齐齐哈尔大学毕业设计

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 1 - 第1 章绪论1.1 概述聚丙烯（PP）是一种产量大、用途广、价廉易得的通用型树脂，可开发的领域十分广泛。近年来，PP 高性能化技术的研究尤其活跃，如嵌段共聚合、高结晶化、高分子量化、合金化、复合化、交联、形态控制等，其中，通过结晶形态控制，可改善PP 树脂原有的结构与性能，提高其抗冲击性和耐寒性能。全同立构聚丙烯（iPP）是一种复杂的多晶型聚合物，在不同的结晶条件下可生成α，β，γ，δ4 种不同形态的球晶结构。其中，以单斜晶系的α晶型最为常见与稳定，而在特定的条件下也可以得到六方晶系的β晶型、三斜晶系的γ晶型和δ晶型。与α晶型PP 相比，β晶型PP 具有良好的韧性和较高的热变形温度，因此受到人们的广泛关注。聚丙烯管材是塑料管材中重要的品种之一，在建筑、农业、输水工程，以及工业领域已获得广泛的应用。近年来，塑料管材的应用领域在不断的扩大，特别是建筑用管材在我国发展很快，为塑料管材的发展创造了良好的机会。我国当前采用的建筑管材中镀锌管主要用于给水管道及煤气管道，PVC 管用于排水管及套管、铜管和不锈钢管用于高级建筑的供水供热管。为了进一步节约能源和利于环保，国家将大力推广化学建材作为一项重要的国家产业政策。在塑料管道方面，逐步以新型优质的塑料管道代替原有的金属或其他管材是必然的发展趋势。特别是国家化学建材产业制定“十一五”计划和2015 年发展规划纲要以来，以塑料管材行业掀起一股投资热潮，给我国塑料管材行业发展创造了腾飞的机会，预测2010 年[1-4] ，我国新住宅室内80%将采用塑料管，城市供水50%采用塑料管，在塑料管中，PP 管将在市场上显示强劲的生命力，发展前景特别看好，2000 年PP 管材市场需求量不到1 万吨，2001 年已发展3.5 万吨，2002 年已达6 万吨。由此可见，聚丙烯管材有着良好的发齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 2 - 展空间，预计PP 管材到2007 年的市场需求将达10 万吨。与其它类型的塑料管材相比，聚丙烯管材有其独到的优点。聚丙烯是一种综合性能较好的原料，主要表现在：相对密度小（0.90

—0.91g/cm 3 ），表面光泽性好，有较好的耐热性；软化点高于HDPE 及ABS （连续使用温度可达120℃）；机械性能如屈服强度，拉伸强度，表面强度，刚性及耐磨性等都较优异；尤其突出的是其良好的耐热应力龟裂及耐化学品性能，使其在新型建筑管材，特别是热水输送管方面获得了极大的发展，在德国，室内安装用的上、下水管材全部采用塑料管，其中，PP 管占很高的份额。是因为PP 管是耐磨性和在火灾情况下的燃烧无害性；在辐射采暖系统中站28%，远大于铝塑复合管的14%，氧化聚氯乙烯管（cPVC）是13%，目前在我国的上海市，在给水系统中聚丙烯管已成为仅次于硬聚氯乙烯（PVCv）的主要管材之一。另外，由于聚丙烯完全无毒，管材和管件配套性好，施工方便等突出优点，更利于取代金属管工作和推广。用于成核剂获得以β晶型为主的PP 管材的整个工艺过程简单可行。在PP-B 中添加0.2%~0.5%的β晶型促进剂改性得到的PP 管材料，其拉伸模量，屈服拉伸强度，断裂拉伸强度和结晶温度均得到提高，结晶速率增加，热变形温度也得到提高。其中，缺口冲击强度和热变形温度超过了目前的PP-R 管材料。同时，利用晶型结构比例调整后的PP 材料做成的改性PP 管的，原料成本比进口的PP-R 管低得多。现在的树脂生产厂，如生产β晶型PP 无须改变现有生产工艺，也不用增加额外的动力消耗以及“三废”处理设施，即可进行大吨位生产。因此，β晶型聚丙烯管材具有十分诱人的市场前景[5] 。1.2 设计依据齐齐哈尔大学化学化工学院高分子材料系毕业设计任务书《年产6000 吨微晶PP 管材生产车间设计》。齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 3 - 1.3 设计原则树立绿色化学，绿色化工，绿色材料意识和创新观念。要做到产品的成本尽可能低，原材料和主要材料的供应尽可能的方便，尽可能节约能源，处理好工业三废，保证生产技术的先进性及成熟程度。合理选择厂址，生产工艺及设备，尽量选用国产设备和标准设备。提高生产自动化程度，机械化程度，节约劳动力，重视环境保护，保障安全生产，充分利用原材料，机械设备等各种资源。1.4 厂址选择厂址选择是根据国民经济

