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1、1UHMWPE 编 辑 本 段 一 、 前 言聚 乙 烯 是 目 前 产 量 最 大 、 应 用 最 广 的 塑 料 品 种 之 一 ， 约 占 世 界 塑 料 总 产 量 的 30%。其 中 ， LDPE、 HDPE以 及 被 称 为 第 三 代 聚 乙 烯 的 LLDPE等 均 属 于 热 塑 性 通 用 塑 料 ， 唯 有分 子 量 高 达 150万 以 上 的 UHMEPE， 因 物 理 力 学 性 能 优 异 而 作 为 工 程 塑 料 应 用 。根 据 美 国 菲 利 普 石 油 公 司 的 划 分 方 法 ， 分 子 量 在 150万 以 上 的 聚 乙 烯 称 为 “UHMWP
2、E”。 德 国 赫 斯 特 （ Hoechst） 公 司 、 美 国 赫 尔 克 乐 斯 （ Hercules） 公 司 和 日 本 三 井 石 油 化学 公 司 是 世 界 上 生 产 UHMWPE的 三 大 公 司 ， 中 国 主 要 生 产 厂 家 是 北 京 助 剂 二 厂 、 上 海 高桥 石 化 公 司 化 工 厂 。 编 辑 本 段 二 、 性 能UHMWPE极 高 的 分 子 量 （ HDPE的 分 子 量 通 常 只 有 2 30万 ） 赋 予 其 优 异 的 使 用 性能 ， 而 且 属 于 价 格 适 中 、 性 能 优 良 的 热 塑 性 工 程 塑 料 ， 它 几 乎
3、 集 中 了 各 种 塑 料 的 优 点 ， 具有 普 通 聚 乙 烯 和 其 它 工 程 塑 料 无 可 比 拟 的 耐 磨 、 耐 冲 击 、 自 润 滑 、 耐 腐 蚀 、 吸 收 冲 击 能 、耐 低 温 、 卫 生 无 毒 、 不 易 粘 附 、 不 易 吸 水 、 密 度 较 小 等 综 合 性 能 。 事 实 上 ， 目 前 还 没 有 一种 单 纯 的 高 分 子 材 料 兼 有 如 此 众 多 的 优 异 性 能 。 1、 耐 磨 性UHMWPE的 耐 磨 性 居 塑 料 之 冠 ， 并 超 过 某 些 金 属 ， 图 1为 UHMWPE与 其 它 材 料 耐 磨性 比 较
4、。 从 图 1可 以 看 出 ， 与 其 它 工 程 塑 料 相 比 ， UHMWPE的 沙 浆 磨 耗 指 数 仅 是 PA66的1/5， HEPE和 PVC的 1/10； 与 金 属 相 比 ， 是 碳 钢 的 1/7， 黄 铜 的 1/27。 这 样 高 的 耐 磨 性 ，以 致 于 用 一 般 塑 料 磨 耗 实 验 法 难 以 测 试 其 耐 磨 程 度 ， 因 而 专 门 设 计 了 一 种 沙 浆 磨 耗 测 试 装置 。 UHMWPE耐 磨 性 与 分 子 量 成 正 比 ， 分 子 量 越 高 ， 其 耐 磨 性 越 好 。2、 耐 冲 击 性UHMWPE的 冲 击 强 度
5、， 在 所 有 工 程 塑 料 中 名 列 前 茅 ， 图 2为 UHMWPE与 其 他 工 程 塑料 冲 击 强 度 比 较 ， 从 图 2中 可 以 看 出 ， UHMWPE的 冲 击 强 度 约 为 耐 冲 击 PC的 2倍 ， ABS的 5倍 ， POM和 PBTP的 10余 倍 。 耐 冲 击 性 如 此 之 高 ， 以 致 于 采 用 通 常 冲 击 试 验 方 法 难 以使 其 断 裂 破 坏 。 其 冲 击 强 度 随 分 子 量 的 增 大 而 提 高 ， 在 分 子 量 为 150万 时 达 到 最 大 值 ， 然2后 随 分 子 量 的 继 续 升 高 而 逐 渐 下 降
