大连工业大学 2013届本科生毕业设计（论文）
PVC树脂由于其优越的性能在各个领域中应用十分广泛。硬质PVC管材的树脂应选用聚合度较低的SG-5型PVC树脂。与其他树脂相同聚合度越高其物理机械性能越好，但树脂的流动性就相应的越差，不利于加工，而硬质的PVC管材中最好不要加入增塑剂[22]，所以在一般情况下选择粘度较低的SG-5型树脂。同时硬质PVC管材如果采用疏松型树脂，则可增加挤压过程中的摩擦热，容易使物料均匀，制品质量也相应的提高。 2.3 塑料助剂 2.3.1 稳定剂
能防止或抑制高分子材料由光、热、氧、霉菌等引起的老化作用的助剂称为稳定剂。它可以减慢化学反应，保持化学平衡，降低表面张力，防止光、热分解或氧化分解等作用。化学稳定剂来源非常广泛，可以灵活的使用任何化学物以达到产品品质稳定的目的[23]。通俗的说是指保持高聚物塑料、橡胶、合成纤维等稳定，防止其分解、老化的试剂。
纯的PVC树脂对热极为敏感，当加热温度达到100℃以上时，就会发生轻微的热分解反应，当温度升高到120℃后分解反应加剧，到达150℃时，反应10分钟，PVC树脂就由原来的白色逐步变为黄色→红色→棕色→黑色。PVC树脂分解过程是由于脱HCL反应引起的一系列连锁反应，最后导致大分子链断裂。防止PVC热分解的热稳定机理是通过如下几方面来实现的：
（1）通过捕捉PVC热分解产生的HCL，防止HCL的催化降解作用； （2）置换活泼的烯丙基氯原子；
（3）与自由基反应，终止自由基的反应；
（4）与共轭双键加成作用，抑制共轭链的增长； （5）分解过氧化物，减少自由基的数目； （6）有机锡和亚磷酸脂按此机理作用。 2.3.2 润滑剂
润滑剂的作用是在塑料加工中改善树脂的流动性和制品的脱模性，防止在机内或模具内因粘着而产生缺陷。润滑剂一般加在物料中或涂于模具型腔表面。常用润滑剂有脂肪酸及其盐类，长链脂肪烃。
根据润滑剂作用的机理不同可分为外润滑剂和内润滑剂。
（1）外润滑剂：这种润滑剂与模塑用树脂的相容性较差，因此常用在成型加工机械或模具上，它与树脂之间形成一润滑层，便于树脂流动和制品脱模，如石蜡。
（2）内润滑剂：此类润滑剂与树脂的相容性好，常掺入树脂之中，降低树脂的熔体粘度，改善其流动性。如硬脂酸丁酯、硬脂酸铅等。硬脂酸盐类既是
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良好的润滑剂，同时又是有效的稳定剂。 2.3.3 改性剂
PVC改性剂分为抗冲击改性剂和加工改性剂。 一、抗冲击改性剂
某些聚合物之所以在常温下显出脆性，这主要是由聚合物本身结构所决定的。聚合物的脆性主要和它的分子链柔性有关，分子链越柔，则其脆性越小，反之脆性越大。所有影响高分子链柔性的因素，如主链结构、取代基、聚合度、交联程度等均能影响聚合物的脆性。
为改善材料的韧性，主要的途径有以下三种：
（1）在聚合物结构中引入橡胶组分，如在苯乙烯的本体聚合中引入丁二烯组分可以制备高抗冲聚苯乙烯（HIPS），这种在反应釜中进行就地改性技术适合于大规模的生产；
（2）在聚合物骨架中引入玻璃化温度较低的单体，如双酚A聚碳酸酯（PC）的生产；
（3）通过后改性的方法将某种具有增韧改性效果的配合物与高分子材料进行共混，从而提高高分子材料冲击性能。这类配合物称为抗冲击改性剂，这类助剂主要用于聚氯乙烯、聚苯乙烯等塑料中。
抗冲击改性剂根据结构划分可分为：弹性材料类（NBR、CPE、EVA、EPDM等）、核壳多层聚合物类（MBS、ABS、ACR等）等。
二、加工改性剂
加工改性剂主要是为了改善聚氯乙烯，尤其是硬质聚氯乙烯的成型加工性能，在改善加工性能的同时，在一定程度上对复合材料的冲击韧性也有提高，而抗冲击改性剂在提高冲击强度的同时，对成型加工性能也有一定的改善，因此加工改性剂与抗冲击改性剂并无严格的界限，只有相对的意义。
加工改性剂的主要作用有： （1）防止对热金属的粘附； （2）增强热稳定性；
（3）延长高温时间和高剪切速率下的流动时间； （4）减少结垢；
（5）改善熔体的均匀性 ；
（6）增加耐热强度和热伸长率。
目前已工业化的加工改性剂主要是高分子化合物，尤其是丙烯酸酯类共聚物。例如： 甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸乙酯共聚物（简称MMA-EA体系）、甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸丁酯/丙烯酸乙酯/甲基丙烯酸乙酯共聚物（简称MMA/BMA/EA/EMA体系）、甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸乙酯/丙烯腈共聚物（简称
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MMA/EA/AN体系）等。 2.3.4 填充剂
能降低成本并或提高制品某些性能而添加到高分子材料基质中的固体物质称为填充剂，又称填料、填充物。通常不含水，中性，不与物料组分起不良作用的有机物、无机物、金属或非金属粉末均可用作填充剂。 填充剂的基本要求：
（1）本身化学性质稳定，相对纯度高，杂质含量低；
（2）颜色尽量为白色或浅色，不含铁等易加热变黄的杂质； （3）不对塑料制品的理化性能指标产生严重损害； （4）容易分散和混合，粒度适当；
