长春工业大学高聚物成型工艺课程设计报告书Word下载.docx
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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18.33~20(<
21),属于易燃材料,这已成为ABS树脂进一步推广应用和发展的一大障碍。
ABS塑料制品的用途
ABS塑料制品是一种广泛应用的重要工程塑料之一,特别是它的注塑制品,在汽车工业、电子电气工业、轻工业加点及纺织和家用电器方米度得到广泛应用。
如各种家电、仪表的外壳,齿轮、叶片、轴承、洗衣机筒体及汽车装饰等;
在建筑工程中应用的管件、百叶窗、安全帽和门窗框架等;
ABS制品的电镀件可作为金属的代用品,如各种标牌和装饰件;
ABS设置的低发泡板可用来代替木材,制作各种家庭用具及建筑用木板等。
随着科技进步和生活质量的提高,人们安全意识越来越强,国外对汽车、建筑、家用电器、办公用品等方面使用的塑料材料提出了严格的防火阻燃要求,制定了相应的技术标准与规。
为此,研究和开发ABS阻燃新技术已显得十分重要。
第一章生产方法论证
2013年省德惠市宝源丰禽业公司特别重大火灾造成严重损失,调查火势蔓延过快原因就是因为其建房等材质不惧阻燃性能。
建筑用材彩钢板组成为不惧阻燃性能的XPS,科研人员研究发现可在10秒火势可蔓延到7层楼。
那么什么样的制品可能具备阻燃性能,怎样能让制品具有阻燃性能呢?
1.1降低ABS燃烧性
为了解决材料易燃等问题,世界各国都进行了大量的研究,目前研究和采用的方法大致有下列物种途径:
(1)将具有阻燃效果的氟、氯、溴、磷、氮等元素在树脂合成时引入分子链中,是高聚物本身的阻燃型得到提高,用这类高分子材料制成的建筑塑料制品,阻燃性必然提高。
(2)掺混其他高难燃聚合物的办法。
(3)在挤出聚合物中用阻燃性好的单体进行接枝的方法。
(4)采用阻燃好的单体进行共聚的方法。
(5)在基料中加入阻燃剂。
以上采用合成的办法是解决自熄性阻燃高聚物的一条重要途径,在一些经济发达国家已取得很大进展,其商品也有不少投入了市场。
但现实应用中,由于这类商品价格甚高,要解决大量的易燃高聚物材料的阻燃及低烟、低毒问题,最简单、经济和富有实效的方法是第5种方法,也就是在基料中加入添加型阻燃剂的方法。
1.2ABS的“阻燃添加剂”
对ABS塑料具有较好阻燃作用的主要有磷系、卤系有机物及某些无机化合物,其中无机阻燃剂在ABS中添加量需要达到40%以上才有较明显的效果,同时由于其添加量大,因此会严重损害ABS的物理力学性能。
而磷系阻燃剂品种、数量较少,且多数又为液体和低熔点化合物,不适用于ABS的造粒加工工艺。
因此,当前对于ABS的阻燃体系主要采用卤系阻燃剂,其中阻燃效果最好的为含溴有机化合物,如十溴联苯醚(DBDPO)、四溴双酚A等。
聚氯乙烯和CPE由于其与ABS良好的相容性和高含氯量,因而既是ABS的一种高效阻燃剂,又可作为ABS的共混改性组份。
用它还可以降低小分子阻燃剂对ABS的力学损失,但在使用过程中应充分考虑到其热稳定性差的缺点。
研究表明,十溴联苯醚和Sb2O3共同使用具有协同效应。
当DBDPO/Sb2O3为2∶1时,阻燃效率最好,氧指数最高。
其阻燃机理为:
卤素阻燃剂分解产生的卤化氢气体是不燃性气体,有稀释作用,且卤化氢能够抑制高聚物燃烧的连锁反应,同时加入辅助阻燃剂Sb2O3与HBr反应得SbBr3相对密度很大,覆盖于聚合物表面。
另外,生成的SbBr3在高温下分解,产生固体小颗粒分散于气相中,起到隔绝空气和热的作用。
1.3ABS塑料制品的成型方法
ABS熔料粘度不高,流动性好,黏度对温度变化敏感性不强,所以比较容易成型加工。
通常,采用挤出、注塑、吹塑及压延、层合、发泡和粘接等方式都可以较容易地成型各种形状的塑料制品。
另外,也可以应用机械加工切削方法成型塑料制品。
1.4挤出成型工艺概述
挤出成型是聚合物成型的重要方法之一。
挤出成型通常是将粉状或颗粒状形态的聚合物加入到挤出机筒中,在螺杆或柱塞的作用下,聚合物沿螺槽或机筒向前移动,并逐渐熔融而成为黏流体,然后通过设置在机筒端部的机头口模形成截面与口模形状相仿的连续体,最后经冷却定型,便可成型为所需形状的制品。
本设计既采用双螺杆挤出。
与单螺杆挤出过程类似,双螺杆挤出挤出过程可分成加料和固体输送、熔融及熔体输送三个阶段。
挤出工艺过程一般包括原料的准备,预热,干燥,挤出成型,挤出物的定形及冷却。
制品的牵引及卷曲(切割),有些制品成形后还须后处理。
挤出详细过程如下:
1、原料的准备和预处理
由于原料中可能含有水分,将会影响挤出成型的正常进行,同时影响制品的质量例如出现气泡,表面晦暗无光,出现流纹,机械性能降低等。
因此要进行预处理。
不同种类塑料允许含水量不同,通常应控制原料含水量在0.5%以下。
此外,原料中的机械杂质也应尽可能除去。
2、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头口模的结构特点等调整挤出机料筒各加热段和机头口模的温度及螺杆的转速等工艺参数,以控制筒物料的温度和压力分布。
