一種改善超高分子量聚乙烯塑化和輸送性能的加工裝置制造方法及圖紙

本申請涉及一種改善超高分子量聚乙烯塑化和輸送性能的加工裝置，主要包括混合裝置和擠出機，混合裝置將處理過石墨材料與HDPE混合，所述的擠出機包括進料筒、機筒、螺桿、保溫層、電磁加熱裝置一段、電磁加熱裝置二段、電磁加熱裝置三段、擠出機模頭、顆粒冷卻及成型系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，螺桿位于機筒內部，機筒外有保溫層，保溫層外部從機筒加料口到擠出機模頭排布電磁加熱裝置一段、電磁加熱裝置二段、電磁加熱裝置三段，機筒加料口處安裝有進料筒。電磁加熱能夠提高溫控精度，也是高效節(jié)能的加熱方式，減小能耗，降低成本。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種改善超高分子量聚乙烯塑化和輸送性能的加工裝置
本專利技術涉及一種改善超高分子量聚乙烯(UHMWPE)塑化和輸送性能的裝置，屬于UHMWPE加工成型的領域。
技術介紹
UHMWPE是黏均分子量達150萬到1000萬的聚乙烯，其分子鏈很長，且沿同一方向排列，并相互纏繞。通過強化分子之間的相互作用，較長的分子鏈能夠更有效地將載荷傳遞給主鏈。這樣特殊的結構使UHMWPE具有優(yōu)異的耐磨性、耐環(huán)境應力開裂性和抗老化性能，以及沖擊強度高、自潤滑性能好、不粘附、表面自由能低等特點。在國外，UHMWPE被稱為“令人驚異的塑料”，在化工、紡織、醫(yī)學、建筑、冶金、礦業(yè)、水利、煤炭、電力等領域應用廣泛。UHMWPE的分子量大、熔體黏度高、臨界剪切速率低、摩擦系數小、成型溫度范圍窄，易氧化降解，因此不易成型加工，在一定程度上限制了其應用，故研究UHMWPE的成型加工顯得尤為重要。目前UHMWPE的成型加工常有的方法主要有模壓成型、擠出成型、注塑成型以及近些年開發(fā)的特殊成型方法，這些方法各有其優(yōu)缺點。其中模壓成型設備簡單成本低，較為經濟，但是其加工過程中受熱不均，而且生產效率低、勞動強度大，質量不穩(wěn)定。對于擠出成型和注塑成型，效率和產品質量方面有不同程度的提高，秦建華等專利技術了一種UHMWPE管材單螺桿擠出機筒成型設備(公開號CN101117017A)，提高了生產效率，但其穩(wěn)定性還有待提高，劉玉鳳等用德國Battenfeld公司的高壓高速注射機，對UHMWPE的注塑成型工藝進行了研究，通過降低噴嘴直徑并配以合適的轉速生產出性能較為優(yōu)良的產品，其設備缺點是功率小，容易在高剪切作用下降解。擠出成型方法普遍為螺桿攪拌及外部電阻加熱圈加熱的熔融手段。如何實現(xiàn)均勻高效塑化，并且克服其自潤滑特性實現(xiàn)穩(wěn)定輸送成為需要解決的問題。本專利技術將解決UHMWPE高粘度難均勻塑化的問題，同時還將克服輸送摩擦力不足的問題，提出裝置和方法相結合的解決方案，用于不同加工領域需要UHMWPE塑化和輸送的場合。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術提出一種改善UHMWPE塑化和輸送性能的加工裝置。用表面處理過的石墨材料制備高密度聚乙烯(HDPE)母粒，并與UHMWPE共混物加入塑化擠出設備中，設備外設置電磁加熱裝置，機筒和石墨材料處于電磁場中，在電渦流作用下發(fā)熱并作為傳熱介質，將熱量均勻供傳遞給UHMWPE，同時，石墨材料的加入弱化了UHMWPE的自潤滑性能，提高了料和機筒的摩擦力，螺桿輸送能力提高。該方法可擴展到需要對UHMWPE高效塑化和輸送的各種工藝裝備中。