PS泡沫片材挤出工艺论文说明书.docx

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PS泡沫片材挤出工艺论文说明书

PS泡沫塑料片材的生产车间工艺设计

摘要

本说明书主要设计了PS泡沫塑料片材挤出生产工艺。

根据当今PS泡沫片材行业的发展前景和应用，结合实际，详细说明了聚苯乙烯泡沫塑料片材的配方设计、挤出生产工艺流程及参数的确定和废品的后处理等方面。

对挤出机型号的选定进行了明确的计算。

计算了工艺过程中物料衡算和热量衡算。

还就车间管理与生产组织、工程经济概算进行了规划。

最后确定了年产量20000t的PS片材的挤出成型工艺，其配方设计可行，车间管理与生产组织完善。

关键词：

PS泡沫塑料片材，挤出成型，物料衡算，热量衡算

PSFoamPlasticsSheetMaterial'sProductionWorkshopTechnologicalDesign

Abstract

ThisinstructionbookletmainlydesignedthePSfoamplasticssheetmaterialtosqueezeoutthetechniqueofproduction.

ThebasisnowthePSfrothsheetmaterialprofession'sprospectsfordevelopmentandtheapplication,theunionreality,showedindetailthepolystyrenefoamplasticssheetmaterial'scompounddesign,squeezesoutthetechniqueofproductionflowandparameterdeterminationandwasteproductaspectsandsoonpost-processing.Hascarriedontheexplicitcomputationtotheextrudingmachinemodel'sdesignation.Hascalculatedinthetechnologicalprocessthematerialbalanceandthethermalgraduatedarmcalculated.AlsoontheshopmanagementandtheProductionorganization,theengineeringeconomybudgetaryestimatehascarriedontheplan.Finallyhaddeterminedtheannualoutput20000tPSsheetmaterial'sextrusionmoldingcraft,itscompounddesignisfeasible,theshopmanagementandtheProductionorganizationconsummate.

keyword:

ThePSfoamplasticssheetmaterial,theextrusionmolding,thematerialbalance,thethermalgraduatedarmcalculates

目　录

前　言

挤出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一。

大部分热塑性塑料都能用此法进行加工。

用挤出成型生产出来的产品广泛应用于人民生活以及农业，建筑业,石油化工机械制造,国防等工业部门。

挤出成型在挤出机上进行，挤出机是塑料成型加工机械的重要机台之一。

发泡PS由于质量轻、吸音、吸震、易成型等优点，而被广泛用作包装、保温等材料，尤其是一次性餐饮具具有卫生、保温、防浸泡、外观整洁、价廉、使用性能好等特点，应用非常广泛，产品与品种迅速发展，适合我国大众的消费水平。

   聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯树脂为主体，加入发泡剂等添加剂制成，它是目前使用最多的一种缓冲材料。

它具有闭孔结构，吸水性小，有优良的抗水性；密度小，一般为0.015～0.03；机械强度好，缓冲性能优异;加工性好，易于模塑成型；着色性好，温度适应性强，抗放射性优异等优点。

但燃烧时会放出污染环境的苯乙烯气体。

聚苯乙烯泡沫塑料广泛用于各种精密仪器、仪表、家用电器等的缓冲包装，也可用其直接制成杯、盘、盒等包装容器来包装物品。

但这些包装物大多数是一次性使用的，这不但造成资源浪费，而且会产生环境污染。

世界各国制定的包装废弃物管理法规，其目的就在于采取多种措施，对包装废弃物进行处理，重点突出回收再生和再利用，促使生产、使用、回收、处理、再生与利用制度化、技术化、清洁化，建立起包装的生产—消费—回收—再生产—利用的循环经济体系，节省及合理利用包装资源，塑料包装废弃物的回收利用已成为塑料工业发展的重要战略，越来越受到世界的瞩目。

