高分子实训设计报告高分子实训报告内容要求

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1、高分子实训设计报告一、 实训目的1.2.二、 实训内容和任务三、 实验仪器设备及材料（包括参数、型号等具体信息）四、 实验原理（1） 成型工艺流程 冷热水用氯化聚氯乙烯（PVC-C）管材生产工艺流程见下图：挤出造粒高速混合粒料CPVC树脂 助剂成品挤出冷却定型牵引切割1. 混合工艺 CPVC树脂的混合工艺与PVC树脂的混合工艺一样，需要高速混合和低速冷却搅拌两个过程。混合温度控制在115-125，同时有利于物料中水蒸气蒸出。但是温度不能太高否者容易出现发黄的物料，在挤出过程中容易出现物料的分解或“过塑化”现象。热混机放出的混合料温度很高，需立即进行冷却，若散热不及时会引起物料分解和助剂挥发。冷

2、混一般控制在料温400C左右时出料。2. 挤出工艺挤出工艺中有两部分内容：一是挤出造粒工艺部分，二是挤出成型工艺部分。首先先将混合好的混料进行挤出造粒，CPVC管材的挤出工艺重点是工艺温度，它将直接影响管材的塑化质量。一般工艺温度会因挤出机塑化性能的不同，而有很大的差异，有时这种差异会有20-30。理论上，CPVC材料的加工温度要比PVC高，但实际上，CPVC的加工温度要比PVC低5-8，这是因为CPVC熔融粘度比PVC大，熔融的分子之间将会产生大量的摩擦热，这时如果挤出机再提供给它过多的热量，很容易造成物料的分解。在工艺温度设定上，应尽量保持曲线的平缓，这样有利于CPVC树脂的塑化质量，曲线

3、忽上忽下不利于管材的塑化，一般曲线为“U”形是比较适宜的。整个工艺温度的控制大体可以分为三部分：机筒、合流芯和模具，机筒温度从一区开始依次递减，合流芯温度又要比机筒温度略低一些，在模具的温度设定中，值得注意的是口模的温度和芯模的温度，口模的温度应比机筒的加热段温度低10左右，否则会影响管材的纵向回缩率，芯模加热可以在管材正常牵出后即断开，CPVC熔体的热量和对芯模摩擦所产生的热量完全可以维持芯模的温度。对于挤出机螺杆的三个分段区：固体输送区、物料塑化区、熔体输送区的温度设定参考了CPVC的分解温度跟熔融温度，大致设定如下： 固体输送区的料筒温度一般控制在120-1400C 。若加料温度过低，使

4、固体输送区延长，减少了塑化区和熔体输送区的长度，会引起塑化不良，影响产品质量。 物料塑化区的温度控制在165-1800C。控制该段的真空度是一个重要的工艺指标，若真空度较低，会影响排气效果，导致管材中存有气泡，严重降低了管材的力学性能。为了使物料内部的气体容易逸出，应控制物料在该段塑化程度不能过高，同时还要经常清理排气管路以免阻塞。料筒真空度一般为0.08-0.09MPa。 熔体输送区的温度应略低一些，一般为160-1800C。在该段提高螺杆转速、减小机头阻力及在塑化区提高压力都有利于输送速率的提高，对于PVC这样的热敏塑料，不应在此段停留时间过长，螺杆转速一般为20-30r/min。 机头是

5、挤出制品成型的重要部件，它的作用是产生较高的熔体压力并使熔体成型为所需的形状。口模温度在1650C左右。3. 定型工艺从机头口模挤出来的管状物要经过冷却，使它变硬而定型。定型一般用定径套进行外径定型和内径定型两种方式。其中外径定型结构较为简单，操作方便，我国普遍采用。外径定型的定径外套长度一般取其内径的3倍，定径套的内径应略大于（一般不超过2mm）管材处径的名义尺寸。管材的冷却方法有水浸式冷却和喷淋式冷却，较常用的是喷淋式冷却。真空冷却成型是借助于真空泵将真空槽抽成真空，使管坯外壁吸附在定型套的内壁上而达到冷却定型。真空定型的工艺条件一般为：真空度20.0-53.3kPa，水温15-250C，