建设计划和工业布置局的要求，选择和确定工厂的建设位置。一个工厂的厂址选择是否合理，将对建厂速度，建设投资，对项目建成后的经济效益，社会效益和环境效益的发挥，对工业的合理布局和地区经济文化的发展具有深远意义。所以厂址选择是一项政策性和科学性很强的综合性工作。厂址选择必须遵守国家法律，法规，贯彻执行国家法方针、政策，坚持基本建设程序，符合国家长远规划及行政布局。从全局出发，正确处理工业与农业，城市与乡村，远期与近期以及协作配套等各种关系，并因地而宜，节约用地，不占或少占耕地或林地。注意资源合理开发和综合利用；节约能源，节约劳动力；注意环境保护和生态平衡，保护风景和名胜古迹。现就两个拟定城市做比较：1.4.1 吉林市吉林市是吉林省第二大城市，无论从地理、气象、交通运输、水源、原材料来源、动力供应、产品市场等方面都有着不可替代的优势。1.地理概况吉林市地处东北腹地长白山山脉，向松嫩平原过渡地带的松花江畔，齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 4 - 三面临水，四周环山。东经125°40′—127°56′，北纬42°31′—44°40′。东接延边朝鲜族自治州，西临长春市，四平市，北与黑龙江省接壤，南与浑江市、通化市毗邻，总面积27120 平方公里。总人口430 万，其中市区3745 平方公里，永吉县2624 平方公里，舒兰市4600 平方公里，磐石市3960 平方公里，蛟河市6050 平方公里，桦甸市6250 平方公里。2.气候资源吉林市的气候类型属于温带大陆性季风气候，四季分明。春季少雨、干燥；夏季温热，多雨；秋季凉爽，多晴；冬季漫长而寒冷。吉林市地处长白山和松嫩平原过渡带，地势东高西低，东部和东南部为山区，西部为河谷平原。吉林市境内水系发达，由松花江、拉林河、牡丹江3 个水系的部分河段和支流组成。10 公里以上河流277 条，20 公里以上的河流73 条。松花江水系在吉林市境内流域面积为22336 平方公里，占全市总面积的84%，拉林河占15%，牡丹江支流威虎河仅占1% 还有沟溪1327 个，多分布在丘陵山区及盆谷地。全区蕴藏2350 万千瓦电力资源，水资源丰富，年降水和径流在境内时空间变化较大，多年平

均降水量715.7 毫米，多年平均降水总量194 亿立方米。3.交通运输吉林市交通便利，四通八达。铁路运输已有80 多年的历史，是吉林省东部物资交流的枢纽。铁路线路总长1400.8 公里，以吉林市为中心向沈阳、长春、哈尔滨、图们四个方向延伸。公路在吉林省及东北也占有重要地位，已开通了吉长、吉大两条高速公路。改革开放以来，吉林市委，市政府积极探索总体运作城市经济的有效途径，重新规划和设计了吉林市发展的宏伟蓝图，把城市基础设施建设作为工作重点，加大融资力度，增加了对基础设施建设的投入，开展了以道路建设为主的城市建设攻坚战，使城市面貌焕然一新。2001 年，吉林市城建重点工程全年开工17 项，工程总投资为3.5 亿元。松江西路改造，临江门广场，河南街改造等13 项工程已竣工或基本竣工，污水处理工程，棋盘街道路等4 项工程进展顺利。4.水源齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 5 - 吉林市境内多年平均水资源量166.61 亿平方米，当地地表水平均水资源量71.67 亿立方米，多年平均入境水量87.36 立方米。多年平均地下水资源量10.67 亿立方米。据1999 年统计，当年全市平均降水量597.2 毫米，地表水资源量47.30 亿立方米，入境容水量66.67 亿立方米。由此可知，吉林市水资源丰富。5.原材料来源吉林市交通运输便利，原材料来源较方便。2001 年，吉林近一步深化企业改革。工作取得成果。产业结构和产品结构进一步优化，全市化工，汽车，医药，食品，冶金，建材，高新技术等主导行业呈现良好的发展势头，新增化工企业58 户。重点行业的支撑作用进一步增强，全年开发新产品350 种，实现新产品产值31.4 亿元，占全市工业总产值比重达9.2%。化工、汽车两大支柱产业完成产值占全市工业总产值的47.8%。由此可知，关于聚丙烯管材料的来源较丰富。6.动力供应由于吉林市水资源丰富，因此吉林市全区蕴藏2350 万千瓦电力资源，电力工业是吉林市主干企业，以丰满、红石、白山三座水电站和吉林热电厂为主体，在东北电网中居核心地位。吉林市年产原煤217 万吨，由此可见，吉林市的动力供应充足。7.工业布局吉林是一座以化学工业，电力工业，

