一些研究者已研究出UHMWPE的注塑或螺杆挤塑技术。使用按规格改制的设备和很简单的厚壁零件设计,在注塑中已获得有限的成功。在螺杆挤塑中的尝试导致聚合物降解或设备损坏。
用于UHMWPE的最通常加工技术是压塑。使用大型液压机可生产50Sq·ft.大小和许多英寸厚度的板材。薄板材或带材通常用切片短条或块料来生产。厚壁挤塑可以使用由往复式推料杆送料的具有特长滞留时间的口模喂料。锻制技术已发展,在约390F下热压成型和在热模中压缩。UHMWPE可以通过热压板焊接或旋压焊接而连接在一起。板材加热到302T可在金属冲击设备上冲击。粘合系统形成的接缝承受剪切值达6.3MPa。
使用锋利工具和冷却,UHMWPE较易加工。为使零件具有更簿截面或更精细,机械法是常用的加工方法。加工过程,如钻、磨、旋、锯、刨和螺纹切削为例行工序。对于长时间生产操作过程,建议使用硬质合金工具。
若干加工过程是以UHMWPE和油共混物为基础。形成的凝胶可以在普通塑料挤出机上挤塑加工成板材或长丝。从板材中分离出油使其成为多孔材料,适用于电解槽隔离板或过滤膜。从凝胶长丝中取向和分离油可生产出拉神特性优于钢的纤维。
⒈UHMWPE的加工特性
UHMWPE虽然是热塑性塑料,但是其加工性能却不好。
⑴UHMWPE的熔体粘度太大,高达108Pa·S,就算熔融也很难流动,熔体流动指数接近0,和聚四氟乙烯PTFE(F4)很相似。
⑵UHMWPE的临界剪切速率低,而且分子量越大、制品截面积越大,剪切速率也就越小。UHMWPE在低剪切速率时会发生熔体破裂、滑流、喷流等问题,从而导致出现孔状、脱层现象;所以在挤出成型时,挤出速度不能太快,否则会出现熔体破裂而引起制品表面裂纹。
⑶UHMWPE的摩擦系数小,在进料时很容易发生打滑而无法输送物料,因此一般多选用柱塞式而不用螺杆式挤出机。
⑷UHMWPE的热稳定性不好,成型温度范围窄,容易发生氧化降解。
⒉UHMWPE的成型工艺
过去,UHMWPE只能用烧结的方法成型;现在则开发了柱塞挤出、螺杆挤出、注塑、吹塑等热塑性加工方法,从而扩大了UHMWPE的应用范围;但这也导致了UHMWPE的分子量在加工过程中大幅度下降,影响了UHMWPE原有的优异性能,比如其耐磨性就降低了。因此要获得高性能,最好还是采用烧结成型方法。
⑴烧结成型工艺:选用粉末树脂,分子量大小不限;先将粉末树脂压制成各种形状的型坯(如棒、板、轮、轴套等),压制压力为42MPa,保压时间30~90秒,模具的热胀冷缩率为1~3%;然后在250~300℃下烧结,烧结时间根据制品厚度来确定,1小时/10min。
⑵挤出成型工艺:选用的UHMWPE树脂应与LDPE、LCP或助剂共混,以提高流动性。设备选用柱塞式或同向双螺杆挤出机,以避免摩擦系数低、物料易打滑的缺点。挤出温度180~200℃,螺杆转速10~15r/min;形状简单的制品也可以用单螺杆挤出机,但需要加入加工助剂,并增大电机功率。
⑶注塑成型工艺:也应选用与LDPE、LCP或助剂共混的UHMWPE树脂;注塑机的螺杆和模具需要改进,注射压力120MPa以上,螺杆转速40~60r/min,料筒温度180~220℃,模温85~110℃。
⑷挤出-压制成型:先挤出熔融型坯,然后加入模具中压制成需要的制品。