年产1000吨阻燃ABS树脂成型工艺设计T高聚物成型工艺学课程设计.docx
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年产1000吨阻燃ABS树脂成型工艺设计T高聚物成型工艺学课程设计
年产1000吨阻燃ABS树脂成型工艺设计T——高聚物成型工艺学课程设计
第一章绪论
1.1设计题目
年产1000吨阻燃ABS树脂成型工艺设计
1.2ABS塑料概述
ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的高聚物，也可以看成是改性的聚苯乙烯，是一种性能优异的工程塑料。
其平均分子量在1~10万之间。
ABS树脂是在树脂的连续相中，分散着橡胶相的聚合物，A和S具有耐化学腐蚀、硬度、刚性和流动性的塑料方面性质，而B具有弹性和耐冲击强度的橡胶方面性质。
因此，ABS是一种既有良好的强度，又有良好的冲击韧性、耐候性、耐化学性的工程塑料，在工程、汽车工业、电子仪器上均有广泛的应用。
橡胶组分多时，ABS的冲击强度高、伸长率大、拉伸强度低、硬度低、耐热性低、流动性和成型加工性降低，尤其是耐气候性剧烈下降。
ABS为无毒、无味的粉状或粒状、密度为1.08~1.2g/
、吸湿性小于1%、收缩率为0.4%~0.9%、布氏硬度HB：
9.7，洛氏硬度R62~R118。
一般ABS拉伸强度35~50MPa，缺口冲击强度10~40kJ/
、低温时缺口冲击强度为7~20kJ/
抗弯强度28~70MPa，抗蠕变性、耐摩擦性良好。
普通级ABS热变形温度为93ºC，耐热级ABS可达115ºC，脆化温度-27ºC。
若提高丁二烯的含量，则脆化温度还可降为-70ºC。
ABS制品使用温度范围-40~100ºC。
ABS的热稳定性差，在250ºC时易产生有毒挥发物质，所以加工过后应清理料筒。
ABS易燃、无自熄性，化学性能良好，易溶于酮、醛、酯、氯化烃类。
如甲苯、醋酸乙酯等。
此外，其染色性及电镀性能非常好，电绝缘性能也好。
缺点是耐候性差，这是由于丁二烯中含有双键，在紫外线作用下，易被氧化分解。
如在室外暴露半年，其冲击强度将下降45%。
ABS的成型加工性能良好。
在成型前，ABS料应在80ºC下干燥4h。
使含水量<0.3%，一般注射级ABS料，物料温度可控制在200~240ºC,模具温度为60~80ºC，注射压力为70~100Mpa；而一般挤出级ABS，料温可低些，为160~195C，。
ABS熔体黏度较高。
采用渐变型螺杆较好，流道中浇口应大一些。
1.3阻燃ABS的发展
近年来，随着高分子在现代生活及各个行业的广泛应用，人们对高分子材料的火灾危害性越来越重视，对材料的阻燃性和其他性能的要求越来越高。
西方发达国家对高分子材料的阻燃化均有严格要求，制定了相应的法规及其标准。
在我国，对高分子材料阻燃化的要求也日益迫切。
国内大部分厂家所用阻燃剂是十溴二苯醚（DEBDE），该阻燃剂溴含量高，热稳定性能优异，添加量小，阻燃效果好。
但是，1986年瑞士科学家在研究DEBDE燃烧时，发现有致癌物多溴代二苯并二恶英（PBDD）和多溴二苯呋喃（PBDF）生成。
在同一年里，德国科学家试验表明，多溴二苯醚及其他阻燃材料在540～600℃热分解时，其产物也含有上述两种物质。
随着现代高新技术的应用，传统阻燃剂已远远满足不了市场对其性能的要求，如含卤阻燃剂在材料燃烧时放出大量卤化氢气体，进而吸水形成具有强腐蚀性的氢卤酸而造成二次公害。
如今无卤阻燃剂呼声日益高涨，单一阻燃剂将被复合型且具有协同效应的阻燃剂所替代，21世纪的新型阻燃剂必将是无卤、高效、低烟、低毒、多功能的复合型阻燃剂。
改善ABS阻燃性能的方法主要有：