6、真空槽中的水成雾状为最佳。若真空度偏小，导致管外径偏小，小于标准尺寸；反之，若真空度偏大，管径偏大，甚至出现抽胀现象。若水温过低，定型不完全，且会使管材脆性增大；若水温过高，则会造成冷却不良，致使管材易发生变形。本次实训采用的是外径定型的定径，冷却方法是采用水浸式冷却。设置好定径模式，进入牵引工艺。4. 牵引工艺 牵引装置的作用是给机头挤出的管材提供一定的牵引力和牵引速度，均匀地引出管材，并通过调节牵引速度调节管子的壁厚。牵引速度取决于挤出速度，一般牵引速度比挤出速度快1%-3%。根据挤出速度大致设置牵引速度，切记牵引速度不能太快否者管材的厚度及质量会受到影响，也不能太慢，太慢牵引力作用不到管

7、材上，可能会出现“管材肥胖”严重影响规格。最后进入切割工艺。5. 切割工艺 由牵引装置牵引出来的管材按照所需的长度通过计算设置好切割时间间隔。一旦各参数设置好不能变动，如此才能保证切割的长度满足要求。（2） 成型加工仪器的结构及使用原理、操作规程等。1. 高速混合机（1） 高速混合机的结构高速混合机由混合室、叶轮、拆流板、回转盖、排料装置及传动装置等组成。高速混合器的实物图和结构图分别如图（一）和图（二）所示。叶轮是高速混合机的主要部件，与驱动轴相连，可在混合室内高速旋转，由此得名高速混合机。（2） 高速混合机的使用原理 当高速混合器工作时，高速旋转的叶轮借助表面与物料的摩擦力和侧面对物料的推

8、力使物料沿叶轮切向运动。同时，由于离心力的运动，物料被抛向混合室内壁，并且沿壁面上升，当升到一定的高度后，由于重力的作用又落回到叶轮中心，接着又被抛弃，这种上升运动和切向运动的结合，使物料实际上处于连续的螺旋形上下运动状态，由于叶轮转速很高，物料运动很快，快速运动的物料快速碰撞、摩擦、使得物料温度相应升高，同时迅速的进行交叉混合，这些作用促进了组分的均匀分布和对液态添加剂的吸收。（3） 高速混合机的使用规程一、开机前准备（1）保持机器各部位整洁，尤其混合容器及排料阀，内腔应清扫干净，确保无 任何硬物、脏物。（2） 详细检查机器各联接部件无松动，加热压缩空气管路的联接严密无泄露， 各仪表指示正常

9、。（3）检查各个零部件是否有磨刮、卡滞等缺陷，严格按润滑规程润滑各部位。（4）检查排料阀门开启及关闭动作是否灵活，无阻滞。（5）检查搅拌桨安装是否牢固，刮料器与锅底之间无磨削现象，并保持一定间 隙，当用手盘动时，主轴应转动轻盈、灵活。（6）检查电气设备是否安全、可靠。二、机器运行中的注意事项及安全规程（1）经常注意电流表指示值不超过额定值，如发现电流表指示值急剧增加应立 即停车，查清原因，排除故障后再继续生产。（2）注意电动机运转是否平稳，无异常噪音，温升是否正常。（3）当更换树脂或颜料时，必须将混合容器排料阀及排料筒壁清扫干净。（4）必须将混合容器内之混合物料清除干净后，方可关闭排料阀门，以

10、免物料 卡在阀门前，造成漏料。（5） 注意检查主轴轴承，皮带等传动零件是否正常，如有异常音响及震动时应 立即停止转动，对损伤的零件应及时更换修理。（6） 机器启动前，不得投料，以减小超动阻力。在机器运转中增塑剂应缓慢加 入不得将增塑剂突然倾入机内，避免局部物料结块，致使负荷骤然增加。（7） 开机顺序：关闭放料阀加料关闭锅盖启动低速高速启动 根据工艺要求混料时间温度放料（8）注意禁止高速转换低速。2. 螺杆挤出机（1） 螺杆挤出机的结构螺杆挤出机主要由挤压、传动、加热冷却系统等部分组成如（图三），（图四）为螺杆挤出机结构图。挤压系统由螺杆和机筒组成，其作用是挤压塑化胶料，以一定的压力，均匀、连续

