华东理工毕业小设计-年产7500吨普通级PVC电缆料生产车间工艺设计.pdf

温乐斐 10103638 复材 101 1 年产 7500 吨普通级 PVC 电缆料 生产车间工艺设计 第一部分：设计依据 1.1 设计题目：设计题目： 年产 7500 吨普通级 PVC 电缆料生产车间工艺设计； 1.2 产品规格：产品规格： 聚氯乙烯电缆料约为 4mm³4mm³3mm 的方形颗粒物或具有相当大小的圆 柱状颗粒物。 1.3 产品产品标示标示： 型号：H-90； 名称：型 90护层级软聚氯乙烯塑料； 工作环境：导体线芯最高允许工作温度为 90； 主要用途：450/750V 及以下电线电缆的护层； 颜色：红色、黑色、黄色、蓝色、绿色、棕色、白色、灰色等，其他颜色由 用户与生产厂双方协商确定。 1.4 产品产品产量产量： 年产量为 7500 吨左右； 1.5 技术要求技术要求： 外观：聚氯乙烯电缆料应塑化良好，色泽均匀，不应有明显的杂质。 形式：4mm³4mm³3mm 方形或圆柱状颗粒物。 执行标准：GB/T8815-2008 及 GB/T8815-2002。 相关规定：PVC 电缆料的机械、物理性能与电性能应符合表 1-1 和表 1-2 的 规定。 表表 1-1 聚氯乙烯电缆料的机械、物理性能与电性能聚氯乙烯电缆料的机械、物理性能与电性能 内容 H-90 1.拉伸强度/MPa 16.0 2.断裂伸长率/% 180 3.热变形/% 40 4.冲击脆化性能 试验温度/ -20 冲击脆化性能 通过 5.200时热稳定时间/min 180 6.20时体积电阻率/（ ²m） 1.0³109 7.介电强度/MV/m 18 温乐斐 10103638 复材 101 2 注： 1.相对密度指标由供需双方协商，一般相对密度不大于 1.40。 2.阻燃性能用氧指数指标考核，指标值由供需双方协商确定。 3.根据用户要求，生产厂可提供产品长期耐热性评定报告。 表表 1-2 聚氯乙烯电缆料的机械、物理性能聚氯乙烯电缆料的机械、物理性能 1.6 试验方法试验方法： 外观检查：在自然光线下用肉眼观察。 试样制备： 将粒料混合后在温度为 （165±5） 的开炼机上炼塑5min10min， 再在温度为（165±5）的液压机中按不加压预热、加压预热、加压冷却的顺序 压制 15min20min 出模。 试片厚度应符合各测试项目的规定。在实验前标定试样的标线和厚度，且在 此条件下进行试验。 拉伸强度和断裂伸长率的测定：按 GB/T1040 的规定进行，实验为型，厚 度为 （1.0±0.1） mm， 拉伸速度为 （250±50） mm/min。 试样在温度为 （23±2） ， 相对湿度为 45%55%的环境状态中调节不少于 4h。 其余测定： 按照 GB/T8815-2008 及 GB/T8815-2002 中标明的测试方法进行相 应的测试。 第二部分：指导思想和设计原则 2.1 设计设计意义意义： 电缆料是指用于电线电缆的绝缘和护套材料的塑料，常用的电缆料有 PVC、 PE、PP 及氟塑料、聚酰胺等。 PVC 电缆料可分为护层级和绝缘级两种。护层级要求耐热性较好，而绝缘级 则要求绝缘性好。 8.介质损耗因数（50Hz） - 9.工作温度时体积电 阻率 试验温度/ 体积电阻率/（ ²m） - 项目 H-90 试验温度/ 135±2 试验时间/h 240 1.老化后拉伸强度/MPa 16.0 2.拉伸强度最大变化率/% ±20 3.老化后断裂伸长率/% 180 4.断裂伸长率最大变化率/% ±20 5.热老化质量损失 实验条件 115±2 240h 质量损失/g/m2 20 温乐斐 10103638 复材 101 3 PVC 电缆料是由 PVC 树脂、增塑剂、稳定剂、填充剂、润滑剂、抗氧化剂、 着色剂等组分组成。PVC 电缆料的耐电压和绝缘电阻比较高，但介电常数和介电 损耗较大。因此，一般主要用作低压（小于等于 1KV）和中高压（610KV）电 线电缆和局部通信电缆的绝缘层材料。 PVC 塑料由于具有难燃、耐油、耐电晕、耐化学腐蚀和良好的耐水性能，因 此还广泛用作电线电缆的护层材料。利用添加特种性能助剂或改性剂，可以分别 制造出耐热型（105） 、耐寒型、耐油型、难燃型、特软型和无毒型的 PVC 电 缆料，以满足特殊电线电缆产品的需要。 