3000吨年PVC扣板生产车间的.docx
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3000吨年PVC扣板生产车间的
PVC扣板受国家产业政策支持，具有广阔的市场前景。
本设计从聚氯乙烯扣板生产工艺着手，选择普遍使用的双螺杆挤出成型的成型方法生产PVC扣板，通过配方选择、物料衡算、设备选型、工艺参数控制等过程对整个工艺流程作了较为详尽的阐述。
指出PVC扣板成熟的生产工艺路线，并从低成本、高性能、功能应用等各方面考虑设计了较为合理的PVC扣板生产配方和留有发展潜力的生产设备，计算其生产车间所需的各种生产设备和总投资成本，绘制出工艺流程图和生产车间设备平面布置图，对实际投资建设PVC扣板产车间的各个方面具有积极的指导作用。
PVCgussetplateproductionindustriesissupportedbythenationindustrialpolicyhasbroadmarketprospect.Thedesignelaboratesonthewholetechnicsflow,itsetsaboutproductiontechnicsofPVCgussetplateandchoosestheatlargeemploymethodthatdoublescrewareextrudedMoldingtoproducePVCgussetplate.Formulathroughchoiceofmaterialsaccounting,equipmentselection,processparameterssuchasprocesscontrol.ThedesignpointoutamellowproductiontechnicscourseofPVCgussetplate,andchoosealogicalproductionprescriptionandcompellingproductionequipmentofPVCgussetplatethinksfromlowcost,highcapability,functionappliance.Andcountthecostofproductionequipmentandthewholeinvestment.ItalsoprotracttechnicsflowchartandplanelaymapofproduceworkshopequipmentandgiveaaffirmativeguidanceeffectabouteverysideofthefactualinvestmentbuildofPVCgussetplate
PVCgussetplate第一章概述
1.1产品的市场及需求
塑料异型材是20世纪50年中期由联邦德国首先开发成功，1955年德国诺彼尔公司生产出PVC-U塑料门框异型材。
近年来，塑料异型材的应用风靡全球，覆盖建筑、汽车、电器、包装及其他一些领域，而PVC装饰扣板作为异型材的一种，尤其在建筑装饰行业中，普及率与日俱增[1]。
在我国异型材生产在“八五”、“九五“、及“十五”期间均被列为重点开发产品，据了解[2]，目前我国异型材生产规模在万吨级企业已有十多家，型材生产能力从1990年不足10万吨增长到2003年的80万吨，如目前国内最大的型材生产企业大连实德集团，2002已达到55万吨的生产能力。
这些大型塑料异型材生产企业的建成标志着我国生产已走向经济规模，达到了一定的新水平。
同时，随着我塑料异型材应用量的不断增大，产品的标准也随之不断进行编制与修订。
同时我国的建筑市场巨大，据有关资料表明，每年我国竣工建筑面积超过10亿平方米，作为新型建材，塑料异型材中的PVC扣板在巨大的建材市场中确实具有独特的优势，原料来源丰富、性能优异，可替代传统的木材、钢材等建筑材料，且有便于施工、节能等优点，加上我国政府的大力推广，塑料异型材的发展前景十分广阔。
当人们已开始具有环保意识，“以塑代钢、以塑代木”的口号提出时，作为新材料，PVC塑料扣板具有很强的生命力。
它以PVC为原料，经加工成为企口式型材，具有重量轻、安装简便、防水、防潮、防蛀虫的特点，它表面的花色图案变化也非常多，并且耐污染、好清洗、有隔音、隔热的良好性能，特别是新工艺中加入了阻燃材料，使其能离火即灭，使用更为安全。
