UHMWPE Processing Cold Flow Deformation: Causes and Prevention

В области промышленной обработки листы из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) стали предпочтительным материалом для многих отраслей промышленности благодаря своей превосходной износостойкости и самосмазывающимся свойствам. Однако деформация холодного течения всегда была основной проблемой для практиков при обработке листов из СВМПЭ. Многие компании сталкиваются с отклонениями размеров и ухудшением характеристик из-за деформации холодного течения при производстве листов из СВМПЭ, что приводит к потерям затрат. Сегодня мы сосредоточимся на деформации холодного течения при обработке СВМПЭ, всесторонне анализируя характеристики листа СВМПЭ, природу деформации холодного течения, ее причины, меры профилактики и методы лечения. В то же время мы поможем вам понять многочисленные преимущества листов из СВМПЭ, помогая практикующим специалистам эффективно избегать проблем с обработкой и выбирать высококачественные листы и стержни из СВМПЭ.

Полиэтиленовый лист AHD UHMW

Лист СВМПЭ, сокращение от «Лист полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы», представляет собой листовой или стержневой продукт из конструкционного пластика, изготовленный из линейного полиэтилена с молекулярной массой более 1 миллиона с помощью специальных методов обработки. Это одна из самых основных и широко используемых форм материала СВМПЭ. Его основная характеристика связана со сверхдлинной молекулярно-цепной структурой, которая определяет его фундаментальное отличие от обычных полиэтиленовых листов (таких как HDPE).

Что касается основных параметров, лист СВМПЭ имеет плотность всего 0,93-0,95 г/см³, что делает его легким и простым в установке; диапазон рабочих температур составляет от -269 ℃ до 100 ℃, сохраняя отличную прочность даже при низких температурах, не становясь хрупкими; его коэффициент трения составляет всего 0,07-0,11, что лишь немного выше, чем у политетрафторэтилена (ПТФЭ), и демонстрирует отличные самосмазывающиеся свойства; его износостойкость является одной из самых высоких среди пластмасс, а также обладает чрезвычайно высокой ударопрочностью, химической стабильностью и чрезвычайно низким водопоглощением (<0,01%). Он нетоксичен, не имеет запаха и соответствует пищевым и медицинским стандартам.

Листы СВМПЭ широко используются в различных отраслях промышленности, включая угольную, горнодобывающую, пищевую, химическую, медицинскую и логистику. Их можно использовать в качестве облицовки силосов, конвейерных рельсов, облицовки оборудования и панелей операционных столов. Их основная функция — решать проблемные места промышленности, такие как износ, коррозия и закупорка материала, создавая легкое и не требующее особого обслуживания решение, которое заменяет сталь пластиком, что значительно снижает износ оборудования и эксплуатационные расходы для предприятий.

Важно отметить, что из-за чрезвычайно высокой молекулярной массы и сильного перепутывания молекулярных цепей листов СВМПЭ их чрезвычайно высокая вязкость расплава и плохая текучесть делают их гораздо более трудными для обработки, чем обычные пластиковые листы. Деформация холодного течения — одна из наиболее распространенных проблем качества во время обработки, напрямую влияющая на точность размеров и характеристики листов СВМПЭ.

Что такое деформация холодного течения при обработке СВМПЭ?

Деформация холодного течения во время обработки СВМПЭ — это, по сути, необратимая пластическая деформация, которая возникает, когда материал СВМПЭ подвергается постоянным внешним воздействиям (таким как давление, растяжение и силы резания) при температурах ниже его точки плавления во время обработки (включая формование, резку и сборку). Молекулярные цепи медленно скользят и перестраиваются, что приводит к этой деформации. Это также можно понимать как явление «ползучести» материала — медленную, зависящую от времени деформацию под постоянным напряжением ниже предела текучести. Это уникальное механическое поведение полимерных материалов.

В отличие от горячей деформации, деформация холодного течения происходит при комнатной температуре или более низких температурах, без необходимости запуска при высокой температуре. Процесс деформации медленный и коварный, и его может быть трудно обнаружить на начальном этапе. Однако с течением времени или при продолжающемся внешнем воздействии деформация постепенно накапливается, что в конечном итоге приводит к выходу изделия из строя.

III. Причины деформации холодного течения при переработке СВМПЭ

Формирование деформации холодного течения при обработке СВМПЭ на самом деле является результатом совокупного воздействия свойств материала, технологии обработки и условий окружающей среды.

(I) Собственные свойства материала: основная причина деформации холодного течения

Уникальная молекулярная структура листов СВМПЭ является фундаментальной причиной их склонности к деформации холодного течения. СВМПЭ имеет длину молекулярной цепи в 10-20 раз больше, чем у ПЭВП, чрезвычайно высокую молекулярную массу и чрезвычайно сильное переплетение между молекулярными цепями. Однако молекулярные цепи относительно слабы по жесткости, а межмолекулярные силы относительно невелики и не имеют достаточной жесткой опоры.

При комнатной температуре молекулярные цепи СВМПЭ находятся в неупорядоченном запутанном состоянии. Под воздействием постоянной внешней силы первоначально запутанные молекулярные цепи постепенно смещаются, ориентируются и перестраиваются. По мере продолжения действия внешней силы величина проскальзывания молекулярной цепи постепенно увеличивается. При превышении критического значения молекулярные цепи не могут вернуться в исходное запутанное состояние, образуя необратимую деформацию холодного течения.

Между тем, СВМПЭ имеет высокую степень кристалличности, с плотно упакованными молекулярными цепями в кристаллических областях и рыхло упакованными молекулярными цепями в аморфных областях. Под напряжением молекулярные цепи в аморфных областях более склонны к проскальзыванию, что приводит к локализованным концентрациям деформации холодного течения, например, по краям листа и в слабых местах, таких как отверстия.

