一种超聚乙烯多孔热固化结构及固化方法

1.本发明涉及材料成型加工技术领域，尤其是涉及一种超聚乙烯多孔热固化结构及固化方法。


背景技术：

2.以聚乙烯为原材料通过热固化制作而成的产品不仅价格便宜，而且综合性能优异，耐强酸、强碱的腐蚀，耐有机溶剂的溶解，强度高、耐压能力强，适用于水的处理，化工产品过滤等流量大的工况情况。
3.目前对超聚乙烯产品的加工方法往往是烧结成型，其制造工艺是将聚乙烯粉末倒入模具内压至均匀，并通过对模具进行多次加热，最后脱模成型。通过对模具的加热，此过程中热量的传递方式主要为热传导，因此不可避免地存在温度梯度，使靠近热源的部分过度烧结、远离热源的部分烧结不足。最终所得产品各部分烧结程度不同，硬度不一、孔隙不均，不仅结构强度差，而且影响使用效果。
4.欲使聚乙烯粉末在加工过程中受热均匀，则必须解决温度梯度对生产过程的影响，将热量传递的方式由热传导改变为对流传热。因此，要想提高所得超聚乙烯产品的质量，必须将传统的加热模具的方法改为由液体作为传热的中间介质。而将传统模具浸泡于液体中并直接加热，不仅不能保证热量基本上以对流传热的方式传递，而且换热效率低、渗透性差，液体难以自由进出聚乙烯粉末之间的孔隙。因此，必须从模具、传热系统出发，重新设计一套渗透性、换热性好、以对流传热为主要传热方式的加工装置，制定恰当的工艺过程。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种超聚乙烯多孔热固化结构及固化方法，不仅解决换热不充分的问题，并且最大程度保证热量的主要传递方式为对流换热，以使得所获得的超聚乙烯产品密度、孔隙大小均匀，过滤效果优良；
6.根据本发明的一个目的，本发明提供一种超聚乙烯多孔热固化结构，包括保温腔体、加热腔和模具，所述保温腔体内设有置物架，所述模具水平摆放于所述置物架上，所述保温腔体与所述加热腔之间分别通过进液管和出液管连接，所述进液管上设有温度控制开关和水泵。
7.进一步地，所述保温腔体的上方设有保温腔盖，所述保温腔盖上设有压力调节阀，所述保温腔体与所述保温腔盖上下对置连接，所述保温腔盖的一端设有第一连杆，所述保温腔体的一端设有第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆铰接连接，所述保温腔盖和所述保温腔体的另一端通过锁紧装置连接。
8.进一步地，所述锁紧装置包括第一螺母、垫片和第一螺栓，所述第一螺母、所述垫片和所述第一螺栓将所述保温腔盖与所述保温腔体锁紧。
9.进一步地，所述保温腔体设有进液口和出液口，所述出液口位于所述进液口的上
方，所述进液管与所述进液口连接，所述出液管与所述出液口连接。
10.进一步地，所述模具采用疏松多孔的泡沫金属板拼接而成，所述模具包括上模具、下模具和底盘，所述下模具的腔底有通孔，所述底盘设置在所述下模具的腔底，聚乙烯试样放置于所述底盘和所述上模具之间的模具腔中，所述下模具的边缘设置有连接孔，第二螺栓贯穿所述连接孔与弹簧片和第二螺母连接，将所述上模具和所述下模具压紧。
11.进一步地，所述泡沫金属板采用泡沫铝、泡沫铁镍或泡沫铜镍制成，所述泡沫金属板的孔径为30～50ppi。
12.根据本发明的另一个目的，本发明提供一种超聚乙烯多孔热固化方法，包括以下步骤：
13.s1，对聚乙烯粉末进行预处理，将聚乙烯粉末放入压片模具压实；
14.s2，排尽保温腔体内的溶液，并在加热腔中加入足够的溶液；
15.s3，将压实的聚乙烯试样放入模具腔内，固定好模具，并整齐排列安放于置物架上；
16.s4，封闭容器，加热加热腔中的溶液，待温度达到指定温度时，温度控制开关打开，水泵工作将加热腔中溶液泵送至保温腔体，聚乙烯试样受热保温；
17.s5，保温腔内溢出液体回流至加热腔，加热腔持续加热，当腔内温度降低时温度控制开关、水泵关闭，待温度达到指定温度时重新打开；
18.s6，保温5min～10min后，聚乙烯试样完全受热固化，冷却，待温度降至室温后，脱开模具，去除所得产品上的粘附的溶液。
19.进一步地，在s1中，使用粉末压片机对聚乙烯粉末进行预处理，粉末压片模具的内腔形状与模具内腔形状相同，粉末压片机的压力值范围为8mpa～10mpa。
20.进一步地，在s2中，通过调节压力调节阀的压力，改变择溶液的沸点。
21.进一步地，在s4中，温度控制开关的开启温度为140℃～155℃，即聚乙烯粉末的热固化温度。
