CN104290229B - 超高分子量聚乙烯滤芯双向压制烧结成型模具及其成型方法 - Google Patents

超高分子量聚乙烯滤芯双向压制烧结成型模具及其成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超高分子量聚乙烯滤芯双向压制烧结成型模具及其成型方法，所述模具主要包括上冲头、阴模、下冲头、电热棒、热电偶与温控仪，所述阴模上设有数个通孔和一个盲孔，所述通孔内插有电热棒，所述盲孔内设有热电偶，所述电热棒、热电偶与温控仪相连；所述上冲头、下冲头分别设置在阴模的正上方和正下方，且能够分别对阴模内的物料进行双向挤压。所述模具采用模内加热，所生产的滤芯本体表面质量好，保证产品的尺寸精度，根据粉末压胚密度的分布规律，高径比超过1:3，单向压制出的产品密度均匀性差，本模具设计针对产品密度均匀性差的问题设计为双向压制，压制出来的滤芯本体的密度均匀。

Description

超高分子量聚乙烯滤芯双向压制烧结成型模具及其成型方法
技术领域
本发明属于材料成形领域，尤其是一种超高分子量聚乙烯滤芯双向压制烧结成型模具及其成型方法。
背景技术
滤芯是用来除去液体或者空气中少量固体颗粒的，可保护设备的正常工作或者空气的洁净；随着科技和工业化生产的发展，能源、资源、三废治理等问题愈发受到重视，特别是生物化工、精细化工、材料能源等高技术领域的迅速发展，对分离技术的研究和开发提出更高的要求；超高分子量聚乙烯微孔滤管以其高分离精度、高运行效率、高使用寿命等特点成为人们探究和研发的目标；目前超高分子量聚乙烯微孔制品在汽车行业，医疗行业，重金属工业废水，油田地下注水，化工和食品行业都有广泛的使用。
超高分子量聚乙烯颗粒烧结法即将装入模具中的超高分子量聚乙烯粉料加热，控制适当的加热时间和温度，使颗粒间仍有部分空隙，然后停止加热，冷却，就形成了多孔体，生产设备主要为烧结箱或平板压机，模具、冷却装置等，设备的投入较小，且此种方法生产的产品的形状和尺寸不受约束；现有的超高分子量聚乙烯成型技术中，除去高聚物颗粒烧结法外，多孔滤管制备方法还有有热致相分离法，无机颗粒填充法，熔融挤压拉伸法等，热致相分离法局限于只能制备厚度不大的微孔滤材；无机颗粒填充法局限于用于工业生产需大量无机填充剂，因无机填充物粒径直接决定孔径，填充物粒径不可能太小，微孔材料的孔径也就无法变得更小；熔融挤压拉伸法局限于该种方法制得的孔径最太大，属粗虑和亚精密过滤范畴，且各种参数尚处于研究阶段。
但是现有的压制烧结技术制备的微孔制品质量很不稳定，其困难主要是受到多孔滤芯成型工艺、成型模具与成型设备的制约；目前，国内用于多孔滤芯压制烧结成型的模具尚不完备，加工过程中可控制性差，产品精度低，生产成本高，过程复杂。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种易于控制、可制备高精度的超高分子量聚乙烯滤芯双向压制烧结成型模具；同时提供一种工艺过程简单、制造成本低的超高分子量聚乙烯滤芯双向压制烧结成型方法。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
超高分子量聚乙烯滤芯双向压制烧结成型模具，其特征在于，包括上模顶板、上冲头、料框、阴模、型腔固定板、阴模垫板、支撑板、下模座板、芯棒、芯棒垫板、下冲头、下冲头固定板、顶板、顶出杆、电热棒、热电偶与温控仪，所述支撑板固定在下模座板上，所述阴模垫板固定在支撑板上，所述阴模垫板固定在型腔固定板下表面，所述阴模位于型腔固定板内，所述料框固定在型腔固定板上表面上且与阴模连接；所述阴模上设有数个通孔和一个盲孔，且型腔固定板上也开设数个通孔，所述通孔内插有电热棒，所述盲孔内设有热电偶，所述电热棒、热电偶与温控仪相连；所述芯棒垫板固定阴模垫板上，所述芯棒固定在芯棒垫板上并位于阴模的型腔内，所述上冲头、下冲头分别设置在阴模的正上方和正下方，所述上冲头固定在上模顶板上，上模顶板固定在液压机动梁上，所述芯棒垫板的宽度小于所述下冲头的直径，所述下冲头上设有纵向槽，所述芯棒垫板穿过所述纵向槽，所述下冲头固定在下冲头固定板上，下冲头固定板固定在顶板上，所述顶板与顶出杆螺纹相连接，所述顶出杆与液压油缸通过螺纹相连接。
