1.5 塑料制品厂工艺设计

1.5.1 塑料制品生产的特点

塑料是以合成或天然的高分子化合物为基本成分，加以填料、增塑剂、稳定剂及其他添加剂等配合料，在将制造或加工过程中的某一阶段能流动成型或借原地聚合、固化而定型，其成品状态为柔韧性或刚性固体。塑料品种多，组成和结构千差万别，成型加工方法有注塑、挤出、压延、吹塑等，而不同成型方法有不同的工艺特点。塑料制品生产的特点具体表现如下：

（1）原材料品种多

塑料所用原材料主要有树脂和各类添加剂，形状结构有粉状、粒状和流体等。塑料树脂主要有：聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛、脲醛、纤维素，含氟树脂、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚甲醛、丙烯腈-丁二烯一苯乙烯三元共聚物、聚砜、聚氨酯、不饱和聚酯、环氧树脂等。

塑料原料的加工与贮运条件必须适合各种原材料的特点，注意密封，防止粉状原材料的飞扬和流体原材料的流失。

（2）制品种类多

塑料制品可按加工方法分类，也可按产品外观形状分类，还可根据使用特点进行分类。主要品种有塑料管、棒、丝、板、片材、薄膜、人造革、壁纸；各种涂层制品、各种注塑制品、各种复合增强制品、层压制品、中空容器、烧结制品、搪塑制品、吹塑制品等。这些制品有的可用一种设备加工完成，生产工艺比较简单；有的需要很多工序加工而成，生产工艺非常繁琐；还有的制品只能用一种加工工艺生产，而有的制品可用不同的几种方法生产。在工艺设计时，要根据产品的特点，在满足产品质量情况下，考虑采用最简单的工艺与设备生产出满意的产品。

（3）加工方法多

塑料加工方法主要有注塑、挤出、压延、吹塑、压制、浇铸、发泡、热成型、旋转模塑，传递模塑、搪塑、层压、涂层、双轴拉伸等，如图1-1所示。在工艺设计时，需要对各种加工方法全面了解，相互比较选择合理的加工方法。

（4）加工设备类型多

塑料加工设备主要有注塑机、挤出机、压延机等成型设备和各种配套的辅机。包括配料设备，牵引设备、后处理设备、各类机头与模具等，如捏合机、密炼机、吹塑成型机、热成型机、二次加工机械等。在生产工艺布置，有的设备以单台机形式布置，如开放式炼塑机、注塑机、模压机等；但大多是以“生产线”的形式布置，如挤出生产线、压延生产线、吹塑成型生产线、双轴拉伸薄膜生产线等。

在工艺设计时，如单机生产，要考虑各机台产品的互用性及排布的合理性；生产线要考虑生产线上的辅机，使辅机与主机合理、协调配合。

（5）工厂规模选择性大

塑料厂规模可大可小，从年产塑料制品数十吨到上万吨均有。制品品种可单一、也可多样化。一个完整的塑料加工厂一般包括：原材料仓库、生产车间、整装车间、成品仓库、机修车间、模具车间、水电气公用设施、试验室、开发设计部门、经营管理部门及生活设施等。

（6）塑料制品加工过程既有物理变化，也有化学变化

热塑性塑料大多属前者，而热固性塑料在成型过程中大多数伴随有化学反应，在工厂设计时要加以考虑。

塑料加工时多数离不开加热和冷却。加热方式多数采用电热，也有若干生产过程采用过热水和蒸汽加热，还有用加热油加热的。冷却多用冷却水，也有采用空气冷却。塑料机械的运转大多采用电动机驱动。所以，塑料加工厂的水电供应是必备条件。如水源为自来水，为了节约用水，需考虑循环回收利用。

（7）塑料成型加工排出物大多属元素物质，只有少数有毒性

一般塑料加工都是安全的，排放的都是稳定的元素物质，如聚乙烯、聚丙烯制品生产中降解排出的碳和氢。但是个别品种生产中也会挥发带毒性的单体。例如含氟塑料高温分解时产生氟异丁烯等有毒气体；未经气提的聚氯乙烯树脂在加工时将会逸出含有氯乙烯单体；某些含铅和重金属稳定剂粉尘加工时会飞逸到空气中。因而，在设计时需要采取有效措环保施予以排除。

（8）塑料生产添加剂种类多

添加剂是塑料产品中重要部分，包括有加工改性剂、增强剂、增塑剂、稳定剂以及阻燃、抗静等功能助剂。这些物质大部分具有活性的化工产品，有些具有腐蚀性、易燃、易爆，某些塑料添加剂也有毒性。因此，在储存、运输和使用中要注意安全。厂房的通风、空调、除尘、起重运输等条件应根据生产材料与工艺的要求来设计。例如，生产透明和精密产品必须考虑空调与除尘；有毒气逸出的车间必须加强排气和通风。

另外，塑料加工厂某些设备在运转时会产生噪音，个别可能会超过85 dB，需要采取隔音、消音措施。注塑生产车间，有些需要吊装大型模具，或检修重型设备都需要设置起重运输机械，设计时都应预留足够的空间。

