超高分子量聚乙烯的英文是:Ultra High Molecular Weight Polyethylene,這是現有的的可應用于惡劣工作環境及多種用途的聚乙烯。在許多高難度的應用條件下適用性非常好。
超高分子量是這種聚合物與眾不同的特質,其具有300至600萬的分子量,而高密度聚乙烯樹脂只有30萬至50萬。這種差別是保證超高分子量聚乙烯具備足夠的強度,以達到其他低等聚合產品所不可能具備的耐磨損和抗沖擊能力。超高分子量聚乙烯的超高分子量的含義是它不會融化并向1.液體一樣流動,因而加工方法由粉末金屬技術衍生。傳統的塑料加工技術,比如注塑成型、吹塑和熱定型,無法應用于超高分子量聚乙烯。擠壓成型是應用于這種樹脂zui常見的加工工藝,這樣生產出來的產品韌性更強。
原料
根據美國菲利普石油公司的劃分方法,分子量在150萬以上的聚乙烯稱為“超高分子量聚乙烯(UHMWPE)”。德國赫斯特(Hoechst)公司、美國赫爾克樂斯(Hercules)公司和日本三井石油化學公司是世界上生產UHMWPE的三大公司,中國主要生產廠家是北京助劑二廠、上海高橋石化公司化工廠。超高分子量聚乙烯板的原料,就是分子量在150萬以上的超高分子量聚乙烯.
2 特點:
UHMWPE*的分子量賦予其優異的使用性能,而且屬于價格適中、性能優良的熱塑性工程塑料,它幾乎集中了各種塑料的優點,具有普通聚乙烯和其它工程塑料*的耐磨、耐沖擊、自潤滑、耐腐蝕、吸收沖擊能、耐低溫、衛生無毒、不易粘附、不易吸水、密度較小等綜合性能。事實上,目前還沒有一種單純的高分子材料兼有如此眾多的優異性能。
耐磨性:
UHMWPE的耐磨性居塑料,并超過某些金屬,圖1為UHMWPE與其它材料耐磨性比較。從圖1可以看出,與其它工程塑料相比,UHMWPE的沙漿磨耗指數僅是PA66的1/5,HEPE和PVC的1/10;與金屬相比,是碳鋼的1/7,黃銅的1/27。這樣高的耐磨性,以致于用一般塑料磨耗實驗法難以測試其耐磨程度,因而專門設計了一種沙漿磨耗測試裝置。UHMWPE耐磨性與分子量成正比,分子量越高,其耐磨性越好。
耐沖擊性:
UHMWPE的沖擊強度,在所有工程塑料中,圖2為UHMWPE與其他工程塑料沖擊強度比較,從圖2中可以看出,UHMWPE的沖擊強度約為耐沖擊PC的2倍,ABS的5倍,POM和PBTP的10余倍。耐沖擊性如此之高,以致于采用通常沖擊試驗方法難以使其斷裂破壞。其沖擊強度隨分子量的增大而提高,在分子量為150萬時達到zui大值,然后隨分子量的繼續升高而逐漸下降。值得指出的是,它在液氮中(-195℃)也能保持優異的沖擊強度,這一特性是其它塑料所沒有的。此外,它在反復沖擊表面硬度更高。
自潤滑性:
UHMWPE有極低的摩擦因數(0.05~0.11),故自潤滑性優異。表1為UHMWPE與其他工程塑料摩擦因數比較。從表1可以看出,UHMWPE的動嗎擦因數在水潤滑條件下是PA66和POM的1/2,在無潤滑條件下僅次于塑料中自潤滑性的聚四氟乙烯(PTFE);當它以滑動或轉動形式工作時,比鋼和黃銅加潤滑油后的潤滑性還要好。因此,在摩擦學領域UHMWPE被譽為成本/性能非常理想的摩擦材料。
耐化學藥品性:
UHMWPE具有優良的耐化學藥品性,除強氧化性酸液外,在一定溫度和濃度范圍內能耐各種腐蝕性介質(酸、堿、鹽)及有機介質(荼溶劑除外)。其在20℃和80℃的80種有機溶劑中浸漬30d,外表無任何反常現象,其它物理性能也幾乎沒有變化。
沖擊能吸收性:
UHMWPE具有優異的沖擊能吸收性,沖擊能吸收值在所有塑料中zui高,因而噪聲阻尼性能很好,具有優良的降音效果。
耐低溫性:
UHMWPE具有優異的耐低溫性,在液氦溫度(-269℃)下仍具有延展性,因而能夠用作核工業的耐低溫部件。