6、 。 值 得 指 出 的 是 ， 它 在 液 氮 中 （ -195 ） 也 能 保 持 优异 的 冲 击 强 度 ， 这 一 特 性 是 其 它 塑 料 所 没 有 的 。 此 外 ， 它 在 反 复 冲 击 表 面 硬 度 更 高 。3、 自 润 滑 性UHMWPE有 极 低 的 摩 擦 因 数 （ 0.05 0.11） ， 故 自 润 滑 性 优 异 。 表 1为 UHMWPE与其 他 工 程 塑 料 摩 擦 因 数 比 较 。 从 表 1可 以 看 出 ， UHMWPE的 动 吗 擦 因 数 在 水 润 滑 条 件 下是 PA66和 POM的 1/2， 在 无 润 滑 条 件 下 仅 次
7、 于 塑 料 中 自 润 滑 性 最 好 的 聚 四 氟 乙 烯 （ PTFE） ； 当 它 以 滑 动 或 转 动 形 式 工 作 时 ， 比 钢 和 黄 铜 加 润 滑 油 后 的 润 滑 性 还 要 好 。 因 此 ， 在 摩擦 学 领 域 UHMWPE被 誉 为 成 本 /性 能 非 常 理 想 的 摩 擦 材 料 。名称摩擦系数自润滑水润滑油润滑UHMWPE0.100.220.050.100.050.08PTFE0.040.250.040.080.040.05PA660.150.400.140.190.060.11POM0.150.350.100.200.050.10表 1 UHMW
8、PE与 其 它 工 程 塑 料 摩 擦 因 数 比 较4、 耐 化 学 药 品 性UHMWPE具 有 优 良 的 耐 化 学 药 品 性 ， 除 强 氧 化 性 酸 液 外 ， 在 一 定 温 度 和 浓 度 范 围 内能 耐 各 种 腐 蚀 性 介 质 （ 酸 、 碱 、 盐 ） 及 有 机 介 质 （ 荼 溶 剂 除 外 ） 。其 在 20 和 80 的 80种 有 机 溶 剂 中 浸 渍 30d， 外 表 无 任 何 反 常 现 象 ， 其 它 物 理 性 能也 几 乎 没 有 变 化 。5、 冲 击 能 吸 收 性3UHMWPE具 有 优 异 的 冲 击 能 吸 收 性 ， 冲 击 能
9、 吸 收 值 在 所 有 塑 料 中 最 高 ， 因 而 噪 声 阻尼 性 能 很 好 ， 具 有 优 良 的 削 音 效 果 。6、 耐 低 温 性UHMWPE具 有 优 异 的 耐 低 温 性 ， 在 液 氦 温 度 （ -269 ） 下 仍 具 有 延 展 性 ， 因 而 能 够用 作 核 工 业 的 耐 低 温 部 件 。7、 卫 生 无 毒 性UHMWPE卫 生 无 毒 ， 完 全 符 合 日 本 卫 生 协 会 的 标 准 ， 并 得 到 美 国 食 品 及 药 物 行 政 管理 局 和 美 国 农 业 部 的 认 可 ， 可 用 于 接 触 食 品 和 药 物 。8、 不 粘 性
10、UHMWPE表 面 吸 附 能 力 非 常 微 弱 ， 其 抗 粘 符 能 力 仅 次 于 塑 料 中 不 粘 性 最 好 的 PTFE， 因 而 制 品 表 面 与 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%， 仅 为 PA66的 1%， 因 而 在 成 型 加 工 前 一 般不 必 干 燥 处 理 。10、 密 度表 2为 UHMWPE与 其 它 工 程 塑 料 密 度 比 较 。 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
11、低 33%， 比 PBTP低 30%， 因 此 其 制 品 非 常 轻便 。名称相对密度UHMWPE密度比其低 /%PTFE2012564POM1.4133PBTP1.3130PC1.2022PA1.021.14818UHMWPE0.94表 2 UHMWPE 与 其 它 工 程 塑 料 密 度 比 较11、 拉 伸 强 度由 于 UHMWPE具 有 朝 拉 伸 取 向 必 备 的 结 构 特 征 ， 所 以 有 无 可 匹 敌 的 超 高 拉 伸 强 度 ，因 此 可 通 过 凝 胶 纺 丝 法 制 得 超 高 弹 性 模 量 和 强 度 的 纤 维 ， 其 拉 伸 强 度 高 达 3 3.5
