[0001] 本发明涉及一种注压成型方法，尤其是涉及一种基于超高分子量聚乙烯的注压成型方法。

[0002] 超高分子量聚乙烯是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。其具有优异的耐磨损性能和抗粘附性、极高的抗冲击强度以及良好的化学稳定性等，在工业和民用领域被广泛应用。

[0003] 由于超高分子量聚乙烯具有超高的分子量（粘均分子量为150万以上），熔体粘度高达108Pa·s，熔融指数几乎为零，导致超高分子量聚乙烯加工成型比较困难，传统主要是通过模压—烧结法成型，即给模具装料加压后，将模具和原料一起放到加热炉中加热、塑化，随后取出冷却，最后取出，得到制品。这种传统成型工艺主要存在以下问题：首先，原料在模具内受热不均匀，可能存在外部熔融，芯部未熔融的情况，导致成品质量较差；其次，采用此种方法一个制造产品通常需耗时几个小时，生产效率较为低下，工人劳动强度也较大；再次，针对能源的消耗也比较大。

[0004] 基于此，公开号为CN109228201A的中国发明专利公开了一种注压成型方法，主要包括合模、预热、加热、注射、压膜冷却和开模等步骤，通过该方法可基于超高分子量聚乙烯制得成品质量较好的制品，同时生产效率较高，能耗较低。上述成型方法存在以下缺点：首先，在步骤S4中，包括合模机构使型腔打开一段间隙的步骤，那么在合模机构打开模腔的过程中，会大量吸入空气，再继续向里射出，此时吸入的空气难以较好地向外排出，甚至存在困气现象，导致成品的质量较差，同时高温状态熔融的注射料与吸入到模腔中的空气里的氧气接触极易发生氧化，从而导致成品的性能较差；其次，此种成型方法对于模腔的填充量完全依靠注射机构的射出位置来控制，那么基于超高分子量聚乙烯的熔融态黏度大、无法流动的特性，在注射机筒内是接近固态弹性状的存在，密度不均匀，无法保证每次的射出重量相同，此时会造成产品的一致性较差。

[0025] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

[0026] 实施例一：一种基于超高分子量聚乙烯的注压成型方法，包括如下步骤：（1）注塑机的模具组件第一次合模形成封闭的模腔；
（2）对模具进行加热，使模芯的温度到达预定的温度值；
（3）模芯的温度到达预定的温度值后，停止对模具进行加热，同时注塑机的注射机构将塑化保温好的注射料注射到模腔内，当注射料将模腔充满后，注射机构继续向模腔中注入注射料，模腔在射出压力的作用下被打开，带动注塑机的移动模板3后退至预设距离位置，移动模板3后退到位后，注射机构停止工作，完成一次注射；
（4）一次注射结束后，模具组件二次合模，对模腔内的注射料形成压制，直至模腔的内腔厚度与所需制造的制品的厚度相匹配，同时对模具进行冷却，冷却至预设温度后停止冷却，注射机构同步储料进行下一次的注射准备；
（5）开模，实现将模腔打开，得到制品。

[0027] 在此具体实施例中，上述步骤（2）中的模芯的预定的温度值为90‑250℃。上述模芯温度可有效避免熔融态的注射料被注射到模腔内之后因快速遇冷而引起分子链的断裂，从而有效确保产品质量。

[0028] 在此具体实施例中，上述步骤（3）中控制模腔在射出压力的作用下以0.1—10mm/s的速度被打开，同时维持模腔内的压力为5—25MPa。上述模腔被打开的速度以及模腔内的压力值可减少外部空气进入到模腔中，同时保证注入的注射料的密实度，从而确保产品的质量。

[0029] 在此具体实施例中，第一次合模形成的模腔的厚度等于所需制造的制品的厚度，在射出压力的作用下被打开后的模腔的厚度大于第一次合模形成的模腔的厚度。

[0030] 在此具体实施例中，在射出压力的作用下被打开后的模腔的厚度为所需制造的制品的厚度的1.1—2倍。基于具体的材料特性，以便于制得质量和性能稳定的产品。

[0031] 在此具体实施例中，上述步骤（4）在二次合模时保持模腔中的压力始终为10—30MPa，直至合模到位。上述压力值基于材料特性选定，以便于制得质量和性能稳定的产品。

[0032] 在此具体实施例中，上述步骤（4）中冷却速率为1—50℃/min。基于材料特性，配合压缩成型，速度不能过快。

[0033] 在此具体实施例中，在上述步骤（3）中：在移动模板3的后退过程中，给移动模板3提供一个与其后退方向相反的背压阻力，该背压阻力与注射机构的射出压力相互配合，实现模腔以0.1—10mm/s的速度被打开，同时维持模腔内的压力在5—25MPa。上述模腔被打开的速度以及模腔内的压力值可减少外部空气进入到模腔中，同时保证注入的注射料的密实度，从而确保产品的质量。

[0034] 在此具体实施例中，移动模板3通过一高压油缸4驱动，高压油缸4具有用于在注射时模腔打开带动动模板3的后退过程中提供背压阻力以控制动模板3的后退速度以及模腔中的压力的背压控制系统。通过该背压控制系统用于控制移动模板的后退速度以及模腔中的压力，实现稳定的生产，可制得一致性较好的产品。

