6000吨年PVCU环保给水管生产线的设计毕业设计论文

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1、摘要摘要近年来，随着科学技术的不断进步，各种新型的建筑材料越来越多地应用于建筑施工中，国家对塑料建材在建筑工程中的应用也十分重视。由于国内经济建设的持续稳定发展，各种建筑小区、各种高中档次的高层、多层民用住宅、各种型式别墅的建设，各种多功能、大体量的公共建筑的问市,对环保给水的要求越来越高，事实上，住宅建设已经成为我国国民经济新的增长点和消费热点，而给水则是住宅建设不可缺少的重要组成部分。本文主要解析PVC-U环保给水管的生产过程以及工艺、设备、成本等一系列问题，对实际PVC-U环保给水管投资生产具有积极的意义。关键词：建筑；给水；环保；PVC-U给水管I AbstractIn recent

2、years, with the continuous progress of science and technology, more and more new types of building materials used in building construction, and State of the plastic materials in the construction of very great importance. As countrys sustained and stable development of economic construction, a variet

3、y of residential district, senior high school grades, multi-residential, the construction of various types Villa, various function and the big amount of public buildings on the market, the pro-environment service pipe of the building have become increasingly demanding. In fact, housing has become a

4、new growth point of Chinas national economy and consumption of hot, and service pipe is an important and indispensable housing component. In this paper, the production process anatomical PVC-U pro-environment service Pipe and technology, equipment, cost and other issues, drain on the actual PVC-U in

5、vestment in production has a positive significant.Key words：Buiding, Service pipe, Pro-environment ,PVC-Uservice PipeIII 目录目录摘要IAbstractII目录i第一章 概论11.1 塑料管产品现状及未来发展11.2 国内外塑料管的应用现状21.2.1 国内塑料管生产应用情况21.2.2 国外塑料管的生产应用31.3我国PVC-U管材行业的现状31.4 我国PVC-U管发展前景41.5 PVC-U给水管的特性及优缺点51.5.1 PVC-U管的特性51.5.2 PVC-U管的

6、优点61.5.3 PVC-U管的缺点61.6 PVC-U管应用领域7第二章 PVC-U管的生产与设计82.1 我国PVC-U管材的生产能力82.2 国内外主要工艺路线的比较和选择92.2.1单螺杆挤出机特点：92.2.2双螺杆挤出机：92.3 原料的选择和生产配方的比较102.3.1 PVC树脂选择102.3.2 稳定剂系统112.3.3 润滑系统112.3.4 改性系统122.3.5 添加系统-填充剂122.3.6着色系统132.4 PVC-U管材生产配方8132.5 生产工艺流程概述142.6 产品质量指标15第三章 PVC-U管材主要的生产设备163.1 PVC-U管材的主要生产设备16

7、3.1.1 挤出机163.1.2 机头173.1.3定型装置183.1.4 牵引装置183.1.5 切割装置193.1.6 扩口装置19第四章 硬PVC管材生产车间工艺计算及设备选型204.1 生产能力计算204.2 物料衡算204.3 PVC-U管材主要生产设备的选择21i 4.3.1、高速混合机的计算214.3.2、螺杆挤出机计算224.3.3、 挤出管辅机计算224.3.4、破碎机的选择234.4、原料消耗计算23第五章 厂址选择、环境保护、工业安全和卫生255.1 厂址的选定255.1.1 项目建设环境255.1.2 项目相关的政策265.2 环境保护、工业安全和卫生265.2.1 可

8、能存在的问题265.2.2 采取主要措施275.3生产PVC-U管材出现的主要问题及解决措施27第六章 总生产成本及利润估算286.1 成本估算286.2可变成本296.3 固定成本306.4 税金和利润316.4.1 产值316.4.2 销售收入316.4.3 利润326.4.4 税金326.4.5 投资回收32参考文献：33结论34致谢35ii 第一章 概论II 第一章 概论1.1 塑料管产品现状及未来发展我国自上世纪70年代开始生产塑料管，八十年代初开始在工程建设中推广应用。近二十年来，塑料管得到了很大发展，不仅在数量上，而且在品种和规格上都得到很大的发展。现在，全国塑料管生产线约有20

9、00多条，其中引进设备约占15，各种塑料管的生产能力已达165万吨，实际产量为100万吨左右。其中，PVCU管50万吨，占50；PE管36万吨，占36。近几年，随着建筑业成为国民经济重要支柱产业和住宅产业的快速发展，建筑室内塑料管发展很快，现已成为当今投资的热点。塑料管的发展，当前主要以PVC-U管和PE管为主，并大力发展新型复合、改性塑料管。2005年，塑料管道在全国各类管道中市场占有率达到50以上，在全国新建、改建、扩建工程中，建筑排水管道70采用塑料管；建筑给水、热水供应和采暖管道60采用塑料管；电线穿线护套管80采用塑料管；建筑雨水排水管道50采用塑料管；城市供水管道（DN400mm以

