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超高分子量聚乙烯性能及應用

文章來源:鏈條導軌 人氣:641 發表時間:2019-02-25 16:58:14

  超高分子量聚乙烯(UHMWPE)綜合了所有塑料的優越性能,其耐沖擊、耐磨損、耐化學腐蝕、自身潤滑、吸收沖擊能這五個特性是目前即存塑料中所具有的最高數值,這種新型塑料制品的杰出性能在歐美各國受到普遍重視,下面小編給大家介紹下超高分子量聚乙烯性能及應用。


  超高分子量聚乙烯性能:


  超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)具有無可比擬的性能優勢,為新型的熱塑性工程塑料,且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,可以成為“塑料之王”。


  1、密度低、柔韌性能佳:UHMWPE的密度比PTFE低56%,比POM低33%,比PBTP低30%,相對其他工程塑料密度都低。且超高分子量聚乙烯管材密度低,只有鋼材管道的1/8。使用方便,能夠彎曲鋪設,柔韌性佳,可以簡便、快捷使用。


  2、耐磨性:耐磨性可以與聚四氟乙烯(PTFE)相匹配為超耐磨的熱塑性樹脂。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。UHMWPE耐磨性與分子量成正比,分子量越高,其耐磨性越好。超高分子量聚乙烯管材的耐磨性在輸送各種漿體時比鋼管、不銹鋼管高4-7倍,比聚氯乙烯管和聚乙烯管高10倍左右,大幅度提高了管道的使用壽命。


  3、自潤滑性:UHMWPE有極低的摩擦因數(0.05~0.11),故自潤滑性優異。與其他工程塑料摩擦因數比較,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于塑料中自潤滑性最好的聚四氟乙烯(PTFE)。因此,摩擦學領域UHMWPE被譽為成本/性能非常理想的摩擦材料。


  4、耐沖擊性:其他工程塑料沖擊強度比較,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,尼龍66的10倍,聚氯乙烯的20倍,聚乙烯的4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升高而逐漸下降。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。UHMWPE具有優異的沖擊能吸收性,沖擊能吸收值在所有塑料中最高,因而噪聲阻尼性能很好,具有優良的削音效果。


  5、耐化學腐蝕性:基于超高分子量聚乙烯是一種飽和分子團結構,化學穩定性極高,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)。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。


  6、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%。


  7、耐候性和抗老化性:一方面,因為超高管道分子鏈中不飽和分子鏈很少,分子量大;另一方面,添加了抗老化劑,使得超高分子量聚乙烯管道使用壽命大大超過了普通聚乙烯管道。超高分子量聚乙烯管的低溫脆化溫度極低,可在-60℃~40℃內安全使用,冬季施工時不必采取特殊保護措施,不會發生管材脆裂。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。


  8、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。


  9、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。超高分子量聚乙烯的自潤滑性和不粘附性,不結垢,摩擦系數小,抗腐蝕、抗磨損、因此流動阻力很小,可長期保持流速和流量不減。


  10、阻燃性 :特殊行業用于防火環境,加入阻燃劑改性,特殊加工工藝制造,克服超高分子量聚乙烯本身可燃性,具有阻燃性能。


  11、衛生無毒性:UHMWPE衛生無毒,完全符合日本衛生協會的標準,并得到美國食品及藥物行政管理局和美國農業部的認可,可用于接觸食品和藥物。


  超高分子量聚乙烯應用領域:


  超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)廣泛應用于國民生產的各個領域,尤其是在軍事領域的應用尤為突出。超高分子量聚乙烯直接制成繩索、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于芳綸,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。


  機械領域:紡織機械是UHMWPE最早應用的領域,早在1958年,代表包括:投梭器、打梭棒、齒輪、聯結器、掃花桿、緩沖塊、桿軸套、擺動后梁等耐沖擊磨損零件。造紙機械是應用UHMWPE的第二個工業領域,早在1960年,代表:UHMWPE防磨條。


  機械領域的其他替代,應用范圍包括:各種齒輪、凸輪、葉輪、滾輪、滑輪、軸瓦、軸套、削軸、墊片、密封墊、彈性聯軸節、螺釘等機械零部件。


  運輸領域:UHMWPE可制作裝煤、水泥、石灰、礦粉、鹽、谷物之類粉狀材料的料斗、料倉、滑槽的襯里,由于它具有優良的自潤滑性、不粘性,可使上述粉狀材料對儲運設備不發生粘附現象,保證穩定輸送。


  石油輸送:油田周圍惡劣酸性土壤,海水和天然鹽水的腐蝕,內部含硫石油的侵入,鋼管的使用壽命很短,而且原油大多為高粘度,輸送過程中容易沉積,特別是冬季,管道需要附設加熱系統和保溫層。聚乙烯管道不僅可以解決冬季保溫問題,而且可大大提高輸送效率與管道使用壽命。


  化工領域:UHMWPE具有優良的化學穩定性和不吸水性,可用做各種溶液存儲設備的鋪面材料和大型包裝容器,如浮筒、接水槽,汽油箱、農藥容器以及用語太陽能設備的退水容器等。這也是UHMWPE目前應用最廣泛的領域之一。


  UHMWPE容器具有優良的落下沖擊強度。如果將容器裝水20kg,從高空跌落至10mm厚的鐵板上,普通聚乙烯容器的破壞高度僅為9M,而UHMWPE容器可高達15M以上。


  食品領域:UHMWPE具備食品工業所要求的無毒性、耐水性及非黏著性。被指定為可直接與食品接觸使用的材料。可用于啤酒、清涼飲料、調味品等的輸送線。輸送物品時,可以防止瓶子等的破損,降低噪音,減少輸送帶、輸送螺桿等的磨損,并可減少電力損耗,它還可用來制造肉食、牛奶以及糖果蜜餞和面包食品生產設備的零部件。


  醫療領域:UHMWPE具有優異的生理惰性和生理適應性,經美國食品及藥物行政管理局、農業部批準,可在醫藥幾與人體接觸的領域使用,如作為心臟瓣膜、矯形外科零件、人工關節及節育植入體等的臨床使用,是理想的醫用高分子材料。有UHMWPE制成的腕臼和金屬股骨組成的人工髖膝關節,耐磨性和安全性比PTFE更為優異。目前世界上已有數十萬人接受了這類人工關節的置換。


  電子、電學領域:UHMWPE具有優異的耐低溫性能,可應用于各種冷凍機械中,并可作為核工業的耐低溫部件,在低溫超導領域中是較為理想的絕緣材料。


  UHMWPE電絕緣性能良好,尤其是介電損耗角正切值低,可用于制造電鍍槽、輥子及在高頻和超高頻區間工作的絕緣子、絕緣拖架、電纜管道、短路器、電纜端子和其它電氣裝置。


  以上內容就是對超高分子量聚乙烯性能及應用的介紹了,超高分子量聚乙烯具有優異綜合性能的熱塑性工程塑料。按照美國菲利普石油公司劃分,分子量超過150萬的無支鏈的線性聚乙烯,常見分子量為100萬-600萬,最高甚至能達到1000 萬,鏈長和分子量分別是高密度聚乙烯(HDPE) 的10 - 20 倍和20 - 30 倍。

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