超高分子量聚乙烯管生产工艺的发展

单螺杆挤出机挤出超高分子量聚乙烯管技术是通过螺杆的塑化和推进作用，真正实现了管道的连续挤出，效率显著提高，使超高分子量聚乙烯管的加工技术上了一个新的台阶。 北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所于1994年成功的研制出Φ45型超高专用单螺杆挤出机挤出了棒材小管材片材及线材，从设备根本上解决了单螺杆挤出的难题，并进行了系统的试验及理论研究，充分掌握了超高分子量聚乙烯管的螺杆输送机理，为工业化生产奠定了理论基础。 （一）工艺路线 以UG系列超高分子量聚乙烯管单螺杆挤出管材技术为例，其工艺路线为：原料配混-挤出机内熔塑化-模具成型-冷却定型-牵引-定长切割-自动堆放。 混料 使用高速混合机，将超高树脂、加工助剂等物料通过高速搅浑得到均匀 分散，并通过摩擦生热除去所含的水分。 （二)塑化挤出 混合完毕的物料从料斗喂入挤出机，经加料、压缩、熔融、均化等过程，在外加热和螺杆剪切作用下，由粉状固体逐步变化为高粘弹性体，并连续经机头挤出。 (三) 模具成型 在适宜的设定温度下，从挤出机挤出来的超高熔体通过过滤板由旋转运动变为直线运动进入管材模具，经过分流筋后逐步在成型段融合为管状型胚。 （四）冷却定型 从模具挤出的热管胚进入冷却定径装置，物料的温度逐渐下降，直至降到室温为止，这时管胚在始终保证外部形状的情况下固定定型。 （五)牵引 已成型的管材在牵引装置的作用下均匀地向前移动。 （六）切割 在光电信号的控制下，通过旋转飞刀式切割机来完成管材的定长切断，并使断面平整。 （七)堆放 （八)被切断的管材前移，在光电信号的控制下被机构推到侧边码放在来，在由 工人搬走。 上述生产过程实行挤出、定型、牵引、切割的联动控制，保证了生产的连续 化和 自动化，操作简单，过程稳定，管材长度可任意设定。 2 工艺条件 为了使超高分子量聚乙烯管能够在普通挤出机上进行挤出加工，人们通过共混改性的方法改善管道的流动性能，如中相对分子质量聚乙烯共混改性、液晶聚合物改性。 将超高分子量聚乙烯管与一定比例的中相对分子质量聚乙烯进行混合，该中相对分子质量聚乙烯在超过其熔点时，行为极像液体，因此当把管道与中相对分子质量聚乙烯的混合物加热到中相对分子质量聚乙烯的熔点以上时，超高粉料悬浮在中相对分子质量聚乙烯的液相中，形成一种可泵送的浆液物质。 添加中相对分子质量聚乙烯可改进超高树脂的加工性能，但同时也使超高的某些物理性能下降，如冲击强度，耐腐蚀性等，如果加入低于百分之一的质量分数的成核剂，热解硅石，即可减少中相对分子质量聚乙烯对超高物理性能的影响。采用的成核剂颗粒要小，表面积大，粒径尺寸为5-10μm表面积为100-400平方米。 液晶共混改性 清华大学化工系高分子系研究所采用液晶高分子对超高进行共混改性，获得流动性较好的超高合金，从而可采用单螺杆挤出机加工管材。 LCP是20世纪80年代中期才工业化的一种高性能工程材料，是指定在一定条件下形成液晶态的高分子。LCP的分子链为棒状刚性链或半刚性链的独特结构，熔体粘度低，成型加工流动性好，采用原位复合技术，对超高的加工性能进行改性。 在保证品质性能的前提下为了尽量减小挤出阻力和功率消耗，添加价格低廉的复合型流动改性助剂，以内润滑和外润滑的方式降低熔体粘度和对设备的粘附，并提高熔体强度以保证管胚的顺利牵引。 研究表明如果螺杆、管机头。工艺配方某一方面设计不合理，将无法实现挤出的连续化和稳定化，甚至得不到完整的管胚，可能出现下列现象: 管胚在模具口处发生开裂 管胚在圆周方向的不同局部处无规律的交替出料而不能形成完整的管胚。 虽然形成完整管胚但时停时出。 管胚熔体强度不足而被牵引力拉断。 一但出现上述现象，虽年能挤出却根本无法实现稳定的连续生产，这时单纯的改善超高加工流动性的工艺配方，虽通过了实验却在实际挤出管材时尤其是挤出较大的直径管材时所常常遇到的难题。UG系列单螺杆挤出技术从设备和工艺配方两方面着手，克服了这些现象，从而实现了超高稳定连续挤出的工业化生产。

超高分子量聚乙烯管性能及使用寿命

1、超高分子量聚乙烯管的抗冲击性。 超高分子量聚乙烯管的抗环境应力、开裂能力、抗刻划能力居各类塑料之首，其中抗冲击强度常温下是PE100的10倍以上，-30℃时是PE100的16倍以上;抗开裂能力是PE100的2倍左右，而且环境温度越低，抗冲击能力越强。它的这种超凡的柔韧性，使得它无需复合钢管，便可以抵御各种外力冲击、地壳变形，而且比钢管更安全、更可靠。 2、超高分子量聚乙烯管的耐磨性是钢的4～7倍，聚乙烯、聚丙烯的10倍，是PE的2-3倍,输送粉煤灰一类小颗粒浆体效果更佳。 3、超高分子量聚乙烯管具有超强的耐腐蚀性，超高分子量聚乙烯是一种饱和分子团结构，化学性能非常稳定，能耐各种腐蚀性介质和有机溶剂的侵蚀，比聚乙烯、聚丙烯、尼龙、ABS等塑料更耐腐蚀。 4、超高分子量聚乙烯管具有不粘着性，它的化学和物理极性低于普通塑料，例如聚乙烯极性为9，超高只有1。比金属材料当然更低，所以普通粘接剂对超高不起作用。同样，结垢物质也难以附着。只要浆体流速达到2.3～4.6米/秒，结垢就难以形成。即使长期缓慢积累形成垢层，也不牢固，容易清除。而且酸洗无需加缓蚀剂，酸洗后表面光滑如初，管壁不受侵害。 5、超高分子量聚乙烯管的理论使用寿命可达几百年，超高分子量聚乙烯管的老化速度和脆化速度非常缓慢，埋地使用50年，其机械性能仅降20%左右，超高分子量聚乙烯管防老化性能优于PE100，聚乙烯管道抗老性能高出PE100管材1/4左右，抗紫外线性能与PE100相同，都按国家规定添加2.5%碳黑。抗疲劳强度高于PE100约16倍以上。 6、超高分子量聚乙烯管的摩擦系数仅为新钢管的1/6，普通聚乙烯的1/5，橡胶的1/20，聚丙烯的1/2。超高分子量聚乙烯管的流动系数“C”为160。而新钢管只有130，旧钢管则下降到95，对于灰浆输送这种恶劣工况，钢管的“C”指数只有60～80。而且超高分子量聚乙烯管的耐磨性和不粘性、耐腐蚀性又可使管壁始终保持光滑畅通，流通能力一般高出钢管50%以上，使传输系统长期保持低压畅通状态。 7、超高分子量聚乙烯管的抗拉屈服强度和抗拉断裂强度较高，热变形温度高出普通塑料十几倍，而冷脆温度几乎没有下限，加之100%的延伸率，所以，可在较大温度范围内，承受较大的管子应力，吸收冲击载荷和关停出现的水压波动。