根据制品的形状和尺寸的要求,调整口模尺寸和同心度及牵引等设备装置,以控制挤出物离膜膨胀和形状的稳定性,从而达到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行连续生产。
3、定型与冷却
热塑性塑料挤出物离开机头口模后仍处在高温熔融状态,具有很大的变形能力,应立即进行定型和冷却。
如果定性和冷却不及时,制品在自身的重力作用下就会变形,出现凹陷或扭曲等现象。
现阶段大部分生产均采用水冷定型,所以本设计也将采取水槽循环水冷设备。
4、制品的牵引和卷取
热塑性塑料挤出离开口模后,由于有热收缩和离膜膨胀双重效应,挤出的截面与口模的断面形状尺寸不一致。
因此在挤出热塑性塑料时,要连续的将挤出物牵引出,其目的一是帮助挤出物离开口模,保持过程的连续性,二是调整挤出型材截面尺寸和性能。
5、后处理
有些制品挤出成型后还需进行后处理,提高制品的性能。
后处理主要包括热处理和调湿处理。
在挤出较大截面尺寸的制品时,常因挤出物外冷却速率相差较大而是制品有较大的应力,这种基挤出制品成型后应在高于制品的使用温度10~20℃或低于塑料的热变形问的10~20℃的条件下保持一定时间,进行热处理以消除应力。
本次设计的产品冷却后为硬质型材,牵引装置送出达到一定长度后切断,并送往打包机打包。
第二章原料配方
2.1主要原料
1.ABS树脂
国生产挤出成型塑料制品用ABS树脂的厂家主要有:
化学工业工业合成橡胶厂、高桥石油化工公司和化学工业股份。
本次设计采用高桥石油化工公司ABS树脂。
其产品性能参数见表2–1。
表2-1高桥石油化工公司ABS树脂
项目
测试方法
EM–100
EH–100
EHL–100
ESH–100
SP
SRS
MVS
SLS
悬臂梁抗冲击强度/J·
m-1
22.7℃
-28.8℃
ASTMD256
266.7
117.3
400
176
346.7
186.7
435.4
192
拉伸强度/MPa
ASTMD638
44.8
34.5
35
弯曲模量/MPa
ASTMD790
2344.3
2206.4
1930.6
1861.7
洛氏硬度
ASTMD785
110
106
96
95
热变形温度(18.5kg/cm2)/℃
未退火
退火
ASTMD648
90.6
96.1
88.9
94.4
85
86.1
微卡软化点/℃
ASTMD1525
108.3
104.4
101.7
102.8
光泽度/%
ASTMD532
75
融融温度/℃
210~227
221~240
204~221
密度(g/cm3)
1.05
用途
中抗性,韧性好,光泽好。
用于卫生浴室冷却器
高抗性,拉伸性能好。
用于行提箱、滑雪车体
高抗冲,高光泽度,低温韧性、耐化学性好。
用于冰箱衬里、手提式冷却器、浴盆
超高抗冲,拉伸性能好。
用于精细尺寸注件、娱乐用车辆
2.主阻燃剂
十溴联苯醚
用途及特点:
十溴联苯醚为白色微细粉末,溶点:
304-309℃,含溴量大于82%,密度3.02,几乎不溶于所有溶剂,5%热量失重时温度大于320℃,热稳定性好,是一种无毒、无污染的高效阻燃剂。
本品为添加型阻燃剂,溴含量大,阻燃性能高,热稳定性好,适用于聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂ABS树脂、尼龙、聚烯烃、不饱和聚酯、聚苯醚等物质的阻燃。
产品选型:
振江化工(25000.00元/吨)
表2-2主要标准及特性
化学物质
十溴联苯醚(C12Br10O)
产品状态
白色微细粉末。
包装
复合纸袋包装,层用塑料薄膜袋,每袋净重25kg或提供500kg,1000kg的集装袋包装。
产品主要特点
溶点:
304-309℃,含溴量大于82%,比重为3.02,几乎不溶于所有溶剂,5%热量失重时温度大于320℃,热稳定性好,是一种无毒、无污染的高效阻燃剂。
应用围
用于聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂ABS树脂、尼龙、聚烯烃、不饱和聚酯、聚苯醚等物质的阻燃。
网络实名
十溴联苯醚
表2-3质量指标
序号
项目
单位
指标
特级
一级
二级
1
熔点
℃
300
2
白度
%≥
93
90
3
溴含量
%
92
4
游离溴含量(mg/kg)
%≤
20
50
5
三氧化二铁Fe2O3
10
6
铝含量(mg/kg)
60
7
挥发价(%)
0.05
8
平均粒数
%μm
9
外观
白色微细粉末
3.辅阻燃剂
Sb2O3是应用最早的阻燃剂,适用于环氧树脂、聚氨酯、氯丁橡胶、聚苯乙烯、聚氯乙稀、聚酯等,单独使用时用量要大,阻燃效果差,当与卤素化物并用时则有良好的协同效应,阻燃效果明显提高。
反应放出H2O并生成熔点较低、能够气化的卤化锑,起稀释可燃性气体的作用。
同时他的相对密度较大,覆盖于高分子材料表面隔绝空气,能促进炭化反应,降低燃烧系统的温度,能捕捉燃烧过程中气相里游离的HO·
和H·
,从而抑制燃烧。