12、GPa,拉伸 弹 性 模 量 高 达 100 125GPa； 纤 维 比 强 度 是 迄 今 已 商 品 化 的 所 有 纤 维 中 最 高 的 ， 比 碳纤 维 大 4倍 ， 比 钢 丝 大 10倍 ， 比 芳 纶 纤 维 大 50%。12、 其 他 性 能UHMWPE还 具 有 优 良 的 电 气 绝 缘 性 能 ， 比 HDPE更 优 良 的 耐 环 境 应 力 开 裂 性 ， 比 HDPE更 好 的 耐 疲 劳 性 及 耐 r-射 线 能 力 。 编 辑 本 段 三 、 应 用目 前 UHMWPE已 在 纺 织 、 造 纸 、 包 装 、 运 输 、 进 写 、 化 工 、 采 矿 、
13、 石 油 、 建 筑 、 电气 、 食 品 、 医 疗 、 体 育 等 领 域 得 到 广 泛 的 应 用 ， 并 开 始 进 入 常 规 兵 器 、 船 舶 、 汽 车 等 领 域。 今 后 还 将 扩 大 到 宇 航 和 原 子 能 等 领 域 。1、 耐 磨 性 和 耐 冲 击 性 为 主 的 应 用1.1、 纺 织 机 械纺 织 机 械 是 UHMWPE最 早 应 用 的 领 域 ， 早 在 1958年 ， 就 有 几 家 公 司 用 UHMWPE制造 防 止 机 械 零 件 ， 如 取 代 韧 性 材 料 中 最 耐 用 的 水 牛 皮 制 作 的 织 机 上 的 皮 结 ， 承 受
14、 40 1805次 /min长 期 振 动 冲 击 ， 其 寿 命 可 达 水 牛 皮 结 的 5 6倍 。 目 前 ， 国 外 在 每 台 织 机 上 应 用 的 UHMWPE零 件 平 均 有 30件 左 右 ， 如 投 梭 器 、 打 梭 棒 、 齿 轮 、 联 结 器 、 扫 花 杆 、 缓 冲 块 、杆 轴 套 、 摆 动 后 梁 等 耐 冲 击 磨 损 零 件 。1.2、 造 纸 机 械造 纸 机 械 是 应 用 UHMWPE的 第 二 个 工 业 领 域 ， 约 在 1960年 ， 在 一 台 削 木 机 的 传 送 装置 上 第 一 次 安 装 了 UHMWPE防 磨 条 ，
15、对 底 板 和 链 条 起 到 良 好 的 保 护 作 用 ， 使 用 5a基 本 上无 磨 损 。 据 估 计 ， 防 磨 条 的 寿 命 要 比 链 条 的 寿 命 高 一 倍 以 上 ， UHMWPE和 不 锈 钢 、 枫 木、 浇 铸 型 聚 氨 脂 及 层 压 酚 醛 塑 料 等 耐 磨 材 料 都 层 作 为 吸 水 箱 盖 板 使 用 ， 但 重 要 的 是 UHMWPE盖 板 对 吸 水 箱 上 不 锈 钢 丝 网 的 阻 力 大 大 低 于 其 它 材 料 ， 因 此 可 使 昂 贵 的 不 锈 钢 死 网的 使 用 寿 命 延 长 。 今 天 ， 造 纸 工 业 所 需 U
16、HMWPE用 量 占 总 量 的 10%， 如 采 用 UHMWPE制 造 造 纸 机 的 刮 水 板 、 吸 水 箱 盖 板 、 压 密 部 件 、 接 头 等 ； 此 外 UHMWPE也 可 用 来 制 造 造纸 机 械 的 密 封 轴 杆 、 偏 导 轮 、 刮 刀 、 过 滤 器 等 零 部 件 。1.3、 包 装 机 械UHMWPE的 高 耐 磨 性 、 低 摩 擦 因 数 和 不 粘 性 ， 使 其 在 包 装 机 械 中 比 某 些 金 属 和 其 它塑 料 更 适 用 ， 可 代 替 磷 青 铜 和 氟 塑 料 。用 UHMWPE取 代 改 性 氟 塑 料 制 作 导 轨 、 传 送 装 置 的 滑 块 座 、 固 定 板 等 ， 不 仅 大 大 降低 了 设 备 投 资 费 用 ， 而 且 可 延 长 使 用 寿 命 10 50倍 。一 条 液 体 洗 涤 剂 生 产 线 装 置 上 的 计 时 星 轮 ， 用 UHMWPE取 代 原 来 的 层 压 热
