CN107696378A - 一种超高分子量聚合物异型制件成型方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高分子量聚合物异型制件成型方法及成型设备。该成型方法包括：初生粒子粉体经过输运加热至接近其熔点后置入定模的成型槽内；动模板朝向成型槽内移动直至动模板的下表面压在初生粒子粉体上，激振驱动部件带动动模板的振动使初生粒子粉体排气压实；动模板朝向成型槽内移动，已被压实的初生粒子受到脉动式的合模力作用，初生粒子粉体的粒子之间相互嵌合，在初生粒子的粒子之间产生的动态摩擦热、压缩与热膨胀引起的粒子塑性变形热能以及成型槽外加热的作用下，初生粒子相互熔结成熔体；冷却，且动模板持续朝向成型槽内移动，所述熔体受到脉动式的合模力作用，熔体冷却收缩直至熔体冷却至预定温度成型形成聚合物异型制件成品。该方法成型效率高。

Description

一种超高分子量聚合物异型制件成型方法及设备
技术领域
本发明涉及成型领域，特别是涉及一种超高分子量聚合物异型制件成型方法及成型设备。
背景技术
超高分子量聚合物，如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚四氟乙烯等具有极其优异的性能，在医疗器械、汽车制造、纺织机械等支柱产业领域具有重要应用。例如，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)一般是指相对分子量在150万以上的聚乙烯，作为一种性能非常优异的新型工程塑料，具有极佳耐磨损性能、冲击强度、吸震防噪声性能、耐化学腐蚀性能以及低摩擦系数等特点，是综合性能最佳的工程塑料。但由于这类材料分子量极高，熔体黏度极大，熔体流动速率几乎为零，使超高分子量聚乙烯的临界剪切速率极低，在很低的剪切速率下就会产生熔体破裂，而且摩擦系数与热传导系数低，在成型过程中分子间相互缠绕和相互在分子空间渗入比其他工程塑料严重，其热胀冷缩系数大，难以输送、塑化、混合、注射成型，目前主要采用模压成型生产结构简单的大型板材和各种小型制品(如滚轮、滑块、轴套等)，其中，自由烧结法一个制品需两个模具，烧结压制法需把模具和原料一同搬运至加热设备加热，仅适用于小型制品和中小批量生产，而大量的复杂制件采用烧结、机加工等方法生产，若烧结时间不足，制品芯部烧不透，制品服役性能远达不到要求，若烧结时间过长，存在聚合物过多降解的现象，同样的，机加制品性能远达不到要求，多用于验证产品尺寸，且效率极低、成本很高，制约其大规模应用。对于目前超高分子量聚合物的注塑成型，通常采用加入大量的低分子量加工助剂的方法，但是低分子量加工助剂严重影响制件的性能。
发明内容
基于此，有必要提供一种超高分子量聚合物成型效率高、成本低且不影响制件性能的超高分子量聚合物异型制件成型方法及设备。
一种超高分子量聚合物异型制件成型方法，包括如下步骤：
初生粒子粉体经过输运过程加热至接近其熔点后置入定模的成型槽内；所述定模的温度维持在所述初生粒子粉体的熔点以上且不超出该熔点以上100℃；
所述动模板的温度维持在所述初生粒子粉体的熔点以上且不超出该熔点以上100℃；
激振驱动部件驱动所述动模板持续朝向所述成型槽内移动，直至所述动模板的下表面接触所述初生粒子粉体时，所述激振驱动部件驱动所述动模板在朝向所述成型槽移动的同时做平行于移动方向的往复振动，所述近熔点初生粒子粉体在所述动模板的振动作用下被压实，所述初生粒子粉体之间空气由所述动模板和/或定模上设置的排气孔排出；
所述激振驱动部件继续驱动所述动模板朝向所述成型槽内移动以使得所述动模板与所述成型槽之间的已被压实的所述初生粒子所受压力值达到预设值，同时激振作用引起已被压实的所述初生粒子所受压力在该压力值基础上波动，所述已被压实的初生粒子受到脉动式的合模力作用，所述初生粒子粉体的粒子之间相互嵌合，在已被压实的所述初生粒子之间产生的动态摩擦热、压缩与热膨胀引起的粒子塑性变形热能以及所述成型槽外加热的作用下，已被压实的所述初生粒子粉体的粒子相互熔结成熔体；