（1）改变ABS共聚物的组分，如加入反丁烯二酸酯或三溴苯乙烯作为第四单体与苯乙烯、丁二烯、丙烯腈进行共聚合，得到四组分阻燃共聚物。
该方法阻燃持久性好，但需要在ABS聚合过程中加入，其工艺复杂，成本高，因此较少采用。
（2）混合高阻燃性树脂（如PVC、CPE等）。
该方法需加入大量高阻燃性树脂才能有效，进而会极大影响ABS的固有性能。
（3）添加无机阻燃剂（
，、
、MoO
等）。
该方法所用阻燃剂需大量添加（通常需要60份以上）才能有明显的阻燃效果，因此会导致聚合物的力学性能和加工性能显著下降，失去使用价值。
（4）添加有机阻燃剂（如卤素化合物、磷类阻燃剂等）。
该方法阻燃剂添加量虽然较少，阻燃效果好，但存在耐候性差、价格昂贵、燃烧时冒黑烟的问题。
目前，大多采用综合后三项添加型阻燃方法，来制备各项性能都较佳的低烟阻燃ABS体系。
第二章阻燃ABS原料的选择与配方的设计
2.1原料的选择
（1）基体树脂：
ABS树脂（由SAN树脂和ABS改性剂组成）100
（2）阻燃剂：
十溴联苯醚36
（3）阻燃剂：
20
（4）抗冲击改性剂：
SBS4
（5）稳定剂：
二月桂酸二丁基锡4
（6）润滑剂：
亚乙基双硬脂酰胺0.5
2.2各助剂性能分析
2.2.1阻燃剂
十溴联苯醚
生产厂家：
青岛红旗化工厂；
性能：
白色粉末，理论溴含量83.3%，熔点高于300ºC，不溶于水、甲醇、丙酮等多数溶剂，微溶于甲苯。
本品溴含量大，通用性强，耐溶剂萃取，挥发性小，热稳定性高，125ºC下加热两小时的挥发量大于0.1%，失重1%的温度为320ºC。
用途：
本品是高效添加型溴系阻燃剂，常与
配合用于聚烯烃、聚苯乙烯、ABS树脂、聚酯、聚苯醚、聚酰胺、不饱和聚酯、酚醛塑料等制品的阻燃。
本品对高温加热的工程热塑性树脂非常有效，是产耗量最大的溴系阻燃剂品种。
但由于熔点较高，在树脂中的分散较为困难。
三氧化二锑
生产厂家：
益阳锑制品厂
性能：
白色粉末,分子量292,平均粒径1～3微米。
相对密度5.2～5.7，熔点652～656℃，沸点1456℃，折光率2.087。
不溶于水、醇、稀硝酸和有机溶剂，溶于浓硫酸、浓盐酸、碱（氢氧化钠、氢氧化钾）及酒石酸溶液。
用途：
本品为应用广泛的添加型阻燃剂，适用于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酯、环氧树脂、聚氨酯等塑料。
单独使用时阻燃效果低，与磷酸酯、含氯化合物、含溴化合物并用，有很好的协同效应，阻燃效能显著提高。
三氧化二锑与氯化物或溴化物并用时，生成氯化锑或溴化锑，它们都是反应性和挥发性物质，在固态时可以促进卤素的移动和碳化物的生成，在气态时可以捕捉自由基，这些反应都有助于阻燃。
毒性：
本品对鼻、眼、咽喉有刺激作用，吸入体内能刺激呼吸器官，与皮肤接触可以引起皮炎，使用时应注意防护。
十溴联苯醚+
构成卤-锑复合体系。
该体系是目前应用最广且最成熟的阻燃体系，当
与卤系阻燃剂并用时，卤素/锑的摩尔比一般为3：
1～2：
1。
2.2.2抗冲击改性剂
SBS
生产厂家：
东莞捷佳塑胶科技有限公司
性能：
SBS是由丁二烯与苯乙烯通过阴离子聚合而得到的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物，也称热塑丁苯橡胶，属于热塑性弹性体。
SBS在常温下有两种结构—聚丁二烯的橡胶连续相和聚苯乙烯的树脂微区。
连续相聚丁二烯具有橡胶的弹性和良好的耐低温性能。
玻璃化温度在-100ºC左右。
聚苯乙烯链锻聚集在一起呈分散相，起着交联和增强橡胶的作用。
当温度升高时，由于聚苯乙烯微区加热熔融，交联点熔化产生很好的流动性，所以SBS可以与多种树脂热熔共混，而且其工业产品大多为粒状，可直接在挤出机中挤出共混连续生产。
