年产8000吨塑料门窗异型材生产线及80型推拉框口模设计

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1、 I 摘 要 塑料门窗具有传统门窗难以比拟的优异性能，是国家建设部推广使用的节能、环保型产品。目前已广泛用于各种建筑工程中，其发展空间很大，前景十分看好。本设计即为 U-PVC 塑料门窗生产线设计。设计包含两部分内容，一是年产 8000 吨塑料门窗异型材生产线设计，二是 80 型推拉框挤出口模的设计。生产线的设计包括总体方案的制定、产品配方的设计、物料衡算、生产线设备的选择、生产工艺的设计等几部分内容。 口模的设计包括 80 型推拉框横截面的设计和 80 型推拉框口模的设计。 其中，配方设计、 混料工艺设计和型材挤出质量的控制是异型材产品具有良好的质量和性能的重要保障，也是本设计的重点。 关键

2、词：塑料异型材，推拉框，挤出工艺，挤出模 Design on the production lines of 8,000 tons/a plastic door and window profiles and the die of 80 sliding sash Abstract Plastic doors and windows has excellent performance that traditional doors and windows difficult to compare. It is so energy-saving and environment-friendly as

3、 to becoming the product that ministry of our construction promotes its use. For the present, plastic doors and windows has been widely used in all kinds of architectural engineering, it has a bright future. This is a design on the U-PVC plastic door and window productive line. The design contains t

4、wo parts of content.A part is the design on productive lines that can produce about 8,000 tons/year plastic door and window profiles; the other is about the design on the die of 80 sliding sash. The design on productive lines contains development of overall program, design on product formula, materi

5、al balance, equipment selection of productive lines, design on production process, and so on. The design on the die contains design on cross section of 80 sliding sash and design on the die of 80 sliding sash. In order to obtain profile products with good quality and performance, the design on formu

6、la, design on mixing process and quality control of profile extrusion are very important, and they are the focus of this design as well. II Key words: plastic profile, sliding sash, extrusion process, extrusion die 目 录 摘 要 . I Abstract . I 第 1 章 概 述 . 1 1.1 塑料门窗异型材概述 . 1 1.2 硬聚氯乙烯塑料门窗的发展与现状 . 1 1.2.

7、1 硬聚氯乙烯塑料门窗的性能和特点 . 1 1.2.2 硬聚氯乙烯塑料门窗的发展历史 . 2 1.2.3 塑料门窗异型材的发展趋势 . 4 1.3 塑料异型材挤出技术 . 5 1.3.1 塑料异型材挤出技术的现状 . 5 1.3.2 塑料异型材挤出技术的热点及发展方向 . 6 第 2 章 设计方案总述 . 8 2.1 螺杆挤出机的选择 . 8 2.2 混料系统的选择 . 9 2.3 生产方法和工艺流程的确定 . 9 第 3 章 产品配方设计 . 10 3.1 配方设计要求 . 10 3.1.1 配方设计的目的 . 10 3.1.2 本设计产品的主要性能要求 . 10 3.2 配方设计原理 .

8、10 3.2.1 配方设计应考虑的因素 . 10 3.2.2 制品主要性能和原材料的关系 . 11 3.2.3 主原料和助剂的选择及作用 . 11 3.3 产品配方设计 . 13 3.3.1 PVC 塑料型材配方设计原则 . 13 3.3.2 产品配方的确定 . 14 3.3.3 配方分析 . 14 第 4 章 物料衡算及生产线设备的选择 . 16 4.1 物料衡算 . 16 4.1.1 设计产量要求 . 16 4.1.2 计算基准的选取 . 16 4.1.3 物料衡算 . 16 III 4.2 生产线设备的选取 . 18 4.2.1 挤出机及辅机的计算与确定 . 18 4.2.2 混料机组的

9、选择 . 19 4.2.3 破碎机的选取 . 20 4.2.4 粉磨机的选取 . 20 4.2.5 自动配混系统的选择 . 20 第 5 章 生产工艺设计 . 22 5.1 生产工艺流程 . 22 5.2 物料的混合 . 22 5.2.1 干性物料混合 . 22 5.2.2 物料混合工艺 . 23 5.2.3 混合前准备工作 . 23 5.2.4 加料顺序 . 24 5.2.5 物料混合效果评定 . 24 5.2.6 混合过程中应注意的问题 . 25 5.3 挤出成型工艺控制 . 25 5.3.1 成型温度控制 . 25 5.3.2 挤出工作压力 . 27 5.3.3 挤出速度 . 28 5.

10、3.4 牵引速度 . 28 5.3.5 真空度控制及冷却定型 . 28 5.3.6 挤出机的排气 . 29 5.4 生产中异常现象原因及解决方法 . 29 第 6 章 80 型推拉框口模设计 . 32 6.1 80 型推拉框横截面设计 . 32 6.1.1 设计原则 . 32 6.1.2 外形和空腔设计 . 32 6.1.3 壁厚设计 . 32 6.1.4 圆角设计 . 33 6.2 80 型推拉框口模设计 . 33 6.2.1 挤出模的重要性 . 33 6.2.2 挤出模设计原则 . 34 6.2.3 挤出模头设计 . 34 6.2.4 主要参数的选择和计算 . 36 设计总结 . 39 参

11、考文献 . 40 致 谢 . 41 IV 外文原文 . 42 中文翻译 . 47 1 第 1 章 概 述 1.1 塑料门窗异型材概述 许多聚合物可以通过挤出成型工艺制成横向截面为非圆形、 环形等常规形状的各种复杂形状的连续型体，通常称这种连续型材为塑料异型材。塑料异型材可以通过塑料挤出机由挤出工艺生产，其制品具有外观色泽鲜艳，光亮平滑，不需要油漆涂饰，耐腐蚀等特点。可以通过改变挤出机机头的形状，生产多种截面形状复杂的异型材制品1。 近年来，塑料异型材在建筑、家具、电器、汽车等领域得到了广泛的应用，尤其在建筑业中用途最广，可用作塑料门窗框、门板、楼梯扶手、壁材、隔墙、屏风、线槽、地板条、密封条等

12、建筑材料。其中，塑料门窗是塑料建材众多品种中的佼佼者，它是继木门窗、钢门窗、铝合金门窗之后的第四代新型建筑门窗，是人们至今寻觅到的较理想的门窗材料1。 塑料门窗异型材是以聚合物树脂为主， 以各种助剂和增强材料为辅制成的一类新型材质的门窗。塑料门窗按材质可分为塑料包覆门窗（喷塑门窗） 、组合塑料门窗和全塑门窗三大类。其中，全塑门窗是目前发展最快、技术最成熟、用量最大的一类，是塑料门窗发展的主流产品。全塑门窗是完全以塑料材料制造而成的， 主要以由挤出成型的改性硬质聚氯乙烯（PVC-U）塑料中空异型材组装而成的塑料门窗为主1。 1.2 硬聚氯乙烯塑料门窗的发展与现状 1.2.1 硬聚氯乙烯塑料门窗的

13、性能和特点 1.2.1.1 硬聚氯乙烯塑料门窗的主要性能 （1）隔热、保温性 隔热、保温是塑料门窗的突出优点。原因是 PVC-U 塑料热导率极低，仅为钢材的 1/4-1/5，铝材的 1/4-1/3；塑料窗异型材多为多腔室中空断面结构，各封闭的空气腔室进一步改善了它的热性能；型材侧面带有嵌固弹性密封条的凹槽，在此嵌装密封条，使成窗缝隙热的渗透量大大降低。由于上述原因，塑料窗框的隔热效果远远优于铝、钢、木窗2。 （2）物理性能 塑料门窗的物理性能主要包括抗风压强度、空气渗透性（气密性） 、雨水渗透性（水密性） 、保温及隔声等性能。由于 PVC-U 材料的优良性能，塑料异型材具有的独特的多腔结构，精

14、湛的挤出、组装工艺，以及通过嵌入钢质加强筋进行补强，使得塑料门窗具有一系列优良性能2。 2 （3）耐候性能 通过优化配方、添加紫外光屏蔽剂和吸收剂，以阻止阳光中紫外线对门窗的老化破坏作用，大大提高了 PVC-U 塑料窗的使用寿命2。 （4）燃烧性能 PVC-U 塑料不助燃、 不自燃、 燃烧后能自熄， 安全可靠。 其氧指数通常大于 40%，防火的安全性高于木门窗。但 PVC-U 型材燃烧时会变软，释放出的氯化氢会使人感到很强的窒息性气味2。 （5）耐腐蚀性 PVC-U 塑料有极好的化学稳定性和耐腐蚀性，不受任何酸、碱、盐雾、雨水的浸蚀，也不会因潮湿和雨水的浸泡而变形、溶胀2。 1.2.1.2 硬

15、聚氯乙烯塑料门窗的特点 塑料异型材子诞生以来得到了快速的发展和应用， 尤其近年来在建筑门窗领域的应用非常广泛，这一切预与其独特的性能特点是分不开的。塑料异型材的主要特点如下： （1）轻质 塑料异型材的密度在 1.5g/cm3以下，个别的甚至只有 0.9g/cm3。因此，其轻质的特点使其在建筑、汽车等领域的应用具有突出的优势。 （2）环保 塑料产品具有可回收再利用的特点，对于减少资源消耗具有重要的现实意义，是国家提倡的节能环保材料，符合当今世界发展潮流。 （3）节能 塑料异型材不但生产能耗低，为钢材的 1/5，铝材的 1/8，而且绝热性、气密性、水密性、隔音性等极佳。因此，在当今全球能源危机问题

16、日益严重的今天，合理使用塑料异型材显得尤为重要。 （4）美观、耐用 塑料异型材与铝材相比，具有色彩丰富、表面形式多样的优点。另外，塑料异型材本身的耐腐蚀特性使其具有防水耐油、历久如新的优点。 （5）成本低 塑料异型材密度小，单位质量的价格低于铝型材；且具有一定的弹性，运输、堆放过程中因变形而产生的损耗较小。另外，塑料异型材在安装时多采用扣、粘等安装形式，施工简便快捷，大大降低了安装成本。 （6）开发周期短 塑料异型材从产品设计到样品生产，一般只需 320 天的时间。而且，塑料异型材还可以进行二次加工以满足使用过程中各种线型的需要。 目前，世界上已开发出的众多异型材制品当中，以塑料门窗应用为最，

17、而 PVC门窗异型材在其中又占据了主导地位，约为塑料门窗总量的 90%以上1。 1.2.2 硬聚氯乙烯塑料门窗的发展历史 PVC-U 塑料门窗在 20 世纪 50 年代中期由前联邦德国首先开发成功。1955 年Dynamit Nobel 公司生产出 PVC 窗框异型材，Hoechst 公司也研制成功 PVC 窗框，并于 1959 年在联邦德国杜塞尔多夫举行的世界塑料展览会上，展出了他们的 PVC 塑料 3 窗框样品，从此后开始安装试用。但由于当时人们对塑料窗认识不足，没有专用的原材料及加工设备， 致使塑料窗的发展也经历了艰难的历程。 直至 20 世纪 70 年代以后，由于节能的需要， 前联邦德

18、国政府对塑料窗的发展给予了强有力的经济支持并出台了一系列推广使用塑料窗的优惠政策。在此推动下，德国的塑料门窗工业得到了迅速发展，使其成为世界上开发最早、发展速度最快、使用量最大的国家。 总结欧洲塑料门窗的发展，大体经历了如下四个阶段：用塑料外包覆钢架或木框，实际上只起到了对芯材的防腐蚀作用。用 PVC 混合料挤出单腔室异型材制造的塑料窗， 这中窗承受风压的能力和耐热变形性能都存在一定问题。 挤出的 PVC-U异型材（内部有塑料加强筋）为多腔室异型材，虽然其耐热变形性得到提高，但当承受较强的风压时仍存在一定问题，只能用作小面积窗体。挤出的多腔室 PVC-U 异型材内衬金属加强筋制成的整体窗，即目

19、前各国通用的塑料窗。 第四代塑料窗的开发成功，解决了 PVC-U 塑料门窗生产的一系列技术工艺问题。此后，确定了技术标准；安装施工技术规范；异型材有了专用原料和专用生产设备；小五金等配件不断改进完善；安装施工有了专用工具，塑料窗逐渐得到了人们的认可和欢迎。目前，塑料门窗在德国已经形成了规模巨大、标准完善、技术成熟、高度发达的现代化产业。 塑料门窗因其有独特的节能、隔热、隔音和防腐的优点，在欧洲迅速推广应用。随之，塑料门窗工艺技术和产品性能得到不断的改进和提高。与此相适应，塑料异型材挤出机、挤出模具、混合设备、门窗组装设备也应运而生，不断发展。同时，塑料门窗配套产品的生产也获得长足进步。塑料门窗

20、产品标准和配套标准相继制定、发布和实施，由此，以联邦德国、奥地利为首的欧洲塑料门窗形成了一个完整的体系。 20 世纪 80 年代我国开始引进制造塑料门窗的设备和技术。追溯我国开发塑料吗产品的根源，主要有以下三点。 首先，20 世纪 70 年代末至 80 年代初期，我国 PVC 原料大量积压，价格很低，主要原因是没有足够的产品来消耗，因而当时急需开发、研制出可大量使用 PVC 原料的产品。所以，经国内部分专家及技术人员赴国外考察和认真论证后，选定了 PVC门窗这一具有发展潜力的产品。 其次，当时人们已开始具有环保意识， “以塑代钢、以塑代木”的口号就是当时提出来的，作为新生的高科技产品，塑料门窗

21、异型材具有很强的生命力。 最后，众所周知，由于钢、木、铝门窗的保温、密封效果远不及塑钢门窗，因而使用塑钢门窗可以大量节约能源，符合国家大力提倡的节能号召，因此开发塑钢门窗就是大势所趋，更符合当时我国发展战略的总体规划。 基于以上三点基本原因，塑料门窗于 1980 年被正式列入国家“六五”重大科技攻关项目，并于 1989 年成立了塑料异型材及门窗制品专业委员会。从 1994 年起全国 4 化学建材发展开始进入了推广应用阶段， 中国塑协及其专委会曾多次召开塑料异型材及门窗制品的生产技术交流会和产品推广应用会。国家产业扶植政策力度的加大、从业人员的专业知识和技术水平的提高、国家扩大内需的需要，以及作