[0035] 实施例二：一种基于超高分子量聚乙烯的注压成型方法，包括如下步骤：（1）注塑机的模具组件第一次合模形成封闭的模腔；
（2）对模具进行加热，使模芯的温度到达预定的温度值；
（3）模芯的温度到达预定的温度值后，停止对模具进行加热，同时注塑机的注射机构将塑化保温好的注射料注射到模腔内，当注射料将模腔充满后，注射机构继续向模腔中注入注射料，模腔在射出压力的作用下被打开，带动注塑机的移动模板3后退至预设距离位置，移动模板3后退到位后，注射机构停止工作，完成一次注射；
（4）一次注射结束后，模具组件二次合模，对模腔内的注射料形成压制，直至模腔的内腔厚度与所需制造的制品的厚度相匹配，同时对模具进行冷却，冷却至预设温度后停止冷却，注射机构同步储料进行下一次的注射准备；
（5）开模，实现将模腔打开，得到制品。

[0036] 在此具体实施例中，上述步骤（2）中的模芯的预定的温度值为90‑250℃。上述模芯温度可有效避免熔融态的注射料被注射到模腔内之后因快速遇冷而引起分子链的断裂，从而有效确保产品质量。

[0037] 在此具体实施例中，上述步骤（3）中控制模腔在射出压力的作用下以0.1—10mm/s的速度被打开，同时维持模腔内的压力为5—25MPa。上述模腔被打开的速度以及模腔内的压力值可减少外部空气进入到模腔中，同时保证注入的注射料的密实度，从而确保产品的质量。

[0038] 在此具体实施例中，第一次合模形成的模腔的厚度等于所需制造的制品的厚度，在射出压力的作用下被打开后的模腔的厚度大于第一次合模形成的模腔的厚度。

[0039] 在此具体实施例中，在射出压力的作用下被打开后的模腔的厚度为所需制造的制品的厚度的1.1—2倍。基于具体的材料特性，以便于制得质量和性能稳定的产品。

[0040] 在此具体实施例中，上述步骤（4）在二次合模时保持模腔中的压力始终为10—30MPa，直至合模到位。上述压力值基于材料特性选定，以便于制得质量和性能稳定的产品。

[0041] 在此具体实施例中，上述步骤（4）中冷却速率为1—50℃/min。基于材料特性，配合压缩成型，速度不能过快。

[0042] 在此具体实施例中，在上述步骤（3）中：在移动模板3的后退过程中，给移动模板3提供一个与其后退方向相反的背压阻力，该背压阻力与注射机构的射出压力相互配合，实现模腔以0.1—10mm/s的速度被打开，同时维持模腔内的压力在5—25MPa。上述模腔被打开的速度以及模腔内的压力值可减少外部空气进入到模腔中，同时保证注入的注射料的密实度，从而确保产品的质量。

[0043] 在此具体实施例中，移动模板3通过一高压油缸4驱动，高压油缸4具有用于在注射时模腔打开带动动模板3的后退过程中提供背压阻力以控制动模板3的后退速度以及模腔中的压力的背压控制系统。通过该背压控制系统用于控制移动模板的后退速度以及模腔中的压力，实现稳定的生产，可制得一致性较好的产品。

[0044] 在此具体实施例中，高压油缸4包括缸体41和带活塞42的拉杆43，活塞42可活动地设置在缸体41内将所述的缸体41的内腔分隔成无杆腔44和有杆腔45，拉杆43的一端自有杆腔45伸出与移动模板3相连接；在合模时，由拉杆43带着移动模板3运动，在注射时模腔在射出压力的作用下被打开带动移动模板3后退的过程中，由移动模板3带着拉杆43活动，拉杆43在背压控制系统的作用下给移动模板3提供背压阻力；
背压控制系统包括油箱C1、能源单元C2和控制单元C3；能源单元C2包括伺服驱动器C201、伺服电机C203和油泵C202；油箱C1给油泵C202供油，伺服电机C203由伺服驱动器C201驱动，油泵C202由伺服电机C203驱动；控制单元C3包括单向阀C301、溢流阀C302、三位四通的第一换向阀C303、第一插装阀C304、二位四通的第二换向阀C305、第二插装阀C306、二位四通的第三换向阀C307和比例调压阀C308；
油泵C202的进油端口与油箱C1相连，单向阀C301的进油端口与第一换向阀C303的进油端口P口相连形成的共同油路与油泵C202的出油端口相连，单向阀C301的出油端口与第一换向阀C303的先导进油端口X口相连，第一换向阀C303的先导出油端口Y口与油箱C1相连，溢流阀C302的出油端口与第一换向阀C303的回油端口T口相连形成的共同油路与油箱C1相连，第一换向阀C303的工作油端口B口与第一插装阀C304的主进油端口相连，第一换向阀C303的工作油端口A口与溢流阀C302的先导油进油端口相连形成的主油路与无杆腔44相连，第一插装阀C304的先导油出油端口与第二换向阀C305的工作油端口A口相连，第二换向阀C305的回油端口T口与第一插装阀C304的先导油进油端口Y口相连通，第一插装阀C304的先导油进油端口Y口与油箱C1相连，第二换向阀C305的进油端口P口与第一插装阀C304的主油路出油端口相连形成的共同油路与第二插装阀C306的主油路进油端口相连形成的共同油路与有杆腔45相连，第二插装阀C306的主油路出油端口与油箱C1相连，第二插装阀C306的先导出油端口与第三换向阀C307的工作油端口B口相连，第三换向阀C307的回油端口T口与比例调压阀C308的先导出油端口相连形成的共同油路与油箱C1相连，第三换向阀C307的进油端口P口与比例调压阀C308的先导进油端口相连。通过上述结构的背压控制系统，对高压油缸4起到回位背压的效果，使得高压油缸4在注射被动回位时速度不会过快，且实现高压油缸4在速度可调节的范围内回位。