10、下）50采用塑料管；村镇供水管道60采用塑料管；城市排水管道20采用塑料管；城市燃气管道（中低压管道）50采用塑料管。到2010年，塑料管主要产品要满足市场要求，市场产品齐全，质量、档次和配套水平有明显提高，整体水平接近国际先进水平。在全国新建、改建、扩建工程中，建筑排水管80采用塑料管；建筑给水、热水供应和采暖管80采用塑料管；电线护套管90采用塑料管；建筑雨水排水管70采用塑料管；城市供水管（DN400mm以下）70采用塑料管，村镇供水管70采用塑料管；城市排水管50采用塑料管；城市燃气管道（中低压管道）60采用塑料管1。在国家政策引导下，近几年上海、北京、山东等地相继出现了生产给水管及配

11、件的行业。主要产品有硬聚氯乙烯(PVC-U)给水管、聚丙烯(PPR)给水管、铝塑复合给水管、硬聚乙烯排水管等，已能满足建筑工程给水管道塑料化的需要。部分城市开始在住宅工程中淘汰具有锈蚀、排水不畅等缺点的铸铁排水管，塑料排水管得到迅速推广。在推广中有关部门积极制定管理规定，组织技术培训，编制安排工程标准等，积累了许多施工与管理经验。如：部分城市制定了“建筑排水塑料管道安装质量的（暂行）规定”、“塑料排水管道安装分项工程质量检验评定办法”、“排水用硬塑料管准用管理实施细则”等规定，对推广应用塑料管排水、控制施工质量，发挥了很大的作用，为塑料排水管在更大范围内应用奠定了基础。1.2 国内外塑料管的应

12、用现状1.2.1 国内塑料管生产应用情况我国自80年代初开始，系统地研究在市政工程和建筑工程中塑料管的应用。10年来，塑料管在工程应用中得到了很大发展，不仅在数量上而且在品种和规格上得到很大发展。先后开发出了硬质聚氯乙烯管（PVC-U）、玻璃钢夹砂管（RPM）、聚乙烯管（PE）、铝塑复合管（PAP）、交联聚乙烯管（PE-X）、聚丙烯管（PP-R）、氯化聚氯乙烯管（CPVC）、ABS工程塑料管（ABS）、钢塑复合管（SP）等塑料管。1996年，我国各种塑料管材的总产量已达43.5万吨，其中，PVC-U管材24万吨，占55%；PE管材18万吨，占41%；PP管材1.5万吨，占3.3%。尽管PVC-

13、U管材产量已达24万吨，但人均消费量还不到0.2kg，远低于美、日、欧的人均消费量。根据国家统计局统计，1997年全国塑料制品的总产量为1534万吨，其中塑料管材为87万吨，已成为塑料行业中一个主导产品。另据中国塑料加工业协会塑料管道制品专业委员会的不完全统计2，1998年PVC-U管材、管件总产量为35万吨，比1997年增长了10万吨，创造了历史最好水平。目前公称直径500mm及其以下的混凝土管材在市政与住宅小区排水工程中已逐渐被塑料排水管取代，公称直径500mm以上的大口径塑料排水管材在工程建设中已经有一定比重，供设计、施工和使用单位选择的管材品种越来越多。近年在许多排水工程中都采用塑料排

14、水沟管，如：西藏路改造工程、浦东机场等。1.2.2 国外塑料管的生产应用在国外，塑料管材正不断替代金属或其他传统材料的管材，发展十分迅速。从19801990年的10年中除塑料管外，其它各种材料的管材增长率总和不足2%，而塑料管的增长率是其它各种管材增长率总和的4倍，达到8%，进入90年代塑料管的需求量将仍以每年4.2%的速率增长，其产值大约以每年8%的速率递增。美国1997年塑料管材量为216万吨，欧洲1996年为147万吨，日本60万吨。在国外，从50年代开始就把硬聚氯乙烯（PVC-U）制品用于建筑工程中。美国：用于自来水管、煤矿用管、灌溉用水管的压力管道占总量的40.4%；用于下水、污水、

15、通风的PVC-U管道为17.3%；电工穿线管方面用的管道为14.08%；市政工程污水排放用的PVC-U管道为22.93%；其它用途占5.24%。日本：PVC-U管道的消费情况（占总量的百分数）：上水管17.2%；农用管5%；下水管17.58%；工业污水管6.8%；设备排水32.6%；穿线管1.68%；其它5.7%；特殊用管13.24%。西欧国家塑料管道分布领域：压力管68%；非压力管17%；管件5%；其它10%。1995年，PVC-U管材人均消费量，美国高达8.3kg，日本4.27kg，西欧4.18kg，加拿大4.07kg。聚烯烃管材的人均消费量西欧各国较高，平均高于4kg。1995年美国HD

16、PE人均消费量已达1.38kg，美国ABS管材人均消费量为0.23kg。纵观国外塑料管生产应用3，会发现以下特点：1. 原材料：分类较为详细，品种较多，为适应不同场合需要制成各种专用料，极大方便了塑料管生产企业生产，有效地保证了产品质量。2塑料管生产：塑料管品种、规格齐全，管材与管件配套性较好，加工设备自动化程度高，在线检测设备较为完善，有效地提高了产品生产效率和成品率。其质量概念远远大于价格概念。3. 塑料管工程应用：塑料管在工程应用较为普及，品种很多，并且可以根据工程特点选择需要的品种、规格的塑料管。1.3我国PVC-U管材行业的现状PVC-U管经历了导入期和高速发展期，从时间上看，可以分

