国内超高分子量管材生产现状分析及新设备新工艺

管材生产设备现状分析及新设备新工艺

莱芜市华亚工贸（塑机）有限公司  曹海  

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是粘均分子量在150万以上的线形结构聚乙烯（普通聚乙烯的相对分子质量仅为2-30万）。极高的相对分子量，赋予了其超凡的使用性能，成为一种性能优良的新型热塑性工程塑料。由于其分子量极高，它几乎集中了各种塑料的优点，具有普通聚乙烯和其他工程塑料所无可比拟的耐腐、耐冲击、自润滑、耐腐蚀、耐低温、卫生无毒、不粘附、不吸水等综合性能。在固体颗粒、粉末、浆体、气体输送方面，有独一无二的优越性。被称为“令人惊异的塑料”。

近年来由于柱塞推压、单螺杆挤出等技术的突破，使超高分子量聚乙烯管材在国内也实现了工业化连续生产。但由于超高分子量聚乙烯原料的特性决定了超高分子量聚乙烯管材加工的难度，虽然超高分子量聚乙烯管材生产实现了塑料挤出机连续挤出生产，可它的生产速度仅为普通塑料管材制品生产速度的1℅，管材耐磨指标也仅能达到西欧发达国家管材制品耐磨指标的60℅左右,提高超高分子量聚乙烯管材生产速度和提高耐磨指标成为业界研究的重点。

近几年，由于超高分子量聚乙烯管具有耐摩擦、耐腐蚀、抗冲击、自润滑、不粘附、不吸水、等优良特性被市场所认知，所以超高分子量聚乙烯管材的应用范围日益扩大。

现在大部分工厂生产超高分子量聚乙烯管材生产工艺还是沿用前人开发的老设备、老工艺。效率低、能耗大、生产速度慢，且生产的超高分子量聚乙烯管材制品外观质量及内在质量都很差，完全丧失了超高分子量聚乙烯管材应有的内在质量。

为什么国内超高分子量聚乙烯管材生产是这种现状，那是因为超高分子量聚乙烯管材国内发展十年来，无论是超高分子量聚乙烯管材生产设备还是超高分子量聚乙烯生产工艺，都掌握在少数人手里，并且由于技术的保密性，造成人与人之间，企业与企业之间相互保守，没有交流，固步自封，自以为是。更是造成设备制造企业只是买了图纸或是偷了技术来比着葫芦画瓢，能干就行，不知所以然，不能调试设备，或者能勉强调试出制品，把客户糊弄过去就算完事；制品生产企业更是师傅怎么说，就怎么干的现状。这才造成了懂设备的人不懂工艺，懂工艺的人不懂设备怪现象，这也是国内超高分子量聚乙烯管材制品质量底下，设备制造鱼龙混杂的局面。甚至由于市场缺乏相关专业技术人才，部分专业人士将管材加工工艺作为商品卖上500万元的天价，甚至更高。大大提高了从业门槛，了超高分子量聚乙烯管材这一优秀材料制品在国内的发展。所以，如何能将超高分子量聚乙烯管材生产的工艺特性与塑料管材挤出设备的优势充分结合，合理调整、运用设备、工艺，提高超高分子量聚乙烯管材制品生产质量、速度一直是莱芜华亚公司研究的重点。

超高分子量聚乙烯原料的独特性能决定了管材生产线速度的缓慢，主要设备就是挤出机和模具成型两部分，所以我们着重介绍一下挤出机和模具以及模具冷却成型部分。

新设备采用超高分子量聚乙烯管材专用单螺杆挤出机，螺筒螺杆材质为38CrMoALA,螺杆螺纹形式为为双头、小螺距、大压缩比、渐变式。根据管径规格可采用以下成熟机型：

管材成型方式开发设计之初大都采用“风冷模式”工艺， “风冷模式”的主要缺点是因为通过风机对管材模具的成型末端的内外壁进行冷却定型，冷却速度慢，管坯成型差，管材制品得不到快速有效的冷却定型，挤出速度缓慢，管材内外壁密实度不好，管材表面没有光亮度，所以管材耐磨效果不好；后来发展成为“水冷模式”， “水冷模式”是指在管材模具成型末端内外壁设置冷却循环水套，用以快速冷却管材制品，使管材成型。 “水冷模式”相比“风冷模式”所生产的制品在制品质量及生产线速度上均有一定程度的提高，但它的主要缺点是因为大多数的厂家模具冷却水没有通过水处理，而水在100℃时就达到沸腾点，且产生大量水垢，水垢会堵塞冷却流道，使整个模具无法使用；水的100℃时的沸腾点也了模具的热量传导【超高分子量聚乙烯管材正常生产时模具温度一般在200℃左右】，导致一些超厚制品不能有效冷却，产能底下。

与之相比新工艺采用“水冷油→油冷模式”工艺，与两种方式相比较，在实际生产中，管材制品产量能提高一倍以上，所生产管材制品表面能达到“镜面”效果。全面提高超高分子量聚乙烯管材耐磨的独特的优势。其具体方法为：企业自备水箱(或自来水)→油箱内置冷却盘管（盘管被完全浸泡）→返回企业自备水箱；油箱内被冷却到一定温度的冷却油用动力输送到模具，冷却模具后返回油箱，循环往复。

因为超高分子量聚乙烯管材生产线速度慢，所以一般生产厂家在管材成型后会直接让管材上托架，达到需求长度后再切断、堆放、打包、入库。采用本工艺后，因为有效的提高了管材生产的线速度，可在模具后端加冷却水箱，使管材达到充分冷却，实践证明，设备中加入冷却水箱后，可明显提高平直度和管材表面光洁度，与新型的冷却方式相辅相成，更能提高产品生产速度及管材质量，可以配备小型牵引机，自动切割机，堆放架等装置。

使用莱芜华亚公司开发的生产超高分子量聚乙烯管材新设备新工艺，有以下优点：

（一）能生产出管壁更薄的管材，提高管材生产厂家的效益；         （二）能有效的提高超高分子量聚乙烯管材生产速度，大幅度的提高超高分子量聚乙烯管材的内在质量及其外观质量（管材内外表面能达到“镜面”效果）。

备注：文中超高分子量聚乙烯管材生产新工艺中模具冷却部分作者已得到国家知识产权局的专利授权，专利号为：2010202934.3。