22、为建筑业支柱行业之一的化学建材的持续高速发展等，对塑料门窗的数量、品种、规格、性能不断提出更多、更高的要求。我国塑料行业不失时机的抓住这一难得机遇，促使我国塑料异型材和门窗行业不断上规模、上水平，在过去的 20 多年中得到了飞跃性的发展1,2。 1.2.3 塑料门窗异型材的发展趋势 从开始使用到现在聚氯乙烯门窗型材已经有几十年的历史了，用于制造门窗异型材用的原料硬质聚氯乙烯使得型材的颜色几乎全部是白色的。造成这一事实的主要原因在于除白色以外的其它颜色的聚氯乙烯异型材都很容易发生褪色或变色现象。显然，这种白色 PVC 一统天下的现状远远满足不了人们在材料性能和建筑美学等方面的要求。因此人们始终没

23、有放弃新的聚氯乙烯型材的研究开发工作。另外，PVC-U异型材生产过程中的粉尘和毒性以及PVC 可能存在对环境的潜在危害等问题也不断引起人们的重视。随着经济的发展和技术的进步，聚氯乙烯以下的发展出现了一些令人高兴的趋势，主要表现在 PVC-U 异型材的改性研究和制品开发上1。 PVC-U 异型材的改进主要包括三个方面：首先是生产彩色（深颜色）的 PVC-U异型材；其次是改进配方和生产工艺；第三是改善 PVC-U 异型材与环境的协调性。 （1）彩色异型材 目前市场上塑料异型材产量虽然很大， 但有一个共同点， 即均为白色， 色调单一，不能适应建筑墙面装饰多样化的要求。彩色异型材和塑料门窗以其色泽鲜艳

24、、色调丰富、外型美观等优点获得越来越多的青睐，将成为塑料门窗今后一个发展方向。 彩色塑料异型材有多种加工方法。不同的加工方法，如喷涂、复膜、双色共挤、通体彩色型材等，显示出不同的经济技术水平、档次和效果，且各有优缺点。中国地域辽阔，各地区的气温与紫外线辐射量及辐射强度差异很大。究竟采取哪种加工方法生产彩色塑料异型材，一定要根据中国不同地区的气候条件、消费者的经济条件和消费水平来决定。 （2）改进配方和生产工艺 改进配方是保证和提高型材质量的关键。近年来国内 PVC 原料价格大幅度上涨，而由于目前市场上塑料门窗供大于求，塑料异型材与门窗价格又一路下滑，大部分生产企业处于亏损状态。摆在企业面前唯一

25、有效的出路是通过新型高效、低铅、无毒、防菌配方助剂的开发应用，取代原低效、有毒配方助剂，提升产品的性能、文件次，形成不同特色产品，从而在价格上拉开距离，满足不同气候领域、不同档次建筑与消费群体的需求。 5 在型材挤出技术方面，目前型材生产速度与挤出机本身的技术不相适应，现有的模具是限制生产速度提高的主要因素，因此，型材挤出口模和定型模的设计迫切需要通过计算机模拟来提高质量和降低生产成本。 （3）改善 PVC-U 异型材与环境的协调性 随着人们对健康和环境问题的日益关注，绿色建材备受人们青睐。所谓绿色建材是指对人体、周边环境无害的健康型、环保型、安全型的建筑材料。从广泛含义上讲，绿色建材不是单独

26、的建材品种，而是对建材“健康、环保、安全”的属性的评价。 改善塑料异型材与环境的协调性已日益引起世界各国的重视。 对聚氯乙烯门窗异型材来讲， 要求在产品配制或生产过程中不得使用甲醛、 卤化物溶剂或芳香族碳氢化合物；产品中不得含有汞及其化合物；不得用铅、镉、铬及其化合物的颜料和添加剂。目前，美国大多使用有机锡做稳定剂来生产 PVC 门窗专用异型材。国内正在开发和研制以有机钡和有机锌做热稳定体系，代替含铅、铜的硬脂酸盐做稳定剂的热稳定体系。 1.3 塑料异型材挤出技术 1.3.1 塑料异型材挤出技术的现状 （1）挤出机 近年来国外许多公司为了大幅度提高产量，纷纷推出了大直径、大长径比、高扭矩、高产

27、量的平双机型，并设计了更加灵活的结构形式。但挤出量提高的同时也带来了一系列的相关问题，首先是挤出传动系统和螺杆传动的扭矩需要增加，给挤出机带来了额外的磨损；其次，在产量提高的同时也要保证产品质量，这就要求挤出模具、配套辅机及控制系统与挤出主机同步发展3。 为了解决磨损问题，国外各大挤出机制造商采取了各种措施。德国 Battenfeld 公司开发的高扭矩、高产量机型，特别设计了一种螺杆结构，据称能使磨损减少 30%。其设计特点为螺杆一定区域内其螺旋角为负值，并延长螺杆出料区的长度。而奥地利Cincinnati Milacron 公司则设计了一种四轴型减速器，将扭矩一分为二，以驱动从动螺杆，并将总

28、扭矩的 25%传递给两根附加轴，这样可以保证齿轮的耐久性和可靠性。德国 Krauss Maffei 公司也着手开发了长径比增加的机型， 该公司的新型平双机型采用了单元化设计，除了一个通用的支架和标准化的机筒外，其余部件均可根据需要进行组合。同时也重新设计了驱动系统，扭矩比以前型号高出 50%。美国 Davies-Stand 公司新开发的挤出机，重新设计了其齿轮箱，并提高了止推轴承的承载能力3。 （2）高速挤出技术 目前， 挤出速度呈稳步上升趋势。 目前欧洲的最高水平： 挤出机产量在 1500kg/h，主型材一模双腔， 挤出速度高于 5m/min， 最高可达 10m/min。 当今双股挤出已很普

29、遍，因为挤出机可以提供足够的产量， 因此百叶窗和玻璃压条等小型材几乎都可以双股挤 6 出。 随着模具设计和加工水平的日益提高， 料流的分配技术已经成熟， 在某些条件下，玻璃压条可以采用四股挤出，百叶窗也可以用八股挤出。现在主型材也开始逐渐采用双股挤出。目前 Krauss Maffei、Cincinnati、Battenfeld、Actual 和 Greiner 等公司都开发了这种多股挤出技术3。 （3）共挤出技术 近年来，共挤出技术得到了广泛的应用。所谓共挤出技术就是在同一模具中将两种不同的材料同时成型的技术。由于门窗的个性化设计（彩色型材）和绿色设计（回收再利用） 的需求， 共挤出技术得到了

30、更大的发展。 Cincinnati Milacron 和 Krauss Maffei公司均研制了一种新的共挤出技术，即把原生 PVC 材料覆盖在用再生 PVC 材料制造的窗框外面。在共挤出技术中，挤出机的布置形式很重要，可以并排或星形排放挤出机，对于已建挤出系统，可以采用上述排布形式，也可以将共挤出机骑肩似地安装在主挤出机上。Greiner 公司开发了后共挤出技术，其特点是在定型台上放置一台后共挤出机，在主型材冷却定型后再进行复合共挤3。 1.3.2 塑料异型材挤出技术的热点及发展方向 异型材挤出技术的发展并未停滞不前, 而是不断的飞速向前发展。新理论、新技术不断出现，推动挤出模设计、制造和调

31、试技术日新月异。高效率的挤出机、复合共挤技术、模头内流动模拟、定型模冷却分析等一系列新技术，已成为该行业发展的趋势3。 （1）共挤出技术 目前，型材表面覆膜、双色共挤、仿木型材在欧洲的应用十分广泛，共挤技术已达到工程应用的程度。国内在共挤方面的研究尚未成熟，处于摸索阶段。 （2）高速挤出技术 高速挤出是一个全面的系统工程，是从原料配方、混料到挤出机和模具设计及定型、牵引和切割等一系列技术的共同协调发展的综合工程。这一技术体现了一个国家和地区的塑料异型材挤出模行业的整体水平。目前在欧洲大约有 1000 家企业已拥有高质量、高效率的型材挤出技术，主要采用 800kg/h 挤出量挤出机生产。 （3）

32、挤出模头三维流动模拟仿真 由于挤出模头内的塑料熔体流动更为复杂， 巴拉斯效应和出模后的牵引运动以及运动中的拉伸与冷却效应， 都进一步增加了预测型材最终形状的复杂性， 因而相关理论都不太成熟，还需要进一步改进与深化。国外，技术领先的公司已拥有较为成熟的软件，但并不作为商业软件出售。设计思路为，采用三维方法将模具流道切成若干断面，将流道每个断面分割成有限个单元网格，根据材料的流动状况、实际温度，分析流道每个点材料的压力及流动速度。根据流道内三维压力分布曲线，使整个机头的 7 压力均匀分布、稳定下降，各点流速保持一致，加强了流道设计的合理性。 （4）定型模冷却模拟分析 在国内尚未开展相关工作。在欧洲

33、，只是有个别厂家自行研制了该方面的软件。软件是按挤出速度要求，给定水温、压力，将型材在预先设计的定型模内进行冷却过程测试。分析型材在各型腔断面的冷却情况，各点速度在计算机内用型材断面的颜色进行分区，对冷却速度慢的部位水路进行调整，使气、水路安排更合理。另外，型材在定型模冷却过程中各断面的尺寸变化率明显表现出来，从而可以准确计算出定型模型腔各断面的尺寸，进一步加大了定型模设计的合理性。 （5）新型挤出材料的研制 在塑料型材的研究和应用领域涉足较早的欧洲国家，又率先推出将木材纤维和塑料结合起来制成的复合型材，并已在诸多方面成功地实现了应用。国内在该方面未见报道。 （6）挤出机的创新设计 在欧洲，

34、利用低剪切熔融理论和新的高效喂料技术以及将双螺杆挤出的某些理论应用于单螺杆上是未来发展的方向。 （7）温度控制技术 温度控制在近年来也取得了稳定的进步，现在已达到温度可以自调、准确性很高的程度。随着 ISO9000 的推广实施，人工智能化已开始使用，工作人员可借助计算机来解决问题、作记录和建立数据库。当前，欧洲许多厂家已成功地应用该项技术。 8 第 2 章 设计方案总述 本设计为年产 8000 吨塑料门窗异型材生产线及 80 型推拉框口模设计。 设计内容包括生产工艺设计、配方设计、设备的选型与计算、物料衡算和模具设计等。其中生产工艺设计、配方设计、物料衡算和模具设计将在后面的章节中详细陈述，本

35、章主要进行生产方法、工艺流程和主要设备或系统的粗选。 2.1 螺杆挤出机的选择 自 20 世纪 80 年代以来，我国塑料异型材、PVC 塑料门窗行业发展迅速，拥有了世界第一位的产能规模和应用；原料、助剂、设备、模具、门窗附件等全部上下游产品完成了配套供应国产化的进程；塑料异型材及门窗行业基本掌握了产品的一流制造技术。 随着时代的发展，人们对于塑料门窗有了更多新的更高的要求，相应的 PVC 异型材挤出技术也有了更高的发展。目前，双螺杆挤出机正在逐步替代单螺杆挤出机，成为塑料异型材挤出成型的主要机型。与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机有很大的优越性8： （1）生产能力大，根据理论计算，在相同螺杆直径

36、下，双螺杆挤出机产量能达到单螺杆挤出机的 4 倍。 （2）能耗低，双螺杆挤出机的单位能耗仅为单螺杆挤出机的 1/31/2 左右。 （3）产品质量好，且在保证产品强度的条件下，原材料消耗下降约 1/51/4。 （4）摩擦产生的热量少。 （5）塑料所受的剪切比较均匀。 （6）螺杆输送能力较大，挤出速度比较稳定，塑料在料筒内停留时间按较短。 （7）料筒自洁性能好。 （8）加料容易特别是 PVC 粉料。 现在， PVC 异型材的挤出倾向于粉料直接挤出。 常用挤出机为排气式异向双螺杆挤出机。异向双螺杆挤出机的显著特点是，它比同向双螺杆挤出机的物料输送能力和挤出能力强，在相同直径下，挤出量比同向挤出机一般

37、高 1 倍左右。物料在机内的滞留时间比同向机短，并且剪切发热小，物料分散充分、温差也小，物料温度分布十分均匀。对加工热敏性塑料十分有利。因此，它最适宜加工热稳定温度低的聚氯乙烯无毒配方，同时可减少稳定剂用量 50%左右，不仅降低成本，而且有利于提高制品的物理性能，特别是冲击强度的提高8。 故此，本设计选用排气式异向双螺杆挤出机作为型材挤出主机，不仅有利于提高 9 生产质量，而且省去了单螺杆挤出机造粒工序，既节约能耗，由可以提高生产效率。 2.2 混料系统的选择 传统的混料工序是人工称重配料，投入混合机组，混合好的物料人工搬运至挤出机。这种生产方式适合只有几条线的小工厂，对大型 PVC 产品生产

38、工厂来说，这种方法缺点很多： （1） 人工配料， 易出错。 称重配料是一个机械枯燥的重复动作，工人很容易疲劳，而出现配错料的情况，而当出错后，要么没有发现，要么发现了也不敢向领导汇报，导致产品合格率波动。 （2）劳动强度大，人力成本高。 （3）相关化学原料对操作者的身体健康有危害。 为解决这些问题，发展了电脑自动控制称重、配料、输送的系统解决方案。自动配混的基本流程为：自动称重，称重完毕的物料投入混合机组，辅以气力管道输送至挤出机。与传统的方法相比这种方案的优点是： （1） 由电脑控制的自动配料系统提高了配料的精度和效率，降低了对操作者的化学危害。 （2）气力管道输送减少了人力劳动成本，提高了