17、别定义为二十世纪8090年代中期和19952002年左右。2003年以后，PVC型材行业进入了转型期。在产品的导入期：生产商普遍追求低造价，简化了门窗型材断面，配方中大量填充碳酸钙，导致产品性能很低，很多质量问题的出现影响了产品的推广。1995年开始，一批有实力的企业，开始消化吸收国外欧式型材的技术精华，研制出自己的门窗系列，成为国内塑料门窗的主导，推动门窗的技术更新和发展，也使整个行业得到了空前的发展和高速增长。进入产品成熟期后，也即从2003年起，许多弊端开始反应出来，过高的利润率导致盲目投资过多，使行业综合产能近300万吨，远高于市场需求；很多新进入的投资者没有从产品创新、技术创新入手，

18、而是简单模仿，甚至偷工减料，假冒伪劣，行业市场竞争处于非健康状态。原料市场价格不断上扬，加剧这种非健康的竞争，使部分企业经营处于困境，出现停产或半停产状态。这个行业内也存在着生产企业数量多(近400家)，产能大(280万吨)，需求小(2003年全国型材销售120万吨)，产能不能完全发挥的矛盾，年产超过2万吨的企业不到10家，产品质量水平参差不齐，劣质产品仍然有市场，行业质量技术标准过低，不利于技术进步，导致替代品铝材卷土重来。高档市场(30%)被外国品牌占据，中低档市场无利可图、竞争激烈，最终格局尚未形成。从工厂分布来看，在392家型材生产厂家中，东南地区37%，山东12%， 中部地区17%，

19、 东北地区19%，西部地区15%。从产能的分部来看2003年全国产能280万吨，山东地区9%，中部地区1%，东北地区32%，西部地区7%， 东南地区39%。作为科技发展的产物之一，PVC-U管材在日常生活中触目可及。在欧洲，1980年1990年塑料管的增长率为8%，2001年产量达350万吨，其中PVC管占60%。美国1985年塑料管产量为160万吨，1999年产量约360万吨，其中，PVC管占78%。而中国的第一根PVC-U扩口管材是于1983年在沈阳塑料厂(现沈阳久利的前身)诞生的，此后，中国大陆具备了PVC给、排水管的生产能力。二十世纪90年代后期是中国大陆PVC-U管道的高速发展时期4

20、。期间一些年产能在5万吨以上的工厂陆续建成投产，万吨以上生产规模的PVC-U管道工厂达30多家。目前塑料管道的年生产能力为200万吨。1.4 我国PVC-U管发展前景1998年8月，厦门市建委发出通知，要求所有新建工程中小于400mm给水管道及室内外排水管道都必须采用塑料管材，表明塑料管已进入更广泛的应用空间。然而，PVC-U排水管在使用中表现出的不足之处，仍急待我们开发出强度高、噪音低、防火特性好以及投资低、能耗低的产品，以适应现代建筑市场更深更广的发展需要。可喜的是，国外许多科研、生产单位已不断开发出各类新产品，有些已经走向市场，代表了PVC-U管的发展趋势。 中国市场上已出现技术成熟的塑

21、料金属复合管，耐高温、噪声低，但由于价格贵、管径小，适用于高档装饰中的冷热水管道，中国市场上还有刚度好、耐高温的塑钢复合管，但价格也较高，尚无条件用于排水系统；中国还有些单位，已开发出双层塑料管，可减少噪声指标，距走上市场仅一步之遥；公安部四川消防科学研究所五年前已开发出使用无卤、无锑作阻燃消烟剂的难燃PVC配方，氧指数达到5156%，发烟量较低(烟密度等级为54%左右)且烟气毒性很小，但由于种种原因该技术尚未走向市场。 国外一些先进国家和地区。如日本就大量采用加强型二层管，只是在普通PVC-U管外部套上一个由石棉或加强纤维水泥复合做成的外壳，大大提高了防火特性。据介绍，这种技术制成的管道，可

22、耐8001010高温，火灾中不会产生烟气，也不软化变形，在高层建筑中可随意使用。而塑料金属复合管、塑钢复合管在发达国家和地区早已广泛使用。总体来说，中国城市排水工程仍以排水铸铁管、水泥管、钢筋混凝土管为主，当前硬聚氯乙烯排水管的推广和应用虽取得一定的成绩，但总的说来仍处于发展的初期阶段，同国外先进国家相比，尚有较大差距。中国排水管道服务面积不到70%，规划到二十一世纪初达到80%，这将需要大量硬聚氯乙烯塑料排水管，广阔的市场为塑料管的发展提供了更好的前景。1.5 PVC-U给水管的特性及优缺点1.5.1 PVC-U管的特性 PVC-U管是一种以聚氯乙烯（PVC）树脂为原料，不含增塑剂的塑料管材

