高性能塑料管旋转挤出加工新技术

高分子材料工程国家重点实验室（四川大学），四川大学高分子研究所 王琪

塑料管综合性能优异，广泛应用于输气、输水等领域。2017年我国塑料管产量超过1500万吨，世界第一。塑料管主要用于流体压力输送，要求环向强度高，耐应力开裂性能好，使用寿命长，但传统塑料管加工由于挤出拉伸，分子轴向取向；外壁喷淋冷却，管内应力大，环向强度及开裂性能尚待提高。国内外为提高塑料管性能进行了大量研究，如发展聚合新技术，调控聚合物分子链结构，合成高性能管材专用树脂；发展加工新技术，在加工过程中调控聚合物管形态结构，提高聚合物管性能。本文报道了我们建立的高性能塑料管挤出加工新装备新技术，借鉴竹子纵向破裂易、横向破裂难的结构特点，建立了通过旋转挤出加工形成偏离轴向增强相提高塑料管性能新理论，分析了旋转挤出中聚合物的流变行为，阐明旋转挤出形成偏离轴向增强相结构的机理，发明了塑料管旋转挤出新装置，通过独立可调的芯棒和口模的组合旋转，在挤出/拉伸运动上叠加旋转运动，施加可调控的环向应力；在具有空心结构的芯棒中通入压力、温度可调的冷却介质调控管内温度梯度，在挤出加工中构建特殊应力场和温度场，形成和定构偏离轴向的增强相结构，大幅度提高其性能，如相较于传统挤出聚乙烯（PE）管，旋转挤出管内偏离轴向串晶结构的形成可使PE100管80℃静液压强度达到6.6MPa，是目前耐压等级最高的PE管，建成世界上第一条旋转挤出加工工业生产线，实现产业化应用；发明了旋转挤出流变仪，可实施9种挤出/旋转组合运动模式，突破了常规流变仪只能测定单一流动流变行为，为研究复杂加工条件下塑料加工流变学提供新仪器，并可实现功能相的形态调控，用于制备微型功能导管，如耐扭结性的自增强聚乙烯输液管，高导电率聚氨酯/碳纤维热疗复合微管，等，为高性能、多功能塑料管的制备提供了新装置、新技术、新理论，是塑料管加工技术的重要突破。

（“中国塑料加工工业协会塑料管道专委会第十届二次会员大会暨2018年塑料管道行业交流会”于2019年4月25-26日在贵州省贵阳市世纪金源大饭店召开，会议主题为“构建新格局 培育新动能 共赢新时代”。来自相关单位的领导、专家、会员单位、塑料管道生产企业、上下游企业、行业协会、检测机构、认证单位、相关媒体等单位的512位代表参加了此次会议。塑料管道行业专家就塑料管道行业科技创新、技术进步、市场应用等方面进行了深入交流。专委会秘书处摘选其中报告亮点发布，供大家工作参考。）