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超高分子量聚乙烯板
鎖定
- 中文名
- 超高分子量聚乙烯板
- 外文名
- Ultra High Molecular Weight Polyethylene
- 分子量
- 150萬以上
- 優 點
- 足夠的強度
超高分子量聚乙烯板原料
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.
超高分子量聚乙烯板特點介紹
UHMWPE極高的分子量賦予其優異的使用性能,而且屬於價格適中、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無可比擬的耐磨、耐衝擊、自潤滑、耐腐蝕、吸收衝擊能、耐低温、衞生無毒、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。
超高分子量聚乙烯板耐磨性
UHMWPE的耐磨性居塑料之冠,並超過某些金屬,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,以致於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。
超高分子量聚乙烯板耐衝擊性
UHMWPE的衝擊強度,在所有工程塑料中名列前茅,圖2為UHMWPE與其他工程塑料衝擊強度比較,從圖2中可以看出,UHMWPE的衝擊強度約為耐衝擊PC的2倍,ABS的5倍,POM和PBTP的10餘倍。耐衝擊性如此之高,以致於採用通常衝擊試驗方法難以使其斷裂破壞。其衝擊強度隨分子量的增大而提高,在分子量為150萬時達到最大值,然後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℃)也能保持優異的衝擊強度,這一特性是其它塑料所沒有的。此外,它在反覆衝擊表面硬度更高。
超高分子量聚乙烯板自潤滑性
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的動摩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於塑料中自潤滑性最好的聚四氟乙烯(PTFE);當它以滑動或轉動形式工作時,比鋼和黃銅加潤滑油後的潤滑性還要好。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。
超高分子量聚乙烯板耐化學藥品性
UHMWPE具有優良的耐化學藥品性,除強氧化性酸液外,在一定温度和濃度範圍內能耐各種腐蝕性介質(酸、鹼、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。
超高分子量聚乙烯板衝擊能吸收性
UHMWPE具有優異的衝擊能吸收性,衝擊能吸收值在所有塑料中最高,因而噪聲阻尼性能很好,具有優良的削音效果。
超高分子量聚乙烯板耐低温性
UHMWPE具有優異的耐低温性,在液氦温度(-269℃)下仍具有延展性,因而能夠用作核工業的耐低温部件。
超高分子量聚乙烯板衞生無毒性
UHMWPE衞生無毒,可用於接觸食品和藥物。
超高分子量聚乙烯板不粘性
UHMWPE表面吸附能力非常微弱,其抗粘符能力僅次於塑料中不粘性最好的PTFE,因而製品表面與其它材料不易粘符。
超高分子量聚乙烯板吸水性小
超高分子量聚乙烯板密度
UHMWPE與其它工程塑料密度比較相對來説低。
超高分子量聚乙烯板拉伸強度
由於UHMWPE具有朝拉伸取向必備的結構特徵,所以有無可匹敵的超高拉伸強度,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最高的,比碳纖維大4倍,比鋼絲大10倍,比芳綸纖維大50%。
超高分子量聚乙烯板耐老化性
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。
超高分子量聚乙烯板吸能
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,用於鋼鐵材質表面,減少摩擦,提高效益。
超高分子量聚乙烯板阻燃
超高分子量聚乙烯板缺點
雖然超高分子量聚乙烯板有很多優點,但是它也有它的缺陷,與其它工程塑料相比,高分子量聚乙烯具有表面硬度和熱變形温度低、彎曲強度以及蠕變性能較差等缺點。這是由於高分子量聚乙烯得分子結構和分子聚集形態造成得,可通過填充和交聯得方法加以改善。
超高分子量聚乙烯板應用領域
超高分子量聚乙烯UHMW-PE產品的行業應用:
由於UHMW-PE具有很好的耐磨性、環保、防靜電、緩衝、高耐磨 、防潮、耐腐蝕、易加工 、吸震、無噪音、 經濟、不變形、抗衝擊性、自潤滑性,所以很適合製作各種耐磨機械零件,如託輪、軸套、噴嘴、攪拌葉,應用範圍極為廣泛。
超高分子量聚乙烯板墊塊用途
超高分子量聚乙烯板造紙機械
吸水箱蓋板、導流板、刮水板、水翼
超高分子量聚乙烯板建築農業機械
耐環境應力開裂性優良,抗反覆疲勞強度高,噪音和振動阻尼性均優良,可用作高架、輕軌橋面防震墊塊、自卸汽車、翻鬥襯裏、砂漿、混凝土容器及溜槽襯裏,清洗方便。
