年产7.5万吨PVC管管件工艺设计
1．总论
1.1概述
目前，全世界pvc年消耗量为2600万吨，pvc仍然是各种塑料原料中最重要的一种。pvc的价格性能比由于其他塑料，在许多领域中都必不可少，尤其在建材工业领域内运用广泛，也可用于电气，排水，工业管道等行业之中。国内pvc需求强劲，市场缺口仍较大，从世界范围来看，对pvc需求增长是一种大趋势。在相同管径，相同长度情况下，pvc管重量为铸铁管20%-30%，价格低6%—12%，运输费用降低20%—60%,施工费用降低50%—70%，输水能力提高30%-50%。同时pvc管具有优良的阻燃性及高强度，它具有质量轻、光洁、美观、耐腐蚀性强、输送流体阻力小、组配灵活、安装省时省力、省钢材、节约能源等优点。
塑料管在国外广泛应用于城市供排水、建筑给排水、热水供应、供热采暖等领域。在众多管材品种中，PVC管道的用量占绝对优势。在发达国家中，PVC管消费量一般占塑料管市场的70-80%，而我国PVC管仅占塑料管的总量的50%左右。其中管件与管材的消费量比约为1： 8。在过去10年中，中国塑料管市场年均增长率为20%，2000年、2002年及2003年产量分别达到70万-80万t、130万t及150万t，增长率为15%，其中PVC管占55%，PE管占40%。[1]
在我国，一般采用粉料注射工艺生产pvc排水管件。管件分为弯头，外接，三通，S弯，P型弯，清扫口，地漏，透气帽，四通等类型，每种类型有不同型号。 1）管箍 公称直径D(公制)mm50、75、110、160、200、250
2）90°弯头 公称直径D(公制)mm50、75、110、160、200、250
90°弯头(检查口) 公称直径D(公制)mm50、75、110、160
3）45°弯头公称直径D(公制)mm50、75、110、160、200、250
4铸造模具）立管检查口 公称直径D(公制)mm50、75、110、160、200、250
5）顺水三通 公称直径D(公制)mm50×50 75×75 110×110 160×160 200×200 250×250
6) 平面四通 公称直径D(公制)mm50×50 75×50 75×75 110×50 110×75 110×110
160×110 160×160
7) 斜三通 公称直径D(公制)mm50×50 75×75 110×110 160×160
8) 瓶径三通 公称直径D(公制)mm D1×D2 110×50 110×75
9) 立体四通 公称直径D(公制)mm 110×110×110
10）伸缩节 公称直径D(公制)mm50、75、110、160、ccc360200
管箍伸缩节 公称直径D(公制)mm50、75、110、160
11）立管检查口 公称直径D(公制)mm50、75、110、160、200、250
12) P型存水弯
公称直径D(公制)mm50、75、110、160
S型存水弯
公称直径D(公制)mm50、75、110
1.2 文献综述
关键字： PVC排水管 塑料 挤出机 注射机 生产设备 管件摘要： 介绍了PVC管道的发展前景，及国内外PVC排水管的生产现状。并且简要说明了排水管道、管件的种类及优点，还阐述了生产PVC排水管道、管件的设备及方法。前言： 塑料管在国外广泛应用于城市供排水、建筑给排水、热水供应、供热采暖等领域。在众多管材品种中，PVC管道的用量占绝对优势。在发达国家中，PVC管消费量一般占塑料管市场的70-80%，而我国PVC管仅占塑料管的总量的50%左右。其中管件与管材的消费量比约为1：8。在过去10年中，中国塑料管市场年均增长率为20%，2000年、2002年及2003年产量分别达到70万-80万t、130万t及150万t，增长率为15%，其中PVC管占55%，PE管 占40%。2010年，全国新建、改建、扩建工程中，建筑排水管道80%采用塑料管，建筑雨水排水管70%采用塑料管，城市排水管道的塑料管使用达到30%。预计到2015年，全国新建住宅内的排水管85%采用塑料管。随着国家对环境保护的日益重视，未来5年内国家将在排水管网建设方面投入巨资，这意味着塑料埋地排水管的发展市场空间加大。[1]
正文：
1、pvc管道国内外生产情况