它成本低、装饰效果好，因此在家庭装修吊顶材料中占有重要位置，成为卫生间、厨房、阳台等吊顶的主导材料。
而目前颁布的“十一五”发展规划中，对节能提出更高的要求，这将进一步加速其在建筑业中的发展和普及。
另一方面，在国外塑料异型材也有相当在的市场，美国早期的生产技术是从德国引进，20世纪80年代得了迅速发展，90年代发展更快，现在已成为世界异型材应用和生产大国，英国虽然起步较晚，但由于气候条件、能源费用上涨等原因，使其在20世纪80年代中后期迅速发展，现以成为欧洲最大的生产国和使用国。
在亚洲，日本出于节能的需要，在20世纪60年代开始试制塑料异型材，韩国发展较晚，只有十几年历史，其市场容量也相当巨大。
1.2国内外主要工艺路线介绍
PVC扣板的生产工艺在国内外已相当成熟挤出成型工艺，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）在挤出机的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[3]。
螺杆挤出机又可分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机目前单螺杆挤出机是生产上用得最多的挤出设备，也是最基本的挤出机。
多螺杆挤出机中双螺杆挤出机近年来发展最快，其应用也逐渐广泛。
目前，在PVC塑料型材的加工中，双螺杆挤出机已成为主要生产设备，单螺杆挤出机已被逐步淘汰。
但在其它聚合物的挤出加工中单螺杆挤出机仍占主导地位[4]。
单螺杆挤出机特点：
①．结构简单，价格低。
②．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。
③．操纵容易，工艺控制简单。
双螺杆挤出机：
①．结构复杂，价格高。
②．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。
③．产量大，挤出速度快，单位产量耗能低。
根据实践可以看到单螺杆挤出机适合粒料加工，它使用的原料是经造粒后的颗粒或经粉碎的颗粒料。
而双螺杆挤出机适合粉料加工，它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。
同时双螺杆挤出机生产的PVC扣板的物理、力学性能优于单螺杆挤出机，比较如下：
表1.1双单螺杆挤出机生产的PVC扣板的物理、力学性能比较
项目
指标
双螺杆生产扣板
单螺杆生产扣板
检测标准
密度/（g/m3）
1.5～1.8
1.5～1.8
1.5～1.8
GB/T1033-1986
拉伸强度/MPa
≥18
28
10
GB/T1022-1991
落球冲击强度
10不破裂
10次不破裂
2次不破裂
GB/T1112-1985
维卡软化点/c
75
80
70
GB/T1633-1979
所以，通过对双单螺杆挤出机生产的PVC扣板的物理、力学性能比较，本车间选用双螺杆生产设备。
1.3设计依据
本设计主要依据《生产聚氯乙烯装饰扣板项目任务书》以及国家标准GB/T2133-95《室内装饰用硬聚氯乙烯（PVC-U）挤出型材》。
1.4产品方案
1.4.1产品规格
通过对市场的了解，产品规格为25×0.5的产品市场销售情况最好，所以产品的规格确定为6000×250×5mm，同时该规格也符合国家标准的规定。
1.4.2产品配方
生产PVC扣板的配方很多，但配方的组成大致相同。
通过查询资料比较，采用如下的生产配方[5]。
表1.2PVC扣板生产配方表
原辅材料
作用
单位（质量份）
PVC（SG-5）
树脂
100
三盐基硫酸铅
热稳定剂
4.0
二碱式亚磷酸铅
复合稳定剂
2.0
硬脂酸铅
润滑剂
1.0
硬脂酸钙
润滑剂
1.0
活性重质碳酸钙
填充剂
50
邻苯二甲酸二辛酯（DOP）
增塑剂
4.0
ACR
加工流动改性剂
2.0
氯化聚乙烯
冲击改性剂
5.0
钛白粉
着色剂
2.0
1.4.3配方各组分作用说明
PVC制品生产过程中必须加入各种助,加入各种助剂的目的是：
改善加工性能；提高制品的力学、物理、光、热、电等性能；降低制品的成本。
