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德國(guó)赫斯特(Hoechst)公司、美國(guó)赫爾克樂(lè)斯(Hercules)公司和日本三井石油化學(xué)公司是世界上生產(chǎn)UHMWPE的三大公司,中國(guó)主要生產(chǎn)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(wàn)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(guò)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(shí)驗(yàn)法難以測(cè)試其耐磨程度,因而專門設(shè)計(jì)了一種沙漿磨耗測(cè)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(qiáng)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(qiáng)度比較,從圖2中可以看出,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。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(wàn)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。值得指出的是,它在液氮中(-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(méi)有的。此外,它在反復(fù)沖擊表面硬度更高。

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。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(dòng)嗎擦因數(shù)在水潤(rùn)滑條件下是PA66和POM的1/2,在無(wú)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);當(dāng)它以滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)形式工作時(shí),比鋼和黃銅加潤(rùn)滑油后的潤(rùn)滑性還要好。因此,在摩擦學(xué)領(lǐng)域UHMWPE被譽(yù)為成本/性能非常理想的摩擦材料。

耐化學(xué)藥品性

UHMWPE具有優(yōu)良的耐化學(xué)藥品性,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)。其在20℃和80℃的80種有機(jī)溶劑中浸漬30d,外表無(wú)任何反�，F(xiàn)象,其它物理性能也幾乎沒(méi)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(wú)毒性

UHMWPE衛(wèi)生無(wú)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(duì)來(lái)說(shuō)低。

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(wú)可匹敵的超高拉伸強(qiáng)度,因此可通過(guò)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%。

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(wú)噪音、 經(jīng)濟(jì)、不變形、抗沖擊性、自潤(rùn)滑性,所以很適合制作各種耐磨機(jī)械零件,如托輪、軸套、噴嘴、攪拌葉,應(yīng)用范圍極為廣泛。

吸水箱蓋板、導(dǎo)流板、刮水板、水翼

建筑農(nóng)業(yè)機(jī)械

耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性優(yōu)良,抗反復(fù)疲勞強(qiáng)度高,噪音和振動(dòng)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(shù)

裝配式冷庫(kù),低溫集裝箱墊倉(cāng)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(yīng)用

醫(yī)療技術(shù)

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(wàn)人接受超高骨關(guān)節(jié)植置。目前本公司正與國(guó)內(nèi)外著名機(jī)構(gòu)著手研究開(kāi)發(fā)多種范圍的人工器官件的臨床應(yīng)用試驗(yàn)。

電氣工程

超高具有良好的電絕緣性能,電性能指標(biāo)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(tái)板、面包房工作臺(tái)面、和面機(jī)等。 皮革機(jī)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(kāi)發(fā)應(yīng)用的新材料,作為一種永久性固體潤(rùn)滑劑以保護(hù)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(fèi)用。

導(dǎo)軌、傳送帶、傳送裝置滑塊座、固定板、流水生產(chǎn)線計(jì)時(shí)星輪

食品機(jī)械

星形輪、送瓶計(jì)數(shù)螺桿、灌裝機(jī)軸承、抓瓶機(jī)零件、墊圈導(dǎo)銷、氣缸、齒輪、輥筒、鏈輪手柄

造紙機(jī)械

吸水箱蓋板、偏導(dǎo)輪、刮刀、軸承、葉嘴、過(guò)濾器、儲(chǔ)油器、防磨條、毛氈清掃機(jī)

紡織機(jī)械

開(kāi)幅機(jī)、減振器擋板、連接器、曲軸連桿、打梭棒、掃花針、偏桿軸承、擺動(dòng)后梁

建筑機(jī)械農(nóng)業(yè)

推土機(jī)推上板料里、自卸卡車廂內(nèi)料、拖拉機(jī)梨刀內(nèi)襯

化工機(jī)械

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

港口機(jī)械船舶

船舶部件、橋吊用邊托輥、耐磨塊等零配件

一般機(jī)械

各種齒輪、軸瓦、襯套、滑動(dòng)板、離合器、導(dǎo)向體、制動(dòng)器、鉸鏈、彈性聯(lián)軸節(jié)、輥筒、托輪、緊固件、升降臺(tái)滑動(dòng)部件

