CN117644636A - 一种超高分子量聚合物挤出成型方法及成型设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于聚合物挤出成型技术领域，具体涉及一种超高分子量聚合物挤出成型方法及成型设备。超高分子量聚合物在经历挤出机输运设备输运时经过热辐射与摩擦生热后成为近熔点热粉体，为松散热初生粒子，之后进入成型设备过渡区，松散热初生粒子在经过成型设备过渡区仍为近熔点热粉体，并逐渐被压实，然后进入成型设备压缩区，近熔点热粉体进一步被压缩压实，并开始再次升温直至熔融，最后进入定型区，定型区使物料均匀，定温、定量、定压的挤出熔体，并定型得到制品。本发明克服了超高分子量聚合物由于高粘度、临界剪切速率低以及摩擦系数小导致的熔体输运困难，同时克服了聚合物熔体流经芯棒时产生不易消除的熔接痕以及由此引发的质量缺陷。
Description
技术领域
本发明属于聚合物挤出成型技术领域，具体涉及一种超高分子量聚合物挤出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，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，在我国，模压成型所占比例高达90％。落后的加工工艺、加工方法和制品的单调已远远不能满足对超高分子量聚合物挤出成型制品的消费需求，例如各类粉末状固体与浆体状固液混合物的输送管道。现有超高分子量聚合物挤出成型方法主要有柱塞推压、单螺杆挤出机挤出成型方法。两种方法均难以克服塑料熔体流经成型设备芯棒时产生不易消除的熔接痕以及由此引发的质量缺陷，且后者难以克服超高分子量聚合物由于高粘度、临界剪切速率低以及摩擦系数小导致的熔体输运困难。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种超高分子量聚合物挤出成型方法及成型设备，并具体公开了以下技术方案：
一种超高分子量聚合物挤出成型方法，超高分子量聚合物在经历挤出机输运设备输运时经过热辐射与摩擦生热后成为近熔点热粉体，为松散热初生粒子，之后进入成型设备过渡区，松散热初生粒子在经过成型设备过渡区仍为近熔点热粉体，并逐渐被压实，然后进入成型设备压缩区，近熔点热粉体进一步被压缩压实，并开始再次升温直至熔融，最后进入定型区，定型区使物料均匀，定温、定量、定压的挤出熔体，并定型得到制品。
一种实现上述超高分子量聚合物挤出成型方法的成型设备，包括设置第一机筒、第二机筒、第一芯棒、第二芯棒和口模，所述第一机筒、第二机筒、第一芯棒和第二芯棒上分别设置有独立的温控油腔，所述第一机筒罩设于所述第一芯棒的外侧，所述第一芯棒的一端与所述第二芯棒的一端固定连接，所述第二芯棒的外侧从靠近第一芯棒一侧到远离芯棒一侧依次罩设有第二机筒和口模，所述第一机筒与所述第一芯棒之间设置有第一型腔，所述第二机筒与所述第二芯棒之间设置有第二型腔，所述第一芯棒远离第一机筒的一侧外围设置有与第一型腔连通的第三型腔，所述第二芯棒远离第二机筒的一侧外围设置有第二型腔连通的第四型腔，所述第二芯棒与口模之间设置有第五型腔，所述第一型腔、第三型腔、第四型腔、第二型腔以及第五型腔依次连通，所述第一型腔、第三型腔和所述第四型腔所在部位为过渡区，所述第二型腔所在部位为压缩区，所述第五型腔所在部位为定型区。
进一步的，所述第一机筒包括第一机筒外层和第一机筒内层，所述第一机筒外层和第一机筒内层之间设置有第一温控油腔，所述第二机筒包括第二机筒外层和第二机筒内层，所述第二机筒外层和第二机筒内层之间设置有第二温控油腔，所述第一芯棒包括第一芯棒外层和第一芯棒内层，所述第一芯棒外层和第一芯棒内层之间设置有第三温控油腔，所述第二芯棒包括第二芯棒外层和第二芯棒内层，所述第二芯棒外层和第二芯棒内层之间设置有第四温控油腔，所述第一温控油腔、所述第二温控油腔、所述第三温控油腔以及所述第四温控油腔相互独立设置且分别与对应的模温机连通。
