外部加热元件和温度传感器构成了一个关键的闭环控制系统，旨在将超高分子量聚乙烯（UHMWPE）维持在特定的热窗口内，通常在100°C至130°C之间。这种精确的调节确保聚合物保持接近但严格低于其熔点，使其软化到足以进行加工，同时保留其固态特性。
精确的热控制是实现固态挤出高比拉伸的关键。它激活了聚合物的塑性应变率，以降低挤出阻力，而不会进入熔融状态。
热调节的机制
加热元件的作用
外部加热元件负责通过挤出机筒壁传递热能。
它们的主要功能是将UHMWPE粉末或压实棒的温度升高到塑性流动状态。
传感器的战略性放置
温度传感器是挤出机筒的神经系统。
为了确保稳定性，这些传感器安装在靠近机筒内壁的位置。
这种近距离提供了高灵敏度，使系统能够立即对微小的热波动做出反应，防止它们影响材料的完整性。
为什么温度控制决定了过程稳定性
激活塑性应变率
热量的施加不仅仅是加热材料；它从根本上改变了聚合物链对压力的响应方式。
适当的加热激活了聚合物的塑性应变率。
这种激活使得材料能够发生塑性变形而不是弹性变形，这对于连续挤出至关重要。
降低屈服应力
随着温度接近100°C–130°C的范围，UHMWPE的屈服应力显著降低。
这种降低降低了整体挤出阻力，减少了挤出硬件的机械负载。
实现高比拉伸
随着屈服应力的降低和塑性的激活，材料可以进行高比拉伸。
这种拉伸对分子链进行取向，这是固态挤出UHMWPE优异机械性能的来源。
理解权衡
熔点阈值
该过程依赖于微妙的平衡：材料必须足够热以流动，但又足够冷以保持固态。
如果传感器未能调节热量，温度超过熔点，聚合物链将重新缠结。
过热的代价
一旦由于熔化发生重新缠结，固态挤出的好处就会丧失。
材料会失去其分子取向，导致产品的机械强度与正确挤出的固态型材相比有所下降。
优化您的挤出设置
为确保UHMWPE挤出的一致高质量输出，请考虑以下操作重点：
- 如果您的主要重点是过程稳定性：确保传感器尽可能靠近机筒内衬嵌入，以最大限度地减少热滞后并缩短反应时间。
- 如果您的主要重点是材料强度：严格将最高温度保持在130°C以下，以防止链重新缠结并保持分子取向。
成功的固态挤出取决于保持聚合物足够可塑以进行拉伸，但又足够冷以抵抗熔化的纪律。
总结表：
| 组件 | 主要功能 | 对过程稳定性的影响 |
|---|---|---|
| 外部加热元件 | 将热能传递到机筒壁 | 激活塑性流动并降低屈服应力。 |
| 温度传感器 | 监测内机筒壁热量 | 提供实时数据以防止熔化/重新缠结。 |
| 闭环控制 | 将热量调节在100°C–130°C之间 | 降低挤出阻力，同时保持固态。 |
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参考文献
- Fotis Christakopoulos, Theo A. Tervoort. Solid‐state extrusion of nascent disentangled ultra‐high molecular weight polyethylene. DOI: 10.1002/pen.26787
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
