導讀：萊鋼集團山東東方管業(yè)有限公司是專業(yè)生產超高分子量聚乙烯管材、復合管材、板材、異型件及高耐磨含油尼龍制品，并具備配套設施研制、開發(fā)、生產制造及管道工程設計、施工安裝能力的高新技術企業(yè)。在超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)技術領域，公司有國際先進的成型技術，建有完善的生產線，產品規(guī)格、品種也是國內最齊全

      萊鋼集團山東東方管業(yè)有限公司是專業(yè)生產超高分子量聚乙烯管材、復合管材、板材、異型件及高耐磨含油尼龍制品，并具備配套設施研制、開發(fā)、生產制造及管道工程設計、施工安裝能力的高新技術企業(yè)。在超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)技術領域，公司有國際先進的成型技術，建有完善的生產線，產品規(guī)格、品種也是國內最齊全的廠家之一，生產的超高分子量聚乙烯管材被國家經貿委認定為《2002年度國家重點新產品》，并被國家水煤漿工程技術研究中心認定為水煤漿管道生產基地。
1 超高分子量聚乙烯
    超高分子量聚乙烯，是一種分子量極高的熱塑性塑料�！靶阅茏吭�，加工困難”充分反映出了這種高分子材料的特點。同眾多的聚合物材料相比，超高分子量聚乙烯具有磨擦系數小、磨耗低、耐化學藥品性優(yōu)良、耐沖出、耐壓性、抗凍性、保溫性、自潤滑性、抗結垢性、耐應力開裂性、衛(wèi)生性等優(yōu)良特性。這些優(yōu)良特性使超高分子量聚乙烯管材具有重要的實用價值。如磨擦系數小，為0.04-0.07，相當于冰一冰之間的磨擦，作為管材呈現(xiàn)出極高的自潤滑性和抗垢性，可以顯著節(jié)省輸送能耗�？鼓ズ男跃铀芰现冢撬芰系�5-7倍、鋼管的7-10倍、黃銅管的27倍，是耐磨輸送管道的理想材料。同目前頗為流行的交聯(lián)聚乙烯管材、鋁塑復合管相比，超高分子量聚乙烯管材抗內壓性能最好。耐低溫性能優(yōu)異，其耐沖擊性、耐磨性在零下269℃性能不變，是唯一經受得住接近絕對零度的工程塑料，能滿足管材長壽命的要求。我國目前在電廠、煤炭、石油、礦山、冶金、化工等行業(yè)都應用，成功地解決了各行業(yè)的磨損、腐蝕、結垢、結臘等問題，為各種行業(yè)輸送管道提供了一種質優(yōu)價廉的新型管材。
1.1 主要性能
1.1.1 耐磨性
    耐磨是UHMW-PE的重要特性.它的耐磨性能極好，其耐磨性與分子量成正比，隨著分子量增高它的耐磨性就越高.
1.1.2 耐沖擊性
    耐沖擊是UHMW-PE另一重要特性.它的沖擊強度非常高，它比以耐用消費品沖擊著稱的聚碳酸酯的沖擊強度還高3-5倍，其沖擊強度隨分子量的增加提高.當分子量達到150萬時，沖擊強度達到最高值，以后隨分子量增加沖擊強度有所降低.
1.1.3 抗化學藥品腐蝕性
    UHMW-PE對化學藥品非常穩(wěn)定，除強氧化性外，它具有優(yōu)于聚四氟乙烯的耐化學藥品腐蝕性.
1.1.4 自潤滑性
    UHMW-PE 的磨擦系數可與聚四氟乙烯相媲美，是理想的自潤滑材料.
1.1.5 沖擊能吸收性
    UHMW-PE還具有優(yōu)異的沖擊能吸收性，沖能吸收值在所有塑料中最高，因而噪聲阻尼性很好，具有優(yōu)良的消音效果。
1.1.6 其它性能
    UHMW-PE 還具有一些其它性能如耐低溫性，衛(wèi)生無毒性，不粘性，防潮性及絕緣性能.