22.本发明的技术方案通过以液体作为热量传递的介质，呈多孔结构的模具可以增大聚乙烯试样与外界溶液的接触面积，使溶液能够容易地进出聚乙烯粉末之间的间隙，采用保温腔体和加热腔的结构将加热过程与保温过程分离，并使装置内的溶液流动起来，严格控制保温腔内溶液的温度，以此提高换热效率，提高了模具的渗透性，使聚乙烯试样在加工过程中受热均匀，使得超聚乙烯产品不受温度梯度影响，密度、孔隙均匀，过滤效果优良。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明实施例的结构示意图；
25.图2为本发明实施例图1中a处的局部放大图；
26.图3为本发明实施例模具的结构示意图；
27.图4为本发明实施例泡沫金属板的表面结构示意图；
28.附图标记说明：
29.1、保温腔体；2、保温腔盖；3、第一连杆；4、第二连杆；5、第一螺母；6、垫片；7、第一螺栓；8、压力控制阀；9、模具；901、上模具；902、下模具；903、底盘；904、第二螺母；905、第二螺栓；906、弹簧片；907、通孔；10、置物架；11、出液管；12、加热腔；13、温度控制开关；14、水泵；15、进液管；16、聚乙烯试样；17、溶液。
具体实施方式
30.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.实施例1
34.如图1～2所示，一种超聚乙烯多孔热固化结构，包括保温腔体1、保温腔盖2、第一连杆3、第二连杆4、第一螺母5、垫片6、第一螺栓7、压力调节阀8、模具9、置物架10、出液管11、加热腔12、温度控制开关13、水泵14、进液管15；
35.其中，保温腔体1与保温腔盖2上下对置连接，形成密闭的保温腔，第一连杆3连接于保温腔盖2上，第二连杆4连接于保温腔体1上，第一螺母5、垫片6、第一螺栓7将保温腔盖2与保温腔体1锁紧。使用第一连杆3、第二连杆4的设计，可以达到保温腔可以快速开启与关闭的目的，方便模具9的送入与取出。保温腔除了可以是在保温腔体1顶部开口的上下翻盖式，也可以是在保温腔体1侧面开口的侧开式，设计的最终目的是实现保温腔的快开启与快关闭，实现模具的快送入与快取出。
36.压力调节阀8安装于保温腔盖2上，置物架10放置于保温腔体1之中，模具9水平摆放于置物架10上。置物架10呈多层结构，单层可存放多个模具9，以符合批量生产的要求。保温腔体1设置有进液口与出液口，出液口位于进液口上方。加热腔12一端直接与保温腔体1的出液口连接，另一端连接有温度控制开关13和水泵14，再通过进液管15与保温腔体1的进液口相连接。
37.加热溶液到达一定温度后，温度控制开关13打开，水泵14开始工作。溶液从加热腔
12出发，在水泵14的作用下，经温度控制开关13、水泵14、进液管15到达保温腔体1内。当保温腔体1内溶液水位到达出液口时，溶液由出液口溢出，经出液管11回流到加热腔12中重新加热。当加热腔12内溶液温度达不到温度控制开关13的开启温度时，水泵14关闭，待温度达到指定值时水泵14重新运作。
38.保温腔体1和保温腔盖2连接形成的保温腔、出液管11、加热腔12、温度控制开关13、水泵14、进液管15依次连接形成一闭合回路，闭合回路在工作过程中，能承受不大于2个大气压的压力值。密闭回路工作压力可以调节，目的是选择的一些溶液沸点可能达不到聚乙烯的热固化温度，故设置压力调节阀8扩大对溶液的选择范围。
39.如图3～图4所示，模具9由上模具901、下模具902、底盘903、第二螺母904、第二螺栓905和弹簧片906组成。下模具902腔底有一通孔907，底盘903安装于下模具902腔底，聚乙烯试样放置于底盘903与上模具901之间的模具腔中。固化完成后的产品难免粘附在模具9上，难以脱模。因此，设置通孔907以及底盘903，在脱模时，通过通孔907顶出底盘903，即可完成脱模操作。下模具902边缘设置有连接孔，连接孔内安装第二螺栓905、弹簧片906、第二螺母904，将上模具901压紧。上模具901通过使用弹簧片906以及第二螺母904、第二螺栓905等紧固件固定在下模具902上，一方面，聚乙烯粉末烧结过程中，体积会发生变化，以此方式固定可以使所得到产品保持原有的形状不发生改变、不产生瑕疵；另一方面，弹簧片906的设计可以达到快速拆卸的作用，方便滤芯的大批量生产。