机械制造为主的工业城市。8.其它优势吉林市环保产业产值达4.2 亿元，环保工作不断向纵深发展，综合防治污染的能力进一步提高。“翠柳苍松遍全城，白桦红木绿草坪，楼台花果壁攀枝，大丽花艳杜鹃红”这首诗形象的描述了吉林市这座美丽的森林城市。1.4.2 大庆市1.地理概况大庆市地处北纬45°46′—46°55′，东经124°119′—125°12′之间，位于黑龙江省西部，松嫩平原中部，东与绥化地区相连，南与吉林省隔江（松花江）相望，西部、北部与齐齐哈尔市接壤。齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 6 - 大庆市是在沼泽和草原上建立的以石油和石油化工为主的新兴工矿城市，无明显的城市中心，城市与郊区无明显区别，市区呈现南北向长条布局，大庆市总面积21494 平方公里。人口250 万左右。行政区划，现辖肇州、肇源、林甸、杜尔伯特四个县、市内设五个行政区。2.气候资源大庆市地处北温带大陆性季风气候区，受蒙古内陆冷空气和海洋暖流季风的影响，总的特点是：冬季寒冷有雪，春秋季风多。全年无霜期较短。年平均气温4.7 度，平均无霜期限229 天。年降水量445 毫米，1 月均温19.2℃，7 月平均温22.9℃。3.交通运输大庆市基础设施配套完善，滨洲铁路从市中心穿过，滨洲线，让通线在市内交会，形成铁路枢纽。公路总里程达8200 公里，哈大汽车专用公路使哈尔滨到大庆的行程仅需一个多小时，大庆距哈尔滨、齐齐哈尔的两个飞机场只有两个多小时的路程，境内还有内河码头可沿松花江直航中俄边境口岸。4.水源大庆市境内松花江，水资源丰富，大庆市东北部有红旗水库和两个地面水源。5.原材料来源大庆市内有大庆石油化工总厂，30 万吨乙烯联合化工厂，林源炼油厂等工业化工生产单位，原材料来源丰富。6.动力供应大庆市内有龙凤热电厂，新华电厂两大电厂，动力供应充足。7.工业布局大庆市是一座以石油化工为主的的工业城市。8.其它大庆市近年提出了二次创业，即1.向外开拓发展，打井打到国外去；2.科学采油；3.发展石油以外的多种产业。1.4.3 比较通过上述两座城市各方面的介绍，可以得出如下结论：齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 7 - 在地理位置方面，两

座城市都位于松嫩平原，不同的是吉林市三面临水，四周环山，而大庆市地势平坦，且大庆市无明显的城市中心。在气候方面，两座城市都属于温带大陆性季风气候，但吉林市的年均降水量比大庆市多。在交通运输方面，吉林市是吉林省东部物资交流的枢纽，铁路向沈阳、长春、哈尔滨、图们四方向延伸。这一点比大庆市占有优势。在水资源方面，很明显由于地理位置等因素，吉林市的水资源比大庆市丰富。在原材料来源方面，吉林市有吉林石化和吉化两大支柱企业及一些新兴企业，大庆则有大庆石化等企业，这方面两座城市的原材料来源都相对较丰富。在动力供应方面，吉林市电力工业是其主干企业在东北电网中居核心地位，这点比大庆市有优势。在工业布局方面，吉林市与大庆市都是石油化工城市，都适合建厂。在其它方面，吉林市是一个环境优美适合居住的地方，其环保工作做的较好。综上所述，吉林市物产富饶，农工业飞速发展，是一个以化学工业，电力工业，机械制造为主的工业城市，还有化工城美称，更是北方的交通枢纽，因此，吉林市在各个方面要比大庆市更有优势。所以，经多方面因素的分析，我决定将厂址选择在吉林市。1.5 生产规模及性质本设计的生产规模为年产6000 吨微晶聚丙烯管材。24 小时连续生产，采用四班三倒制。1.6 产品规格及主要技术指标1.6.1 产品规格[6] 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 8 - φ110×10mm的微晶PP 热水管允许壁厚偏差＋1.2mm。1.6.2 主要技术指标[5,6] 密度/（g/cm 3 ）：0.9 ISO1183 熔体指数（230℃2.16log）g/10min ：0.3 ISO1133 拉伸屈服应力/Mpa：26 ISO 527-2 拉伸断裂应力/MPa：21 ISO 527-2 拉伸弹性模量/MPa：80 8ISO527-2 使用温度：℃80 使用压力：KPa 1.0 最长使用寿命/年25 最大连续工作系数：0.17 管材的色泽应基本一致。管材的内外壁应光滑、平整，不允许有气泡，裂纹及明显的沟槽，凹陷，杂质等缺陷，允许存在壁厚误差在+1.2mm，不允许存在尖的条纹和凹槽。管材的端面应基本垂直于管材轴线。管材应不透光。管材的长10mm。管材的纵向回缩率在（135±22%。摆锤