11、地向机头输送胶料。传动系统由减速器、联轴器和电动机组成，其作用是将动力传递给螺杆并根据工艺要求调节转速。加热系统由管路和分配器组成用于控制生产中的温度，保证挤出产品的质量。挤出机主要是由加料装置、料筒、螺杆、机头、口模等组成。其中螺杆是挤出机的“心脏”如图（五）所示，其中有螺杆的一些参数对塑化效果有很大影响。螺杆分为进料段(固体输送区)、压缩段(物料塑化区)、计量段(熔体输送区)。进料段：此段螺槽体积最大，且在整个加料段维持不变。由加料斗加入的物料由此段向前推送，并开始被压实，温度从常温逐渐升高到熔点，此段物料处于固态。压缩段：螺槽体积在此段逐渐减少，物料在此段继续被压缩，并向熔融态转换，此段

12、固态和黏流态共存。计量段：此段螺槽体积最小，且在整个计量段维持不变，已完全熔融的物料在计量段螺杆和机头的压力作用下进一步被塑化和均化，并以一定的压力和流量通过机头口模挤出成型，物料在此段呈黏流态。螺杆直径D，螺杆长度L，螺杆长径比 L/D 。深度：H1加料段深度，H2均化段深度。压缩比：加料段第一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比。渐变度A： 描述螺槽深度变化的几何参数。螺棱轴向宽度e。（2） 螺杆挤出机的使用原理挤出机的功能是采用加热、加压和剪切等方式，将固态塑料转变成均匀一致的熔体，并将熔体送到下一个工艺。熔体的生产涉及到混合色母料等添加剂、掺混树脂以及再粉碎等过程。成品熔体在浓度和温

13、度上必须是均匀的。加压必须足够大，以将粘性的聚合物挤出。 挤出机通过一个带有一个螺杆和螺旋道的机筒完成以上所有的过程。塑料粒料通过机筒一端的料斗进入机筒，然后通过螺杆传送到机筒的另一端。为了有足够的压力，螺杆上螺纹的深度随着到料斗的距离的增加而下降。外部的加热以及在塑料和螺杆由于摩擦而产生的内热，使塑料变软和熔化。具体过程为：物料从进料斗进入进料段在螺杆的旋转推力的作用下以固体的形式向前输送，进入均化段温度逐渐升高由于同时受到机筒传热和摩擦生热作用，机筒内壁接触的固体物料的物料首先熔融，并形成一层熔膜，当这层熔膜积存的厚度超过机筒与螺杆的间隙时，就会被旋转的螺杆刮落，并强制积存在螺杆推进面的前

14、侧，形成旋涡状的环流区，称为熔池。在螺杆棱推进面的后侧堆积着冷的未塑化的固体粒子，这些冷热固体粒子共同组成了物料的固相区，称为固体床。固体床与液相熔池之间存在着明显的的分界面，随着物料往机头方向输送，熔化过程逐渐进行，固体床宽度逐渐减小，直至全部消失，即完成熔化过程。最后进入计量段，在计量段螺杆和机头的压力作用下进一步被塑化和均化，并以一定的压力和流量通过机头口模挤出成型。（3） 螺杆挤出机的使用规程1. 挤出机操作，必须由经培训，熟悉挤出设备和挤出工艺的人员操作。2. 挤出开机前检查电气系统是否正常，冷却水和压缩空气是否畅通并达到工艺要求，操作控制系统是否灵敏可靠。3. 检查模具安装是否水平

