El proceso de moldeo del polietileno de peso molecular ultraalto
(1) La sinterización por prensa es el método de procesamiento más original del polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE). Este método tiene una baja eficiencia de producción y es propenso a la oxidación y degradación. Para mejorar la eficiencia de la producción, se puede utilizar calefacción eléctrica directa.
(2) El proceso de sinterización de velocidad ultraalta utiliza un mezclador de paletas con una velocidad máxima de rotación de las paletas de hasta 150 m/s, lo que permite que el material alcance la temperatura de procesamiento en solo unos segundos.
2. Moldeo por extrusión
Los equipos de moldeo por extrusión incluyen principalmente extrusoras de émbolo, extrusoras de un solo tornillo y extrusoras de doble tornillo. Las extrusoras de doble tornillo co-rotativas se utilizan comúnmente para la extrusión de doble tornillo.
En la década de 1960, se utilizaban principalmente extrusoras de émbolo. A mediados de la década de 1970, Japón, Estados Unidos y Alemania Occidental desarrollaron sucesivamente la tecnología de extrusión de un solo tornillo. La empresa japonesa Mitsui Petrochemical Company logró el éxito en la tecnología de extrusión de varillas redondas ya en 1974. A finales de 1994, mi país desarrolló una extrusora de un solo tornillo de φ 45 para UHMW-PE, y en 1997 logró el éxito en la línea de producción industrial de tubos extruidos de un solo tornillo de φ 65.
(3) Moldeo por inyección
La empresa japonesa Mitsui Petrochemical Company desarrolló la tecnología de moldeo por inyección en 1974 y la comercializó en 1976. Posteriormente, desarrolló la tecnología de moldeo por inyección de tornillo alternativo. En 1985, la empresa estadounidense Hoechst también implementó el proceso de moldeo por inyección de tornillo UHMW-PE. En 1983, la máquina de inyección doméstica XS-ZY-125A fue modificada e inyectó con éxito rodillos de UHMW-PE para líneas de producción de latas de cerveza y casquillos para bombas de agua. En 1985, también inyectó con éxito articulaciones artificiales médicas.
(4) Moldeo por soplado
Al procesar polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE), cuando el material se extruye del troquel, se producirá un cierto grado de recuperación elástica. . Contracción, casi sin hundimiento, creando así condiciones favorables para el moldeo por soplado de contenedores huecos, especialmente contenedores grandes, como tanques de petróleo, barriles, etc. El moldeo por soplado de polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE) también puede obtener películas de alto rendimiento con resistencias longitudinales y transversales equilibradas, resolviendo así el problema de larga data de resistencias longitudinales y transversales inconsistentes de las películas de HDPE y propensas a sufrir daños longitudinales. 1. Hilado en gel
(1) Proceso de desarrollo
La tecnología de hilado-superestirado en gel para preparar fibras de polietileno de alta resistencia y alto módulo es un nuevo tipo de fibra de polietileno que apareció en el Finales de la década de 1970. Método de hilado. La empresa holandesa DSM solicitó por primera vez una patente en 1979. Posteriormente, la empresa American Allied Company, la empresa Toyobo-DSM, una empresa conjunta entre Japón y los Países Bajos, y la empresa japonesa Mitsui lograron la producción industrial. El Instituto de Investigación de Fibras Químicas de la Universidad Textil de China inició la investigación de este proyecto en 1985 y gradualmente formó su propia tecnología para producir fibra UHMW-PE de alto rendimiento.
(2) Proceso de hilatura
El proceso de hilatura del gel de polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE) se describe brevemente de la siguiente manera: Disolver UHMW-PE en un disolvente adecuado A Se prepara una solución semidiluida, se extruye a través de una hilera y luego la solución de hilado se enfría con aire o agua para solidificarse en filamentos de colágeno congelados. Los filamentos de colágeno congelados contienen casi todos los disolventes, por lo que el estado de desenrollado de las cadenas macromoleculares de UHMW-PE se mantiene bien y la caída de la temperatura de la solución provoca el plegado de las láminas de las cadenas de UHMW-PE en el coloide congelado. formación de capas. De esta manera, mediante el estiramiento supertérmico de filamentos de colágeno congelados, las cadenas macromoleculares pueden orientarse completamente y cristalizarse en gran medida, convirtiendo así las macromoléculas plegadas en cadenas en cadenas lineales, generando así fibras de alta resistencia y alto módulo.
(3) Aplicación
La fibra de polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE) es la tercera generación de fibras especiales en el mundo hoy en día, con una resistencia de hasta 30,8 cN. /dtex, que es la más alta entre las fibras químicas, la más fuerte, con buena resistencia al desgaste, resistencia al impacto, resistencia a la corrosión y resistencia a la luz. Se puede convertir directamente en cuerdas, cables, redes de pesca y diversos tejidos: chalecos antibalas y prendas de vestir, guantes anticorte, etc. , entre los cuales el efecto a prueba de balas de la armadura corporal es mejor que el de la aramida. A nivel internacional, se han tejido fibras de polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE) en cuerdas de diferentes tamaños para reemplazar los cables de acero tradicionales y los cables de fibra sintética. Los materiales compuestos de fibra de polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE) se han utilizado como carcasas protectoras para armas blindadas, radares, cascos, etc. Los artículos deportivos se convirtieron en cuerdas de arco, trineos y esquís acuáticos.
