1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1.1行业定义

异型材是指除管材、板材、棒材、薄膜等挤出制品外，由挤出法连续挤出成型的、其截面形状相同的塑料制品。

1.2 PVC异型材国内市场现状

木塑复合材料（wood-plastics composites,简称WPC）是用木纤维或植物纤维填充、增强的改性热塑性材料，兼有木材和塑料的成本和性能的优点，经挤出或压制成型为型材、板材或其他制品，替代木材和塑料。木纤维塑料配混料研究已有80多年历史，但一直未能工业化，15年前左右，才很小量用于低值的吸声制品。由于环境观念的加强，美国建筑工业寻找象木一样的替代材料（不腐蚀、不翘曲、维修方便，外观与木材相似），而韩国和日本的纸、木材加工厂为寻找锯木粉、废木屑等的应用，都推动和加速了WPC的研究和应用开发。把木粉填充配混料加工成建筑和结构用型材是目前挤出行业最活跃的部门之一，新应用开发也层出不穷，所以尽管已有几十年的研究历史，但由于WPC巨大的潜在应用市场，使其象一种新产品受到人们普遍关注。不少国家投入力量加快开发和应用步伐，尤其是型材的生产，被称为是一个”热门”市场。

发展WPC是越来越被重视的环境观念的结果,以往废木屑、边角料只能燃烧或作为固体垃圾处理，工业咨询家认为发展推动力来自合理利用地球有限资源的要求，减少原始木材用量，保护森林，回收再利用旧木粉和塑料。木纤维和植物纤维来源丰富、价廉、质轻，对设备磨损小，尺寸稳定性良好，电绝缘性优，无毒，可反复加工，能生物降解。木纤维有废木粉、刨花、锯木，植物纤维为粉碎处理过的稻杆、花生壳、椰子壳、甘蔗、亚麻、泽麻、黄麻、大麻等。热塑性塑料主要为PE、PP、PS等聚烯烃和PVC，包括新料、回收料和二者混合料。
中国是一个木材资源不丰富的国家，储量小，产量满足不了市场的需求。另外，自1998年2月开始，美国、加拿大和欧盟国家相继对我国出口货物的木质包装材料实施新的检疫标准，要求采取薰蒸或高温消毒处理，否则将拒绝入境，促进和推动我国采用木塑型材做包装用托盘为代表的制品发展。

在2008年奥运会申办成功，住房改革顺利进行的大好情势下，从2001年到2010年国家发张规划中建筑行业将是经济发展的热点，在这10年中，国家将建设新的城市居民住宅33.5亿平方米，建筑新的村镇住宅50亿平方米。我国塑料异性材生产及塑钢门窗的发展在世界建筑用塑料史上均具有举足轻重的作用。据中国塑料加工工业协会的统计资料显示，到2002年底全国有塑料型材生产线3800多条，总生产能力达280万吨。

1.3PVC异型异型材发展前景

PVC塑料型材经历了30多年的发展，在新建改建建筑物上已经得到广泛的应用特别是在严寒地区建筑节能方面作出了不可忽视的重要作用。伴随着PVC塑料型材行业的发展，生产规模逐年不断扩大，同时劣质的PVC塑料型材充斥市场，使原本过剩的现象更加突出，创新能力大大降低，市场出现了拼价格的竟争局面，给消费者及建筑节能带来了负面的影响，这也是中国经过经济快速发展之后产能过剩的经济形势，党中央及时提出了经济新常态的概念，制订了《中国制造中2025》发展战略，并且在中央全会上提出了经济结构调整、供给侧改革方向。