SBS主要应用于改性HDPE、PP、PS或ABS，添加量为5%～10%。
可以大大提高冲击强度，改善低温冲击强度。
SBS还可以用于制鞋工业、粘合剂等方面。
2.2.3稳定剂
二月桂酸二丁基锡
生产厂家：
徐州中亿有色金属有限公司
性能：
外观为浅黄色透明液体，锡含量为17%～19%，水分小于0.4%，分子量：
631.31，溶于大多数普通溶剂，不溶于水但乳化后被水解，有毒性。
它是有机锡类稳定剂中使用最早的品种，润滑性优良，耐候性和透明性亦可，又因其在常温下为液体，故在塑料中的捏合分散性比固体稳定剂好。
应用特点：
1、具有优良的润滑性，高度透明性
2、与镉、钡金属皂类并用有协同效应。
3、耐候性较好。
2.2.4润滑剂
亚乙基双硬脂酰胺
生产厂家：
上海煦江实业有限公司
性能：
该物质商品名为EBS，为淡黄色片状物，熔点140～145ºC，相对密度为0.97，具有较好的内、外润滑作用，还具有抗静电性能，是一种高熔点润滑剂，主要用于PVC、PP、PS、ABS、PE等树脂中。
用量一般为0.5～2份。
不溶于水，但粉状物在80℃以上具有可湿性，耐酸碱和水介质，常温下不溶于乙醇，丙酮，四氯化碳等有机溶剂。
但可溶于热的氯代烃和芳烃，其粉状物滑腻感较强，80℃以上对水具有可湿性，无毒，对人体无副作用。
该化合物为一硬而脆的白色高熔点蜡。
冷却时析出沉淀或凝胶。
EBS对制品的透明度影响较大，在要求高透明度的场合不能使用EBS。
2.3阻燃ABS体系综合性能测试
阻燃ABS性能测试表
项目
标准
实测
密度/（g/cm3）
1.15～1.18
1.16
拉伸强度/MPa
≥35
38
弯曲强度/MPa
≥65
67
冲击强度（缺口）/（kg/m2）
≥10
12
热变形温度/℃
≥75
94
燃烧性能
V-0
V-0
氧指数%
26
2.4效果评价
（1）溴系阻燃剂与三氧化二锑复配可以起到很好的协同效应，当溴比锑为1.8/1时可以获得最佳协同效果。
（2）不同阻燃复配体系所起的阻燃效果不同，但可以用体系中的溴含量进行统一衡量，当ABS树脂中溴质量分数在8%～12%时可以达到美国UL94V-0级标准，随着ABS树脂中粉料用量的增加，需要相应提高阻燃剂用量。
（3）不同阻燃剂复配体系产生的阻燃ABS的耐热性能不同，使用十溴联苯醚、十溴二苯乙烷和溴化环氧树脂可以有效提高材料的耐热性能，使热变形温度达到80～85ºC，满足不同用户的使用要求。
（4）不同阻燃剂复配体系都造成材料冲击性能的大幅下降和其他力学性能的降低，下降差异不大，而对加工性能影响差别较大。
第三章物料的相关计算
3.1总物料衡算
由设计要求，
为年产1000吨的阻燃ABS树脂，考虑其生产过程中的损失料、散失料、机头料、废品等，物料的损失率为1.4％。
X（1-1.4％）=1000吨
得：
X=1014.2吨
所以要满足年产1000吨的阻燃ABS树脂，考虑其物料损失率，年投料应为1014.2吨，方能满足设计要求
3.2开车时间计算
工作日衡算：
（1）年工作日：
365—10（法定节假日）=355天=8520小时
（2）设备大修：
14天/年=336小时/年
（3）特殊情况停车：
5天/年=120小时
（4）实际开车实际：
336天=8064小时
3.3产量计算
日产量：
=
=3.0185t/d
每小时产量：
=
=0.125769t/h=125.769Kg/h
每次预料量为供5小时生产的料：
=125.769
5=628.845Kg/h
3.4各组分量的计算
表3-1配方中各组分的含量表
组分
以高分子化合物质量为100份的表示法/份
以混合料质量为100份的表示法/％
ABS树脂
100
60.79
十溴联苯醚
36
21.8845
20
12.16
SBS
4
2.432
二月桂酸二丁基锡
4
2.432
亚乙基双硬脂酰胺