所述激振驱动部件继续驱动所述动模板朝向所述成型槽内移动以使得所述动模板与所述成型槽之间的所述熔体所受压力值增大到预设值，同时持续的激振作用引起所述熔体所受压力在增大后的压力值基础上波动，所述熔体受到脉动式的合模力作用，所述定模的温度维持在结晶温度以下，所述动模板的温度维持在结晶温度以下，所述熔体冷却收缩，直至所述熔体冷却至预定温度成型形成聚合物异型制件成品。
本发明的另一目的还在于提供一种超高分子量聚合物异型制件成型设备。
一种超高分子量聚合物异型制件成型设备，包括定模、动模板、锁模板以及激振驱动部件；
所述定模的上表面具有成型槽，所述成型槽的槽底面呈预设形状，所述定模设有第一温控流道；所述定模的侧壁设有进料通道，所述进料通道的一端开口于所述定模的外壁，另一端开口连通于所述成型槽；
所述激振驱动部件连接于所述动模板，所述动模板上设有第二温控流道；所述定模具有连通所述成型槽与所述定模的外壁的排气孔，和/或所述动模板上具有贯穿其两个表面的排气孔；所述激振驱动部件能够驱动所述动模板朝向所述成型槽内移动，所述激振驱动部件还能够通过激振功能带动所述动模板振动；所述动模板与所述成型槽适配，当所述动模板移动进入所述成型槽内时，所述动模板的边缘与所述成型槽的内壁存在间隙。
在其中一个实施例中，多个所述排气孔沿所述成型槽的四周均匀分布。
在其中一个实施例中，所述激振驱动部件的激振功能实现形式包含并不仅限于液压式激振、惯性式激振、电动式激振、电磁式激振、电液式激振、气动式激振中的一种或几种。
在其中一个实施例中，所述激振驱动部件的激振功能实现形式为液压式激振方式。
在其中一个实施例中，还包括多个支撑柱，多个所述支撑柱垂直于所述定模的上表面且连接于所述定模的上表面，所述锁模板套设在多个所述支撑柱上。
上述的超高分子量聚合物异型制件成型设备，在同一成型槽内完成振动、压缩排气、保压压实、冷却增压以及成型等工作，解决了现有超高分子量聚合物成型设备成型效率低和成本高的问题，与现有技术及设备相比，上述的超高分子量聚合物异型制件成型设备，通过动态激振驱动部件的激振功能引起的振动压缩作用实现近熔点初生粒子之间空气的排出，使得近熔点初生粒子充分接触，热导率高，制品成型质量高。动态激振引起的冲击作用使近熔点初生粒子获得动态摩擦热量以及压缩引起的粒子塑性变形热能，初生粒子粉体的粒子堆内外温度均高于熔点，初生粒子粉体的粒子堆芯部温度略高于外部，解决现有加工过程中热量由外而内的传递加工方式引起的烧不透问题，使成型时间短，效率高；模压与高温熔融成型在同一激振驱动部件的激振引起的冲击动作下完成，无需更换模具，节时节力。
附图说明
图1为一实施例超高分子量聚合物异型制件成型设备侧面示意图；
图2为图1所示超高分子量聚合物异型制件成型设备的另一视角侧视示意图。
附图标记说明
10、超高分子量聚合物异型制件成型设备；100、定模；110、成型槽；120、进料通道；200、动模板；300、排气孔；400、激振驱动部件；500、锁模板；600、支撑柱；20、初生粒子粉体。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参见图1及图2所示，本实施例涉及了一种超高分子量聚合物异型制件成型设备10。该超高分子量聚合物异型制件成型设备10包括定模100、动模板200、锁模板500以及激振驱动部件400。激振驱动部件400可以采用伺服液压缸，激振驱动部件400既具有伸缩驱动的功能，还具有激振的功能。