国内PVC塑料型材快速发展与国家的政策息息相关。可以将其发展历程大致分为二大阶段。在”九五”期间，国家成立了”化学建材协调组”，颁布了许多推广与应用化学建材、塑料门窗等具体措施，并伴随着节能政策、住宅产业政策、节约资源与综合利用政策等的实施，塑料型材得到了全社会的广泛宣传、大力推广，形成了其它产业从未有过的宏伟大景象，行业以每年成倍增长的强劲需求发展。PVC塑料型材的型材断面、生产设备、配方通过采用国外引进和国内消化吸收相结合，促进了国内型材生产设备投资非常大，即便采购国内型材生产设备的投资也是今天的2倍以上，然而生产量远远满足不了市场的需求，巨大的利润空间诱惑，使有一定资金的人士纷纷转向PVC塑料型材项目，大量的民营企业纷纷加入到塑料型材行业中，”九五”期间主要是新增企业数量多带动产能急速扩张，积极参与型材技术交流活动进入高潮，也带动了玻璃、密封胶条、五金配件的快速发展。”十五”规划期间，在PVC塑料型材及塑料门窗得到广泛应用，取得显著的成果影响下，扩张的强劲情势有增无减，可以认为这个时期是PVC塑料型材快速发展的第一大阶段。”十一五”至”十二五”期间是PVC塑料型材快速发展的第二大阶段，”十五”期间企业扩大规模形成的急速扩张的巨大产能在”十一五”期间继续释放，特别在2007年伴随我国房地产市场空前火热，型材产量比2006年增加13%左右，2007年销量230万吨。2008年型材产量380万吨。随着2008年国家4万亿投资政策的刺激，房地产行业快速发展，”十二五”发展规划前二年，塑料型材进一步扩大，到2009年塑料门窗一举突破50%市场占有率，全年销售门窗近3亿平方米，耗用型材280万吨。2012年塑料型材年产能已接近400万吨。而2013年以后随着房地产销售下降，PVC塑料型材产能过剩迅速显露出来，利润空间大大压缩，至2015年部分PVC塑料型材、门窗制造企业生产经营活动面临着严峻挑战。一些型材生产企业的销售量依靠反利的多少、多填充碳酸钙或降低塑料型材壁厚、进一步降低销售价格等手段来谋求企业的生存。更有甚者，一些PVC塑料门窗生产企业为了低水平竟争，门窗制造粗制滥造。这种现象的发生与一些型材生产企业创新资金投资金投入以及新产品开发的不足、追求产量而忽视品质、急功近利的经营方式有直接关系，值得发人深省。

1.4 PVC异型材生产设备

单螺杆挤出机和双螺杆挤出机的结构特点和工作原理

挤出成型工艺是聚合物加工领域中生产品种最多，变化最多、生产率高、适应性强、用途广泛、产量所占比重最大的成型加工方法。挤出成型是使高聚物的熔体（或粘性流体）在挤出机的螺杆的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成型，所得的制品为具有恒定断面形状的连续型材。

螺杆挤出机又可分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机，目前单螺杆挤出机是生产上用得最多的挤出设备，也是最基本的挤出机。多螺杆挤出机中双螺杆挤出机近年来发展最快，其应用也逐渐广泛。目前，在PVC塑料门窗型材的加工中，双螺杆挤出机己成为主要生产设备，单螺杆挤出机已被逐步淘汰。但在其它聚合物的挤出加工中单螺杆挤出机仍占主导地位。

单螺杆挤出机：

①，结构简单，价格低。

②，适合聚合物的塑化挤出，适合颗粒料的挤出加工。对聚合物的剪切降解小，但物料在挤出机中停留时间长。

③，操纵容易，工艺控制简单。

双螺杆挤出机：

①，结构复杂，价格高。

②，具有很好的混炼塑化能力，物料在挤出机中停留时间短，适合粉料加工。

③，产量大，挤出速度快，单位产量耗能低。

挤出机的基本工作原理是将聚合物熔化压实，以恒压、恒温、恒速推向模具，通过模具形成产品熔融状态的型坯。但单螺杆挤出机与双螺杆挤出机结构不同，工作原理不同，其控制的工艺条件也不相同。

PVC异型材主要用双螺杆挤出机，这里重点介绍双螺杆挤出机

双螺杆挤出机的工作原理

双螺杆挤出机的结构尽管与单螺杆挤出机很相似，但工作原理差异却很大。在双螺杆挤出机中，物料由加料装置(一般为定量加料)加入，经螺杆作用到达机头口模。在这一过程中，物料的运动情况因螺杆的啮合方式、旋转方向不同而不同。