冲击试验在（0±2℃），破损率<试样的10%。液压试验（95℃，1000h，环应力3.5）无破裂，无渗漏。静液压状态下热稳定性要求试验期间试样应无破裂，无渗漏。1.7 设计范围本设计的内容为微晶PP 管材生产车间的初步设计，主要包括工艺流程的选择，原材料的配方，物料衡算、能量衡算、设备计算、设备的选型；车间平面布置图设计；工用工程计算，采暖通风，电器部分，建筑部分等内容。齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 9 - 第2 章生产方法及工艺流程选择2.1 原料选择及配方2.1.1 PP 的β晶型成核配方设计原则1.β晶型成核剂的加入量很少，一般在0.5%以下，不同β晶型成核剂的加入量不同，如LS-CXA 的最佳加入量为0.005%；低熔点的金属粉末如锡粉或锡铅合金和超微氧化钇的加入量为0.2% 2.在实际生产中发现，单纯加入β晶型成核剂在实验室中效果很好，但在大规模生产中，尤其对大型制品，会发现β晶型的结晶含量比预计明显降低。改进办法为加入第二组分协效成核剂，其加入量与β晶型成核剂相当。3.在同一配方中两种晶型成核剂不能同时加入，否则相互对抗，影响各自作用的发挥。4.对于无色或浅色制品，由于β晶型成核剂本身大都为染料类，会影响其原有颜色，因此应选用非染料类β晶型成核剂。5.β晶型成核剂的粒度应在0.1－0.3μm 范围内最佳。β晶型成核剂的形状不同，诱导β晶型结晶能力大小不同，具体次序为块状>片状> 棒状>针状。2.1.2 配方原料选择1.聚丙烯PP 的分子构型不同，其性能也不同。生产PP 管材选用的是等规构型树脂[9] ，密度为0.9~0.91g/cm 3 ，结晶度为60%~70%，等规度>90%，这种树脂刚性好，强度高，且具有较好的耐应力开裂性和低蠕变性，加工性能也较好，用作生产管材的PP 树脂熔体指数MI=0.2~0.4g/min （ASTM，D1238-79）。2.β晶型成核剂齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 10 - β晶型PP 管材与普通PP 管材的最大区别是β晶型成核剂的加入。（1）β晶型PP 制品性能β晶型含量高的PP 制品冲击强度和耐热温度高。如将PP 制品中的β晶型含量提高到80%~90%，其落球冲击强度可由0.05KJ/m 2 左右提高

到0.3 KJ/m 2 ，热变形温度也提高20℃，以PP 嵌段共聚物（PPB）为例，普通PPB 制品和β晶型PPB 制品性能如下表：表2-1 普通PPB 制品和β晶型PPB 制品的性能比较表[5] 性能普通PPB 制品β晶型PPB 制品220d 冲击强度（J/m）128 248 热变形温度℃97.5 122.5 拉伸模量MPa 1160 1186 屈服强度MPa 21.54 21.62 拉伸断裂强度MPa 24.02 27.45 由此可见，PP 的β晶型成核剂的加入可同时改善其冲击强度和热度形变温，使传统增韧和提高热变形温度这对矛盾得统一。由此可见在PPR 中加入β晶型成核剂也可以提高其冲击强度和热变形温度。（2）β晶型成核剂PP 的β晶型成核剂应具备条件，在PP 的熔点时不熔融，不溶解在PP 中，在基体中能以微粒形式分散，与PP 混合性好，具有与PP 类似的结晶结构，无毒或低毒。目前，晶型成核剂有以下几种[6,7,8] 1.喹吖啶酮红(E 3 B)：这是于20 世纪80 年代开发的最早的β晶型成核品种，具有准确平面结构的稠环状类结构的有机物，为已知最有效的β晶型成核剂。虽其成核效果很好，但因其属于染料类，会因红颜色的制约而影响应用范围。2.LS：属于有机二元酸与A 族金属的氧化物，氢氧化物及其盐共混齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 11 - 物系列，是我国开发的第一种非“染料类”β晶型成核剂，为白色粉末，无毒，不会影响制品的颜色，具有较高的热稳定性可耐310 ℃以下的加工温度在PP 中加0.1% ，可在较宽的结晶温度范围内及冷却速率下获得β晶型结晶。在小型号制品中β晶型结构的含量可达85%—95%，但在大型制品中效果不理想。3.对苯二酚：用对苯二酚作为PP 的β晶型成核剂，效果十分显著，可获得90%以上的β晶型结晶，缺点为对苯二酚在加工过程中遇水会氧化，使树脂颜色变成灰黑易散发出异味，给实际应用带来困难。 4.庚二酸和硬脂酸钙类（LS-CXA）：由中科院上海有机化学所研制，它是庚二酸和硬脂酸钙的复合物。其优点为加入量小，如在PP 中只需加入0.05%，其制品中β晶型结晶的含量达95%尤其适合于大型制品。5.NU-100:由新日本化工公司最近宣布开发的日本第一种“非染料”β晶型成

