超分子量聚乙烯生產(chǎn)工藝及加工成型

1、超分子量聚乙烯生產(chǎn)工藝及加 工成型學(xué)院（系）化工與環(huán)境學(xué)院專業(yè)：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)日期：2015-11摘要本文探討了超分子量聚乙烯的一些特點(diǎn)以及制備方法。 關(guān)鍵詞 聚乙烯，超分子量，制備目錄摘要第1章緒論1.1. 研究背景1.2. 超高分子量聚乙烯簡介1.3. 超高分子量聚乙烯特點(diǎn)第2章超高分子聚乙烯的制備 2.1.制備方法第3章結(jié)論參考文獻(xiàn)第1章緒論1.1. 研究背景超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）塑料合金具有優(yōu)異的物理和機(jī)械 性能，能替代金屬在離心泵和軸承等機(jī)械領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。超高分子量聚乙烯的分子量對(duì)其物理機(jī)械性能有著很大影響。超高分子量聚乙烯（UHMWPE） 是一種性能卓越

2、的工程塑料，同眾多的聚合材料相比，具有其它工程塑料所 無法比擬的耐沖擊性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性、耐低溫性、耐應(yīng)力開裂性、 抗粘附能力，優(yōu)良的電絕緣性、自潤滑性及安全衛(wèi)生等性能，可以代替碳鋼、 不銹鋼、青銅等材料廣泛地應(yīng)用于體育、紡織、采礦、化工、包裝、建筑、 機(jī)械、電氣、醫(yī)療等領(lǐng)域。超高分子量聚乙烯性能卓越、加工困難，是一種正在迅速崛起的工程性熱塑性塑料。由于加工困難，國內(nèi)外超高分子量聚乙烯的應(yīng)用多集中在壓制產(chǎn)品上，但是材料學(xué)家們從來沒有停止過對(duì)超高分子 量聚乙烯擠出制品的探討。超高分子量聚乙烯的卓越性能源自于它具有極高 的分子量，因此對(duì)超高分子量聚乙烯改性成功與否的判定在很大程度上取決 于

3、其制品的分子量保留的程度和在低溫下的沖擊韌性。1.2. 超高分子量聚乙烯簡介超高分子量聚乙烯纖維有著高取向度，高結(jié)晶度，強(qiáng)力、模量高，抗沖擊， 耐腐蝕，耐光照，耐撓曲，耐磨損等優(yōu)點(diǎn)。它的密度比水小，介電性能好。超高 分子量聚乙烯纖維的缺點(diǎn)是使用溫度不高，耐氧化性能差，抗蠕變性能差，表 面加工困難。正是超高分子量聚乙烯纖維自身所具有的這些特點(diǎn) ，它在抗沖 擊防護(hù)，低溫，耐壓，海洋工程，漁業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛地使用。1.3. 超高分子量聚乙烯特點(diǎn)1、極高的耐磨特性 超高管的分子量高達(dá)200萬以上，磨耗指數(shù)最小， 使它具有極高的抗滑動(dòng)摩擦能力。耐磨性高于一般的合金鋼6.6倍，不銹鋼 的27.3倍。是酚醛

4、樹脂的17.9倍，尼龍六的6倍，聚乙烯的4倍，大幅度 提高了管道的使用壽命。2、極高的耐沖擊性 在現(xiàn)有的工程塑料中超高分子量管道的沖擊韌性 值最高，許多材料在嚴(yán)重或反復(fù)爆炸的沖擊中會(huì)裂紋、破損、破碎或表面應(yīng) 力疲勞。3、耐腐蝕性UHMW-P四一種飽和分子團(tuán)結(jié)構(gòu)，故其化學(xué)穩(wěn)定性極高， 本產(chǎn)品可以耐烈性化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，除對(duì)某些強(qiáng)酸在高溫下有輕微腐蝕外， 在其它的堿液、酸液中不受腐蝕?？梢栽跐舛刃∮?80%勺濃鹽酸中應(yīng)用，在 濃度小于75%勺硫酸、濃度小于20%勺硝酸中性能相當(dāng)穩(wěn)定。4、良好的自潤滑性 由于超高分子量聚乙烯管內(nèi)含蠟狀物質(zhì)，且自身 潤滑很好。摩擦系數(shù)（196N 2小時(shí)）僅為0.219M

