超高分子量聚乙烯
中文名稱 超高分子量聚乙烯 |
密度 0.920 ~ 0.964g/cm3 |
英文名稱 ultra-high molecular weight polyethylene |
熔點 130 ~ 136℃ |
分子式 —(—CH2-CH2—)—n— |
熱變形溫度 (0.64MPa)85℃ |
一、簡介
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是一種線型結(jié)構(gòu)的具有優(yōu)異綜合性能的熱塑性工程塑料。
其發(fā)展十分迅速,80年代以前,世界平均年增長率為8.5%,進(jìn)入80年代以后,增長率高達(dá)15%~20%。而我國的平均年增長率在30%以上。2007-2009年中國逐步成為世界工程塑料工廠,超分子量聚乙烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展更是十分迅速,在中國超高分子量聚乙烯管材在2001年被科學(xué)技術(shù)部國科計字(2000)056號文件列為國家科技成果重點推廣計劃,屬化工類新材料、新產(chǎn)品。國家計委科技部將超高分子量聚乙烯管材列為當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高科技產(chǎn)業(yè)重點領(lǐng)域項目。
二、辨別方法
超高分子量聚乙烯是一種高分子化合物,很難加工,并且具有超強(qiáng)的耐磨性、自潤滑性,強(qiáng)度比較高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、抗老化性能強(qiáng),所以在辨別真假高分子聚乙烯時,一定要注意它的這幾項特性,具體辨別方法如下:
1.稱重法則:真正的超高分子量聚乙烯產(chǎn)品的比重在0.93-0.95之間,密度較小,能浮于水面。如果不是純正的聚乙烯材料,將會沉入水底。
2.溫度測量:純正的超高分子量聚乙烯產(chǎn)品,在攝氏200度時是不會熔化的, 不會變形,但會變軟。如果不是純正的聚乙烯材料在攝氏200度時是會有變形的。
3.目視方法:真正的超高分子量聚乙烯表面平整、均勻、光滑,烏黑發(fā)亮而且切面密度非常均勻,如果不是純正的聚乙烯材料色澤暗淡而且密度不勻。
4.邊緣測試法:純正的超高分子量聚乙烯翻邊端面圓潤、均勻、光滑,如果不是純正的聚乙烯材料翻邊端面有裂紋,且在加熱后翻邊時會出現(xiàn)掉渣現(xiàn)象。
三、成型加工
由于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)熔融狀態(tài)的粘度高達(dá)108Pa*s,流動性極差,其熔體指數(shù)幾乎為零,所以很難用一般的機(jī)械加工方法進(jìn)行加工。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的加工技術(shù)得到了迅速發(fā)展,通過對普通加工設(shè)備的改造,已使超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)由最初的壓制-燒結(jié)成型發(fā)展為擠出、吹塑和注射成型以及其它特殊方法的成型。
1.壓制燒結(jié) 壓制燒結(jié)是超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)最原始的加工方法。此法生產(chǎn)效率頗低,易發(fā)生氧化和降解。為了提高生產(chǎn)效率,可采用直接電加熱法。
2.?dāng)D出成型 擠出成型設(shè)備主要有柱塞擠出機(jī)、單螺桿擠出機(jī)和雙螺桿擠出機(jī)。雙螺桿擠出多采用同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)。
3.注塑成型
4.吹塑成型
5.輥壓成型
6.熱處理
四、改性
性能
與其它工程塑料相比,超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)具有表面硬度和熱變形溫度低、彎曲強(qiáng)度以及蠕變性能較差等缺點。這是由于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的分子結(jié)構(gòu)和分子聚集形態(tài)造成的,可通過填充和交聯(lián)的方法加以改善。
填充
