UHMWPE高強高模聚乙烯

1、UHMWPE編輯本段一、前言聚乙烯是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的塑料品 種之一，約占世界塑料 總產(chǎn)量的3 0%。其中，LDPE、HDPE以及被 稱為 第三代聚乙 烯的LLDPE等均屬于熱塑性通用塑 料，唯有分子量高 達150萬以上的 UHMEPE，因物理力 學性能優(yōu)異而作為工程塑料 應(yīng) 用。根據(jù)美國菲利普石油公司的劃分方法，分子量在150萬以上的聚乙烯稱為“UHMWPE。德國赫斯特（Hoechst ）公司、美 國赫爾克樂斯（Hercules ）公司和日本三井 石油化學公司是世界上生 產(chǎn)UHMWPE 的三大公司，中 國主要生產(chǎn)廠家是北京助 劑二 廠、上海高 橋石化公司化工 廠。編輯本段二、性能UHM

2、WPE 極高的分子量（HDPE的分子量通常只有230萬）賦予其優(yōu)異的使用性能，而且 屬于價格適中、性能 優(yōu)良的熱塑性工程塑料， 它幾乎集中了各 種塑料的 優(yōu)點，具有普通聚乙 烯和其它工程塑料無可比 擬的耐磨、耐沖 擊、自潤滑、耐腐蝕、 吸收沖擊能、耐低溫、衛(wèi)生無毒、不易粘附、不易吸水、密度較小等綜合性能。事實上，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。1、耐磨性UHMWPE 的耐磨性居塑料之冠， 并超過某些金 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 ，

3、HEPE 和 PVC 的 1/10 ；與 金屬相比，是 碳鋼 的 1/7 ，黃銅 的 1/2 7。這樣 高的耐磨性，以致于用一般塑料磨耗實驗 法 難以測試 其耐磨程度，因而 專門設(shè)計了一 種 沙漿磨耗 測試 裝置。 UHMWPE 耐磨性 與 分子量成正比，分子量越高，其耐 磨性越好。2、耐沖 擊 性UHMWPE 的沖 擊強度，在所有工程塑料中名列前茅， 圖 2 為 UHMWPE 與 其他 工程塑料沖 擊強度比 較，從圖 2 中可以看出， 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。耐沖 擊 性如此之高，以致于采用通

4、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 15 0 萬時達 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 C）也能保持 優(yōu)異的沖擊強度，這一特性是其 它塑料所 沒有的。此外，它在反復沖擊 表面硬度更高。3、自 潤滑性UHMWPE 有極低的摩擦因 數(shù)（0.050.11 ），故自 潤滑性優(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 的動嗎擦因數(shù)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）；當它

5、以滑動或轉(zhuǎn)動形式工作 時，比鋼和黃銅加潤滑油后的 潤滑性還 要好。因此，在摩擦學領(lǐng)域UHMWPE 被譽為成本/性能非常理想的摩擦材料。名稱摩擦系數(shù)自潤滑水潤滑油潤滑UHMWPE0.10 0.220.05 0.100.05 0.08PTFE0.04 0.250.04 0.080.04 0.05PA660.15 0.400.14 0.190.06 0.11POM0.15 0.350.10 0.200.05 0.10表1 UHMWPE 與其它工程塑料摩擦因 數(shù)比較4、耐化學藥品性UHMWPE 具有 優(yōu)良的耐化學藥品性，除強 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

6、有機介 質(zhì)（荼溶劑除外）。其在20 C和80 C的80種有機溶 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。5、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。6、耐低 溫 性UHMWPE 具有 優(yōu)異的耐低 溫性，在液 氦溫度（-269 C）下仍具有延展性，因而 能夠用作核工 業(yè)的耐低 溫部件。7、衛(wèi)生無毒性UHMWPE 衛(wèi)生無毒，完全符合日本 衛(wèi)生協(xié)會 的 標準， 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 可，可用于接 觸食品和 藥物。8、不粘性UHM

7、WPE 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。9、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。10、密度表2為UHMWPE 與其它工程塑料密度比 較。由表 2可知，UHMWPE 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%，因此其制品非常輕便。名稱相對密度UHMWPE密度比其低/%PTFE201256POM1.4133PBTP1.3130PC1.2022PA1.02 1.148 18UHMWPE0.94表2

8、 UHMWPE 與 其它工程塑料密度比 較11、拉伸強度由于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33.5 GPa,拉伸彈性模量高 達100125GPa ;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%。12、其他性能UHMWPE 還具有優(yōu)良的電氣絕緣 性能，比 HDPE更優(yōu)良的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性，比HDPE更好的耐疲 勞性及耐r-射線能力。編輯本段目前UHMWPE 已在紡織、造紙、包裝、運輸、進寫、化工、采礦、石油、建筑、電氣、食品、醫(yī)