    目前，PS泡沫塑料的回收利用不仅是一个技术问题、经济问题、而且是一个社会工程问题。

这有利于生态环境的保护，有利于节约地球资源，有利于保护人和牲畜的健康，有利于发扬中华民族的优良传统，有利于经济持续发展，有利于开辟再就业工程的新途径。

搞好回收利用是具有远见卓识的举措，完全符合时代的客观要求，顺应了当今世界呼吁共同治理全球生态环境的大潮，随着时间的推移，这项工作其意义将更加深远重大。

第1章聚苯乙烯

1.1PS的发展形势及应用

1.1.1PS及其片材简介

聚苯乙烯是指由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物，通常的聚苯乙烯为非晶态无规聚合物，具有优良的绝热、绝缘和透明性，长期使用温度0～70℃，但脆，低温易开裂。

聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯，发泡聚苯乙烯（EPS），高抗冲聚苯乙烯（HIPS）及间规聚苯乙烯（SPS）。

普通聚苯乙烯树脂为无毒，无臭，无色的透明颗粒，似玻璃状脆性材料，其制品具有极高的透明度，透光率可达90%以上，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。

不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。

属无定形高分子聚合物，聚苯乙烯大分子链的侧基为苯环，大体积侧基为苯环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质，如透明度高.刚度大.玻璃化温度高，性脆等。

可发性聚苯乙烯为在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成，加工过程中受热发泡，专用于制作泡沫塑料产品。

高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯为分散相，提高了材料的冲击强度，但产品不透明。

间规聚苯乙烯为间同结构，采用茂金属催化剂生产，是近年来发展的聚苯乙烯新品种，性能好，属于工程塑料。

PS挤出片材是以PS为主要原料，经挤出成型而制成的一种热塑性塑料片材。

PS片材具有较好的耐腐蚀性，透明度较高，且可通过更换花辊压制出各种花纹。

广泛用于室内装饰、天花板、花纹玻璃板、照明板、灯罩、交通标志、包装材料等。

常规PS片材厂家生产出来的HIPS片材，正面都是有光泽的，背面是亚光的，但一但加热吸塑成型，正面光泽会消失。

我公司采用特殊配方和先进的技术设备，可以让PS片材在经过吸塑成型后，表面仍然具有光亮感，就象PVC片材一样。

而这种工艺生产出的片材环保性高，非常适合做食品的托盘和内托。

哑光PS片材也是采用特殊的配方生产，不但成卷的片材据有磨砂效果，在吸塑成型后，仍具有较强的哑光效果，可用于高档吸塑包装上。

1.1.2PS的加工特性及现状

（1）PS的熔融温度与分解温度相差较大，成型温度范围宽，熔体黏度底，黏度对剪切速率和温度的变化都很敏感，尤其对剪切速率更为敏感，是成型加工性能良好的塑料品种之一。

（2）PS的吸水率很低，只有0.05%，所以一般粒料的加工可不必预先干燥。

但是，为了降低制件的表面粗糙度，可于成型前在60~80℃的条件下干燥2小时左右。

（3）PS的比热较小。

因此，在成型时能很快被加热塑化，塑化效率高，冷却速度也较快，成型周期短。

（4）PS为非结晶型聚合物，其成型收缩率较小，通常为0.4%~0.7%

（5）由于PS分子链的刚性较大、质脆，故其成型时的最大问题是制品容易产生内应力。

因此，在聚苯乙烯的成型过程中，应注意控制工艺条件，做好模具设计。

现状：

1、中国国产产品性能和质量较差，不能满足市场的要求中国聚苯乙烯产品的质量和性能较差，除外资及合资企业产品外，国内厂商的产品多数不能满足电子行业等用户对产品性能和质量的要求，难以进入这个庞大的市场。

在聚苯乙烯需求量最大的电子/电器行业中，进口产品占绝对优势，国产树脂只有少量应用，而且只能用于低档产品。

2、装置规模偏小，缺乏竞争力。

小装置不但产品质量不能和先进的大型生产装置相比，而且生产成本也较高，在市场竞争中处于劣势。

　　3、原料供应不足，装置开工率低与聚苯乙烯生产的高速发展不相适应的是，其原料苯乙烯生产发展相对较慢，聚苯乙烯装置的原料来源受到限制，开工率受到影响。

1.1.3PS的应用及性质

（Polystyrene，简称PS）是一种无色透明的热塑性塑料。

具有高于100摄氏度的玻璃转化温度，因此经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器，以及一次性泡沫饭盒等。