2、超高分子量聚乙烯復合管道
    超高分子量聚乙烯復合管道是將超高分子量聚乙烯塑料管道內襯于鋼管內壁，從而使鋼塑復合管道不僅具有了高強度，同時大幅度地提高了內壁的韌性，使其具有了彈性體特性，當固體和液體介質沖擊復合層時，復合層只存在暫時的收縮，磨損極小。當外力消失后，復合層又恢復了原狀，這種“以柔克剛”的特性大大減輕了介質對管壁的強烈沖刷，減少了介質對管道內壁的直接磨損。
2.1 主要性能
2.1.1 剛性及其它力學性能好
由于復合管道外管為鋼管，使其具有了鋼管的剛性和它的力學性能，是任何非金屬管道無法比擬的；
2.1.2 抗應力開裂性能好
由于復合管道內襯管為斷裂伸長率（≥150％）極高的UHMWPE塑料管道，當管內壓力突然增高時，壓力經過內管的緩沖之后作用于外層的鋼管，因此不會發(fā)生應力開裂的爆管現(xiàn)象；
2.1.3耐壓高、密封好
由于復合管道起耐壓和密封作用的主要是鋼管，鋼管的耐壓和密封均不存在問題；
2.1.4 同時具備超高分子量聚乙烯塑料管道的優(yōu)異性能。
3 大管徑超高分子量聚乙烯復合管道的研制
3.1 工藝過程
3.1.1 依據超高分子量聚乙烯的流變性和熔體性質，通過特殊配方，對原料進行改性，通過特制的螺桿、螺筒解決物料擠出堵塞的問題，通過特殊擠出設備解決物料擠出產生熔體破裂的問題，采用分流梭模具多段壓縮、自循環(huán)冷卻定型系統(tǒng)等輔助設備解決了超高分子量聚乙烯管材的成型，成功制得UHMWPE管材；
3.1.2采用過盈配合、間隙配合，將超高分子量聚乙烯管材與鋼管復合；
3.1.3復合管材翻邊；
3.1.4復合管材打壓試驗。
3.2 關鍵技術
3.2.1 大管徑超高分子量聚乙烯管材擠出成型
通過特殊設計擠出設備、成型模具，解決三大技術難題，作為熱塑性工程塑料，UHMW-PE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，特別是大管徑薄壁管材在擠出過程中物料主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
3.2.1.1熔融粘度高
 超高分子量聚乙烯特有的彈性體狀態(tài)，其熔體流動速率近似為0，流動性極差，使用普通擠出設備容易形成“塞流”，物料容易堵塞在壓縮段，無法擠出。
3.2.1.2摩擦因數小
    UHMW-PE摩擦因數極低，因此在進料過程中容易在進料段發(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。
3.2.1.3臨界剪切速率低
   相對分子質量極高的UHMW-PE在剪切速率很低時就可能產生熔體破裂現(xiàn)象，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管材的又一大難題。
3.2.1.4 擠出過程中壁厚不均勻
相比較小管徑、壁厚的管材，大管徑薄壁管材在擠出過程中溫度不容易控制，壁厚不均勻，我們通過改造單螺桿擠出設備，依據超高擠出特性設計特殊成型模具，設計特殊擠出工藝，且在生產實際中采用自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，充分應用了電子壓力跟蹤系統(tǒng)，徹底解決了薄壁大管徑超高分子量聚乙烯擠出過程中的難題，實現(xiàn)了薄壁大管徑超高分子量聚乙烯管材的擠出成型。
3.3 大管徑超高分子量聚乙烯復合管道研制
3.3.1 依據鋼管規(guī)格開發(fā)內襯超高薄壁管道