PVC 电缆料的优点：电性能好、密度低，其机械性能和耐热性、防湿性均较 好，成型加工及使用方便，不受地面落差限制。适应性大，价格低，外表美观等 优点使得它具有独到的市场竞争力，因此它是电缆料中使用最大的一种材料。 电缆料生产企业是以电缆生产企业为用户，只要有电线电缆需求就有电缆料 的市场。电线电缆产品中除钢芯铝绞线、电磁线等裸线产品外几乎都需要绝缘层 口，故而市场的需求量势必是逐年递增。 另外，随着我国建设的深入发展，又有城乡电网改造、西部大开发及通信设 施大面积升级改造，对电线电缆产品的巨大需求。因而从一段时间来看，电缆料 在我国具有广泛的市场发展前景。经济发达地区建造一座加工生产 PVC 电缆料 等制品、能带来巨大经济效益和社会效应的厂区，可谓是前途一片光明。 2.2 建厂可行性评述建厂可行性评述： 2.2.1 厂址选择：厂址选择：上海化学工业区 2.2.2 区域优势：区域优势： 上海是中国大陆经济最发达的城市之一。 第三产业在上海的 经济占了一定比重，其中最主要的产业包括金融业、房地产业、保险业以及运输 业等。位于浦东新区的陆家嘴是上海的新兴金融中心，中国人民银行上海总部 2005 年 8 月在上海揭牌， 主要职能是管理公开市场操作。 全球 500 强企业中已有 部分在上海设立了中国区总部、分公司和办事处。上海已经成为全中国纳税率最 高的城市，上海历来上交的税款达中国国内总税款的一半。 上海工业发达，90 年代中期以来，随着浦东新区的开发，以及财政转移支付 比重减少等多方面的原因，上海的工业又重新焕发了新的生机。上海工业总产值 占全国的十分之一，主要以轻纺、重工业、冶金、石油化工、机械、电子工业为 主，其他还有汽车、航空、航天等工业。张江高科汇集了大量的高端制造业。农 业占总体经济的比例比较小，大约在 1.7%左右。 由于土地、劳动力成本日益提高，加之市政府经济政策导向等原因，目前纺 织业、 重污染行业等低端制造业、 劳动密集型产业开始逐渐迁往郊区或关门停业， 上海市整体产业结构进步明显，已形成逐渐巩固自己的核心竞争力。 2.2.3 选址可行性：选址可行性： 上海化学工业区为国家级经济技术开发区， 是国家首批新 温乐斐 10103638 复材 101 4 型工业化示范基地/国家生态工业示范园区、 全国循环经济先进单位。 园区位于杭 州湾北岸，规划面积 29.4 平方公里，是以炼化一体化项目为龙头，打造“1+4” 产业组合，发展以烯烃和芳烃为原料的中下游石油化工装置以及精细化工深加工 系列，形成乙烯、丙烯、碳四、芳烃等为原料的产品链。 上海化工区是“十五”期间中国投资规模最大的工业项目之一，第一期项目 总投资达 1500 亿元人民币，是中国改革开放以来第一个以石油和精细化工为主 的专业开发区，同时也是上海六大产业基地的南快中心，被誉为“上海工业腾飞 的新翅膀” 。 2009 年底，上海化工区一体化管理范围扩大为 36.1 平方公里，纳入管理的 金山分区重点发展化工物流、化工检维修和化工品交易等产业，奉贤分区重点发 展精细化工、化工机械装备和高分子材料等产业。截止 2012 年底，全市共有企 业 153 家。 上海化学工业区的开发建设引入了世界级大型化工区的 “一体化” 先进理念， 通过对区内产品项目、公用辅助、物流传输、环境保护和管理服务的整合，为进 区投资者提供最佳的投资环境。目前，英国石油化工、德国巴斯夫、德国拜耳、 德国赢创、美国亨斯迈、日本三菱瓦斯化学、日本三井化学等跨国公司以及法国 苏伊士基团、荷兰孚宝、法国液化空气基团、美国普莱克斯等世界著名公用工程 公司已落户区内。预计到 2015 年，招商引资累计达到 270 亿美元，固定资产投 资累计完成 1300 亿元，年销售收入 13001500 亿元，当年各类税收 70 亿元。化 工区的建设目标是成为亚洲最大、最集中、水平最高的世界一流石化基地之一。 上海化学工业区位于上海市南翼，金山、奉贤两区的交界处，距市中心 50 公里，有 A4 高速公路连接市区和沪宁、沪杭高速公路网，从市中心驱车到现场 仅需要 45 分钟；化工区内设有专用铁路支线与全场 113 公里的浦东铁路（奉贤- 浦东机场-张庙）相连；通过疏浚后的内河航运系统，化工区可与黄浦江、长江 水系连接； 化工区除建有专用海运码头以外， 与洋山深水港 （1000 万标准集装箱） 仅 55 公里；化工区距浦东国际机场和虹桥国际机场均约 50 公里。