超高分子量聚乙烯板-UHMWPE超高分子量聚乙烯板極高的分子量(HDPE的分子量通常只有2~30萬)賦予其優異的使用性能,而且屬于價格適中、性能優良的熱塑性工程塑料,它幾乎集中了各種塑料的優點,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異性能。
1、耐磨性
超高分子量聚乙烯板-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驗法難以測試其耐磨程度,因而專門設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
超高分子量聚乙烯板-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,超高分子量聚乙烯板-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150萬時達到最大值,然后隨分子量的繼續升高而逐漸下降。值得指出的是,它在液氮中(-195℃)也能保持優異的沖擊強度,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
超高分子量聚乙烯板-UHMWPE有極低的摩擦因數(0.05~0.11),故自潤滑性優異。表1為UHMWPE與其他工程塑料摩擦因數比較。從表1可以看出,UHMWPE的動嗎擦因數在水潤滑條件下是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);當它以滑動或轉動形式工作時,比鋼和黃銅加潤滑油后的潤滑性還要好。因此,在摩擦學領域UHMWPE被譽為成本/性能非常理想的摩擦材料。 名稱 摩擦系數
自潤滑 水潤滑 油潤滑
UHMWPE 0.10~0.22 0.05~0.10 0.05~0.08
PTFE 0.04~0.25 0.04~0.08 0.04~0.05
PA66 0.15~0.40 0.14~0.19 0.06~0.11
POM 0.15~0.35 0.10~0.20 0.05~0.10
表1 UHMWPE與其它工程塑料摩擦因數比較
4、耐化學藥品性
超高分子量聚乙烯板-UHMWPE具有優良的耐化學藥品性,除強氧化性酸液外,在一定溫度和濃度范圍內能耐各種腐蝕性介質(酸、堿、鹽)及有機介質(荼溶劑除外)。 其在20℃和80℃的80種有機溶劑中浸漬30d,外表無任何反?,F象,其它物理性能也幾乎沒有變化。
5、沖擊能吸收性
超高分子量聚乙烯板-UHMWPE具有優異的沖擊能吸收性,沖擊能吸收值在所有塑料中最高,因而噪聲阻尼性能很好,具有優良的削音效果。
6、耐低溫性
超高分子量聚乙烯板-UHMWPE具有優異的耐低溫性,在液氦溫度(-269℃)下仍具有延展性,因而能夠用作核工業的耐低溫部件。
7、衛生無毒性
超高分子量聚乙烯板-UHMWPE衛生無毒,完全符合日本衛生協會的標準,并得到美國食品及藥物行政管理局和美國農業部的認可,可用于接觸食品和藥物。
8、不粘性
超高分子量聚乙烯板-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。
9、吸水性小
超高分子量聚乙烯板-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為超高分子量聚乙烯板-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/%
PTFE 2012 56
POM 1.41 33
PBTP 1.31 30
PC 1.20 22
PA 1.02—1.14 8—18
UHMWPE 0.94
表2 超高分子量聚乙烯板-UHMWPE 與其它工程塑料密度比較
11、拉伸強度
由于超高分子量聚乙烯板-UHMWPE具有朝拉伸取向必備的結構特征,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3~3.5GPa,拉伸彈性模量高達100~125GPa;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
超高分子量聚乙烯板-UHMWPE還具有優良的電氣絕緣性能,比HDPE更優良的耐環境應力開裂性,比HDPE更好的耐疲勞性及耐r-射線能力。
編輯本段應用
目前超高分子量聚乙烯板-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、醫療、體育等領域得到廣泛的應用,并開始進入常規兵器、船舶、汽車等領域。今后還將擴大到宇航和原子能等領域。
1、超高分子量聚乙烯板-耐磨性和耐沖擊性為主的應用
1.1、紡織機械 紡織機械是UHMWPE最早應用的領域,早在1958年,就有幾家
公司用超高分子量聚乙烯板-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,承受40~180次/min長期振動沖擊,其壽命可達水牛皮結的5~6倍。目前,國外在每臺織機上應用的UHMWPE零件平均有30件左右,如投梭器、打梭棒、齒輪、聯結器、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 造紙機械是應用UHMWPE的第二個工業領域,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的阻力大大低于其它材料,因此可使昂貴的不銹鋼死網的使用壽命延長。今天,造紙工業所需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、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 超高分子量聚乙烯板-UHMWPE的高耐磨性、低摩擦因數和不粘性,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,不僅大大降低了設備投資費用,而且可延長使用壽命10~50倍。 一條液體洗滌劑生產線裝置上的計時星輪,用超高分子量聚乙烯板-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,用超高分子量聚乙烯板-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。采用超高分子量聚乙烯板-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 由于超高分子量聚乙烯板-UHMWPE具有優良的耐磨性、耐沖擊性,它在機械制造行業中得到廣泛應用,可制作各種齒輪、凸輪、葉輪、滾輪、滑輪、軸承、軸瓦、軸套、削軸、墊片、密封墊、彈性聯軸節、螺釘等機械零部件。