23、。随着化学工业技术的发展，现可以生产无毒级的管材，其具备一般聚氯乙烯的性能，又增加了一些优异性能，具体来说它具有耐腐蚀性和柔软性好的优点，因而特别适用于供水管网。由于它不导电，因而不容易与酸、碱、盐发生电化学反应，所以不需要外防腐涂层和内衬。而柔软性好又克服了过去塑料管脆性的缺点，在荷载作用下能产生屈服而不发生破裂。 曾经作过这样的试验：把一条DN50mm的PVC-U管放在地上，皇冠3.0小汽车在上面开过，管只是扁了，但没有破碎。然后我们又让满载货物的东风汽车从管子上面压过，同样管子只是变形没有碎裂。另外，PVC-U管有较小的弹性模量因而能减小压力冲击的幅度从而能减轻水锤的冲击力。UPVC管内

24、壁光滑，阻力小（PVC-U管阻力系数为0.009，而一般的镀锌管。铸铁管阻力系数为0.0120.013），因而水力条件好是显而易见的。当用同样管径的管输送同样液体时，PVC-U管比镀锌管、铸铁管的阻力小30%左右；当水头损失相同时，PVC-U管的输水能力比铸铁管大20%以上。由于PVC-U管内壁光滑，液体在内流动不会结垢，因而其输送能力不会随运行时间的增强而下降。而这一点也正是镀锌管和铸铁管不可克服的缺点。随着改革开放的不断深入发展，人们的生活水平不断提高，对自来水质量的要求也越来越高。供水行业除了保证出厂水符合生活饮用水标准外，还必须使通过管网输送的水合格。人们对自来水的黄水、黑水等现象反映

25、强烈，而导致管网水质变差的主要原因是给水管道的锈蚀，特别是冷镀锌管，其管内壁的镀层不稳定，管使用一年半载不长时间就开始锈蚀，造成水中有铁腥味和颜色，埋在地下的镀锌管锈蚀更为严重。而PVC-U管耐腐蚀、不结垢，能抑制细菌生长，有利于保护水质不受管道的二次污染。所以PVC-U管有着广泛的应用前景，尤其是用户水表前的大量埋地管都可以用它。1.5.2 PVC-U管的优点1.质轻，搬运装卸便利 密度较小，搬运、装卸、施工方便。2.耐腐蚀性优良 具有优异的耐酸、耐碱、耐腐蚀性，对于化学工业之用途甚为适合。3.流体阻力小 管材内壁光滑，其粗糙系数仅为0.009，流体阻力小，有效地改善了管网的水力条件，减少了

26、系统运行费用。4.机械强度大 管材具有良好的耐压性能，抗冲击性能和抗拉伸性能。5.施工简易 管道连接施工迅速容易，施工工程费低廉。6.造价低廉 价格低，而且运输、施工方便，使用寿命长，因此总体造价低廉。7.不影响水质 由溶解试验证实不影响水质，适宜大面积推广应用。1.5.3 PVC-U管的缺点1、温度影响 PVC-U管耐热性能差，且在60以上环境抗拉强度下降(适用于连续排放温度不超过40，瞬时排放温度不超过80的生活污水)。因此，设计使用中应远离热源，如距灶边400mm，距热水管道间距200mm，同时热水管道应采取保温措施，不得穿越烟道和防火墙。2、刚度影响 对于立管每层应有一个牢固的固定支架

27、，固定支架既可控制管道膨胀方向，也可分担立管自重，还使立管与出户横管连接的管头免于受压过大，引起管道破裂漏水，同时立管底部也应设支墩或吊架等固定措施。在户外施工中，PVC-U管尤其容易受到破坏。在PVC-U与室外综合管网交叉施工时，人工、机械器具足以对其造成不同程度破坏，甚至粉粹、断裂造成管路不通。管道回填时，PVC-U管也常因管道部分架空或遭较大坚硬物压迫而破损。所以，埋地PVC-U管要求基底夯实后，管下方有100mm、管上方有300mm回填砂，且总埋深不少于900mm。3、建筑防火问题 中国对PVC塑料阻燃技术的研究普遍存在一点倾向，片面追求氧指数的提高，忽视发烟性能的研究。统计资料表明，

28、火灾中79%是烟气致死的。有的PVC-U管氧指数高达50%以上，但燃烧时发烟量很大，且维卡温度仅在7090之间。所以PVC-U管材虽难燃，但极易软化变形，且烟味极浓，火灾中，一方面产生致命烟气，另一方面，温度超过90时管道软化变形，火势在管道穿越部位蔓延，而穿过屋面的排水管或通气管风速更大，则火势蔓延更快。所以，高层建筑能否应用PVC-U管，曾是争论的问题，而争论的焦点则是其防火特性。1.6 PVC-U管应用领域1.自来水配管工程（包括室内供水和室外市政水管），由于PVC-U塑料管具有耐酸碱、耐腐蚀、不生锈、不结垢、保护水质、避免水质受到二次污染的优点，在大力提倡生产环保产品的今天，作为一种保