核剂，属于芳香胺类化合物。其具体结构为2.6-苯二甲酸环已酰胺，外观为白色粉末。在PP 制品中加入0.1%—0.3%NU—100 可使其β型结晶的含量达到90%以上，冲击强度提高6—7 倍热变形温度提高20%。综合考虑以上几种成核剂，本设计选用NU—100。

3.抗氧剂[7] 为了防止聚合物氧化，就需要阻止或抑制链引发和链增长，促进链终止反应。常用的方法是添加抗氧剂。按照它的稳定机理和作用功能，可分为主抗氧剂和辅助抗氧剂两类。主抗氧剂是抗氧剂中起主要作用的一类，它能捕获聚合物在氧化过程中所产生的自由基，使链式反应中断，形成稳定的化合物，它主要分为受阻酚类抗氧剂，包括烷基化单酚如BHT，烷基化双酚如抗氧剂2246，烷基化多酚如抗氧剂1010 和硫代双酚如抗氧剂2246—S 等类型；仲芳胺类抗氧剂如苯基—苯胺及二苯胺及NN ，—二苯基对苯二胺等。辅抗氧剂是指那些可除去自由基来源，抑制或延缓引发反应的物质。它又称预防抗氧剂，主要有过氧化物分解剂，金属钝化剂。所谓过氧化物分解剂是指能与过氧化物反应并使之变成稳定的非自由基产物，如亚磷酸酯，有机碳化物等。而金属钝化剂是指能够钝化金属离子使之齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 12 - 加速氯过氧化物分解作用的物质，如双苯基草酰二胺（DABH）等，这些辅助抗氧剂单独使用的效果不明显，而与受阻酚类抗氧剂配合使用协同效应。一般主抗氧剂的用量为0~0.2%。目前常用抗氧剂具体性质如下：抗氧剂1010 化学名为四[β-（3，5 二叔丁基—4 羟基苯基）丙酸] 季戊四醇酯其性质如下：白色粉末，相对分子质量1177.65 熔点119-123℃，无臭。溶于苯，丙酮，氯仿微溶于乙醇，不溶于水，贮存稳定性好。为大分子型抗氧剂，不污染，不着色，挥发性小，耐水抽提。对聚丙烯特别有效，与辅抗氧剂并用可提高聚丙烯热稳定性。抗氧剂1076 属于阻酚类，组成为β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八醇脂与KY-7910 的性能基本相同是仅次与KY7910 的第二大类抗氧剂品种。抗氧剂619 化学名：季戊四醇双亚磷酸酯（十八醇）（酯约含1.0% 重量的三异丙醇胺）其性质如下：白色薄片或磨

碎的粉末。相对分子质量732，含磷7.2%-17.8% 相对密度0.92-0.935(60℃/15.5 ℃)体积密度0.397g/m(片状)，熔40-70 ℃，酸值最大 1.09KOH/g，折射率1.4560-1.4590(60℃),闪点（PM）188℃,加入三异丙醇胺主要用于改善水解稳定性。本品可改进聚丙烯的加工稳定性，它可保持熔体流动，改善染色性。有提高热稳定性，与其它抗氧剂并用有协同效应。亚磷酸三苯酯（TPP）。外观为浅黄色透明体，无污染，可与主抗氧剂并用在PE，PP，PVC，SI 及EP 中，加入量为0.1~0.3%。经比较决定采用抗氧剂1010 和抗氧剂619。4.润滑剂[7] 润滑剂，能够降低溶体黏度或防止聚合物与加工设备的黏着而改进可加工性的物质称为润滑剂常用的润滑剂有脂肪酸及其酯类脂肪酰胺、金属皂类，烃类及复合型润滑剂等。润滑剂的润滑作用与物体间的摩擦现象有很大关系，塑料加工时，不仅聚合物与加工设备表面发生摩擦，而且也在聚合物内部发生摩擦。调节这些摩擦力是润滑剂的主要功能。为防止由于树脂与加工机械金属表面摩擦热所引起树脂分解与着色，防止在加工机械金属表面烧结，提高制品表面光滑性，应在其配方中添加齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 13 - 润滑剂。一般用量为0.1 左右。因此，本设计决定在配方中加入硬脂酸钙做为润滑剂。2.1.3 配方由2.1.2 分析可知，在PPR 树脂中添加β晶型成核剂可以提高其冲击强度和热变形温度，β晶型成核剂的加入使PPR 树脂更适合作为热水管材料。又由于PP-R 树脂与其它PP 树脂一样，耐光，耐热氧化性较差，因此，加入抗氧剂1010 和抗氧剂619，可提高PP-R 树脂的耐光耐热的氧化性。硬脂酸钙做为润滑剂的加入，可以降低PP-R 树脂的粘度，可以防止PP-R 树脂与加工机械金属表面摩擦热所引起的PP-R 树脂分解与着色，防止在加工机械金属表烧结，提高微晶PP-R 管材的表面光滑性。具体配方如下：表2-2 微晶聚丙烯管材料配方[7] 原料份数PP-R 树脂（MI 0.3g/10mm）100 抗氧剂1010 0~0.1 抗氧剂619 0~0.1 成核剂（NJ StarNu-100）0.1~0.3 硬脂酸钙0.10 2.2 生产方法选择[9-16] 管材生产方法

