超高分子量聚乙烯加工技术详解
超高分子量聚乙烯加工方式

超高分子量聚乙烯加工方式超高分子量聚乙烯(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene, UHMWPE)是一种具有极高分子质量的聚合物材料。
由于其出色的耐磨性、化学稳定性和高强度等特点,UHMWPE在许多领域,如工程材料、生物医学和液晶显示器等方面都扮演着重要角色。
本文将从深度和广度两个方面,结合不同的加工方式,探讨超高分子量聚乙烯的制备过程和应用领域。
一、超高分子量聚乙烯的制备(1)直接压制法:超高分子量聚乙烯最常用的制备方法之一是直接压制法。
该方法将预聚合物颗粒通过熔融挤出和压制的方式制备成片状或棒状材料。
这种方法具有操作简便、成本相对较低的特点,但由于纤维晶核的形成过程较为困难,在晶体结构上存在着一定的缺陷。
(2)注射成型法:注射成型法是另一种常见的超高分子量聚乙烯制备方法。
它通过将预先制备好的UHMWPE颗粒加热熔融后注射到模具中,加压冷却成型。
这种方法可以制备出复杂形状的产品,并且在成型过程中可以通过控制温度和压力等参数来调节材料的性能。
(3)环状浸渍法:环状浸渍法是一种相对较新的超高分子量聚乙烯制备方法。
它通过将聚合前体溶液浸入冷却液中,形成环状晶体。
然后通过复合、分离和后处理等步骤,制备出超高分子量聚乙烯材料。
这种方法制备的UHMWPE材料具有更高的分子量和更好的损伤耐受性,但制备过程相对复杂。
二、超高分子量聚乙烯的应用领域超高分子量聚乙烯由于其独特的性能,在多个领域得到了广泛的应用。
(1)工程材料:超高分子量聚乙烯在工程材料领域具有出色的耐磨性和化学稳定性。
它可以用于制造输送设备的零部件、轴承、导轨等耐磨件,同时还可应用于船舶零部件、冶金设备和采矿行业等领域。
(2)生物医学:由于超高分子量聚乙烯具有较好的生物相容性和生物降解性,它在生物医学领域被广泛应用于人工关节、骨科器械和医用缝线等方面。
其材料的低摩擦系数和高强度也使其成为人工心脏瓣膜和血管支架等重要医疗器械的理想选择。
uhmwpe的加工方法

uhmwpe的加工方法UHMWPE(超高分子量聚乙烯)是一种具有优异性能的工程塑料,具有高韧性、低摩擦系数和良好的耐磨性。
它被广泛应用于各种领域,如医疗器械、航空航天、汽车工业和运动器材等。
为了满足不同领域的需求,UHMWPE需要经过一系列的加工方法来获得所需的形状和性能。
一、切割UHMWPE的切割是最常见的加工方法之一。
常用的切割工具有锯、刀具和激光切割机。
锯和刀具适用于对UHMWPE进行简单的直线切割,而激光切割机则可以实现复杂形状的切割。
在切割过程中,需要注意防止UHMWPE材料过热,以免对切割质量产生影响。
二、钻孔当需要在UHMWPE材料中开孔时,钻孔是常用的加工方法之一。
常用的钻孔工具有手动钻、电动钻和数控钻床。
在钻孔过程中,需要注意控制钻头的转速和进给速度,以避免过热和过大的切削力。
三、铣削铣削是将UHMWPE材料表面切削成所需形状的加工方法。
常用的铣削工具有立铣机和数控铣床。
在铣削过程中,需要选择合适的刀具和切削参数,以获得理想的加工效果。
同时,为了防止UHMWPE材料过热,可以采用冷却液进行冷却。
四、热压成型热压成型是将UHMWPE材料加热至一定温度,然后施加压力使其成型的加工方法。
通过热压成型,可以制备出各种复杂形状的零件和器件。
在热压成型过程中,需要控制加热温度和压力,并根据材料的热性能来确定加热时间。