加入的助剂要与树脂的相容性好，助剂就分布均匀，所起的作用就可持久。
但必须是对树脂的分子结构无明显影响的物质。
加工聚氯乙烯制品需加入助剂的种类，按其功能大致可分为：
稳定剂、增塑剂、着色剂、润滑剂、填充剂等[6,7]。
（1）聚氯乙烯（PVC）是世界第二大通用树脂，是由氯乙烯单体（VCM）聚合而成的一种热塑性高分子化合物。
工业品是白色或浅黄色粉末，密度约1.4g/cm3，含氯量56%～58%。
低分子量的易溶于酮类、酯类和氯代烃类溶剂，高分子量的则难溶解，具有极好的耐化学腐蚀性。
到2004年底，我国PVC生产企业约有七十家，产能660万t[8,9,10]。
其中糊树脂近三十万吨。
PVC产能超过20万t/a的企业9家，产能合计268万t/a，占总产能的40%；产能超过l0万t/a的企业23家，产能合计447万t/a，占总产能的68%。
2004年产量达到503万t，同比增长18%。
表观消费量662万t，同比增长11%。
进口163万t，同比减少7%。
2005年上半年累计产量295万t，同比增长22%。
由此可知，PVC扣板的原材料来源是充足的。
[11]表1.3PVC树脂型号表
生产PVC扣板所用的树脂必须符合挤出加工的要求，本设计中选用SG-5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
（2）稳定剂
纯的PVC树脂对热极为敏感，当加热温度达到90℃以上时，就会发生轻微的热分解反应，由于PVC树脂分子结构的热不稳定性，所以在加工过程中产生降解作用，释放出HCl气体，随着降解程度的加剧，PVC树脂由白色→淡黄色→橘黄色→橘红色→棕色→黑色。
从变黄开始伴有刺鼻的HCl酸味。
PVC降解的原因和历程比较复杂，主要是PVC分子中存在端双链及叔氯原子，处于这些不稳定处的H+和Cl-原子容易脱除，生成HCl逸出，如果不抑制HCl的产生，则会继续降解，不断脱出HCl，使PVC分子链形成共轭多烯结构，并使PVC大分子裂解成许多工作小分子，因此必须提高PVC的热稳定性。
为此在加工过程中要加入稳定剂进行抑制。
在PVC塑料生产中通常使用铅盐类稳定剂、有机锡稳定剂、稀土稳定剂、金属皂类稳定剂、稀土复合稳定剂等。
目前，双螺杆挤出机生产PVC塑料普遍使用复合稳定剂，复合稳定剂是指该稳定剂除具有热稳定作用外，还具有润滑、耐候等综合作用。
它的用量明显小于铅盐类热稳定剂。
复合稳定剂的主要成分是脂肪酸类金属皂，其脂肪酸含量均大于70%。
铅盐类稳定剂
（3）润滑剂
聚氯乙烯树脂在加工过程中，由于导热性能差，会在加工机械的高温表面上，产生粘附现象，导致加工设备载荷增加及熔体缺陷和熔体破裂；另外在树脂内部分子间相互摩擦产生过热会导致PVC树脂分解。
为防止上述倾向，降低PVC树脂混合熔体温度和降低摩擦热，保持PVC制品表面光滑，减少加工能耗，提高提高加工速度，需要加入的一种助剂为润滑剂。
常用的内润滑剂是脂肪酸及其酯类，如硬脂酸、硬脂醇、硬脂酸丁酯等。
外润滑剂通常为低分子蜡如石蜡、PE蜡等。
润滑剂的加入数量要适当，否则会产生一系列质量问题。
加入量少能引起粘附现象，加入过量会出现“喷霜”现象，损害制品的外观及二次加工性能，或在加工中引起出料不正常，难以塑化，这都能影响PVC树脂的加工性能和制品的质量。
（4）改性剂
添加改性剂的目的是为了克服PVC制品性能上的固有缺陷，或希望其达到某一种特殊性能要求。
通常只是为了改善PVC制品在较低温度下工作时所呈现的脆性。
氯化聚乙烯：
它具有良好的耐候、耐油、耐老化、耐化学药品、耐臭氧、阻燃性能，它与各种塑料、橡胶有极好的相融性及高填充性，它是优良的塑料改性剂，也是综合性能优良的特种橡胶。
尤其是CPE-135A可以有效地提高PVC树脂的低温冲击性能。
（5）填充料
填充料是一种能赋予塑料某些优良性能，而不影响其质量，并能降低塑料成本的一种助剂。
碳酸钙。
碳酸钙是无机化合物，它的表面是亲水疏油，在聚合物内部分散性极差，也不能与聚合物产生化学结合。
要成为优良的填充剂，必须对其表面进行活性改性。
碳酸钙加入对PVC制品热变形温度上升影响不大，但会PVC板材热膨胀系数减小，因而成型收缩率降低，提高了PVC板材尺寸精密度。
加入碳酸钙能使PVC材料热导率提高，有利于其加热熔融及冷却固化。
