PPR管材挤出.docx

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PPR管材挤出

课题名称：

PP-R管材挤出工艺

系别：

专业：

高分子材料应用技术

班级：

学生姓名：

指导教师：

目录

1、前言………………………………………………………………………4

2、聚丙烯……………………………………………………………………4

2.1PP的发展形势及其应用………………………………………………4

2.1.1PP及其管材简介……………………………………………………5

2.1.2PP的加工特性及现状………………………………………………5

2.1.3PP的性质及应用……………………………………………………6

四．挤出成型工艺流程………………………………………………………6

4.1挤出成型原理………………………………………………………………6

4.2挤出成型工艺的生产过程………………………………………………7

4.3挤出成型工艺参数…………………………………………………………7

五、结束语………………………………………………………………………8

六、参考文献……………………………………………………………………9

摘要

PP-R管又叫三型聚丙烯管。

是欧洲90年代初开发应用的新型塑料管道产品。

采用无规共聚聚丙烯经挤出成为管材，本文主要设计了PP-R管材挤出生产工艺。

根据当今PP-R管材行业的发展前景和应用，结合实际，详细说明了PP-R管材的配方设计、挤出生产工艺流程等方面。

关键词：

PP-R管材挤出成型工艺、配方设计、挤出生产工艺流程、后处理

Abstract

Pp-rpipeandthreetypepolypropylenepipe.IsEuropeintheearly90sdevelopmentandapplicationofnewplasticpipeproducts.Withrandomcopolymerizationpolypropyleneextrusionaspipematerial,thispaperdesignedthepp-rpipeextrusionproductionprocess.Accordingtotoday'sprospectsfordevelopmentandapplicationofpp-rpipeindustry,combinedwiththeactual,detailingthepp-rpipematerialformulationdesign,productionprocessflowandparametersdeterminationofdevolatilizationandwaste.Toselecttheextrusionmachine,madeclearcalculation.Workshopproductionorganizationandmanagement,andtheeconomicestimateofthisprojectplanning.Finallydeterminedtheannualoutputof20000tofpp-rpipeextrusionmoldingprocess,theformuladesignisfeasibleandworkshopmanagementandproductionorganizationisperfect.

Keywords：

Pp-rpipematerialextrusionmoldingprocessformulationdesignproductionprocessandpost-processing

PP-R管材的挤出成型

一、前言

挤出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一。

大部分热塑性塑料都能用此法进行加工。

用挤出成型生产出来的产品广泛应用于人民生活以及农业，建筑业,石油化工机械制造,国防等工业部门。

挤出成型在挤出机上进行，挤出机是塑料成型加工机械的重要机台之一。

2003年全国塑料管材总产量突破180万t，同比增长23%。

早期，PP管材主要用作农用输水管，但是由于早期产品性能还存在一些问题（抗冲击强度、耐老化性能较差），市场未能打开。

随着上海塑料建材厂首家引进国外先进技术，采用进口PP-R料生产的输送冷、热水用的管材得到市场认可后，目前已有不少厂家建设PP-R管材生产线，价格也由投产初期的2万~3万元/t不断回落，但PP-R管材在塑料管材市场上的占有率仍然很低。

据反映，目前国产PP-R料与进口料比较还有一定差距，质量有待改进和提高。

塑料管材是我国化学建材推广应用的重点产品之一，建设部曾于2001年发出“关于加强共聚聚丙烯（PP-R、PP-B）管材生产管理和推广应用工作的通知”，要求有关部门共同做好从原料、加工、质量以至管材使用、安装等工作，要严格把好PP管材质量关，以利更好地做好我国PP管材的生产、应用、推广工作。

[5]

二.聚丙烯

2.1PP的发展形势及应用

2.1.1PP及管材的简介

甲基排列在分子主链的同一侧称等规聚丙烯，若甲基无秩序的排列在分子主链的两侧称无规聚丙烯，当甲基交替排列在分子主链的两侧称间规聚丙烯。

一般工业生产的聚丙烯树脂中，等规结构含量约为95%，其余为无规或间规聚丙烯。

工业产品以等规物为主要成分。

聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。

通常为半透明无色固体，无臭无毒。

由于结构规整而高度结晶化，故熔点可高达167℃。

耐热、耐腐蚀，制品可用蒸汽消毒是其突出优点。

密度小，是最轻的通用塑料。

缺点是耐低温冲击性差，较易老化，但可分别通过改性予以克服。

共聚物型的PP材料有较低的热变形温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度，PP的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。

