塑料门窗异型材生产线及口模设计.doc

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1、年产8000吨塑料门窗异型材生产线及80型推拉框口模设计摘 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

2、是本设计的重点。关键词：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 sashAbstractPlastic doors and windows has excellent performance that traditional doors and windows difficult to compare. It is so energy-saving and environment-fri

3、endly as 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 co

4、ntains two 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

5、, material 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

6、on formula, design on mixing process and quality control of profile extrusion are very important, and they are the focus of this design as well.Key words: plastic profile, sliding sash, extrusion process, extrusion die目 录摘 要IAbstractII第1章 概 述11.1塑料门窗异型材概述11.2硬聚氯乙烯塑料门窗的发展与现状11.2.1硬聚氯乙烯塑料门窗的性能和特点11.2.

7、2硬聚氯乙烯塑料门窗的发展历史21.2.3塑料门窗异型材的发展趋势41.3塑料异型材挤出技术51.3.1塑料异型材挤出技术的现状51.3.2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82.1螺杆挤出机的选择82.2混料系统的选择92.3生产方法和工艺流程的确定9第3章 产品配方设计103.1配方设计要求103.1.1配方设计的目的103.1.2本设计产品的主要性能要求103.2配方设计原理103.2.1配方设计应考虑的因素103.2.2制品主要性能和原材料的关系113.2.3主原料和助剂的选择及作用113.3产品配方设计133.3.1 PVC塑料型材配方设计原则133.3.2产品

8、配方的确定143.3.3配方分析14第4章 物料衡算及生产线设备的选择164.1物料衡算164.1.1设计产量要求164.1.2计算基准的选取164.1.3物料衡算164.2生产线设备的选取184.2.1挤出机及辅机的计算与确定184.2.2混料机组的选择194.2.3破碎机的选取204.2.4粉磨机的选取204.2.5自动配混系统的选择20第5章 生产工艺设计225.1生产工艺流程225.2物料的混合225.2.1干性物料混合225.2.2物料混合工艺235.2.3混合前准备工作235.2.4加料顺序245.2.5物料混合效果评定245.2.6混合过程中应注意的问题255.3挤出成型工艺控制

9、255.3.1成型温度控制255.3.2挤出工作压力275.3.3挤出速度285.3.4牵引速度285.3.5真空度控制及冷却定型285.3.6挤出机的排气295.4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326.1 80型推拉框横截面设计326.1.1设计原则326.1.2外形和空腔设计326.1.3壁厚设计326.1.4圆角设计336.2 80型推拉框口模设计336.2.1挤出模的重要性336.2.2挤出模设计原则346.2.3挤出模头设计346.2.4主要参数的选择和计算36设计总结39参考文献40致 谢41外文原文42中文翻译4749第1章 概 述1.1塑料门窗异型

10、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

11、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/

12、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。（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

13、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

14、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

15、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，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，Hoe

16、chst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

17、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

18、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

19、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

20、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

21、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

22、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、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

23、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。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

24、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.

25、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

26、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

27、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

28、色设计（回收再利用）的需求，共挤出技术得到了更大的发展。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

29、动挤出模设计、制造和调试技术日新月异。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。（

30、3）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，只是有个别

31、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，利用低剪切熔融理论和新

32、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。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，本章主要进行生产方法、工艺流程和主要设备或系统的粗选。

33、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

34、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

35、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

36、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，

37、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。自动配混系统混料挤出机牵引成品堆放切割冷却定型图2-1 门窗异型材生产工艺流程第3章 产品配方设计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

38、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

39、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，并在较宽的气候条件

40、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

41、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，

42、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UPVC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

43、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。表3-1 挤出成型时常用塑料的压缩比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）118-17068-661100-1000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)160.400.452.0902020748300.400.422

44、.0904019-10900.500.408.080-（2）为了保证型材的使用寿命，且其各项技术指标如（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

45、，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，

46、适于户外使用5。钛白在PVC塑料门窗型材中的使用量为36phr7。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

47、计是PVC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