进一步的，所述第一机筒外层与所述第一机筒内层之间、所述第一机筒内层与所述第一芯棒外层之间、所述第一芯棒外层与所述第一芯棒内层之间、所述第一芯棒内层与所述第二芯棒内层之间、所述第二芯棒外层与所述第二芯棒内层之间、所述第二芯棒外层与所述第二机筒内层之间、所述第二机筒内层与所述第二机筒外层之间以及所述第二机筒外层与所述口模之间均通过螺栓固定连接。
进一步的，所述第一芯棒包括分流锥和连接部，所述分流锥固定设置于所述连接部的一端，所述第一机筒罩设在所述分流锥上，所述第三型腔设置于所述连接部的外围，所述第二芯棒包括依次连接的大圆柱部、变径部和小圆柱部，所述大圆柱部的远离小圆柱部的一端与第一芯棒的连接部固定连接，所述第四型腔设置于所述大圆柱部的外围，所述第二机筒罩设在所述变径部上，所述口模罩设在所述小圆柱部上。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
克服了超高分子量聚合物由于高粘度、临界剪切速率低以及摩擦系数小导致的熔体输运困难；
克服了聚合物熔体流经芯棒时产生不易消除的熔接痕以及由此引发的质量缺陷；
缩短了为满足熔体状态流经芯棒期间不稳定分子重新缠绕解缠所需结松弛时间的成型设备压缩区与成型设备定型区长度；
区别于传统加热方式通过加热器加热机筒传递热量实现温度控制，本发明中各区温度通过模温机控制各区温控油腔内的油温实现温度升降可控；
其方法可应用于各类超高分子量聚合物的管材、板材、异型材等挤出成型，应用范围广。
附图说明
图1为实施例2中成型设备的旋转剖视图。
图2为图1中第一芯棒的连接部处的截面图。
图3为实施例3中成型设备的主视剖视图。
图4为实施例3中成型设备的俯视剖视图。
1-第一机筒外层、2-第一机筒内层、3-第一芯棒外层、4-第一芯棒内层、5-第二机筒内层、6-第二机筒外层、7-第二芯棒外层、8-第二芯棒内层、9-口模。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种超高分子量聚合物挤出成型方法，具体为：超高分子量聚合物在经历挤出机输运设备输运时经过热辐射与摩擦生热后成为近熔点热粉体，为松散热初生粒子，之后进入成型设备过渡区，松散热初生粒子在经过成型设备过渡区仍为近熔点热粉体，并逐渐被压实，然后进入成型设备压缩区，近熔点热粉体进一步被压缩压实，并开始再次升温直至熔融，最后进入定型区，定型区使物料均匀，定温、定量、定压的挤出熔体，并定型得到制品。
实施例2
参照图1-2，一种实现超高分子量聚合物挤出成型方法的成型设备，包括设置第一机筒、第二机筒、第一芯棒、第二芯棒和口模9，所述第一机筒、第二机筒、第一芯棒和第二芯棒上分别设置有独立的温控油腔，所述第一机筒罩设于所述第一芯棒的外侧，所述第一芯棒的一端与所述第二芯棒的一端固定连接，所述第二芯棒的外侧从靠近第一芯棒一侧到远离芯棒一侧依次罩设有第二机筒和口模9，所述第一机筒与所述第一芯棒之间设置有第一型腔，所述第二机筒与所述第二芯棒之间设置有第二型腔，所述第一芯棒远离第一机筒的一侧外围设置有与第一型腔连通的第三型腔，所述第二芯棒远离第二机筒的一侧外围设置有第二型腔连通的第四型腔，所述第二芯棒与口模9之间设置有第五型腔，所述第一型腔、第三型腔、第四型腔、第二型腔以及第五型腔依次连通，所述第一型腔、第三型腔和所述第四型腔所在部位为过渡区，所述第二型腔所在部位为压缩区，所述第五型腔所在部位为定型区。