参见图1及图2所示，所述定模100的上表面具有成型槽110，所述成型槽110的槽底面呈预设形状，所述定模100设有第一温控流道。所述定模100的侧壁设有进料通道120，所述进料通道120的一端开口于所述定模100的外壁，另一端开口连通于所述成型槽110。
所述激振驱动部件连接于所述动模板200，所述动模板200上设有第二温控流道；所述定模100具有连通所述成型槽110与所述定模100的外壁的排气孔300，和/或所述动模板200上具有贯穿其两个表面的排气孔300。所述激振驱动部件400能够驱动所述动模板200朝向所述成型槽110内移动，所述激振驱动部件400还能够通过激振功能带动所述动模板200振动。所述动模板200与所述成型槽110适配，当所述动模板200移动进入所述成型槽110内时，所述动模板200的边缘与所述成型槽110的内壁存在间隙。
在一个实施例中，该超高分子量聚合物异型制件成型设备10还包括多个支撑柱600，多个所述支撑柱600垂直于所述定模100的上表面且连接于所述定模100的上表面，所述锁模板500套设在多个所述支撑柱600上。
在一个实施例中，多个所述排气孔300沿所述成型槽110的四周均匀分布。
本实施例涉及的该超高分子量聚合物异型制件成型设备10在用于超高分子量聚合物异型制件成型时，涉及了一种超高分子量聚合物异型制件成型方法。
一种超高分子量聚合物异型制件成型方法，包括如下步骤：
初生粒子粉体经过输运过程加热至接近其熔点后下置入定模100的成型槽110内；所述定模100的第一温控流道通入温控流体维持在所述定模100的温度至所述初生粒子粉体的熔点以上且不超出该熔点以上100℃；
动模板200的第二温控流道通入温控流体维持在所述动模板200的温度至所述初生粒子粉体的熔点以上且不超出该熔点以上100℃；
激振驱动部件400驱动所述动模板200持续朝向所述成型槽110内移动，直至所述动模板200的下表面接触所述初生粒子粉体时，所述激振驱动部件400驱动所述动模板200在朝向所述成型槽110移动的同时做平行于移动方向的往复振动，所述近熔点初生粒子粉体在所述动模板200的振动作用下被压实，所述初生粒子粉体之间空气由所述动模板200和/或定模100上设置的排气孔300排出；
所述激振驱动部件400继续驱动所述动模板200朝向所述成型槽110内移动以使得所述动模板200与所述成型槽110之间的已被压实的所述初生粒子所受压力值达到预设值，同时激振作用引起已被压实的所述初生粒子所受压力在该压力值基础上波动，所述已被压实的初生粒子受到脉动式的合模力作用，所述初生粒子粉体的粒子之间相互嵌合，在已被压实的所述初生粒子粉体的粒子之间产生的动态摩擦热、压缩与热膨胀引起的粒子塑性变形热能以及所述成型槽110外加热的作用下，已被压实的所述初生粒子粉体的粒子相互熔结成熔体；
所述激振驱动部件400继续驱动所述动模板200朝向所述成型槽110内移动以使得所述动模板200与所述成型槽110之间的所述熔体所受压力值增大到预设值，同时持续的激振作用引起所述熔体所受压力在增大后的压力值基础上波动，所述熔体受到脉动式的合模力作用，所述第一温控流道通入温控流体维持所述定模100的温度至结晶温度以下，所述第二温控流道通入温控流体维持所述动模板200的温度至结晶温度以下，所述熔体冷却收缩，直至所述熔体冷却至预定温度成型形成聚合物异型制件成品。
上述的超高分子量聚合物异型制件成型设备10，在同一成型槽110内完成振动、压缩排气、保压压实、冷却增压以及成型等工作，解决了现有超高分子量聚合物成型设备成型效率低和成本高的问题，与现有技术及设备相比，上述的超高分子量聚合物异型制件成型设备10，通过动态激振驱动部件400的激振功能引起的振动压缩作用实现近熔点初生粒子之间空气的排出，使得近熔点初生粒子充分接触，热导率高，制品成型质量高。动态激振引起的冲击作用使近熔点初生粒子获得动态摩擦热量以及压缩引起的粒子塑性变形热能，初生粒子粉体的粒子堆内外温度均高于熔点，初生粒子粉体的粒子堆芯部温度略高于外部，解决现有加工过程中热量由外而内的传递加工方式引起的烧不透问题，使成型时间短，效率高；模压与高温熔融成型在同一激振驱动部件400的激振引起的冲击动作下完成，无需更换模具，节时节力。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种超高分子量聚合物异型制件成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
