Produkcja i obróbka UHMW-PE (pręt i arkusz…)

Polietylen o ultrawysokiej masie cząsteczkowej (UHMWPE, UHMW) jest podzbiorem polietylenu termoplastycznego.Znany również jako polietylen o wysokim module sprężystości (HMPE),…

Polietylen o ultrawysokiej masie cząsteczkowej (UHMW-PE) to inżynieryjny materiał termoplastyczny o masie cząsteczkowej większej niż 3,1 AMU (jednostki masy atomowej).Wysoka masa cząsteczkowa poprawia szereg ważnych właściwości fizycznych, z których najważniejsze to wyjątkowa odporność na ścieranie, wysoka udarność i niski współczynnik tarcia.Ponadto polimer ma dobrą odporność chemiczną, doskonałe właściwości tłumienia dźwięku, doskonałe właściwości dielektryczne i elektroizolacyjne oraz nie pochłania wilgoci.

Te właściwości w połączeniu z łatwością obróbki sprawiają, że UHMW-PE, ekonomiczny materiał spełniający wymagania FDA i USDA w zakresie bezpośredniego kontaktu z żywnością, jest szeroko stosowany w przemyśle spożywczym, napojów, medycznym i farmaceutycznym.Nieporowata jakość UHMW-PE hamuje rozwój grzybów i bakterii.UHMW-PE jest również szeroko stosowany w przemyśle tekstylnym, przetwórstwie chemicznym, celulozie i papierze, górnictwie, przemyśle morskim, stalowym, oczyszczaniu wody i ścieków, transporcie materiałów sypkich i rolnictwie.

Właściwości UHMW-PE można poprawić poprzez zastosowanie dodatków, takich jak barwniki, stabilizatory UV i termostabilizatory, środki antystatyczne, wypełniacze odporne na zużycie i smary zmniejszające tarcie.Metale lub rudy można zastosować w celu zwiększenia masy i uczynienia polimeru wykrywalnym magnetycznie, podczas gdy inne wypełniacze zwiększają temperaturę roboczą otoczenia.

Ponieważ UHME-PE jest polimerem półkrystalicznym, należy go spiekać metodą formowania tłocznego lub wytłaczania tłokowego.Wyżarzanie przed obróbką pomaga usunąć naprężenia powstałe w wyniku spiekania.Gotowe części obrobione można również wyżarzać, ale takie części muszą być zamocowane podczas procesu chłodzenia, aby umożliwić skurcz podczas wyżarzania.Przed odprężeniem należy wykonać obróbkę zgrubną, aby podczas obróbki końcowej można było uwzględnić zmiany wymiarowe.

Dostępny w standardowych arkuszach, prętach i rurach do produkcji stabilnych wymiarowo części, UHMW-PE można piłować, frezować, toczyć, strugać, wiercić lub dziurkować.Narzędzia tnące powinny mieć duży kąt natarcia i wystarczający prześwit statku, aby zapobiec zatykaniu.Szybkości posuwu powinny być duże, aby narzędzie tnące miało minimalny czas na rozgrzanie materiału w wyniku tarcia.Należy zachować ostrożność, aby narzędzia były ostre, ponieważ UHMW-PE może szybko stępić krawędzie skrawające narzędzi, powodując odkształcenie części.Wysokiej jakości wykończenie powierzchni można uzyskać stosując odpowiednie narzędzia skrawające, chociaż próby poprawy słabego wykończenia poprzez piłowanie lub szlifowanie zazwyczaj skutkują pogorszeniem wyglądu.

Większość procesów obróbki obejmuje tolerancje pomiędzy +/-.005 a +/-.010.Jednakże, przycięcie taśm na długość będzie typowo wynosić +/- 0,030, ponieważ dość wysoki współczynnik liniowej rozszerzalności i kurczenia termicznego UHMW-PE sprawia, że ​​długość elementu jest podatna na zmiany środowiskowe.

Procesy obróbki

Cięcie: W przypadku pił tarczowych najlepsze rezultaty dają ostrza z węglikami spiekanymi.Ostrze o średnicy 12-14 cali powinno mieć około 24 zębów.Prędkości podawania mogą wynosić od 10 do 40 stóp na minutę.Do piły taśmowej zaleca się stosowanie brzeszczotu z trzema zębami na cal, zestawu grabiowego i dodatniego anioła natarcia.Prędkości podawania wahają się od 10 do 40 stóp na minutę.

Toczenie: Używaj ostrzy ze stali szybkotnącej z prześwitem przednim i bocznym 10 cali oraz kątem natarcia 15–30 cali.Wymagane są niższe prędkości skrawania od 600 do 3000 stóp na minutę.Często jednak konieczna jest praca przy wyższych obrotach, aby wióry nie przedostawały się do maszyny.Płyny obróbkowe nie powinny być konieczne, ale podmuch sprężonego powietrza czasami pomoże w usuwaniu wiórów.Próbując uzyskać wąskie tolerancje lub bardzo cienkościenną część z UHMW-PE, należy obrabiać w przejściach.Usuń większość materiału w pierwszym przejściu, a następnie pozostaw element na noc.