五、注塑成型注塑成型是将熔化的UHMWPE材料注入模具中,经冷却后得到所需形状的加工方法。
注塑成型通常用于大批量生产,可以实现高效率和一致性。
在注塑成型过程中,需要控制注射温度、注射压力和冷却时间,以获得理想的成型品质。
六、挤出成型挤出成型是将加热的UHMWPE材料通过模具挤出,形成所需形状的加工方法。
挤出成型常用于制备管材、板材和型材等产品。
在挤出成型过程中,需要控制挤出温度、挤出速度和挤出压力,以保证产品的质量和尺寸精度。
七、冷冲压冷冲压是将UHMWPE材料放入冷冲压机中,通过模具施加压力使其成型的加工方法。
超高分子量聚乙烯的制备与应用研究

超高分子量聚乙烯的制备与应用研究一、超高分子量聚乙烯的制备方法超高分子量聚乙烯,简称UHMWPE,是一种分子量高达数百万的高分子材料。
目前常用的制备方法主要有以下几种:1.溶液聚合法该方法通过将乙烯溶解在反应溶液中,经过引发剂引发聚合反应得到UHMWPE。
该方法的优点是对反应条件较为宽松,但难以得到高分子量的聚合物。
2.固态加工法该方法是将乙烯通过高压聚合法制备出UHMWPE颗粒,经过热挤压、注塑等固态加工过程制备成所需的UHMWPE制品。
该方法的优点是制品性能稳定,且能够制备超过1000万的大分子量。
3.杂化聚合法该方法是将溶液聚合法和固态加工法相结合,通过引入苯环单体等杂化剂,使聚合反应更为充分,制备出较高分子量的UHMWPE。
二、超高分子量聚乙烯的应用由于UHMWPE具有极高的分子量和热稳定性,以及优异的力学性能和生物相容性,因此在众多领域有着广泛的应用。
1.医疗领域UHMWPE在医疗领域中用于制备关节假体和人工心脏瓣膜等医疗器材,其高分子量和生物相容性能够满足这些器材的高要求。
2.工业领域UHMWPE在工业领域中主要应用于输送机械、轻工机械、造纸机械等设备的轴承、轮套、拉杆、齿轮等零部件中,以提高机械零件的耐磨性、耐腐蚀性和耐疲劳性。
3.防护领域UHMWPE在防护领域应用广泛,如制备高强度的防刺防割服装、防护盾、防弹装备等,其超高的分子量和良好的力学性能能够有效保护人身安全。
4.航空航天领域UHMWPE在航空航天领域中用于制备高速飞机的结构材料、降落伞、太空服等,其超高分子量和热稳定性能够满足极端环境下的工作要求。
5.汽车工程领域UHMWPE在汽车工程领域中用于制备制动片、导向轮、变速器齿轮等汽车零部件,以提高汽车的耐磨性、降低噪音等级、延长使用寿命。
三、超高分子量聚乙烯的未来发展趋势目前,国内外对UHMWPE的制备、性能以及应用等方面都深入研究,为其在更多领域中的应用打下了坚实基础。
未来,随着技术的不断发展和材料需求的提高,UHMWPE的研究方向将主要集中在以下几个方面:1.分子结构精细化设计为了进一步提高UHMWPE的力学性能、热稳定性以及生物相容性等方面的性能,需要对其分子结构进行逐步精细化设计,通过各种方法将其性能提高到更高的水平。
超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE)的成型工艺和加工特性

超高分子量聚乙烯管 fish超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE)的成型工艺和加工特性一些研究者已研究出超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE)的注塑或螺杆挤塑技术。
使用按规格改制的设备和很简单的厚壁零件设计,在注塑中已获得有限的成功。
