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浅析超高分子量聚乙烯管材的发展与创新工艺

来源:万方数据   作者:宋莉  发布时间:2013-08-26
超高分子量聚乙烯管具有耐摩擦、耐腐蚀、易成型,抗冲击、自润滑、不粘附、不吸水、等优良特性。市场前景广阔,应用领域日益扩大,并有独领风骚的趋势。本文就国内超高分子量管材发展及创新工艺进行阐述。

    粘均分子量的参数在150万及以上的线形结构聚乙烯被称为超高分子量聚乙烯(UHMWPE),(普通聚乙烯的相对分子质量仅为2-30万)。极高的相对分子量,赋予了其超凡的使用性能,成为一种性能优良的新型热塑性工程塑料。由于其分子量极高,它几乎集中了各种塑料的优点,具有普通聚乙烯和其他工程塑料所无可比拟的耐腐、耐冲击、自润滑、耐腐蚀,耐低温、卫生无毒,不粘附,不吸水等综合性能。

    随着聚乙烯生产技术中,单螺杆挤出、柱塞推压等技术的突破,使超高分子量聚乙烯管材在国内也实现了工业化连续生产。但由于超高分子量聚乙烯原料的特性决定了超高分子量聚乙烯管材加工的难度,虽然超高分子量聚乙烯管材生产实现了塑料挤出机连续挤出生产,可它的生产速度仅为普通塑料管材制品生产速度的,管材耐磨指标也仅能达到西欧发达国家管材制品耐磨指标的60%左右.提高超高分子量聚乙烯管材生产速度和提高耐磨指标成为业界研究的重点。

    超高分子量聚乙烯管材的应用范围日益扩大。目前随着聚乙烯合成及改性工艺的创新和完善,国外先进技术、先进设备、先进材料、先进工艺的引进,消化,吸收,我国聚乙烯下游产品的研究开发先进技术逐步与世界先进水平缩小差距,新型管材以其优良的性能和特点,拓展到新的领域。但仍有部分工厂生产超高分子量聚乙烯管材生产工艺还是沿用前人开发的老设备、老工艺。效率低、能耗大、生产速度慢,且生产的超高分子量聚乙烯管材制品外观质量及内在质量都很差,完全丧失了超高分子量聚乙烯管材应有的内在质量。

    为什么国内部分超高分子量聚乙烯管材生产企业是这种状况呢,那是因为超高分子量聚乙烯管材国内发展以来,无论是超高分子量聚乙烯管材生产设备还是超高分子量聚乙烯生产工艺,都掌握在少数人手里,并且由于技术的保密性,造成人与人之间,企业与企业之间相互保守,没有交流,固步自封,自以为是。更是造成设备制造企业只是买了图纸或是偷了技术来比着葫芦画瓢,能干就行,不知所以然,不能调试设备,或者能勉强调试出制品,把客户糊弄过去就算完事,制品生产企业更是师傅怎么说,就怎么干的现状。这才造成了懂设备的人不懂工艺,懂工艺的人不懂设备怪现象,这也是国内超高分子量聚乙烯管材制品质量底下,设备制造鱼龙混杂的局面。甚至由于市场缺乏相关专业技术人才,部分专业人士将管材加工工艺作为商品卖上500万元的天价,甚至更高。大大提高了从业门槛,限制了超高分子量聚乙烯管材这一优秀材料制品在国内的发展。所以,如何能将超高分子量聚乙烯管材生产的工艺特性与塑料管材挤出设备的优势充分结合,合理调整,运用设备、工艺,提高超高分子量聚乙烯管材制品生产质量、速度一直是业内研究的重点。

    超高分子量聚乙烯原料的独特性能决定了管材生产线速度的缓慢,主要设备就是挤出机和模具成型两部分,所以我们着重介绍一下挤出机和模具以及模具冷却成型部分。新设备采用超高分子量聚乙烯管材专用单螺杆挤出机,螺筒螺杆材质为38CrMoALA.螺杆螺纹形式为为双头、小螺距、大压缩比、渐变式。根据管径规格可采用以下成熟机型:

    超高分子量聚乙烯管材模具形式由于原料流动缓慢的特性采用分流梭式模具。

    管材成型方式开发设计之初大都采用“风冷模式”工艺,“风冷模式”的主要缺点是因为通过风机对管材模具的成型末端的内外壁进行冷却定型,冷却速度慢,管坯成型差,管材制品得不到快速有效的冷却定型,挤出速度缓慢,管材内外壁密实度不好,管材表面没有光亮度,所以管材耐磨效果不好,后来发展成为“水冷模式”,“水冷模式”是指在管材模具成型末端内外壁设置冷却循环水套,用以快速冷却管材制品,使管材成型。“水冷模式”相比“风冷模式”所生产的制品在制品质量及生产线速度上均有一定程度的提高,但它的主要缺点是因为大多数的厂家模具冷却水没有通过水处理,而水在lOO'C时就达到沸腾点,且产生大量水垢,水垢会堵塞冷却流道,使整个模具无法使用;水的IOO:C时的沸腾点也限制了模具的热量传导(超高分子量聚乙烯管材正常生产时模具温度一般在200℃左右),导致一些超厚制品不能有效冷却,产能底下。

    与之相比新工艺采用“水冷油一油冷模式”工艺,与两种方式相比较,在实际生产中,管材制品产量能提高一倍以上,所生产管材制品表面能达到“镜面”效果。全面提高超高分子量聚乙烯管材耐磨的独特的优势。其具体方法为:企业自备水箱(或自来水)一油箱内置冷却盘管(盘管被完全浸泡)一返回企业自备水箱,油箱内被冷却到一定温度的冷却油用动力输送到模具,冷却模具后返回油箱,循环往复。

    生产技术工艺中关于升温温度和升温顺序重点:

    1 料筒温度

    A区常温,B区110℃±5℃,C区135℃±5℃

    D区155℃士5℃.E区175℃±5℃。

    (如果换料温度视具体情况而定。)

    2 模具温度(大的歪嘴模具温度按下面一行括弧内数值)

    F区.G区  220℃士10℃(200℃±5℃);

    H区200.C 10℃(190℃5℃);

    I区185℃5℃(180℃5℃)

    J区(固形)150℃土5℃(150-C±5℃)

    3 升温顺序

    开机前模具先升温。升温期间,先把200℃以上高温区温控仪的设定温度比标准值下调20℃。等温度升到设定值后,Φ400以下的小模具再等2小时,Φ400以上的大模具再等3小时,(冬天运转时间加长),将设定值上调到标准值。模具升到标准值之后,Φ400以下l小时,Φ由400以上2小时左右,停机时间不长的模具,重新升温,时间缩短,允许开机.开机时间不允许拖后。(升温期间操作人员要在现场始终监控温控仪、电流表和各区状况)

    模具温度达到初始设定值(不是标准值)后,机简开始升温。机筒温度升到标准值后,立即通水。不能提前或拖后。此时要检查进料口是否过热返料,如果返料要清理干净。要等到开机后才能缓慢通水,并要求在进料时人工将料压入20分钟左右,直至正常运转,正常运转旋转接头温度保持在40℃左右,内部伴有“哐、哐…”的响声。

    使用新设备新工艺产超高分子量聚乙烯管材,有以下优点:(一)能生产出管壁更薄的管材,提高管材生产厂家的效益;(二)能有效的提高超高分子量聚乙烯管材生产速度,大幅度的提高超高分子量聚乙烯管材的内在质量及其外观质量(管材内外表面能达到“镜面”效果)。

结语

    虽然超高分子量聚乙烯管材生产通过调整工艺可以提高生产线速度,但也不能一味的只去追求高速度挤出,任何事物都有它的双面性,要高速度,这就必然面临牺牲超高分子量聚乙烯制品的分子量的风险,所做出来的制品分子量必然很低,产品无论内在质量还是外观质量都会大打折扣。

责任编辑:蔡虹
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