非啮合型双螺杆挤出系统

物料在非啮合双螺杆挤出系统中，除了向机头方向的运动形式外，还有多种流动方式。由于两螺杆不啮合，它们之间的径向间隙很大，其有较大的漏流。主要流动方式：

1由于两螺杆的螺棱的相对位置是错开的，即一根螺杆的推力面的物料压力大于另一螺杆拖带面的物料压力，从而产生了流动；

2即物料从压力较高的螺杆推力面向另一螺杆拖带面的流动，同时随着螺杆的旋转，在两螺杆的间隙处物料不断受到搅动并被不断带走而更新（不论两螺杆的转向如何），特别是在异向旋转过程中，物料在A处受到阻碍，产生了流动；

3其它多种物料的流动形式包括由于在两根螺杆的相互作用下产生的各种流动。所有这些流动形式都增加了对物料的混炼和剪切。但这种双螺杆没有自清洁作用。故一般仅用于混料，不适合PVC型材的生产。

啮合型异向旋转双螺杆挤出系统

啮合型异向旋转双螺杆挤压系统中物料的运动情况见图。在啮合型异向旋转的双螺杆挤出中，两根螺杆是对称的，由于回转方向不同，一根螺杆上物料螺旋前迸的道路被另一根螺杆的螺棱堵死，不能形成”∞”字型运动。在固体输送部分，物料是以近似的密闭”C”形小室的形态向前输送。但为了使物料混合设计中将一根螺杆的外径与另一根螺杆的根径之间留有一定的间隙量，以便使物料能够通过。物料通过两螺杆之间的径向间隙时，受到强烈的剪切、搅拌和压延作用，因此，物料的塑化比较好，多用于加工制品。由于两螺杆的径向间隙比较小，因此，有一定的自洁性能，但自洁性比同向旋转的双螺杆要差。

表1.10 双单螺杆挤出机生产的PVC扣板的物理、力学性能比较

所以，通过对双单螺杆挤出机生产的PVC扣板的物理、力学性能比较，本车间选用双螺杆生产设备。

1.5生产工艺及流程

树脂与助剂混合的均匀程度及混合料表观密度的大小都会对PVC冲击强度产生较大影响。PVC加工温度有一定的范围，温度过高，PVC易分解；温度过低，PVC塑化不充分，各种组分分散不均还会导致脆性增大。主机转速反映挤出机对PVC的剪切作用，转速过大，剪切力增大，会降低制品的低温性能和焊角强度。成型压力高有利于提高型材的力学性能，尤其是低温冲击强度。型材成型冷却作用是将拉伸的大分子链及时冷却定型，达到制品要求。缓慢的冷却可以使大分子链有足够的时间舒展，这样内应力小，可减轻制品的翘曲、弯曲和收缩，从而提高制品的冲击强度和焊接角破坏力。

配方是混料系统关键部分，讨论配方不能脱离原料。配方的好坏并不完全取决於组分的配比，在很大程度上取决於原料的内在性能和质量。同是复合稳定剂，由於内部组分不同，会因为与其他原料不协调而影响型材质量。所以，讨论配方时，一定是确定了每一种原材料型号和厂家之後，才有实际意义。现就以宁波海螺塑料型材公司为例，PVC树脂用现在使用的华苏，CPE使用潍坊亚星化学股份有限公司的产品，钛白粉使用杜邦公司（DuPont）的产品，下面讨论各原料的作用。

1、主原料

聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride, 简称PVC) 聚氯乙烯树脂分子式：-[CH2-HCCL]n- ,是五大通用合成树脂之一。聚氯乙烯外观为白色或微黄色 粉末或颗粒，无毒无味，具有优良的耐侯性、耐臭氧、耐化学药品及耐老化性能，具有良好的耐 油性、阻燃性及着色性能，具有极好的韧性（在-30℃仍有柔韧性，脆化温度在-70℃以下），型材中PVC的配比。一般配方都以PVC为100的标准，具体重量生产的热混锅决定，现公司使用的热混锅型号为：FM1000。热混锅的料一般要装到60%～75%，装的太少升温慢费时，装的太多设备负荷大，混料不均匀，升温也慢。故所需PVC质量

