硬PVC管材生产车间工艺设计

硬PVC管材生产工艺设计
第一章概述 0
l.1聚氯乙烯管材的特点 (1)
1.2PVC管材行业的现状和应用前景[2] (1)
1.3国内外主要工艺路线的比较和选择 (3)
1.4原料的选择和生产配方的比较 (3)
1.4.1PVC管材主要原料PVC树脂选择 (3)
1.4.2PVC-U管材生产配方[7] (4)
1.5生产工艺流程概述 (5)
1.6产品质量指标 (6)
第二章硬PVC管生产车间工艺计算 (7)
2.1生产能力计算 (7)
2.2物料衡算 (7)
第一章概述
PVC是聚氯乙稀（polyvinyl chloride）塑料的英文缩写。

这种让人欢喜让人忧的塑料制品其实是一种乙烯基的聚合物质。

聚氯乙稀具有原料丰富（石油、石灰石、焦炭、食盐和天然气）制造工艺成熟、价格低廉、用途广泛等突出特点，现已成为世界上仅次于聚乙烯树脂的第二大通用树脂，占世界合成树脂总消费量的29%。

硬质聚氯乙烯排水管简称PVC-U排水管，作为一种新型的建筑材料，越来越受到人们的重视和关注。

它质轻、光洁、美观、水阻小、组配灵活、安装省时省力，很受设计、施工单位及用户青睐。

所以使用PVC-U排水管代替传统的铸铁排水管，正以不可逆转之势，在全国很快普及开来。

目前自来水输送、生活污水排放、建筑电线等所用的管大部分是采用硬质聚氯乙烯管。

l.1聚氯乙烯管材的特点
与钢、铁、混凝土、陶瓷管相比，聚氯乙烯管材具有如下优点[1]：①重量轻，硬质聚氯乙烯管的相对密度为1.43，仅为同尺寸钢重量的1/6，1t塑料管可代替10～13t铸铁管，运输安装容易。

②耐腐蚀性能好。

③电绝缘性能好，其体积电阻约为1×10～3×10n.cm，击穿电压达23～28Kv/mm。

④摩擦阻力小。

管内流体速度比钢管高30％左右，且结垢少，不生锈，长期运输水和其他流体，流率和流量均能保持不变；而铁管会生锈、结垢，使用数年后管内流率和流量均要减少。

⑤导热系数小，耐候性较好，隔热性能好。

⑥着色方便,不需油漆,且容易制成各种标识颜色的管材，生产中能耗低，仅为铸铁管的18.3％。

1.2PVC管材行业的现状和应用前景[2]
近十几年来中国的塑料管业以令世人惊奇的速度蓬勃发展。

中国塑料管产量从90年的不到20万吨增长到2000年近80万吨，在上世纪的最后十年内增长高达300%。

进入新世纪后继续高速增长，虽然基数在增加，年增长率仍然很高。

2007年我国塑料管的总产量已经超过300万吨。

2000年起，中国在全世界各国塑料管产量的排位中已是第2位。

表一七个国家近年塑料管产量比较[3]
国家年产量
美国
444
意大利
44.8
德国
42
英国
30.8
西班牙
30.8
日本
61.8
中国
332表二2000-2007中国塑料管道行业产量及增长情况单位：万吨
年份20002001200220032004200520062007
‘
总产量
年增长%
78.6 121.4
54.4 136.9
12.8 163.8
19.6 190.7
16.4 236.7
24.1 288.1
21.7 331.8
15.2
表三
2007 年中国各种塑料管在各个市场领域的分布 单位：万吨
分类
室外 给水 WOB
建筑 给水
WIB 建筑 排水
DIB 埋地 排水
DOB 燃气 用管
GAS 护套 管
CDT 农业 用管
AGC 工业 用管
IDT 总计
总量
比例
PE PVC PP GRP 其他
83
25%
30
42
3
8
-
40
12.5%
12
5
22
-
1
46
13.5%
1.5
44
0.5
-
- 53 16%
20.5
26.5
1
5
-
10 3%
10
-
- -
-
53 16%
25
25
3
-
- 22 6.5%
10
11
1
-
- 25
7.5%
5
5 3 8
4
332
100%
114
158.5
33.5
21
5
表一、二、三显示出我国塑料管产量逐年增长，应用领域日益广泛，从而
反映了我国对塑料管的需求日益激增，特别是对 PVC 管材的需求显得更加突出。