0.5
0.3015
总计
164.5
100
计算ABS的质量：
M=628.845
60.79%=382.2749Kg
计算ABS的体积：
V=
=0.34132
十溴联苯醚：
M=628.845
21.8845%=137.6196Kg
V=
=0.04527
其他同理见下表
表3-2各组分的百分含量、质量、密度、体积关系表（5小时）
组分
百分含量（%）
质量（kg）
密度（g/cm3）
V（m3）
ABS树脂
60.97
382.2749
1.12
0.34132
十溴联苯醚
21.8845
137.6196
3.04
0.04527
12.16
76.4675
5.19
0.014734
SBS
2.432
15.2935
0.9
0.01699
二月桂酸二丁基锡
2.432
15.2935
1.025
0.014921
亚乙基双硬脂酰胺
0.3015
1.896
0.98
0.001935
总计
100
628.845
-
-
ABS树脂用量较多，采用5天购买物料一次的方式，十溴联苯醚和
采用十天购买一次物料的方式，SBS、二月桂酸二丁基锡、亚乙基双硬脂酰胺用量很少，采用20天购买物料一次的方式。
ABS树脂：
M=一天所需质量
5=9.1745t
V=一天所需体积
5=8.19168
十溴联苯醚：
M=一天所需质量
10=6.606t
V=一天所需体积
10=2.17296
M=一天所需质量
10=3.67t
V=一天所需体积
10=0.707
SBS:
M=一天所需质量
20=1.468t
V=一天所需体积
20=1.631
二月桂酸二丁基锡：
M=一天所需质量
20=1.468t
V=一天所需体积
20=1.4324
亚乙基双硬脂酰胺：
M=一天所需质量
20=0.182t
V=一天所需质量
20=0.18576
第四章生产设备的选型和计算
4.1设备选型的原则
（1）设备简单易操作；
（2）投入小，成本低；
（3）生产效率高，自动化程度高；
（4）易于控制及维修。
4.2储料罐的选择
根据所加物料种类，共需六个储料罐
表4-1六个储料罐的体积表
物质
V（m3）
ABS树脂
10
十溴联苯醚
3
1
SBS
2
二月桂酸二丁基锡
2
亚乙基双硬脂酰胺
1
4.3称的选择
4.3.1ABS树脂的称量
T38斜料斗颗粒失重喂料机
型号：
SKTS38
产品用途：
物料计量喂料及输送
电动机功率：
1.5KW
外形尺寸：
1026×530×1088（mm）
工艺技术原理：
由喂料机称台上面的称重传感器将连续喂料的重量信号传输给称重终端，称重终端将计算值反馈给PLC，由PLC将计算数据转换为指令控制变频器的频率大小，从而达到精确控制动力马达，实现失重喂料。
详细流程请参照公司网站“生产线示意图”。
特点:
①增强在产品更换时的方便性、适应能力。
提高清洁方便度及全面性。
③提高最终产品的质量。
国内生产厂无锡斯库派斯机械设备有限公司
4.3.2十溴联苯醚称量
杭州万特衡器有限公司
商品名称：
ACS-100-ZE01电子计重称
商品编号：
C01
承重秤台面规格：
300mm×400mm
最大称量：
100kg
最小称量：
0.4kg
分度值：
20g
承重秤台材质：
不锈钢板、花纹钢板
4.3.3亚乙基双硬脂酰胺称量
杭州万特衡器有限公司
ACS-6-ZE01电子计重称
规格:
6kg/0.2g
包装数量:
5pcs
毛重/净重:
21/19kg
外箱尺寸:
600×360×390mm
4.3.4SBS称量
杭州万特衡器有限公司
ACS-30-ZE01
规格:
30kg/1g
包装数量:
5pcs
毛重/净重:
21/19kg
外箱尺寸:
600×360×390mm
4.3.5三氧化二锑的称量
杭州万特衡器有限公司
型号：