39、生产效率，另外物料在封闭的管道中输送也避免了粉尘对车间环境的污染。 因此，对于大型 PVC 型材挤出生产工厂，先进的原料混合系统是必不可少的。 本设计由于产量较大， 人工混料劳动强度太大， 且容易出错。 为了避免上述问题，本设计中将选用自动配混系统作为供料系统。 2.3 生产方法和工艺流程的确定 根据前述内容，最终确定本设计采用双螺杆挤出机直接挤出粉料来生产 PVC 门窗异型材，其混料工序采用自动配混系统供料，因而节省了造粒工序。本设计的工艺流程如图 2-1 所示。 图 2-1 门窗异型材生产工艺流程 自动配混系统混料 挤出机 牵引 成品 堆放 切割 冷却定型 10 第 3 章 产品配方设计

40、3.1 配方设计要求 3.1.1 配方设计的目的 塑料异型材产品配方是按一定比例在树脂中混入各种助剂而形成的复合体系1。助剂的种类很多，具体有增塑剂、稳定剂、增韧剂、加工助剂、着色剂、抗氧剂、填料等。配方设计是指选择在树脂中加入何种助剂，并确定其加入量大小的一个过程。配方设计主要实现下面几方面的目的2。 （1）改善树脂加工性能。有些树脂品种（如 PVC）加工性能很差，不加入适当的添加剂难于进行常规的加工。 （2）改善树脂的内在性能。完全符合制品性能要求的树脂品种是很难找到的，即使有这样的品种，不是价格过高，就是难于加工。因此，配方设计人员常选取性能最接近制品性能要求的树脂品种， 并对其进行适当

41、的改性， 使之达到完全满足制品要求。 （3）降低成本。物美价廉是每一个配方设计者的首选目标，因此，树脂及助剂在满足制品需求性能的前提下，其价格愈低愈好。 3.1.2 本设计产品的主要性能要求 本设计生产的塑料门窗的主要性能要求如下： 具有良好的光稳性和热稳性 低温落锤冲击性能好 防火阻燃性优 焊角强度高 具有良好的刚性，尺寸变化率低 3.2 配方设计原理 3.2.1 配方设计应考虑的因素 纯 PVC 树脂性能较差，加工十分困难。PVC 是热敏性树脂，光热稳定性差，熔体粘度高，成型加工工艺范围狭窄，加工性能不好，抗冲击性能，尤其是低温抗冲击性能较差。但是 PVC 体系同其他类材料比较，其物性指标

42、和加工性能受各类添加剂、混炼技术和成型加工条件的影响较大，因而通过选配各类助剂，调整不同配方和加工条件，即可获得各项性能指标优异的门窗异型材。门窗型材能够具有足够的刚性、强度、良好的耐冲击性，以及较好的加工性、光热稳定性，能够保证制品尺寸稳定，并 11 在较宽的气候条件下，保持长期的机械性能及色泽，配方的设计至关重要。配方设计时应着重应考虑以下因素4： （1）成型加工用的设备。 （2）成型加工方法和工艺对配方的要求。 （3）制品的性能、结构、用途、使用环境条件和期望的寿命。 （4）各类原材料的选择及用量，各组分间的组合、相互影响及协同效应。 3.2.2 制品主要性能和原材料的关系 PVC 配方

43、中加入的各种助剂有利于改善 PVC 或其成品的性能，不同助剂对其性能的影响方面是不同的，人们希望得到的性能与助剂的关系如下所述。 （1）拉伸强度：表征制品刚度。一般随 PVC 树脂分子量增加，填料含量的减少，填料粒度的微细， 成型加工塑化程度良好而增加。随抗冲击改性剂用量增加而减少4。 （2）冲击强度、伸长率、弯曲模量：表征制品韧性。一般随 PVC 树脂分子量增加、抗冲击改性剂用量增加、填料用量的减少（微细 CaCO3除外）而增加。应注意润滑剂的种类和用量有时也会影响制品的冲击强度。特别在用 ACR 改性 PVC 体系中。如润滑剂的选择和配合不当，可使抗冲击改性剂的作用全部失效4。 （3）光稳

44、定性：表征制品耐候性及使用寿命。随 PVC 树脂分子量增加，分子结构中支链减少而增加。二盐基亚磷酸铅对紫外光有较强的吸收作用，其中亚磷酸阳离子抗氧作用也有助于其良好的耐候性， 是已知在无碳黑存在情况下唯一具有良好电性能及耐候性稳定剂。当它与金红石型 TiO2并用时，可大大延长制品寿命。此外，在气温较高、紫外光照射较强地区，可微量添加紫外线吸收剂如 UV531、UV9 等4。 （4）加工性能：PVC 熔体粘度高，流动性不好，流动摩擦热大，制品表面粗糙。PVC 树脂的分子量和结构、加工助剂、润滑剂、抗冲改性剂及稳定剂等各类助剂的添加， 都会影响或改善其物料流动性能。 配方最后确定要求配制的 UPV

45、C 具有适宜的流动温度和良好的成型加工性4。 3.2.3 主原料和助剂的选择及作用 （1）PVC 树脂 PVC 树脂是制造门窗异型材的基本材料，其用量约占 85%。制造异型材通常选用悬浮聚合 PVC 树脂。其性能应满足成型加工工艺和制品性能的要求。PVC 树脂平均分子量愈大，即聚合度 n 值愈大，材料机械性能愈高，耐低温及耐热性能愈好。但成型加工温度愈高，流动性愈差，成型加工愈困难。综合平衡各项性能，制造 PVC异型材通常选用 K 值为 6568，平均聚合度为 8501000 的 SG-5 型树脂4。表 3-1为 SG-5 型 PVC 树脂的部分物化性能。 12 表 3-1 挤出成型时常用塑料

46、的压缩比6 项目 优等品 一等品 合格品 粘数/（mL/g） （或 K 值） （或平均聚合度） 118-170 68-66 1100-1000 杂质粒子数/个 挥发物含量/% 表观密度/（g/mL） 筛余物/% 0.25mm 筛余物/% 0.063mm 鱼眼数/(个/400m2) 100 树脂增塑剂吸收量/g 白度( 160，10min 后)/% 残留氯乙烯含量/(mg/kg) 16 0.40 0.45 2.0 90 20 20 74 8 30 0.40 0.42 2.0 90 40 19 - 10 90 0.50 0.40 8.0 80 - - - - （2）为了保证型材的使用寿命，且其各项

47、技术指标如（硬度、拉伸强度、断裂伸长率、弯曲弹性模量、低温落锤冲击、维卡软化点、简支梁冲击强度、氧指数）都达到国标，须在选择助剂时必须想到光热稳定性，抗老化性对型材的物理性能要求，以及生产过程的生产效率，并要兼顾配方成本等因素，下面将不同助剂作简要阐述5。 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，当温度升到 120后分解反应加剧，在 150，10min，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6。PVC 门窗生产中一般使用硬脂酸金属皂类稳定

48、剂。 润滑剂 润滑剂的作用是降低物料之间及物料和加工设备表面的摩擦力， 从而降低熔体的流动阻力，降低熔体粘度，提高熔体的流动性,避免熔体与设备的粘附，提高制品表面的光洁度等7。于减低了摩擦，使 PVC 混合料能在较低温度下加工4。润滑剂使用不可过多，否则会影响焊接强度。一般使用脂肪酸、石蜡及金属皂类5。 着色剂 着色剂除了使制品具有美丽的颜色外，还可提高耐光性，对延长型材的使用寿命起很大作用。型材中一般使用的着色剂为 TiO2，它具有屏蔽紫外线和反射红外线的作用，可提高耐热性和耐候性。TiO2分为两种，金红石型和锐钛型。金红石型光学稳定性强，适于户外使用5。钛白在 PVC 塑料门窗型材中的使用

49、量为 36phr7。 13 加工改性助剂 由于 PVC 熔体延展性差，易导致熔体破碎；PVC 熔体松弛慢，易导致制品表面粗糙、无光泽及鲨鱼皮等。因此，PVC 加工时往往需要加入加工助剂，以改善其熔体的缺陷。加工助剂为一类可以改善树脂加工性能的助剂，其主要作用方式有三种：促进树脂熔融、改善熔体流变性能及赋予润滑功能7。 填充剂 填充剂不仅可降低成本，还可提高其刚性和耐热性，改善耐候性，增加尺寸稳定性，有利于挤出成型，经过反复试验，使用轻质活性 CaCO3所生产的型材，其各项技术指标均优于其它填充剂所生产的型材5。 3.3 产品配方设计 3.3.1 PVC 塑料型材配方设计原则 配方设计是 PVC

50、 型材生产的重要工作，配方设计者在设计配方时，应根据生产实际的需要慎重选择各种助剂，设计过程中应遵循以下原则7。 （1）树脂应选择 PVC-SG5 树脂或 PVC-SG4 树脂，也就是聚合度在 12001000的聚氯乙烯树脂。 （2）必须加入热稳定体系。热稳定体系可以根据生产实际要求选择，并注意热稳定剂之间的协同效应和对抗效应。不同热稳定体系的特点如下： 卫生性 稀土稳定剂=有机锡稳定剂复合铅盐稳定剂铅盐稳定剂 焊角强度 有机锡稳定剂=稀土稳定剂铅盐稳定剂=复合铅盐稳定剂 操作性 复合铅盐稳定剂=稀土稳定剂铅盐稳定剂有机锡稳定剂 经济性 铅盐稳定剂复合铅盐稳定剂稀土稳定剂有机锡稳定剂 （3）必

51、须加入冲击改性剂，可以选择 CPE 和 ACR 冲击改性剂。根据配方中其他组成以及挤出机塑化能力，加入量在 812phr。CPE 价格较低，来源广泛；ACR 耐老化能力、焊角强度高。 （4）适量加入润滑系统，润滑系统可以降低加工机械负荷，使产品光滑，但过量会造成焊角强度下降。 （5）加入加工改性剂可以提高塑化质量，改善制品外观。一般 ACR 加工改性剂的加入量为 12phr。 （6）加入填料可以降低成本，增加型材的刚性，但对低温冲击强度影响较大，应选择细度较高的活性轻质碳酸钙，加入量在 515phr。 （7）必须加入一定量的钛白以起到屏蔽紫外线的作用，钛白应选择金红石型，加入量在 46phr。

52、必要时可以加入紫外线吸收剂以增加型材的耐老化能力。 14 3.3.2 产品配方的确定 （1）树脂牌号的选择 根据前述分析，本设计选用悬浮法紧密型 SG-5 型 PVC 树脂作为主原料。 （2）热稳定剂系统的确定 主热稳定剂采用 Ba/Cd 复合热稳定剂，辅助热稳定剂为亚磷酸酯和环氧大豆油。Ba/Cd 复合热稳定剂可赋予制品良好的耐老化性和热稳定性；环氧大豆油可以增强主热稳定剂的耐热性及耐候性；亚磷酸酯可显著提高体系的热稳定性，并改进初期着色性和热变色性。 （3）润滑剂体系的配合设计 由于本配方采用的主热稳定剂为 Ba/Cd 复合热稳定剂，故润滑剂选用石蜡烃类。本品采用固体石蜡作为润滑剂。 （4

53、）光稳定体系的确定 PVC 塑料门窗异型材中的钛白应选用金红石型的， 本设计选用上海跃江钛白化工制品有限公司生产的 R288 型钛白粉。 根据前述分析， 最终确定的本设计用 UPVC 门窗异型材挤出配方， 如表 3-2 所示。 表 3-2 门窗用异型材配方 成 分 用量（质量分） PVC（SG-5） CPE（35%） ACR-201 ACR-401 EVA CaCO3（活性轻钙） Ba/Cd 复合热稳定剂 环氧大豆油 亚磷酸酯 TiO2（金红石型） 固体石蜡 100 3.0 0.5 2.0 2.0 4.0 2.5 1.0 0.5 4.0 0.5 总计 120 3.3.3 配方分析 3.3.3.

54、1 焊角强度分析 对于 PVC 抗冲击改性的三大体系，即 CPE/PVC、EVA/PVC 和 ACR/PVC 而言，其焊接强度与型材的挤出温度关系很大，如图 3-1 所示。UVC 的加工温度一般在180-200；配方中 ACR-201 的加入也有助于降低加工温度，故成型温度大致维持在 15 190左右。本设计采用的配方含有所有三种抗冲击改性剂，由图 3-1 所示焊接强度与挤出温度的关系可以看出，配方所保证的焊接强度比较可靠8。 焊角强度/N 150 160 170 180 190 200 图 3-1 焊接强度与挤出温 度的关系8 1-ACR/PVC 2-EVA/PVC 3-CPE/PVC 3.

55、3.3.2 阻燃性分析 由于聚氯乙烯本身氧指数为 4549，氧指数比较大，有较好的自阻燃性，不易燃烧。配方中抗冲击剂 CPE 也具有一定的阻燃效果，故本设计所用配方中不再考虑另外加入阻燃剂。 16 第 4 章 物料衡算及生产线设备的选择 4.1 物料衡算 4.1.1 设计产量要求 本设计为年产 8000 吨 PVC-U 门窗异型材生产线。 4.1.2 计算基准的选取 年工作日（年工作小时）的选取9 （1）年工作时间 36529（法定节假日）=336 天=8064h （2）设备大修 27 天/年=648h/年 （3）特殊情况停车 15 天/年=360h/年 （4）机头清理 换过滤网 1 次/7

56、天 8h/次 （336 天27 天15 天）1/7 次/天8h/次=336h=14 天 （5）实际开车时间 365 天29 天27 天15 天14 天=280 天=6720h （6）设备利用系数 k=实际开车时间/年工作时间=6720/8064=0.83 4.1.3 物料衡算 （1）挤出成型工段的物料衡算 挤出成型工段物料损耗率 挤出成型工段物料损耗率见表 4-1。 表 4-1 挤出成型工段物料损耗率9 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 物料衡算9 输出物料量：8000/0.94=8510.64t 自然损耗量：8510.640.1%=8.