5、N/m （GB3960。自身滑動(dòng) 性能優(yōu)于用油潤滑的鋼或黃銅。特別是在環(huán)境惡劣、粉塵、泥沙多的地方， 產(chǎn)品的自身干潤滑性能更充分的顯示出來。 不但能運(yùn)動(dòng)自如，且保護(hù)相關(guān)工 件不磨損或拉傷。5、獨(dú)特的耐低溫性 超高分子量聚乙烯管道耐低溫性能優(yōu)異，其耐沖 擊性、耐磨性在零下269攝氏度時(shí)基本不變。是目前唯一可在接近絕對(duì)零度 的溫度下工作的一種工程塑料。同時(shí)，超高分子量聚乙烯管道的適溫性寬， 可長期在-269 C到80 c的溫度下工作。6、不易結(jié)垢性 超高分子量聚乙烯管由于摩擦系數(shù)小和無極性，因此 具有很好的表面非附著性，管道光潔度高?，F(xiàn)有的材料一般在PH值為9以上 的介質(zhì)中均結(jié)垢，超高分子量聚乙烯

6、管則不結(jié)垢，這一特性對(duì)火電站用于排 粉煤灰系統(tǒng)有重大意義。在原油、泥漿等輸送管道方面也非常適用。7、壽命長超高分子量聚乙烯分子鏈中不飽和基因少，抗疲勞強(qiáng)度大于 50萬次，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性最優(yōu)， 抗環(huán)境應(yīng)力開裂4000h ,是PE100的2 倍以上，埋地使用50年左右，仍可保持70%Z上的機(jī)械性能。8、安裝簡便超高分子量聚乙烯（UHMW-PE管道單位管長比重僅 為鋼管重量的八分之一，使裝卸、運(yùn)輸、安裝更為方便，且能減輕工人的勞 動(dòng)強(qiáng)度,UHMW-PE道抗老化性極強(qiáng)，50年不易老化。不論地上架設(shè)，還是 地下埋設(shè)均可。安裝時(shí)無論是焊接或者是法蘭連接均可， 安全可靠、快捷方 便、無需防腐、省工省力，充

7、分體現(xiàn)出使用超高分子量聚乙烯管道“節(jié)能、 環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效”的優(yōu)越性。9、其他特性 超高分子量聚乙烯管還有吸能、吸噪音、抗靜電、對(duì)電 子具有屏蔽能力、不吸水、比重輕、容易機(jī)械加工、可著色等突出特性。第2章 超高分子聚乙烯的制備2.1. 制備方法1 .采用加工助劑與超聲輻照相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了 UHMWPE一般單螺 桿擠出機(jī)上的連續(xù)擠出成型。加入一定量的聚丙烯（PP）,能有效改善單螺桿 擠出機(jī)對(duì)UHMWPE加工性能，擠出過程中的超聲輻照則有效地降低了熔體 粘度和擠出壓力，顯著提高了擠出效率。在適當(dāng)?shù)募庸ぶ鷦┖亢统曒椪?強(qiáng)度下，UHMWP的力學(xué)強(qiáng)度、耐熱性能及摩擦磨損性能得到提高。2.研究了

8、UHMWPE擠出過程中物料輸送及熔融塑化機(jī)理。FT-IR、DSC WAXD口AFM析表明，在單螺桿擠出機(jī)擠出 UHMWPE/PP混物時(shí)，與料筒壁接觸的 物料表層主要是PP,從而增大了物料一料筒壁間的摩擦系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了單螺 桿擠出機(jī)內(nèi)物料的順利輸送。在熔融塑化過程中，PP首先熔融并在料筒壁形成熔膜，熔膜流入主動(dòng)螺腹形成熔體池，對(duì)被動(dòng)螺腹中的UHMWPE體床產(chǎn)生大的推壓力，使UHMWF®體床得以壓實(shí)，解決了通常用一般單螺桿擠 出機(jī)擠出UHMWPE的打滑、料塞和不能壓實(shí)的問題。在以聚乙烯 （PE）改進(jìn) UHMWPE工流動(dòng)性的情況下，熔融的 PE很快滲入到UHMWPE部，不能有 效地在料筒壁一

