1、实验部分
1.1原料
M2:北京助剂二厂生产的UHMW-PE树脂，粘均分子量为270万。
1.2实验装置
∮45型UHMW-PE单螺杆挤出机：D：45mm，//D：25;机头：棒材(∮25 mm)。∮65型UHMW-PE单螺杆挤出生产线，由UHMW-PE单螺杆挤出机(D=65 mm，L/D：25)、机头、冷却定型装置、牵引机、切割机、堆放架组成；机头：管材(∮110mm×4.5 mm、∮110mm×6 mm)，棒材(∮30 mm、∮40 mm、∮50 mm).
2、结果与讨论
2.1熔融状态
UHMW-PE熔融粘度极高，其熔体流动指数近乎为零。普通PE熔融时呈粘流态，从口模挤出的热熔体因重力而下垂。而UHMW-PE熔体，从加热口模挤出时（未冷却且无牵引），呈固体棒状（Fig.1）或管状水平向前移动，即具有“自撑强度”，这种如固体橡胶的半透明状态为“高粘弹态”，由此可知，UHMW-PE熔融时是没有流动特征的特殊意义的“熔体”。
2.2螺杆输送过程分析
下面对UHMW-PE在螺杆挤出过程中各个阶段的运动状态变化进行分析。
2.2.1 加料段粉末固体输送：普通聚乙烯粒料，在加料段进料口处，料粒之间相互滚动、滑动，以散粒体的形式输送，即存在明显的“非塞流”。UHMW-PE树脂的形态为粉末状，粒度很小（1260目），比表面积大，很容易被压实，观察进料口的物料输送状况，可发现螺杆对粉料的攫取较为稳定，故UHMW-PE在加料段的运动可视为固体塞输送。
2.2.2压缩段的熔融变化
(1)静态熔融过程：首先观察UHMW-PE在静态受热条件下的熔融变化过程。将UHMW-PE粉末置于一金属圆柱腔中进行加热，并插入温度计测量温度变化。
当圆柱腔壁面附近的温度达到UHMW-PE树脂的熔点136℃时，壁面处的粉料开始出现一层不透明的“硬皮”状物质。温度逐渐升高，大约220℃时，这层“硬皮”逐渐变为半透明状物质，并逐渐向圆柱腔中心扩散，直到物料表面层全部变为半透明状，犹如一块橡胶而难以流动，即呈高粘弹态。继续加热，当壁面附近温度达到260℃时，壁面处物料逐渐发黄，说明UHMW-PE开始降解了。
(2)螺杆中的动态熔融过程：通过UHMW-PE上述静态熔融过程的观察，进一步对其在螺杆压缩段的动态熔融过程进行分析。
物料从加料段末端，以粉末固体床形式进入螺槽逐渐变浅的压缩段。在机筒外热的作用下，机筒壁面处达到熔点的物料变成不透明的“硬皮”，并逐渐变成一层半透明状物质，可视为形成了所谓“熔膜”，但由于呈高粘弹态，因此熔膜层速度分布不像普通PE的熔膜那样呈线性或非线性分布，而是呈柱塞状分布。热量继续向粉末固体床内层扩散，于是熔融层越来越厚，最后固体床完全熔融，成为高粘弹体。
Fig.2为高速(96r/min)下排出的压缩段UHMW- PE熔融体，可以看出，虽有固体床和熔池之分，但并无流动特征，可视为“半固体”。由于粘度极高，UHMW-PE在压缩段的熔融和未熔融部分基本上呈整体向前输送，而不像普通PE那样，熔池区的粘流体作涡旋流动。
2.2.3计量段熔体输送：如Fig.3所示，普通PE在计量段己完全变成了能自由流动的粘流体，熔体刚从螺杆头出来时还呈螺旋运动，但很快就粘成一体连续地流出，而UHMW-PE从螺杆头出来后，成为类似于固态的带状物，随着螺杆的运动而螺旋前进。
据此可以认为，UHMW-PE在计量段已被压成致密的带状熔融“固体塞”。不难理解，UHMW-PE熔体在计量段的输送基本上只沿螺槽方向的一维运动，而普通PE熔体在螺槽方向为拖曳流和压力流的复合流并且还存在螺槽横向的环流运动。
2.2.4停留时间分布函数：为了验证UHMW-PE的真实流动状态，在相同条件下分别测试了LDPE和UHMW-PE的停留时间分布函数RTD，如Fig.4所示。
从图中可以看出，LDPE的累积停留时间分布函数分布较宽，而UHMW-PE则几乎呈一竖直线，这充分说明UHMW-PE在螺杆上的运动确为塞流输送。
综上可知，由于UHMW-PE特殊的加工性能，其螺杆输送机理与普通PE是不相同的。UHMW-PE在螺杆上的运动可看作是固体输送过程，即“粉末固体一半固体一高粘弹固体”的变化过程，是典型的“塞流”输送机理。由于UHMW-PE的熔体粘度极高，无自由流动态，在普通单螺杆挤出机中，如果螺杆推力不足，物料容易抱附螺杆而在压缩段出现堵塞现象。对UHMW-PE输送机理的研究有助于UHMW-PE单螺杆挤出机的合理设计，这也是我们实现UHMW-PE单螺杆挤出工业化的理论基础。