M=热混锅容积V#215;PVC的表观密度#215;60%～75%

如PVC的表观密度按0.55计算，公司每份料所需PVC的质量在330～412.5kg。

2、稳定剂

作为异型材加工的稳定剂有很多，下面主要介绍稀土稳定剂。

稀土复合稳定剂由稀土元素的羧酸盐或脂肪酸盐为主要组分而合成。它含有适量的稀土金属成份。它不但可以取代铅镉盐类和有机锡类等有毒稳定剂，而且具有相当好的热稳定性、光稳定性和透明性及着色力，外观呈白色或淡黄色粉末状、片状、液体。

3、填料CaCO3

碳酸钙以其低廉的价格深受广大厂家的欢迎，其除了增量降低成本外，还具有增加型材强度和稳定尺寸等作用。

4、抗冲击改性剂CPE

结构式： [ CH2-CHCl-CH2-CH2 ]n
　　英文简称： CPE 或 CM
　　氯化聚乙烯（CPE）为饱和高分子材料，外观为白色粉末，无毒无味，具有优良的耐侯性、耐臭氧、耐化学药品及耐老化性能，具有良好的耐油性、阻燃性及着色性能。
　　氯化聚乙烯是由高密度聚乙烯（HDPE）经氯化取代反应制得的高分子材料。根据结构和用途不同,氯化聚乙烯可分为树脂型氯化聚乙烯(CPE)和弹性体型氯化聚乙烯(CM)两大类。

对于CPE改性PVC国外已做过大量的研究工作。CPE通常为含氯量30%～40%的非结晶或微结晶类橡胶物质，可由粉状高密度聚乙烯（HDPE)在水相中悬浮氯化制得。将CPE与PVC树脂共混，可以使硬质PVC具有优良的耐冲性、耐寒性和耐候性。此外，制品的阻燃性、耐化学药品性也得到较大改善。CPE改性剂对PVC抗冲击性的贡献基于CPE在PVC熔体中形成一个包围初级粒子的弹性体网络，材料受到冲击力时，网络能够传递和分散能量，避免局部应力集中产生裂缝；而且，引发基体产生银纹和剪切带吸收能量。该种增韧可称之为网络增韧。

CPE改性PVC的缺点是材料透明性差，拉伸强度低，且只有在相对窄的加工范围内才能获得最佳的冲击改性效果，近年来，CPE系列的新产品较少，主要是由于CPE作抗冲改性剂已应用很长时间。据报道，匈牙利Ongrotrade公司开发了CPE冲击改性剂Ongro CPEHI3620，用于PVC配合料制作门窗异型材、煤气管材等。

5、加工助剂ACR
ＡＣＲ抗冲击改性剂通常为将甲基丙烯酸甲酯接枝于烷基丙烯酸酯弹性体上而得到的聚合物。

ACR类抗冲击改性剂的主要优点有：良好的抗冲击改性效果；较宽的加工温度范围；低模胀性；制品尺寸稳定；兼有加工助剂特点；可缩短混合料的熔融塑化时间；改善共混体系成型加工性能；且还具有较好的耐候性。

6、TiO2

它有金红石型（Rutile R型）和锐钛型（Anatase 型）二种结构，金红石晶体结构致密，比较稳定，光学活性小，因而耐候性好，同时有较高的遮盖力，消色力。

7、生产工艺流程

PVC、助剂、木粉→高速混合→低混冷却→双螺杆挤出→模具→冷却定型→牵引切割→成品

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题主要研究年产5000吨pvc木塑型材生产线可行性论证。 主要的实验内容如下所述：

1． 工厂技术方案及生产方法

2． 技术参数和工艺流程