化学性质：

聚苯乙烯的化学稳定性比较差，可以被多种有机溶剂溶解，会被强酸强碱腐蚀，不抗油脂，在受到紫外光照射后易变色。

物理性质：

聚苯乙烯质地硬而脆，无色透明，可以和多种染料混合产生不同的颜色。

密度1050kg/m³

电导率（σ）10-16S/m

导热率0.08W/（m·K）

杨氏弹性模量（E）3000-3600MPa

拉伸强度（σt）46–60MPa

玻璃转变温度95°C

熔点240°C

热膨胀系数（α）810-5/K

吸水率（ASTM）0.03–0.1

制品对这方面的要求应用时要在原料中添加助剂或采用共混的方法来改善这方面的性能。

第2章挤出成型工艺概述

2.1挤出成型概述

挤出成型又称挤出模塑或挤塑，挤压。

挤出在热塑性塑料加工领域中，是一种变化多、用途广、在塑料加工中占很大比例的加工方法。

有由挤出成型的产品都是横截面一定的连续材料，如管、板、丝、薄膜电线电缆的涂覆等。

挤出在热固性塑料加工中是很有限的。

挤出过程可分为两个阶段：

第一阶段是使固态塑料塑化（即变成粘性流体）并在加压下使其通过特殊形状的口模而成为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为固体，即得所需制品。

按照塑料塑化的方式不同，挤出工艺可分为干法和湿法两种。

干法的塑化是靠加热将塑料变成熔体，塑化和加压可在同一个设备内进行。

其定型处理仅为简单的冷却。

湿法的塑化是用溶剂将塑料充分软化，因此塑化和加压须分为两个独立的过程，而且定型处理必须采用较麻烦的溶剂脱除，同时还得考虑溶剂的回收。

湿法挤出虽在塑化均匀和避免塑料过度受热方面存有优点，但基于上述缺点，它的适用范围仅限于硝酸纤维素和少数醋酸纤维素塑料的挤出。

挤出过程中，随着对塑料加压方式的不同，可将挤出工艺分为连续和间歇两种。

前一种所用设备为螺杆挤出机，后一种为柱塞式挤出机。

螺杆挤出机又分为单螺杆和多螺杆挤出机的区别，但使用较多的是单螺杆挤出机。

用螺杆挤出机进行挤出时，装入料斗的塑料，借转动的螺杆进入加料筒中（湿法挤出不需加热），由于料筒的外加热及塑料本身和塑料与设备间的剪切摩擦热，使塑料融化而呈现流动状态。

与此用时，塑料还受螺杆的搅拌而均匀分散，并不断前进。

最后，塑料在口模处被螺杆挤到机外而形成连续体，经冷却凝固，即成产品。

柱塞式挤出机的主要部件是一个料筒和一个由液压操纵的柱塞。

操作时，先将一批已经塑化好的塑料放在料筒内，而后借柱塞的压力将塑料挤出口模外，料筒内塑料挤完后，即应退出柱塞以便进行下一次操作。

柱塞式挤出机的最大优点是能给予塑料以较大的压力，而它的明显缺点则是操作的不连续性，而且物料还要预先塑化，因而应用也比较少，只有在挤压聚四氟乙烯塑料等当面尚有应用。

