소개

UHMWPE 파이프의 경우 폴리머를 튜브로 만드는 것은 제조 문제의 첫 번째 부분일 뿐입니다.

더 어려운 부분은 튜브 전체 길이를 일관되게 유지하는 것입니다.

파이프는 정확한 공칭 직경을 가지면서도 벽 두께, 밀도, 내부 구조 또는 잔류 응력에 변화가 있을 수 있습니다. 이러한 변화는 재료가 성형 다이에 도달하기 전에 발생하는 상황과 밀접한 관련이 있습니다.

UHMWPE는 매우 높은 분자량으로 인해 용융 점도가 매우 높고 용융 유동성이 매우 낮기 때문에 문제를 더욱 복잡하게 만듭니다. 이것이 UHMWPE가 표준 압출 공정에서 기존 폴리에틸렌처럼 처리되기보다는 일반적으로 압축 성형이나 램 압출로 가공되는 이유 중 하나입니다.

램 압출의 경우 분말이 연속적으로 압축되어 가열된 다이를 통해 밀어집니다. 생산 결과는 재료 자체뿐만 아니라 분말이 성형 시스템을 통해 얼마나 일관되게 공급, 압축, 가열 및 이동되는지에 따라 달라집니다.

이것이 벽의 균일성이 시작되는 곳입니다.

파이프 벽은 다이에 도달하기 전에 만들어집니다.

성형 다이가 최종 벽 두께를 결정한다고 가정하기 쉽습니다.

다이는 확실히 프로파일을 결정하지만 다이에 들어가는 재료는 이미 몇 가지 중요한 단계를 거쳤습니다.

UHMWPE 분말이 기계에 들어가고 왕복 램에 의해 점진적으로 압축됩니다. 각각의 램 이동은 분말의 일부를 압축하고 가열된 성형 영역을 향해 고화된 재료를 밀어냅니다. Braskem은 이를 내부 다이 섹션이 최종 프로파일을 결정하는 가열된 다이를 통한 연속적인 분말 포장 및 이동으로 설명합니다.

이로 인해 일반 스크류 압출과는 매우 다른 생산 상황이 발생합니다.

기존의 PE 압출기는 흐르는 폴리머 용융물을 연속적으로 운반합니다. UHMWPE 램 압출에서 재료는 주로 정변위와 압축에 의해 이동됩니다.

분말 충전이 일관되지 않으면 성형 조건도 일관되지 않을 수 있습니다.

따라서 다이 개구부만 보면 파이프를 제대로 제어할 수 없습니다.

분말 포장은 성형 공정에 직접적인 영향을 미칩니다

UHMWPE 분말이 연속적인 폴리머 구조가 되기 전에 분말 입자가 긴밀하게 접촉되어야 합니다.

압축의 정도와 균일성은 후속 가열 및 경화 중에 재료가 거동하는 방식에 영향을 미칩니다.

균일하지 않은 분말 충전으로 인해 밀도에 국부적인 차이가 발생할 수 있습니다. 재료가 가열된 섹션에 들어갈 때 이러한 차이는 서로 다른 영역이 얼마나 빨리 통합되는지에 영향을 미칠 수 있습니다.

이는 특히 두꺼운-벽 제품과 관련이 있습니다.

두꺼운 UHMWPE 파이프는 벽 전체를 즉시 가열하지 않습니다. 열은 가열된 표면에서 벽 내부의 재료 쪽으로 이동해야 합니다. UHMWPE는 또한 상대적으로 열전도율이 낮기 때문에 가공 중에 단면을 통한 온도 분포를 주의 깊게 제어해야 합니다. UHMWPE 가공에 대한 연구에 따르면 재료의 열 거동과 제한된 용융 이동성으로 인해 가공 조건이 성형 품질의 중요한 부분이 되는 것으로 나타났습니다.

따라서 생산 목표는 단순히 "분말을 가열하는 것"이 ​​아닙니다.

압력과 치수 제어를 유지하면서 성형 구간 전반에 걸쳐 충분한 열 조건을 달성하기 위한 것입니다.

온도는 - 충분히 높아야 하지만 임의로 높아서는 안 됩니다.

UHMWPE는 저점도 폴리머와 같은 방식으로 온도에 반응하지 않습니다.-

융점은 약 155도이지만 분말 입자의 완전한 융합에는 더 높은 가공 온도가 필요하며 융점 이상에서도 재료의 유동성이 여전히 매우 낮습니다.

이로 인해 중요한 처리 창이 생성됩니다.