PP的维卡软化温度为150℃。

由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。

PP不存在环境应力开裂问题。

PP的熔体质量流动速率（MFR）通常在1~100。

低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。

对于相同MFR的材料，共聚型的抗冲强度比均聚型的要高。

由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.6~2.0%。

PPR管材与传统的铸铁管、镀锌钢管、水泥管等管道相比，具有节能节材、环保、轻质高强、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、施工和维修简便、使用寿命长等优点，广泛应用于建筑给排水、城乡给排水、城市燃气、电力和光缆护套、工业流体输送、农业灌溉等建筑业、市政、工业和农业领域。

近几年，随着建筑业、市政工程、水利工程、农业和工业等行业市场需求的不断加大，中国PPR管材行业呈现出了高速发展态势。

2009年塑料管道生产量为580.4万吨，同比增长18.9%，据前瞻网调查，2010年1-9月塑料管道生产量552.8万吨，同比增长28.23%。

同时，随着消费者对产品环保、健康、耐用等方面的品质要求不断提高，我国塑料管道在产量增加的同时，产品质量水平不断提高，行业的技术进步不断加快，品牌规模企业不断增多，新材料、新结构品种不断涌现，先进的系统设计理念层出不穷，产品的功能性更加明显、应用领域得到进一步拓宽。

分析认为，中国塑料管道市场占有率2013年在所有管道中的比例已经超过30%。

2.1.2PP加工特性及现状

PP的吸水率低，在水中浸泡一天，吸水率低于0.01%，因此加工前不必干燥处理。

虽然PP在惰性气体中的热稳定性很好，分解温度在300℃以上，但在受热状态下，热氧会引发其降解反应，因此需要加入抗氧剂（如主抗氧剂1010和辅助抗氧剂168）。

PP的熔体接近非牛顿流体，粘度对温度的敏感性小，而取决于剪切速率的大小。

PP的收缩率和方向选择性都大，这对制品的精度影响较大，在具体设计模具和确定工艺条件时要注意。

PP在加工中容易产生取向，并造成不同方向上的性能差异，在成型时要引起注意。

PP制品对缺口比较敏感，制品设计时应当避免出现尖角和缺口，以免引起应力集中。

PP熔体与铜接触会导致降解，应避免与铜接触或加入抗铜剂。

PP在冷却凝固速度快时，容易产生内应力。

对制品进行退火处理后，能消除残留的内应力，并改善冲击强度。

PP如需加入金属嵌件，必须对金属嵌件进行热处理，并且嵌件周围塑料的厚度不应小于嵌件直径。

现状：

世界各大公司为了提高聚丙烯产品在市场中的竞争力，都在致力于新生产工艺、新型催化剂和新产品的研究开发。

未来聚丙烯技术的发展将更多地采用新的生产工艺和催化剂，多区循环反应器（MZCR）技术和双峰聚丙烯技术将成为的主要生产工艺，Z-N催化剂将不断向系列化、高性能化方向发展，茂金属-单活性中心催化剂（SCC）的应用将进一步得到发展，非茂单活性中心催化剂的开发将成为研究开发的热点。

同时，新产品的开发将使其应用途径越来越广泛。

近年来，尽管我国聚丙烯工业发展迅速，但是产量仍不能满足实际生产的需求，每年都得大量进口，因此，我们应积极跟踪世界聚丙烯生产新工艺和新型催化剂的发展方向，加大符合我国国情聚丙烯生产新工艺和新型催化剂的研究开发力度，同时积极开发生产新产品，以促进我国聚丙烯产业的快速发展.[4]

2.1.3PP的应用及性质

PP—R管适用于建筑物室内冷热水供应系统，也广泛适用于采暖系统。

欧洲在建筑物冷热水供应系统中，使用PP—R较为普遍，己上升为主导产品。

聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，密度只有0.90--0.91g/rm，是目前所有塑料中最轻的品种之一。

