高聚物成型工艺学课程设计说明书Word格式.docx
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三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物,一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相,另一个是聚丁二烯橡胶分散相。
ABS塑胶原料的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。
1、综合性能较好、冲击强度较高、化学稳定性、电性能良好。
2、与有机玻璃的熔接性良好、制成双色塑件、且可表面镀铬、喷漆处理。
3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。
4、流动性比HIPS差一点、比PMMA、PC塑胶原料等好、柔韧性好。
5、ABS塑料具有优良的综合性能,有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性,成型加工和机械加工较好。
6、ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类,不溶于大部分醇类和烃类溶剂,而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。
我国是世界最大的ABS树脂消耗国,近年ABS树脂每年消耗量已超过120t。
1999我国ABS产量约15万t/a,进口量为133万t,2000年1-9月已进口95万t,市场潜力非常大。
目前ABS我国自给率很低,需靠大量进品来满足需求,世界其它国家和地区纷纷向我倾销产品,在大陆的合资生产厂拟扩建产能,形成供应基地,如韩国LG公司准备于2001年将甬兴ABS装置产能提高到30万t/a,同时世界各ABS生产厂家纷纷在中国申请专利,强化和扩大对中国市场的影响及占有率。
1、性能特点ABS在一定温度范围内具有良好的抗冲击强度和表面硬度,有较好的尺寸稳定性、一定的耐化学药品性和良好的电气绝缘性。
它不透明,一般呈浅象牙色,能通过着色而制成具有高度光泽的其它任何色泽制品,电镀级的外表可进行电镀、真空镀膜等装饰。
通用级ABS不透水、燃烧缓慢,燃烧时软化,火焰呈黄色、有黑烟,最后烧焦、有特殊气味,但无熔融滴落,可用注射、挤塑和真空等成型方法进行加工。
2、级别与用途 ABS按用途不同可分为通用级(包括各种抗冲级)、阻燃级、耐热级、电镀级、透明级、结构发泡级和改性ABS等。
通用级用于制造齿轮、轴承、把手、机器外壳和部件、各种仪表、计算机、收录机、电视机、电话等外壳和玩具等;
阻燃级用于制造电子部件,如计算机终端、机器外壳和各种家用电器产品;
结构发泡级用于制造电子装置的罩壳等;
耐热级用于制造动力装置中自动化仪表和电动机外壳等;
电镀级用于制造汽车部件、各种旋钮、铭牌、装饰品和日用品;
透明级用于制造度盘、冰箱内食品盘等。
与多数有机高分子材料一样,ABS树脂为可燃材料,其极限氧指数低(18.3%~18.8%),按UL94标准属于HB级别。
ABS着火时燃烧速度快,并且放出大量毒气和黑烟,不利于实际应用。
因此,在过去的50多年中,人们对阻燃ABS进行了大量研究开发。
ABS是良好的绝缘材料,其电性能不随温度和湿度的改变而变化很大。
阻燃ABS主要应用于电话、电脑等电子电气设备外壳、汽车内部构件和外部构件、小型电器、工具的外壳等。
降低ABS树脂燃烧性主要有三个途径:
使用阻燃型聚合物与ABS共混,如CPE、PVC;
对现有的ABS树脂进行化学改性
通过通用的方法向ABS中加入阻燃剂。
阻燃型聚合物具有高效的阻燃作用。
二、挤出成型工艺概述
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,一种变化多、用途广、在塑料加工中占比例很大的加工方法。
在挤出制成的产品都是和横截面一定的连续材料,如管、板、丝、薄膜,电线电缆的涂覆等。
挤出成型是高分子材料加工领域中变化众多、生产效率高、适应性强、用途广泛、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在挤出机的螺杆或柱塞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。
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。
目前,约50%的热塑性塑料制品是挤出成型的。
挤出成型有以下特点:
1.操作简单,工艺易控,可连续化、自动化生产,生产效率高;
2.应用范围广,除在塑料、橡胶、合成纤维的成型加工中广泛应用外,挤出工艺也可用于塑料的着色、混炼、塑化、造粒及聚合物的改性等;
3.根据产品的不同要求,通过改变机头口模(型),即可成型各种断面形状的产品或半成品;
4.设备简单,投资少,占地面积小。
三、设计题目
年产1000吨阻燃ABS树脂成型工艺设计
四、设计任务