碳酸钙加入可产生消光现象，影响PVC材料的光泽度和透明性，增加相对密度和吸油性，降低耐化学腐蚀性能。
大量加入碳酸钙还会影响PVC材料的加工性能。
（6）着色剂
着色剂不仅可以美化塑料管材的外观，而且兼有抗氧、耐热、耐光和稳定作用。
PVC-U管常用的着色剂是颜料。
主要品种有：
钛白粉、炭黑、酞青蓝等。
钛白粉是常用的色料，它一种无机颜料，在日光下非常稳定，不溶于稀硫酸，耐热性良好，着色盖底力强，是白色颜料中最优良的品种。
钛白粉通常有锐钛型和金红石型两种。
锐钛型质较软，带蓝白色，其特点是：
白度高、着色力强、价格低，但耐候差。
金红石型的特点是：
白色较高、着色力强、耐候性好，但价格高。
钛白粉颜料中通常含TiO2越少，其遮盖力越小。
（7）加工助剂
为了提高配方混合料在混合过程中的分散均一性，缩短在挤出过程中的熔融塑化时间，增加凝胶扭矩，减少挤出时因压力波动而造成的物料流动态的波动和改善产品的外观质量，添加少量的加工助剂是必要的，同时也有利于产品性能的优化。
在PVC塑料中常选用丙烯酸类共聚物，其中ACRA，又称ACE是使用最多的加工助剂。
1.5产品质量指标
1.5.1外观尺寸
型材表面不应有影响使用的凹凸、伤痕、变形、杂质、色差、光泽不匀等缺陷。
型材侧边的弯曲应成≤1.5mm/m，长度不允许负偏差，材壁厚应≥0.7mm。
1.5.2理化性能
在国标QB/T2133一1995中对PVC扣板的各项理化性能都做了明确的规定，如下表：
表1.4PVC扣板的理化性能指标
序号
项目
指标
1
加热变化率，%
≤3.0
2
加热后状态
气泡、裂纹、麻点等不允许
3
耐丙酮性
无可见缺陷
4
落锤冲击
通过
5
高低温尺寸变化率，%
≤0.2
6
耐钉性
不裂
7
氧指数,%
≥40
8
水平燃烧，级
1
9
垂直燃烧，级
FV-0
1.6工艺流程叙述
PVC扣板规格和形式很多，但生产工艺流程基本上如下图所示[12]:
PVC扣板工艺流程图
[13,14]比较上述二种挤出机，表1.5部分可用于生产扣板的双螺杆挤出机主要参数
型号
参数
螺杆直径D/mm
45/90
55/100
65/120
80/143
2
2
2
2
机头的作用是使挤出成型机连续提供的熔化的和具有压力的塑料熔体通过其特定的流道进入口模而形成特定的结构或形状。
PVC扣板主要采用直角机头，主要是因为这样使熔体流动的阻力小。
同时PVC扣板的质量很大程度上取决于模具的设计和加工精度，必须保证熔体呈流线型，保证扣板表面的光滑。
1.6.4挤出辅机
扣板挤出辅机一般由定型冷却装置、牵引装置、切割装置等组成。
（1）冷却定型装置
由于PVC扣板是一种内部多孔的异型板材，对于这种形式的产品主要采用的是夹套式定型装置的方法。
是一种借助板外抽真空而将板材外壁吸附在定径套内壁上进行冷却，以确定板材外径尺寸。
由于定型装置中不用阻住管内的压缩空气，无需气塞，使操作相对容易。
夹套内分隔成三个密封室：
中部为真空室，比较靠近进料端；两端是冷却室，供冷却水循环。
为了提高冷却效率，冷却室中可设置挡板。
真空段在定型套内壁上有真空孔与真空室相通。
为保证管壁充分吸附，孔的分布比较密集且均匀。
孔径为0.5～0.7mm。
定型与冷却装置组合在一起，达到冷却定型的目的。
（2）牵引装置
（3）切割装置
1.6.5扣板印花
①表2.1捏合工段物料损耗系数一览表
②物料平衡计算
进入本工序的物料量=出料量/1-本工序的损失率
进入输送的物料量:
950*/（1-0.2）=951.9kg
[*半成品混合料1吨其中有加入回收料5%,则1000（1-5%）=950kg]
进入低速混合的物料量:
951.9kg/（1-0.1%）=952.9kg
进入高速混合的物料量:
952.9kg/（1-0.1%）=953.9kg
进入筛选输送的物料量:
953.9kg/（1-0.5%）=958.7kg
③混合工段物料平衡表
表2.2混合工段物料平衡表
工序
输入
输出
物料kg
回收kg
小计kg
物料kg
损失kg
小计kg
筛选输送
958.7
958.7
953.9
4.8
958.7
高速混合
953.9
953.9
952.9
1.0
953.9
低速混合
952.9
952.9
951.9
1.0
952.9
输送