15、，中心是否对正，模具配套件是否完整正常，水气管安装是否正确；4. 对主机进行加热时，先对升温缓慢的合流芯部位进行加热，达到120度左右时，将料筒各段和口模温度设置为150度，螺杆温度设置为70度进行加热升温，同时检查真空排气口是否堵塞，如有堵塞，应立即进行清理，在清理中不得使用硬质工具，避免损伤螺杆和料筒。5. 在料筒各段温度达到150度时，保温20-30min,再将料筒、口模、螺杆温度设定为工艺温度，料筒和口模升到工艺温度后，保温10min，使机器各部分温度趋于稳定，并对模具进行二次紧固，以避免因热胀冷缩造成螺栓松动，引起挤出溢料。6. 缓慢启动主机电机，使主机螺杆在低速下运行，并注意主机电

16、流的变化。7. 启动定量加料电机，调整转速，使加料螺杆在低速下运行。8. 口模模唇出现挤出物后再慢慢增加主机螺杆和加料螺杆的转速，并保证二者速度匹配，调速中密切关注主机电流，以避免主机负荷过大，当物料塑化达到牵引要求时，启动辅机，进行牵引。9. 再次从排气孔观察物料塑料状况和螺杆充满情况，达到工艺要求后，启动真空排气泵电机，确认真空度达到工艺要求，特别注意如果物料还呈粉料状态时，不要开启主机真空，以免粉料从料筒中抽出堵塞真空。10. 在生产中，随时关注挤出机参数的变化，并记录工艺参数值和设备运行状况。11. 生产完毕后，需要停机时，先关闭主机真空，再关闭加料电机，然后缓慢关闭主机，尽量将主机内

17、的物料挤出，以减少料筒内残留物料分解造成腐蚀。12. 如遇对人员安全及设备设施安全有严重威胁等紧急情况下，迅速按下任位置的紧急按钮关闭主机。紧急停机后，将主机及加料螺杆调速按钮调到零位，关闭其它辅助系统，清理定型模，处理完故障后，按正常开车顺序开机。13. 加温和开机过程中，合流芯及机头前不准站人，以防止因螺栓拉断或物料因特殊原因发生爆料，造成人身伤害。（3） 检测性能的原理及相应的仪器使用1. 熔体质量流动速率的检测原理：被测样品在规定的试验温度和载荷条件下，10分钟所经过口模的流量。仪器：MFI型熔体流动速率测定仪仪器使用：1、 调整水平，将水平仪放入料筒中，调整仪器的地脚至水平仪气泡在圈

18、线的中 心即为调好。2、将料筒清洗器缠纱布清洗料膛中的异物。3、推上口模挡板，将口模放入膛内。4、打开电源，进入界面。5、按“左、右”键选择“中文”界面。6、选择“质量法”，进入“试验设置”，设置参数。7、参数设置完成后进入试验：第一次当温度升到设定温度后，进入15分钟的恒 温过程。第二次恒温190，可以试验。8、加料放砝码压实（恒温2-5分钟，原料熔化）9、开始试验，进入切割阶段，每到设定切割时间切割一次直到完成切割设定次 数为止，在样品中选择适当无气泡的3段样品冷却后在分析天平上称量，取 平均值。10、在“试验报告”界面输入其平均重量，得出流动速率，打印报告。11、试验后，清理料筒，关闭电

19、源。2. 维卡软化温度的测试原理：把试样放在液体介质或加热箱中，在等速升温条件下测定标准压针在（50 1N）的作用下，压入从管材或管件上切取的试样内1mm时的温度。压入 1mm时的温度即为试样的维卡软化温度，单位为：。仪器：XRW300M型热变形、维卡软化点温度测定仪仪器使用：1、打开电源，进入界面。2、参数设置：最大变形量：1000m 载重：5000g3、进入设置二：最高温度：200升温速率：504、选择试验：维卡5、打开搅拌，油温达到23-256、启动上升键,使试样架上升,将试样凹面向上放置于试样架上，其中心位置对 准压针端部，试样和仪器底座接触面应是平的。7、启动下降键,使试样架恢复原位

20、。8、查表加砝码，放下百分表，选择“mm”单位，清“0”9、启动试验，参数确认：试样架数：3 升温速率：50 最高温度：200 试样类型： 维卡试验10、确认开始，3个试样变形达到1000m后自动停止，查看温度。11、返回，打印数据。12、试验完成后，升起百分表，取下砝码。按动上升键，使试样架上升，取下试 样。3. 差热分析试验原理：试样与参比物放入坩埚后，按一定的速率升温，如果参比物和试样热熔大 致相同，就能得到理想的扫描量热分析图。 图中T是由插在参比物的热电偶所反映的温度曲线。AH线反应试样与参比物间的温差曲线。如试样无热效应发生，那试样与参比物间T=0，在曲线上AB、DE、GH是平滑的

