Herstellung und Bearbeitung von UHMW-PE (Stäbe und Bleche …)

Ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE, UHMW) ist eine Untergruppe des thermoplastischen Polyethylens.Auch als hochmoduliges Polyethylen (HMPE) bekannt …

Ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMW-PE) ist ein technischer Thermoplast mit einem Molekulargewicht von mehr als 3,1 AMU (Atommasseneinheiten).Das hohe Molekulargewicht verbessert eine Reihe wichtiger physikalischer Eigenschaften, darunter nicht zuletzt eine hervorragende Abriebfestigkeit, eine hohe Schlagzähigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten.Darüber hinaus verfügt das Polymer über eine gute chemische Beständigkeit, hervorragende Schalldämpfungseigenschaften, hervorragende dielektrische und elektrische Isoliereigenschaften und nimmt keine Feuchtigkeit auf.

Diese Eigenschaften in Kombination mit der einfachen Bearbeitung machen UHMW-PE zu einem kostengünstigen Material, das die FDA- und USDA-Anforderungen für den direkten Lebensmittelkontakt erfüllt und häufig in der Lebensmittel-, Getränke-, Medizin- und Pharmaindustrie eingesetzt wird.Die porenfreie Qualität von UHMW-PE hemmt das Wachstum von Pilzen oder Bakterien.UHMW-PE wird auch häufig in der Textil-, chemischen Verarbeitungs-, Zellstoff- und Papier-, Bergbau-, Schifffahrts-, Stahl-, Wasser- und Abwasseraufbereitungs-, Schüttguthandhabungs- und Landwirtschaftsindustrie eingesetzt.

Die Eigenschaften von UHMW-PE können durch den Einsatz von Zusatzstoffen wie Farbstoffen, UV- und Hitzestabilisatoren, Antistatikmitteln, verschleißfesten Füllstoffen und reibungsmindernden Schmiermitteln verbessert werden.Metalle oder Erze können verwendet werden, um das Gewicht zu erhöhen und das Polymer magnetisch erkennbar zu machen, während andere Füllstoffe die Umgebungstemperatur erhöhen.

Da UHME-PE ein teilkristallines Polymer ist, muss es entweder durch Formpressen oder Ram-Extrusion gesintert werden.Das Glühen vor der Bearbeitung trägt dazu bei, die durch das Sintern verursachten Bearbeitungsspannungen zu beseitigen.Fertig bearbeitete Teile können auch geglüht werden, diese Teile müssen jedoch während des Abkühlvorgangs fixiert werden, um eine Schrumpfung während des Glühens zu ermöglichen.Vor dem Spannungsabbau sollte eine Grobbearbeitung erfolgen, damit Maßänderungen bei der Endbearbeitung berücksichtigt werden können.

UHMW-PE ist in Standardplatten, Stäben und Rohren zur Herstellung formstabiler Teile erhältlich und kann gesägt, gefräst, gedreht, gehobelt, gebohrt oder gestanzt werden.Schneidwerkzeuge sollten große Spanwinkel und ausreichend Freiraum zum Schiff haben, um ein Verstopfen zu verhindern.Die Vorschubgeschwindigkeiten sollten hoch sein, damit das Schneidwerkzeug möglichst wenig Zeit hat, das Material durch Reibung zu erwärmen.Es sollte darauf geachtet werden, die Werkzeuge scharf zu halten, da UHMW-PE die Werkzeugschneidkanten schnell stumpf machen und zu einer Verformung der Teile führen kann.Durch die Verwendung geeigneter Schneidwerkzeuge können hochwertige Oberflächengüten erzielt werden. Versuche, schlechte Ergebnisse durch Feilen oder Schleifen zu verbessern, führen jedoch im Allgemeinen zu einer Verschlechterung des Erscheinungsbilds.

Bei den meisten Bearbeitungsprozessen liegen die Toleranzen zwischen +/-0,005 und +/-0,010.Das Ablängen von Streifen mit einer Säge würde jedoch typischerweise bei +/- 0,030 liegen, da die relativ hohe Rate der linearen thermischen Ausdehnung und Kontraktion von UHMW-PE die Länge eines Stücks anfällig für Umweltveränderungen macht.

Bearbeitungsprozesse

Sägen: Beim Kreissägen erzielen hartmetallbestückte Sägeblätter die besten Ergebnisse.Eine Klinge mit einem Durchmesser von 12–14 Zoll sollte etwa 24 Zähne haben.Die Vorschubgeschwindigkeiten können zwischen 10 und 40 Fuß pro Minute liegen.Zum Bandsägen werden ein Sägeblatt mit drei Zähnen pro Zoll, ein Räummessersatz und ein positiver Spanwinkel empfohlen.Die Vorschubgeschwindigkeiten liegen zwischen 10 und 40 Fuß pro Minute.

Drehen: Verwenden Sie Schnellarbeitsstahl-Werkzeugeinsätze mit 10 Zoll Vorder- und Seitenabstand und 15–30 Zoll Span.Es sind niedrigere Schnittgeschwindigkeiten zwischen 600 und 1.000 Fuß pro Minute erforderlich.Allerdings ist es oft notwendig, mit einer höheren Drehzahl zu laufen, um die Späne von der Maschine fernzuhalten.Schneidflüssigkeiten sollten nicht notwendig sein, aber ein Druckluftstoß hilft manchmal bei der Spanentfernung.Wenn Sie enge Toleranzen oder ein sehr dünnwandiges Teil aus UHMW-PE erreichen möchten, bearbeiten Sie es in Durchgängen.Entfernen Sie beim ersten Durchgang das meiste Material und lassen Sie das Teil dann über Nacht ruhen.

