长春工业大学高聚物成型工艺课程设计-学位论文.doc

长春工业大学——高聚物成型工艺学课程设计
目录
摘要 3
第一章 生产方法论证 4
1.1 降低ABS燃烧性 4
1.2 ABS的“阻燃添加剂” 4
1.3 ABS塑料制品的成型方法 5
1.4 挤出成型工艺概述 5
第二章 原料配方 7
2.1 主要原料 7
2.2 助剂的选择 9
2.3 配方的设计 10
第三章 物料衡算 11
3.1 概述 11
3.2 物料衡打算内容 11
3.3 损耗率的计算 11
3.4 选定计算基准 11
3.5 物料衡算 11
第四章 设备选型 15
4.1 设备的选择原则 15
4.1.1 选型的原则 15
4.1.2 设备的分类和选型 15
4.1.3 设备选型工艺参数内容 16
4.2 非定型设备的选取 16
4.2.1 储罐的选取 16
4.2.2 中间储料仓的选取 18
4.2.3 中间料斗 18
4.2.4 成品储仓 19
4.3 定型设备的选取 19
4.3.1 失重式喂料机的选取 19
4.3.2 高速搅拌机的选取 19
4.2.3 流量计的选取 20
4.3.4 挤出机的选取 20
4.3.5 冷却设备的确定 22
4.3.6 仓壁振动器的选取 22
4.3.7 吹干设备的选取 22
4.3.8 振动筛的选取 23
4.3.9 切粒机的选取 23
4.3.10 旋风分离器的选取 23
4.3.11 打包机的选取 24
4.3.12 干燥器的选取 24
第五章 工艺流程 25
5.1 概述 25
5.2 工艺流程 25
5.3 造粒方法 26
5.4 物料输送方式 26
第六章 运输及贮存注意事项 28
6.1 包装 28
6.2 运输 28
6.3 贮存 28
参考文献 29