(II) Неправильная технология обработки: основная причина деформации холодного течения.

Технология обработки является наиболее важным внешним фактором, влияющим на холоднотекучую деформацию листов СВМПЭ.

1. Неподходящий процесс формования: листы из СВМПЭ в основном формуются с использованием прессования и спекания, а также экструзионного формования, среди которых прессование и спекание являются традиционными и широко используемыми процессами. Если температура спекания слишком высокая или слишком низкая, или давление недостаточно или неравномерно распределено, это приведет к неравномерному распределению напряжений и беспорядочному расположению молекулярных цепей внутри формованного листа. Во время последующей обработки или использования снятие напряжений вызовет деформацию холодного течения. Кроме того, слишком быстрое охлаждение приведет к большому внутреннему температурному градиенту внутри листа, создавая внутренние напряжения и увеличивая риск деформации холодного течения. Оптимальным методом охлаждения является медленное охлаждение до комнатной температуры в печи, чтобы избежать накопления напряжений, вызванных резким охлаждением.

2. Неподходящие параметры резки. Чрезмерная скорость резания или подача могут привести к чрезмерному нагреву во время резки, что может привести к размягчению поверхности материала и снижению стабильности молекулярных цепей.

3. Неправильный процесс сверления. Чрезмерная скорость сверления, затупившееся сверло или отсутствие охлаждения во время сверления могут привести к размягчению материала вокруг отверстия из-за нагрева. В то же время давление сверла может вызвать проскальзывание молекулярных цепей вокруг отверстия, что приведет к деформации холодного течения, такой как смещение отверстия, увеличение диаметра отверстия и вогнутость стенки отверстия.

(III) Условия окружающей среды: вспомогательные факторы деформации холодного течения

Хотя температура окружающей среды и другие условия не являются основной причиной деформации холодного течения, они могут ускорить ее возникновение:

Влияние температуры: при повышении температуры окружающей среды (выше 40 ℃) подвижность молекулярных цепей увеличивается, скорость скольжения молекулярных цепей ускоряется, а скорость деформации холодного течения значительно увеличивается. При температуре выше 80 ℃ подвижность молекулярных цепей значительно увеличивается, и деформация становится значительно более серьезной.

Помимо простого предотвращения деформации: многочисленные преимущества листов из СВМПЭ

При надлежащей научной профилактике этой проблемы можно эффективно избежать, а многочисленные превосходные свойства делают его применение в промышленной сфере незаменимым.

1. Превосходная износостойкость: это основное преимущество листов из СВМПЭ. В условиях абразивного и адгезионного износа срок его службы значительно превышает срок службы традиционных металлических материалов, что значительно снижает износ оборудования и затраты на замену. Он особенно подходит для использования в качестве облицовки силосов, конвейерных рельсов и других легко изнашиваемых компонентов.

2. Отличные самосмазывающиеся свойства: благодаря низкому коэффициенту трения 0,07-0,11, что лишь немного выше, чем у ПТФЭ, он может работать плавно без необходимости использования дополнительных смазочных материалов. Это эффективно снижает рабочее сопротивление оборудования и энергопотребление, избегая при этом загрязнения материалов смазочными материалами, что делает его пригодным для отраслей с высокими гигиеническими требованиями, таких как пищевая и медицинская.

3. Исключительная ударопрочность: лист из СВМПЭ обладает высочайшей ударопрочностью и сохраняет свою прочность даже при температуре жидкого азота -196℃, предотвращая хрупкость и выдерживая удары материалов, вибрации оборудования и другие внешние силы, не ломаясь.

4. Отличная химическая стабильность: он демонстрирует хорошую коррозионную стойкость к большинству кислот, щелочей, солей и органических растворителей (за исключением сильных окисляющих кислот, таких как концентрированная азотная кислота и концентрированная серная кислота), что позволяет использовать его в течение длительного времени в агрессивных средах, таких как химические заводы и шахты.

5. Легкий вес и простота обработки: плотность всего 0,93-0,95 г/см³ делает его легким, что облегчает обращение, установку и обслуживание. Ему можно придавать различные формы и размеры с использованием традиционных процессов, таких как резка, сверление и сварка, для удовлетворения индивидуальных потребностей различных отраслей промышленности. Хотя обработка более сложна, чем обработка обычных пластмасс, эффективное производство возможно при освоении этих технологий.

6. Безопасный, экологически чистый и адаптируемый к различным сценариям: нетоксичен и не имеет запаха, соответствует стандартам FDA и может использоваться в пищевой промышленности, медицинском оборудовании и других областях; чрезвычайно низкое водопоглощение (<0,01%), хорошая стабильность размеров и не легко деформируется из-за влаги.

Деформация холодного течения при переработке СВМПЭ не является непреодолимой проблемой. Листы СВМПЭ с их разнообразными преимуществами, такими как износостойкость, самосмазывание и ударопрочность, широко используются в различных отраслях промышленности, оказывая мощную поддержку предприятиям в сокращении затрат и повышении эффективности.

Если вам нужны листы из сверхвысокомолекулярного полиэтилена стандартного размера или пластины и стержни из сверхвысокомолекулярного полиэтилена по индивидуальному заказу, AHD может предоставить вам профессиональную продукцию и техническую поддержку, которые помогут вам добиться эффективного производства и снизить затраты. Приглашаем вас приобрести пластины и стержни из СВМПЭ от AHD и раскрыть основную ценность материала из СВМПЭ!

Деформация холодного течения при переработке СВМПЭ: причины и профилактика