在螺杆挤塑中的尝试导致聚合物降解或设备损坏。
用于UHMWPE的最通常加工技术是压塑。
使用大型液压机可生产50Sq·ft.大小和许多英寸厚度的板材。
薄板材或带材通常用切片短条或块料来生产。
厚壁挤塑可以使用由往复式推料杆送料的具有特长滞留时间的口模喂料。
锻制技术已发展,在约390F下热压成型和在热模中压缩。
UHMWPE可以通过热压板焊接或旋压焊接而连接在一起。
板材加热到302T可在金属冲击设备上冲击。
粘合系统形成的接缝承受剪切值达6.3MPa。
使用锋利工具和冷却,超高分子量聚乙烯较易加工。
为使零件具有更簿截面或更精细,机械法是常用的加工方法。
加工过程,如钻、磨、旋、锯、刨和螺纹切削为例行工序。
对于长时间生产操作过程,建议使用硬质合金工具。
若干加工过程是以UHMWPE和油共混物为基础。
形成的凝胶可以在普通塑料挤出机上挤塑加工成板材或长丝。
从板材中分离出油使其成为多孔材料,适用于电解槽隔离板或过滤膜。
从凝胶长丝中取向和分离油可生产出拉神特性优于钢的纤维。
⒈超高分子量聚乙烯的加工特性UHMWPE虽然是热塑性塑料,但是其加工性能却不好。
⑴超高分子量聚乙烯的熔体粘度太大,高达108Pa.S,就算熔融也很难流动,熔体流动指数接近0,和聚四氟乙烯PTFE(F4)很相似。
⑵UHMWPE的临界剪切速率低,而且分子量越大、制品截面积越大,剪切速率也就越小。
UHMWPE 在低剪切速率时会发生熔体破裂、滑流、喷流等问题,从而导致出现孔状、脱层现象;所以在挤出成型时,挤出速度不能太快,否则会出现熔体破裂而引起制品表面裂纹。
⑶UHMWPE的摩擦系数小,在进料时很容易发生打滑而无法输送物料,因此一般多选用柱塞式而不用螺杆式挤出机。
超高分子量聚乙烯纤维 生产工艺

超高分子量聚乙烯纤维(Ultra-high molecular weight polyethylene fiber,UHMWPE)是一种具有极高分子量和极高强度的聚合物纤维,具有优异的耐磨性、抗冲击性和化学稳定性,被广泛应用于防弹衣、船舶绳索、挡板等领域。
其制备工艺包括高分子合成、纺丝、拉伸、热处理等多个步骤,每个步骤都对最终产品的性能有着重要影响。
本文将对超高分子量聚乙烯纤维的生产工艺进行详细介绍,以期为相关领域的科研工作者和生产从业人员提供参考。
一、高分子合成1. 原料选择超高分子量聚乙烯的合成首先需要选择合适的乙烯单体,通常采用乙烯气相聚合工艺,从乙烯裂解制备乙烯单体,并对其进行高压重聚合反应。
2. 聚合反应聚合反应是决定聚合物分子量的关键步骤,通过调控压力、温度、催化剂种类等条件,可以控制聚合物分子量的分布和平均分子量。
3. 分子量调控超高分子量聚乙烯的聚合反应需要特别注意分子量的调控,通常采用添加少量氧化剂或控制温度降低分子量。
二、纺丝1. 溶液制备将高分子量聚乙烯溶解于特定溶剂中,通常采用烷烃类溶剂如正癸烷或苯、甲苯等。
2. 纺丝设备选择适当的纺丝设备,通常采用旋转式纺丝或者湿法纺丝工艺,辅以高压气体喷射,来制备具有纳米级结晶的纤维。
三、拉伸1. 变形温度将纺丝得到的初纤维加热到高温,使其变软化,然后进行拉伸,使其分子链得到定向排列,提高纤维的拉伸强度。
2. 拉伸倍数通过控制拉伸倍数,可以调控纤维的性能,如强度和模量等。
四、热处理1. 结晶行为超高分子量聚乙烯纤维在热处理过程中会发生结晶,通过控制热处理温度和时间,可以调控纤维的结晶度和晶体尺寸。
