单螺杆挤出超高分子量聚乙烯管材技术成型工艺

    单螺杆挤出机挤出超高分子聚乙烯管材技术是通过螺杆的塑化和推进作用，真正实现了超高管材的连续挤出，效率显著提高，使超高的加工技术上了一个新的台阶。

    世界上最早研制超高单螺杆挤出成型技术的是日本三井石油化学公司，于1971年开始研究超高棒材挤出技术，1974年投入生产，采用Φ65型单螺杆挤出机可生产10种不同规格的圆棒。据报道作新工业公司开发成功并正式出售超高长短管材，长管材Φ50mm，L=4m，短管材壁厚0.5-1mm直径3mm以上，拟取代氟塑料管，准备向半导体行业和医疗部门正式出售。我国北京塑料研究所在六五和五七期间研制出超高单螺杆挤出机成型工艺，采用Φ45、Φ65单螺杆挤出机挤出了超高棒材。中国煤炭经济学院采用SJ-90单螺杆挤出机经改造并配以模具后挤出Φ73×5mm管材。清华大学、中科院化学所等院所近年来也进行了超高挤出成型工艺配方的研究。
    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，充分掌握了超高的螺杆输送机理，为工业化生产奠定了理论基础。1995年该所承担中国石化总公司项目，取得了Φ65型单螺杆挤出机挤出管材技术工业化的成功，目前已形成UG系列单螺杆挤出机挤出超高管材技术可生产Φ16-400mm和更大直径的各种规格超高分子量聚乙烯管材。
 （一）工艺路线 
 以UG系列超高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的分散，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超高的流动性能，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，因此当把超高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分子量聚乙烯合剂，从而可采用单螺杆挤出机加工超高分子量聚乙烯管材，改性成功后还可尝试在生产超高分子量聚乙烯衬板上进行共混。
    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。