超高分子量聚乙烯高速公路護欄材料及其制造方法
該護欄材料基本組成為分子量600萬以上的超高分子量聚乙烯，UHMWPE護欄材料縱向抗拉強度是180-480Mpa，縱向斷裂伸長率優選45-450%；該護欄材料的連續生產方法主要包括：預溶脹處理、平行同向雙螺桿擠出機內溶解混煉、擠出成型、拉伸強化。與現有碳鋼護欄相比，在同樣不斷裂的情況下，本護欄材料在吸收同樣沖擊能的條件下具有更長的變形馳豫時間和更大彈塑性變形面積和變形量，對車輛和乘員的傷害大大減小，安全性更好。
背景技術
設置于高速公路路基兩側和隔離帶的護欄，具有防止偏離正常行進方向的高速車輛沖出路面、減輕對車輛和乘員的撞擊傷害、并對偏離道路方向的車輛進行該向的保護作用。
現代的高速道路護欄有兩個相對矛盾的要求，一是要求護欄材料在縱向或道路方向具有足夠高的拉伸強度，相對小的變形，以防止車輛偏離正常軌跡過多；二是在車輛和護欄材料撞擊時，護欄材料能夠發生相對大一些的碳素變形從而吸收沖擊能量，對車輛進行適度的減速，減輕車輛的變形和損傷。
目前國內外使用的公路護欄材料主要有三種類型，包括1、厚大的剛性混凝土護欄；2、纜索護欄；3、碳鋼材料制造的波形梁護欄板，常采用Q235冷軋成形后熱鍍鋅制成，立柱常采用碳鋼焊接成管后熱鍍鋅制成。
剛性混凝土護欄具有的防車輛越出性能，適用窄的隔離帶，缺點是撞擊時對車輛的加速度，對車輛和人員的傷害嚴重，另外剛性混凝土護欄具有強烈的行駛壓迫感和不安全感，安全性有限。
纜索護欄屬柔性護欄，纜索護欄通常采用鍍鋅鋼絞線制成，車輛碰撞時纜索在彈性范圍內工作，但纜索護欄施工復雜，成本高，視線誘導功能差，僅用于一些要求美觀的風景區等場合。
鋼制波形梁護欄常用基材為碳鋼材料Q235，其屈服強度為235Mpa，楊氏彈性模量為200Gpa，抗拉強度在370Mpa左右，斷裂伸長率在22%左右，冷軋強化后局部抗拉強度可以達到370-600Mpa左右。采用如此高強度的碳鋼材料制造公路護欄主要基于以下優點：1、高強度、高彈性模量的碳鋼材料在被撞時發生相對小的變形量，因此具有相對高的防車輛越出性能；2、相對其他金屬材料具有成本優勢；3、與厚大的剛性混凝土護欄相比，波形梁護欄板具有一定的變形吸能作用和良好的視向誘導，沒有行駛壓迫感。基于這些優點，目前的公路護欄材料90%以上采用鋼制波形梁護欄板。
汽車采用的結構材料也主要是碳鋼材料，如車身采用沖壓成形的鋼板，與鋼制護欄材料具有接近的力學性能，因此在二者撞擊時往往車輛的損毀也比較嚴重，另外因為護欄鋼板的變形馳豫時間較短，對車輛產生較大的加速度，對車輛和乘員的沖擊傷害較大。另外經典的4320*310*5*3（mm）的波形梁護欄板一根就具有50公斤的重量，比較笨重，生產、運輸、安裝均不方便。另外為防止碳鋼腐蝕采用的熱鍍鋅工藝還存在環境污染的問題。
因此，需要開發兼具適當高的抗拉強度和高的斷裂伸長率、良好的沖擊吸收能力和適當高的變形馳豫性能、行駛安全感好、無壓迫感、好的防車輛越出性能、好的視線誘導性能、安全性好、綜合經濟好的新型高速公路護欄材料和新型制造方法。
有文獻中提出用玻璃纖維增強聚丙烯復合材料制造公路護欄，但是該復合材料抗拉強度較低、韌性低，抗拉強度一般小于40Mpa，抗沖擊性能較差，簡支梁抗沖擊強度一般小于40KJ/㎡；在車輛與護欄撞擊時，復合材料護欄易斷裂，起不到安全防護作用。
有人提出用廢舊輪胎加添加劑擠出成型制成護欄體，采用該方法制造的材料抗拉強度和彈性模量較低難以達到護欄材料的要求。
