CN101791850A - 用于超高分子量聚乙烯的一模多出挤出管材模头 - Google Patents

Abstract

一种用于超高分子量聚乙烯的一模多出管材挤出模头，包括模具接口1，1′、流量调节阀2，2′、分支流道3，3′、单出挤出模头接口4、分流梭5、模芯6、定型段7、冷却水套8；模具接口1通过筛板与挤出机头相连；每个分支流道3，3′中设置流量调节阀2，2′，流量调节阀2，2′用于调节分支流道的物料流量，以维持各支流道的物流均衡挤出；分支流道3，3′通过模具接口1，1′与主流道相连，并将物料分为多个支流道；单出挤出模头接口4一端与分支流道3′连接，另一端依次连接分流梭5、定型段7和冷却水套8，模芯6贯穿分流梭5、定型段7和冷却水套8连接到模头接口4；分支流道3，3′与主流道之间呈1-3°的锥角。

Description

用于超高分子量聚乙烯的一模多出挤出管材模头

技术领域

本发明涉及超高分子量聚乙烯管材挤出成型技术，尤其是用于超高分子量聚乙烯的一模多出管材模头设计及应用技术。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种分子量极高的热塑性塑料，具有摩擦系数小、磨耗低、耐化学药品性、耐冲击性、耐应力开裂性、抗冻性、保温性、自润滑性、抗结垢性、卫生性好等突出特点。在油田、交通运输、国防、纺织、造纸、矿业、农业、化工等领域有着广泛的应用，尤其在管道中的应用最为广泛。以这种材料制作的管材具有优良的耐冲击性、耐腐蚀性、耐磨损性、自润滑性、无毒性和耐低温性，寿命是普通钢管的5-7倍。在电厂粉煤灰输送、河道及海湾清淤输沙、水泥、石灰输送及水煤浆管道输送等领域超高分子量聚乙烯管材比传统塑料和金属管材具有明显优势和巨大的市场前景。

超高分子量聚乙烯的一切优良特性均源于其极高的分子量，分子量越高耐磨性能越好，但是伴之而来的是加工越困难。传统超高分子量聚乙烯的加工采用压制工艺和柱塞推压成型，速度慢、效率低，严重制约了超高分子量聚乙烯产业的发展。近五十年来，采用添加各种促进流动性加工助剂及大量低分子聚乙烯的方法虽然改善了超高分子量聚乙烯物料的加工性能，但也相应降低了超高分子量聚乙烯树脂自身的种种优良特性。随着加工技术的不断进步，柱塞推压成型已经进化到螺杆连续挤出成型，但是采用传统的聚乙烯管材加工方法，很难控制与排除挤出过程中聚乙烯结晶熔化的吸热及重结晶过程的蓄热，导致最终制品的分子量不超过百万。这已成为本领域长达五十年来难于解决的世界性难题。

超高分子量聚乙烯的分子量是普通高密度聚乙烯的几倍至十几倍，熔体粘度极高，几乎没有流动性，采用常规聚乙烯的熔融挤出方法加工所得制品分子量不足百万，利用近熔点挤出方法可以避免和减弱聚合物在挤出过程中的降解，但挤出速度仍然很慢，通常为3-5厘米/分钟，生产效率很低。超高分子量聚乙烯的零剪切速率很低，对剪切很敏感，如果提高挤出速度，容易产生熔体破裂。针对这一现象，本发明提出了一模多出的管材挤出模具结构设计并首次实现了超高分子量聚乙烯管材一模多出的产业化。

发明内容

一模多出的挤出管材模头

本发明提供一种用于超高分子量聚乙烯的一模多出管材挤出模头，包括模具接口1，1′、流量调节阀2，2′、分支流道3，3′、单出挤出模头接口4、分流梭5、模芯6、定型段7、冷却水套8；模具接口1通过筛板与挤出机头相连；每个分支流道3，3′中设置流量调节阀2，2′，流量调节阀2，2′用于调节分支流道的物料流量，以维持各支流道的物流均衡挤出；分支流道3，3′通过模具接口1，1′与主流道相连，并将物料分为多个支流道；单出挤出模头接口4一端与分支流道3′连接，另一端依次连接分流梭5、定型段7和冷却水套8，模芯6贯穿分流梭5、定型段7和冷却水套8连接到模头接口4；分支流道3，3′与主流道之间呈1-3°的锥角。