摘要
ABS树脂通常被认为是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，而实际是三种聚合物的掺混物，即在共聚反应过程中形成的聚丁二烯（PB）、苯乙烯–丙烯腈支链的接枝共聚物（B–AS）这三种聚合物的掺混物。ABS是丙烯腈–丁二烯–苯乙烯共聚物的缩写代号。
ABS树脂的性能特征
ABS树脂是浅象牙色、不透明的非晶形粒料，无毒、无味，着色性优良，吸水性小于1%；ABS制品坚硬而韧，刚性、耐冲击性均较好，可在80℃温度以下长期使用；尺寸稳定，耐磨性好、耐油、耐酸、耐碱、和无机盐，但溶于脂、醛、醚和氯化烃；电性能良好，可燃，燃烧时散发出一种特殊臭味；但其氧指数仅18.3 3～20 (< 21 )，属于易燃材料，这已成为ABS树脂进一步推广应用和发展的一大障碍。
ABS塑料制品的用途
ABS塑料制品是一种广泛应用的重要工程塑料之一，特别是它的注塑制品，在汽车工业、电子电气工业、轻工业加点及纺织和家用电器方米度得到广泛应用。如各种家电、仪表的外壳，齿轮、叶片、轴承、洗衣机筒体及汽车内装饰等；在建筑工程中应用的管件、百叶窗、安全帽和门窗框架等；ABS制品的电镀件可作为金属的代用品，如各种标牌和装饰件；ABS设置的低发泡板可用来代替木材，制作各种家庭用具及建筑用木板等。
随着科技进步和生活质量的提高，人们安全意识越来越强，国内外对汽车、建筑、家用电器、办公用品等方面使用的塑料材料提出了严格的防火阻燃要求，制定了相应的技术标准与规范。为此，研究和开发ABS阻燃新技术已显得十分重要。
第一章 生产方法论证
2013年吉林省德惠市宝源丰禽业公司特别重大火灾造成严重损失，调查火势蔓延过快原因就是因为其建房等材质不惧阻燃性能。建筑用材彩钢板内组成为不惧阻燃性能的XPS，科研人员研究发现可在10秒内火势可蔓延到7层楼。那么什么样的制品可能具备阻燃性能，怎样能让制品具有阻燃性能呢？
1.1 降低ABS燃烧性
为了解决材料易燃等问题，世界各国都进行了大量的研究，目前研究和采用的方法大致有下列物种途径：
（1） 将具有阻燃效果的氟、氯、溴、磷、氮等元素在树脂合成时引入分子链中，是高聚物本身的阻燃型得到提高，用这类高分子材料制成的建筑塑料制品，阻燃性必然提高。
（2） 掺混其他高难燃聚合物的办法。
（3） 在挤出聚合物中用阻燃性好的单体进行接枝的方法。
（4） 采用阻燃好的单体进行共聚的方法。
（5） 在基料中加入阻燃剂。
以上采用合成的办法是解决自熄性阻燃高聚物的一条重要途径，在一些经济发达国家已取得很大进展，其商品也有不少投入了市场。但现实应用中，由于这类商品价格甚高，要解决大量的易燃高聚物材料的阻燃及低烟、低毒问题，最简单、经济和富有实效的方法是第5种方法，也就是在基料中加入添加型阻燃剂的方法。
1.2 ABS的“阻燃添加剂” 
对ABS塑料具有较好阻燃作用的主要有磷系、卤系有机物及某些无机化合物，其中无机阻燃剂在ABS中添加量需要达到 40%以上才有较明显的效果，同时由于其添加量大，因此会严重损害ABS的物理力学性能。而磷系阻燃剂品种、数量较少，且多数又为液体和低熔点化合物，不适用于ABS的造粒加工工艺。因此，当前对于ABS的阻燃体系主要采用卤系阻燃剂，其中阻燃效果最好的为含溴有机化合物，如十溴联苯醚 (DBDPO)、四溴双酚A等。
聚氯乙烯和CPE由于其与ABS良好的相容性和高含氯量，因而既是ABS的一种高效阻燃剂，又可作为ABS的共混改性组份。用它还可以降低小分子阻燃剂对ABS的力学损失，但在使用过程中应充分考虑到其热稳定性差的缺点。研究表明，十溴联苯醚和Sb2O3共同使用具有协同效应。当DBDPO/Sb2O3为 2∶ 1时，阻燃效率最好，氧指数最高。其阻燃机理为：卤素阻燃剂分解产生的卤化氢气体是不燃性气体，有稀释作用，且卤化氢能够抑制高聚物燃烧的连锁反应，同时加入辅助阻燃剂Sb2O3与HBr反应得SbBr3相对密度很大，覆盖于聚合物表面。另外，生成的SbBr3 在高温下分解，产生固体小颗粒分散于气相中，起到隔绝空气和热的作用。
1.3 ABS塑料制品的成型方法
ABS熔料粘度不高，流动性好，黏度对温度变化敏感性不强，所以比较容易成型加工。通常，采用挤出、注塑、吹塑及压延、层合、发泡和粘接等方式都可以较容易地成型各种形 状的塑料制品。另外，也可以应用机械加工切削方法成型塑料制品。
1.4 挤出成型工艺概述
挤出成型是聚合物成型的重要方法之一。挤出成型通常是将粉状或颗粒状形态的聚合物加入到挤出机筒中，在螺杆或柱塞的作用下，聚合物沿螺槽或机筒向前移动，并逐渐熔融而成为黏流体，然后通过设置在机筒端部的机头口模形成截面与口模形状相仿的连续体，最后经冷却定型，便可成型为所需形状的制品。
本设计既采用双螺杆挤出。与单螺杆挤出过程类似，双螺杆挤出挤出过程可分成加料和固体输送、熔融及熔体输送三个阶段。挤出工艺过程一般包括原料的准备，预热，干燥，挤出成型，挤出物的定形及冷却。制品的牵引及卷曲（切割），有些制品成形后还须后处理。
挤出详细过程如下：
1、 原料的准备和预处理
由于原料中可能含有水分，将会影响挤出成型的正常进行，同时影响制品的质量例如出现气泡，表面晦暗无光，出现流纹，机械性能降低等。因此要进行预处理。不同种类塑料允许含水量不同，通常应控制原料含水量在0.5%以下。此外，原料中的机械杂质也应尽可能除去。
2、挤出成型
首先将挤出机加热到预定的温度，然后开动螺杆，同时加料。初期挤出物的质量和外观都较差，应根据塑料的挤出工艺性能和挤出机头口模的结构特点等调整挤出机料筒各加热段和机头口模的温度及螺杆的转速等工艺参数，以控制筒内物料的温度和压力分布。根据制品的形状和尺寸的要求，调整口模尺寸和同心度及牵引等设备装置，以控制挤出物离膜膨胀和形状的稳定性，从而达到控制挤出物的产量和质量的目的，直到挤出达到正常状态即进行连续生产。
3、定型与冷却
热塑性塑料挤出物离开机头口模后仍处在高温熔融状态，具有很大的变形能力，应立即进行定型和冷却。如果定性和冷却不及时，制品在自身的重力作用下就会变形，出现凹陷或扭曲等现象。现阶段大部分生产均采用水冷定型，所以本设计也将采取水槽循环水冷设备。
4、制品的牵引和卷取
热塑性塑料挤出离开口模后，由于有热收缩和离膜膨胀双重效应，挤出的截面与口模的断面形状尺寸不一致。因此在挤出热塑性塑料时，要连续的将挤出物牵引出，其目的一是帮助挤出物离开口模，保持过程的连续性，二是调整挤出型材截面尺寸和性能。
5、后处理
有些制品挤出成型后还需进行后处理，提高制品的性能。后处理主要包括热处理和调湿处理。在挤出较大截面尺寸的制品时，常因挤出物内外冷却速率相差较大而是制品有较大的内应力，这种基挤出制品成型后应在高于制品的使用温度10～20℃或低于塑料的热变形问的10～20℃的条件下保持一定时间，进行热处理以消除内应力。
本次设计的产品冷却后为硬质型材，牵引装置送出达到一定长度后切断，并送往打包机打包。
第二章 原料配方
2.1 主要原料
1. ABS树脂
国内生产挤出成型塑料制品用ABS树脂的厂家主要有：兰州化学工业工业合成橡胶厂、上海高桥石油化工公司和吉林化学工业股份有限公司。本次设计采用上海高桥石油化工公司ABS树脂。其产品性能参数见表2–1。
表2-1 上海高桥石油化工公司ABS树脂
项目
测试方法
EM–100
EH–100
EHL–100
ESH–100
SP
SRS
MVS
SLS
悬臂梁抗冲击强度/J·m-1
22.7℃
-28.8℃
ASTMD256

