混合挤出造粒塑料风送自然扫地自然扫地损耗率%0.20.30.10.20.30.2合计损耗率%0.50.10.50.2总损耗率%1.3造粒工段物料衡算：进入本工序的物料量=出料量/（1-损耗率%）设进入粒料风送处为1000kg，其中回收料50kg，950kg由造粒工序得到进入造粒工序的料量为：950÷（1-1.3%）=962.5kg表7造粒工段物料平衡表工序输入输出物料kg回收料kg小计kg物料kg损耗kg小计kg筛选输送962.5962.5962.54.8962.5高速混合957.6957.6957.60.9957.6挤出造粒956.7956.7956.74.8956.7风送951.9951.9951.90.9951.9半成品95050100010001000总计1012.5实际生产中，年产量9000吨，实际造粒量9000÷（1-6%）=9574吨表8实际造粒工段物料平衡表工序输入输出物料/吨回收料/吨小计/吨物料/吨损耗/吨小计/吨筛选输送8703.98703.98703.944.38703.9高速混合8659.68659.68659.68.28659.6挤出造粒8651.48651.48651.443.48651.4风送8608.08608.08608.017.28608.0半成品8590.8452.2957495749574总计1012.5t表9成型工段物料损耗比例表工序自然损耗扫地下脚料一次成品损耗%0.10.45.56成型工段平衡计算：年产量9000吨，故需要造粒量9000÷94%=9574吨自然损耗：9574×0.1%=9.574吨扫地损耗：9574×0.4%=38.30吨下脚料：9574×5.5%=526.6吨下脚料中95%回收，即526.6×95%=500.27吨表10成型工段物料损耗表工序输入自然损耗扫地损耗下脚料损耗成品量物料量/吨95749.57438.30526.690004.3总和表11原料理论需求列表原料名称配方份数百分含量%每吨产品消耗量/吨9000吨产品消耗量年/吨日/吨时/kgPVC树脂10069.440.69446249.621.11879.73导电炭黑5.53.820.0382343.81.1648.40钙/锌复合稳定剂42.780.0278250.20.8535.22DOP53.470.0347312.31.0643.96MBS32.080.0208187.20.6326.35硬脂酸钙1.51.040.010493.60.0613.18CPE106.940.0694624.62.1187.92表11（续）原料名称配方份数百分含量%每吨产品消耗量/吨9701吨产品消耗量年/吨日/吨时/kg活性碳酸钙1510.420.1042937.83.17132.01小计1441001900030.411266.89表12原料实际需求量原料名称配方份数百分含量%每吨产品消耗量/吨9701吨产品消耗量年/吨日/吨时/kgPVC树脂10069.440.6944673622.76948.20导电炭黑5.53.820.0382370.583.8652.16钙/锌复合稳定剂42.780.0278269.690.9137.96DOP53.470.0347336.621.1447.38MBS32.080.0208201.780.6828.40硬脂酸钙1.51.040.0104100.890.3414.20CPE106.940.0694673.252.2794.77活性碳酸钙1510.420.10421010.843.42142.29小计1441001970132.771365.57图6物料损耗图

综上所述，可得原料消耗表表13原料消耗表序号原料名称单位每吨产品消耗量9701吨产品消耗量年/吨日/吨时/kg1PVC树脂吨0.69673622.76948.202导电炭黑kg38.2370.583.8652.163钙/锌复合稳定剂kg27.8269.690.9137.964DOPkg34.7336.621.1447.385MBSkg20.8201.780.6828.406硬脂酸钙kg10.4100.890.3414.207CPEkg69.4673.252.2794.778活性碳酸钙吨104.21010.843.42142.2910小计970132.771365.57

