材料化學(xué)專業(yè)POM螺桿加工工藝設(shè)II題POM螺桿加工工藝設(shè)II班級學(xué)號：姓名：授課教師：摘要聚甲醛(POM)是一種沒有側(cè)鏈、高密度、高結(jié)品性的線型聚合物POM是一種綜合性能優(yōu)良的工程塑料，世界五大工程(聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酯、聚苯醚)塑料之一，俗稱賽鋼或奪鋼。通過注塑成型或擠出成型工藝可制造POM螺桿，在生產(chǎn)過程中，適當(dāng)?shù)募尤胄┨砑觿?，可以有效地提高產(chǎn)品的性能。本文對POM螺桿加工工藝設(shè)計進(jìn)行研究。目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要I\o"CurrentDocument"第1章緒論1\o"CurrentDocument"1.1聚甲醛(POM)概述11.1.1均聚甲醛和共聚甲醛11.1.2聚甲醛的性能2\o"CurrentDocument"1.2聚甲醛的發(fā)展現(xiàn)狀及前景2\o"CurrentDocument"第2章聚甲醛(POM)螺桿的現(xiàn)有加工方法4\o"CurrentDocument"2.1注塑成型工藝4\o"CurrentDocument"2.1.1填充階段4\o"CurrentDocument"2.1.2保壓階段4\o"CurrentDocument"2.1.3冷卻階段5\o"CurrentDocument"2.1.4脫模階段5\o"CurrentDocument"2.2擠出成型工藝5\o"CurrentDocument"2.2.1成型物料的預(yù)處理5\o"CurrentDocument"2.2.2擠出造型6\o"CurrentDocument"2.2.3定型與冷卻6\o"CurrentDocument"2.2.4牽引、卷取和切斷6\o"CurrentDocument"第3章聚甲醛(POM)螺桿的加工工藝設(shè)計73.1原輔材料配方選取及其依據(jù)73.1.1原料的選取及配方設(shè)計73.1.2選取及配方的設(shè)計依據(jù)7POM螺桿的工藝設(shè)計7POM螺桿加工流程圖7\o"CurrentDocument"POM螺桿加工所需設(shè)備8\o"CurrentDocument"POM螺桿工藝加工參數(shù)103.4質(zhì)量控制點及控制方法103.4.1水分的影響10\o"CurrentDocument"溫度10\o"CurrentDocument"3.4.3擠出速率11\o"CurrentDocument"3.4.4牽引速度113.5圖紙說明113.5.1廠房說明11\o"CurrentDocument"3.5.2年產(chǎn)量12\o"CurrentDocument"3.5.3廢物處理12總結(jié)13參考文獻(xiàn)14POM螺桿加工工藝設(shè)計第1章緒論1.1聚甲醛（POM）概述自1959年美國杜邦公司成功開發(fā)聚甲醛（polyxymethylene，簡稱POM）并工業(yè)化生產(chǎn)以來，POM以其優(yōu)異的性能在汽車、電子電器、日用消費品、機(jī)械工業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛運用，迅速發(fā)展成為五大工程塑料之^O聚甲醛是一種沒有側(cè)基、高密度、高結(jié)品的線型聚合物，具有優(yōu)異的綜合性能。它是繼尼龍之后發(fā)展的優(yōu)良樹脂品種，分子結(jié)構(gòu)規(guī)整和結(jié)品性使其物理機(jī)械性能十分優(yōu)異，有金屬塑料之稱，被譽為“超鋼”或者“賽鋼”。按其分子鏈中化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同可以分為均聚甲醛和共聚甲醛兩種。