266.7
117.3

400
176

346.7
186.7

435.4
192
拉伸强度/MPa
ASTMD638
44.8
44.8
34.5
35
弯曲模量/MPa
ASTMD790
2344.3
2206.4
1930.6
1861.7
洛氏硬度
ASTMD785
110
106
96
95
热变形温度（18.5kg/cm2）/℃
未退火
退火
ASTMD648
90.6
96.1
88.9
94.4
85
90.6
86.1
94.4
微卡软化点/℃
ASTMD1525
108.3
104.4
101.7
102.8
光泽度/%
ASTMD532
95
75
95
85
融融温度/℃
210～227
221～240
204～221
221～240
密度（g/cm3）
1.05
用途
中抗性，韧性好，光泽好。用于卫生浴室冷却器
高抗性，拉伸性能好。用于行李提箱、滑雪车体
高抗冲，高光泽度，低温韧性、耐化学性好。用于冰箱衬里、手提式冷却器、浴盆
超高抗冲，拉伸性能好。用于精细尺寸注件、娱乐用车辆
2. 主阻燃剂
十溴联苯醚
用途及特点：十溴联苯醚为白色微细粉末，溶点：304-309℃，含溴量大于82%，密度3.02，几乎不溶于所有溶剂，5%热量失重时温度大于320℃，热稳定性好，是一种无毒、无污染的高效阻燃剂。本品为添加型阻燃剂，溴含量大，阻燃性能高，热稳定性好，适用于聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂ABS树脂、尼龙、聚烯烃、不饱和聚酯、聚苯醚等物质的阻燃。
产品选型：上海振江化工有限公司（25000.00元/吨）
表2-2 主要标准及特性
化学物质
十溴联苯醚( C12Br10O)
产品状态
白色微细粉末。
包 装
复合纸袋包装，内层用塑料薄膜袋，每袋净重25kg或提供500kg,1000kg的集装袋包装。
产品主要特点
溶点：304-309℃，含溴量大于82%，比重为3.02，几乎不溶于所有溶剂，5%热量失重时温度大于320℃，热稳定性好，是一种无毒、无污染的高效阻燃剂。
应用范围
用于聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂ABS树脂、尼龙、聚烯烃、不饱和聚酯、聚苯醚等物质的阻燃。
网络实名
十溴联苯醚
表2-3 质量指标
序号
项 目
单 位
指 标
特级
一级
二级
1
熔点
℃
300
300
300
2
白度
％≥
95
93
90
3
溴含量
％
92
90
85
4
游离溴含量（mg/kg）
％≤
20
50
50
5
三氧化二铁Fe2O3
％≤
10
50
50
6
铝含量（mg/kg)
％≤
10
60
60
7
挥发价（%）
％≤
0.05
0.05
0.05
8
平均粒数

