絕大多說塑料管材輸送介質(zhì)主要是以水質(zhì)流體為主,而范圍更廣的各種固體顆粒、粉體、漿體的輸送,由于處理量大,對管材的磨損和腐蝕比較嚴重,傳統(tǒng)的金屬管道難以滿足使用要求,一般塑料管道更無法勝任,超高分子量聚乙烯管作為一種高耐磨、耐沖擊、耐腐蝕、耐低溫、自潤滑的新型塑料管道,在固體顆粒、粉末的耐磨耗氣力輸送,漿體(固液混合物)的耐磨蝕水力輸送以及各種腐蝕性流體、氣體的輸送方面,具有獨一無二的優(yōu)越性,是固體、液體、氣體三態(tài)物質(zhì)均可輸送的高性能工程塑料管材。由于其優(yōu)異的綜合使用性能卻又成型困難的加工特點,成為近年來國內(nèi)外研究開發(fā)的重點。
加工特性
作為熱塑性工程塑料,超高分子量聚乙烯在固態(tài)時具有優(yōu)良的綜合性能,但其熔體特性和普通聚乙烯等一般熱塑性塑料又截然不同,給加工帶來極大的困難,主要表現(xiàn)在以下三個方面。
1、 熔融粘度高
普通聚乙烯的流動性難呢過,一般可以用熔體流動速率(MFR)表示,它是在溫度190℃,負荷為2.16Kg時測定的,可熱塑加工的聚乙烯的熔體流動速率一般在0.03—30g/10min范圍內(nèi),而超高分子量聚乙烯熔融時成為橡膠狀的高粘彈體,其熔體流動速率在2.16Kg負荷和加大10倍的條件下均為0,粘度高達10九次方Pa*S,因此流動性極差。
普通聚乙烯在擠出機中進行加工時,由料斗加入的固態(tài)粒料在機筒外熱和螺桿剪切作用下,逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檎承粤黧w,即使螺桿設(shè)計和溫度條件不理想,也會產(chǎn)生物料堵塞在機筒中,完全擠不出來的現(xiàn)象。但超高分子量聚乙烯的情況完全不同,物料在螺桿上的運動近似為固體輸送過程,即“粉末固體—半固體—高粘彈體”的變化過程,是典型的“塞流”輸送機理,沒有自由流動態(tài),物料容易堵塞在壓縮段包覆螺桿一起旋轉(zhuǎn)而無法擠出,這是當(dāng)初使用普通單螺桿擠出機加工超高分子量聚乙烯時遇到的最大難題。
實驗研究表明,普通聚乙烯熔融時呈粘流狀態(tài),從口模擠出后立即下垂,而熔融的超高分子量聚乙烯,從高溫口模擠出時具有“自撐強度”,呈半透明固體狀水平向前移動,表現(xiàn)為高粘彈體態(tài)。由此可知,超高分子量聚乙烯熔融時是粘度極高、沒有流動特性的特殊意義的“熔體”。
2、 摩擦因數(shù)小
超高分子量聚乙烯摩擦因數(shù)極低,因此在進料過程中容易在加料段發(fā)生打滑,無法向前推進,這是螺桿擠出加工時遇到的第二大難題。
3、 臨界剪切速率低
熔體破裂出現(xiàn)時的剪切速率成為臨界剪切速率,它與聚乙烯的相對分子質(zhì)量成反比關(guān)系。相對分子質(zhì)量極高的超高分子量聚乙烯在剪切速率很低時就可能產(chǎn)生熔體破裂現(xiàn)象(普通聚乙烯的擠出臨界剪切率為10²/S),因此擠出加工時常會遇到由于熔體破裂而引起的裂紋現(xiàn)象,這是加工超高分子量聚乙烯的又一大難題。
由于以上因素,用普通單螺桿擠出機加工超高分子量聚乙烯遇到了極大困難,甚至有的觀點認為單螺桿擠出加工超高分子量聚乙烯是不可行的,因此長期以來,超高分子量聚乙烯的加工采用類似聚四氟乙烯的壓制燒結(jié)方法生產(chǎn)超高分子量聚乙烯襯板,用作各種耐磨襯里。落后加工方法和單一的制品限制了超高分子量聚乙烯的消費和應(yīng)用,故國內(nèi)絕大部分樹脂只能廉價外銷。
另一方面,國民經(jīng)濟眾多行業(yè)粉末狀固體、漿體狀固液混合物的管道輸送中,存在大量的磨損、腐蝕、結(jié)垢問題而丞待解決。如:面粉廠輸送小麥、面粉、谷物等,使用鋼管四個月就磨損穿洞;洗煤廠輸送磁鐵粉,平均每隔四個月就需更換一次;礦山、冶金廠的尾礦輸送,鋼管在使用過程中每隔一段時間就全體翻轉(zhuǎn)一個角度,也只能用一年到一年半;火力發(fā)電廠沖灰管,每年結(jié)垢厚度達50—80mm,最后導(dǎo)致管道堵塞而報廢;沿海地區(qū)由于氣候潮濕,帶著大量含鹵濕空氣,使得居民住宅的鑄鐵排水管銹蝕斑斑,而鹽化車間的室內(nèi)外排水鑄鐵管,由于腐蝕嚴重,使用壽命通常只有三四年。
因此,通過柱塞推壓成型、單螺桿擠出機擠出成型方法生產(chǎn)超高分子量聚乙烯管,從而在更廣闊的領(lǐng)域發(fā)揮其耐磨、耐沖擊、耐腐蝕、自潤滑、不粘附等優(yōu)異性能,成為當(dāng)前超高分子量聚乙烯加工擠出發(fā)展的主要方向!