2. Extrusión lubricante (inyección)
La tecnología de moldeo por extrusión lubricante (inyección) forma una capa lubricante entre el material extruido (inyectado) y la pared del molde. entre diferentes puntos del material, reduce la deformación del producto y al mismo tiempo aumenta la velocidad de extrusión (inyección) de polímeros de alta viscosidad a bajas temperaturas y bajo consumo energético. Hay dos métodos principales para producir una capa lubricante: autolubricación y * * lubricación.
(1) Extrusión (inyección) autolubricante
La extrusión (inyección) autolubricante de polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE) consiste en agregar una cantidad adecuada de lubricante externo a él, para reducir la fricción y el cizallamiento entre las moléculas de polímero y la pared del molde de metal, y mejorar la uniformidad del flujo de material, el efecto de desmoldeo y la calidad de la extrusión. Los lubricantes externos incluyen principalmente resinas de bajo peso molecular, como ácidos grasos superiores, grasas complejas, resinas de silicona y ceras de parafina. Antes del procesamiento de extrusión (inyección), primero se mezclan lubricantes con el material junto con otros auxiliares de procesamiento. Durante la producción, el lubricante del material se filtra para formar una capa lubricante, logrando una extrusión (inyección) autolubricante.
Hay informes de patentes que indican que 70 partes de aceite de parafina, 30 partes de polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE) y 1 parte de sílice en fase oxigenada (gel de sílice altamente disperso) se mezclan y granulan a 190°C Se puede lograr una extrusión (inyección) suave a altas temperaturas.
(2)*** Extrusión (inyección) lubricada
Existen dos tipos de extrusión (inyección) lubricada de polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE). Uno es utilizar el método del espacio para presionar el lubricante en el molde para formar una capa lubricante entre la superficie interna de la cavidad del molde y el material fundido; el otro es mezclarlo con resina de baja viscosidad para que forme parte del; producto.
Por ejemplo, al producir láminas de polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE), al suministrar aceite de silicona SH200 como lubricante en la cavidad del molde, la calidad de la apariencia del producto mejora significativamente, especialmente debido a la extrusión Pequeña deformación y mayor resistencia a la tracción. El polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE) está relleno de perlas de vidrio, fibra de vidrio, mica, talco, sílice, alúmina, disulfuro de molibdeno y negro de humo para mejorar la dureza de la superficie, la rigidez, la fluencia, la resistencia a la flexión y la temperatura de distorsión por calor. Después del tratamiento con agente de acoplamiento, el efecto es más evidente. Por ejemplo, rellenar cuentas de vidrio puede aumentar la temperatura de distorsión por calor en 30°C.
Las perlas de vidrio, la fibra de vidrio, la mica y el talco pueden mejorar la dureza, la rigidez y la resistencia a la temperatura; el disulfuro de molibdeno, el aceite de silicona y la cera especial pueden reducir el coeficiente de fricción, mejorando así aún más la autolubricación del carbono; Los polvos negros o metálicos pueden mejorar las propiedades antiestáticas, la conductividad eléctrica y la transferencia de calor. Sin embargo, la resistencia al impacto del relleno modificado disminuyó ligeramente. Si el contenido se controla dentro de 40, la resistencia al impacto del polietileno UHMW sigue siendo muy alta. La resina de polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE) tiene una cadena molecular larga y se daña fácilmente con la fuerza de corte o se degrada con el calor. Por lo tanto, es necesario bajar la temperatura de procesamiento, acortar el tiempo de procesamiento y reducir el cizallamiento.
Para resolver los problemas de procesamiento del polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE), además del diseño especial de las máquinas de moldeo comunes, también se puede mejorar la fórmula de la resina: mezclada con otras resinas o Se añadió agente modificador de flujo para que pueda moldearse en extrusoras y máquinas de moldeo por inyección ordinarias. Esta es la extrusión lubricada (inyección) introducida en 2.2.2. * * *El método de mezcla es el método más eficaz, sencillo y práctico para mejorar la fluidez de la masa fundida de UHMW-PE. Esta tecnología es más común en la literatura de patentes.