超高分子量聚乙烯板低温技術
超高分子量聚乙烯板醫療技術
超高分子量聚乙烯板電氣工程
超高具有良好的電絕緣性能,電性能指標都在一般塑料之上。
超高分子量聚乙烯板砧板
使用各種食品、清潔方便,已用作食品加工廠的切配台板、麪包房工作台面、和麪機等。 皮革機械衝牀裁料砧板,使用壽命與其他塑料比較提高四倍以上,並且表面刨削一層可繼續使用。 超高分子量聚乙烯是一種近年耐開發應用的新材料,作為一種永久性固體潤滑劑以保護受摩擦的金屬表面,可降低能耗,減少噪音以及昂貴的維修費用。
超高分子量聚乙烯板應用實例
超高分子量聚乙烯板運輸機械
導軌、傳送帶、傳送裝置滑塊座、固定板、流水生產線計時星輪
超高分子量聚乙烯板食品機械
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
超高分子量聚乙烯板造紙機械
吸水箱蓋板、偏導輪、刮刀、軸承、葉嘴、過濾器、儲油器、防磨條、毛氈清掃機
超高分子量聚乙烯板紡織機械
開幅機、減振器擋板、連接器、曲軸連桿、打梭棒、掃花針、偏杆軸承、擺動後梁
超高分子量聚乙烯板建築機械農業
推土機推上板料裏、自卸卡車廂內料、拖拉機梨刀內襯
超高分子量聚乙烯板化工機械
超高分子量聚乙烯板港口機械船舶
船舶部件、橋吊用邊託輥、耐磨塊等零配件
超高分子量聚乙烯板一般機械
超高分子量聚乙烯板染色修飾
浸染機軸承、刮刀、滑動板、襯墊、密封件、拉幅導盤
超高分子量聚乙烯板文體用品
浸雪襯裏、動力雪橇、溜冰場鋪面、冰場保護架
超高分子量聚乙烯板醫療用品
矩形外料零件、人工關節、假肢等
超高分子量聚乙烯板其它
冷凍機械、原子能發電站的遮蔽板、電鍍零件、超低温機械零件
超高分子量聚乙烯板生產工藝
由於超高分子量聚乙烯(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)由最初的壓制-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。
超高分子量聚乙烯板一般加工技術
超高分子量聚乙烯板壓制燒結
壓制燒結是超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)最原始的加工方法。此法生產效率頗低,易發生氧化和降解。為了提高生產效率,可採用直接電加熱法。
〔1〕另外,Werner和Pfleiderer公司開發了一種超高速熔結加工法;
〔2〕採用葉片式混合機,葉片旋轉的最大速度可達150m/s,使物料僅在幾秒內就可升至加工温度。
超高分子量聚乙烯板擠出成型
60年代大都採用柱塞式擠出機,70年代中期,日、美、西德等先後開發了單螺桿擠出工藝。日本三井石油化學公司最早於1974年取得了圓棒擠出技術的成功。我國於1994年底研製出Φ45型超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)專用單螺桿擠出機,並於1997年取得了Φ65型單螺桿擠出管材工業化生產線的成功。
超高分子量聚乙烯板注塑成型
日本三井石油化工公司於1974年開發了注塑成型工藝,並於1976年實現了商業化,之後又開發了往復式螺桿注塑成型技術。1985年美國Hoechst公司也實現了超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的螺桿注塑成型工藝。我國1983年對國產XS-ZY-125A型注射機進行了改造,成功地注射出啤酒罐裝生產線用超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)託輪、水泵用軸套,1985年又成功地注射出醫用人工關節等。
超高分子量聚乙烯板吹塑成型
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)加工時,當物料從口模擠出後,因彈性恢復而產生一定的回縮,並且幾乎不發生下垂現象,故為中空容器,特別是大型容器,如油箱、大桶的吹塑創造了有利的條件。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)吹塑成型還可導致縱橫方向強度均衡的高性能薄膜,從而解決了HDPE薄膜長期以來存在的縱橫方向強度不一致,容易造成縱向破壞的問題。
超高分子量聚乙烯板加工技術
超高分子量聚乙烯板發展過程
以凍膠紡絲—超拉伸技術製備高強度、高模量聚乙烯纖維是70年代末出現的一種新穎紡絲方法。荷蘭DSM公司最早於1979年申請專利,隨後美國Allied公司、日本與荷蘭聯合建立的Toyobo-DSM公司、日本Mitsui公司都實現了工業化生產。中國紡織大學化纖所從1985年開始該項目的研究,逐步形成了自己的技術,製得了高性能的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纖維〔3〕。
超高分子量聚乙烯板紡絲過程