9、療、體育等 領(lǐng)域得到廣泛的 應(yīng)用，并開始進入常規(guī)兵器、船舶、汽車等領(lǐng)域。今后 還將擴 大到宇航和原子能等 領(lǐng)域。1、耐磨性和耐沖 擊性為主的應(yīng)用1.1、紡織機械紡織 機械是 UHMWPE 最早應(yīng)用的領(lǐng)域，早在1958年，就有幾家公司用UHMWPE制造防止機械零件，如取代韌性材料中最耐用的水牛皮制作的織機上的皮結(jié)，承受 40180次/min長期振動沖擊，其壽命可達水牛皮結(jié)的56倍。目前， 國外在每臺 織 機上 應(yīng) 用的 UHMWPE 零件平均有 30 件左右，如投梭器、打梭棒、 齒輪 、 聯(lián)結(jié) 器、 掃花桿、 緩沖塊、桿 軸套、 擺動后梁等耐沖 擊磨損零件。1.2 、造 紙 機械造紙機械是 應(yīng)用

10、 UHMWPE 的第二 個工業(yè)領(lǐng) 域， 約在 1960 年，在一臺削木機的 傳送裝置上第一次安裝了 UHMWPE 防磨 條， 對 底板和 鏈條 起到良好的保 護作用，使 用 5a 基本上無磨 損。據(jù)估 計，防磨 條的壽命要比 鏈條的壽命高一倍以上， UHMWPE 和不銹鋼 、楓木、 澆鑄型聚 氨脂及層壓酚醛 塑料等耐磨材料都 層作為吸水箱蓋板使 用，但重要的是 UHMWPE 蓋板 對吸水箱上不 銹鋼絲網(wǎng) 的阻力大大低于其 它材料，因 此可使 昂貴的不銹鋼 死網(wǎng)的使用 壽命延長。今天，造 紙工業(yè)所需UHMWPE用量占 總 量的 10% ，如采用 UHMWPE 制造造 紙機的刮水板、吸水箱蓋板、

11、壓密部件、接 頭 等；此外 UHMWPE 也可用 來制造造 紙機械的密封 軸桿、偏 導輪、刮刀、 過濾 器等零 部件。1.3 、包裝機械UHMWPE 的高耐磨性、低摩擦因 數(shù) 和不粘性，使其在包裝機械中比某些金屬和其它塑料更適用，可代替磷 青銅 和氟塑料。用 UHMWPE 取代改性 氟塑料制作 導軌 、傳 送裝置的滑 塊座、固定板等，不 僅大 大降低了 設(shè)備投資費 用，而且可延 長使用 壽命 1050 倍。一條 液體洗 滌劑 生產(chǎn)線 裝置上的 計時 星輪，用 UHMWPE 取代原 來的層壓熱 固性 塑料后，使 過去易磨 損、易 劃傷瓶 且容易 變軟的問題迎刃而解，大大 減少了 備用件費 用，有

12、 UHMWPE 制造的 計時 螺桿，也已在 許 多裝 瓶線 上作 為標 準部件使用。西方一 個大啤 酒廠，用 UHMWPE 制作了一 條約 1.6km 長的板 帶式瓶子傳送帶， 比用磷 青銅 制作的 傳 送 帶 耐用幾倍。國外一 個汽車組 裝廠的輸送線上， 鏈條驅(qū)動鏈輪 使小 車在鋼板傳送平臺上 運動 ， 由于 鏈條與鋼 板的摩擦， 鏈條極 易 損 壞。采用 UHMWPE 板材替 換鋼 板，使磨 損大大 降低，同 時 也 減 少了 動力消耗。1.4 、通用機械由于 UHMWPE 具有 優(yōu)良的耐磨性、耐沖 擊性， 它在機械制造行 業(yè)中得到廣泛 應(yīng) 用，可制作各 種齒輪 、凸 輪、葉輪、滾輪 、滑

13、 輪、軸承、 軸瓦、 軸套、削 軸、墊片、 密封 墊、彈性聯(lián)軸節(jié) 、螺 釘?shù)葯C械零部件。2、以自 潤滑性和不粘性 為主的 應(yīng)用2.1 、材料 儲運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(yōu)良的自 潤滑性、不粘性，可使上述粉狀 材料 對儲運設(shè)備 不 發(fā) 生粘附 現(xiàn) 象，保 證穩(wěn) 定輸送。煤、 礦粉、糧食等的料斗 過去采用不 銹鋼襯 里進行裝箱 運輸 ， 現(xiàn)改用 UHMWPE 襯里，長期使用 時，可減少發(fā)熱現(xiàn)象，寶鋼運 送礦石的料斗采用 UHMWPE ，要比原 先采用的金 屬材料使用 壽命提高1050倍。用UHMWP