1.1.1均聚甲醛和共聚甲醛均聚甲醛（—[CH2O]n—）是甲醛或是三聚甲醛的均聚物，碳-氧鍵的存在使大分子自由旋轉(zhuǎn)容易，均聚甲醛具有優(yōu)異的剛性，拉伸強(qiáng)度高，單位質(zhì)量的拉伸強(qiáng)度高于鋅和黃銅，接近鋼材，而且耐磨性能好、摩擦系數(shù)小，但是熱穩(wěn)定性差、不耐酸堿。共聚甲醛（—[CH2O]n-[CH2O-CH2-CH2]m—（n>m））是三聚甲醛和二氧五環(huán)的共聚體，其主鏈上有碳-碳鍵，碳碳鍵對降解有終止作用，因此共聚物的熱穩(wěn)定性很好⑵。共聚甲醛加工成型的條件不象均聚甲醛那樣苛刻，加工過程熱分解釋放出來的甲醛氣體少，可回收再利用。因此，今后均聚甲醛發(fā)展勢頭將逐漸減弱，而共聚甲醛將成為今后的發(fā)展方向。目前共聚甲醛生產(chǎn)能力約占聚甲醛生產(chǎn)能力的80%。1.1.2聚甲醛的性能聚甲醛(POM)熱塑性結(jié)品聚合物。被譽為“超鋼”或者“賽鋼”，又稱聚氧亞甲基。聚甲醛是一種沒有側(cè)鏈的高密度的，高結(jié)品的線形聚合物通常甲醛聚合所得之聚合物，聚合度不高，且易受熱解聚。聚甲醛很易結(jié)品，結(jié)晶度70%以上。均聚甲醛的熔融溫度為180°C左右。聚甲醛沒有側(cè)鏈，高密度，高結(jié)品性的線性聚合物，具有優(yōu)異的綜合性能［1］。表面光滑，有光澤的硬而致密的材料，淡黃或白色，可在-40—100°C溫度范圍內(nèi)長期使用⑶。它的耐磨性和自潤滑性也比絕大多數(shù)工程塑料優(yōu)越，又有良好的耐油，耐過氧化物性能。很不耐酸，不耐強(qiáng)堿和不耐月光紫外線的輻射。聚甲醛的拉伸強(qiáng)度達(dá)70MPa，吸水性?、?，尺寸穩(wěn)定，有光澤，這些性能都比尼龍好，聚甲醛為高度結(jié)品的樹脂，在熱塑性樹脂中是最堅韌的［。具抗熱強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度，耐疲勞性強(qiáng)度均高，耐磨性和電性能。1.2聚甲醛的發(fā)展現(xiàn)狀及前景一是生產(chǎn)更趨集中和壟斷，其中赫斯特一塞拉尼斯公司、杜邦公司、巴斯夫公司和三菱瓦斯四家公司生產(chǎn)能力占全球聚甲醛生產(chǎn)總能力的83%，這幾大公司控制著世界聚甲醛的生產(chǎn)與市場，主宰著世界聚甲醛的命運［3］。二是亞洲發(fā)展迅速，消費增加較快，1995年以前世界聚甲醛生產(chǎn)裝置90%左右位于美國、西歐、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)⑷；1995年至2001年亞洲尤其是馬來西亞、新加坡、韓國和中國臺灣新建裝置能力達(dá)到16.3萬噸，加上日本的增加量，亞洲新增能力占全球新增加能力的65%左右。聚甲醛(POM)是一種性能優(yōu)良的工程塑料，在國外有“奪鋼”、“超鋼”之稱。POM具有類似金屬的硬度、強(qiáng)度和鋼性，在很寬的溫度和濕度范圍內(nèi)都具有很好的自潤滑性、良好的耐疲勞性，并富于彈性，此外它還有較好的耐化學(xué)品性。POM以低于其他許多工程塑料的成本，正在替代一些傳統(tǒng)上被金屬所占領(lǐng)的市場[4],如替代鋅、黃銅、鋁和鋼制作許多部件，自問世以來，POM已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子電氣、機(jī)械、儀表、日用輕工、汽車、建材、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。在很多新領(lǐng)域的應(yīng)用，如醫(yī)療技術(shù)、運動器械等方面，POM也表現(xiàn)出較好的增長態(tài)勢。第2章聚甲醛(POM)螺桿的現(xiàn)有加工方法2.1注塑成型工藝塑件的注塑成型工藝過程主要包括填充——保壓——冷卻一一脫模等4個階段，這4個階段直接決定著制品的成型質(zhì)量，而且這4個階段是一個完整的連續(xù)過程。