ACS-50-ZE01
台面尺（mm）300×400
最大称量:
50kg
精确度:
2g
4.3.6二月桂酸二丁基锡的称量
苏州倍达仪器仪表科技有限公司
转子流量计型号：
LZD-50
高：
250mm
4.4高速搅拌机的选择
每小时所搅拌物料的体积为0.43517÷5×1000=87.034L
选用每三个小时搅拌一次的方式，体积为87.034×3=261.102L
选取SHR-500C型高速搅拌机，其参数如表：
4-2
（表4-2）
技术参数
总容积/L
500
有效容积/L
330
加热方式
电加热
主轴转速/r/min
500
排料方式
气动空气阀
电动机功率/kw
83
4.5上料机的选择
型号：
PA-1000A
生产厂家：
慈溪市拓泰塑料机械有限公司
产品参数见下表
型号
PA-1000A
电动机功率（kw）
1.1
输送能力kg/h
1000
输送管直径（mm）
60
扬程（m）
2.6
4.6料位监测系统
根据需要，我们选择射频导纳物位计
射频导纳物位计是一种从电容式物位测量技术发展起来的，防挂料、更可靠、更准确、适用性更广的物位控制技术，射频导纳中的导纳的含义为电学中阻抗的倒数，它由电阻性成分、电容性成分、电感性成分综合而成。
而射频即发射高频无线电波，所以射频导纳物位控制技术是通过用高频无线电波测量被测介质导纳来实现物位测量。
射频导纳技术与电容式技术最重要的区别在于测量量的多样化和三电极技术。
射频导纳测量量的多样化在于不止是测电容量，还有电阻和电感量，是测量更加准确。
三电极技术包括电子单元和传感器，在测量电极和地极之间加入屏蔽电极，将测量电极保护起来，不受挂料影响。
生产厂家：
上海轩华测控设备公司
型号：
YE.XX1413U
技术参数：
1.接线盒：
铝/IP66
2.感应棒材质：
SUS304/PTFE
3.电源：
18..30VDC
4.输出：
4..20mA
5.环境温度：
-40..70℃
6.操作温度：
-40..230℃
7.工作压力：
常压
4.7双螺杆挤出机挤出机的选取
=
=0.125769t/h=125.769Kg/h
所以每小时产量为125.769Kg/h，因此选用如下双螺杆挤出机挤出机
表4-3双螺杆挤出机技术参数
名称
双螺杆挤出机
型号
TE-60
螺杆直径
60mm
长径比
32
主机驱动功率
75kw
加热区数目
5
加热功率
34kw
产量
100-250kg/h
螺杆转速
400r/min
调速形式
变频调
加料形式
双螺杆带搅拌型
中心高
1000mm
产品详情：
生产厂家：
石家庄市威士达化工设备有限公司
TE-60平行双螺杆挤出机组主要应用于橡塑和工程树脂的填充、共混、改性增强、氯化聚丙稀和高吸水性树脂的脱挥处理；可降解母粒、聚酰胺缩聚、聚氨酯加聚反应的挤出，碳粉、磁粉的造粒、电缆用绝缘料、护套料、低烟低卤阻燃型PVC电缆料及各种硅烷交联料的制备等。
加料段：
165摄氏度
压缩段：
205摄氏度
均化段：
230摄氏度
机头：
240摄氏度
挤出机口模的确定：
口模的孔数：
15个
孔的直径大约为3.5mm
4.8风力吹干机的选择
选取风力吹干机，其参数如表4-4
名称
风力吹干机
型号
0.75kw/1.5kw
类型
交流鼓风机
功率
1.5kw
用途
用于流动物料的干燥，有效去除物料表面水分
4.9切粒机的选择
为存储和运输的方便性，需把挤出料条剪切成颗粒状，然后烘干打包。
选取切粒机型号参数如表4-5：
表（4-5）
型号
SJ-90
螺杆转速/r/s
10-70
长径比/L/D
25:
1
颗粒规格/mm
3×3
最高产量/kg/h
150
机组重/kg
3500
牵引方式
胶辊
4.10干燥机及除尘设备的选择
设备型号：
GLW10
参数：
流化面积
1.0
