CN103264451A - 一种超高分子量聚乙烯管材的成型设备及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯管材的成型设备，依次包括转速可调的物料混合机、烘箱、单螺杆挤出机、冷却装置、双履式牵引机、切割机和置料架，其特征在于：在烘箱与单螺杆挤出机之间还设置有行星螺杆挤出机，所述行星螺杆挤出机包括加料口、多个螺杆、出料口、齿轮箱、第一电动机以及第二电动机，所述行星螺杆挤出机的出料口与单螺杆挤出机的加料口相连接，所述行星螺杆挤出机的多个螺杆呈行星状排列，以具有第一直径的第一螺杆为中心螺杆，具有第二直径的第二螺杆均匀分布在所述第一螺杆周围，每一所述的第二螺杆均与第一螺杆相啮合，所述第二螺杆既能绕其轴线自转，又能围绕所述第一螺杆的轴线公转，由第一电动机控制第一螺杆的旋转，第二电动机控制第二螺杆的旋转，且第一直径大于第二直径，第二螺杆的数量为3-6个。

Description

一种超高分子量聚乙烯管材的成型设备及成型方法

技术领域

本发明涉及一种管材的成型设备及方法，具体地说，是一种超高分子量聚乙烯管材的成型设备及成型方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种应用前景良好的热塑性工程塑料，特别是由于超高分子量聚乙烯管材具有耐磨、耐冲击、自润滑、不结垢、耐环境应力开裂性好、抗内压强度高、轻便等优点，而被广泛应用于矿山、冶金行业、煤炭行业、石油化工行业、电力行业、钢铁行业、航洋工程领域等方面。

而超高分子量聚乙烯熔融状态的粘度高达108Pa·s，流动性极差，其熔体指数几乎为零，不利于管材的成型。因此，现有技术中一般通过以下两种方式来提高超高分子量聚乙烯管材的加工性能。第一，在超高分子量原料中添加聚乙烯蜡、高分子蜡、碳黑助剂改性剂等加工助剂，但由于超高分子量聚乙烯还具有表面硬度低、热变形温度低、弯曲强度小以及蠕变性能差等缺点，加入单一的一种或者两种助剂达不到理想的改性效果；第二，利用双螺杆挤出机成型超高分子量管材，双螺杆能够在一定程度上提高物料的被剪切程度，从而易于超高分子量聚乙烯管材的成型，但成型时，由于物料直接进入挤出机机头，会造成出口压力不稳定及物料的流动方向与管材的成型方向不一致现象，这两方面都会对产品的质量造成一定的影响。

因此，需要寻找一种适合超高分子量聚乙烯成型特点的管材成型设备及成型方法，从而提高超高分子量聚乙烯管材的加工性能，改善原料的混合效果，并且提高成型的超高分子量聚乙烯管材的物理机械性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有超高分子量聚乙烯管材制备方法中存在的技术缺陷和设备设计的不合理，设计一种多级混合、特殊的调压装置，其特点是经过多级混合使物料均匀混合、通过调压装置的作用可以提高单位时间的产量。

本发明解决其技术问题所采用的超高分子量聚乙烯管材的成型设备，依次包括转速可调的物料混合机、烘箱、单螺杆挤出机、冷却装置、双履式牵引机、切割机和置料架，其特征在于：在烘箱与单螺杆挤出机之间还设置有行星螺杆挤出机，所述行星螺杆挤出机包括加料口、多个螺杆、出料口、齿轮箱，所述行星螺杆挤出机的出料口与单螺杆挤出机的加料口相连接，所述行星螺杆挤出机的多个螺杆呈行星状排列，以具有第一直径的第一螺杆为中心螺杆，具有第二直径的第二螺杆均匀分布在所述第一螺杆周围，每一所述的第二螺杆均与第一螺杆相啮合，所述第二螺杆既能绕其轴线自转，又能围绕所述第一螺杆的轴线公转，且第一直径大于第二直径，第二螺杆的数量为3-6个。