5.设备选型在聚氯乙烯硬板挤出生产加工过程中，除了挤出机这一主要设备外，还有一些其他的辅助设备，如贮罐、输送装置、称重装置、造粒机、高速混合机、冷却混合机、挤出辅机，以及一些配套管道、带有这些装置的阀门和泵等。设备选型、设计和计算的前提下进行材料规模和设备，也是本次设计中最关键的步骤，因为设备模型、规格、性能和布局上的不同对挤压成型过程和成品的质量会有很大的影响。设备选型要充分考虑工艺流程，注意设备与工艺的配合。其中，挤出机的选择是设备选择中最重要的。5.1设备的选择、设计与记标5.1.1挤出机根据年产量9000吨，可记标日产量，然后根据挤出机的L/D，生产能力来选择总台数，具体记标如下：初选挤出机生产能力为700kg/h可得：9000×1000÷296÷24÷700÷84%=2.15台所以，需要3台挤出机。设备利用率：2.15÷3×100%=71.7%该单螺杆挤出机适用于生产高低压聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等原材料或再生材料。塑料性能好，产量高，配有各种辅助机械，可用于吹膜、拉丝、挤出、型材挤出、气垫膜挤出、电线电缆、棒材等产品也用于生产球团。最后选定造粒和成型的挤出机为同一型号，即SJ-200/30，具体参数如下：表14挤出机参数表型号SJ-200/30螺杆直径mm300长径比30:1转速r/min55生产能力kg/h700中心高mm1100主电动机功率kW319.4外形尺寸（长×宽×高）m6.5×3.8×3.3重量kg21200参考价格（万元）30生产厂家山东塑料橡胶机械总厂5.1.2高速混合机根据前面的计算可得本设计的产量为1365.67kg/h，粉料混合时因为原料间的空隙较大，可取其容积为0.7g/mL。每小时混料体积为：1365.67/（0.7×103）=1.95m3因为已选定的高速混合机为3台，即有三条生产线，且高速混合机大约5~10分钟可以混好一锅料，假设每小时每一台机器可以混好3锅料，则每锅料的体积为：1.95×103/3×3=195L。选择时高速混合机的有效容积应为195L，最后选定的高速混合机为SHR-200×575×1050，其具体参数为：表15高速混合机参数表型号SRL-Z300有效体积L225总体积L300生产能力kg/h655~1350外形m4.80×2.64×2.48重量kg3600价格（万元）6.5生产厂家江苏张家港市众能机械有限公司主电机功率kW40~555.1.3冷却混合机相同的方法可以记录冷混炼机的有效容积，但考虑到冷混炼机的容积越大，冷却效果越好，冷混炼机的储槽效果越好，所以在选择大容积的冷混炼机时要考虑冷混炼机的有效容积。最后选择的冷却混合机型号为SRL-Z1250，具体参数如下：表16冷却混合机参数表型号SRL-Z1250有效体积L750总体积L1250生产能力kg/h700主电机功率kW/h75转速r/min70外形尺寸m5.6×3.0×3.10重量kg6500价格（万元）6.5生产厂家江苏张家港市众能机械有限公司5.1.4贮槽贮槽用于储料或给料罐，主要参数是储料罐的容积，在考虑内部压力的情况下，选择不同形状的贮槽来满足工艺要求。表17贮槽参数表名称立式椭圆形封头容器公称压力Pg250Pa公称容积Vg12m3公称直径Dg3600mm名称立式椭圆形封头容器公称压力Pg250Pa公称容积Vg16m3公称直径Dg4000mm名称顶盖可拆式90°无折边锥形底平盖容器（PVC贮槽）公称容积Vg16m3公称直径Dg4000mm名称顶盖可拆式90°无折边锥形底平盖容器（填料贮槽）公称容积Vg4m3公称直径Dg4200mm5.1.5三辊压光机由于这次生产的是厚度在3mm的板材，因此选用了板材挤出最常用的三辊压光机。压光头与三辊之间的距离应尽量接近，控制在10-15cm，三辊的牵引速度略快于挤出线10-25%，可使皱纹消失，减少板材的内应力；如果三个辊与头之间的距离过大，板容易下垂、起皱，成品率降低。该机组挤出的板是水平进入中、下辊之间，三辊总高度小，上辊调距方便，板不易下垂松驰，操作方便，上辊温度为100-150℃，中、下辊温度为90-100℃。