由上所述，塑料的挤出，绝大多数是热塑性塑料。

此外，在设备方面，又以单螺杆挤出机应用广泛，而双螺杆挤出机在聚氯乙烯加工和配料上也日益显得重要。

2.2挤出成型工艺的特点

（1）设备成本低，制造容易，投资少，见效快，占地面积小，生产环境清洁。

（2）可实现连续化、自动化生产。

生产操作简单，工艺控制容易，生产效率高，产品质量稳定。

（3）可以根据产品的不同要求，改变产品的断面形状。

该工艺能制造管材、板材、型材、薄膜、片材、棒材、单丝等。

。

（4）生产的连续操作，特别适合生产较长尺寸的制品。

其生产率的提高比其他成型方法快。

（5）应用范围广。

只要改变螺杆和辅机，就能适用于多种塑料和多种工艺过程。

（6）可以进行综合性生产。

挤出机与压延机配合，可以压延薄膜；挤出机与压机配合，可以生产各种压制制件。

可见，挤出成型在塑料加工中占有相当重要的地位，并且伴随着塑料工业的迅速发展，还将具有更广泛的应用前景。

2.3挤出制品的用途

挤出成型可以加工部分热固性塑料和绝大部分热塑性塑料以及弹性体。

挤出制品除有薄膜、管材、板材、片材、型材、棒材等型材；还有横截面不是规则图形的异型材，主要包括全塑料异型材和塑料材料和非塑料材料复合而得额复合异型材两种；具有质轻、耐腐蚀、承载性能好、装饰性强、安装方便等优良的使用性能。

它们广泛应用于建筑、电器、家具、交通运输、土木、水利、日用品等领域。

第3章选料与配方设计

3.1原料的选择

PS泡沫塑料片材的挤出成型的原料：

用普通级聚苯乙烯为主要原料再按制品的应用条件要求，适当加入稳定剂、增塑剂、填充料及其他辅助料等组成的原料配方。

片材挤出成型用料配方见表3-1

表3-1PS泡沫塑料片材配方

物料名称

质量份

物料名称

质量份

GPS

75

滑石粉（成核剂）

0.9

再生GPS

24

硬脂酸钙（润滑剂）

0.1

3.2混料知识与工艺原理

原料的准备首先是根据制品已确定的塑料配方进行必要的预处理，计量及输送等过程。

然后进行混料。

混料系统中有三个相对独立的子系统：

称量系统、混料系统、输送系统。

干混料的制备工艺流程：

倒料→称量→热混→过筛→入库

（1） 倒料

倒料必须保证安全和规范，防止纸削和线头，刀片等进入储蓄罐中，对包装上有杂质，脏污的必须清理干净后再进行倒料，做好收尘物的处理与记录，防止对原料质量造成波动。

当然，上面所说的情况都是在保证原料是合格的前提下进行的。

（2）称量

称量的精度和程序是体现配方的高品质，只有严格执行混料工艺才能保证混料的质量，正常情况下采用自动称量方式进行生产。

先确定生产所需要的配方，在配方电脑上调入配方并传输到主机，在主机上打开并检查，确认是生产所需的配方，检查称量配方中的称量内容、罐号、称量重量（各组分、名称及总量），称量顺序，精度设定，混料配方中的混料步骤后方可开机生产。

（3）热混

 所用设备是高速混合机，此种混合设备适用于固态混合和固液混合，更适用于配置粉料。

它主要用于PS等各种树脂与其他物料的均匀混合。

该设备主要由圆筒混合室和一个混合室内的搅拌装置组成，搅拌桨叶是按需要不同可有一到三级，分别装置在同一转动轴的不同高度上，电动机带动皮带将动力转送到主轴上，工作时物料受到高速搅拌，由于离心力的作用，物料被抛到混合室内壁，又落到桨叶中心，接着又被抛起，如此循环不停的运动。

由于叶轮转速很高物料运动产生较强的剪切作用和较多的热量，这些作用促进了各组分的均匀分布和对液态添加剂的吸收。

我们选用的混合机是依靠物料摩擦热进行混合，混合室内有可以垂直调整高度的分流板，可以不断的改变物料的流动方向，更有利于物料的分散均匀，高速混合机的混合效率高，通过一次混合时间只需6~9分钟，热混合过程中物料发生的形态变化有：