在政府的鼓励和支持下，通过市场竞争的推动，得益于经济大发展的环境，
我国塑料管的产业化发展取得巨大进步。

近年已经出现一批规模化、配套化、跨
地区生产和经营的企业集团，年销售额达到数亿至数十亿。

如已经获得 ‘中国名 牌’称号的‘联塑’、‘金德’、‘伟星’、‘亚通’……等企业，以及‘亚大塑料制 品有限公司’， 河北宝硕管材有限公司’…等领先企业。

估计现在我国领先的近 20 家企业的年销售额合计超过 100 亿，大约占到全国塑料管总销售额的三份之 一。

我国塑料管产业结构和布局的进步是保证我国塑料管今后能够持续发展的
重要基础。

国际上发达国家的塑料管业都是由少数领先企业占市场主体的，例如：
根据 AMI 资料，欧洲热塑性塑料管业 2005 年有 550 个生产厂，其中三份之一 属于领先的 50 个企业集团，最领先的三家企业集团的年产量是：Wavin 40 万吨， Alphacan 超过 20 万吨，Pipelife 超过 20 万吨。

表四
国内 2001－2007 年 PVC 管道的产量
生产厂家
川路塑胶
联塑科技
产量
16万吨
11.5万吨 生产厂家
上海公元
福建亚通 产量
4万
4万吨
华亚塑胶
10万吨
湖北凯乐
4万吨
河北宝硕国风集团中材管道成都康乐公司浙江永高
8万吨
8万吨
6.5万吨
5万
4.5万吨
广东顾地
沈阳久利
国通高新
天津盛象
3万吨
3万吨
2.5万吨
1万
1.3国内外主要工艺路线的比较和选择
挤出成型工艺是聚合物加工领域中生产品种最多，变化最多、生产率高、
适应性强、用途广泛、产量所占比重最大的成型加工方法。

挤出成型是使高聚物
的熔体(或粘性流体)在挤出机的螺杆的挤压作用下通过一定形状的口模而连续
成型，所得的制品为具有恒定断面形状的连续型材。

目前大多数生产PVC管材的企业都是采用螺杆挤出机进行干法塑化工艺连续操作。

螺杆挤出机又可分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机。

PVC管材的挤出机可以
用单螺杆挤出机，也可以用双螺杆挤出机。

两种挤出机各有各的特点。

单螺杆挤
出机特点：a.结构简单，价格低。

b.适合聚合物的塑化挤出，适合颗粒料的挤出加工。

对聚合物的剪切降解小，但物料在挤出机中停留时间长。

c．操纵容易，工艺控制简单。

双螺杆挤出机：a.结构复杂，价格高。

b.具有很好的混炼塑化能力，物料在挤出机中停留时间短，适合粉料加工。

c．产量大，挤出速度快，单位产量耗能低。

但是使用单螺杆挤出机生产PVC管材的企业，干混料不能直接使用，还必须经过混炼塑化加工成粒料的工序才能进行生产。

而双螺杆挤出机适合
粉料加工，它可以直接使用混合好的PVC料，减少了造粒的工序，但多了废料的磨粉工序。

另外，由于双螺杆挤出机的产量大，挤出速度快，一般可达到2～4米/分钟，适合PVC塑料型材的大规模生产。

而单螺杆挤出机一般只用作小型辅助型材生产，挤出速度仅为1～2米/分钟，而且目前国产双螺杆挤出机的质量已基本达到进口双螺杆挤出机的水平，价格仅为进口机的1/3～1/5。

所以近年来，随着硬PVC制品产量的增加，直接使用干混料加工PV制品的双螺杆挤出机应用越来越广，双螺杆挤出机的型号日渐增多，对双螺杆挤出理论的研究也日渐深入[4]。