57、51t 扫地料：8510.640.4%=34.04t 下脚料：8510.645.5%=468.09t 下脚料回收破碎量：468.09（15%）=444.69t 17 粉料中需加回收料量（总量的 5%） ：8510.645%=425.53t 回收率： （425.53/468.09）100%=90.9% 挤出成型工段物料平衡 挤出成型工段物料平衡表见表 4-2。 表 4-2 挤出成型工段物料平衡表 工 序 物料量/t 工 序 物料量/t 输出物料量 自然损耗量 扫地料 8510.64 8.51 34.04 下脚料 成品 468.09 8000 （2）混料工段的物料衡算 确定各岗位的物料损失率 混料

58、工段的物料损耗系数见表 4-3。 表 4-3 干混合粉料工段物料损耗率9 工 序 筛选输送 高速混合 冷却混合 混料输送 损耗率/% 0.5 0.1 0.1 0.3 总损失/% 1.0 物料衡算9 进入本工序的物料量=出料量/（1本工序的损耗率） 进入混料输送的物料量： （8510.64425.53）/（10.3%）=8109.44t 进入冷混机的物料量：8109.44/（10.1%）=8117.56t 进入高速混合机的物料量：8117.56/（10.1%）=8125.69t 进入筛选输送的物料量：8125.69/（10.5%）=8166.52t 干混合粉料工段物料平衡 干混合粉料工段物料平衡

59、表见表 4-4。 表 4-4 干混合粉料工段物料平衡表 工 序 入料量/t 损失量/t 出料量/t 输入回收料量/t 筛选输送 高速混合 冷却混合 混料输送 送入挤出 8166.52 8125.69 8117.56 8109.44 8510.64 40.83 8.13 8.12 24.33 8125.69 8117.56 8109.44 8085.11 425.53 18 （3）粉料中各组分需要量 粉料中各组分需要量计算方法9如下： 求出每吨产品消耗量（kg） 1000组分占整个粉料量的百分率（%）=每吨产品消耗量 组分占整个粉料量的百分率=组分占份数/各组分份数总和100% 年组分需要量（t

60、） 粉料年需要量组分占整个粉料量的百分率=组分年需要量 日组分需要量（t） 年组分需要量实际开车天数（280）=日组分需要量 每小时组分需要量（kg） 年组分需要量实际开车时（6720）=每小时组分需要量 根据物料衡算，计算出实际每年需要量和日需要量及每小时需要量，见表 4-5。 表 4-5 干混合粉料工段物料平衡表 原料名称 配方中份数 百分率/% 每吨产品消耗量/kg 每年需要量/t 每天需要量/t 每小时需要量/kg PVC（SG-5） CPE（35%） ACR-201 ACR-401 EVA 活性轻钙 Ba/Cd 复合热稳定剂 环氧大豆油 亚磷酸酯 TiO2（R 型） 固体石蜡 100

61、 3.0 0.5 2.0 2.0 4.0 2.5 1.0 0.5 4.0 0.5 83.33 2.5 0.42 1.67 1.67 3.33 2.08 0.83 0.42 3.33 0.42 833.3 25 4.2 16.7 16.7 33.3 20.8 8.3 4.2 33.3 4.2 6805.16 204.16 34.30 136.38 136.38 271.95 169.86 67.78 34.30 271.95 34.30 24.30 0.73 0.12 0.49 0.49 0.97 0.61 0.24 0.12 0.97 0.12 1012.67 30.38 5.10 20.29

62、 20.29 40.47 25.28 10.09 5.10 40.42 5.10 4.2 生产线设备的选取 4.2.1 挤出机及辅机的计算与确定 成型机台数的计算。如前所述，本设计采用双螺杆挤出机用 PVC 粉料直接生产制品。选择挤出速度为 5m/min，牵引速度取为 5.25m/min；所生产各种异型材门窗配套产品的平均线重为 0.70kg/m。因而成型挤出机每小时的生产能力应为： 生产能力=线重牵引速度 =0.705.2560=220.5kg/h 则需要挤出成型机台数为： （8510.641000）/（220.56720）=5.74（台） 19 所以选用 6 台南京杰恩特机电有限公司生产的

63、 SJZ-65/132 型锥形双螺杆挤出机。其主要参数见表 4-6。 表 4-6 SJZ-65/132 型锥形双螺杆挤出机参数表 项 目 技术参数 项 目 技术参数 螺杆直径(mm) 螺杆转速(r/min) 旋转方向 螺杆长度(mm) 主电机功率(kw) 65/132 1-35 异向旋转 1480 40 装机功率(kw) 参考产量(kg/h) 中心高(mm) 重量 (kg) 外形尺寸(mm) 76 280 1050 4000 423015202450 挤出辅机包括冷却定型装置、牵引装置、切割装置、翻料架等几部分。本设计所选挤出辅机型号及参数和生产厂家见表 4-7。 表 4-7 挤出辅机型号及参

64、数和生产厂家 辅机装置 型 号 外形尺寸/mm 生产厂家 冷却定型台 牵引机 切割机 翻料架 STV63 SJZ-800 履带牵引机 行星切割机 - 59008501230 18009001560 120010001140 40004501000 青岛华磊塑料机械有限公司 青岛震雄机械设备有限公司 青岛源宏源塑料机械有限公司 青岛华磊塑料机械有限公司 4.2.2 混料机组的选择 PVC 粉料的表观密度为 0.45kg/L，每小时需要的热混料为： 8125.6910006720=1209.18kg 每锅料的混合时间约为 10 分钟，则每次需混粉料量为： 1209.186=210.53kg 所需有

65、效容积为： 210.530.45=448L 选用青岛华亚橡塑机械制造有限公司生产的 MS-DYHL800/1600 型混料机组。该机组的相关参数见表 4-8。 表 4-8 MS-DYHL800/1600 型混料机组参数表 项 目 技术参数 项 目 技术参数 总容积/L 有效容积/L 电机功率/kw 混合时间 800/1600 600/1200 55/90/18.5 6-10 分钟 搅拌浆转速/rpm 加热方式 外形尺寸/mm 重量/kg 370/740/50 自摩擦加热 623042304480 8600 20 4.2.3 破碎机的选取 每小时需要回收破碎的料量为： （444.691000）/

66、6720=66.2 kg/h 选择青岛华亚橡塑机械制造有限公司生产的 SWP-160型破碎机。 其参数见表4-9。 表 4-9 SWP-160 型破碎机参数表 项 目 技术参数 项 目 技术参数 旋转刀回转 旋转刀片/个 固定刀片/个 筛板孔径/mm 160 6 2 6-10 破碎粒度/mm 破碎能力/kg/h 外型尺寸/mm 整机重量/kg 2-6 100-150 790401175 300 4.2.4 粉磨机的选取 由于本设计采用粉料直接成型异型材，故需将破碎好的回收料用粉磨机磨粉。对应破碎机的选取，选用苏州新驰程机械有限公司生产的 SMF-400 磨粉机。其参数见表 4-10。 表 4-

67、10 SMF-400 磨粉机参数表 项 目 技术参数 项 目 技术参数 电机功率/kw 转速/rpm 动刀/片 定刀/片 30 2950 60 4 产量/kg/h 外形尺寸/m 重量/kg 价格 100- 150 1.51.22.5 850 20000 元/台 4.2.5 自动配混系统的选择 在现代化硬质聚氯乙烯门窗异型材的生产中， 整个配混生产线都已经可以实现自动控制2。本设计采用南京杰恩特机电有限公司提供的失重式配混供料系统，该系统的流程图如图 4-1 所示。整个生产线由中央控制系统控制，生产过程完全按照事先编制的程序运行，可以根据生产需要方便地对配方加以调整或改变。 自动混配生产的特点：

68、 （1）采用工控 PC 机与 PLC 结合的全电脑控制系统，可实现全程自动控制，储存多组配方、生产统计、随机打印、时实动态临控、故障报警，多级密码保护等； （2）采用美国托利多纹管式计量传感器和控制仪表，动态稳定，计量准确，动态精度3； （3）采用独特的防沾图层和均化结构的计量螺杆，消除了影响计量精度的因素； （4）采用了独特的气囊式卸料装置，为您彻底消除粘性物料“架桥”的烦恼； 21 （5）采用系统压力平衡式集中除尘系统，使每个泄露点的粉尘降低到量低； 6、全封闭式物料输送系统，防止物料的二次污染和环境污染； （6）多种系统组合模式，适应多种厂房条件。 图 4-1 PVC 自动配混生产线流程

69、图18 1.原料仓 A 2.原料仓 B 3.助剂喂料站 4.袋式喂料站 5.计重式喂料机 6.计量螺杆 7.失重式喂料机 8.称重料斗 9.间歇式混合机 10.失重式喂料机 11.料斗 12.金属检测器 13.双螺杆喂料机 14.双螺杆挤出机 15.真空泵 16.水环切粒机 17.热交换器 18.循环泵 19.水槽 20.离心脱水器 21.旋风分离器 22.干燥料斗 22 第 5 章 生产工艺设计 5.1 生产工艺流程 工艺流程指工业品生产中，从原料到制成成品各项工序安排的程序。工艺流程的合理制定， 是保证正常生产的最根本要素。PVC 塑料门窗异型材的双螺杆挤出成型生产工艺分为两个过程，一是粉

70、料的混合，二是异型材的挤出成型。 干混合粉料的工艺流程如图 5-1 所示2： 图 5-1 干混合粉料工艺流程 双螺杆挤出成型工艺流程如图 5-2 所示2： 图 5-2 双螺杆挤出成型工艺流程 5.2 物料的混合 5.2.1 干性物料混合 5.2.1.1 概述 混料就是按配方中规定的各种原料助剂，准确地称量后放人混合机中混合均匀，要求获得表观密度较高、 部分凝胶化和均匀一致的干混粉料， 以备下道工序挤出使用。混合料的好坏直接影响到型材产品的物理性能指标。 由于混合料的不均匀而造成挤出制品质量的波动，型材表面会出现条纹及力学强度的降低等情况。物料混合包括热混和冷混，在混料中要注意物料体积与混合机容

71、积之比控制在 50%70%为宜，这时物料在混合机中混合效果最佳，过多过少都不利于物料的混合11。 在生产过程中，要注意观察混料温度与混料时间的波动情况。混料温度与时间是相互制约的关系，时间的过长或过短都要引起重视。为此要经常检查测温热电偶、温PVC 树脂 各类助剂 配方称量 低速冷混合 挤出机 干混粉料 过筛 高速热混合 干混合粉料 双螺杆挤出成型 牵引 成品异型材 翻转台 切割 真空冷却定型 23 控仪表是否失灵。可用温度计测量混合料的实际温度，与仪表显示的温度进行比较。总之，只有混合出合格的干混粉料，才能保证下道工序产品的质量11。 5.2.1.2 物料混合机理 混合作用一般是靠扩散、对流

72、、剪切三种作用来完成的。扩散作用靠各组分之间的浓度差推动，构成各组分的微粒由浓度较大的区域中迁移到浓度较小的区域，从而达到组成的均一。在固体与固体之间，则扩散作用是很小的，升高温度，增加接触面，减少料层厚度等均有利于扩散过程的进行。对流作用是使两种或多种物料在相互占有的空间内发生流动，以期达到组分的均一。对流需要借助外力的作用。通常用机械搅拌力进行。不论何种聚集态的物料，要使其组分均一，对流作用总是不可少的。剪切作用是利用剪切力促使物料组分均一的混合过程。剪切的混合效果与剪切速率的大小和剪切力的方向是否连续改变有关12。 5.2.2 物料混合工艺 先按聚合物、稳定剂、加工助剂、冲击改性剂、色料

73、、填料、润滑剂等的顺序将称量的物料加入混合设备中，随即开始混合12。本设计采用高速混合设备，物料在摩擦、剪切等机械功作用下，料温升高。热混合达到质量要求时即停止混合，关闭加热，最后进行出料。混合好的物料进入冷混机，一边混合，一边冷却，当温度降至可储存温度以下时，即可出料备用。热混的温度控制在 100120间，配方中含有促进塑化的改性剂和内润滑剂时，热混温度可取下限；助剂中推迟塑化降低摩擦的铅盐和外润滑齐较高时可取上限。 冷混温度控制在 40以下为宜。 混好的干混粉料最好在室温下存放 8 小时以上，有利于物料进一步熟化11。 （1）高温混合工艺13：温度 110120 转速 9001000rpm

74、 时间 710 分钟 （2）低温混合工艺13：温度 3040 转速 130rpm 时间比热混时间短 12 分钟 5.2.3 混合前准备工作 原材料混合前，应做好以下准备工作： （1）树脂过筛 过筛的目的主要是筛出混在树脂内可能混入的机械杂质。常用的设备有振动筛、平动筛和圆筒筛等。 （2）固体助剂粉碎 为使块状助剂容易均匀地分散在树脂中，必须先将它们破碎成尽可能小的颗粒，然后再使用。 24 （3）粉状助剂磨浆 为使稳定剂、填充剂、着色剂等粉末状助剂能够均匀地分散在树脂中，在配制聚氯乙烯混合料时，必须先将它们与增塑剂按一定比例在搅拌器内搅拌混合均匀后，再用三滚研磨机几次研磨成细度符合要求的浆料。

75、（4）母料配制 为使配方中含量极少的组分（如着色剂等）均匀分散，可先将树脂与多于配方中用量若干倍的极少的组分经捏合机冷搅拌，配制成分散均匀的母料。 5.2.4 加料顺序 PVC-U 配方的组分很多， 所选择加料顺序应有利于发挥每种助剂的作用，避免其不良的协同效应，并有利于提高分散速度。 加料顺序是首先加入 PVC 树脂，稳定剂宜在树脂后加入，或与树脂同时加入混合机中，以使其尽早发挥稳定作用且均匀分布。并在整个高速热混合中，保证 PVC的稳定性，防止因局部过热而分解变色。内润滑剂宜随后加入，因其与 PVC 有很好的相容性，可加速 PVC 的凝胶化过程，改善混合物的均一性。外润滑剂（如石蜡、聚乙烯

