超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是粘均分子量在150萬以上的線形結構聚乙烯(普通聚乙烯的相對分子質量僅為2-30萬)。高的相對分子量,賦予了其超凡的使用性能,成為種性能優良的新型熱塑性工程塑料。由于其分子量高,它幾乎集中了各種塑料的優點,具有普通聚乙烯和其他工程塑料所無可比擬的耐腐、耐沖擊、自潤滑、耐腐蝕、耐低溫、衛生無毒、不粘附、不吸水等綜合性能。在固體顆粒、粉末、漿體、氣體輸送方面,有的優越性。被稱為“令人驚異的塑料”。
近年來由于柱塞推壓、單螺桿擠出等技術的突破,使超高分子量聚乙烯管材在內也實現了工業化連續生產。但由于超高分子量聚乙烯原料的性決定了超高分子量聚乙烯管材加工的難度,雖然超高分子量聚乙烯管材生產實現了塑料擠出機連續擠出生產,可它的生產速度僅為普通塑料管材制品生產速度的1℅,管材耐磨指標也僅能達到西歐發達管材制品耐磨指標的60℅左右,提高超高分子量聚乙烯管材生產速度和提高耐磨指標成為業界研究的重點。
近幾年,由于超高分子量聚乙烯管具有耐摩擦、耐腐蝕、抗沖擊、自潤滑、不粘附、不吸水、等優良性被市場所認知,所以超高分子量聚乙烯管材的應用范圍日益擴大。
現在大部分工廠生產超高分子量聚乙烯管材生產工藝還是沿用前人開發的老設備、老工藝。率低、能耗大、生產速度慢,且生產的超高分子量聚乙烯管材制品外觀質量及內在質量都很差,完喪失了超高分子量聚乙烯管材應有的內在質量。
為什么內超高分子量聚乙烯管材生產是這種現狀,那是因為超高分子量聚乙烯管材內發展十年來,無論是超高分子量聚乙烯管材生產設備還是超高分子量聚乙烯生產工藝,都掌握在少數人手里,并且由于技術的保密性,造成人與人之間,企業與企業之間相互保守,沒有交流,固步自封,自以為是。更是造成設備制造企業只是買了圖紙或是偷了技術來比著葫蘆畫瓢,能干就行,不知所以然,不能調試設備,或者能勉強調試出制品,把客戶糊弄過去就算完事;制品生產企業更是師傅怎么說,就怎么干的現狀。這才造成了懂設備的人不懂工藝,懂工藝的人不懂設備怪現象,這也是內超高分子量聚乙烯管材制品質量底下,設備制造魚龍混雜的局面。甚至由于市場缺乏相關業技術人才,部分業人士將管材加工工藝作為商品賣上500萬元的天價,甚至更高。大大提高了從業門檻,限制了超高分子量聚乙烯管材這材料制品在內的發展。所以,如何能將超高分子量聚乙烯管材生產的工藝性與塑料管材擠出設備的優勢充分結合,合理調整、運用設備、工藝,提高超高分子量聚乙烯管材制品生產質量、速度直是萊蕪華亞公司研究的重點。
超高分子量聚乙烯原料的性能決定了管材生產線速度的緩慢,主要設備就是擠出機和模具成型兩部分,所以我們著重介紹下擠出機和模具以及模具冷卻成型部分。
新設備采用超高分子量聚乙烯管材用單螺桿擠出機,螺筒螺桿材質為38CrMoALA,螺桿螺紋形式為為雙頭、小螺距、大壓縮比、漸變式。根據管徑規格可采用以下成熟機型:
SJ-75 SJ-90 SJ-150 SJ-200
長徑比 18:1 20:1 20:1 20:1
溫控區段 3 3 5 6
電機功率(KW) 15 22 37 55
中心高(mm) 1000 1000 1220 1220
產能kg/h(約) 2.5--20 4--30 20--100 50-200
適合管徑(mm) 40-110 89-225 200-630 560-1000
超高分子量聚乙烯管材模具形式由于原料流動緩慢的性采用分流梭式模具。
管材成型方式開發設計之初大都采用“風冷模式”工藝, “風冷模式”的主要缺點是因為通過風機對管材模具的成型末的內外壁進行冷卻定型,冷卻速度慢,管坯成型差,管材制品得不到快速有的冷卻定型,擠出速度緩慢,管材內外壁密實度不好,管材表面沒有光亮度,所以管材耐磨果不好;后來發展成為“水冷模式”, “水冷模式”是指在管材模具成型末內外壁設置冷卻循環水套,用以快速冷卻管材制品,使管材成型。 “水冷模式”相比“風冷模式”所生產的制品在制品質量及生產線速度上均有定程度的提高,但它的主要缺點是因為大多數的廠家模具冷卻水沒有通過水處理,而水在100℃時就達到沸騰點,,且產生大量水垢,水垢會堵塞冷卻流道,使整個模具無法使用;水的100℃時的沸騰點也限制了模具的熱量傳導【超高分子量聚乙烯管材正常生產時模具溫度般在200℃左右】,導致些超厚制品不能有冷卻,產能底下。
與之相比新工藝采用“水冷油→油冷模式”工藝,與兩種方式相比較,在實際生產中,管材制品產量能提高倍以上,所生產管材制品表面能達到“鏡面”果。面提高超高分子量聚乙烯管材耐磨的的優勢。其具體方法為:企業自備水箱(或自來水)→油箱內置冷卻盤管(盤管被完浸泡)→返回企業自備水箱;油箱內被冷卻到定溫度的冷卻油用動力輸送到模具,冷卻模具后返回油箱,循環往復。
因為超高分子量聚乙烯管材生產線速度慢,所以般生產廠家在管材成型后會直接讓管材上托架,達到需求長度后再切斷、堆放、打包、入庫。采用本工藝后,因為有的提高了管材生產的線速度,可在模具后加冷卻水箱,使管材達到充分冷卻,實踐證明,設備中加入冷卻水箱后,可明顯提高平直度和管材表面光潔度,與新型的冷卻方式相輔相成,更能提高產品生產速度及管材質量,可以配備小型牽引機,自動切割機,堆放架等裝置。