实际上三氧化二锑是普遍使用的阻燃剂协效剂,与卤素化物之比以3:
1最佳。
恒昌锑白厂
包装:
每袋净重25kg。
包装搬运储存:
应小心轻放,注意防潮。
Sb2O3性能参数表:
牌号DYSb2O395
HY-A级
HY-B级
HY-C级
化学成分
(%)
三氧化二锑(Sb2O3)>
≥
98.00
96.00
95.00
三氧化二砷Asb2O3)≤
1.50
3.50
4.50
氧化铅(PbO)≤
0.04
0.08
0.10
三氧化二铁(Fe2O3)≤
0.02
0.005
0.006
氧化铜(CuO)≤
0.001
0.002
硒(Se)≤
0.004
物理性能
白度%
97.0
96.0
95.0
5.2
粗粒级≤
2.5um
细粒级≤
1.6um
超细粒级≤
0.9um
微粒级≤
0.4um
2.2助剂的选择
1.甲基锡TMI81FS
应用特点:
甲基锡热稳定剂TM—181FS、TM—181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。
市光恒塑化。
指标:
项目指标色泽≤100,粘度0.02~0.08,密度1.17~1.19,锡含量%19.0,包装:
圆铁桶,净重:
220kg。
2.SBS
SBS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0.92~0.95。
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。
中石化燕化石油化工股份
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0.3~0.8份。
主要应用:
塑料在许多热塑性和热固性塑料中作为部和外部滑剂。
浩化实业责任。
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%
ABS
76.6
十溴二苯醚
13
三氧化二锑
5.3
甲基锡TM181FS
1.5
SBS
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
损耗率%
0.2
0.3
0.1
合计算%
0.5
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:
310×
24小时=7440小时
(3)总损耗率1.4%
3.5物料衡算
ABS基料:
年需=1014.2×
76.6%=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:
13%=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:
5.3%=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:
1.5%=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:
3%=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:
0.6%=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
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m3
ABS基料
776.8771
2.50606
104.42
739.883
2.3876
1.07
131.846
0.4253
17.72
123.22
0.3975
53.7526
0.1735
7.225
10.3370
0.0333
甲基锡TM181FS
1.18
15.213
0.04907
2.0447
12.8924
0.0416
0.95
30.426
0.09815
4.09
32.0274
0.1033
硬脂酸胺
0.91
6.0853
0.01963
0.818
6.687
0.0216
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。
质量=每天需×
4=10.02424(吨)
体积=每天体积×
4=9.5504(m3)
质量=每天需×
26=11.0578(吨)
26=10.335(m3)
26=4.511(吨)
26=0.8658(m3)
质量=每天需×
26=1.27582(吨)
26=1.0816(m3)
26=2.5519(吨)
26=2.6858(m3)
26=0.51038(吨)
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/(1000×
1.18)=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
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