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術采取以下技術方案：操作步驟如下：第一步，將石墨材料用硝酸處理，然后用酒精清洗并干燥后與偶聯(lián)劑共混攪拌并放入高速分散機中，使其混合均勻，其中石墨材料的添加比例為50％～98％；第二步，將步驟一得到的共混物同HDPE按一定比例(例如1:1～1:3的比例)加入到雙螺桿擠出機中共混擠出，造粒后獲得石墨材料/HDPE母粒；第三步，將上述母粒和UHMWPE以一定的比例(可選的比例為1％～20％)均勻攪拌混合后放入擠出機料筒，擠出機機筒采用電磁加熱系統(tǒng)，電磁加熱作用下，機筒、螺桿以及材料中的石墨材料同時生熱，UHMWPE獲得均勻分散其中的石墨材料的熱量、螺桿剪切生熱及機筒和螺桿傳遞的熱量，均勻分散在基體UHMWPE中的石墨材料彌補了傳質傳熱不足的缺點，還起到增大摩擦阻力的作用，即熔體塊向前輸送的驅動力變大。石墨材料/HDPE在UHMWPE中的質量分數不超過30％，石墨材料含量越高，在同樣電磁外部作用條件下，產生的熱量越大，基體越容易運動，特別地，石墨烯或者石墨化碳纖維的加入有助于提高加工成品整體力學性能及導電性，達到多重效果。采用高頻電磁加熱的方法對粉料進行加熱熔融，替換傳統(tǒng)的電阻加熱圈加熱，電磁加熱頻率優(yōu)選和石墨材料的共振頻率相吻合，有助于提高石墨材料的發(fā)熱效率提高，有助于提高石墨材料和基體材料的結合強度。石墨材料也可以是鋁粉等其他導電材料，作用是在交變磁場作用下能夠產生電渦流進而生熱，均勻分散在UHMWPE中可實現(xiàn)高效均勻加熱。本專利技術提出一種改善UHMWPE塑化和輸送性能的加工裝置，主要包括混合裝置和擠出機，混合裝置將處理過石墨材料與HDPE混合，所述的擠出機包括進料筒、機筒、螺桿、保溫層、電磁加熱裝置一段、電磁加熱裝置二段、電磁加熱裝置三段、擠出機模頭、顆粒冷卻及成型系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，螺桿位于機筒內部，機筒外有保溫層，保溫層外部從機筒加料口到擠出機模頭排布電磁加熱裝置一段、電磁加熱裝置二段、電磁加熱裝置三段，機筒加料口處安裝有進料筒，傳動系統(tǒng)控制螺桿的旋轉，處理過的石墨材料與HDPE塑化均勻經擠出機模頭后再經過顆粒冷卻及成型系統(tǒng)進行造粒得到母粒。母粒與UHMWPE根據性能要求按比例混合后經擠出機加工成所需型材。型材加工用擠出機包括包括進料筒、機筒、螺桿、保溫層、電磁加熱裝置一段、電磁加熱裝置二段、電磁加熱裝置三段、擠出機模頭、型材定型冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，由于有母粒的混入，UHMWPE與母粒的混合材料與加料段機筒的內徑的摩擦系數增大，擠出性能提高，按照UHMWPE的加工溫度要求設計調節(jié)電磁加熱裝置一段、調節(jié)電磁加熱裝置二段和調節(jié)電磁加熱裝置三段的溫度，混合物充分均勻熔融后從擠出口模擠出，經型材定型冷卻系統(tǒng)得到所需的制品。本專利技術一種改善UHMWPE塑化和輸送性能的加工裝置，采用高頻電磁加熱的方法也適用于其他聚合物加工的加熱，如注塑、滾塑、壓鑄等。電磁加熱能夠提高溫控精度，也是高效節(jié)能的加熱方式，減小能耗，降低成本。本專利技術一種改善UHMWPE塑化和輸送性能的加工裝置，其中采用的石墨材料可以是石墨粉、石墨片、石墨烯或石墨化碳纖維，其中石墨粉的平均直徑在500nm-1mm之間，石墨化碳纖維的平均長度在0.01mm-3mm之間，尺度分布不超過50％，對材料尺度的控制，有助于提高基體材料熔體的摩擦系數，尺度越大，摩擦系數越大，電磁作用生熱效果越明顯。本專利技術一種改善UHMWPE塑化和輸送性能的加工裝置，其中采用的偶聯(lián)劑優(yōu)選硅烷偶聯(lián)劑。由以上技術方案可知，本專利技術與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：1.利用石墨材料/HDPE作為改性母粒，加入UHMWPE擠出過程，在電磁作用下具備良好相容性，一顆顆母粒作為熱源是很好的發(fā)熱介質，為UHMWPE提供均勻分散的熱量，將母粒鄰近的UHMWPE熔化。2.石墨材料或其他金屬顆粒的加入，使得基體材料同機筒的摩擦系數提高，促進了螺桿擠壓下輸送能力的提高。