3000吨_年的XPS泡沫板厂的设计Word下载.doc
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本文对XPS的结构特点、性能指标、工艺流程、使用方向及应用前景进行综合论述,旨在使读者对XPS有一个全面认识。
关于发泡成型原理,其发泡是一个复杂的热动力学过程,在此过程中,发泡剂的物理状态经历了多次变化,首先与聚合物熔体形成均相溶液,随后在发泡过程中发生相分离,得到聚合物/发泡剂复合体系。
制备完毕的聚苯乙烯板材置于空气中,其中的大多数发泡剂将随着时间的推移而被空气取代。
XPS的发泡主要包括发泡剂的溶解,气泡增长,气泡塌陷与破裂,固化成型。
阻燃级的XPS泡沫板是通过添加阻燃剂制得,常用的阻燃剂包括卤系阻燃剂,磷系阻燃剂,无机阻燃剂。
目前工业上加工成型阻燃聚苯乙烯泡沫塑料主要使用六溴环十二烷(HBCD)作为阻燃剂。
本设计使用的阻燃剂也是HBCD,XPS如果发生燃烧,HBCD分解释放出溴原子,溴原子捕获传递燃烧链或自由基,从而使燃烧区的火焰密度下降,最终使燃烧反应速度下降直至终止,实现其阻燃效果。
XPS板材的挤出发泡生产主要成型工艺阶段包括:
原材料和产品配方的选择;
原材料的喂料;
挤出过程;
发泡过程;
冷却和定型;
牵引;
定长切断。
生产XPS主要包括:
拌料上料系统;
挤出系统;
辅机系统;
二次加工设备。
本设计使用的设备包括SFBZ-150/135挤出系统,计量系统,液压换网器,静态混合器,模具,整平机,第一牵引系统,冷却辊架,第二牵引系统,切割系统,HSZL-100回收造粒机。
XPS生产线正常生产时需要做到定量、定温、定压,才能保证整个生产过程的持续稳定。
本设计每天生产300立方米密度为35kg/m3的阻燃级XPS泡沫板,能够满足年产3000吨的要求。
本设计最后对工程经济概算,工厂的厂址选择,车间管理和生产进行了规划。
关键词:
聚苯乙烯;
挤出成型;
泡沫板;
阻燃
3000tons/yearofXPSfoamboardfactorydesign
Generaldescriptionofdesign
OnthebasisofthedesignisNCISTdesigntaskbook--“the3000tons/yearofXPSfoamboardfactorydesign”,thedesignofthemainreferenceto“theextrudedpolystyrenefoam”,“theadiabaticwithextrudedpolystyrenefoamplasticsperformanceandapplicationprospect”,“theadiabaticwithextrudedpolystyrenefoamproductiontechnologyandapplication"
.
Polystyrenefoamismadefrompolystyreneresin
asthemainbody,madewithfoaming
agentandotheradditives.the
extrusionmoldingofpolystyrenefoamaredescribed,polystyrene,avarietyofadditives,mixingthefoamagentinanextruder,extrudedthroughadieheadaftermixing,melting,compression.pressurereleased,foamingagentgasificationformedtinybubbles,encapsulatedinpolystyrenefilmbubble,formingauniformcrosssection,theobturatedhoneycomb-likeplateaftercooling,thisstructureallowstheXPSplateintoaverylowwaterabsorption,moisture-proof,airtight,lightweight,corrosionresistance,lowthermalconductivity,highpressureresistance,agingresistance,excellentperformanceinenergysavinginsulationmaterials.continuousextrusionleadstothecompactobturator,itsdensity,waterabsorption,thermalconductivitycoefficientandvaporpermeabilitywerelowerthanothertypesofplate,XPSisrecognizedasthebestthermalinsulationmaterialbythemarket.
ThedesignofXPSfoamboardfactoryisdescribedindetail,including:
Thedevelopment,performanceandapplicationprospectsofXPS,thesignificanceoftheproject,introductionofcommonflameretardant,selectionoftheproductionprocessandmoldingequipment,thechoiceofmaterials,ingredientsandprocesscalculation.accordingtothe
productioncapacity,thematerialbalanceandenergybalancewerefiguredout.
XPSfoamhasexcellentthermalinsulationproperties,thethermalconductivityisusuallylessthan0.028W/m•K;
XPSfoamproductiononcecompleted,bubbleholeisamixtureoffoamingagentandair,theproportionofchangesovertime,withlong-termheatresistance;
becausetheporestructurecloselyconnectedandwallseamless,XPSfoamcompressionhighstrength;
flameretardantXPSfoamproductionisdifficult,thecurrentdomesticXPSflameretardantisthemostcommonlyusedhexabromocyclododecane;
XPSfoamhasexcellentwaterresistance,moistureresistance,longtimeofuse,aging,decomposition,doesnotproduceharmfulsubstances,itschemicalpropertiesareverystableno,asaresultofcorrosionduetowaterabsorptionanddegradation.
