1、實驗部分
1.1原料
M2:北京助劑二廠生產的UHMW-PE樹脂，粘均分子量為270萬。
1.2實驗裝置
∮45型UHMW-PE單螺桿擠出機：D：45mm，//D：25;機頭：棒材(∮25 mm)。∮65型UHMW-PE單螺桿擠出生產線，由UHMW-PE單螺桿擠出機(D=65 mm，L/D：25)、機頭、冷卻定型裝置、牽引機、切割機、堆放架組成；機頭：管材(∮110mm×4.5 mm、∮110mm×6 mm)，棒材(∮30 mm、∮40 mm、∮50 mm).
2、結果與討論
2.1熔融狀態
UHMW-PE熔融粘度極高，其熔體流動指數近乎為零。普通PE熔融時呈粘流態，從口模擠出的熱熔體因重力而下垂。而UHMW-PE熔體，從加熱口模擠出時（未冷卻且無牽引），呈固體棒狀（Fig.1）或管狀水平向前移動，即具有“自撐強度”，這種如固體橡膠的半透明狀態為“高粘彈態”，由此可知，UHMW-PE熔融時是沒有流動特征的特殊意義的“熔體”。
2.2螺桿輸送過程分析
下面對UHMW-PE在螺桿擠出過程中各個階段的運動狀態變化進行分析。
2.2.1 加料段粉末固體輸送：普通聚乙烯粒料，在加料段進料口處，料粒之間相互滾動、滑動，以散粒體的形式輸送，即存在明顯的“非塞流”。UHMW-PE樹脂的形態為粉末狀，粒度很小（1260目），比表面積大，很容易被壓實，觀察進料口的物料輸送狀況，可發現螺桿對粉料的攫取較為穩定，故UHMW-PE在加料段的運動可視為固體塞輸送。
2.2.2壓縮段的熔融變化
(1)靜態熔融過程：首先觀察UHMW-PE在靜態受熱條件下的熔融變化過程。將UHMW-PE粉末置于一金屬圓柱腔中進行加熱，并插入溫度計測量溫度變化。
當圓柱腔壁面附近的溫度達到UHMW-PE樹脂的熔點136℃時，壁面處的粉料開始出現一層不透明的“硬皮”狀物質。溫度逐漸升高，大約220℃時，這層“硬皮”逐漸變為半透明狀物質，并逐漸向圓柱腔中心擴散，直到物料表面層全部變為半透明狀，猶如一塊橡膠而難以流動，即呈高粘彈態。繼續加熱，當壁面附近溫度達到260℃時，壁面處物料逐漸發黃，說明UHMW-PE開始降解了。
(2)螺桿中的動態熔融過程：通過UHMW-PE上述靜態熔融過程的觀察，進一步對其在螺桿壓縮段的動態熔融過程進行分析。
物料從加料段末端，以粉末固體床形式進入螺槽逐漸變淺的壓縮段。在機筒外熱的作用下，機筒壁面處達到熔點的物料變成不透明的“硬皮”，并逐漸變成一層半透明狀物質，可視為形成了所謂“熔膜”，但由于呈高粘彈態，因此熔膜層速度分布不像普通PE的熔膜那樣呈線性或非線性分布，而是呈柱塞狀分布。熱量繼續向粉末固體床內層擴散，于是熔融層越來越厚，最后固體床完全熔融，成為高粘彈體。
Fig.2為高速(96r/min)下排出的壓縮段UHMW- PE熔融體，可以看出，雖有固體床和熔池之分，但并無流動特征，可視為“半固體”。由于粘度極高，UHMW-PE在壓縮段的熔融和未熔融部分基本上呈整體向前輸送，而不像普通PE那樣，熔池區的粘流體作渦旋流動。
2.2.3計量段熔體輸送：如Fig.3所示，普通PE在計量段己完全變成了能自由流動的粘流體，熔體剛從螺桿頭出來時還呈螺旋運動，但很快就粘成一體連續地流出，而UHMW-PE從螺桿頭出來后，成為類似于固態的帶狀物，隨著螺桿的運動而螺旋前進。
據此可以認為，UHMW-PE在計量段已被壓成致密的帶狀熔融“固體塞”。不難理解，UHMW-PE熔體在計量段的輸送基本上只沿螺槽方向的一維運動，而普通PE熔體在螺槽方向為拖曳流和壓力流的復合流并且還存在螺槽橫向的環流運動。
2.2.4停留時間分布函數：為了驗證UHMW-PE的真實流動狀態，在相同條件下分別測試了LDPE和UHMW-PE的停留時間分布函數RTD，如Fig.4所示。
從圖中可以看出，LDPE的累積停留時間分布函數分布較寬，而UHMW-PE則幾乎呈一豎直線，這充分說明UHMW-PE在螺桿上的運動確為塞流輸送。
綜上可知，由于UHMW-PE特殊的加工性能，其螺桿輸送機理與普通PE是不相同的。UHMW-PE在螺桿上的運動可看作是固體輸送過程，即“粉末固體一半固體一高粘彈固體”的變化過程，是典型的“塞流”輸送機理。由于UHMW-PE的熔體粘度極高，無自由流動態，在普通單螺桿擠出機中，如果螺桿推力不足，物料容易抱附螺桿而在壓縮段出現堵塞現象。對UHMW-PE輸送機理的研究有助于UHMW-PE單螺桿擠出機的合理設計，這也是我們實現UHMW-PE單螺桿擠出工業化的理論基礎。