化工区快捷的 “水陆空”运输条件，为将来化工区投资的企业提供极为便利的交通运输服务。 产品项目一体化：由石油脑、乙烯等上游产品与异氰酸酯、聚碳酸酯等中游 产品以及精细化工、合成材料等下游产品形成一个完整的产品链。在化工区内落 户的主题项目就以上、中、下游的化工产品为纽带连成一体，实现整体规划、合 理布局、有序建设。 公用辅助一体化：为了合理利用能源、减少消耗，根据化工区区内化工主体 项目对水、电、气等的需求总量，统一规划、集中建设，形成供水、供电、供热、 供气为一体的公用工程“岛” ，实现区内能源的统一供给。 物流传输一体化：通过区内与各个化学反应装置连成一体的专用传输网以及 温乐斐 10103638 复材 101 5 仓库、码头、铁路和道路等一体化的物流运输系统，将区域内的原料、能源和中 间体安全、快捷地送达目的地。 环境保护一体化：通过在生产过程中运用环境无害化技术和清洁生产工艺， 以天然气作为清洁能源，通过对废水和废弃物的统一处理，形成一体化的清洁生 产环境，使化工区达到生产与生态的平衡、发展与环境的和谐。 管理服务一体化：为入驻化工区的业主提供政府“一门式”办公，寓管理于 服务中，使来自不同国家、不同属性、不同规模的企业在化工区都能得到全面、 优质的服务。同时还参照国际惯例，结合市场经济手段向各业主提供后勤“一条 龙”服务，使各生产单位集中全部精力进行其核心生产活动，达到各化工装置间 的高效运作。 2.2.4 公用工程项目：公用工程项目： 化工区水厂：工业水 20 万吨/日（一期） ；生活水 7000 吨/日。 污水处理厂： 3.75 万吨/日生化处理能力；1700m3/日厌氧处理线；根据项目 需要建成 510 万吨/日生化处理线。 化工液体码头和储罐区： 3 个 5000 吨泊位； 3 个 25000 吨泊位 （预留两个） ； 22 万立方米储罐区。 大件码头：设计规模 1000 吨级（单件） 。 热电联供：电：60 万千瓦；蒸汽：660 吨/小时；燃气-蒸汽联合循环发电；2 套 9F 级 30 万千瓦/台发电机、330 吨/台蒸汽锅炉都已投用；3 台 110 吨/小时应 急快速启动锅炉。 工业气体：一氧化碳：15400Nm3/时；氢气：65800 Nm3/时；氧气：6750 Nm3/ 时；氮气：30500 Nm3/时；工业空气：10050 Nm3/时；仪表空气：10050 Nm3/时。 公共管廊：一期约 21 公里的管廊已全面建成，已有 168 根管道建成并输送 物料，管道总长度达 281.6 公里。 焚烧炉：工程规模为 60000 吨/年。 2.2.5 生产配套服务：生产配套服务： 化工区管理服务中心： 化工区管理委员会为企业提供政府 “一门式” 服务 （包 括海关、检验检疫、工商、税务、外汇管理等） 。同时提供安全监控、防灾、环 境监测、银行、电子商务平台、卫生急救、保险、展示及后勤等多方面服务。 化工区应急响应中心： 集公共安全、 道路交通、 消防、 医疗急救、 化学事故、 防灾减灾、市政抢险、环境保护等功能于一体。构筑起全方位、全天候的保障网 络，并通过预案编制和实战演练，为区内企业“安全、健康、有序”地生产运营 创造良好环境。 化工区消防支队：社会性“E7 消防特勤站”和“C1 水路两用站”均已建成 投用。 温乐斐 10103638 复材 101 6 医疗急救中心：化工区医疗急救中心的五大功能：医疗急救、基本医疗、预 防保健、健康体检、劳动安全卫生管理。 上海化工人才服务中心：中心本着“专业、高效、诚信”的宗旨， “情景化 设计、标杆化管理、专业化服务”的理念。在化工区管理委员会的统一管理下， 努力为区内、外企业提供优质服务，实现“一口受理” 、 “一门式服务”和“上门 服务”多种方式相结合，提高客户办事效率，降低办事成本。为客户排忧解难， 解决客户在人事人才方面的一切后顾之忧。 生态园：生态园林位于整个生态区的北侧，紧靠沪杭公路，通过种植各类树 种， 有效吸收和减少空气中二氧化硫和一氧化碳含量， 成为净化空气的天然屏障； 绵延起伏万木成林，享受化工区“绿肺”的美称。 2.2.6 区区内基础配套设施：内基础配套设施： 目前整个化工区已形成了网络状道路系统和环状排水系统，已建成公用道路 66.3 公里、排水河道 14.8 公里、工业水管 70.3 公里、生活水管 45.8 公里、电力 排管 29.5 公里、区内铁路 8 公里、绿色面积 117.4 万平方米，整个区域已全面满 足主体项目建设和投产的所有条件。 