[发明专利]一种超高分子量聚乙烯复合膜的生产设备及生产方法

说明书

一种超高分子量聚乙烯复合膜的生产设备及生产方法，所述生产设备包括：橡胶弹性层供应装置、超高分子量聚乙烯层供应装置、四辊压延机、硫化烘道、压花辊组、冷却装置和收卷辊。所述生产方法包括：采用橡胶弹性层供应装置将橡胶弹性层原料供应至四辊压延机的上辊及旁辊，通过加热辊压以诱导硫化；采用超高分子量聚乙烯层供应装置将超高分子量聚乙烯层供应至中辊和下辊，并在此与橡胶弹性层辊压复合；未完全硫化的复合膜进入硫化烘道充分硫化；压花辊组对橡胶弹性层表面压花；之后冷却定型收卷。本发明通过上述生产设备及生产方法，能够提高超高分子量聚乙烯层与橡胶弹性层的层间粘结性以及复合膜对外粘结性能，且能够自动化、大规模连续生产。

技术领域

本发明属于超高分子量聚合物成型加工领域，尤其涉及一种超高分子量聚乙烯复合膜的生产设备及生产方法。

背景技术

超高分子量聚合物是指分子量极高的高分子材料，具有优越的综合性能，尤其是具备普通高分子材料所没有的优异性能。比如，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种具有抗冲击性、耐磨性、自润滑性、无毒性、化学惰性、耐低温性等优良性能的新型热塑性工程材料，广泛应用于纺织、造纸、食品、化工、包装、建筑、医疗、军事等领域。

风电叶片是风力发电机的核心部件之一，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证风电机组正常稳定运行的决定因素。随着风电叶片的大型化趋势，主流型号已经可以到达90米的长度，风电叶片在运行中其叶尖线速度可达100m/s。如此高的速度下风电叶片尤其是叶片的前缘部分会遭受来自空气中的风沙、烟雾、雨滴的侵蚀，造成表面保护材料磨损，进而叶片基材出现砂眼甚至胶黏剂磨穿等现象，使得叶片气动性能下降，影响发电效率，甚至导致叶片破裂或断裂，因此对叶片前缘部位采取保护措施非常必要。

目前，在风电叶片的保护方面应用最为广泛的是涂料保护。根据涂料性能指标：强的附着力、一定的柔韧性、较强的耐磨耐冲击性能、耐候性能、表面平滑性能等要求。目前较为理想的涂料为聚氨酯型涂料，丙烯酸类涂料，有机硅树脂涂料和氟碳聚合物涂料。但是，至今为止还没有一种涂料能全部满足叶片保护的全部性能。且在风电叶片的整个服役期间需要多次的维护。

此外，聚氨酯薄膜是目前常用的一种保护膜材料，但受限于材料本身的极性性质，在服役期间容易水解且抗脏污与抗结冰能力差，难以匹配风电叶片的服役期。

将综合性能优异的超高分子量聚乙烯用于风电叶片的生产和保护成为目前技术热点。然而，超高分子量聚乙烯的加工性能差，本领域通常采用加入多种助剂的方式以降低分子量而使其便于成型，但分子量的降低容易导致其综合性能的下降，无法满足风电叶片等严苛条件下产品的使用需求；或者非连续的、低效率的成型方式以维持其高分子量，但却难以大规模、连续化生产。此外，超高分子量聚乙烯的粘结性能不佳，极大限制了该材料与其他材料的配合及广泛应用，本领域技术人员使用多种粘合剂以期获得满意的粘结效果，但普通的粘合方式难以实现超高分子量聚乙烯与其他材料的稳定接合。

华南理工大学在专利申请CN109016449A中采用具有偏心芯棒的挤出机，利用拉伸流变作用力将超高分子量聚乙烯原料熔融塑化并输送至基于动态延展的挤压成型模头，熔体在挤压成型模头中先形成壁厚非均匀的较大直径管状胚，管状胚壁厚较大的部分在偏心旋转芯棒的径向挤压作用下沿周向不断延展压缩至均匀或趋于均匀，加之逐步收敛的挤压成型模头对原料也存在沿轴向的延展力，最终将超高分子量聚乙烯挤压成型为壁厚均匀的管状胚；之后利用挤出机下游的片材压延辊组将三维管状胚辊压为二维片材。通过上述方式，将超高分子量聚乙烯的分子量保持在350万以上，不损害其综合性能，且连续、有效地成型为二维片材。但该专利申请所制备的超高分子量聚乙烯材料主要是单独使用，并不涉及如何提高超高分子量聚乙烯材料的粘结性能及形成复合结构，导致超高分子量聚乙烯材料的应用受限。

德国克莱博格橡胶股份有限公司在专利CN102458839B中提供了一种用于风电叶片保护的复合组件，该复合组件可包括超高分子量聚乙烯外层和在该外层上向内连接的弹性体层，上述外层和弹性体层可在高压釜或热压机中一同硬化或硫化。