* * *El segundo componente para mezclar se refiere principalmente a resinas de bajo punto de fusión y baja viscosidad, como LDPE, HDPE, PP, poliéster, etc. , entre los que se mezclan PE de peso molecular medio (peso molecular de 400.000 a 600.000) y PE de peso molecular bajo (peso molecular
(1) con PE de peso molecular medio y bajo***
Polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW-PE) y LDPE de bajo peso molecular (peso molecular 1000 ~ 20 000, preferiblemente 5000 ~ 12 000) * * La mezcla puede mejorar significativamente su rendimiento de procesamiento, pero al mismo tiempo reducirá su resistencia a la tracción. , elasticidad de flexión y otras mecánicas El rendimiento del HDPE también puede mejorar significativamente la fluidez de procesamiento del polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE), pero también provocará una disminución en la resistencia al impacto, la resistencia a la fricción y otras propiedades para mantener. las propiedades mecánicas del sistema híbrido UHMW-PE * * a un nivel superior, un método de compensación eficaz es agregar agentes nucleantes de PE, como ácido benzoico, benzoato, estearato, adipato, etc., que pueden uniformar la esferulita aumentando. la cristalinidad del PE La patente señala que se agrega una pequeña cantidad de wollastonita, agente de nucleación fina (el tamaño de partícula es de 5 a 50 nanómetros, área de superficie específica) al sistema mixto UHMW-PE/HDPE * * * 100 m2/g. -400 m2/g) puede compensar bien la disminución de las propiedades mecánicas
(2)*** Forma mixta
Aunque el polietileno de peso molecular ultraalto ( La estructura química del UHMW -El PE es similar a otros tipos de PE, pero en condiciones y equipos de mezcla por fusión generales, es difícil que la mezcla adopte una forma uniforme, lo que puede estar relacionado con la gran diferencia de viscosidad entre los componentes ordinarios en el peso molecular ultraalto. Mezcla de polietileno (UHMW-PE)/LDPE ** obtenida mediante mezcla de un solo tornillo, los dos componentes cristalizan por separado y no pueden formar cristales ** El UHMW-PE se dispersa básicamente en la matriz de LDPE en forma de carga. Después de mucho tiempo y mezclado con una extrusora de dos rodillos, la interacción entre los dos componentes se fortaleció y el rendimiento mejoró aún más, pero todavía no podía formar una forma cristalina.
Vadhar encontró. , cuando se utiliza un método de mezcla * * * de dos pasos, es decir, fundir polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE) a alta temperatura y luego agregar LLDPE a una temperatura más baja para * * * mezclar, a * * * que forma * * se pueden obtener cristales Mezcla Vadher también obtuvo una * * * mezcla de UHMW-PE/LLDPE que puede formar * * * cristales
(3) Resistencia mecánica de la mezcla
Para los sistemas de polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE)/PE sin agentes nucleantes, se formarán esferulitas más grandes durante el proceso de enfriamiento. Hay interfaces obvias entre las esferulitas y existen disposiciones de cadenas moleculares en estas interfaces. La tensión interna causada por la diferencia conduce a grietas. Por lo tanto, la resistencia a la tracción de la mezcla * * tiende a reducirse en comparación con el polímero de la matriz. Cuando se ve afectada por fuerzas externas, las grietas se desarrollarán rápidamente a lo largo de la interfaz de esferulita, lo que conducirá al resultado final. . roto, lo que resulta en una disminución de la fuerza del impacto. Los mejoradores de flujo promueven el desenrollado de moléculas de cadena larga, lubrican entre macromoléculas y cambian la transferencia de energía entre cadenas de macromoléculas, facilitando así el reemplazo de segmentos de cadena y mejorando la fluidez del polímero.
Los mejoradores de fluidez utilizados para el polietileno de peso molecular ultraalto (UHMW-PE) se refieren principalmente a hidrocarburos alifáticos y sus derivados. Entre ellos, los hidrocarburos alifáticos incluyen: alcanos normales que contienen más de 22 átomos de carbono y mezclas de alcanos inferiores con ellos como componentes principales; cera de parafina obtenida mediante craqueo y refinación del petróleo. Sus derivados se refieren a terminales con grupos hidrocarbonados alifáticos y 1 o más (preferiblemente 1 ó 2) grupos carboxilo, grupos hidroxilo, grupos éster, grupos carbonilo, grupos nitroformilo, grupos sulfhidrilo y otros grupos funcionales. Ácidos grasos, alcoholes grasos, ésteres grasos, aldehídos grasos, cetonas grasas, amidas grasas, tioles grasos, etc. El número de carbonos es superior a 8 (preferiblemente de 12 a 50) y el peso molecular es de 130 a 2000 (preferiblemente de 200 a 800). Por ejemplo, los ácidos grasos incluyen ácido cáprico, ácido láurico, ácido mirístico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido oleico y similares.
En China se preparó un eficaz agente suspensor (MS2). Agregar una pequeña cantidad (0,6 ~ 0,8) puede mejorar significativamente la fluidez del polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW-PE), reduciendo su punto de fusión hasta 65438 ± 00 °C, y puede moldearse por inyección en una máquina de moldeo por inyección común. con sólo una ligera resistencia a la tracción hay una disminución.
Además, el UHMW-PE modificado con estireno y sus derivados no solo puede mejorar el rendimiento del procesamiento y hacer que los productos sean fáciles de extruir, sino que también mantiene la excelente resistencia a la fricción y a la corrosión química del sexo UHMW-PE. 1. El 1-difenilacetileno, los derivados de estireno y la tetralina pueden hacer que el UHMW-PE tenga excelentes propiedades de procesamiento y una alta resistencia al impacto y al desgaste.