％μm
3
5
5
9
外观

白色微细粉末
白色微细粉末
白色微细粉末
3. 辅阻燃剂
Sb2O3是应用最早的阻燃剂，适用于环氧树脂、聚氨酯、氯丁橡胶、聚苯乙烯、聚氯乙稀、聚酯等，单独使用时用量要大，阻燃效果差，当与卤素化物并用时则有良好的协同效应，阻燃效果明显提高。反应放出H2O并生成熔点较低、能够气化的卤化锑，起稀释可燃性气体的作用。同时他的相对密度较大，覆盖于高分子材料表面隔绝空气，能促进炭化反应，降低燃烧系统的温度，能捕捉燃烧过程中气相里游离的HO·和H·，从而抑制燃烧。实际上三氧化二锑是普遍使用的阻燃剂协效剂，与卤素化物之比以3:1最佳。
产品选型：湖南益阳恒昌锑白厂
包装：每袋净重25kg 。
包装搬运储存：应小心轻放，注意防潮。
Sb2O3性能参数表：
牌号DY Sb2O395
HY-A级

HY-B级

HY-C级

化学成分
（%）

三氧化二锑(Sb2O3)>≥
98.00
96.00
95.00

三氧化二砷Asb2O3)≤
1.50
3.50
4.50

氧化铅(PbO)≤
0.04
0.08
0.10

三氧化二铁(Fe2O3)≤
0.02
0.005
0.006

氧化铜(CuO)≤
0.001
0.002
0.002

硒(Se)≤
0.002
0.004
0.005
物理性能
白度%
≥
97.0
96.0
95.0

密度（g/cm3）
5.2

平均粒数

粗粒级≤
2.5um

细粒级≤
1.6um
超细粒级≤
0.9um
微粒级≤
0.4um
2.2 助剂的选择
1. 甲基锡TMI81FS
应用特点：甲基锡热稳定剂TM—181FS、TM—181是一种高效率液态热有机锡稳定剂，用于硬质PVC加工方式，包括压延、挤塑、注塑、吹膜等。具有极佳在早期著色和优良的动态加工稳定性。具有优良的透明性和著色性，生产透明或有色制品都产生极佳效果。作用：做稳定剂，增加塑料稳定性。
产品选型：浙江台州市光恒塑化有限公司。指标：项目指标色泽≤100，粘度0.02~0.08，密度1.17~1.19，锡含量%19.0，包装：圆铁桶，净重：220kg。
2. SBS
SBS苯乙烯类热塑性弹性体，是苯乙烯一丁二烯苯乙烯三段共聚物，又称热塑性丁苯嵌段共聚物或热塑性丁苯橡胶，简称SBS。根据合成方法不同，SBS有线型结构和星型结构。SBS为白色或微黄色多孔圆条或圆片形颗粒，相对密度0.92～0.95。SBS具有优良的拉伸强度、弹性和电性能，永久变形小，屈挠和回弹性好，表面摩擦大。由于主链含有双键致使SBS耐老化性较差，在高温空气的氧化条件下，丁二烯嵌段会发生交联，从而使硬度和黏度增加。SBS溶于甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷等或与溶剂汽油等组成的混合溶剂，不溶于水、乙醇、溶剂汽油、醋酸乙酯、丙酮、环己烷等。
产品选型：中石化北京燕化石油化工股份有限公司
3. 硬脂酰胺
无色晶体，熔点109℃，具有特殊的界面润滑作用，其外部润滑性能优良。可用于透明制品。与高级醇并用可改善润滑性和热稳定性，用量0.3~0.8份。主要应用：塑料在许多热塑性和热固性塑料中作为内部和外部滑剂。
产品选型：济南浩化实业责任有限公司。
2.3 配方的设计
ABS阻燃剂的选择十分重要，首先，用量要少，这样可以减少对ABS理化性能的影响；二是要阻燃效果好；三是和ABS相容性能好 ，四要考虑到发烟量要小。根据以上要求设计了如表2-1的配方。
阻燃剂的阻燃效果用氧指数来衡量，氧指数越高阻燃效果越好。阻燃剂的选择主要考虑阻燃效果，分解温度和材料的相容性。考虑到用十溴联苯醚做阻燃剂，阻燃剂分别与Sb2O3以适当比例加入ABS体系中制成阻燃ABS，密度0.91。然后进行燃烧试验测定ABS氧指数，指数值达到30%。说明设计配方可用。
表2-1 原材料与配方/质量份
原料
比例%
ABS
76.6
十溴二苯醚
13
三氧化二锑
5.3
甲基锡TM181FS
1.5
SBS
3
硬脂酰胺
0.6
第三章 物料衡算
3.1 概述
确定生产过程中各物料比例转变定量关系的过程为物料计算。物料的计算以物料衡算为基础，表明设计工作由定性设计阶段进入了定量计算阶段。
3.2 物料衡打算内容
年产1000吨阻燃ABS树脂物料衡算。
3.3 损耗率的计算
表3-1物料损耗率