(1)生产方法论证
(2)阻燃ABS树脂配方的确定
(3)挤出生产过程的物料衡算、挤出设备选型、挤出成型工艺参数设计;
(4)工艺流程图纸1张
(5)设计说明书1份
第二章原料及配方
2.1原料
1.SAN树脂,苯乙烯丙烯腈,又名SAN树脂,AS树脂。
SAN是苯乙烯系中产量最大的共聚物。
SAN是StyreneAcrylonitrile的缩写。
苯乙烯丙烯腈是苯乙烯丙烯腈的共聚物,是一种无色透明,具有较高的机械强度的聚丙烯基工程塑料。
SAN的化学稳定性要比聚苯乙烯好。
SAN类产品的透明度和抗紫外性能不如聚甲基丙烯酸甲酯类产品但是价格相对便宜。
【性状】透明椭圆柱状固体颗粒,椭圆长径4毫米,短径2毫米,柱体长度3-4毫米。
透明度高,一般有浅蓝色和浅黄色两种底色。
【密度】1.06-1.1g/cm3
【毒性】无毒
【用途】化妆品容器、圆珠笔杆、打火机外壳、冰箱抽屉、低档太空杯等。
本设计中选用的是东莞(358N)型号的SAN树脂其性能如表2-1
表2-1SAN树脂性能
项目
单位
试验方法
试验条件
ASNF2200
抗张强度
Kg/cm2
(MPa)
ASTMD-638
(ISO527)
23℃
720
(71)
弯曲强度
ASTMD-790
(ISO178)
960
(94)
弯曲模数
34000
(3330)
洛式硬度
ASTMD-785
(ISO2039/2)
M-80
Izod冲击强度
kg-cm/cm
ASTMD-256
(ISOR180)
23℃
1/4"
厚
1.7(17)
热变形温度
℃
ASTMD-648
(ISO75/A)
Unannealed
(1/2"
厚)
18.6kg/cm2
(1.82MPa)
90
熔融指数
g/10min
ASTMD-1238
(ISO1133)
200℃×
5kgf(49N)
2.6
10kgf(98N)
26
比重
g/cm2
ASTMD-792
(ISO1183)
23℃/23℃
1.07
燃烧性
UL-94
FILENO.
E162823
1/16"
HB
AllColor
2.ABS改性剂。
KT—4(丁二烯类三元共聚物),淡黄色颗粒,用于ABS增韧等,提高ABS的抗冲击性,可直接与各种ABS原料、回料等混合,直接注射成型,提高ABS制品的抗冲击强度。
表一:
ABS树脂增韧典型数据
性能
ABS
ABS+5%(KT-4)
ABS+10%(KT-4)
拉伸强度
Mpa
50
48
45
72
70
65
悬臂梁冲击强度
Kj/m
16
24
35
HE88内外平衡润滑物润滑剂白色粉末高效内外平衡润滑用于ABS,PC/ABS改性产品的内外动态润滑平衡控制,大幅度提高熔体流动性及表面光泽度,可直接用于注塑。
3.主阻燃剂:
十溴二苯醚,相对分子质量959.17,理论溴含量约为83.31%。
工业品为白色粉末,熔点300℃~310℃,溴含量约83%,真密度约3.3g/cm3,堆积密度为1.42g/cm3(密装)或1.07g/cm3(松装)。
目前使用广泛、产量很大的重要溴系阻燃剂之一,可用于阻燃剂ABS、HIPS、PP、PC、PBT、PET、PVC、热塑性弹性体、环氧树脂、不饱和聚酯、涂料、胶黏剂及纺织品。
根据我们要生产的产品,我们选择的阻燃试剂能拥有以下性能
物理机械性能-----拉伸屈服极限39.2MPa,拉伸模量2.2GPa,屈服点伸长率2.6%,弯曲强度68.9MPa,弯曲模量2.3GPa,
4.辅阻燃剂:
三氧化二锑,相对分子质量291.60,理论含锑量83.54%,白色晶体,受热时显黄色。
有立方晶型及斜方晶型,在自然界中以方锑矿及锑华存在。
不溶于水和乙醇,溶于浓盐酸、硫酸、浓碱、草酸,是一种两性化合物,与卤素阻燃剂并用以增强阻燃效能。
2.2助剂的选择
1.亚磷酸三苯酯
密度:
1.186
性状:
低于室温时为无色至淡黄色单斜晶体。
室温以上时为无色淡黄色透明油状液体,有刺激性气味。
作用:
做稳定剂,增加塑料稳定性。
2.磷酸三甲苯酯
熔点:
-33℃
密度:
相对密度(水=1)1.16
稳定性:
稳定
外观与性状:
无色或淡黄色的透明油状液体
用途:
塑料增塑剂、喷漆增塑剂
3.EBS
化学名称 N,N’-乙撑双硬脂酰胺 外观:
白色粉状
、特性:
类别:
Di-stearamideWax
闪点:
285℃
外观:
微珠状
平均粒径0.13mm
熔点:
140--145℃
酸值:
<
7mgKOH/g
胺值:
2mgKOH/g
Colour(Gardner1963):
2
ACRAWAWRC是一种高纯度ethylene-bis-stearamideWAX润滑剂,在塑料加工中它可以有效降低树脂熔融前粒子之间的摩擦,降低熔融后树脂分子之间的摩擦,从而改善加工性,节省动力消耗,提高生产率.同时,也有助于防止因摩擦产生热量过大引起的树脂热降解,而且能够降低熔融黏度,促进融体流动性,防止树脂与金属粘连,提高脱模性,其独特的化学结构不仅显示了改善聚合物树脂加工性的功能,而且能够赋予制品良好的应用性能,可作为PVC、PP、PE、PS、ABS、AS、PC、POM、PET、PA、PBT加工时的光亮剂使用.