进一步，所述转速可调的物料混合机可以设定第一转速和第二转速，其中所述第一转速小于所述第二转速。

进一步，所述第一转速为300r/min，所述第二转速为500r/min。

进一步，所述第一直径与第二直径的比值为2:1。

进一步，所述单螺杆挤出机包括机筒，直径与机筒匹配并可在机筒内旋转的单螺杆，多孔板，管材机头，机头调压装置以及螺钉调节式管材外径调节装置。

本发明还提供了一种超高分子量聚乙烯管材的成型方法，包括以下步骤：

(1) 将超高分子量聚乙烯管材原料加入到转速可调的物料混合机中，以第一转速混合2分钟，然后以第二转速混合1分钟，所述第一转速小于第二转速；

(2) 将经过物料混合机混合的原料放入到烘箱中，烘干；

(3) 将烘干的原料通过行星螺杆挤出机的加料口加入到行星螺杆挤出机中进行原料的一级混合与塑化，并从行星螺杆挤出机的出料口挤入到单螺杆挤出机的加料口中，其中行星螺杆挤出机从加料口到出料口各区的机筒加热温度依次为：一区150℃~160℃、二区160℃~170℃、三区170℃~180℃、四区180℃~190℃；

(4) 挤入到单螺杆挤出机中的原料被单螺杆进一步剪切塑化，进行二级混合与塑化，然后经过多孔板进入到管材机头，通过螺钉调节式管材外径调节装置调节所成型管材的外径；通过调节调压装置，使管材机头的出口压力保持不变；即成型为所需尺寸的管材，其中单螺杆挤出机从加料口到机头各区的机筒加热温度依次为：一区180℃~190℃、二区190℃~200℃、三区190℃~200℃、四区170℃~180℃；

(5) 由单螺杆挤出机成型的管材经过冷却机冷却后，在双履式牵引机的牵引下，输送到切割机，由切割机切割为所需长度的管材，并落入管材置料架中存储；

所述超高分子量聚乙烯管材原料包括：超高分子量聚乙烯90~95%、偶联剂1.5~3%、填充剂2.5%~5%以及成核剂1%~2%，以上百分比均为质量百分比；所述偶联剂为乙烯基硅氧烷或烯丙基硅氧烷；所述填充剂为碳酸钙、云母和炭黑中的一种或多种；所述成核剂为苯甲酸。

进一步，所述步骤(1)中所述第一转速为300r/min，所述第二转速为500r/min。

进一步，所述步骤(2)中，烘干时间为2h~3h，烘干温度为80℃~90℃。

进一步，所述步骤(3)中，行星螺杆挤出机从加料口到出料口各区的机筒加热温度依次为：一区155℃、二区160℃、三区170℃、四区180℃；单螺杆挤出机从加料口到机头各区的机筒加热温度依次为：一区180℃、二区190℃、三区190℃、四区185℃。

进一步，所述超高分子量聚乙烯管材原料包括：超高分子量聚乙烯92%，乙烯基硅氧烷2%，碳酸钙1.5%，云母1.5%，炭黑1%，苯甲酸2%，以上百分比均为质量百分比。

本发明的有益效果：本发明的超高分子量聚乙烯管材的成型设备和成型方法，具有以下优点：

(1) 通过行星螺杆挤出机对物料进行一级混合与塑化；并通过单螺杆挤出机对物料进行二级混合与塑化，以此通过多级不同方式的混合，改善超高分子量聚乙烯原料的塑化效果，从而提高产品质量；同时通过行星螺杆挤出机对单螺杆挤出机进行喂料，克服了直接喂料导致的喂料不均匀现象；

(2) 通过在超高分子量聚乙烯原料中加入多种添加剂以提高所成型管材的物理机械性能，通过对超高分子量聚乙烯改性弥补了其表面硬度和热变形温度低、弯曲强度以及蠕变性能较差等缺点。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述