工序
高搅
挤出
切粒
筛选
打包
自然
扫地
自然
扫地
损耗率%
0.2
0.2
0.3
0.1
0.2
0.2
0.2
合计算%
0.2
0.5
0.1
0.2
0.3
总损率1.4%
公式：本工段需物料量=进料量/（1-本工段的损耗量）
单位：吨/年 产量1000吨
（1） 打包：1000吨
（2） 筛选：1000/（1-0.2%）=1002.004（吨）
（3） 切粒机：1002.004/（1-0.4%）=1006.028（吨）
（4） 挤出机：1006.028/（1-0.1%）=1007.035（吨）
（5） 高搅机：1007.035/（1-0.5%）=1012.096（吨）
（6） 储料罐：1012.096/（1-0.2%）=1014.2（吨）
3.4 选定计算基准
（1） 年工作日：310天（没隔两周停机维护一天）
（2） 实际开车时间：310×24小时=7440小时
（3） 总损耗率1.4%
3.5 物料衡算
ABS基料：
年需=1014.2×76.6%=776.8771（吨）
一天需=年需/310=2.50606（吨）
每小时需=年需/7440=104.42（kg）
年总体积=年需/堆积密度=739.883（m3）
一天体积需=年总体积/310=2.3867（m3）
十溴联苯醚：
年需=1014.2×13%=131.846（吨）
一天需=年需/310=0.4253（吨）
每小时需=年需/7440=0.01772（吨）
年总体积=年需/堆积密度=123.22（m3）
一天需体积=年需体积/310=0.3975（m3）
三氧化二锑：
年需=1014.2×5.3%=53.7526（吨）
一天需=年需/310=0.1734（吨）
每小时需=年需/7440=0.007225（吨）
年总体积=年需/堆积密度=10.3370（m3）
一天需体积=年需体积/310=0.0333（m3）
甲基锡TM181FS：
年需=1014.2×1.5%=15.213（吨）
一天需=年需/310=0.04907（吨）
每小时需=年需/7440=2.0447（kg）
年总体积=年需/堆积密度=12.8924（m3）
一天体积需=年总体积/310=0.0416（m3）
SBS：
年需=1014.2×3%=30.426（吨）
一天需=年需/310=0.09815（吨）
每小时需=年需/7440=4.09（kg）
年总体积=年需/堆积密度=32.0274（m3）
一天体积需=年总体积/310=0.1033（m3）
硬脂酸胺：
年需=1014.2×0.6%=6.0853（吨）
一天需=年需/310=0.01963（吨）
每小时需=年需/7440=0.818（kg）
年总体积=年需/堆积密度=6.687（m3）
一天体积需=年总体积/310=0.0216（m3）
各组分用料量见表42
表3-2 物料用量
原料
百分比%
密度g/cm3
年需t
一天需t
每小时需kg
年体积需m3
一天体积m3
ABS基料
76.6
1.05
776.8771
2.50606
104.42
739.883
2.3876
十溴联苯醚
13
1.07
131.846
0.4253
17.72
123.22
0.3975
三氧化二锑
5.3
5.2
53.7526
0.1735
7.225
10.3370
0.0333
甲基锡TM181FS
1.5
1.18
15.213
0.04907
2.0447
12.8924
0.0416
SBS
3
0.95
30.426
0.09815
4.09
32.0274
0.1033
硬脂酸胺
0.6
0.91
6.0853
0.01963
0.818
6.687
0.0216
物料中各组分需要量：
考虑贮料罐占地面积和可安装型，ABS基料用量较多且路途较远每四天购买一次，十溴联苯醚、三氧化二锑、甲基锡TM181FS、SBS和硬脂酸胺用量较小可每四周一购买。实际购买可整数购买。
ABS基料： 质量=每天需×4=10.02424（吨）
体积=每天体积×4=9.5504（m3）
十溴联苯醚： 质量=每天需×26=11.0578（吨）
体积=每天体积×26=10.335（m3）
三氧化二锑： 质量=每天需×26=4.511（吨）
体积=每天体积×26=0.8658（m3）
甲基锡TM181FS：质量=每天需×26=1.27582（吨）