XPSfoamboardscouldbeappliedinthermalinsulationforbuildingandcoldstore,aswellasgeofoamforroad,railwayandchannel.thenecessityofimprovingflameretardancyofXPSboardswasdiscussed.developingtrendofXPSfoamsectorwasputforwardinthebackgroundofphase-outofHCFCs.
AfterthefirstproductionlineofXPSwassetupinchina,themarketoccupancywentupquicklyandsomepotentialwasfoundduetoitsspecialheatinsulationproperty,lowwaterabsorptionandhighproductivity.thestructuralcharacteristics,performancedata,processingprocedure,applicationscopeandprospectswasoverallreviewed.
Aboutfoamingprinciple,thefoamisacomplexthermomechanicalprocess,inthisprocess,thephysicalstateofthefoamingagentexperiencedmanychanges,firstwiththepolymermeltformedhomogeneoussolution,theninthefoamingprocessoccurredphaseseparation,polymer/foamingagentcompositesystem.Thepreparedpolystyrenesheetsareplacedinair,andmostoftheblowingagentswillbereplacedbyairovertime.ThefoamingofXPSmainlyincludesthedissolutionoffoamingagent,thegrowthofthebubble,thecollapseofbubbleandtheruptureofthebubble,andthecuringprocess.
FlameretardantXPSfoamboardismadebyaddingflameretardant,commonflameretardantincludinghalogenflameretardant,phosphorusflameretardant,inorganicflameretardant.Atpresent,themainflameretardantpolystyrenefoamedplasticsismainlyusedastheflameretardantofhexabromocyclododecane(HBCD)astheflameretardant.ThisdesignusetheHBCDastheretardant,whenXPSisburning,HBCDdecomposeandreleaseabromineatom,bromineatomtrappingtransfercombustionchainorfreeradicals,sothatdensityofflameinacombustionzonedecreasedeventuallyenablecombustionreactionratedecreaseduntiltheend,inordertorealizeitsflameretardanteffect.
XPSplateextrusionfoamingmoldingprocessincluding:
choiceofrawmaterialsandtheproductformula,rawmaterialfeeding;
extrusionprocess;
foamingprocess;
coolingandsizing;
traction;
cuttinglength.TheproductionofXPSmainlyincludes:
mixingandfeedingsystem;
extrusionsystem;
auxiliarysystem;
twoprocessingequipment.TheequipmentofthisincludingSFBZ-150/135extrusionsystem,measurementsystem,hydraulicchanger,staticmixer,mold,levelingmachine,thefirsttractionsystem,coolingrollerframeandthesecondtractionsystem,cuttingsystem,HSZL-100recyclingandgranulatingmachine.Theproductionlineofnormalproductionneedtobequantitative,constanttemperature,constantpressure,inordertoensurethestabilityoftheentireproductionprocess.Thisdesigncouldproduce300cubicmetersofdensityof35kg/m3XPSfoamboardaday,canmeettheannualoutputof3000tonsoftherequirements.
Planningtheworkshopmanagementandproductionorganization,projecteconomicestimateattheend.
Keywords:
Polystyrene,Extrusion,Foamboards,Flameretardancy
目录
第一章绪论 1
1.1XPS泡沫塑料的性能 1
1.1.1热导率 2