图1为本发明超高分子量聚乙烯管材成型设备的主视剖面图；

图2为多孔板的主视图；

图3为行星螺杆排列分布示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明：

本实施例的超高分子量聚乙烯管材的成型设备，依次包括转速可调的物料混合机（未图示）、烘箱（未图示）、行星螺杆挤出机11、单螺杆挤出机13、冷却装置4、双履式牵引机3、切割机2和置料架1，行星螺杆挤出机11包括加料口12、第一螺杆15、五个第二螺杆14、出料口10、齿轮箱，行星螺杆挤出机的出料口10与单螺杆挤出机13的加料口相连接，行星螺杆挤出机11的第一螺杆15和第二螺杆14呈行星状排列，以具有第一直径的第一螺杆15为中心螺杆，具有第二直径的第二螺杆14均匀分布在所述第一螺杆15周围，每一个第二螺杆14均与第一螺杆15相啮合，第二螺杆14既能绕其轴线自转，又能围绕第一螺杆15的轴线公转，且第一直径与第二直径的比值为2:1。

转速可调的物料混合机具有第一转速300r/min，第二转速500r/min；单螺杆挤出机13包括机筒8，直径与机筒匹配并可在机筒内旋转的单螺杆9，多孔板6，管材机头5，机头调压装置7以及螺钉调节式管材外径调节装置（未图示）。

本实施例采用上述超高分子量聚乙烯管材的成型设备成型超高分子量聚乙烯管材的成型方法，包括以下步骤：

(1) 将超高分子量聚乙烯管材原料加入到转速可调的物料混合机中，以300r/min的第一转速混合2分钟，然后以500r/min的第二转速混合1分钟；

(2) 将经过物料混合机混合的原料放入到烘箱中，在80℃~90℃烘干2h~3h；

(3) 将烘干的原料通过行星螺杆挤出机11的加料口12加入到行星螺杆挤出机中进行原料的一级混合与塑化，并从行星螺杆挤出机11的出料口10挤入到单螺杆挤出机13的加料口中，其中行星螺杆挤出机11从加料口到出料口各区的机筒加热温度依次为：一区155℃、二区160℃、三区170℃、四区180℃；

(4) 挤入到单螺杆挤出机13中的原料被单螺杆进一步剪切塑化，进行二级混合与塑化，然后经过多孔板6进入到管材机头5，通过螺钉调节式管材外径调节装置调节所成型管材的外径，并通过调压装置7调节机头压力，使得管材机头的出口压力保持不变，成型为所需尺寸的管材，其中单螺杆挤出机13从加料口到机头各区的机筒加热温度依次为：一区180℃、二区190℃、三区190℃、四区185℃；

(5) 由单螺杆挤出机13成型的管材经过冷却机4冷却后，在双履式牵引机3的牵引下，输送到切割机2，由切割机2切割为所需长度的管材，并落入管材置料架1中存储；

其中，超高分子量聚乙烯管材原料包括：超高分子量聚乙烯92%，乙烯基硅氧烷2%，碳酸钙1.5%，云母1.5%，炭黑1%，苯甲酸2%，以上百分比均为质量百分比。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种超高分子量聚乙烯管材的成型设备，依次包括转速可调的物料混合机、烘箱、单螺杆挤出机、冷却装置、双履式牵引机、切割机和置料架，其特征在于：在烘箱与单螺杆挤出机之间还设置有行星螺杆挤出机，所述行星螺杆挤出机包括加料口、多个螺杆、出料口、齿轮箱，所述行星螺杆挤出机的出料口与单螺杆挤出机的加料口相连接，所述行星螺杆挤出机的多个螺杆呈行星状排列，以具有第一直径的第一螺杆为中心螺杆，具有第二直径的第二螺杆均匀分布在所述第一螺杆周围，每一所述的第二螺杆均与第一螺杆相啮合，所述第二螺杆既能绕其轴线自转，又能围绕所述第一螺杆的轴线公转，且第一直径大于第二直径，第二螺杆的数量为3-6个。