优选的，所述双向压制烧结成型模具还包括数个导柱，所述上模顶板、料框、型腔固定板上均设置有数个通孔，所述导柱固定在阴模垫板上，所述导柱穿过上模顶板、料框、型腔固定板上的通孔、并向上延伸。
优选的，所述双向压制烧结成型模具还包括数个导向杆，所述下冲头固定板、顶板上均设有通孔，所述导向杆穿过下冲头固定板、顶板上的通孔，导向杆的上端和下端分别与阴模垫板、下模座板连接。
优选的，所述的上模顶板上对称安装有数个可调式的限位螺栓。
优选的，所述的阴模与型腔固定板、料框之间是可拆卸连接。
一种利用所述模具装置制备超高分子量聚乙烯滤芯的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
a预热：电热棒置于型腔固定板上开的圆通孔里，热电偶置于型腔固定板上开的圆孔里，通过与温控仪、电热棒、热电偶对阴模进行预热，加热到60℃～90℃，保温3min～6min；
b加料：将超高分子量聚乙烯粉料倒入料框的加料室内，用刮料刷把粉料刮入阴模的型腔内；
c双向压制成型：对阴模仍进行保温，上冲头下行到下限点，对所述粉料进行压实，下冲头上行到顶板与下模座板距离为35cm～40cm，保压10s～40s；
d烧结成型：在温控仪、加热棒、热电偶的协同工作下，使阴模以0.8℃/min～1.5℃/min的升温速率升温到145℃～150℃，保温5min～10min，用来测定阴模温度并反馈给智能温控系统进行调温，对超高分子量聚乙烯粉末的加热成型；
e取件与冷却：上行上冲头，使上冲头与阴模分离，下冲头在液压机的带动下上行，顶出制件，把顶出的制件放入25℃的水中进行冷却，取件即得超高分子量聚乙烯滤芯。
本发明所述超高分子量聚乙烯滤芯双向压制烧结成型模具有以下技术优势：
1.本发明与现有技术相比，采用模内加热，所生产的滤芯本体表面质量好，保证产品的尺寸精度，根据粉末压胚密度的分布规律，高径比超过1:3，单向压制出的产品密度均匀性差，本模具设计针对产品密度均匀性差的问题设计为双向压制，压制出来的滤芯本体的密度均匀。
2.四根大导柱从上而下贯通上模板和阴模部分，保证上冲头与阴模腔有精确的对中性，从而更好的保证产品的尺寸精度；四根导向杆对下冲头和芯棒同样起导向定位作用，保证下冲头与阴模腔和芯棒的对中精度。
3.本发明所述的阴模是活动可拆卸的，制备不同的相类似的产品只需通过更换阴模就可以实现，模架通用性高，模具成本降低。
4.本发明所述的模具在上模板上安装有限位螺母，可以使上冲头的行程控制在一定的范围内，防止上冲头下降过低，与芯棒相碰造成破坏，使模具操作安全，使用寿命长。
本发明所述的成形方法的优点在于通过对阴模预热，缩短产品的成型周期，通过智能控温系统对温度曲线的设置，可以使阴模内温升均匀，保证产品的成孔率和成孔孔径，同时通过设置保温阶段，降低产品可能存在的残余应力，保证产品的尺寸精度。
附图说明
图1为本发明所述超高分子量聚乙烯滤芯双向压制烧结成型模具的阶梯剖结构示意图；
图2为本发明所述阴模剖视图；
图3为本发明所述阴模A-A剖视图。
图中：