本实施例中，所述第一机筒包括第一机筒外层1和第一机筒内层2，所述第一机筒外层1和第一机筒内层2之间设置有第一温控油腔，所述第二机筒包括第二机筒外层6和第二机筒内层5，所述第二机筒外层6和第二机筒内层5之间设置有第二温控油腔，所述第一芯棒包括第一芯棒外层3和第一芯棒内层4，所述第一芯棒外层3和第一芯棒内层4之间设置有第三温控油腔，所述第二芯棒包括第二芯棒外层7和第二芯棒内层8，所述第二芯棒外层7和第二芯棒内层8之间设置有第四温控油腔，所述第一温控油腔、所述第二温控油腔、所述第三温控油腔以及所述第四温控油腔相互独立设置且分别与对应的模温机连通。通过分别控制每个温控油腔内的油温，可以对对应的型腔内的超高分子量聚合物的温度分别控制。
本实施例中的成型设备可以与挤出机输运设备组合，超高分子量聚合物在经历输运设备输运过程中受热辐射与摩擦生热成为近熔点热粉体，即松散热初生粒子，超高分子量聚合物在整个输运过程均为粉体状态，克服了超高分子量聚合物由于高粘度、临界剪切速率低以及摩擦系数小导致的熔体输运困难；进入成型设备过渡区的初生粒子仍处于近熔点粉体状态，利于输运，克服了聚合物熔体流经成型设备芯棒时产生不易消除的熔接痕以及由此引发的质量缺陷；超高分子量聚合物在进入成型设备压缩区后，温度上升直至熔融，而消除超高分子量聚合物熔接痕，可大大缩短为熔体状态流经芯棒期间不稳定分子重新缠绕解缠结所需松弛时间的成型设备压缩区与成型设备定型区的长度；最后，经由定型区定型成型。
本实施例中，所述第一机筒外层1与所述第一机筒内层2之间、所述第一机筒内层2与所述第一芯棒外层3之间、所述第一芯棒外层3与所述第一芯棒内层4之间、所述第一芯棒内层4与所述第二芯棒内层8之间、所述第二芯棒外层7与所述第二芯棒内层8之间、所述第二芯棒外层7与所述第二机筒内层5之间、所述第二机筒内层5与所述第二机筒外层6之间以及所述第二机筒外层6与所述口模9之间均通过螺栓固定连接，从而便于成型设备的组装和拆卸。
本实施例中，所述第一芯棒包括分流锥和连接部，所述分流锥固定设置于所述连接部的一端，所述第一机筒罩设在所述分流锥上，所述第三型腔设置于所述连接部的外围，且第三型腔内设置有若干个连接隔板，可以将连接部的内层和外层固定连接，从而保证连接部的整体性，所述第二芯棒包括依次连接的大圆柱部、变径部和小圆柱部，所述大圆柱部的远离小圆柱部的一端与第一芯棒的连接部固定连接，所述第四型腔设置于所述大圆柱部的外围，且第四型腔内也设置有若干个连接隔板，可以将大圆柱部的内层和外层固定连接，从而保证大圆柱部的整体性，所述第二机筒罩设在所述变径部上，所述口模9罩设在所述小圆柱部上。
实施例3
参考图3-4，本实施例同样为可以实现实施例1中挤出成型方法的设备，包括依次连接的衔接过渡段I、板材挤出模头过渡段II及板材挤出模头成型段III，各段中心均设置有型腔且各段的型腔依次连通，衔接过渡段I内的型腔截面在远离板材挤出模头过渡段II的一端为圆形，在靠近板材挤出模头过渡段II的一端为长方形，即衔接过渡段I内的型腔整体为从圆形向长方形过渡的形状，板材挤出模头过渡段II的型腔内设置有阻流体，衔接过渡段I、板材挤出模头过渡段II及板材挤出模头成型段III内均布置有独立的温控油腔，温控油腔与模温机连通，用于分别控制各段的温度。分别通过模温机控制衔接过渡段I与板材挤出模头过渡段II温度，使其型腔内的超高分子量聚合物物料温度略低于物料熔点；通过模温机控制板材挤出模头成型段III温度，使其型腔内的超高分子量聚合物物料温度高于物料熔点，低于物料降解温度。超高分子量聚合物经历挤出机输运设备、衔接过渡段I及板材挤出模头过渡段II时均为近熔点热粉体，利于输运，粉体经历衔接过渡段I，其输运截面形状由圆形转变为长方形，得到压缩压实，粉体经历板材挤出模头过渡段II，流经板材挤出模头过渡段II的阻流体(在II的A段)，到达板材挤出模头过渡段II的模唇(II的B段)时，粉体流体压力基本分布均匀；在板材挤出模头成型段III，近熔点热粉体进一步受热熔融，经历板材挤出模头成型段III后定型成型。