超高分子量聚乙烯的全面介绍 | 汤阴新兴工程灌装机配件官网

超高分子量聚乙烯的全面介绍

  超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称 UHMWPE),是分子量100万以上的聚乙烯。分子式:—(—CH2-CH2—)—n—,密度:0.936~0.964g/cm3。热变形温度(0.46MPa)85℃,熔 点130~136℃。 

  UHMWPE性质特点为:

  极好的耐磨性,良好的耐低温冲击性、自润滑性、无毒、耐水、耐化学药品性,耐热性优于一般PE,缺点是耐热性(热变形温度)低、加工成型性差,外表面硬度,刚性,耐蠕变性不如一般工程塑料,膨胀系数偏大。UHMWPE 流动性差,熔融状态下粘度极高,是呈橡胶状的高粘弹性体,早期仅能用压制和烧结方法成型,目前也可用挤出、注塑和吹塑方法加工。      

  特殊功能:

  机械性能高于一般的高密度聚乙烯。具有突出的抗冲击性、耐应力开裂性、耐高温蠕变性、低摩擦系数、自润滑性,卓越的耐化学腐蚀性、抗疲劳性、噪音阻尼性、耐核辐射性等。 使用温度 100~110℃。耐寒性好,可在-269℃下使用。密度 0.985g/cm3,分子量 200 万的产品,其断裂拉伸强度40MPa,断裂伸长率 350%,弯曲弹性模量 600MPa,悬臂梁缺口冲击冲不断。磨耗量(MPC 法)20mm。

  应用领域UHMWPE可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料用于纺织、造纸、食品机械、运输、医疗、煤矿、化工等部门 。如纺织工业上技梭器、打梭棒、齿轮、联结 、扫花杆、缓冲块、偏心块、杆轴套、摆动后果等耐冲击磨损零件。造纸工业上做箱盖板、刮水板、压密部件、接头、传动机械的密封 轴杆、偏导轮、刮刀、过滤器等;

  运输工业上做粉状材料的料斗、料仓、滑槽的衬里。 UHMWPE可做各种机械的零部件,包括食品机械的齿轮、蜗轮、蜗杆、轴承。化工中做泵、阀 门、档板、滤板。医疗上,还可用于心脏瓣膜、短形外科零件,人工关节及节育植入体。体育上 做滑冰地板、滚地球道、滑雪板、机动雪橇零件。

  UHMWPE可以做高模量纤维,制造防弹衣、飞机座椅、海运、渔业用绳索等。 应用范围与聚酰胺、聚四氟乙烯相近,耐磨性超过碳钢,做齿轮、轴承、轴瓦、星轮、阀门、 泵、导轨、密封填料、设备衬里、滑变板、人工关节等,纤维作防弹衣、绳索等。      

  超高分子量聚乙烯具有许多优异的性能,然而如此优异的工程塑料却很少有人知道它的存在,这主要是由于以前对超高分子量聚乙烯的熔体特性研究不足,加工方法基本上还停留在落后的压制一烧结工艺上。

  近年来,随着超高分子量聚乙烯加工技术的不断发展,其制品已在许多领域中获得了成功的应用,纺织工业超高分子量聚乙烯在纺织工业上的使用历史最长。织布机上的部件需要具有耐冲击性、防震裂性、自润滑性和消音性,使纺织机械成了超高分子量聚乙烯最早应用的领域。

  从20世纪50年代第一个超高分子量聚乙烯部件生产出来之后,相继有200多种超高分子量聚乙烯的纺织部件问世 ,超高分子量聚乙烯的韧性在高速织布机的皮结上得到充分显示:皮结的作用就是停止和敲击梭子,使它左右来回运动穿过织布机。梭子通常是3-5 kg重的钢制品,在最高速度下,冲击次数可达 200 次/rain。在使用超高分子量聚乙烯之前,能接受如此冲击力的只有水牛皮结,它可经受100万次冲击。

  而在相同条件下,采用超高分子量聚乙烯皮结可以接受500 万~1500万次冲击。目前,国外在每台纺织机上应用的超高分子量聚乙烯零件平均有30件。如投梭器、打梭棒、齿轮、联结器、扫花杆、缓冲块、偏心块、杆轴套、摆动后梁等耐冲击磨损零件。