2. 力学性能热处理对纤维的力学性能有显著影响,适当的热处理能够提高纤维的抗拉强度和模量。
以上就是超高分子量聚乙烯纤维的生产工艺的简要介绍,生产超高分子量聚乙烯纤维是一个相对复杂的过程,需要科学合理地设计每个环节的工艺参数,以获得优异的产品性能。
超高分子量聚乙烯加工技术详解

超高分子量聚乙烯加工技术超高分子量聚乙烯安阳超高工业技术有限责任公司20160629摘要:超高分子量聚乙烯英文简称UHMW-PE,它是一种来源丰富、价格适中、性能优异的一类热塑性工程塑料,由于具有耐冲击性、耐腐蚀、耐磨损、自润滑性、无毒性及极优良的耐低温性等优点,被应用在许多领域。
“性能卓越,加工困难”是UHMW-PE的一大特点,其原因就在于UHMW-PE的分子链极长,致使分子链互相缠结,很难呈规则排列,在引起聚集态变化的同时(如:结晶度偏低-65%~85%,密度偏低-0.93~0.94g/m3),大分子链间的无规缠结又使UHMW-PE 对热运动反应迟缓,当加热到熔点以上时,熔体呈现橡胶状高粘弹体状,熔体粘度高达108Pa.s,熔体流动速率几乎为零,造成UHMW-PE临界剪切速率很低,易产生熔体破裂等缺陷。
因此,很难用常规的聚合物加工方法来成型UHMW-PE 制品,在一段时间内限制了UHMW-PE的推广使用,故研究UHMW-PE的成型加工显得尤为重要。
常用的成型方法有模压成型法(1965年前后)、挤出成型法(1970年前后)和注塑成型法(1975年前后)3种。
本论文首先简要介绍一下UHMW-PE的性能及成型方法,然后分别对它的单螺杆挤出成型工艺和双螺杆挤出成型工艺做详细介绍。
关键词:性能;加工性能;成型方法;单螺杆挤出成型法;双螺杆挤出成型法1 UHMW-PE概述1.1 UHMW-PE的发展简史超高分子量聚乙烯通常是指相对分子质量在150万以上的线型聚乙烯,其英文全称为Ultra High Molecular Weight Polyethylene,简称UHMW-PE。
UHMW-PE 在分子结构上与普通聚乙烯相同,其主链上的链节都是(-CH2-CH2-),但普通聚乙烯的分子量较低,约在5-30万之间,即使是高分子量高密度聚乙烯(HMWHPE),其重均分子量也仅为20-50万,而UHMW-PE的分子量高达巧于600万,德国甚至有分子量高达1000万以上的产品。
超高分子量聚乙烯热成形工艺研究及应用

超高分子量聚乙烯热成形工艺研究及应用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种优良的工程塑料,具有高密度、高强度、高耐磨性和化学稳定性等优点,在航空航天、医疗器械、汽车零部件等领域得到广泛应用。
随着热成形工艺的不断发展,UHMWPE热成形技术也逐渐成为了一种流行的加工方法。
本文将对UHMWPE热成形工艺的研究及应用进行探讨。
1. UHMWPE 热成形工艺UHMWPE 热成形工艺是将 UHMWPE 板材通过加热软化,利用压力将其塑成所需形状的一种塑料加工方法。
该工艺可以分为热压成型、热吹拉成型和热成形吹塑成型三种方法。
1.1 热压成型热压成型是将加热软化的UHMWPE板材放置于成型模具中,然后利用压力将其塑成所需形状。
该方法可以制造平面件、箔材、薄壁管片等。
1.2 热吹拉成型热吹拉成型是将加热软化的UHMWPE板材拉伸成细丝,并将其冷却固化。
该方法可以制造细丝、棒材、管道等。
1.3 热成形吹塑成型热成形吹塑成型是将加热软化的UHMWPE板材通过吹塑成型方法制成三维形状的零件。
该方法可以制造容器、箱子等。
