[发明专利]一种超高分子量聚乙烯塑化螺杆挤出机

说明书

技术领域

本发明涉及挤出机的技术领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯塑化螺杆挤出机。

背景技术

超高分子量聚乙烯是指黏均相对分子质量在1.5×106以上的线性结构聚乙烯。由于相对分子量极高，塑化如下困难：

1）极易堵塞螺杆，由于黏度极高、流动性极差，且高分子量聚乙烯的原料是粉状的，塑化时相互摩擦系数极低，在用现有技术的常规塑化螺杆加工时，粉状的高分子量聚乙烯在螺旋前进中发生“抱螺杆”现象，导致物料在机筒压缩段发生堵塞而停滞不前；

2）原料流变性能差，普通聚乙烯熔体呈黏性流体状，而超高分子量聚乙烯熔融时呈半透明状，即典型的高黏弹态，其黏度高达1.0×109Pa•s，熔体流动速率（MFR）（2.16kg）几乎为零，即使将测试负荷加重到21.6kg，也难测出其MFR值来。且超高分子量聚乙烯的分子量越大，其熔融黏度越大，因而给塑化、挤出、注塑等剪切成型加工带来极大困难。

由于其黏度极高，成型加工困难，长期以来其非连续形状的制品的生产基本上依靠压制烧结法或用棒材、板材、管材来加工，效率极低，使超高分子量聚乙烯的实际应用受到限制。

超高分子量聚乙烯一般想尽办法改性，以在不改变基本性能的前提下改善其熔体的流动性。① 用流动改性剂改性；采用强力的流动改性剂，使得超高分子量聚乙烯的分子解开缠绕结构，分子间的润滑性得以保留，这样就可以在改变聚乙烯流动性的同时，也使得塑化后的材料没有失去其本来的基本性能。② 液晶高分子复合材料改性，液晶高分子能够简单提高超高分子量聚乙烯的流动性，两者在高温作用下结合在一起，两者间形成微弱的分子作用力形成螺旋状分子结构，增进了分子流动能力。③ 化学交联改性，加入过氧化物或，偶联剂如硅烷和硅氧烷，可增加超高分子量聚乙烯的可塑性。尽管如此，仍然需要专门的塑化机械才能完成超高分子量聚乙烯的成型。中北大学刘亚青CN101003174A公开了一种超临界流体辅助高分子材料挤出成型机，用以对超高分子量聚乙烯塑化，其通过在双螺杆挤出机的加料段、压缩段和均化段通入超临界二氧化碳 (SC-CO2)并使其被细化成多个流束后注入，扩大了接触面积，不仅降低了聚合物的熔 融温度，而且降低了聚合物熔体的粘度。

单螺杆强制塑化。

由于超高分子量聚乙烯与筒壁和螺杆的摩擦因子很小，因此，容易打滑形成料塞，现有技术解决一般是加料段设计轴向沟槽、强制冷却和采用低压缩比、深螺槽来实现超高分子量聚乙烯的强制输送，同时尽可能地增加混炼均匀性。北京化工大学何继敏的CN2227016Y公开了一种超高分子量聚乙烯单螺杆挤出机，加料段机筒独立于压缩段和计量段，可独立冷却，加料段机筒内套设内套11，内套11内壁设有轴向沟槽，沟槽沿挤出方向逐渐变浅，直至最后消失，防止粉料轴向打转，同时加料段螺杆采用双头螺棱，提高进料能力；为改善压缩段堵塞现象，压缩段BD分为第一压缩段BC和第二压缩段CD，第一压缩段压缩比小于第二压缩段，同时第二压缩段CD和前面计量段设有机筒销钉，强行沿物料圆周搅拌一周，促进物料的混熔。但是，仍然未克服单螺杆在加料段粉末固体塞输送、压缩段物料是半固体，靠近机筒侧和靠近螺棱槽一侧难以充分混合，熔体从计量段挤出时是螺旋运动的带状物。

双螺杆混炼塑化。

双螺杆具有较高的剪切能力以及较强输送能力，两根螺杆啮合在一起，将物料强制推进，不会象单螺杆挤出机那样形成料塞，而是在塑化段将物料压实成为熔体并继续剪切推进，最后在计量段将物料输送进模具，双螺杆挤出可有效解决熔体在料筒中的打滑现象，因而可实现超高分子量聚乙烯高效的连续塑化。江苏圣杰实业有限公司的CN1462682A公开了一种用于中高粘度体系的双螺杆挤出机，其两根螺杆通过啮合型螺棱元件和非啮合型螺棱元件排列组合形成，在异向旋转双螺杆挤出机的前段采用非啮合型螺纹元件进行脱挥处理，使其 具有混合性能好，对物料剪切小，物料表面更新面积大，啮合区容积大的 特点，使其在排气段具有较大蒸汽自由容积，易于实现排气脱挥的最佳效 果；在后段采用啮合型螺纹元件，利用其较好的输送性能和自洁效果，避 免使脱挥完成后的物料长时间滞留于筒体内。由此可见，这种由啮合型螺 纹元件与非啮合型螺纹元件组合的异向双螺杆挤出机兼备了啮合型和非啮 合型两种异向双螺杆挤出机的优点，同时克服了各自的缺点，在一台异向 双螺杆挤出机上实现现有技术中两种双螺杆挤出机的双重功能特点。但是上述手段主要是针对脱挥的，其他功能并未增强。

由此，需要设计一种超高分子量聚乙烯螺杆挤出机，突破现有单螺杆塑化、双螺杆混炼塑化的缺陷。

发明内容