2.2.7 区外市政基础配套设施：区外市政基础配套设施： 高速公路：莘奉金高速公路（A4）已于 2002 年 12 月 27 日开通，沟通与市 区、江苏、浙江的联系。 内河航道：龙泉港拓宽、疏浚和新开东海港，开辟了 300 吨级的内河航道。 出海阀：龙泉港出海阀的建设，保证化工区水源水质。 2.2.8 区域地貌特点：区域地貌特点： 工业区位于长江三角洲南翼，太湖流域蝶形洼地东南端。地势低平，地面高 程自北西至东南略有升高，河渠交织成网。地貌经历了燕山晚期地质运动、新生 代古气候冷热交替变化以及 300 万年来地壳的缓慢沉降，从未在前四纪地层的基 底上堆积了厚 0285 米不等的松散岩层，造就了现今的地貌形态。地基承载力 810 吨/m2。 2.2.9 区域气候特点：区域气候特点： 工业区属于亚热带季风气候，常年主导风为东南风，气候温润，日照充足， 四季分明。空气降尘量是上海市中心的十分之一，空气质量是上海陆地部分最好 的。常年平均日照为 111.72 千卡/cm2，平均日照时数为 2021.2 小时。2004 年降 雨量为 1162.0mm，无霜期 225 天，年平均气温 15.7。 2.2.10 区域灾害频率：区域灾害频率： 台风： 历史记载，台风从奉贤两侧，金山、南汇方向登陆，但登陆后减弱 23 级，没有形成大的灾害。但是依旧会有一定的影响。 洪水： 历史上百年一遇的高位记录为黄浦江吴淞口的 4.19 米， 但并没有影响 温乐斐 10103638 复材 101 7 该地区的相关记录。 地震：工业区的地质层比较稳定，且建筑设计地震设计预防强度为 6 度。 其他灾害：均没有造成巨大的威胁和危害。 图图 2-1：上海化学工业区地理位置图上海化学工业区地理位置图 图图 2-2：上海化学工业区规划总平面图上海化学工业区规划总平面图 温乐斐 10103638 复材 101 8 图图 2-3：上海化学工业区交通线路图上海化学工业区交通线路图 2.2.11 区域区域基础化工原料提供基础化工原料提供： 化工区近 70 亿元美元的石油化工项目已在 2005 年竣工投产，可提供大量基 础化工产品原料，如乙烯、丙烯、苯、甲苯、苯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯 乙烯、MDI、TDI、聚异氰酸酯、聚碳酸酯、聚四氢呋喃、苯酚丙酮等，总量达 650 万吨/年。这些基础化工原料，可为下游深加工工业提供丰富的原料。 2.2.12 投资成本参考：投资成本参考： 表表 2-1 上海化工区投资成本一览表上海化工区投资成本一览表 注：公用工程价格与各公用公司洽谈并签署协议。 2.2.13 劳动力来源劳动力来源及成本及成本： 上海是公认的移民城市，移民资源与其他因素汇聚成强大的发展定势，为上 海的崛起注入了生生不息的活力和强劲的动力。外来人才及劳动力的引入，以及 上海周边郊区县城的劳动力， 构成了广泛的劳动力储备。 大量的来沪移民的数量、 工商注册费 按注册资本总额 0.1%缴纳 （资本超过 1000 万， 按 0.05%缴纳） 验资费 100 万以下为 6000 元人民币（最高不超过 0.01%投资总额） 商检费 （含海关通关费） 上报货物总额的 0. 5% 印花税 合同金额的 0.005%0.1% 契税 合同金额的 3%5%（上海目前采用 3%的契约税） 公证费 0.01%0.3% 登记费 0.01%0.05% 电讯 ISDN-35 元人民币/月租费+0.11 元人民币/分钟 ADSL-2500 人民币/月 温乐斐 10103638 复材 101 9 文化程度、劳动技能以及年龄、性别等各种构成都有利于经济发展，不仅为上海 节省了一大笔职业培训教育的人口投资费用，也使得上海人口素质相对提高，形 成的集聚效应，为上海的经济建设发展起到十分重要的影响。故而，劳动力十分 充足，无须担心。 表表 2-2 劳动力成本劳动力成本 2.2.14 资金来源与筹措资金来源与筹措： 1.自有资金：发起人自己投入的资金和资产，包括有形资产和无形资产。 2.接收捐赠：非发起人投入的不要求回报的资金和资产。 3.向外借贷： 向金融机构或非金融部门借入资金， 包括保证贷款和担保贷款。 4.外商合资：引入外国资金及技术，实现联合操作、共同生产。 5.