  化学工业:超高分子量聚乙烯的耐磨性和耐药品性使其在化工机械中独具优势。采用超高分子量聚乙烯代替金属材料制成的耐酸泵、传动机械、水泵、轴套、密封垫板、齿轮等,不仅使用寿命大大延长,而且使成本大为降低。超高分子量聚乙烯还可作改性添加剂,添加到别的化合物中达到改善其化学性能的目的。如采用振动旋转搅拌机可使熔融的超高分子量聚乙烯渗透到聚丙烯中,使无定型的超高分子量聚乙烯与聚丙烯形成复杂的连续网状结构,从而改善聚丙烯的断裂伸长率和屈服强度。

  超高分子量聚乙烯还可用作聚丙烯的冲击强度改性剂、拉伸强度改性剂和增韧增强剂。 造纸工业:造纸业是超高分子量聚乙烯应用较普遍的领域,利用超高分子量聚乙烯的耐磨性与耐冲击性,可用于制造偏导轮、刮刀、喷嘴与过滤器等。超高分子量聚乙烯可广泛用于造纸机的吸水箱盖板、刮水板,它保护了价格昂贵的铜网或不锈钢网,减少了停机时间,为造纸业创造了极大的经济效益。

  目前,造纸工业所需超高分子量聚乙烯量占其总消费量的10%,给造纸业创造了极大的经济效益。包装食品机械由于21+-5饿++ 通用机械超高分子量聚乙烯由于具有优良的耐磨性、耐冲击性,故在机械行业得到了广泛应用。用超高分子量聚乙烯制作农用收割机的齿轮,比钢制品便宜1/3,而寿命则要高2倍。

  因超高分子量聚乙烯在一269℃(液氦温度)如此极低温度下仍能保持各种特性,故常用作冷冻机等低温装置的机械部件。又因超高分子量聚乙烯对放射性射线有较好的遮蔽效果,故可用作原子能发电站的遮蔽板。 医用材料由于超高分子量聚乙烯的卫生、无毒和极好的耐磨性,是理想的医用高分子材料,可用于心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节及节育植入体等。

  从使用性能上看,由超高分子量聚乙烯制成的人工髋关节,耐磨性和安全性比聚四氟乙烯更为优异。20世纪60年代初就有人用超高分子量聚乙烯作为人体髋关节,五年后经过检验,磨损量还不到1mnl,据资料报道,优质超高分子量聚乙烯髋关节的耐磨时间可达50年。利用超高分子量聚乙烯的自润滑性和耐磨性及耐寒性,可将其用于滑冰、滑雪、水上运动等体育器材的滑动部件,还可制作保龄球的球道,曲棍球场的护板,雪花干扰装置,机动雪橇链轮以及运动训练的自动装置等。

  煤矿工业超高分子量聚乙烯在煤矿工业中的应用具有广阔的前景。由于该材料具有高耐磨性、摩擦系数小、耐冲击、成本低、工艺性能好等特性,可利用该材料制成煤矿机械轴瓦、轴套、平板,压滤机滤板,喷浆机摩擦片及筛板等。这样不仅延长了使用寿命,同时也提高了工作效率,可带来巨大的经济效益和社会效益。

  采煤用的溜道材料改用超高分子量聚乙烯后,不但可以节省大量钢铁,减轻劳动强度,还可以降低原溜道的坡度,增大煤的产量。煤仓采用超高分子量聚乙烯衬里之后,可提高煤仓的储量和防止堵塞。超高分子量聚乙烯用作洗煤厂震动筛煤机的筛板,可降低噪音,改善劳动环境。此外,超高分子量聚乙烯还可用于制造煤的输送管道、过滤器的刮板等的材料。

  机械运输工业:在铁路系统上,可用超高分子量聚乙烯作连接器的耐磨板材、支持架、贮藏车和卸货物件。农业机械、交通运输工业使用的传送装置、滑块座、固定板、导轨等如用超高分子量聚乙烯取代金属材料,使用寿命可提高10~50倍。

