一种超高分子量聚乙烯树脂高效模压成型的加工工艺

摘要

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯树脂高效模压成型的加工工艺，包括1清洁模具并涂上脱模剂；2称取超高分子量聚乙烯树脂填入模具；3.从冷态开始将模具内超高分子量聚乙烯树脂压实；4将超高分子量聚乙烯树脂连同模具整体加热到240℃温度超高分子量聚乙烯树脂熔融温度；5按不同温度段，选择不用压力降温；6脱模。本发明在一个模具内将模具和超高分子量聚乙烯树脂整体按不同温度段，不同的速率，控制压力和时间一次模压成型，改变了传统模压成型工艺需要经过冷压、加热熔融、热压成型等多道工序。具有快捷、高效、品质稳定的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯树脂高效模压成型的加工工艺，尤其涉及超高分子量聚乙烯管、棒、板、异形件制品模压成型加工各个工序过程中的具体控制。

背景技术

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种具有许多优良机械、物理、化学性能的新型高分子工程塑料，具备耐摩耗、耐冲击、耐低温、耐腐蚀、摩擦系数低、无毒无污染等特性，应用范围相当广泛。虽然超高分子量聚乙烯有挤出、注射等多种成型工艺，但是超高分子量聚乙烯的分子量达到一定数量级后由于熔体粘度极大，其他工艺很难加工成型，只能用模压成型，况且模压成型制品相对其他工艺成型的制品具有密度高、抗冲击性能好等优点，模压成型仍然是超高分子量聚乙烯最常用的成型方法。现有技术的模压成型工艺需要经过冷压、加热熔融、热压成型等工序，由于超高分子量聚乙烯的特性，成型过程中温度、压力、工序等因素直接影响制品的品质，传统成型工艺工序繁琐、效率低下、品质很难保证；超高分子量聚乙烯的模压成型加工急需一种快捷、高效、稳定的加工工艺。

本发明所述超高分子量聚乙烯树脂是指分子量大于150万的超高分子量聚乙烯树脂和特高分子量聚乙烯树脂。

发明内容

本发明的内容是为了克服超高分子量聚乙烯制品的模压加工过程传统工艺的缺点，提供一种超高分子量聚乙烯树脂高效模压成型的加工工艺。

本发明的一种超高分子量聚乙烯树脂高效模压成型的加工工艺，包括以下步骤：

1）清洁模具并进行易脱模处理；

2）根据制品规格向模具填充相应重量的超高分子量聚乙烯树脂；

3）从冷态开始加恒定压力P₁，加压时间t_b；使模具内超高分子量聚乙烯树脂压实；

4）从第t_a时刻开始，将超高分子量聚乙烯树脂连同模具整体按T1/（t₀-t_a）的速度加热到T1；在加热过程的第t_b时刻，压实后的超高分子量聚乙烯树脂的压力迅速降为P₂；接着稳定超高分子量聚乙烯树脂的压力P₂的状态下，保持超高分子量聚乙烯树脂连同模具的温度T1时间为t₁-t₀；

5）将模具和超高分子量聚乙烯树脂整体按不同温度段，不同的速率降温，并随不同温度段改变超高分子量聚乙烯树脂的压力；其中第1降温段是T1～T2，模具和超高分子量聚乙烯树脂整体按（T2-T1）/（t₂-t₁）的速度冷却降温到T2；此第1降温段施加在模具内的超高分子量聚乙烯树脂的压力增加到P3；第2降温段是T2～T3，在稳压P3的状态下,模具和超高分子量聚乙烯树脂整体按（T3-T2）/（t₃-t₂）的速度冷却，降温时间t₃-t₂到达T3；第3降温段是T3～T4，模具和超高分子量聚乙烯树脂整体又按（T4-T3）/（t₄-t₃）的速度冷却降温到T4，该第3降温段施加在模具内的超高分子量聚乙烯树脂的压力减压到P4；