76、蜡等）与 PVC 相容性较差，易析出，其作用是减少物料与混合器金属壁的摩擦与粘附，推迟 PVC 的塑化。因而宜在料温接近出料温度时再加，以免自摩擦速度降低，延长混料时间。填料对助剂有吸收作用，宜最后加入。以便其它助剂先在树脂中得以分散，减少填料对热混机的磨损，也可避免填料带来的料温升速变慢的弊端。加工改性剂宜在蜡类加入之前，稳定剂加入之后加入。 根据上述内容，最终确定本设计配方的加料顺序如下2： 低转速下，将 PVC 树脂加到混合机中； 在 60下，高转速下，加入稳定剂； 在 80下，高转速下，加入抗冲击改性剂、颜料、加工助剂； 在 100左右，高转速下，加入固体石蜡； 在 110，高转速下，

77、加入填料活性轻钙； 在 110120，低转速下，排出物料至主机已转动的、通入冷水的冷混机中； 冷混至料温降至 40以下，卸料、过筛、装入容器，送至挤出车间，或贮存用管道输送。 冷混料机的料筒是夹层，夹层中流动着15的水。冷混后的物料温度应在 40以下（最好在 3538）时出料。混好的料应在室温中存放 8 小时以上再使用，这可以使粉料更加熟化，消除静电，增加流动性，有利于型材加工成型。 5.2.5 物料混合效果评定 对固体及塑性物料需从物料的分散程度和组成的均匀程度两个方面来衡量其混合效果。 （1）分散程度 经混合后，不同的物料相互分散，不在像混合前那样同种物料完 25 全聚在一起，出现分散程度

78、的差异。通常描述混合物分散程度是用相邻同一组分之间的平均距离来衡量的。 物料的接触表面积越大， 则相邻同一组分之间的平均距离越短，分散程度越好；而粒子的体积越小，此距离越短，分散程度亦越好。 （2）均匀程度 指混入物所占物料的比率与理论或总体比率的差别。应从混合物各部分取多个式样进行分析，其组成的平均结果则具有统计性质，较能反映物料总的均匀程度。一般物料组分的粒子越细，表面积越大，越有利于得到较高的均匀程度。 生产中为了使混合物具有较高的均匀分散程度，要做到在混合过程中尽量增大不同组分间的接触面，使各组分的接触面均匀分布在被混合的物料中，并使混合物中的任何部分、组分的比率和整体的比率相同。 5

79、.2.6 混合过程中应注意的问题 物料能否混合均匀，达到良好的混合效果，决定着配方中的助剂能否起到正的作用或者达到最好的效果。在物料混合时，诸多因素都可能造成混合出的物料达不到要求，因此，混料时一定要认真做好各项工序。 （1）一定要控制好加料、热混出料、冷混出料的温度。 （2）要掌握好每锅料所需的时间及其与温度的关系。尽量使每批混料所用的时间大体上相同或相近。 （3）冷混料机冷却水的供水温度要稳定控制在 15以下，波动尽量小。 （4）主原料 PVC 在投料前宜先过筛以防杂志混入。 （5）每锅料总投放量要根据热混料机的容积而定，一般为容积的 60%75%。 （6）应定期检查混料设备，包括机械传动

80、和液压传动部分、电气系统、温度显示、时间检测、混料机叶片与料筒之间的间隙等。 5.3 挤出成型工艺控制 异型材双螺杆挤出成型的主要设备是双螺杆挤出机、异型材机头、口模、冷却定型装置、 牵引装置、 切割锯及型材堆放翻转装置等。各部分需要控制的工艺参数包括：成型温度、螺杆转速及计量加料速度、牵引速度、挤出机工作压力、排气及真空冷却等诸多方面。 5.3.1 成型温度控制 在挤出成型过程中，物料以粉状或颗粒状固态从料斗加入至挤出机后，要完成输送、压实、压缩、熔融塑化、均化成为均匀熔体，从模具中挤出成为制品，后又经冷却定型，变为固体型材，是经历了不同温度变化的复杂过程。为获得高质量、高产量型材，各段的温

81、度需反复调节、准确控制，使物料在挤出成型过程中，始终在熔融温 26 度与分解温度区间进行。要正确设定温度，则需充分考虑和指导物料成型温度的相关因素。 5.3.1.1 影响物料加工温度的因素 加工温度的影响因素有很多，起主要作用的是以下四种： （1）配方及原料质量。对加工温度影响最大的是配方，不同原料组成的混合物料其塑化温度不同。配方确定后，加工温度也就基本确定了，只需视产品质量作小范围的调节；同一配方不同厂家生产的原料，挤出成型温度往往也有差异，只有通过生产实践,依据塑料型坯的质量，适时调整设定温度。 （2）挤出速度。在正常生产工艺条件下，提高挤出速度会使物料磨擦生热，所以应适当降低加热温度。

82、 （3）冷却水。如冷却水不够冷，易导致产品变形。在此种情况下，可降低挤出速度或根据产品调整加工温度。 （4）室温。夏季开车前的加热时间应短于冬季开车前的加热时间。夏季的加工温度可稍低于冬季的加工温度。 物料温度、显示与设定温度之间的对应关系。挤出机的显示温度是螺筒、机头及口模的温度，并非物料的实际温度。当螺筒、机头、模等温控点外加热器加热时，物料温度实际上低于显示温度；当螺筒、机头、口模等温控点外加热器停止加热时，物料温度则可能会等于或高于显示温度。物料温度、显示温度与设定温度在不同挤出情况下的对应关系，是设定和控制挤出温度的依据和基准14。 5.3.1.2 温度控制要点 异型材挤出温度控制主

83、要是围绕着设定温度进行的。 由于锥形双螺杆挤出机具有温度自控和手动冷却控制职能，一般生产状态对所设定的温度实施自动控制即可。当某段温度控制失效，采用手动冷却控制也可将温度控制在设定温度界线之内。 （1）预热 在挤出前要先对挤出机进行预热。先将各温度调至 140，待温度升至 140后，保温 1 小时以上， 然后再将温度升至生产所需温度， 保温 5-10 分种才能开始挤出生产。 （2）双螺杆挤出机温度控制 加料段温度要高。双螺杆挤出几乎都是排气式的，即在机身段设有一排气孔，并备有真空吸出装置，用于吸出混合料中的氯乙烯单体和水分，这就要求物料在料筒内被送至排气孔处，必须均匀塑化并包覆于螺槽表面,而不

84、被真空吸出。因此要求机身加料段温度要高于其它二段，否则物料到排气处还呈粉状或酥状，会被真空大量吸出，这样既减少了供料量，浪费物料， 又会堵塞真空吸出孔，并容易损坏真空吸出装置 14。 机头连接套温度应适中。温度过高，虽可使物料顺利地进入模具，但会使产 27 品形状稳定性差,甚至会引起跑料、出现气泡、产品发黄甚至变黑分解。温度低，虽然会使产品较密实、后收缩小、形状稳定性好，但加工较困难、口模膨胀严重、产品表面粗糙，还会导致机器背压增加，设备负荷大，功率也随之上升。如果温度太低,则产品无法成型，设备超负荷运转，导致机头压力剧增，而拉断法兰螺丝14。 机头及口模温度要高。口模是异型材成型的最后部件，

85、其温度设定需要根据异型材型坯的表面状况及软硬程度调整， 还需根据型材断面结构进行设定。 截面复杂或壁厚的部位，温度设定可高些；截面简单或壁薄的部位，温度设定可低些；截面对称或壁厚均匀的部位，温度设定应基本一致2。为获得型材较好的外观及力学性能，以及减小熔体出模膨胀，一般控制机身温度较低，机头及口模温度较高。在具体操作中应根据不同的异型材截面、不同的电热板结构、合理调节温差。其大致原则为：截面复杂、截面积大、壁厚及转角部分，温度控制应稍高；反之温度控制应稍低；截面对称、厚薄均匀部位一般不允许有温差14。 （3）锥形双螺杆挤出机的温度控制 双螺杆挤出机的加料段温度应高于后两段的温度，这样使粉状的物

86、料送至排气孔处已呈均匀的塑化态， 并紧紧包覆于螺槽表面而不至被吸出。 否则如物料被输送至排气孔处还是粉状或疏松状，则会被真空吸出，这样即减少了供料量，又会堵塞真空吸出口和孔，并容易损坏真空吸出装置，还会浪费物料。锥形双螺杆挤出机的温度控制见表 5-1。 表 5-1 锥形双螺杆挤出机各段温度控制（单位：）14 原料 机身温度 连接段温 度 机头温度 口模 温度 1 2 3 1 2 3 4 PVCSG5 170-180 170 165-170 170-175 170-175 175 175 180-185 185-188 5.3.2 挤出工作压力 挤出压力的建立是物料得以经历物理状态变化，保证塑化

87、质量，得到均匀密实熔体，最后得到成型型材的重要条件之一。机头压力必须控制得当。挤出机的工作压力是由挤出机的工作图（图 5-3） ，即由螺杆特性线和口模特性线决定的。挤出机在正常状态下的机头压力值应由螺杆特性线和口模特性线交点的压力值决定，该交点即为挤出机的工作点。在螺杆和口模一定的情况下，工作点会因螺杆转速的改变而变化；在螺杆一定的情况下，更换口模，工作点亦会发生变化2。 一般要保证螺杆扭矩在 50%60%，熔体压力为 3335Mpa13。 图 5-3 挤出机工作图 28 5.3.3 挤出速度 双螺杆挤出机工作时，螺槽内并不完全充满物料。通过控制物料在螺槽内的充满状态来确定剪切速率、物料温度和

88、压力分布。啮合型双螺杆挤出机具有良好的吃料能力，依靠重力加料往往会造成超过物料脱泡和机头压力过大，因此双螺杆挤出机挤出异型材常采用定量加料装置。定量加料装置的关键元件加料螺杆的转速与主机螺杆的转速应当匹配。因此挤出速度是由主机螺杆转速和加料螺杆转速来表示13。为提高产量和质量，采用较高的转速是比较有利的。随螺杆转速升高，物料在螺杆和料筒间受剪切作用更强，对混合和塑化有利。同时，随剪切速率提高，熔体表观粘度下降，有利于挤出加工和物料的均化。同时，由于塑化良好，使大分子间作用力加大，机械强度提高。实验证明，在较高转速下，PVC-U 的力学性能均有提高2。 螺杆转速提高后，牵引速度也相应提高，同时也

89、应当加强冷却效果。否则型材冷却不好，温度较高，容易产生变形、弯曲。因此，操作中要精心控制螺杆转速13。此外，挤出机的螺杆转速必须稳定，螺杆转速的波动，会导致流动速率的波动，造成挤出速度不均匀，而影响型材的几何形状、尺寸、外观甚至内在质量。 双螺杆挤出机设有计量加料装置，可与螺杆转速配合。调节螺杆喂料量，可保证造当的机头压力。双螺杆挤出操作时，螺杆内并不完全充满物料。通过控制物料在螺槽中的充满状态来确定剪切速率、成型温度和压力分布。挤出量大小是用加料量大小控制的。一般其计量加料螺杆转速为挤出机螺杆转速的 1.5-2.5 倍14。 （1）主机螺杆转速 V主=1825rpm （2）加料螺杆转速 V料

90、=2740rpm 5.3.4 牵引速度 牵引装置的作用是均匀地牵引制品吗，并对制品的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定地进行13，以保证产品正常挤出、形状尺寸均匀稳定。正常生产时。牵引速度通常较挤出速度略快，约为 1%10%，以克服型材的离模膨胀2。 在异型材的生产过程中，要注重牵引速度与挤出速度和冷却定型条件相互影响，三者应相当，需要很好的控制、反复摸索，以得到最佳工艺条件及最好的产品。 本设计中，各种型材的平均牵引速度在 5.5m/min 左右，具体大小要根据所生产异型材的不同分别确定。 5.3.5 真空度控制及冷却定型 （1）PVC 异型材在挤出过程中，刚出口模时完全处于软化态,进入真空定

91、型模后，借助负压的作用， 异型材紧紧吸附在定型腔模型上， 经模型内冷冻水的冷却,异型材被引出真空定型模后，就能获得理想的形状及尺寸14。通常，真空度应控制大于 29 -0.067MPa（500mmHg） ，它与定型套的密封程度及真空泵的性能有关，定型套必须具有良好的密封，不能过多漏气，真空泵的性能必须稳定，真空度不能忽高忽低。 本设计中，各部分真空表读数： 主机真空：P=0.8bar 定型模各段真空：第一段 P1=0.085 Mpa 第二段 P2=0.080 MPa 第三段 P3=0.075 Mpa 第四段 P4=0.075 MPa 第五段 P5=0.050 MPa （2）由于硬 PVC 异型

92、材往往是不对称产品，故采用若干个真空定型模来冷却定型，以可避免无规则的弯曲变形。 真空定型模的冷却水流道方向通常选取从定型套后部流入，而从前部流出，即冷却水流向与挤出型材的牵引方向逆向而行，可使型材冷却较为缓和，内应力较小，定型套前段的冷却水温度稍高， 宜于型材表面的吸附。 冷却速度可通过冷却水流速控制。 5.3.6 挤出机的排气 双螺杆挤出机设有排气装置，物料中包含的气体及挥发物，可经与排气口连接的真空泵吸出。为保证物料连续稳定挤出，机头压力不能过高，否则会导致物料从排气口溢出。排气口前端温度不能太低。从观察口可观察到此时物料应成型粗糙的半塑化状态。 5.4 生产中异常现象原因及解决方法 P

93、VC 异型材挤出生产中的异常现象、原因分析及解决方法见表 5-2。 表 5-2 异型材挤出生产异常现象、原因分析及解决方法1,2,13 异常现象 原因分析 解决方法 型材弯曲或翘曲 定型模、牵引装置与机头不对中 机头出料不均 冷却不均 口模温度不均 挤出速度过快 调正定型模、牵引装置的位置 修正模具 调整冷却水量 调整温度 降低挤出速度 型材表面不平 牵引速度过快 真空表压力小 真空泵堵塞 定型模离机头太远 定型模偏高或偏低 冷却不好 降低牵引速度 检查是否有漏气现象 检查进水口处有无杂物 调小定型模与机头间的距离 调整定型模上下位置 加强冷却效果 型材表面划伤 口模内有异物 定型模表面有水垢