国家扶持：申请成为国家相关企业的子公司或部门公司，享受国家政策扶 持及资金支持。 2.3 技术可行性技术可行性： 2.3.1 电缆料生产工艺电缆料生产工艺概况概况（基本的四种方法） ：（基本的四种方法） ： （1）双辊开炼切粒：原辅料配料高速混合机密炼机双辊开炼机 冷却水槽干燥切粒机筛选磁选计量包装。 （2）单螺杆挤出机造粒：原辅料配料高速混合机冷却混合机单螺 杆挤出机热切机头风冷筛选磁选计量包装。 （3）双阶挤出机（一阶双螺杆混炼机，二阶单螺杆挤出机）造粒：原辅料 配料高速混合机冷却混合机双阶挤出机热切机头风冷筛选磁选 计量包装。 （4）双螺杆挤出机造粒：原辅料配料高速混合机冷却混合机双螺 杆挤出机热切机头风冷筛选磁选计量包装。 考虑到我厂的生产成本及生产规模等情况，选择（3）作为主要电缆料生产 工艺。 2.3.2 双阶挤出机造粒生产工艺双阶挤出机造粒生产工艺及特点及特点： （1）准备工作：稳定剂、填充剂、着色剂分别用 80 目筛网过筛，并分别加 操作工人月工资（2013 年数据） 25505102 元人民币 上海市的平均最低工资（2013 年数据） 1620 元人民币 养老金缴纳比例（2005 年数据） 25.5% 医疗保险缴纳比例（2005 年数据） 12% 失业金缴纳比例（2005 年数据） 2% 公积金缴纳比例（2005 年数据） 7% 2013 年度职工月缴纳四金的上限 14076 元人民币 2013 年度职工月缴纳四金的下限 2815 元人民币 温乐斐 10103638 复材 101 10 入增塑剂浸透后用三辊研磨机或高速混合机混合。称量后备用。增塑剂混合均匀 后预热 90待用；树脂用 60 目筛网过筛。 （2）捏合：投入 PVC 树脂，然后加入增塑剂搅拌片刻，待树脂将增塑剂基 本吸收后， 加入稳定剂， 靠摩擦热使料温升到 90左右， 再加入填充剂、 着色剂， 料温升至 110时，将料卸到冷却搅拌机中降温搅拌，至 4550以下时出料。 （3）挤出造粒：双阶挤出机由两部分组成，第一阶为高速同向双螺杆混炼 机，第二阶为低速单螺杆挤出机，两者呈垂直正交布置，构成双阶式复合机组； 将同向双螺杆与单螺杆优势结合互补。双螺杆强制输送、高效塑化混炼与剪切分 散，无机头背压回流，避免了高剪切过热；单螺杆高压挤出，但低速低剪切，同 样回避了过热矛盾。特别适合 PVC 等热敏性物料的加工。双螺杆加工温度 150185，单螺杆温度 130165。采用风冷磨面热切粒方式，粒料经旋风分 离器、振动筛进入料仓。 （4）包装：经筛选磁选、计量后包装。 PVC 电缆料实际生产，可根据设备情况和现场条件灵活组合及搭配，关键是 要保证配方准确、物料混合充分均匀、塑化良好。因为电缆成型时还要再次受热 成型，所以造粒温度不能太高。 整个工艺过程稳定易控制，生产设备简单，对操作人员的技术素质要求不是 很高，特别适合于中小企业电缆料的生产制备。工艺方法生产过程连续，生产效 率稳定。缺点就是混料采用干法，工作环境的通风透气要求比较高，并且采用两 台机器进行造粒， 在厂区器械的堆放、 以及消除安全隐患等方面的要求比较严格。 2.4 原料及设备选用原料及设备选用： 2.4.1 主要原材料主要原材料： PVC 树脂、增塑剂、稳定剂、填充剂、润滑剂、抗氧剂、着色剂等。 2.4.2 主要设备：主要设备： 高速混合机+冷却混合机、三辊研磨机、双螺杆混炼机、单螺杆挤出机、切 粒机、筛分机、水泵、压缩机、粉磨机、料槽、反应器、热交换器等。 2.4.3 原材料及设备选用：原材料及设备选用： 根据我厂的生产规模、成本和产品性能、收益等方面考虑，基本采用国产原 料和设备，但不排除制作精品高效能电缆料的发展设想。故而，采用以国产原料 和设备为主要生产、国外原料和设备为辅助科研的生产形式。 整体的自控水平与其他厂家基本相同，采用人工为主、机械为辅的操作制备 形式，并根据以后公司规模的扩大和销售能力的增强，逐步增加机械自动化的占 有比例，最终达到全面自动化的目标。 相应材料、机械的选购及设计归于下方不同引述部分。 温乐斐 10103638 复材 101 11 第三部分：配方设计 3.1 原材料的选择要求原材料的选择要求： （1）PVC 树脂：要求分子量高，而且吸收增塑剂容易，因此选用悬浮法疏 松型 PVC 树脂。另外，还应选用纯度高的、杂质少的、鱼眼少的低型号树脂， 一般选用 SG-1 或 SG-2，由于 1、2 型树脂偏少，所以很多电缆料采用的是 SG-3 型 PVC 树脂。 