超高分子量聚乙烯陶瓷机械滤板优化方案

陶瓷机械上的滤板通常用青铜（ZCuAl10Fe3等）或其他铜合金制造，以适应陶瓷原料瓷泥流动时的高摩擦性和腐蚀性，保证产品质量、生产稳定性及设备使用寿命。超高分子量聚乙烯是一种性能非常优异的塑料，它的耐磨性能非常好，摩擦因数很小，且有自润滑性，比一般碳钢和铜合金等金属的耐磨性提高数倍，是尼龙（PA）耐磨性的5倍，与钢、铜配对使用时不易产生黏着磨损，对配套偶件磨损很小；它的冲击强度极高，比PA6和聚丙烯（PP）高约10倍，即使在－70℃的低温下也仍具有相当高的冲击强度，且能吸收冲击和振动，降低噪声；它的吸水率小于0.01％，具有良好的热稳定性和尺寸稳定性；它还具有优良的耐化学药品性能，耐一般浓度的酸、碱、盐及有机溶剂；加之可回收利用且价格比铜及其合金便宜，这些特性使得UHMWPE非常适于用作陶瓷机械上的滤板。

由于UHMWPE的熔体黏度很高（达10Pa·s），流动性极差，在不改性的情况下无法用注射等工艺加工成型，只能采用类似于聚四氟乙烯（PTFE）的压制烧结成型的工艺方法。其临界剪切速率低，易出现熔体破裂现象，若采用挤出或注射加工，则会使制品表面出现裂纹、气孔或脱层现象；加之UHMWPE的摩擦因数小，即使在熔融状态也是如此，当用螺杆挤出送料时，加料段会发生打滑现象，难以顺利生产。另外，UHMWPE成型温度范围窄，易氧化降解。根据以上的分析和相关经验，要成型加工UHM-WPE滤板，采用压制、烧结成型工艺较为合理。

UHMWPE滤板制件外径为Φ830mm最厚 处 为51.4mm，平 均 厚 度 约 为23.3mm，质量约为12kg，如图5-11所示。UHMWPE为热塑性塑料，其压制成型所用的模具需要同时具备加热和冷却两种功能。即先将模具预热到60℃左右将UHMWPE粉料加入到模具型腔中；在上模施压的同时，对模具继续加热；当UHMWPE充满整个型腔后，对模具继续加热到200℃，以便对制品进行烧结（烧结工序在模具内进行）；保温一定时间后，开启冷却油阀，待模具冷却到65℃左右时开模取出制品。由于UHMWPE滤板尺寸较大，需将模具安装在500t四柱液压机上。

图5-11 UHMWPE滤板结构示意图

图5-12所示为UHMWPE滤板的压制、烧结成型工艺流程。对模具预热有利于提高UHMWPE滤板的质量和生产率。模具预热后，再喷涂脱模剂易于使脱模剂均匀分布。一般预热温度为60℃左右。若温度太高，装料操作不方便，且易烫伤操作者的皮肤对装料速度也有影响。预热时间一般为5min左右。(www.xing528.com)

图5-12 UHMWPE滤板的压制、烧 结成型工艺流程

称取配好的UHMWPE粉料（一般应称取UHMWPE滤板实际质量的103％左右，以考虑飞边等损耗，确保滤板的密实度），装入涂有脱模剂的型腔（模具型腔尺寸应考虑2.3％的收缩率）中。此时上模下压，加压加热，初始加压10MPa左右，以排除粉料中的空气，使原料密实，增加热导率，缩短加热烧结时间；继续加热加压直至模具闭合。在加热烧结阶段，使UHMWPE的熔体温度保持在200℃左右；而制品的烧结时间即加热时间，根据制品的平均厚度（约23.3mm），得出加热时间约为100min。

陶瓷机械的滤板选用UHMWPE为原料，经模具压制、烧结成型，替代了以往的经铸造后再进行机械加工的铜合金滤板，其综合成本降低了70％。由于UHMWPE的耐磨性和自润滑性很好，所以滤板的实用性能优良，使用寿命比铜合金滤板可提高2～3倍。UHMWPE滤板投入生产运行5年以上，从未出现较大的故障，运行良好。经测量检查，磨损甚小，达到了预期的效果。