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种超高分子量聚合物挤出成型方法，其特征在于，超高分子量聚合物在经历挤出机输运设备输运时经过热辐射与摩擦生热后成为近熔点热粉体，为松散热初生粒子，之后进入成型设备过渡区，松散热初生粒子在经过成型设备过渡区仍为近熔点热粉体，并逐渐被压实，然后进入成型设备压缩区，近熔点热粉体进一步被压缩压实，并开始再次升温直至熔融，最后进入定型区，定型区使物料均匀，定温、定量、定压的挤出熔体，并定型得到制品。
2.一种实现权利要求1中所述超高分子量聚合物挤出成型方法的成型设备，其特征在于，包括设置第一机筒、第二机筒、第一芯棒、第二芯棒和口模，所述第一机筒、第二机筒、第一芯棒和第二芯棒上分别设置有独立的温控油腔，所述第一机筒罩设于所述第一芯棒的外侧，所述第一芯棒的一端与所述第二芯棒的一端固定连接，所述第二芯棒的外侧从靠近第一芯棒一侧到远离芯棒一侧依次罩设有第二机筒和口模，所述第一机筒与所述第一芯棒之间设置有第一型腔，所述第二机筒与所述第二芯棒之间设置有第二型腔，所述第一芯棒远离第一机筒的一侧外围设置有与第一型腔连通的第三型腔，所述第二芯棒远离第二机筒的一侧外围设置有第二型腔连通的第四型腔，所述第二芯棒与口模之间设置有第五型腔，所述第一型腔、第三型腔、第四型腔、第二型腔以及第五型腔依次连通，所述第一型腔、第三型腔和所述第四型腔所在部位为过渡区，所述第二型腔所在部位为压缩区，所述第五型腔所在部位为定型区。
3.根据权利要求2所述的一种成型设备，其特征在于，所述第一机筒包括第一机筒外层和第一机筒内层，所述第一机筒外层和第一机筒内层之间设置有第一温控油腔，所述第二机筒包括第二机筒外层和第二机筒内层，所述第二机筒外层和第二机筒内层之间设置有第二温控油腔，所述第一芯棒包括第一芯棒外层和第一芯棒内层，所述第一芯棒外层和第一芯棒内层之间设置有第三温控油腔，所述第二芯棒包括第二芯棒外层和第二芯棒内层，所述第二芯棒外层和第二芯棒内层之间设置有第四温控油腔，所述第一温控油腔、所述第二温控油腔、所述第三温控油腔以及所述第四温控油腔相互独立设置且分别与对应的模温机连通。
4.根据权利要求2所述的一种成型设备，其特征在于，所述第一机筒外层与所述第一机筒内层之间、所述第一机筒内层与所述第一芯棒外层之间、所述第一芯棒外层与所述第一芯棒内层之间、所述第一芯棒内层与所述第二芯棒内层之间、所述第二芯棒外层与所述第二芯棒内层之间、所述第二芯棒外层与所述第二机筒内层之间、所述第二机筒内层与所述第二机筒外层之间以及所述第二机筒外层与所述口模之间均通过螺栓固定连接。
5.根据权利要求2所述的一种成型设备，其特征在于，所述第一芯棒包括分流锥和连接部，所述分流锥固定设置于所述连接部的一端，所述第一机筒罩设在所述分流锥上，所述第三型腔设置于所述连接部的外围，所述第二芯棒包括依次连接的大圆柱部、变径部和小圆柱部，所述大圆柱部的远离小圆柱部的一端与第一芯棒的连接部固定连接，所述第四型腔设置于所述大圆柱部的外围，所述第二机筒罩设在所述变径部上，所述口模罩设在所述小圆柱部上。
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| CN202311842687.9A CN117644636A (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 一种超高分子量聚合物挤出成型方法及成型设备 |
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