高级电绝缘材料应选用 SG-1 型树脂，一般电绝缘材料可选用 SG-2、3 型。 耐热级要求高的电缆料，更要选用 SG-1 型。 （2）增塑剂：增塑剂含量一般在 50PHR 左右，最高高达 60PHR。通常选用 耐热性和电绝缘性较好的品种，如 DOP（邻苯二甲酸二辛酯） ，为改善耐寒性可 添加 DOS（癸二酸二辛酯） 、DOA（己二酸二辛酯） ，为提高耐热性可添加偏苯 三酸三辛酯。几种增塑剂复合使用往往效果好，实际电缆料配方中一般增塑剂都 是复合使用的。 电绝缘性高的电缆料，主增塑剂可选用磷酸酯，通用级则可选用苯二酸酯作 主增塑剂。氯化石蜡可提高电绝缘性。脂肪酸酯、环氧增塑剂都可改善电缆料的 耐低温性能，且后者耐气候性也很好。 增塑剂的耐挥发性能和耐热性是决定电缆料的耐高温性能的关键。对于耐温 70的电缆料， 可使用邻苯二甲酸二异癸酯 （DIDP） 或邻苯二甲酸二异壬酯 （DINP） 等增塑剂。对于耐温 90的电缆料，应使用邻苯二甲酸双十一酯、邻苯二甲酸双 十三酯。耐高温 105的电缆料，则应选用具有更高耐热性的增塑剂，如偏苯三 酸三辛酯（TOTM） 。 增塑剂的酸值对电缆料的电绝缘性、耐热性有影响，应选择酸值较小的增塑 剂。增塑剂的分子量、闪点对电缆料的加热损失有影响，应选择闪点较高、分子 量较大的增塑剂。 选用增塑剂时还应考虑其增塑效率。选用增塑效率较高的增塑剂，可以减少 配方中增塑剂用量。增塑剂用量与绝缘性能有关，减少增塑剂量有利于提高绝缘 性能。 （3）稳定剂：盐基性铅盐作主稳定剂，一般选用多种稳定剂配合使用，发 挥协同作用，以提高热稳定性。三盐基性硫酸铅、二盐基性亚磷酸铅并用，可兼 顾热、光稳定性。耐高温电缆主稳定剂采用耐热性好的二盐基性苯二甲酸铅。国 外配方大多是无铅、无镉的，以防止铅、镉中毒。目前复合铅稳定剂在 PVC 电 缆料中也有了广泛的应用，添加量在 46PHR。环保类电缆料中多使用钙/锌复合 稳定剂。在配方中添加抗氧剂，可以抑制 PVC 的热氧化降解。抗氧剂可以选用 双酚 A。 温乐斐 10103638 复材 101 12 （4）润滑剂：由于有较大量的增塑剂，所以对内润滑剂的要求不是很高。 润滑剂主要是提高电缆料的表面光亮度。常选用金属皂类、硬脂酸及石蜡等，加 入量为 1PHR 左右。 （5）填充剂：电缆料中加入填料可以提高电绝缘性能、耐热性能和降低成 本，但用量过多会造成成型性及电缆料性能下降。为提高绝缘性，在绝缘级电缆 料中科选用煅烧陶土（电用级）为填充剂。护套（层）级电缆料可选用碳酸钙为 填充剂。 综上所述：对于一般护套级 PVC 电缆料，增塑剂用量为 060PHR，稳定剂 68PHR，润滑剂 1.52PHR，填充剂 1020PHR。增塑效率差的增塑剂，用量 应多些；填充料用量大时，增塑剂、润滑剂用量可大些。使用非活性填充剂时， 增塑剂、润滑剂用量宜大些。护套级电缆料一般还要加入 5PHR 左右的耐寒增塑 剂。 3.2 护套级电缆料参考配方护套级电缆料参考配方： 根据原材料的选择以及产品的基本设计参数，现将配料表公布如下： 表表 3-1 型型 90护层级护层级 PVC 电缆料电缆料 配料相关说明： 1.PVC：电缆料是软质 PVC 材料，PVC 树脂要求分子量高，而且易吸收增 塑剂。其聚合度高，力学强度高，耐热变形温度高。电绝缘性能，耐光、耐老化 性能也较好。 2.邻苯二甲酸二辛酯：具有良好的综合性能。增塑效应高，挥发性小。迁移 性小，而且耐寒性、柔软性和电性能也很好，是比较理想的主要增塑剂，广泛应 用于聚乙烯、聚氯乙烯等共聚物的合成制备中。 配料成分 配比（份数） PVC（聚氯乙烯） 100 DOP（邻苯二甲酸二辛酯） 20 TOTM（偏苯三酸三辛酯） 20 DOS（癸二酸二辛酯） 10 三碱式硫酸铅 4 二碱式亚磷酸铅 3 硬脂酸钡 1 硬脂酸铅 0.5 碳酸钙 15 钛白粉 2 双酚 A 0.5 染料 适量 温乐斐 10103638 复材 101 13 3. 偏苯三酸三辛酯（TOTM） ：是一种耐热和耐久的主增塑剂，兼具有聚酯 增塑剂和单体增塑剂的优点，相容性、加工性、低温性亦较聚酯增塑剂为优。主 要用于 105及 90级电线电缆以及其他要求耐热和耐久性的板材、片材、密封 垫等制品。 4. 癸二酸二辛酯 （DOS） ： 具有增塑效率高、 挥发性低， 既有优良的耐热性、 耐光性和电绝缘性。 