40.所使用的模具9由疏松多孔的泡沫金属板拼接而成，泡沫金属板疏松多孔，有优良的透水性。聚乙烯试样放置于由此材料制作而成的模具9中，可以有效增大试样与水的接触面积，使得固化过程中的传热、换热更加充分。模具9内腔的外形取决于最终希望获得的聚乙烯产品的外形，包括但不限于圆柱体、棱柱体，将泡沫金属板通过切割、折弯等加工方式做成需要的形状，再通过焊接等方式将各块做成所需的模具9，按照此种方法，可以拼接出各种形状的模具9。
41.泡沫金属板的材料可以是泡沫铝、泡沫铁镍、泡沫铜镍之中的一种，但不限于以上几种类型，所述泡沫金属板必须耐高温，并具备一定的强度，能承受车、铣等一般机械加工。
42.所选用的泡沫金属板的孔径不宜过大也不宜过小，如果孔径过大，会造成模具9腔内聚乙烯试样向外泄漏，如果孔隙过小，将导致模具9的透水性降低，阻碍溶液进入聚乙烯粉末之间的孔隙，换热差从而影响固化效果，泡沫金属板的最佳孔径应为30～50ppi。
43.上述一种超聚乙烯多孔热固化方法，包括以下步骤：
44.s1，使用粉末压片机对聚乙烯粉末进行预处理，将聚乙烯粉末放入压片模具压实；粉末压片模具的内腔形状应与模具内腔形状相同，粉末压片机的压力值范围为8mpa～10mpa。
45.s2，排尽保温腔体内的溶液，并在加热腔中加入足够的溶液17；溶液可以是任意不与聚乙烯反应的溶液，溶液选择的原则应当是易于与产品分离、不改变超聚乙烯产品原有的成分及性质，而溶液的沸点则可以通过调节压力调节阀8的压力改变。溶液在固化过程中，充当热量传递的中间介质，本实例通过使用疏松多孔的泡沫金属板作为模具9的材料，增大了溶液与外界液体的接触面积，溶液可以自由进出聚乙烯粉末之间的孔隙，此时孔隙中的溶液相当于无数个细小的热源，将热量传递给聚乙烯粉末，聚乙烯粉末从而受热固化。
46.s3，将压实的聚乙烯试样16放入模具腔内，固定好上模具，并整齐排列安放于置物
架上；
47.s4，封闭容器，加热加热腔中的溶液，待温度达到指定温度时，温度控制开关打开，水泵工作，将加热腔中溶液通过进液管泵送至保温腔体，聚乙烯试样受热保温；温度控制开关13的开启温度为140℃～155℃，即聚乙烯粉末的热固化温度，温度控制开关13的启闭水泵14的启闭同步，避免在温度达不到要求时还将溶液泵送进保温腔体1从而影响固化效果。
48.s5，保温腔体内溢出液体通过出液管回流至加热腔，加热腔持续加热，当加热腔内温度降低时温度控制开关、水泵会短暂关闭，待温度达到指定温度时重新打开；
49.s6，保温5min～10min后，聚乙烯试样完全受热固化，冷却，待温度降至室温后，脱开模具，以烘干、晾晒等方式去除所得产品上的粘附的溶液。
50.本发明分别设置加热腔与保温腔，将加热装置与保温装置分开，区别于直接加热的方式，可以避免热量通过固体之间的接触传递，确保装置的绝大部分热量传递形式以对流传热为主。固化过程中，液体的流动还能有效带动换热，提高换热效率。
51.传统的超聚乙烯滤芯的制造方法，是将聚乙烯粉末倒入模具内压至均匀，并通过对模具进行多次加热，最后脱模成型。采用直接加热模具的方法，热量传递的形式主要为热传导，温度梯度的存在导致超聚乙烯产品固化不均匀，从而影响过滤效果。因此，必须将传递热量的方式由热传导改为对流传热。本发明的技术方案提供一种超聚乙烯多孔热固化结构，以溶液作为传热的介质，通过对模具和传热系统、工艺过程的重新设计，将传统方法中以热传导为主的热量传递方式改变为对流传热。本发明采用疏松多孔的泡沫金属作为制作模具的原材料，呈多孔结构的模具可以增大试样与外界液体的接触面积，溶液可以自由进出模具，并渗透至聚乙烯颗粒之间的孔隙，孔隙内的液滴相当于无数个细小的热源，将热量均匀带给聚乙烯粉末，使粉末在固化过程中受热均匀。采用保温腔盖与保温腔体连接形成的保温腔、出液管、加热腔、温度控制开关、水泵、进液管组成加热系统，将加热过程与保温过程分离，并使装置内的水流动起来，严格控制保温腔内溶液的温度，区别于将模具直接放于加热腔内的液体中并直接加热，不仅解决换热不充分的问题，并且最大程度保证热量的主要传递方式为对流换热。以此种结构生产得到的超聚乙烯产品不受温度梯度影响，密度、孔隙均匀，过滤效果优良。
52.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。