14、E制作料斗 襯里便于施工、 成本低，所以大 發(fā)電廠輸 送煤的加料斗也采用了 UHMWPE 襯里。采煤 場 的煤溜槽采用 UHMWPE 制造，可降低 傾斜角度， 從而提高 開 采量。 輸 送 40萬t煤而不需要更 換料槽，其使用 壽命比襯鎂合金的流料槽提高2倍。UHMWPE 用于流砂等的固體 輸送管道， 與鋼 管相比 壽命提高 18 倍，成本降至 1/ 25， 與尼龍管相比 壽命提高 3倍，成本降至 1/8。在 輸送時，管內(nèi)阻力比金 屬管小 2 5% ，大大提高了 輸送效率。在滑槽、 鏟斗和 礦石車廂 的內(nèi)襯等方面，用 傳統(tǒng)金屬材料時，遇到寒冷潮 濕天 氣，物料就 會凍結(jié) 在金 屬上，而采用 U

15、HMWPE 則不會， 從而大大 減少了卸 貨時間 。 在散裝 貨船的自卸漏斗上 內(nèi)襯一層 UHMWPE 板材后，平均卸 貨時間 由原來的 1620 h 減 少到 8h 。2.2 農(nóng)業(yè) 、建筑機械UHMWPE 自潤滑性優(yōu)異 ，泥土在其表面容易滑 動，而不 會發(fā) 生粘著，而且其耐 沖擊性、耐磨 損性優(yōu)良，適于制作 農(nóng)業(yè) 和建筑機械的零部件。如 聯(lián)合收割機的滑 動 板、犁具外 襯板、退土機的刮板、 挖土機鏟斗的 內(nèi)襯、翻斗 車車廂 的內(nèi)襯等，可大幅 度提高工作效率， 減 少能耗。2.3 文體用品利用 UHMWPE 的自 潤 滑性和耐磨性及耐寒性，可用 語滑冰、滑雪板底板， 歐美 主要采用 UHMWP

16、E 制造；用 UHMWPE 覆蓋滑雪道（ 層 厚 20mm ），滑板最高速度 可 達 110km/h 。日本三井石油化 學 公司制造的 UHMWPE 滑冰 場 ， 1975 年在 Kagoshima 縣對 外 開放，其造價 為一般滑冰 場的 1/4 。3、以耐腐 蝕性和不吸水性 為主的 應(yīng)用UHMWPE 具有 優(yōu)良的化 學穩(wěn) 定性和不吸水性，可用做各種溶液存 儲設(shè)備 的 鋪面材料和大型包裝容器，如浮筒、接水槽，汽油箱、 農(nóng)藥 容器以及用 語太陽能設(shè)備 的退 水容器等。 這 也是 UHMWPE 目前 應(yīng)用最廣泛的 領(lǐng)域之一。UHMWPE 容器具有 優(yōu)良的落下沖 擊 強度。如果 將容器裝水 20k

17、g ，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 1 5M 以上。4、以 衛(wèi)生無毒性 為主的 應(yīng)用4.1 、食品、 飲 料工 業(yè)UHMWPE 具備 食品工 業(yè)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(diào)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(chǎn)設(shè)備 的零部件。4.2 、 醫(yī)療UHMWPE 具有 優(yōu)異 的生理惰性和生理適 應(yīng)性， 經(jīng) 美 國 食品及 藥 物行政管理局、 農(nóng)業(yè) 部批準，可在 醫(yī)藥 幾與人體接 觸的領(lǐng)域使用，如作 為 心臟瓣膜、 矯形外科零件、 人工 關(guān)節(jié) 及 節(jié) 育植入體等的 臨床使用，是理想的 醫(yī)用高分子材料。有 UHMWPE 制成 的腕臼和金 屬股骨 組成的人工 髖關(guān)節(jié) ，耐磨性和安全性比 PTFE 更 為優(yōu)異 。目前世界 上已有 數(shù)十萬人接受了 這類 人工關(guān)節(jié)的置 換。5、其他性能的 應(yīng) 用5.1 、耐低 溫性 應(yīng) 用UHMWPE 具有 優(yōu)異的耐低 溫性能，可 應(yīng)用于各 種冷凍機械中， 并可作為核工 業(yè) 的耐低 溫部件，在低