塑料管材工艺设计课程设计.doc
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1、课 程 设 计 任 务 书一. 设计题目:塑料管材工艺设计二. 设计任务:1、原料名称:PPR树脂(根据制品的性能选择型号)及各种配料。2、产品要求: 外径32mm,壁厚5.4mm的PPR热水管。 3、生产能力: 年产4000吨管材。4、已知条件:年工作日300天,原料自然损耗率0.10.15%,制品合格率85-95%;线重2900g/m,承受的应力1.0MPa,水的比热:0.998CalkgoC,三. 设计要求:1图纸(1)工艺设计:工艺流程图(包括配料和挤出)。(手工绘图)(2)设备设计:管机头总装图。(计算机绘图,A3打印)2设计说明书:(用毕业设计纸)(1)设计任务书及原始资料。(2)
2、设计概述:设计依据、原理、设计结果简述。(3)工艺设计计算:物料衡算、热量衡算、设备选型。(4)非定型设备的设计。(管材机头)(5)设计评价:自我评价优缺点、创新性、可靠性等。四. 参考文献:塑料工艺设计及研究指南,塑料挤出成型技术,橡胶塑料机械产品样本,聚合物加工工程,塑料模具设计等。五. 时间安排:第一周 文献检索、工艺计算;第二周 草图和书写设计说明书;第三周 完成正式图纸。一.绪论41.1聚丙烯简介41.2聚丙烯的性能41.3聚丙烯塑料的应用范围51.4聚丙烯改性方面61.5聚丙烯改性管81.6无规共聚聚丙烯简介81.7聚丙烯的发展9二.设计概述92.1.配方设计92.1.1塑料配方设
3、计原则92.1.2配方102.1.3配方设计说明112.2 生产方法122.3 生产工艺过程122.3.1工艺流程122.3.2挤出工艺控制因素132.3.3PPR管材挤出工艺过程说明14三.工艺设计计算153.1 物料横算153.1.1物料衡算的意义153.1.2物料横算的方法153.1.3物料衡算的计算173.2.热量恒算183.2.1热量恒算的意义183.2.2热量恒算的方法183.3热量恒算的计算20四设备的计算与选型204.1设备的选择原则204.2设备的选择目的214.3挤出机的选型214.4辅机的选型234.4.1混合设备234.4.2上料装置234.4.3成型后辅机选型244.
4、4.4打印机264.4.5破碎机264.5全年所耗水量和耗电量的计算264.5.1全年耗水量计算:264.5.2全年耗电量计算:27五.非定型设备的设计(管材机头)275.1管材机头的结构组成275.2机头的作用及分类285.3.机头设计基本原则295.4.机头设计过程295.4.1口模设计295.4.2芯模设计305.4.3分流器及其支架315.4.4 机头的调节32六 设计评价33七 参考文献34一.绪论1.1聚丙烯简介聚丙烯采用齐格勒-纳塔催化剂使丙烯催化聚合而得,它是分子链节排列得很规整的结晶形等规聚合物。聚丙烯按其结晶度可以分为等规和无规聚丙烯,等规聚丙烯为高度结晶的热塑性树脂,结晶
5、度高达95%以上,分子量在8-15万之间,而无规聚丙烯在室温下是一种非结晶的、微带粘性的白色蜡状物,分子量低(3000-10000),结构不规整缺乏内聚力,应用较少。聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一,也是通用塑料中发展速度最快、产量最大、牌号最多、用途最广的合成树脂之一,被广泛应用于工业中各个领域。PP 原料来源丰富、价格便宜、易于成型加工,且具有有密度小、力学性能优良、电绝缘性良好、介电常数较小、耐应力开裂和耐化学药品等优点。1.2聚丙烯的性能聚丙烯的分子结构为典型的主体规整结构,为结晶聚合物,其分子量为1050万。比重:0.9-0.91克/立方厘米 成型收缩率:1.0-2.5% 成型温度:
