[发明专利]超高分子量聚乙烯管材单螺杆挤出机筒成型法及成型设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯(UHMWPE)管材单螺杆挤出机筒成型法。

背景技术

目前普遍采用的超高分子量聚乙烯管材成型方法是柱塞挤出成型和采取特殊措施的单螺杆挤出成型。

柱塞挤出成型可以看成是连续的烧结成型，该成型法可采用纯超高分子量聚乙烯粉料生产纯超高分子量聚乙烯管材，从而使制品材料分子量不会降低，保持了超高分子量聚乙烯基于其超高分子量特点的所有优良特性，特别是耐磨性和优异的力学性能，但是该方法塑化时间长，生产效率较低，不宜成型大的成品，在生产应用中受到一定限制。

目前市场采用单螺杆挤出机能连续成型超高分子量聚乙烯管材技术，一是要对普通的单螺杆挤出机进行技术改造，同时还要对超高分子量聚乙烯原料的改性，增加在成型过程中的流动性，该技术往往带来产品成本的大幅提高或以降低产品性能为代价。

发明内容

本发明的目的提供一种超高分子量聚乙烯管材单螺杆挤出机筒成型法，实现对超高分子量聚乙烯粉料在不改性的前提下，连续挤出成型超高分子量聚乙烯管材的目的，这种管材制品完好保存了超高分子量聚乙烯材料的各种优良性能，产品成本不会提高。

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)管材单螺杆挤出机筒成型法，按以下顺序进行：将超高分子量聚乙烯粉末从料斗座进料，原料从压缩段末端以粉末固体床形式进入进料压缩段，原料很快被压实；被压实的原料以固体塞形式被推向前移，固体塞继续通过螺棱高度线性变小直至为零的螺棱渐变段，当逐步形成固定直径的固体塞到达螺杆前端无螺棱的成型段时，UHMWPE材料充满机筒与螺杆间所形成的空间也就是管材型胚，此时的超高分子量聚乙烯管材型胚在摩擦热、机筒外热和加热螺杆的共同作用下，逐渐变成高弹态，然后在挤出压力的继续作用下，处于高弹态下的超高分子量聚乙烯管材通过定型芯棒和定型套来实现温度和几何尺寸的均化过程，再通过冷却套完成冷却定型过程，最后在牵引装置、计量装置和切割装置共同协调工作下，实现超高分子量聚乙烯管材单螺杆挤出机筒的连续成型。

在超高分子量聚乙烯管材成型过程中在加热区的温度均小于220℃。

超高分子量聚乙烯管材单螺杆挤出机筒成型设备，包括料斗座1、机筒、螺杆4、定型芯棒6、定型套7和冷却套8，机筒通过法兰与料斗座1连接，机筒由前端机筒5和后端机筒3组成，且在后端机筒内衔有增压内衬2，内衬2上开有沟槽，以确保挤出机产生足够的挤出压力，螺杆4放置在机筒内且一端固定在料斗座上，螺杆4另一端与定型芯棒6连接，前端机筒5依次与定型套7和冷却套8连接成整体。

所述的定型芯棒6与螺杆4制成一体或分体制造紧固连接。

所述的机筒、定型套7和冷却套8制成一体或分体制造紧固连接。

所述螺杆4结构为：所述螺杆4结构划分为：进料压缩段、固体塞段、螺棱渐变段和成型段四个部分，其中在进料压缩段的结构为：等螺距变螺槽深度、变螺距变螺槽深度或变螺距等螺槽深度，固体塞段的结构为：等螺距等螺槽深度或变螺距变螺槽深度，其特征在于：在螺棱渐变段：螺杆的螺棱高度从螺槽的深度，线性变小直至为零；在成型段：螺杆无螺棱而呈光杆。

所述螺杆4结构为：螺棱高度从螺槽的深度突变为零，螺杆变成进料压缩段、固体塞段、成型段三个部分。

本发明超高分子量聚乙烯管材单螺杆挤出机筒成型法与普通单螺杆挤出机相比具有以下优点：

成型原理：利用超高分子量聚乙烯在高弹态下具有可挤压、压延特性，当处于高弹态下的超高分子量聚乙烯在一定挤压力的作用下，充满由光杆螺杆与机筒间所形成型腔时，可实现超高分子量聚乙烯管材的初步成型，然后在挤出压力的继续作用下，处于高弹态下的超高分子量聚乙烯管材通过定型芯棒6和定型套7来实现温度和几何尺寸的均化过程，再通过冷却套8时，处于高弹态下超高分子量聚乙烯管材迅速完成冷却定型过程，最后在牵引装置、计量装置和切割装置等共同协调工作下，实现超高分子量聚乙烯管材的连续生成。

由于该成型法利用超高分子量聚乙烯在高弹态下所具有可挤压、压延的特性成型，不需要对超高分子量聚乙烯改性来增加其流动性，克服了必须对超高分子量聚乙烯该性来增加其流动性，才能采用单螺杆挤出机进行挤出成型的技术难题，组合式机筒内衬上开有沟槽保证了挤出机能产生足够的挤出压力，在保持超高分子量聚乙烯优异性能的情况下实现了管材连续挤出成型。

本发明的优点：

机筒成型法的成型理论突破了目前单螺杆挤出成型理论，即原料在熔融状态下，只有表现出具有粘流态才能采用单螺杆挤出的规则。

机筒成型法挤出机不论在结构上还是功能上都有别于普通单螺杆挤出机。