2.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯管材的成型设备，其特征在于：所述转速可调的物料混合机可以设定第一转速和第二转速，其中所述第一转速小于所述第二转速。

3.根据权利要求2所述的超高分子量聚乙烯管材的成型设备，其特征在于：所述第一转速为300r/min，所述第二转速为500r/min。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的超高分子量聚乙烯管材的成型设备，其特征在于：所述第一直径与第二直径的比值为2:1。

5.根据权利要求4所述的超高分子量聚乙烯管材的成型设备，其特征在于：所述单螺杆挤出机包括机筒，直径与机筒匹配并可在机筒内旋转的单螺杆，多孔板，管材机头，机头调压装置以及螺钉调节式管材外径调节装置。

6.一种采用权利要求1-5中任一项所述的超高分子量聚乙烯管材的成型设备成型超高分子量聚乙烯管材的成型方法，包括以下步骤：

(1) 将超高分子量聚乙烯管材原料加入到转速可调的物料混合机中，以第一转速混合2分钟，然后以第二转速混合1分钟，所述第一转速小于第二转速；

(2) 将经过物料混合机混合的原料放入到烘箱中，烘干；

(3) 将烘干的原料通过行星螺杆挤出机的加料口加入到行星螺杆挤出机中进行原料的一级混合与塑化，并从行星螺杆挤出机的出料口挤入到单螺杆挤出机的加料口中，其中行星螺杆挤出机从加料口到出料口各区的机筒加热温度依次为：一区150℃~160℃、二区160℃~170℃、三区170℃~180℃、四区180℃~190℃；

(4) 挤入到单螺杆挤出机中的原料被单螺杆进一步剪切塑化，进行二级混合与塑化，然后经过多孔板进入到管材机头，并通过螺钉调节式管材外径调节装置调节所成型管材的外径；通过调节调压装置，使管材机头的出口压力保持不变；即成型为所需尺寸的管材，其中单螺杆挤出机从加料口到管材机头各区的机筒加热温度依次为：一区180℃~190℃、二区190℃~200℃、三区190℃~200℃、四区180℃~190℃；

(5) 由单螺杆挤出机成型的管材经过冷却装置冷却后，在双履式牵引机的牵引下，输送到切割机，由切割机切割为所需长度的管材，并落入管材置料架中存储；

所述超高分子量聚乙烯管材原料包括：超高分子量聚乙烯90~95%、偶联剂1.5~3%、填充剂2.5%~5%以及成核剂1%~2%，以上百分比均为质量百分比；所述偶联剂为乙烯基硅氧烷或烯丙基硅氧烷；所述填充剂为碳酸钙、云母和炭黑中的一种或多种；所述成核剂为苯甲酸。

7.根据权利要求6所述的超高分子量聚乙烯管材的成型方法，其特征在于：所述步骤(1)中所述第一转速为300r/min，所述第二转速为500r/min。

8.根据权利要求6所述的超高分子量聚乙烯管材的成型方法，其特征在于：所述步骤(2)中，烘干时间为2h~3h，烘干温度为80℃~90℃。

9.根据权利要求6所述的超高分子量聚乙烯管材的成型方法，其特征在于：所述步骤(3)中，行星螺杆挤出机从加料口到出料口各区的机筒加热温度依次为：一区155℃、二区160℃、三区170℃、四区180℃；所述步骤(4)中，单螺杆挤出机从加料口到机头各区的机筒加热温度依次为：一区180℃、二区190℃、三区190℃、四区185℃。

10.根据权利要求6所述的超高分子量聚乙烯管材的成型方法，所述超高分子量聚乙烯管材原料包括：超高分子量聚乙烯92%，乙烯基硅氧烷2%，碳酸钙1.5%，云母1.5%，炭黑1%，苯甲酸2%，以上百分比均为质量百分比。

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