6、160-220其特点是强度刚度,硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆、不耐磨、易老化.适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件。具体为:(1) 物理性能 :聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物,密度只有0.90-0.91g/cm3,是日前所有塑料中最轻的品种之一。它对水特别稳定,在水中24h的吸水率仅为0.01%,分子量约8-15万之间。成型性好,但因收缩率大,厚壁制品易凹陷。制品表面光泽好,易于着色。 (2) 力学性能:聚丙烯的结晶度高,结构规整,因而具有优良的力学性能,其强度和硬度、弹性都比HDPE高,但在室温
7、下和低温下,由于本身的分子结构规整度高,所以冲击强度较差,分子量增加的时候,冲击强度也增大,但成型加工性能变差。PP最突出的性能就是抗弯曲疲劳性,如用PP注塑一体活动铰链,能承受7*10的7次方次开闭的折迭弯曲而无损坏痕迹,干磨擦系数与尼龙相似,但在油润滑下,不如尼龙。 (3) 热性能:PP具有良好的耐热性,熔点在164-170摄氏度,制品能在100摄氏度以上温度进行消毒灭菌,在不受外力的,150摄氏度也不变形。脆化温度为-35摄氏度,在低于这个温度以下会脆化,耐寒性不如聚乙烯。 (4)化学稳定性:聚丙烯的化学稳定性很好,除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外,对其它各种化学试剂都比较稳定,但低分子量的脂
8、肪烃、芳香烃和氯化烃等能使PP软化和溶胀,同时它的化学稳定性随结晶度的增加还有所提高,所以聚丙烯适合制作各种化工管道和配件,防腐蚀效果良好。 (5) 电性能:聚丙烯的高频绝缘性能优良,由于它几乎不吸水,故绝缘性能不受湿度的影响。它有较高的介电系数,且随温度的上升,可以用来制作受热的电气绝缘制品,它的击穿电压也很高,适合用作电气配件等。抗电压、耐电弧性好,但静电度高,与铜接触易老化。(6) 耐候性:聚丙烯对紫外线很敏感,加入氧化锌、硫代丙酸二月桂酯、碳黑或类似的乳白镇料等可以改善其耐老化性能。1.3聚丙烯塑料的应用范围聚丙烯是一种热塑性树脂,其原料丰富易得,价格便宜、利用率高、性能良好,主要用途
9、为制造塑料制品,如家用器具,无线电和电视设备, 包装用薄膜,可消毒的医疗器皿,合成纤维,丝束以及非织造布等聚丙烯的用途具体为: (1) 薄膜制品:聚丙烯薄膜制品透明而有光泽,对水蒸气和空气的渗透性小,它分为吹膜薄膜、流延薄膜(CPP)、双向拉伸薄膜(BOPP)等(2) 注塑制品:可用于汽车、电气、机械、仪表、无线电、纺织、国防等工程配件,日用品,周转箱,医疗卫生器材,建筑材料。(3) 挤塑制品:可做管材、形材、单丝、渔用绳索。打包带、捆扎绳、编织袋,纤维,复合涂层,片材,板材等。吹塑中空成型制品各种小型容器等。 (4) 其它:低发泡、钙塑板,合成木材,层压板,合成纸,高发泡可作结构泡沫体。1.
10、4聚丙烯改性方面PP 耐寒性差、低温易脆裂,制品尺寸收缩率大、与其他极性聚合物和无机填料的相容性差等缺陷,限制了它的应用范围和功能发展,所以必须通过各种物理和化学方法对其进行改性处理,以使其性能得到改善,扩大应用范围,满足不同的需求。PP 改性可分为化学改性和物理改性两种方法。化学改性主要指共聚、接枝、交联等,通过改变PP 的分子结构以达到改性的目的。物理改性主要指共混、增强、填充等,通过改变PP 的分子聚集态结构,以达到改善材料性能的目的。1.聚丙烯的化学改性共聚改性共聚改性是采用高效催化剂在聚合阶段进行的改性。当丙烯进行聚合时,可通过加入烯烃类单体进行共聚,生产无规、嵌段、交替等共聚物,以
11、提高均聚PP 的冲击性能、透明性和加工流动性。常用的生产PP 共聚物的方法有两种:(1)茂金属催化剂应用于PP 嵌段共聚。(2)改进的Ziegler-Natta 高效催化剂用于PP 的共聚。接枝改性PP 接枝改性就是在PP 分子中引入其他基团,既可赋予PP 某些特殊功能,又能很好地保持PP的优异特性。用来接枝的单体主要有马来酸酐(MAH)、丙烯酸(AA)及其酯、甲基丙烯酸及其酯、苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等PP 的接枝方法主要有溶液接枝法、熔融接枝法、固相接枝法和悬浮接枝法等 交联改性PP的交联方法有辐射交联和化学交联。两种交联的本质区别在于引起交联反应的活性源的生成机理不同。PP 分子链在