脱水量
100
风机功率
22
杭州钱江干燥设备有限公司
4.11振动筛的选择
选择ZSF型直线振动筛
型号
ZSF-520
公称尺寸（mm）
500*2000
振幅（mm）
3~4.5
筛面倾角
3º~7º
层数
1
设备特点：
（1）连续生产，单层或多层自动分级筛选；
（2）全封闭结构,无粉尘溢；
（3）采用振动电机节能低噪；
（4）启动迅速，停车平稳；
（5）安装简单，操作和维护方便；
（6）筛分精度达９６％以上，处理量大。
4.12打包机的选则
型号:
LCS-ZZ-25
主要特点：
（1）该系列产品利用物料本身自重及流动性好的物性，采用弧型门两次给料方式，称量方法简便
（2）计量准确稳定，可用塑料袋，牛皮纸袋，编织复合袋等包装
（3）使用高稳定、高精度称重传感器、称重模块；界面操作简单、显示直观
（4）选用国内外高品质电器元件，确保设备可靠耐用
（5）配备RS232和RS485接口，方便拓展
（6）该秤结构坚固，占地面积小，易于清理和维护
（7）可选配主动式回气除尘装置，吸净浮尘，有效维持现场环境清洁
技术指标：
（1）称重范围：
25-50（kg/bag）
（2）定量误差：
±0.2%FS
（3）包装速度：
200-260（bags/hr）（取决于物料特性、口袋大小尺寸、袋口尺寸）
工作条件：
（1）电源：
380/220V,50HZ（可调）
（2）功率：
2.0KW
（3）气源：
0.4-0.6MPA
（4）温度：
-20-40℃
（5）湿度：
＜95%（无凝结水）
第五章生产阻燃ABS工艺流程设计
5.1工艺流程概述
各种挤出制品的生产工艺流程大体相同，一般包括原料的准备、预热、干燥、挤出成型、挤出物的定型和冷却、制品的牵引与卷取（或切割），有些制品成型后还需要经过后处理。
挤出过程可分成两个阶段：
第一阶段是使固态塑料塑化并在加压下使其通过特殊形状的口模而形成截面与口模形状相仿的连续体；第二阶段是用适当的方法使挤出的连续体失去塑性状态而变成固体，即得到需要制品。
5.2工艺流程图
助剂计量
物料计量高混料仓供料挤出水冷吹干切粒干燥除尘包装储存
5.3工艺流程分析
物料由储料罐中经称量后输送，首先将二月桂酸二丁基锡与三氧化二锑混合均匀，然后将ABS树脂与其他助剂加入到高速搅拌机中。
高速搅拌机每次提供三个小时所需的物料。
当物料搅拌均匀后，经管道送入料仓，然后由吸料机将物料送入挤出机的料斗中。
料仓上安有料位监测仪，当料仓中的物料低于三分之一时开始进料，当料仓中的物料高于三分之二时，停止进料。
物料进入挤出机料斗后，经螺杆的挤压推动作用，压缩到挤出机口模处，并由口模挤出。
在挤出机工作过程中，需要控制加料段温度为165摄氏度，压缩段温度为205摄氏度，均化段温度为230摄氏度，机头温度为240摄氏度。
物料由机头挤出后落入水槽中，在水槽中冷却。
经过风力吹干机将表面水吹干后，物料受到牵引机的牵引作用而进入切粒机，切粒完成后将物料输送至干燥机中。
粉尘由于上下风机的作用从干燥器顶部的出口排出并被收集处理。
物料在干燥机中干燥后进入振动筛，经过振动筛处理后将干燥好的物料送入包装机进行包装。
5.4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机头口模的结构特点等调整挤出机料筒各加热段机头口模的温度及螺杆的转速等工艺参数，以控制料筒内物料的温度和压力分布。
根据制品形状和尺寸的要求，调整口模尺寸和同心度及牵引等设备装置，以控制挤出物离模膨胀和形状的稳定性，从而达到最终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
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