1.5.2 塑料制品厂工艺设计的内容

塑料工业的建设和发展，首先涉及工厂的规划设计问题。塑料制品厂设计由工艺设计和非工艺设计组成，工艺设计主要由高分子材料工程（塑料成型）专业承担，其主要内容如下。

（1）工艺流程设计

生产工艺流程设计是工艺设计首先要做的事，并且随着设计的深入而不断完善。通常先凭借设计者的经验，拟订几种流程，再运用系统工程的原理，以操作可靠、安全等为约束条件，以经济性为优化目标，通过计算机等工具手段进行评选，选出最优的工艺流程。

（2）工艺设计计算

工艺设计计算包括物料衡算、能量衡算和设备计算，它是工艺设计的核心。工艺计算是为其他设计提出了量的基础数据。工艺计算所得的设计成果是物料流程图、主要设备条件图和条件表、带控制点的工艺流程条件表、工艺操作控制条件表、动力（水、电、汽、气、煤）原料消耗表等。上述数据用于不同方案比较和做工程技术经济分析，或作为后面设计的条件。

工艺计算要用到大量的基本理论、基本概念和数据处理，为便于自查和审核、避免出错，计算必须按一定的步骤进行。

（3）车间布置设计

车间布置设计的主要任务是确定工艺流程中所有设备及构筑物在车间的具体位置，对生产的操作控制，正常安全运行和技术经济指标都有重要的影响。车间布置设计成果又是为非工艺专业设计提供条件的依据。设计方法可以用模型设计方法，也可以用摆纸块方法。选出合理的平面布置及立体布置，进行多方案比较，选定最优的方案。把选定的方案用图表示出来。

（4）工艺管道设计

管道设计的任务是确定车间管道、阀门、阀件、管架、管沟的位置，管道、阀门、阀件的材质及连接方法，管架的形式和结构。管道设计是施工图中重要的设计内容，需要绘制大量的图纸、编制大量表格，设计中需要与非工艺专业相互提供条件，工作要注意协同配合。

（5）图纸核审与会签

施工图设计阶段，图纸量大，各专业之间要相互提条件、相互协商。为避免错误及返工，设计各个阶段要组织好中间审核。全部设计文件完成，要做好最后校核、审核和审定、图纸汇签，以便发现并纠正错误，保证质量。

（6）编制设计概算书

概算书是初步设计阶段编制工程项目投资的依据。概算编制完成后进行经济分析，得到产品成本、基本建设总投资、劳动生产率、投资回收期、工厂利润等技术经济指标。这些指标反映了设计质量的好坏，可以用它判断设计的合理性。

（7）编制设计说明书

工艺设计说明书是用文字、表格和少量图概括表达车间设计状况的材料，塑料厂工艺设计的最终成果是以设计说明书、设计图纸和设备表表示。初步设计说明书为施工图设计的依据。而施工图设计说明书和施工图、设备表则直接作为施工的依据，并用以准备生产的原料、动力和组织投产。

（8）设计总结与验收

无论是初步设计还是施工图设计阶段，工作完成以后设计人员都要进行总结，编写完工报告，对建设和施工单位进行设计交底，并处理施工中出现的设计问题，参加开车、试生产和投产验收。

1.5.3 塑料制品厂工艺设计的要求

工厂设计是从工艺设计开始，以工艺设计结束而结束。工艺设计是工厂设计的主体，其好坏直接影响到全厂生产和技术的合理性，对建厂的费用和生产的产品质量、产品成本、劳动强度等有密切的关系。非工艺设计在整个设计过程中要服从工艺设计，同时工艺设计也要考虑其他各专业的特点和合理要求，在设计中给予指导和协调，使整个设计成为一个有机整体，以期达到良好的整体效益。

塑料厂工艺设计除了遵循工厂设计的一般原则外，还应考虑塑料制品生产工艺的特点，在广泛深入的调查研究基础上，确定正确的设计方案，提高设计质量及其技术经济指标，更好地满足施工和生产安全的需要。特别注意以下几点。

①塑料工业属于轻化工类生产，所用原料很多是易燃的化工产品，部分还具有一定的毒性，生产过程中也会有挥发物排放。因此，在厂址选择、工艺路线设计、车间布置等设计环节必须要充分考虑环境保护、三废综合治理等安全生产问题。设计中应尽可能吸取塑料工业中的最新成就，吸取国内、外先进技术，选用绿色的工艺技术和环保的原材料，机械化和自动化水平高的设备，以减轻劳动强度，降低人力成本，提高经济效益。

②塑料制品质量轻，塑料产品一般需要占用较大的仓管空间。设计时，要充分考虑物料、仓储设施的合理安排。设计方案除考虑当前的建设任务外，还应根据市场预测和发展需要，做到当前和长远相结合，以期逐步达到经济合理的规模和生产的需要。

③根据各种塑料产品的市场需求，应考虑生产季节性的特点。例如塑料农膜、塑料玩具等产品都有淡旺季的季节性，在设备选型和布置要充分考虑产品互换性与生产的通用性，使之能随着季节性而调整。

④塑料注射制品生产离不开各式各样的模具，以及各种设备与辅机的机修规模，在机修车间的设计中，应考虑模具的制造和修理的能力，以适应生产的需要。