学位论文-—长春工业大学高聚物成型工艺课程设计.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41.1 降低ABS燃烧性41.2 ABS的“阻燃添加剂”41.3 ABS塑料制品的成型方法51.4 挤出成型工艺概述5第二章 原料配方72.1 主要原料72.2 助剂的选择92.3 配方的设计10第三章 物料衡算113.1 概述113.2 物料衡打算内容113.3 损耗率的计算113.4 选定计算基准113.5 物料衡算11第四章 设备选型154.1 设备的选择原则154.1.1 选型的原则154.1.2 设备的分类和选型154.1.3 设备选型工艺参数内容164.2 非定型设备的选取164.2.1 储罐的选取164.2.2 中间储料仓的选取184.2.3 中间料斗184.2.4 成品储仓194.3 定型设备的选取194.3.1 失重式喂料机的选取194.3.2 高速搅拌机的选取194.2.3 流量计的选取204.3.4 挤出机的选取204.3.5 冷却设备的确定224.3.6 仓壁振动器的选取224.3.7 吹干设备的选取224.3.8 振动筛的选取234.3.9 切粒机的选取234.3.10 旋风分离器的选取234.3.11 打包机的选取244.3.12 干燥器的选取24第五章 工艺流程255.1 概述255.2 工艺流程255.3 造粒方法265.4 物料输送方式26第六章 运输及贮存注意事项286.1 包装286.2 运输286.3 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（BAS）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18.3 320 (98.0096.0095.00三氧化二砷Asb2O3)1.503.504.50氧化铅(PbO)0.040.080.10三氧化二铁(Fe2O3)0.020.0050.006氧化铜(CuO)0.0010.0020.002硒(Se)0.0020.0040.005物理性能白度%97.096.095.0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0.4um2.2 助剂的选择1. 甲基锡TMI81FS应用特点：甲基锡热稳定剂TM181FS、TM181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0.020.08，密度1.171.19，锡含量%19.0，包装：圆铁桶，净重：220kg。2. SBSSBS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0.920.95。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0.30.8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%ABS76.6十溴二苯醚13三氧化二锑5.3甲基锡TM181FS 1.5SBS3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%0.20.20.30.10.20.20.2合计算%0.20.50.10.20.3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：31024小时=7440小时（3） 总损耗率1.4%3.5 物料衡算ABS基料： 年需=1014.276.6%=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=1014.213%=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=1014.25.3%=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=1014.21.5%=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=1014.23%=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=1014.20.6%=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m3ABS基料76.61.05776.87712.50606104.42739.8832.3876十溴联苯醚131.07131.8460.425317.72123.220.3975三氧化二锑5.35.253.75260.17357.22510.33700.0333甲基锡TM181FS1.51.1815.2130.049072.044712.89240.0416SBS30.9530.4260.098154.0932.02740.1033硬脂酸胺0.60.916.08530.019630.8186.6870.0216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/（10001.18）=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200039.42椭圆封头20000.50.0251.126总体积10.5462.十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200039.42椭圆封头20000.50.0251.126总体积10.5463.三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110010.95椭圆封头11000.2750.0250.198总体积1.1484.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=1.0816m35.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16001.12.21椭圆封头16000.400.0250.586总体积2.7966.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80010.5024椭圆封头8000.200.0250.147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115.5L2=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)3.14R21=0.11552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115.58=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0.950.41.2（m）用途各种颗粒状、粉末状、纤维状喂料范围24000kg/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/（10001.18）=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/L300有效容积/L180产量（kg/h）480-600混料时间/min6-10搅拌桨转速/(r/min)300主轴转速/ r/min300电动机功率/ kw45外形尺寸/mm3085198810544.2.3 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/mm60/125螺杆有效长度1320