1-下模座板；2-支撑板；3-阴模垫板；4-型腔固定板；5-料框；6-阴模；7-上模顶板；8-限位螺栓；9-导柱；10-上冲头；11-电热棒；12-芯棒；13-芯棒垫板；14-下冲头；15-下冲头固定板；16-顶板；17-导向杆；18-顶出杆；19-热电偶。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明提供的超高分子量聚乙烯滤芯双向压制烧结成型模具，包括上模顶板7、上冲头10、料框5、阴模6、型腔固定板4、阴模垫板3、支撑板2、下模座板1、芯棒12、芯棒垫板13、下冲头14、下冲头固定板15、顶板16、顶出杆18、电热棒11、热电偶19与温控仪。所述支撑板2固定在下模座板1上，所述阴模垫板3固定在支撑板2上，所述阴模垫板3固定在型腔固定板4下表面，所述阴模6位于型腔固定板4内，所述料框5固定在型腔固定板4上表面上、且与阴模6连接。所述阴模6上设有数个通孔和一个盲孔，且型腔固定板4上也开设数个通孔，所述通孔内插有电热棒11，所述盲孔内设有热电偶19，所述电热棒11、热电偶19与温控仪相连。使得在成型时能够实现模内加热。较佳地，所述的阴模6与型腔固定板4、料框5之间是可拆卸连接，方便更换不同的阴模6，以制备不同形状的产品。
所述芯棒垫板13固定阴模垫板3上，所述芯棒12固定在芯棒垫板13上并位于阴模6的型腔内，所述上冲头10、下冲头14分别设置在阴模6的正上方和正下方，所述上冲头10固定在上模顶板7上，上模顶板7固定在液压机动梁上，所述芯棒垫板13的宽度小于所述下冲头14的直径，所述下冲头14上设有纵向槽，所述芯棒垫板13穿过所述纵向槽，所述下冲头14固定在下冲头固定板15上，下冲头固定板15固定在顶板16上，所述顶板16与顶出杆18螺纹相连接，所述顶出杆18与液压油缸通过螺纹相连接。上冲头10和下冲头14的设置，使得在成型时能够双向，保证压制出来的滤芯本体的密度均匀。
较佳地，在所述上模顶板7、料框5、型腔固定板4上均设置有数个通孔，在通孔内设置导柱9，保证上冲头10与阴模6腔有精确的对中性，从而更好的保证产品的尺寸精度。所述导柱9固定在阴模垫板3上，所述导柱9穿过上模顶板7、料框5、型腔固定板4上的通孔、并向上延伸。在所述下冲头固定板15、顶板16上均设有通孔，所述下冲头固定板15、顶板16上的通孔内设导向杆17，导向杆17的上端和下端分别与阴模垫板3、下模座板1连接。对下冲头14和芯棒12同样起导向定位作用，保证下冲头14与阴模6腔和芯棒12的对中精度。在所述的上模顶板7上对称安装有数个可调式的限位螺栓8，防止上冲头10下行时超过设定最大距离。
利用本发明所述模具装置制备超高分子量聚乙烯滤芯的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
a预热：电热棒11置于型腔固定板4上开的圆通孔里，热电偶19置于型腔固定板4上开的圆孔里，通过与温控仪、电热棒11、热电偶19对阴模6进行预热，加热到60℃～90℃，保温3min～6min；
b加料：将超高分子量聚乙烯粉料倒入料框5的加料室内，用刮料刷把粉料刮入阴模6的型腔内；
c双向压制成型：对阴模6仍进行保温，上冲头10下行到下限点，对所述粉料进行压实，下冲头14上行到顶板16与下模座板1距离为35cm～40cm，保压10s～40s；
d烧结成型：在温控仪、加热棒、热电偶19的协同工作下，使阴模6以0.8℃/min～1.5℃/min的升温速率升温到145℃～150℃，保温5min～10min，用来测定阴模6温度并反馈给智能温控系统进行调温，对超高分子量聚乙烯粉末的加热成型；