9、物料間聚集，也不能形成有效的熔體池，加之UHMWPfE的摩擦系數(shù)和不粘性，在用單螺桿擠出機(jī)擠出 UHMWPE就遇到困難。微觀結(jié) 構(gòu)分析表明，在UHMWPE/噪混物中，PP位于UHMWPE區(qū)間的低晶（非晶） 區(qū)域，破壞了 UHMWPE的鏈纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)，有效地降低了 UHMWPES結(jié)密度， 流動(dòng)性得以改善。PE不能有效降低UHMWPE鏈纏結(jié)密度，因而PE對(duì)UHMWPE 加工改性效果較差。3 .擠出過程中的超聲輻照顯著降低了 UHMWPE/PP混 物熔體表觀粘 摘要度和擠出口模壓力，提高了擠出產(chǎn)量。隨共混物中 PP 含量的減少，共混物熔體的鏈纏結(jié)密度升高，超聲輻照的降粘降壓效果越明 顯。超聲輻照使共混物

10、中UHMWPE PP的結(jié)晶度下降，晶粒尺寸變小。在適 當(dāng)?shù)某曒椪諒?qiáng)度下，材料的抗沖擊強(qiáng)度、楊氏模量及耐磨性能得到提高。4.以PP為主的加工改性劑能顯著提高 UHMWPE摩擦磨損性能。在同樣的條 件下，UHMWPE摩擦系數(shù)和磨損速率都比 UHMWPE/PP混物高。隨負(fù)荷的 增加和磨損時(shí)間的延長，在 UHMWPE損表面出現(xiàn)大量的裂紋，呈現(xiàn)明顯的 疲勞磨損特征。在較高的滑動(dòng)速度下（400rpm） , UHMWPE生因表面熔融而 導(dǎo)致快速的磨損。而UHMWPE/PP混物在高的負(fù)荷、長的磨損時(shí)間及高的滑 動(dòng)速度下，在磨損表面無明顯的疲勞破壞和熔融現(xiàn)象發(fā)生。通過原子力顯微 鏡（AFM）觀察研究表明，在不

11、同的作用力范圍和滑行速度下，UHMWPE表面層分子與Si3N4探針間的摩擦力均較UHMWPEP共混物高，與宏觀的摩擦 性能相一致。5.采用 SEM FT IR、DSC AFM XPSffi場伙 XD研究了 UHMWPE 和uHMwPE/PP摩擦磨損機(jī)理。與uHMwPE磨時(shí)，在鋼環(huán)表面形成了 UHMWPE 轉(zhuǎn)移膜，與UHMWPE/PP磨的鋼環(huán)表面無轉(zhuǎn)移膜，而有很細(xì)的圓柱狀磨屑產(chǎn) 生。長的磨損時(shí)間導(dǎo)致 UHMWPE勞破壞，產(chǎn)生大量的磨屑，而隨磨損時(shí)間 的延長，UHMWPE/PP!面的磨屑并無明顯的增加。由于鋼環(huán)滑動(dòng)對(duì)表面層 分子所產(chǎn)生的剪切、拉伸及退火作用，在UHMWPE/PP磨損表面形成了用晶，

12、 而UHMWPE損表面的晶區(qū)較小，晶區(qū)間的粘接力也較弱。UHMWPE/PP混物在磨損初期所產(chǎn)生的少量圓柱狀磨屑分布于摩擦界面，起到了有效地將滑 動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦的作用，因而摩擦系數(shù)和磨損速率顯著降低，耐磨性 能明顯提高。第3章結(jié)論超高分子量聚乙烯（UHMWPE）一種性能卓越的工程塑料，同眾多的聚合 材料相比，具有其它工程塑料所無法比擬的耐沖擊性、耐磨損性、耐化學(xué)藥 品性、耐低溫性、耐應(yīng)力開裂性、抗粘附能力，優(yōu)良的電絕緣性、自潤滑性 及安全衛(wèi)生等性能，可以代替碳鋼、不銹鋼、青銅等材料廣泛地應(yīng)用于體育、 紡織、采礦、化工、包裝、建筑、機(jī)械、電氣、醫(yī)療等領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)1劉英，劉萍，陳成泗，嚴(yán)為群

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