2. UHMWPE 热成形工艺的优点与传统的加工方法相比,UHMWPE 热成形工艺具有以下优点:2.1 塑性好热成形工艺可以使 UHMWPE 板材软化,提高其塑性,从而更容易地成型。
2.2 成型精度高UHMWPE 热成形工艺可以通过模具提高成型精度,而传统的机械加工容易产生误差。
2.3 可制成复杂形状热成形工艺可以制成任意复杂形状的零件,而传统的机械加工受到加工方式和模具限制。
2.4 节约材料热成形工艺可以将UHMWPE板材塑成所需形状,减少浪费材料。
3. UHMWPE 热成形工艺的应用UHMWPE 热成形工艺在航空航天、医疗器械、汽车零部件等领域有着广泛的应用。
3.1 航空航天UHMWPE 热成形工艺可以制造航空航天领域的零部件,如复合材料结构件、卫星隔热材料等。
3.2 医疗器械UHMWPE 热成形工艺可以制造医疗器械,如骨科材料、人造关节等。
长高分子量聚乙烯工艺流程

超高分子量聚乙烯又分为模压级,挤出级,添加级,注塑级,粒子与粉料。
性能具有高比强度,高比模量性能。
纤维密度低,密度是0.97-0.98g/cm3,可浮于水面。
断裂伸长低、断裂功大,具有很强的吸收能量的能力,因而具有突出的抗冲击性和抗切割性。
抗紫外线辐射,防中子和γ射线,比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高。
耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。
生产流程或工艺超高分子量聚乙烯,可以用生产普通高密度聚乙烯的方法经过改变工艺条件控制分子量来制得。
生产方法有齐格勒法、索尔维法和溶液法。
l 齐格勒法:即低压聚合法。
它采用四氧化钛和烷基铝G 乙基铝或二乙基气化铝)为催化剂,以庚烷或汽油为溶剂,在60-90℃和常压条件下进行聚合。
生产工艺是:先把悬浮于溶剂中的催化剂和乙烯原料一起送入反应装置进行聚合,聚合为放热反应,需冷却至规定的反应温度;然后将聚合反应生成物放至催化剂分解槽中,加入甲醇,使催化剂分解;最后经过滤、干燥,即得到平均分子量为100万-500万的UHMWPE 产品。
l 索尔维法:以四氯化钛为催化剂,以烷基铝化合物等为活化剂,催化剂载体多选用经灼烧成大孔径的MgCl2或MgCl OH)。
聚合反应在闭环状反应管中进行,外有冷水夹套,内有高速涡轮搅拌器使催化剂络合,并与通入的乙烯和调节密度的共聚单体混合。
反应温度80-90℃,乙烯分压l.OMPa,反应时间2-3h。
生成的浆液经离心过滤,滤饼用蒸汽汽提,除去残余溶剂,再经气流干燥,可制得平均分子量为150 万-600 万的UHMWPE。
l 溶液法:以Cr03 为催化剂,Al₂O₃-SiO₂为载体,采用C6 烷烃为溶剂,在聚合物熔点温度以上170-180℃) 进行聚合反应,压力控制在1.96-2. 94MPa 范围内;再以乙烯和少量共聚单体己烯为原料,聚合反应时将乙烯及聚乙烯均溶解于溶剂中呈均相反应体系;聚合反应结束后经闪蒸除去乙烯,再经离心分离、浓缩、冷却析山聚合物。
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超高分子量聚乙烯加工技术超高分子量聚乙烯安阳超高工业技术有限责任公司摘要:超高分子量聚乙烯英文简称UHMW-PE,它是一种来源丰富、价格适中、性能优异的一类热塑性工程塑料,由于具有耐冲击性、耐腐蚀、耐磨损、自润滑性、无毒性及极优良的耐低温性等优点,被应用在许多领域。