所述的模头可以是一模双出结构，两个分支流道并排分布或双向单出分布。

所述的模头可以是一模四出结构，四个分支流道并排分布，双排分布或呈双向两出分布。

附图说明

图1是用于超高分子量聚乙烯一模双出挤出管材模头示意图。

图2是用于超高分子量聚乙烯一模单向四出挤出管材模头示意图。

图3是用于超高分子量聚乙烯一模双向双出挤出管材模头示意图。

具体实施方式

下面以一模双出的模头为例结合附图详细说明。

1、一模双出的模头设计

分支流道3是一模双出的关键部件，其通过模具接口1与主流道相连，分支流道3光洁平滑，与主流道之间呈1-3°的锥角。当锥角小于1°时，机头压力小于8MPa，管材密度不够，物料间融合性能差；当锥角大于3°时，机头压力高于25MPa，主机负载大，影响挤出速度的调节。

流量调节阀2通过调节螺栓的垂直位移改变分支流道内的物料流量，同时调整机头压力和温度的变化，通过调节阀的作用可以维持双出机头管材的均衡挤出。

2.压力传感器及温度传感器的反馈调节

机头部分微小的压力变化都会影响物料熔体粘度及温度的变化，会影响管材的均衡挤出。平均机头压力升高1MPa，熔体温度会升高5℃。通过设定机头压力的预警门槛值(±1.5MPa)，显示调整挤出机头的压力值，即可维持均衡挤出。

3.冷却水套的调节

通过调整冷却水套的进水量和流量可以实现两侧管材的均衡挤出。物料从分流梭出来，进入模芯和定型段，通过定型段后端的水套冷却定型。考虑到自来水在一年四季的温度相差很大，为了减小管材的内应力，采用模温控制器，使常年水温保持在一个定值。在两个冷却水套的进水口分别装有微量自来水进水调节器，以此作为调整挤出管材内压的辅助手段。

实施例

在两台60mm单螺杆挤出机上分别安装一模单出模头和一模双出模头，进行

超高分子量聚乙烯管材挤出，制品的分子量不少于200万，检测管材的出速、功耗及综合性能。

1)一模单出及一模双出超高分子量聚乙烯管材出速及能耗比较

	背压MPa	熔体温度℃	主机转速rpm	总成型速度mm/min	功耗度电/米
						一模单出	9.88	188	150	30	2.39
一模单出	12.82	185	155	50	1.21
						一模单出	10.36	185	210	80	0.781
一模双出	14.76	189	450	146	0.765
						一模双出	16.82	191	800	169	0.648

2)一模单出及一模双出超高分子量聚乙烯管材综合性能比较

发明效果

如上表所示，随着主机转速的提高，管材挤出速度也在同步增加，一模双出管材出速比一模单出管材出速高出1.11倍，功耗却减少了17％，而且管材质量全部合格。

Claims (3)

1.一种用于超高分子量聚乙烯的一模多出管材挤出模头，包括模具接口(1，1′)、流量调节阀(2，2′)、分支流道(3，3′)、单出挤出模头接口(4)、分流梭(5)、模芯(6)、定型段(7)、冷却水套(8)；模具接口(1)通过筛板与挤出机头相连；每个分支流道(3，3′)中设置流量调节阀(2，2′)，流量调节阀(2，2′)用于调节分支流道的物料流量，以维持各支流道的物流均衡挤出；分支流道(3，3′)通过模具接口(1，1′)与主流道相连，并将物料分为多个支流道；单出挤出模头接口(4)一端与分支流道(3′)连接，另一端依次连接分流梭(5)、定型段(7)和冷却水套(8)，模芯(6)贯穿分流梭(5)、定型段(7)和冷却水套(8)连接到模头接口(4)；其特征在于，分支流道(3，3′)与主流道之间呈1-3°的锥角。

2.根据权利要求1所述用于超高分子量聚乙烯的一模多出管材挤出模头，其特征在于所述的模头是一模双出结构，两个分支流道并排分布或呈双向单出分布。

3.根据权利要求1所述用于超高分子量聚乙烯的一模多出管材挤出模头，其特征在于所述的模头是一模四出结构，四个分支流道并排分布，双排分布或呈双向两出分布。

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