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詳述500萬分子量超高分子量聚乙烯板材性能及應(yīng)用

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE：Ultra-highMolecularWeight Polyethylene)是一種線型結(jié)構(gòu)的PE(聚乙烯)，具有優(yōu)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(dá)到1000 萬，鏈長(zhǎng)和分子量分別是高密度聚乙烯(HDPE) 的10 - 20 倍和20 - 30 倍。

上世紀(jì)30年代，最早有人提出關(guān)于超高分子量聚乙烯纖維的基礎(chǔ)理論。1975年荷蘭發(fā)明了凝膠紡絲法，成功制備出了UHMWPE纖維，達(dá)到了工業(yè)生產(chǎn)的水準(zhǔn)。2001年，超高分子量聚乙烯材料被科技部列入國家科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃。2009年，國家發(fā)改委、科技部等單位將超高分子量聚乙烯管材列為當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高科技產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域項(xiàng)目。

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(yōu)勢(shì)，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(yōu)異性能，可以成為“塑料之王”。

UHMW-PE具有摩擦系數(shù)小，磨耗低，耐化學(xué)藥品性優(yōu)良，耐沖擊、耐壓性、抗凍性、保溫性、自潤(rùn)滑性、抗結(jié)垢性、耐應(yīng)力開裂性、可再生性等優(yōu)點(diǎn)。其中耐磨損、耐低溫、耐腐蝕、自身潤(rùn)滑、抗沖擊性能在所有塑料中為最高。

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(duì)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(shè)，柔韌性佳，可以簡(jiǎn)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(shù)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(shí)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(rùn)滑性

：UHMWPE有極低的摩擦因數(shù)(0.05～0.11)，故自潤(rùn)滑性優(yōu)異。與其他工程塑料摩擦因數(shù)比較,UHMWPE的動(dòng)摩擦因數(shù)在水潤(rùn)滑條件下是PA66和POM的1/2，在無潤(rùn)滑條件下僅次于塑料中自潤(rùn)滑性最好的聚四氟乙烯(PTFE)。因此，摩擦學(xué)領(lǐng)域UHMWPE被譽(yù)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(qiáng)度比較，UHMWPE的沖擊強(qiáng)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(yàn)方法難以使其斷裂破壞。其沖擊強(qiáng)度隨分子量的增大而提高，在分子量為150萬時(shí)達(dá)到最大值，然后隨分子量的繼續(xù)升高而逐漸下降。液氮中(-195℃)也能保持優(yōu)異的沖擊強(qiáng)度，這一特性是其它塑料所沒有的。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。

5、

耐化學(xué)腐蝕性

：基于超高分子量聚乙烯是一種飽和分子團(tuán)結(jié)構(gòu)，化學(xué)穩(wěn)定性極高，除強(qiáng)氧化性酸液外，在一定溫度和濃度范圍內(nèi)能耐各種腐蝕性介質(zhì)(酸、堿、鹽)及有機(jī)介質(zhì)(荼溶劑除外)。20℃和80℃的80種有機(jī)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。

6、

拉伸強(qiáng)度：

由于UHMWPE具有朝拉伸取向必備的結(jié)構(gòu)特征，所以有無可匹敵的超高拉伸強(qiáng)度，因此可通過凝膠紡絲法制得超高彈性模量和強(qiáng)度的纖維，其拉伸強(qiáng)度高達(dá)3～3.5GPa,拉伸彈性模量高達(dá)100～125GPa；纖維比強(qiáng)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?yàn)槌吖艿婪肿渔溨胁伙柡头肿渔満苌?，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(nèi)安全使用，冬季施工時(shí)不必采取特殊保護(hù)措施，不會(huì)發(fā)生管材脆裂。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。

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(rùn)滑性和不粘附性，不結(jié)垢，摩擦系數(shù)小，抗腐蝕、抗磨損、因此流動(dòng)阻力很小，可長(zhǎng)期保持流速和流量不減。

10、

阻燃性 ：

特殊行業(yè)用于防火環(huán)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(wèi)生無毒性：

UHMWPE衛(wèi)生無毒，完全符合日本衛(wèi)生協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，并得到美國食品及藥物行政管理局和美國農(nóng)業(yè)部的認(rèn)可，可用于接觸食品和藥物。

超高分子量聚乙烯應(yīng)用領(lǐng)域

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，尤其是在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用尤為突出。超高分子量聚乙烯直接制成繩索、纜繩、漁網(wǎng)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，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纖維的復(fù)合材料在軍事上已用作裝甲兵器的殼體、雷達(dá)的防護(hù)外殼罩、頭盔等；體育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。

機(jī)械領(lǐng)域

：紡織機(jī)械是UHMWPE最早應(yīng)用的領(lǐng)域，早在1958年，代表包括：投梭器、打梭棒、齒輪、聯(lián)結(jié)器、掃花桿、緩沖塊、桿軸套、擺動(dòng)后梁等耐沖擊磨損零件。造紙機(jī)械是應(yīng)用UHMWPE的第二個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，早在1960年，代表：UHMWPE防磨條。