열 조건이 충분하지 않으면 분말 입자가 적절하게 고화되지 않을 수 있습니다.

재료가 과도한 열 조건에 노출되거나 너무 오랫동안 높은 온도에 유지되면 열 저하가 문제가 됩니다. 가공 문헌에는 또한 UHMWPE의 열 전도성이 낮아 재료 내부에 국부적인 열 축적이 발생할 수 있다고 명시되어 있습니다.

따라서 파이프 생산의 경우 문제는 단순히 가열 컨트롤러에 표시되는 온도가 아닙니다.

재료 자체는 성형 섹션 전반에 걸쳐 필요한 열 조건에 도달해야 합니다.

이것이 가열된 다이가 공정에서 중요한 부분인 이유 중 하나입니다.

가열된 다이는 체류 시간을 제어합니다.

성형 다이는 파이프에 최종 모양을 부여하는 것 이상의 역할을 합니다.

가열된 길이는 성형 영역을 떠나기 전에 압축된 재료가 제어된 열 조건에서 유지되는 시간을 결정합니다.

Braskem은 특히 가열된 다이 구역 길이, 램 스텝 및 램 이동 규칙성을 생산 속도에 영향을 미치는 요인으로 식별합니다.

램의 움직임이 변하면 어떤 일이 일어나는지 생각해 보십시오.

더 빠른 움직임은 단위 시간당 가열된 부분을 통과하는 재료의 양을 변경합니다. 이에 따라 재료의 열 이력도 변경됩니다.

느린 움직임은 그 반대입니다.

이는 생산 속도가 열 제어와 분리될 수 없음을 의미합니다. 가열 용량과 다이 길이를 고려하지 않고 출력을 높이면 일관된 통합에 필요한 조건이 방해받을 수 있습니다.

이러한 이유로 UHMWPE 파이프 생산은 단순한 "파우더 인, 파이프 아웃" 작업이 아닌 조화로운 프로세스입니다.

램 움직임으로 인해 공정 맥동이 발생할 수 있음

간과하기 쉬운 또 다른 특징이 있다.

램 압출 시스템은 지속적인 스크류 회전보다는 왕복 운동을 사용합니다.

램이 전진하여 분말을 압축하고 물질을 앞으로 밀어냅니다. 그런 다음 다음 충전 및 압축 주기를 위해 돌아옵니다.

이는 프로세스에 고유한 순환 동작이 포함되어 있음을 의미합니다.

UHMWPE 램 압출에 대한 연구에 따르면 간헐적인 공급 및 압축으로 인해 공정이 기술적으로 준연속적이며{0}}주기적인 스탬핑 작업이 압출된 제품의 잔류 응력에 기여할 수 있습니다. 맥동을 줄이고 프로세스를 연속 작업에 더 가깝게 만들기 위해 여러-플런저 시스템이 개발되었습니다.

따라서 파이프 생산에서는 안정적인 램 움직임을 유지하는 것이 중요합니다.

움직임이 불규칙할 경우 압력 및 재료 전달 조건도 변동될 수 있습니다.

목표는 단순히 충분한 힘을 생성하는 것이 아닙니다. 힘은 반복적이고 일관되게 적용되어야 합니다.

다이 형상이 최종 파이프 프로파일을 결정합니다.

재료가 충분히 고형화되고 가열되면 성형 다이를 통과합니다.

다이의 내부 섹션은 관형 기하학적 구조를 설정합니다. 파이프 생산에서 여기에는 외경, 내경 및 벽 두께 간의 관계가 포함됩니다.

성형 형상이 변경되면 파이프 주변의 재료 분포가 변경됩니다.

이러한 이유로 금형 설계는 금형에 들어가는 재료와 함께 고려해야 합니다. 이론적으로 올바른 다이는 불안정한 분말 공급이나 일관성 없는 압축 업스트림을 보상할 수 없습니다.

다이는 또한 상당한 기계적 부하를 견뎌야 합니다. 램은 점성이 높은 UHMWPE 소재로 인해 발생하는 저항과 성형 공정과 관련된 마찰을 극복해야 합니다. Braskem은 생산성과 제품 품질에 영향을 미치는 요소 중에서 압출기 부품의 유압력과 기계적 강도를 식별합니다.

냉각으로 인해 최종 치수가 변경될 수 있음

파이프는 가열된 다이를 떠나자마자 변화를 멈추지 않습니다.

냉각으로 인해 폴리머 구조가 수축되고 안정화됩니다.