目前，各种塑料管道生产企业近2000家，生产线已达3000多条，生产能力初步估计达350万吨，生产量为150万吨以上，占全国各类管道应用量的50%以上。在塑料管道中，PVC的份额为70%，PE占25%，PP－R占4%，其它占1%。尽管国内生产厂家2000多家，年产能力在1万吨的仅有70多家，年产3万吨以上的企业为20多家，红豆绒10万吨级的企业也有10家左右。整体而言，国内小口径、低附加值的管道企业多，大口径、高技术含量的企业少。 国内部分生产厂家的产能分别是：华亚塑胶：10万吨、河北宝硕：8万吨、国风集团：8万吨、中材管道：6.5万吨、浙江永高：4.5万吨、福建亚通：4万吨、湖北凯乐：4万吨、广东顾地：3万吨、沈阳久利：3万吨。1998－2003年导电胶水PVC管道的产量。[2]
2、PVC排水管道概况
建筑排水用硬氯乙烯管材简称为UPVC排水管材或PVC-U排水管，是以PVC树脂为主要原料，加入适量填充料，及适宜的助剂。如稳定剂、改性剂、润滑剂等，经挤出机挤出成型而成。PVC排水管是给排水工程中用量最大的一种塑料管材，PVC排水管的口径主要有50,75,110,160,200,250,315,400，弯曲强度高，弯曲模量大，具有较高的抵抗外部荷载的能力。[2]
PVC排水管材具有以下特征：（1）耐化学腐蚀性好；（2）具有自熄性和阻燃性；（3）耐老化性好，同在-15℃-60℃之间使用30-50年；（4）电性能良好，体积电阻1~3×1015Ω/cm3，击穿电压高达23~28Kv/mm；（5）内壁光滑、内壁表面张力小，很难形成水垢，流体输送能力比铸铁管高43.7%；（6）比钢管、铁管轻、很容易扩口、粘接、弯曲，安装工作量公为钢管的1/2；（7）UPVC管的韧性低，线膨胀系数大，使用温度范围窄。
PVC排水管种类包括硬聚氯乙烯平壁管、硬聚氯乙烯双壁波纹管、硬聚氯乙烯加筋管、.芯层发泡硬聚氯乙烯(PVC-U)管、硬聚氯乙烯（PVC-U）消音管
如：硬聚氯乙烯（PVC-U）平壁管特点:1)较高的抗内压能力2)内壁光滑3)环刚度较高4)承插式连接，橡胶圈密封，便于安装和维修5)由于管壁为实壁结构，同样等级的环刚度，其材料用量最高 分类:1）按管径常用7种规格，分别为：del160、200、250、315、400、500、630?管的标准长度4000、6000mm?2）采用胶贴剂粘结和橡胶圈接口[11] 3、PVC排水管生产线的工艺流程生产流程原料+助剂配制→混合→输送上料→强制喂料→锥型双螺杆挤出机→挤出模具→定径套→喷淋真空定型箱→浸泡冷却水箱→油墨印字机→履带牵引机→抬刀切割机→管材堆放架→成品检测包装1）挤出成型工艺原理料自料斗进入料筒，在螺杆旋转作用下，通过料筒内壁和螺杆表面摩擦剪切作用向前输送到加料段，在此松散固体向前输送同时被压实；在压缩段，螺槽深度变浅，进一步压实，同时在料筒外加热和螺杆与料筒内壁摩擦剪切作用，料温升高开始熔融，压缩段结束；均化段使物料均匀，定温、定量、定压挤出熔体，到机头后成型，经定型得到制品。[10] 2）挤出成型设备 1、主机挤出系统：由螺杆与料筒组成，是挤出机关键部分。其作用是塑化物料，定量、定压、定温挤出熔体传动系统：驱动螺杆，提高所需的纽矩和转矩加热和冷却系统：保证塑料和挤出系统在成型过程中温度达工艺要求 2、辅机由机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、卷取装置、切割组成3、控制系统由电器、仪表和执行机构组成作用：控制主、辅机电动机、以满足所需转速和功率；控制主辅机温度、压力、流量，保证制品质量；实现挤出机组的自动控制，保证主、辅机协调运行。3）PVC管材生产线设备功能（1）原料混合：是将PVC稳定剂、增塑剂、抗氧化剂等其它辅料， 按比例、 工艺先后加入高速混合机内，经物料与机械自摩擦使物料升温至设定工艺温度，然后经冷混机将物料 降至40-50度；这样就可以加入到挤出机的料斗。
（2）挤出机部分：本机装有定量加料装置，使挤出量与加料量能够匹配，确保制品稳定挤出。由于锥形螺杆的特点，加料段具有较大的直径，对物料的传热面积和剪切速度比较大，有利于物料的塑化，计量段螺杆直径小，减少了传热面积和对熔体的剪切速度，使熔体能在较低的温度下挤出。螺杆在机筒内旋转时，将PVC混合料塑化后推向机头，从而达到压实、熔融、混炼均化；并实现排气、脱水之目的。加料装置及螺杆驱动装置采用变频调速，可实现同步调速
（3）挤出模头部分：经压实、熔融、混炼均化的PVC，有后续物料经螺杆推向模头，挤出模头是管材成型的关建部件。
（4）真空定型水箱： 用于管材的定型、冷却, 真空定型水箱上装有供定型和冷却的真空系统和水循环系统，不锈钢箱体，循环水喷淋冷却, 真空定型水箱上装有前后移动装置和左右、高低调节手动装置。
（5）牵引机 ：用于连续、自动地将已冷却变硬的管材从机头处引出来，变频调速。
（6）切割机：由行程开关根据要求长度控制后，进行自动切割，并延时翻架，实行流水生产,