它对水特别稳定，在水中的吸水率仅为0.O1%，分子量约8万一15万。

成型性好，但因收缩率大（为1%~2.5%）.厚壁制品易凹陷，对一些尺寸精度较高零件，还难于达到要求，制品表面光泽好，易于着色。

聚丙烯的化学稳定性很好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定；但低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使聚丙烯软化和溶胀，同时它的化学稳定性随结晶度的增加还有所提高，所以聚丙烯适合制作各种化工管道和配件，防腐蚀效果良好。

三．选料与配方设计

3.1原料的选择

Pp管材用树脂一般熔体流动速率≤1.5g/10min，过高则影响其力学性能和耐环境应力开裂性能。

在PP管材树脂中加入适量填充剂可以降低尺寸收缩率；添加阻燃剂可降低可燃性；与橡胶相聚合物共混可以改进管材冲击及低温性能。

3.2配方设计

1、PP树脂为了保证管材的质量，减少次品率，树脂的来源要稳定。

2、稳定剂目前国内采用的主要热稳定剂为：

三碱式硫酸铅与二碱式铅盐,金属皂类并用、复合铅盐稳定剂、稀土复合稳定剂、有机锡稳定剂含重金属的稳定剂（如含Pb，Ba，Cd）对人体健康有害，这些稳定剂在给水管配方中的用量有限制.。

单螺杆挤出流程，物料受热历史较双螺杆挤出流程要长，稳定剂用量前者较后者要增加25％以上。

双壁波纹管的机头温度较高，物料在机头内停留时间较长，配方中稳定剂的用量比普通管配方要多。

3、填料填料的作用是可降低成本。

尽量采用超细活性的填料,（价格较高）.管材用量比型材大.填料用量过大会造成抗冲击性降低和管耐压性下降，所以，在化工用管和给水管中，填料用量在10份以内。

排水管，冷弯穿线套管中填料用量可多些，同时加大CPE的用量来改变冲击性能的下降。

对管材性能要求较低的管材，和落雨管，填料量可很大，但是对双螺杆挤出机磨损较严重。

4.改性剂

（1）、加工改性剂：

普通管材可以少用或不用；波纹管和薄壁管多用.

（2）、冲击改性剂：

比型材用量少,两方面原因:

1.性能,耐低温,拉伸强度2.成本（3）、其他助剂：

颜色：

钛白用量,型材作为耐老化剂来使用,必须用.硬PVC管的配方中主要是色素，主要是钛白粉或炭黑，可依管材外观要求选用。

5、外润滑剂与稳定剂的匹配设计

（1）、根据稳定剂选择与之匹配的外润滑剂a.有机锡稳定剂。

有机锡稳定剂与PVC树脂有较好的相容性，有严重的粘附金属壁的倾向，与之匹配的最便宜的外润滑剂是以石蜡为主的石蜡-硬脂酸钙体系。

b.铅盐稳定剂。

铅盐稳定剂与PVC树脂相容性差，仅附在PVC粒子表面，阻碍了PVC粒子间的融合，通常采用硬脂酸铅-硬脂酸钙外润滑剂与之匹配。

（2）、外润滑剂的用量。

如果调整外润滑剂用量仍不能满足物料加工的要求，则可以考虑添加少量的内润滑剂。

6、增韧剂当使用抗冲击增韧改性剂时，由于熔体粘度大，粘附到金属表面的可能性就大，往往需要增加外润滑剂的用量；用同一种设备挤出的薄壁管比同一规格的厚壁管所需的外润滑剂要多。

当加工温度高时，熔体粘附金属表面的倾向大，所加入的外润滑剂就多。

4.1挤出成型原理

挤出成型又称基础模型成型。

是指把粉末状或粒状物料由料斗加入到挤出机的机筒内，物料在螺杆旋转的挤压推动作用下，通过机筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前输送和压实，通过机筒外部的加热装置和摩擦预热，在高温、高压条件下熔融塑化。

然后，连续转动的螺杆再把熔融物料推入机头模具，从机头模具挤出的熔融物料经冷却定型成为所需的塑料制品。

可将挤出过程分为两个阶段：

（1）是使固态塑料塑化，既使其变成黏流态并在加压的情况下使其通过特殊形状的口模而成为截面与口模形状相同的连续体。

（2）是采用适当的冷却方法使挤出的连续体失去塑性而变成固态，即所需制品。

[2]