有两种：缠绕法和挤出法。缠绕法主要用来生产大口径管，挤出法主要用来生产硬管。本设计为φ110mm硬管，因此选择挤出法。2.3 工艺流程确定及叙述齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 14 - 2.3.1 工艺流程的确定[16] 确定工艺流程，首先要保证产品质量的要求。在满足产品质量要求的前提下，尽可能简化流程，缩短生产周期。工艺流程的选择还应充分体现技术上的先进性和可靠性。要注意吸收类似工厂在实践中所积累的丰富经验，选用新设备、新技术、新工艺时要充分调查，反复论证，认真落实。生产过程的机械化与自动化，是现代材料厂的发展方向。选择流程时应从工厂规模，当地实际情况出，尽可能提高机械化程度，降低劳动强度。如有条件，应考虑自动化，无条件时也应充分考虑到今后技术改造和发展的可能性。确定工艺流程时，必须进行技术分析，使建厂后各项技术经济指标合理。工艺流程的最后确定。需要经过不同方案的分析对比，使选用的流程可靠，适用，先进合理。β晶型聚丙烯管材的工艺流程及工艺条件与PP 管材条件相同无需特殊要求。而其主要用途为热水管，其生产的工艺流程为：双螺杆挤出机挤

冷却检验入库。

2.3.2 设备的选型[16] 设备的选型原则应从技术、经济和我国的具体情况方面考虑1.技术上先进，经济上合理要求技术上先进，经济上合理，是设备选型的总原则，具体体现在下列几个方面：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，提高劳动生产率。4）降低原材料，水、电、汽单耗，注意环境保护。5）设备易制造，所需材料易得到，操作及维护保养方便。齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 15 - 2.设备的可靠性设计中所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，才能保证建成后一次试车投资成功，不允许将不成熟或未经生产考验的设备用于设计，以免贻误建设事业。引进国外技术时，也必

须强调设备的可靠性，不能认为外国的东西都可靠，必须进行充分地调查研究和对比。3.设备要立足于国内我国的材料和机械工业基础比较薄弱，前一时期陆续从国内引进了一些样机，目前国内已仿制和研制出一些设备，并且具有一定的水平。为了节省外汇，促进我国材料机械工业的发展，在设备选型四化，应立足于国内，对于少量必须引进的设备，除坚持设备先进、可靠外，还应考虑国内生产操作及仿制的条件等情况。对于生产聚丙烯管材的设备有如下要求：1.挤出机[9-14] 挤出机有单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。单螺杆挤出机由其螺杆和整个挤出机设计简单。制造容易，价格便宜，因而在塑料加工工业中得到广泛应用。单螺杆挤出机的输送作用主要靠摩擦。故其加料性能受到限制，粉料玻璃纤维，无机填料等较难加入。由于单螺杆挤出机不适于某些工艺过程。如聚合物的着色，因为这些过程要求物料在料筒中停留时刻既短有要不变。单螺杆挤出机中物料停留时间一般较长，而且各部分物料停留时间也不相等。双螺杆挤出机有以下几个特点：1.物料在双螺杆中听留时间短。2.优异的排气性能。3.优异的混合，塑化效果。4.低的比功率消耗。双螺杆挤出机常用来生产粒料，管材，片材等。由于微晶PP 管材未设有专用粒料。而PP 管材由于其粘度低流动性能好较适合单螺杆挤出机。但由于单螺杆挤出机混炼效果不好。因此，我选择用双螺杆挤出机先进性挤出造粒再用单螺杆挤出机进行微晶PP 管材挤出。目前，螺杆的型式一般为单螺杆或新型单螺杆。齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 16 - 2.机头[11,15] 目前，管材的机头有很多种。可归结三种：支架型机头，蓝式机头和螺旋机头。蓝式机头，它的料流方式呈⊥流向，改向通孔象竹蓝孔一样。故称蓝式。可用以生产大口径管材。螺旋线式机头，它是借鉴于吹塑料薄膜机头结构设计的，无会合线，料流呈层叠状态流动。混合十分均匀。该机头十分适合PP-R，PP-B，PP,PB 各种密度PE 树脂生产各种规格的管材。综上，本设计选用螺旋线式机头。3.定径[9-11] 管材定径套方式有两种，内径定径法和外径定径法。内径定径法的定径套直接与机头模芯连接，定径套