综上所述，本项目采用锥型异向双螺杆挤出机生产PVC管材。

1.4原料的选择和生产配方的比较
1.4.1PVC管材主要原料PVC树脂选择
生产PVC管材的原料主要是悬浮法聚合的聚氯乙烯树脂[5]。

根据国家标准GB／T5761-93《悬浮法通用型聚氯乙烯树脂检验标准》规定，悬浮法PVC分为PVC-SGl到PVC-SG8八种树脂，其中数字越小，聚合度越大，分子量也越大，强度越高，但熔融流动越困难，加工也越困难。

表五我国悬浮法聚氯乙烯树脂的型号及相关参数
型号聚合温度
/℃
粘数/
（ml/g）
K值聚合度参考用途
SG-1 SG-2 SG-3 SG-4 SG-5 SG-6 SG-7 SG-8
48.2
50.5
53.0
56.5
58.0
61.8
65.5
68.5
154～144
143～136
135～127
126～119
118～107
106～96
95～87
86～73
77～75
74～73
72～71
70～69
68～66
64～63
62～60
59～55
1800～1650
1650～1500
1500～1350
1250～1150
1100～1000
950～850
850～750
750～650
高级电绝缘材料
电绝缘材料，一般软制品
电绝缘材料，农膜，塑料鞋
薄膜，人造革，高强度硬管
透明制品，硬管，型材
唱片，透明片，硬板，焊条
吹塑瓶，透明片，管件
过氯乙烯树脂
具体选择时，做软制品时，一般使用PVC-SGl、PVC-SG2、PVC-SG3型，需要
加人大量增塑剂。

例如聚氯乙烯膜使用SG-2树脂，加入50～80份的增塑剂。

而加工硬制品时，一般不加或很少量加入增塑剂，所以用PVC-SG4、VC-SG5、PVC-SG6、PVC-SG7、PVC-SG8型。

如PVC硬管使用SG4树脂塑料门窗型材使用SG5树脂，硬质透明片使用SG6树脂、硬质发泡型材使用SG7、SG8树脂。

生产PVC管材所用的树脂必须符合挤出加工的要求[6]，本设计中选用SG5型号的PVC树脂可行。

这种树脂一般要求K值为68左右，挥发物≤0.4%，同时对树脂的白度及杂质含量如黄、黑点及鱼眼等也有一定的要求。

PVC树脂的堆密度对挤出工艺有一定的影响，生产时应视具体情况对工艺作相对的调整。

1.4.2PVC-U管材生产配方[7]
表六有机锡体系PVC-U管材配方
组分PVC S-65配方1
100
配方2
100
组分
钛白粉
配方1
1.5
配方2
1.0
有机锡稳定剂0.2～0.40.2～0.4石蜡 1.2
硬脂酸钙聚乙烯蜡0.5～0.80.8
0.3～0.6
ACR(加工改良剂)
ACR(抗冲击改性剂)
0.4～0.8
1.5～
2.0
微晶蜡碳酸钙0.6～1.0
10～1210～30
C0.005表七铅盐体系PVC-U管材配方
组分配方1配方2配方3配方4配方5 PVC SG5100K=62-65100SG5100SG5100K=66100
3PbO.PbSO
4硬脂酸铅硬脂酸钙硬脂酸钡碳酸钙5.0
0.5
0.5
2
1.0
0.8
0.4
5.0
5.5
0.7
1
1
4
0.5
0.8
1.2
10
1.8～
2.5
5.0
硫酸钡1010
TiO2 1.0-1.5 1.0～1.2石蜡10.8
聚乙烯蜡
氧化聚乙烯蜡
硬脂酸
炭黑0.2
0.15
0.6
0.050.05
颜料适量适量适量
经过比较，在本设计中采用如下配方
表八本设计配方
PVC树脂CPE树脂3PbO.PbSO
4硬脂酸铅100
4
4
2
硬脂酸钡
石蜡
PE蜡
轻质碳酸钙
1.2
0.4
0.2
40
1.5生产工艺流程概述
硬质PVC管材规格和形式很多，其生产工艺流程基本上如下图所示：原料及助剂高速混合低速搅拌
印商牵引冷却定型挤出PVC管材生产工艺流程可捆扎包装个过程：成品
切割分为三
GB/T13664-92农用硬聚氯乙烯
①成型料准备过程，包括配方、混合（高速和低速）、过筛或者造粒。