染色修飾

浸染機(jī)軸承、刮刀、滑動(dòng)板、襯墊、密封件、拉幅導(dǎo)盤

文體用品

浸雪襯里、動(dòng)力雪橇、溜冰場(chǎng)鋪面、冰場(chǎng)保護(hù)架

醫(yī)療用品

矩形外料零件、人工關(guān)節(jié)、假肢等

其它

冷凍機(jī)械、原子能發(fā)電站的遮蔽板、電鍍零件、超低溫機(jī)械零件

壓制燒結(jié)是超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)最原始的加工方法。此法生產(chǎn)效率頗低,易發(fā)生氧化和降解。為了提高生產(chǎn)效率,可采用直接電加熱法。

1、另外,Werner和Pfleiderer公司開(kāi)發(fā)了一種超高速熔結(jié)加工法;

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

擠出成型

擠出成型設(shè)備主要有柱塞擠出機(jī)、單螺桿擠出機(jī)和雙螺桿擠出機(jī)。雙螺桿擠出多采用同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)。

60年代大都采用柱塞式擠出機(jī),70年代中期,日、美、西德等先后開(kāi)發(fā)了單螺桿擠出工藝。日本三井石油化學(xué)公司最早于1974年取得了圓棒擠出技術(shù)的成功。我國(guó)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(jī),并于1997年取得了Φ65型單螺桿擠出管材工業(yè)化生產(chǎn)線的成功。

注塑成型

日本三井石油化工公司于1974年開(kāi)發(fā)了注塑成型工藝,并于1976年實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化,之后又開(kāi)發(fā)了往復(fù)式螺桿注塑成型技術(shù)。1985年美國(guó)Hoechst公司也實(shí)現(xiàn)了超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的螺桿注塑成型工藝。我國(guó)1983年對(duì)國(guó)產(chǎn)XS-ZY-125A型注射機(jī)進(jìn)行了改造,成功地注射出啤酒罐裝生產(chǎn)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(guān)節(jié)等。

吹塑成型

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)加工時(shí),當(dāng)物料從口模擠出后,因彈性恢復(fù)而產(chǎn)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(dǎo)致縱橫方向強(qiáng)度均衡的高性能薄膜,從而解決了HDPE薄膜長(zhǎng)期以來(lái)存在的縱橫方向強(qiáng)度不一致,容易造成縱向破壞的問(wèn)題。

以凍膠紡絲-超拉伸技術(shù)制備高強(qiáng)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(qǐng)專利,隨后美國(guó)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(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。中國(guó)紡織大學(xué)化纖所從1985年開(kāi)始該項(xiàng)目的研究,逐步形成了自己的技術(shù),制得了高性能的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纖維〔3〕。

紡絲過(guò)程

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)凍膠紡絲過(guò)程簡(jiǎn)述如下:溶解超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)于適當(dāng)?shù)娜軇┲?制成半稀溶液,經(jīng)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(lái),而且溶液溫度的下降,導(dǎo)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(guò)超倍熱拉伸凍膠原絲可使大分子鏈充分取向和高度結(jié)晶,進(jìn)而使呈折疊鏈的大分子轉(zhuǎn)變?yōu)樯熘辨?從而制得高強(qiáng)度、高模量纖維。

應(yīng)用

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纖維是當(dāng)今世界上第三代特種纖維,強(qiáng)度高達(dá)30.8cN/dtex,比強(qiáng)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(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。國(guó)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(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。

自潤(rùn)滑擠出

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的自潤(rùn)滑擠出(注射)是在其中添加適量的外部潤(rùn)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(dòng)的均勻性及脫模效果和擠出質(zhì)量。外部潤(rùn)滑劑主要有高級(jí)脂肪酸、復(fù)合脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、石臘及其它低分子量樹(shù)脂等。擠出(注射)加工前,首先將潤(rùn)滑劑同其它加工助劑一起混入物料中,生產(chǎn)時(shí),物料中的潤(rùn)滑劑滲出,形成潤(rùn)滑層,實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑擠出(注射)。

有專利報(bào)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(shí)現(xiàn)順利擠出(注射)。

共潤(rùn)滑擠出

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的共潤(rùn)滑擠出(注射)有兩種情況,一是采用縫隙法〔5、6〕將潤(rùn)滑劑壓入到模具中,使其在模腔內(nèi)表面和熔融物料間形成潤(rùn)滑層;二是與低粘度樹(shù)脂共混,使其作為產(chǎn)物的一部分(詳見(jiàn)3.2.1)。

如:生產(chǎn)超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)薄板時(shí),由定量泵向模腔內(nèi)輸送SH200有機(jī)硅油作潤(rùn)滑劑,所得產(chǎn)品外觀質(zhì)量有明顯提高,特別是由于擠出變形小,增加了拉伸強(qiáng)度。