6）当模具和超高分子量聚乙烯树脂整体温度降到T4时,对超高分子量聚乙烯树脂卸压,压力为P0；脱模，取出超高分子量聚乙烯树脂制品；

上述压力的改变，包括用人工控制改变压力和辅助设备自动控制改变压力；

上述温度的升降，包括用人工控制升降温度和辅助设备自动控制升降温度。

上述步骤1）所指的易脱模处理，是在模具上并涂上脱模剂；该脱模剂包括但不限于硬脂酸、色拉油、有机硅树脂，或系氟碳树脂和其他辅助功能材料与快速挥发溶剂的混合物。

上述述超高分子量聚乙烯树脂制品包括管、棒、板及其他异形件制品。

上述步骤3）的压力P2，可以为P2=0MPa，及在t_b时刻压力可以下降到0。

上述步骤4）的第t_a时刻，可以为t_a=0min，即：加热与加压同步，也可以t_a=t_b，即压实完成后再加温。

上述步骤5）的第1降温段施加在模具内的超高分子量聚乙烯树脂的压力增加到P3，可以是在t₂-t₁时间段内按（P3-P2）/（t₂-t₁）的速度逐步向模具内的超高分子量聚乙烯树脂加压到P3；也可以在t₂-t₁时间段的任意时刻，按照保压一段时间增加一定压力再保压一定时间又增加一定压力的跳跃加压方式加压到P3。

上述步骤5）的第3降温段施加在模具内的超高分子量聚乙烯树脂的压力减压到P4，可以是在t₄-t₃时间内按（P4-P3）/（t₄-t₃）的速度逐步减压到P4；也可以在t₄-t₃时间段的任意时刻，快速降压，或跳跃降压到P4。

本发明在一个模具内将模具和超高分子量聚乙烯树脂整体按不同温度段，不同的速率，控制压力和时间一次模压成型，改变了传统模压成型工艺需要经过冷压、加热熔融、热压成型等多道工序。具有快捷、高效、品质稳定的特点。本发明公布的时间温度压力控制工艺是制品成型的关键。本发明工艺可以应用于超高分子量聚乙烯（UHMWPE）制品成型加工过程的全部工序，也可以只应用于加工过程的部分工序。

附图说明

图1为本发明的工艺流程。

图2为本发明实施例1工艺程序控制时间、温度压力曲线图。

图3为本发明实施例2工艺程序控制时间、温度压力曲线图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。

现结合附图1的工艺流程和附图2时间、温度、压力曲线图对本发明的具体实施过程做详细、完整的阐述。

实施例1

附图1-2表述一种超高分子量聚乙烯树脂高效模压成型的加工工艺，制品为直径30mm长200mm棒，其特征在于：包括以下步骤：

1）清洁模具并进行易脱模处理；

2）根据制品规格向模具填充相应重量的超高分子量聚乙烯树脂称取7.5克超高分子量聚乙烯填充到模具；

3）从冷态开始加恒定压力15MPa，保压时间3min；使模具内超高分子量聚乙烯树脂压实；保压时间到后将压力降为0；

4）保压结束后，将超高分子量聚乙烯树脂连同模具整体按10-20℃/min的速度加热到280℃；保持超高分子量聚乙烯树脂连同模具的温度280℃时间为20min；

5）将模具和超高分子量聚乙烯树脂整体按不同温度段，不同的速率降温，并随不同温度段改变超高分子量聚乙烯树脂的压力；其中第1降温段是240℃-150℃，模具和超高分子量聚乙烯树脂整体按-15℃/min的速度冷却降温到150℃；此第1降温段施加在模具内的超高分子量聚乙烯树脂的压力逐步增加到35MPa；第2降温段是150℃-110℃，在稳压35MPa的状态下,模具和超高分子量聚乙烯树脂整体按-10℃/min的速度冷却，降温时间4min到达110℃；第3降温段是110℃-60℃，模具和超高分子量聚乙烯树脂整体又按-15℃/min的速度冷却降温到60℃，该第3降温段施加在模具内的超高分子量聚乙烯树脂的压力逐步减压到15MPa；

6）当模具和超高分子量聚乙烯树脂整体温度降到60℃时,对超高分子量聚乙烯树脂卸压,压力为0MPa；脱模，取出超高分子量聚乙烯树脂制品；

上述压力的改变，包括用人工控制改变压力和辅助设备自动控制改变压力；

上述温度的升降，包括用人工控制升降温度和辅助设备自动控制升降温度；

上述步骤1）所指的易脱模处理，是在模具上并涂上脱模剂；该脱模剂系硬脂酸溶液。

上述超高分子量聚乙烯树脂加热到280℃，是因为超高分子量聚乙烯树脂熔点为130-136℃，熔融后高于160度就可以加工，高于280度容易分解，在这个温度段内用不同的加热时间都可以成型。

