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,成為當前超高分子量聚乙烯加工擠出發(fā)展的主要方向!