  设备衬里利用超高分子量聚乙烯的自润滑与难黏附性、耐磨与耐冲击性,可制成推土板衬里,挖土机铲斗和自卸车车厢的内衬。为了稳定输送煤、水泥、石灰石、小麦、砂糖等粉粒,这些物质的料仓、料斗、槽均可用超高分子量聚乙烯的板材作衬垫。过去粮食加工厂采用钢管进行风送粮食,带来钢管磨损和粉尘污染环境的问题,并有造成粉尘爆炸的危险,每年要消耗大量钢材。

  北京面粉二厂采用超高分子量聚乙烯片材卷成管(代替整管试验)做管衬,发现耐磨度提高了7~10倍,而且改善了环境,减小了噪音,避免了爆炸的危险。异型材及管材近几年来,随着超高分子量聚乙烯加工技术的不断突破,异形挤出制品已在一般机械、食品机械、化学工业、医疗器械、文娱用品等方面获得应用。超高分子量聚乙烯异形材还用于小型除雪机、贮藏器、真空干燥机的截面导轨制品等方面。

  随着加工技术的发展,超高分子量聚乙烯的应用领域必将不断扩大。由于超高分子量聚乙烯具有如前所述的种种优良特性,所以用它制造管材也是一项重要的应用途径。超高分子量聚乙烯管材在粮食加工业的用途:主要用于粮食的输送,如小麦、大米及其它谷物等。

  现在大多数粮仓及粮食加工厂均使用镀锌铁皮管,一般0.5 mn'l 壁厚者使用寿命只有2~3个月,因此迫切需要一种耐磨并具有自润滑性材料制成的管材来代替现正使用的铁皮管,首选的材料就是超高分子量聚乙烯,深受粮食加工行业的欢迎。2000年全国大中型面粉加工厂有2500 多家,小型面粉厂上万家,稻米、杂粮、饲料加工厂粗略估计也有几千家,而每个粮食加工厂都有成百上千米管路,由此可以看到在粮食加工业应用的市场前景十分可观。

  同时由于超高分子量聚乙烯可接触食品,因此也适于食盐和砂糖等产品的输送。超高分子量聚乙烯管材在矿粉、矿浆、砂石及电厂灰渣输送方面输送方面的用途:超高分子量聚乙烯由于具有极高的耐磨性、自润滑性和耐腐蚀性,特别适合于煤粉、矿粉及固液混合浆状物的输送。普通钢管用于输送选矿厂的煤粉、磁铁粉等重介质,由于磨损严重,平均每4个月就要更换一次,如果采用超高分子量聚乙烯管材,寿命将大大增加。

  此外,超高分子量聚乙烯除应用于煤矿外,还可应用于铁矿、锰矿等黑色金属矿业;铜矿、金矿、铝矿等有色金属矿业;石墨矿、石灰矿、 铝土矿、石膏矿等非金属矿业。 

  超高分子量聚乙烯管材也非常适用于水利航运部门航道(海航、江航及河航)及码头清理泥沙所需的抽送管路等。超高分子量聚乙烯管材的特殊用途是可制作特殊的塑料管制品。可将超高分子量聚乙烯制成厚壁管材,然后分切成各种套筒,主要用于替代矿山皮带运输机中的托辊及其钢质轴承。

  由于矿用皮带运输机的工作条件十分恶劣,水、煤、泥、煤渣、矿砂、砂石等经常进入轴承内,造成运转不灵便,甚至卡死,加剧了托辊和皮带的磨损。因此轴承用量非常大,就煤炭工业系统来说,每生产100万t煤约消耗1.5万个轴承。

  皮带机的日常维护主要是更换托辊,而托辊的维护主要是更换轴承。如果这些轴承都采用超高分子量聚乙烯制作,由于超高分子量聚乙烯的高耐磨性和高自润滑性,可大大简化皮带机托辊的结构,安装维护非常方便,每年可为煤炭行业节省大笔费用。

  合成工艺 

  在齐格勒催化剂存在下,由乙烯或乙烯与α-烯烃聚合而成。 超高分子量聚乙烯的生产过程与普通高密度聚乙烯的生产过程相类似,都是采用齐格勒催化。