切割机以定长工开关信号为指令，完成切割全过程，在切割过程中与管材运行保持同步，切割过程由电动和气动驱动完成,切割机设有吸尘装置，将切割产生的碎屑及时吸出，并回收。
（7）翻料架 ：翻料动作由气缸通过气路控制来实现，翻料架设有一个限位装置，当切割锯切断管材后，管材继续输送，经延时后，气缸进入工作，实现翻料动作，达到卸料目的。卸料后经延时数秒自动复位，等待下一循环。[8] [9]
4.PVC排水管件概况
PVC排水管件主要有：
管箍度弯头、45度弯头、顺水三通（TY三通）、45度斜三通（Y三通）、瓶口三通、P型及S型返水湾、变径（偏心、同心）、伸缩节、平面四通、立体四通、立管检查口等等。还有一些柔性连接（锁扣连接）的管件：柔性三通，柔性立体四通，柔性平面四通、柔性立管检查口等等。
如，管箍、90°弯头、立管检查口 公称直径D(公制)mm50、75、110、160、200、250
5、PVC排水管工艺流程：
粒状热塑性塑料→〗→加料塑化 〗
注射机料筒清洗→』→加料→塑化』
→注射充模→保压→凝封→退柱塞或螺杆→冷却固化→脱模→后处理→注射制品
1）注塑原理
因加工物料而异。热塑性塑料的注射成型包括加料、塑化、注射、保压、冷却、脱模等过程。热固性塑料和橡胶的成型也包括同样过程，但料筒温度 较热塑性塑料的低,注射压力却较高，模具是加热的,物料注射完毕在模具中需经固化或硫化过程，然后趁热脱膜。
2）注射工艺设备：注射成型机
由注射装置、合模装置和注塑模具三部分组成。
注射装置
注塑机的主要部分。将塑料加热塑化成流动状态，加压注射入模具。注射方式有柱塞式、预塑化式和往复螺杆式。
合模装置
用以闭合模具的定模和动模，并实现模具开闭动作及顶出成品。
注塑模具
它由浇注系统、成型零件和结构零件所组成。①浇注系统是指自注射机喷嘴到型腔的塑料流动通道；②成型零件是指构成模具型腔的零件，由阴模、阳膜组成；③结构零件，包括导向、脱膜、抽芯、分型等各种零件。模具分为定模和动模两大部分，分别固定于合模装置之定板和动板上，动模随动板移动而完成开闭动作。模具根据需要可加热或冷却。
结语：目前中国正处于起步阶段，PVC管道由于有优越的性能，具有广阔的前景，发展潜力巨大。
参考文献：主要来自中国期刊网
1.3设计任务的依据或项目来源
目前，各种塑料管道生产企业近2000家，生产线已达3000多条，生产能力初步估计达350万吨，生产量为150万吨以上，占全国各类管道应用量的50%以上。在塑料管道中，PVC的份额为70%，PE占25%，PP－R占4%，其它占1%。尽管国内生产厂家2000gprs水表多家，年产
能力在1万吨的仅有70多家，年产3万吨以上的企业为20多家，10万吨级的企业也有10家左右。整体而言，国内小口径、低附加值的管道企业多，大口径、高技术含量的企业少。 国内部分生产厂家的产能分别是：华亚塑胶：10万吨、河北宝硕：8万吨、国风集团：8万吨、中材管道：6.5万吨、浙江永高：4.5万吨、福建亚通：4万吨、湖北凯乐：4万吨、广东顾地：3万吨、沈阳久利：3万吨。1998－2003年PVC管道的产量。[1]
1.4设计范围、装置组成及建设规模
A．产量说明
在PVC管道生产方面，国内外厂家生产管道产量最大在10万吨左右，其中PVC排水管就占据50%。（一般情况下，管道与管件的比例在5:1-8:1）依据以上生产现状，本厂决定生产8万吨的管道， 4万吨PVC排水管，7500吨的PVC排水管件。
其中各种管件的生产量如下：
弯头1500吨，外接1000吨，三通1500吨，S弯500吨，P型弯300吨，清扫口700吨，地漏500吨，透气帽500吨，四通500吨，立管检查口300吨，伸缩节200吨
B．主要设备
主要设备 | 作用 | 说明 |
高速混合机 | 将pvc树脂和添加剂混合在一起 | 温度在110-120·c |
注塑机 | 注射生产 | 长径比为24∕1的矩形螺棱通用螺杆炒茶机 |
模具 | 提供产品形貌 | 应抛光及镀铬避免HCI气体腐蚀， |
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1.5 PVC排水管材管件配方：[12] [4]
1.主稳定剂 可选用三盐基性硫酸铅和二盐基性亚磷酸铅,。这两种无机全属盐类稳定剂的热稳定效率高、分散性能好、价格低。在pvc物料加工温度下, 这两种主稳定剂具有与pvc树脂不相熔融的特性, 因而其配比量必须保证pvc物料具有一定热稳定程度, 切忌过量, 以免影响轻质碳酸钙&填充量, 增大产品成木。这两种主稳定剂的搭配比例一般为3:2, 总量为5
份左右。配方巾, 同时应加入3-4份环氧大豆油, 以便与主稳定剂产生协同效应。