“性能卓越,加工困难”是UHMW-PE的一大特点,其原因就在于UHMW-PE的分子链极长,致使分子链互相缠结,很难呈规则排列,在引起聚集态变化的同时(如:结晶度偏低-65%~85%,密度偏低~m3),大分子链间的无规缠结又使UHMW-PE对热运动反应迟缓,当加热到熔点以上时,熔体呈现橡胶状高粘弹体状,熔体粘度高达,熔体流动速率几乎为零,造成UHMW-PE临界剪切速率很低,易产生熔体破裂等缺陷。
因此,很难用常规的聚合物加工方法来成型UHMW-PE制品,在一段时间内限制了UHMW-PE的推广使用,故研究UHMW-PE的成型加工显得尤为重要。
常用的成型方法有模压成型法(1965年前后)、挤出成型法(1970年前后)和注塑成型法(1975年前后)3种。
本论文首先简要介绍一下UHMW-PE的性能及成型方法,然后分别对它的单螺杆挤出成型工艺和双螺杆挤出成型工艺做详细介绍。
关键词:性能;加工性能;成型方法;单螺杆挤出成型法;双螺杆挤出成型法1 UHMW-PE概述UHMW-PE的发展简史超高分子量聚乙烯通常是指相对分子质量在150万以上的线型聚乙烯,其英文全称为Ultra High Molecular Weight Polyethylene,简称UHMW-PE。
UHMW-PE在分子结构上与普通聚乙烯相同,其主链上的链节都是(-CH2-CH2-),但普通聚乙烯的分子量较低,约在5-30万之间,即使是高分子量高密度聚乙烯(HMWHPE),其重均分子量也仅为20-50万,而UHMW-PE的分子量高达巧于600万,德国甚至有分子量高达1000万以上的产品。
UHMW-PE是一种来源丰富、价格适中、性能优异的一类热塑性工程塑料,其耐冲击性、耐腐蚀、耐磨损、自润滑性、无毒性及极优良的耐低温性等优点,使该材料广泛应用于通用机械、化工机械、食品和造纸等领域,作为易磨损、易腐蚀、高冲击、低温及不能使用润滑油的各种零部件及料仓衬里、溜槽、滑道衬板、滑轨、油箱等。
UHMW-PE材料的使用寿命不仅高于尼龙和聚四氛乙烯制品,且耐磨性远远超过不锈钢等金属制品。
由于UHMW-PE具有优良的综合性能,在国外被称为“惊异的塑料”[1]。
UHMW-PE首先由西德Hoechest公司于1958年开发成功,其后美国Hercules 公司及日本三井油化相继较大规模地工业化生产,北京助剂二厂是国内UHMW-PE 的主要厂家。
长期以来,UHMW-PE由于加工困难,致使UHMW-PE材料的推广应用受到一定限制。
近年来由于加工技术的不断进步和发展,其应用领域也随之扩大。
目前UHMW-PE制品的加工仍以压制烧结和柱塞法为主。
七十年代中期以来,日本先后开发了单螺杆挤出和往复螺杆注射成型工艺,美国和西德也相继采用单螺杆挤出和注射成型法加工UHMW-PE制品。
UHMW-PE的合成方法超高分子量聚乙烯的合成方法与普通的高密度聚乙烯相类似。
多采用齐格勒催化剂,在一定的条件下使聚乙烯聚合,即可得到超高分子量聚乙烯。
此外,还有索尔维法和气相法[2]。
(l)齐格勒低压淤浆法以β-TiCl3/Al(C2H5)2Cl或TiCl4/Al(C2H2)2Cl为催化剂,以60~120℃馏分得饱和烃为分散介质(或以庚烷、汽油为溶剂),在常压或接近常压,75~85℃的条件下使聚乙烯聚合,便合成得相对分子质量为100-500万的超高分子量聚乙烯。
(2)索尔维法索尔维法的催化剂是以氧化镁作为载体,有机金属化合物为催化剂,改变载体的活化温度,即可调节聚合物相对分子质量。