29、护人类健康的理想“绿色建材”，已被中国乃至全球广泛推广应用。2.节水灌溉配管工程，PVC-U喷滴灌溉系统的使用与普通灌溉相比，可节水5070%，同时可节约肥料和农药用量，农作物产量可提高3080%。在中国水资源缺乏、农业生产灌溉方式落后的今天，这对促进中国节水农业生产发展有着极大的社会效益。3.建筑用配管工程。4.PVC-U塑料管具有优异的绝缘能力，还广泛用作邮电通讯电缆导管。5.PVC-U塑料管耐酸碱、耐腐蚀，许多化工厂用作输液配管。其他还用于凿井工程、医药配管工程、矿物盐水输送配管工程、电气配管工程等。35 第二章 PVC-U管的生产与设计第二章 PVC-U管的生产与设计2.1 我国PVC

30、-U管材的生产能力我国在20世纪50年代后期才开始塑料管的生产和应用，到80年代以前我国的塑料管材发展还十分缓慢，至1980年我国各种塑料管材生产量仅有6.4万吨。其中PVC-U管材到1980年生产量仅有5.1万吨/年，到1994年生产量才达到13.3万吨/年，1996年生产量就增加到24万吨/年。人均消费量还不到0.2kg，远远低于美、日、欧的人均消费量，若参照发达国家人均PVC-U最低消费量2kg计算，中国14亿人口每年就需要280万吨。从上可以看出我国这充分说明了我国存在着巨大的PVC-U管材市场容量,其发展机遇和潜力是很大的。目前中国塑料管道生产能力达300万吨，主要有PVC、PE和P

31、PR管道三大类，其中PVC管道是市场份额最大的塑料管道，占塑料管道近70%的份额。PVC管材生产线1600余条。年生产能力250万吨以上，2003年PVC管道（管件）年产量达120多万吨。在塑料管道中，PVC的份额为70%， PE占25%， PPR占4%， 其它占1%。 虽然PVC管道的快速发展吸引众多企业进入这个行业投资，但在国内生产众多厂家（2000多家）中，年产能力在1万吨的仅有70多家，年产3万吨以上的企业为20多家并拥有行业60%的产量。整体而言，国内小口径、低附加值的管道企业多，大口径、高技术含量的企业少。 表 1 国内19982003年PVC管道的产量生产厂家产量生产厂家产量华亚

32、塑胶10万吨河北宝硕8万吨国风集团8万吨中材管道6.5万吨浙江永高4.5万吨福建亚通4万吨湖北凯乐4万吨广东顾地3万吨沈阳久利3万吨2.2 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-U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-U管材的挤出机可以用单螺杆挤出机，也可以用双螺杆

33、挤出机。两种挤出机各有各的特点。2.2.1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。2.2.2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，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

34、出速度快，一般可达到24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12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1/31/5。所以近年来，随着PVC-U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。综上所述，本项目采用锥型异向双螺杆挤出机生产PVC-U管材。2.3 原料的选择和生产配方的比较2.3.1 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。 按照GB/T576l93悬浮法通用型聚

35、氯乙烯树脂检验标准标准，我国目前生产的悬浮聚氯乙烯树脂分为8种牌号（表2）。表2 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-148.2154144777518001650高级电绝缘材料SG-250.5143136747316501500电绝缘材料，一般软制品SG-353.0135127727115001350电绝缘材料，农膜，塑料鞋SG-456.5126119706912501150薄膜，人造革，高强度硬管SG-558.0118107686611001000透明制品，硬管，型材SG-661.8106966463950850唱片，透明片，硬板，焊条

36、SG-765.595876260850750吹塑瓶，透明片，管件SG-868.586735955750650过氯乙烯树脂具体选择时做软制品时一般使用SG1、SG2、SG3需要加入大量增塑剂。例如聚氯乙烯膜使用SG2树脂，加入5080份的增塑荆。而加工硬制品时，一般不加或很少加入增塑剂，所以用SG4、SG5、SG6、SG7、SG8型。如PVC-U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-U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

37、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。2.3.2 稳定剂系统 PVC树脂在160-200加工时，会发生剧烈降解，导致制品变色、物理力学性能下降；为了改善这些缺陷，必须加入一类专用助剂-热稳定剂。稳定系统的稳定机理十分复杂，可归纳为以 下几点： 稳定剂吸收中和树脂中的氯乙烯单 体，抑制HCL的自催化效应; 捕获自由基等 杂质，抑制氧化反应;与双键、共轭双键加 成，阻止多烯烃结构的发展，破坏大共轭体系形 成，抑制变色；置换聚氯乙烯分子中不稳定的 氯原子，抑制脱HCL反应进行;稳定剂按化学组成可分为铅

38、盐稳定剂、有机 锡化合物、环氧化合物(如环氧大豆油)、纯 有机化合物、混合金属盐(如钡铬、钙锌等) 以及多功能稳定剂(或助剂包、复合稳定剂) 等。下面我们介绍几种常用的oA、铝盐：在七、八十年代普遍应用：现 在，随着人类环保意识的增强，因为其有毒性， 在生产和使用中不能绿色环保而基本被淘汰。B、金属皂类：有硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬 脂酸铅等C、有机锡类：稳定性能很好，用极少量就 能起到很好的稳定作用：并且，它能增加制品的 透明性；另一大优点是无毒，替代了以前广泛使 用的铅盐稳定性。D、CaZn稳定剂：无毒：稳定效率低， 相同剂量的稳定效果只有有机锡的14;但是， 它兼有很好的润滑性，能减少润滑性

