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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.

耐磨性

UHMWPE的耐磨性居塑料之冠,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(shù)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,在所有工程塑料中名列前茅,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150萬時達到最大值,然后隨分子量的繼續(xù)升高而逐漸下降。值得指出的是,它在液氮中(-195℃)也能保持優(yōu)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(shù)(0.05~0.11),故自潤滑性優(yōu)異。表1為UHMWPE與其他工程塑料摩擦因數(shù)比較。從表1可以看出,UHMWPE的動嗎擦因數(shù)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(yōu)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�，F(xiàn)象,其它物理性能也幾乎沒有變化。

沖擊能吸收性

UHMWPE具有優(yōu)異的沖擊能吸收性,沖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(yōu)良的削音效果。

耐低溫性

UHMWPE具有優(yōu)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(yè)的耐低溫部件。

衛(wèi)生無毒性

UHMWPE衛(wèi)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最好的PTFE,因而制品表面與其它材料不易粘符。

吸水性小

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具有朝拉伸取向必備的結構特征,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%。

由于UHMW-PE具有很好的耐磨性、環(huán)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。

吸水箱蓋板、導流板、刮水板、水翼

建筑農業(yè)機械

耐環(huán)境應力開裂性優(yōu)良,抗反復疲勞強度高,噪音和振動阻尼性均優(yōu)良,可用作高架、輕軌橋面防震墊塊、自卸汽車、翻斗襯里、砂漿、混凝土容器及溜槽襯里,清洗方便。

低溫技術

裝配式冷庫,低溫集裝箱墊倉板,在歐洲核研究中心成功地在液氮溫度下將超高作密封圈、襯墊及活塞環(huán)應用

醫(yī)療技術

由于超高分子量聚乙烯生物相容性良好,醫(yī)療上作人工移植器官,世界上已有幾十萬人接受超高骨關節(jié)植置。目前本公司正與國內外著名機構著手研究開發(fā)多種范圍的人工器官件的臨床應用試驗。

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。

砧板

使用各種食品、清潔方便,已用作食品加工廠的切配臺板、面包房工作臺面、和面機等。 皮革機械沖床裁料砧板,使用壽命與其他塑料比較提高四倍以上,并且表面刨削一層可繼續(xù)使用。 超高分子量聚乙烯是一種近年耐開發(fā)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。

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(shù)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、刮刀、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(yè)

推土機推上板料里、自卸卡車廂內料、拖拉機梨刀內襯

化工機械

閥體、泵體、墊圈、過濾器、齒輪、螺母、密封環(huán)、噴嘴、旋塞、軸套、波紋管

港口機械船舶

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(lián)軸節(jié)、輥筒、托輪、緊固件、升降臺滑動部件

染色修飾

浸染機軸承、刮刀、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(yī)療用品

矩形外料零件、人工關節(jié)、假肢等

其它

冷凍機械、原子能發(fā)電站的遮蔽板、電鍍零件、超低溫機械零件

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(fā)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(fā)了一種超高速熔結加工法;

2、采用葉片式混合機,葉片旋轉的最大速度可達150m/s,使物料僅在幾秒內就可升至加工溫度。

擠出成型

擠出成型設備主要有柱塞擠出機、單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機。雙螺桿擠出多采用同向旋轉雙螺桿擠出機。

60年代大都采用柱塞式擠出機,70年代中期,日、美、西德等先后開發(fā)了單螺桿擠出工藝。日本三井石油化學公司最早于1974年取得了圓棒擠出技術的成功。我國于1994年底研制出Φ45型超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)專用單螺桿擠出機,并于1997年取得了Φ65型單螺桿擠出管材工業(yè)化生產線的成功。

注塑成型

日本三井石油化工公司于1974年開發(fā)了注塑成型工藝,并于1976年實現(xiàn)了商業(yè)化,之后又開發(fā)了往復式螺桿注塑成型技術。1985年美國Hoechst公司也實現(xiàn)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)托輪、水泵用軸套,1985年又成功地注射出醫(yī)用人工關節(jié)等。

吹塑成型

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)加工時,當物料從口模擠出后,因彈性恢復而產生一定的回縮,并且?guī)缀醪话l(fā)生下垂現(xiàn)象,故為中空容器,特別是大型容器,如油箱、大桶的吹塑創(chuàng)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。

以凍膠紡絲-超拉伸技術制備高強度、高模量聚乙烯纖維是70年代末出現(xiàn)的一種新穎紡絲方法。荷蘭DSM公司最早于1979年申請專利,隨后美國Allied公司、日本與荷蘭聯(lián)合建立的Toyobo-DSM公司、日本Mitsui公司都實現(xiàn)了工業(yè)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,制得了高性能的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纖維〔3〕。

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)于適當?shù)娜軇┲?制成半稀溶液,經噴絲孔擠出,然后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(tài)被很好地保持下來,而且溶液溫度的下降,導致凍膠體中超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)折疊鏈片晶的形成。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,進而使呈折疊鏈的大分子轉變?yōu)樯熘辨?從而制得高強度、高模量纖維。

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、耐沖擊、耐腐蝕、耐光等優(yōu)良性能。它可直接制成繩索、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(yōu)于芳綸。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(tǒng)的鋼纜繩和合成纖維繩等。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纖維的復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;體育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。

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脫模效果和擠出質量。外部潤滑劑主要有高級脂肪酸、復合脂、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(xiàn)自潤滑擠出(注射)。

有專利報道（4）:將70份石蠟油、30份超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)和1份氧相二氧化硅(高度分散的硅膠)混合造粒,在190℃的溫度下就可實現(xiàn)順利擠出(注射)。

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,一是采用縫隙法〔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)。

如:生產超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)薄板時,由定量泵向模腔內輸送SH200有機硅油作潤滑劑,所得產品外觀質量有明顯提高,特別是由于擠出變形小,增加了拉伸強度。