共挤POE增强塑料复合耐磨管道

耐磨管道是管道行业中一个十分重要的细分市场，耐磨管道主要用于气力、泵送浆体等物料的输送管道。由于输送介质具有硬度高，流速快，流量大等特点，耐磨管能有效降低输送介质长期持续对管壁产生冲击、磨损、腐蚀等使管道产生疲劳致使渐渐被磨穿的速度。耐磨管道广泛应用于化工：如煤粉、硅粉、盐浆、碱浆等固液混合物输送管道；电力：如火电厂除灰、排渣、送粉、回粉、脱硫用工艺管道；冶金：如精矿浆、尾矿长距离管道输送，选矿厂矿物及溶剂工艺管道；水泥：如旋窑湿法生产线的生料浆输送、煤粉输送、提升机的下料、成品水泥气力输送装卸、混凝土输送管道；粮食：如小麦、谷粒、谷壳等的风送管道等等。

由于钢管的耐腐蚀性能和耐磨性能都较差，耐磨管道行业一直以来都在寻求新的化学管道以解决对耐磨性能的要求。国外主要采用钢管内衬橡胶或聚氨酯弹性体（TPU）的办法来生产耐磨管，其工艺流程较复杂，工艺要求较高，成本也较高，主要原因是交联橡胶或交联TPU与钢管表面的粘接强度必须依靠非常严格的材料选择和工艺要求来保证。这种钢衬橡胶/TPU的耐磨管道在国内的应用过程中，常因质量不稳定而发生胶层与钢管脱层进而造成管道堵塞的问题，这一问题严重阻碍了衬胶钢管在国内的推广应用。近年来国内研发了多种材质的耐磨管道，如：合金钢管、合金双金属复合管、内衬陶瓷复合管、铸石复合管等，而发展最为迅速的是超高分子量聚乙烯（UHMWPE）管道。

UHMWPE是由乙烯、丁二烯单体在催化剂的作用下，聚合而成的平均分子量大于150万的热塑性工程塑料。该材料综合性能优越，具有自润滑性、抗冲击性、耐低温、耐腐蚀，耐磨性能优于聚四氟乙烯、尼龙、碳钢等材料，能适应水质流体、固体颗粒、粉体、浆体等的输送。但是，由于UHMWPE的分子量极高，本身几乎不具备流动性能，加工极为困难，用于管道生产的UHMWPE原料实际上都是经过改性处理后的超高改性材料，而在改性过程中加入的各种不同种类和不同用量的添加剂，使市售的UHMWPE管不论是性能还是价格都相去甚远。

瑞钛管道公司开发了一种新型的聚烯烃弹性体复合耐磨管道，其特点是共挤聚烯烃热塑性弹性体（POE）为内层，与钢丝（或璃玻纤维绳）增强高密度聚乙烯（HDPE）复合成型的复合管道。这种管道既保持了HDPE管的易加工性和优良的物理机械性能，又具有很好的耐磨性能。这种管道的问世为耐磨管道行业提供了一种高性价比的新选择。

新型热塑性弹性体(POE)

聚烯烃弹性体(Polyolefin elastomer)简称POE是指兼具橡胶弹性和塑料可加工性的一大类材料。POE是具有乙烯、丙烯、硅氧烷三元结构的一种新型热塑性弹性体材料。表1是POE的物性指标及典型值。

表1 POE物理性能

POE作为一种新型耐磨材料具有以下优点：

· 具有优异的抗磨耗性能，特别适用于砂浆、水泥、矿渣等输送管道。

· 流动性好，适用于各种通用挤出机。

·与聚乙烯、聚丙烯等管道料的相容性好，挤出速度匹配，适用于双层或多层共挤。

·具有优良的物理机械性能。

·卫生安全，不含任何有毒有害添加剂，符合相关卫生标准。

固体物料特征：

粒径和粒级组成、颗粒形状、硬度、密度；

流动情况、流态、浓度、流速；

管道材料类型。

从上述各种对比试验中，不难看出以下结果：

1、砂浆中的固体颗粒越大、硬度越高、形状越尖锐，则对材料的磨蚀越大。

2、砂浆冲刷的线速度越大，材料磨耗越大。

3、与塑料相比，橡胶和弹性体材料（耐磨橡胶、TPU和POE）耐冲击磨损的能力更强，所以表现出更好的耐磨性能，而POE是所有试验样品中耐磨性能最好的一种弹性体材料。

4、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种具有自润滑性能的耐磨塑料，但由于其抗冲击性能不及橡胶和弹性体材料，所以在对抗冲击磨损要求较高的砂浆管道输送相关试验中，虽然其耐磨性能优于HDPE和普通钢材，但不及耐磨橡胶、TPU和POE。UHMWPE更适用于在以滑动磨擦为主要受力方式的应用场所。

5、普通HDPE材料与钢材相比其耐磨性能并无优势，但由于HDPE对水及酸碱盐的抗腐蚀性能远优于钢材，所以HDPE管表现出比钢管更好的耐磨性能，这是因为钢材的耐腐蚀性能差所致。

6、POE是一种耐磨性能优异的热塑性弹性体材料，其耐磨机理与耐磨橡胶和TPU弹性体相似，一方面通过弹性形变化解固体颗粒的冲击能量，另一方面，当尖锐颗粒划伤材料表面后，弹性体能有效地阻止裂纹的延伸。

7、POE比耐磨橡胶和TPU表现出更优秀的耐磨性能，是因为POE的强度（≥20）和伸长率（≥600%）远高于耐磨橡胶，也略高于TPU所致。

8、TPU是一种耐磨性能优良的弹性体材料，但因分子极性较强，其吸水率较高，抗水解性能也不好，所以在实际应用中对工艺要求较高，产品质量控制难度较大。POE是聚烯烃类弹性体材料，是非极性材料，与HDPE、PP化学性质相近，更适合应用于水介质的输送管道，而且POE可方便地使用普通挤出机与HDPE、PP实现复合共挤，生产工艺简单，质量保证可靠。所以与TPU相比，POE具有更高的性价比优势。