39、的使用量。 在实践中，不是使用单一的稳定剂，而是使 用具有协同效应的稳定剂体系。本设计选择的稳定剂为有机锡类稳定剂。2.3.3 润滑系统 塑料中能降低熔体黏度或防止聚合物与加工设 备金属表面黏着而改进加工性的物质。PVC中的润滑剂，在熔化前是降低树脂粒子之间的摩擦；熔化后是降低树脂分子之间的摩擦，以及降低熔体与加工设备之间的黏附。实际上这些功能是：减少摩擦生热来推迟熔化以达到最佳点，降低熔化后的熔体黏着。因此，从功能角度分为内润滑剂和外润滑剂。外润滑剂在加工中能降低PVC粒子间的摩擦，防止熔体与金属表面黏着；但外润滑性太强，会使物料难于达到所需凝胶化度，导致管材发脆。常用的有：石蜡、聚乙烯蜡P

40、E-WAX等。内润滑剂与PVC分子相容，降低分子间剪切力，促使分子间内聚力破坏，使分子相互流动而降低熔体黏度，进而控制塑化时间。常用的有：脂肪酸脂、硬脂酸醇、硬脂酸钙等。还有介于以上两者之间的内外润滑剂，如：硬脂酸钡、部分氧化的聚乙烯蜡OPE等。在实践中，根据管材特点和加工方法，常用由多种润滑剂组合的复合润滑剂作润滑系统。如：石蜡/硬脂酸钙体系、石蜡/聚乙烯蜡PE-WAX/硬脂酸钙体系。本设计选择的润滑剂是石蜡/硬脂酸钙体系。2.3.4 改性系统改性系统中常包括加工改性剂、冲击增韧改性剂等。PVC中加入少量加工改性助剂，能显著改进PVC树脂的加工性能而不损害其他性能。如：ACR、K-125等加

41、入后，在成型过程中受到热和混合作用，先软化而将周围的树脂颗粒紧密地粘合在一起，通过摩擦和热传递，促进了凝胶化，其熔体的粘度不仅不降低，甚至使粘度升高；并且由于分子链的缠结作用，提高了PVC的弹性、强度和延伸性。氯化聚乙烯（CPE）为饱和高分子材料，外观为白色粉末，无毒无味，具有优良的耐侯性、耐臭氧、耐化学药品及耐老化性能，具有良好的耐油性、阻燃性及着色性能。韧性良好（在-30仍有柔韧性），与其它高分子材料具有良好的相容性，分解温度较高，分解产生HCL能催化CPE的脱氯反应7. 故本设计选择CPE树脂来对产品进行改性。未改性的UPVC管材有缺口敏感性，要提高管材的韧性，需添加能与PVC半相容的、

42、低摸量的物质-冲击改性剂。但是冲击改性剂的加入，会使拉伸强度、弹性摸量和热变形温度下降，而伸长率和熔体黏度则增加，因此要将各项物性指标综合平衡后再确定用量；为了弥补弹性摸量的下降可添加适量的填度剂。2.3.5 添加系统-填充剂 填充剂是为改进制品强度和其他物理力学性能、或者为降低成本而在塑料PVC管材中添加的较为惰性的物质。如：碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、氧化物、碳素及其他，但是，这些填充剂中，因碳酸钙其价格低廉、来源广泛而用得最多。所以本设计选择的填充剂是碳酸钙。2.3.6着色系统 PVC管材中最常用的是钛白粉和碳黑。碳黑有屏蔽紫外线的功能，掩盖了加工中PVC热降解所引起的汪红色；用碳黑着色后的

43、管材，外观为灰色；因其价格低廉，遮盖力强，而被广泛应用。金红石型钛白粉能吸收300-400nm的紫外线，还有屏蔽光线的作用。2.4 PVC-U管材生产配方8表 3 有机锡体系PVC-U管材配方组分配方1配方2组分配方1配方2PVC SG5100100钛白粉1.51.0有机锡稳定剂0.20.40.20.4石蜡1.2硬脂酸钙0.50.80.8ACR(加工改良剂)0.40.8聚乙烯蜡0.30.6ACR(抗冲击改性剂)1.52.0碳酸钙10121030表4 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5PVCSG5 100K=62-65 100SG5 100SG5 100K=66 100

44、3PbO.PbSO45.01.05.541.82.5硬脂酸铅0.50.80.70.5硬脂酸钙0.50.410.8硬脂酸钡211.2碳酸钙5.0105.0硫酸钡1010TiO21.0-1.51.01.2石蜡10.8聚乙烯蜡0.2氧化聚乙烯蜡0.15硬脂酸0.6炭黑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5 本设计采用的环保PVC-U管材配方PVC树脂100硬脂酸钙3CPE树脂4石蜡0.6有机锡稳定剂0.4轻质碳酸钙402.5 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。扩口捆扎包装成品牵引挤出冷却定型切割高速混合原料及助剂低速搅拌硬质P