[0045] 在此具体实施例中，油泵C202的进油端口通过一滤油器C7与油箱C1相连；溢流阀C302的出油端口与第一换向阀C303的回油端口T口相连形成的共同油路通过一冷却器C6与油箱C1相连。通过该滤油器C7可滤除油箱C1内残留的污染物质，对油泵C202形成保护；通过冷却器C6用于冷却从回油端口回归到油箱C1内的热油，这些热油经过该冷却器C6冷却变成冷油进入到油箱C1中，得以循环使用，从而有效地控制了整个系统在工作中的发热情况，确保整个系统稳定且高效地运行。

[0046] 在此具体实施例中，油泵C202的进油端口与滤油器C7的第一端口相连，滤油器C7的第二端口与油箱C1相连。

[0047] 在此具体实施例中，溢流阀C302的出油端口与第一换向阀C303的回油端口T口相连形成的共同油路与冷却器C6的第一端口相连，冷却器C6的第二端口与油箱C1相连。

[0048] 在此具体实施例中，油箱C1具有液位计C5。通过液位计C5用于方便地对油箱C1内的液位高度进行观察，以便于及时对油箱C1进行补油，从而确保整个系统的稳定运行。

[0049] 在此具体实施例中，油箱C1的加油口上设置有空气滤清器C8。该空气滤清器C8能维持油箱C1内的压力和大气压力的平衡，同时在对油箱C1进行补油时，油液可先经过该空气滤清器C8滤除掉油液内的脏物颗粒，从而使进入到油箱C1内的油液更为纯净，对整个系统形成保护。

[0050] 在此具体实施例中，伺服驱动器C201上设置有第一压力传感器C9和第一压力表C10。第一压力传感器C9和第一压力表C10两者配合用于有效监控整个系统的工作压力。

[0051] 在此具体实施例中，第一插装阀C304的主油路出油端口所接出的油路上设置有第二压力表C11和第二压力传感器C12。第二压力表C11和第二压力传感器C12两者配合用于有效监控高压油缸4有杆腔45的工作压力。

[0052] 上述背压控制系统的具体工作原理为：工作前先在电脑中设置好比例调压阀C308的线性（即输入电信号与输出压力的对应关系），然后通过程序控制，使比例调压阀C308的输出压力等于高压油缸4松退时的设定背压压力，此时比例调压阀C308的输入信号值可通过线性关系转换得出，也可以通过手动调节。当开始起高压时，第一换向阀C303高压锁模电磁铁得电、第二换向阀C305得电、伺服驱动器C201控制伺服电机C203发生转动，伺服电机C203带动油泵C202转动，液压油从油箱C1流经滤油器C7吸入油泵C202，并向整个系统提供压力油，液压油经油泵C202的出油端口压入第一换向阀C303后继续压入到第一插装阀C304，第一插装阀C304的先导油口流经第二换向阀C305后流入油箱C1，先导泄压，压力油压开第一插装阀C304后流入高压油缸4的有杆腔45，无杆腔44中的液压油经第一换向阀C303的回油端口T口流回油箱C1。当合模起高压结束后，能源单元C2停止工作，伺服电机C203和油泵C202不运转，第三换向阀C307得电，第一换向阀C303高压锁模电磁铁依旧得电，第二换向阀C305断电回位，注射工作开始，由于注射压力作用在模具上，注射过程中模具内物料膨胀挤压推动模具和移动模板3慢慢后移，带动拉杆43慢慢后移，使高压油缸4的有杆腔45内的液压油被压出有杆腔45，此时高压油缸4的有杆腔45回油经第二插装阀C306的先导控制油口并流向第三换向阀C307，后流入比例调压阀C308。当回油压力慢慢增大至比例调压阀C308的系统调定压力时，压力油先冲开比例调压阀C308的先导油路并回油箱C1，此时第二插装阀C306的先导油压达到最大值，随着模具内物料继续膨胀挤压推动模具，主回路压力继续增大，将冲开第二插装阀C306的主油路并流回油箱C1，以此起到高压油缸4回位背压的效果，且因为存在背压，高压油缸4在注射被动回位时速度不会过快，高压油缸4在速度可调节范围内回位。