Frezowanie: Najlepsze rezultaty dają frezy przeznaczone do obróbki aluminium.Sugerowana prędkość skrawania wynosi od 600 do 1800 stóp na minutę, przy szybkości podawania wynoszącej około 0,01 cala na obrót.Frezy doskonale sprawdzają się przy dłutowaniu i lekkim frezowaniu.

Struganie: Strugarki do drewna z łatwością zmniejszają grubość i wyrównują powierzchnię UHMW-PE.Sztywna maszyna z ostrymi ostrzami zapewni bardzo wydajne usuwanie naddatku i dobre wykończenie powierzchni.Aby zminimalizować ryzyko wypaczenia podczas obróbki UHMW-PE, należy wyrównać połowę żądanej grubości z każdej strony arkusza.

Wiercenie: Konwencjonalne wiertła szybkoobrotowe są wystarczające do większości zastosowań wiertniczych.Aby uzyskać optymalną wydajność, należy używać specjalnych wierteł niskozwojnych z polerowanymi rowkami.Wiercenie otworów pilotujących przed wierceniem dużego otworu nie jest zalecane w przypadku UHMW-PE, ponieważ jego właściwości powodują, że wiertło chwyta się i wciąga w materiał.

Szlifowanie/szlifowanie: Ze względu na odporność UHMW-PE na ścieranie, szlifowanie i piaskowanie są zwykle nieskuteczne.W rzeczywistości szlifowanie może spowodować stopienie i rozmazanie się materiału, co skutkuje zatkaniem ściernicy.

UHMW-PE modyfikowany dodatkami takimi jak szkło lub tlenki metali powoduje krótszą trwałość narzędzia.Chociaż narzędzia węglikowe wydłużają żywotność narzędzia, wymagają one wyższych prędkości i posuwów.Niektóre materiały o bardzo dużej zawartości dodatków ściernych są niepraktyczne w obróbce jakąkolwiek metodą.

Formowanie i spawanie

UHMW-PE można formować na gorąco na miejscu, tworząc proste zagięcia i kąty ułatwiające montaż.Niezależnie od wybranej metody – palnika, grzejnika elektrycznego, piekarnika czy wanny – należy zachować ostrożność i dołożyć wszelkich starań, aby nie przegrzać materiału.UHMW-PE, jak każdy plastik, pali się w nieodpowiednich warunkach.Ponadto pełny cykl chłodzenia będzie nieco dłuższy niż cykl ogrzewania ze względu na wysoką zdolność zatrzymywania ciepła przez UHMW-PE.Chłodzenie nie powinno następować na powierzchniach betonowych lub metalowych, ponieważ proces będzie zbyt szybki i może wprowadzić dodatkowe naprężenia w materiale.Dodatkowym zaleceniem jest przykrycie materiału kocem izolacyjnym wykonanym z materiału takiego jak włókno szklane.

Formowany na zimno UHMW-PE jest często stosowany, gdy istnieje potrzeba dopasowania krzywizn i kątów.Niezależnie od tego, czy używasz prasy krawędziowej, walcujesz, formujesz ręcznie, czy używasz śrub do wciągnięcia i uformowania elementu na miejscu, kąt i krzywizny muszą być nadmiernie wygięte aż o 75 do 100 procent, aby skompensować efekt sprężynowania UHMW-PE.Ryzyko pęknięć naprężeniowych można zmniejszyć, stosując arkusze o grubości 3/8” lub cieńszej podczas formowania na zimno.

Zgrzewanie wirowe lub tarciowe można wykonać przy użyciu standardowej tokarki maszynowej o prędkości obrotowej od 550 do 560 obr./min z możliwością zatrzymania obrotu w momencie włączenia hamulca oraz metalowej płyty podporowej ze stali ¼” o średnicy nieco mniejszej niż kołnierz OD.Ten rodzaj spoiny potrzebuje 48 godzin na pełną krystalizację, zanim rura będzie mogła zostać oddana do użytku.

Łączenie płaskich arkuszy w długie kawałki lub zwoje wymaga użycia metalowego narzędzia grzejnego pokrytego środkiem zapobiegającym przywieraniu, zdolnego do osiągnięcia temperatury niezbędnej do doprowadzenia polimeru do stanu stopionego.Proces ten wymaga użycia specjalnego sprzętu, aby uzyskać jednolite spoiny o wytrzymałości od 85 do 100 procent pierwotnej wytrzymałości materiału.

Kleje

Nieporowata powierzchnia UHMW-PE o niskim współczynniku tarcia sprawia, że ​​klejowi trudno jest wniknąć w polimer i utworzyć połączenie.Skonsultuj się ze swoim dostawcą kleju, aby uzyskać zalecane procedury łączenia UHMW-PE z różnymi podłożami, chociaż w większości zastosowań zalecane są łączniki mechaniczne.