1.1.2长期热阻 2
1.1.3压缩强度 2
1.1.4阻燃性能 2
1.1.5防潮、稳定性及防腐蚀性能 3
1.1.6便捷性 3
1.2 XPS板材的主要应用领域 3
1.2.1建筑保温领域 3
1.2.2冷链物流领域 6
1.2.3土工领域 6
1.3项目目的和意义 8
第二章XPS泡沫塑料的成型工艺 10
2.1发泡成型原理 10
2.2XPS常用的阻燃剂及其机理 11
2.2.1卤系阻燃剂 11
2.2.2磷系阻燃剂 12
2.2.3无机阻燃剂 13
2.3六溴环十二烷 15
2.4工艺流程 16
2.5.主要设备 16
2.5.1拌料上料系统 16
2.5.2发泡剂注入系统 16
2.5.3挤出系统 17
2.5.4辅机系统 19
2.5.5二次加工设备 20
2.5.6自动化辅机系统 21
2.5.7边角料回收装置 21
2.6成型工艺 22
2.6.1原材料和产品配方 22
2.6.2原材料的喂料 23
2.6.3挤出过程 24
2.6.4发泡过程 25
2.6.5冷却定型和牵引 26
2.6.6定长切断 26
2.6.7影响发泡质量的主要工艺参数 26
第三章设备选型 28
3.1生产线 28
3.2工厂要求 28
3.3主要部件技术参数 29
第四章XPS生产过程工艺控制 37
4.1挤出机温度控制 37
4.2产品配方控制 37
4.3产品尺寸控制 38
第五章工艺设计计算 39
5.1物料衡算 39
5.2能量衡算 41
第六章经济及其它技术措施 42
6.1经济分析 42
6.2厂址选定 43
6.3三废处理 43
6.4能源消耗与节能措施 44
6.5消防措施 47
结束语 48
参考文献 49
致谢 50
第一章绪论
第二次世界大战期间和之后,聚合物发泡技术在欧洲和北美迅速发展,20世纪30年代美国欧文斯科宁公司率先生产出XPS泡沫塑料,并于90年代进入中国大陆。
由于连续生产的挤出发泡成型生产效率高,易于实现工业化,占据着低密度发泡材料生产的支配地位,是生产低密度发泡片材、板材和型材的主要方法。
我国的XPS泡沫行业起步较晚,1999年美国欧文斯科宁公司在南京投资建立了我国境内的第一条XPS生产线,投产后产品迅速打开了市场,XPS逐渐获得市场的广泛认可。
此后,伴随我国经济的快速发展以及国家实施的建筑物节能改造工作的深入开展,XPS得到迅速发展,市场需求迅速增大。
大量民营企业看准了迅速扩大的国内市场需求纷纷投入XPS的生产,XPS产量迅速增长,为实现国家建筑节能目标作出了巨大贡献。
经过十几年的发展,我国XPS泡沫行业已经实现了生产设备的完全国产化。
XPS在我国建筑保温材料市场份额已经超过20%,并且呈逐年上升势头。
据不完全统计,我国2011年XPS总产量达1500万m3,约45万吨。
行业生产线保有量约800多条,企业数量约600多家。
XPS生产的重点地区为华东、华北和东北地区。
1.1XPS泡沫塑料的性能
XPS的生产过程是将熔化了的聚苯乙烯树脂或其共聚物和少量添加剂、发泡剂在特定的挤出机中加热挤出,经压辊延展并在真空成型区(也有的工艺不需要真空成型)中冷却。
它与模塑聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)不同,由于是连续挤出成型,所以成型后的产品结构呈一体性,而不是由聚苯乙烯粒子膨胀后加压成型,XPS具有十分完整的闭空式结构,没有粒子间的空隙存在,因此其性能十分优异。
1.1.1热导率
XPS泡沫塑料具有优异的隔热保温性能,其热导率通常低于0.028W/m•K,其热导率主要由泡孔壁的热导率、气泡内气体(主要指发泡剂)的热导率、泡孔壁和旗袍的辐射热导率以及气泡内气体的对流热导率4个因素决定。
其中发泡剂对其热导率的影响最大,如果发泡剂的热导率足够低,就可以得到热导率较低的XPS泡沫塑料。
1.1.2长期热阻
XPS泡沫塑料一旦生产完毕,泡孔内即是发泡剂和空气的混合物,其比例随时间发生变化。
因此,XPS泡沫塑料的长期热阻(R值)也会随时间发生变化,这种现象通常被称为“熟化”。
XPS泡沫塑料能在长期高湿度和浸水条件下保持优良的保温隔热性能。
1.1.3压缩强度
由于泡孔结构紧密相连且壁间无缝隙,XPS泡沫塑料的压缩强度极高,即使长时间浸在水中其压缩强度仍维持不变。
XPS泡沫塑料的压缩强度范围在150~1000kPa之间。
1.1.4阻燃性能
阻燃级XPS泡沫塑料的生产具有一定的技术难度,其生产要求使螺杆温度尽量降低,温度较高会导致阻燃剂分解;
温度过低,会导致螺杆抱死。
故而,必须选择分解温度较高的阻燃剂,且阻燃剂的分散性要好,而且必须调整好工艺参数。
目前国内XPS用阻燃剂最常用的是六溴环十二烷。
1.1.5防潮、稳定性及防腐蚀性能
XPS泡沫塑料具有优越的抗水、防潮性能,其内部具有紧密的闭孔结构,PS分子本身不吸水,板材的正反面又都没有缝隙,因此,吸水率极低,防水和防渗透性能极佳,其最低吸水率可降到1%.长时间的使用中,不老化、不分解、不产生有害物质,其化学性能极其稳定,不会因吸水和腐蚀等导致降解,使其性能下降,在高温环境下仍能保持其优越的性能,根据有关资料介绍,XPS挤塑保温板即使使用30~40年,仍能保持优异的性能,且不会发生分解或霉变,没有有毒物质的挥发。
1.1.6便捷性
XPS板的完全闭孔式发泡化学结构与其蜂窝状物理结构,使其具有轻质、高强度的特性,便于切割、运输,且不易破损、安装方便。
1.2 XPS板材的主要应用领域
1.2.1建筑保温领域
目前,我国城镇民用建筑运行耗电为我国总发电量的22%~24%,北方地区城镇采暖消耗的燃煤为中国非发电用煤的15%~18%。
据介绍,在2020年前,我国每年城镇新建建筑的总量将持续保持在2×
109m2左右,到2020年,新增城镇民用建筑面积将为1.5×
1010m2左右。
由于人们生活水平提高,采暖需求线不断南移,新建建筑中将有7×
109m2以上需要采暖,以目前的建筑能耗水平,则每年需要增加1.4×
108t标煤用于采暖,增加用电量4000~4500
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- 3000 XPS 泡沫板 设计