951.9
951.9
950
1.9
951.9
半成品
950
50
1000
1000
1000
合计
1000
1000
（2）挤出成型工段物料衡算
①挤出成型工段损耗率:
表2.3挤出成型工段损耗率
工序
自然损耗
扫地
下脚料
一次成品
百分率%
0.1
0.4
5.5
94
②物料平衡计算:
混合料需求量:
（3000吨/年）/94%=3191吨/年
自然损耗占:
3191③挤出成型工段物料平衡表:
表2.4挤出成型工段物料平衡表
工序
物料输送
自然损耗量
扫地料
下脚料
成品
物料量T
3191
3.19
12.8
175.5
3000
（3）物料中各组分的需要量
表2.5物料中各组分的需要量
原料名称
配料份数
百分率（%）
每吨产品消耗定额（kg）
3000吨制品消耗原材料
每年消耗量（t）
每天消耗量（t）
每小时消耗量（kg）
PVC
100
58.48
584.8
1754.4
5.848
243.67
三盐
4
2.34
23.4
70.2
0.234
9.75
二盐
2
1.17
11.7
35.1
0.117
4.88
Pbst
1
0.58
5.8
17.5
0.058
2.43
Cast
1
0.58
5.8
17.5
0.058
2.43
CaCO3
50
29.24
292.4
877.2
2.924
121.83
DOP
4
2.34
23.4
70.2
0.234
9.75
ACR
2
1.17
11.7
35.1
0.117
4.88
CPE
5
2.92
29.2
87.7
0.292
12.18
TiO2
2
1.17
11.7
35.1
0.117
4.88
（4）根据衡算,计算出实际每年需求量及日需要量和每小时需要量
根据物料衡算,混合料年需要量为3191吨,计算出每年需要配好的粉料量为3219.7吨,即3191
输送
低速混合
筛选输送
高速混合
3060.1t/a
3197.2t/a
3200.4t/a
3203.6t/a
3.2t/a损失
6.4t/a损失
3.2t/a损失
16.1t/a损失
图2.1
表2.6原料消耗综合表
原料
名称
配料份数
百分率（%）
每吨产品消耗定额（kg）
消耗量
用途
每年（t）
每天（t）
每时kg）
PVC
100
58.48
584.8
1789.55
5.97
248.55
树脂
三盐
4
2.34
23.4
71.61
0.24
9.95
热稳定剂
二盐
2
1.17
11.7
35.80
0.12
4.97
稳定剂
Pbst
1
0.58
5.8
17.75
0.06
2.47
润滑剂
Cast
1
0.58
5.8
17.75
0.06
2.47
润滑剂
CaCO3
50
29.24
292.4
894.77
2.98
124.27
填充剂
DOP
4
2.34
23.4
71.61
0.24
9.95
增塑剂
ACR
2
1.17
11.7
35.80
0.12
4.97
改性剂
CPE
5
2.92
29.2
89.35
0.30
12.41
改性剂
TiO2
2
1.17
11.7
35.80
0.12
4.97
着色剂
整个扣板生产线采用青岛顺德塑料机械有限公司成套设备,根据其提供技术数计算如下:
2.2.1电能
查得SJSZ-65/132锥形双螺杆挤出机的生产能力250kg/h,则需生产线条数:
3191/（7208表2.7扣板生产线设备表
生产线配置
设备名称
功率Kw
总功率Kw
主机部分
主机驱动电机
37
62.75
真空泵
1.5
油循环泵
0.55
冷却风机
6×0.25
陶瓷加热器
20
自动上料器
2.2
冷却定型
真空泵
4
4.75
水泵
0.75
牵引机
电机
3
3
切割机
切割机
1.1
1.1
粉碎机
表2.9能量消耗综合表
序号
名称
单位
每吨产品消耗定额
消耗量
每时
每天
每年
1
电能
kWh
676.9
282.1
6769.4
2030814
2
泠却水
m3
29.03
12.10
290.28
87084
3
气
m3
182.42
76.01
1824.16
547248
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