在現有塑料中超高分子量聚乙烯（以下簡稱UHMWPE）的抗沖擊強度、沖擊功吸收能力都居于，UHMWPE原料是一種白色粉末狀材料，其密度僅0.93-0.94g/cm2,500萬以上相對高的分子量以及毛線團狀的分子鏈相互密集纏結結構賦予了它突出的性能，與眾多的熱塑性聚合物材料相比，超高分子量聚乙烯制成品具有極低的摩擦系數、良好的抗磨粒磨損性能、耐腐蝕、耐低溫、耐沖擊、耐應力開裂、衛生無毒等諸多優點，無缺口沖擊試樣甚至利用現有的沖擊實驗測試手段沖不斷，即使在液氮溫度（-196℃）下也能保持優異的沖擊強度和一定的延展性，而普通碳鋼則呈現低溫脆性。雖然UHMWPE制品具有如此優異的綜合性能，但是其加工難度非常大，主要表現在：1、的熔融粘度，流動性極差；2、UHMWPE摩擦系數小，高粘彈態的熔體用普通的單螺桿擠出機難以連續輸送加工；3、熔體擠出時臨界剪切速率低，易出現熔體破裂。難以實現高效率、低成本加工。
為改進UHMWPE的加工難題和生產效率，清華大學、中科院化學所在UHMWPE材料共混改性配方方面也做過不少顯著的改進工作，采用添加液晶高分子與UHMWPE共混改性，改善了單獨采用UHMWPE熔體流動性差的缺點；但是液晶高分子材料成本太高，在經濟上有壓力。
基于現有的材料和技術生產制造的公路護欄產品存在安全性不高、笨重安裝不便、生產成本高等缺點，而UHMWPE用于制造公路護欄結構材料尚未見報道。經南通揚巴公司深入研究和試驗，發現可以借鑒利用UHMWPE纖維制造的科學原理，并以UHMWPE為基礎配方材料，具有適當的高抗拉強度（為現有Q235碳鋼的4/5）、兼具高的斷裂伸長率（為現有Q235碳鋼的2倍以上）、良好沖擊功吸收性能、經濟的公路護欄材料及制品生產工藝，制造出波形梁板狀、圓管、方管、線材狀、棒材狀等形狀的UHMWPE公路護欄材料。
內容
目的是提供一種超高分子量聚乙烯公路護欄材料及其經濟制造方法，性價比高于目前廣泛設計和應用的鋼制波形梁護欄板、護欄管、立柱等，其特征在于該護欄材料基本組成為分子量600萬以上的超高分子量聚乙烯，采用本方法的超高分子量聚乙烯公路護欄材料制品的縱向抗拉強度180-480Mpa，斷裂伸長率45-450%；橫向抗拉強度120-350Mpa，斷裂伸長率60-800%，缺口試樣簡支梁抗沖擊強度大于150KJ/㎡；該UHMWPE護欄材料及其制品優選的縱向抗拉強度是Q235碳鋼的4/5，縱向斷裂伸長率是Q235碳鋼的2.5倍以上。超高分子量聚乙烯公路護欄材料是采取以下所述原料及方法制造而成，通過適當調整工藝參數和原料配方，按照本方法很容易做出上述力學性能的超高分子量聚乙烯公路護欄材料。
作為超高分子量聚乙烯公路護欄材料的主要承力基本元素材料，采用的UHMWPE原料的分子量為500-1000萬，優選600萬，考慮到力學性能、工藝性和經濟性的平衡更優選550萬±50萬。
為了長期尺寸穩定性，在縱向熱拉伸后可以對UHMWPE制品在張緊狀態下于100-120℃進行熱定型處理10-360秒，然后冷卻。
本方法制造超高分子量聚乙烯為基材的公路護欄材料，性價比遠高于現有方法制造的UHMWPE常規燒結、擠出制品，連續擠出、拉伸強化的超高分子量聚乙烯護欄產品可以做成圓管、方管、線材，代替鋼制波形梁護欄板的立柱、護欄管、鍍鋅鋼纜索；雙向拉伸強化的超高分子量聚乙烯可以做成波形梁護欄板，代替熱鍍鋅碳鋼護欄板。基于同樣的沖擊載荷，與現有碳鋼護欄相比，在同樣不斷裂的情況下，采用本方法的超高分子量聚乙烯公路護欄材料可以在吸收同樣沖擊功的條件下具有更長的變形馳豫時間和更大的彈塑性變形面積和變形量，對車輛和乘員的傷害大大減小，安全性更好。針對不同的允許車輛越出位移大小及使用場合，可以設計選擇不同力學性能指標和設計不同的截面積（寬度、厚度適當加大）的超高分子量聚乙烯公路護欄材料。按本文的制造方法還可以制造出超高分子量聚乙烯為基材的路燈燈桿，代替熱鍍鋅碳鋼燈桿。