UHMWPE熔融時(shí)具有極高的粘彈性,而且臨界剪切速率極低,使其融合在一起需要很高的壓力,因此目前成型加工方法僅限于模壓燒結(jié)、擠出成型、注射成型、吹塑成型這幾種方法。
1、模壓燒結(jié)法
UHMWPE的模壓燒結(jié)成型與聚四氟乙烯的粉末燒結(jié)成型基本相似,即將樹脂原料裝進(jìn)金屬模具中,在室溫下加壓,制成一定密度和強(qiáng)度的壓縮物,然后再加熱加壓燒結(jié)而成。
模壓燒結(jié)法的工藝條件為:UHMWPE的平均粒徑在300微米以下,室溫下模具的壓力為42兆帕,保壓3分鐘,然后以80℃/小時(shí)的速率升溫,加熱至160℃,保溫4小時(shí),降溫冷卻。若在氮?dú)庵羞M(jìn)行,則可燒到200℃,時(shí)間1.5小時(shí)。
還可在配方中添加30%體積的填料進(jìn)行改性,如石墨粉、金屬粉、石棉粉、玻璃粉、聚四氟乙烯粉等。
影響制品性能的工藝參數(shù)有:燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力、燒結(jié)時(shí)間、冷卻速度等。其中冷卻速度快時(shí),得到的制品柔軟、沖擊強(qiáng)度、耐屈折性能、透明性較好,但彎曲強(qiáng)度,耐磨性能降低,這點(diǎn)應(yīng)注意制品的綜合性能平衡。
2、擠出成型法
在60年代,大都采用柱塞式擠出機(jī),其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、擠出壓力大,缺點(diǎn)是物料混煉效果差,制品性能大大下降。 70年代后,開始采用單螺桿擠出機(jī)及雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行UHMWPE的成型加工。
單螺桿擠出機(jī),直徑65毫米、長徑比25,驅(qū)動(dòng)功率25千瓦、螺桿轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分、擠出速度15-120毫米/分(制品直徑小的,擠出速度大)、料筒加熱溫度200-260℃,口模溫度110—240℃,冷卻套溫度85℃。
雙螺桿擠出機(jī),一般采用同向雙螺桿,螺槽深度大,螺桿轉(zhuǎn)速要控制在10—15轉(zhuǎn)/分,擠出溫度為180—200℃,制品性能好,但擠出功率消耗較大。
3、注射成型法
同擠出成型一樣,除對(duì)樹脂、注射機(jī)有特殊要求外,在模具的設(shè)計(jì)、材質(zhì)、加工精度也要有相對(duì)應(yīng)的措施才行。多采用柱塞式注射機(jī)。也有用螺桿式注射的,其工藝條件如下:
注射壓力:一次壓力120兆帕,二次壓力30-50兆帕,螺桿轉(zhuǎn)速40-60轉(zhuǎn)/分、螺桿背壓10-15兆帕、物料溫度180-220℃、模具溫度85-110℃、惰性氣體采用氮?dú)狻?/p>
目前已研制出高速高壓系統(tǒng)注射機(jī),適于加工UHMWPE,最大注射壓力289.6兆帕,最大注射量420-750立方厘米,可成型250萬分子量的UHMWPE。
4、吹塑成型法
目前生產(chǎn)了大型中空容器吹塑成型機(jī),適于成型UHMWPE,其螺桿直徑為120一150毫米,長徑比22—24、擠出量為200-360公斤/小時(shí),口模直徑300-500毫米、鎖模力500-900千牛頓、模板尺寸1200 X 1400毫米、最大行程1.8—2米、電機(jī)輸出功率50-150千瓦。
這種設(shè)備多采用環(huán)形柱塞式貯料缸,易更換原料、熱效率也高,但易產(chǎn)生熔接痕和型坯波動(dòng)等問題。添加一定量的有機(jī)硅可以提高吹塑的生產(chǎn)率。
另外據(jù)報(bào)道,在UHMWPE中添加10%體積的磁鐵粉可以提高樹脂的加工性能。