它的生产工艺是先将乙烯、共聚单体、催化剂、氢和己烷(稀释剂)一起加入环形反应器,反应温度为60~90,反应压力为3MPa,停留时间为~,反应器内浆液浓度为28%,乙烯转化率可达85%-93%。
聚合物浆液经两次汽提、离心、干燥和造粒后即得成品。
(3)气相法气相法是美国联合碳化物公司发明的使乙烯在硫化床中气相低压聚合,直接制造干粉状聚乙烯的方法。
催化剂一般选用有机铬化合物或齐格勒催化剂,以硅胶为载体。
聚合反应在硫化床反应器中进行,聚合温度为95~105℃,压力为,停留时间3~5h。
UHMW-PE的性能UHMW-PE极高的分子量(HDPE的分子量通常只有2-30万)赋予其优异的使用性能,而且属于价格适中、性能优良的热塑性工程塑料。
它几乎集中了各种塑料的优点,具有普通聚乙烯和其它工程塑料无可比拟的耐磨、耐冲击、自润滑、耐腐蚀、吸收冲击能、耐低温、卫生无毒、不易粘附、不易吸水、密度较小等综合性能。
事实上,目前还没有一种单纯的高分子材料兼有如此众多的优异性能[3]。
耐磨性UHMW-PE的耐磨性居塑料之冠,并超过某些金属,图1为UHMW-PE与其它材料耐磨性比较。
从图1可以看出,与其它工程塑料相比,UHMW-PE的砂浆磨耗指数仅是PA66的1/5,HDPE和PVC的1/10;与金属相比,是碳钢的1/7,黄铜的1/27。
这样高的耐磨性,以致于用一般塑料磨耗实验法难以测试其耐磨程度,因而专门设计了一种砂浆磨耗测试装置。
UHMW-PE耐磨性与分子量成正比,分子量越高,其耐磨性越好。
图1 UHMW-PE与其它材料的耐磨性比较冲击强度UHMW-PE的冲击强度,在所有工程塑料中名列前茅,图2为UHMW-PE与其它工程塑料冲击强度比较。
从图2可以看出,UHMW-PE的冲击强度约为耐冲击PC 的2倍,ABS的5倍,POM和PBTP的10余倍。
耐冲击性如此之高,以致于采用通常冲击试验方法难以使其断裂破坏。
其冲击强度随分子量的增大而提高,在分子量为150万时达到最大值,然后随分子量的继续升高而逐渐下降。
值得指出的是,它在液氮中(-196℃)也能保持优异的冲击强度,这一特性是其它塑料所没有的。
此外,它在反复击后表面硬度更高。
图2 UHMW-PE与其它工程塑料冲击强度比较自润滑性UHMW-PE有极低的摩擦因数~,故自润滑性优异。
表1为UHMW-PE与其它工程塑料摩擦因数比较。
从表1可以看出,UHMW-PE的动摩擦因数在水润滑条件下是PA66和POM的1/2,在无润滑条件下仅次于塑料中自润滑性最好的聚四氟乙烯(PTFE);当它以滑动或转动形式工作时,比钢和黄铜添加润滑油后的润滑性还要好。
因此,在摩擦学领域UHMW-PE被誉为成本/性能非常理想的摩擦材料。
表1 UHMW-PE与其它工程塑料摩擦因数比较耐化学药品性UHMW-PE具有优良的耐化学药品性,除强氧化性酸液外,在一定温度和浓度范围内能耐各种腐蚀性介质(酸、碱、盐)及有机介质(萘溶剂除外)。
其在20℃和80℃的80种有机溶剂中浸渍30d,外表无任何反常现象,其它物理性能也几乎没有变化。
冲击能吸收性UHMW-PE具有优异的冲击能吸收性,冲击能吸收值在所有塑料中最高,因而噪声阻尼性很好,具有优良的消音效果。
耐低温性UHMW-PE具有优异的耐低温性能,在液氦温度(-269℃)下仍具有延展性,因而能够用作核工业的耐低温部件。
卫生无毒性UHMW-PE卫生无毒,完全符合日本卫生协会的标准,并得到美国食品及药物行政管理局和美国农业部的认可,可用于接触食品和药物。