内通入循环冷却水，熔体出口模后直接在定径套上冷却，管材内径尺寸与定径棒尺寸一致，但是，由于管材外径是自由冷却，因而外径尺寸难以控制。因此，这种方法适用于对内径有特殊要求的管材。由于我国的国家标准、欧洲标准和ISO 标准对管材的系列依据均以外径为准，因此，一般情况下，管材生产均采用外径定径。外径定径有一两种方法，内压定径和真空定径。外径内压定径，它是由压缩空气经由机头的芯棒将压力导人到管内，挤出可盘的软管时，靠管材端部的封闭，使管材贴在定型套上;当挤出大口管材时，靠圆形橡胶密封圈封闭。因此该法一般用于生产大口径塑料管材。真空定径，定径套靠真空将管坯吸附到管材定径套上，在冷却作用下成型。真空定径的管材外径可以根据管材原料的尺寸收缩率得到精确控制，所以近年来，聚烯烃管材已基本上采用真空定径方法。真空定径引管简单快速，废料少，便于操作。一般的真空定径结构由三部分组成，即冷却、真空吸附、冷却。真空定型套的长度一般在200 一600 mm，为了适应高速挤出，定型套的长度越来越短。而在管坯进入定型套前加以水膜冷却，水膜在管坯环向上完全包覆管材，并与管材一起进人定型套。齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 17 - 因此，本设计决定采用真空定径。4.冷却[9-11] 管子由冷却定型装置出来是，并没完全冷却至室温。如果不继续冷却，在其壁厚径向方向存在的温度上升，引起变形，因此必须继续冷却，排除余热，冷却装置，就承担了此项工作，使管子尽可能冷却到室温。冷却水槽，因上下层水温不同，管材有可能弯曲；大管受浮力大，也易弯曲。喷林冷却能提供强烈的冷却效果。由于水喷到四周的管壁上，故克服了水槽冷却因粘到管壁上的水层大大减少热交换的缺点，该方法适于大直径管材的冷却。因此，本设计决定采用喷淋冷却。5.牵引[10,14,] 牵引装置一般有橡胶式，滚轮式，履带式。橡胶式牵引装置：它由一条橡胶传送带和压紧辊组成，用压紧辊将管子压到橡胶传送带上。靠二者之间的压紧力所产生的摩擦力来牵引管材。压紧力可以调节。这种形式的牵引装置对直径较大的管子的牵引力显得不足，一般适于小直径

的管子和容易蹭破的以及容易压塌的薄壁管子。滚轮式：这种装置由2-5 对上下牵引滚轮组成，下面的轮子为主动轮，上面的轮子为从动轮，可以上下调节。管子为上下滚轮夹持而被牵引。由于滚轮和管子之间是点或线接触。往往牵引力不足。履带式牵引装置：它由两条或三，四。六条独可调的履带组成，均匀的按装在管子周围，履带上有一定数量的夹紧块，它们都做成凹形式带有一定角度，以增加施加径向力的面积，减少管子局部被压坏的危险。夹紧块的夹紧力由压缩空气或液压系统产生，或用丝杆螺母产生。这种牵引装置的牵引力大，速度调节范围广，与管材接触面积大，管子不易变形。不易打滑。综上，本设计选择履带式牵引装置。6.切割[10,11] 切割装置有几种自动式或手推式电动圆锯切割机和行星式自动切齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 18 - 割机。自动式或手推式电动圆锯切割机由行程开关控制管子夹持器和电动圆锯片。夹持器夹到管子上，锯座在管子挤出推力或牵引的推动下与管子同前进，锯片开始切割，切断后，锯片返回原处，对于大直径的管子这种方法受到限制。行星式自动切割机，圆锯片不仅自转，而且围绕管子公转，适于大管子的切割。综上，本设计选择自动式电动圆锯切割机。对于造粒工段的混料设备及造粒设备，本设计采用普通高混设备，及整条造粒生产线。2.4 成型工艺条件的控制2.4.1 成型工艺条件确定的原则成型的工艺条件必须满足产品的质量要求，即保证产品尺寸稳定，表面无杂质，颜料粉料分散均匀，表面光滑，管径圆，管子直，无竹节等，且要保证管的各种指标符合国家标准。2.4.2 成型工艺条件的确定及控制β晶型促进剂改性得到的PP 管材料的生产工艺和原来的PP 管一样，因此，成型的工艺条件与原来的PP 管材一样，只是在配方中添加了β晶型成核剂。现将β晶型聚丙烯管材的成型工艺条件列于下表：表2-3 β晶型聚丙烯管材的成型工艺条件[9] 加热区机身机头1 2 3 4 1 2 3 4 熔融温度温度175- 180 180- 185 185- 190 190- 195 190- 195 195- 200 200- 205 205- 210 180- 190 其它工艺条件[5,14] 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸-