Fräsen: Für die Bearbeitung von Aluminium konzipierte Fräser liefern die besten Ergebnisse.Es wird eine Schnittgeschwindigkeit von 600 bis 1.800 Fuß pro Minute empfohlen, mit einer Vorschubgeschwindigkeit von etwa 0,01 Zoll pro Umdrehung.Fräser eignen sich gut zum Schlitzen und leichten Fräsen.

Hobeln: Holzhobel reduzieren problemlos die Dicke und glätten die Oberfläche von UHMW-PE.Eine stabile Maschine mit scharfen Messern ermöglicht eine sehr effiziente Materialentfernung und eine gute Oberflächengüte.Um die Möglichkeit einer Verformung bei der Bearbeitung von UHMW-PE zu minimieren, hobeln Sie die Hälfte der gewünschten Dicke von jeder Seite des Blechs.

Bohren: Herkömmliche Hochgeschwindigkeitsbohrer sind für die meisten Bohranwendungen ausreichend.Für eine optimale Leistung verwenden Sie spezielle Bohrer mit niedriger Helix und polierten Spannuten.Das Bohren von Pilotlöchern vor dem Bohren eines großen Lochs wird für UHMW-PE nicht empfohlen, da der Bohrer aufgrund seiner Eigenschaften greift und sich in das Material hineinzieht.

Schleifen/Schleifen: Aufgrund der abriebfesten Eigenschaften von UHMW-PE sind Schleifen und Schleifen normalerweise wirkungslos.Tatsächlich kann das Schleifen dazu führen, dass das Material schmilzt und verschmiert, was zu einer Verstopfung der Schleifscheibe führt.

Mit Zusatzstoffen wie Glas oder Metalloxiden modifiziertes UHMW-PE führt zu einer kürzeren Werkzeuglebensdauer.Obwohl Hartmetallwerkzeuge die Lebensdauer des Werkzeugs verlängern, sind höhere Geschwindigkeiten und Vorschübe erforderlich.Einige Materialien mit einem sehr hohen Anteil an abrasiven Zusätzen sind für die Bearbeitung mit keiner Methode geeignet.

Formen und Schweißen

UHMW-PE kann vor Ort warmgeformt werden, um einfache Biegungen und Winkel herzustellen, die die Installation erleichtern.Unabhängig davon, welche Methode gewählt wird – Taschenlampe, Elektroheizung, Ofen oder Bad – ist Vorsicht geboten und alles daran gesetzt, das Material nicht zu überhitzen.UHMW-PE brennt wie alle anderen Kunststoffe unter ungeeigneten Bedingungen.Darüber hinaus dauert der gesamte Kühlzyklus aufgrund der hohen Wärmespeichereigenschaften von UHMW-PE etwas länger als der Heizzyklus.Auf Beton- oder Metalloberflächen sollte keine Abkühlung erfolgen, da der Prozess zu schnell abläuft und zusätzliche Spannungen in das Material gelangen können.Eine weitere Empfehlung besteht darin, das Material mit einer Isolierdecke aus einem Material wie Glasfaser abzudecken.

Kaltverformbares UHMW-PE wird häufig verwendet, wenn Kurven und Winkel angepasst werden müssen.Unabhängig davon, ob eine Abkantpresse, Walzen, Handformen oder die Verwendung von Bolzen zum Ziehen und Formen des Werkstücks verwendet wird, müssen die Winkel und Kurven um bis zu 75 bis 100 Prozent überbogen werden, um den Rückfederungseffekt von UHMW-PE auszugleichen.Das Risiko von Spannungsrissen kann durch die Verwendung von Blechen mit einer Dicke von 3/8 Zoll oder dünner beim Kaltumformen verringert werden.

Das Rotations- oder Reibschweißen kann mit einer Standarddrehmaschine mit 550 bis 560 U/min und der Fähigkeit, die Drehung sofort zu stoppen, wenn die Bremse betätigt wird, und einer Metallstützplatte aus ¼-Zoll-Stahl mit einem Durchmesser, der etwas kleiner als der Flansch ist, erreicht werden OD.Bei dieser Art von Schweißung ist eine vollständige Kristallisation von 48 Stunden erforderlich, bevor das Rohr in Betrieb genommen werden kann.

Beim Stumpf- oder Heizplattenschweißen zum Verbinden flacher Bleche zu langen Stücken oder Spulen ist die Verwendung eines mit einem Antihaftmittel beschichteten Metallheizwerkzeugs erforderlich, das die erforderliche Temperatur erreichen kann, um das Polymer in einen geschmolzenen Zustand zu bringen.Dieses Verfahren erfordert den Einsatz spezieller Wilding-Geräte, um gleichmäßige Schweißnähte mit einer Festigkeit zwischen 85 und 100 Prozent der ursprünglichen Materialfestigkeit zu erzielen.

Klebstoffe

Die porenfreie Oberfläche von UHMW-PE mit niedrigem Reibungskoeffizienten erschwert es jedem Klebstoff, in das Polymer einzudringen und eine Verbindung zu bilden.Wenden Sie sich an Ihren Klebstofflieferanten, um die empfohlenen Verfahren zum Verkleben von UHMW-PE mit verschiedenen Substraten zu erfahren. Für die meisten Anwendungen werden jedoch mechanische Befestigungselemente empfohlen.