如果辊子温度过低，印版不易粘附在辊子表面，还会产生小绉纹[22]。辊面温度应高到足以熔化，辊面应完全粘附，否则会产生印纹。但是，辊温不能太高，如果太高会使印版难以辊离，使印版表面产生水平条纹。三个滚轮之间的距离可以根据面板的表面状况进行调整，但不能靠三个滚轮压延而变薄，否则三个滚轮会变形或损坏。5.1.6牵引辊三辊压延机的拉辊速度基本同步，可以调节并保持一定的张力。5.1.7称量装置称量装置主要用来称量聚氯乙烯树脂和填料，主要考虑其称量的范围和精度。表18称量装置参数表型号BF-500称量范围kg10~500精度1/500有效容积m30.5生产厂家张家港市贝发机械有限公司5.1.8其它设备其他辅助设备可根据已选择的设备进行配合，从配合要求和配合成本等方面综合考虑进行合理选择。表19辅助设备一览表三辊压光机辊筒直径×长度/mm400×1500辊速n/min0~10冷却定型装置加热功率kW15.0冷却介质自来水牵引装置牵引速度m/min0.25~5牵引辊长度mm1246切割机锯片直径mm340锯片转速r/min3760切割厚度mm2~10辅机外形mm9500×30005.2生产设备一览表表20生产设备一览表序号1位号M111设备名称单螺杆挤出机型号规格SJ-200/30设计台数3用电功率kW319.4设备重量kg单重：21200总重：63600参考价格（万元）单价：30总价：90生产厂家山东塑料橡胶机械总厂序号2位号V102设备名称贮槽表20（续）型号规格Vg：12m3Dg：3600mm设计台数3序号3位号V104设备名称锥底平盖容器型号规格Vg=12m3Dg=22000mm设计台数3序号4位号V104设备名称锥底平盖容器型号规格Vg=16m3Dg=4000mm设计台数3序号5位号W106设备名称配料秤型号规格BF-500设计台数3用电功率kW7.5设备重量kg1890参考价格（万元）32生产厂家张家港市贝发机械有限公司序号6位号M108设备名称高速混合机型号规格SRL-Z300设计台数3用电功率kW40~55设备重量kg单重：3600总重：10800参考价格（万元）单价：6.5总价：13.5生产厂家江苏张家港市众能机械有限公司序号7位号M109设备名称冷却混合机表20（续）型号规格SRL-Z1250设计台数3用电功率kW75设备重量kg单重：6500总重：13500参考75价格（万元）单价：6.5总价：13.5生产厂家江苏张家港市众能机械有限公司序号8位号M112设备名称切粒机型号规格SQ200设计台数3用电功率kW7.5设备重量kg单重：600总重：2400参考价格（万元）生产厂家成都科技高分子工程公司序号9位号V113设备名称贮槽型号规格Vg=16m3Dg=4000mm设计台数1序号10位号M115设备名称单螺杆挤出机型号规格SJ-200/30设计台数3用电功率kW319.4设备重量kg单重：21200总重：63600参考价格（万元）单价：30总价：90生产厂家山东塑料橡胶机械总厂序号11位号M116设备名称挤板辅机型号规格SJ-BF150设计台数3用电功率kW1.5表20（续）设备重量kg0.4参考价格（万元）3.6生产厂家上海翔春电器设备有限公司5.3模头设计5.3.1模头设计要点首先，模头结构简单，必须设计光滑的表面流线，稳定、准确的流量控制装置，保证模具材料流动阻力的平衡。对于每一个材料元件，其机械性能必须能够承受材料的高压流动，最好是在头部的底部设计一个头部支架。最后，模头模唇宽度大于产品宽度25～50mm。