②挤出成型过程，将配好的物料在上料器的作用下，由料仓送至挤出机的加料斗中，然后物料由加料斗进入挤出机进行加热、塑化。

塑化完全后，塑化料被定量挤出。

③定型包装过程，经过冷却定径箱泠却定型，再经过牵引机、切割机，上光烘干固化后，检验合格即为成品。

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PVC-U管材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。

不
同的用途有不同的产品标准如表九。

表九
项目国家标准项目国家标准
化工用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材
建筑排水用硬聚氯乙
GB/T4219-1996GB/T5836.2-92
烯（PVC-U）管材
给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材
埋地排污、废水用硬
GB/T10002.1-96聚氯乙烯（PVC-U）管
材
GB/T10002.3-96
低压输水灌溉用薄壁硬
聚氯乙烯（PVC-U）管材（PVC-U）管材
JB/T5125-91
另外，环保安全的PVC-U管材的主要原料为PVC粉，辅料包括填充剂、热稳定剂、抗冲击剂、润滑剂、改良剂、发泡剂、着色剂等。

PVC-U给水管中PVC 粉含量在95%以上；PVC排水管中PVC粉含量在90%以上，其余部分为上述辅料成份的总和。

在PVC-U管材中，填充剂(碳酸钙)的主要作用为降低管材成本（碳酸钙的吨价与PVC粉吨价比例为1：16）。

碳酸钙与PVC粉的比例关系
直接决定了管材质量的好坏。

如果碳酸钙含量过高，虽然也能生产出管材，但质量无法得到保证，更不能满足PVC-U管材50年之使用寿命。

采用非铅盐稳定剂取代传统铅盐热稳定剂来生产PVC－U管材的厂家。

铅盐热稳定剂中含有铅元素，在管材的使用过程中会渗入水中。

铅进入人体中较难排出，积累过多会引发铅中毒。

国家建设部也明文规定饮用水PVC-U管材禁用铅盐热稳定剂。

12200⨯1000
日进入配料的物料量=日进入高速混合机的物料量
第二章硬PVC管生产车间工艺计算
计原始数据:
（一）聚合聚生产能力12200吨/年硬PVC管材；（二）年生产时间7200小时；
（三）PVC管材合格率99%；
（四）产品规格Φ160～200mm；
（五）物料损耗系数
表十物料损耗
工序损耗率配料
0.2%
高速混合
0.4%
挤出成型
0.3%
成型后处理
0.3%
2.1生产能力计算
每小时设计产量=装置产量（公称产量）
==1711.6kg 年生产时数⨯合格率7200⨯0.99
每天设计产量=每小时设计产量⨯日生产时数=1711.6⨯24=41078.4kg 年设计产量=每小时设计产量⨯年生产时数=1711.6⨯7200=12323520kg 2.2物料衡算
按每天物料在各工序中进出料量进行计算
进入工序物料量=
出料量
1-该工序的损耗率
日进入后处理的物料量=
每天设计产量41078.4
==41202kg 1-后处理物料损耗率1-0.3%
日进入挤出成型的物料量=日进入后处理的物料量41202
==41326kg 1-挤出成型物料损耗率1-0.3%
日进入高速混合机的物料量=日进入挤出成型的物料量41326
==41492kg 1-高速混合机物料损耗率1-0.4%
41492
==41575kg
1-配料物料损耗率1-0.2%
表十一日生产物料衡算
工序
配料
混合
成型
后处理
日输入输出物料输入
物料
41575
41492
41326
41202
41575
物料
41492
41326
41202
41078.4
41078.4
输出
损耗
83
166
124
123.6
总耗
小计
41575
41492
41326
41202
496.6
物料衡算流程图：
输入物料=输出物料+总加工损耗物料
4157541492413264120241078.4配料混合成型后处理
83166124123.6。