2.1.1填充階段填充是整個注塑循環(huán)過程中的第一步，時間從模具閉合開始注塑算起，到模具型腔填充到大約95%為止［5］。理論上，填充時間越短，成型效率越高，但是實際中，成型時間或者注塑速度要受到很多條件的制約。高速填充。高速填充時剪切率較高，塑料由于剪切變稀的作用而存在粘度下降的情形，使整體流動阻力降低；局部的粘滯加熱影響也會使固化層厚度變薄。因此在流動控制階段，填充行為往往取決于待填充的體積大小。即在流動控制階段，由于高速填充，熔體的剪切變稀效果往往很大，而薄壁的冷卻作用并不明顯，于是速率的效用占了上風(fēng)。低速填充。熱傳導(dǎo)控制低速填充時，剪切率較低，局部粘度較高，流動阻力較大。由于熱塑料補充速率較慢，流動較為緩慢，使熱傳導(dǎo)效應(yīng)較為明顯，熱量迅速為冷模壁帶走。加上較少量的粘滯加熱現(xiàn)象，固化層厚度較厚，又進(jìn)一步增加壁部較薄處的流動阻力。2.1.2保壓階段保壓階段的作用是持續(xù)施加壓力，壓實熔體，增加塑料密度(增密)，以補償塑料的收縮行為。在保壓過程中，由于模腔中已經(jīng)填滿塑料，背壓較高。在保壓壓實過程中，注塑機(jī)螺桿僅能慢慢地向前作微小移動，塑料的流動速度也較為緩慢，這時的流動稱作保壓流動。由于在保壓階段，塑料受模壁冷卻固化加快，熔體粘度增加也很快，因此模具型腔內(nèi)的阻力很大。在保壓的后期，材料密度持續(xù)增大，塑件也逐漸成型，保壓階段要一直持續(xù)到澆口固化封口為止，此時保壓階段的模腔壓力達(dá)到最高值。2.1.3冷卻階段在注塑成型模具中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計非常重要。這是因為成型塑料制品只有冷卻固化到一定剛性，脫模后才能避免塑料制品因受到外力而產(chǎn)生變形。由于冷卻時間占整個成型周期約70%?80%[6]，因此設(shè)計良好的冷卻系統(tǒng)可以大幅縮短成型時間，提高注塑生產(chǎn)率，降低成本。設(shè)計不當(dāng)?shù)睦鋮s系統(tǒng)會使成型時間拉長，增加成本；冷卻不均勻更會進(jìn)一步造成塑料制品的翹曲變形。2.1.4脫模階段脫模是一個注塑成型循環(huán)中的最后一個環(huán)節(jié)。雖然制品已經(jīng)冷固成型，但脫模還是對制品的質(zhì)量有很重要的影響，脫模方式不當(dāng)，可能會導(dǎo)致產(chǎn)品在脫模時受力不均，頂出時引起產(chǎn)品變形等缺陷⑺。脫模的方式主要有兩種：頂桿脫模和脫料板脫模。設(shè)計模具時要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點選擇合適的脫模方式，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。2.2擠出成型工藝擠出應(yīng)用于熱塑性塑料和橡膠的加工，可進(jìn)行配料、造粒、膠料過濾等，可連續(xù)化生產(chǎn)，制造各種連續(xù)制品如管材、型材、板材（或片材）、薄膜、內(nèi)胎胎筒、密封條等，其生產(chǎn)效率高。2.2.1成型物料的預(yù)處理包括干燥、預(yù)熱、著色、混入各種添加劑和廢品的回收利用等。干燥必要性：因為物料中若有水分和低分子物（溶劑和單體）的量超過允許的限度，在擠出機(jī)料筒的高溫條件下，一方面會因其揮發(fā)成氣體而使制品表面失去光澤和出現(xiàn)氣泡與銀絲等外觀缺陷；另一方面可能促使聚合物-5-發(fā)生降解與交聯(lián)反應(yīng)，從而導(dǎo)致熔體的粘度出現(xiàn)明顯的波動。干燥設(shè)備一般是在烘箱或沸騰干燥器，也有采用真空料斗干燥。2.2.2擠出造型擠出造型要求：擠出溫度均一、形狀穩(wěn)定。工藝控制依據(jù)：塑料的擠出成型工藝性和擠出機(jī)機(jī)頭與口模的結(jié)構(gòu)特點等。調(diào)整工藝參數(shù)：料筒各加熱段和機(jī)頭與口模的溫度及螺桿的轉(zhuǎn)速等，以控制物料的溫度和壓力分布［8］。