聚乙烯衬板因其熔体的特殊性,很久以来,主要采用的成型方法是压制烧结成型。目前,这种方法仍占相当大比例。超高分子量聚乙烯常见的成型方法有:模压成型、挤出成型、注塑成型。
1、模压成型
模压成型主要指压制烧结工艺、传递模塑法。压制烧结是指先将聚乙烯衬板粉末在室温条件下进行加压,制成有适当密度和强度的压缩物,然后进行烧结。粉末的堆密程度、烧结温度、烧结时间、添加剂的用量、比例、偶联剂的品种、施加的压力都将影响产品的尺寸和性能,因此操作的随机性较大,对操作者技术要求较高。粉料堆密度越大,则颗粒就越小,颗粒之间的空气就越多,所需压力也越大。烧结时间则直接影响着制品的性能。近来,出现的比较先进的模压成型工艺(如:传递模塑法)使得模压成型在美国等发达国家不可能被淘汰。传递模塑是介于模压和注塑之间的一种成型工艺,根据输送物料的途径的不同,可分为柱塞式传递模塑和螺杆传递模塑。目前,我国还未形成超高分子量聚乙烯加工方面的国家标准,往往是根据具体的情况来选择合适的成型工艺。
2、挤出成型
聚乙烯衬板 挤出成型技术包括单螺杆挤出、双螺杆挤出和柱塞式挤出。世界上最早研制单螺杆挤出成型技术是日本三井石油化学公司,于1971年开始研究聚乙烯衬板棒材挤出技术,1974年投入生产,采用的是经过改造的中65的单螺杆挤出机。目前,国内一些厂家和单位,从螺杆形状入手,配合材料配方和加工工艺,已实现了连续地生产聚乙烯衬板管材和其他制品的目的。北京化工大学塑料机械与塑料工程研究所的何继敏等人则用单螺杆挤出机实现了聚乙烯衬板管材的连续挤出。采用专用单螺杆挤出机,机筒为组合式机筒和大推力螺杆。机筒由开槽段和平滑段两段组成,以防止物料打滑;后者则使得其对物料有更大的推进力和塑化力,以及由高粘度所引起的熔体阻力。但是,如果工艺配方、螺杆和管材机头之间不能很好地匹配,也不能生产出完整的管坯。采用双螺杆挤出,因两根螺杆啮合在一起,可将物料强制推进,不会形成料塞。但是,因熔融状态下的聚乙烯衬板粘度极高,输送阻力很大,对螺杆的轴向推力要求较高,即要求螺杆尾部的止推轴承能承受很高的背压。通过对模具进行特别的设计,即使呈块状的熔体能压缩到一起。配以合适的挤出工艺,既可实现聚乙烯衬板板材和异型材的连续生产。张禹飞等人则在PTFE柱塞式挤出技术的基础上,根据聚乙烯衬板的加工特性,研制了聚乙烯衬板管材、棒材等STJ系列柱塞式挤出机。挤出机整体采用立式结构并具有四重运动,克服了卧式加工设备存在的喂料不均现象,而且增加了物料的流动性及充模可靠性,降低了挤出阻力,不易导致熔体破裂,从而保证了制品质量。
3、注射成型
日本的三井石化公司于20世纪70年代中期最早实现了聚乙烯衬板的注射成型,1976年实现了商业化。德国、美国随后也分别实现了聚乙烯衬板的注射成型。在我国,聚乙烯衬板的注射成型也有一定突破性的进展。刘玉凤等人用德国Battenfeld公司的高压高速注射机,对聚乙烯衬板的注射成型工艺进行了研究。发现聚乙烯衬板受注射温度影响较小,选择为250℃左右;提高注射压力可显著改善树脂的流动性,但是,如注射压力过大,则会产生溢料;注射速度选择为先增大后递减,在高剪切作用下,使熔体被分割为细小的粉末而充满型腔;同时,选择较小的直径喷嘴,以提高剪切,并配合合适的螺杆转速,即可生产出性能优良的制品。无论从实践上,还是从理论上,用单螺杆挤出机和注射机成型聚乙烯衬板是完全可能的。但因聚乙烯衬板熔体的特殊性,需从材料改性和设备改进两方面,并配以合适的加工工艺,以提高其可加工性。总之,只有采用价格低廉的单螺杆挤出机和注射机进行加工,聚乙烯衬板才能有较多的前途。