21、基线。当有热效应发生而使试样的温度低于参比物，则出现如BCD顶峰向下的吸热峰。反之，顶峰向上的EFG放热峰。 图中峰的数目多少、位置、峰面积、方向、高度、宽度、对称性反映了试样在所测温度范围内所发生的物理变化和化学变化的次数、发生转变的温度范围、热效应大小和正负。峰的高度、宽度、对称性除与测试条件有关外还与样品变化过程中的动学因素有关，所测得的结果比理想曲线复杂得多。仪器：DZ3320A型差热分析仪仪器的使用：1、打开电脑，打开仪器电源预热10分钟。2、将试样放入坩埚中，然后将试样坩埚放在样品专用的托盘上（下侧），陶瓷埚 放在另一个托盘上（上侧），盖上陶瓷盖。3、 设置参数值：按下设置键，仪器

22、进入设置状态，用“右移”选择所要设置的 参数，用键调节数值：HT（温度） SD（升温速率） WT（恒温时间） 200 20/min 150min4、 打开DSC分析仪软件，按分析仪正下方“RUN”键，点击软件“开始”，当分 析仪界面理论温度达到200，机器响一声，“KEEP”闪烁，保持7分钟左右， 实际温度达到200左右后通氧 。5、 打开通氧总阀门，调节出气气压0.5MPa左右。气氛装置旋钮转到“氧气”， 流量计调节80120之间。6、通氧同时把软件界面时间输入到通氧时间。 7、当试验进行中，红线出现明显向上趋势，点击停止。8、点击“计算”，选择“氧化诱导期”，在红线上平直段取两点，生成一条

23、与横 线相切的线，再在斜线上取两点生成一条切线，取交点，自动生成时间。9、点击“保存”，生成报告，打印报告。4. 热塑性塑料管材纵向回缩率检测原理：将规定长度的试样，置于给定温度下的热介质中保持一定的时间。测量加 热前后试样标线间的距离，以相对原始长度变化百分率来表示管材的纵向 回缩率。仪器：烘箱仪器使用：1、在（232）下，测量标线间距离L0，精确到0.25mm。2、根据试验试样将烘箱温度调节至表1中的规定值TR。表1烘箱试验的测定参数试验材料烘箱温度TR，试样在烘箱中放置时间min试样长度mm硬聚氯乙烯（PVC-U）1502e8， 608e16， 120e16， 24020020氯化聚氯乙

24、烯（PVC-C）1502聚乙烯（PE50/63）1102聚乙烯（PE80/100）1102聚丙烯无规共聚物（PP-R）1352聚丙烯均聚或嵌段共聚物（PP-H或PP-B）150（PVC-U）雨水管120230min150103、 把试样放入烘箱中，使样品不触及烘箱底和内壁。若悬挂试样，则悬挂点应 在试样距离标线最远的一端，若把试样平放，则应放于垫有一层滑石粉的平 板上，切片试样应使凸面朝下放置。4、 把试样放入烘箱内，保持表1规定的时间，这个时间应从烘箱温度回升到规 定温度时算起。5、 从烘箱中取出试样，平放于一光滑平面上，待试样完全冷却至（232）时， 在试样表面沿母线测量标线间最大或最小距

25、离L1，精确到0.25mm。5. 热塑性塑料管材拉伸性能试验原理：沿热塑性塑料管材的纵向裁切或机械加工制取规定形状和尺寸的试样。通 过拉力试验机在规定的条件下测得管材的拉伸性能。仪器：拉力试验机仪器使用：1、试验应在温度（232）环境下按下列步骤进行。2、在试样平行部分中间画好251mm的两条标线，并测量试样两条标线间中部 的宽度和最小厚度，精确至0.01mm，计算最小截面积。3、 将试样安放在拉力试验机上，并使其轴线与拉伸应力的方向一致，使夹具松 紧适宜以防止试样脱落。4、根据相关产品标准选择试验速度进行试验，具体见下表：原 料壁厚（mm）试样类型拉伸速度（mm/min）PVC-U1型或2型

