增强超高分子量聚乙烯管在长距离供水工程中的应用

增强超高分子量聚乙烯管是继第四代超高分子量聚乙烯管之后性能更优良，价格低廉的新一代管道传输系统，是利用将分子量 2 5 0 万单位的超高分子量聚乙烯坯料双向拉伸 2 × 2 倍，使新型 PE 管材抗拉强度增强到 50Mp a，比超高分子量聚乙烯管和 PE100 管材抗拉强度 35 和 22 Mpa 分别增强 4 3 % 和 12 7% ，而伸长率则下降到 20 0% ，比 P E1 0 0 管材40 0 % 降低一半，伸长率的下降有利于改善管材的形变应力，当管道承受内水压力时，直径变形越小，其承压能力因直径变大造成的损失就越小。 增强超高分子量聚乙烯管的主要性能： 1.物理机械性能：增强超高分子量聚乙烯管的抗拉强度≥ 42Mpa 和抗环境应力开裂＞ 400 0h 的性能是 PE1 00 的2 倍左右，是超高分子量聚乙烯管的 1.3 倍，抗疲劳强度＞ 50万次是 P E 1 0 0 的 3 0 倍以上，居各种塑料管材之冠。 2.轻质性：其密度为 0.946g/cm 3 ，比水还轻，无需大型的施工机械，给装卸、运输、安装和使用带来了很大方便。 3.高抗冲击性：增强超高分子量聚乙烯管的抗冲击强度为 13 0KJ/m 2 ，是 PE100 的 5 倍。无论是大锤砸、汽车轧等强外力冲，还是管道内部压力波动，都不能使其破碎开裂，特别是在低温环境，其冲击强度反而达到高值。 4.高耐磨性：增强超高分子量聚乙烯管的分子链特别长，使得增强管的耐磨性是钢管、不锈钢管的 4～7 倍，是PE100 的 3 倍，是 PVC 的 10 倍以上，大幅度提高了管道的使用寿命。 5.抗腐蚀性：增强超高分子量聚乙烯管聚合度特大，不饱和键极性，所以其化学稳定性特高，在一定温度和浓度范围内能耐各种腐蚀性介质（酸、碱、盐）及有机溶剂的侵蚀。 6.自润滑性和不沾着性：增强管材所用原料，具有极高的自润滑性和不沾着性，其内外表面光亮如镜，摩擦阻力特小，除耐腐蚀、耐磨耗外，还不易结垢，流量大。长期使用可保持流速和流量不减，其内径设计可比钢管小 15 %～20 %。 7.耐候性和抗老化性：因为超高分子量聚乙烯管分子链中不饱和基团很少，分子量大，使得增强管具有较好的耐候性和抗老化性，特别耐地温 0 — 4 0 ℃时其抗冲击强度指标达到高值 150 KJ/m 2 ，适用温度为 60 — 70 ℃。埋地使用寿命为 6 0 年以上，仍保证 9 0 % 以上的物理机械强度。 8.管道连接方式灵活：①法兰连接（简单快捷），②电热熔焊，安全可靠。正是由于增强管材质轻、柔韧、具有抗冲击性，所以更便于装卸、运输，可大幅降低运输成本；施工简单方便，可确保施工质量和时间，降低人工费用。

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。