体积=每天体积×26=1.0816（m3）
SBS： 质量=每天需×26=2.5519（吨）
体积=每天体积×26=2.6858（m3）
硬脂酸胺： 质量=每天需×26=0.51038（吨）
体积=每天体积×26=0.5616（m3）
混合物密度=100/（76.6/1.05+13/3.02+5.3/5.2+1.5/1.18+3/0.95+0.6/0.91）
=1.18（g/cm3）
每小时物料体积=136.3177/（1000×1.18）=0.1155m3
中间料仓设计可储存两小时用量，当容量低于1/3高搅机开始加料到达2/3容量停止加料，中间料仓加料量：
质量=混合物密度×每小时物料体积×2=0.27258kg
体积=每小时体积×2=0.231m3
第四章 设备选型
4.1 设备的选择原则
4.1.1 选型的原则
所谓设备选型就是从可以满足相同需要的不同型号、规格的设备中，经过技术经济的分析评价，选择最佳方案作出购买决策。发挥资金最大的经济效益。
选择原则有一下几方面
（1）合理性：即设备必须满足工艺要求，设备与工艺流程、生产规模、工艺操作条件、工艺控制水平相适应，又能充分发挥设备的能力。
（2）先进性：要求设备的运转可靠性、自控水平、生产能力、转化率、收率、效率要尽可能达到先进水平。
（3）安全性：要求安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患。对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求；工人在操作时，劳动强度小，尽量避免高温高压高空作业，尽量不用有毒有害的设备附件附料。
（4）经济性：设备投资节省，设备易于加工、维修、更新，没有特殊的维护要求，运行费用减少。引进先进设备，亦应反复对比报价，考察设备性能，并易于被国内消化吸收改进利用，避免盲目性。
（5）系统性：生产过程是一个完整的系统，设备设计时不能仅关注单一设备，避免因个别设备妨碍整个系统优化；注重经济性的同时，还应通盘考虑，保留适当裕量，以免在日后扩产和工艺调整时成为系统“瓶颈”。
4.1.2 设备的分类和选型
根据设备在生产过程中的作用和供应渠道，塑料制品厂生产设备大致可分如下几大类：
（1）标准设备或定型的选择
标准设备或定型设备，是成批系列生产的设备，可现成购买。标准设备有产品目录或手册样本，有各种型号，有不同生产厂家。工艺设计的任务是根据生产需要，计算并选择某种型号，以便订货。
（2）非标准设备的选择
非定型标准设备，需专门设计和特殊设备。非标准设备也是化工厂生产中大量存在的设备，它是化工厂生产的一种特色，非标准设备工艺设计就是根据工艺要求，通过工艺计算提出、材料、尺寸和其他一些具体要求。再由化工设备专业进行机械设计，由有关工厂进行制造。在设计非标准设备时，应尽量采用已经标准化的图纸。
设备的工艺设计，是工程设计中的一项繁重、量大、技术要求高的工作。标准设备和定型设备可根据工艺设计条件从有关资料中查出，直接列表，但非定型设备则要求进行设计。
4.1.3 设备选型工艺参数内容
1. 设备名称，作用和使用场合
2. 有关技术参数：
（1） 操作条件：流量，温度等
（2） 工作介质特性，物料组成，黏度，比重等
（3） 容积：全容积，有效容积，传热面积等
3. 对设备的结构要求：
（1） 材质要求
（2） 关键尺寸：外形尺寸，管口方位，管口规格，液面计，视镜，仪表测量孔等
（3） 安装尺寸：设备基础或支架形式应与厂方相匹配
4. 塑料制品挤出成型生产前，所用原料的准备工作包括：原料验收、干燥处理、过筛、辅助过滤、配浆细化研磨、主原料和辅助料按配方要求过程计量、混合和造粒等工艺程序。
4.2 非定型设备的选取
4.2.1 储罐的选取
根据配方的原料，则应选取储罐6个，分别盛装ABS基料，十溴联苯醚，三氧化二锑，TM181FS，SBS和硬脂酸胺。
1.ABS基料储罐的选取
ABS四天上料量为10.02424吨；密度为1.05g/cm3。
则储罐的容积V=10.02424/1.05=9.5504m3
表4-1 罐体技术参数
项目
公称直径mm
筒体高度m
曲面高度m
直边高度m
体积m3
圆柱形筒体
2000
3
——
——
9.42
椭圆封头
2000
——
0.5
0.025