26、试样51PEe52型试样1005e121型试样505、 数据记录：根据产品性能要求记录相应的数据。6. 塑料管材尺寸测量方法（4） PVC的各项性能的检测标准GB/T3682-2000热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定GB/T8802-2001 热塑性塑料管材、管件维卡软化温度的测定GB/T17391-1998 聚乙烯管材与管件热稳定性试验方法GB/T6671-2001热塑性塑料管材纵向回缩率的测定GB/T8804.1、2、32003热塑性塑料管材拉伸性能的测定 第一、二、三部分GB/T8806-1988 塑料管材尺寸测量方法五、 冷热水用氯化聚氯乙烯管材实验配方及操作步骤1、

27、 配方设计设计思路：本实训是以冷热水用氯化聚氯乙烯（PVC-C）管材生产为课题， 并通过各种试验指标检测确保生产的产品满足要求，首先在PVC 加工过程中有些助剂是必须要加的比如：热稳定剂，由于产品是 冷热水用的，为了确保产品的用途，产品必须具有有一定的耐寒 性，以及较好的耐高温性，作为管材也要求能够有适当的抗冲击 及抗拉伸性能，以及收缩率尽可能的小，满足以上性能的前提下， 还要坚持以“最小的投入，换取最大的利益”为设计原则适当的 加入一些填充剂，并且从维护机器、提高生产效率的角度看，加 入一些润滑剂也是十分有必要的。根据此思路设计了以下配方： 指标原料用量（单位：g）添加用途CPVC树脂 10

28、0基体材料DOP2作为增塑剂使用，提高耐低温性能,降低PVC的熔融温度及熔体粘度。甲基硫醇锡3作为热稳定性使用，能完全溶于PVC，从而可制得完全透明制品。石蜡0.5作为润滑剂使用，降低熔体粘度或防止聚合物与加工设备金属表面粘着而改进可加工性的物质。CaCO310作为补强剂（填充剂）使用，减少树脂收缩率，改善流变态，控制粘度，降低制品成本。CPE5作为加工助剂使用，加入PVC中可显著降低熔体黏度、降低能耗、提高制品的光泽度和透明度。ACR4作为抗冲击剂，提高硬制品的韧性。2、 加工工艺过程（1） 称样配料与混合（记录实际称取的材料质量）。 按照配方称量树脂与助剂的质量进行在高速混合机中混合搅拌均

29、匀。混合温度控制在120，达到温度后由低速逐渐转到高速，并在高速状态下混合15分钟，取出混料冷却至40，在40状态下均匀搅拌5分钟，备料。（2） 单螺杆挤出共混实验记录1. 挤出造粒 1、检查挤出机各部分，确认正常后，开机预热。 2、设置好温度各区温度，等待到达设定温度。各区温度如下：分区加料段压缩段计量段机头一区二区三区四区五区六区温度 3、达到设定温度，启动挤出机，调节好转速60r/min。将混料倒入加料斗， 由于同时受到机筒传热和摩擦热作用物料经过熔化段和计量段，此时熔体 进一步均匀塑化，并使料流定量、定压机头流道均匀挤出。 4、从机头口模挤出来的料流物经过水浸式冷却，使它定型。在牵引装置的作 用下，经过造粒机，得到粒料。2. 加工成型过程 1、将得到的粒料再次由挤出，过程如挤出造粒步骤1-3。（此时为粒料） 2、得到料流通过机头环形口模挤出来，得到未冷却管状物经过水浸式冷却， 使它定型。在牵引装置的作用下管材提供一定的牵引力和牵引速度，均匀 地引出管材，并通过牵引速度调节管子的壁厚。牵引速度为26r/min。 3、最后切割成规定长度的管材，得到所需管材。3、 性能检测试验4、 数据分析，得出相关结论，并解释实验结果六、实训注意事项