19 - 1.螺杆的转数：螺杆的转速应保持稳定，转速升高则剪切应效提高。2.真空定径套及冷却水箱：必须保持真空度恒定，一般应保持在0.02MPa，以保证管子的圆度。要注意塞好堵头防止跑气。PP-R 管材在生产过程中内应力的产生，真空定径所产生的负压和剧烈冷却也是主要原因之一。PP-R 材料的粘性大于普通PP 和PE，为了防止熔融状管坯粘附在定径套的入口处，应在定径套的入口处设置水环式冷却夹套，夹套的温度应能控制，以不粘附时的温度为最佳温度值。PP-R 管的管壁一般较厚，定径套要有足够的长度，其长度应比生产普通PP 和PE 管材的定径套长。冷却温度不易太低，约30—40℃即可，以免因骤冷而使管材产生应力。真空喷林冷却水箱亦应有水温控制装置，温度不超过17℃，冷却水箱总长度为24—30m，每节水箱长为6m。由此，本设计确定真空喷淋冷却长为6m，喷淋冷却长为18m，总计冷却长度为24m。3.牵引速度：牵引速度不可过快，太快则管壁会变薄，但牵引速度也不可过慢，过慢会产生推料，一般应于挤出机的挤出速度差不多。齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 20 - 第3 章工艺计算3.1 计算基准[16] 物料衡算的理论依据是质量守恒定律，对于某一个体系，或者任何一个生产工艺过程，不论是物理加工过程还是化学加工过程，也不论总过程还是单元过程，都是根据质量守恒定律进行平衡计算的。即进入一个设备和装置的全部物料质量必须等于离开这个装置的全部物料质量，再加上损失掉和系统内积累起来的物料的质量。3.1.1 计算基准的选取年工作日的确定（年工作小时）（1）年工作日365-10（法定假日）=355 天（2）设备大修22 天/年=528 小时（3）特殊情况停车15 天/年=360 小时（4）机头清理换过滤网1 次/6 天8 小时/次[355 天-（22 天+15 天）]×1/6 次/天×8 小时/次小时=424 小时（5）实际开车时间365 天-10 天-22 天-15 天-17.7 天=300.3 天8592 小时-600 小时-360 小时-424 小时=7208 小时（6）设备利用系数K=实际开车时间/年工作时间=7208/8592=0.84 3.1.2 流程

挤出管材3.2 物料衡算齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 21 - 3.2.1 造粒工段1）确定各岗位物粒损失率经过各工厂实地考察，以及生产实习，了解各岗位，生产过程中，由于工人操作不慎以及设备残留等因素，使物料有一定损失，首先将这些损失列表：表3-1 挤出造粒工段物粒损耗系数一览表工序粉料输送高速混合挤出造粒颗粒输送自然扫地自然扫地损耗率% 0.2 0.3 0.1 0.2 0.3 0.2 合计损耗率% 0.5 0.1 0.5 0.2 总损失% 1.3 2）物料平衡计算进入本工序的物料量=出料量/（1-本工序的损失率）进入粒料输送的物料量：950/（1-20%）=951.9kg 注：半成品粒料1 吨，其中包括加入回收料5%，则1000（1-5%）=950kg。进入挤出造粒的物料量：951.9kg/（1-5%）=956.7kg 进入高速混合机物料量：956.7kg/（1-0.1%）=957.6kg 进入粉料输送的物料量：957.6kg/（1-5%）=962.5kg 表3-2 挤出造粒工段物料平衡表工序输入输出物料kg 回收kg 小计kg 物料kg 损失kg 小计kg 粉料输送926.5 962.5 957.6 4.9 962.5 高速捏合957.6 957.6 956.7 0.9 957.6 挤出造粒956.7 956.7 951.9 4.8 956.7 粒料输送951.9 951.9 950 1.9 951.9 半成品950 50 1000 1000 1000 合计1012.5 1000 3.2.2 挤出成型工段齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸- 22 - 表3-3 挤出成型工段物料损耗率表工序自然损耗扫地下脚料一次成品百分率0.1 0.4 5.5 94 2）物料衡算半成品粒料需求量：（6000 吨/年）/94%=6383 吨/年自然损耗量占：6383×0.1%=6.38 吨扫地料占：6383×0.4%=25.53 吨下脚料占：6383×5.5%=351.07 吨下脚料回收破碎量：351.07×（1-5%）=333.52 吨颗粒料中需加回收粒量：6383×5%=319.15 吨回收率：319.15/333.52×100%=95.7% 表3-4 挤出成型工段物料平衡表工序输入物料量自然损耗量扫地料下脚料成品物料量T 6383 6.38 25.53 351.07 6000 表3-5 粉料中各组分需要量原料名称配方中份数百分率% 每吨产品消耗定额（kg）6000t 制品消耗原材料每年需要量（t）每天需要量（t）每小时需要量（kg）PP-R 树脂100

99.4 994 5964 19.86 827.5 成核剂Nu-100 0.3 0.3 3 18 0.06 2.5 抗氧剂1010 0.1 0.1 1 6 0.02 0.83 抗氧剂619 0.1 0.1 1 6 0.02 0.83