采用玻璃微珠、玻璃纖維、云母、滑石粉、二氧化硅、三氧化二鋁、二硫化鉬、炭黑等對超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)進(jìn)行填充改性,可使表面硬度、剛度、蠕變性、彎曲強(qiáng)度、熱變形溫度得以較好地改善。用偶聯(lián)劑處理后,效果更加明顯。如填充處理后的玻璃微珠,可使熱變形溫度提高30℃。
加工
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)樹脂的分子鏈較長,易受剪切力作用發(fā)生斷裂,或受熱發(fā)生降解。因此,較低的加工溫度,較短的加工時間和降低對它的剪切是非常必要的。
流動
流動改進(jìn)劑促進(jìn)了長鏈分子的解纏,并在大分子之間起潤滑作用,改變了大分子鏈間的能量傳遞,從而使得鏈段位移變得容易,改善了聚合物的流動性。
五.應(yīng)用情況
由于超高分子量聚乙烯有眾多的優(yōu)異特性,它在高性能纖維市場上,包括從海上油田的系泊繩到高性能輕質(zhì)復(fù)合材料方面均顯示出極大的優(yōu)勢,在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭和航空、航天、海域防御裝備等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。
1.超高分子量聚乙烯可打造裝煤、石灰、水泥、礦粉、鹽、谷物等等粉狀文件的拖斗、料倉、滑槽的襯里,因為它存在優(yōu)良的自潤滑性、不粘性,可使上述粉狀文件對于儲運(yùn)設(shè)施不發(fā)生粘附景象,保障穩(wěn)固保薦。
2.超高分子量聚乙烯用來流砂等的液體保薦管道,與其他管道相比突出性能表現(xiàn)在:與竹管相比壽數(shù)提高18倍,利息降至1/25,與錦綸管相比壽數(shù)提高3倍,利息降至1/8。在保薦時,管內(nèi)屏障比非金屬管小25%,大大提高了保薦頻率。
3.在滑槽、鏟斗和礦石艙室的內(nèi)襯等范圍,用傳統(tǒng)非金屬文件時,遇到寒冷潮濕天氣,物品就會解凍在非金屬上,而采納高分子聚乙烯板材則決不會,從而 大大縮小了卸貨成本。在散裝車船的自卸漏子上內(nèi)襯一層高分子聚乙烯板材后,勻稱卸貨工夫由本來的16~20h縮小到8h。
4.在國防軍需裝備方面,由于其耐沖擊性能好,比能量吸收大,在軍事上可以制成防護(hù)衣料、頭盔、防彈材料,如直升飛機(jī)、坦克和艦船的裝甲防護(hù)板、雷達(dá)的防護(hù)外殼罩、導(dǎo)彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌、降落傘等。
5.在航天工程中,由于其輕質(zhì)高強(qiáng)和抗沖擊性能好,適用于各種飛機(jī)的翼尖結(jié)構(gòu)、飛船結(jié)構(gòu)和浮標(biāo)飛機(jī)等。同時也可以用作航天飛機(jī)著陸的減速降落傘和飛機(jī)上懸吊重物的繩索,取代了傳統(tǒng)的鋼纜繩和合成纖維繩索,其發(fā)展速度異常迅速。
6.在民用領(lǐng)域,制成的繩索、纜繩、船帆和漁具適用于海洋工程,在自重下的斷裂長度是鋼繩的8倍,是芳綸的2倍。該繩索用于超級油輪、海洋操作平臺、燈塔等的固定錨繩,解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強(qiáng)度降低和斷裂,需經(jīng)常進(jìn)行更換的問題。
7.在工業(yè)應(yīng)用中,可用作耐壓容器、傳送帶、過濾材料、汽車緩沖板等;建筑方面可以用作墻體、隔板結(jié)構(gòu)等,用它作增強(qiáng)水泥復(fù)合材料可以改善水泥的韌度,提高其抗沖擊性能。由于其具有優(yōu)良的耐磨性、耐沖擊性,它在機(jī)械制造行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,可制作各種齒輪、凸輪、葉輪、滾輪、滑輪、軸承、軸瓦、軸套、削軸、墊片、密封墊、彈性聯(lián)軸節(jié)、螺釘?shù)葯C(jī)械零部件。
8.在體育用品上已經(jīng)制成安全帽、滑雪板、帆輪板、釣竿、球拍及自行車、滑翔板、超輕量飛機(jī)零部件等,其性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料。
9.在醫(yī)學(xué)方面,用于牙托材料、醫(yī)用移植物和整形縫合等領(lǐng)域,它的生物相容性和耐久性都較好,并具有高的穩(wěn)定性,不會引起過敏,已作臨床應(yīng)用。還用于醫(yī)用手套和其他醫(yī)療措施等方面。
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