12、辐射或有机过氧化物作用下生产自由基,进一步分解或起交联反应。聚丙烯的物理改性共混改性共混改性是指两种或两种以上聚合物材料无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺混,最终形成一种宏观上均匀且力学、热学、光学及其他性能得到改善的新材料的过程。增强改性PP 的增强改性中应用的增强材料主要是玻璃纤维及其制品,此外还有碳纤维、有机纤维、硼纤维、晶须等。在玻璃纤维增强PP 中,用得较多的玻璃纤维为无碱玻璃纤维和中碱玻璃纤维,其中无碱玻璃纤维的用量最大。填充改性填充PP的常用无机填料有碳酸钙(CaCO3)、硅灰石、滑石粉、二氧化硅(SiO2)等;常用的有机填料有木粉、淀粉、稻壳粉等。1.5聚丙烯改性管改性聚丙
13、烯是指将聚丙烯树脂通过物理或化学的方法,使其性能发生预期的变化,或赋予材料新的功能而得到的树脂。以改性聚丙烯料生产的管材为改性聚丙烯管。这种改性聚丙烯管材除了具有聚丙烯管材的耐酸、耐碱、耐化学腐蚀、耐热性好的性能外,还具有耐低温冲击性、耐老化性和耐光性能。改性聚丙烯管的用途和普通聚丙烯管用途相同,用于给水管、化工液体和气体的输送,农业用排灌,热交换管和太阳能热交换器管等,但其性能优于普通聚丙烯管。1.6无规共聚聚丙烯简介 乙烯丙烯无规共聚物是由乙烯分子和丙烯分子同时进行聚合反应而制得的,所用反应器与生产PP均聚物的一样。乙烯分子比丙烯分子小,反应快于(反应活性约十倍)丙烯。这使催化剂的立体定向
14、性减弱而活性增大,从而导致无规聚丙烯生成量增多。 无规共聚聚丙烯性能特点:随着乙烯含量的增加,其刚度和冲击强度有所提高,加工时熔融温度宽,成型加工性较好,其制品具有韧性,耐寒性,冲击性能高和透明度较好等特点,但其熔点,脆化点,刚性和结晶度较低。聚丙烯无规共聚物(PPR)性能见表3项目性能指标项目性能指标溶体流动速率(g/10min)0.170.25冲击强度(KJ/m2)103.8拉伸屈服强度(Mpa)24冲击强度(KJ/m2)-30破坏拉伸断裂强度(Mpa)19维卡软化点(1000g)138断裂伸长率%500弯曲模量(Mpa)810PPR管产品应用范围(1)住宅冷热水管道系统(2)工业用水及化
15、学物质输送(3)纯净水饮用管道(4)饮料、药物输送系统(5)压缩空气用管(6)其他工业用管1.7聚丙烯的发展丙烯聚合催化剂“Ziegler-Natta”催化剂是聚丙烯生产的核心,聚丙烯生产技术的不断发展依赖于丙烯聚合催化剂的不断更新换代。自从K.Ziegler与G. Natta于50年代初发明这类独特而奇异的催化剂以来,“Ziegler-Natta”催化剂大体经历了四代的发展。从第一代发展到第二代,主要是催化剂制备工程中通过用给电子体处理催化剂来达到提高催化剂活性和立体定向能力的目的。关于给电子体的作用,目前人们还不完全请粗,尽管它已被广泛应用于丙烯聚合催化剂中,并起着非常重要的作用。二.设计
16、概述2.1.配方设计2.1.1塑料配方设计原则塑料配方设计师充分运用添加组分(添加剂或助剂)的性能改善和跳高树脂缺陷或不足的过程。在配方设计时应坚持以下原则:(1) 满足最终使用性能与耐久性原则塑料制品制备过程中的选材、配方设计、产品设计、成型加工及制品的后处理等工序,最终的目的就是制备出质量优良,满足应用要求的制品。配方设计时主要任务是弄清使用环境条件、使用性能要求,才能选择合适的树脂。(2) 抓主要矛盾的原则选登树脂后,通过对树脂性能的了解和分析,用于制备所需制品的树脂可坑存在许多缺陷或不足,这时就应该按制品性能要求,找出主次矛盾加以解决。一般情况下,解决了主要矛盾,其他矛盾也就迎刃而解。
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