94、或真空槽内有异物 清理机头 清理定型模 30 续表 异常现象 原因分析 解决方法 型材断面产生气泡 温度过高，产生分解气体 摩擦热太多，料筒冷却装置不起作用 原料中挥发物多 原材料不合格 降低温度 检查冷却装置 调整配方 检验更换后的某种原材料是否合格 型材表面粗糙、光泽差、有节状或云状现象 温度低 口模内壁不光滑 物料混合不均 真空度不够 原材料不合格 提高温度 清理口模 使物料混合均匀 提高真空度 检验更换后的某种原材料是否合格 口模内发 生 分解、型材表面有分解黄斑 温度高 机头表面有凹陷积料 口模结构不合理 原材料不合格 降低温度 清理机头 尽量消除机头内死角 检验更换后的某种原材料是

95、否合格 型材有明显的熔接线 温度低 挤出速度快、原料塑化不良 熔接部位原料分解 提高温度 降低螺杆转速 清理机头 型材有明显的熔接线 配方不合理 模具设计或结构不好 检查新用配方是否合理 增加机头定型段长度等 型材尺寸不稳定 温度波动大 挤出速度或牵引速度不稳 混合物料不均匀 冷却定型工艺不当 配方中润滑剂过量 稳定温度 稳定挤出速度或牵引速度 使物料混合均匀 调整冷却定型工艺 减少润滑剂用量 型材收缩率高 冷却不好 牵引速度太快, 拉仲过分 机头温度高 增强冷却效果 降低牵引速度 降低机头温度 型材加强筋变形 冷却不好 牵引速度过快或过慢 定型模与机头间距离不适当 牵引装置夹紧力太大 真空度

96、太小或真空操作不当 增强冷却效果 调整牵引速度 调节定型模与机头间距离 调节夹紧力 调节真空度或用尖头工具在型材上戳上小孔使型材成开放式加强真空吸附 型材强度降低 配方问题 原材料不合格 原材料制备工序不完善、物料不均匀 挤出温度过高 熔体压力低 牵引速度过快 冷却太快 检查新用配方是否合理 检验更换后的某种原材料是否合格 物料混合要均匀， 加料顺序， 混合温度要适宜 降低温度 增大熔体压力 降低牵引速度 定型不要骤冷要缓冷 31 续表 异常现象 原因分析 解决方法 制品表面有皱纹 机头出料不均匀 冷却定型套水温高 牵引速度慢 调节机头位置及温度 降低冷却定型套水温 调节牵引速度 进料波动，下

97、料困难、不稳 粉料潮湿 加料螺杆转速不稳或干混料密度波动 干混料流动性差 加料口温度过高 干混料在料斗中形成滞料、 架桥或附壁悬挂 加料口或加料螺杆阻塞 再生料与粉料配比不均 干燥原料，勿使干混料受潮 稳定工作电压，稳定热混工艺条件 改善干混料的干流动性 降低加料段温度或冷却加料口 检查料斗出料情况或安装搅拌器 清理料斗或加料螺杆 尽量使再生料与粉料配比一定并均匀 转矩值下降 料筒供料不足 加料段温度过高 压缩段温度较低 检查料斗有无物料， 有无架桥， 计量螺杆供料情况 加料段通冷水冷却 提高压缩段温度 32 第 6 章 80 型推拉框口模设计 6.1 80 型推拉框横截面设计 6.1.1 设

98、计原则 推拉窗型材设计时，须研究和计算其窗型受力模式、承力大小、刚度高低，以选择最佳受力结构，充分发挥塑料具有的特性和功能。 （1）推拉窗型材应具有良好的力学机械性能，如抗低温冲击、抗弯、抗压、导热系数、线膨胀系数及维卡耐热等物理性能。 （2）推拉窗型材设计为满足密封、五金件安装、排水、配合等多种功能，设计带有沟、 槽、 凸起、 内腔加强筋等结构， 要考虑挤出机和挤出成型模具对型材设计的“制约”作用。 （3）推拉窗型材设计要考虑用户的使用要求，如立面形式、最大窗型尺寸、地区的温差，推拉窗应达到的气密、水密、抗风压强度和刚度及隔热等建筑功能。 （4）推拉窗的施工安装力求简便，墙体与推拉窗联接部位

99、结构设计要考虑塑料推拉窗窗框的热膨胀系数。 6.1.2 外形和空腔设计 本设计中 80 型推拉框的横截面结构主要借鉴于山西焕德型材塑窗销售公司生产的 HD-80 推拉系列中的 HD-80TLK 结构。结构图如图 6-1 所示。 图 6-1 80 型推拉框横截面结构图 6.1.3 壁厚设计 壁厚尽可能均匀，这是异型材设计的一个基本原则。因为这样有利于实现型材挤出过程的稳定流动和冷却定型过程的均匀冷却，这是提高型材挤出正品率的前提2。推拉框为构成窗子骨架的主型材，GB/T8814-2004门、窗框用硬聚氯乙烯（PVC） 33 型材中对于主型材壁厚作出了相关规定（表 6-1） 。根据要求，本设计中推

100、拉框的主要结构壁厚取 3.0mm，分隔空腔的内筋厚度取 2.0mm。 表 6-1 主型材壁厚分类（单位 mm） 项 目 A 类 B 类 C 类 可视面 非可视面 2.8 2.5 2.5 2.0 不规定 不规定 6.1.4 圆角设计 制品应避免直角，弯角处弧度也不能太小。弯角处应按异型材的壁厚平滑圆弧过渡，以避免应力集中影响制品的强度。由于物料通过模具尖角处受到的阻力最大，容易使物料滞留，引起物料流动不均匀，以致难于保证与其它部位的相同挤出速度，所以，转角处的半径 R 不能太小。大的转角不仅有助于物料流动，使变形现象减少，而且可以减少转角处的应力集中。最理想的转角是使内外侧的转角半径 R 同心。

101、一般圆弧过渡半径 R 应随型材壁厚来选取，壁厚在 2mm 以上者 R 取 1.6mm， 壁厚小于 2mm者 R 取 0.40.8mm。通常外侧转角 R 至少为壁厚的 1/2，不小于 0.4mm，内半径不小于 0.25mm。 6.2 80 型推拉框口模设计 6.2.1 挤出模的重要性 挤出模是 UPVC 异型材生产的关键技术装备之一，是 UPVC 异型材生产能够适应建筑门窗市场要求的基础，决定着 UPVC 异型材的产品质量、生产效率和成本。 （1）挤出模最终决定 UPVC 异型材的外形尺寸、配合公差和表观质量，并在一定程度上影响异型材的物理性能，这些都直接影响着塑料门窗的组装质量和使用性能。 （

102、2）在合适的挤出机组和原料配方条件下，挤出模的设计制造水平和质量，是决定 UPVC 异型材生产效率的关键因素。使用低性能的挤出模，UPVC 塑料门窗主型材的挤出速率只能达到 1.02.0m/min，而高性能的挤出模能保证主型材的挤出速率达到 2.53.5m/min，甚至更高。采用中空型材内冷却装置的挤出模，主型材的挤出速率可高达 8m/min。 （3）挤出模质量的优劣还反映在其“工作窗”的大小上，即反映挤出模对模塑料和工艺参数波动的敏感程度不同，这又直接影响到挤出模开机启动的方便程度。 高质量的挤出模从开机挤出到型材稳定生产，整个过程操作方便，调整容易，对于模塑料和工艺参数在一定范围内的波动（

103、这在异型材挤出生产中往往是难以避免的）不敏感。这就可以使异型材挤出生产中不可避免的废品率减至最小，因而能够降 34 低生产成本。 另外， 高质量的挤出模所保证的型材壁厚的均匀性， 以及高性能挤出模高速挤出，对能源和人力的有效利用，对降低异型材生产成本的作用也是相当可观的。 6.2.2 挤出模设计原则 虽然不同类型的异型材，其挤出流道设计和定型模具结构均大不相同，但对塑料异型材的设计仍可遵循以下原则10： （1）塑料异型材的截面因为塑料的材料特性和配方的原因，很难将截面尺寸做到很高的精度。一般在实际操作中以选用较低的精度为宜。可以参照国家标准GB/T14486-1993 中的 MT5 或者 MT

104、6 级即可。 （2）塑料异型材的表观质量主要取决于机头口模和定型模模具的表面粗糙度，另外还和塑料配方和实际生产的温度控制有一定的关系。一般模具的表面粗糙度选取Ra=0.8，如果产品材料为透明的则选取 Ra=0.6。 （3）型材产品的设计力求结构简单、对称布置、壁厚均匀，一般在转角处设计小的转角，即圆弧过渡，如果本身转角为圆弧，则做成同心圆。 （4）在设计加强筋时，其厚度一般比型材主壁厚小 20%为宜，同时筋或者隔腔的距离不宜过小，以免引起结构不对称。 6.2.3 挤出模头设计 6.2.3.1 挤出模头的基本结构 挤出模一般分为模头（亦称机头）和定型模两部分。由于挤出机挤出的熔融的模塑料，在压力

105、下流过模头，完成稳流、分流和成型过程，最终生成异型材产品。图 6-2 所示为挤出模头的总体布局。 在挤出模头中要保证模塑料在恒温的熔融状态下完成稳流、分流和成型三个工艺过程。2塑料异型材挤出机头根据所形成制品形状的不同而有所差异， 但基本上主要包括机头体、分流器（也称分流梭或鱼雷体） 、分流器支架、芯模、口模、调节螺丝等1。 （1）机头体 即挤出模模体，用作组装机头各零部件并与挤出机连接。 过渡段 分流段 压缩段 成型段 图 6-2 挤出模头结构示意图 35 （2）分流器 其作用在于使塑料熔体料层变薄，便于其均匀地受热，使塑料进一步塑化。 （3）分流器支架 用作支承分流器和芯模。 （4）口模

106、口模是成型异型材外表面的零件，塑料通过口模后，能得到一定的形状和尺寸。 （5）芯模 芯模是成型异型材内表面的零件，挤出中空型材的内壁质量、表面粗糙度、形状、尺寸等都取决于芯模。 6.2.3.2 口模的设计 口模是挤出模模头上型材坯料的出口，对型材的外形尺寸起着至关重要的作用。而口模的截面图形是口模设计的关键，也是整个模头设计的关键。口模截面图形是异型材产品截面图形的相似变异。可将复杂的型材截面图形分解为相对简单的型材主体和具有特定功能的功能块区。 异型材制品品种繁多，既有壁厚一致的，也有壁厚差别比较大的，因此要区别情况，做不同的设计。壁厚情况不一致的，应该视情况作一定的简化处理。一般口模的尺寸

107、比制品的壁厚小，这是考虑到出模膨胀的现象。经验数据是制品壁厚的 0.800.95。但在实际操作中与实际的产品配方和生产工艺条件有很大的关系。所以在设计过程中要考虑到后期如何修整口模尺寸，避免以后修模过程中发生干涉现象。在设计定型段和预定型段的长度时一般不论经过哪种理论计算，长度应该控制在 8090mm以下10。 6.2.3.3 分流段的设计 通常情况下一般将分流锥设计吊装在分流段上。 物料经过过渡段内部的扩张角得到释放，在设计扩张角时的取值范围大概在 70o以下，而对于 RPVC 热敏性材料则选取 60o以下。经过分流锥的分形后通过分流段预成型，其中分流段的出口截面积与口模出口的截面积有一个比

108、值，这个比值的选取范围在 312 之间，这和物料的塑料特性有关：如果物料的压缩性能好则选取的大一些，反之则选取的小一些：另外在进行分流段支撑筋的设计时，一方面考虑物料的细化分流，另一方面要在满足受力强度的情况下尽量选取的厚度小一些，以免干涉物料的流动10。 6.2.3.4 压缩段的设计 压缩段的设计目的在于对物料进行最后一次压缩，在增加机头背压的同时，也大大改变了物料的理化性能，提高了塑化效果。在选择压缩角时，一定要根据实际使用时物料的特性，一般选择在 25o50o。在机头设计中，压缩段的设计也非常重要，物料经过分流段的分流后，由于支撑筋的影响会形成一定的缺陷，而缺陷的弥补就依赖于压缩段的作用

109、。压缩段致使物料更加致密，连续性更好。也有的做法是在压缩段和 36 分流段之间加设一块过渡类的模板，其目的就是为了减少分流段支撑筋带来的缺陷。特别是对于现在流行的高速挤出模具10。 6.2.4 主要参数的选择和计算 口模是成型异型材表面的零件。塑料通过口模后只能得到一定的形状和尺寸，而不能符合塑料的最终要求。异型材离开口模后，由于压力降低，塑料出现因弹性回复二膨胀的现象，异型材截面积将增大；但又由于牵引和冷却收缩的关系，异型材截面积还会有缩小的趋势。这种膨胀和收缩的大小与塑料性质、口模温度和压力、定径套的结构形式等都有直接关系1。 异型材料挤出成型机头设计的主要问题是口模定型长度的确定。实际上

110、，异型材制品既有厚薄各处一致的，也有各部分厚薄要求不一致的。对于厚薄不同的制品，定型长度不一样，因此，要区别情况作不同的设计。料厚的部分阻力小、流速快，料薄的部分阻力大、流速慢。因此，料厚的部分定型长度应当比料薄的部分长一些，用定型长度来调节料流速度，使出口处料流均匀，否则制品将会出现皱纹或厚薄不均。在设计时可以认为流量与定型长度成正比，流量与制品厚度（口模间隙）的三次方成正比1。 6.2.4.1 口模定型长度的确定 异型材料挤出成型机头设计的主要问题是口模定型长度 L 的确定。 口模定型段的长度是随流道截面大小而变化的。 当异型材各部分厚薄要求不一致时，情况要比各部分厚薄要求一致时复杂得多。