관형 섹션의 경우 외부 표면과 내부 표면은 정확히 동일한 열 이력을 경험하지 않을 수 있습니다. 따라서 냉각 속도는 치수 안정성과 잔류 응력에 영향을 미칩니다.

이는 파이프 치수와 벽 두께가 증가함에 따라 더욱 중요해집니다.

냉각의 목적은 단순히 파이프를 최대한 빨리 차갑게 만드는 것이 아닙니다. 벽을 통해 불필요한 열차를 발생시키지 않고 성형된 프로파일을 안정적인 치수 상태로 만드는 것입니다.

이는 다운스트림 냉각 및 성형 장비가 UHMWPE 램 압출 시스템 자체의 일부로 간주되는 이유이기도 합니다.

벽 두께가 하나의 숫자로 제어되지 않는 이유

구매자가 UHMWPE 파이프를 지정할 때 벽 두께는 일반적으로 치수 요구 사항으로 제공됩니다.

그러나 제조 과정에서 벽 두께를 유지하는 것은 함께 작동하는 여러 공정 조건에 따라 달라집니다.

이것이 바로 벽 두께를 "다이에 의해 생성된" 것으로만 보아서는 안 되는 이유입니다.

다이는 형상을 정의하지만 전체 성형 공정의 안정성에 따라 해당 형상이 얼마나 일관되게 재현되는지가 결정됩니다.

프로세스가 불안정하면 어떻게 되나요?

공정이 불안정하다고 해서 즉시 명백한 결함이 발생하는 것은 아닙니다.

파이프는 외부에서 보면 여전히 매끄러워 보일 수 있습니다.

그러나 일관되지 않은 처리는 치수 균일성, 내부 압밀 및 잔류 응력에 영향을 미칠 수 있습니다. 램 압출에 대한 연구에서는 특히 잔류 응력을 간헐적 압축 공정의 결과 중 하나로 식별했으며 일부 압출 제품에서는 이러한 응력을 줄이기 위해 어닐링을 사용했습니다.

이는 UHMWPE 파이프의 경우 연마성 슬러리 운송과 같은 까다로운 서비스를 위해 재료가 선택되기 때문에 특히 중요합니다.

파이프 벽은 내부 표면이 지속적인 입자 충격과 미끄럼 마모에 노출되는 동안 구조적 무결성을 유지해야 합니다.

따라서 제조 일관성은 서비스 성과와 연결됩니다. UHMWPE의 우수한 내마모성은 열악한 성형 품질을 보상할 수 없습니다.

제조업체가 공정을 모니터링하는 방법

안정적인 생산 라인에는 최종 치수 검사뿐 아니라 성형 공정 전반에 걸쳐 제어 지점이 필요합니다.

원료 분말은 일관된 공급이 필요합니다. 다짐단계에서는 안정적인 램의 움직임이 필요합니다. 난방 시스템에는 충분한 용량과 안정적인 열 조건이 필요합니다. 성형 다이는 기계적 부하 하에서도 형상을 유지해야 합니다. 완성된 프로파일을 안정화하려면 냉각이 필요합니다.

그런 다음 최종 파이프의 치수 요구 사항 및 기타 지정된 품질 특성을 확인할 수 있습니다.

이 접근 방식은 단일 최종 측정에 의존하는 것보다 더 유용합니다.

파이프에 치수 편차가 있는 것으로 밝혀지면 전체 성형 순서를 이해하면 문제가 분말 공급, 압축, 가열, 다이 조건 또는 냉각에서 비롯되었는지 조사할 수 있습니다.

결론

UHMWPE 파이프 제조는 단순히 폴리머 분말을 가열하고 이를 금형에 통과시키는 문제가 아닙니다.

어려운 부분은 분자량이 매우 크고 용융 유동성이 매우 낮은 재료를 압축, 가열, 고화 및 성형하는 동안 안정적인 성형 환경을 유지하는 것입니다.

램 압출에서는 분말 패킹, 램 이동, 가열된 다이 길이, 열 조건, 다이 형상 및 냉각이 모두 최종 파이프 구조에 영향을 미칩니다.

이것이 UHMWPE 파이프 벽 품질 제어가 재료가 최종 성형 다이에 도달하기 훨씬 전에 시작되는 이유입니다.

채광용 파이프 제조업체의 실제 제조 과제는 올바른 치수의 UHMWPE 파이프를 생산하는 것 뿐만이 아닙니다. UHMWPE에 내마모성과 인성을 부여하는 통합 폴리머 구조를 유지하면서 파이프의 한 섹션에서 다음 섹션까지 이러한 치수를 일관되게 생성합니다.

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