压实、均化、排湿、预凝胶化，它们需要一定的时间完成，混合时间的延长有助于稳定剂及其他添加剂更加均匀的扩散到树脂中，以进一步提高物料稳定性和均化程度。

据经验，物料在高速混合机中混合时间至少在200~420s之间才能得到质量均化流动性高的干混料。

（4）过筛

热混过后的混合料中含有块状物料及塑料皮，为了保证原料的均一性，必须混合料进行过筛，震荡筛和旋转筛都可以很好的将杂质分离出来。

（5）入库

由于干混料的制备是间歇性分批操作，而每批物料都有差异，它将会影响基础工艺及产品的质量，如冷却结束后45℃的干混料与干混料库内室温状态下的干料在表现也和流动性能各方面都有差异，为了保证和提高干混料的均一性，混合料入库后应放置12h。

使物料相互扩散，以利用混合料的均一，减少挤出时的波动，但如果放置的时间过长，混合料表面吸收空气中的水分，对制品光泽度和颜色都会产生影响。

一般混合料储存不易超过一周。

另外，产品的质量和性质除与配方的优良有关外，还取决于众多组分的混合质量，配方后的PS物料进行混合的目的不仅仅是达到各组分分散均一，同时也须物料的各组分通过剪切力的作用，在一定的温度下相互渗透，并在形态变化状态下相互结合，是使PS材料的原始流动性发生明显的变化。

因此，混料设备是PS材料成型加工的第一道关键环节。

所以，混料工艺必须从应用、存料、倒料、原料称量、报表确认、调入配方、混合、储存均化及输送等各环节加以控制生产出优质的混合物料，才能保证下一步的顺利实施。

3.3造粒工艺流程

聚合物的造粒工艺是制品生产中的一个中间过程，有造粒法生产的树脂、专用粒、改性粒、改性料、着色料也可以作为产品。

造粒的方法有很多种，挤出造粒由于产品质量稳定、自动化水平高、生产效率高成为常用的方法。

造粒工艺是将树脂及各种助剂经计算、混合和塑炼制成便于成型的密实的球体、圆柱体形、立方体型颗粒的操作过程。

挤出造粒工艺流程如图3-1：

图3-1造粒成型工艺

挤出造粒操作连续、密闭、杂质滤出容易、产量高、劳动强度小、环境洁净、噪音小，但塑炼质量不如炼片方式那样易控制。

第4章挤出成型工艺流程

4.1挤出成型原理

挤出成型又称基础模型成型。

是指把粉末状或粒状物料由料斗加入到挤出机的机筒内，物料在螺杆旋转的挤压推动作用下，通过机筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前输送和压实，通过机筒外部的加热装置和摩擦预热，在高温、高压条件下熔融塑化。

然后，连续转动的螺杆再把熔融物料推入机头模具，从机头模具挤出的熔融物料经冷却定型成为所需的塑料制品。

可将挤出过程分为两个阶段：

（1）是使固态塑料塑化，既使其变成黏流态并在加压的情况下使其通过特殊形状的口模而成为截面与口模形状相同的连续体。

（2）是采用适当的冷却方法使挤出的连续体失去塑性而变成固态，即所需制品。

4.2挤出成型的生产工艺过程

挤出成型的工艺过程包括：

聚合物熔融→成型→定型→冷却→牵引→切割→堆放

挤出机成型生产线的组成：

完成一种挤出产品的生产线通常由主机、辅机组成，这些部分称为挤出机组。

主机：

一台挤出机由以下三部分组成：

挤压系统、转动系统、加热冷却系统。

辅机：

挤出机的组成是根据制品的种类而定的，一般辅机由下列几部分组成：

机头、定型装置、冷却系统、牵引装置、冲床装置、堆放装置。

控制系统：

挤出机的控制系统主要电器仪表和执行机构组成，其主要作用是控制主机、辅机的驱动电机，使其操作的转速和功率正常，并保证主机和辅机的温度、压力、流量和制品的质量，实现全机组的自动控制。

