[发明专利]利用螺杆挤出机生产超高分子量聚乙烯制品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子技术领域，具体地说是一种利用螺杆挤出机生产超高分子聚乙烯制品的方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是指分子量在150万以上的线性结构聚乙烯。由于其分子量极高，具有极强的耐磨损、耐冲击、耐腐蚀、耐低温性能及良好的自润滑性能与抗结垢性能，是一种性能非常卓越的新型工程塑料，可替代不锈钢、高锰钢、耐磨铸钢等材料，有着广阔的市场前景。

但是，由于超高分子量聚乙烯的熔融温度比较高，流动性比较差，物料在加热熔融后处于高粘弹性态，流动性几乎为零，再加上其摩擦系数小、临界剪切速率低等特点，现有的塑料加工工艺及挤出设备，很难生产出工业制品，更不能形成工业化连续生产。

长期以来，超高分子量聚乙烯通常采用烧结压制方法：根据所需制品的形腔，加工压制模具，在模具内装入粉状的超高分子量聚乙烯，用电加热等方式对模具内物料进行熔融后，再通过平板硫化机进行压制，操作时间长，生产成本高，生产效率低。国内曾有有关单位试图利用单螺杆挤出机生产超高分子量聚乙烯制品，但由于技术上的原因没能成功；据了解，国外至今仍有大约90％以上的厂家在使用传统的烧结压制方法生产这种制品。

发明内容

本发明的目的在于寻求一种利用螺杆挤出机生产超高分子量聚乙烯制品的方法，以降低生产成本、提高生产效率，使这种制品能适合于工业化大批量生产。

其主要技术方案是：

b、添加助剂，在原料超高分子量聚乙烯中加入改性助剂液晶高分子LCP，组成混合物，其中超高分子量聚乙烯为85～95％，液晶高分子LCP为5～15％，单位为重量百分数；

c、加料，将上述混合物加入双螺杆挤出机的加料口内；

d、熔融塑化，利用双螺杆挤出机对上述混合物进行熔融改性，双螺杆长径比为23～27，两根螺杆的轴线近似平行，同向转动，机筒的温度设为4段，第1段：80～115℃，第2段：130～180℃，第3段：220～260℃，第4段：220～260℃；

e、挤出，将上述经熔融塑化过的物料放入与上述双螺杆挤出机串联连接的单螺杆挤出机内继续塑化，然后挤出，单螺杆长径比为23～27，机筒的温度设为4段，第1段：220～260℃，第2段：200～240℃，第3段：200～240℃，第4段：190～230℃。

f、成型，上述挤出的物料经压滤板后，由圆周运动改为轴向运动，进入管形模具内成型。

g、冷却定型，使上述成型的半成品进入与成品形状相似的冷却装置内冷却，随周围温度变化，半成品温度逐渐下降，固化定型。  为避免在双螺杆挤出机的加料口加料时出现断流现象，可在双螺杆挤出机的加料口上安装电磁振动装置。

为避免原料中可能存在的水汽，在添加助剂前，可先进行a、原料预处理，利用高速混合机对超高分子量聚乙烯进行搅拌，使粉末状的原料间因摩擦而产生热量，除去原料中的水分。

本发明的优点是原来采用螺杆挤出机挤出超高分子量聚乙烯管材时，塑化进程完全在单螺杆机筒中进行，螺杆虽经优化改良，但塑化能力远远不够，熔融后的高粘弹体超高分子量聚乙烯会堵塞机筒，附着于螺杆上，导致无法挤出，本发明改用双螺杆挤出机与单螺杆挤出机串联连接后，物料塑化过程增加，塑化良好，熔融的超高分子量聚乙烯的流动性得到改善，在优化螺杆的基础上，挤出比较流畅、稳定。其次，利用单螺杆挤出机挤出超高分子量聚乙烯管材时，因超高分子量聚乙烯具有极强的粘性，必须增大螺杆的压缩比，以克服粘性太大的问题，但由此而产生的后果是剪切力也相应增加了，剪切力的增加又会导致物料出现剪切降解——一种因剪切而降低超高分子量聚乙烯的分子量的现象，影响制品的物理性能及总体质量，本发明采用积木式同向双螺杆挤出工艺后，可保证物料分布均匀，剪切力小，减少分子量的下降率，同时，由于塑化过程主要是在双螺杆挤出机中进行，单螺杆挤出机的作用主要是轴向推出，因而不会影响超高分子量聚乙烯的物理性能。第3，利用双、单螺杆挤出机串联连接的方式生产超高分子量聚乙烯制品，有利于建成工业自动化生产线，与传统的烧结工艺及单螺杆挤出工艺相比，生产成本大大降低，产品销售价格比目前市场价格低，经济效益和社会效益都有很大提高，同时也将推动我国工程塑料制造业的更新发展。

下面对各工序的作用进行描述。

a、原料预处理，原料内一般都含有一定的水分，因此应进行干燥预处理。

b、添加助剂，利用改性助剂对超高分子量聚乙烯进行改性，以内润滑与外润滑的方式降低熔融的超高分子量聚乙烯的粘度，减少对设备的黏附。