2.
本品可用于PVC、PP、PE、PS、ABS、AS、PC、POM、PET、PA、PBT等热塑性树脂及制品中,用做润滑剂.
3.
除了作为润滑剂外,EBS同样可作为PVC、PP、PE、PS、ABS、AS、PC、POM、PET、PA、PBT等热塑性树脂的优质脱模剂.
4.
ACRAWAWRC同样可作为聚烯烃用颜料的分散剂,如:
HDPE、LDPE、PP等.
5.
ACRAWAWRC具有抗静电作用.
6.ACRAWAWRC具有良好的脱膜性能,能提高聚合物颗粒的流动性,赋予制品极佳的表面性能.
7.
添加量增加至0.5%时不会出现喷霜现象,并且不会污染制品,不会影响制品的各种性能.
8.
在胶粘剂和蜡中添加,有防结块和改善脱膜性效果.
9.
在橡胶加工中添加,可作为胶料的润滑剂、抗粘剂、脱模剂,填料的表面改性剂以及橡胶的表面处理剂,其突出性能是能改善胶板、胶管等制品的表面光泽.
三、
添加量:
可根据树脂的不同,添加量控制在:
0.1%--2%之间.
四、
储藏:
室温、干燥条件下储藏,包装开封后,需紧封开口.
五、
包装:
25公斤/袋、符合牛皮彩包装.
主要应用
(1):
塑料在许多热塑性和热固性塑料中作为内部和外部滑剂
2.3配方设计
我们通过在吉化公司的网站浏览和查找相关书籍,对比吉化公司产品我们选用了一下配方,如表2-2。
表2-2原料与配比
原料种类比例%
SAN62.4
ABS改性剂17.6
十溴二苯醚14三氧化二锑3.5
亚磷酸三苯酯1.8
磷酸三甲苯酯0.2
EBS0.5
3.1概述
工艺流程设计是以工艺流程图的形成反映制品的生产过程。
通过流程图可知道从原料进入到产品输出的过程中,物料和能量所发生的变化、流向以及生产中所经历的环节、设备和仪表等,
这部分设计是工艺流程的核心,直接关系到整个工艺设计中设备选型、工艺计算及设备布置等工作。
挤出成型主要用于热塑性塑料制品的成型,多数是单螺杆挤出,我们根据要生产的阻燃性ABS树脂的性能及技术要求,我们选用的是原料准备-预热-干燥-挤出-冷却-切割等流程。
3.2生产方法的确定
同一塑料制品可采用不同的生产方法。
从工艺的先进性和技术的可靠性考虑,本次设计阻燃ABS选择挤出成型的方法来进行生产。
根据我们的选料、选址选择的生产设备我们最终确立了上料-计量-高混-料仓-下料-挤出-冷却-吹干-切割-干燥-包装-储存的生产方法。
3.3工艺流程
3.3.1工艺流程
根据我们设计的生产方法采用如下工艺流程。
助剂----计量
ABS挤出造粒方法:
上料计量高混料仓下料挤出水冷吹干切割干燥包装储存
3.3.2造粒方法
根据粒料得到的方式不同,挤出造粒又可分为冷切法挤出造粒热切法造粒。
我们选用的方法是冷切法挤出造粒。
3.3.2物料输送方式
本设计中原料成分主要是粉料和粒料。
由于原料的输送方式影响着生产工艺流程,针对原料构成特点,采用以下方式进行物料输送。
1.风送
粉末状的ABS改性剂和十溴二苯醚采用风送的方式进行输送。
这种方式送料灵活性大,输送设备简单。
2.升降机输送
输送三氧化二锑、亚磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、EBS,因为这些助剂的用量不多,采用升降机输送方式可以节约资源。
3.重力输送
适用于用量较大的SAN树脂,可以利用其自身重力或稍加的外力下流,它可以减少输送设备。
4.小车输送
本次设计中可以用小车输送成品包装到储存仓。
4.1概述
确定生产过程中各物料比例及物料转变定量关系的过程称为物料计算。
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设计阶段。
4.2物料衡算内容
对年产1000吨阻燃ABS树脂进行物料衡算。
4.2.1选定计算基准
(1)年工作日:
297天
(2)实际开车时间:
297天×
24小时=7128小时
(3)总损耗率1.4%
4.3物料衡算
ABS改性剂:
年需=1014.2×
17.6%=178.4992吨;
一天需=年需/297=0.6011吨;
每小时需要量=一天需/24=25.042kg;
年总体积=年需/堆积密度=495.8311m3;
一天体积需=年总体积/297=1.6695m3;
SAN树脂:
年需=1014.2×
62.4%=632.8608吨;
一天需=年需/297=2.1309吨;
每小时需要量=一天需/24=88.7852kg;
年总体积=年需/堆积密度=585.9822m3;
