供應(yīng)：供應(yīng) 高分子聚乙烯M UHMWPE XM-221U 三井化學(xué) 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30%。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(dá)150萬(wàn)以上的UHMEPE，因物理力學(xué)性能優(yōu)異而作為工程塑料應(yīng)用。 　 　根據(jù)美國(guó)菲利普石油公司的劃分方法，分子量在150萬(wàn)以上的聚乙烯稱為“UHMWPE”既Ultra-high molecular weight PE ，中文稱超高分子量聚乙烯。德國(guó)赫斯特（Hoechst）公司、美國(guó)赫爾克樂(lè)斯（Hercules）公司和日本三井石油化學(xué)公司是世界上生產(chǎn)UHMWPE 的三大公司，中國(guó)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,中國(guó)石化齊魯石化分公司。 性能 　 　UHMWPE極高的分子量（HDPE的分子量通常只有2～30萬(wàn)）賦予其優(yōu)異的使用性能，而且屬于價(jià)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(diǎn)，具有普通聚乙烯和其它工程塑料無(wú)可比擬的耐磨、耐沖擊、自潤(rùn)滑、耐腐蝕、吸收沖擊能、耐低溫、衛(wèi)生無(wú)毒、不易粘附、不易吸水、密度較小等綜 合性能。事實(shí)上，目前還沒(méi)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(guò)某些金屬，圖1為UHMWPE與其它材料耐磨性比較。與其它工程塑料相比，UHMWPE的沙漿磨耗指數(shù)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(shí)驗(yàn)法難以測(cè)試其耐 磨程度，因而專門設(shè)計(jì)了一種沙漿磨耗測(cè)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(qiáng)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(qiáng)度比較，從圖2中可以看出，UHMWPE的沖擊強(qiáng)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(yàn)方法難以使其斷裂破壞。其沖擊強(qiáng)度隨分子量的增大 而提高，在分子量為150萬(wàn)時(shí)達(dá)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℃）也能保持優(yōu)異的沖擊強(qiáng)度，這一特性 是其它塑料所沒(méi)有的。此外，它在反復(fù)沖擊表面硬度更高。 3、自潤(rùn)滑性 　　UHMWPE有極 低的摩擦因數(shù)（0.05～0.11），故自潤(rùn)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(dòng)嗎擦因數(shù)在水潤(rùn) 滑條件下是PA66和POM的1/2，在無(wú)潤(rùn)滑條件下僅次于塑料中自潤(rùn)滑性最好的聚四氟乙烯（PTFE）；當(dāng)它以滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)形式工作時(shí)，比鋼和黃銅加潤(rùn)滑 油后的潤(rùn)滑性還要好。因此，在摩擦學(xué)領(lǐng)域UHMWPE被譽(yù)為成本/性能非常理想的摩擦材料。 　　 名稱 摩擦系數(shù) 自潤(rùn)滑 水潤(rùn)滑 油潤(rùn)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(shù)比較 4、耐化學(xué)藥品性 　　UHMWPE具有優(yōu)良的耐化學(xué)藥品性，除強(qiáng)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）及有機(jī)介質(zhì)（荼溶劑除外）。 　　其在20℃和80℃的80種有機(jī)溶劑中浸漬30d，外表無(wú)任何反常現(xiàn)象，其它物理性能也幾乎沒(méi)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℃）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(wú)毒性 　　UHMWPE衛(wèi)生無(wú)毒，完全符合日本衛(wèi)生協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，并得到美國(guó)食品及藥物行政管理局和美國(guó)農(nóng)業(yè)部的認(rèn)可，可用于接觸食品和藥物。 8、不粘性 　　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 　　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(duì)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 UHMWPE 與其它工程塑料密度比較 11、拉伸強(qiáng)度 　 　由于UHMWPE具有朝拉伸取向必備的結(jié)構(gòu)特征，所以有無(wú)可匹敵的超高拉伸強(qiáng)度，因此可通過(guò)凝膠紡絲法制得超高彈性模量和強(qiáng)度的纖維，其拉伸強(qiáng)度高達(dá) 3～3.5GPa,拉伸彈性模量高達(dá)100～125GPa；纖維比強(qiáng)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(kāi)裂性，比HDPE更好的耐疲勞性及耐r-射線能力。 應(yīng)用 　　目前UHMWPE已在紡織、造紙、包裝、運(yùn)輸、進(jìn)寫、化工、采礦、石油、建筑、電氣、食品、醫(yī)療、體育等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并開(kāi)始進(jìn)入常規(guī)兵器、船舶、汽車等領(lǐng)域。今后還將擴(kuò)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(jī)械 　 　紡織機(jī)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(jī)械零件，如取代韌性材料中最耐用的水牛皮制作的織機(jī)上的 皮結(jié)，承受40～180次/min長(zhǎng)期振動(dòng)沖擊，其壽命可達(dá)水牛皮結(jié)的5～6倍。目前，國(guó)外在每臺(tái)織機(jī)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(dòng)后梁等耐沖擊磨損零件。 　　1.2、造紙機(jī)械 　 　造紙機(jī)械是應(yīng)用UHMWPE的第二個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，約在1960年，在一臺(tái)削木機(jī)的傳送裝置上第一次安裝了UHMWPE防磨條，對(duì)底板和鏈條起到良好的保護(hù) 作用，使用5a基本上無(wú)磨損。