e取件与冷却：上行上冲头10，使上冲头10与阴模6分离，下冲头14在液压机的带动下上行，顶出制件，把顶出的制件放入25℃的水中进行冷却，取件即得超高分子量聚乙烯滤芯。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.超高分子量聚乙烯滤芯双向压制烧结成型模具，其特征在于，包括上模顶板(7)、上冲头(10)、料框(5)、阴模(6)、型腔固定板(4)、阴模垫板(3)、支撑板(2)、下模座板(1)、芯棒(12)、芯棒垫板(13)、下冲头(14)、下冲头固定板(15)、顶板(16)、顶出杆(18)、电热棒(11)、热电偶(19)与温控仪，所述支撑板(2)固定在下模座板(1)上，所述阴模垫板(3)固定在支撑板(2)上，所述阴模垫板(3)固定在型腔固定板(4)下表面，所述阴模(6)位于型腔固定板(4)内，所述料框(5)固定在型腔固定板(4)上表面上、且与阴模(6)连接；所述阴模(6)上设有数个通孔和一个盲孔，且型腔固定板(4)上也开设数个通孔，所述通孔内插有电热棒(11)，所述盲孔内设有热电偶(19)，所述电热棒(11)、热电偶(19)与温控仪相连；所述芯棒垫板(13)固定在阴模垫板(3)上，所述芯棒(12)固定在芯棒垫板(13)上并位于阴模(6)的型腔内，所述上冲头(10)、下冲头(14)分别设置在阴模(6)的正上方和正下方，所述上冲头(10)固定在上模顶板(7)上，上模顶板(7)固定在液压机动梁上，所述芯棒垫板(13)的宽度小于所述下冲头(14)的直径，所述下冲头(14)上设有纵向槽，所述芯棒垫板(13)穿过所述纵向槽，所述下冲头(14)固定在下冲头固定板(15)上，下冲头固定板(15)固定在顶板(16)上，所述顶板(16)与顶出杆(18)螺纹相连接，所述顶出杆(18)与液压油缸通过螺纹相连接。
2.根据权利要求1所述的双向压制烧结成型模具，其特征在于，还包括数个导柱(9)，所述上模顶板(7)、料框(5)、型腔固定板(4)上均设置有数个通孔，所述导柱(9)固定在阴模垫板(3)上，所述导柱(9)穿过上模顶板(7)、料框(5)、型腔固定板(4)上的通孔、并向上延伸。
3.根据权利要求1所述的双向压制烧结成型模具，其特征在于，还包括数个导向杆(17)，所述下冲头固定板(15)、顶板(16)上均设有通孔，所述导向杆(17)穿过下冲头固定板(15)、顶板(16)上的通孔，导向杆(17)的上端和下端分别与阴模垫板(3)、下模座板(1)连接。
4.根据权利要求1所述的双向压制烧结成型模具，其特征在于，所述的上模顶板(7)上对称安装有数个可调式的限位螺栓(8)。
5.根据权利要求1所述的双向压制烧结成型模具，其特征在于，所述的阴模(6)与型腔固定板(4)、料框(5)之间是可拆卸连接。
6.一种利用权利要求1所述模具装置制备超高分子量聚乙烯滤芯的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
a预热：电热棒(11)置于型腔固定板(4)上开的圆通孔里，热电偶(19)置于型腔固定板(4)上开的圆孔里，通过与温控仪、电热棒(11)、热电偶(19)对阴模(6)进行预热，加热到60℃～90℃，保温3min～6min；
b加料：将超高分子量聚乙烯粉料倒入料框(5)的加料室内，用刮料刷把粉料刮入阴模(6)的型腔内；
c双向压制成型：对阴模(6)仍进行保温，上冲头(10)下行到下限点，对所述粉料进行压实，下冲头(14)上行到顶板(16)与下模座板(1)距离为35cm～40cm，保压10s～40s；
d烧结成型：在温控仪、电热棒(11)、热电偶(19)的协同工作下，使阴模(6)以0.8℃/min～1.5℃/min的升温速率升温到145℃～150℃，保温5min～10min，用来测定阴模(6)温度并反馈给智能温控系统进行调温，对超高分子量聚乙烯粉末的加热成型；
e取件与冷却：上行上冲头(10)，使上冲头(10)与阴模(6)分离，下冲头(14)在液压机的带动下上行，顶出制件，把顶出的制件放入25℃的水中进行冷却，取件即得超高分子量聚乙烯滤芯。
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