UHMW-PE(超高分子量聚乙烯)概述:
UHMW-PE是英文Ultra High Molecular Weight Polyethylene(超高分子量聚乙烯)的缩写。这是现有的**的可应用于恶劣工作环境及多种用途的聚乙烯。在许多高难度的应用条件下适用性非常好。
PE分为三类:
1、低密度PE、中密度PE、高密度PE
低密度聚乙烯(小于0.930克/立方厘米/小于0.0334磅/立方英寸)
中密度聚乙烯(介于0.930与0.940克/立方厘米之间/介于0.0334与0.0338立方英寸之间)
高密度聚乙烯(大于0.940克/立方厘米/大于0.0338磅/立方英寸。分子量约为200,000)
2、高分子量PE
高密度分子量聚乙烯(分子量大于200,000小于500,000)。这种产品是由两种使用催化剂的方法制造而成的:一种是齐格勒方法,这种方法中使用钛催化剂;另一种是菲利普斯方法,这种方法使用铬氧催化剂。这两种方法的技术包括:在不同的压力下进行悬浮、溶解、气相和凝聚,在这些条件下,乙烯基分子通过阴离子聚合形成线状大分子。
引言:
量在20万以下的聚乙烯是目前产量大、应用*广的塑料品种之一。其中,LDPE、HDPE以及被称为第三代聚乙烯的LLDPE等均属于热塑性塑料。分子量在150万以上的聚乙烯,称之为“超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)”。*分子量高达150万以上的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE),因其优异的物理性能被作为工程塑料广泛应用。
超高分子量是这种聚合物于众不同的特质,其具有3百万至1千万的分子量,而高密度聚乙烯树脂只有30万至50万。这种差别是保证超高分子量聚乙烯具备足够的强度,以达到其他低等聚合产品所不可能具备的*损和抗冲击能力。
超高分子量聚乙烯采用高压合成法,由乙烯、丁二烯单体在催化剂的作用下,聚合而成的粘均分子量大于150万氧单位的热塑性工程塑料。加工过程要求特别高的纯净度,乙烯单体杂质控制在百万分之几。产品是一种白色粉末,一般为20-80目,该聚合物通过溶液粘度的方法来检测,通常,UHMW-PE料不加添加剂,并可不需稳定剂进行烧结和锻制。在加工条件下,包含在392F温度下保压若于小时和0.5吨/平方英寸或更高的压力条件下,可固化成块状、板材或简单挤塑。
这种聚合物自问世以来,由于其多种优异性能,而受到广泛的关注。但是由于特殊的难加工性,限制了它的开发应用。直到七十年代末,发达国家的研究机构和大公司开始实现产业化,世界上*早实现工业化的美国Allied Chemical 公司,此后的德国Hoechst公司、美国Hercules公司、日本三井石油化学公司等也投入工业化生产。从而揭开了超高分子量聚乙烯大规模应用的序幕。随着各国不断加大研究力度,逐步发展出了烧结、柱塞挤出、螺杆挤出以及注塑等成型方法,为大规模应用超高分子量聚乙烯奠定了基础。
于1964年*早研制成功并投入工业生产。限于当时条件,产物分子量约150万左右,随着工艺技术的进步,目前产品分子量可达150万-600万。80年代以前,世界平均年增长率为8.5%,进入80年代以后,增长率高达15%-20%。而我国平均年增长率在30%以上,是我国“九五”计划《优先发展的高新技术产业化重点领域指南》的推广项目。
UHMW-PE极高的分子量赋予其超乎寻常的使用性能,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。
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)作为一*的新型热塑性工程塑料,集多种优异性能于一身:
*性:
目前所有工程塑料中,UHMW-PE的*性好,*引人注目,甚至超过许多金属材料(如碳钢、不锈钢、青铜等)。UHMW-PE的*性比尼龙(PA)66和聚四氟乙烯(PTFE)高4倍,比碳钢高7倍,比钢管输送效率提高20%。UHMW-PE管,在强腐蚀和高磨损条件下使用寿命是钢管的4-6倍,而且提高输送效率20%,充分展现了“节能、环保、经济、*” 的优越性。
图1为UHMW-PE与其它材料*性比较,如此高的*性以至于难以用一般的塑料磨耗实验法测试其*程度,因而采用砂浆磨耗测试装置。UHMW-PE的*性与分子量成正比,分子量越高其*性越好,与过氧化物的适当交联可用以增强*性。
耐冲击性:
UHMW-PE耐冲击性居塑料*,冲击强度在所有工程塑料中名利前茅。无论是外力强冲击,还是内部压力波动,都难以使其开裂。它的耐冲击性是尼龙66的10倍,聚氯乙烯的20倍,聚四氟乙烯的8倍,ABS的5倍,PC的2倍,且能在液氮温度(-196℃)下保持高韧性,特别是在低温环境,其冲击强度反而达到*高值。图2表示为与其它工程塑料冲击强度比较,从图2可看出的耐冲击性如此之高,以至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升高而提高,在分子量为150万时达到大值,然后随分子量的继续升高而逐渐下降。此外,它在反复冲击后表面硬度更高。
抗老化性:
性能稳定,抗老化性好,地面、地下埋没均可,50年不老化。按ASTM方法(负荷4.6kg/cm2),热变形温度为85℃,使用温度可达90℃,特殊情况下,允许在更高的温度下使用。UHMW-PE是一种韧性极好的材料,它的耐低温性能也非常优异,在-269℃低温下,仍具有一定的延展性,而没有脆裂迹象。但线膨胀系数较大,导热性很差,所以在设计制品中,要给予充分注意。抗紫外线性或延长耐高温性可通过添加UV稳定剂或抗氧剂实现。
自润滑性:
有极低的摩擦系数(0.07-0.11)故自润滑性优异,从表可以看出的动摩擦系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自润滑好的聚四氟乙烯(PTFE)当它以滑动或转动形式工作时,比钢和黄铜添加润滑剂的润滑性还要好,因此在摩擦学领域被誉为成本性能非常理想的摩擦材料。
名称 动摩擦因数
UHMW-PE 0.10~0`.22 0.05~0.10 0.05~0.08
PTFE 0.04~0.25 0.04~0.08 0.04~0.05
POM 0.15~0.35 0.10~0.20 0.05~0.10
PA66 0.15~0.40 0.14~0.19 0.06~0.11
尼龙nylon/mos 0.12~0.20 0.12~0.12 0.08~0.10
尼龙66nylon66 0.15~~0.40 0.14~~0.19 0.02~~0.11
自润滑 水润滑 油润滑
材料 UHMW-PE PTFE PA55 ABS PC
摩擦系数 0.07-0.11 0.04-0.1 0.37 0.38 0.3
材料 橡皮-固体 石墨-石墨 玻璃-玻璃 钢-钢 玻璃-金属
摩擦系数 1~4 0.1 0.9~1 0.58 0.5~0.7
耐化学药品性:
具有优良的耐化学药品性,除强氧化性酸液外,在一定温度下和深度范围内能耐各种腐蚀性介质(如:酸、碱、盐)及有机介质(荼溶剂除外),在80℃的浓盐酸、75%的浓硫酸、20%的硝酸中性能稳定。在其它20℃和80℃的80种有机溶剂中浸渍30天,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:
超高分子聚乙管-PE具有优异的冲击能吸收性,冲击能吸收值在所有的塑料中*高,因而噪声阻尼性很好,具有优良的消音效果。
耐低温:
超高分子聚乙烯管道-PE具有优异的耐低温性能,在液氮温度(-269℃)下仍具有延展性
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