2.2.3定型與冷卻通過降溫而將形狀及時固定下來。如果不及時，擠出物往往會在自重作用下發(fā)生變形，從而導(dǎo)致制品形狀和尺寸的改變。擠出管、棒、異形材時設(shè)置專門的定型裝置，冷卻不勻和降溫過快，都會在制品中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力并使制品變形，在成型大尺寸的管材、棒材和異形材時，應(yīng)特別注意。2.2.4牽引、卷取和切斷牽引的目的：幫助擠出物及時離開?？祝苊庠谀？淄庠斐啥氯c停滯，而不致破壞擠出過程的連續(xù)性；為了調(diào)整型材截面尺寸和性能。卷取和切斷根據(jù)用戶長度或重量要求而定。硬質(zhì)型材從牽引裝置送出，達(dá)到一定長度切斷堆放；軟質(zhì)型材在卷取到給定長度或重量后切斷。第3章聚甲醛(POM)螺桿的加工工藝設(shè)計3.1原輔材料配方選取及其依據(jù)3.1.1原料的選取及配方設(shè)計POM螺桿的配方生產(chǎn)原料的類別名稱劑量(％)基料共聚甲醛(POM-K)100添加劑聚四氟乙烯(PTFE)，穩(wěn)定劑硬脂酸鋅151.213.1.2選取及配方的設(shè)計依據(jù)共聚甲醛(POM-K)：均聚甲醛端基中含有不穩(wěn)定的-OH結(jié)構(gòu)，POM的Td(235?240°C)較低，當(dāng)溫度高于270°C時-C-O-鍵將斷裂，引起大分子熱分解［9］。共聚甲醛主鏈上引進(jìn)少量-C-C-鍵，它可阻止POM分子鏈的氧化降解，提高其熱穩(wěn)定性，共聚甲醛的耐熱老化性能比均聚甲醛要好。聚四氟乙烯(PTFE):提高POM的耐磨損性。穩(wěn)定劑：可防止紫外線誘導(dǎo)POM老化、退色。硬脂酸鋅：改善脫膜性和熱穩(wěn)定性。3.2POM螺桿的工藝設(shè)計3.2.1POM螺桿加工流程圖采用擠出成型工藝加工螺桿，具體過程為：POM的預(yù)處理，擠出成型，定型冷卻，牽引切斷。具體工藝流程圖如圖3-1所示：物料的預(yù)熱和干燥———―?加料―?擠出成型定型擠出機(jī)加熱―?冷卻L牽引L切割（卷?。㎜（后處理〕L轎出制品圖3-1POM螺桿的加工流程圖3.2.2POM螺桿加工所需設(shè)備POM螺桿過程中需要干燥裝置，擠出裝置，定型，冷卻裝置，牽引，切割裝置，具體參數(shù)如下所示：（1）混合機(jī)選用張家港技新機(jī)械有限公司生產(chǎn)的SH-1000混合機(jī)，參數(shù)如表3-2所示：型號品名電機(jī)功率（KW）電壓（V）容量（Kg）外形尺寸（CM）轉(zhuǎn)速（R/min）SH-1000混合機(jī)43801000158*138*310310表3-2SH-1000的參數(shù)（2）擠出機(jī)選用張家港技新機(jī)械有限公司生產(chǎn)的SJ90/25擠出機(jī)，具體參數(shù)如表3-3所示：

產(chǎn)品名稱SJ90/25電動機(jī)功率(KW)15-315螺桿直徑(mm)90外形尺寸(mm)2500*1200*1500長徑比(L/D)25:1重量(Kg)600電機(jī)功率(KW)55輸出力矩(N.M)4400螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)120生產(chǎn)能力(kg/h)150表3-3SJ90/25的參數(shù)⑶真空，冷卻定型機(jī)選用張家港技新機(jī)械有限公司生產(chǎn)的GF160真空定型機(jī)，具體參數(shù)如表3-4所示:型號定型管材范圍(mm)真空箱長度(mm)真空箱數(shù)量(mm)真空泵功率(kw)水泵功率(KW)GF16020-160500011.41-5.5真空箱尺寸(mm)6000*1500*1200表3-4GF160的參數(shù)(4)牽引切割裝置選用張家港技新機(jī)械有限公司生產(chǎn)的DY-600D牽引切割機(jī)組，具體參