45、VC管材生产工艺流程可分为三个过程：（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，检验合格即为成品2.6 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6。表 6 我国不同PVC-U管材的国家标准9项目国家标准项目国家标准化工用硬

46、聚氯乙烯（PVC-U）管材GB/T4219-1996建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材GB/T5836.2-92给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材GB/T10002.1-96埋地排污、废水用硬聚氯乙烯（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GB/T13664-92农用硬聚氯乙烯（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

47、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PVCU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。第三章 PVC-U管材主要的生产设备3.1 PVC-U管材的主要生产设备PVC-U管材生产线生产设备主要由双

48、螺杆挤出机、机头、真空定型装置、多履带牵引机、切割机翻转架、扩口机等组成。3.1.1 挤出机挤出机是塑料管材生产线上的核心设备。对于PVC-U管材的加工，最广泛使用的挤出机是双螺杆挤出机。在“”字形机筒内，有两根互相啮合的螺杆旋转工作，即为双螺杆挤出机。其工作原理与单螺杆挤出机完全不同，物料在单螺杆挤出机中的输送主要依靠其与机筒之间的拖曳（摩擦拖曳和黏性拖曳）作用，而双螺杆挤出机是“正向位移”型传送，强制将物料向前推进，并在两根螺杆的啮合处可对物料产生剪切作用。目前，生产PVC管材多为锥形双螺杆挤出机，生产大型管材（直径400mm以上），也有采用啮合型异向平行双螺杆挤出机的。锥形双螺杆挤出机的

49、加料段具有较大直径，传热面积及剪切速率较大，有利于物料的塑化。在出料段，直径减小，传热面积及对熔体的剪切速率均减小，避免熔体过热并能在较低温度下挤出。锥形双螺杆挤出机主要技术参数如下10：螺杆直径一般以小端直径来表示锥形螺杆直径的规格，大端直径只是一个辅助参数，从某种意义上反映了设备的性能。螺杆中心距指两根螺杆装配后轴线之间的距离。由于锥形双螺杆轴线成一定夹角，沿机筒轴线任一位置上螺杆中心距都是不同的。锥形双螺杆长径比的表征，在其技术参数上并无实际意义，只是在与其他机型对照比较时，才将螺杆长度与其平均直径之比作为长径比，该长径比一般为1215。螺杆转速锥形双螺杆挤出机主要用于PVC加工，其螺杆

50、最高转速一般不超过50r/min。挤出产量加入挤出机的料量即为挤出的料量，挤出产量与螺杆直径、转速等有关。比功率是衡量单位产量所消耗功率的参数，一般0.14kW/（kgh-1）（JB/T 649292）。3.1.2 机头机头一般由分流器、分流器支架、芯模、口模等组成，挤出管材所用机头的类型一第三章PVC-U管材主要的生产设备般分为直通式、直角式、偏心式三种，直通式机头最为常用，该挤出机机头，包括分流块用以联结主机与机头，其板面上开有多个小孔；机头内有流道，其形状由圆柱形结构逐渐过渡到纺锤型；定型口模嵌入机头口模内，用以塑件成型；其优点在于：）增加机头口模与定型口模的接触面，可使得口模达到设定温

51、度的时间由原来的以上减少到以内，口模拆装待机时间大大减少，提高生产效率；）采用多孔入料的口模，能够解决口模孔易堵塞现象；）倒圆角的入料孔，消除料条易出现纤维毛刺现象；）改进机头流道，提高材料成型的料流稳定性，减少不同的料条外径差别，能够达到良好的控制粒径外观的效果。其结构如图8所示。 设计机头时，其压缩比要合理选择。压缩比过小，会使制品不密实，合缝线黏结强度不够；压缩比过大，机头体积会很大，挤出速度也会受限制，而且加热不易均匀，挤出管材的成本高。一般情况下，管径大、壁厚小，则压缩比取小值；管径小、壁厚大，则压缩比取大值。机头内流道要加工成流线型，粗糙度要尽可能低，需电镀、抛光。3.1.3定型装

52、置为了得到符合尺寸要求和良好表面光洁度的管材，必须立即对自口模挤出的管坯进行定径和冷却。定径方法分外定径和内定径两种。外径定径法是使管子外壁与定径套内壁接触而获得管子的方法，又分为内压法和真空法两种。内压法是在管子内通入一定压力（约0.050.1MPa）的空气使管材定径。该定型装置结构简单，但冷却不均匀，中小型管材用的较多。如冷却水按螺旋形流动，则冷却均匀，可用于大型管材的定型。真空法是在定径套上开设直径为0.50.8mm均匀排列的小孔，通过抽真空使管子外壁贴在定型套内壁而冷却定型。该定径设备较复杂，但对于小型管材来说，操作方便、废品少。内径定径法是通过固定在机头上的型芯来定型的，所以只能用偏

