共擠POE增強塑料復合耐磨管道

耐磨管道是管道行業中一個十分重要的細分市場，耐磨管道主要用于氣力、泵送漿體等物料的輸送管道。由于輸送介質具有硬度高，流速快，流量大等特點，耐磨管能有效降低輸送介質長期持續對管壁產生沖擊、磨損、腐蝕等使管道產生疲勞致使漸漸被磨穿的速度。耐磨管道廣泛應用于化工：如煤粉、硅粉、鹽漿、堿漿等固液混合物輸送管道；電力：如火電廠除灰、排渣、送粉、回粉、脫硫用工藝管道；冶金：如精礦漿、尾礦長距離管道輸送，選礦廠礦物及溶劑工藝管道；水泥：如旋窯濕法生產線的生料漿輸送、煤粉輸送、提升機的下料、成品水泥氣力輸送裝卸、混凝土輸送管道；糧食：如小麥、谷粒、谷殼等的風送管道等等。

由于鋼管的耐腐蝕性能和耐磨性能都較差，耐磨管道行業一直以來都在尋求新的化學管道以解決對耐磨性能的要求。國外主要采用鋼管內襯橡膠或聚氨酯彈性體（TPU）的辦法來生產耐磨管，其工藝流程較復雜，工藝要求較高，成本也較高，主要原因是交聯橡膠或交聯TPU與鋼管表面的粘接強度必須依靠非常嚴格的材料選擇和工藝要求來保證。這種鋼襯橡膠/TPU的耐磨管道在國內的應用過程中，常因質量不穩定而發生膠層與鋼管脫層進而造成管道堵塞的問題，這一問題嚴重阻礙了襯膠鋼管在國內的推廣應用。近年來國內研發了多種材質的耐磨管道，如：合金鋼管、合金雙金屬復合管、內襯陶瓷復合管、鑄石復合管等，而發展最為迅速的是超高分子量聚乙烯（UHMWPE）管道。

UHMWPE是由乙烯、丁二烯單體在催化劑的作用下，聚合而成的平均分子量大于150萬的熱塑性工程塑料。該材料綜合性能優越，具有自潤滑性、抗沖擊性、耐低溫、耐腐蝕，耐磨性能優于聚四氟乙烯、尼龍、碳鋼等材料，能適應水質流體、固體顆粒、粉體、漿體等的輸送。但是，由于UHMWPE的分子量極高，本身幾乎不具備流動性能，加工極為困難，用于管道生產的UHMWPE原料實際上都是經過改性處理后的超高改性材料，而在改性過程中加入的各種不同種類和不同用量的添加劑，使市售的UHMWPE管不論是性能還是價格都相去甚遠。

瑞鈦管道公司開發了一種新型的聚烯烴彈性體復合耐磨管道，其特點是共擠聚烯烴熱塑性彈性體（POE）為內層，與鋼絲（或璃玻纖維繩）增強高密度聚乙烯（HDPE）復合成型的復合管道。這種管道既保持了HDPE管的易加工性和優良的物理機械性能，又具有很好的耐磨性能。這種管道的問世為耐磨管道行業提供了一種高性價比的新選擇。

新型熱塑性彈性體(POE)

聚烯烴彈性體(Polyolefin elastomer)簡稱POE是指兼具橡膠彈性和塑料可加工性的一大類材料。POE是具有乙烯、丙烯、硅氧烷三元結構的一種新型熱塑性彈性體材料。表1是POE的物性指標及典型值。

表1 POE物理性能

POE作為一種新型耐磨材料具有以下優點：

· 具有優異的抗磨耗性能，特別適用于砂漿、水泥、礦渣等輸送管道。

· 流動性好，適用于各種通用擠出機。

·與聚乙烯、聚丙烯等管道料的相容性好，擠出速度匹配，適用于雙層或多層共擠。

·具有優良的物理機械性能。

·衛生安全，不含任何有毒有害添加劑，符合相關衛生標準。

固體物料特征：

粒徑和粒級組成、顆粒形狀、硬度、密度；

流動情況、流態、濃度、流速；

管道材料類型。

從上述各種對比試驗中，不難看出以下結果：

1、砂漿中的固體顆粒越大、硬度越高、形狀越尖銳，則對材料的磨蝕越大。

2、砂漿沖刷的線速度越大，材料磨耗越大。

3、與塑料相比，橡膠和彈性體材料（耐磨橡膠、TPU和POE）耐沖擊磨損的能力更強，所以表現出更好的耐磨性能，而POE是所有試驗樣品中耐磨性能最好的一種彈性體材料。

4、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一種具有自潤滑性能的耐磨塑料，但由于其抗沖擊性能不及橡膠和彈性體材料，所以在對抗沖擊磨損要求較高的砂漿管道輸送相關試驗中，雖然其耐磨性能優于HDPE和普通鋼材，但不及耐磨橡膠、TPU和POE。UHMWPE更適用于在以滑動磨擦為主要受力方式的應用場所。

5、普通HDPE材料與鋼材相比其耐磨性能并無優勢，但由于HDPE對水及酸堿鹽的抗腐蝕性能遠優于鋼材，所以HDPE管表現出比鋼管更好的耐磨性能，這是因為鋼材的耐腐蝕性能差所致。

6、POE是一種耐磨性能優異的熱塑性彈性體材料，其耐磨機理與耐磨橡膠和TPU彈性體相似，一方面通過彈性形變化解固體顆粒的沖擊能量，另一方面，當尖銳顆粒劃傷材料表面后，彈性體能有效地阻止裂紋的延伸。

7、POE比耐磨橡膠和TPU表現出更優秀的耐磨性能，是因為POE的強度（≥20）和伸長率（≥600%）遠高于耐磨橡膠，也略高于TPU所致。

8、TPU是一種耐磨性能優良的彈性體材料，但因分子極性較強，其吸水率較高，抗水解性能也不好，所以在實際應用中對工藝要求較高，產品質量控制難度較大。POE是聚烯烴類彈性體材料，是非極性材料，與HDPE、PP化學性質相近，更適合應用于水介質的輸送管道，而且POE可方便地使用普通擠出機與HDPE、PP實現復合共擠，生產工藝簡單，質量保證可靠。所以與TPU相比，POE具有更高的性價比優勢。