衛生無毒性:
UHMWPE衛生無毒,可用于接觸食品和藥物。
不粘性:
UHMWPE表面吸附能力非常微弱,其抗粘符能力僅次于塑料中不粘性的PTFE,因而制品表面與其它材料不易粘符。
吸水性:
UHMWPE吸水率很低;一般小于0.01%,僅為PA66的1%,因而在成型加工前一般不必干燥處理。
密度:
UHMWPE與其它工程塑料密度比較相對來說低。
拉伸強度:
由于UHMWPE具有朝拉伸取向*的結構特征,所以有*的超高拉伸強度,因此可通過凝膠紡絲法制得超高彈性模量和強度的纖維,其拉伸強度高達3~3.5GPa,拉伸彈性模量高達100~125GPa;纖維比強度是迄今已商品化的所有纖維中zui高的,比碳纖維大4倍,比鋼絲大10倍,比芳綸纖維大50%。
3 耐老化性:
超高分子量聚乙稀(UHMW—PE)具有很好的耐老化性能,使用時間更長,節約成本。
4 吸能:
利用超高分子量聚乙稀(UHMW—PE)的吸能特點,可廣泛應用在機械設備行業中,用于鋼鐵材質表面,減少摩擦,提高效益。
5 阻燃:
通過加入阻燃劑,使超高分子量聚乙稀(UHMW-PE)具有阻燃性。
7
產品的應用領域:
超高分子量聚乙烯UHMW-PE產品的行業應用:
由于UHMW-PE具有很好的耐磨性、環保、防靜電、緩沖、高耐磨 、防潮、耐腐蝕、易加工 、吸震、無噪音、 經濟、不變形、抗沖擊性、自潤滑性,所以很適合制作各種耐磨機械零件,如托輪、軸套、噴嘴、攪拌葉,應用范圍極為廣泛。
9 應用實例
運輸機械
導軌、傳送帶、傳送裝置滑塊座、固定板、流水生產線計時星輪
食品機械
星形輪、送瓶計數螺桿、灌裝機軸承、抓瓶機零件、墊圈導銷、氣缸、齒輪、輥筒、鏈輪手柄
造紙機械
吸水箱蓋板、偏導輪、、軸承、葉嘴、過濾器、儲油器、防磨條、毛氈清掃機
紡織機械
開幅機、減振器擋板、連接器、曲軸連桿、打梭棒、掃花針、偏桿軸承、擺動后梁
建筑機械農業機械
推土機推上板料里、自卸卡車廂內料、拖拉機梨內襯
化工機械
閥體、泵體、墊圈、過濾器、齒輪、螺母、密封環、噴嘴、旋塞、軸套、波紋管
港口機械船舶機械
船舶部件、橋吊用邊托輥、耐磨塊等零配件
一般機械
各種齒輪、軸瓦、襯套、滑動板、離合器、導向體、制動器、鉸鏈、彈性聯軸節、輥筒、托輪、緊固件、升降臺滑動部件
染色修飾
浸染機軸承、、滑動板、襯墊、密封件、拉幅導盤
文體用品
浸雪襯里、動力雪橇、溜冰場鋪面、冰場保護架
醫療用品
矩形外料零件、人工關節、假肢等
其它
冷凍機械、原子能發電站的遮蔽板、電鍍零件、超低溫機械零件
10 生產工藝
由于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)熔融狀態的粘度高達108Pa*s,流動性極差,其熔體指數幾乎為零,所以很難用一般的機械加工方法進行加工。近年來,超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的加工技術得到了迅速發展,通過對普通加工設備的改造,已使超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)由zui初的壓制-燒結成型發展為擠出、吹塑和注射成型以及其它特殊方法的成型。
11 一般加工技術
壓制燒結
壓制燒結是超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)zui原始的加工方法。此法生產效率頗低,易發生氧化和降解。為了提高生產效率,可采用直接電加熱法。
〔1〕另外,Werner和Pfleiderer公司開發了一種超高速熔結加工法;
〔2〕采用葉片式混合機,葉片旋轉的zui大速度可達150m/s,使物料僅在幾秒內就可升至加工溫度。