超高分子量聚乙烯的成型工藝

由于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)熔融狀態(tài)的粘度高達(dá)108Pa*s，流動(dòng)性極差，其熔體指數(shù)幾乎為零，所以很難用一般的機(jī)械加工方法進(jìn)行加工。超高分子量聚乙烯的加工技術(shù)得到了迅速發(fā)展，通過對(duì)普通加工設(shè)備的改造，已使超高分子量聚乙烯由zui初的壓制—燒結(jié)成型發(fā)展為擠出、吹塑和注射成型以及其他特殊方法的成型。 

一般方法：

1.壓制燒結(jié)

壓制燒結(jié)是超高分子量聚乙烯zui原始的加工方法。此法效率頗低，易發(fā)生氧化和降解。為了提高效率，可采用直接電加熱法。

超高速熔結(jié)加工法，采用葉片式混合機(jī)，葉片旋轉(zhuǎn)的zui大速度可達(dá)150m/s，使物料僅在幾秒內(nèi)就可升至加工溫度。

2.擠出成型

擠出成型設(shè)備主要有柱塞擠出機(jī)、單螺桿擠出機(jī)和雙螺桿擠出機(jī)。雙螺桿擠出多采用同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)。

60年代大都采用柱塞式擠出機(jī)，70年代中期，日、美、西德等先后了單螺桿擠出工藝。日本三井石油化學(xué)公司zui早于1974年取得了圓棒擠出技術(shù)的成功。我國(guó)于1994年底出Φ45型超高分子量聚乙烯單螺桿擠出機(jī)，并于1997年取得了Φ65型單螺桿擠出管材工業(yè)化線的成功。

3.注塑成型

日本三井石油化工公司于1974年了注塑成型工藝，并于1976年實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，之后又了往復(fù)式螺桿注塑成型技術(shù)。1985年美國(guó)Hoechst公司也實(shí)現(xiàn)了超高分子量聚乙烯的螺桿注塑成型工藝。我國(guó)1983年對(duì)國(guó)產(chǎn)XS-ZY-12型注射機(jī)進(jìn)行了改造，成功地注射出啤酒罐裝線用超高分子量聚乙烯托輪、水泵用軸套，1985年又成功地注射出醫(yī)用人工關(guān)節(jié)等。

4.吹塑成型

超高分子量聚乙烯加工時(shí)，當(dāng)物料從口模擠出后，因彈性恢復(fù)而產(chǎn)生一定的回縮，并且?guī)缀醪话l(fā)生下垂現(xiàn)象，故為中空容器，特別是大型容器，如油箱、大桶的吹塑創(chuàng)造了有利的條件。超高分子量聚乙烯吹塑成型還可導(dǎo)致縱橫方向強(qiáng)度均衡的高性能薄膜，從而解決了HDPE薄膜長(zhǎng)期以來存在的縱橫方向強(qiáng)度不一致，容易造成縱向破壞的問題。

特殊方法：

1.輥壓成型

輥壓成型是一種固態(tài)加工方法，即在超高分子量聚乙烯的熔點(diǎn)以下對(duì)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(shè)備是一帶有螺槽的旋轉(zhuǎn)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(chǎn)生的壓力足夠使超高分子量聚乙烯粒子發(fā)生形變。在機(jī)座末端裝有加熱支臺(tái)，經(jīng)過?？跀D出物料。如將此項(xiàng)輥壓裝置與擠壓機(jī)聯(lián)用，可使加工過程連續(xù)化。

2.熱處理

把超高分子量聚乙烯樹脂粉末在140℃~275℃之間進(jìn)行1min~30min的短期加熱，發(fā)現(xiàn)超高分子量聚乙烯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(jī)械性能大大提高了。

3.射頻

采用射頻加工超高分子量聚乙烯是一種嶄新的加工方法，它是將超高分子量聚乙烯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(chǎn)生的熱可使超高分子量聚乙烯粉末表面發(fā)生軟化，從而使其能在一定壓力下固結(jié)。用這種方法可在數(shù)分鐘內(nèi)模壓出很厚的大型部件，其加工效率比超高分子量聚乙烯常規(guī)模壓加工高許多倍。

4.多孔膜

將超高分子量聚乙烯溶解在揮發(fā)溶劑中，連續(xù)擠出，然后經(jīng)一個(gè)熱可逆凝膠/結(jié)晶過程，使其成為一種濕潤(rùn)的凝膠膜，蒸除溶劑使膜干燥。由于已形成的骨架結(jié)構(gòu)限制了凝膠的收縮，在干燥過程中產(chǎn)生微孔，經(jīng)雙軸拉伸達(dá)到zui大空隙率而不破壞完整的多孔結(jié)構(gòu)。這種材料可用作防水、通氧織物和耐化學(xué)品服裝，也可用作超濾/微量過濾膜、復(fù)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膜具有*的孔徑、強(qiáng)度和厚度等綜合性能。