53、芯机头来完成，而且只在管材内径要求严格时才采用，管材的定径很少采用此法。定径套是管材生产中的重要定型设备。熔体在离开模头后形成的管坯，在定型套内表面形成“冻结层”，达到定型目的。对直径小于300mm的PVC-U管材，其定径套长度为管径的36倍。当管径很小时，定径套长度可增至管径的10倍。生产薄壁管时，定径套长度可等于或稍大于管材外径。对于外定径的定径套，其内径比口模内径大0.81.2%。通常定径套的出口直径比进口直径略小，使用带锥度的定径套，可保证管材的冷却效果及外观质量。定径套一般装在冷却水槽内，定径时该段水槽抽真空，称为真空定径箱（槽）11，如图9所示。1-密封圈2-封盖3-真空定径箱4-

54、定径套5-管坯6-喷淋头3.1.4 牵引装置牵引装置应能准确控制牵引速度，并可无级调速，以配合挤出机的挤出速度。牵引速度必须等于或稍大于挤出速度。如果前者低于后者，会使管壁增厚，甚至在口模处堆料；反之如果牵引速度过快（拉伸比过大）会使管子纵向拉伸，从而产生内应力并使管壁减薄，甚至拉断。3.1.5 切割装置管材切割装置是生产过程中的最后质量控制环节，理想的切割装置应具备以下条件：保证切断的管材截面与轴心线的垂直度；保证切断的管材截面的平整度，不允许出现毛边等缺陷；满足生产线速度的要求。目前，国内企业应用较多的切割装置主要有以下几种：（1）锯片式切断装置锯片式切断装置是老式机型。在过去，常被用来切

55、割110mm管径以下的薄壁管，由于锯片切割很难保证管材截面与轴心的垂直度，而且切断的截面不平整，以及噪音较大等原因，目前处于被淘汰的阶段。（2）行星式切割机行星切割的原理是高速旋转的圆盘锯片能围绕管材旋转切割，旋转一周将管材切断，较适合于160mm以上的塑料管材。（3）无屑切割机无屑刀切是一个配置合金刀的特殊装置，能在瞬间将110mm以下的塑料管材快速切断。在这个过程中不会产生锯末，而且保证切断截面的垂直度和极高的平整度，是目前小口径管材最佳的切割装置。（4）环面刀切装置该装置的切断原理类似于在车床的切削原理，带有多种切割角度的刀具环绕管材旋转切削，经过若干圆周后将管材切断。这种装置能保证管村

56、切断截面的高度平整和光洁度，较适合大口径热熔性能较好的管材切断。为了能有效的监控整个管材生产线的运行参数，实现更合理和更经济的生产状态，一套现代的塑料管材挤出生产线还应具备全电脑的控制系统和可靠的在线壁厚测量装置。电脑控制系统的控制界面应能以智能化的程序有效地控制生产线的各项技术参数，能及时快速地查询故障及产生原因，能提供方便的远程交换信息等功能。壁厚测量装置能提供及时的在线管材的厚度，从而能够实现快速调整，实现最大限度的生产经济性。3.1.6 扩口装置PVC-U管材之间有多种连接方式，如管件连接；管一端扩口，使用胶黏剂连接或用橡胶密封圈实现管材插口连接。扩口装置主要由烘箱和扩口机头组成。将需

57、扩口的管端在烘箱中加热软化，插入扩口机头，一次实现扩口，经水冷却即可完成。第四章 硬PVC管材生产车间工艺计算及设备选型4.1 生产能力计算（一）生产能力 6000吨/年硬PVC管材； （二）年生产时间 7000小时； （三）PVC管材合格率 99%； （四）产品规格 110160 mm；（五）物料损耗系数工序配料高速混合挤出成型成型后处理损耗率0.2%0.4%0.3%0.3%每小时设计产量=装置产量（公称产量）/（年生产时数合格率） =60001000/（70000.99）=865.8 (kg)每天设计产量=865.824=20779.2（kg）年设计产量=865.87000=6060600

58、 (kg)4.2 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=20779.2/（1-0.3%）=20841.7（Kg）日进入挤出成型的物料量=20841.7/（1-0.3%）=20904.4（Kg）日进入高速混合的物料量=20904.4/（1-0.4%）=20998.4（Kg）日进入配料的物料量=20998.4/（1-0.2%）=21030.5（Kg）第四章硬 PVC管材生产车间工艺计算及设备选型表7 日生产物料衡算工序输入输出物料小计物料损耗小计配料21030.521030.520998.432.121030.5混合209

59、98.420998.420904.49420998.4成型20904.420904.420841.762.720904.4后处理20841.720841.720779.262.520841.7日输入输出物料21030.520779.24.3 PVC-U管材主要生产设备的选择4.3.1、高速混合机的计算查表得PVC密度为1.5kg/L每小时设计产量=20779.2/24=865.8kg设每批的混合操作时间为0.25小时（15分钟）每批混合料量=每小时设计产量操作周期 =865.8/1.50.25=144.3 L由张家港市宏基机械有限公司生产的高速混合机选取SHR200A高速混合机，有效容积为150 L.参数/型号总容积有效容积电机功率主