（5）吸油值相对较低，对加工性无大影响； （6）有合适的晶型结构； （7）有较低的莫氏硬度；
（8）与树脂相比有相对便宜的价格。
表2.1 填充剂的主要用途和适用范围
主要用途 品种 2.3.5
改善强度 降低线膨胀系数
提高导电性能 改善耐候性能 增加润滑性 提高表面光泽 改善声学性能 增加黏度
硅胶、硅粉、玻璃微珠、炭
黑、干式碳酸钙 玻璃微珠、石英粉 铜、铝、炭黑、石墨 炭黑、氧化锌
二硫化钼、石墨、聚四氟乙
烯
湿式碳酸钙、滑石粉、铝 木粉、铝粉、玻璃微珠 炭黑、硅微粉、滑石粉、硅
胶
碳酸钙、硅微粉、木粉、炭
黑等
着色剂 能予塑料颜色，使色彩上满足人求的一剂称为剂。
用料的着较多，按
够制其能们种着赋品从够需助色
降低成本 于塑
色剂
其形态可分为：
（1）粉状着色剂将着色剂研成细粉后，不加处理，直接用于着色，这种着色剂成本低，但分散性较差，易造成飞散污染和配料不准；
（2）糊或膏状着色剂把着色剂分散在增塑剂等挥发性有机液体中，制成糊或膏状物，分散性好，无飞散污染，但需多次研磨；
（3）浓缩母料将着色剂以高浓度分散在聚合物中，经研磨成粒状物后，再
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用于着色，分散好，但使用时仍有飞尘污染等；
（4）粒状着色剂制成粒状物，将着色剂分散在聚合物中，经混炼制成粒状物，质量好，无飞散，使用方便，但增加工序和塑料受热。 2.4 配方的确定
根据笨设计管材的特点及用途，确定配方如下[8]：
表2.2 配方设计
三
盐即三盐基硫酸铅，用作聚氯乙烯的热稳定剂。适用于不透明的聚氯乙烯硬质管、板、注射成型制品，亦用于人造革制品。由于其性能优良，被广泛用于聚氯乙烯电绝缘材料，还可用着涂料的颜色，具有对光稳定、不变色的优点。
二盐即二盐基亚磷酸铅，与三盐作为复合稳定剂用作PVC的热稳定剂。主要用于不透明硬质和软质制品，特别是室外用电缆、建筑用板材、瓦楞板、管材等。
Pb(St)2即硬脂酸铅，此配方中作为润滑剂、稳定剂。
Ba(St)2即硬脂酸钡，此配方中作为润滑剂、稳定剂。主要用于透明薄膜，薄片及人造革、硬质管件等，该品压析性差，用量过大时会产生离析结垢现象。
石蜡，此配方中作为润滑剂，能够增加管材表面光泽度。
CPE即氯化聚乙烯，在此配方中作为抗冲击改性剂、阻燃剂，赋予制品良好的抗冲击性能以及阻燃性能。
ACR即具有核—壳结构的丙烯酸酯类共聚物，在此配方中作为加工改性剂、抗冲击改性剂，使制品具有优良的抗冲击性、低温韧性、加工性，且性能与价格比适中，可明显改善PVC熔体流动性、热变形性, 促进塑化、制品表面光洁美观。
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原料名称 PVC（SG-5）
三盐 二盐 Pb(St)2 Ba(St)2 石蜡 CPE ACR 轻质CaCO3 TiO2 用量/份 100 5 2 0.5 0.4 0.7 12 2 8 2
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轻质CaCO3,在此配方中作为填充剂，对制品尺寸的稳定性有很大作用，能提高制品的硬度，还可以提高制品的表面光泽和表面平整性。
TiO2即二氧化钛，在此配方中作为着色剂。
第三章 生产方法与工艺流程 3.1 生产方法
硬质PVC管材的生产方法有很多种，其中，以挤出成型生产效率最高，而且产品质量均匀、操作简单、便于投产，一台挤出机生产不同的制品，所以本设计选用挤出成型的生产方法。
挤出成型生产方法设备可采用单螺杆挤出机或双螺杆挤出机，本设计采用单螺杆挤出机进行生产。
单螺杆挤出机挤出工艺是连续性的，所以生产效率较高，可大规模投产。在挤出过程中，物料从加入料斗开始到最终产品，一般都需经过加料、熔融、成型、定型四个阶段。四段过程都对产品的性能有一定的影响，但影响最大的是塑化阶段，塑化的均匀与快慢，是影响产品质量与产量的关键。生产时物料有料斗加入，通过螺杆的转动进入料筒中熔融塑化，然后又机头挤出冷却定型得到产品。
单螺杆挤出机由传动装置、加料装置、料筒、螺杆、机头、口模等组成，根据物料在螺杆上运转的情况可将螺杆分为三段[10]：
（1）加料段：自物料入口向前延伸的一段距离，物料在加料段依然处于固体状态，加料段的作用是将物料由料斗传送到压缩段；
（2）压缩段：物料在这段逐渐由粒状固体压实并软化为连续的熔体； （3）计量段：也称均化段，其作用是使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量、定压由机头和口模的流道挤出。 3.2 工艺流程设计
一般挤出管材工艺流程：
物料→称量→高混→冷混→挤出造粒→挤出成型→冷却定径→冷却装置→牵引装置→切割装置→托架→检验→成品包装[11]
整个流程主要分为两个工段：造粒工段、挤出工段。 3.2.1 造粒工段流程设计
本设计造粒流程为：
物料（PVC树脂+助剂）→称量→高混→冷混→挤出造粒→至挤出车间 造粒工段首先称量PVC树脂及助剂，然后将物料加入储罐内（PVC树脂采用风送）；使用时向下放出物料，再次称量后加入高混机内混合，混合后将物料加
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