數(shù)如表3-5所示：型號牽引速度(m/min)牽引最大尺寸(mm)牽引中心高度(mm)牽引功率(KW)外形尺寸(mm)重量(Kg)DY-600D0.3-1080X8010000.751000X550X1500400表3-5DY-600D的參數(shù)3.3POM螺桿工藝加工參數(shù)混合機(jī)溫度控制在80°C左右，干燥POM原料；擠出機(jī)的溫度應(yīng)控制在205C左右，螺桿的轉(zhuǎn)速為中速；定型冷卻機(jī)冷卻溫度為20-30C；牽引機(jī)的速度不宜過快，與擠出機(jī)出料速率一致。3.4質(zhì)量控制點及控制方法3.4.1水分的影響水分的作用：影響擠出過程中的塑化；制品表面產(chǎn)生氣泡，表面陰暗；制品的物理機(jī)械性能下降。POM吸水性小，一般為0.2%-0.5%。在通常情況下，POM不需干燥就能加工，但對潮濕原料必須進(jìn)行干燥。方法：用混合機(jī)對原料進(jìn)行干燥控制，使原料所含水分低于0.5%。3.4.2溫度擠出成型溫度有料筒溫度、塑料溫度、螺桿溫度，一般我們測料筒溫度。溫度由加熱冷卻系統(tǒng)控制，由于螺桿結(jié)構(gòu)、加熱冷卻系統(tǒng)不穩(wěn)定、螺桿轉(zhuǎn)速變化等原因使擠出物料溫度在徑向和軸向都存在波動，從而影響制品質(zhì)量，制品各點強(qiáng)度不一樣，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，表面灰暗無光澤［10］。為保證制品質(zhì)量，溫度應(yīng)穩(wěn)定。方法：在擠壓過程中，控制螺十的溫度不宜超過220°C，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，加熱溫度穩(wěn)定。3.4.3擠出速率單位時間內(nèi)由擠出機(jī)口模擠出的塑料質(zhì)量或長度。影響擠出速率因素：機(jī)頭阻力、螺桿與料筒結(jié)構(gòu)、螺桿轉(zhuǎn)速、加熱、冷卻系統(tǒng)、塑料特性。但當(dāng)產(chǎn)品已定，擠出速率僅與螺桿轉(zhuǎn)速有關(guān)。擠出速率也存在波動，影響制品幾何形狀和尺寸。方法：控制螺桿的轉(zhuǎn)速保持在中速，選用適當(dāng)?shù)穆輻U；螺桿背壓的調(diào)節(jié)使物料得到不同的混合程度和剪切，改變塑化質(zhì)量和供料的平穩(wěn)性，背壓不宜超過200bar；調(diào)節(jié)冷卻裝置的冷卻介質(zhì)的溫度和流量，使其適應(yīng)擠出的速率。3.4.4牽引速度擠出機(jī)連續(xù)擠出物料，進(jìn)入機(jī)頭，從機(jī)頭流出的物料被牽出，進(jìn)入定型裝置、冷卻裝置，牽出速度應(yīng)與擠出速度相匹配。牽引速度還決定制品截面尺寸，冷卻效果。牽引作用產(chǎn)生對制品縱向的拉伸，影響制品的力學(xué)性能和縱向尺寸的穩(wěn)定性等。方法：調(diào)節(jié)牽引速度，使其與擠出速度相匹配。3.5圖紙說明3.5.1廠房說明廠房的設(shè)計高度應(yīng)為6m，長為36m，寬為22.5m。廠房內(nèi)有兩條生產(chǎn)線，包括：原料室，混合機(jī)，擠出機(jī)，定型冷卻機(jī)組，牽引切割機(jī)，質(zhì)檢區(qū)，合格區(qū)，不合格區(qū)；廠房內(nèi)，擁有辦公室，休息室，廁所，配電室，維修室，監(jiān)控室，這些輔助功能室。-11-3.5.2年產(chǎn)量由于采用三班倒的機(jī)制，且有兩條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線每兩周需維修一次，扣除假期，一年工作時間為300天，即年產(chǎn)量為：2160噸/年。3.5.3廢物處理由于在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一定量的廢物，因此，