3.石墨材料的加入，可改善基體材料的導電特性，用于需要靜電屏蔽等場合。4.當石墨材料采用石墨烯、石墨化碳纖維時，基體材料成型后的力學性能將提升。附圖說明圖1為本專利技術一種改善UHMWPE塑化和輸送性能的加工裝置的加工流程圖。圖2為本專利技術一種改善UHMWPE塑化和輸送性能的裝置擠出加工設備簡圖。圖中：1-進料筒；2-機筒；3-保溫層；4-電磁加熱裝置一段；5-電磁加熱裝置二段；6-電磁加熱裝置三段；7-擠出機模頭；8-螺桿；9-電機座；10-聯(lián)軸器；11-套筒；12-推力軸承；13-軸套。具體實施方式本專利技術一種改善UHMWPE塑化和輸送性能的加工裝置，如圖1所示，為混料制備流程。第一步，將石墨材料用硝酸處理，然后用酒精清洗并干燥后與偶聯(lián)劑共混攪拌并本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改善超高分子量聚乙烯塑化和輸送性能的加工裝置，其特征在于：主要包括混合裝置和擠出機，混合裝置將處理過石墨材料與HDPE混合，所述的擠出機包括進料筒、機筒、螺桿、保溫層、電磁加熱裝置一段、電磁加熱裝置二段、電磁加熱裝置三段、擠出機模頭、顆粒冷卻及成型系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，螺桿位于機筒內部，機筒外有保溫層，保溫層外部從機筒加料口到擠出機模頭排布電磁加熱裝置一段、電磁加熱裝置二段、電磁加熱裝置三段，機筒加料口處安裝有進料筒，傳動系統(tǒng)控制螺桿的旋轉，處理過的石墨材料與HDPE塑化均勻經擠出機模頭后再經過顆粒冷卻及成型系統(tǒng)進行造粒得到母粒；母粒與UHMWPE?根據性能要求按比例混合后經擠出機加工成所需型材；型材加工用擠出機包括包括進料筒、機筒、螺桿、保溫層、電磁加熱裝置一段、電磁加熱裝置二段、電磁加熱裝置三段、擠出機模頭、型材定型冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，由于有母粒的混入，UHMWPE與母粒的混合材料與加料段機筒的內徑的摩擦系數增大，擠出性能提高，按照UHMWPE的加工溫度要求設計調節(jié)電磁加熱裝置一段、調節(jié)電磁加熱裝置二段和調節(jié)電磁加熱裝置三段的溫度，混合物充分均勻熔融后從擠出口模擠出，經型材定型冷卻系統(tǒng)得到所需的制品。...

【技術特征摘要】
1.一種改善超高分子量聚乙烯塑化和輸送性能的加工裝置，其特征在于：主要包括混合裝置和擠出機，混合裝置將處理過石墨材料與HDPE混合，所述的擠出機包括進料筒、機筒、螺桿、保溫層、電磁加熱裝置一段、電磁加熱裝置二段、電磁加熱裝置三段、擠出機模頭、顆粒冷卻及成型系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，螺桿位于機筒內部，機筒外有保溫層，保溫層外部從機筒加料口到擠出機模頭排布電磁加熱裝置一段、電磁加熱裝置二段、電磁加熱裝置三段，機筒加料口處安裝有進料筒，傳動系統(tǒng)控制螺桿的旋轉，處理過的石墨材料與HDPE塑化均勻經擠出機模頭后再經過顆粒冷卻及成型系統(tǒng)進行造粒得到母粒；母粒與UHMWPE根據性能要求按比例混合后經擠出機加工成所需型材；型材加工用擠出機包括包括進料筒、機筒、螺桿、保溫層、電磁加熱裝置一段、電磁加熱裝置二段、電磁加熱裝置三段、擠出機模頭、型材定型冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，由于有母粒的混入，UHMWPE與母粒的混合材料與加料段機筒的內徑的摩擦系數增大，擠出性能提高，按照UHMWPE的加工溫...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李好義，楊濤，丁玉梅，楊衛(wèi)民，
申請(專利權)人：北京化工大學，
類型：新型
國別省市：北京,11