1.126
总体积
——
——
——
——
10.546
2.十溴联苯醚储罐的选取
十溴联苯醚26天上料量为11.0578吨；密度为1.07g/cm3。
则储料罐容积V=11.0578/1.07=10.335m3
表4-2 罐体技术参数
项目
公称直径mm
筒体高度m
曲面高度m
直边高度m
体积m3
圆柱形筒体
2000
3
——
——
9.42
椭圆封头
2000
——
0.5
0.025
1.126
总体积
——
——
——
——
10.546
3.三氧化二锑储料罐的选取
三氧化二锑26天上料量为4.511吨；密度为5.2g/cm3。
则储料罐容积V=4.511/5.2=0.8658m3
表4-3 罐体技术参数
项目
公称直径mm
筒体高度m
曲面高度m
直边高度m
体积m3
圆柱形筒体
1100
1
——
——
0.95
椭圆封头
1100
——
0.275
0.025
0.198
总体积
——
——
——
——
1.148
4.甲基锡TM181FS储料罐选取
甲基锡TM181FS为液体，且容量较小，所以只需选择一个塑料罐盛装即可，则四周（26天）上料量为1.27582吨；密度为1.18g/cm3。
则储料罐的容积V=1.2758/1.18=1.0816m3
5.SBS储料罐选取
SBS26天上料量为2.5519吨；密度为0.95g/cm3。
则储料罐容积V=2.5519/0.95=2.6858m3
表4-4 罐体技术参数
项目
公称直径mm
筒体高度m
曲面高度m
直边高度m
体积m3
圆柱形筒体
1600
1.1
——
——
2.21
椭圆封头
1600
——
0.40
0.025
0.586
总体积
——
——
——
——
2.796
6.硬脂酸胺储料罐选取
硬脂酸胺26天上料量为0.51038吨；密度为0.91g/cm3。
则储料罐容积V=0.51038/0.91=0.5616m3
表4-5 罐体技术参数
项目
公称直径mm
筒体高度m
曲面高度m
直边高度m
体积m3
圆柱形筒体
800
1
——
——
0.5024
椭圆封头
800
——
0.20
0.025
0.147
总体积
——
——
——
——
0.65
本次设计是采用正压式输送装置，为方便物料传送，所需补料仓均由北京长峰金鼎科技有限公司提供，密闭储存、装有移动脚轮。下出料的料筒。采用顶部进料，底部出料方式设计，均带有防架桥装置。
4.2.2 中间储料仓的选取
为了节约厂房占地，我们采用小型的高速搅拌机。为了满足能够一次性加入两个小时的挤出用料，我们采用多次搅混，一次投料的方式进行加工。每两个小时投放一次料，投料量为231L，所以我们需要有个中间储料仓来储备高搅机搅拌的混合料。然后用正压输送装置传送到中间料斗。为了配合正压是输送机的使用，中间储料仓选用北京长峰金鼎科技有限公司产的储藏罐。
中间料仓两小时用料量为115.5L×2=0.231m3
筒体公称直径 1m 筒体高度 0.4m
锥体高度 0.5m 料口直径 0.1m
总体积 0.455m
为了方便物料的传送，我们选择大一点的中间出料仓。
4.2.3 中间料斗
为保证物料的连续，确保挤出机进料不间断，提高生产效率，所以需要添加一个中间料斗。
中间料斗设计成锥体，可储存两小时用量，当容量低于1/3时高搅机放料，当容积高于2/3是停止放料，则可计算出中间料斗容积，确定其高度为1m，则1/3V=两小时物料体积
即（1/3）×(1/3)×3.14×R2×1=0.1155×2
可得R=0.81m
为便于中间料斗下料，可在下方开设直径10cm下料口。
4.2.4 成品储仓
由于生产能力有限，即时生产不能满足打包机的打包需求量，为节约损耗，我们采用连续生产，间歇打包方式，在打包机前设置个成品储存仓，以存放未能及时打包的成品物。由于本次设计采用24小时三班流水作业，所以每班末两小时要对本班生产的物料进行一次打包储藏。 每班生产量为115.5×8=0.924m3。设计为公称直径为1100mm筒体高度为1m，椭圆封头，公称直径为1100mm，深度为0.275m。体积为1.148m3，满足需求。
4.3 定型设备的选取
4.3.1 失重式喂料机的选取
在塑料成型加工中，为了改良ABS的性能，需加入多种助剂，为了准确按照配方的比例，助剂及ABS的量需用配料秤严格称量，否则会影响挤出管材的质量。因此必须选用自动配料装置失重式喂料机的选取。