5.3.2模头设计挤出塑料板材的机头，按其结构来分，有下述四种：鱼尾式机头，一般适用于生产厚度为1~3mm，宽度为500mm的窄幅板材；弧形头，适用于生产厚度0.02～5mm，宽度小于2000mm的软质塑料制品，不适用于硬质塑料挤出；衣架式头，是将分支管式鱼尾式封头结构设计的封头，从薄到厚，从宽到窄都可以生产，用途非常广泛。螺旋式分配头，在这种机头中，分配螺杆的设计，是该机头设计的关键，但目前并没有成型的计算式，只能凭经验。根据上面的描述，衣架式显然是最方便的。从实验中可以看出，模唇平直部分长度的长度一般是板材厚度的20~30倍，即：25×8=200mm。模唇宽度为1000mm，其他零件的设计尺寸有实验值。要求模具材料在压力下具有足够的强度和刚度，250℃变形小，易电镀，耐氯化氢气体腐蚀，从经济实用的角度看，机头（支撑部）和模唇可以选用不同材料，模唇一般选用弹簧钢，必须经过工艺调整，硬度要求RC50以上，表面最好镀铬或镀镍，镀层在0.03~0.05毫米之间。头部加热装置通常有两个电热板，其余部分用电热棒加热，加热功率一般在3～5W/cm2。

6.经济效益预测6.1用水计算工厂运行中的能耗主要是用水量（冷却水）、电、蒸汽和压缩空气。冷却水消耗主要用于混合机的温度控制和挤出机的冷却装置，蒸汽主要用于混合机的高速加热温度控制，压缩空气通过三辊压光机，用于调节温度，耗电主要用于生产设备，照明电器。冷却水消耗:冷混机温度60℃,物料（树脂+添加剂）从120℃（高速加热混合机出料温度）冷却到60℃。取冷却水进水温度20℃，平均出水温度60℃。每小时需混合物料1365.57kg，按每小时3锅料计算则：1365.57÷3=455.2kg,所以每次冷混机混合物料455.2kg。设物料比热为0.5千卡/kg*℃，则所需提供热量：Qe=CMΔT=0.5×1365.57×(120-60)=40967.1千卡/小时W=Qe÷(C0(tf-tt))=40967.1÷40=1024.2kg/hr其中:C0为冷却机热容，单位：千卡/kg*℃；tt为冷却剂初始温度，单位：℃；tf为放出冷却机平均温度，单位：℃；Qe为所需交换的热量W为冷却剂用量kg/hr；ρ水=1×103kg/m3，则V1=1024.2kg/103=1.03m3/hr。辅机冷却装置：硬板挤出机口模温度175℃，经三辊压光机、冷却输送辊、两辊牵引机等，温度降至30℃。板材每小时的产量为9000÷7104=1267kgQe=CMΔT=0.5×1267×(175-30)=91857.5千卡/小时W=Qe÷(C0(tf-tt))=91857.5÷40=2296.4kg/hr表21生产用水设计任务表序号位号设备名称型号规格数目用水情况m3/天单用水量m3/天1M109冷却混合机SRL-Z1250334.268.542M115挤出机SJ-200/30352.6813.04V2=2296.4÷103=2.23m3/hr所以冷却水用量为（1.03+2.23）×24=78.24m3/天按工业用水每吨0.5元/立方得：78.24×0.5=39.12元/天，一年水费：39.12×296=1.16万元。6.2电力计算连续运转机械，每天工作时间24小时表22设备功率表单螺杆挤出机319.4kW挤出机辅机1.5kW高速混合机40kW冷却混合机75kW表22（续）切粒机7.5kW消耗电量为(319.4+1.5+40+75+7.5)×24=10641.6度破碎机的生产能力大约在530~570kg/hr，破碎机的生产任务为：1452.2×603÷8104=141.3kg/hr，141.3÷530×24=6.4h。所以破碎机一天工作6.4小时即可满足生产需求。破碎机每小时耗电17度，一天耗电：17×6.4=108.8度。综上所述，所有电器的工作总量为（10641.6+108.8）×296=3182118度/年，设其他电力消耗为工作总电量的10%，总电量达：3182118×（1+10%）=3500329.8度/年，按每度电0.7元算：3500329.8×0.7=2450230.86元/年，每年电费约为245万元。