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        超高加工件

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        超高分子加工件超高分子加工件

        超高分子加工件超高分子加工件


        超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(簡稱UHMWPE),是分子量150萬以上的無支鏈的線性聚乙烯。分子式:—(—CH2-CH2—)—n—,密度:0.920~0.964g/cm3。熱變形溫度(0.46MPa)85℃,熔點130~136℃。

        成型加工

        由于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)熔融狀態的粘度高達108Pa*s,流動性差,其熔體指數幾乎為零,所以很難用一般的機械加工方法進行加工。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的加工技術得到了迅速發展,通過對普通加工設備的改造,已使超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)由最初的壓制-燒結成型發展為擠出、吹塑和注射成型以及其它特殊方法的成型。 [3] 

        一般

        1.壓制燒結

        (1)壓制燒結是超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)原始的加工方法。此法生產效率頗低,易發生氧化和降解。為了提高生產效率,可采用直接電加熱法

        (2)超高速熔結加工法,采用葉片式混合機,葉片旋轉的大速度可達150m/s,使物料僅在幾秒內就可升至加工溫度。

        2.擠出成型

        擠出成型設備主要有柱塞擠出機、單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機。雙螺桿擠出多采用同向旋轉雙螺桿擠出機。

        60年代大都采用柱塞式擠出機,70年代中期,日、美、西德等先后開發了單螺桿擠出工藝。日本三井石油化學公司早于1974年取得了圓棒擠出技術的成功。我國于1994年底研制出Φ45型超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)專用單螺桿擠出機,并于1997年取得了Φ65型單螺桿擠出管材工業化生產線的成功。

        (3)注塑成型

        日本三井石油化工公司于1974年開發了注塑成型工藝,并于1976年實現了商業化,之后又開發了往復式螺桿注塑成型技術。1985年美國Hoechst公司也實現了超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的螺桿注塑成型工藝。我國1983年對國產XS-ZY-125A型注射機進行了改造,成功地注射出啤酒罐裝生產線用超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)托輪、水泵用軸套,1985年又成功地注射出醫用人工關節等。

        (4)吹塑成型

        超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)加工時,當物料從口模擠出后,因彈性恢復而產生一定的回縮,并且幾乎不發生下垂現象,故為中空容器,特別是大型容器,如油箱、大桶的吹塑創造了有利的條件。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)吹塑成型還可導致縱橫方向強度均衡的高性能薄膜,從而解決了HDPE薄膜長期以來存在的縱橫方向強度不一致,容易造成縱向破壞的問題。

        特殊

        1. 凍膠紡絲

        (1)發展過程

        以凍膠紡絲—超拉伸技術制備高強度、高模量聚乙烯纖維是70年代末出現的一種新穎紡絲方法。荷蘭DSM公司早于1979年申請專利,隨后美國Allied公司、日本與荷蘭聯合建立的Toyobo-DSM公司、日本Mitsui公司都實現了工業化生產。中國紡織大學化纖所從1985年開始該項目的研究,逐步形成了自己的技術,制得了高性能的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纖維。

        (2)紡絲過程

        超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)凍膠紡絲過程簡述如下:溶解超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)于適當的溶劑中,制成半稀溶液,經噴絲孔擠出,然后以空氣或水驟冷紡絲溶液,將其凝固成凍膠原絲。在凍膠原絲中,幾乎所有的溶劑被包含其中,因此超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)大分子鏈的解纏狀態被很好地保持下來,而且溶液溫度的下降,導致凍膠體中超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)折疊鏈片晶的形成。這樣,通過超倍熱拉伸凍膠原絲可使大分子鏈充分取向和高度結晶,進而使呈折疊鏈的大分子轉變為伸直鏈,從而制得高強度、高模量纖維。