不枯性UHMW-PE表面吸附力非常微弱,其抗粘附能力仅次于塑料中不粘性最好的PTFE,因而制品表面与其它材料不易粘附。
憎水性UHMWPE吸水率很低,一般小于%,仅为PA6的1%,因而在成型加工前一般不必干燥处理。
密度表2为UHMW-PE与其它工程塑料密度比较。
由表2可知,UHMW-PE的密度比其它所有工程塑料都低,一般比PTFE低56%,比POM低33%,比PBTP低30%,因此其制品非常轻便。
表2 UHMW-PE与其它工程塑料密度比较拉伸强度由于UHMW-PE具有超拉伸取向必备的结构特征,所以有无可匹敌的超高拉伸强度,因此可通过凝胶纺丝法制得超高弹性模量和强度的纤维,其拉伸强度高达3~,拉伸弹性模量高达100~125GPa;纤维比强度是迄今已商品化的所有纤维中最高的,比碳纤维大4倍,比钢丝大10倍,比芳纶纤维大50%。
其它性能UHMW-PE还具有优良的电气绝缘性能,比HDPE更优良的耐环境应力开裂性,比HDPE更好的耐疲劳性及耐γ-射线能力。
表3为UHMW-PE的常用性能指标[4]。
表3 UHMW-PE常用性能指标UHMW-PE的应用领域(l)纺织机械:超高分子量聚乙烯在纺织机械上的应用是最早的,早在1958年超高分子量聚乙烯刚出现就被应用于纺织机械的皮结、打梭板、齿轮、缓冲块、轴套、连接器等,制品达30多种。
(2)建筑、电力、农用机械:推土机铲板的衬板、挖掘机铲斗衬板、发电厂的煤仓衬板、拖拉机犁烨内衬及轴套等。
(3)造纸业:造纸业是超高分子量聚乙烯应用较多、应用效果较好的行业之一,主要有造纸机的吸水箱盖板、刮水板等。
(4)陶瓷行业:主要应用于滚压头、滤泥板和滤芯。
(5)采矿业:煤仓衬板、溜煤板、提升轨道、滚轮、压滤机滤板、皮带机托辊及托辊轴承等。
(6)食品机械:食品模具、送料螺杆、各种导轨滑道、齿轮、滚轮、食品肉类的案板等。
(7)军事领域:如防弹衣、打靶牌罩等。
(8)医疗和文化体育领域:如人工关节、雪橇、早冰场地板、滑沙板底板以及码头用轮船当护板等。
2 UHMW-PE的加工工艺介绍UHMW-PE的加工性能采用通常热塑性加工方法对UHMW-PE进行成型加工时主要遇到四个方面的困难:(l)熔体粘度高超高分子量聚乙烯熔体为橡胶态的高粘弹体。
普通聚乙烯的流动性能,一般可用熔体流动速率(MFR)表示。
它是在温度为190℃,负荷为下测定的,一般热塑性塑料熔体流动速率在10min范围内,而超高分子量聚乙烯由于熔体粘度非常高,在上述条件下根本测不出结果,即使把负载加大10倍(即,熔体也很难从仪器喷嘴流出。
由此可见,超高分子量聚乙烯加工时的流动性是很差的[5]。
普通聚乙烯在挤出机中进行加工时,由料斗加入的固态粒料或粉料在机筒的热和螺杆剪切作用下,逐步转变为粘性流体,即使螺杆设计和温度条件不很理想,也不会产生物料堵塞在机筒中不动或完全挤不出来的现象。
但对于挤出UHMW-PE 的情况则会完全不同,物料在螺杆全程上的运动近似为固体输送过程,即“粉末一半固体一高粘弹体”的变化过程,是典型的“塞流”输送机理,没有自由流动的粘流态。
物料容易堵塞在压缩段包附螺杆一起旋转而无法挤出,这种现象也叫“料塞”。
这正是使用普通的、未经改造单螺杆挤出机加工UHMW-PE时遇到的最大难题。
实验研究表明,普通聚乙烯熔融时呈粘流态,从口模挤出后立即下垂(如图3所示),而熔融的UHMW-PE,从高温口模挤出时具有一定的“熔融刚度”,并不是马上下垂,呈半透明固体状水平向偏下方向前移动,表现为高粘弹态(如图4所示)。