超高分子量聚乙烯挤出管材成型设备与技术.docxVIP

超高分子量聚乙烯挤出管材成型设备与技术薛平何继敏何亚东何顺伦(北京化工大学塑料机械塑料工程研究所 ,北京 100029)摘要论述了用单螺杆挤出机成型超高分子量聚乙烯管材的成型技术 ,包括专用螺杆的设计 、管材模具的设计 、挤出配方的设计 ,以及成型工艺的特点 、管材冷却定型技术 等 。关键词 :超高分子量聚乙烯单螺杆挤出机管材合作生产出大口径 ( 200 mm) 超高分子量聚乙烯管材 ,使我国 U HM W P E 加工技术水平 跨上一个新台阶 。本文重点介绍 U HM W P E 管材成型技术 。前言超高分子量聚乙烯 ( U HM W P E) 具有普通聚乙 烯 和 其 它 工 程 塑 料 无 可 比 拟 的 耐 磨 性 、耐冲击性 、耐腐蚀性 、自润滑性 、吸收冲击能 、耐 低 温 性 等 优 异 的 综 合 性 能 。所 以 用 U HM W P E 成型的管材可广泛用于粮食加工 行业 、化 工 、煤 炭 、矿 山 、电 厂 等 行 业 各 种 粉 粒 、流体及固液混合物的耐磨 、耐腐蚀输送 , 如 :面 粉 谷 物 、矿 粉 矿 浆 、砂 土 泥 浆 、电 厂 灰渣 、化工原料 、工业三废 、石油燃气等 ,可用作 电厂排 灰 管 、清 砂 工 程 管 道 、水 煤 浆 工 程 管 道 、矿石 、矿砂运输管道等 ,从而取代原有的 金属管道或其它塑料管道 。由于 U HM W P E 熔融高粘度特性 ,所以长期以来人们都认为用单螺杆挤出机成型加工 U HM W P E 是不可 能的 ,国内 U HM W P E 制品仅限于压制烧结 板材和柱塞推压棒材与片材等 ,生产效率非 常低下 ,产品质量很难得到保证 ,管材几乎无 法成型 。北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所在中国石油化工总公司的支持下 , 经 过数年的摸索 ,成功地研制出 U HM W P E 专 用单螺杆挤出机和管材 、棒材成型生产线 ,能 够连续稳定高效的生产 U HM W P E 管材和棒 材 ,同时与北京华傲荣达科技有限责任公司01专用挤出机及螺杆设计目前国内加工 U HM W P E 主要方法是压制烧结 , 生产的制品占 90 %以 上 , 并 且 以 板材为主 。还有少量的柱塞推压成型的制品 。 与这些方法比较 , 单螺杆挤出成型 U HM W2P E 技术虽然难度较大 ,但由于实现了连续生 产 ,因而生产效率高 ,是最为经济实用的一种 加工手段 。以单螺杆挤出机为主机 , 再配以 不同的模头和辅机 ,可以连续挤出管材 、棒材和异型材等 ,从经济性和实用性的观点来看 , 单螺杆挤出成型技术被认为是最具有实用价 值的 。在自行研制的 U HM W P E 单螺杆挤出机 工业化机组上成功的挤出了 110 ×4 和 110×6 mm 的管材 。该机的主要指标如下 :螺杆直径 :65 mm ;螺杆长径比 : L / D =25 ;电机驱动功率 : N = 22 k W ; 机 筒 及 模 具 加热功率 : E = 16 k W ; 螺杆转速 : n = 5 ～ 60r/ min 。挤出机特点 :带强制输送的特殊机筒 ,防 堵塞的大推力螺杆 ,必要的冷却和加热机构 。收稿日期 :1999 - 07 - 20超高分子量聚乙烯挤出管材成型设备与技术82下面分析 U HM W P E 在挤出机螺杆中的流动状态 和 输 送 动 力 。根 据 实 验 数 据 , 可 作 出U HM W P E 和普通 L D P E 的挤出累积停留时 间分布函数 F (θ) 图 。图 2 普通挤出机熔体输送时沿螺杆长度 L 的压力曲线 P图 1 U HM WP E 和 L D P E 的挤出累积停留时间分布函数比较可以看出 L D P E 的累积停留时间分布函 数较宽 ,而 U HM W P E 则几乎是一根直线 ,这 充分说明 U HM W P E 在螺杆中的运动是呈固 体塞式输送 。实际挤出 U HM W P E 从螺杆中 挤出来时呈一根已成型的带条 ,因而分布混 合作用较差 。从这一点也说明了 U HM W P E 熔融状态只有高弹态 ,没有普通聚乙烯所具 有的粘流态 。输送 动 力 : 与 普 通 P E 的 粘 附 拖 曳 输 送 机理不 同 , U HM W P E 是 依 靠 开 槽 加 料 段 产 生的正向梯度高压而向前输送的 。同时加料区 U HM W P E 与 机 筒 之 间 的 摩 擦 力 大 大 提 高 ,这就防止了螺杆与机筒之间的打滑 ,大大 提高了 U HM W P E 粉料的固体输送能力 。普 通聚乙 烯 从 进 料 段 到 螺 杆 顶 端 逐 渐 形 成 压 力 ,压力最大值位于熔融范围内 ,最大值可达40 M Pa , 在 固 体 料 范 围