初生粒子粉体经过输运过程加热至接近其熔点后置入定模的成型槽内；所述定模的温度维持在所述初生粒子粉体的熔点以上且不超出该熔点以上100℃；
所述动模板的温度维持在所述初生粒子粉体的熔点以上且不超出该熔点以上100℃；
激振驱动部件驱动所述动模板持续朝向所述成型槽内移动，直至所述动模板的下表面接触所述初生粒子粉体时，所述激振驱动部件驱动所述动模板在朝向所述成型槽移动的同时做平行于移动方向的往复振动，所述近熔点初生粒子粉体在所述动模板的振动作用下被压实，所述初生粒子粉体之间空气由所述动模板和/或定模上设置的排气孔排出；
所述激振驱动部件继续驱动所述动模板朝向所述成型槽内移动以使得所述动模板与所述成型槽之间的已被压实的所述初生粒子所受压力值达到预设值，同时激振作用引起已被压实的所述初生粒子所受压力在该压力值基础上波动，所述已被压实的初生粒子受到脉动式的合模力作用，所述初生粒子的粒子之间相互嵌合，在已被压实的所述初生粒子之间产生的动态摩擦热、压缩与热膨胀引起的粒子塑性变形热能以及所述成型槽外加热的作用下，已被压实的所述初生粒子相互熔结成熔体；
所述激振驱动部件继续驱动所述动模板朝向所述成型槽内移动以使得所述动模板与所述成型槽之间的所述熔体所受压力值增大到预设值，同时持续的激振作用引起所述熔体所受压力在增大后的压力值基础上波动，所述熔体受到脉动式的合模力作用，所述定模的温度维持至结晶温度以下，所述动模板的温度维持至结晶温度以下，所述熔体冷却收缩，直至所述熔体冷却至预定温度成型形成聚合物异型制件成品。
2.一种超高分子量聚合物异型制件成型设备，其特征在于，包括定模、动模板、锁模板以及激振驱动部件；
所述定模的上表面具有成型槽，所述成型槽的槽底面呈预设形状，所述定模设有第一温控流道；所述定模的侧壁设有进料通道，所述进料通道的一端开口于所述定模的外壁，另一端开口连通于所述成型槽；
所述激振驱动部件连接所述动模板，所述动模板上设有第二温控流道；所述定模具有连通所述成型槽与所述定模的外壁的排气孔，和/或所述动模板上具有贯穿其两个表面的排气孔；所述激振驱动部件能够驱动所述动模板朝向所述成型槽内移动，所述激振驱动部件还能够通过激振作用带动所述动模板振动；所述动模板与所述成型槽适配，当所述动模板移动进入所述成型槽内时，所述动模板的边缘与所述成型槽的内壁存在间隙。
3.根据权利要求2所述的超高分子量聚合物异型制件成型设备，其特征在于，多个所述排气孔沿所述成型槽的四周均匀分布。
4.根据权利要求2所述的超高分子量聚合物异型制件成型设备，其特征在于，所述激振驱动部件的激振功能实现形式包含并不仅限于液压式激振、惯性式激振、电动式激振、电磁式激振、电液式激振、气动式激振中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的超高分子量聚合物异型制件成型设备，其特征在于，所述激振驱动部件的激振功能实现形式为液压式激振方式。
6.根据权利要求2所述的超高分子量聚合物异型制件成型设备，其特征在于，还包括多个支撑柱，多个所述支撑柱垂直于所述定模的上表面且连接于所述定模的上表面，所述锁模板套设在多个所述支撑柱上。
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