4.3挤出成型的工艺参数

挤出工艺控制包括成型温度、挤出速度、牵引速度、螺杆转速等方面的控制。

1．温度的控制

挤出成型温度是促进成型物料塑化和塑料熔体的流动的必要条件，它直接影响着物料在整个加工过程的流变状态，对塑料的塑化和异型材的产量、质量均具有十分重要的意义。

在整个加工过程中，物料要实现由玻璃态到高弹态再到粘流态的转变，各段温度控制也不尽相同。

下面就筒区、螺杆、连接体、模头温度一一介绍。

（1）筒区温度装置

如何设置好筒温的温度，必须对我们的螺杆在挤出成型过程中的功能有一个了解。

筒区可分为四个区：

加料区、压缩区、计量区。

挤出机中机筒的加热是为了使机筒受热达到一定的温度，机筒的冷却是为了使有一定温度的高温机筒把温度降下来。

在挤出机挤塑塑料生产过程中，机筒上有加热和冷却装置的交替工作，则使机筒工作时温度恒定在一个挤出塑料塑化需要的工艺温度范围内，这样就保证了挤出机正常挤塑制品成型生产的顺利进行。

（2）螺杆温度

由于螺杆之间间隙很小，而使得在螺杆之间产生的摩擦热较大，为了保证物料不发生分解，故温度设置较低，一般在120——140℃。

（3）模具温度

模具温度是保持稳定成型的重要条件之一，为了防止由于模温与熔差的温差而造成型翘曲的现象，所以模温设置应与熔体温度一致，一般在190——210℃。

另外。

模具温度受到型材的几何形状的影响，复杂的形状，由于型腔的表面积较大，会阻碍物料的流动，故有时需要较高的模温来提高熔体的流动性能。

2．转速控制

转速控制包括进料螺杆、挤出螺杆转速牵引速度的控制。

工艺要求：

（1）使物料挤出成型使具有必要的成型压力；

（2）达到预期的生产能力。

螺杆转速设置：

（3）根据挤出机模具的实际生产能力来设置挤出螺杆的转速，在额定产能下，一般挤出机螺杆的设定在最大转速的80%较适合。

（4）在设置好螺杆转速的前提下，根据所需的熔融压力、电机负荷设置进料螺杆转速。

（5）牵引机速度根据挤出机与模具的产能及型材比重来确定。

3．挤出速度

挤出速度V=375m/h,符合此次设计的生产要求。

4．牵引速度

牵引速度比挤出速度大1%-10%，约为390m/h-420m/h。

第5章物料衡算与热量衡算

5.1物料衡算

1.物料衡算指的是利用质量守衡定律对物料进行前后操作后物料的总量与产物及物料损失状况的计算方法，即进入设备用于生产的物料的总量恒等于产物和物料损失的量。

物料衡算直接与生产经济效益相关。

2.物料衡算应在已知产品规格和产量的前提下进行所需原辅材料量、废品量及消耗量的计算。

3.物料衡算的意义在于以下几点：

（1）实际动力消耗量；

（2）生产过程中所需热量或冷量；

（3）为设备选型、决定规格、台数、产量等提供依据；

（4）在拟订原料的消耗定额基础上，进一步计算日消耗量、时消耗量，所需设备提供必要的基础数据。

4.物料衡算的方法

由已知数据.根据下列公式进行物料衡算；

∑G1=∑G2+∑G3

∑G1：

——进入设备的物料量总和；

∑G2：

——离开设备的正品量和次品量总和；

∑G3：

——加工过程中物料损失量的总和。

确定年生产时间

5.年工作日的选取

（1）年工作时间365-26（法定节假日）=339天

（2）设备检修24天/年

（3）特殊情况停车15天/年

（4）实际开车时间365-26-24-15=300天

6.相关物料计算

有关定额、合格率、废品率、消耗率、分解率、回收率等。

在任何一产品加工中合格率都不是100%，由于设备原因，因材料原因及人为原因都可能造成废品的出现，加工不同的产品出现废品的几率有差异。

经过调查研究后发现，PS泡沫塑料片材的合格率为85%—95%，自然损耗率为0.1%—0.15%，主要是储存、运输、加工前的损耗。

已知要生产年生产量为12000t的PS泡沫塑料片材，确定合格率为90%，自然损耗为0.1%。

本次设计的是年产量12000t的PS泡沫塑料片材，下列为其物料衡算：

年需要物料量M1=合格产品/合格率=12000t/90%≈13333.33t

年车间料量M2=M1×（1+0.1%）=13333.3