但是迁移性较大， 易被烃类抽出， 耐水性也不太理想， 因此， 与领苯二甲酸酯类共用，投入量少些。 5. 三碱式硫酸铅：热稳定剂，应用十分广泛，吸收性能很高，具有优良的热 稳定性和电绝缘性。 6. 二碱式亚磷酸铅：作热稳定性，除具有酸接受体的效能外，还有抗氧化和 屏蔽紫外线的能力。耐候性、热稳定性和电绝缘性、耐光性都很好。 7.硬脂酸钡、硬脂酸铅：润滑剂，内部润滑作用较强，适用于挤塑和压延加 工。可提高加工效率，防止薄膜或片材的粘连，改善填料或颜料的分散性，但会 导致透明性较差的问题。 8.碳酸钙：提高电绝缘性能、耐热性能和降低成本，但用量过多会造成成型 性及电缆料性能下降。 9.钛白粉：着色剂的作用，覆盖力、耐候性、耐热性、化学稳定性都很好， 尤其是没有毒性。 10.双酚 A：抗氧剂，可以抑制 PVC 的热氧化降解。 11.染料：根据客户的不同要求，加入不同的颜色，起到调节色泽和表面光亮 度的作用。 第四部分：生产方法与工艺流程 4.1 主要主要流程示意图流程示意图： PVC 树脂 各种助剂 筛选、称量 称量、研磨 温乐斐 10103638 复材 101 14 图图 4-1：主要流程示意图主要流程示意图 高位槽、料仓 高速+冷却混合 双阶挤出 热切造粒 风冷干燥 筛选磁选 计量包装 入库存放 温乐斐 10103638 复材 101 15 4.2 工艺流程特色工艺流程特色： 挤出造粒工艺是连续作业，从粉状原料到粒子成品，整个过程均在密封中进 行。动力消耗、占地面积、劳动强度都比较小，因为物料从粉质料到塑化造粒均 在挤出机中密封进行，不受环境和其他物质的影响，生产工艺路线短，自动化程 度高，生产工艺成熟。所以，它具有劳动环境优良、易管理、生产可靠、产品工 艺控制严格和产品质量易于保证的优点。另外，由于螺杆长径比合适，物料在机 内塑化较好，受热时间短，产生的降解作用也较小，所以还有原材料损耗低、生 产成本低等优点。 4.3 细节和注意点补充说明细节和注意点补充说明： （1）配比：原料、助剂的比例尽量做到配比准确、计量精准，严格按照配 方要求以确保产品质量。 PVC 树脂应有均匀的颗粒度，适当的相对分子质量范围，使用疏松型树脂。 含水量必须符合生产要求，否则会加大在高速混合时排气的难度。 各种助剂，特别是铅盐稳定剂和皂类稳定剂，颗粒应极细，有效成分的含量 稳定并合乎标准。助剂的含水量也要低，否则应预先干燥处理。 （2）高速混合：混合的质量直接影响正常生产和制品的质量。混合的过程 是依靠机械力作用在物料上产生的相互之间的摩擦力、剪切力使得物料细化、升 温，使一些助剂熔化，包覆在 PVC 树脂表面。PVC 树脂在剪切、摩擦作用下细 化，在温度作用下表面显现松软、多孔状，将助剂吸附在表面并达到均一化，温 度进一步升高，颗粒表面熔化，颗粒的密度增大，促进了组分的均匀分布和对已 熔化成液态添加剂的吸收。过程如图 4-2 所示。 图图 4-2：PVC 树脂和助剂混合状态示意图树脂和助剂混合状态示意图 1-PVC 树脂；树脂；2、3-助剂助剂 在高速混合时，助剂渗入 PVC 树脂的孔隙，使得助剂在树脂中均匀分散。 考虑到温度在 100以上有助于物料中水蒸气蒸出，所以一般热混机的温度设定 在 90110。为了让助剂充分地与 PVC 微粒接触，减少填充剂对助剂的吸附作 温乐斐 10103638 复材 101 16 用，应该在加入 PVC 树脂后即启动热混机，再按如下顺序投料：稳定剂、各种 加工助剂、着色剂、填充剂。实际生产中，大都是将原辅料全部投入后再启动热 混机。 总之， 助剂的加料顺序以应尽可能发挥助剂功效， 避免助剂之间的相克相消， 提高助剂的相辅相成效果为宜。 加料顺序如下： （适用于铅盐稳定剂系列配方，200L 以下混合机人工加料） .在启动电机前将 PVC 树脂和热稳定剂、抗冲击改性剂加入混合锅内，盖 好盖。 .低速启动电机，正常后进入高速混合。 .在 80左右时，于高转速下将加工改性剂、内润滑剂、着色剂以及填料 加到料中。 .在 100左右时，于高转数下加入外润滑剂（如蜡类） 。 .在 125左右时，低转速下排料送入转动着的冷混机中。 .在降至 45以下时，冷混机排料。 .进入双阶挤出阶段。 （3）双阶挤出：混炼包括密炼和开炼两部分。 1.密炼：经过混合得到的干混料，原料组成有了一定的均匀性，但聚合物合 成时由于聚合条件的差别，或多或少会存在凝胶效应。