111、现设厚、薄两部分的壁厚与幅宽分别为 H1、H2和 W1、W2，则这两部分的口模成型长度 L1和 L2必不相等。根据理论推导，它们之间有如下关系： 12212121nnHHWWLL （6-1）1 由于材料幂率参数不可得， 故口模成型段长度 L由表 6-2 中的经验数据估算确定。但无论用何方法取值，L 的最大长度不应超过 8090mm。 表 6-2 UPVC 异型材挤塑模设计经验数据1 项 目 L/H h/H b/B g/G 数 据 2050 1.101.20 0.800.93 0.900.97 6.2.4.2 口模径向尺寸的确定 熔体从口模挤出时压力降低，异型材截面积将增大；但同时又由于成型牵引

112、和冷却收缩的关系，异型材截面积还会有缩小的趋势。在这种出模膨胀、成型牵引及工艺条件波动等因素的影响下，口模间隙 H 不可能等于异型材壁厚 h，中空型材高度 g、 37 宽度 b 与其相应的口模径向尺寸 G 和 B 亦均有差别。由于理论计算难度很大，在工程实际中多凭经验确定，表 6-1 中的经验数据可供参考。 （1）需要确定的高度尺寸 g1=46mm，g2=26mm G1=g1/0.90=46/0.90=51.1 G2=g2/0.90=26/0.90=28.9 （2）需要确定的宽度尺寸 b1=80mm，b2=60mm，b3=10mm B1=b1/0.90=80/0.90=88.9mm B2=b2

113、/0.90=60/0.90=66.7mm B3=b3/0.90=10/0.90=11.1mm （3）需要确定的壁厚尺寸 h1=3mm，h2=2mm H1=h1/1.10=3/1.10=2.7mm H2=h2/1.10=2/1.10=1.8mm （4）确定口模定型长度 公式 L=H30 L1=H30=2.730=81mm L2=H30=1.830=54mm 6.2.4.3 挤出模结构参数的确定 挤出模设计时，其结构参数通常取经验值。 （1）扩张角 当异型材截面高度小于料筒内径，而宽度大于料筒内径时，机头过渡体内腔的扩张角应控制在 70o以下。扩张角太大易造成挤出不稳定和制品外表面粗糙。对于 RP

114、VC 等热敏性塑料应控制在 60o左右。 （2）压缩比 将分流锥支架出口处截面积与异型材口模流道截面积之比定义为压缩比。压缩比的合理设计有利于使型材致密并使其具有较高的机械性能。压缩比的大小主要取决于塑料原料特性、状态及异型材壁厚，一般在 312 范围内选取，挤出成型时常用的压缩比见表 6-3。 表 6-3 挤出成型时常用塑料的压缩比2 塑料名称 压缩比 塑料名称 压缩比 RPVC（粒料） RPVC（粉料） PC SPVC（粉料） 23 25 2.53 35 PE PS PP SPVC（粒料） 34 24 2.54 34 38 （3） 收敛角 熔料离开分流锥支架后， 应能很好的熔合形成异型材管

115、坯。 因此，应有一收敛角（亦称压缩角），通常取 25o50o。 （4）分流角和收敛角 型芯分流锥的分流角一般小于 80o。对于固定芯体的支撑，也存在确定分流角和收敛角的问题，支撑筋处进口的分流角应小于 80o，而出料汇合处的收敛角要在 20o40o范围内。1 39 设计总结 本设计为 PVC 塑料门窗生产线的设计。设计过程中，通过老师的帮助，同时自己也查阅了很多资料，做了大量工作，学到了很多东西。现做出如下总结。 首先，通过本次设计，我对我国的塑料门窗异型材产业有了比较直观的了解；在整个生产线从配方设计、物料衡算、设备选型、工艺控制到模具设计的设计过程中，我对于塑料异型材的生产也有了比较好的认

116、识。 自 20 世纪 80 年代以来，我国塑料异型材、PVC 塑料门窗行业发展迅速，拥有了世界第一位的产能规模和应用；原料、助剂、设备、模具、门窗附件等全部上下游产品完成了配套供应国产化的进程；塑料异型材及门窗行业基本掌握了产品的一流制造技术。 合理的配方、正确的工艺控制、合适的挤出机组和高性能的挤出模是型材产率和质量的重要保障。配方的设计要充分考虑所生产型材应达到的物理机械性能指标，注重各类助剂间的组合搭配、相互影响及其协同效应，在保证性能的前提下，尽可能的改善树脂的加工性能并降低配方成本。挤出成型过程中，各种工艺参数必须全方位的考虑，选择合适的工艺条件，才能使生产得以顺利进行，生产出质量和

117、性能完美无缺的型材。挤出机的性能也是影响制品产率和质量的关键因素，一般要求挤出机能直接加工粉料，有良好的塑化效果、排气性能，定量定压稳定，低温升加工，产量高，能耗低，以保证可以产出高产量、高性能的异型材。最后，挤出模同样是 PVC 异型材生产的关键技术装备，它是 PVC 异型材生产能够适应建筑门窗市场要求的基础，决定着异型材的产品质量、生产效率和成本。 总之，想要生产出质量完美、性能优异的异型材产品，需要综合考虑从配方到模具、从设备到生产工艺等诸多因素，合理选择，合理调控。 其次，通过此次设计，我对于所学的塑料加工设备、成型工艺学、塑料加工助剂和模具设计等专业知识中与塑料型材挤出相关的知识进行

118、了回顾，对于这些方面的知识有了更深的认识和更好的掌握。 毕业设计的目的是让我们对大学四年所学的知识，能够选择自己感兴趣和比较擅长的方面，而对其进行更深入的总结和更好的掌握。这次设计除了让我更好的掌握了型材挤出知识以外，更使我对于大学四年所学的所有知识和自己目前所具有的能力有了更加清晰的认识，对于高分子材料塑料方向的问题的解决，有了大概的思路和大体的方法，提高了解决专业问题的能力。 第三，由于设计的需要，我的文献查找能力和办公软件的应用能力也有所提高。 40 参考文献 1赵义平.塑料异型材生产技术与应用实例.北京：化学工业出版社，2006 2韩宝仁，朱元吉，冯连勋.塑料异型材制造原理与技术.北京

119、：化学工业出版社，2001 3赵丹阳，宋满仓，王敏忠.塑料异型材挤出技术的现状与发展.机械工程师，2003.11:7-9 4韩宝仁.UPVC 异型材及塑料门窗生产应用技术（1）.化学建材，1996（3） ：134-136 5汪凤敏.塑料门窗异型材的特性及生产工艺介绍.中国建设信息建材专刊：31-32 6王佩璋.PVC 塑料门窗异型材的配方设计.塑料助剂，2003（2） ：37-42 7王佩璋.PVC 塑料门窗异型材的配方设计（续）.塑料助剂，2003（3） ：30-36 8卢鸣.塑料异型材（精华本）.北京：化学工业出版社，2002 9徐德增.高分子材料加工厂设计.北京：化学工业出版社，2007

120、 10刘军.80 上亮框异型材模具机头设计.塑料工业，2007，35：224-225 11闪立新.PVC 塑料异型材生产的质量控制问题.化学建材，2005,21（5） ：31-32 12黄锐.塑料成型工艺学.北京：中国轻工业出版社，1997 13王守鹏.硬质 PVC 塑料门窗异型材生产技术.聚氯乙烯，1995（1）:20-25 14王亚明.塑料门窗制造新技术.北京：中国轻工业出版社，2000 15CAnton-Prinet,GMur,MGay,LAudouin,J Verdu. Photoageing of rigid PVC-IV Effects of titanium dioxide. P

121、olymer Degradafion and Stabiliry 1998,61：211-216 16Fethi Kamisli, Cem Turan. A study on usability of magnesium oxide with titanium dioxidein PVC door and window profiles. Journal of Materials Processing Technology 2005,159：4047 17DrTrupti Dave. Organic,Lead-free stabilizers for PVC outdoor profiles.

122、 Plastics Additives & Compounding November/December, 2004：44-46 18 http:/www.giant- 41 致 谢 本设计的题目和任务是由卫爱丽老师具体下达的， 在设计过程中也得到了卫老师的悉心指导。卫老师自设计初，便定期召开会议，询问设计进程，并为我们答疑解惑、指点迷津，帮助我们开拓设计思路。卫老师渊博的学识、严谨求实的作风、一丝不苟的态度和全心全意为学生着想的精神，不仅使我在学习和设计的过程中受益匪浅，同时也对我的思想和人生态度产生了重要影响。在此，我谨向卫爱丽老师致以诚挚的谢意和敬意。 本设计能够顺利完成，同样离不开诸位专

123、业老师的教育培养和身边同学的热情帮助。在此，我向给予过我支持和帮助的诸位老师和同学致以诚挚的谢意。 42 外文原文 A study on usability of magnesium oxide with titanium dioxide in PVC door and window profiles 1. Introduction Polyvinyl chloride is among the most widely used synthetic organic polymer materials. Plasticized polyvinyl chloride compositions ar

124、e widely encountered as, for instance,vinyl sheet goods and as objects formed from plastisols.Polyvinyl chloride is commercially available in a variety of grades, some of which are suitable for preparing rigid,plasticizer-free compositions for extrusion . For plastics, prolonged exposure to the suns

125、 electromagnetic radiation in the ultraviolet (UV) region can lead to photooxdiation and degradation of physical properties, often manifested by color change and embrittlement. Similarly,the UV component of ordinary fluorescent lighting can degrade polymers and many of the additives used with them.

126、The effective UV radiation that does reach the earths surface extends from about 290400 nm. This range happens to include the highest energy component UV band, and the segment around 300 nm, which is the most distractive to plastics. Some man-made high-energy radiation sources mercury arc lamps, xen

127、on arcs, carbon arcs, and various sun-lamps can emit radiation at wave lengths below 290 nm and these can degrade plastics even more severely than natural sun light. Hence, they are often used for accelerated testing of plastics. The energy content of UV radiation in the 290400 nm can rupture most o

128、f the chemical bonds present in polymer structures. Not all the polymers are equally affected by UV radiation, and some have a degree of resistance, otably polymethyl methacrylates and fluorocarbons. Others, that in their pure forms could be expected to be resistant to UV, are degraded because of co

129、ntaminants present that act as sites for UV energy absorption. Absorption of radiation energy by polymer produces molecular excitations: if the level of absorbed energy is high enough, it can activate a chemical reaction whereby internal bonds (carbon to carbon, carbon to hydrogen, carbon to halogen

130、, etc.) are broken so that polymer degradation results. PVC is damaged by dehydrochlorination (release of hydrogen 43 chloride), autooxidation and echanochemical chain scission. This degradation is caused by the simultaneous sequence of these reactions. Dehydrochlorination, prevailing reaction durin

131、g processing,leads to increasing discoloration. In the course of the proceeding degradation the physical properties are also changed in the direction of increasing embrittlement. PVC of ideal constitution should be thermally stable, which was concluded from investigations with model substances. Ther

132、efore, it has to be assumed that the damage, articularly the dehydrochlorinations, starts from sites of the macromolecule with labile chlorinecarbon bonds. PVC can be degraded by heat and sun lights. The release of hydrogen chloride, which is the indication of PVC degradation in prolonged exposure t

133、o the suns electromagnetic radiation in the UV region, is occurred according to the following reactions: nHClCHCHCHClCHnHeatn )(2 The color of PVC-based article is changed from yellow to black according to degrees of the degradation. Once the reaction has started, polymers quickly and progressively

134、experience changes in appearance: surface qualities, gloss, chalking, color, electrical properties, tensile strength and elongation; and can reach the end points of embrittlement and total disintegration. The degradation of polymers exposed to UV, often described as photodegradation and frequently i

135、dentified as photooxidation, can follow various routes. By absorbing UV radiation directly, a polymer molecule can reach a high-energy excited state where it becomes unstable. If the excess energy can be dissipated in a fashion that does not affect the molecule by making it phosphoresce or fluoresce

136、, or by converting the energy to heat that can be carried away, or by transferring the energy to another molecule, photochemical reaction does not started and thus, polymer degradation will not happen. However, such actions occur only rarely, since most polymers cannot dispose of the excitation ener

137、gy without undergoing a chemical reaction that sets off a degradative process. In theory, many pure polymers should not absorb UV radiation, and thus, not be subject to photodegradation. However, in practice the most polymers contain impurities such as carbonyl or carboxy groups or hydroperoxides th

138、at readily absorb radiation in the 290400 nm range causing them to break down. Thus, generating sites within the polymer 44 structure where chemical reactions can be initiated and propagated by free radicals. The active groups may be unavoidably present as a result of reactions that occur during pol

139、ymerization. Similarly, metallic ions are present in most polymers as residues from polymerization catalysts, or as constituents of compounding additives such as heat stabilizers, antioxidants, colorants, fillers and others. The metal ions are highly receptive to the absorption of UV radiation, and

140、are efficient in transferring the absorbed energy to the polymer molecules around them, thus, they act as photo-sensitizers and can promote degradation at the same time that they perform their desired functions. Another contributor to photodegradation of polymers is oxygen, which helps any free radi

141、cals that may be liberated by the UV to initiate and propagate oxidation of the polymer, hence, the term photooxidation. Polyvinyl chloride suffers from poor heat stability. Its degradation occurs by autocatalytic dehydrochlorination initiated at the labile sites in the polymer chains. This leads to

142、 severe discoloration and loss of mechanical properties. The dehydrochlorination most probably proceeds by a chain mechanism involving radical intermediates. Various defect sites in PVC are branching. Inorganic and organic thermal stabilizers are commonly added to protect the polymer from heat degra

143、dation. Among the most widely used ultraviolet stabilizers is titanium dioxide pigment. Filling a polyvinyl chloride composition with this pigment substantially reduces the effective depth of penetration of ultraviolet light into the surface of an article formed from such a composition. Mohamed et a