據(jù)估計(jì)，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(duì)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(zhǎng)。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(jī)的刮水板、吸水箱蓋板、壓密部件、接頭等；此外UHMWPE也可用來(lái)制造造紙機(jī)械的密封 軸桿、偏導(dǎo)輪、刮刀、過(guò)濾器等零部件。 　　1.3、包裝機(jī)械 　　UHMWPE的高耐磨性、低摩擦因數(shù)和不粘性，使其在包裝機(jī)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(dǎo)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(fèi)用，而且可延長(zhǎng)使用壽命10～50倍。 　　一條液體洗滌劑生產(chǎn)線裝置上的計(jì)時(shí)星輪，用UHMWPE取代原來(lái)的層壓熱固性塑料后，使過(guò)去易磨損、易劃傷瓶且容易變軟的問(wèn)題迎刃而解，大大減少了備用件費(fèi)用，有UHMWPE制造的計(jì)時(shí)螺桿，也已在許多裝瓶線上作為標(biāo)準(zhǔn)部件使用。 　　西方一個(gè)大啤酒廠，用UHMWPE制作了一條約1.6km長(zhǎng)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(guó)外一個(gè)汽車組裝廠的輸送線上，鏈條驅(qū)動(dòng)鏈輪使小車在鋼板傳送平臺(tái)上運(yùn)動(dòng)，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(shí)也減少了動(dòng)力消耗。 　　1.4、通用機(jī)械 　　由于UHMWPE具有優(yōu)良的耐磨性、耐沖擊性，它在機(jī)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(jī)械零部件。 2、以自潤(rùn)滑性和不粘性為主的應(yīng)用 　　2.1、材料儲(chǔ)運(yùn) 　　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(cāng)、滑槽的襯里，由于它具有優(yōu)良的自潤(rùn)滑性、不粘性，可使上述粉狀材料對(duì)儲(chǔ)運(yùn)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(guò)去采用不銹鋼襯里進(jìn)行裝箱運(yùn)輸，現(xiàn)改用UHMWPE襯里，長(zhǎng)期使用時(shí)，可減少發(fā)熱現(xiàn)象，寶鋼運(yùn)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10～50倍。用UHMWPE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(chǎng)的煤溜槽采用UHMWPE制造，可降低傾斜角度，從而提高開(kāi)采量。輸送40萬(wàn)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(shí)，管內(nèi)阻力比金屬管小25%，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(shí)，遇到寒冷潮濕天氣，物料就會(huì)凍結(jié)在金屬上，而采用UHMWPE則不會(huì)，從而大大減少了卸貨時(shí)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(shí)間由原來(lái)的16～20h減少到8h。 　　2.2農(nóng)業(yè)、建筑機(jī)械 　　UHMWPE自潤(rùn)滑性優(yōu)異，泥土在其表面容易滑動(dòng)，而不會(huì)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(jī)械的零部件。如聯(lián)合收割機(jī)的滑動(dòng)板、犁具外襯板、退土機(jī)的刮板、挖土機(jī)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(rùn)滑性和耐磨性及耐寒性，可用語(yǔ)滑冰、滑雪板底板，歐美主要采用UHMWPE制造；用UHMWPE覆蓋滑雪道（層厚20mm），滑板最高速度可達(dá)110km/h。 　　日本三井石油化學(xué)公司制造的UHMWPE滑冰場(chǎng)，1975年在Kagoshima縣對(duì)外開(kāi)放，其造價(jià)為一般滑冰場(chǎng)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(xué)穩(wěn)定性和不吸水性，可用做各種溶液存儲(chǔ)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(yǔ)太陽(yáng)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(qiáng)度。如果將容器裝水20kg，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(dá)15M以上。 4、以衛(wèi)生無(wú)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(wú)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(shí)，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(lái)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(guó)食品及藥物行政管理局、農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)，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(wàn)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(jī)械中，并可作為核工業(yè)的耐低溫部件，在低溫超導(dǎo)領(lǐng)域中是較為理想的絕緣材料。UHMWPE對(duì)放射線具有優(yōu)良的遮蔽效果，故可用作原子能 　　發(fā)電站的遮蔽板。 　　5.2、電絕緣性能應(yīng)用 　　UHMWPE電絕緣性能良好，尤其是介電損耗角正切值低，可用于制造電鍍槽、輥?zhàn)蛹霸诟哳l和超高頻區(qū)間工作的絕緣子、絕緣拖架、電纜管道、短路器、電纜端子和其它電氣裝置。 不足之處 　　與其它工程塑料相比，UHMWPE耐熱性、剛度和硬度偏低，但可以通過(guò)“填充”和“交聯(lián)”等方法來(lái)改善；從耐熱性來(lái)看，UHMWPE的熔點(diǎn)（136℃）與普通聚乙烯大體相同，但因其分子量大，熔融粘度高，故加工難度大。