6.3成本核算预计产品成本投产预计的产品成本估算应包括两部分：变动成本和固定成本。变动成本：表23变动成本表聚氯乙烯（PVC）树脂约7600元/吨导电炭黑约800元/kg各种化学助剂约为PVC价格的80%~120%水电汽公用工程单耗及单位成本固定成本：表24固定成本表人员工资+水电汽费用按固定资产的10%计算装置折旧费按固定资产13年折旧7.4%计算大修提存费按提存率2%计算中小修费按提存率1%计算保险费按固定资产的2%计算企业管理费按固定资产的5%计算财务税收费按固定资产7%计算广告销售费按固定资产5%计算消耗材料及其他不可预见费用按固定资产的1%计算按上述费用即可进行成本计算：原材料费用：PVC+导电炭黑+其他助剂6736×7600+370.58×800+2594.42×1120=5440万元对产品成本进行估算：即产品成本=原材料费用×(1+20%)所以产品成本为：5440×10000×120%=6528万元其中包括企业管理费、财物税收费、广告费及其他不可预见的费用等。产品销售中出去产品成本，余额可算为纯利润。设产品的售价为1万元/吨，则每年的盈利为：9000×1-6528=2472万元。7.设计的配合条件工程的设计涉及很多的专业知识，有许多不属于工艺专业上的问题但又与工程工艺密切相关，因此需要许多其他专业的先关知识进行配合，相互补充，才能满足工艺要求。所涉及的相关专业有公共工程、环保工程、土建工程和自控工程等。7.1公共工程本设计工程中大量使用了水蒸汽、冷却水、电力及冷却空气等，它们的质量和数量能否满足要求，直接关系到整个工程能否顺利运作，因此对他们提出如下要求：蒸汽水、冷却水、电、空冷必须充分保证供应充足，根据实际情况，对质量要求不是很高，如冷却水可以是自来水或更糟，但对于为了防止管道膨胀，应适当软化再利用。电源应以电源为基础，保证电压稳定，避免影响生产。由于电加热使用方便，易于控制，所以在大多数情况下都采用电加热。冷却空气主要用于三辊压延机三辊的温度控制，三辊均由电能加热，温度采用风冷控制，以保证PVC塑性钢板在成型过程中性能稳定，质量均匀。7.2环保工程总的来说，本设计的“三废”排放量基本符合环保要求，产生的有害气体只有一些与液体相匹配的过热挥发性气体热HCL的排放，但只要温度控制得当，就能尽可能减少HCL气体的排放。有很少的危险固体废物，没有太多的有害液体，这是不需要考虑的。有害气体可部分吸收及时排出，减少污染。由于生产的需求，粉尘的污染可能比较大，特别是加料工段，因此要做好工人劳动防护的相关工作。树木可以种植在工厂附近，以减少废气，噪音和灰尘的影响。同时，考虑到自然环境（风向、温度、湿度等）的影响，必须合理布置厂址和废气排放点，并考虑废气的处理。7.3土建工程鉴于本设计的特征及其在工艺工程中的要求，特对其土建工程提出了一定的要求（主要是防水防爆）。由于合成粉体是一种易爆材料，在设计时应考虑通风顺畅，以防爆炸。在实际生产中，必须在多层厂房内进行设计，将给料器和筛网底部的爆炸危险集中在一起，并设置防爆墙，生产设备的爆炸危险集中在工厂的一端应尽量减少事故的发生，同时，该设备应在防火防爆区内设置警示标志，在准备消防用品前，应将外墙、门窗上盖应采用轻质材料制造，以降低室内爆炸压力；防止承重构件的倾塌或破坏。泄压区应尽可能靠近易爆区布置，泄压方向一般选择向上，同时尽可能避免人员集中在（如办公室、控制室等）走廊、车间和仓库，可能导致二次爆炸。还应注意原材料的填充、防火、防爆等方面。因此，在采取必要措施的同时，应远离锅炉设备、变电所、电气设备等。此外，安全疏散设施的设计应注意安全门、疏散门、走廊、楼梯、应急照明、排烟设施等，经常定期检查和预防未来的风险。该车间的长轴优选垂直于风向或至少45度，并可利用风向加速气流，以防止有害可燃气体的扩散。7.4自控要求本设计所控制的变量大多是压力、温度和时间，可以通过压力表、温度计等自动化仪表进行测量和显示顺利生产。控制室的控制装置可用于控制进料量、计量等。这样，基本上实现了自动化生产，并可根据自动控制的时间间隔定期给料。8.厂房设计