表46 失重式喂料机的工艺参数
型号
T38/T28
电机功率
0.75/1.5kw
外形尺寸
0.95×0.4×1.2（m）
用途
各种颗粒状、粉末状、纤维状
喂料范围
2–4000kg/h
潍坊菲斯特自控设备有限公司
连续配料系统： 若干台失重式喂料机按配比连续往总输送带或料仓送料，每台定量给料机或失重式喂料机实现PID自动控制，设定流量由管理控制计算机或DCS输入，控制仪表可脱机操作，自身完成流量控制。
4.3.2 高速搅拌机的选取
高速搅拌机采用电磁调速、变频调速和三速等各种规格电机运转稳定有力,适合各种粘度。液压和机械两种升降形式,升降旋转自如,适应各种位置;普通及防爆配置,安全可靠,操作维护简单;生产连续性强,对物料可进行快速分散和溶解,分散效果好,生产效率高,运转平稳,安装简便。针对不同物料的粘度及处理量有不同的功率及型号。本次设计采用以下规格的搅拌机。
混合物密度=100/（76.6/1.05+13/3.02+5.3/5.2+1.5/1.18+3/0.95+0.6/0.91）
=1.18（g/cm3）
每小时物料体积=136.3177/（1000×1.18）=0.1155m3=115.5L
高搅机每隔两小时进行一次搅拌，每次搅拌两锅，提供两小时所需物料量。
高速搅拌机有效容积180L一台，沈阳北腾化工机械有限公司。
表4-7 GRH-300型高速搅拌机参数
技术参数
数值
总容积/L
300
有效容积/L
180
产量（kg/h）
480-600
混料时间/min
6-10
搅拌桨转速/(r/min)
300
主轴转速/ r/min
300
电动机功率/ kw
45
外形尺寸/mm
3085×1988×1054
4.2.3 流量计的选取
在配方体系中存在液体物质，所以在原料的称量及输送过程需特殊装置完成，本次设计选用流量计来完成液体原料的称量及输送。我们采用烟台昌晖计量灌装配料设备公司产的液体流量计量控制系统。
液体流量定量计量装置采用质量定量计量方式，它由控制仪表和管路仪表阀门组成，它的管路仪表选用的是容积式流量计。该流量计上安装有我公司生产的信号发讯装置。在液体输送过程中，信号发讯器将脉冲信号传送至二次仪表--定量控制仪表（液体流量计量仪），每个脉冲信号代表通过液体的体积(单位：立方米)。同时液体输送管道上安装有测温铂电阻，用于对液体输送过程中的温度变化适时监测，并把数据传送回定量控制仪表（液体流量计量仪）。控制仪表在初始输入该液体20℃的标准密度（标准密度是由化验室做出或通过现场标定后由人工置入）然后将收到的脉冲、温度信号通过换算系数进行同步换算，在达到预设定的发送公斤数量时自动停泵、关阀，并打印出此次发送液体的公斤数。 质量计量精度0.2级（0.2%）。
4.3.4 挤出机的选取
双螺杆挤出机是指挤出机的筒体内有两根螺杆啮合工作，共同完成对塑料的强制向前推进输送和塑化工作。在双螺杆式挤出机与单螺杆式挤出机中，对原料塑化工作的比较如下：
（1）原料被挤出塑化呈熔融态，在生产过程中产生的摩擦热量少。
（2）原料在机筒内手双螺杆啮合剪切作用里稳定均匀，多种原料的混合和塑化质量比较好。
（3）原料塑化在机筒内停留时间较短、挤出成型制品产量高。
（4）粉状料能直接投入机筒内进行塑化，混合塑化质量稳定。
（5）双螺杆啮合，完成旋转工作，机筒内的残料可自动清理。
由物料衡算可知每小时生产能力136.3177千克/小时，需挤出机台数一台。
根据单螺杆和双螺杆的对比，我们选择双螺杆的
双螺杆挤出机的选择：
（1）锥形螺杆与平行螺杆相比，锥形螺杆可获得更为稳定的塑化效果，加料表面积较大，塑化压力可减少50%～60%，减小了熔体热降解的危险，因此我们选择锥形螺杆。
（2）啮合型与非啮合型，啮合型的挤出机更适用于混料，受热时间短，受热均匀，剪切作用强，我们选择啮合型的挤出机。
（3）同向与异向，同向双螺杆挤出机的排气效果好，气体易从料斗排出，同向双螺杆速度分布均匀和剪切速率分布多样性，剪切力分布均匀，同向双螺杆混炼效果好，啮合区剪切力均匀，剪切速度大。
根据各项性能参数对比，选择大连橡塑塑料机械股份有限公司产的锥形(SJSZ60)式挤出机。基本参数如下
表48 SJSZ60双螺杆挤出机参数
项目
参数
螺杆直径/mm
60/125
螺杆有效长度
1320