此外，聚合物可能含有杂 质，如单体、催化剂、残余体和水分等。密炼的目的在于借助加热的剪切应力使 得聚合物熔化、剪切。混合而驱除其中的挥发物，并进一步分散其中的不均匀组 分。这样，混炼后的粒料就能制备出性能均一的制品。 为了达到较好的混炼效果，需要做到一次装料适中。装料过多的话，物料会 因为没有充分的移动空间而影响混炼的效果，增加混炼时间，增大消耗功率；装 料过少， 会因为料少不能形成足够的阻力， 从而减弱混炼的效果， 延长混炼时间。 装料量一般随着工作容量而变化。 温度和时间的控制视配方而定，既要塑炼均匀，又要防止聚合物分子的氧化 降解发生，避免影响后续生产及产品质量。 2.开炼：开炼主要是通过辊筒的表面和辊筒间的强大剪切作用，使物料熔融 塑化，操作时需要经常检查其温度上升情况和润滑情况，要保证良好的润滑。尽 量避免坚硬的组分进入辊隙，损坏辊面。 3.挤出：启动运转设备时，速度应由慢到快。刚开始时，应控制加料量，采 用逐渐少量加料的方法，待塑料挤出口模时，螺杆转速先达到正常运转速度时方 可加大投料量。塑料挤出后，需将挤出物慢慢引导到冷却及切割设备。千万不要 冷开车或开冷车，防止将螺杆扭断。 温度控制：将高混机出料后的物料投入上阶平行双螺杆挤出机，将物料混合 温乐斐 10103638 复材 101 17 均匀，温度为 140160的状态下完成塑化混炼、充分分散均匀。最后挤出的混 合物料成为熔融体（温度在 130140） ，直接落入大口径下阶单螺杆挤出机。单 螺杆挤出机将 120的熔体，在低转速、高压和冷却状态下完成挤出造粒。挤出 时温度将为 120140，这时才能完成风冷模面热切粒，并且要保证切粒过程中 不粘粒。 （4）热切造粒：使用 PVC 造粒机将 PVC 切成 4mm³4mm³3mm 规格的粒 状物。造粒过程中，机器的温度要保持稳定，不要忽高忽低。入料要均匀，保持 吃料速度和供料速度的一致，以防影响颗粒的质量和产量。 （5）风冷干燥：用烘箱或者通风干燥机进行颗粒的干燥。经过冷却机，粒 子温度降至室温， 并送入筛分机中进行不合格次品的分离。 （6） 筛选磁选： 用电磁振动筛选出不符合规格的粒料， 保证产品的合格率。 （7）计量包装：进行最终产品粒料的称量和包装工作，保证货批的重量符 合国家标准。一般是通过气力输送至高位槽，利用重量通过包装机打包成 25kg 或 50kg/包的规格。 （8）入库存放：注意存放处的光照、湿度等注意条件，防止因为存放不善 导致的产品出库前的质量问题。 4.4 PVC 粒料技术要求粒料技术要求： 比粘度：0.4110.433； 平均聚合度：13501500； 表观密度：0.420.52g/cm3； 粒度（350 m） ：0.1%； 粒度（190 m） ：3070%； 挥发物：0.3%； 增塑剂吸收：27%； 鱼眼：050 颗/100cm2； 体积电阻率：1³1012 ²cm 第五部分：物料衡算 5.1 工作时间的确定：工作时间的确定： （1） 法定全年生产天数 = 全年总天数春节假清明假五一假端午假 中休假国庆假元旦假全年双休日 = 3653111131104 = 250 天（模具拆装时间已除去） 。 （2）设备检修：本着三年一大检，每年一小检的原则，总计平均每年检修 25 天。 温乐斐 10103638 复材 101 18 （3）临时停工：由于停电断水、机械损坏、工人操作失误、意外受伤等原 因造成的停工时间为 15 天。 故实际年工作天数 = 2502515 = 210（天） 。 实际年工作小时数 = 210³24 = 5040（小时） 。 5.2 机器设备利用率的确定机器设备利用率的确定： 年实际工作天数：210 天； 法定全年生产天数：250 天； 机器设备利用率 K： K = 实际工作天数 法定工作天数 = 210 250 ³100% = 84% 5.3 损耗系数的确定损耗系数的确定： 根据塑料手册等资料和有关生产单位的实际生产损耗情况确定原材料处理 和挤出塑化造粒损耗数据如表 5-1 和 5-2 所示。 表表 5-1 原材料处理物料损耗系数一览表原材料处理物料损耗系数一览表 表表 5-2 造粒工段物料损耗系数一览表造粒工段物料损耗系数一览表 故总损耗=原材料阶段物料损耗+造粒工段物料损耗 = 0.9%+1.8% = 2.7% 5.4 设计产量计算：设计产量计算：