一天体积需=年总体积/297=1.973m3;
十溴二苯醚:
年需=1014.21×
14%=141.988吨;
一天需=年需/297=0.4781吨;
每小时需要量=一天需/24=19.9198kg;
年总体积=年需/堆积密度=132.6991m3;
一天体积需=年总体积/297=0.4468m3;
三氧化二锑:
年需=1014.24×
3.5%=35.497吨;
一天需=年需/297=0.1196吨;
每小时需要量=一天需/24=4.9799kg;
年总体积=年需/堆积密度=6.8264m3;
一天体积需=年总体积/297=0.02298m3;
亚磷酸三苯酯:
1.8%=18.2556吨;
一天需=年需/297=0.0615吨;
每小时需要量=一天需/24=2.5612kg;
年总体积=年需/堆积密度=15.4186m3;
一天体积需=年总体积/297=0.05191m3;
磷酸三甲苯酯:
0.2%=2.0284吨;
一天需=年需/297=6.8296×
10-3吨;
每小时需要量=一天需/24=0.2846kg;
年总体积=年需/堆积密度=1.7486m3;
一天体积需=年总体积/297=5.8875×
10-3m3;
EBS:
年需=1014.21×
0.5%=5.071吨;
一天需=年需/297=0.0171吨;
每小时需要量=一天需/24=0.7114kg;
年总体积=年需/堆积密度=3.1694m3;
一天体积需=年总体积/297=0.01067m3;
粉料中各组分需要量:
项目
原料
百分比
%
堆积密度
g/cm3
年需
t
一天需
每小时需要量
kg
年体积需
m3
一天体积需
ABS改性剂
17.6
0.36
178.4992
0.6011
25.0420
495.8311
1.6695
SAN
62.4
1.08
632.8608
2.1309
88.7852
585.9822
1.973
十溴二苯醚
14
141.988
0.4781
19.9198
132.6991
0.4468
三氧化二锑
3.5
5.2
35.497
0.1196
4.9799
6.8264
0.02298
亚磷酸三苯酯
1.8
1.184
18.2556
0.0615
2.5612
15.4186
0.05191
磷酸三甲苯酯
0.2
1.16
2.0284
6.8296×
10-3
0.2846
1.7486
5.8875×
EBS
0.5
1.6
5.071
0.0171
0.7114
3.1694
0.01067
考虑储料罐占地面积和可安装性,ABS改性剂和SAN树脂用量较多每四天购买物料一次,十溴二苯醚和三氧化二锑用量较小每周购买物料一次,下面分别计算每次购买的最小量,实际购买可整数购买。
质量=一天需×
4=2.044(吨);
体积=一天体积需×
4=6.678(m3);
质量=一天需×
4=8.5236(吨);
4=7.892(m3);
7=3.3467(吨);
7=3.1276(m3);
7=0.8372(吨);
7=0.16086(m3);
质量=一天需×
30=1.845(吨);
体积=一天体积需×
30=1.5573(m3);
90=0.6147(吨);
90=0.5299m3;
90=1.5367吨;
90=0.9604m3;
4.4物料衡算流程图(损失量为1.4%)
投料量的计算:
混合物密度
=100/(17.6/0.36+62.4/1.08+14/1.07+3.5/5.2)=0.859g/cm3
每小时物料体积=142.28×
1000/0.859=0.1656m3
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
则中间料仓加料量:
质量=混合物密度×
每小时物料体积×
2=0.859×
0.1656×
2=0.2845kg
体积=每小时物料体积×
2=0.1656×
2=0.3312m3
1014.2吨/年—>
高混工段—>
挤出成型工段—>
造粒工段—>
1000吨/年制品∣____________∣
↑
总损失为1.4%
混合工段物料平衡表:
工序
输入(kg/年)
损失(%)
输出量(kg/年)
加料
1014.2
高混+挤出+造粒
1.4
1000
制品
5.1设备选型的原则
设备选型的原则与确定技术路线和工艺流程一样,应从技术,现实具体情况方面考虑。
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