4.2挤出成型的生产工艺过程

挤出成型的工艺过程包括：

原料+色母料→混合→真空上料→原料干燥→单螺杆挤出机→色线挤出机→螺旋式模具→定径套→喷淋真空定型箱→喷淋冷却水箱→喷码机→履带牵引机→成品检测包装

挤出机成型生产线的组成：

完成一种挤出产品的生产线通常由主机、辅机组成，这些部分称为挤出机组。

主机：

一台挤出机由以下三部分组成：

挤压系统、转动系统、加热冷却系统。

辅机：

挤出机的组成是根据制品的种类而定的，一般辅机由下列几部分组成：

机头、定型装置、冷却系统、牵引装置、冲床装置、堆放装置。

控制系统：

挤出机的控制系统主要电器仪表和执行机构组成，其主要作用是控制主机、辅机的驱动电机，使其操作的转速和功率正常，并保证主机和辅机的温度、压力、流量和制品的质量，实现全机组的自动控制。

4.3挤出成型的工艺参数

挤出工艺控制包括成型温度、挤出速度、牵引速度、螺杆转速等方面的控制。

1．温度的控制挤出成型温度是促进成型物料塑化和塑料熔体的流动的必要条件，它直接影响着物料在整个加工过程的流变状态，对塑料的塑化和异型材的产量、质量均具有十分重要的意义。

在整个加工过程中，物料要实现由玻璃态到高弹态再到粘流态的转变，各段温度控制也不尽相同。

下面就筒区、螺杆、连接体、模头温度一一介绍。

（1）筒区温度装置如何设置好筒温的温度，必须对我们的螺杆在挤出成型过程中的功能有一个了解。

筒区可分为四个区：

加料区、压缩区、计量区。

挤出机中机筒的加热是为了使机筒受热达到一定的温度，机筒的冷却是为了使有一定温度的高温机筒把温度降下来。

在挤出机挤塑塑料生产过程中，机筒上有加热和冷却装置的交替工作，则使机筒工作时温度恒定在一个挤出塑料塑化需要的工艺温度范围内，这样就保证了挤出机正常挤塑制品成型生产的顺利进行。

（2）螺杆温度由于螺杆之间间隙很小，而使得在螺杆之间产生的摩擦热较大，为了保证物料不发生分解，故温度设置较低，一般在120——140℃。

（3）模具温度模具温度是保持稳定成型的重要条件之一，为了防止由于模温与熔差的温差而造成型翘曲的现象，所以模温设置应与熔体温度一致，一般在190——210℃。

另外。

模具温度受到型材的几何形状的影响，复杂的形状，由于型腔的表面积较大，会阻碍物料的流动，故有时需要较高的模温来提高熔体的流动性能。

2．转速控制

转速控制包括进料螺杆、挤出螺杆转速牵引速度的控制。

工艺要求：

（1）使物料挤出成型使具有必要的成型压力；

（2）达到预期的生产能力。

（3）根据挤出机模具的实际生产能力来设置挤出螺杆的转速，在额定产能下，一般挤出机螺杆的设定在最大转速的80%较适合。

（4）在设置好螺杆转速的前提下，根据所需的熔融压力、电机负荷设置进料螺杆转速。

（5）牵引机速度根据挤出机与模具的产能及型材比重来确定。

3．挤出速度

挤出速度V=375m/h,符合此次设计的生产要求。

4．牵引速度

牵引速度比挤出速度大1%-10%，约为390m/h-420m/h。

[1]

总结

PP-R饮用水管系统是当今世界发达国家普遍采用的新型产品，它在冷热水输送工程中采用同质溶接技术，其综合技术性能和经济指标远远优于其它同类产品,尤其是它卓越的卫生性能,从生产使用到废弃回手全过程都可达到极高的卫生、环保要求.产品具有耐热、耐压、保温节能、使用寿命长及经济等优点。

参考文献

[1]周殿明塑料挤出成型工艺员手册化学工业出版社2008

[2]张玉龙主编塑料挤出成型工艺与实例化学工业出版社2010

[3]李刚袁秀芳袁春海无规共聚聚丙烯PPR管材专用料结构与性能研究石油化工2003年10期期刊

[4]邱丽萍张明强宋磊PPR管材专用树脂的结构与加工性能合成树脂及塑料2012年02期期刊

[5]赵燕王景政白竞冰国内聚烯烃管材料市场分析及应对措施石油化工应用2012年12期期刊