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)凍膠紡絲過程簡述如下:溶解超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)於適當的溶劑中,製成半稀溶液,經噴絲孔擠出,然後以空氣或水驟冷紡絲溶液,將其凝固成凍膠原絲。在凍膠原絲中,幾乎所有的溶劑被包含其中,因此超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)大分子鏈的解纏狀態被很好地保持下來,而且溶液温度的下降,導致凍膠體中超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)摺疊鏈片晶的形成。這樣,通過超倍熱拉伸凍膠原絲可使大分子鏈充分取向和高度結晶,進而使呈摺疊鏈的大分子轉變為伸直鏈,從而製得高強度、高模量纖維。
超高分子量聚乙烯板應用
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纖維是當今世界上第三代特種纖維,強度高達30.8cN/dtex,比強度是化纖中最高的,又具有較好的耐磨、耐衝擊、耐腐蝕、耐光等優良性能。它可直接製成繩索、纜繩、漁網和各種織物:防彈背心和衣服、防切割手套等,其中防彈衣的防彈效果優於芳綸。國際上已將超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纖維織成不同纖度的繩索,取代了傳統的鋼纜繩和合成纖維繩等。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纖維的複合材料在軍事上已用作裝甲兵器的殼體、雷達的防護外殼罩、頭盔等;體育用品上已製成弓弦、雪橇和滑水板等。
超高分子量聚乙烯板潤滑擠出
潤滑擠出(注射)成型技術是在擠出(注射)物料與模壁之間形成一層潤滑層,從而降低物料各點間的剪切速率差異,減小產品的變形,同時能夠實現在低温、低能耗條件下提高高粘度聚合物的擠出(注射)速度。產生潤滑層的方法主要有兩種:自潤滑和共潤滑。
超高分子量聚乙烯板自潤滑擠出
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的自潤滑擠出(注射)是在其中添加適量的外部潤滑劑,以降低聚合物分子與金屬模壁間的摩擦與剪切,提高物料流動的均勻性及脱模效果和擠出質量。外部潤滑劑主要有高級脂肪酸、複合脂、有機硅樹脂、石臘及其它低分子量樹脂等。擠出(注射)加工前,首先將潤滑劑同其它加工助劑一起混入物料中,生產時,物料中的潤滑劑滲出,形成潤滑層,實現自潤滑擠出(注射)。
超高分子量聚乙烯板共潤滑擠出
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的共潤滑擠出(注射)有兩種情況,一是採用縫隙法〔5、6〕將潤滑劑壓入到模具中,使其在模腔內表面和熔融物料間形成潤滑層;二是與低粘度樹脂共混,使其作為產物的一部分(詳見3.2.1)。
超高分子量聚乙烯板輥壓成型
輥壓成型是一種固態加工方法,即在超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的熔點以下對其施加一很大的壓力,通過粒子形變,有效地將粒子與粒子融合。主要設備是一帶有螺槽的旋轉輪和一帶有舌槽的弓形滑塊,舌槽與螺槽垂直。在加工過程中有效地利用了物料與器壁之間的摩擦力,產生的壓力足夠使超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)粒子發生形變。在機座末端裝有加熱支台,經過模口擠出物料。如將此項輥壓裝置與擠壓機聯用,可使加工過程連續化。
超高分子量聚乙烯板熱處理壓制
把超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)樹脂粉末在140℃~275℃之間進行1min~30min的短期加熱,發現超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的某些物理性能出人意料地大大改善。用熱處理過的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)粉料壓制出的製品和未熱處理過的UHMPWE製品相比較,前者具有更好的物理性能和透明性,製品表面的光滑程度和低温機械性能大大提高了。
超高分子量聚乙烯板射頻加工
採用射頻加工超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是一種嶄新的加工方法,它是將超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)粉末和介電損耗高的炭黑粉末均勻混合在一起,用射頻輻照,產生的熱可使超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)粉末表面發生軟化,從而使其能在一定壓力下固結。用這種方法可在數分鐘內模壓出很厚的大型部件,其加工效率比目前超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)常規模壓加工高許多倍。