        (3)應用

        超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纖維是當今世界上第三代特種纖維,強度高達30.8cN/dtex,比強度是化纖中高的,又具有較好的耐磨、耐沖擊、耐腐蝕、耐光等優良性能。它可直接制成繩索、纜繩、漁網和各種織物:防彈背心和衣服、防切割手套等,其中防彈衣的防彈效果優于芳綸。國際上已將超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纖維織成不同纖度的繩索,取代了傳統的鋼纜繩和合成纖維繩等。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纖維的復合材料在軍事上已用作裝甲兵器的殼體、雷達的防護外殼罩、頭盔等;體育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。

        2. 潤滑擠出(注射)

        潤滑擠出(注射)成型技術是在擠出(注射)物料與模壁之間形成一層潤滑層,從而降低物料各點間的剪切速率差異,減小產品的變形,同時能夠實現在低溫、低能耗條件下提高高粘度聚合物的擠出(注射)速度。產生潤滑層的方法主要有兩種:自潤滑和共潤滑。

        (1)自潤滑擠出(注射)

        超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的自潤滑擠出(注射)是在其中添加適量的外部潤滑劑,以降低聚合物分子與金屬模壁間的摩擦與剪切,提高物料流動的均勻性及脫模效果和擠出質量。外部潤滑劑主要有高級脂肪酸、復合脂、有機硅樹脂、石臘及其它低分子量樹脂等。擠出(注射)加工前,首先將潤滑劑同其它加工助劑一起混入物料中,生產時,物料中的潤滑劑滲出,形成潤滑層,實現自潤滑擠出(注射)。

        有專利報道:將70份石蠟油、30份超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)和1份氧相二氧化硅(高度分散的硅膠)混合造粒,在190℃的溫度下就可實現順利擠出(注射)。

        (2)共潤滑擠出(注射)

        超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的共潤滑擠出(注射)有兩種情況,一是采用縫隙法將潤滑劑壓入到模具中,使其在模腔內表面和熔融物料間形成潤滑層;二是與低粘度樹脂共混,使其作為產物的一部分。

        如:生產超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)薄板時,由定量泵向模腔內輸送SH200有機硅油作潤滑劑,所得產品外觀質量有明顯提高,特別是由于擠出變形小,增加了拉伸強度。

        輥壓成型

        輥壓成型是一種固態加工方法,即在超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的熔點以下對其施加高壓,通過粒子形變,有效地將粒子與粒子融合。主要設備是一帶有螺槽的旋轉輪和一帶有舌槽的弓形滑塊,舌槽與螺槽垂直。在加工過程中有效地利用了物料與器壁之間的摩擦力,產生的壓力足夠使超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)粒子發生形變。在機座末端裝有加熱支臺,經過??跀D出物料。如將此項輥壓裝置與擠壓機聯用,可使加工過程連續化。

        熱處理

        把超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)樹脂粉末在140℃~275℃之間進行1min~30min的短期加熱,發現超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的某些物理性能出人意料地大大改善。用熱處理過的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)粉料壓制出的制品和未熱處理過的UHMPWE制品相比較,前者具有更好的物理性能和透明性,制品表面的光滑程度和低溫機械性能大大提高了。

        射頻

        采用射頻加工超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是一種嶄新的加工方法,它是將超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)粉末和介電損耗高的炭黑粉末均勻混合在一起,用射頻輻照,產生的熱可使超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)粉末表面發生軟化,從而使其能在一定壓力下固結。用這種方法可在數分鐘內模壓出很厚的大型部件,其加工效率比超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)常規模壓加工高許多倍。

        多孔膜

        將超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)溶解在揮發溶劑中,連續擠出,然后經一個熱可逆凝膠/結晶過程,使其成為一種濕潤的凝膠膜,蒸除溶劑使膜干燥。由于已形成的骨架結構限制了凝膠的收縮,在干燥過程中產生微孔,經雙軸拉伸達到大空隙率而不破壞完整的多孔結構。這種材料可用作防水、通氧織物和耐化學品服裝,也可用作超濾/微量過濾膜、復合薄膜和蓄電池隔板等。與其它方法相比,由此法制備的多孔超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)膜具有佳的孔徑、強度和厚度等綜合性能。

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