144、l. pointed out that barbituric acid and thiobarbituric acid are nontoxic organics, thermally stable materials of high melting point. Both contain active methylene groups, and can act as H-donor through their enolic hydrogen groups, which can intervene with the radical species derived from the therma

145、l degradation of PVC. They investigated the possibility of using barbituric acid and its thioanalogue as thermal stabilizers for rigid PVC. The effective stabilization often requires a combination of antioxidant system in which complementary overlap of different mechanistic pathways involved. This a

146、ct often referred to as synergism, is the motivation for the use of admixing composition of dibutyltin maleate and trinitro and its ester homologues. The stabilization agents of dibutyltin maleate and trinitro esters could retard somewhat the photodegradation of PVC. It is hoped that the 45 total st

147、abilizing effect of this admixed system should be greater than the sum of the individual effects when PVC is subjected to an environment where the effects of heat and UV are combined. Turoti et al. investigated the effect of the stabilizing action of admixed mixtures of dibutyltin maleate and trinit

148、ro and its ester homologues on polyvinyl chloride exposed to natural atmosphere. In their study, the degradation and stabilization reactions were monitored by color formation, tensile strength and elongation at break, reduced viscosity as well as determination of time to embrittlement. It is observe

149、d that the stabilized PVC sample has an effective reduction in degradation reactions. Titanium dioxide is by far the most important of white inorganic pigments and possesses all-round suitability. While rutile titanium dioxide is highly reflective at visible wavelengths, it is also highly absorptive

150、 at ultraviolet wavelengths. However, although titanium dioxide is a highly effective ultraviolet light stabilizer for polyvinyl chloride compositions, it does have several serious drawbacks. An important disadvantage is the cost of titanium dioxide which has historically tended to be high compared

151、with filler or extender pigments such as calcium carbonate and talc. Another significant disadvantage of using titanium dioxide as an ultraviolet stabilizer in unplasticized polyvinyl chloride compositions is that historically titanium dioxide has been periodically in short supply. The relatively hi

152、gh cost of titanium dioxide is an especially significant disadvantage for the manufacture of articles for exterior use from unplasticized polyvinyl chloride compositions because such articles must often have substantially greater dimensions, for structural reasons than the effective penetration dept

153、h of ultraviolet light in the articles. Thus, it is highly desirable to able to reduce the level of titanium dioxide in such a composition without experiencing an accompanying increase in the rate of degradation and reduction in service life. Although it seems to decrease the level of titanium dioxi

154、de in the PVC composition will tend to increase the effective penetration depth of ultraviolet length and will consequently accelerate the degradation of the PVC, the experimental observations do not support such an expectation. Since PVC compositions consist generally of from about 0.55 parts by we

155、ight of rutile titanium dioxide per hundred parts by weight of the polyvinyl chloride, there is no guarantee for the bulk of titanium dioxide to locate near the external surfaces of articles exposed to sun lights. In this study, usability of magnesium oxide with titanium dioxide in the PVC 46 compos

156、itions for forming of the exterior articles such as door and window profile is investigated in terms of determining discoloration and some mechanical properties of the articles under accelerated weathering test. 2. Materials and methods PVC compositions widely used to form the exterior articles such

157、 as door and window profiles consist essentially of about five parts (by weight) stabilizers, five parts rutile titanium dioxide, five parts fillers, and 0.1-3 parts process aids per hundred parts by weight of the polyvinyl chloride resin. Polyvinyl chloride is subject to thermal degradation by dehy

158、drochlorination. Since many processes for forming useful objects from polyvinyl chloride compositions, such as extrusion and molding, subject the composition to elevate temperatures, most include thermal stabilizing agents that tend to inhibit thermal degradation of the polymer during processing. Ex

159、ample of commonly employed thermal stabilization agents includes barium/cadmium and organotins including mercaptides, maleates and carboxylates. Polyvinyl chloride is also subject to degradation by exposure to ultraviolet light. Articles formed from polyvinyl chloride compositions, which are exposed

160、 to ultraviolet light such as vinyl siding and vinyl window and window frame components typically include an ultraviolet stabilizer. In this study, five different compositions of PVC were used to fabricate door and window profiles. These profiles are faded under accelerated weathering conditions. Di

161、scoloration and some mechanical properties of the profiles are determined to choose the most suitable polyvinyl chloride composition used to form the exterior articles. 2.1. Materials PVC used in the experiments was obtained from Petkim (PVC S27/R-63). The rutile titanium dioxide (Kronos 2220 TiO2)

162、was supplied by Sayman Chemical Materials. Acrilic polymer used in the experiments as a impact modifier was obtained from LG Chemical Ltd (IM 808). TThe tin stabilizer (TIN-41) used in the study was supplied by Kimfor Chemical Ltd. The internal lubricants coded by ESKAY-4 (polyethylene oxide, compou

163、nd of calcium stearate) and the external lubricants coded by WCBA (polyethylene wax) were also supplied by Kimfor Chemical Ltd. Magnesium oxide was supplied by MAGOX company. 47 中文翻译 关于混有二氧化钛的氧化镁在 PVC 门窗型材中的可用性研究 1、简介 聚氯乙烯是最广泛使用的合成有机高分子材料。增塑聚氯乙烯很常见，如乙烯基板材产品和从塑料溶胶中提取的对象。而市面上的各种聚氯乙烯中还有一些可以用于挤出具有刚性且不含增

164、塑剂成分的产品。 塑料长期暴露在阳光下，阳光中的紫外线辐射会导致其物理性能的下降，这种物理性能的下降可以通过颜色变化和脆化降解体现出来。同样，普通荧光灯的紫外线也可以降解聚合物以及聚合物中所使用的多种添加剂。 地表的有效紫外线辐射波波长约为 290-400 纳米，对塑料降解作用最强的波长为300 纳米左右的高能紫外线恰好在这个范围内。而一些人造高能量辐射源如汞弧灯、氙弧灯、碳弧灯以及各种日晒灯能发出波长低于 290 纳米的辐射波，这些辐射波对塑料的降解作用比自然阳光更强。因此，它们通常用于塑料的加速试验。 波长为 290-400 纳米的紫外线所含的辐射能可以使目前聚合物中绝大多数的化学键断裂。

165、聚合物对于紫外线辐射的抗性并不相同，如聚甲基丙烯酸酯和碳氟化合物对于紫外线辐射的抗性就比较低。另外有一些能够抗紫外线的纯聚合物则由于会吸收紫外线形成污染源而已经被淘汰。 聚合物分子吸收辐射能会产生跃迁，如果吸收的能量足够多，达到化学键断裂所需要的能量，就会造成碳碳、碳氢、碳卤等内键的断裂，从而使聚合物降解。PVC 的降解是脱氯化氢、自动氧化和断链等反应共同作用的结果。 脱氯化氢现象在 PVC 的加工过程中普遍存在。在降解的过程中 PVC 的物理性质会发生脆化。通过实物模型得到的理想的 PVC 的结构应该是稳定的，这就需要假定脱氯化氢的反应是从含有不稳定氯碳键的高分子开始的。热和阳光都可以导致

166、PVC的降解。PVC 若长期暴露在阳光中的紫外线下会根据下述反应方程而释放出氯化氢： nHClCHCHCHClCHnHeatn)(2 随着反应程度的加剧，PVC 的颜色会逐渐由黄色变为黑色。 一旦该反应开始， PVC就会迅速并逐步发生外观（如表面质量、光泽、粉化、颜色、电性能、拉伸强度和延伸率）上的变化，并最终达到完全脆化和降解。 聚合物由于暴露于紫外线中而发生的降解可以按照不同的方式进行，这种降解通常被称为光降解，也经常被认定为光氧化反应。聚合物分子可以通过吸收紫外线辐射达到高能量激发态而变得不稳定。 如果多余的能量通过一种不影响聚合物分子本身的方式被消耗掉，例如使它发出 48 荧光或磷光，

167、或者将能量转换成可以被带走的热，或将或将能量转给另一个分子，这样光化学反应就不会发生，聚合物降解也就不会发生。但是，这种方式很少发生，因为大多数的聚合物不能够不经过发生降解反应过程就消耗掉激发能量。 从理论上讲，许多纯聚合物不应该吸收紫外线辐射，因此就不会产生光降解。然而，在实践中大多数聚合物，如含有羰基或羧基或氢过氧化物的聚合物，很容易吸收290-400nm 范围内的辐射而导致降解。因此，化学反应可以通过自由基在聚合物结构内发生并扩大。聚合反应过程中产生活性基团是不可避免的。同样，金属离子也会作为催化剂残留物，或复合添加剂（如热稳定剂，抗氧化剂，着色剂，填料和其它助剂）的成分而出现在大多数聚

168、合物中。金属离子极易吸收紫外线辐射，并快速将吸收的能量转移给周围的聚合物分子，因此，金属离子作为光增敏剂，同时能促进降解。 另一种使聚合物产生光降解的是氧气。氧气有助于紫外线产生自由基并传播氧化作用，因此，氧气造成的光降解是长效的。 聚氯乙烯热稳定性很差。 其降解以自催化脱氯化氢的方式在聚合物链不稳定处反应。这会导致严重的变色和力学性能的降低。脱氯化氢反应很有可能是一种连锁反应机制，反应过程中会产生自由基中间体。 无机和有机热稳定剂的加入通常可以起到保护聚合物，而使之发生热降解的作用。其中最广泛使用的紫外线稳定剂是二氧化钛颜料。二氧化钛填充聚氯乙烯，在其表面形成一种色素组合，可以大大降低紫外线

169、有效穿透深度。 穆罕默德等人发现，巴比妥酸和硫代巴比妥酸是两种高熔点、无毒的有机热稳定性的材料。这两种材料含有活性亚甲基，可通过自身的烯醇式氢组提供 H-，来阻止PVC 热降解产生自由基。他们研究了使用巴比妥酸及其硫代物作为硬质 PVC 热稳定剂的可能性。 有效的稳定往往需要抗氧化系统的结合，这涉及到不同机械作用的互相影响。这种通常被称为协同作用的行为，让他们想到了使用马来酸丁基锡和三硝基及其酯类同系物的共混物。马来酸和硝基二丁基酯的稳定剂可延缓有些 PVC 的降解。我们希望当 PVC 受到热和紫外线的共同作用时，这种稳定的复合稳定体系的稳定效果比单独稳定剂的效果总和要好。 特罗迪等人研究了二

170、丁基锡和三硝基马来酸及其酯类同系物对自然暴露在大气中的聚氯乙烯的协同稳定效应。他们的研究，通过颜色的变化、拉伸强度和断裂伸长率、粘度的降低和脆裂时间，对降解和稳定反应进行了检测。 钛白粉是目前最重要的白色无机颜料，具有全面的适用性。金红石型钛白粉对可见光有很好的反射作用，并且能够高度吸收紫外线。不过，虽然二氧化钛是一种高效的聚氯乙烯紫外线光稳定剂成分，但它有几个严重的缺点。一个重要的缺点是钛白粉的成本，与碳酸盐和滑石粉等填料或颜料相比，其价格往往要高得多。另一个使用二氧化钛作为硬聚氯乙烯紫外线稳定剂成分的显著缺点是，历史上二氧化钛一直存在周 49 期性供不应求的现象。 二氧化钛是一种成本相对较

171、高的物品外墙使用硬聚氯乙烯成分， 因为这类物品必须经常有更大的尺寸大大超过了在文章紫外线的有效穿透深度结构性原因， 制造特别是重大的缺点。 成本相对较高， 是钛白粉作为制造外墙使用的硬质聚氯乙烯物品的添加成分的一个特别明显的缺点，因为这类物品由于结构性原因经常必须大幅度扩大范围，而不必首要考虑制品的有效紫外线穿透深度。因此，用这样的组合来减少太白粉的使用而不增加制品使用寿命退化和减少的的速度是非常好的做法。虽然看起来减少钛白粉的使用将导致有效的紫外线穿透深度和长度的增加而加快 PVC 的降解，实际上实验结果并不是这样。由于每百分质量的聚氯乙烯中金红石型钛白粉的添加量一般约为 0.5-5分，没有

172、证据表明暴露在阳光下的聚氯乙烯制品的外表面附近聚有大量的钛白粉。 本项研究， 通过确定变色和某些条件下加速老化试验的力学性能来研究混有二氧化钛的氧化镁在户外用 PVC 门窗异型材制品中的可用性。 2、材料和方法 户外用聚氯乙烯门窗异型材产品， 每百分质量的聚氯乙烯树脂中通常主要添加有5 分的稳定剂，5 分金红石型钛白粉，5 分填料，0.1-3 分的加工助剂。 聚氯乙烯容易因热降解而脱氯化氢。 所以在利用聚氯乙烯加工成可用的制品的诸多过程（如挤出成型）中，由于加工温度较高，大部分都加有稳定剂以抑制加工过程中聚合物的热降解。普遍采用的热稳定剂的有钡/镉热稳定体系、有机锡类热稳定剂等。 聚氯乙烯也会

173、因为受到紫外线辐射而降解。因此，由于在户外使而长期接受紫外线辐射的聚氯乙烯制品，如乙烯基壁板、乙烯基窗和窗框组件等通常都添加有紫外线稳定剂。 本项研究，采用 5 种不同组分的 PVC 来制作门窗型材。并在加速风化条件下对这些制品进行褪色实验。以这些制品的变色情况和一些力学性能为依据，最终从中选出能够良好外观的最适合的聚氯乙烯组分。 2.1、材料 实验中使用土耳其土耳其石化公司生产的聚氯乙烯（PVC S27/R-63） 。金红石钛白粉为 Sayman Chemical Materials 生产的 Kronos 2220 型 TiO2。实验中使用 LG Chemical Ltd 生产的亚力克作为抗冲击改性剂（IM808） 。研究中使用的有机锡稳定剂(TIN-41)产自 Kimfor Chemical Ltd。内润滑剂（ESKAY-4）为聚环氧乙烷和硬脂酸钙的复合体系，外润滑剂（WCBA）为聚乙烯蜡，二者购自 Kimfor Chemical Ltd。氧化镁采用的是 MAGOX 公司的产品。