    薄壁管外徑尺寸的大小以國產螺旋焊管或直縫焊管為參考，保證超高管與鋼管的成功復合，并且控制兩者間隙盡可能的小。應用了“工藝參數動態(tài)顯示”技術，實行了自循環(huán)冷卻定型工藝，改變了某些生產工藝參數，并使其趨于穩(wěn)定，生產出質量合格的產品。
3.3.2 使用特制設備，完成機械化復合操作。
    由于大管徑薄壁超高分子量聚乙烯在復合過程中容易變形，通過改變復合方式，在現(xiàn)有復合設備的基礎上，制作了一些配套的附屬定位設施，完善了復合工藝，達到了工藝獨創(chuàng)，技術領先。
3.3.3 開發(fā)復合管道新型翻邊連接工藝
    復合管的連接及其密封性能是能否被用戶所接受的主要因素之一，其中鋼管的連接以法蘭連接最為便捷，而復合管又外套鋼管，因此采用外套鋼法蘭翻邊對接作為超高分子量聚乙烯復合管材的連接工藝，通過對翻邊設備進行技術改造，采用復合管道新型翻邊連接工藝。
3.3.4 解決鋼管與超高管的線膨脹系數不一致
    線膨脹系數的不一致導致在外界溫度變化時，使得鋼管與超高管的伸縮量有很大的差異，針對這一現(xiàn)象，要緊密關注溫度這一關鍵因素。首先了解復合管材使用區(qū)環(huán)境溫度及輸送介質溫度，然后讀取超高管生產線環(huán)境溫度，分別計算出鋼管及超高管對應狀態(tài)的伸縮量，計算公式如下：
                 ΔL＝αLΔt
ΔL——伸縮量（米）
α—— 線膨脹系數（℃-1）
L——計算長度（米）
Δt——溫差（℃）
選取最佳的復合加工溫度（此溫度一般是接近用戶輸送介質溫度，目的是使復合管長時間在相對穩(wěn)定狀態(tài)下工作，提高其使用壽命），根據上式計算伸縮量，并對照鋼管的長度來確定超高管下線長度，然后將超高管與鋼管復合，然后通過輔助控溫設備來調節(jié)復合管溫度至最佳加工溫度，并在此溫度下翻邊。顯然，成品復合管在離開控溫設備后，鋼管及超高管的伸縮量又出現(xiàn)不一致的情況，但是超高所特有的抗應力開裂性能，使的它相對鋼管運動所產生的應力遠小于其開裂應力，這就保證了復合管道在運輸、安裝、使用過程中的穩(wěn)定。
4 工程應用實例
2005年8月，鞍山礦業(yè)公司選用超高分子量聚乙烯復合管道用于尾礦輸送，工程的設計壓力為4MPa，并且在露天環(huán)境下使用，對管道的耐腐蝕性要求相對較高，輸送線路也較長，根據用戶的使用要求，山東東方管業(yè)有限公司設計生產了￠530×8 超高分子量聚乙烯鋼塑復合管道。這種管道內層采用512×8mm的超高分子量聚乙烯工程塑料管，利用塑料管耐磨、摩擦阻力系數小、不粘附性、耐沖擊等特性；外層采用了直徑530×6mm的焊管作為耐壓層，采用4MPa標準法蘭焊接的連接方式以滿足高壓力輸送的需要，同時根據產品使用環(huán)境的特點特定了安裝工藝。該工程完成以后于2005年11月完成，通過實際運行，能夠滿足實際使用要求，充分體現(xiàn)了超高分子量聚乙烯復合管道的優(yōu)異性能。
5 結論
大管徑超高分子量聚乙烯復合管道的研制和應用，解決了UHMWPE 塑料管材受溫度影響收縮大、不適宜高空敷設、使用壓力低等問題，同時具備了金屬材料的剛性、耐刮、耐碰、線膨脹系數較低等優(yōu)點，又融合了超高分子量聚乙烯塑料耐磨、水流性好、重量輕、施工方便等優(yōu)點，是一種更為理想的礦用工程管道。

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大管徑超高分子量聚乙烯復合管道在尾礦輸送中的研制和應用