实施例2

附图3表述一种超高分子量聚乙烯树脂高效模压成型的加工工艺，制品为长200mm、宽150mm、厚度20mm的UHMWPE板；其特征在于：包括以下步骤：

1）清洁模具并涂上脱模剂；

2）根据制品规格向模具填充385克超高分子量聚乙烯树脂；

3）从冷态开始加压并保持压力15MPa，保压时间15min；使模具内超高分子量聚乙烯树脂压实；保压时间到达后将压力降至5MPa；

4）在开始加压的同时，将超高分子量聚乙烯树脂连同模具整体按照5℃/min的速度加热到240℃；并保持温度120min；

5）将模具和超高分子量聚乙烯树脂整体按不同温度段，不同的速率降温，并随不同温度段改变超高分子量聚乙烯树脂的压力；其中第1降温段是240℃-150℃，此第1降温段施加在模具内的超高分子量聚乙烯树脂的压力增加到35MPa；第2降温段是150℃-110℃，在稳压35MPa的状态下,模具和超高分子量聚乙烯树脂整体降温到达110℃；第3降温段是110-50℃，当温度低于110℃后降低压力至15MPa；然后保持该压力直至温度到达50℃。

实施例3

一种超高分子量聚乙烯树脂高效模压成型的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：

1）清洁模具并进行易脱模处理；

2）根据制品规格向模具填充相应重量的超高分子量聚乙烯树脂；

3）从冷态开始加恒定压力P₁为10-25MPa，加压时间5sec-45min；使模具内超高分子量聚乙烯树脂压实；

4）从第0或15min时刻开始，将超高分子量聚乙烯树脂连同模具整体按3-20℃/min）的速度加热到160℃-280℃；在加热过程的第t_b时刻(t_b为10-45min)，压实后的超高分子量聚乙烯树脂的压力迅速降为P₂为0-10MPa；接着稳定超高分子量聚乙烯树脂的压力P₂为0-10MPa的状态下，保持超高分子量聚乙烯树脂连同模具的温度为160℃-280℃时间为是10-200min；

5）将模具和超高分子量聚乙烯树脂整体按不同温度段，不同的速率降温，并随不同温度段改变超高分子量聚乙烯树脂的压力；其中第1降温段是280℃～150℃，模具和超高分子量聚乙烯树脂整体按0.5℃/min-10℃/min的速度冷却降温到150℃；此第1降温段施加在模具内的超高分子量聚乙烯树脂的压力增加到P3为25-50MPa；第2降温段是150℃-110℃，在稳压P3为25-50MPa的状态下，模具和超高分子量聚乙烯树脂整体按0.3℃/min-6℃/min）的速度冷却，降温时间为10-200min到达110℃；第3降温段是110℃～45℃，模具和超高分子量聚乙烯树脂整体又按0.5℃/min-10℃/min的速度冷却降温到55℃-45℃，该第3降温段施加在模具内的超高分子量聚乙烯树脂的压力减压到P4为5-15MPa；

6）当模具和超高分子量聚乙烯树脂整体温度降到55℃-45℃时,对超高分子量聚乙烯树脂卸压,压力为0MPa；脱模，取出超高分子量聚乙烯树脂制品。

上述步骤1）所指的易脱模处理，是在模具上并涂上脱模剂；该脱模剂可用硬脂酸溶液、色拉油、氟碳树脂和其他辅助功能材料与快速挥发溶剂的混合物。

上述超高分子量聚乙烯树脂制品包括管、棒、板及其他异形件制品。

上述步骤5）的第1降温段施加在模具内的超高分子量聚乙烯树脂的压力增加到25-50MPa，可以是在10-200min一段时间内按0.25MPa/min-5MPa/min的速度逐步向模具内的超高分子量聚乙烯树脂加压到25-50MPa；也可以在10-200min一段时间的任意时刻，按照保压一段时间增加一定压力再保压一定时间又增加一定压力的跳跃加压方式加压到25-50MPa。

上述步骤5）的第3降温段施加在模具内的超高分子量聚乙烯树脂的压力减压到P4为0-15MPa，可以是在10-200min一段时间内按0.1MPa/min-2MPa/min的速度逐步减压到P4为0-15MPa；也可以在10-200min一段时间的任意时刻，快速降压，或跳跃降压到P4为0-15MPa。